JP2005246069A - 調節可能取付具 - Google Patents

Abstract

【課題】 外科的処置を容易に行うことができる調節可能取付具及び外科的処置の実施方法を提供する。
【解決手段】 第１の部材１６であって、追跡される外科コンポーネントに第１の部材１６を取り付けるための手段３４を含む第１の部材１６と、第２の部材１８であって、一つ以上の追跡要素１２に第２の部材１８を取り付けるための手段４４を含み、第２の部材１８は、第１の部材１６と第２の部材１８間を相対的に移動するように第１の部材１６に接続され、第１の部材１６と第２の部材１８は、複数の相対位置の間で相対的に移動可能である第２の部材１８と、複数の相対位置のうち一つの位置で、第１の部材１６と第２の部材１８を取り外し可能にロックするための手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、外科ナビゲーションシステムに関係して使用される外科コンポーネントに関するものである。特に、本発明は、調節可能誘導追跡要素取付具に関する。

現在、多くの外科処置は、外科ナビゲーションシステムを用いて実行されている。外科ナビゲーションシステムにおいて、センサーは、外科器具、インプラント、又は患者ボディ部品等の外科部位における外科コンポーネントに周知の関係で取り付けられた追跡要素を検出する。そのとき、検出情報は、外科ナビゲーションシステム座標系内で追跡要素の三次元位置を三角法で測定するコンピュータに与えられる。したがって、コンピュータは、外科コンポーネントの位置を認識することができ、外科医を誘導するために位置を表示することができる。例えば、位置は、Ｘ線、ＣＴスキャン、超音波又は他の画像技術によって得られた患者の解剖学的構造の画像上に重ねて示されることができる。同じようにして、位置データは、外科医の参照のために、テキスト又は数字の読み取り情報の形態で提供されることがある。

追跡される外科コンポーネント上での追跡要素の取付位置は、追跡要素を検出するための外科ナビゲーションシステムの機能に影響を与えることがある。同様に、外科部位の他の器具及び／又は外科部位の細胞学的構造との干渉を小さくする取付位置となることがある。また、取付位置は、外科担当者に便利で及び／又は快適な事柄となることもある。

本発明は、外科的処置を容易に行うことができる調節可能取付具及び外科的処置の実施方法を提供する。

本発明の一つの特徴において、調節可能取付具は、外科処置中において外科ナビゲーションシステムによって追跡される外科コンポーネントに対する一つ以上の追跡要素を取り付けるために提供されている。調節可能取付具は、追跡されるための外科コンポーネントに対して第１の部材を取り付け付けるための手段を含む第１の部材を含んでいる。取付具は、さらに、一つ以上の追跡要素に対して第２の部材を取り付けるための手段を含む第２の部材を含んでいる。第２の部材は、第１，第２の部材間の相対的移動のために第１の部材に連結されている。第１，第２の部材は、それぞれが複数の相対的位置の間で移動可能である。さらに、取付具は、複数の相対位置のうち特定位置で第１，第２の部材を取り外し可能にロックする手段を含んでいる。

本発明の他の特徴において、組立体が、外科処置中に外科ナビゲーションシステムと共に使用するために提供されている。組立体は、外科コンポーネントと、外科ナビゲーションシステムによって追跡可能な追跡要素のアレイと、アレイを外科コンポーネントに取り付けるための調節可能取付具とを含んでいる。取付具は、外科コンポーネントに連結された第１の部材と、アレイに連結された第２の部材とを含んでいる。第１，第２の部材は、外科コンポーネントに関係するアレイの再位置決めを許容するように第１，第２の部材間の相対移動のために連結されている。第１，第２の部材は、それぞれが複数の相対的位置の間で移動可能である。

