JP2002518127A - フィデューシャルネジを用いたフィデューシャルマッチング - Google Patents
フィデューシャルネジを用いたフィデューシャルマッチングInfo
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Abstract
Description
ューシャルネジに設けられた2つの参照点を参照づけする装置、および独立請求
項11の上位概念に基づく、参照点の位置規定された割当てを創出する方法に関
する。
ンピュータ断層撮影像を、外科処置のために利用するという課題がしばしば生じ
ている。この場合、外科器具用の位置検出装置を用いて骨や身体部位の特定の点
を同定し、コンピュータ断層撮影像で同定されている点と位置に関して比較する
ことが必要になる可能性がある。
分節は、治療されるべき部位を広範囲に切開することなく手術するのが望ましい
(最小浸襲技術)。そのためにはコンピュータ支援外科が適している。位置検出
システムの動的な参照ベースが与えられている手術室で患者の座標系を記録する
ために、およびあらかじめ検出しておいた断層画像データの座標系を記録するた
めに、マッチングと呼ばれる座標変換を行う必要がある。
タ支援外科に関する詳しい説明は次の文献に見られる: L.-P.Nolte等の「Clinical evaluation of a system for precision enhanceme
nt in spine surgery」(脊柱手術におけるシステムの精度増大に関する臨床評価
)、Clinical Biomechanics,1995,Vol.10,No.6, pp293-303。
能性は、たとえばUS5,383,454ブーフホルツ(BUCHHOLZ)に記載されて
いるような機械的なスキャニング装置を使用することにある。しかしこの公知の
方法はきわめて時間がかかり、精度の点でも現在では時代遅れとなっている。
剖学的な参照点を用いて、事前に規定された点を同定することにある。この方法
も、身体部位が少ししか切開されていない場合には見通しが悪いので困難である
。しばしば内視鏡も必要になる。
ィデューシャル(基準)移植片が用いられる。このような方法、およびこれに適
した装置はUS4,945,914アレン(ALLEN)に記載されている。この方法
は、1つの空間的観点で少なくとも4つのフィデューシャル(基準物)を移植す
ることを内容としている。 こうした公知の方法は、どれも時間的コストが比較的かかるという欠点がある
。
ューシャルネジに設けられた参照点の位置規定された割当ての創出を、実際の身
体の座標系における当該参照点の位置と、画像の座標系における同一の参照点の
位置との間で行うことを可能にするとともに、その際に1つまたは複数の骨の周
囲にある軟部のわずかな損傷しか必要としない(参照浸襲技術)装置および方法
を提供することである。本装置の要点はフィデューシャルネジの2つの参照点を
定義することであり、それによって本方法は、移植される2つのフィデューシャ
ルネジしか必要としない。画像はX線画像や、デジタル式に記憶されたコンピュ
ータ断層撮影像であってもよい。
参照づけする装置であって請求項1および5の構成要件を備えているもの、およ
び、参照点の位置規定された割当てを創出する方法であって請求項11の構成要
件を備えているものによって、課せられた課題を解決する。
るポインタが、定置の参照点を備えたフィデューシャルネジに関して空間的に厳
密に定義された位置と方向づけを与えられる。一方の参照点はフィデューシャル
ネジの先端によって規定されるのに対し、第2の参照点はネジ頭部によって規定
されている。ポインタの位置決めは、ポインタの前側端部にある見当正しいピン
を、フィデューシャルネジのネジ頭部にある相応の開口部の中へ挿入することで
行われる。すると、フィデューシャルネジのネジ頭部にある開口部、およびこれ
に伴ってピンはフィデューシャルネジの長軸に対して同心的に位置することにな
