(57)【要約】探知可能な医療用器械（１１０）は、ガイド部材（２０２）と、ガイド部材（２０２）に結合されたエミッタアレイ（１７０）とを含む。駆動軸（２０４）は、ガイド部材（２０２）に回転可能に結合され、ロック機構（２１２）は、駆動軸（２０４）に沿って設けられる。エミッタアレイ（１７０）は、ガイド部材（２０２）の位置を探知するために使用する信号を放射する。ロック機構（２１２）は、駆動軸（２０４）が、ガイド部材（２０２）に対して相対的に回転する、ロック解除位置を有する。ロック機構（２１２）はまた、駆動軸（２０４）が、ガイド部材（２０２）に対して相対的に回転を停止している、ロック位置を有する。プロセッサは、センサアレイおよび参照アレイを使用して、医療用器械（１１０）を探知する。このプロセッサに動作可能に結合された表示装置は、患者の体に対する器械（１１０）の位置を表示する。
2004512086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探知可能な医療用器械であって、
手術用ナビゲーションシステムによって、位置を探知されるように適合されたガイド部材と、
前記ガイド部材を位置探知するための、前記部材に結合されたエミッタアレイと、
前記ガイド部材に回転可能に結合された駆動軸と、
前記駆動軸に沿って設けられたロック機構であって、前記駆動軸が、前記ガイド部材に対して相対的に回転するロック解除位置と、前記駆動軸が、前記ガイド部材に対して相対的に回転停止しているロック位置とを有するロック機構とを備える、探知可能な医療用器械。
【請求項２】
前記ロック機構が、前記ガイド部材に対して相対的に、指定の回転の方向付けで、前記駆動軸をロックするように適合された、請求項１に記載の器械。
【請求項３】
前記ロック機構が、前記駆動軸に連結された保持軸を含み、前記保持軸が、ロックスロットが中に画定された保持フランジを有する、請求項１に記載の器械。
【請求項４】
前記ロック機構が、ロックピンを含み、これが、前記駆動軸を回転停止状態でロックするように、前記ロックスロットと係合するように適合された、請求項３に記載の器械。
【請求項５】
前記ロック機構が、前記駆動軸に沿った、前記フランジと前記ガイド部材の間に設けられたロック部材を含み、前記ロック部材が、内側径方向に延びるフランジを有し、前記内側に延びるフランジから前記ロックピンが延び、前記内側に延びるフランジからガイドピンが延び、前記ガイド部材が、前記ガイドピンを案内するための、中に画定されるガイドスロットを有する、請求項４に記載の器械。
【請求項６】
前記ロック機構が、前記ロック部材にバイアスをかけるための、前記ロック部材と前記ガイド部材の間に設けられたばねを含む、請求項５に記載の器械。
【請求項７】
前記ロック機構が、前記ロック部材の周りに嵌め合わされたカバーを含む、請求項６に記載の器械。
【請求項８】
前記ロック機構がカバーを含み、前記カバーが、前記ロック位置とロック解除位置を標示するための、その上に画定される位置標識を有する、請求項１に記載の器械。
【請求項９】
前記駆動軸が、前記駆動軸にトルクを加えるための駆動源を交換可能に受け取るように適合された、第１結合部分を備えた第１端部を有し、前記駆動軸が、交換可能にツールを受け取るように適合された、第２結合部分を備えた第２端部を有する、請求項１に記載の器械。
【請求項１０】
前記第１結合部分が、前記駆動源に連結するための、第１迅速連結機構を含む、請求項９に記載の器械。
【請求項１１】
前記第２結合部分が、前記ツールに連結するための、第２迅速連結機構を含む、請求項１０に記載の器械。
【請求項１２】
前記第１端部に結合された前記駆動源をさらに備える、請求項９に記載の器械。
【請求項１３】
前記駆動源が、前記第１端部に結合されたハンドルを含む、請求項１２に記載の器械。
【請求項１４】
前記第２端部に結合された前記ツールをさらに備える、請求項９に記載の器械。
【請求項１５】
前記ガイド部材を位置探知するための、前記ガイド部材に結合されたエミッタアレイと、
前記ガイド部材を探知するために、前記エミッタアレイに動作可能に結合されたプロセッサとをさらに備える、請求項１に記載の器械。
【請求項１６】
患者の体に沿った、少なくとも１つの参照位置を標示するための、前記プロセッサに動作可能に結合された、参照アレイと、
前記アミッタアレイ、および前記センサアレイからの信号を感知するための、前記プロセッサに動作可能に結合されたセンサアレイとをさらに備える、請求項１５に記載の器械。
