JP2022549511A - 手術ナビゲーションのシステム及び方法 - Google Patents

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Abstract

本開示は、全般に、手術システムに関する。手術システムは、概ね、１つ以上の手術器具アセンブリ、及び／又は手術ナビゲーションシステムを含み得る。手術器具アセンブリは、手術ナビゲーションシステムによって追跡可能な追跡デバイスを含み得る。更に、手術システムは、患者の解剖学的構造及び／又は手術経路に対して１つ以上のアラートゾーンをユーザが定義できるように構成可能である。手術システムは、手術ナビゲーションシステムと通信するアラートデバイスを更に備えてもよく、このアラートデバイスは、手術ナビゲーションシステムで決定された、定義済みアラートゾーン及び／又は手術経路に対する手術器具の位置に基づいて、ユーザ知覚可能アラートを術者又は医療専門家に提供するように構成可能である。【選択図】図１Ａ

Description

現代の手術において、医療従事者にとって利用可能で最も重要な器具の１つに、コードレスドリル、のこぎり、ワイヤドライバ、高速ドリル、超音波ハンドピース等の動力式手術器具がある。こうした手術器具には、ハンドピース又はハウジングの中にモータ及び／又はプロセッサを内蔵しているものが多い。手術器具は、特定の医療処置を行うために手術部位に適用するよう設計された切断取付具を受け入れる取付機構を含むことがある。例えば、手術用ドリルは、組織に穴を開ける、又は骨等の組織を選択的に除去するために、ドリルビット、バー、リーマ等の切断取付具を使用する場合がある。動力式手術器具を患者に使用できれば、患者に医療処置を行う際の術者の身体的負担が緩和される。もっと言うと、動力式手術器具を使えば、これ以前から使用されている手動式の同等物よりも、大抵の外科手術をより迅速、且つ正確に行うことができる。
手術ナビゲーションシステムは、副鼻腔、脊髄、又は頭蓋の手術等の外科手術中、術者が手術器具を誘導し易くすることができる。このような外科手術は、手術器具を手術部位まで挿入すること、手術部位から手術対象領域までの手術経路を横断すること、及び、手術対象領域を操作することを含み得る。手術ナビゲーションシステムによっては、手術器具の位置を患者の１つ以上の２次元表現（例えば、ＣＴ画像又はＭＲＩ画像）に重ねて表示するディスプレイを備えているものもある。このシステムでは、術者は手術器具の位置を特定することはできるが、手術器具が手術経路を正しく進んでいるか、又は手術器具が手術対象領域を正しく操作しているかどうかは特定できない。その結果、場合によっては、手術器具が手術経路又は手術対象領域から外れる恐れがある。同時に、重要な解剖学的形状部が手術経路又は手術対象領域に近接している場合があるので、手術器具の正確なナビゲーションが重要である。手術器具がコースから外れ、及び／又は、重要な解剖学的領域に接近している可能性があるということを、認識することが大切である。したがって、手術器具がコースを外れたとき、及び／又は、重要な解剖学的領域に近づいている可能性があるときを特定し、これらについて医療専門家に通知することが、当技術分野において必要である。
本開示は、全般に、手術システムに関する。手術システムは、概ね、１つ以上の手術器具アセンブリ、及び／又は手術ナビゲーションシステムを含み得る。手術器具アセンブリは、手術ナビゲーションシステムで追跡可能な追跡デバイスを含み得る。さらに、手術システムは、患者の解剖学的構造及び／又は手術経路に対して１つ以上のアラートゾーンをユーザが定めることができるように構成可能である。手術システムは、手術ナビゲーションシステムと通信するアラートデバイスを更に備えてもよく、このアラートデバイスは、手術ナビゲーションシステムで決定された、定められたアラートゾーン及び／又は手術経路に対する手術器具の位置に基づいて、ユーザ知覚可能アラートを術者又は医療専門家に提供するように構成可能である。
例示的構成は、患者に対して手術を行う際に医療専門家を支援するため、既知の座標系で患者の重要構造に対するアラートゾーンを医療専門家が定めることができるように構成された手術システムを提供する。また、手術システムには、ナビゲーションシステムも含まれる。さらに、システムは、制御コンソールを備え、このコンソールは、ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを含み得る。さらに、システムは、バーを含む高速手術器具も含み、前記高速手術器具は、前記制御プロセッサと通信する可変速モータを備えてもよく、前記可変速モータは、毎分７００００回転を超える第１切断速度、及び毎分７００００回転未満且つ毎分６００００回転を超える第２切断速度で前記バーを回転させるように構成されている。さらに、このシステムは、前記制御プロセッサと通信する前記高速手術器具の前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチも備える。さらに、このシステムは、ナビゲーションシステムが、既知の座標系のアラートゾーンに対する前記バーの位置を能動的に決定するように構成される場合も含む。さらに、このシステムは、ナビゲーションシステムにより、前記バーがアラートゾーンに進入すると決定された際、前記高速手術器具の前記可変速モータを操作して、前記バーの回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行させる信号を前記制御プロセッサに送るよう、ナビゲーションシステムが構成される場合、及び、前記第１切断速度から前記第２切断速度への前記バーの移行により、前記第１切断速度から前記第２切断速度へのバー移行として知覚できる変化を生じさせることで、前記バーが前記アラートゾーンに進入したことを医療専門家に通知する場合も含む。
別の例示的構成において、患者に対して手術を行う際に医療専門家を支援するため、既知の座標系で重要構造に対するアラートゾーンを定義可能とする手術システム。この手術システムは、ナビゲーションシステムも含む。このシステムは、バー、及び、バーを回転するように構成された可変速モータを含み得る高速手術器具も備える。このシステムは、制御プロセッサを含み得る制御コンソールであって、前記制御プロセッサは、前記高速手術器具の前記可変速モータと通信し、ナビゲーションシステムからデータを受信するように構成される、制御コンソールも備える。このシステムは、前記制御プロセッサと通信して、前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチであって、触覚アラートデバイスを含み得る、フットスイッチも備える。このシステムは、ナビゲーションシステムが、アラートゾーンに対する前記バーの位置を決定し、アラートゾーンに対する前記バーの位置を示すデータを前記制御プロセッサに送信するように構成される場合、及び、前記制御プロセッサは、既知の座標系における前記アラートゾーンに対する前記バーの前記位置に基づいて、前記フットスイッチの前記触覚アラートデバイスを操作し、医療専門家に通知を提供するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、手術器具アセンブリであって、プロセッサを有する制御コンソールと、前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及びエンドエフェクタを駆動する可変速モータに結合する、ハンドピースと、前記可変速モータの通電を制御するために、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、前記スイッチの位置を検出し、前記スイッチの前記位置を示す第１信号を前記プロセッサに通信するように構成されたスイッチセンサとを含み得る、手術器具アセンブリも備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、既知の座標系で定義された第１境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、既知の座標系における前記第１境界に対する前記エンドエフェクタの前記位置に基づいて、前記可変速モータを非通電にする第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記ハンドピースを非通電にすると、前記プロセッサが、前記エンドエフェクタが第１位置に留まる間、医療専門家が前記スイッチの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記スイッチセンサから受信するまで、前記可変速モータの再通電を防止するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対して手術を行う際に医療専門家を支援するため、既知の座標系でアラートゾーンを定義可能とする手術システム。この手術システムは、ナビゲーションシステムも備える。このシステムは、エンドエフェクタに結合する手持ち式手術器具も備え、前記手持ち式手術器具は、前記エンドエフェクタを回転させるように構成されたモータを有することができる。このシステムは、前記手持ち式手術器具内で配置された制御プロセッサも備え、前記制御プロセッサは、前記モータと通信し、前記ナビゲーションシステムからデータを受信するように構成される。このシステムは、前記手持ち式手術器具上で配置されたトリガも備え、前記トリガは、前記制御プロセッサと通信して、前記手術器具の前記モータの動作を制御する。このシステムは、前記トリガが、触覚アラートデバイスを含み得る場合も含む。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記エンドエフェクタがアラートゾーンに進入したというデータを前記制御プロセッサに送信するように構成され、前記制御プロセッサが、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに進入すると、前記トリガの前記触覚アラートデバイスを操作して、医療専門家に通知するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、前記エンドエフェクタを回転させる可変速モータと、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、前記トリガの前記位置を検出し、前記トリガの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたトリガセンサとを含み得る、手持ち式手術器具も備える。このシステムは、前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールであって、信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、前記トランシーバと通信し、且つ、前記トリガセンサと通信するバッテリプロセッサであって、前記トリガの前記位置を示す前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記手持ち式手術器具の前記可変速モータに電力を選択的に供給するように構成されるバッテリプロセッサを含み得る、充電式バッテリモジュールも備える。このシステムは、前記トランシーバを介して、前記バッテリプロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、既知の座標系について定義された第１境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記エンドエフェクタの前記位置、及び、既知の座標系における前記第１境界に基づいて、前記手持ち式手術器具への電力を制限する第２信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具への電力を制限している場合、前記バッテリプロセッサは、医療専門家が前記トリガの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記トリガセンサから受信するまで、前記可変速モータの通電を防止するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、可変速モータと、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、前記トリガの前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたハンドピースプロセッサとを含み得る、手持ち式手術器具も備える。このシステムは、前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールであって、信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、前記トランシーバと通信するバッテリプロセッサであって、前記手持ち式手術器具を通電及び非通電にするように構成される、バッテリプロセッサとを含み得る、充電式バッテリモジュールも備える。このシステムは、前記トランシーバを介して、前記バッテリプロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、既知の座標系における境界に対する前記手持ち式手術器具の位置を能動的に決定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記既知の座標系における前記境界に対する前記エンドエフェクタの前記位置に基づいて、前記手持ち式手術器具を一時的に非通電する第１信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記手持ち式手術器具が依然として前記境界にある又は隣接している間、且つ、前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具を非通電にした後、前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタの動き方向が前記境界に対して近位方向又は遠位方向であることを決定し、前記バッテリプロセッサに第２信号を通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記バッテリプロセッサが、前記手持ち式手術器具の動きが前記境界に対して近位方向にあることに基づいて、前記手持ち式手術器具を再通電するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術を実行するために医療専門家により使用される手術システム。この手術システムは、エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、前記エンドエフェクタを回転させるように構成された可変速モータと、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、前記トリガの前記位置を検出し、前記トリガの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたトリガセンサと、前記トリガの前記位置を示す前記トリガセンサからの前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたハンドピースプロセッサとを含み得る、手持ち式手術器具も備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、第１境界を定義し、前記第１境界に対する前記手術器具の位置を能動的に決定し、前記トリガセンサにより、前記トリガが前記第２位置にあることが示され、且つ、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記第１境界と隣接する、及び／又は、前記第１境界から遠位にあると判定されると、前記可変速モータを停止させる第２信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される。このシステムは、前記手持ち式手術器具が、依然として前記第１境界に隣接する、及び／又は、前記第１境界から遠位にある間、前記ハンドピースプロセッサは、医療専門家が前記トリガを操作して、前記トリガを前記第２位置から前記第１位置へと移動させ、前記第２位置に戻したことを示す後続の前記第１信号を、前記トリガセンサから受信すると、前記可変速モータを再起動するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、ハンドピースと、前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、医療専門家により前記可変速モータを起動及び停止させるように操作可能なトリガと、前記可変速モータの速度を制御するために、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサとを含み得る、手持ち式手術器具も備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、前記スイッチが前記第１位置にあるか前記第２位置にあるかを判定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記スイッチが適切な前記位置にあることと、前記手持ち式手術器具に結合された前記エンドエフェクタの種類とに基づいて、前記可変速モータの通電を制御する信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する外科手術を実行する際に医療専門家により使用される手術システム。この手術システムは、手持ち式手術器具アセンブリであって、ハンドピースと、第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方であって、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能である、第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方と、前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサとを含み得る、手持ち式手術器具アセンブリも備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタの識別情報を決定する。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記第１エンドエフェクタの識別に少なくとも部分的に基づいて、既知の座標系における第１境界を定義し、既知の座標系における前記第１境界とは異なる第２境界を定義するように構成され、前記第２境界は、前記第２エンドエフェクタの識別に少なくとも部分的に基づいている場合も含む。このシステムは、前記第１エンドエフェクタが識別されると、前記ナビゲーションシステムが、前記第１境界に対する前記第１エンドエフェクタの位置に基づいて、前記可変速モータの通電を制御する第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記第２エンドエフェクタが識別されると、前記ナビゲーションシステムは、前記第２境界に対する前記第２エンドエフェクタの位置に基づいて、前記可変速モータの通電を制御する信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する医療処置中に、ナビゲーションシステムを使用して手術器具をナビゲーションする方法。この方法はまた、既知の座標系における選択されたインプラントに関する計画された姿勢を決定することと、選択されたインプラントの姿勢に基づいて、既知の座標系内に複数の境界を作成することであって、複数の境界は、ドリル特有境界及びドライバ特有境界を含む、作成することとを含む。この方法はまた、ナビゲーションシステムを用いて、手術器具の位置を追跡することと、エンドエフェクタをドリル器具として識別することに基づいて、ドリル特有の境界を有効にすることと、エンドエフェクタをドライバ器具として識別することに基づいて、ドライバに特有の境界を有効にすることとを含む。この方法は、ドリル特有境界、及びハンドピースの位置に基づいて、ドリル器具が識別された際、ハンドピースのモータの通電を制御することも含む。この方法は、ドライバ特有境界、及びハンドピースの位置に基づいて、ドライバ器具が識別された際、ハンドピースのモータの通電を制御することも含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、高速手術器具アセンブリであって、プロセッサを有する制御コンソールと、前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備えることができる、ハンドピースと、前記可変速モータの通電を制御するために、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチとを含み得る、高速手術器具アセンブリも備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、既知の座標系における境界に対する前記ハンドピースの位置を能動的に決定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記ナビゲーションシステムにより、前記ハンドピースの前記位置が境界にある、又は境界と隣接すると判断された際、前記ハンドピースを一時的に非通電にする第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記可変速モータを再通電する際、前記ナビゲーションシステムが、前記ハンドピースの動きが境界に対して遠位方向であることに基づいて、前記プロセッサに対して前記ハンドピースを通電、又は非通電にさせる第２信号を、前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、高速手術器具アセンブリであって、プロセッサを含む制御コンソールと、前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備えることができる、ハンドピースと、順方向で前記可変速モータの通電を制御するために、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能な第１スイッチと、逆方向で前記可変速モータの通電を制御するために、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能な第２スイッチとを含み得る、高速手術器具アセンブリも備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、患者上の重要構造を中心に定義されたアラートゾーンに対する前記ハンドピースの位置を能動的に決定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、前記ナビゲーションシステムにより、前記ハンドピースの前記位置が前記アラートゾーンに進入し、且つ、前記可変速モータが前記順方向にあると判断された際、前記ハンドピースを非通電にする第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。このシステムは、前記プロセッサが前記ハンドピースを非通電にする際、且つ、前記ハンドピースが前記アラートゾーンに留まっている間、前記ナビゲーションシステムは、前記プロセッサに対して、前記順方向における前記可変速モータの再通電を防止し、且つ、前記逆方向における前記可変速モータの再通電を許可させる第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対しての手術を実行する際に医療専門家を支援するために、医療専門家が患者上でアラートゾーンを定義できるように構成されたナビゲーションシステムと併用される手術器具アセンブリ。この手術器具アセンブリは、ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを含み得る制御コンソールも備える。このアセンブリは、前記制御プロセッサと通信する可変速モータを有することができる高速手術用バーアセンブリであって、前記可変速モータはバーを回転させるように構成される、高速手術用バーアセンブリも備える。このアセンブリは、前記高速手術用バーアセンブリの前記可変速モータを通電させるために第１位置と第２位置との間で移動可能なフットスイッチも備える。このアセンブリは、前記制御プロセッサと通信するフットスイッチセンサであって、前記フットスイッチは、前記フットスイッチの位置を検出し、前記フットスイッチの前記位置を示す第１信号を前記制御プロセッサに通信するように構成される、フットスイッチセンサも備える。このアセンブリは、前記フットスイッチに結合し、前記制御プロセッサと通信する触覚アラートデバイスであって、医療専門家が前記フットスイッチを押圧して前記高速手術用バーアセンブリを操作する際、前記触覚アラートデバイスが医療専門家の足と接触しているよう、前記フットスイッチ上に配置される、触覚アラートデバイスも備える。このアセンブリは、ナビゲーションシステムが、既知の座標系におけるアラートゾーンに対する前記バーの位置を能動的に決定するように構成される場合も含む。このアセンブリは、ナビゲーションシステムが、前記バーがアラートゾーンに進入した際、前記触覚アラートデバイスを起動して医療専門家が知覚可能な触覚アラートを放射する第２信号を前記制御プロセッサに送信するように構成される場合、及び、前記バーが依然としてアラートゾーン内にある間、前記プロセッサは、前記フットスイッチセンサから、医療専門家が前記フットスイッチを動かしたことを示す後続の前記第１信号を受信すると、前記触覚アラートデバイスを停止するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システム。この手術システムは、ドリルアセンブリであって、プロセッサを含む制御コンソールと、前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備えることができる、ハンドピースと、前記可変速モータの通電を制御するために、医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチとを含み得る、ドリルアセンブリも備える。このシステムは、前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムも備え、前記ナビゲーションシステムは、患者上の重要構造に対して定義された境界に対する前記ハンドピースの位置を能動的に決定するように構成される。このシステムは、前記ナビゲーションシステムが、エンドエフェクタが前記境界に隣接する、又は、前記境界から遠位にあることに応答して、前記ハンドピースの前記可変速モータが給電されるトルクマップを前記プロセッサに調整させる第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される場合も含む。
更に別の例示的構成において、患者に対して手術を行う際に医療専門家を支援するため、患者の重要構造に対するアラートゾーンを医療専門家が定義できるように構成された手術システム。この手術システムは、ナビゲーションシステムも備える。このシステムは、ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを含み得る制御コンソールも備える。このシステムは、バーを含む高速手術器具も備える。このシステムは、前記制御プロセッサと通信する前記高速手術器具の前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチも備える。このシステムは、ナビゲーションシステムが、アラートゾーンに対する前記バーの位置を能動的に決定することと、ナビゲーションシステムにより、前記バーがアラートゾーンに進入したと判断された際に、アラート応答をトリガすることと、ユーザ入力信号に基づいて、アラート応答を停止することと、バーが所定時間の間、アラートゾーン外にあり、その後、アラートゾーンに再進入したことに基づいて、アラート応答を再トリガすることを実行するように構成される場合も含む。
本開示のこれらの構成、特徴、及び利点並びに他の構成、特徴、及び利点は、当業者には明らかなはずであろう。本開示は、これらの構成、実施形態、特徴、及び／又は利点に限定されることを意図するものではない。
本発明の利点は、添付の図面と関連して検討する際、以下の詳細な説明を参照すれば、一層理解されるようになるので、容易に理解されるはずであろう。
複数の手術器具アセンブリ、及び様々な手術器具アセンブリのそれぞれに関連する手術器具を追跡するための手術ナビゲーションシステムを含む、手術システムの概略図である。 図１Ａの手術システムの代替構成を示す概略図である。 患者に医療処置を行うための、図１Ａ及び図１Ｂの手術器具アセンブリ、及び手術ナビゲーションシステムの少なくとも１つを含む手術室の例示的レイアウトの斜視図である。 図１Ａ及び図１Ｂの手術器具アセンブリの少なくとも１つを使用して患者に医療処置を実行する間、術者の視点から見た手術部位の概略図である。 図１Ａ及び図１Ｂの手術システムにおける第１の例示的な手術器具の概略図であり、この第１手術器具は、患者に対して第１位置に配向されている図である。 図４Ａの第１手術器具の概略図であり、この第１手術器具は、患者に対して第２位置に配向されている図である。 図４Ａの第１手術器具の概略図であり、この第１手術器具は、患者に対して第３位置に配向されている図である。 図４Ａの第１手術器具の概略図であり、この第１手術器具は、患者に対して第４位置に配向されている図である。 図１Ａ及び図１Ｂの手術システムにおける第２の例示的な手術器具の概略図であり、この第２手術器具は、患者に対して第１位置、且つ定義済みの第１組の例示的アラートゾーンに配向されている図である。 図５Ａの第２手術器具の概略図であり、この第２手術器具は、患者に対して第２位置、且つ定義済みの第１組の例示的アラートゾーンに配向されている図である。 図５Ａの第２手術器具の概略図であり、この第２手術器具は、患者に対して第３位置、且つ定義済みの第１組の例示的アラートゾーンに配向されている図である。 図５Ａの第２手術器具の概略図であり、この第２手術器具は、患者に対して第３位置、且つ定義済みの第２組の例示的アラートゾーンに配向されている図である。 図５Ａの第２手術器具の概略図であり、この第２手術器具は、患者に対して第３位置、且つ定義済みの第２組の例示的アラートゾーンに配向されている図である。 図５Ａの第２手術器具の概略図であり、この第２手術器具は更に、バッテリモジュールとバッテリプロセッサとを含む図である。 ナビゲーションシステムと手持ち式手術器具とを含む例示的手術システムの概略図であり、この手持ち式手術器具は、バッテリモジュールと複数のエンドエフェクタとを含む図である。 ナビゲーションシステムと高速バーとを含む例示的手術システムの概略図であり、この高速バーは、制御コンソール、及び複数の切断バーを含む図である。 ナビゲーションシステムの例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図であり、このグラフィカルユーザインタフェースは、外科手術の計画、及び／又は実行に関連するユーザ選択可能オブジェクトを含む図である。 ナビゲーションシステムの例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図であり、このグラフィカルユーザインタフェースは、外科用インプラントの予定配置の画像、及びこのインプラントの深さに関連するユーザ選択可能オブジェクトを表示する図である。 ナビゲーションシステムの例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図であり、このグラフィカルユーザインタフェースは、外科用インプラントの予定配置の画像、及び外科手術を実行する際に使用されるべき種々の手術器具ごとの設定に関するユーザ選択可能オブジェクトを表示する図である。 ナビゲーションシステムの例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図であり、このグラフィカルユーザインタフェースは、アラートゾーンを定義するボリュームに関するユーザ選択可能オブジェクトを表示する図である。 異なる視点からアラートゾーンを定義するボリュームについて説明する、図１１Ａの例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図である。 異なる視点からアラートゾーンを定義するボリュームについて説明する、図１１Ａの例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図である。 ナビゲーションシステムの例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図であり、このグラフィカルユーザインタフェースは、アラートゾーンを定義する境界に関するユーザ選択可能オブジェクトを表示する図である。 異なる視点からアラートゾーンを定義する境界について説明する、図１２Ａの例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図である。 異なる視点からアラートゾーンを定義する境界について説明する、図１２Ａの例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図である。 外科用インプラントの配置中の患者空間の矢状断像について説明する、ナビゲーションシステムの例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図である。 外科用インプラントの配置中の患者空間の軸位断像について説明する、図１３Ａの例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の概略図である。
