JP2008521574A - 寛骨臼カップを取り付けるための基準平面を提供するシステム - Google Patents

寛骨臼カップを取り付けるための基準平面を提供するシステム Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態による、寛骨臼カップ平面について基準を提供するシステムおよび方法は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法を含むことができる。方法は、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することを含むことができる。方法はまた、プラットフォームの上面に関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて、手術基準平面を画定することを含むこともできる。さらに方法は、プラットフォームの上面に関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する前記手術手続きと共に使用される少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することを含むことができる。

Description

本出願は、参照文献として本願明細書に援用されている、２００４年１２月２日に出願された「Table Reference for Cup Plane」という名称の米国仮出願第６０／６３２６２７号に基づく優先権を主張する。
本発明は、一般的には、コンピュータ補助手術に関するシステムおよび方法に関し、より具体的には、コンピュータ補助手術中に寛骨臼カップ平面を取り付けるための基準平面を提供するシステムおよび方法に関する。
多くの手術手続きが、機器および他の手術品目の広いアレイを必要とする。そのような品目は、非限定的に、エントリ器具、作業チャネル、ドリルガイド、および組織プロテクタとして作用するスリーブ；メス；エントリ突き錐；ガイドピン；リーマ；レジューサ；ディストラクタ；ガイドロッド；内視鏡；関節鏡；のこぎり；ドリル；ねじドライバ；突き錐；タップ；骨刀、レンチ、試行移植片、および切断ガイドを含むことが可能である。整形外科の手続きを含めて多くの手術手続きでは、これらの品目のいくつかまたはすべてをナビゲーション基準を組み込むガイドおよび／またはハンドルと関連付け、機器がコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと共に使用されることを可能にすることが望ましい可能性がある。
いくつかの製造業者が、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを現在生産している。Medtronic Surgical Navigation Technologies, Inc.によって製造されたFLUORONAV（商標）ソフトウエアを有するTREON（商標）システムおよびION（商標）システムは、そのようなシステムの例である。BrainLAB VECTORVISION（商標）システムは、そのような手術ナビゲーションシステムの他の例である。コンピュータ補助手術を履行するシステムおよびプロセスはまた、２００２年２月２７日に出願され、「Total Knee Arthroplasty Systems and Processes」という名称のＵＳＳＮ １０／０８４０１２；２００２年２月２７日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes for Unicompartmental Knee Arthroplasty」という名称のＵＳＳＮ １０／０８４２７８；２００２年２月２７日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes for High Tibial Osteotomy」という名称のＵＳＳＮ １０／０８４２９１；２００２年２月２７日に出願され、「Total Knee Arthroplasty Systems and Processes」という名称の国際出願ＵＳ０２／０５９５５；２００２年２月２７日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes for Unicompartmental Knee Arthroplasty」という名称の国際出願ＵＳ０２／０５９５６；「Surgical Navigation Systems and Processes for High Tibial Osteotomy」という名称の国際出願ＵＳ０２／０５７８３；２００２年２月１１日に出願され、「Image Guided Fracture Reduction」という名称のＵＳＳＮ ６０／３５５８８６に対する優先権を主張する２００３年２月１１日に出願され、「Image Guided Fracture Reduction」という名称のＵＳＳＮ １０／３６４８５９；２００１年２月２７日に出願され、「Image Guided System for Arthroplasty」という名称のＵＳＳＮ ６０／２７１８１８；および２００２年８月２７日に出願され、「Image Computer Assisted Knee Arthroplasty」という名称のＵＳＳＮ １０／２２９３７２においても開示されており、これらのそれぞれの全内容は、全内容が本願明細書に参考文献として援用されている。
これらのシステムおよびプロセスは、立体視的に作用する赤外線センサ、または身体の部分と、用具、計測、試行人工器官、人工器官構成要素などの手術関連品目と、骨ランドマークの指示に基づいて計算されて記憶されている回転軸などの仮想構成または基準との位置を追跡するためにナビゲーション基準と関連して作用する他のセンサなど、位置および／または配向追跡センサを使用する。カメラ、検出器、および他の同様のデバイスなどのセンサが、身体部分および手術関連品目の位置および／または配向を受け取る、感知する、またはそうでない場合は検出するために、通常、身体部分および手術関連品目に関してオーバーヘッドに取り付けられる。独立型、ネットワーク型、またはその他に関係なく、任意の所望の形態のコンピュータ機能などの処理能力が、関連ナビゲーション基準の位置および配向に基づいて、あるいは記憶されている位置および／または配向情報に基づいて、位置感知場（手術の場のすべてまたは一部あるいはすべて以上に一般的または具体的に対応することが可能である）の様々な品目に関する位置および配向の情報を考慮する。処理機能は、各物体についてこの位置および配向の情報と、コンピュータで処理された蛍光透視像化ファイル、機器構成要素、試行人工器官、または実際の人工器官の表示をレンダリングするためのワイヤフレームデータファイル、あるいは基準、機械軸、回転軸、もしくは他の軸、または他の仮想構成もしくは基準に関するコンピュータ生成ファイルなどの記憶情報とを相関させる。次いで、処理能力は、像の情報、あるいは基準、機械軸、回転軸、もしくは他の軸、または他の仮想構成もしく基準などのナビゲーション情報と組み合わせて、スクリーン、モニタなどのレンダリング機能にこれらの物体の位置および配向を表示する。したがって、これらのシステムまたはプロセスは、ナビゲーション基準の位置を感知することによって、手術機器、身体の部分、手術関連品目、移植片、およびナビゲーション、評価に使用され、ならびにそうでない場合は手術または他の動作の実施に使用される仮想構成の予測される、または実際の位置および配向に関する有用なデータを表示する、またはそうでない場合は出力することができる。
これらのシステムにおいて使用されるナビゲーション基準のいくつかは、後に赤外線センサによって検出される赤外光を放出または反射することが可能である。基準は、赤外線、視覚、音声、磁気、電磁、Ｘ線、またはあらゆる他の所望の技法によって、能動的または受動的に感知することが可能である。能動基準はエネルギーを放出し、受動基準は単にエネルギーを反射する。いくつかのナビゲーション基準は、基準の位置および配向、ならびに従って関連する機器、品目、移植片構成要素、または基準が添付される他の物体の位置および配向を決定するために、赤外線センサによって追跡されるマーカまたは基点を有することが可能である。
固定基点を有するナビゲーション基準の他に、互いに独立に配置することが可能であるモジュール基点が、座標システムの点を参照するために使用されることが可能である。モジュール基点は、２つ、時にはより多くのセンサによって追跡することが可能である反射要素を含むことが可能であり、センサの出力は、モジュール基点が添付される品目の位置および配向を幾何学的に計算するために、関連処理機能によって連携して処理することが可能である。同様の固定基点ナビゲーション基準、モジュール基点、およびセンサは、赤外線スペクトルに限定される必要はなく、任意の電磁、静電、光、音声、無線周波数、または他の所望の技法が使用されることが可能である。同様に、モジュール基点は、赤外線または他の形態のエネルギーを「受動的に」反射するのとは対照的に、基準情報を追跡システムに「能動的に」送信することが可能である。
上記で識別されたナビゲーションシステムと共に使用可能なナビゲーション基準が、上述された手術機器および他の品目を含めて、任意の所望の構造に固定することが可能である。ナビゲーション基準は、参照される機器または品目に直接固定することが可能である。しかし多くの場合、ナビゲーション基準を機器または他の品目に固定することは、実用的ではない、または望ましくない。むしろ多くの環境では、機器または他の品目を受けるように構成されたハンドルおよび／またはガイドにナビゲーション基準を固定することが好ましい。たとえば、ナビゲーション機器を回転機器に直接固定することによって、ドリルビットおよび他の回転機器を追跡することはできないが、その理由は、基準が機器と共に回転するからである。むしろ、回転する機器を追跡する好ましい方法は、機器または品目のガイドまたはハンドルにナビゲーション基準を関連付けるものである。