【請求項１７】
前記ガイド部材に結合されたツールの三次元位置を表示するための、前記プロセッサに動作可能に結合された表示装置をさらに備える、請求項１６に記載の器械。
【請求項１８】
前記手術用ナビゲーションシステムをさらに備える、請求項１に記載の器械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、一般に、コンピュータ援用医療用ナビゲーションシステムに関し、より詳しくは、しかし以下に限らないが、回転をロックすることのできる、探知可能な医療用器械に関する。
【０００２】
コンピュータ援用医療用ナビゲーションシステムは、手術中に、患者体内の医療用器械を案内する助けとなる。このようなシステムを用いると、患者の体内の像が、ＣＡＴスキャナ（コンピュータ制御体軸断層スキャナ）などの撮像装置によって撮影される。この医療用器械は、ガイド部材に取り付けられたツールを有し、このツールをナビゲーションシステムによって探知することができるように、医療用器械に、探知装置が取り付けられる。外科医は、臓器を損傷しないように、患者体内の器械の相対的位置を表示装置で観ながら、器械を配置する。一般に、ツールの正確な位置を決定できるように、ツールの長手方向の位置は固定される。ドリルなどの、使用中に回転するある種の医療用器械を用いた場合、システムを使用する外科医が、手術中に、器械の正確な方向付けを決定することはできない。手術中に器械が突然回転し、または誤った位置に方向付けされると、患者に深刻な怪我が起こり得る。したがって、簡単に使用でき、回転可能な手術用器械の方向付けを精確に確認することのできる、医療用ナビゲーションシステムが、当業界で必要となっている。
【０００３】
（発明の概要）
本発明の一形態は、探知可能な独自の医療用器械を対象としている。この医療用器械は、ガイド部材と、ガイド部材に結合されたエミッタとを含む。エミッタアレイを使用して、ガイド部材の位置を探知する。駆動軸が、ガイド部材に回転可能に結合され、駆動軸に沿って、ロック機構が設けられる。このロック機構は、駆動軸が、ガイド部材に対して相対的に回転する、ロック解除位置を有し、また、このロック機構は、駆動軸が、ガイド部材に対して相対的にその回転を停止している、ロック位置を有する。
【０００４】
（選択された実施形態の説明）
本発明の原理の理解を促す目的で、次に、図面に示す実施形態を参照し、特定の言葉を使用してそれを記述する。しかし、それによって本発明の範囲に対する制限を意図するものではないことを理解すべきである。記述する実施形態の変更、およびさらなる修正、また、本明細書に記述する通りの本発明の原理のさらなる応用例は、本発明の関係する当業者に、普通に思いつくであろうように、ここに企図するものである。本発明の一実施形態を極めて詳細に示すが、本発明に関係のない特徴のいくつかは、明確さを期するために示さない場合があることは、当業者に明らかである。
【０００５】
外科用ナビゲーションシステム１００を、図１に概略的形態で示す。本発明の一実施形態による、探知可能な医療用器械１１０は、図１に示すシステム１００などの、多種多様な外科用ナビゲーションシステムと共に使用することができる。このようなタイプのシステムのより詳しい説明が、Ｂｕｃｈｈｏｌｚ他のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ／９５／１２９８４号（公開第ＷＯ／９６／１１６２４号）、およびＦｏｌｅｙ他の米国特許第６，０２１，３４３号に開示されており、それらを参照により本明細書の一部とする。本発明による探知可能な医療用器械１１０は、ここで述べたものの他に他の公知の外科用ナビゲーションシステムで使用できることを理解すべきである。
【０００６】
システム１００は、器械１１０に動作可能に結合されたプロセッサ１２０と、プロセッサ１２０に動作可能に連結された表示装置１３０とを含む。センサアレイ１４０が、プロセッサ１２０に動作可能に結合される。参照アレイ１５０が、プロセッサ１２０に動作可能に結合され、参照枠１５０が、患者の体１６０に沿って空間に固定される。複数のエミッタ１７２を有する探知可能なエミッタアレイ１７０は、器械１１０に結合される。一実施形態のエミッタ１７２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。エミッタ１７２は、当業者によって一般に知られている、他のタイプの探知装置を含むことができることを理解すべきである。
