JP2007531596A - 基準アレイ入力装置を提供する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムで使用する基準アレイ入力装置を提供する方法及び装置。本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置は、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するため、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する少なくとも２つのセンサによって感知されることが可能な部分を備える複数の基準部材を提供するように構成されている。基準アレイ入力装置は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する対応する命令の選択を容易にするようになっている複数の表示検出装置を備えることができる。基準アレイ入力装置はまた、物体、手術器具、又は関節置換術装具に隣接して基準アレイ入力装置を支持するようになっているマウントを備えることができる。

Description

本出願は、全体の内容を本明細書に参照として明示的に援用した、２００４年３月３１日出願の「基準アレイベースユーザ入力装置」という名称の米国特許仮出願第６０／５５７，８７２号の特典に関し、これを主張するものである。

本発明は、コンピュータ支援手術に関し、より詳細には、コンピュータ支援手術で使用する基準アレイ入力装置を提供する方法及び装置に関する。

多くの外科処置は、幅広いアレイの機器及び他の外科手術用品目を必要とする。必要な品目としては、これに限らないが、差込用具、作業経路、ドリルガイド及び組織プロテクタとして働くスリーブと、外科用メスと、差込目打ちと、ガイドピンと、リーマと、レジューサと、ディストラクタと、ガイドロッドと、内視鏡と、関節鏡と、のこぎりと、ドリルと、ねじ回しと、目打ちと、タップと、オステオトームと、レンチとを挙げることができる。整形外科処置を含む多くの外科処置において、これらの品目の一部又は全てを手術基準を組み込むガイド及び／又はハンドルと結合させて、器具がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムを使用することを可能にすることが望ましい。

いくつかの製造メーカは現在、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムを製造している。Medtronic Surgical Navigation Technologies, Inc.によって製造されたFLUORONAV（商標）ソフトウェアを搭載したTREON（商標）及びION（商標）システムは、このようなシステムの例である。BrainLAB VECTORVISON（商標）システムは、このような手術ナビゲーションシステムの別の例である。コンピュータ支援手術を達成するシステム及び方法はまた、２００２年２月２７日出願の「人工膝関節全置換システム及び方法」という名称の特許文献１と、２００２年２月２７日出願の「人工膝単顆置換用手術ナビゲーションシステム及び方法」という名称の特許文献２と、２００２年２月２７日出願の「頸骨高位骨切り用手術ナビゲーションシステム及び方法」という名称の特許文献３と、２００２年２月２７日出願の「人工膝関節全置換システム及び方法」という名称の特許文献４と、２００２年２月２７日出願の「人工膝単顆置換用手術ナビゲーションシステム及び方法」という名称の特許文献５と、「頸骨高位骨切り用手術ナビゲーションシステム及び方法」という名称の特許文献６と、２００２年２月１１日出願の「画像ガイド骨折整復」という名称の米国特許出願第６０／３５５，８８６号の優先権を主張した２００３年２月１１日出願の「画像ガイド骨折整復」という名称の特許文献７と、２００１年２月２７日出願の「関節形成術用画像ガイドシステム」という名称の米国特許出願第６０／２７１，８１８号と、２００２年８月２７日出願の「画像コンピュータ支援膝関節形成術」という名称の特許文献８に開示されており、参照として援用された全ての文献と同様に、それぞれの内容全体を本明細書に参照として援用する。

これらのシステム及び方法は、立体鏡的に作動する赤外線センサ、又は身体の部分、用具、器具、試用人工装具、人工装具部品、及び仮想構成物などの手術関連品目の位置を追跡する手術基準、又は骨目標の表示に基づき算出及び記憶された回転軸などの基準と合わせて作動する他のセンサなどの位置及び／又は方向追跡センサを使用する。スタンドアローンタイプ、ネットワークタイプ、又は他の方法であっても、あらゆる所望の形のコンピュータ機能などの処理能力は、感知した関連する手術基準の位置及び方向に基づき、又は記憶した位置及び／又は方向情報に基づき、（一般に又は特に、手術領域の全てもしくは一部又はそれを越えた領域に相当する）位置感知領域内の様々な品目に関する位置及び方向情報を考慮する。処理機能は、電子化した蛍光透視画像化領域、器具部品、試用人工装具又は実際の人工装具の表示をレンダリングするワイヤフレームデータファイル、又は回転軸又は他の仮想構成物又は基準に関連するコンピュータ生成ファイルなどの記憶された情報と各物体に対するこのような位置及び方向情報を関連させる。処理機能はその後、これらの物体の位置及び方向を画面、モニタ、ユーザインターフェイスその他の方法などのレンダリング機能に表示する。したがって、これらのシステム又は方法は、手術基準の位置を感知することによって、手術器具、身体部分、手術関連品目、インプラント、及びナビゲーション、評価に使用するあるいは外科手術又は他の手術を行うための仮想構成物の予測又は実際の位置及び方向に関する有用なデータを表示あるいは出力することができる。

これらのシステムで使用される手術基準の一部は、その後に赤外線カメラで検出される赤外線を放射又は反射することができる。基準は、赤外線、視覚、音響、磁気、電磁、Ｘ線、又はあらゆる他の所望の技術で動的又は受動的に感知することができる。動的基準はエネルギーを放射し、受動的基準は単にエネルギーを反射するだけである。いくつかの手術基準は、赤外線センサによって追跡されるマーカ又は基準を有し、それによって基準の位置及び方向、したがって基準が付けられた関連する器具、品目、インプラント部品、又はその他の物体の位置及び方向を割り出すことができる。

固定された基準を有する手術基準に加えて、互いに独立して位置決めすることができるモジュール基準を座標系の基準点に使用することができる。モジュール基準は、２個の、場合によってはそれ以上のセンサによって追跡することができる反射要素を含むことができ、センサの出力はモジュール基準を付けた品目の位置及び方向を幾何的に算出するように、関連する処理機能によって一斉に処理することができる。固定された基準と同様に、手術基準、モジュール基準、及びセンサは赤外線スペクトルに制限する必要はなく、あらゆる電磁、静電、光、音響、無線周波数、又は他の所望の技術を使用することができる。同様に、モジュール基準は、赤外線又は他の形態のエネルギーを「受動的に」反射するのと反対に、追跡システムに基準情報を「動的に」伝達することができる。

上記ナビゲーションシステムで使用可能な手術基準は、上記手術用器具及び他の品目を含む、あらゆる所望の構造物に固定することができる。手術基準は、参照される器具又は品目に直接固定することができる。しかし、多くの例では、手術基準を器具又は他の品目に固定することは実用的でも望ましくもない。むしろ、多くの例では、器具又は他の品目を受けるようになっているハンドル及び／又はガイドに手術基準を固定することが好ましいだろう。例えば、ドリルビット及び他の回転器具は、手術基準を回転器具に直接固定することによってトラック（track）することはできない。というのは、基準は器具と一緒に回転しないからである。むしろ、回転器具を追跡する好ましい方法は、手術基準を器具又は品目のガイド又はハンドルに付けることである。

ナビゲーションアレイなどの基準又はマーカの様々な配置及び組合せを、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムでの使用で実施してきた。従来のナビゲーションアレイは普通、同一平面のマーカを含んでおり、マーカは全て単一平面にある。このようなナビゲーションアレイの使用は、「視野方向」の問題によって影響を受ける可能性がある。すなわち、アレイの平面とカメラの間の角度が鋭角になると、マーカは同一平面にある他のマーカによって覆い隠され、それによってアレイの視認性が制限されることになる。アレイ内のマーカを全て画像内で見ることができない場合、患者の身体に対するマーカの正確な位置の位置づけは難しい可能性がある。視野方向の問題がコンピュータ支援手術処置中に起こった場合、ナビゲーションアレイに関連する手術器具の位置、又はナビゲーションアレイ自体の位置は再位置合わせ又は再位置決めしなければならず、手術処置に関連する時間及び労力が増す。