手術中に手術器具を精確に追跡して、計画された手術経路をたどること、及び／又は、重要な解剖学的構造を回避することが、最も重要である。さらに、手術器具が手術経路から外れた場合、及び／又は、重要な解剖学的構造に衝突する危険性がある場合に、フィードバックを提供すること、及び／又は、手術を行う医療専門家に通知することも、同じく重要である。
したがって、図１Ａ及び図１Ｂに例示的な手術システム１０を示す。このシステムは、術者等の医療処置を行う医療専門家を支援すべく、手術器具２２０、３２０、４２０を有する１つ以上の手術器具アセンブリ２００、３００、４００を追跡する手術ナビゲーションシステム１００を備えることができる。
手術ナビゲーションシステム１００は、ナビゲーションインタフェースを備えることができる。このナビゲーションインタフェースは、１つ以上のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０等の、１つ以上のディスプレイユニット１２０と、１つ以上のユーザ入力部１３０とを備える。手術ナビゲーションシステム１００のディスプレイユニット１２０は、様々なプロンプト又はデータ入力ボックスを表示するように構成できる。例えば、ディスプレイユニット１２０は、術者が実行するべき外科手術の種類を手動で入力、又は選択できるようにするテキストボックス、又はプロンプトを表示するよう、構成可能である。さらに、ディスプレイユニット１２０は、術前画像又はスキャン等の患者データを表示するようにも構成できる。上記のとおり、術前画像は、患者の解剖学的構造のＭＲＩスキャン、Ｘ線スキャン、又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンに基づくことができる。術前画像を、手術ナビゲーションシステム１００にアップロードしてから、ディスプレイユニット１２０に表示できる。ディスプレイユニット１２０は、患者のデータ又は画像に重ねて、医療処置用の手術計画を表示するよう、更に構成可能である。
手術計画は、医療処置を実行するための手術経路、又は医療処置中の医療器具について計画された軌道又は方向を含み得る。手術計画には、医療処置中に挿入されるべきインプラント又は医療装置の位置、及び／又は方向を、患者データ、又は画像に重ね合わせることも含まれる場合がある。手術ナビゲーションシステム１００には、医療処置の実行用の手術経路、又は医療処置中の医療器具について計画された軌道又は方向に関するホログラフィック画像を表示、及び／又は投影するように構成されるディスプレイユニット１２０が含まれ得ることも、企図される。これには、手術室内の患者又は他の表面に手術経路を投影することも含まれ得る。これには、さらに、ヘッドユニットのレンズ、シールド、又はメガネといった術者が着用するヘッドユニット上に手術経路を投影することも含まれ得る。目標軌道、及び／又は目標位置を表示するために術者が着用するディスプレイユニットを備える手術ナビゲーションシステム１００の例示的構成は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０５３１３０号で開示されており、この開示全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
ユーザ入力部１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、術者が患者データを入力又は投入するか、又は手術計画を変更できるように構成可能である。患者データは、患者の解剖学的構造の術前画像等の患者画像を含み得る。こうした画像は、患者の解剖学的構造のＭＲＩスキャン、Ｘ線スキャン、又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンに基づき得る。患者データには、実施される医療処置の種類、患者の解剖学的形状部、患者の特定病状、及び／又は手術ナビゲーション設定の操作設定に関連する追加情報も含まれ得る。例えば、脊椎の手術を行う場合、術者は、医療処置が行われている特定の椎骨に関連する情報を、ユーザ入力１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を介して入力できる。術者は、椎骨に関する様々な解剖学的寸法、及び／又は、医療処置中に挿入されるべき医療装置又はインプラントのサイズ及び形状を入力することもできる。さらに、ユーザ入力１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、術者が患者データを選択、編集、又は操作できるように構成可能である。例えば、術者は、患者データから解剖学的形状部を特定及び／又は選択することができる。これには、医療処置が行われる椎骨、及び／又は椎骨上の特定部位の選択といった、手術部位の選択が含まれ得る。
さらに、術者は、医療処置中に目標としたい場合又は回避したい場合がある解剖学的形状部等、重要な解剖学的形状部を特定することもでき得る。例えば、術者は、ユーザ入力１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を使用して、術者が避けたい皮質壁、神経、血管、又は同様の重要な解剖学的構造を選択し、これらの解剖学的構造を囲むゾーンを確立することができる。さらに、術者は、ユーザ入力１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を使用して、術者が医療処置を実行する際のガイドを支援するために、手術経路の目標位置、目標軌道、目標深さ、又は同様の形状部を選択及び／又は入力することもできる。
システムは、セグメンテーションを利用して、関心のあるゾーン及び／又は境界を支援するように構成することができる。このセグメンテーションは、自動的、半自動的、又は手動で行うことができる。
手動セグメンテーションの一例において、術者は更に、ユーザ入力１３０及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を使用して、関心領域を定義する幾何プリミティブを定義できる。人体の腔所又は開口部のセグメンテーション及び可視化を目的とした幾何プリミティブの定義法は、以下のステップとして、３次元患者画像内で閉じた幾何プリミティブを定義し、初期包絡線を生成することにより、手動でプレセグメンテーションを行うステップと、プレセグメンテーション後の幾何プリミティブ内で解剖学的構造を解析するステップと、上記解析結果を使用して、包絡線を調整するステップと、包絡線を可視化するステップとを含むことができる。可視化された包絡線の調整は、計算されたボクセル関連付けを使用して分析された解剖学的構造に基づくことができ、可視化されたセル包絡線の調整は、完全に、及び／又は部分的にセルに関連付けられているボクセルの表面メッシュを算出することによって実現可能である。さらに、閉鎖幾何プリミティブの種類、方向、位置、及び／又はサイズを最適化することによって、可視化された包絡線の調整を実現可能である。幾何プリミティブを定義し、手術器具を誘導するための例示的な方法及びシステムが、米国特許出願第１５／３００，４１４号、及び、米国特許出願第１５／５８２，６３７号で開示されており、これら特許出願双方は引用することによりそれらの全体が本明細書の一部をなすものとする。
さらに、ユーザ入力１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、手術計画を入力するように構成可能である。これには、使用されるべき手術器具の選択、挿入するべきデバイス、及び／又はインプラントの選択が含まれ得る。これには、さらに、デバイス又はインプラントが患者内に設置される位置及び／又は方向（すなわち、姿勢）を特定することも含まれ得る。また、ユーザ入力１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０により、術者は挿入されるべきインプラントのパラメータ、例えば、挿入されるべきネジの長さ及び／又は直径を選択できるようになる。
さらに、手術ナビゲーションシステム１００は、ナビゲーションプロセッサ１４０も含み得る。ナビゲーションプロセッサ１４０は、パーソナルコンピュータ又はラップトップコンピュータに配置することができる。ナビゲーションプロセッサ１４０は、ユーザ入力１３０、ディスプレイユニット１２０、中央処理装置（ＣＰＵ）、及び／又は他のプロセッサ、メモリ（図示せず）、及びストレージ（図示せず）と通信可能である。ナビゲーションプロセッサ１４０は、手術ナビゲーションシステム１００の動作に関連し、本明細書で開示される様々なルーチン及び／又は方法を実施するためのソフトウェア及び／又は動作命令も更に有することができる。ソフトウェア及び／又は動作命令は、患者２０に対するインプラントの正確な位置及び／又は角度アライメントを定めるように構成された計画システムを有することができる。ナビゲーションプロセッサ１４０は、手術器具アセンブリ２００、３００、４００と、直接的又は間接的に、有線又は無線で通信可能である。
ナビゲーションシステムは、手術器具２２０、３２０、４２０の動作を制御するために、ナビゲーションプロセッサ１４０で使用されるソフトウェアも更に有することができる。ソフトウェアは、境界生成器、及び／又はアラートゾーン生成器を含んでもよい。境界生成器は、ナビゲーションプロセッサ１４０、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５、及び／又は、別個のプロセッサ又はコントローラ等の他の構成要素に実装可能である。境界生成用の例示的システム及び方法は、米国特許公開第２００４／００３４２８３号で見られ、その内容全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。境界生成器は更に、手術器具２２０、３２０、４２０から遠隔操作する別個のシステムの一部でもよい。境界生成器は、手術器具２２０、３２０、４２０の動き及び／又は動作を制限するための１つ以上の仮想境界を生成するソフトウェアプログラム又はモジュールである。幾つかの例において、境界生成器は、仮想ドリル、及び／又はドライバガイド（例えば、仮想インプラント計画ガイド）を定義する仮想境界を提供する。さらに、仮想境界又はアラートゾーンは、術者が避けたい重要な解剖学的形状部、目標深さ、及び／又は目標位置に対する手術器具２２０、３２０、４２０の動作を制御するために提供可能である。仮想境界は、１次元（１Ｄ）、２次元（２Ｄ）、３次元（３Ｄ）であってもよく、点、線、軸、軌跡、平面（解剖学的構造又は他の境界で囲まれた無限平面、又は平面セグメント）、ボリューム、又は複雑な幾何学形状を含む、他の形状を有することができる。仮想境界は、画素、点群、ボクセル、三角メッシュ、他の２Ｄ又は３Ｄモデル、これらの組み合わせ等で表現可能である。米国特許公開第２０１８／０３３３２０７号及び米国特許第８，８９８，０４３号を引用することにより本明細書の一部をなすものとし、これらの特徴のいずれかを、外科手術の計画又は実行を支援するために使用できる。複数の境界を使用して、ゾーンを定義できる。
仮想境界は様々な方法で使用することができる。例えば、ナビゲーションプロセッサ１４０は、手術器具２２０、３２０、４２０の境界に対する関係（例えば、空間、速度等）に基づいて、手術器具２２０、３２０、４２０の或る特定の操作／機能を制御できる。境界の他の使用法も企図される。
器具が所望深さに配置されることを確保するための境界は、仮想平面境界、仮想体積境界、又は他の形態の仮想境界で定義可能である。仮想境界は、仮想オブジェクトと称することもある。仮想境界は、３Ｄ骨モデル等の解剖学的モデルに関して定義できる。つまり、解剖学的モデルを追跡すると（例えば、位置合わせされた関連する解剖学構造の追跡を介して）、仮想境界も追跡できるよう、仮想境界に関連する点、線、軸、軌道、面、体積等を、解剖学的モデルの座標系に対して固定されている座標系で定められる。
仮想境界が解剖学的モデル、及び関連する座標系と関連付けられるよう、解剖学的モデルを、第１患者追跡装置に合わせて位置合わせする。仮想境界は、インプラント特有のもの、例えば、インプラントのサイズ、形状、体積等に基づいて定義されるもの、及び／又は、患者特有のもの、例えば、患者の解剖学的構造に基づいて定義されるものでよい。仮想境界は、術前、術中、又はこれらの組み合わせで作成される境界でよい。つまり、仮想境界は、外科手術の開始前、外科手術中（組織除去中を含む）、又はこれらの組み合わせで定義可能である。仮想境界は、ナビゲーションプロセッサ１４０が作成する、又は他の情報源／システムから受け取る等、多くの方法で提供することができる。仮想境界は、検索及び／又は更新のためにメモリに記憶できる。
さらに、場合によっては、仮想境界は、一度の手術で使用されるべき別々の器具用の複数の目標深さ（例えば、３つの目標深さ）を定義するのに使用できる複数の平面境界を有することができることも、企図される。例えば、図５Ｄで示すように、ドリルが穴をあける目標深さを表す第１仮想境界、タップ（穿刺）用の目標深さを表す第２仮想境界、及び、ドライバがネジを挿入する目標深さを表す第３仮想境界について、以下で詳述する。これらの複数の仮想境界は、切断を一度に１つの平面に制約するよう、ナビゲーションプロセッサ１４０によって、一度に１つずつ有効とすることができる。ナビゲーションプロセッサ１４０は、仮想境界に対する手術器具２２０、３２０、４２０の状態を追跡する。
手術ナビゲーションシステム１００は、１つ以上のセンサ１１５を備える追跡ユニット１１０も有することができる。センサは、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、及び／又は光学画像カメラ等のカメラ、磁気センサ、無線周波数センサ、又は、手術器具アセンブリ２００、３００、４００の追跡デバイス２３０、３３０、４３０の位置を検出及び／又は検知するように適合された任意の他のセンサを有することができる。好適な追跡ユニット、及びこれが利用できる様々なローカライザに関する説明は、米国特許公開第２０１７／０３３３１３７号に記載され、その内容全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、様々な例示的な手術器具アセンブリ２００、３００、４００が、手術ナビゲーションシステム１００と通信するように図示されている。様々な例示的な手術器具アセンブリのそれぞれについて、以下で詳述する。手術器具アセンブリ２００、３００、４００は、手術ナビゲーションシステム１００と有線及び／又は無線通信を行うように構成可能である。さらに、手術器具アセンブリ２００、３００、４００はそれぞれ、同様の機能及び／又は動作を行うことができる多数の類似した構成要素を備えられる。各手術器具アセンブリ２００、３００、４００間の類似の構成要素には、関連する手術器具アセンブリ２００、３００、４００を表すために、同じ２桁の番号に先頭の２、３、４を付けている。例えば、手術器具アセンブリ２００、３００、４００はそれぞれ、手術器具２２０、３２０、４２０を有することができる。
手術システム１０は、ナビゲーションシステム１００と通信する第１手術器具アセンブリ２００を有することができる。例えば、第１手術器具アセンブリ２００は、ハンドピース２２５を含む手術用ドリル又はドライバ等の第１手術器具２２０として構成されてもよい。ハンドピース２２５は、第１手術器具２２０の構成要素を収容するように構成されたハウジング２１０を有することができる。ハンドピース２２５は、医療処置の実行中に術者が握るための柄又はグリップ部を定義する形状でよい。好適なハンドピースは、米国特許第５７４７９５３号に記載されており、その全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
第１手術器具２２０は更に、第１器具プロセッサ２１５及びモータ２４５も有することができる。第１器具プロセッサ２１５及びモータ２４５はそれぞれ、第１手術器具２２０のハンドピース２２５内で配置可能である。第１器具プロセッサ２１５とモータ２４５は互いに通信可能であり、第１器具プロセッサ２１５は、モータ２４５の動作、ひいては、第１手術器具２２０の動作を制御するように構成可能である。例えば、第１手術器具２２０は、穴を開けるためのドリルビット又はネジを挿入するためのドライバのようなエンドエフェクタ２４０を有することができる。モータ２４５がエンドエフェクタ２４０と動作可能に結合できるよう、エンドエフェクタ２４０を、第１手術器具２２０のハンドピース２２５に結合できる。例えば、モータ２４５は、ドリルビット２４０を回転させて、穴をあける、及び／又は生体組織を除去するように構成可能である。第１器具プロセッサ２１５は、モータ２４５と通信可能であり、モータ２４５、ひいては、ドリルビット２４０の動作を制御するように構成できる。さらに、第１器具プロセッサ２１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０と通信可能であり、第１手術器具２２０の位置及び／又は方向に関連するデータ、並びに、第１手術器具２２０の操作に関連するデータを交換するように構成できる。例えば、第１器具プロセッサ２１５、及びナビゲーションプロセッサ１４０は、手術ナビゲーションシステム１００によって検出された第１手術器具２２０の位置及び／又は方向に基づいて、第１手術器具２２０の操作に関連するデータを相互に通信するように構成可能である。
第１手術器具アセンブリ２００は、電源２６０も有することができる。電源２６０は、手術用ドリル２２０のハンドピース２２５に着脱可能に結合できる。例えば、電源２６０は、着脱式バッテリパックを有することができる。電源２６０を、第１手術器具２２０のハンドピース２２５の一部として形成できるか、又はその中に配置できることも企図される。電源２６０は、第１器具プロセッサ２１５及び／又はモータ２４５と電気的に通信し、エンドエフェクタ２４０を回転させるため、モータ２４５に選択的に給電するように構成可能である。また、電源は、コードで第１手術器具に電力を供給する手術用コンソールでよい。
電源が着脱式バッテリパック形態の場合、電源２６０は、プロセッサ２６５も更に有することができる。プロセッサ２６５は、電力信号及び／又はデータ信号を介して、第１器具プロセッサ２１５内で通信可能である。プロセッサ２６５及び第１器具プロセッサ２１５は、モータ２４５、ひいては、第１手術器具２２０の動作を制御するために互いに通信するよう構成できる。例えば、電源２６０内のプロセッサ２６５は、穴を開けるか又は生体組織を切断するための最小閾値でモータ２４５を電源２６０が作動し続けることができなくなり得る閾値充電レベルを、電源２６０が下回ったときを特定するように構成可能である。プロセッサ２６５は、穴を開けるか又は生体組織を切断するための最小閾値を超える速度でモータ２４５を動作させるのに十分な充電レベルを電源２６０が得るまで、エンドエフェクタ２４０の動作を防止するために、第１器具プロセッサ２１５及び／又はモータ２４５への電力を完全に遮断するよう構成できる。また、電源２６０内のプロセッサ２６５は、ナビゲーションプロセッサ１４０と無線通信可能である。電源２６０は、電源２６０と手術ナビゲーションシステム１００、及び／又は器具プロセッサ２１５との間で信号を送受信するように構成されたトランシーバを含み得る。
プロセッサ２６５及びナビゲーションプロセッサ１４０は、手術ナビゲーションシステム１００によって検出された第１手術器具２２０の位置及び／又は方向に基づいて、第１手術器具２２０の操作に関連するデータを相互に通信するように構成可能である。例えば、ナビゲーションシステム１００は、手術ナビゲーションシステム１００によって検出された第１手術器具２２０の位置及び／又は方向に基づいて、プロセッサ２６５が第１器具プロセッサ２１５及び／又はモータ２４５へのエネルギー供給を中止させる命令を含むデータをプロセッサ２６５に通信するよう構成可能である。さらに、ナビゲーションシステム１００は、手術ナビゲーションシステム１００によって検出された第１手術器具２２０の位置及び／又は方向に基づいて、プロセッサ２６５が第１器具プロセッサ２１５及び／又はモータ２４５へのエネルギー供給を続行及び／又は再開させる命令を含むデータをプロセッサ２６５に通信するよう構成可能である。
第１手術器具アセンブリ２００は、第１器具プロセッサ２１５と動作可能に結合する、トリガ又はボタン又はレバー等のスイッチ２５０も有することができる。スイッチ２５０は、可変速モータ２４５への通電を制御するために、医療専門家が操作できるように構成できる。例えば、スイッチ２５０は、非通電状態である第１位置と、通電状態である第２位置との間で操作可能である。さらに、第１手術器具アセンブリ２００は、スイッチ２５０の位置を検出し、第１手術器具２２０の動作を制御するためのユーザによるスイッチ２５０の操作に基づいて、スイッチ２５０の位置を示す信号を生成する、及び／又は、この信号を第１器具プロセッサ２１５に通信するように構成されるスイッチセンサも有することができる。例えば、スイッチ２５０は、第１位置、第２位置、及び、第１位置と第２位置との間の複数の中間位置を含み得る。第１位置は、第１器具プロセッサ２１５によって、スイッチ２５０が第１位置にあることをスイッチセンサで検出したという信号が受信されると、第１器具プロセッサ２１５が、電源２６０からモータ２４５へのエネルギーの流れを阻止して、第１手術器具２２０の動作を防止するための、オフ位置として構成されてもよい。或いは、第１器具プロセッサ２１５により、スイッチ２５０が第２位置にあることをスイッチセンサで検出したという信号が受信されると、電源２６０からモータ２４５へと最大流量のエネルギーを流せるようにすることで、第１手術器具２２０が最大の穿孔速度又は切断速度で動作できるように、第１器具プロセッサ２１５を構成できる。第１器具プロセッサ２１５により、スイッチ２５０が中間位置の１つにあることをスイッチセンサで検出したという信号が受信されると、第１位置と第２位置との間のスイッチ２５０の位置に対応するレベルのエネルギーを電源２６０からモータ２４５へと流せるようにすることで、第１手術器具２２０が中間レベルの穿孔速度又は切断速度で動作できるように、第１器具プロセッサ２１５を構成できる。例えば、第１器具プロセッサ２１５により、スイッチ２５０が第１位置と第２位置との間の半分（５０％）に位置していることをスイッチセンサで検出したという信号が受信されると、第１手術器具２２０が最大穿孔速度又は駆動速度の５０％の速度で動作可能にするレベルのエネルギーを電源２６０からモータ２４５へと流せるように、第１器具プロセッサ２１５を構成できる。或いは、スイッチ２５０が第１位置以外の位置にある時には常に、電源２６０からモータ２４５へと最大流量のエネルギーを流せることで、スイッチ２５０が第２位置、又は中間位置のいずれかにある際、第１手術器具２２０が最大穿孔又は切断速度で動作できるように、第１器具プロセッサ２１５を構成できる。例示的なスイッチセンサは、米国特許第９、２９５、４７６号で見られ、その内容全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
第１手術器具アセンブリ２００は、第１アラートデバイス２５５も有することができる。第１アラートデバイス２５５は、可聴、触覚、及び／又は視覚的に知覚可能なデバイスを有することができる。第１アラートデバイス２５５は、第１器具プロセッサ２１５、又は電源２６０のプロセッサと通信するように構成可能である。第１器具プロセッサ２１５又は他のプロセッサは、事前プログラムされた条件又は設定に基づいて、警告又は通知を供給するために、第１アラートデバイス２５５を起動する信号を送信するよう構成可能である。
例えば、上記のとおり、術者は、ユーザ入力１３０を使用して、術者が避けたい皮質壁、神経、血管、又は同様の重要な解剖学的構造を選択し、これらの解剖学的構造を囲む領域又はゾーンを確立するため等の所定条件及び／又は設定を手術ナビゲーションシステム１００へと入力可能である。さらに、術者は、ユーザ入力１３０を使用して、術者が医療処置を実行する際のガイドを支援するために、目標位置（場所（複数の場合もある））、１つ以上の自由度での目標軌道、又は切断対象外ゾーン、又は手術経路の同様の形状部を選択及び／又は入力することができる。第１器具プロセッサ２１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０により提供されたデータに基づいて、第１手術器具２２０のエンドエフェクタ２４０が、術者によって定義された領域及び／又はゾーンの１つに入る際、第１アラートデバイス２５５を起動する信号を送信するように構成可能である。第１器具プロセッサ２１５又は他のプロセッサはまた、ナビゲーションプロセッサ１４０により提供されたデータに基づいて、第１手術器具２２０のエンドエフェクタ２４０が軌道から外れる際、及び／又は、エンドエフェクタ２４０が目標位置に達する際に、第１アラートデバイス２５５を起動する信号を送信するように構成可能である。
例示的構成において、第１アラートデバイス２５５は、術者と接触し、振動して術者に特定状態を知らせるか又は警告を与えるように構成された振動デバイスを有することができる。例示的構成において、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、第１アラートデバイス２５５は、第１手術器具２２０の動作を制御するスイッチ２５０に結合された振動デバイスを含み得る。第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に振動するように構成できる。第１手術器具２２０を駆動させる際、術者はスイッチ２５０と常に接触していることになるので、術者は、第１アラートデバイス２５５が振動するのを感じ、所定状態の発生を通知されるはずである。第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に、特定パターンにおいて、又は特定間隔を空けて振動を生成するように構成できる。或いは、第１アラートデバイス２５５は、第１状態の発生時に特定パターンにおいて、又は特定の間隔を空けて第１振動を生成し、第２状態の発生時に、異なるパターンにおいて、又は異なる間隔を空けて第２振動を生成するように構成できる。
第１アラートデバイス２５５は更に、所定状態の発生時に可聴アラートを術者に供給するように構成されたスピーカ等の、可聴デバイスとして構成可能である。例えば、第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に特定音声を生成するように構成されたスピーカを有することができる。或いは、第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に、特定パターンにおいて、又は特定間隔を空けて音声を生成するように構成されたスピーカを有することができる。スピーカは、手術ナビゲーションシステムの一部として有することができる。
更に別の構成として、第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に視覚的アラートを術者に供給するように構成された視覚ディスプレイ等の、視覚的に認識できるデバイス又はインジケータとして構成可能である。例えば、第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に点滅するように構成された照明を有することができる。或いは、第１アラートデバイス２５５は、所定状態の発生時に、所定の色又はパターンで照光及び／又は点滅するように構成された複数の多色照明を有することができる。第１アラートデバイスがディスプレイの場合、ディスプレイは、アラート状態を示す視覚的キューを生成するように構成可能である。ナビゲーションディスプレイ１２０が、術者に警告するための視覚的キューを提供するように構成されるよう、ナビゲーションディスプレイ１２０を第１アラートデバイス２５５用のディスプレイとして使用できる。例えば、第１アラートデバイス２５５がトリガされて、通知を術者に供給する際にプロンプト又はウィンドウを表示するように、ナビゲーションディスプレイ１２０を構成可能である。或いは、ナビゲーションディスプレイ１２０は、第１アラートデバイスがトリガされた際、点滅させる及び／又は色を変えるように構成され得る。第１アラートデバイス２５５のディスプレイとしてナビゲーションディスプレイ１２０を使用する多くの利点の１つとして、術者は、既に手術中にナビゲーションディスプレイ１２０を定期的に見ているはずなので、ナビゲーションディスプレイ１２０が第１アラートデバイス２５５から供給される通知を表示するように構成されている場合、術者は、視覚的通知を速やかに受信しやすくなるということがある。
着脱式電源２６０は更に、或る特定の構成で第１アラートデバイスを有することができる。例えば、着脱式電源２６０は、ナビゲーションプロセッサによって生成された信号に応答する振動モータ又はスピーカを含むことができる。