【０００７】
探知可能なエミッタアレイ１７０内のエミッタ１７２は、手術中の器械１１０の位置に対応する信号を放射する。参照アレイ１５０は、患者１６０の様々な体内参照位置を表す信号を生成する。センサアレイ１４０は、参照アレイ１５０およびエミッタアレイ１７０から送られる信号を受け、プロセッサ１２０は、それらの信号に基づいて、医療用器械１１０の位置を三角測定する。プロセッサ１２０が位置を三角測定すると、表示装置１３０は、患者１６０の体内の、医療用器械１１０の相対的な位置を表示する。
【０００８】
図２にさらに詳細に示すように、器械１１０は、ガイド部材２０２を含む。駆動軸２０４は、ガイド部材２０２に回転可能に結合され、ガイド部材２０２の両端から延びる端部を有する。駆動軸２０４は、ガイド部材２０２に対して相対的に、方向Ｒに回転可能であり、軸２０４の長手軸Ｌに沿ったガイド部材２０２に対して相対的に固定される。迅速連結駆動結合部材２０６が、駆動軸２０４の一方端部に設けられ、迅速連結ツール結合部材２０８が駆動軸２０４の他方端部に設けられる。
【０００９】
ガイド部材２０２は、エミッタアレイ１７０が滑動可能に結合される探知プラットフォーム２１０をさらに含む。器械１１０は、駆動軸２０４に沿って設けられるロック機構を有する。図示する実施形態では、ロック機構２１２は、ロック機構２１２を手術中に容易に作動することができるように、ガイド部材２０２と駆動結合部材２０６の間に位置する。しかし、ロック機構２０２は、駆動軸２０４に沿った他の場所に位置付けることもできることを理解すべきである。
【００１０】
駆動部材２１６は、駆動結合部材２０６に結合される。駆動結合部材２０６は、駆動部材２１６を、駆動軸２０４に素早く連結し、そこから素早く取り外すように適合される。図示する実施形態では、駆動２１６は、手動で駆動されるハンドルである。駆動２１６はまた、当業者によって一般に知られている、機械駆動型軸などの、他のタイプの駆動を含むこともできる。ドリル用ビットや千枚通しなどのツール２１４が、迅速連結ツール結合部材２０８に結合される。ツール結合部材２０８は、ツール２１４を、駆動軸２０４に素早く連結し、そこから素早く取り出すように適合される。ツール２１４は、当業者によって一般に知られている、他のタイプのツールを含むこともできることを理解すべきである。
【００１１】
ロック機構２１２がロック解除位置にある、器械１１０の拡大図を、図３に示す。図示する通り、ロック機構２１２は、ロック位置標識３０２と、ロック解除位置標識３０４とを含む。ロック機構２１２は、円筒形状のカバー３０６をさらに含むが、これは、その上に画定される位置標識３０８を有する。位置標識３０８は、ロック位置標識３０２およびロック解除位置標識３０４と位置合わせされて、ロック機構２１２の状態を標示する。
【００１２】
ロック機構２１２が、ロック解除位置にある時は、駆動２１６は、駆動軸２０４を回転させるために、自由に回転させることができる。駆動軸２０４のこの回転が、ツール２１４を回転させる。ロック機構２１２をロック解除するには、カバー３０６を、ガイド部材２０２に向けて方向Ｄに押し、方向Ｕに、ロック解除標識３０４によって標示されるロック解除位置へと回転させる。ロック機構２１２をロックするには、カバー３０６を方向Ｄに押し、方向Ｌに、ロック位置標識３０２によって標示される通りのロック位置へと回転させる。軸２０４が、ロック機構２１２によってその回転をロックされる時、駆動軸２０４およびツール２１４は、ガイド部材２０２に対して相対的に回転させることはできない。さらに重要なことは、ロック機構２１２は、エミッタアレイ１７０およびガイド部材２０２に対して、指定された方向付けで、軸２０４およびツール２１４をロックする。これによって、外科医は、患者の体内のツール２１４の正確な方向付けを、確実に知ることができる。
【００１３】
図４では、ロック機構２１２は、ロック解除位置にある。駆動軸２０４は、円形保持フランジ４０４および連結部分４０５を備える軸保持部分４０２を含む。保持フランジ４０４は、保持フランジ４０４の外側周囲部分４０８内に画定されるロックスロット４０６を有する。図４〜６に示す通り、円筒状のロック部材４１０が、駆動軸２０４に沿って、保持フランジ４０４とガイド部材２０２の間に設けられる。ロック部材４１０は、駆動軸２０４の軸保持部分４０２が通る円筒状の空洞４１２を有する。ロック部材４１０は、保持軸４０２の保持フランジ４０４に隣接する端部に、内側に径方向に延びるフランジ４１４をさらに有する。内側に延びるフランジ４１４は、その中に画定され、円筒状の空洞４１２と連通する開口部４１５を有する。内側に延びるフランジ４１４は、内側に延びるフランジ４１４が、保持軸４０２の保持フランジ４０４と重なるように、内側に延びる。内側に延びるフランジ４１４は、ロックピン４１６と、そこから延びるガイドピン４１８とを有する。ロックピン４１６は、保持軸４０２の保持フランジ４０４に向かって延び、ガイドピン４１８は、開口部４１５内で、駆動軸２０４の長手軸Ｌに向かって延びる。
