(57)【要約】３Ｄトラッキングセンサを使用する、位置決めとナビゲーション用のシステムおよび方法を示し、説明する。このシステムおよび方法は、対象物に固定された追跡可能な要素を追跡するために、可搬型手術要素に連結された３Ｄトラッキングセンサを利用する。追跡可能な要素の姿勢は、３Ｄトラッキングセンサにより提供される情報に少なくとも部分的に基づいて決定され、対象物の３次元表現に対象物が位置決めされる。３Ｄトラッキングセンサは、また、外科手術手順の間に様々な対象物を追跡するために使用可能である。2016503676.tif 000003
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術システムであって、
可搬型手術要素に連結された３Ｄトラッキングセンサと、
対象物に固定された追跡可能な要素と、
前記３Ｄトラッキングセンサにより提供された情報に少なくとも部分的に基づいて前記追跡可能な要素の姿勢を決定し、かつ
前記対象物の３次元表現に前記対象物を位置決めするよう
構成された手術制御装置と
を備える、手術システム。
【請求項２】
前記３Ｄトラッキングセンサが前記手術制御装置に無線で通信するよう構成されている、請求項１に記載の手術システム。
【請求項３】
前記追跡可能な要素が、前記追跡可能な要素の配向を伝達するよう構成された形状を有するアレイである、請求項１に記載の手術システム。
【請求項４】
外科手術手順の間に、前記３Ｄトラッキングセンサにより提供された情報に少なくとも部分的に基づいて、前記手術制御装置が更に前記対象物の姿勢を決定するよう構成された、請求項１に記載の手術システム。
【請求項５】
前記手術制御装置が触覚装置を制御するよう構成された触覚装置を更に備える、請求項１に記載の手術システム。
【請求項６】
前記可搬型手術要素が位置決めプローブである、請求項１に記載の手術システム。
【請求項７】
前記手術制御装置がポイントクラウドを使用して前記対象物を位置決めするよう構成され、前記ポイントクラウドが前記位置決めプローブと前記対象物との間に複数の接点を含む、請求項６に記載の手術システム。
【請求項８】
前記手術制御装置が前記３Ｄトラッキングセンサから取得されたポイントクラウドを使用して前記対象物を位置決めするよう構成された、請求項１に記載の手術システム。
【請求項９】
ディスプレイを更に備え、前記手術制御装置が、前記対象物に関連して前記３Ｄトラッキングセンサの姿勢に基づいた前記対象物の画像を前記ディスプレイに表示させる、請求項１に記載の手術システム。
【請求項１０】
前記可搬型手術要素が触覚装置または手術器具である、請求項１に記載の手術システム。
【請求項１１】
前記対象物が患者の解剖学的構造の一部である、請求項１に記載の手術システム。
【請求項１２】
前記３Ｄトラッキングセンサが、少なくとも前記追跡可能な要素の第１画像および第２画像を捕捉することにより前記追跡可能な要素に関連する３次元情報を取得するよう構成され、
前記手術制御装置が、前記第１画像または前記第２画像の画像強度を比較することにより少なくとも部分的に前記追跡可能な要素の姿勢を決定する、
請求項１に記載の手術システム。
【請求項１３】
３Ｄトラッキングセンサを使用して追跡可能な要素を追跡するステップであって、前記３Ｄトラッキングセンサが可搬型手術要素に連結し、かつ前記追跡可能な要素が対象物に固定されている、ステップ
前記３Ｄトラッキングセンサによって提供された情報に少なくとも部分的に基づいて前記追跡可能な要素の姿勢を決定するステップ、および
前記対象物の３次元表現に前記対象物を位置決めするステップ
を含む、３Ｄトラッキングセンサを使用した位置決めのための方法。
【請求項１４】
前記３Ｄトラッキングセンサが手術制御装置に無線で通信するよう構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記追跡可能な要素が前記追跡可能な要素の配向を伝達するよう構成された形状を有するアレイである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
外科手術手順の間に前記３Ｄトラッキングセンサを使用して前記対象物を追跡することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