これらのシステムのいくつかでは、ユーザ又は外科医はキーボード、マウス、タブレット、又はタッチスクリーンを介してデータを処理機能に入力することができる。しかし、これらのタイプの入力装置は、手術処置前又はその最中に消毒するのが困難である可能性がある。手術処置を行いながらのこれらのタイプの装置の操作はまた、面倒であり、処置を行うのに必要な時間が長くなる。他のシステムは、データを処理機能に入力するのに、プローブ又は他の手術器具上で入力装置を利用する。しかし、これらのタイプのシステムは高価であり、操作が複雑である可能性がある。
米国特許出願公開第２００２／０１４７４５５号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１３３１７５号 米国特許出願公開第２００２／０１９８４５１号明細書 国際公開第０２／０６７７８３号パンフレット 国際公開第０２／０６７７８４号パンフレット 国際公開第０２／０６７８００号パンフレット 米国特許出願公開第２００３／０１８１９１８号明細書 米国特許出願公開第２００３／００６９５９１号明細書 米国特許第５，３８３，４５４号明細書 米国特許第５，８７１，４４５号明細書 米国特許第６，１４６，３９０号明細書 米国特許第６，１６５，８１号明細書 米国特許第６，２３５，０３８号明細書 米国特許第６，２３６，８７５号明細書

本発明の態様及び実施形態によって、上記必要性のいくつか又は全てに対処する。本発明の様々な態様及び実施形態は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている基準アレイ入力装置を含む。そのような基準アレイ入力装置はコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する１つ又は複数のコマンド又はコマンドの選択を容易にすることができる。このような基準アレイ入力装置はまた、幅広い種類の手術器具及び他の品目に取り付けるようになっている可能性がある。基準アレイ入力装置により、基準アレイ入力装置の特定の位置及び方向をコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することが可能になる。例えば、本発明の特定の実施形態による基準アレイ入力装置は、インプラントの取り付けなどの外科処置を実施するように、患者の身体に対して基準アレイ入力装置の特定の位置及び方向を配置するのに使用することができる。加えて、本発明の特定の実施形態による基準アレイ入力装置は、基準アレイ入力装置に関連する手術器具及び他の品目の特定の位置及び方向をコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムと位置合わせし、これによって追跡することができる。このようなシステムは、基準アレイ入力装置に関連する手術基準の位置及び方向を追跡することによって、手術品目の位置及び方向を追跡することができる。

本発明の特定の態様及び実施形態による基準アレイ入力装置は、基準部材、表示検出装置、及びマウントを備えることができる。一実施形態では、複数の基準部材が、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するため、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する少なくとも２つのセンサによって感知されるようになっている。複数の表示検出装置は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する対応する命令の選択を容易にするようになっている。マウントは、物体に隣接する基準アレイ入力装置を支持するようになっている可能性がある。

少なくとも１つの実施形態では、基準アレイ入力装置は、手術器具又は他の手術関連装置などの物体に関連させることができる。

本発明の特定の態様及び実施形態による方法は、基準アレイ入力装置及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムを使用して外科処置を行う方法を含むことができる。一実施形態では、方法は物体又は手術器具に隣接して基準アレイ入力装置を取り付けるステップを含むことができる。基準アレイ入力装置はこの実施形態では、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するため、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する少なくとも２つのセンサによって感知するようになっている複数の基準部材を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する対応する命令の選択を容易にするようになっている複数の表示検出装置を含むことができる。基準アレイ入力装置はまた、物体又は手術器具に隣接して基準アレイ入力装置を支持するようになっているマウントを含むことができる。この方法はまた、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって少なくとも３つの基準部材の一部を感知するステップと、少なくとも３つの基準部材の一部を感知することに基づき物体又は手術器具に関連する位置を測定するステップとを含むことができる。この方法は更に、表示検出装置の少なくとも１つを選択するステップを含み、それによって対応する命令をコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けることができる。

本発明の実施形態による方法は、コンピュータ支援手術システムを使用して関節置換術装具の位置を確認する方法を含むことができる。この方法は、基準アレイ入力装置を提供するステップを含むことができる。基準アレイ入力装置はこの実施形態では、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するため、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する少なくとも２つのセンサによって感知されるようになっている複数の基準部材を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する対応する命令の選択を容易にするようになっている複数の表示検出装置を含むことができる。基準アレイ入力装置はまた、関節置換術装具に隣接して基準アレイ入力装置を支持するようになっているマウントを備えることができる。この方法はまた、関節置換術装具に隣接して基準アレイ入力装置を取り付けるステップと、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって少なくとも３つの基準部材の一部を感知するステップとを含むことができる。更にこの方法は、少なくとも３つの基準部材の一部を部分的に感知することに基づき関節置換術装具に関連する位置を測定するステップと、表示検出装置の少なくとも１つを選択し、それによって対応する命令をコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けることができるステップとを含むことができる。この方法はまた、関節置換術のために、関節置換術装具を別の対応する関節置換術装具に取り付けるステップを含むことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態による基準アレイ入力装置１００を示す。基準アレイ入力装置１００は、様々な手術器具、整形外科装置、又は他の手術品目の位置及び方向を規定するのに使用することができる。基準アレイ入力装置１００により、手術器具、整形外科装置、又は他の手術品目を、図２に示すシステム２００などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって追跡することが可能になる。基準アレイ入力装置１００はまた、図２に２００で示すコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに１つ又は複数の対応する命令を提供するようになっている１つ又は複数の入力装置を提供することができる。いくつかの実施形態では、基準アレイ入力装置１００は、図２に２００で示すコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって追跡される個体又は身体の外部又は内部をマーキングするのに使用することができる。

図１に示す基準アレイ入力装置１００は、少なくとも１つの基準部材１０２、１０４、１０６と、少なくとも１つの入力装置１０８、１１０、１１２と、マウント１１４とを備えている。各基準部材１０２、１０４、１０６は、システム２００によって基準アレイ入力装置１００の位置及び方向を測定するため、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（図２に２００で示す）に関連する少なくとも２つのセンサによる感知のために位置決めすることができる。３つの基準部材１０２、１０４、１０６それぞれの一部は共通点１１６で交差し、基準部材１０２、１０４、１０６のそれぞれの端部は共通点１１６から離れて延びている。この例では、共通点１１６は基準部材１０２、１０４、１０６の少なくとも一部又は全てを連結している。更に、図示した例では、共通点１１６は「非セグメント」である。というのは、共通点は基準部材全てを補助部分に再分割又は分割しないからである。図示した実施形態では、３つの基準部材１０２、１０４、１０６はそれぞれ、平坦なＹ字形構造を形成するように配置されている。別の実施形態では、第４の基準部材（図示せず）は共通点１１６から延びることができ、他の３つの基準部材１０２、１０４、１０６それぞれに垂直に向けることができる。他の実施形態では、基準部材はそれぞれ少なくとも１つの他の基準部材に直角に位置決めすることができる。より多数又は少数の基準部材を、本発明の他の実施形態で使用することができる。

マーカ要素１１８、１２０、１２２などのそれぞれの基準マーカは、基準部材に沿って、又は共通点１１６で基準部材１０２、１０４、１０６の対向する端部１２４、１２６、１２８に隣接して取り付けることができる。各基準マーカ１１８、１２０、１２２は、従来の反射又は放射線不透過性材料、又はコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することが可能な他の材料を含むことができる。例えば、基準マーカ１１８、１２０、１２２は、赤外線、音響、視覚、磁気、電磁気、及びＸ線の少なくとも１つを使用してコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することができる。

一実施形態では、基準マーカ１１８、１２０、１２２は各基準マーカと一体化することができる。例えば、基準部材及び基準マーカは、単一の一体片として製造することができ、各基準部材の一部はコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することが可能である。