本発明の他の特徴において、患者の身体の外科部位に外科処置を実施する方法は：第１，２の部材を有する調節可能な取付具を備え、一方の部材を外科ナビゲーションシステムによって追跡される外科コンポーネントに取り付け、他方の部材を少なくとも一つの追跡要素に取り付け、第１，２の部材を複数の相対位置の間で相対移動のために取り付け；外科コンポーネントに関係する所望の位置において少なくとも一つの追跡要素を配置するために第１，２の部材の相対的位置を調節し；外科ナビゲーションシステムを用いて少なくとも一つの追跡要素を追跡することを含んでいる。

本発明の種々の実施形態は、添付された図面に関係して議論されるであろう。これらの図は、単に、本発明の例示としての実施形態を示しており、発明の技術的範囲を制限するものとして考えられるものではない。

調節可能誘導追跡要素取付具の実施形態は、外科ナビゲーションシステムとともに使用するための一つ以上の追跡要素の複数の取付位置を提供するために構成されることがある。取付具は、取付具が取り付けられる外科コンポーネントに関係して、追跡要素の位置を調節可能に変える移動可能な部材を含むことがある。例えば、取付具は、追跡された外科コンポーネントに接続可能な第１の部材と、追跡要素に接続可能な第２の部材を含むことがある。第２の部材は、複数の位置で第１の部材に接続可能となることがある。例えば、ピボット継手、回転継手、すべり継手及び／又は他の継手が、取付具に組み込まれることがある。移動可能な部材は、それぞれが無限に調節可能、又は有限個の個々の位置で調節可能になることがある。例えば、回転継手は、個々の回転角で継手をロックする噛み合い歯と切欠部とを含むことがある。取付具は、付加的調節角度を許容するために、追跡要素と追跡された外科コンポーネントとの間に取り付けられた付加部材を含むことがある。例えば、第３の部材は、追跡要素及び追跡された外科コンポーネントの相対的位置の付加的平行移動及び／又回転移動の調節を提供することがある。

取付具は、取付具に対して一つ以上の追跡要素を接続するための取付機構を含むことがある。例えば、取付ねじ、ボルト、ボス、ピン、あり継ぎ、差込具、磁石、溶接、接着、フック及びループ具、及び／又はその他の適当な取付機構が含まれることがある。例えば、追跡要素のアレイは、雌型あり継ぎを有する取付ブロックを含むことがある。そして、取付具は、雌型あり継ぎに係合する雄型あり継ぎを含むことがある。

取付具は、追跡された外科コンポーネントに取付具を接続するための取付機構を含むことがある。例えば、取付ねじ、ボルト、ボス、ピン、あり継ぎ、差込具、磁石、溶接、接着、フック及びループ具、及び／又はその他の適当な取付機構が含まれることがある。例えば、ボスは、外科器具の孔に係合するために取付具から延びることがある。さらに、ボスからオフセットする非回転性ピンは、取付具の回転を妨げる外科器具の第２の孔に係合するために取付具から延びることがある。ねじは、組立てのために取付具及び外科器具に係合することがある。

取付具は、追跡要素及び追跡された外科コンポーネントに接続され、外科処置前に校正されることがある。取付具は、患者の位置、外科設備、外科担当者等の外科的環境の変化に適合するため、及び／又はその他の要求に適合するため、外科処置中に追跡された要素を再位置決めするために調節されることがある。追跡要素と追跡される外科コンポーネント間の新しい関係は、校正装置との関係又は外科ナビゲーションシステムの周知の位置において、外科コンポーネントを配置することによって校正されることがある。また、取付具は、外科処置前に外科ナビゲーションシステムに入力された予め定義された個々の位置で配置されることがある。取付具が、外科処置中に新しい位置に変化したとき、新しい位置は、自動的に検出され、又は外科ナビゲーションシステムのメニューから選択されることがある。