り、このときピンはやはり同心的にポインタに取り付けられる。したがってポイ
ンタとフィデューシャルネジは、フィデューシャルネジに設けられた参照点に関
して定義された軸上に位置することになる。ピンに続いているポインタのシャフ
トがピンよりも大きな断面積を有しており、そのためネジ頭部の上に当接するこ
とによって、前記長軸の方向でポインタの定義された位置が得られる。したがっ
て、マーキング手段がある座標系で既知の位置にいれば、フィデューシャルネジ
に設けられた参照点の位置を同一の座標系で検出することができる。マーキング
手段は、電磁波または音響波を放射したりこれを検知するセンサや送信機であっ
てよい。センサまたは送信機の性質に応じて、マーキング手段の位置を相応の位
置検出装置で測定することができる。 位置検出装置は、特に画像処理ソフトウェアを備えたコンピュータを包含する
ことのできるコンピュータ支援外科システム(CAS)の一部であってよい。
ィデューシャルネジが、たとえばコンピュータ断層撮影で作成されたデジタル式
の三次元画像で、または骨の通常のX線画像で認識可能であることに依拠してい
る。そこでフィデューシャルネジの参照点を画像上で相応の座標系に関して測定
し、実際の身体に取り付けられたフィデューシャルネジの参照点を別の座標系に
関して本発明の装置で測定すれば、画像上の参照点の位置と、実際の身体での参
照点の位置との割当てによって、画像上のどの任意の点でも、座標変換を行うこ
とで実際の骨での対応する位置に割り当てたり、この逆を行うことが可能となる
。本発明の装置を適用する本発明の方法では、骨に移植された2つのフィデュー
シャルネジがあれば座標系の記録またはマッチングをするのに十分である。
身体の座標系における当該参照点の位置と、画像の座標系における同一の参照点
との間で創出することは、通常、フィデューシャルマッチングと呼ばれている。 本発明のその他の有利な構成は従属請求項に記載されている。
明の方法を適用しながら画像の座標系と実際の座標系をフィデューシャルマッチ
ングするのに2つのフィデューシャルネジを移植すれば十分であり、フィデュー
シャルネジを移植する骨の分節をわずかな程度にしか切開しなくてすむ(最小浸
襲技術)という点に見ることができる。 次に、幾つかの実施例を示す部分的な模式図を参照しながら、本発明および本
発明の発展例について詳しく説明する。
ィデューシャルネジ2、および前側の端部15と、後側の端部16と、円筒状の
シャフト4と、グリップ5とを備えたポインタ3を包含している。グリップ5と
対向するポインタ3の前側の端部15には円筒状のピン7が取り付けられており
、このピンは、フィデューシャルネジ2のネジ頭部22に穿設された、フィデュ
ーシャルネジ2を回して入れたり外したりする役目をする器具を受容するための
開口部12の中へ同心的かつ見当正しく挿入可能である。ピン7はポインタ3の
シャフト4よりも小さい断面積を有しているので、挿入されたポインタ3の軸方
向の位置は厳密に規定される。なぜなら肩部17が、有利には長軸9に対して垂
直になっているフィデューシャルネジ2の後側の端部13の上に装着されるから
である。このとき、長軸と同心的に延びている、フィデューシャルネジ2のネジ
頭部22にあるこの開口部12は、雌ネジまたは六角穴を備えていてよい。この
開口部12が雌ネジを備えている場合、ポインタ3のピン7は雄ネジを備えてい
てよく、それによってポインタ3とフィデューシャルネジ2との脱着可能かつ堅
固な連結を創出可能である。ポインタ3とフィデューシャルネジ2をこのように
同心的に接合することで、ポインタの長軸9はフィデューシャルネジ2の長軸と
一致し、それによって円筒状のポインタ3の方向はフィデューシャルネジ2に関
して定義される。ポインタ3の後側の端部には3つの発光ダイオード(LED)6が
取り付けられていて、これらの発光ダイオードはポインタ3の後側の端部16に
あってよいとともに、ポインタ3の長軸9に対して垂直な平面18上に位置する
ようになっている。これらの発光ダイオード6は一直線上に位置するのではない