図１に示す実施形態は、図２に２００で示すコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対応する命令を与えるようになっている少なくとも１つの入力装置１０８、１１０、１１２を基準アレイ入力装置１００に提供する。図１に示すように、入力装置１０８、１１０、１１２は、共通点１１６と少なくとも１つの対向端部１２４、１２６、１２８の間に向けることができる。各入力装置１０８、１１０、１１２は、それぞれの表示検出装置１３０、１３２、１３４と、それぞれの識別表示装置１３６、１３８、１４０とを備えることができる。より少数又は多数の入力装置１０８、１１０、１１２、表示検出装置１３０、１３２、１３４、及び識別表示装置１３６、１３８、１４０を本発明の実施形態により使用することができる。図示した実施形態では、複数の入力装置、表示検出装置、及び／又は識別表示装置を、共通点１１６と１２６などの単一の対向端部の間に向けることができる。別の実施形態では、多数の入力装置、表示検出装置、及び／又は識別表示装置を、共通点１１６と単一の対向端部の間に向けた単一の構成部品に組み込むことができる。更に別の実施形態では、１つ又は複数の入力装置、表示検出装置、及び／又は識別表示装置を、共通点１１６及び／又は対向端部で組み込むことができる。共通点１１６のないこれらの実施形態では、１つ又は複数の入力装置、表示検出装置、及び／又は識別表示装置を、少なくとも１つの１０２などの基準部材、及び１１４などのマウントを備えた基準アレイ入力装置１００で利用することができる。

図１に示す例では、各表示検出装置１３０、１３２、１３４は、基準アレイ入力装置１００の一部に取り付けられた独自の幾何形状片などのそれぞれの認識表示装置１３６、１３８、１４０に隣接して位置決めされた金属円錐形リセスであってもよい。各表示検出装置１３０、１３２、１３４は、図２の２００に示すコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに特定の所定の命令を選択するようにユーザ入力を受け取る、あるいは検出するようになされていてもよい。それぞれの識別表示装置１３６、１３８、１４０は、図２の２００などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対するそれぞれの所定の命令に対応することができる。

一実施形態では、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム２００に関連する、図２のプローブ２１８などの手術器具を使用するユーザは、器具又はプローブ２１８を１３０などの表示検出装置に隣接して移動させる、あるいはこれと直接接触させることができる。表示検出装置１３０への隣接移動、又はこれとの直接接触は検出することができ、移動又は接触を示す対応する信号を発生させ、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム２００に伝送することができる。コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム２００に関連する、プロセッサなどの演算機能は、表示検出装置１３０への移動又はこれとの接触に関連する信号を受けることができる。図２の２０８などの演算機能は、信号を所定の命令に関連させることができ、必要に応じて命令を実施する、容易にする、あるいは実行することができる。一実施例では、所定の命令は、本体に設置される整形外科装置の特定の長さ又は寸法の入力であってもよい。

他の実施形態では、表示検出装置は、これに限らないが、入力ボタン、入力装置、接触装置、センサ装置、検出装置、送信装置、受信装置、又は赤外線装置を含むことができる。別の実施形態では、識別表示装置は、これに限らないが、三角形、四角形、円形、星形、多角形、楕円形、独自の幾何形状、数、文字、英数文字、記号、又は色を含むことができる。他の実施形態では、ユーザ入力は、これに限らないが、手術器具の一部との直接接触、ユーザ入力装置の一部との直接接触、表示検出装置に隣接する手術器具の一部の移動、又は表示検出装置に隣接するユーザ入力装置の一部の移動を含むことができる。コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムの命令は、これに限らないが、タブコマンド、選択コマンド、増分機能、減少機能、前進機能、後退機能、機能コマンド、機能、操作コマンド、操作を含むことができる。コンピュータ支援手術ナビゲーションへの命令は、寸法選択、形状選択、数字選択、英数字選択、寸法範囲選択、数字範囲選択、材料選択、本体部品選択、整形外科部品選択、又は外科処置選択の少なくとも１つに関連させることができる。

図１に示す基準アレイ入力装置１００に対する特定の配置は、少なくとも３つの基準マーカを常に規定することによって基準アレイ入力装置１００の位置及び方向を決めるように、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって使用することができる。追加の基準マーカ又はマーカ要素、及び対応する軸方向部材を、あらゆる「視野方向」に対する基準アレイ入力装置１００の感度の問題を更に低減するのに使用することができる。

本発明は、図１に示す基準部材の「Ｙ字形」方向、及びマーカに限るものではなく、本発明の実施形態による他の方向を含むことができる。ナビゲーションアレイの他の実施形態は、本発明の実施形態によるより少数又は多数の入力装置、基準部材、及び／又は基準マーカを含むことができる。更に、他の構造、形状、及び長さの入力装置、基準部材、及び／又は基準マーカが、本発明の実施形態により存在することができる。他の実施形態では、入力装置、基準マーカ及びマーカ要素は、幾何形状、球体、ブロック、又はプレートなどの、図１に示すものと異なる構造を有することができる。更に、他の実施形態では、異なる幾何形状を、各入力装置、基準マーカ、及び／又は基準アレイ入力装置のマーカ要素に使用することができる。

図示したマウント１１４は、基準アレイ入力装置１００を患者の身体の一部、手術器具、整形外科装置、又は関節置換術装具などの手術品目に対応させることができる。図１に示す例では、マウント１１４は固定装置１４２及びアレイ１４４を備えている。固定装置１４２は、患者の身体の一部に前に取り付けられた１つ又は複数のピンに取り付けることができる。固定装置１４２及びアレイ１４４はその後、互いに連結、結合、あるいは取り付けることができ、アレイ１４４は基準アレイ入力装置１００の他の部品を支持することができる。別の実施形態では、マウント１１４は、患者の身体の一部、手術器具、又は関節置換術装具などの品目に前に取り付けられた対応する２穴コネクタに取り付けることができる２叉コネクタなどのコネクタを含むことができる。本発明の実施形態によるマウントの他の構造も存在することができる。

他の実施形態では、マウント１１４は患者の身体、手術器具、整形外科装置、又は品目に基準アレイ入力装置１００を対応させるあらゆる適切な構造であってもよい。例えば、マウント１１４は、これに限らないが、患者の身体、手術器具、整形外科装置、又は品目を基準アレイ入力装置１００に取り付けるようになっている、ねじ切り装置、機械タイプ連結装置、磁気タイプ連結装置、電気機械又は電磁タイプ連結装置、接着タイプ連結装置、又はあらゆる適切なタイプの連結装置を含むことができる。

一実施形態では、マウントは手術器具、整形外科装置、又は関節置換術装具などの品目と一体的に形成することができ、基準アレイ入力装置、及び手術器具、整形外科装置、又は品目は単一片として製造することができる。

図２は、膝の上の手術、この場合膝関節形成術での、本発明による基準アレイ入力装置を使用する環境を示す略図である。本発明による基準アレイ入力装置は、図１で上述した種類の基準アレイを物理的に、視覚的に、又は他の方法で埋め込む、取り付ける、あるいは関連させることができる、頸骨２０２及び大腿骨２０４などの様々な身体部分に関連する特定の位置を追跡するのに使用することができる。本発明による基準アレイ入力装置はまた、ユーザ入力を受け、１つ又は複数の対応する命令を図２の２００などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに提供するのに使用することができる。図１に示す実施形態で示し、記載するように、基準アレイ入力装置は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することが可能なマーカ要素などの基準マーカを含むことができる。図１に示す基準アレイ入力装置１００はまた、ユーザ入力を受ける、あるいはこれをコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに伝達することが可能な円錐形リセスなどの入力装置を含むことができる。