取付具は、一つ以上の追跡要素とともに使用されることがある。追跡要素は、追跡要素アレイベース上でアレイ内に取り付けられることがある。追跡要素は、検出可能な電磁石、音響、画像によって、及び／又はその他の検出手段で検出されることがある。さらに、追跡要素は、能動的又は受動的となることがある。能動的追跡要素の例では、数ある中で、電磁石システムにおいて電磁石要素を、画像システムにおいて発光ダイオードを、音響システムにおいて超音波エミッタを含むことがある。受動的追跡要素の例では、反射面を有する要素を含むことがある。例えば、反射球体又は反射円板は、整形外科のガイドに取り付けられ、そして画像システムによって検出されることがある。

図１〜３は、追跡される外科コンポーネントに一つ以上の追跡要素１２を取り付けるための調節可能誘導探索追跡要素取付具１０の実例を示す。実例において、取付具１０は、寛骨白のカップ挿入部１００に対して画像案内追跡要素１２のアレイ１４が取り付けられた状態が示されている。本発明の取付具１０は、追跡される外科コンポーネントに対して様々な種類の追跡要素を取り付けるために使用されることがある。

実例の取付具１０は、軸１７の周りを相対的に回転するために互いに固定された第１の上側部材１６と第２の下側部材１８を含んでいる。個々の回転した位置において、調節された複数の歯２２及び対応する複数の溝２２が、上側部材１６及び下側部材１８の外周端に位置している。第１，２の嵌め込みチューブ２４，２６は、コイルばね２８によって内側に付勢されている。チューブは、歯２０を溝２４に着座させた状態で、軸係合方向に上下の部材を付勢するために、上下の部材１６，１８に隣接する頭部３０，３２を有している。上下の部材１６，１８は、複数の歯２０を複数の溝２２から離すためにばね２８のばね力に抗して、それらを軸方向に離す方向に付勢することによって再位置決めされることがある。そのとき、上下の部材１６，１８は、新しい回転位置まで回転して離れ、その結果、ばね力で複数の歯２０と複数の溝２２が再び係合する。あるいは、上下の部材１６，１８は、他の押し込み式係合機構及び／又は摩擦手段によってそれらの回転位置を保持することがある。同様にして、上下の部材は、軸方向のロック用ボルト、又はその代わりとして他の軸方向の圧縮機構、又はばね２８とチューブ２４，２６の組み合わせた機構を含むことがある。

下側部材１８は、追跡される外科コンポーネントに取付具を接続し、取付具と外科コンポーネントの間の可能な６自由度の全てをロックするための取付機構３４を含んでいる。実例の取付機構は、２軸に沿う平行移動と２軸周りの回転移動を含む４自由度を制御するために、外科コンポーネントの対応する孔に係合する突出ボス３６を含んでいる。非回転ピン３８は、ボス３６からオフセットするとともに、第３の回転の自由度を制御するために、外科コンポーネントの対応する孔に係合するために取付機構３４から突出している。ロックねじ４０は、第３の平行移動の自由度を制御し、取付具１０を外科コンポーネント上でロックするために、外科コンポーネントの中を挿通する。ねじ４０は、このねじを外科コンポーネント上に取り付けるために、取付具の下側部材１８に隣接するノブ４２を含んでいる。