さらに、第１アラートデバイス２５５が、可聴、触覚、及び／又は、視覚的に知覚可能なデバイスの組み合わせを有することができることも企図される。例えば、第１アラートデバイス２５５は、可聴デバイス及び触覚デバイスの組み合わせとして構成可能であり、この場合、触覚デバイスは、振動して第１アラートを提供するように構成可能であり、可聴デバイスは、ノイズを発生して第２アラートを提供するように構成できる。第１アラート及び第２アラートは、同じ所定状態の発生を示す場合もあれば、或いは、第１アラート及び第２アラートは、異なる所定状態の発生を示す場合もある。例えば、第１アラートは、第１手術器具２２０が目標軌道から外れていることに基づき、第２アラートは、エンドエフェクタ２４０が目標位置に到達することに基づき得る。
第１アラートデバイス２５５が、第１手術器具アセンブリ２００のスイッチ２５０に結合するか、又は近接するように図示されているが、第１アラートデバイス２５５が、他の位置に結合する及び／又は位置決めされる場合もあることも企図される。例えば、第１アラートデバイス２５５が触覚デバイスを含む場合、第１アラートデバイス２５５は、術者へと着脱可能に取り付けられた振動部材として構成可能である。術者が所定状態の発生時に、第１アラートデバイス２５５が振動するのを感じ取れるように、第１アラートデバイス２５５は、術者の手首又は腕に装着されるブレスレット等の、ウェアラブルデバイスとして構成可能である。或いは、第１アラートデバイス２５５が可聴デバイスを含む場合、第１アラートデバイス２５５は、術者へと着脱可能に取り付けられたスピーカとして構成可能である。術者が所定状態の発生時に、第１アラートデバイス２５５が出すノイズを聞き取れるように、第１アラートデバイス２５５は、術者の頭部上で装着されるか、又は、術者の耳内で配置されるべきＢｌｕｅｔｏｏｔｈ対応スピーカ又はイヤピースとして構成可能である。
必須ではないが、第１アラートデバイス２５５を第１手術器具２２０から離して配置することは、多くの利点がある。例えば、第１アラートデバイス２５５を第１手術器具２２０から離して配置する利点の１つとして、第１手術器具２２０のサイズを小型化できるということがある。これにより、第１手術器具２２０をより狭いスペースに収められる。小型化した第１手術器具２２０は更に、術者の手術部位の視界の遮りを抑えられる。第１アラートデバイス２５５を第１手術器具２２０から離して配置することによる別の利点は、とりわけ、触覚デバイスの場合において、第１アラートデバイス２５５が、術者にアラート又は通知を提供しながらも、第１手術器具２２０の動きに振動又は影響を与えないということである。高度な技術を要する手術中において、第１手術器具２２０を振動させるアラートは、第１アラートデバイス２５５によって驚き、及び／又は、振動により第１手術器具２２０に望ましくない動きを与えて、術者が第１手術器具２２０を不所望な位置まで動かす原因となる恐れが増す。
第１手術器具アセンブリ２００は、追跡デバイス２３０も有することができる。追跡デバイス２３０は、第１手術器具２２０のハンドピース２２５へと結合できる。追跡デバイス２３０は、手術ナビゲーションシステム１００の追跡ユニット１１０で特定可能な複数のマーカ２３５を有することができる。マーカ２３５は、光信号をセンサ（複数の場合もある）１１５に送信する（例えば、追跡ユニット１１０から放射された光を反射する）ためのパッシブ追跡素子（例えば、反射器）を有することができる。他の構成では、マーカ２３５は、能動型追跡マーカとして構成可能である。さらに、マーカ２３５が能動型配置と受動型配置との組み合わせを有することができることも企図される。手術ナビゲーションシステム１００が手術器具２２０の位置及び方向（姿勢）を決定することを可能にするよう、マーカ２３５は、他のマーカ２３５に対して定められた又は既知の位置及び方向に配置可能である。例えば、手術ナビゲーションシステム１００が、術野等の定義された空間内のエンドエフェクタ２４０、又は第１手術器具２２０の切断部の位置及び／又は方向を決定できるよう、マーカ２３５を第１手術器具２２０に位置合わせできる。一例示的構成において、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０又は第２手術器具２２０の切断部の位置及び／又は方向、又は、計画された手術路の目標軌道及び／又は目標位置に対する位置及び／又は方向を決定するように構成可能である。別の例示的構成において、手術ナビゲーションシステム１００は更に、エンドエフェクタ２４０又は第２手術器具２２０の切断部の位置及び／又は方向、又は、患者の体内の重要な解剖学的構造に対する位置及び／又は方向、並びに、ユーザ定義境界、ゾーン、及び／又は領域に対する位置及び／又は方向を決定するように構成可能である。
或いは、手術システム１０は、ナビゲーションシステム１００と使用されるべき第２手術器具アセンブリ３００を有することができる。例えば、第２手術器具アセンブリ３００は、ハンドピース３２５を含む、高速手術用バー、又は超音波手術用ハンドピース等の第２手術器具３２０を含んでもよい。ハンドピース３２５は、第２手術器具３２０の種々の構成要素の動作を制御するように構成された、コンソール３１０に結合可能である。ハンドピース３２５は、医療処置の実行中に術者が握る柄又はグリップ部を定義する形状でよい。コンソールに接続する例示的な第２手術器具は、米国特許第１０，０１６，２０９号、及び米国特許公開第２０１９０１１７３２２号で見られ、これらをそれぞれ引用することによりその全体が本明細書をなすものとする。
第２手術器具３２０は更に、第２器具プロセッサ３１５及びモータ３４５を有することができる。第２器具プロセッサ３１５は、第２手術器具アセンブリ３００のコンソール３１０内で配置可能である。モータ３４５は、第２手術器具３２０のハンドピース３２５内で配置できる。第２器具プロセッサ３１５及びモータ３４５は互いに通信可能であり、第２器具プロセッサ３１５は、モータ３４５の動作、ひいては、第２手術器具３２０の動作を制御するように構成可能である。例えば、第２手術器具３２０は、第２器具プロセッサ３１５とモータ３４５とを接続するコードでコンソールに結合され、第２器具プロセッサ３１５とモータ３４５との間の通信を可能にして、モータの動作を制御することができる。さらに、第２器具プロセッサ３１５は、高速切断バー又は超音波チップ等のエンドエフェクタ３４０を有することができる。モータ３４５がエンドエフェクタ３４０と動作可能に結合できるよう、エンドエフェクタ３４０を、第２手術器具３２０のハンドピース３２５に結合できる。例えば、モータ３４５は、高速切断バー３４０を駆動させて、手術部位から生体組織を研削及び／又は除去するように、又は超音波チップを振動させるように構成可能である。第２器具プロセッサ３１５は、モータ３４５と通信可能であり、モータ３４５、ひいては、高速切断バー３４０の動作を制御するように構成できる。さらに、第２器具プロセッサ３１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０と通信可能であり、第２手術器具３２０の位置及び／又は方向に関連するデータ、並びに、第２手術器具３２０の操作に関連するデータを交換するように構成できる。例えば、第２器具プロセッサ３１５及びナビゲーションプロセッサ１４０は、手術ナビゲーションシステム１００によって検出された第２手術器具３２０の位置及び／又は方向に基づいて、第２手術器具３２０の操作に関連するデータを相互に通信するように構成可能である。追加の手術器具を、コンソールに結合すること、及び／又は、コンソール３１０内に配置された第２器具プロセッサ３１５と通信することができることも企図される。
第２手術器具アセンブリ３００は、電源（図示せず）も有することができる。電源は、第２手術器具アセンブリ３００のコンソール３１０に結合され、第２手術器具３２０のモータ３４５にエネルギーを供給して、エンドエフェクタ３４０を駆動させるように構成可能である。さらに、コンソール３１０が、第２手術器具アセンブリ３００にエネルギーを供給するために電気グリッドに接続されたコンセントに差し込まれるように構成されたコードを備えられることも企図される。電源は、第２器具プロセッサ３１５及び／又はモータ３４５と電気的に通信し、エンドエフェクタ３４０を駆動させるため、モータ３４５に選択的に給電するように構成可能である。
第２手術器具アセンブリ３００は、第２器具プロセッサ３１５と動作可能に結合する、フットスイッチ、トリガ又はボタン等のスイッチ３５０も有することができる。スイッチ３５０は、第２手術器具３２０の動作を制御するユーザ入力に基づいて、信号を生成する、及び／又は、信号を第２器具プロセッサ３１５に通信するように構成可能である。例えば、スイッチ３５０は、第１位置、第２位置、及び、第１位置と第２位置との間の複数の中間位置を含み得る。第１位置は、第１器具プロセッサ３１５によって、スイッチ３５０が第１位置にあることを検出すると、第１器具プロセッサ３１５が、電源からモータ３４５へのエネルギーの流れを阻止して、第２手術器具３２０の動作を防止するための、オフ位置として構成されてもよい。或いは、第１器具プロセッサ３１５により、スイッチ３５０が第２位置にあることを検出すると、電源からモータ３４５へと最大流量のエネルギーを流せるようにすることで、第２手術器具３２０が、最大切断速度若しくは研削速度、又は、振動速度若しくは振動振幅等の最大速度又は変位で動作できるよう、第２器具プロセッサ３１５を構成可能である。第２器具プロセッサ３１５により、スイッチ３５０が中間位置の１つにあることを検出すると、第１位置と第２位置との間のスイッチ３５０の位置に対応するレベルのエネルギーを電源からモータ３４５へと流せるようにすることで、第２手術器具３２０が中間レベルの切断又は研削速度で動作することを可能にするよう、第２器具プロセッサ３１５を構成できる。例えば、第２器具プロセッサ３１５により、スイッチ３５０が第１位置と第２位置との間の半分（５０％）に位置していることを検出すると、第２手術器具３２０が最大切断速度又は研削速度の５０％の速度で動作可能にするレベルのエネルギーを電源からモータ３４５へと流せるように、第２器具プロセッサ３１５を構成できる。或いは、スイッチ３５０が第１位置以外の位置にある時には常に、電源からモータ３４５へと最大流量のエネルギーを流せることで、スイッチ３５０が第２位置、又は中間位置のいずれかにある際、第２手術器具３２０が最大切断又は研削速度で動作できるように、第２器具プロセッサ３１５を構成できる。
図示されていないが、複数の手術器具３２０がコンソール３１０に結合され、フットスイッチで制御可能であることが企図されている。フットスイッチ等のスイッチ３５０は、複数の手術器具のそれぞれを制御するように構成可能である。例えば、単一のフットスイッチが複数のボタンを含められ、各ボタンを複数の手術器具の１つに割り当てられる。複数の手術器具を制御するコンソールに接続されたスイッチを含む例示的な手術システムは、米国特許出願第１５／４５０，４７７号に開示されており、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。
第２手術器具アセンブリ３００は、第２アラートデバイス３５５も有することができる。第２アラートデバイス３５５は、可聴、触覚、及び／又は視覚的に知覚可能なデバイスを有することができる。第２アラートデバイス３５５は、第２器具プロセッサ３１５、又は直接ナビゲーションプロセッサと通信するように構成可能である。第２器具プロセッサ３１５又はナビゲーションプロセッサは、事前プログラムされた条件又は設定に基づいて、警告又は通知を供給するために、第２アラートデバイス３５５を起動する信号を送信するよう構成可能である。
例えば、上記のとおり、術者は、ユーザ入力１３０を使用して、術者が避けたい皮質境界、神経、血管、又は同様の重要な解剖学的構造を選択し、これらの解剖学的構造を囲む境界又はゾーンを確立するため等の所定条件、及び／又は設定を手術ナビゲーションシステム１００へと入力可能である。さらに、術者は、ユーザ入力１３０を使用して、術者が医療処置を実行する際のガイドを支援するために、目標位置、目標軌道、又は同様の形状部を選択及び／又は入力することができる。第２器具プロセッサ３１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０により提供されたデータに基づいて、第２手術器具３２０のエンドエフェクタ３４０が、解剖学的構造を囲み、術者によって定義された領域及び／又はゾーンの１つに入る際、第２アラートデバイス３５５を起動する信号を送信するように構成可能である。例えば、術者は、手術ナビゲーションシステム１００のユーザ入力１３０を使用して、解剖学的モデルに対する境界又はゾーンを定義することができる。これには、椎体の特定壁、中心孔、神経、又は血管等の重要な解剖学的形状部を特定し、それをゾーンに割り当てることが含まれ得る。上記のとおり、ナビゲーションシステム１００は、重要な解剖学的形状部に関連する患者内の仮想境界を生成するための境界生成器を含むことができる。こうした境界を生成する一環として、ナビゲーションシステム１００は、セグメンテーションアルゴリズムに基づいて、仮想境界を認識及び／又は定義するように構成可能である。ナビゲーションシステム１００が１つ以上の仮想境界を生成すると、ナビゲーションシステム１４０を、術者が深さ又は距離を選択できるよう更に構成可能である。術者が深さを選択すると、ナビゲーションシステム１００は、元の仮想境界から選択された深さ又は距離で第２仮想境界を投影するように構成可能である。元の仮想境界と第２仮想境界との間で定義される領域及び／又は体積は、ゾーンの少なくとも一部を定義することができる。セグメンテーション用の例示的システム及び／又は方法は、米国特許公開第２０１７／００６１２４２号で見られ、その内容全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
これには、重要な解剖学的形状部の境界から隔てた重要な解剖学的形状部を取り囲む第２ゾーンを定義する等、重要な解剖学的形状部を囲む領域又はエリアを含む追加のゾーンを特定することも含み得る。これには、さらに、第２ゾーンを取り囲み、第２ゾーンが重要な解剖学的形状部から隔置されている距離よりも長い距離だけ、重要な解剖学的形状部の境界から隔置されている第３ゾーン等の、追加の後続ゾーンを定義することも有することができる。この例示的構成において、エンドエフェクタ３４０は、最外のアラートゾーンに最初に接触する可能性が高く、これにより、第２アラートデバイス３５５をトリガして、第１アラートを発生させる。次に、エンドエフェクタ３４０は、重要な解剖学的構造に次に最も近いアラートゾーンに接触して、アラートデバイス３５５をトリガして、第２アラートを発生させることができる。第１アラート及び第２アラートは、エンドエフェクタ３４０が第１アラート及び第２アラートに割り当てられたそれぞれのアラートゾーンに進入したことを、術者に通知するように構成されている。手術ナビゲーションシステム１００は、特定の手術で必要とされる場合、術者がアラートゾーン（複数の場合もある）又は領域（複数の場合もある）を定義できるように構成可能である。アラートゾーンは、重要な解剖学的構造を取り囲む境界線として又は領域として構成することができる。例えば、アラートゾーン（複数の場合もある）は、重要な解剖学的構造を取り囲む領域又は層を含み得る。術者は、手術ナビゲーションシステム１００において、アラートゾーンの厚さを定義できる。例えば、重要な解剖学的構造に隣接する第２アラートゾーンは、重要な解剖学的構造を囲む２ミリ厚の領域として定義されることがある。重要な解剖学的構造へと確実に接触しないように、手術の種類及び／又は術者の嗜好に基づいて、厚さを変えることができる。術者は、第２アラートゾーンに隣接し、重要な解剖学的構造の反対側に後続のアラートゾーンを定義することで、この後続のアラートゾーンは、第２アラートゾーンよりも、重要な解剖学的構造から離れるようにすることができる。
術者は、後続のアラートゾーンを、第２アラートゾーンの最外周を囲む５ミリ厚の領域として定義できる。手術の種類及び／又は術者の嗜好に基づいて、入力デバイスを操作して、厚みを調整する。
こうしたアラートゾーンが、患者スキャンからのセグメンテーションデータに基づいて自動生成される場合があることが理解されるであろう。
第２器具プロセッサ３１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０により提供されたデータに基づいて、第２手術器具３２０のエンドエフェクタ３４０が軌道から外れる際、及び／又は、エンドエフェクタ３４０が目標位置／ゾーン／境界に達する際に、第２アラートデバイス３５５を起動する信号を送信するようにも構成可能である。例えば、エンドエフェクタ３４０及び／又は第２手術器具３２０が、パンニングされた手術経路の一部として確立された目標軌道と適切に位置合わせされていないことを手術ナビゲーションシステム１００が特定することに基づいて、可聴、触覚、又は視覚的に知覚可能なアラートの少なくとも１つを生成するよう、第２アラートデバイス３５５を起動可能である。この例示的構成において、第２アラートデバイス３５５は、エンドエフェクタ３４０が目標軌道と適切に位置合わせされていないことを術者に通知するために、スイッチ３５０又は着脱式電源を振動させる等のように、触覚アラートを生成できる。エンドエフェクタ３４０が目標軌道と適切に位置合わせされたら、第２アラートデバイス３５５は停止されてもよい。エンドエフェクタ３４０及び／又は第２手術器具３２０が、術者により決められた目標位置に達したことを手術ナビゲーションシステム１００が特定することに基づいて、可聴、触覚、又は視覚的に知覚可能なアラートの少なくとも１つを生成するために起動するよう、第２アラートデバイス３５５を同様に構成可能である。例えば、エンドエフェクタ３４０が、重要な解剖学的境界に対する好適な深さ又は位置等の目標位置／ゾーンに達したことを術者に通知するために、第２アラートデバイス３５５は、スイッチ３５０の振動等の触覚アラートを発生させてもよい。エンドエフェクタ３４０が目標位置まで到達すると、エンドエフェクタ３４０が目標位置／ゾーンを越えないように、制御コンソールが、モータ、ひいては、エンドエフェクタ３４０を停止するように構成可能であることも企図される。
例示的構成において、第２アラートデバイス３５５は、術者と接触し、振動して術者に特定状態を知らせるか、又は警告を与えるように構成された振動デバイスを有することができる。例示的構成において、図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、第２アラートデバイス３５５は、第２手術器具３２０の動作を制御する、フットスイッチ等のスイッチ３５０に結合された振動デバイスを含み得る。第２アラートデバイス３５５は、所定状態の発生時に、振動するように構成できる。例えば、第２アラートデバイスは、フットスイッチ３５０に結合し、及び／又は、このフットスイッチと通信する振動デバイスを含んでもよい。この構成において、フットスイッチ３５０を振動させて、第２手術器具３２０のエンドエフェクタ３４０が定められたアラートゾーンの１つに接近する及び／又は進入する等の所定状態の発生を術者に通知するように、第２アラートデバイス３５５を構成できる。第２手術器具３２０を駆動させる際、術者はスイッチ３５０と常に接触していることになるので、術者は、第２アラートデバイス３５５が振動するのを感じ、手持ち式手術器具の握り具合に影響を与えることなく、規定状態の発生が通知されるはずである。第２アラートデバイス３５５は、所定状態の発生時に、特定パターン、又は間隔を空けて振動を生成するように構成できる。或いは、第２アラートデバイス３５５は、第１状態の発生時に特定パターンにおいて、又は特定間隔を空けて第１振動を生成し、第２状態の発生時に、異なるパターンにおいて、又は異なる間隔を空けて第２振動を生成するように構成できる。例えば、第２アラートデバイス３５５は、第２手術器具３２０のエンドエフェクタ３４０が第１アラートゾーンに接近する及び／又は進入する際、交互に振動及び停止するように構成可能であり、第２アラートデバイス３５５は、第２手術器具３２０のエンドエフェクタ３４０が第２アラートゾーンに接近する及び／又は進入する際、連続的に振動するように構成可能である。
第２アラートデバイス３５５は更に、所定状態の発生時に可聴アラートを術者に供給するように構成されたスピーカ等の、可聴デバイスとして構成可能である。例えば、第２アラートデバイス３５５は、所定状態の発生時に特定音声を生成するように構成されたスピーカを有することができる。或いは、第２アラートデバイス３５５は、エンドエフェクタの位置が所定ゾーン／境界を越える等の、所定状態の発生時に、特定パターンにおいて、又は特定間隔を空けて音声を生成するように構成されたスピーカを有することができる。
更に別の構成として、第２アラートデバイス３５５は、所定状態の発生時に視覚的アラートを術者に供給するように構成された視覚ディスプレイ等の、視覚的に認識できるデバイスとして構成可能である。例えば、第２アラートデバイス３５５は、所定状態の発生時に点滅するように構成された照明を有することができる。或いは、第２アラートデバイス３５５は、所定状態の発生時に、所定の色又はパターンで照光及び／又は点滅するように構成された複数の多色照明を有することができる。ディスプレイは、ハンドピース若しくはバッテリに統合するか、又はナビゲーションシステムの一部として、又はそれらの組み合わせとして統合可能である。
さらに、第２アラートデバイス３５５が、可聴、触覚、及び／又は、視覚的に知覚可能なデバイスの組み合わせを有することができることも企図される。例えば、第２アラートデバイス３５５は、可聴デバイス及び触覚デバイスの組み合わせとして構成可能であり、この場合、触覚デバイスは、振動して第１アラートを提供するように構成可能であり、可聴デバイスは、ノイズを発生して第２アラートを提供するように構成できる。第１アラート及び第２アラートは、同じ所定状態の発生を示す場合もあれば、或いは、第１アラート及び第２アラートは、異なる所定状態の発生を示す場合もある。例えば、第１アラートは、第２手術器具３２０が第１領域に進入することに基づき、第２アラートは、エンドエフェクタ３４０が第２領域に進入することに基づき得る。
第２アラートデバイス３５５が、第２手術器具アセンブリ３００のスイッチ３５０に結合するように図示されているが、第２アラートデバイス３５５が、他の位置に結合すること及び／又は位置決めされる場合もあることも企図される。例えば、第２アラートデバイス３５５が触覚デバイスを含む場合、第２アラートデバイス３５５は、術者へと着脱可能に取り付けられた振動部材として構成可能である。術者が所定状態の発生時に、第２アラートデバイス３５５が振動するのを感じ取れるように、第２アラートデバイス３５５は、術者の手首又は腕に装着されるブレスレットとして構成可能である。或いは、第２アラートデバイス３５５が可聴デバイスを含む場合、第２アラートデバイス３５５は、術者へと着脱可能に取り付けられたスピーカとして構成可能である。術者が所定状態の発生時に、第２アラートデバイス３５５が出すノイズを聞き取れるように、第２アラートデバイス３５５は、術者の頭部上で装着されるか、又は、術者の耳内で配置されるべきＢｌｕｅｔｏｏｔｈ対応スピーカ又はイヤピースとして構成可能である。
必須ではないが、第２アラートデバイス３５５を第２手術器具３２０から離して配置することは、多くの利点がある。例えば、第２アラートデバイス３５５を第２手術器具３２０から離して配置する利点の１つとして、第２手術器具３２０のサイズを小型化できるということがある。これにより、第２手術器具３２０をより狭いスペースに収められる。小型の第２手術器具３２０は更に、術者の手術部位の視界の遮りを抑えられる。第２アラートデバイス３５５を第２手術器具３２０から離して配置することによる別の利点は、とりわけ、触覚デバイスの場合において、第２アラートデバイス３５５が、術者にアラート又は通知を提供しながらも、第２手術器具３２０の動きに振動又は影響を与えないということである。幾つかの医療処置において、術者は、処置を実行するために、器具の感触及び／又は触覚に頼ることがある。例えば、切断、及び／又は除去される生物学的材料の一貫性／密度の変化を示し得る、トルクの変化を認識するために、術者は、器具の感触又は触覚に頼る場合がある。術者が器具に触れる及び／又は接触すると、生物学的材料を切断／除去している時と比較して、エンドエフェクタが空回りしている時も示し得る。こうした例示的状況、並びに、術者が器具に対して手ごたえ及び／又は感触を感じると、これらの感触が医療手順を正確に実行する上で役立つ可能性がある場合では、フットスイッチ３５０等において、第２手術器具３２０から離れた位置にあるアラートデバイス３５５に有利である場合がある。高度な技術を要する手術中において、第２手術器具３２０の上又は付近に配置されて振動するアラートデバイスは、第２アラートデバイス３５５により驚き、及び／又は、振動が望ましくない動きを第２手術器具３２０に与えることによって、術者が第２手術器具３２０を不所望な位置まで動かす原因となる可能性が高くなる。第２手術器具３２０を振動させると、重要な解剖学的形状部に接触する、又は、医療処置中に除去してはならない生物学的材料を除去／損傷するといった不所望な結果の原因となる、エンドエフェクタ３４０による生物学的材料の把持又は破損を招くこともある。
第２手術器具アセンブリ３００は、追跡デバイス３３０も有することができる。追跡デバイス３３０は、第２手術器具３２０のハンドピース３２５へと結合できる。追跡デバイス３３０は、第１手術器具アセンブリについて上述したものと同様である。
手術システム１０は、ナビゲーションシステム１００と通信する第３手術器具アセンブリ４００を有することができる。例えば、第３手術器具アセンブリ４００は、ハンドピース４２５を含む超音波器具等の、第３手術器具４２０を有することができる。ハンドピース４２５は、第３手術器具４２０の種々の構成要素の動作を制御するように構成された、コンソール４１０に結合可能である。ハンドピース４２５は、医療処置の実行中に術者が握るための柄又はグリップ部を含む形状でよい。
第３手術器具４２０は更に、第３器具プロセッサ４１５及びモータ４４５も有することができる。第３器具プロセッサ４１５は、第３手術器具アセンブリ４００のコンソール４１０内で配置可能である。モータ４４５は、第３手術器具４２０のハンドピース４２５内で配置できる。第３器具プロセッサ４１５及びモータ４４５は、互いに通信可能である。モータ４４５は、圧電素子への電流の印加により膨張及び収縮するように構成された圧電素子を有することができる。圧電素子は、端から端まで積み重ねて配置された複数の円盤状の圧電素子を含み得る。第３器具プロセッサ４１５は、モータ４４５、ひいては、第３手術器具４２０の動作を制御するように構成できる。例えば、第３手術器具４２０は、超音波チップアセンブリ等の、エンドエフェクタ４４０を有することができる。エンドエフェクタ４４０は、圧電素子（複数の場合もある）が膨張及び収縮する際に超音波チップ部が超音波速度で振動するホーンを含む超音波チップアセンブリを備えることができる。さらに、超音波チップアセンブリは、超音波チップ部を除いたホーン上に少なくとも一部配置された外部シースも含み得る。モータ４４５がエンドエフェクタ４４０と動作可能に結合できるよう、エンドエフェクタ４４０を、第３手術器具４２０のハンドピース４２５に結合できる。例えば、モータ４４５は、超音波チップアセンブリ４４０を駆動させて、手術部位から生体組織を研削及び／又は除去するように構成可能である。第３器具プロセッサ４１５は、モータ４４５と通信可能であり、モータ４４５、ひいては、超音波チップアセンブリ４４０の動作を制御するために、圧電素子（複数の場合もある）への電流の流れを制御するように構成可能である。さらに、第３器具プロセッサ４１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０と通信可能であり、第３手術器具４２０の位置及び／又は方向に関連するデータ、並びに、第３手術器具４２０の操作に関連するデータを交換するように構成できる。例えば、第３器具プロセッサ４１５及びナビゲーションプロセッサ１４０は、手術ナビゲーションシステム１００によって検出された第３手術器具４２０の位置及び／又は方向に基づいて、第３手術器具４２０の操作に関連するデータを相互に通信するように構成可能である。
第３手術器具アセンブリ４００は、電源（図示せず）も有することができる。電源は、第３手術器具アセンブリ４００のコンソール４１０に結合され、第３手術器具４２０のモータ４４５にエネルギーを供給して、エンドエフェクタ４４０を駆動させるように構成可能である。例えば、電源は、着脱式バッテリパックを有することができる。さらに、コンソール４１０が、第３手術器具アセンブリ４００にエネルギーを供給するために電気グリッドに接続されたコンセントに差し込まれるように構成されたコードを備えられることも企図される。電源は、第３器具プロセッサ４１５及び／又はモータ４４５と電気的に通信し、エンドエフェクタ４４０を駆動させるため、モータ４４５に選択的に給電するように構成可能である。
第３手術器具アセンブリ４００は、第３器具プロセッサ４１５と動作可能に結合する、フットスイッチ、ペダル又はボタン等のスイッチ４５０も有することができる。スイッチ４５０は、第３手術器具４２０の動作を制御するユーザ入力に基づいて、信号を生成する、及び／又は、信号を第３器具プロセッサ４１５に通信するように構成可能である。例えば、スイッチ４５０は、第１位置、第２位置、及び、第１位置と第２位置との間の複数の中間位置を含み得る。第１位置は、第３器具プロセッサ４１５によって、スイッチ４５０が第１位置にあることを検出すると、第３器具プロセッサ４１５が、電源からモータ４４５へのエネルギーの流れを阻止して、第３手術器具４２０の動作を防止するための、オフ位置として構成されてもよい。或いは、第１器具プロセッサ４１５により、スイッチ４５０が第２位置にあることを検出すると、電源からモータ４４５へと最大流量のエネルギーを流せるようにすることで、第３手術器具４２０が、最大変位で動作することを可能にするよう、第３器具プロセッサ４１５を構成できる。第３器具プロセッサ４１５により、スイッチ４５０が中間位置の１つにあることを検出すると、第１位置と第２位置との間のスイッチ４５０の位置に対応するレベルのエネルギーを電源からモータ４４５へと流せるようにすることで、第３手術器具４２０が中間レベルの変位で動作することを可能にするよう、第３器具プロセッサ４１５を構成できる。例えば、第３器具プロセッサ４１５により、スイッチ４５０が第１位置と第２位置との間の半分（５０％）に位置していることを検出すると、第３手術器具４２０が最大変位の５０％の速度で動作可能にするレベルのエネルギーを電源からモータ４４５へと流せるように、第３器具プロセッサ４１５を構成できる。或いは、スイッチ４５０が第１位置以外の位置にある時には常に、電源からモータ４４５へと最大流量のエネルギーを流せることで、スイッチ４５０が第２位置、又は中間位置のいずれかにある際、第３手術器具４２０が最大変位で動作できるように、第３器具プロセッサ４１５を構成できる。