図２に示す例では、位置センサ２０８は、少なくとも１つの基準アレイ入力装置２０６の位置及び方向、したがってそれらが取り付けられるあるいは関連される２０２、２０４などの構成要素に関するデータを感知、記憶、処理、及び／又は出力することができる。位置センサ２０８は上記の通り、所望の電気、磁気、電磁、音響、物理、無線周波数、又は動的又は受動的技術のどれによっても、基準アレイ入力装置２０６、したがってそれらが取り付けられる品目の位置及び方向を感知するあらゆる種類のセンサ機能であってもよい。一実施形態では、位置センサ２０８は、約１メートル、時にはそれ以上、時にはそれ以下だけ離れて配置された１対の赤外線センサであり、その出力は基準アレイ入力装置２０６に関する位置及び方向情報を提供するように、一斉に処理することができる。

また、図２の例に示すように、演算機能２１０は、少なくとも１つのユーザ入力と通信し、これを基準アレイ入力装置２０６から受けることができる。演算機能２１０は、所望の標準アーキテクチャインターフェイス及び／又はネットワーク位相を介して、処理機能、メモリ機能、スタンドアローン又は分配ベースかどうかで入力／出力機能を含むことができる。一実施形態では、演算機能２１０はモニタ２１６に接続することができ、モニタ上でグラフィック及びデータを手術中の外科医に提示することができる。モニタ２１６は、ユーザ入力を基準アレイ入力装置２０６から受けるようになっているユーザインターフェイスを有することが好ましい。ユーザインターフェイスはまた、所望の場合、キーボード及びマウスの従来のインターフェイスに加えて、又はその代わりに触覚画面入力を行うように外科医がモニタ２１６を指し、クリックすることを可能にする。加えて、他の物のうちで、特定の部品が適切に向けられる又は位置合わせされた場合に位置／方向情報を捕捉するために、外科医、看護士、又は他の所望のユーザが演算機能２１０を制御又は案内できるように、あらゆる他の無線又は有線インターフェイスとして演算機能２１０にフットペダル２１２又は他の従来のインターフェイスを結合させることができる。試用部品、計測部品などの品目２１４は、１つ又は複数の基準アレイ入力装置２０６を使用して、身体部分２０２、２０４に対する位置及び方向で追跡することができる。

演算機能２１０は、身体部分２０２、２０４及び品目２１４に対する他の部品に全体的又は部分的に対応する様々な形のデータを処理し、記憶し、モニタ２１４上に出力することができる。例えば、身体部分２０２、２０４は断面又は骨管などのこれらの少なくとも様々な内部態様で示すことができ、表面構造は蛍光透視画像を使用して示すことができる。これらの画像は、基準アレイ入力装置２０６に取り付けられたＣアームを使用して得ることができる。身体部分、例えば、頸骨２０２及び大腿骨２０４はまた、基準アレイ入力装置２０６が取り付けられている可能性がある。蛍光透視画像を基準アレイ入力装置２０６でＣアームを使用して得る場合、位置／方向センサ２０８は、蛍光透視ヘッドの位置と、頸骨２０２及び大腿骨２０４の位置及び方向を「見て」、追跡する。演算機能２１０は、この位置／方向情報を備えた蛍光透視画像、それによって関連する１つ又は複数の身体部分に対する蛍光透視画像の相関位置及び方向を記憶する。したがって、頸骨２０２及び対応する基準アレイ入力装置２０６が移動すると、演算機能２１０は空間内での頸骨２０２の新しい位置を自動的及びそれに応じて感知し、頸骨２０２の画像に対してモニタ２１６上で用具、器具、基準、試用品、及び／又はインプラントをそれに応じて移動させることができる。同様に、身体部分の画像を移動させることができ、身体部分及びこのような品目は両方とも移動させることができる、又はスクリーンの画像を外科医又は他の人の好みに合うように、また所望の画像化を行うように他の方法で提示することができる。同様に、追跡されている針、切断ブロック、リーマ、ドリル、のこぎり、髄外ロッド、髄内ロッド、又はあらゆる他のタイプの品目又は器具などの品目２１４が移動すると、その画像がモニタ２１６上で移動し、それによってモニタは大腿骨２０４に対してモニタ２１６上の適切な位置及び方向で品目２１４を示す。品目２１４はしたがって、外科医が品目２１４を適切に案内及び位置決めするために、身体内を見ることが可能であるかのように、大腿骨２０４の機械軸及び他の機構に対して適切に又は不適切に位置合わせされてモニタ２１６に現れることができる。

演算機能２１０はまた、関節置換術装具、用具、器具、試用部品、インプラント部品、及び外科手術で使用する他の品目などの品目２１４の構造、寸法、及び他の特性に関するデータを記憶することができる。これらが位置／方向センサ２０８の領域内に案内されると、演算機能２１０は身体部分２０２、２０４の蛍光透視画像と重複又は組み合わせて、関節置換術装具、用具、器具部品、試用部品、インプラント部品、及び他の品目２１４のコンピュータ生成画像をナビゲーション、位置決め、評価、及び他の用途で生成及び表示することができる。

演算機能２１０はまた、手術器具などの手術領域内の品目の感知した位置及び方向に基づき仮想構成データを記憶及び出力することができる。例えば、モニタ２１６は位置及び方向がセンサ２０８によって追跡されている切断ガイドによって画定される切除平面に対応する切除平面を出力することができる。他の実施形態では、モニタ２１６はリーマの感知位置及び方向に基づき切断軌跡を出力することができる。また他の仮想構成を、モニタ２１６に出力することができ、外科医又は他のユーザが外科処置の段階の一部又は全てを計画するのを助けるように、手術領域内のあらゆる手術器具又は他の品目の感知位置及び方向に基づき、関連する手術器具があってもなくても表示することができる。

本発明のいくつかの好ましい実施形態では、演算機能２１０はモニタ２１６上に、１つ又は複数のナビゲーションアレイ２０６に関連する１つ又は複数の手術器具の感知位置及び方向に基づき１つ又は複数のインプラント部品の投射位置及び方向を出力することができる。例えば、システムは切除される身体部分の一部に対して案内されているので、切断ブロックの位置及び方向を追跡することができる。演算機能２１０は、モニタ２１６上に、切断ブロックの感知位置及び方向に基づき、身体部分内のインプラントの投射配置を計算及び出力することができる。外科医又は他のユーザがインプラントの投射配置で満足しない場合、外科医は投射インプラント位置及び方向への影響を評価するように切断ブロックを再位置決めすることができる。

加えて、演算機能２１０は、指示子又はプローブ２１８を使用することなどによって、位置／方向センサ２０８の領域内のあらゆる点を追跡することができる。外科医、看護士、又は他のユーザはプローブ２１８の先端を骨構造物上の目標などの点に接触させ、フットペダル２１２を作動させる、あるいは目標位置を示すように演算機能２１０に命令する。位置／方向センサ２０８は、基準アレイ入力装置２０６の位置及び方向を「見て」、プローブ２１８の先端がその基準アレイ入力装置２０６と相対的であるかどうか「認識し」、したがってフットペダル２１２に当った又は他の指令が与えられた場合に、プローブ２１８によって示される点又は他の位置を計算及び記憶し、これをモニタ２１６上に所望の場合に、所望の形状、方法又は色のどれでも表示することができる。したがって、プローブ２１８は演算機能２１０が基準アレイ入力装置２０６の移動に対して、あらゆる他の仮想又は実際の構成又は基準に加えて、大腿骨２０４、頸骨２０２及び他の身体部分の機械軸２２０、内側横軸２２２、及び前方／後方軸２２４などの仮想又は理論情報を記憶及び追跡することを可能にするために、骨構造物上に目標を示すのに使用することができる。プローブ２１８の一例は、図４に示す手術器具である。