触覚装置に連結された手術器具の動きを誘導または制限する触覚装置を制御することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記可搬型手術要素が位置決めプローブである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記対象物を位置決めするステップが、複数の接点を取得するために前記対象物に前記位置決めプローブを接触させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記対象物を位置決めするステップが、前記３Ｄトラッキングセンサを使用して前記対象物に関連する情報を取得することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
ディスプレイ上で前記対象物の対応する画像を見るために、前記対象物に関連して前記３Ｄトラッキングセンサの姿勢を操作することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記可搬型手術要素が触覚装置または手術器具である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記対象物が患者の解剖学的構造の一部である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記３Ｄトラッキングセンサが少なくとも前記追跡可能な要素の第１画像および第２画像を捕捉することにより、追跡可能な要素を追跡し、かつ
前記追跡可能な要素の姿勢が、前記第１および第２画像の画像強度を比較することにより、少なくとも部分的に決定される、
請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２０１２年１２月１３日に出願された米国出願番号第１３／７１４，０６６号の優先権を主張し、その全体を参照として本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、主として対象物の位置決めおよびナビゲーションの分野に関し、より詳細には、３次元トラッキングセンサを使用した位置決めおよびナビゲーションに関する。
【背景技術】
【０００３】
３次元トラッキングセンサ（「３Ｄトラッキングセンサ」）は、動く対象物の位置および方向（即ち、姿勢）の追跡を可能にする。例えば、ＷＩＮＤＯＷＳ用のＫＩＮＥＣＴ  ３Ｄトラッキングセンサは、カメラおよび赤外線深度センサを採用し、骨格トラッキングおよび顔トラッキングを可能にする。例えば、ゲーム業界（ＸＢＯＸ  ３６０ゲームシステム用のＫＩＮＥＣＴトラッキングセンサなどの）においては、３Ｄトラッキングセンサによって、ユーザは、装置に物理的に触れることなくコンピュータまたはその他の装置と対話することができる。
【０００４】
３Ｄトラッキングセンサのもう一つの例としては、リープモーション社（Ｌｅａｐ  Ｍｏｔｉｏｎ，  Ｉｎｃ．（カリフォルニア州サンフランシスコ））が開発した３Ｄトラッキングセンサがある。リープモーション社により開発された装置は、その装置の周りの３Ｄの「相互作用空間」内に配置された対象物を追跡することができる。相互作用空間内で対象物（例えば、手）を動かすことにより、ユーザは装置に通信可能にリンクされたソフトウェアと連動し、制御することができる。例えば、ユーザはラップトップコンピュータに装置を接続し、物理的にマウスやラップトップスクリーンに触れることなく３Ｄ空間内で身振りをすることによりクリックおよびスクロールをし得る。
【０００５】
３Ｄトラッキングセンサのもう一つの例は、米国特許公開番号第２０１０／０１１０１６５号（特許文献１）にて開示されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。米国特許公開番号第２０１０／０１１０１６５号（特許文献１）は、１つ以上のターゲットの対象物に関して、３次元の情報を取得し計算するシステムおよび方法について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許公開番号第２０１０／０１１０１６５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、手術システムに関する。手術システムには、可搬型手術要素に連結された３Ｄトラッキングセンサおよび対象物に固定された追跡可能な要素とが含まれる。手術システムは更に、３Ｄトラッキングセンサにより提供された情報に少なくとも部分的に基づいた、追跡可能な要素の姿勢を決定し、対象物の３次元表現に対象物を位置決めするための手術制御装置を含む。