取付具１０の上側部材１６は、追跡される外科コンポーネント上に追跡要素１２を取り付けるために、一つ以上の追跡要素１２（図３）に接続している。実例の追跡要素取付機構４４は、追跡要素１２に取り付けられた雌型あり継ぎ部材に係合する雄型あり継ぎ部材６０を含んでいる。機構の雌雄は逆になることがある。他の機構は、コンポーネントに接続するために使われることがある。追跡される外科コンポーネントに関係する追跡要素１２の位置は、互いに関連して、取付具の上下の部材１６，１８を再位置決めすることによって調節されることがある。実例の取付具１０において、追跡要素取付機構４４は、軸４８周りを回転するために、上側部材１６に取り付けられた追跡要素回転部材４６によって上側部材１６に接続されている。上側部材１６に関係する追跡要素回転部材４６の回転位置は、上下の部材１６，１８間の機構と同様の機構を使用することで制御されることがある。一対の嵌め込みチューブ５０，５２は、外周端の歯５６を対応する切欠部５８に付勢するために、ばね５４によって内側に圧縮されている。上側部材１６に関係する追跡要素回転部材４６の回転位置は、歯５６と溝５８を離すために、追跡要素回転部材を上側部材１６から軸方向に離れる方向に引っ張ることによって調節されることがある。そのとき、追跡要素回転部材４６は、新しい位置に回転するとともに開放されることがあり、その結果、歯５６と溝５８とが再び係合する。追跡要素回転部材４６の回転軸４８は、下側部材の回転軸１７を横切る。その結果、両方の軸４８，１７周りの回転を調節することによって、追跡要素１２の位置が３次元方向に変化することがある。追跡要素１２の可能な位置の総数は、各回転軸周りの位置の数によって決定される。例えば、各回転軸４８，１７が、全部で４つの個々の回転位置に関して配置されているならば、下側部材１８及び追跡される外科コンポーネントに関係する追跡要素１２に関して１６の位置が可能になる。

図３は、追跡要素１２のアレイ１４を寛骨白のカップ状挿入部１００としての外科コンポーネントに接続するために使用する実例の調節可能誘導追跡要素取付具１０を示す。アレイ１４は、追跡要素回転部材４６のあり継ぎ６０と継ぎ合わせるためのあり継ぎ６３を有する取付ブロック６２を含んでいる。寛骨白のカップ状挿入部１００は、ボス３６、非回転ピン３８及びロックねじ４０を受ける孔６４，６６，６８を含んでいる。

使用の際、アレイ１４は、あり継ぎ６０，６３を係合させることによって誘導追跡要素取付具１０に取り付けられている。取付具１００は、ボス３６が対応する孔６４と係合し、非回転ピン３８が対応する孔６６と係合し、ロックねじ４０が対応する孔６８と係合することによって、寛骨白のカップ状挿入部１００に取り付けられている。ロックねじ４０のノブ４２は、アタッチメントを締め付けるために回される。アレイ１４の位置は、各軸１７，４８周りで、取付具組立体を回転することによって調節されることがある。例えば、アレイ１４位置は、外科ナビゲーションシステムで最良の信号受信を容易にするために、調節されることがある。例えば、画像案内システムにおいて、アレイ１４位置は、システムカメラと追跡要素１２間の視界が妨害されないように調節されることがある。また、アレイ１４位置は、外科損傷の境界における肉体や他の外科器具等の隣接する解剖学的構造上で、衝突しないように調節されることがある。また、アレイ１４の位置は、寛骨白のカップ挿入部１００などの外科コンポーネント上で、外科グリップを収容するために調節されることがある。アレイ１４位置は、必要が生じたときに、外科処置中で１又はそれ以上調節されることがある。例えば、位置は、患者を再位置決めするための必要性、身体の一方から他方への外科医の移動、立っている位置と座っている位置との間での外科医の移動、外科器具の移動に適合するため、及び／又は他の必要性に適合するため、調節されることがある。アレイ１４と追跡された外科コンポーネントとの間の新しい関係は、校正装置と関係して、又は外科ナビゲーションシステムに対する周知の位置で、外科コンポーネントを配置することによって、校正されることがある。取付具は、手術前に外科ナビゲーションシステムに入力された予め定義された個々の位置に配置されることがある。取付具が、手術中に新しい位置に変化したとき、新しい位置は、自動的に検出され、又は外科ナビゲーションシステムのメニューから選択されることがある。

調節可能誘導追跡要素取付具とその使用が、詳細に説明されると共に図示されているが、これらは、単に実例のためのものであり、発明を制約するためのものではないということが理解される。本発明は、追跡要素のアレイを寛骨白のカップ挿入部に取り付けるための使用方法が例示されている。しかしながら、調節可能誘導追跡要素取付具は、他の外科部位において、他の機能を実行するために、追跡することを必要とする任意の外科コンポーネントと共に使うために配置されることがある。したがって、調節可能誘導追跡要素取付具に対する均等物や修正物、その使用は、当業者にとって明らかになるであろう。そして、以下に示すクレームは、全ての修正物や等価物を保護するために意図されている。