。
4と、第2の参照点を形成するフィデューシャルネジ2のネジ頭部22との間の
長さ(x)、および肩部17と発光ダイオード6が位置している平面18との間
の長さ(y)は、それぞれ厳密に規定されている。したがって空間内の座標系に
関する発光ダイオード6の位置と、ポインタ3とフィデューシャルネジ2の長軸
9とが同軸的かつ同心的に方向づけられていることと、ネジ頭部22に当接する
、ポインタ3のシャフト4にある肩部17によってフィデューシャルネジ2に対
してポインタの位置が軸方向で規定されていることが既知であることにより、前
側の端部14およびネジ頭部22によって定義される参照点の位置を空間内の同
一の座標系で求めることができる。
ブル8によって電流の供給を受ける。バッテリや蓄電池といった別の種類の電流
供給も同じく考えられる。同一直線上でなく配置された、電磁波または音響波を
放射する少なくとも3つの手段19が、図1および図2に示す本発明の装置の実
施形態のように発光ダイオード6である場合、座標系に関する発光ダイオード6
の空間的な位置測定は、市販されている光学的な位置検出装置を用いて行うこと
ができる。このような光学的な位置検出装置はOptotrak(オプトトラク)(商標
)の名称で販売されている。
部14とネジ頭部22とによって定義される実際のフィデューシャルネジ2の参
照点の位置と、これとは別の時点でたとえばコンピュータ断層撮影法で撮影され
た三次元画像に結像された同一の参照点の位置とを、それぞれ基準となる両方の
座標系においてマッチングないし記録することができる。
ていてよく、この位置検出装置は、手段(19)から出される電磁波または音響
波を検知する少なくとも2つのセンサ(23)を空間内に包含している。
ンタ、4:シャフト、5:グリップ、6:発光ダイオード、7:ピン、8:ケー
ブル、9:長軸、10:シャフト、11:参照点、12:開口部、13:フィデ
ューシャルネジの後側端部、14:参照点、15:ポインタの前側端部、16:
ポインタの後側端部、17:肩部、18:平面、19:電磁的または音響的に効
果のある手段、20:接合手段、22:ネジ頭部、23:センサ若しくは発信機
、24:位置検出装置。
剖学的な参照点を用いて、事前に規定された点を同定することにある。この方法
も、身体部位が少ししか切開されていない場合には見通しが悪いので困難である
。しばしば内視鏡も必要になる。 中間関節を形成する骨に関して中間関節の幾つかの内部人工器官の幾つかの箇
所の位置データを、手術前に決定する装置がDE29704393アエツクラプ
(AESCULAP)に開示されている。この既知の装置は、座標の三次元系内で幾つかの
マーキング要素の位置決定をする計測装置、データ処理装置およびそれぞれ関節
を形成する2つの骨に関するマーキング要素、を包含している。これらマーキン
グ要素は、それぞれ骨にねじ込み可能な骨ネジ形状の基底部とT形状頭の主部と
からなり、互いに離れて存在する4つのマーカーを有している。
Claims (14)
- 【請求項1】 骨に移植されたフィデューシャル移植片(2)に設けられた
2つの参照点(11;14)を参照づけする装置であって、当該装置が、 A)長軸(9)と、シャフト(10)と、頭部(22)とを備えた、骨(1)に
挿入可能なフィデューシャル移植片(2)と、 B)同一直線上に配置されていない、電磁波または音響波を放射する少なくとも
3つの手段(19)を備えたポインタ(3)であって前側の端部(15)と、後
側の端部(16)と、長軸(9)とを備えているもの を包含している形式の装置において、 C)ポインタ(3)がその前側の端部(15)に、およびフィデューシャル移植
片(2)がその頭部(22)に、それぞれ、ポインタ(3)とフィデューシャル
移植片(2)が長軸(9)に対して同心的に、かつ長軸(9)の方向で定義され
て接合可能であることを可能にする手段(20)を備えており、 D)フィデューシャル移植片(2)の既知の長さ(x)と、ポインタ(3)の既