上記で開示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムのいくつかまたはすべては、手術中に手術に関係する情報を提供するために、様々な手術と関連して使用することができる。たとえば、いくつかのコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムは、股関節置換手術において、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を配置する、位置合わせする、および装備することについて、外科医などの使用者を補助するために使用することができる。股関節置換手術のいくつかの従来の手術手続きでは、患者の骨盤に対して寛骨臼カップまたは構成要素を配向させるための該当基準平面を識別するために、時間のかかるまたは浸襲性の手続きが必要な可能性がある。コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される、またはコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを使用する従来の手術手続きは、患者の骨盤骨の前骨盤平面に対する寛骨臼カップまたは構成要素の位置を参照するために、時間がかかる、浸襲性の、または不正確な手続きを必要とすることがある。
たとえばいくつかの股関節置換手続きでは、手術前コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）撮像スキャンが、股関節置換手術の前に実施されることが可能である。そのようなスキャンは、大規模の手術前計画を必要とすることがあり、これにより、患者および関連する医療担当者にとってさらにコストおよび時間がかかることになる。それにもかかわらず、ＣＴスキャンが股関節置換手術の前に実施される場合でも、ＣＴスキャンによって収集されたデータに患者を手術中に登録することは困難であることがある。他の股関節置換手術では、手術中に蛍光透視が実施される可能性がある。しかし、有用な手術中蛍光透視像を得ることが困難なことがあり、有用な像が得られる場合でもいくつかの場合、患者の骨盤骨または身体の上の適切なランドマークまたは基準を識別するのが困難な可能性がある。他の股関節置換手術では、骨の上の骨ランドマークをデジタル化するために、患者の骨盤骨の直接触診が、先鋭なプローブを使用することを必要とする可能性がある。いくつかの場合、追加の創傷が患者の上に創出され、患者の皮膚によって覆われた患者の骨の上において該当ランドマークを選択するのが比較的場当たり的であるために、あるランドマークの識別を誤る可能性がある。
上述された従来の手続きのそれぞれにおいて、寛骨臼カップまたは構成要素を配向させるために患者の骨盤平面を識別するのにある程度の不正確さが導入されることがあり、これにより、寛骨臼カップまたは構成要素が患者の骨盤骨と適切に位置合わせされていない場合、寛骨臼カップもしくは構成要素または他の股関節置換構成要素が時期尚早に故障することになる可能性がある。
米国仮出願第６０／６３２６２７号明細書 ＵＳＳＮ １０／０８４０１２明細書 ＵＳＳＮ １０／０８４２７８明細書 ＵＳＳＮ １０／０８４２９１明細書 国際出願ＵＳ０２／０５９５５明細書 国際出願ＵＳ０２／０５９５６明細書 国際出願ＵＳ０２／０５７８３明細書 ＵＳＳＮ ６０／３５５８８６明細書 ＵＳＳＮ １０／３６４８５９明細書 ＵＳＳＮ ６０／２７１８１８明細書 ＵＳＳＮ １０／２２９３７２明細書 米国特許第５３８３４５４号明細書 米国特許第５８７１４４５号明細書 米国特許第６１４６３９０号明細書 米国特許第６１６５８１号明細書 米国特許第６２３５０３８号明細書 米国特許第６２３６８７５号明細書
本発明の様々な実施形態によるシステムおよび方法は、上記の事項およびその組合せのいくつかまたはすべてに対処する。システムおよび方法は、コンピュータ補助手術手続き中に寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるための基準平面を提供するためのコンピュータ補助手術システム、方法、および関連する手術方法を提供することによって、それを実施する。コンピュータ補助手術中、コンピュータ補助手術システム、方法、および関連する手術方法は、股関節置換など、コンピュータ補助手術手続きの前およびその最中に、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせするのを改善することができる。そのようなシステムおよび方法は、患者の身体内に整形外科構成要素を装備する外科医にとって特に有用であり、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムは、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を配置および位置合わせする最中に外科医が参照する該当平面を識別および表示することができる。本質的には、患者が、手術台などのプラットフォームの上面上に仰臥位置で配置される。基準平面を画定するために、１つまたは複数のアレイまたはナビゲーション基準をプラットフォームの上面に取り付けることができる。この基準平面は、患者の骨盤平面に関連付けられる前骨盤平面の代用または代理として使用することができる。第２基準平面を画定するために、他のアレイまたはナビゲーション基準を患者の骨盤骨に取り付けることができる。どちらかまたは両方の基準平面を使用して、コンピュータ補助手術手続きを使用する外科医は、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせして取り付けることができる。
本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、および装置の一態様は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションを対象とする。システムは、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することができるプロセッサを含むことができる。さらに、プロセッサは、センサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することができる。さらに、プロセッサは、基準平面を画定することに少なくとも部分的に基づいて、スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きと共に使用されるように構成された少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することができる。
本発明の他の態様によれば、本発明の様々な実施形態のシステム、方法、および装置は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法を含む。方法は、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することを含むことができる。方法はまた、プラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することを含むこともできる。さらに、方法は、プラットフォームの一部に関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きと共に使用されるように構成された少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することを含むことができる。
本発明の他の態様によれば、本発明の様々な実施形態のシステム、方法、および装置は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを含む。システムは、患者が仰臥位置にある間、患者の骨盤骨の一部に関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することができるプロセッサを含むことができる。プロセッサはさらに、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することができる。さらにプロセッサは、センサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて手術基準平面を画定することができる。さらにプロセッサは、センサを使用して患者の骨盤骨の一部に関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、かつさらにセンサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きと共に使用されるように構成された少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することができる。
本発明の他の態様によれば、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、および装置は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法を含む。方法は、患者が仰臥位置にある間、患者の骨盤骨の一部に関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することを含むことができる。さらに方法は、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することを含むことができる。方法はまた、センサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することを含むこともできる。さらに方法は、センサを使用して患者の骨盤骨の一部に関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、かつさらにセンサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きと共に使用される少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することを含むことができる。