【０００８】
本発明の別の実施形態は、３Ｄトラッキングセンサを使用した位置決めの方法に関する。この方法は、３Ｄトラッキングセンサを使用する追跡可能な要素を含み、３Ｄトラッキングセンサは可搬型手術要素に連結され、追跡可能な要素が対象物に固定され、３Ｄトラッキングセンサによって提供された情報に基づいて追跡可能な要素の姿勢を決定し、対象物の３次元表現に対象物を位置決めする。
【０００９】
代替物な例示的実施形態は、請求項で主に説明され得るようなその他の特徴と特徴の組み合わせに関する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示は、添付の図（同様の参照符号は同様の要素を表す）とともに、下記の詳細な説明から、より完全に理解されるだろう。
【００１１】
【図１】例示的一実施形態による手術制御装置のブロック図である。
【図２】例示的一実施形態による、位置決め用に３Ｄトラッキングセンサを使用した手術システムである。
【図３】追加の例示的一実施形態による、位置決め用に３Ｄトラッキングセンサを使用した手術システムである。
【図４】例示的一実施形態による、ナビゲーション用に３Ｄトラッキングセンサを使用した手術システムである。
【図５】別の例示的一実施形態による、ナビゲーション用に３Ｄトラッキングセンサを使用した手術システムである。
【図６】例示的一実施形態による、ナビゲーション用に３Ｄトラッキングセンサを複数使用した手術システムである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示的実施形態を詳細に示した図を参照する前に、本願は下記の本明細書または図に示された詳細または方法に限定されないことを理解すべきである。用語は説明する目的のためだけであり、限定するとみなされるべきではないことも理解すべきである。
【００１３】
本明細書で記載された例示的実施形態は、リープモーション社（上述）により開発された装置のような、３Ｄトラッキングセンサに対応して対象物の姿勢を追跡することができる、３Ｄトラッキングセンサを使用した手術の利用に関する。３Ｄトラッキングセンサを利用した２つの例示的な用途は、外科手術手順において位置決めおよびナビゲーションすることである。本発明の一実施形態によれば、３Ｄトラッキングセンサは患者の解剖学的構造の一部などの対象物を、外科手術手順の前に作られた患者の解剖学的構造の３次元表現に位置決めするために使用される。別の実施形態では、３Ｄトラッキングセンサは、外科手術手順において対象物（例えば、患者、手術器具）の追跡を容易にするために使用される。
【００１４】
図１を参照すると、手術制御装置１０は、本明細書に記載される、様々な機能（例えば、計算、制御機構、プロセス）を実行するために使用することが可能である。手術制御装置１０には、プロセッサ１４およびメモリ１６を有する、処理回路１２が含まれる。プロセッサ１４は、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上のフィールドブログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、処理構成要素群、またはその他の好適なエレクトリック処理コンポーネントとして実行可能である。メモリ１６（例えば、メモリ、メモリ装置、記憶装置など）は、本出願において記載された、様々な処理を完成または容易にする、データ保存および／もしくはコンピュータコードのための、１つ以上の装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクストレージなど）である。メモリ１６は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリであってもよく、またはこれらを含んでもよい。メモリ１６は、本出願にて記載した様々な機能を支援するためのデータベース構成要素、オブジェクトコード構成要素、スクリプト構成要素またはその他の種類の情報構造を含み得る。例示的実施形態によると、メモリ１６は、プロセッサ１４に通信可能に接続されており、本明細書で記載される１つ以上のプロセスを実行するためのコンピュータコードを含む。メモリ１６は様々なモジュールを含有してもよく、各々が特定の種類の機能に関連してデータおよび／またはコンピュータコードを格納可能である。一実施形態では、メモリ１６は、プランニング・モジュール２４、ナビゲーションモジュール２６、位置決めモジュール２８およびロボット制御モジュール３０などの外科手術手順に関連するいくつかのモジュールを含有する。