第３手術器具アセンブリ４００は、第３アラートデバイス４５５も有することができる。第３アラートデバイス４５５は、可聴、触覚、及び／又は視覚的に知覚可能なデバイスを有することができる。第３アラートデバイス４５５は、第３器具プロセッサ４１５と通信するように構成可能である。第３器具プロセッサ４１５は、事前プログラムされた条件又は設定に基づいて、警告又は通知を供給するために、第３アラートデバイス４５５を起動する信号を送信するよう構成可能である。例えば、上記のとおり、術者は、ユーザ入力１３０を使用して、術者が避けたい皮質境界、神経、血管、又は同様の重要な解剖学的構造を選択し、これらの解剖学的構造を囲む領域又はゾーンを確立する等の所定条件及び／又は設定を手術ナビゲーションシステム１００へと入力可能である。例えば、術者は、手術ナビゲーションシステム１００のユーザ入力１３０を使用して、患者データ内の領域又はゾーンを定義することができる。これには、神経又は血管等の重要な解剖学的形状部を特定し、それをゾーンに割り当てることが含まれ得る。重要な解剖学的形状部の境界から隔てた重要な解剖学的形状部を取り囲む第２ゾーンを定義する等、重要な解剖学的形状部を囲む領域又はエリアを含む追加のゾーンを特定することも含み得る。これには、さらに、第２ゾーンを取り囲み、第２ゾーンが重要な解剖学的形状部から隔置されている距離よりも長い距離だけ、重要な解剖学的形状部の境界から隔置されている第３ゾーン等の、追加の後続ゾーンを定義することも有することができる。この例示的構成において、エンドエフェクタ４４０は、最外ゾーンに最初に接触する可能性が高く、これにより、アラートデバイス４５５をトリガして、第１アラートを発生させる。次に、エンドエフェクタ４４０は、重要な解剖学的構造に次に最も近いアラートゾーンに接触して、アラートデバイス４５５をトリガして、第２アラートを発生させることができる。第１アラート及び第２アラートは、エンドエフェクタ４４０が第１アラート及び第２アラートに割り当てられたそれぞれのゾーンに進入したことを術者に通知するように構成されている。
さらに、術者は、ユーザ入力１３０を使用して、術者が医療処置を実行する際のガイドを支援するために、手術経路の目標位置、目標軌道、又は同様の形状部を選択及び／又は入力することができる。第３器具プロセッサ４１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０により提供されたデータに基づいて、第３手術器具４２０のエンドエフェクタ４４０が、解剖学的構造を囲み、術者によって定義された領域及び／又はゾーンの１つに入る際、第３アラートデバイス４５５を起動する信号を送信するように構成可能である。第３器具プロセッサ４１５は、ナビゲーションプロセッサ１４０により提供されたデータに基づいて、第３手術器具４２０のエンドエフェクタ４４０が軌道から外れる際、及び／又は、エンドエフェクタ４４０が目標位置に達する際に、第３アラートデバイス４５５を起動する信号を送信するようにも構成可能である。例えば、エンドエフェクタ４４０及び／又は第３手術器具４２０が、パンニングされた手術経路の一部として確立された目標軌道と適切に位置合わせされていないことを手術ナビゲーションシステム１００が特定することに基づいて、可聴、触覚、又は視覚的に知覚可能なアラートの少なくとも１つを生成するよう、第３アラートデバイス４５５を起動可能である。この例示的構成において、第３アラートデバイス４５５は、エンドエフェクタ４４０が目標軌道と適切に位置合わせされていないことを術者に通知するために、スイッチ４５０を振動させる等のように、触覚アラートを生成できる。エンドエフェクタ４４０が目標軌道と適切に位置合わせされたら、第３アラートデバイス４５５は停止されてもよい。エンドエフェクタ４４０及び／又は第３手術器具４２０が、パンニングされた手術経路において術者が決めた目標位置に達したことを手術ナビゲーションシステム１００が特定することに基づいて、可聴、触覚、又は視覚的に知覚可能なアラートの少なくとも１つを生成するために起動されるよう、第３アラートデバイス４５５を同様に構成可能である。例えば、エンドエフェクタ４４０が、好適な深さ等の目標位置に達したことを術者に通知するために、第３アラートデバイス４５５は、スイッチ４５０を振動させる等の触覚アラートを発生させてもよい。エンドエフェクタ４４０が目標位置まで到達すると、エンドエフェクタ３４０が目標位置を越えないように、制御コンソールが、モータ、ひいては、エンドエフェクタ３４０を停止するように構成可能であることも企図される。
一例示的構成において、第３アラートデバイス４５５は、第１アラートデバイス及び第２アラートデバイスについて上述したように構成されてもよい。
第３手術器具アセンブリ４００は、追跡デバイス４３０も有することができる。追跡デバイス４３０は、第３手術器具４２０のハンドピース４２５へと結合できる。追跡デバイス４３０は、他の手術器具アセンブリについて上述したものと同様である。
上述した手術器具アセンブリ２００、３００、４００は、手術システム１０内の例示的器具、及び／又は構成であることを意図しているが、限定することは意図していない。他の種類及び形態の手術器具アセンブリも企図される。複数の例示的手術器具アセンブリ２００、３００、４００は、手術システム１０の一部であり、手術ナビゲーションシステム１００と通信しているものとして説明されているが、手術システム１０は、単一の手術器具アセンブリ２００、３００、４００、及びナビゲーションシステム１００のみを有することができることが企図される。さらに、図１Ａ及び図１Ｂで図示されている手術システム１０が、３つの手術器具アセンブリ２００、３００、４００、及び単一の手術ナビゲーションシステム１００を含むが、手術システム１０は、手術器具アセンブリ２００、３００、４００、及び／又は手術ナビゲーションシステム１００の任意の組み合わせを含むように構成可能であることが企図される。例えば、手術システム１０は、単一手術器具アセンブリ２００、３００、４００、及び複数の手術ナビゲーションシステム１００を有することができる。
図２を参照すると、上述した手術システム１０を使用して患者２０に医療処置を行うための手術室又は手術用設備の例示的な構成が図示されている。手術ナビゲーションシステム１００、及び上述の手術器具アセンブリ２００、３００、４００の少なくとも１つを含む手術システム１０は、患者２０、及び／又は医療処置が行われる手術部位３０を囲む手術室に配置可能である。
図２では、第２手術器具アセンブリ３００のみが図示されているが、理解すべき点として、これは手術システム１０の例示的構成に過ぎず、任意の数の手術器具アセンブリ２００、３００、４００を手術室内に配置可能であることが企図される。上記のとおり、第２手術器具アセンブリ３００は、エンドエフェクタ３４０及び追跡デバイス３３０を含む第２手術器具３２０を備える。追跡デバイス３３０は、手術ナビゲーションシステム１００により特定及び／又は追跡可能な複数のマーカ３３５を含む。第２手術器具３２０は、第２手術器具３２０から離れた位置にあるコンソール３１０に結合されている。さらに、第２手術器具アセンブリ３００は、患者２０から離れた位置に配置され、コンソール３１０に結合するスイッチ３５０も含む。スイッチ３５０は、コンソール３１０内に格納された第２器具プロセッサ３１５（図示せず）を介して、第２手術器具３２０と通信する。
図２では図示されていないが、第２手術器具アセンブリ３００は、上述した第２アラートデバイス３５５も含む。第２アラートデバイス３５５は、第２アラートデバイス３５５の構成に基づいて、スイッチ３５０上、術者の身体のどこか、及び／又は手術室内の術者から見える場所に配置可能である。例えば、上述のように、触覚部材を含む第２アラートデバイス３５５を、術者の手首又は足首等に配置してもよい。或いは、可聴部材を含む第２アラートデバイス３５５を、術者の耳に配置してもよい。更に別の構成では、第２アラートデバイス３５５は視覚デバイスを含み、この第２アラートデバイス３５５を、手術ナビゲーションシステム１００のディスプレイユニット１２０上、又は術者の手術部位３０の視界を遮らず又は邪魔せずに、術者が認識できる同様の位置に配置可能である。他の構成では、第２アラートデバイスはフットスイッチであり、手術室のテーブルの下にあるので、手術中に見ることが容易ではない。
前述しなかったが、手術システム１０が、ＣＴ又はＭＲＩ撮像装置等のイメージングシステム５００も更に備えられることも企図される。イメージングシステム５００は、スキャナ５１０、及びディスプレイユニット５２０を有することができる。スキャナ５２０を使用して、患者２０の手術部位３０の画像を撮影し、ディスプレイユニット５２０に表示できる。例えば、スキャナは、手術部位３０の複数の画像を生成するために、患者２０の周りに回転するように構成されたＣアームを有することができる。さらに、イメージングシステム５００は、当業者によって知られているように、スキャナ５１０で取り込まれた複数の画像を撮像し、手術部位３０の２次元画像及び／又は３次元モデルを生成可能とするソフトウェアを有するプロセッサ（図示せず）も有することができる。ディスプレイユニット５２０は、最終的な２次元画像及び／又は３次元モデルを表示するように構成可能である。
さらに、イメージングシステム５００は、手術ナビゲーションシステム１００のナビゲーションプロセッサ１４０と通信することが可能である。イメージングシステム５００は、有線及び／又は無線接続を介して、ナビゲーションプロセッサ１４０と通信するように構成できる。例えば、イメージングシステム５００は、手術部位３０の最終的な２次元画像及び／又は３次元モデル等の術前及び／又は術中画像データを、ナビゲーションプロセッサ１４０に供給するように構成できる。次に、ナビゲーションプロセッサ１４０は、最終的な２次元画像、及び／又は３次元モデルをナビゲーションディスプレイユニット１２０に供給するように構成可能であり、この場合、術者は、ユーザ入力１３０を使用するか、又はアルゴリズムを使用して、重要な解剖学的構造の周りの対応する領域及び／又はゾーンを特定及び／又は定義することができる。例えば、術者は、手術ナビゲーションシステム１００のユーザ入力１３０を使用して、医療処置を行う際に、術者が避けたい椎体、神経、又は血管の周囲にアラートゾーンを定義することができる。術者は、手術ナビゲーションシステム１００のユーザ入力１３０を使用して、医療処置の実行中に使用されるべき計画された手術経路、境界、又はアラートゾーンを入力及び／又は修正することが可能である。
図３を参照すると、術者の視点から見た、医療処置中の患者２０上の手術部位３０の例示的な概略図が示されている。図３の例示的な概略図では、第２手術器具アセンブリ３００を含む、医療処置中における上述の手術システム１０の例示的配置を描写している。第２手術器具アセンブリ３００は、手術部位３０に近接して、且つ、術者の視野内に配置したハンドピース３２５及びエンドエフェクタ３４０を含む第２手術器具３２０を備える。第２手術器具アセンブリ３００の追加構成要素は、第２手術器具３２０と繋がっているが、第２手術器具３２０から離れ、術者の視野の外に配置されている。例えば、手術ナビゲーションシステム１００、コンソール３１０、スイッチ３５０、及びアラートデバイス３５５は全て、術者が手術部位に集中している際、第２手術器具３２０から離れ、術者の視野の外に配置可能である。これにより、術者の手術部位の視界を遮る障害物を減らして、術者が手術部位３０に集中する、及び／又は、医療処置を実施する能力を向上させることができる。
図４Ａ～図５Ｃを参照すると、医療処置中の上述した手術システム１０の様々な概略図が図示されている。手術システム１０の様々な概略図は、手術システム１０の動作について更に説明する目的で、患者２０に対する様々な方向での上述の手術器具２２０、３２０、４２０の１つ以上を含む。第２手術器具３２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者２０の手術部位３０に対して第１位置にあることが図示されている。手術器具２２０、３２０、４２０は、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を有するコンソール又はハウジング２１０、３１０、４１０を有することができる。上記のとおり、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５は、ナビゲーションシステムのナビゲーションプロセッサ１４０と通信可能である。手術器具２２０、３２０、４２０は、コンソール又はハウジング２１０、３１０、４１０に結合し、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５と通信するトリガ、ハンドスイッチ、又はフットスイッチ等のスイッチ２５０、３５０、４５０も有することができる。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、スイッチ２５０、３５０、４５０に結合し、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５と通信可能である。図示されていないが、上記のとおり、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、スイッチ２５０、３５０、４５０に結合される必要はない。一方、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が、スイッチ２５０、３５０、４５０と別体であってもよいことも企図される。例えば、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、コンソール又はハウジング２１０、３１０、４１０に結合され、有線又は無線のいずれかで器具プロセッサ２１５、３１５、４１５と通信可能である。さらに、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、術者が着用するブレスレット又はアームバンド等のスタンドアロンデバイスであり、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５と無線通信するものであることも企図される。
さらに、上記のとおり、術者は、手術ナビゲーションシステム１００を使用して、ＣＴ又はＭＲＩスキャン等の術前及び／又は術中の患者データにおいて、様々な境界、領域、目標軌道、目標位置等を特定及び／又は定めることができる。例えば、図４Ａ～図４Ｃに示すように、術者は、手術ナビゲーションシステム１００を使用して、手術部位３０内の中心孔、椎体壁、神経又は血管等の重要な解剖学的構造又は境界に対する仮想境界（境界１、２、３）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３）を選択し、及び／又は定めることができる。これは、重要な解剖学的構造から様々な距離で複数の仮想境界（境界１、２、３）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３）を定めることを含み得る。例えば、図４Ａ～図５Ｃで示されるように、手術部位３０は、医療処置が施される椎骨を含む。第１仮想境界である境界１は、脊髄の外周等、重要な解剖学的構造に関連して定めることができる。境界１は、術者がナビゲーションシステム１００を使用して手動で定めることができる。しかし、境界１は、ナビゲーションシステム１００の境界生成ソフトウェアから提供される仮想境界の入力済みリストから、術者が選択することもできる。上記のとおり、ナビゲーションシステム１００は、境界生成部を有するソフトウェアを有することができる。ナビゲーションプロセッサ１４０は、術者が選択又は入力した様々なデータ点に基づいて、１つ以上の仮想境界のリストを提供するように構成可能である。例えば、術者は、手術の場所、手術の種類、使用されるべき手術器具２００、３００、４００の種類、挿入されるべきデバイス又はインプラントの種類等を選択可能であり、境界生成器は、ユーザが選択する１つ以上の仮想境界を定義するように構成可能である。さらに、境界生成器は、アラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）を定義するよう構成可能である。第１アラートゾーンであるゾーン１は、脊髄の外側境界等、重要な解剖学的構造から第１距離で定義可能である。ゾーン１は、第１仮想境界である境界１と第２仮想境界である境界２との間のボリュームとして定義可能である。境界２は、術者がゾーン１の所望の深さを入力及び／又は選択することを含めて、術者が定義可能であり、ナビゲーションシステムは、この深さに基づいて、境界２を定義するように構成される。例えば、ナビゲーションシステム１００は、深さを入力及び／又は選択することを、術者に指示するように構成可能であり、次いで、ナビゲーションシステムは、この深さに基づいて境界２を定義できる。或いは、境界２は、ナビゲーションシステム１００の境界生成ソフトウェアから提供される仮想境界の入力済みリストから、術者が選択することもできる。例えば、ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、及び４４０それぞれのアラートゾーンのデフォルト深さを含む、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の入力済みリストを提供するように構成可能であり、ナビゲーションシステムは、術者が選択したエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０に基づいて、ゾーン１を定義するように構成できる。
一例示的構成において、境界生成器は、実行中の外科手術に少なくとも部分的に基づいて、第１仮想境界である境界１からのデフォルト距離で第２仮想境界である境界２を生成するように構成可能である。例えば、境界生成器は、境界１から２ミリメートルになるように境界２を生成するよう構成され得る。術者は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０、及び／又はユーザ入力１３０を使用して、境界１と境界２との間の距離又は深さを編集又は修正することができる。境界１と境界２との間で定義されたボリュームは、第１アラートゾーンであるゾーン１を定義可能である。
第２アラートゾーンであるゾーン２は、第２距離が第１距離よりも長くなるよう、重要な解剖学的構造から第２距離で定義可能である。ゾーン２は、境界２と第３仮想境界である境界３との間のボリュームとして定義可能である。境界３は、術者により定義可能であるか、又は、境界３は、ナビゲーションシステム１００の境界生成ソフトウェアから提供される仮想境界の入力済みリストから、術者が選択することもできる。例えば、境界生成器は、実行中の外科手術に少なくとも部分的に基づいて、境界２からのデフォルト距離で境界３を生成するように構成可能である。術者は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０、及び／又はユーザ入力１３０を使用して、境界２と境界３との間の距離又は深さを編集、又は修正することができる。第３アラートゾーンであるゾーン３は、重要な解剖学的構造の境界で、及び／又はそれを含めて、定義可能である。さらに、第４仮想境界である境界４は、椎骨等の生体組織の外周及び／又は境界で定義できる。手術ナビゲーションシステム１００が、医療専門家によって選択又は入力された情報に基づいて、仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（複数の場合もある）（ゾーン１、２、３、４）を定義するように構成できることも企図される。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、医療専門家が入力した次の項目として、実施されるべき手術の種類、患者の手術位置、使用されるべきインプラント２７５の種類、使用されるべき手術器具２２０、３２０、４２０の種類、及び／又はエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の種類の１つ以上に基づいて、アラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）を定義するように構成可能である。その後、医療専門家は、ユーザ入力デバイス１３０、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を用いて、手術ナビゲーションシステム１００で定義された仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（複数の場合もある）（ゾーン１、２、３、４）を修正又は変更する機会を得られる。この場合もやはり、画像データ中の或る特定の重要な解剖学的構造を認識するアルゴリズムに基づいて、様々なゾーンが自動生成されることも企図される。
手術部位の椎骨の表面から生体組織を除去する医療処置中、手術器具２２０、３２０、４２０のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、様々な仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の一つに接近することが可能である。上記のとおり、手術ナビゲーションシステム１００は、様々な仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）に対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置及び／又は方向を追跡し、さらに、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が様々な仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の１つに接近、及び／又は進入したら術者に知らせるために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する信号又は命令を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信するよう構成可能である。例えば、仮想境界（境界１、２、３、４）の場合、手術ナビゲーションシステム１００は、様々な仮想境界（境界１、２、３、４）に対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置及び／又は場所を追跡し、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界（境界１、２、３、４）に隣接する、及び／又はそこから遠位にある場合、術者に知らせるために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する信号又は命令を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信するよう構成可能である。例えば、エンドエフェクタの先端が仮想境界（境界１、２、３、４）に隣接して配置されたことに基づいて、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５は、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を作動させる。エンドエフェクタの先端が仮想境界（境界１、２、３、４）から遠位の所定距離で配置されたことに基づいて、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５は、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を作動させる。器具プロセッサ２１５、３１５、４１５は、その先端が仮想境界（境界１、２、３、４）の遠位０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ等に配置されるような距離を定めるように構成されてもよい。術者が、様々な仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）のそれぞれに特定種類のアラートを割り当てることができるように、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。これには、術者に通知するための可聴、触覚、視覚によるアラートが含まれ得る。可聴、触覚、及び／又は視覚的なアラートは、手術器具を操作する際、術者が触るフットスイッチ又はトリガ等のスイッチ２５０、３５０、４５０に結合されてもよい。上記のとおり、スイッチ２５０、３５０、４５０に触覚アラートを含むアラートデバイス２５５、３５５、４５５を配置することには様々な利点がある。上述の例示的な第２手術器具アセンブリ３００及び第３手術器具アセンブリ４００における場合のように、このことは、触覚アラートを含むアラートデバイス３５５、４５５が、手術器具３２０、４２０から離れて配置されるスイッチ３５０、４５０内にある場合にとりわけ、当てはまり得る。
アラートデバイス２５５、３５５、４５５が作動すると、システム１０は、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が術者によって停止できるように構成可能である。これは、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を停止するように構成されたボタン又はスイッチ、又はアイコンを押すことによって実現可能である。アラートデバイス（複数の場合もある）２５５、３５５、４５５を停止するボタン、スイッチ、及び／又はアイコンを、ナビゲーションシステム１４０上に配置してもよい。例えば、ナビゲーションディスプレイ１２０を、ユーザがアラートデバイス（複数の場合もある）２５５、３５５、４５５を停止させるアイコンを選択できるタッチスクリーンとして構成してもよい。術者は、ナビゲーションシステム１００のユーザ入力１３０上のボタン又はスイッチを操作して、アラートデバイス（複数の場合もある）２５５、３５５、４５５を停止させることが可能であることも更に企図される。そして、アラートデバイス（複数の場合もある）２５５、３５５、４５５を停止させるボタン又はスイッチを、手術器具アセンブリ２００、３００、４００のハウジング２１０又はコンソール３１０、４１０上に配置し、術者は、ボタン又はスイッチを操作して、アラートデバイス（複数の場合もある）２５５、３５５、４５５を停止させられることも企図されている。或いは、これは、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を停止させるために、トリガ及び／又はフットスイッチ２５０、３５０、４５０を所定パターン又は順序で操作することで実現可能であることも企図される。例えば、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が起動した後でスイッチ２５０、３５０、４５０をダブルタップすると、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が停止し、術者が手術を中断することなく続行できるように、システムを構成できる。アラートデバイス２５５、３５５、４５５の停止には、スイッチ２５０、３５０、４５０をダブルタップする等の術者による操作を必要とするようシステム１０を構成してもよい。これにより、術者が、アラートを受け取ったことを認め及び／又は確認し、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を停止させる肯定的で明確な手順を取ったことが保証される。こうして、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が起動したことを術者が受信しない、及び／又はこれを認識しないことによる、アラートデバイス２５５、３５５、４５５の偶発的な停止を防止することができる。
さらに、仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の１つ以上に対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置及び／又は方向に基づいて、モータ２４５、３４５、４４５の速度、ひいては、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が動作する速度を操作することで、アラートをもたらすよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成してもよい。例えば、１つ以上の仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）に対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置に基づいて、モータ２４５、３４５、４４５を最大切断速度から最小切断速度へと減速させるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成してもよい。
これには、エンドエフェクタ３４０が、第２仮想境界である境界２に隣接する、及び／又は遠位にあり、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したら、高速切断バー等の第２手術器具３２０のモータ３４５の出力を低下させ、エンドエフェクタ３４０の回転を、７５０００ＲＰＭ等の現動作速度から、組織を切断するのに依然として有効な６００００ＲＰＭといった低い速度に下げる信号を、手術ナビゲーションシステム１００が第２器具プロセッサ３１５に送信することを有することができる。手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の速度、ひいては、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転の操作は、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５が、モータ２４５、３４５、４４５に供給される電流及び／又は電圧を調節するように構成されることが原因となり得る。例えば、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５を減速させるために、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を、モータ２４５、３４５、４４５に供給される電圧及び／又は電流を低減するように構成可能である。器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を、モータ２４５、３４５、４４５に供給される電流及び／又は電圧を徐々に減少させるように構成可能であり、これにより、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転を徐々に抑えられるようになる。この電流及び／又は電圧の漸減によって、モータ２４５、３４５、４４５は、第１切断速度から第２切断速度へとドリフトすることができる。この逆もまた同様である。同様に、モータ２４５、３４５、４４５に供給される電圧、及び／又は電流を増加させることによって、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５を加速させるように構成できる。