本発明による調節可能誘導追跡要素取付具の一例の側面図である。 図１の調節可能誘導追跡要素取付具の底面図である。 外科器具に対する追跡要素のアレイに接続された図１の調節可能誘導追跡要素取付具の一例の側面図である。

符号の説明

１０ 調節可能誘導追跡要素取付具（調節可能取付具）
１２ 追跡要素
１４ アレイ
１６ 上側部材（第１の部材)
１７，４８ 軸
１８ 下側部材（第２の部材）
２０，５６ 歯
２２ 溝
２４ 第１の嵌め込みチューブ
２６ 第２の嵌め込みチューブ
２８，５４ ばね
３４ 取付機構
４４ 追跡要素取付機構
４６ 追跡要素回転部材
５８ 切欠部
６０，６３ あり継ぎ
１００ 寛骨白のカップ挿入部

Claims (18)

1. 外科処置中に、外科ナビゲーションシステムによって追跡される外科コンポーネントに対し、一つ以上の追跡要素に取り付けるための調節可能取付具において、
   第１の部材であって、追跡される前記外科コンポーネントに該第１の部材を取り付けるための手段を含む第１の部材と、
   第２の部材であって、前記一つ以上の追跡要素に該第２の部材を取り付けるための手段を含み、該第２の部材は、前記第１の部材と該第２の部材との間で相対的に移動を生じるように前記第１の部材に接続され、前記第１の部材と該第２の部材は、複数の相対位置の間で相対的に移動可能である第２の部材と、
   前記複数の相対位置のうち一つの位置で、前記第１の部材と前記第２の部材を取り外し可能にロックするための手段と、
   を備えた調節可能取付具。
2. 前記第１の部材と前記第２の部材とが、第１の軸周りを相対的に回転するように取り付けられ、前記第１の部材と前記第２の部材とが、有限個の個々に分離した回転位置の間で回転可能であることを特徴とする請求項１記載の調節可能取付具。
3. 前記第１の部材と前記第２の部材とのいずれか一方は歯を有し、前記第１の部材と前記第２の部材との他方は対応する切欠部を有し、前記歯と前記切欠部は、有限個の位置で前記第１の部材と前記第２の部材とを配置するために係合可能であることを特徴とする請求項２記載の調節可能取付具。
4. 前記第１の部材と前記第２の部材とを互いに付勢して、前記歯と前記切欠部とを係合させるばね部材をさらに含む請求項３記載の調節可能取付具。
5. 前記第２の部材を前記一つ以上の追跡要素に取り付けるための前記手段が、前記第２の部材に対し独立して移動するように前記第２の部材に接続される第３の部材と、前記第２の部材に対して前記第３の部材の相対的位置を取り外し可能にロックする手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の調節可能取付具。
6. 前記第２の部材と前記第３の部材とは、第１の軸を横切る第２の軸周りで相対回転するように取り付けられ、前記第２の部材と前記第３の部材とは、有限個の個々に分離した回転位置の間で回転可能であることを特徴とする請求項５記載の調節可能取付具。
7. 外科処置中に、外科ナビゲーションシステムと共に使用される組立体において、
   外科コンポーネントと、
   前記外科ナビゲーションシステムによって追跡可能な追跡要素のアレイと、
   前記アレイを前記外科コンポーネントに取り付けるための調節可能取付具であって、前記取付具が、前記外科コンポーネントに接続される第１の部材と前記アレイに接続される第２の部材を含み、前記第１の部材と前記第２の部材は、前記外科コンポーネントに関して前記アレイの再位置決めを許容するように、前記第１の部材と前記第２の部材との間で相対移動のために接続され、前記第１の部材と前記第２の部材は、それぞれ複数の相対的位置の間で相対的に移動可能である調節可能取付具と、
   を備える組立体。