【００１５】
手術制御装置１０は単一ハウジング内に含有される必要はないと理解すべきである。むしろ、手術制御装置１０の構成要素は、図２に示した手術システム１００の様々な箇所、または遠隔位置にさえ配置し得る。手術制御装置１０の構成要素は、例えば、３Ｄトラッキングセンサ３６または触覚装置３２内に配置してもよい。
【００１６】
本開示は、各種操作を達成するために、任意の機械が読み取り可能な媒体についての方法、システムおよびプログラム製品を意図している。機械が読み取り可能な媒体は、手術制御装置１０の一部であってもよく、または手術制御装置１０とインターフェイスで接続してもよい。本開示の実施形態は、この目的もしくはその他の目的に組み込まれた、適切なシステムの既存のコンピュータ処理装置もしくは専用コンピュータ処理装置を使用することにより、またはハードワイヤードシステムにより実施し得る。本開示の範囲の実施形態には、機械で実行可能な指示または媒体上に保存されるデータ構造を保持するまたは有する、機械が読み取り可能な媒体を含む、プログラム製品が含まれる。このような機械で読み取り可能な媒体は、汎用もしくは専用コンピュータまたはその他の処理装置のついた機械によってアクセス可能な任意の入手可能な媒体であり得る。一例として、このような機械が読み取り可能な媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくはその他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置、その他の磁気記憶装置、固体記憶装置、または機械が実行可能な指示もしくはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを保持するもしくは保存するために使用することが可能であり、かつ汎用もしくは専用コンピュータまたはその他の処理装置のついた機械によってアクセスすることができる任意のその他の媒体を含むことができる。情報が、ネットワーク上もしくはその他の通信接続（ハードワイヤード、ワイヤレスまたはハードワイヤードとワイヤレスの組み合わせ）で機械に転送または提供される際に、機械が読み取り可能な媒体として、接続を正しく参照する。したがって、任意のこのような接続は機械が読み取り可能な媒体と正確に称される。上記の組み合わせも、機械が読み取り可能な媒体の範囲内に含まれる。機械が実行可能な指示には、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータまたは専用の処理装置に一定の機能または一連の機能を生じさせる指示およびデータが含まれる。
【００１７】
図１を再度参照すると、手術制御装置１０は更に、通信インターフェイス１８を含む。通信インターフェイス１８は、ダイレクト接続またはネットワーク接続（例えば、インターネット接続、ＬＡＮ、ＷＡＮまたはＷＬＡＮ接続など）を介して外部のソースとデータ通信を行うための有線またはワイヤレスインターフェース（例えば、ジャック、アンテナ、送信機、受信機、送受信機、ワイヤ端子などのいずれか）であるか、これらを含むことができる。例えば、通信インターフェイス１８は、イーサネットによる通信リンクまたはネットワークを介してデータを送受信するためのイーサネットカードおよびポートを含むことができる。別の例としては、通信インターフェイス１８は、無線通信ネットワークを介した通信のための、ＷｉＦｉの送受信機を含むことができる。したがって、手術制御装置１０が、３Ｄトラッキングセンサ３６および触覚装置３２などのような、図２に示された手術システム１００のその他の構成要素から、物理的に分離されている場合には、通信インターフェイス１８は手術制御装置１０とこれらの分離された部品との間の無線通信を可能にする。
【００１８】
外科手術手順の前に、任意の形態の手術前画像データ２０（例えば、２次元画像、３次元モデル）は、通信インターフェイス１８を介して手術制御装置１０へと転送してもよい。手術前画像データ２０は、その後、手術計画を策定する間、利用することができる。手術前画像データ２０を取得するためには、患者は、ＣＴ、ＭＲＩまたは超音波などの任意の公知の撮像技術を使用して走査されてもよい。走査データはその後、（手術制御装置１０または任意の処理装置のいずれかによって）セグメント化され、患者の解剖学的構造の一部の３次元表現を取得する。例えば、膝関節の外科手術手順に入る前に、患者の大腿骨および脛骨が３次元表現で作成される。別の実施形態では、３次元表現は、データベースまたは骨モデルライブラリから３次元のモデルを選択することにより取得され得る。データベースから選択された骨モデルは、その後、患者の解剖学的構造の一部の３次元表現を取得するために、特定の患者の特徴に基づいて変形することができる。