本発明のさらなる他の態様によれば、本発明の様々な実施形態のシステム、方法、および装置は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される手術方法を含むことができる。手術方法は、患者を仰臥位置で支持することができる上面を有するプラットフォームを提供することを含むことができる。さらに手術方法は、プラットフォームの上面上において患者を仰臥位置に配向させることを含むことができる。さらに手術方法は、プラットフォームの上面に対してアレイを配置することを含むことができ、アレイは、少なくとも１つのセンサによって検出することができる。さらに手術方法は、センサを使用してプラットフォームの上面の位置に関連付けられたアレイの位置を検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することを含むことができる。
本発明のさらなる他の態様によれば、本発明の様々な実施形態のシステム、方法、および装置は、表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される手術方法を含むことができる。手術方法は、プラットフォームの上面に隣接して患者を仰臥位置に配向させることを含むことができる。さらに手術方法は、患者の骨盤骨の一部に対して第１基準平面を画定することを含むことができ、第１基準平面は、少なくとも１つのセンサによって検出することができる。さらに手術方法は、プラットフォームの上面に対して第２基準平面を画定することを含むことができ、第２基準平面は、少なくとも１つのセンサによって検出することができる。さらに手術方法は、第１基準平面および第２基準平面に少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きを実施することを含むことができる。
本発明の様々な実施形態による様々なシステム、方法、および装置の目的、特徴、および利点は、
（１）コンピュータ補助手術中に寛骨臼カップまたは構成要素について基準平面を得る能力を提供することと、
（２）コンピュータ補助手術中に患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせして取り付けるための基準平面を得る能力を提供することと、
（３）使用者がコンピュータ補助手術中に寛骨臼カップまたは構成要素の基準を得る能力を提供することと、
（４）使用者がコンピュータ補助手術中に患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせして取り付けるための基準平面を得る能力を提供することと、を含む。
本発明によるシステムおよび方法の様々な態様および実施形態の他の態様、特徴、および利点は、本文書の他の部分から明らかになる。
本発明の様々な実施形態によるシステムおよび方法は、上記の事項およびその組合せのいくつかまたはすべてに対処する。システムおよび方法は、股関節置換など、コンピュータ補助手術手続き中に寛骨臼カップまたは構成要素を患者の骨盤骨と位置合わせするのを改善することができるコンピュータ補助手術システムおよび方法を提供することによって、それを実施する。そのようなシステムおよび方法は、寛骨臼カップまたは構成要素などの整形外科構成要素を患者の身体内に装備する外科医にとって特に有用であり、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムは、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせして取り付ける最中に外科医が参照する該当平面を識別および表示することができる。
図１は、この場合は股関節の関節形成である股関節に対する手術など、本発明のいくつかの実施形態によるコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを使用するための環境を示す概略図である。本発明のいくつかの実施形態によるシステムおよびプロセスは、ナビゲーションセンサ１００を物理的、仮想的になど埋め込む、添付する、または関連付けることが可能である骨盤骨１０１および大腿骨１０２などの様々な身体部分を追跡することができる。
ナビゲーションセンサ１００は、身体部分、身体部分の軸、用具、計測、試行構成要素、および人工器官構成要素の位置を決定および追跡するために使用することが可能である。ナビゲーションセンサ１００は、赤外線、電磁気、静電、光、音声、無線周波数、または他の所望の技法を使用することが可能である。
ナビゲーションセンサ１００は、ナビゲーション基準１０４、およびしたがってナビゲーション基準１０４が関連付けられる品目の位置および配向を感知するために使用することが可能である。ナビゲーション基準１０４は、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムのナビゲーションセンサによって感知することができるマーカ要素などの基点マーカを含むことができる。ナビゲーションセンサ１００は、ナビゲーション基準１０４から能動信号または受動信号を感知することが可能である。信号は、電気、磁気、電磁気、音声、物理、無線周波数、光学または視覚、あるいは他の能動的または受動的な技法とすることが可能である。たとえば一実施形態では、ナビゲーションセンサ１００は、受動タイプのナビゲーション基準の存在を視覚的に検出することができる。他の実施形態の例では、ナビゲーションセンサ１００は、能動タイプのナビゲーション基準によって提供された能動信号を受信することができる。手術ナビゲーションシステムは、ナビゲーション基準１０４、ならびに従ってナビゲーション基準１０４が添付されるまたは関連付けられる１０１および１０２などの品目または身体部分の位置および配向に関するデータを記憶、処理、および／または出力することができる。
図１に示された実施形態では、１つまたは複数のコンピュータプログラムなどの計算機能１０８が、任意の所望の規格、アーキテクチャ、インタフェース、および／またはネットワークトポロジを介して、独立型または分散型であるかに関係なく、処理機能、メモリ機能、入力／出力機能を含むことができる。一実施形態では、計算機能１０８は、グラフィックス、データ、および他のユーザインタフェースが手術中に外科医に提示されることが可能である表示スクリーンまたはモニタ１１４に接続することができる。表示スクリーンまたはモニタ１１４は、所望であればキーボードおよびマウスの従来のインタフェースに加えて、またはその代わりに、外科医が触覚スクリーン入力のために表示スクリーンまたはモニタ１１４の上において指し示し、クリックすることが可能であるように、触覚ユーザインタフェースを有することが好ましい。
さらに、ある構成要素が適切に配向または位置合わせされているとき、とりわけ位置／配向情報を得るために、外科医、看護師、または他の使用者が機能１０８を制御する、または機能１０８に指図することを可能にするために、あらゆる他の無線または有線のインタフェースに接続することができるのと同じように、フットペダル１１０または他の便利なインタフェースが計算機能１０８に結合されることが可能である。試行構成要素、計測構成要素などの品目１１２が、１つまたは複数のナビゲーション基準１０４を使用して、身体部分１０１および１０２に対する位置および配向について追跡されることが可能である。
計算機能１０８は、身体部分１０１および２０２ならびに品目１１２の他の構成要素に全体的または部分的に対応する様々な形態のデータを処理し、記憶し、表示スクリーンまたはモニタ１１４に出力することができるが、これは必要ではない。たとえば身体部分１０１および１０２は断面において示すことができ、あるいは骨管および表面構造などの身体部分の少なくとも様々な内部態様は、蛍光透視像を使用して示すことができる。これらの像は、ナビゲーション基準１０４に添付されたＣアームなど、イメジャ１１３を使用して得ることができる。たとえば骨盤骨１０１および大腿骨１０２などの身体部分も、添付されたナビゲーション基準１０４を有することができる。ナビゲーション基準１０４を有するＣアームを使用して蛍光透視像が得られるとき、ナビゲーションセンサ１００は、蛍光透視ヘッドの位置、ならびに骨盤骨１０１および大腿骨１０２の位置および配向を「見て」、追跡する。コンピュータは、この位置／配向情報と共に蛍光透視像を記憶し、それにより、該当する１つまたは複数の身体部分に対する蛍光透視像の位置と配向を相関させる。これにより、骨盤骨１０１および対応するナビゲーション基準１０４が移動するとき、コンピュータは、骨盤骨１０１の空間における新しい位置を自動的に対応して感知し、骨盤骨１０１の像に対して用具、機器、基準、試行、および／または移植片をモニタ１１４上で対応して移動させることができる。同様に、身体部分の像を移動させることができ、身体部分およびそのような品目の両方を移動させることが可能であり、または外科医などの好みに合わせ、かつ所望される撮像を実施するために、スクリーン上の像が提示されることが可能である。同様に、追跡されているスタイラス、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、あるいはあらゆる他のタイプの品目または機器などの品目１１２が移動するとき、その像は、モニタ１１４上を移動し、それによりモニタ１１４は、骨盤骨１０１に対して品目１１２を適切な位置および配向でモニタ１１４上に示す。これにより、品目１１２は、外科医が品目１１２を適切にナビゲートおよび配置するために身体の中を見ることができるかのように、骨盤骨１０１の機械軸および他の特徴に対して適切または不適切な位置合わせにおいてモニタ１１４の上に出現することができる。