一実施形態では、基準アレイ入力装置２０６を、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム２００をキャリブレーションするのに使用することができる。基準アレイ入力装置２０６に関連する１つ又は複数の基準マーカの感知に関連する位置及び方向情報を使用して、演算機能２１０はまた、基準アレイ入力装置２０６に関連する、図１の１３０などの１つ又は複数の表示検出装置から追加の位置及び方向情報を受けることができる。ユーザがプローブ２１８の先端を表示検出装置に隣接して移動させる、又はこれと接触させる場合、隣接移動又は接触により、演算機能２１０が受けることができる信号が生成される。信号は、基準アレイ入力装置２０６に関連する、前に感知した基準マーカに対して表示検出装置の既知の位置及び方向と相関させることができる。プローブ２１８と他の表示検出装置の間の他の相互作用によって与えられる追加の信号は更に、演算機能によって利用することができ、基準アレイ入力装置２０６に関連する、前に感知した基準マーカに対してこれらの表示検出装置の既知の位置及び方向と相関させることができる。

更に、演算機能２１０は、基準アレイ入力装置２０６からユーザ入力に対応する信号を受け、処理することができる。例えば、プロセッサなどの演算機能に関連するプローブ２１８などの手術器具を使用するユーザは、器具又はプローブ２１８を、基準アレイ入力装置２０６に関連する１３０などの表示検出装置に隣接して移動する、あるいはこれと直接接触させることができる。表示検出装置１３０の隣接移動、又はこれとの直接接触を検出することができ、移動又は接触を示す対応する信号を演算機能２１０に生成及び伝送することができる。プロセッサなどの演算機能２１０は、表示検出装置１３０との移動又は接触に関連する信号を受け、処理することができる。演算機能２１０又はプロセッサは、信号を所定の命令に関連させることができ、必要に応じて命令を実行する、容易にする、あるいは実行することができる。

一実施例では、演算機能２１０はモニタ２１６上にグラフィカルユーザインターフェイスを提供することができる。基準アレイ入力装置２０６の１３０、１３２、１３４などの各表示検出装置、及び１３６、１３８、１４０などのそれぞれの識別領域は、ユーザインターフェイスによって簡単にされた対応する命令又はコマンドに関連させることができる。この例では、ユーザインターフェイスは、寸法増分ボタン、寸法減少ボタン、及び選択ボタンなどの命令又はコマンドを含むことができる。これらのボタンはそれぞれ、対応する表示検出装置及び識別表示装置に関連させることができる。ユーザがプローブ２１８を操作し、プローブ２１８を特定の表示検出装置に隣接して移動させる、又はこれと接触すると、対応する命令に関連した信号を演算機能に伝送することができる、又はこれで受けることができる。ユーザがプローブ２１８を表示検出装置に隣接して移動させる、又はこれに接触させる毎に、ユーザインターフェイスは寸法増分ボタンの選択に対応する信号を受ける。信号の受信はそれぞれ、寸法増分ボタンの選択に対応する。同様に、四角形の識別表示装置及びそれぞれの表示検出装置を寸法減少ボタンに関連させることができ、表示検出装置のユーザ選択はユーザインターフェイス上に寸法減少ボタンの選択を表示することができる。この例では、寸法増分及び寸法減少ボタンの使用は、身体に設置される整形外科装置の所望の長さ又は寸法に対する入力を提供することができる。更に、円形の識別表示装置及びそれぞれの表示検出装置は、ユーザインターフェイスに関連する選択／入力に関連させることができる。選択／入力ボタンは、ユーザインターフェイス内で選択コマンドを提供することができる。選択／入力ボタンは、例えば、寸法増分及び寸法減少ボタンのいずれか又は両方によって前に示された所望の寸法を選択及び入力することなどの、ユーザインターフェイス内で特定の所望のコマンド又は命令を選択及び入力するように、ユーザインターフェイス内に選択コマンド又は命令を提供することができる。円形の識別表示装置に関連する表示検出装置のユーザ選択は、ユーザインターフェイス上に選択／入力ボタンの選択を表示することができる。選択／入力ボタンが対応する表示検出装置及び円形の識別表示装置を介して選択されると、ユーザは前に示された又は所望の寸法などのユーザインターフェイスによって表示される特定のコマンド又は命令を選択及び入力することができる。

少なくとも１つの実施形態では、識別表示装置及びそれぞれの表示検出装置は、ユーザインターフェイスに関連するタブ／焦点ボタンに関連させることができる。タブ／焦点ボタンは、ユーザインターフェイス内で他のコマンド又は命令の間で変更する、例えば寸法増分及び寸法減少ボタンの間で変更するように、ユーザインターフェイス内にタブ／焦点コマンド又は命令を提供することができる。円形の識別表示装置に関連する表示検出装置のユーザ選択は、ユーザインターフェイス上にタブ／焦点ボタンの選択を表示することができる。タブ／焦点ボタンが対応する表示検出装置及び円形の識別表示装置を介して選択されると、ユーザはユーザインターフェイスによって表示される一連のコマンド又は命令により移動し、所望のコマンド又は命令を選択することができる。

他の実施形態では、ユーザインターフェイスに関連する他の命令又はコマンドは、表示検出装置及びそれぞれの識別表示装置に関連させることができる。

図１の対象などの本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置は、Medtronic Sofamor Danek Technologiesによって提供されるいわゆるＦｌｕｏｒｏＮＡＶシステム及びソフトウェアと一緒に使用又は操作することができる。このようなシステム又はこれらの態様は、参照として本明細書に全て援用する、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、及び特許文献１４、及び関連特許（米国特許法第１１９条及び／又は第１２０条に基づく）に開示されている。

ＦｌｕｏｒｏＮＡＶシステムは、基準、したがって追跡されている身体部分、用具、器具、試用部品、インプラント部品、又は他の装置又は構造物の位置／方向用赤外線センサによって追跡される３つ、４つ、及びある場合は５つの要素を有する基準フレームタイプの基準を使用する必要がある可能性がある。このようなシステムはまた、プローブを適当に配置し、例えばプローブの先端の配置を示すようにコンピュータに信号を送る又はコマンドすることによって、解剖学的構造物又は他の位置の１つ又は複数の点を選択し、指定し、位置合わせし、あるいはシステムに知らせるように使用することができる少なくとも１つのプローブ２１８を使用することができる。ＦｌｕｏｒｏＮＡＶシステムはまた、センサ２０８によって追跡されるような位置／方向情報に調節された蛍光透視画像を捕捉及び記憶するように基準が取り付けられた身体部分の蛍光透視画像を得るのに使用されるＣアームの位置及び方向を追跡することができる。したがって、モニタ２１６は用具、器具部品、試用部品、インプラント部品、及びナビゲーション、骨の切除、評価及び他の目的で手術に関連して使用される他の品目と一緒に、仮想構成物及び基準のコンピュータ生成画像と組み合わせて骨の蛍光透視画像をレンダリングすることができる。

本発明の様々な実施形態は、分類タイプ、位置合わせタイプ、及び他の手術位置及び準備技術及び方法の点で使用することができる。例えば、一装具設置処置では、外科医は装具部品を最終的に位置決めすることができることによる患者の大腿骨に関する機械軸及び他の関連する構成物を確立する目的で、患者の骨頭ヘッドの回転中心を示すことができる。このような回転中心は、臼蓋窩又は装具内で大腿骨を連節して、位置及び方向情報のいくつかのサンプルを捕捉し、その後コンピュータが平均回転中心を算出することができるようにすることによって確立することができる。回転中心は、基準アレイ入力装置２０６に関連するプローブを使用し、骨頭ヘッド上にいくつかの点を指定し、その後コンピュータが幾何中心、又は収集された点の幾何形状に対応する中心を算出することができるようにすることによって確立することができる。加えて、モニタ上に表示された制御可能な寸法の円などのグラフィック表示は、外科医によって、円の軸の交差点などのコンピュータによって示されるものなどの、グラフィックにより中心を示すように画面上で触覚入力を使用して、平面画像上の骨頭ヘッドの形状に適合させることができる。骨構造に対応するかどうかに関わらず、空間内で点又は構成物を測定する、計算する、又は確立する他の技術を本発明により使用することができる。