手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５を減速させることで、ハンドピース２２５、３２５、４２５において術者が感じ取る触覚アラートの形態で、術者にアラート又は通知を提供することができる。さらに、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の減速は、モータ２４５、３４５、４４５が最大切断速度から最小切断速度に減速する際、術者がモータ２４５、３４５、４４５のピッチの変化を聞き取るか、又は切断効果の変化を知覚するような可聴アラートの形態で、アラート又は通知を術者に供給できることも企図される。モータ２４５、３４５、４４５を最大切断速度から最小切断速度まで減速する必要はないが、モータ２４５、３４５、４４５は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が噛むか又は掴み、ライン外に及び／又は軌道から外れるのを防ぐために、所定の最小切断速度よりも減速しないことが望ましい。こうすると、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造に接触する及び／又は損傷させる恐れがある。さらに、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造に近づいた場合、モータ２４５、３４５、４４５を無効化又は停止させるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できることも企図される。こうすれば、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造と接触する及び／又は損傷させることを防止できる。手術器具２２０、３２０、４２０、ひいては、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を追跡する過程において、手術器具２２０、３２０、４２０の追跡デバイスが、ナビゲーションシステムの視界から遮断され得ることも企図される。さらに、手術器具２２０、３２０、４２０の位置が患者空間内で不明な場合、その操作を防止するために、手術器具２２０、３２０、４２０の追跡デバイスがナビゲーションシステム１００の視界から所定期間外れたら、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の操作を防止するために、モータ２４５、３４５、４４５を無効化又は停止させるよう、ナビゲーションシステム１００を構成できることも企図される。ナビゲーションシステムの視界から外れた際の手術器具の動作を防止するように構成された例示的なナビゲーションシステム及び／又は方法は、米国特許公開第２０１６／０２４２８５８号に記載されており、その全体は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
図４Ａを参照すると、第２手術器具３２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第１位置及び／又は方向にあることが図示されている。手術器具２２０、３２０、４２０は、手術部位３０から生体組織を除去するように構成されてもよい。第１位置において、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、定義された仮想境界（境界１、２、３）から隔置され、及び／又は、アラートゾーン（ゾーン１、２、３）を定義するボリュームの外側に配置される。この例示的シナリオでは、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、定義された仮想境界（境界１、２、３）から隔置され、及び／又は定義されたアラートゾーン（ゾーン１、２）の外側にあることを特定し、スイッチ２５０、３５０、４５０を操作して、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を駆動させる際、手術器具２２０、３２０、４２０が通常の動作条件で動作できるようにする。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、このシナリオにおいて、停止されるように構成されてもよい。境界１、２、及び３、並びにゾーン１、２、及び３（一方は他方よりも遠位にある）の入れ子になっているという性質により、手術器具２２０、３２０、４２０が重要な解剖学的構造及び／又は目標深さに近づいていることを術者が確実に認識するよう、アラートを徐々に増やしながら提供できる。
図４Ｂを参照すると、手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第２位置にあることが図示されている。第２位置では、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、生体組織を除去しながら、少なくとも一部が第２アラートゾーンであるゾーン２に入った状態にある。この例では、境界３と境界２との間でゾーン２が定義されている。この例示的シナリオでは、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、境界３に隣接する及び／又はそこから遠位に配置されていること、及び／又は、第２アラートゾーンであるゾーン２に相当するボリュームに進入することを特定し、上述の様々なアラートの１つをトリガ可能である。例えば、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が境界３に隣接して、及び／又はそこから遠位に配置されている、及び／又は第２アラートゾーンであるゾーン２に進入したので、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する信号を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５、及び／又はナビゲーションプロセッサに送るよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、第２アラートゾーンであるゾーン２に割り当てられたアラートの種類に応じて、スイッチ２５０、３５０、４５０を振動させる等の触覚アラートＡを供給するように構成可能である。或いは、ナビゲーションシステムのディスプレイスクリーン上に点滅光といった視覚的アラートＢを提供するように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を構成できる。更に別の構成において、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、ビープ音のような可聴アラートＣを提供するように構成されてもよい。さらに、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の出力を下げて、エンドエフェクタ２４０、例えば、手術用バー３４０、４４０の回転を、毎分７００００回転（７００００ＲＰＭ）を超える第１切断速度から、毎分７００００回転未満で、毎分６００００回転（６００００ＲＰＭ）を超える第２切断速度まで減少させる信号を、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。さらに、図４Ｂで示されるように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が触覚アラートＡ及び視覚的アラートＢの組み合わせを生成する等のように、様々なアラートの組み合わせを使用できることも企図される。
図４Ｃを参照すると、第２手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第３位置にあることが図示されている。第３位置では、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、生体組織を除去している間、境界２の遠位にあり、及び／又は、境界１と境界２との間で定義される第１アラートゾーンであるゾーン１へと進入している。この例示的シナリオでは、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入することを特定し、上述の様々なアラートの１つをトリガ可能である。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、境界２、及び／又はゾーン１に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置を示す信号を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５へと送信するように、構成できる。手術ナビゲーションシステム１００からの信号は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が境界２に隣接する、及び／又はそこから遠位に配置されている場合、及び／又は第１アラートゾーンであるゾーン１に進入した場合、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に起動させるコマンドを有することができる。或いは、手術ナビゲーションシステム１００からの信号が、境界２及び／又はゾーン１に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置を含んでもよいこと、手術ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が境界２に隣接して、及び／又は、そこから遠位に配置されていること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことが示された際に、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動するよう、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を構成できることも企図される。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、第１アラートゾーンであるゾーン１に割り当てられたアラートの種類に応じて、スイッチ２５０、３５０、４５０を振動させる等の触覚アラートＡを供給するように構成可能である。或いは、点滅光といった視覚的アラートＢを提供するように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を構成できる。更に別の構成において、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、ビープ音のような可聴アラートＣを提供するように構成されてもよい。さらに、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の出力を下げて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転を７５０００ＲＰＭから６００００ＲＰＭまで減少させる信号を、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。或いは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が第１アラートゾーンであるゾーン１に進入すると、その回転を無効化又は停止させて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造で動作状態になることを防止するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。こうすれば、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造を損傷させることを防止できる。さらに、図４Ｃで示されるように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が触覚アラートＡ、視覚的アラートＢ、及び可聴アラートＣの組み合わせを生成する等のように、様々なアラートの組み合わせを使用できることも企図される。
図４Ｄを参照すると、第２手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第４位置にあることが図示されている。図４Ｄに示されるように、手術ナビゲーションシステム及び／又は医療専門家は、第１アラートゾーンであるゾーン１、及び第２アラートゾーンであるゾーン２を含む２つのアラートゾーンを選択及び／又は定義しただけである。ゾーン２は、中心孔等の重要な解剖学的構造を表す。ゾーン１は、境界１と境界２との間で定義され、境界１は、重要な解剖学的構造の認識された外周囲、つまり、中心孔の境界である。上記のとおり、この境界は、セグメンテーションアルゴリズムで認識することができる。第４位置では、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、生体組織を除去している間、境界２に隣接して、及び／又はそこから遠位に配置され、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１へと進入している。この例示的シナリオでは、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、境界２に隣接して、及び／又はそこから遠位に配置されていること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入することを特定し、上述の様々なアラートの１つをトリガ可能である。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、境界２及び／又はゾーン１に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置を示す信号を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５へと送信するように構成できる。手術ナビゲーションシステム１００からの信号は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が境界２に隣接して、及び／又はそこから遠位に配置され、及び／又は第１アラートゾーンであるゾーン１に進入した場合、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に起動させるコマンドを有することができる。或いは、手術ナビゲーションシステム１００からの信号が、境界２、及び／又はゾーン１に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置を含んでもよいこと、さらに、手術ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が境界２に隣接して、及び／又は、そこから遠位に配置されていること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことが示された際に、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動するよう、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を構成できることも企図される。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、境界２及び第１アラートゾーンであるゾーン１のそれぞれに割り当てられたアラートの種類に応じて、スイッチ２５０、３５０、４５０を振動させる等の触覚アラートＡを供給するように構成可能である。或いは、点滅光といった視覚的アラートＢを提供するように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を構成できる。更に別の構成において、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、ビープ音のような可聴アラートＣを提供するように構成されてもよい。さらに、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の出力を下げて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転を、毎分７００００回転（７００００ＲＰＭ）を超える第１切断速度から、毎分７００００回転未満で、毎分６００００回転（６００００ＲＰＭ）を超える第２切断速度まで減少させる信号を、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。或いは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が境界２に隣接して、及び／又は、そこから遠位に配置され、及び／又は第１アラートゾーンであるゾーン１に進入すると、その回転を無効化、又は停止させて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造の周りに定義された第２アラートゾーンであるゾーン２に接触、及び／又は進入することを防止するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。こうすれば、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が重要な解剖学的構造と接触する及び／又は損傷させることを防止できる。さらに、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が触覚アラートＡ、視覚的アラートＢ、及び可聴アラートＣの組み合わせを生成する等のように、様々なアラートの組み合わせを使用できることも企図される。
図５Ａ～図５Ｆを参照すると、患者２０に対する様々な向きの手術器具２２０、３２０、４２０を含む、上述の手術器具アセンブリ２００、３００、４００の１つに関する様々な概略図が図示されている。図５Ａを参照すると、第１手術器具２２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第１位置になるように図示されている。手術器具２２０、３２０、４２０は、穴を開けて手術部位３０から生体組織を除去する、又は、手術部位に椎弓根スクリュー等のネジを打ち込むように構成可能である。このシナリオにおいて、術者は、目標軌道である軸－Ｔ及び目標深さＴを含む、１つ以上の計画されたネジ姿勢等の計画されたインプラント姿勢を選択及び／又は定義することが可能である。或いは、ナビゲーションプロセッサ１４０は、患者画像データのセグメンテーションと、手術中に挿入されるべき医療装置又はインプラント２７５の計画された姿勢に基づいて自動で生成された、計画された手術経路を受信できる。
目標軌道である軸－Ｔは、手術中に挿入されるべきインプラント２７５の所望の方向を含められ、ネジを受けるための生体組織を準備する際、手術器具２２０、３２０、４２０、ひいては、１つ以上のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０と位置合わせさせるために、使用可能である。目標深さＴは、既知の座標系における所望の深さ又は位置を有することができる。目標深さは、境界とも呼ばれ、目標軌道に垂直な部分平面として構成されることもある。さらに、医療専門家によって選択又は入力された情報に基づいて、目標軌道である軸－Ｔ及び目標深さＴを定義するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成できることも企図される。例えば、医療専門家が入力した以下の項目として、実行されるべき手術の種類、使用されるべきインプラント２７５の種類又はサイズ、使用されるべき手術器具２２０、３２０、４２０の種類、及び／又はエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の種類の１つ以上に基づいて、目標軌道である軸－Ｔ及び目標深さＴを定めるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。
第１位置では、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０のすべての部分は、１つ以上の定義された仮想境界（境界１、２、３、４）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の外側にある。したがって、重要な解剖学的構造に接触する恐れがあることを、術者に通知するアラートは必要ない。しかし、手術ナビゲーションシステム１００で決定されるように、手術器具２２０、３２０、４２０は、目標軌道である軸Ｔと位置合わせされていない。この例示的シナリオにおいて、手術ナビゲーションシステム１００は、上記の種々のアラートの１つをトリガするように構成可能である。例えば、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の方向が、目標軌道である軸－Ｔと位置合わせされていないので、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動させる信号を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、目標軌道である軸－Ｔに割り当てられたアラートの種類に応じて、スイッチ２５０、３５０、４５０を振動させる等の、触覚アラートＡを供給するよう、構成可能である。或いは、点滅光といった視覚的アラートＢを提供するように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を構成できる。更に別の構成において、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、ビープ音のような可聴アラートＣを提供するように構成されてもよい。手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の出力を低減させて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転を最大切断速度から最小切断速度に減少させる信号を、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するようにも、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。或いは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標軌道である軸－Ｔに位置合わせされるまで、その回転を無効化にするか又は停止させて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が位置のずれた穴を穿孔するのを防ぐよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。さらに、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が触覚アラートＡ、視覚的アラートＢ、及び可聴アラートＣの組み合わせを生成する等のように、様々なアラートの組み合わせを使用できることも企図される。図５Ａに示されるように、術者は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標軌道である軸－Ｔと位置合わせされていない場合に、スイッチ２５０、３５０、４５０を振動させる等の触覚アラートＡを受ける。さらに、このシナリオでは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界（境界１、２、３、４）の１つに隣接する、及び／又はそこから遠位にある際、及び／又は様々なアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の１つに接近及び／又は進入した際、その旨を術者に通知するために、上述の様々なアラートの１つ以上が割り当てられ得ることも企図される。
そして、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は手術器具２２０、３２０、４２０が、患者及び／又は手術部位の閾値距離内に配置される場合、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の起動を防止するために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を駆動して、上記の様々なアラートの１つを生成する、及び／又は、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止、無効化させる信号を送るだけのために、手術ナビゲーションシステム１００を構成できることも企図される。これは、骨上の位置等、既知の座標系で定められた基準位置ＲＬ、及び／又は基準座標系に対して測定されることがある。基準位置とエンドエフェクタとの間の距離を計算することで、ナビゲーションシステムは、手術器具が手術部位から比較的近いかどうかを判断することができる。
或いは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は、手術器具２２０、３２０、４２０が、患者及び／又は手術部位から閾値距離、すなわち、安全距離の外にある際、可変速モータ２４５、３４５、４４５が、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は手術器具２２０、３２０、４２０の目標軌道である軸－Ｔに対する位置に関わらず、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を途切れることなく駆動させることができるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成することができる。これは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は手術器具２２０、３２０、４２０が患者及び／又は手術部位から閾値距離の外側にある際に、アラートデバイス２５５、３５５、４５５をすべて、停止させることを含み得る。これにより、医療専門家は、手術部位に近づいて、手術を開始する前に、すべてが適切な動作順序であることを確認するために中断せずに、手術器具２２０、３２０、４２０を検査することができる。しかし、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は手術器具２２０、３２０、４２０が基準位置／基準座標系の閾値距離内に入ると、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動して、手術ナビゲーションシステム１００は、再び、上記の方法でアラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する、及び／又は、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止するすべての適切な信号をプロセッサ２１５、３１５、４１５へと通信可能である。
図５Ｂを参照すると、第１手術器具２２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第２位置になるように図示されている。第２位置において、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、仮想境界（境界１、２、３、４）から隔置される、及び／又は、定義済みアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の外側にある。さらに、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、目標軌道である軸－Ｔと適切に位置合わせされる。この例示的シナリオでは、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、１つ以上の仮想境界（境界１、２、３、４）から隔置され（離れており）、及び／又は、１つ以上の定義済みアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の外にあること、そして、目標軌道である軸Ｔと位置合わせされていることを特定し、さらに、スイッチ２５０、３５０、４５０を操作して、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を駆動させる際、手術器具２２０、３２０、４２０が通常の作業条件で動作することを可能にし得る。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、このシナリオでも停止してもよい。
図５Ｃを参照すると、第３手術器具２２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して第３位置になるように図示されている。第２位置において、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、仮想境界（境界１、２、３、４）の１つ以上から隔置される、及び／又は、定義済みアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）の１つ以上の外側にある。さらに、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０は、目標軌道である軸－Ｔと適切に位置合わせされる。しかし、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の先端は、境界５において、又はこの境界に隣接して、目標深さＴに到達している。この例示的シナリオにおいて、手術ナビゲーションシステム１００は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、又はインプラント２７５が目標深さＴに達したことを特定し、さらに、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標深さＴに達したので、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標深さＴの深さを超えて穿孔するのを防止するために、その回転を無効化にするか又は停止させるように構成可能である。さらに、手術ナビゲーションシステムは、上記の種々のアラートの１つをトリガするように構成可能である。例えば、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、目標深さＴに達したので、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を駆動させる信号を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、目標位置Ｔに割り当てられたアラートの種類に応じて、手術ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標位置Ｔに到達したということが判定された際、スイッチ２５０、３５０、４５０を振動させる等の触覚アラートＡを供給するように構成可能である。或いは、点滅光といった視覚的アラートＢを提供するように、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を構成できる。更に別の構成において、アラートデバイス２５５、３５５、４５５は、ビープ音のような可聴アラートＣを提供するように構成されてもよい。手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の出力を低減させて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転を最大切断速度から最小切断速度に減少させる信号を、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するようにも、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。さらに、アラートデバイス２５５、３５５、４５５が触覚アラートＡ、視覚的アラートＢ、及び可聴アラートＣの組み合わせを生成する等のように、様々なアラートの組み合わせを使用できることも企図される。図５Ａに示されるように、術者は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標深さＴに到達した場合に、スイッチ２５０、３５０、４５０上で光を点滅させる等の視覚的アラートＢを受ける。