計算機能１０８はまた、手術において使用される関節置換人工器官、用具、計測、試行構成要素、移植片構成要素、および他の品目など、品目１１２の構成、サイズ、および他の特性に関するデータを記憶することもできる。それらが位置／配向センサ１００の場に導入されるとき、計算機能１０８は、ナビゲーション、配置、評価、および他の使用のために、関節置換人工器官、用具、計測構成要素、試行構成要素、移植片構成要素、および他の品目１１２のコンピュータ生成像を生成し、身体部分１０１および１０２の蛍光透視像と重ね合わせて、またはそれと組み合わせて表示することができる。
身体部分の蛍光透視像、ＭＲＩ像、または他の実際の像の代わりに、またはそれと組み合わせて、計算機能１０８は、手術機器または身体部分の位置および配向など、手術場における品目の感知された位置および配向に基づいて、ナビゲーション構成データまたは仮想構成データを記憶および出力することが可能である。たとえば表示スクリーンまたはモニタ１１４は、切除平面、解剖学的軸、機械軸、前／後基準平面、内側／側方基準平面、回転軸、またはあらゆる他のナビゲーション基準、あるいは手術を実施するのに有用であるまたは所望される可能性がある情報を出力することができる。基準平面の場合、たとえば、表示スクリーンまたはモニタ１１４は、位置および配向がナビゲーションセンサ１００によって追跡されている切断ガイドによって画定された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、表示スクリーンまたはモニタ１１４は、リーマの感知された位置および配向に基づいて切断トラックを出力することができる。他の仮想構成も、外科医または他の使用者が手術手続きの段階のいくつかまたはすべてを計画するのを補助するために、手術場の任意の手術機器または他の品目の感知された位置および配向に基づいて、表示スクリーンまたはモニタ１１４に出力することができ、関連する手術機器と共にまたはそれを伴わずに表示することができる。
本発明のいくつかの実施形態では、計算機能１０８は、１つまたは複数のナビゲーション基準１０４に関連付けられた１つまたは複数の手術機器の感知された位置および配向に基づいて、１つまたは複数の移植片構成要素の投影された位置および配向を表示スクリーンまたはモニタ１１４に出力することができる。たとえばシステムは、切除される身体部分の一部に対して切断ブロックがナビゲートされる際、切断ブロックの位置および配向を追跡することが可能である。計算機能１０８は、前／後平面および内側／側方平面を示す軸と共に、たとえば頸骨および／またはひざの機械軸と組み合わせて、切断ブロックの感知された位置および配向に基づいて身体部分における移植片の投影位置を計算し、表示スクリーンまたはモニタ１１４に出力することができる。いくつかの実施形態では、身体部分の蛍光透視像、ＭＲＩ像、または他の実際の像は表示されないが、その理由は、関連する軸および／または他のナビゲーション情報が表示される場合、コンピュータ補助手術の文脈では、そのような撮像は不必要で非生産的であることが成り立つことがあるからである。さらにいくつかのシステムは、データ点を適合させるように形状を変化させる「モーフィング」像を使用し、あるいはデータ点が比較的正確な位置において表示された、または全く表示されていない一般的なグラフィックスまたは線アート像を使用する。外科医または他の使用者が移植片の投影位置に不満足である場合、外科医は、投影された移植片の位置および配向に対する影響を評価するために、切断ブロックを再配置することが可能である。
図１に示されたコンピュータ機能１０８はまた、特定の機器に関連付けられたナビゲーション基準１０４によって、ある手術機器または他の物体を認識することもできる。一実施形態では、これは、特定の手術機器に関連する情報をコンピュータ機能１０８のメモリに記憶し、１０４などの離散または固有のナビゲーション基準を手術機器と関連付けることによって、達成することができる。１０４などのナビゲーション基準は、１つのナビゲーション基準を他から一意に識別することができる特徴を有することができる。特徴は、非限定的に、形状、サイズ、タイプ、または信号を含むことができる。そのような特徴は、コンピュータ機能１０８によって記憶することができ、コンピュータ機能１０８が１０４などのナビゲーション基準について特定の以前記憶された特徴を検出するとき、コンピュータ機能１０８は、ナビゲーション基準に関連付けられた手術機器を識別することができる。
さらにコンピュータ機能１０８は、指示子またはプローブ１１６を使用することによってなど、ナビゲーションセンサ１００の場のあらゆる点を追跡することができる。プローブはまた、ナビゲーション基準１０４を含む、またはナビゲーション基準１０４に添付することもできる。外科医、看護師、または他の使用者は、プローブ１１６の先端を骨構造の上のランドマークなどの点に接触させ、フットペダル１１０を作動させる、またはそうでない場合はランドマーク位置に留意するようにコンピュータ１０８に命令する。ナビゲーションセンサ１００は、ナビゲーション基準１０４の位置および配向を「見て」、プローブの先端１１６がそのナビゲーション基準１０４に対して位置する場所を「認識し」、それにより、フットペダル１１０が踏まれるとき、または他のコマンドが与えられるとき、プローブ１１６によって特定された点または他の位置を計算および記憶し、所望されるときはいつでも、かつどのような形態または方式あるいは色であっても、表示スクリーンまたはモニタ１１４に表示することができる。したがって、プローブ１１６は、コンピュータ１０８が、ナビゲーション基準１０４の移動に対して、あらゆる他の仮想または実際の構成または基準に加えて、大腿骨１０２、骨盤骨１０１、および他の身体部分の後傾軸１１８、解剖学的軸１２０、および機械軸１２２などの仮想情報または論理情報を記憶および追跡することを可能にするために、骨構造上のランドマークを特定するために使用することができる。
一実施形態では、プローブ１１６の先端は、手術台またはプラットフォームの上面上の少なくとも３つの点に触る、またはそうでない場合は接触するために使用することができる。このようにして、手術台またはプラットフォームの上面上の３つの点に少なくとも部分的に基づいて、プローブ１１６および計算機能１０８は、手術台またはプラットフォームの上面に関連付けられた基準平面を識別する、またはそうでない場合は画定することができる。
一実施形態では、プローブ１１６は、３脚形ヘッドなどの複数点ヘッドを含むことができ、それぞれの接点はヘッドの端部または点に隣接する。たとえば、３脚形ヘッドは、ヘッドのそれぞれの端部に隣接して３つの接点を有することができる。あらゆる場合において、複数点ヘッドの構成は、外科医などの使用者によって操作することができ、手術台またはプラットフォームの上面上に配置する、またはそうでない場合はそれと接触させることができ、それにより接点は、手術台またはプラットフォームの上面と同時に接触する。このようにして、プローブ１１６および計算機能１０８は、手術台またはプラットフォームの上面に関連付けられた基準平面を識別する、またはそうでない場合は画定することができる。
本発明のいくつかの実施形態によるシステムおよびプロセスは、BrainLAB VectorVisionシステム、OrthoSoft Navitrack System、Stryker Navigationシステム、Medtronic Surgical Navigation Technologies, Inc.によって提供されるFluoroNavシステム、およびMedtronic Sofamor Danek Technologiesによって提供されるソフトウエアなど、適切なコンピュータ補助手術システムおよびプロセスと通信することができる。そのようなシステムまたはシステムの態様は、米国特許第５３８３４５４号；第５８７１４４５号；第６１４６３９０号；第６１６５８１号；第６２３５０３８号、および第６２３６８７５号、ならびに関係する（米国特許法セクション１１９および／または１２０の下において）特許において開示されており、これらはすべてこの参照によって本明細書に組み込まれている。撮像、データの記憶、身体部分および品目の追跡、ならびに他の目的で、あらゆる他の所望のシステムおよびプロセスを上述されたように使用することができる。
これらのシステムは、３つまたは４つ、およびいくつかの場合は５つの要素を有する基準フレームタイプの基点を使用することを必要とする可能性があり、これらの要素は、基点、したがって追跡されている身体部分、用具、計測、試行構成要素、移植片構成要素、あるいは他のデバイスまたは構造の位置／配向について、センサによって追跡される。そのようなシステムはまた、外科医が、プローブを適宜配置し、たとえばプローブの先端の位置に留意するようにコンピュータにシグナリングするまたはコマンド命令することによって、アナトミー上の１つまたは複数の点あるいは他の位置を選択する、指定する、登録する、またはそうでない場合はシステムに知らせるために使用することができる少なくとも１つのプローブを使用することもできる。これらのシステムはまた、センサによって追跡される位置／配向情報に適合された蛍光透視像を得て記憶するために基点が添付されている身体部分の蛍光透視像を得るために使用されるＣアームの位置および配向を追跡することも可能であるが、これは必要ではない。したがって、表示スクリーンまたはモニタは、ナビゲーション、骨の切除、評価、および他の目的で、手術と関連して使用される用具、計測構成要素、試行構成要素、移植片構成要素、および他の品目と共に、仮想構成および基準のコンピュータ生成像と組み合わせて、骨の蛍光透視像をレンダリングすることができる。