別の例では、本発明の様々な実施形態による基準アレイ入力装置２０６を、外科手術で使用される品目の指定又は位置合わせに使用することができる。これが達成されたとしても、位置合わせは単に、コンピュータがどの身体部分、品目、又は構成物がどの１つ又は複数の基準に対応し、身体部分、品目、又は構成物が、対応する基準又は品目に取り付けられたインパクタ又は他の部品に取り付けられた基準の位置及び方向にどのように関連しているかをしているということを保証するだけである。このような位置合わせ又は指定は、骨又は身体部分の位置合わせ前又は後に行うことができる。一例では、技術者は基準アレイ入力装置２０６が取り付けられた器具部品などの品目をプローブに位置合わせすることができる。コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連するセンサは、品目に取り付けられた基準アレイ入力装置２０６の位置及び方向と、また先端が基準アレイ入力装置２０６の１つ又は複数の表示検出装置に接触しているプローブに取り付けられた別の基準アレイ入力装置の位置及び方向を「見る」ことができる。技術者は、品目の識別を画面上で又は別の方法で指定することができ、その後フットペダルを作動させる、あるいは特定の膝インプラント製品用の特定の切断ブロック部品を示すのに必要なデータなどのこのような識別に対応するデータを、部品に取り付けられた特定の形状の基準アレイ入力装置２０６と相関させるようにコンピュータに命令する。コンピュータはその後、品目用の構造及び形状データなどのデータと相関した部品用ナビゲーションアレイに関する識別、位置、及び方向情報を記憶し、それによって位置合わせの際に、センサが赤外線領域内で品目及び基準アレイ入力装置２０６を追跡することができると、モニタは追跡されている身体部分に対して移動及び旋回し、適切に位置決め及び方向付けられた切断ブロック部品を示すことができる。

同様に、身体部分の機械軸及び他の軸又は構成物も、システムよって追跡するように「位置合わせ」することができる。また、コンピュータ支援ナビゲーションシステムは、患者の骨頭ヘッド、膝、足首、又は他の身体部分の画像を得るのに蛍光透視鏡を利用することができる。システムは、画像取得前に身体部分上に配置され、外科処置中に定位置に残っている１つ又は複数の基準アレイ入力装置２０６を使用して上に論じるようにリアルタイムでＣアーム及び患者の解剖学的構造の位置及び方向にこのような画像を相関させることができる。これらの画像及び／又はプローブを使用して、外科医はコンピュータ内で、タッチ画面上で骨頭ヘッド及び足首の中心を垂直図、通常は前部／後部及び横図で選択及び位置合わせすることができる。外科医は、膝の手術部位、又は足首の上などの皮膚あるいは皮膚上の外科的ドレープ上にあらゆる所望の解剖学的目標又は基準を選択するのにプローブを使用することができる。これらの点は、システムによって３次元空間内で位置合わせすることができ、手術中に配置されることが好ましい患者の解剖学的構造上のナビゲーションアレイに対して追跡することができる。実際の骨構造を使用した位置合わせ点は軸を確立する１つの好ましい方法であるが、プローブが骨構造の表面上に多数の点を指定するのに使用される多数の点アプローチを、上に論じたように回転中心を確立するように身体部分を移動させ、移動を追跡することができるのと同様に利用することができる。骨頭ヘッド及び関節丘部品の回転中心を位置合わせすると、コンピュータは大腿骨を計算し、記憶し、レンダリングし、あるいはそのデータを使用する。

一実施例では、頸骨の機械軸は、患者の頸骨の近接端及び遠位端の中心を測定するように点を指定することによって確立することができ、それによって機械軸をコンピュータによって計算し、記憶し、その後使用することができる。後部関節丘軸はまた、点を指定することによって測定することができ、あるいは所望の場合、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連するセンサによって追跡される１つ又は複数の基準アレイ入力装置に全て調節された蛍光透視画像と組み合わせて重ねられる、又は表示されるコンピュータ生成幾何画像上にレンダリングすることができる。

上記方法及び技術は、例としてのみ提供したものであり、本発明の他の実施形態は他の手術位置及び準備技術及び方法で使用することができる。

図３は、本発明の別の実施形態による基準アレイ入力装置を示す。この例は、図１に示す装置と同様であり、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムで追跡することが可能であり、またユーザ入力をコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する命令及びコマンドに提供することが可能である。基準アレイ入力装置３００を追跡するのに使用されるコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムは、図２に示すシステムと同様であってもよい。図３に示す例では、基準アレイ入力装置３００は、膝に隣接した頸骨などの患者の身体の一部にしっかり取り付けることができる。基準アレイ入力装置３００の取り付けは、基準アレイ入力装置のそれぞれのマウントに一致する構造を使用して達成されることが好ましい。このような構造は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって追跡されている身体部分に対する基準アレイ入力装置３００の実質的な移動なしで、手術用のこぎりの振動、及び手術中に起こる他の現象に耐えることができることが好ましい。

図示した基準アレイ入力装置３００、４００の基準マーカ又はマーカ要素は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムのセンサ２０８によって追跡することが可能である。したがって、基準マーカ又はマーカ要素がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されると、システムは基準アレイ入力装置３００に関連した位置を測定することができる。

更に、図示した基準アレイ入力装置３００の表示検出装置は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する対応する命令又はコマンドのユーザ入力を伝送することが可能である。したがって、ユーザがコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連するプローブの先端又は他の手術器具を表示検出装置に隣接して移動させる、又はこれに直接接触させると、システムは特定の命令又はコマンドの対応するユーザ入力の選択に関連する信号を受けることができる。

図４は、本発明の別の実施形態による基準アレイ入力装置で使用する関連する手術器具を示す。基準アレイ入力装置で使用する手術器具は、ステンレススチールの先端４０２を備えたプローブ４００であってもよい。先端４０２は、装置１００の表示検出装置１３０などの基準アレイ入力装置に関連する隣接する表示検出装置によって感知される、又はこれを検出するようになっている。プローブ４００の他の部分は、１つ又は複数の基準４０４により感知及び検出することができる。先端４０２と表示検出装置１３０の間の相互作用は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに伝送される信号を生成させる、あるいは生じさせることができる。したがって、表示検出装置１３０がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連する特定の命令又はコマンドに関連している場合、プローブ４００の先端４０２での表示検出装置１３０のユーザの指定は、命令又はコマンドのユーザ入力に関連する信号を伝送する、又は伝送させることができる。少なくとも１つの実施形態では、ユーザはコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対する、図２の２１６などのモニタに関連するユーザインターフェイスを見る。所望のコマンド又は命令に対応する表示検出装置１３０のユーザの選択は、ユーザインターフェイスを介して画像的に表示及び検査することができる。

図５は、本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置、及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムで使用する方法５００のフローチャートを示す。

この方法はブロック５０２で開始する。ブロック５０２では、基準アレイ入力装置が提供される。図５に示す実施形態では、基準アレイ入力装置は図１に示す基準アレイ入力装置１００と同様であってもよい。基準アレイ入力装置はこの例では、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するために、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（図２の２００で示す）に関連する少なくとも２つのセンサにより感知するために位置決めすることが可能な、第１、第２、及び第３の基準部材などの複数の基準部材を含むことができる。各基準部材は、基準マーカ又はマーカ要素などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている部分を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置はまた、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連した対応する命令の選択を容易にすることが可能な、第１、第２、及び第３の表示検出装置などの複数の表示検出装置を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置は、物体に隣接して基準アレイ入力装置を支持するようになっているマウントを含むことができる。

ブロック５０２は、ブロック５０４が後に続き、ここで基準アレイ入力装置は物体に隣接して取り付けられる。基準アレイ入力装置に対応するマウントは、患者の身体の一部などの物体に隣接して基準アレイ入力装置を支持するのに利用することができる。物体はこの実施形態では、患者の骨、手術器具、手術基準、手術試用品、インプラント、切断ブロック、リーマ、ドリル、のこぎり、髄外ロッド、及び髄内ロッドの少なくとも１つを含むことができる。