図５Ｄ～図５Ｆを参照すると、第１手術器具２２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して図示されている。図５Ａ～図５Ｃに関して上述したように、第１手術器具２２０は、定義された境界に対して同様の方法で動作するように、構成されてもよい。しかし、図５Ｄ～図５Ｆでは、幾つかの追加の例示的な仮想境界（境界４、５、６、７）、及び／又はアラートゾーンが図示されている。例えば、図５Ｄは、様々な追加の例示的な仮想境界（境界４、５、６、７）を示す。仮想境界（境界４、５、６、７）は、第１手術器具２２０に結合される異なるエンドエフェクタ２４０を挿入するよう、様々な深さに対応し得る。以下で詳述する複数の異なるエンドエフェクタ２４０を、第１手術器具２２０のハンドピース２２５に結合可能であることが企図される。異なるエンドエフェクタ２４０はそれぞれ、患者に対する外科手術の一環として、様々な機能及び／又は操作を実行するよう構成できる。手術ナビゲーションシステム１００は、ハンドピース２２５に結合しているエンドエフェクタ２４０を特定し、各エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれに対応する対応する仮想境界（境界４、５、６、７）、及び／又はアラートゾーンを定義するように構成可能である。第４仮想境界である境界４は、選択されたインプラント２７５の目標深さに対応することができる。第４仮想境界、第５仮想境界、及び第６仮想境界（境界５、６、７）はそれぞれ、各エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれの目標深さに対応するように構成され得る。各エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれに対応する仮想境界（境界５、６、７）はそれぞれ、対応するエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの所望の深さ及び／又は位置に基づいて、第４仮想境界である境界４からの所定距離として決定されてもよい。第４仮想境界である境界４及び第５仮想境界である境界５が、同じ位置に配置されていることも企図される。このシナリオにおいて、第１エンドエフェクタ２４０Ａに対応する第５仮想境界である境界５は、インプラント２７５の初期目標深さを定め、次の仮想境界（境界６、７）はそれぞれ、第５仮想境界である境界５からの距離に基づいて定義可能である。例えば、第１エンドエフェクタ２４０Ａはドリルを含むことができ、第２エンドエフェクタ２４０Ｂはタップを含むことができ、そして、第３エンドエフェクタ２４０Ｃは、椎弓根スクリューを準備して、椎骨に挿入する外科手術で使用されるドライバを含み得る。図５Ｄに示されるように、第５仮想境界（境界５）は、第１エンドエフェクタ２４０Ａの深さに対応するように、手術ナビゲーションシステム１００によって定義され、第６仮想境界（境界６）は、第２エンドエフェクタ２４０Ｂの深さに対応するように、手術ナビゲーションシステム１００によって定義され、そして、第７仮想境界（境界７）は、第３エンドエフェクタ２４０Ｃの深さに対応するように、手術ナビゲーションシステム１００によって定義されてもよい。仮想境界（境界４、５、６、７）はそれぞれ、取り付けられたエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの目標深さに対応する目標軸である軸－Ｔに沿った軸方向位置に垂直な平面を有することができる。ナビゲーションシステム１００は、手術器具の位置と、ハンドピース２２５に結合する各エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの先端の既知の位置とに基づいて、仮想境界（境界４、５、６、７）を定義するように構成されてもよい。
上述した様々なアラート、及び／又はアラートデバイス２５５、３５５、４５５の１つ以上が、様々な仮想境界（境界４、５、６、７）のそれぞれに割り当てられ得る。仮想境界（境界４、５、６、７）は、手術ナビゲーションシステム１００によって定義されるものとして説明されているが、医療専門家が定義及び／又は選択し得ることも企図されている。例えば、医療専門家は、ユーザ入力デバイス１３０又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を用いて、患者データ内の仮想境界（境界４、５、６、７）を定義又は選択することができる。さらに、仮想境界（境界４、５、６、７）が、手術ナビゲーションシステム１００によって定義及び／又は推奨されてもよく、さらに、医療専門家が、ユーザ入力デバイス１３０及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を使用して、手術ナビゲーションシステム１００で定義された仮想境界（境界４、５、６、７）を修正又は変更可能であることも企図される。
図５Ｅを参照すると、第１手術器具２２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して図示されている。図５Ａ～図５Ｃに関して上述したように、第１手術器具２２０は、定義されたアラートゾーンに対して同様の方法で動作するよう構成されてもよい。図５Ｅは、アラートゾーン（ゾーン５、６）の代替的な例示的構成を示す。上記のとおり、アラートゾーンは、重要な解剖学的構造に近づいたら、その旨を医療専門家に警告するために、図４Ａ～図５Ｃで示されるゾーン１、２、及び３等の重要な解剖学的構造を囲むか、又は、これに当接して定義可能である。さらに、アラートゾーンは、境界に近づいた際に医療専門家に警告し、皮質壁の突破を避けるために、図５Ａ～図５Ｄで示されたゾーン４のような解剖学的構造の境界を識別するために定義され得る。図５Ｅに示すように、目標軌道である軸－Ｔからの逸脱をすべて医療専門家に警告するために、目標軌道である軸－Ｔの反対側の境界に沿って、アラートゾーン（ゾーン５、６）を定義することができる。また、アラートゾーン（ゾーン５、６）は、重要な解剖学的構造及び／又は境界の形状に合わせた形状又は輪郭にすることもできる。例えば、第１手術器具２２０のエンドエフェクタ２４０が椎骨の外周に接近している際、医療専門家によって椎弓根の外周を突破することを防止するよう、その旨を医療専門家に警告するために、椎骨外周の周りに湾曲させてアラートゾーン（ゾーン６）を定義するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。さらに、第１手術器具２２０のエンドエフェクタ２４０が重要な解剖学的構造に接近している際、医療専門家によりこの重要な解剖学的構造に接触することを防止するよう、その旨を医療専門家に警告するために、椎骨内の重要な解剖学的構造（中心孔）の周りに輪郭を付けてアラートゾーン（ゾーン５）を定義するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。
図５Ｆを参照すると、第１手術器具２２０等の手術器具２２０、３２０、４２０は、患者の手術部位３０に対して図示されている。仮想境界（境界４、５、６、７）は、前述の図５Ｄに関して説明したものと同じである。しかしながら、図５Ｆのシステムは、構成要素の代替的な配置を示しており、手術器具は、バッテリモジュール２６０も含み、このバッテリモジュールは、バッテリプロセッサ２６５を含む。ナビゲーションプロセッサ１４０がバッテリプロセッサ２６５と通信するよう、システムを構成できる。バッテリプロセッサ２６５は、仮想境界（境界４、５、６、７）に対する手術器具の位置に基づいて、バッテリモジュール２６０からハンドピース２２５、ひいては、可変速モータ２４５への電力の流れを操作する信号を、ナビゲーションプロセッサ１４０から受信可能である。エンドエフェクタ２４０の位置が仮想境界（境界４、５、６、７）に隣接する及び／又はそこから遠位であることをバッテリプロセッサ２６５に示して、バッテリプロセッサ２６５に、バッテリモジュール２６０からハンドピース２２５、ひいては、可変速モータ２４５への電力の流れを中断させるよう、ナビゲーションプロセッサ１４０からの信号を構成できる。或いは、ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０の位置が仮想境界（境界４、５、６、７）に隣接する及び／又はそこから遠位であるということが判定されたことに基づいて、バッテリプロセッサ２６５に対して、バッテリモジュール２６０からハンドピース２２５、ひいては、可変速モータ２４５への電力の流れを中断するように指示する、バッテリプロセッサ２６５へのコマンドが、ナビゲーションプロセッサ１４０からの信号に含まれ得ることも企図される。さらに、バッテリプロセッサ２６５は、器具プロセッサ２１５と通信可能であり、器具プロセッサ２１５は、バッテリプロセッサから受信したデータに基づいて、モータを停止するように構成可能である。
図６を参照すると、上述の手術ナビゲーションシステム１００、及び第１手術器具２２０を含む手術システムの例示的な構成が図示されている。図６では、第１手術器具のみが図示されているが、上述の手術器具２２０、３２０、４２０のいずれかが、システムに含まれ得ることが企図される。また、手術システムは、第１手術器具２２０のハンドピース２２５へと着脱可能に結合する複数のエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃも有することができる。エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃは、エンドエフェクタ、手術用取付具、及び／又は器具取付具と称することもある。例えば、手術システムは、生物学的材料を切断するか及び／又は穴を穿孔するためのドリルを含む、第１エンドエフェクタ２４０Ａを有することができる。手術システムは、穴又は開口部の内面にネジ山を形成するタップを含む第２エンドエフェクタ２４０Ｂも含んでよい。手術システムは、穴又は開口部内にネジを打ち込む又は挿入するドライバを含む第３エンドエフェクタ２４０Ｃも含み得る。エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃはそれぞれ、マーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃの独自の構成及び／又は配置を備える、器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃを有することができる。例えば、器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃのマーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃは、他の器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃのマーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃに対して特有のサイズ、形状、及び／又は配置を含み得る。図示されていないが、エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃをそれぞれ、別々のハンドピース２２５に結合可能であり、ハンドピース２２５はそれぞれ、マーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃの特有の構成及び／又は配列を有する追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃを有することができることも企図される。例えば、器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃのマーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃは、他の器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃのマーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃに対して特有のサイズ、形状、及び／又は配置を含み得る。特定のハンドピース２２５との既知の関連性、並びに、特定のハンドピース２２５に取り付けられている器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃのマーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃに対する特有のサイズ、形状、及び／又は配置に基づいて、エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃを特定するよう、ナビゲーションシステム１００を構成可能である。次いで、ナビゲーションシステムは、現在ナビゲート中の適切なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの仮想境界（境界４、５、６、７）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン４、５、６、７）を提供するように構成されてもよい。
器具追跡デバイス２３０Ａ、２３０Ｂ、２３０Ｃのマーカ２３５Ａ、２３５Ｂ、２３５Ｃの配置及び／又は構成に基づいて、どのエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃが第１手術器具のハンドピース２２５に結合されるかを特定するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。次に、手術ナビゲーションシステム１００は、様々なアラートゾーンを定義するように構成されてもよい。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、個々のエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれについて、目標深さに対応するアラートゾーン及び／又は境界を定義するように構成され得る。仮想境界（境界４、５、６、７）、及び／又はアラートゾーンであるゾーン５、６及び７の例示的な構成が図５Ｄに示されており、境界５は、第１エンドエフェクタ２４０Ａの目標深さに対応してもよく、境界６は、第２エンドエフェクタ２４０Ｂの目標深さに対応してもよく、境界７は、第３エンドエフェクタ２４０Ｃの目標深さに対応し得る。手術ナビゲーションシステム１００により、手術器具２２０、３２０、４２０が仮想境界（境界４、５、６、７）の１つ以上にあるか若しくはこの境界に隣接している、又は、所定のアラートゾーンの１つに進入したと判断された際、手術器具２２０、３２０、４２０のモータ２４５、３４５、４４５の速度を操作するよう、及び／又は、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を駆動させるよう、手術ナビゲーションシステム１００を、プログラム及び／又は構成することができる。例えば、手術ナビゲーションシステム１００により、第１エンドエフェクタ２４０Ａがハンドピース２２５に結合されていることが検出されると、手術ナビゲーションシステム１００は、第１エンドエフェクタ２４０Ａが境界５に隣接する及び／又はそこから遠位にある際、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる信号を、手術器具２２０のプロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するように構成されてもよい。手術ナビゲーションシステム１００により、第２エンドエフェクタ２４０Ｂがハンドピース２２５に結合されていることが検出されると、手術ナビゲーションシステム１００は、第２エンドエフェクタ２４０Ｂが境界６に隣接する、及び／又はそこから遠位にある際、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる信号を、手術器具２２０のプロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するように構成されてもよい。手術ナビゲーションシステム１００により、第３エンドエフェクタ２４０Ｃがハンドピース２２５に結合されていることが検出されると、手術ナビゲーションシステム１００は、第３エンドエフェクタ２４０Ｃが境界７に隣接する及び／又はそこから遠位にある際、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる信号を、手術器具２２０のプロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するように構成されてもよい。つまり、或る特定のエンドエフェクタについて、或る特定のアラートゾーン及び／又は仮想境界のみを有効にする。適切なエンドエフェクタが術野に入ると、手術ナビゲーションシステムは、特定されたエンドエフェクタに適した適切な仮想境界及び／又はアラートゾーンのみを有効にする。
エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界の１つに隣接する、及び／又はそこから遠位になる、及び／又は、様々なアラートゾーンの１つに進入する際、手術ナビゲーションシステム１００が、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる信号を手術器具２２０、３２０、４２０のプロセッサ２１５、３１５、４１５に送信すると、プロセッサ２１５、３１５、４１５は、モータを０ｒｐｍで回転させる等、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる。エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、仮想境界の１つと隣接する及び／又はそこから遠位にあり、及び／又は、様々なアラートゾーンの１つの中に留まっている間、可変速モータ２４５、３４５、４４５を一時的に停止させた後、可変速モータ２４５、３４５、４４５を再起動するように、プロセッサ２１５、３１５、４１５を構成できる。可変速モータ２４５、３４５、４４５は、１秒、２秒、３秒、４秒を超える時間の経過等の所定期間の後で、プロセッサ２１５、３１５、４１５によって再起動可能である。
或いは、プロセッサ２１５、３１５、４１５によって、スイッチ２５０、３５０、４５０がユーザにより操作されたことを示す信号が受信された後に、可変速モータ２４５、３４５、４４５は、プロセッサ２１５、３１５、４１５によって再起動されてもよい。例えば、プロセッサで、所定期間内のスイッチの一連の動作を分析する。例えば、スイッチ２５０、３５０、４５０が、半秒以内に第２位置と第１位置との間で操作され、第２位置に戻ったということを示す信号をスイッチセンサから受信した後で、プロセッサ２１５、３１５、４１５は、可変速モータ２４５、３４５、４４５を再起動するように構成されてもよい。スイッチ２５０、３５０、４５０を操作する時間及び回数は、可変速モータ２４５、３４５、４４５がアラートゾーンへの進入により停止した後に可変速モータ２４５、３４５、４４５を再起動するためにスイッチ２５０、３５０、４５０を操作する一例のケーデンス及び／又は時間フレームとして意図されているに過ぎない。一例では、トリガ又はフットスイッチ２５０、３５０、４５０が完全に解放された際、プロセッサ２１５、３１５、４１５は、モータ２４５、３４５、４４５を再起動してもよい。
モータ２４５、３４５、４４５が再起動すると、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の速度の制御は、通常の動作の場合と同様に、スイッチ又はトリガ２５０、３５０、４５０の操作によって実行され得る。
エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界の１つに隣接する及び／又はそこから遠位にある間、及び／又は様々なアラートゾーンの１つの中にまだ留まっている間、可変速モータ２４５、３４５、４４５を再起動すると、手術ナビゲーションシステム１００は、引き続き、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は手術器具２２０、３２０、４２０の位置を追跡する。
しかし、再起動後、手術ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０、及び／又は手術器具２２０、３２０、４２０が、境界に対して遠位方向に更に移動する、及び／又は、アラートゾーン内へと更に移動しているか、又は、境界に対して遠位方向に閾値距離を移動している、及び／又は、アラートゾーンの一部を通過していることが検出された場合、可変速モータ２４５、３４５、４４５の速度をもう一度操作する及び／又は停止させる後続信号をプロセッサ２１５、３１５、４１５に送るよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。例えば、手術ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、仮想境界から２ミリメートル遠位に移動した、及び／又はアラートゾーンの中に更に移動したことが検出された場合、可変速モータ２４５、３４５、４４５を再起動させる後続信号をプロセッサ２１５、３１５、４１５に送るよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。そして、術者は、可変速モータ２４５、３４５、４４５を再起動させるために、上述のプロセスの１つを再び辿る必要がある。限られた回数の再起動のみを許容するよう、及び／又は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、境界及び／又はゾーンの閾値距離内にある時にのみ再起動を許容するよう、ナビゲーションプロセッサ１４０及び／又は器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を構成可能である。
或いは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界の１つに隣接する、及び／又はそこから遠位にある間、及び／又は、依然として様々なアラートゾーンの１つ内に留まっている間に、可変速モータ２４５、３４５、４４５が再起動すると、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界に対して近位方向に移動している、及び／又は、アラートゾーンから引き出されていることを、手術ナビゲーションシステム１００が判断した場合、可変速モータ２４５、３４５、４４５が中断せずに動作できるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。つまり、ナビゲーションシステム１００により、エンドエフェクタ２４０、３２４０、４４０が反転されていることが決定されると、手術器具２２０、３２０、４２０の通常動作を可能にするよう、ナビゲーションプロセッサ１４０及び／又は器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を構成できる。
第１手術器具２２０は、可変速モータ２４５の動作特性を変更するように構成されたモードスイッチ２７０も有することができる。スイッチは、２つ以上の位置の間で摺動可能及び／又は回転可能に構成されてもよい。例えば、第１位置及び第２位置があり得る場合、モードスイッチは、モードスイッチの位置に基づいて、可変速モータを高速と低速との間で切り替えるように構成されてもよい。或いは、モードスイッチは、モードスイッチの位置に基づいて、可変速モータを高トルク動作モードと低トルク動作モードとの間で切り替えるように構成されてもよい。更に別の構成において、モードスイッチは、モードスイッチの位置に基づいて、可変速モータを高速低トルク動作モードと低速高トルク動作モードとの間で切り替えるように構成され得る。動作モードは、実施されるべき治療の種類に応じて、医療専門家が選択することができる。例えば、穴あけ加工を行う場合、医療専門家は、手術器具２２０を高速低トルク動作モードにしたいと思うかもしれない。或いは、打ち込み加工を行う場合、医療専門家は、手術器具２２０を低速高トルク動作モードにしたいと思うかもしれない。
手術ナビゲーションシステム１００は、モードスイッチ２７０の位置を決定するようにも構成されてもよい。手術器具２２０は、モードスイッチ２７０の位置を検出するモードスイッチセンサを有することができる。そして、プロセッサ２１５は、モードスイッチの位置を手術ナビゲーションシステム１００に通信するように構成されてもよい。或いは、モードスイッチは、手術ナビゲーションシステム１００がモードスイッチ２７０の位置を決定可能とする追跡装置を有することができる。別の構成として、手術ナビゲーションシステム１００は、マシンビジョンを使用してモードスイッチ２７０の位置を決定するようにも構成されてよい。上記のとおり、複数のエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのうち、手術器具２２０のハンドピース２２５に結合するものを決定するよう、手術ナビゲーションシステムを構成することもできる。上述のように、特定の動作モードが、別の手順では有利になる場合がある。それゆえ、モードスイッチ２７０の特定された位置に基づいて、エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃを動作モードと比較するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。次に、モードスイッチ２７０の位置がハンドピース２２５に結合するエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの好ましい動作モードと一致しない場合、ハンドピース２２５の動作を阻止する信号を手術器具２２０のプロセッサ２１５、２６５に送信するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。例えば、ドリル型エンドエフェクタ２４０Ａがハンドピース２２５に結合し、推奨動作モードが高速低トルクであり、モードスイッチ２７０が低速高トルクの位置である場合、手術ナビゲーションシステム１００は、信号をプロセッサ２１５、２６５に送信して、モードスイッチ２７０が高速低トルク位置に移動されるまで、プロセッサ２１５、２６５は、可変速モータ２４５の通電を防止するように構成されてもよい。
図７を参照すると、上述の手術ナビゲーションシステム１００及び第２手術器具３２０を含む手術システムの例示的な構成が図示されている。図６では、第１手術器具のみが図示されているが、上述の手術器具２２０、３２０、４２０のいずれかがシステムに含まれ得ることが企図される。また、手術システムは、第２手術器具３２０のハンドピース３２５へと着脱可能に結合する複数のエンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃも有することができる。エンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃは、エンドエフェクタ、手術用取付具、及び／又は器具取付具と称することもある。例えば、手術システムは、第１直径ヘッドＤ１を有する第１バーヘッド３６０Ａを備える、第１エンドエフェクタ３４０Ａを有することができる。手術システムは更に、第２直径ヘッドＤ２を有する第２バーヘッド３６０Ｂを備える、第２エンドエフェクタ３４０Ｂを有することができる。さらに、手術システムは、第１直径ヘッドＤ３を有する第３バーヘッド３６０Ｃを備える、第３エンドエフェクタ３４０Ａも有することができる。そして、各エンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃのヘッドは、形状、材料、及び／又は切断種類によって異なってもよいことが企図される。さらに、シャフトの長さは、あるエンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃから次のエンドエフェクタまで変化してもよいことも企図される。
エンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃのうち、ハンドピース３２５に結合するものを特定するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成することもできる。ハンドピース３２５に結合されているエンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃを特定する１つの例示的方法は、マシンビジョンを使用することである。この例示的構成において、各種エンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃのそれぞれの特性に基づいて、ハンドピース３２５に結合されるエンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃを特定するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、ヘッド３６０Ａ、３６０Ｂ、３６０Ｃの直径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に基づいて、エンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃを特定するように構成されてもよい。次に、特定されたエンドエフェクタ３４０Ａ、３４０Ｂ、３４０Ｃに基づいて、様々なアラートゾーンを定義するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、１つ以上の重要な解剖学的構造を囲んで、アラートゾーンを定義するように構成されてもよい。仮想境界（境界１、２、３）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３）の例示的な構成を、図４Ａ～図４Ｄに示す。様々な仮想境界及び／又はアラートゾーンは、単一の重要な解剖学的構造の周りの様々な距離に基づくか、又は複数の重要な解剖学的構造を、１つ以上の仮想境界、及び／又はアラートゾーンを使用して特定可能である。手術ナビゲーションシステム１００により、手術器具２２０、３２０、４２０が所定のアラートゾーンの１つに進入したと判断された際、手術器具２２０、３２０、４２０を停止すること、又は、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動すること等の、種々のアラートタイプのいずれかを実行するよう、手術ナビゲーションシステム１００をプログラム及び／又は構成することができる。例えば、エンドエフェクタの直径が異なると、アラートゾーンの厚みが異なり得る。つまり、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の特定に基づいて、重要な構造及び／又は境界に対するアラートゾーンの深さを、ナビゲーションシステム１００によって自動的に調整及び／又は構成してもよい。