一実施形態では、１０４などの一連のアレイまたはナビゲーション基準を取り付ける、またはそうでない場合は手術台またはプラットフォームの上面に対して配置することができる。このようにして、一連のアレイまたはナビゲーション基準は、手術台またはプラットフォームの上面に関連付けられた基準平面を識別する、またはそうでない場合は画定することができる。基準平面は、１０１などの患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなど、コンピュータ補助手術手続き中に患者の骨盤骨に関連付けられた患者の前骨盤平面の代理または代用として使用することができる。他の実施形態では、１０４などの一連のアレイまたはナビゲーション基準を取り付ける、またはそうでない場合は１０１などの患者の骨盤骨に対して配置することができる。このようにして、一連のアレイまたはナビゲーション基準は、患者の骨盤骨に関連付けられた基準平面を識別する、またはそうでない場合は画定することができる。手術台またはプラットフォームおよび患者の骨盤骨に関連付けられた基準平面のどちらかまたは両方を使用して、計算機能１０８は、患者が手術台またはプラットフォームの上において移動または回転する際、モニタ１１４を介して、どちらかまたは両方の基準平面に関してグラフィックス、テキスト、量的測定、コマンド、または他の手術情報を表示することができる。
本発明の実施形態によれば、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせして取り付ける目的で、コンピュータ補助手術手続きと共に使用される任意の数の適切な基準平面を識別する、またはそうでない場合は画定するために、アレイまたはナビゲーション基準の他の配置または構成を使用することができる。
他の実施形態では、コンピュータ機能１０８は、手術台またはプラットフォームの上面に対して取り付けられた、またはそうでない場合は配置された１０４などの一連のアレイまたはナビゲーション基準に対して、手術手続きを実施する使用者によって１１２などの手術機器、整形外科デバイス、または品目をナビゲーションするのを可能にするデータを提供することができる。データは、非限定的に、テキスト、グラフィックス、コマンド、スクリーン表示、または他の情報を含むことができる。たとえば、外科医などの使用者が品目１１２を操作するとき、コンピュータ機能１０８は、品目１１２に関連する位置情報を受信することができる。手術台またはプラットフォームの上面に対して取り付けられた、またはそうでない場合は配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準に関連する情報はまた、コンピュータ機能１０８によって受信することもできる。コンピュータ機能１０８は、手術手続きにおいて関連付けられた手術台またはプラットフォームの上面に対して品目１１２をナビゲートする目的で、命令または他の指示を使用者に提供するために、品目１１２およびアレイまたはナビゲーション基準１０４に関連する位置情報を処理することができ、位置情報を以前に記憶されたデータまたはソフトウエアプログラムもしくはルーチンと調整することができる。
図２〜３は、本発明の実施形態による、患者の骨盤骨およびプラットフォームに対して配置されたアレイまたはナビゲーション基準の例示的な位置を示す。図２〜３に示されたアレイまたはナビゲーション基準の位置は、図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して使用することができる。さらに、図２〜３に示されたアレイまたはナビゲーション基準の位置のどちらかまたは両方は、股関節置換において骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせして取り付けるなど、手術手続きにおいて、または手術手続きのステップにおいて使用することができる。以下でより詳細に説明されるように、図２〜３に示された一連のアレイまたはナビゲーション基準のどちらかまたは両方は、寛骨臼カップまたは構成要素に関連付けられたコンピュータ補助手術手続きにおいて使用される適切な基準平面を画定するために使用することができる。本発明の他の実施形態によれば、患者の骨盤骨および／またはプラットフォームに対して配置されたアレイまたはナビゲーション基準の他の位置が存在することができる。さらに、本発明の他の実施形態によれば、手術手続きにおいて患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を位置合わせするのに使用される適切な基準平面を画定するために、任意の数、形状、または構成のアレイまたはナビゲーション基準を使用することができる。
図２は、プラットフォーム２０４の上面２０２上において仰臥位置にある患者２００の側面図を示す。図２に示された実施形態では、プラットフォームは手術台である。患者２００がこの位置に配向されているとき、患者の骨盤骨（図３に３００として示されている）は、プラットフォーム２０４の上面２０２に対して配向される。図２に示された実施形態では、一連のアレイ２０６、２０８、２１０、またはナビゲーション基準は、プラットフォーム２０４の上面２０２に取り付けることができる。図１に１００として示されたセンサまたは位置センサが、アレイ２０６、２０８、２１０、またはナビゲーション基準の位置を識別する、またはそうでない場合は決定することができ、プラットフォーム２０４の上面２０２に関連付けられた台平面２１２などの基準平面を画定することができる。一実施形態では、患者２００は、一連のストラップ、拘束手段、または他の同様のデバイスで、プラットフォーム２０４の上面２０２に固定することができる。このようにして、アレイ２０６、２０８、２１０によって画定された基準平面は、患者２００に関連付けられた前骨盤平面の代理または代用として使用することができる。図１に示されたようなコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを使用して、外科医などの使用者が、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなど、手術手続きにおいて基準平面を使用することができる。他の実施形態では、台平面２１２は、プラットフォーム２０４の上面２０２の構成、またはプラットフォーム２０４の上面２０２に対するアレイもしくはナビゲーション基準の取付けに応じて、図示されたものとは異なるものとすることが可能であり、またはほぼ水平以外の他の角度とすることが可能である。
図３は、仰臥位置にある図２の患者の下方部分のオーバーヘッド骨組み図を示す。この図では、患者の骨盤骨３００は、骨盤骨３００のそれぞれの部分に取り付けられた一連のアレイ３０２、３０４、３０６、またはナビゲーション基準を基準にすることができる。図１に示された１００などのセンサまたは位置センサが、アレイ３０２、３０４、３０６、またはナビゲーション基準の位置を識別する、またはそうでない場合は決定することができ、患者の骨盤骨３００に関連付けられた骨盤平面３０８などの基準平面を画定することができる。このようにして、アレイ３０２、３０４、３０６によって画定された基準平面は、図２において上記で記述された台平面２１２などの他の基準平面と関連して使用することができる。図１に示されたようなコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを使用して、外科医などの使用者が、患者の骨盤骨に対して寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなど、手術手続きにおいて基準平面を使用することができる。他の実施形態では、骨盤平面３０８は、患者の骨盤骨の構成、または患者の骨盤骨に対するアレイもしくはナビゲーション基準の取付けに応じて、図示されたものとは異なるものとすることが可能である。
図２〜３に示された実施形態では、患者２００は、図４〜５の４００などの寛骨臼構成要素を患者の骨盤骨３００に対して配向させる目的で、台平面２１２などのより臨床的に適切な平面を確立するために、プラットフォーム２０４の上面２０２上において仰臥位置に配向される。プラットフォーム２０４の上面２０２に関連付けられた台平面２１２または他の基準は、患者の骨盤骨の骨盤の傾斜、あるいは背骨もしくは骨盤の変形または関節の拘縮によって生じる骨盤骨の任意の回転によって影響を受けない、またはそうでない場合は作用を受けないので、プラットフォーム２０４の上面２０２に関連付けられた台平面２１２または他の基準平面は、患者の骨盤骨に対して寛骨臼構成要素を装備する、取り付ける、または配向させるなど、コンピュータ補助手術手続きにおいて外科医を補助するのによりよく適しているとすることができる。さらに、プラットフォーム２０４の上面２０２に関連付けられた台平面２１２または他の基準平面は、前骨盤平面などのプラットフォーム２０４の上面２０２に関連付けられていない他の基準平面より、相対的に優れた精度で識別することができる。
図４および５は、股関節置換手術において骨盤骨に対して寛骨臼構成要素を位置合わせして取り付ける手術手続きを示す。図４は、骨盤骨４０４の寛骨臼部分４０２に対して位置合わせされて取り付けられている寛骨臼構成要素４００を示す。図２および３に示されたように、外科医または他の医療担当者が、手術台に関連付けられた基準平面などの１つまたは複数の基準平面を決定するために、図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを使用することができる。手術台に関連付けられた少なくとも基準平面に部分的に基づいて、外科医は、寛骨臼構成要素４００を骨盤骨４０４の寛骨臼部分４０２に導入することができる。涙滴開創器４０６、カップ導入器４０８、および／またはカップ配置装置４１０など、１つまたは複数の手術機器の補助で、外科医は、手術台に関連付けられた少なくとも基準平面に部分的に基づいて、骨盤骨４０４の寛骨臼部分４０２に対して寛骨臼構成要素４００を位置合わせし、取り付け、および装備することができる。いくつかの場合、１つまたは複数の手術機器は、手術台に関連付けられた基準平面など、任意の事前に画定された基準平面に対して機器を監視および位置合わせするのを容易にするために、それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を含むことができる。本発明の実施形態によれば、骨盤骨に対して寛骨臼構成要素を位置合わせし、取り付け、および装備するために、他の手術機器、器具、または手術関連品目を使用することができる。患者の骨盤骨４０４の寛骨臼部分４０２に対して取り付けられた寛骨臼構成要素４００の一例が、図５に示されている。