8. 前記第１の部材と前記第２の部材が、複数の相対的位置の間で第１の軸周りで相対的回転のために取り付けられていることを特徴とする請求項７記載の組立体。
9. 前記第１の部材と前記第２の部材が、有限個の個々に分離した回転位置の間で回転可能であり、さらに、前記第１の部材と前記第２の部材が、個々に分離した相対的位置の所望の一つの位置で取り外し可能にロックするためのロック機構を備えることを特徴とする請求項８記載の組立体。
10. さらに、前記外科コンポーネントに関する前記アレイの調節の付加的自由度を提供するように、前記第２の部材と該第２の部材に関係して独立に移動するための前記アレイとの間で接続された第３の部材を含む請求項７記載の組立体。
11. 前記第１の部材は、第１の軸周りで相対的回転をするために前記第２の部材に接続され、前記第２の部材は、前記第１の軸を横切る第２の軸の周りで相的回転するように前記第３の部材に接続されていることを特徴とする請求項１０記載の組立体。
12. 前記第３の部材はあり継ぎ接続部材を含み、前記アレイは対応するあり継ぎ接続部材を含み、それぞれのあり継ぎ接続部材が互いに係合することを特徴とする請求項１０記載の組立体。
13. 前記外科コンポーネントは、第１、第２及び第３の孔を含み、
    前記第１の部材は、さらに、前記第１の部材から延びるボスであって、前記外科コンポーネントの前記第１の孔に係合するボスと、
    前記第１の部材から延びるピンであって、前記ボスから間隔をあけ、前記外科コンポーネントの前記第２の孔に係合するピンと、
    前記第１の部材から部材から延びるロックねじであって、前記外科コンポーネントの前記第３の孔に挿通可能なロックねじと、
    を備えることを特徴とする請求項７記載の組立体。
14. 追跡要素の前記アレイは、画像センサーによって検出可能な追跡要素を備えることを特徴とする請求項７記載の組立体。
15. 第１の部材及び第２の部材を有する調節可能取付具を備え、両部材のいずれか一つは、外科ナビゲーションシステムによって追跡された外科コンポーネントに取り付けられ、両部材のいずれか他の一つは、少なくとも一つの追跡要素に取り付けられ、前記第１の部材及び前記第２の部材は、複数の相対位置の間で相対的移動のために取り付けられ、
    前記外科コンポーネントに関係する所望の位置に、少なくとも一つの追跡要素を配置するために、前記第１の部材及び前記第２の部材の相対位置を調節し、
    外科ナビゲーションシステムを用いて少なくとも一つの追跡要素を追跡する外科的処置の実施方法。
16. 手術中に、変化した外科環境に適合させるため、少なくとも一つの追跡要素の位置を変えるため、前記第１の部材及び前記第２の部材の相対位置を調節することを特徴とする請求項１５記載の外科的処置の実施方法。
17. 前記第１の部材及び前記第２の部材は、該第１の部材及び該第２の部材の相対位置をロックするために係合状態で付勢される歯及び対応する切欠部を含み、
    前記調節段階は、
    前記歯と前記切欠部を分離する段階と、
    前記第１の部材及び前記第２の部材の相対位置を調節する段階と、
    前記歯及び前記切欠部が新しい位置をロックするために互いに付勢されるように、前記第１の部材及び前記第２の部材を開放する段階と、
    を備えることを特徴とする請求項１５記載の外科的処置の実施方法。
18. 前記少なくとも一つの追跡要素は、該少なくとも一つの追跡要素を画像センサーの視界内に配置する前記第１の部材及び前記第２の部材の相対位置が像及び調節によって検出される要素を備えることを特徴とする請求項１５記載の外科的処置の実施方法。

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