【００１４】
コイルばね４２０が、空洞４１２内の、ロック部材４１０の内側フランジ４１４と、ガイド部材２０２との間に設けられる。カバー３０６が、ロック部材４１０の周りにぴったりと嵌め合わされる。図５に示す通り、カバー３０６は、円筒体部分５０２、および端部フランジ５０４を有する。端部フランジ５０４は、保持軸４０２が通る開口部５０６が画定される。カバー３０６の端部フランジ５０４は、保持軸４０２の保持フランジ４０４と重なる。カバー３０６の端部フランジ５０４および円筒体部分５０２は、ロック部材４１０が中に嵌め合わされるロック部材空洞５０８が画定される。円筒体部分５０２は、ロック部材４１０が中に嵌め合わされるロック部材係合部分５１０を有する。円筒体部分５０２は、保持軸４０２の保持フランジ４０４が、中で、カバー３０６の端部フランジ５０４と、ロック部材４１０の内側に延びるフランジ４１４との間で囲まれる、フランジ格納部分５１２をさらに有する。
【００１５】
図６に示す通り、軸２０４は、保持軸コネクタ６０４を備えたガイド部材軸６０２をさらに含む。保持軸４０２の連結部分４０５は、ガイド部材軸６０２のコネクタ６０４に回転可能に固定される。一実施形態では、連結部分４０５は、コネクタ６０４にプレス嵌めされる。ガイド部材２０２は、ガイドピン４１８が中で滑動する、ガイドスロット６０６をさらに有する。
【００１６】
図７に示す通り、ガイド部材２０２は、ロック機構２１２がそこに結合される、ロック機構結合端部７０２を有する。ロック機構結合端部７０２は、その上に形成される、同心の３つの輪領域７０４、７０６、および７０８を有する。第１の輪領域７０４は、その中に画定されるガイドスロット６０６を有する。第１の輪領域７０４の直径は、ロック部材４１０内の開口部４１５の直径よりも僅かに小さい。これによって、ロック部材４１０の内側に延びるフランジ４１４が、第１の輪領域７０４に沿って滑動することができる。拡張部７１０が、結合端部７０２に沿って、第２の輪領域７０６と第３の輪領域７０８の間に延びる。ロック機構２１２が組み合わされると、ガイドピン４１８はガイドスロット６０６内に受け取られる。ばね４２０が、第２の輪領域７０６の周りに設けられ、ロック部材４１０の内側に延びるフランジ４１４と、第３の輪領域７０８との間で圧縮される。スプリング４２０が、軸２０４の長手軸Ｌに沿って、ガイド部材２０２から離して、ロック部材４１０にバイアスをかける。
【００１７】
ガイドスロット６０６は、保持壁７１４を備えたロック解除部分７１２と、開口部７１８および壁７１９を備えたロック部分７１６とを有する。図７に示す実施形態では、保持壁７１４は、ガイドピン４１８をスロットからより簡単に取り出せるように、半円筒形状を有している。しかし、保持壁４１８は、図示するものとは異なる形状を有することができることを理解すべきである。ガイドスロット６０６の、ロック解除部分７１２およびロック部分７１６のいずれも、軸２０４の長手軸Ｌと平行に延びる。移行部分７２０は、ガイドスロット６０６のロック部分７１２を、ロック解除部分７１６に連結させる。
【００１８】
次に図４および７を参照すると、ロック機構２１２が、ロック解除位置３０４にある時は、ばね４２０は、ガイドピン４１８を、ガイドスロット６０６のロック解除部分７１４の保持壁７１４に圧縮する。ガイドスロット６０６の保持壁７１４が、ロック部材４１０が、保持軸４０２の保持フランジ４０４に向かって延びるのを防止するので、ロックピン４１６は、保持軸４０２のフランジ４０４内のロックスロット４０６と係合することができない。ロック解除位置にあるロックピン４１６は、保持軸４０２のロックスロット４０６と係合しないので、保持軸４０２は自由に回転できて、ツール２１４は回転可能となる。
【００１９】