図６は、図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法を示す。図１において記述されたシステムは、表示スクリーンまたはモニタ１１４および少なくとも１つのセンサまたは位置センサ１００を含む。他のシステム実施形態を本発明の他の実施形態による方法６００と共に使用することができる。他の方法実施形態は、本発明の他の実施形態によれば、より少数またはより多数の要素を有することができる。方法６００は、ブロック６０２において開始される。
ブロック６０２において、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイが検出される。図６に示された実施形態では、図１の１０８などのプロセッサが、たとえば図１の１０４であるナビゲーション基準の特徴など、１つまたは複数のアレイまたはナビゲーション基準に関連する情報を記憶することができる。次いで、各それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を手術台などのプラットフォームの上面に隣接するそれぞれの点または位置に関連付けることができる。この関連情報は、プロセッサ１０８によって記憶することができる。図１の１００などのセンサまたは位置センサが、手術台などのプラットフォームの上面に関連付けられた１０４などの任意の数のアレイまたはナビゲーション基準の位置を検出することができる。
ブロック６０２にはブロック６０４が続き、センサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連付けられた手術手続きについて基準平面が画定される。図６に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、プラットフォームに対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。適切な基準平面は、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームの上面にほぼ平行な平面である。
ブロック６０４にはブロック６０６が続き、プラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きと共に使用され少なくとも１つのユーザインタフェースが、スクリーンを介して出力される。図６に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、プラットフォームに対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。適切な基準平面は、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームの上面にほぼ平行な平面である。図９に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、患者の骨盤骨に対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、他の基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。プラットフォームに関連付けられた少なくとも基準平面を使用して、外科医などの使用者が、股関節置換手術において寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなどの手術手続きを実施することができる。コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムに関連付けられた図１に示された１１４などの表示スクリーンまたはモニタを使用して、使用者は、手術手続きに関連するテキスト、グラフィックス、測定、または他の情報と関連して、アレイ、ナビゲーション基準、および基準平面のいくつかまたはすべてを見ることができる。
方法６００は、ブロック６０８において終了する。
図７は、図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法を示す。図１において記述されたシステムは、表示スクリーンまたはモニタ１１４および少なくとも１つのセンサまたは位置センサ１００を含む。他のシステムの実施形態を本発明の他の実施形態による方法７００と共に使用することができる。他の方法の実施形態は、本発明の他の実施形態によれば、より少数またはより多数の要素を有することができる。方法７００は、ブロック７０２において開始される。
ブロック７０２において、患者が仰臥位置にある間、患者の骨盤骨の一部に関連付けられた少なくとも１つのアレイが検出される。図７に示された実施形態では、図１の１０８などのプロセッサが、たとえば図１の１０４であるナビゲーション基準の特徴など、１つまたは複数のアレイまたはナビゲーション基準に関連する情報を記憶することができる。次いで、各それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を患者の骨盤骨に隣接するそれぞれの点または位置に関連付けることができる。この関連情報は、プロセッサ１０８によって記憶することができる。図１の１００などのセンサまたは位置センサが、患者の骨盤骨に関連付けられた１０４などの任意の数のアレイまたはナビゲーション基準の位置を検出することができる。
ブロック７０２にはブロック７０４が続き、患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイが検出される。図７に示された実施形態では、図１の１０８などのプロセッサが、たとえば図１の１０４であるナビゲーション基準の特徴など、１つまたは複数のアレイまたはナビゲーション基準に関連する情報を記憶することができる。次いで、各それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を手術台などのプラットフォームの上面に隣接するそれぞれの点または位置に関連付けることができる。この関連情報は、プロセッサ１０８によって記憶することができる。図１の１００などのセンサまたは位置センサが、手術台などのプラットフォームの上面に関連付けられた１０４などの任意の数のアレイまたはナビゲーション基準の位置を検出することができる。
ブロック７０４にはブロック７０６が続き、センサを使用してプラットフォームに関連付けられたアレイを検出するのに少なくとも部分的に基づいて、基準平面が、寛骨臼構成要素に関連付けられた手術手続きについて画定される。図６に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、プラットフォームに対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。適切な基準平面は、患者が上において仰臥位置にあるプラットフォームの上面にほぼ平行な平面である。
ブロック７０６にブロック７０８が続き、センサを使用して患者の骨盤骨の一部に関連付けられたアレイを検出するのに少なくとも部分的に基づいて、かつさらにセンサでプラットフォームに関連付けられたアレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きと共に使用される少なくとも１つのユーザインタフェースが、スクリーンを介して出力される。図７に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、プラットフォームに対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。適切な基準平面は、患者が上において仰臥位置にあるプラットフォームの上面にほぼ平行な平面である。図７に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、患者の骨盤骨に対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、他の基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。プラットフォームに関連付けられた少なくとも基準平面を使用して、外科医などの使用者が、股関節置換手術において寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなど、手術手続きを実施することができる。コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムに関連付けられた図１に示された１１４などの表示スクリーンまたはモニタを使用して、使用者は、手術手続きに関連するテキスト、グラフィックス、測定、または他の情報と関連して、アレイ、ナビゲーション基準、および基準平面のいくつかまたはすべてを見ることができる。
方法７００は、ブロック７０８において終了する。
図８は、図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される手術方法を示す。図１において記述されたシステムは、表示スクリーンまたはモニタ１１４および少なくとも１つのセンサまたは位置センサ１００を含む。他のシステムの実施形態を本発明の他の実施形態による方法８００と共に使用することができる。他の方法の実施形態は、本発明の他の実施形態によれば、より少数またはより多数の要素を有することができる。方法８００は、ブロック８０２において開始される。
ブロック８０２において、患者を仰臥位置で支持することができる上面を有するプラットフォームが提供される。図８に示された実施形態では、プラットフォームは手術台とすることができる。