知の長さ(y)と、前記C)項に記載の手段(20)とによって、フィデューシ
ャル移植片(2)にある参照点(11;14)と、ポインタ(3)にある電磁波
または音響波を放射する手段(19)との間に定義された位置的関連を創出可能
であることを特徴とする前記装置。 - 【請求項2】 前記装置が追加的に位置検出装置(24)を包含しており、
この位置検出装置は、前記手段(19)から出される電磁波または音響波を検知
する少なくとも2つのセンサ(23)を空間内に包含している、請求項1に記載
の装置。 - 【請求項3】 電磁波または音響波を放射する手段(19)が、長軸(9)
に対して垂直な平面(18)上で、肩部(17)と後側の端部(16)の間でポ
インタ(3)に取り付けられている、請求項1または2に記載の装置。 - 【請求項4】 電磁波または音響波を放射する手段(19)が、長軸(9)
に対して平行な、長軸(9)を含んでいる平面(18)上で、肩部(17)と後
側の端部(16)の間でポインタ(3)に取り付けられている、請求項1または
2に記載の装置。 - 【請求項5】 骨に移植されたフィデューシャル移植片(2)に設けられた
2つの参照点(11;14)を参照づけする装置であって、当該装置が、 A)長軸(9)と、シャフト(10)と、頭部(22)とを備えた、骨(1)に
挿入可能なフィデューシャル移植片(2)と、 B)同一直線上に配置されていない、電磁波または音響波を放射する少なくとも
3つの手段(19)を備えたポインタ(3)であって前側の端部(15)と、後
側の端部(16)と、長軸(9)とを備えているもの を包含している形式の装置において、 C)ポインタ(3)がその前側の端部(15)に、およびフィデューシャル移植
片(2)がその頭部(22)に、それぞれ、ポインタ(3)とフィデューシャル
移植片(2)が長軸(9)に対して同心的に、かつ長軸(9)の方向で定義され
て接合可能であることを可能にする手段(20)を備えており、 D)フィデューシャル移植片(2)の既知の長さ(x)と、ポインタ(3)の既
知の長さ(y)と、前記C)項に記載の手段(20)とによって、フィデューシ
ャル移植片(2)にある参照点(11;14)と、ポインタ(3)にある電磁波
または音響波を検知する手段(19)との間に定義された位置的関連を創出可能
であることを特徴とする前記装置。 - 【請求項6】 前記装置が追加的に位置検出装置(24)を包含しており、
この位置検出装置は、前記手段(19)によって検知されるべき電磁波または音
響波を放射する少なくとも2つの発信機(23)を空間内に包含している、請求
項5に記載の装置。 - 【請求項7】 電磁波または音響波を検知する手段(19)が長軸(9)に
対して垂直な平面(18)上で、肩部(17)と後側の端部(16)の間でポイ
ンタ(3)に取り付けられている、請求項5または6に記載の装置。 - 【請求項8】 電磁波または音響波を検知する手段(19)が、長軸(9)
に対して平行な、長軸(9)を含んでいる平面(18)上で、肩部(17)と後
側の端部(16)の間でポインタ(3)に取り付けられている、請求項5または
6に記載の装置。 - 【請求項9】 フィデューシャル移植片(2)がフィデューシャルネジであ
る、請求項1から8までのいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項10】 ポインタ(3)がその前側の端部(15)にピン(7)お
よびこれに続く肩部(17)を備えており、前記ピン(7)は長軸(9)と同軸
に、かつ見当正しく、フィデューシャルネジ(2)を回転で入れ外しする役目を
する器具を受容するための手段(12)で受容可能であり、前記手段(12)に
ポインタ(3)を挿入すると肩部(17)がネジ頭(11)に当接する、請求項
9に記載の装置。 - 【請求項11】 参照点(11;14)の位置規定された割当てを創出する
方法であって、 A)少なくとも3つの参照点が、三次元の物体(1)に挿入されたフィデューシ
ャル移植片(2)によって与えられており、 B)前記A)項に基づいて挿入されたフィデューシャル移植片(2)とともに、