図８を参照すると、ナビゲーションシステム１００のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０の例示的な構成が図示されている。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、ナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０上のタッチスクリーンとして構成可能である。図８に示されるように、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、術者が選択可能及び／又は操作可能である、複数のボタン及び／又はプロンプトを有することができる。例えば、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、医療処置中に提供されるべきアラート用の様々な設定を修正又は調整するために、ユーザが選択可能又は操作可能な複数のボタンを含む、例示的なアラートインタフェース１５１又はウィンドウを有することができる。アラート設定インタフェース１５１は、器具選択ボタン１５２Ａ、１５２Ｂを有することができる。器具選択ボタン１５２Ａ、１５２Ｂは、術者が、手術器具の入力済みリストから手術器具アセンブリ２００、３００、４００を選択することを可能にするか、又は、術者が、外科手術以外中に利用される特定の手術器具アセンブリ２００、３００、４００を入力可能にし得る。例えば、器具選択ボタン１５２Ａ、１５２Ｂは、術者が高速切断バーを含む第２手術器具３２０を選択することを可能にし得る。これにより、特定の手術器具３２０がナビゲーションシステム１４０から特定されるので、ナビゲーションシステムが、特定された器具について使用される様々な仮想境界及び／又はアラートゾーンを入力することができる。さらに、器具選択ボタン１５２Ａ、１５２Ｂは、術者が、手術器具アセンブリ２００、３００、４００、及び、手術器具２２０、３２０、４２０に結合され得る１つ以上のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を選択できるよう構成可能である。例えば、術者は、第１手術器具２２０を選択し、さらに、ナビゲーションシステムが、様々なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃごとに様々な仮想境界及び／又はアラートゾーンを入力可能にするよう、手術中に使用可能なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの１つ以上を選択できる。
アラート設定インタフェース１５１はさらに、１つ以上のアラートボタン１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｃ、１５６Ｄを有することができる。アラートボタン１５２Ａ、１５２Ｂ、１５６Ｃ、１５６Ｄを使用して、上記の様々なアラートを操作できる。例えば、第１アラートボタン１５６Ａは、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転速度に関連するアラートをユーザが起動又は停止できるように構成されてもよい。例えば、上記のとおり、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の、１つ以上の仮想境界及び／又はアラートゾーンに対する位置に基づいて、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転速度（ＲＰＭ）を操作するよう、ナビゲーションプロセッサ１４０及び／又は器具プロセッサ２１５、３１５、４１５を構成できる。
第２アラートボタン１５６Ｂは、ユーザが触覚アラートを起動又は停止できるように構成できる。例えば、ユーザは、第２アラートボタン１５６Ｂを操作して、上述した触覚アラートの１つを駆動させることができる。これには、仮想境界及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいて、術者に触覚アラートを提供するように構成されたアラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する信号を手術器具アセンブリ２００、３００、４００に送信するように、ナビゲーションプロセッサ１４０を構成することが含まれ得る。
第３アラートボタン１５６Ｃは、ユーザが視覚的アラートを起動又は停止できるように、構成できる。例えば、ユーザは、第３アラートボタン１５６Ｃを操作して、視覚的アラートの１つを駆動させることができる。これには、仮想境界及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいて、術者に視覚的アラートを提供するように構成されたアラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する信号を手術器具アセンブリ２００、３００、４００に送信するように、ナビゲーションプロセッサ１４０を構成することが含まれ得る。
第４アラートボタン１５６Ｄは、ユーザが上記の可聴アラームの１つを起動又は停止できるように構成できる。例えば、ユーザは、第４アラートボタン１５６Ｄを操作して、可聴アラートを作動させて、ナビゲーションプロセッサ１４０は、仮想境界及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいて、術者に可聴アラートを提供するように構成されたアラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動する信号を手術器具アセンブリ２００、３００、４００に送信することができる。
グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ａのアラート設定インタフェース１５１は、１つ以上のアラートグラフィック１５８Ａ、１５８も有することができる。アラートグラフィック（複数の場合もある）１５４Ａ、１５４Ｂは、特定の手術器具及び／又はエンドエフェクタに特有であり、種々の仮想境界及び／又はアラートゾーンの位置の概略及び／又は視覚的表現を提供するように構成されてもよい。第１アラートグラフィック１５８Ａは、術者が手術の位置を特定すること、並びに、様々なアラートを設定することを支援するための、手術領域、及び医療処置中に挿入されるべき任意のインプラント又はデバイスの視覚表現を有することができる。例えば、図８に示すように、第１アラートグラフィックは、手術が行われる領域を点線で概略的に示した椎体の視覚表現を含む。第１アラートグラフィックは、手術中に挿入されるべき椎弓根スクリューの視覚表現を更に含み得る。
術者により様々な仮想境界及び／又はアラートゾーンのそれぞれに割り当てられたアラートがトリガされるべき場所を調整又は修正しやすくするために、インプラント又はデバイスに対する様々な仮想境界（境界５、６、７）を示すマーカと共に、手術中に挿入されるべきインプラント又はデバイスの視覚的表現を提供するように、第２アラートグラフィック１５８Ｂを構成できる。例えば、図８に示すように、第２アラートグラフィック１５８Ｂは、挿入されるべき椎弓根スクリューの視覚的表現、及び、手術中に様々なアラートをトリガする、椎弓根スクリューに対する様々な仮想境界（境界１、２、３）の位置を示す椎弓根スクリューに沿ったマーカを含む。
さらに、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ａのアラート設定インタフェース１５１は、仮想境界設定インタフェース１６０Ａ、１６０Ｂを有することができる。仮想境界設定インタフェース１６０Ａ、１６０Ｂは、仮想境界が上記の様々なアラートの１つ以上をトリガするタイミングを設定及び／又は操作するための１つ以上のプロンプト又はボタン１６２Ａ、１６２Ｂ、１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅを含み得る。第１仮想境界設定インタフェース１６０Ａは、第１ボタン１６２Ａを含められ、このボタンは、手術中に挿入されるべきインプラント（複数の場合もある）及び／又はデバイス（複数の場合もある）を特定するように構成可能である。これにより、ナビゲーションシステム１００は、仮想境界及び／又はアラートゾーンのうちどれを、いくつ提供するかを決定することができる。例えば、術者が第１ボタン１６２Ａを操作して、椎弓切開を実施することを示した場合、ナビゲーションシステム１００は、これが切除プロセスであることを理解し、そして、ナビゲーションシステム１００は、術者の手術を支援するために、椎骨の重要構造の周りの様々なアラートゾーンを認識し、特定し、提供するはずであろう。或いは、術者が第１ボタン１６２Ａを操作して椎弓根スクリュー手術を実施することを示した場合、ナビゲーションシステム１００は、穴あけ、タッピング、及び椎弓根スクリューの配置において、術者を支援するために必要な様々な仮想境界を認識し、特定し、提供するであろう。
仮想境界設定インタフェース１６０Ａの第２ボタン１６２Ｂは、深さボタン１６２Ｂを含むよう構成可能である。深さボタン１６２Ｂは、椎弓切開といった切除処置用のアラートゾーンの深さを術者が選択できるように構成され得る。例えば、図８に示す第１境界設定インタフェース１６０Ａは、術者が、第１ボタン１６２Ａの操作に基づいて、椎弓切開用のアラートを設定していることを示す。術者によるこの選択に基づいて、第２ボタン１６２Ｂは、術者が、様々なアラートの１つ以上をトリガするためにナビゲーションシステム１００が使用するべきアラートゾーンの深さを選択できるように構成された操作可能ボタンを提供する。
境界設定インタフェース１６０Ａのボタン１２Ａ、１６２Ｂの操作に基づいて、境界設定インタフェース１６０Ａに隣接するアラートグラフィック１５８Ａを、操作又は変更できるよう、アラート設定インタフェース１５１を構成できる。
アラート設定インタフェース１５１の第２境界設定インタフェース１６０Ｂは、医療処置中にアラートをトリガするための様々な仮想境界及び／又はアラートゾーンの構成に関連する追加のボタン１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅを有することができる。例えば、図８に示すように、第２境界設定インタフェース１６０Ｂは、椎弓根スクリューを挿入する処置用のアラート設定を操作するためのボタン１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅを提供するように構成可能である。第２境界設定インタフェース１６０Ｂの第３ボタン１６２Ｃは、境界５のような仮想境界を目標軌道に沿って配置するための基準位置の距離又は深さを設定するように構成され得る。例えば、図８に示すように、第３ボタン１６２Ｃは、アラートがトリガされる前に、術者が第１エンドエフェクタ、すなわちドリルを挿入するための深さを設定することを可能にするトグルを含む。例として、ユーザは、第３ボタン１６２Ｃを３０ｍｍに設定すると、ナビゲーションシステム１００は、第１エンドエフェクタが３０ｍｍの距離を移動したか、又は３０ｍｍの深さに達した際に、そのアラートをトリガすべきであることを示す。第２境界設定インタフェース１６０Ｂは、第２エンドエフェクタ、つまり、タップ、及び／又は第３エンドエフェクタ、つまり、ネジ挿入用ドライバについて、アラートをトリガすべきタイミングを操作及び／又は調整するための追加のボタン１６２Ｄ、１６２Ｅを有することができる。上記のとおり、第２エンドエフェクタ及び第３エンドエフェクタのアラートを操作するための第４ボタン１６２Ｄ及び第５ボタン１６２Ｅが、第１エンドエフェクタのアラートをトリガするための仮想境界に基づいて、アラートをトリガする仮想境界の位置を操作できるよう、ナビゲーションシステム１００を構成できる。例えば、第４ボタン１６２Ｄで示されるように、第２エンドエフェクタ、すなわち、タップ用のアラートをトリガするための仮想境界は、第１エンドエフェクタ用のアラートをトリガするための仮想境界に対して０ミリメートル（０ｍｍ）ずらす必要がある。しかし、第４ボタン１６２Ｄは、必要に応じて、第２エンドエフェクタ用のアラートをトリガするための境界をシフトするように操作可能である。同様に、第５ボタン１６２Ｅは、第３エンドエフェクタ用のアラートをトリガするための仮想境界を変更又は調整するように操作可能である。
グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ａのアラート設定インタフェース１５１は、アラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂも有することができる。アラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂは、選択されたアラートがアクティブであり、適切に動作していることをテスト及び／又は確認するように構成されてもよい。例えば、操作に際して、術者が医療処置に関連する様々な情報を全て選択する、及び／又はアラート設定インタフェース１５１に入力した後、術者は、アラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂを選択して、選択したアラートがアクティブであることを確認できる。例えば、術者がモータ速度アラートを作動させるように指示された第１アラートボタン１５６Ａを選択した場合、術者は、手術器具２２０、３２０、４２０を起動して、アラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂを押下することができる。アラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂを押すと、ナビゲーションシステムは、モータの速度を下げ、ひいては、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の回転速度を下げる等、第１アラートボタン１５６Ａに関連するアラートを作動させるテスト信号を器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に送信するよう指示する。ユーザがアラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂを選択すると、アラートボタン１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｃ、１５６Ｄ、１５６Ｅの操作に基づいて起動した各種アラートがそれぞれ、トリガするはずである。アラートテストボタン１６４Ａ、１６４Ｂの選択時にトリガされないアクティブ化されたアラートは、医療処置を開始する前にそれらが実際に適切に動作していることを確認するために、術者が更に評価するものとする。
図９を参照すると、ナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０で示される例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂが図示されている。既知の座標系内でのインプラント２７５Ａ、２７５Ｂの計画された姿勢を含めて、手術計画の視覚的表現を含めるよう、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂを構成できる。インプラント２７５Ａ、２７５Ｂは、目標軸である軸Ｔ１、軸Ｔ２を定義し得る。上述のように、ナビゲーションシステム１００は、手術で使用される様々なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれに対する目標深さを表す目標軸である軸Ｔ１、軸Ｔ２に沿って、１つ以上の仮想境界（境界５、６、７）を提供し得る。例えば、図９で示されるように、インプラント２７５Ａ、２７５Ｂのそれぞれについて、目標軸である軸Ｔ１、軸Ｔ２に沿って第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）が示されている。ネジ２７５Ａ、２７５Ｂを配置する穴を開けるためのドリル等の第１エンドエフェクタ２４０Ａの先端に対する目標深さに基づいて、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）を定義するように、ナビゲーションシステム１４０を構成できる。更に、穴のネジを切るためのタップ等の第２エンドエフェクタ２４０Ｃの目標深さに基づいて、第２境界（境界６Ａ、６Ｂ）を定義するよう、ナビゲーションシステム１００を構成可能である。ナビゲーションシステム１００が、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂ及びその姿勢に少なくとも部分的に基づいて、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）に対する第２境界（境界６Ａ、６Ｂ）を定義できることも企図される。例えば、ナビゲーションシステム１００は、目標軸である軸Ｔ１、軸Ｔ２に沿った患者の既知の座標系内で、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）を定義可能である。次に、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂに基づいて、ナビゲーションシステム１００は、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂに基づいて、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）から隔置して第２境界（境界６Ａ、６Ｂ）を定義するように構成され得る。更に、穴にネジ２７５Ａ、２７５Ｂを入れるためのドライバ等の第３エンドエフェクタ２４０Ｃの目標深さに基づいて、第３境界（境界７Ａ、７Ｂ）を定義するよう、ナビゲーションシステム１４０を構成可能である。ナビゲーションシステム１００が、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂ、及びその姿勢に少なくとも部分的に基づいて、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）に対する第３境界（境界７Ａ、７Ｂ）を定義できることも企図される。例えば、ナビゲーションシステム１００は、目標軸である軸Ｔ１、軸Ｔ２に沿った患者の既知の座標系内で、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）を定義可能である。次に、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂに基づいて、ナビゲーションシステムは、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂに基づいて、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）から隔置して第３境界（境界７Ａ、７Ｂ）を定義するように構成され得る。例えば、ナビゲーションシステムは、第１の境界（境界１Ａ、１Ｂ）の深さと、選択されたインプラント２７５Ａ、２７５Ｂの既知の長さとに基づいて、ナビゲーションシステムによって、第３境界（境界７Ａ、７Ｂ）が第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）から目標軸である軸Ｔ１、軸Ｔ２に沿って３０ミリメートル（ｍｍ）離すべきであると決定することができるように構成され得る。図９では、第１境界（境界５Ａ、５Ｂ）、第２境界（境界６Ａ、６Ｂ）、及び第３境界（境界７Ａ、７Ｂ）のみを図示しているが、更なる仮想境界も企図される。ナビゲーションシステム１４０は、エンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれに仮想境界を定義し、割り当てるように構成可能である。これらの仮想境界の位置、及び／又はそれらを上述の様々なアラートの１つをトリガするように構成するタイミングは、アラート設定インタフェース１５１について図８に関して説明した方法で操作及び／又は調整できる。
図９の例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂは、インプラント２７５Ａ、２７５Ｂの配置を修正又は適応させるために術者が操作可能な複数の計画ボタン１６８Ａ、１６８Ｂを含む計画インタフェース１６６Ａを含むこともできる。例えば、計画インタフェース１６６Ａは、計画されたネジの直径を変更するために術者が操作可能な直径ボタンを含み得る。更に、計画インタフェース１６６Ａは、計画されたネジ２７５Ａ、２７５Ｂの長さを変更するために術者が操作可能な長さボタンを含み得る。計画インタフェース１６６Ａを使用することで、ユーザは、患者モデルに対する位置及び／又は方向を変えることにより、計画されたネジ２７５Ａ、２７５Ｂを再配置することができる。
図９のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂの計画インタフェース１６６Ａは更に、アラートボタン１７０を有することができる。上記のとおり、アラートボタン１７０は、上述した１つ以上の様々なアラートをアクティブ化、修正、及び／又は無効化するように構成されてもよい。術者がアラートボタン１７０を選択すると、図８で説明したものと同様の境界設定インタフェース１６０Ｃを開くことができるよう、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂを構成できる。境界設定インタフェース１６０Ｃは、仮想境界、及び／又は１つ以上のアラートをトリガするように構成されたアラートゾーンを変更又は調整するよう、術者が操作可能な追加のボタン及び／又はプロンプトを含み得る。
図１０を参照すると、アラートボタン１７０の選択時に術者が見ることができる例示的な境界設定インタフェース１６０Ｃが図示されている。例えば、ユーザが図９からのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂから計画インタフェース１６６Ａのアラートボタン１７０を選択すると、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂに、ナビゲーションディスプレイ１２０上で表示する境界設定インタフェース１６０Ｃを開かせることができる。境界設定インタフェース１６０Ｃは、術者が様々なアラートをアクティブ化又は非アクティブ化できるように構成されるアラートボタン１５６Ｄを有することができる。更に、境界設定インタフェース１６０Ｃは、上述した図８の境界設定インタフェース１６０Ａ、１６０Ｂについて説明したものと同様の、１つ以上のボタン１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅも有することができる。例えば、境界設定インタフェース１６０Ｃは、様々なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃごとに１つ、３つの境界操作ボタン１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅを有することができる。上記のとおり、ボタン１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅの操作により、様々なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃのそれぞれについてアラートがトリガされるタイミングを変更又は操作することができる。これにより、術者は、ナビゲーションシステム１００を変更することにより、カスタム手術計画を作成することができる。ボタン１６２Ｃ、１６２Ｄ、１６２Ｅを使用して術者が入力した値に基づいて、様々な仮想境界の位置は、手術中に１つ以上の仮想境界に対する様々なエンドエフェクタ２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃの位置を基にアラート（複数の場合もある）をトリガするよう、システムをナビゲートする際に使用される手術計画内で更新されるはずである。
グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｂは、ナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０上に表示されるレベルラベル１７４さえも有することができる。レベルラベル１７４は、解剖学的形状部又は重要な構造を識別するように構成可能である。例えば、図９及び図１０に示すように、レベルラベル１７４は、第３腰椎の椎骨（Ｌ３）を特定するように構成される。レベルラベル１７４を使用して、患者の任意の数の解剖学的構造及び／又は領域を識別することができる。或いは、レベルラベル１７４を使用して、表示されている解剖学的構造の特定の姿勢、方向、又はビューを特定することが可能である。レベルラベル１７４は、患者データに基づいてナビゲーションシステムによって自動的に割り当てられ得る。或いは、レベルラベル１７４は、入力済みリストから術者が選択できる。例えば、患者データは、患者の脊椎の画像又は表現を含められ、術者は、脊椎のそれぞれに割り当てられたレベルラベル１７４を選択することができる。更に別の構成において、ナビゲーションシステム１００は、術者がユーザ入力デバイス１３０又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０を使用してレベルラベル１７４を入力できるように構成されてもよい。
図１１Ａ～図１１Ｃを参照すると、ナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０で示される代替の例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃが図示されている。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、切除処置用の解剖学的形状部に対する既知の座標系で示される様々な仮想境界（境界１、２、８、９）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）を含む解剖学的形状部の複数のビューを表示するように構成可能である。図１１Ａを参照すると、椎骨の上面図が、重要な解剖学的構造に対する様々な仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）の位置を含めて、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃに表示されている。上記のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０と同様に、図１１Ａで図示されたグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、様々なアラートの１つ以上をアクティブ化及び／又は非アクティブ化するように構成されたアラートボタン１５６Ｄ等の１つ以上のボタンを有する計画インタフェース１６６Ｂを含む。更に、計画インタフェース１６６Ｂは、術者が１つ以上の様々なアラートをトリガするように構成される種々のアラート、及び／又は様々な仮想境界（境界１、２、８、９）を操作するように構成された計画ボタン１６８Ｃも有することができる。例えば、計画インタフェース１６６Ｂの計画ボタン１６８Ｃは、ユーザがアラートゾーン（ゾーン１）の少なくとも一部を定義する１つ以上の仮想境界（境界１、２）間の距離を操作することによって、種々のアラートゾーンの１つ以上の深さを増減させることができるよう構成可能である。
更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、様々な仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に対する解剖学的形状部の表示内に配置される、アラートインジケータ１７２も含み得る。アラートインジケータ１７２は、特定の仮想境界（境界１、２、８、９）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に近接して配置可能であり、境界（境界１、２、８、９）、及び／又はアラートボタンに近接するアラートゾーン（ゾーン１）に割り当てられたアラートがアクティブ化、非アクティブ化、及び／又は、スヌーズされているかどうかを術者に特定させるよう構成され得る。例えば、第４境界である境界４に近接するアラートインジケータ１７２は、線が通ったベルを示す。ナビゲーションシステム１４０は、この記号が第４境界である境界４に関するアラートが非アクティブ化されていることを示すように構成されてもよい。或いは、第１境界と第２境界（境界１、２）に近接するアラートインジケータ１７２は、線が通らないベルを示す。ナビゲーションシステム１４０は、アラートインジケータ１７２が第１境界及び第２境界である境界１、２に関するアラートがアクティブ化されていることを示すように構成されてもよい。アラートインジケータ１７２は更に、特定の仮想境界（境界１、２、８、９）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に割り当てられたアラートをアクティブ化又は非アクティブ化するために、術者が選択可能及び／又は操作可能であってもよい。例えば、第４境界である境界４に近接するアラートインジケータ１７２は、術者によるアラートインジケータ１７２の操作によって、第４境界である境界４に関するアラートをアクティブ化又は非アクティブ化させることができるよう構成可能である。
図１１Ｂを参照すると、椎骨の側面図が、様々な仮想境界（境界１、２、８、９）の位置を含めて、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃに表示されている。図１１Ｂでは示されていないが、図１１Ｂのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は更に、術者が、様々なアラート、及び／又は様々な仮想境界（境界１、２、８、９）の位置、及び／又は様々なアラートをトリガするために定義可能なアラートゾーン（ゾーン１）の位置を操作可能にするように構成された１つ以上のボタン１６８を有する計画インタフェース１６６も有することができることも企図される。更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、様々な仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に対する解剖学的形状部の表示内に配置される、アラートインジケータ１７２も含み得る。アラートインジケータ１７２は、特定の仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に近接して配置可能であり、更に、特定の仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に割り当てられたアラートをアクティブ化、非アクティブ化、及び／又は、スヌーズするよう、術者が操作可能である。例えば、第４境界である境界４に近接するアラートボタンは、術者によるアラートインジケータ１７２の操作によって、第４境界である境界４に関するアラートをアクティブ化又は非アクティブ化させることができるよう構成可能である。上記のとおり、アラートインジケータ１７２は、境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートインジケータ１７２に近接するアラートゾーン（ゾーン１）に割り当てられたアラートがアクティブ化又は非アクティブ化されたかを術者が特定するよう更に構成可能である。