ブロック５０４は、ブロック５０６が後に続き、ここで基準部材の少なくとも３つの一部がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知される。図５に示す実施形態では、図２に示すものと同様のコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムを、基準アレイ入力装置に関連する少なくとも３つの基準部材の一部を感知するのに使用することができる。

ブロック５０６は、ブロック５０８が後に続き、ここで物体に関連する位置が、少なくとも３つの基準部材の一部を感知することに少なくとも部分的に基づいて測定される。

ブロック５０８は、ブロック５１０が後に続き、ここで表示検出装置の少なくとも１つが選択され、それによって対応する命令をコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けることができる。

方法５００はブロック５１０で終了する。他の方法要素が、本発明の実施形態により存在することができる。

図６は、本発明の一実施形態による装置、及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムで使用する方法６００のフローチャートを示す。

この方法はブロック６０２で開始する。ブロック６０２では、基準アレイ入力装置が提供される。図６に示す実施形態では、基準アレイ入力装置は、図１に示す基準アレイ入力装置１００と同様であってもよい。基準アレイ入力装置はこの例では、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するために、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（図２の２００で示す）に関連する少なくとも２つのセンサにより感知するために位置決めされることが可能な、第１、第２、第３及び第４の基準部材などの複数の基準部材を含むことができる。各基準部材は、基準マーカ又はマーカ要素などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている部分を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置はまた、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連した対応する命令の選択を容易にすることが可能な、第１、第２、及び第３の表示検出装置などの複数の表示検出装置を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置は、物体に隣接して基準アレイ入力装置を支持するようになっているマウントを含むことができる。

ブロック６０２は、ブロック６０４が後に続き、ここで基準アレイ入力装置は手術器具に隣接して取り付けられる。手術器具はこの実施形態では、手術器具、手術基準、手術試用品、インプラント、切断ブロック、リーマ、ドリル、のこぎり、髄外ロッド、及び髄内ロッドの少なくとも１つを含むことができる。

ブロック６０４は、ブロック６０６が後に続き、ここで基準部材の少なくとも３つの一部がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知される。図６に示す実施形態では、図２に示すものと同様のコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムを、ナビゲーションアレイに関連する少なくとも３つの基準部材の部分を感知するのに使用することができる。

ブロック６０６は、ブロック６０８が後に続き、ここで装置に関連する位置が、少なくとも３つの基準部材の一部を感知することに少なくとも部分的に基づいて測定される。

ブロック６０８は、ブロック６１０が後に続き、ここで表示検出装置の少なくとも１つが選択され、それによって対応する命令がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けられる。

方法６００はブロック６１０で終了する。他の方法要素が、本発明の実施形態により存在することができる。

図７は、本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置、及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムで使用する方法７００のフローチャートを示す。

この方法はブロック７０２で開始する。ブロック７０２では、基準アレイ入力装置が提供される。図７に示す実施形態では、基準アレイ入力装置は、図１に示す基準アレイ入力装置１００と同様であってもよい。基準アレイ入力装置はこの例では、システムによって基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するために、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（図２の２００で示す）に関連する少なくとも２つのセンサにより感知するために位置決めされることが可能な、第１、第２、第３及び第４の基準部材などの複数の基準部材を含むことができる。各基準部材は、基準マーカ又はマーカ要素などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている部分を含むことができる。各基準部材は、基準マーカ又はマーカ要素などのコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている部分を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置はまた、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに関連した対応する命令の選択を容易にすることが可能な、第１、第２、及び第３の表示検出装置などの複数の表示検出装置を含むことができる。更に、基準アレイ入力装置は、物体に隣接して基準アレイ入力装置を支持するようになっているマウントを含むことができる。

ブロック７０２は、ブロック７０４が後に続き、ここでナビゲーションアレイは関節置換術装具に隣接して取り付けられる。関節置換術装具は、これに限らないが、頸骨部品、及び大腿骨部品を含むことができる。

ブロック７０４は、ブロック７０６が後に続き、ここで基準部材の少なくとも３つの一部がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知される。

ブロック７０６は、ブロック７０８が後に続き、ここで関節置換術装具に関連する位置が、少なくとも３つの基準部材の一部を感知することに部分的に基づいて測定される。

ブロック７０８は、ブロック７１０が後に続き、ここで表示検出装置の少なくとも１つが選択され、それによって対応する命令がコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けられる。

ブロック７１０は、ブロック７１２が後に続き、ここで関節置換術装具が関節置換術のために別の対応する関節置換術装具に取り付けられる。

ブロック７１２で、方法７００が終了する。

変更、修正、追加、及び削除を、本発明の範囲及び特許請求の範囲から逸脱することなく、上記及び図面に示した構造及び方法に加えることができる。

本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による図１の基準アレイ入力装置の例示的使用環境の斜視図である。 本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置の特定の実施形態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置で使用する関連する手術器具を示す図である。 本発明の一実施形態による基準アレイ入力装置、及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムの使用方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態による装置、及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムの使用方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態による装置、及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステムの使用方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ 基準アレイ入力装置
１０２ 基準部材
１０４ 基準部材
１０６ 基準部材
１１４ マウント
１３０ 表示検出装置
１３２ 表示検出装置
１３４ 表示検出装置
２００ コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム
２０８ センサ
２１４ 品目

Claims (31)

1. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）によって使用される基準アレイ入力装置（１００）の装置であって、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）により該基準アレイ入力装置（１００）の位置及び方向を測定するために、該システム（２００）に関連する少なくとも２つのセンサ（２０８）による感知のため位置決めすることができる基準アレイ入力装置（１００）において、
   コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）によって感知されるようになっている複数の基準部材（１０２、１０４、１０６）であって、該基準アレイ入力装置（１００）に関連する位置及び方向は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによる該基準部材の少なくとも３つを感知することから測定できる基準部材と、
   コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）に対する対応する命令の選択を容易にするようになっている、複数の表示検出装置（１３０、１３２、１３４）と、
   物体に隣接して該基準入力装置（１００）を支持するようになっているマウント（１１４）と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記基準部材の少なくとも３つが、平坦な同一平面のＹ形状配置で配向されている、請求項１又は１４に記載の装置。
3. 各基準部材の少なくとも一部は、赤外線、音響、視覚、磁気、電磁、及びＸ線の少なくとも１つを使用して、前記コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することができる、請求項１又は１４に記載の装置。
4. 各基準部材はそれぞれの基準マーカを備える、請求項１又は１４に記載の装置。
5. 前記基準マーカは、赤外線、音響、視覚、磁気、電磁、及びＸ線の少なくとも１つを使用して、前記コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することができる、請求項４に記載の装置。
6. 前記基準マーカは、幾何形状、球体、ブロック、及びプレートの少なくとも１つであってよい、請求項４に記載の装置。
7. 各表示検出装置は、入力ボタン、入力装置、接触装置、センサ装置、検出装置、送信装置、受信装置、又は赤外線装置の少なくとも１つを備えることができる、請求項１又は１４に記載の装置。
8. 各表示検出装置は更に、識別表示装置を備える、請求項１又は１４に記載の装置。
9. 前記識別表示装置は、三角形、四角形、円形、星形、多角形、楕円形、独自の幾何形状、数字、文字、英数文字、記号、及び色の少なくとも１つを含むことができる、請求項８に記載の装置。
10. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対する前記命令は、タブコマンド、焦点コマンド、選択コマンド、増分機能、減少機能、前進機能、後退機能、機能コマンド、機能、操作コマンド、及び操作の少なくとも１つを含むことができる、請求項１又は１４に記載の装置。
11. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対する前記命令は、寸法選択、形状選択、数字選択、英数字選択、寸法範囲選択、数字範囲選択、材料選択、本体部品選択、整形外科部品選択、又は外科処置選択の少なくとも１つに関連する、請求項１又は１４に記載の装置。
12. 前記マウントは、患者の身体、手術器具、手術品目、及び手術に関連する品目の少なくとも１つに取り付けることができる、請求項１又は１４に記載の装置。
13. 前記マウントは、叉コネクタ、磁石、ねじ切りコネクタ、接着剤、及び骨ねじの少なくとも１つを備えている、請求項１又は１４に記載の装置。
14. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって使用される装置であって、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムにより該装置の位置及び方向を測定するために、該システムに関連する少なくとも２つのセンサ（２０８）による感知のため位置決めすることができる装置において、
    （ａ）手術器具と、
    （ｂ）（ｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている複数の基準部材（１０２、１０４、１０６）であって、ナビゲーションアレイ（１００）に関連する位置及び方向は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによる該基準部材の少なくとも３つを感知することから測定できる基準部材、
    （ｉｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）に対する対応する命令の選択を容易にするようになっている、複数の表示検出装置（１３０、１３２、１３４）、及び、
    （ｉｉｉ）手術器具に隣接して基準アレイ入力装置（１００）を支持するようになっているマウント（１１４）を有する
    基準アレイ入力装置（１００）と、
    を備えることを特徴とする装置。
15. 前記手術器具は更に、手術用具、手術基準、手術試用品、インプラント、切断ブロック、リーマ、ドリル、のこぎり、髄外ロッド、及び髄内ロッドの少なくとも１つを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
16. 基準アレイ入力装置（１００）及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）を使用して外科処置を行う方法であって、該基準アレイ入力装置は、該コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムにより該アレイの位置及び方向を測定するために、該システムに関連する少なくとも２つのセンサ（２０８）による感知のため位置決めすることができる方法において、
    （ａ）物体（２１４）に隣接して基準アレイ入力装置（１００）を取り付けるステップであって、該基準アレイ入力装置は、（ｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている複数の基準部材（１０２、１０４、１０６）であって、ナビゲーションアレイに関連する位置及び方向は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによる該基準部材の少なくとも３つを、感知することから測定できる基準部材、
    （ｉｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）に対する対応する命令の選択を容易にするようになっている、複数の表示検出装置（１３０、１３２、１３４）、及び、
    （ｉｉｉ）物体に隣接して基準入力装置（１００）を支持するようになっているマウント（１１４）を有するステップと、
    （ｂ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって該基準部材の少なくとも３つの一部を感知するステップと、
    （ｃ）該基準部材の該少なくとも３つの該一部を感知することに部分的に基づき、該物体に関連する位置を測定するステップと、
    （ｄ）該表示検出装置の少なくとも１つを選択し、それによって対応する命令を該コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けることができるステップとを更に特徴とする方法。
17. 前記基準部材の少なくとも３つが、平坦な同一平面のＹ形状配置で配向されている、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
18. 各基準部材の少なくとも一部は、赤外線、音響、視覚、磁気、電磁、及びＸ線の少なくとも１つを使用して、前記コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することができる、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
19. 各基準部材はそれぞれの基準マーカを備える、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記基準マーカは、赤外線、音響、視覚、磁気、電磁、及びＸ線の少なくとも１つを使用して、前記コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知することができる、請求項１９に記載の方法。
21. 前記基準マーカは、幾何形状、球体、ブロック、及びプレートの少なくとも１つであってよい、請求項１９に記載の方法。
22. 各表示検出装置は、入力ボタン、入力装置、接触装置、センサ装置、検出装置、送信装置、受信装置、又は赤外線装置の少なくとも１つを備える、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
23. 各表示検出装置は更に、識別表示装置を備えることができる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記識別表示装置は、三角形、四角形、円形、星形、多角形、楕円形、独自の幾何形状、数、文字、英数文字、記号、及び色の少なくとも１つを含むことができる、請求項２２に記載の方法。
25. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対する前記命令は、タブコマンド、選択コマンド、増分機能、減少機能、前進機能、後退機能、機能コマンド、機能、操作コマンド、及び操作の少なくとも１つを含むことができる、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
26. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムに対する前記命令は、寸法選択、形状選択、数字選択、英数字選択、寸法範囲選択、数字範囲選択、材料選択、本体部品選択、整形外科部品選択、又は外科処置選択の少なくとも１つに関連している、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記マウントは、患者の身体、手術器具、手術品目、及び手術に関連する品目の少なくとも１つに取り付けることができる、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記マウントは、叉コネクタ、磁石、ねじ切りコネクタ、接着剤、及び骨ねじの少なくとも１つを備えている、請求項１４、２９、又は３０のいずれか一項に記載の方法。
29. 装置及びコンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）を使用して外科処置を行う方法であって、該装置は、該コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムにより該装置の位置及び方向を測定するために、該システムに関連する少なくとも２つのセンサ（２０８）による感知のため位置決めすることができる方法において、
    （ａ）手術器具に隣接して基準アレイ入力装置（１００）を取り付けるステップであって、該基準アレイ入力装置は、
    （ｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている複数の基準部材（１０２、１０４、１０６）であって、ナビゲーションアレイに関連する位置及び方向は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによる該基準部材の少なくとも３つを感知することから測定できる基準部材、
    （ｉｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）に対する対応する命令の選択を容易にするようになっている、複数の表示検出装置（１３０、１３２、１３４）、及び、
    （ｉｉｉ）手術器具に隣接してナビゲーションアレイを支持するようになっているマウント（１１４）を有するステップと、
    （ｂ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって該基準部材の少なくとも３つの一部を感知するステップと、
    （ｃ）該基準部材の該少なくとも３つの該一部を感知する際に部分的に基づき、該手術器具に関連する位置を測定するステップと、
    （ｄ）該表示検出装置の少なくとも１つを選択し、それによって対応する命令を該コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けることができるステップと、
    を有することを更に特徴とする方法。
30. コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）を使用して基準アレイ入力装置（１００）に取り付けられた関節置換術装具の位置を見つける手術方法であって、該基準アレイ入力装置は、該コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムにより該基準アレイ入力装置の位置及び方向を測定するために、該システムに関連する少なくとも２つのセンサ（２０８）による感知のため位置決めすることができる方法において、
    （ａ）基準アレイ入力装置（１００）を提供するステップであって、該基準アレイ入力装置は、
    （ｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって感知されるようになっている複数の基準部材（１０２、１０４、１０６）であって、基準アレイ入力装置（１００）に関連する位置及び方向は、コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによる該基準部材の少なくとも３つを感知することから測定できる基準部材、
    （ｉｉ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステム（２００）に対する対応する命令の選択を容易にするようになっている、複数の表示検出装置（１３０、１３２、１３４）、及び、
    （ｉｉｉ）関節置換術装具に隣接して基準アレイ入力装置（１００）を支持するようになっているマウント（１１４）を備えるステップと、
    （ｂ）該基準アレイ入力装置を関節置換術装具（２１２）に隣接して取り付けるステップと、
    （ｃ）コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって該基準部材の少なくとも３つの一部を感知するステップと、
    （ｄ）該少なくとも３つの基準部材の該一部を感知する際に部分的に基づき、該関節置換術装具に関連する位置を測定するステップと、
    （ｅ）該表示検出装置の少なくとも１つを選択し、それによって対応する命令を該コンピュータ支援手術ナビゲーションシステムによって受けることができるステップと、
    （ｆ）関節置換術のために、該関節置換術装具を別の対応する関節置換術装具に取り付けるステップと
    を有することを更に特徴とする方法。
31. 前記関節置換術装具は更に、頸骨部品、及び大腿骨部品の少なくとも１つを特徴とする、請求項３０に記載の方法。

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