【００１９】
手術制御装置１０のメモリ１６内に配置された、プランニング・モジュール２４は、手術計画の間、受け取った手術前画像データ２０を処理し、画像データ２０を利用するために必要な指示を記憶することができる。一旦、患者の解剖学的構造の一部の３次元表現が作成されると、医師は３次元表現に基づいた手術計画を策定することができる。手術計画は、外科手術手順の間、骨に所望の変更（例えば、開穴、切開）を行うことを含むことが可能であり、更に、外科手術手順の間、任意のコンポーネントを移植するために所望の配置を含むことが可能である。一例として、１つ以上の膝関節の関節面をインプラントで再配置する外科手術手順の前に、計画された骨の除去およびインプラントの配置をモデルとして手術計画が作成され得る。
【００２０】
手術計画は触覚オブジェクトを更に含み得る。２０１１年８月３０日付与の米国特許番号第８，０１０，１８０号、発明の名称「触覚誘導システムおよび方法」に記載されているように、外科手術手順の間、触覚オブジェクトは、手術器具３４の動きを制御するために、触覚装置３２（図２）に連結された手術器具３４と連動し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。種々の実施形態では、触覚オブジェクトは手術器具３４、骨に所望の変更（例えば、開穴や切開の境界）、または手術器具３４によって取り除かれる骨の３次元部分の所望の軌道を表し得る。触覚装置３２は、外科手術手順の間、医師を補助するために、医師によりインタラクティブな方法で使用され、触覚オブジェクトは手術器具３４の動作を制御（例えば、誘導または抑制）する。手術制御装置１０内のロボット制御モジュール１０（図１）は、手術器具３４を触覚で制御するのに必要な指示を記憶することができる。
【００２１】
外科手術手順の間、触覚装置３２を利用する前に、患者の解剖学的構造は、患者の解剖学的構造の３次元表現に位置決めされなければならない。位置決めする過程は、患者の実解剖学的構造（物理的空間）の座標系を患者の解剖学的構造（仮想空間）の３次元表現の座標系に関連付けることを含む。一旦仮想表現が位置決めされると、患者の解剖学的構造の姿勢は、更に以下に記載するように、外科手術手順の間に実時間で追跡されることが可能となる。患者の解剖学的構造を追跡することは、手術器具３４の配置と同様に手術器具３４の触覚制御（かつゆえに手術計画の実行）を可能にするために必要である。
【００２２】
米国特許番号第８，０１０，１８０号に記載のポイントベースの位置決め方法などのような、ある種の位置決め方法では、位置決めされる患者の解剖学的構造の一部は、位置決めする過程でナビゲーションシステムによって追跡される。例えば、骨の位置決めをしている間は、ナビゲーションシステムは骨に固定された追跡可能な要素を追跡する。ナビゲーションシステムとしては通常、手術室の座標系に関連して固定されたカメラが挙げられる。これらのナビゲーション方法においては、固定されたカメラは、動作可能な対象物（例えば骨）を追跡できるよう、固定された追跡可能な要素を検出する。一旦対象物が位置決めされると、対象物の姿勢は、追跡可能な要素の位置、特有の形状および追跡される対象物への公知の幾何学的関係に基づいて計算されることが可能である。
【００２３】
図２および図３に示す位置決めの方法によると、対象物の位置決めは３Ｄトラッキングセンサ３６を使用して行われる。位置決めのその他の方法とは対照的に、本明細書記載の方法は、対象物を追跡して位置決めするために、手術室に関連して固定されたカメラを有するナビゲーションシステムの使用を必要としない。むしろ、３Ｄトラッキングセンサ３６は可搬型手術要素に連結される。可搬型手術要素は、外科手術手順の間に、３Ｄトラッキングセンサの能力に影響を及ぼすことなしに目的の機能を果たすことができる、位置を動かす、または動かすことが可能な任意の手術要素または対象物であり得る。可搬型手術要素の例としては、位置決めプローブ、手術器具、触覚装置または患者の解剖学的構造（例えば、骨）の一部が含まれる。図１を再度参照すると、３Ｄトラッキングセンサ３６は手術制御装置１０と無線で通信可能であり、３Ｄトラッキングセンサデータ２２を手術制御装置１０に送信することができる。本明細書で記載された追跡に関する機能を実行するための指示は、手術制御装置１０のナビゲーションモジュール２６内に記憶することができる。同様に、対象物の位置決めに関する機能を実行するための指示は、手術制御装置１０の位置決めモジュール２８内に記憶することができる。