ブロック８０２にはブロック８０４が続き、患者が、プラットフォームの上面上において仰臥位置に配向される。図８に示された実施形態では、患者は配向させ、いくつかの場合はプラットフォームまたは手術台の上面に固定することができる。
ブロック８０４にはブロック８０６が続き、アレイが、プラットフォームの上面に対して配置され、アレイは、センサによって検出することができる。図８に示された実施形態では、図１の１０８などのプロセッサが、たとえば図１の１０４であるナビゲーション基準の特徴など、アレイまたはナビゲーション基準の１つまたは複数に関連する情報を記憶することができる。次いで、各それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を手術台などのプラットフォームの上面に隣接するそれぞれの点または位置に関連付けることができる。この関連情報は、プロセッサ１０８によって記憶することができる。図１の１００などのセンサまたは位置センサが、患者の骨盤骨に関連付けられた１０４などの任意の数のアレイまたはナビゲーション基準の位置を検出することができる。
ブロック８０６にはブロック８０８が続き、プラットフォームの上面に関連付けられたアレイを検出するのに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することができる。図６に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、プラットフォームに対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。適切な基準平面は、患者が上において仰臥位置にあるプラットフォームの上面とほぼ平行な平面である。プラットフォームに関連付けられた少なくとも基準平面を使用して、外科医などの使用者が、股関節置換手術において寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなどの手術手続きを実施することができる。コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムに関連付けられた図１に示された１１４などの表示スクリーンまたはモニタを使用して、使用者は、手術手続きに関連するテキスト、グラフィックス、測定、または他の情報と関連して、アレイ、ナビゲーション基準および基準平面のいくつかまたはすべてを見ることができる。
方法８００は、ブロック８０８において終了する。
図９は、図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される他の手術手続きを示す。図１において記述されたシステムは、表示スクリーンまたはモニタ１１４および少なくとも１つのセンサまたは位置センサ１００を含む。他のシステムの実施形態を本発明の他の実施形態による方法９００と共に使用することができる。他の方法の実施形態は、本発明の他の実施形態によれば、より少数またはより多数の要素を有することができる。方法９００は、ブロック９０２において開始される。
ブロック９０２において、患者が、プラットフォームの上面に隣接して仰臥位置に配向される。図９に示された実施形態では、プラットフォームは手術台とすることができる。患者は配向させ、いくつかの場合はプラットフォームまたは手術台の上面に固定することができる。
ブロック９０２にはブロック９０４が続き、第１基準平面が、患者の骨盤骨の一部に対して画定され、第１基準平面は、少なくとも１つのセンサによって検出することができる。図９に示された実施形態では、図１の１０８などのプロセッサが、たとえば図１の１０４であるナビゲーション基準の特徴など、アレイまたはナビゲーション基準の１つまたは複数に関連する情報を記憶することができる。次いで、各それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を患者の骨盤骨に隣接するそれぞれの点または位置に関連付けることができる。この関連情報は、プロセッサ１０８によって記憶することができる。図１の１００などのセンサまたは位置センサは、患者の骨盤骨に関連付けられた１０４などの任意の数のアレイまたはナビゲーション基準の位置を検出することができる。
ブロック９０４にはブロック９０６が続き、第２基準平面が、プラットフォームの上面に対して画定され、第２基準平面は、少なくとも１つのセンサによって検出することができる。図９に示された実施形態では、図１の１０８などのプロセッサが、たとえば図１の１０４であるナビゲーション基準の特徴など、アレイまたはナビゲーション基準の１つまたは複数に関連する情報を記憶することができる。次いで、各それぞれのアレイまたはナビゲーション基準を手術台などのプラットフォームの上面に隣接するそれぞれの点または位置に関連付けることができる。この関連情報は、プロセッサ１０８によって記憶することができる。図１の１００などのセンサまたは位置センサは、患者のプラットフォームに関連付けられた１０４などの任意の数のアレイまたはナビゲーション基準の位置を検出することができる。
ブロック９０６にはブロック９０８が続き、第１基準平面および第２基準平面に少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きを実施することができる。図６に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、プラットフォームに対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。適切な基準平面は、患者が上において仰臥位置にあるプラットフォームの上面とほぼ平行な平面である。図９に示された実施形態では、１０８などのプロセッサは、患者の骨盤骨に対して配置された１０４などのアレイまたはナビゲーション基準のいくつかまたはすべての位置を使用して、他の基準平面を識別する、またはそうでない場合は決定することができる。プラットフォームに関連付けられた少なくとも基準平面を使用して、外科医などの使用者が、股関節置換手術において寛骨臼カップまたは構成要素を取り付けるなど、手術手続きを実施することができる。コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムに関連付けられた図１に示された１１４などの表示スクリーンまたはモニタを使用して、使用者は、手術手続きに関連するテキスト、グラフィックス、測定、または他の情報と関連して、アレイ、ナビゲーション基準および基準平面のいくつかまたはすべてを見ることができる。
方法９００は、ブロック９０８において終了する。
上記の説明は多くの詳細を含むが、これらの詳細は、本発明の範囲に対する限定としてではなく、単に開示された実施形態の例示として解釈されるべきである。当業者なら、添付された特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内にある多くの他の可能な変形形態を構想するであろう。
本発明の実施形態による、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムの例示的な環境を示す図である。 本発明の実施形態による、上において患者を仰臥位置で支持することができるプラットフォームの上面に対して基準平面を画定するためのアレイの例示的な位置を示す図である。 本発明の実施形態による、プラットフォーム上において仰臥位置にある患者に対して基準平面を画定するためのアレイ、および患者の骨盤骨に対して第２基準平面を画定するための第２アレイの例示的な位置を示す図である。 本発明の実施形態による、患者の骨盤骨に対して配向されている寛骨臼構成要素の例を示す図である。 本発明の実施形態による、患者の骨盤骨に対して配向された寛骨臼構成要素の例を示す図である。 図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施することができる方法のフローチャートである。 図１に示されたコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して使用される方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態による、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して使用される手術方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態による、コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して使用される他の手術方法のフローチャートである。
符号の説明
１００ ナビゲーションセンサ
１０１ 骨盤骨
１０２ 大腿骨
１０４ ナビゲーション基準
１０８ 計算機能 コンピュータ機能
１１０ フットペダル
１１２ 品目
１１３ イメジャ
１１４ 表示スクリーンまたはモニタ
１１６ プローブ
１１８ 後傾軸
１２０ 解剖学的軸
１２２ 機械軸
２００ 患者
２０２ 上面
２０４ プラットフォーム
２０６ アレイ
２０８ アレイ
２１０ アレイ
２１２ 台平面
３００ 骨盤骨
３０２ アレイ
３０４ アレイ
３０６ アレイ
３０８ 骨盤平面
４００ 寛骨臼構成要素
４０２ 寛骨臼部分
４０４ 骨盤骨
４０６ 涙滴開創器
４０８ カップ導入器
４１０ カップ配置装置
６００ 方法
７００ 方法
８００ 方法
９００ 方法

Claims (24)

  1. 表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムであって、
    患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することと、
    前記センサを使用して前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することと、