軸２０４を特定の方向付けでロックするために、図８に示す通り、カバー３０６を、方向Ｄに、ガイド部材２０２に向けて押し下げ、位置標識３０８が、ロック標識３０２と位置合わせされるまで、方向Ｌに回転させる。軸２０４のロック中、カバー３０６を方向Ｄに押すと、ばね４２０は圧縮される。カバー３０６を回転させると、ガイドピン４１８は、移行部分４２０に沿って、ガイドスロット６０６のロック解除部分７１２とロック部分７１６の間を移動する（図７）。ガイドピン４１８が、ガイドスロット６０６のロック部分７１６に入るが否や、ばね４２０はロック部材４１０を、保持軸４０２の保持フランジ４０４に向けて押すことができる。
【００２０】
ロック機構２１２を、ロック位置に動かしても、ロックスロット４０６がロックピン４１６と位置合わせされない場合、ロックピン４１６は、駆動軸２０４が回転して、ロックピン４１６がスロット４０６と係合するまで、保持フランジ４０４沿いに乗り上がっている。これによって、軸２０４は、確実に、指定の、回転の方向付けでのみロックすることができ、またこれによって、ツール２１４も、確実に、この指定の方向付けでのみロックすることができる。
【００２１】
ロック位置では、図９に示す通り、ロックピン４１８は、保持フランジ４０４のスロット４０６と係合する。保持軸４０２の保持フランジ４０４は、ロック部材４１０を保持するために、ロック部材の内側に延びるフランジ４１４に当接する。ガイドスロット６０６の壁７１９は、ロック部材４１０が回転するのを防止するように、ガイドピン４１８と係合する。駆動軸２０４のスロット４０６での、ガイドピン４１８のロックは、軸２０４が回転するのを防止し、これが、ツール２１４が回転するのを防止する。ロック機構２１２は、ロック部材４１０に対して、より大きな支持をもたらすために、複数のガイドスロット６０６、および複数のガイドピン４１８を含むことができることを理解すべきである。図示する通り、ロック部材４１０は、ツールが回転非対称であっても、ツールの回転の方向付けを決定することができるように、単一のロックピン４１６を有する。図５に示す実施形態では、ロック部材４１０は、第２のガイドスロット６０６と係合するように適合された第２のガイドピン４１８を有する。
【００２２】
本発明の特定の実施形態を示し、詳しく記述したが、上述の例示的な実施形態によって、本発明の広がりと範囲が制限されることはなく、これらは、以下の請求項およびその均等物によってのみ規定されるものである。本発明の精神の範囲内に入る全ての変更および修正が保護されることをここに要望するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態による、探知可能な医療用器械を有する、コンピュータ援用画像案内システムの概略図である。
【図２】
図１に示す医療用器械の側面図である。
【図３】
ロック機構がロック解除位置にある、図１に示す医療用器械の拡大図である。
【図４】
ロック解除位置にあるロック機構の、断面透視図である。
【図５】
ロック機構の、分解断面透視図である。
【図６】
図１に示す医療用器械の分解図である。
【図７】
図６に示す図の一部分の拡大図である。
【図８】
ロック機構がロック位置にある、図１に示す医療用器械の側面図である。
【図９】
ロック位置にあるロック機構の断面透視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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2004512086.tif 000008
2004512086.tif 000009
2004512086.tif 000010
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2004512086.tif 000013
2004512086.tif 000014
2004512086.tif 000015
2004512086.tif 000016
2004512086.tif 000017
2004512086.tif 000018
2004512086.tif 000019
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2004512086.tif 000024
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2004512086.tif 000026
2004512086.tif 000027
2004512086.tif 000028
【国際調査報告】
2004512086.tif 000029
2004512086.tif 000030