【００２４】
図２を参照すると、３Ｄトラッキングセンサ３６を使用する位置決めの一実施形態では、３Ｄトラッキングセンサ３６はプローブ３８に連結されている。したがって、３Ｄトラッキングセンサ３６の座標系とプローブ３８の座標系との間の関係は、公知である。追跡可能な要素４０は、骨４４などのような対象物上に位置決めするために配置される。追跡可能な要素４０は、追跡可能な要素４０の配向を伝達する認識可能な形状を有するアレイであり得る。プローブ３８は次に、追跡可能な要素４０が３Ｄトラッキングセンサ３６の相互作用空間内になるように、骨４４上に配置される。したがって、３Ｄトラッキングセンサ３６は、追跡可能な要素４０を「見る」ことができ、３Ｄトラッキングセンサ３６に関連する追跡可能な要素４０の姿勢を計算することが可能である。したがって、プローブ３８の座標系と追跡可能な要素４０との間の変化が計算可能である。このようにして、手術制御装置１０は、位置決めプローブ３８の先端が追跡可能な要素４０に関連してどこに配置されているか決定することができる。
【００２５】
骨４４の位置決めは、次に、位置決めプローブ３８の先端を使用して骨４４上でいくつかのポイントに接触することにより行うことができる。一実施形態では、医師はプローブ３８で骨４４を１５〜２０回接触させる。ポイントクラウドは、多数の接触ポイントを使用して作成される。次に、ポイントクラウドは、術前に作成され、骨４４を３次元表現に位置決めするために骨４４の３次元表現に合わせられることができる。
【００２６】
図３を参照すると、３Ｄトラッキングセンサ３６を使用する位置決めの別の実施形態では、プローブ３８は骨４４上のポイントに接触して使用されない。その代わりに、３Ｄトラッキングセンサ３６は、追跡可能な要素４０および骨４４の表面の少なくとも一部が３Ｄトラッキングセンサ３６の相互作用空間内にあるように保持される。骨４４上の多数のポイントを含むポイントクラウドはその後、骨４４に物理的に接触するためにプローブ３８を使用する必要なしに作成される。このポイントクラウドは次に、骨４４を位置決めするために、骨４４の３次元表現と位置合わせされる。追加の追跡可能な要素４２およびその他の骨４６の一部も、相互作用空間内にあってもよく、その場合には、骨４６は骨４４と同様に位置決めが可能である。
【００２７】
図３の実施形態では、ＣＴスキャンは、３Ｄトラッキングセンサ３６が、位置決めする間に十分に露出した骨を捕捉できる場合には、骨４４および／または骨４６またはそのいずれかの３次元表現を作成するために使用し得る。あるいは、ＭＲＩを３次元表現を作成するために使用できる可能性がある。位置決めが行われている間、３Ｄトラッキングセンサ３６に露出された骨の一部が軟骨またはその他の柔組織によって覆われている場合には、骨４４、４６を取り囲む柔組織を示す３次元表現は有用であり得る。
【００２８】
骨４４の位置決めに続いて、骨４４の画像は、タブレット装置（図３）または標準的なコンピュータ用モニターなどのようなディスプレイ４８に出力されてもよい。ディスプレイ４８から物理的に分離している場合には、手術制御装置１０（図１）は、通信インターフェイス１８を介してディスプレイ４８と通信できる。一実施形態では、ディスプレイ４８は、３Ｄトラッキングセンサ３６の透視図からデジタル方式で骨４４を再構成した放射線写真（ＤＲＲ）を示す。本実施形態では、医師は３Ｄトラッキングセンサ３６を患者の解剖学的構造の周りで操作でき、様々な視点から解剖学的構造のＤＲＲを見ることができる。
【００２９】