三次元の物体(1)の少なくとも1つの画像を作成し、 C)前記A)項に基づく実際の物体(1)と、前記B)項に基づく当該物体の少
なくとも1つの画像の、それぞれ同一の参照点(11;14)の間で割当てを行
い、 D)前記B)項の画像の測定と、前記A)項の実際の物体(1)の測定によって
割当てを行い、 E)電磁的または音響的に作動する空間的な測定装置(24)によって前記A)
項の実際の物体(1)の位置的な測定を行う方法において、 F)フィデューシャル移植片(2)が参照点(11;14)を備えており、この
参照点(11;14)は特定の軸(9)に沿って既知の長さ(x)を包含してお
り、 G)同一直線上に配置されていない、電磁波または音響波を放射する少なくとも
3つの手段(19)を備えたポインタ(3)によって、フィデューシャル移植片
(2)に設けられたそれぞれ2つの参照点(11;14)の位置規定を行い、前
記ポインタ(3)はその前側の端部(15)に、およびフィデューシャル移植片
(2)はその頭部(22)に、それぞれ、ポインタ(3)とフィデューシャル移
植片(2)が長軸(9)に対して同心的に、かつ長軸(9)の方向で定義されて
接合可能であることを可能にする手段(20)を備えており、 H)フィデューシャル移植片(2)の既知の長さ(x)と、ポインタ(3)の既
知の長さ(y)と、前記G)項に記載の手段(20)とによって、フィデューシ
ャル移植片(2)にある参照点(11;14)と、ポインタ(3)にある電磁波
または音響波を放射する手段(19)との間に定義された位置的関連を創出可能
であることを特徴とする前記方法。 - 【請求項12】 参照点(11;14)の位置規定された割当てを創出する
方法であって、 A)少なくとも3つの参照点が、三次元の物体(1)に挿入されたフィデューシ
ャル移植片(2)によって与えられており、 B)前記A)項に基づいて挿入されたフィデューシャル移植片(2)とともに、
三次元の物体(1)の少なくとも1つの画像を作成し、 C)前記A)項に基づく実際の物体(1)と、前記B)項に基づく当該物体の少
なくとも1つの画像の、それぞれ同一の参照点(11;14)の間で割当てを行
い、 D)前記B)項の画像の測定と、前記A)項の実際の物体(1)の測定によって
割当てを行い、 E)電磁的または音響的に作動する空間的な測定装置(24)によって前記A)
項の実際の物体(1)の位置的な測定を行う方法において、 F)フィデューシャル移植片(2)が参照点(11;14)を備えており、この
参照点(11;14)は特定の軸(9)に沿って既知の長さ(x)を包含してお
り、 G)同一直線上に配置されていない、電磁波または音響波を検知する少なくとも
3つの手段(19)を備えたポインタ(3)によって、フィデューシャル移植片
(2)に設けられたそれぞれ2つの参照点(11;14)の位置規定を行い、前
記ポインタ(3)はその前側の端部(15)に、およびフィデューシャル移植片
(2)はその頭部(22)に、それぞれ、ポインタ(3)とフィデューシャル移
植片(2)が長軸(9)に対して同心的に、かつ長軸(9)の方向で定義されて
接合可能であることを可能にする手段(20)を備えており、 H)フィデューシャル移植片(2)の既知の長さ(x)と、ポインタ(3)の既
知の長さ(y)と、前記G)項に記載の手段(20)とによって、フィデューシ
ャル移植片(2)にある参照点(11;14)と、ポインタ(3)にある電磁波
または音響波を検知する手段(19)との間に定義された位置的関連を創出可能
であることを特徴とする前記方法。 - 【請求項13】 画像が、コンピュータでデジタル式に検出される三次元の
コンピュータ断層撮影像である、請求項11または12に記載の方法。 - 【請求項14】 実際の三次元の物体の測定が光学的な位置検出装置によっ
て行われる、請求項11から13までのいずれか1項に記載の方法。
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