    前記画定された手術基準平面に少なくとも部分的に基づいて、前記スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する前記手術手続きと共に使用されるように構成された少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することとができるプロセッサを特徴とする、システム。
  2. アレイが、以下の基点部材、センサ、赤外線センサ、またはマーカの少なくとも１つを備える、請求項１および１３に記載のシステム。
  3. 前記寛骨臼構成要素が、以下の寛骨臼カップ、または寛骨臼について構成された整形外科構成要素の少なくとも１つを備える請求項１および１３に記載のシステム。
  4. 前記手術手続きが、以下の寛骨臼カップ装備、寛骨臼構成要素装備、または股関節の関節形成の少なくとも１つを備える、請求項１および１３に記載のシステム。
  5. 前記ユーザインタフェースが、以下の前記プラットフォームに対する患者の骨盤骨の一部の表示、前記手術手続きに関連する命令、前記手術手続きに関連する測定の選択、または前記手術手続きに関連するコマンドの少なくとも１つを備える、請求項１および１３に記載のシステム。
  6. 患者が上において支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することが、前記患者が上において支持される前記プラットフォームの一部にプローブが接触するのを検出することを備える、請求項１および１３に記載のシステム。
  7. 表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法であって、
    患者が仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することと、
    前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することと、
    前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、前記スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連付けられた前記手術手続きと共に使用される少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することとを備えることを特徴とする、方法。
  8. 前記アレイが、以下の基点部材、センサ、赤外線センサ、またはマーカの少なくとも１つを備える、請求項７および１４に記載の方法。
  9. 前記寛骨臼構成要素が、以下の寛骨臼カップ、または寛骨臼について構成された整形外科構成要素の少なくとも１つを備える、請求項７および１４に記載の方法。
  10. 前記手術手続きが、以下の寛骨臼カップ装備、寛骨臼構成要素装備、または股関節の関節形成の少なくとも１つを備える、請求項７および１４に記載の方法。
  11. 前記ユーザインタフェースが、以下の前記プラットフォームに対する患者の骨盤骨の一部の表示、前記手術手続きに関連する命令、前記手術手続きに関連する測定の選択、または前記手術手続きに関連するコマンドの少なくとも１つを備える、請求項７および１４に記載の方法。
  12. 前記患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することが、前記患者が上において支持される前記プラットフォームの一部にプローブが接触するのを検出することを備える、請求項７および１４に記載の方法。
  13. 表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムであって、
    患者が仰臥位置にある間、前記患者の骨盤骨の一部に関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することと、
    前記センサを使用して前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することと、
    前記センサを使用して患者の骨盤骨の一部に関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、かつさらに前記センサを使用して前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、前記スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連する前記手術手続きと共に使用されるように構成された少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することとができるプロセッサを備える、システム。
  14. 表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムによって実施される方法であって、
    患者が仰臥位置にある間、前記患者の骨盤骨の一部に関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することと、
    前記患者が上において仰臥位置で支持されるプラットフォームに関連付けられた少なくとも１つのアレイを検出することと、
    前記センサを使用して前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することと、
    前記センサを使用して患者の骨盤骨の一部に関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、かつさらに前記センサを使用して前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、前記スクリーンを介して、寛骨臼構成要素に関連付けられた前記手術手続きと共に使用される少なくとも１つのユーザインタフェースを出力することとを備える、方法。
  15. 表示スクリーンおよびセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される手術方法であって、
    仰臥位置にある患者を支持することができる上面を有するプラットフォームを提供することと、
    前記プラットフォームの前記上面に隣接して患者を仰臥位置に配向させることと、
    前記プラットフォームの前記上面に対してアレイを配置し、前記アレイは前記センサによって検出することができることと、
    前記センサを使用して前記プラットフォームの前記上面に関連付けられた前記アレイを検出することに少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することとを備える、手術方法。
  16. 前記センサを使用して前記患者が上において仰臥位置で支持される前記プラットフォームに関連付けられた前記アレイを検出することが、前記プラットフォームの前記上面に隣接するプローブに接触することを備える、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  17. 前記アレイが、以下の基点部材、センサ、赤外線センサ、またはマーカの少なくとも１つを備える、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  18. 前記プラットフォームの前記上面の上において患者を仰臥位置に配向させることが、前記プラットフォームの前記上面に対して前記患者の位置を固定することを備える、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  19. 前記寛骨臼構成要素が、以下の寛骨臼カップ、または寛骨臼について構成された整形外科構成要素の少なくとも１つを備える、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  20. 前記手術手続きが、以下の寛骨臼カップ装備、寛骨臼構成要素装備、または股関節の関節形成の少なくとも１つを備える、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  21. 寛骨臼構成要素に関連する手術手続きについて基準平面を画定することが、前記スクリーンを介して、前記寛骨臼構成要素に関連する前記手術手続きと共に使用されるように構成された少なくとも１つのユーザインタフェースを受け取ることを備える、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  22. 前記基準平面が、前記患者の骨盤骨に関連付けられた前骨盤平面を近似する、請求項１５および２４に記載の手術方法。
  23. 前記ユーザインタフェースが、以下の前記プラットフォームに対する前記患者の骨盤骨の一部の表示、前記手術手続きに関連する命令、前記手術手続きに関連する測定の選択、または前記手術手続きに関連するコマンドの少なくとも１つを備える、請求項２１に記載の手術方法。
  24. 表示スクリーンおよび少なくとも１つのセンサを有するコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムと関連して実施される手術方法であって、
    プラットフォームの上面に隣接して患者を仰臥位置に配向させることと、
    患者の骨盤骨の一部に対して第１基準平面を画定し、前記第１基準平面は前記少なくとも１つのセンサによって検出することができることと、
    前記プラットフォームの前記上面に対して第２基準平面を画定し、前記第２基準平面は前記少なくとも１つのセンサによって検出することができることと、
    前記第１基準平面および前記第２基準平面に少なくとも部分的に基づいて、寛骨臼構成要素に関連する手術手続きを実施することとを備える、手術方法。
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