図４を参照すると、例示的実施形態において、３Ｄトラッキングセンサ３６は手術器具３４に連結され、外科手術手順の間、１つ以上の追跡可能な要素またはその他の対象物の姿勢を決定する。図２および図３の実施形態におけるような、追跡可能な要素４０、４２は、それぞれ骨４４、４６に固定されている。一実施形態では、図２にて示すように、手術器具３４は触覚装置３２に連結されている。ユーザが外科手術手順の間に手術器具３４の位置を変えたときには、追跡可能な要素４０、４２は３Ｄトラッキングセンサ３６の相互作用空間内に留まる。手術制御装置１０は、３Ｄトラッキングセンサ３６により受信した情報に少なくとも部分的に基づいた外科手術手順の間、１つ以上の追跡可能な要素４０、４２の姿勢を決定できる。したがって、３Ｄトラッキングセンサは、追跡可能な要素４０、４２を追跡する。骨４４、４６が既に位置決めされた場合には、手術システム１００もまた、（追跡可能な要素４０、４２の姿勢を継続して決定することにより）外科手術手順の間、骨４４、４６を追跡する。したがって、外科手術手順の間は、手術器具３４に連結された３Ｄトラッキングセンサ３６は、手術システム１００が様々な対象物（例えば、追跡可能な要素、患者の解剖学的構造の一部）を追跡することを可能にする。更に、手術室に関連して固定されたカメラを必要とするその他のナビゲーションシステムと異なり、３Ｄトラッキングセンサ３６は手術システムの能力を阻害することなく対象物を追跡するために位置を自由に動かすことができる。
【００３０】
図５に示した例示的実施形態を参照すると、３Ｄトラッキングセンサ３６は可搬型触覚装置３２に連結されている。追跡可能な要素４０、４２は３Ｄトラッキングセンサ３６の相互作用空間内にある。それぞれの追跡可能な要素は３Ｄトラッキングセンサ３６の相互作用空間内にあるため、センサ３６に関連したそれぞれのトラッキングされた対象物の姿勢は、手術制御装置１０によって決定することができる。したがって、３Ｄトラッキングセンサ３６は、手術システム１００内で、骨４４、４６およびその他の追跡された対象物の姿勢を決定するために使用可能である。外科手術手順の間、基部と３Ｄトラッキングセンサ３６との間の座標変換が公知であるように、３Ｄトラッキングセンサ３６は触覚装置３２の基部に関連して固定してもよい。手術制御装置１０は次に、触覚装置３２の基部に関連した位置および配向またはそのいずれかに基づいて手術器具３４の位置を計算することができる。３Ｄトラッキングセンサは、（図５に示すように）アームに取り付けるかまたは直接触覚装置３２に取り付けてもよい。アームは、追跡される任意の対象物が３Ｄトラッキングセンサ３６の相互作用空間内にあることを確保するためにユーザが３Ｄトラッキングセンサを配置できるように調節可能であってもよい。
【００３１】
図６を参照すると、別の例示的実施形態では、３Ｄトラッキングセンサ３６は患者の骨４４、４６上に配置され、追跡可能な要素５２は手術器具３４に関連して固定されている。したがって、追跡可能な要素５２および手術器具３４の姿勢は、１つ以上のトラッキングセンサ３６により提供された情報に少なくとも部分的に基づいて決定されることが可能となる。その他の対象物はまた、患者の解剖学的構造に連結された３Ｄトラッキングセンサ３６を使用してトラッキングされてもよい。
【００３２】
様々な例示的実施形態に示されたシステムおよび方法の構造と配列は、説明のみを目的としている。本開示では詳細に説明された実施形態は少ないが、多くの変更（例えば、様々な要素の寸法、構成要素および構造における変化、パラメータの値、取り付け方法、材料の使用、配向など）が可能である。例えば、要素の位置を逆にしたり、変化させたり、個々の要素の性質もしくは数または位置を変更したり変化させたりしてもよい。したがって、すべてのこうした変更は本発明の範囲内に含まれるものとする。代替実施形態では、任意の過程または方法、ステップの順序や順番は変化させたり再度順番に並べてもよい。例示的実施形態のデザイン、操作状態および調整におけるその他の置換、修正、変更および省略は、本開示の範囲を逸脱しない場合には行ってもよい。
【００３３】
方法のステップの特定の順序が記載されてもよいが、ステップの順序は記載されているものと異なってもよい。また、２つまたはそれ以上のステップが同時にまたは部分的に同時に行われてもよい。このような変化は選択されたソフトウェアおよびハードウェアシステムおよびデザイナの選択に依存するだろう。このような変化はいずれも本開示の範囲内に入るものである。同様に、ソフトウェアの導入は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップおよび決定ステップを行うルールベースロジックおよびその他のロジックで標準的なプログラミング技術により行われ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2016503676.tif 000011
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