更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃに表示される解剖学的構造を特定する１つ以上のラベル１７４Ａ、１７４Ｂも有することができる。図１１Ｃで示されるように、２つのラベル１７４Ａ、１７４Ｂがグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃ上で示され、第１ラベル１７４Ａは主要な解剖学的構造を特定し、第２ラベル１６０Ｂは隣接する解剖学的構造を特定する。ユーザがグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃを操作して、一次解剖学的構造と隣接する解剖学的構造との間を移動できるよう、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃを構成可能である。例えば、術者は、第１ラベル１７４Ａに近接する解剖学的構造を一次解剖学的構造として特定する第１ラベル１７４Ａを選択することができる。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、ディスプレイ１２０の中央に一次解剖学的構造を表示するように構成可能である。或いは、術者は、第２ラベル１７４Ｂを選択する場合があり、第２ラベル１７４Ｂに近接する解剖学的構造を一次解剖学的構造として特定し、第２ラベル１７４Ｂに近接する解剖学的構造をディスプレイ１２０の中央に配置するよう、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃを構成することができる。図１１Ｂでは２つのラベルのみが示されているが、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、任意の数のラベル１７４を含めるように構成されてもよい。
図１１Ｃを参照すると、椎骨の斜視図が、様々な仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）の位置を含めて、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃに表示されている。図１１Ｃでは示されていないが、図１１Ｃのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は更に、術者が、様々なアラート、及び／又は様々な仮想境界（境界１、２、８、９）の位置、及び／又は様々なアラートをトリガするために定義可能なアラートゾーン（ゾーン１）の位置を操作可能にするように構成された１つ以上のボタン１６８を有する計画インタフェース１６６も有することができることも企図される。更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、様々な仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）に対する解剖学的形状部の表示内に配置される、アラートインジケータ１７２、１６６（図示せず）も含み得る。上記のとおり、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、任意の数のラベル１７４を含めるように構成されてもよい。図１１Ｃは、複数のラベル１７４Ａ、１７４Ｂ、１７４Ｃを含むグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃの例示的構成を示す。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃは、術者が表示のために選択する解剖学的構造のラベル１７４Ａ、１７４Ｂ、１７４Ｃを選択することによって、様々なラベル１７４Ａ、１７４Ｂ、１７４Ｃのそれぞれに関連付けられた様々な解剖学的構造の間を移動できるよう構成され得る。
図１２Ａ～図１２Ｃを参照すると、ナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０で示される代替の例示的なグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄが図示されている。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄは、上述の図１１Ａ～図１１Ｃのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃの機能、ボタン及び／又は要素のいずれか及び／又は全てを有することができる。更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄは、上述の図１１Ａ～図１１Ｃのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｃと同じ又は類似の方法で機能及び／又は動作可能である。図１２Ａ～図１２Ｃに示すグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄは、ビューボタン１７６も更に有することができる。ビューボタン１７６は、様々な仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）を含む解剖学的形状部のビュー間で切り替え及び／又はトグルするために、術者が操作できる。例えば、図１２Ａでは、ビューボタン１７６は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄが解剖学的形状部の軸位断像を表示していることを示している。或いは、術者は、ビューボタン１７６を使用して、解剖学的特徴及び関連する仮想境界（境界１、２、８、９）及び／又はアラートゾーン（ゾーン１）の様々なビューをグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄに表示させることができる。例えば、図１２Ｂを参照すると、ビューボタン１７６は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄが解剖学的形状部の矢状断像を表示していることを示している。図１２Ｃを参照すると、ビューボタン１７６は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄが解剖学的形状部の平面マップビューを表示していることを示している。
グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄが、ズームイン及び／又はズームアウト操作することによって、術者がナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０上で画像を操作できるように構成されたズームボタン１７８も有することができることも企図される。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｄのズームボタン１７８の例示的構成を図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。ズームボタン１７８は、本明細書に記載されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）のいずれかに含まれ得る。
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、インプラント２７５の配置中の手術器具２２０、３２０、４２０のナビゲーション中にナビゲーションシステム１００のディスプレイ１２０上に示されるような例示的グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅが図示されている。上記のグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０と同様、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅには、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに表示される解剖学的構造を特定するラベル１７４が含まれる。更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅは、術者がビューをトグルするように構成されるビューボタン１７６も含む。例えば、術者は、ビューボタン１７６を使用して、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに、図１３Ａで示される解剖学的構造の矢状断像を表示させることができる。或いは、術者は、ビューボタン１７６を使用して、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに、図１３Ｂで示される解剖学的構造の軸位断像を表示させることができる。図示されていないが、ビューボタン１７６を使用して、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに解剖学的構造の追加のビューを表示させることが可能であることが企図される。
更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅは、ナビゲーションシステム１００を使用して定義された仮想境界（境界５、６、７、８）、及び／又はアラートゾーンを表示するように構成可能である。上記のとおり、ナビゲーションシステム１００は、手術器具２２０、３２０、４２０のナビゲーション中、仮想境界（境界５、６、７、８）、及び／又はアラートゾーンの１つに対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいて、上記の種々のアラートの１つを器具プロセッサ２１５、３１５、４１５にトリガさせる信号又はコマンドを送信するよう構成可能である。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、図８で説明したアラートインタフェース１５１において術者が選択及び／又は入力した情報に基づいて、複数の仮想境界（境界５、６、７、８）及び／又はアラートゾーン（ゾーン４）が、既知の座標系で図示されている。仮想境界（境界５、６、７、８）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン４）は、アラートをトリガするように構成されている。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、仮想境界（境界５、６、７）は、それぞれの仮想境界（境界５、６、７）に対応するエンドエフェクタを挿入するための所望の深さに対応し得る。ナビゲーションシステム１００は、インプラント２７５又はデバイスを配置するために手術器具２２０、３２０、４２０をナビゲートする際に術者を支援する一環として、対応する仮想境界（境界５、６、７）に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいて、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５にアラートをトリガさせる信号又はコマンドを送信するよう構成可能である。
更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅは、ディスプレイにインプラント２７５又はデバイスの計画された姿勢２８０を表示するように構成できる。例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示されるように、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅは、術者が手術器具２２０、３２０、４２０をナビゲートしてインプラント２７５又はデバイスを配置するのを支援するために、既知の座標系内でインプラントの計画された姿勢２８０を示す輪郭を表示できる。図１３Ａ及び１３Ｂに見られるように、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅは、エンドエフェクタ２４０Ｃがインプラント２７５を計画された姿勢２８０及び仮想境界（境界５、６、７）に対して所定位置まで押し込むことを表示できる。
更に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅは、追加のユーザインタフェースボタン１８０、１８２も有することができる。ユーザインタフェースボタン１８０は、画面をロック又はロック解除するように構成されてもよい。例えば、術者は、ユーザインタフェースボタン１８０を操作して、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに余分に及び／又は不注意に触れて変更することを防ぐために画面をロックすることができる。或いは、ユーザインタフェースボタン１８２は、スクリーンショットを撮像、及び／又はグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに現在表示されている画像をキャプチャするように構成されてもよい。例えば、術者は、ユーザインタフェースボタン１８２を操作して、手術中における手術器具２２０、３２０、４２０のナビゲーション中に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに表示される画像をキャプチャすることができる。ユーザインタフェースボタン１８２は、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに表示される画像のビデオ記録をアクティブ化及び／又は非アクティブ化するようにも構成されてもよい。例えば、術者は、ユーザインタフェースボタン１８２を操作して、手術中における手術器具２２０、３２０、４２０のナビゲーション中に、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０Ｅに表示される画像のビデオ録画を開始及び停止することが可能である。
図示されていないが、手術器具２２０、３２０、４２０のナビゲーション中、様々なアラートの１つが仮想境界及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいてトリガされると、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、ユーザが、トリガされたアラートをスヌーズすること及び／又は一時的に非アクティブ化することを可能とするスヌーズボタンを提供又は表示するよう構成され得る。グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）１５０は、スヌーズボタンの操作により、上記のようなアラートの１つ以上を一時的に無効化するように構成されてもよい。例えば、スヌーズボタンを操作すると、トリガされたアラートは２秒等の所定時間だけ一時的に停止することができる。所定時間の経過後、仮想境界及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置に基づいて、保証される場合、アラートを再アクティブ化及びトリガ可能である。上記のとおり、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、仮想境界、及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対して更に所定距離を移動するまで、スヌーズボタンを操作して、トリガされたアラートを一時的に非アクティブ化することも企図される。エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が仮想境界、及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対して所定距離を移動すると、アラートは再アクティブ化され得る。ナビゲーションシステム１４０によって決定されるハンドピース２２５、３２５、４２５の移動方向、並びに仮想境界及び／又はアラートゾーンの１つ以上に対するエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の位置によって、アラートがトリガされる場合がある。様々なアラートをトリガ、スヌーズ、及び／又は再アクティブ化するための様々なシナリオは、上記でより詳述されている。
上記スヌーズ機能の動作の例は以下のとおりである。
Figure 2022549511000002
＜手術器具のナビゲーション方法＞
ナビゲーションシステムを用いて手術器具をナビゲーションする方法は、上述のイメージングシステム５００により、又は、患者２０の手術部位３０を撮像する他の同様の手段により提供される患者２０の術前データ及び／又は術中データ内で、仮想境界（境界５、６、７）、及び／又は、アラートゾーン、例えば、ゾーン１、２、３、及び４を定めるステップを含むことができる。この方法は更に、仮想境界（境界５、６、７）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）を患者に合わせて、特定、及び／又は位置合わせするステップも有することができる。例えば、これは、手術ナビゲーションシステム１００のユーザ入力部１３０を用いて、術前データ及び／又は術中データ内の仮想境界（境界５、６、７）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）を特定及び／又はマークすることにより実現可能である。仮想境界（境界５、６、７）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３、４）を定義することは、術者が医療処置中に避けたい神経等の重要な解剖学的構造を囲む境界をマークすることを含むことができる。また、様々な仮想境界（境界５、６、７）が、セグメント化アルゴリズム及び／又は境界生成器を使用して手術ナビゲーションシステムにより特定可能であることも企図される。仮想境界（境界５、６、７）は、ユーザが選択可能及び／又は変更可能である。重要な解剖学的構造に接近していることを術者に知らせるために、第１アラートゾーンであるゾーン１等の複数のゾーンを確立できる。第１アラートゾーンであるゾーン１は、第１仮想境界である境界１及び第２仮想境界である境界２によって、少なくとも部分的に定義可能であり、第１境界及び第２境界は、ユーザ選択可能距離、及び／又は深さで隔置されており、第１境界及び第２境界間で定義されたボリュームは、アラートゾーンであるゾーン１を表す。第２アラートゾーンであるゾーン２は、第１アラートゾーンであるゾーン１内で定義可能であり、第２アラートゾーンであるゾーン２は、重要な解剖学的構造へと一層近づいていることを、術者に知らせることを意図している。第３アラートゾーンであるゾーン３は、第１アラートゾーンであるゾーン１、及び第２アラートゾーンであるゾーン２の双方の中で定義可能であり、第３アラートゾーンであるゾーン３が、重要な解剖学的構造であり、その外周におり、重要な解剖学的構造を正に突破しようとしていることを術者に知らせることを意図している。第４アラートゾーンであるゾーン４は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が最初に椎骨に入る椎骨の表面の反対側の椎骨の外周に定義可能である。様々なアラートゾーンはそれぞれ、少なくとも部分的に、２つ以上の仮想境界の間で定義される領域又はボリュームとして定義可能である。エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が椎骨の外周に接近し、その外周を突破する恐れがあれば、第４アラートゾーンであるゾーン４は、その旨を術者に通知することができる。更に、このステップは、目標軌道である軸Ｔ、及び／又は目標位置Ｔを定義する等、計画された手術経路を定義することを有することができる。目標軌道である軸Ｔは、目標位置Ｔに到達するために手術器具２２０、３２０、４２０を位置合わせするための好適な軌道及び／又は姿勢を含み得る。目標軌道である軸Ｔは、限定されないが、重要な解剖学的構造を回避すること、実施される医療処置の種類、挿入されるインプラントの種類、並びに、インプラントの所望の位置及び／又は方向を含み得る要因の組み合わせに基づいて確立可能である。例えば、支持部材を脊椎に取り付けるための椎弓根スクリューを挿入するための好ましい角度及び／又は位置に基づいて、目標軸である軸Ｔを確立可能である。
更に、この方法は、患者２０及び／又は手術部位３０に対する器具追跡デバイス２３０、３３０、４３０の位置及び方向を使用して、手術器具２２０、３２０、４２０を追跡することを有することができる。これは、手術ナビゲーションシステム１００を使用して実現可能である。手術器具２２０、３２０、４２０の器具追跡デバイス２３０、３３０、４３０は、手術ナビゲーションシステム１００に位置合わせ可能である。次に、手術ナビゲーションシステム１００は、追跡ユニット１１０を使用して、医療処置中に手術器具２２０、３２０、４２０の位置、方向、及び／又は姿勢を追跡できる。
更に、この方法は、定義された仮想境界（境界４、５、６、７）、及び／又はアラートゾーンであるゾーン１、２、３に対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置に基づいて、手術器具２２０、３２０、４２０の可変速モータ２４５、３４５、４４５の速度を最大切断速度と最小切断速度との間で操作することも有することができる。例えば、手術器具２２０、３２０、４２０が仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信して、更に、手術器具２２０、３２０、４２０が第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことを術者に通知するために、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に、モータ２４５、３４５、４４５の速度を最大切断速度から最小切断速度に下げるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。更に、手術器具２２０、３２０、４２０のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が第３アラートゾーンであるゾーン３を突破しようとしていることを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信し、更に、モータ２４５、３４５、４４５の速度を低減して及び／又はモータを無効化して、手術器具２２０、３２０、４２０が第３アラートゾーンであるゾーン３を突破しようとしていることを術者に通知して、手術器具２２０、３２０、４２０が重要な解剖学的構造に接触及び／又は損傷させることを防止するために、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に命令するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。手術器具２２０、３２０、４２０が術者によって定義されたアラートゾーン（ゾーン１、２、３）の１つに入る際、可変速モータ２４５、３４５、４４５を最大切断速度から最小切断速度まで減速させると、手術器具２２０、３２０、４２０が生体組織の切断続行能力を損なうことなく、手術器具２２０、３２０、４２０が、仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７）に隣接する及び／又はそこから遠位にあること、及び／又は、アラートゾーン（ゾーン１、２、３）の１つに進入していることを、術者に通知するために、可変速モータ２４５、３４５、４４５によって生成されるピッチの聴覚的に知覚できる変化を生成可能である。最小切断速度を維持することにより、手術器具２２０、３２０、４２０のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、掴んだり、又は絡んだりして、不所望な方向に移動して、患者２０内の重要な解剖学的構造を損傷させる恐れを阻止することができる。
更に、手術器具２２０、３２０、４２０の位置に基づいて、手術器具２２０、３２０、４２０の可変速モータ２４５、３４５、４４５の速度を最大切断速度と最小切断速度との間で操作するステップは、定義された目標軌道である軸Ｔ、及び／又は目標位置Ｔに対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置に基づいて、手術器具２２０、３２０、４２０の可変速モータ２４５、３４５、４４５の速度を最大切断速度と最小切断速度との間で操作することも有することができる。例えば、手術器具２２０、３２０、４２０が目標軌道である軸Ｔから外れていることを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信して、更に、手術器具２２０、３２０、４２０がずれていることを術者に通知するために、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に、モータ２４５、３４５、４４５の速度を最大切断速度から最小切断速度に下げるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。更に、手術器具２２０、３２０、４２０のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が目標位置Ｔに達したことを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信し、更に、手術器具２２０、３２０、４２０が目標位置Ｔに達したことを術者に通知するために、モータ２４５、３４５、４４５の速度を低減する、及び／又はモータを無効化することを器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に命令するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。
更に、この方法は、定義された仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７）、及び／又はアラートゾーン（ゾーン１、２、３）に対する手術器具２２０、３２０、４２０の位置に基づいて、可聴、触覚、又は視覚の少なくとも１つの通知を生成するために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動させることも有することができる。例えば、手術器具２２０、３２０、４２０が第１仮想境界（境界１）に隣接する、及び／又は、そこから遠位であること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信して、更に、手術器具２２０、３２０、４２０が第１仮想境界（境界１）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことを術者に通知する可聴、触覚、又は視覚の少なくとも１つの通知を生成するために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動させることを器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に命令するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。また、アラートデバイス２５５、３５５、４５５と通知の種類との組み合わせも使用され得ることが想定される。例えば、手術器具２２０、３２０、４２０が第１仮想境界（境界１）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信して、更に、手術器具２２０、３２０、４２０が第１仮想境界（境界１）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第１アラートゾーンであるゾーン１に進入したことを術者に通知する可聴通知を生成するために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動させることを器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に命令するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。次に、手術器具２２０、３２０、４２０が第２仮想境界（境界２）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第２アラートゾーンであるゾーン２に進入したことを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信して、更に、手術器具２２０、３２０、４２０が第２仮想境界（境界２）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第２アラートゾーンであるゾーン２に進入したことを術者に通知する触覚通知を生成するために、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動させることを器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に命令するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。更に、手術器具２２０、３２０、４２０のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０が、第３仮想境界（境界３）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第３アラートゾーンであるゾーン３を突破しようとしていることを手術器具２２０、３２０、４２０の器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に通信し、更に、モータ２４５、３４５、４４５の速度を低減し、及び／又はモータを無効化して、手術器具２２０、３２０、４２０が、第３仮想境界（境界３）に隣接する及び／又はそこから遠位であること、及び／又は、第３アラートゾーンであるゾーン３を突破しようとしていることを術者に通知し、手術器具２２０、３２０、４２０が重要な解剖学的構造に接触及び／又は損傷させることを防止するために、器具プロセッサ２１５、３１５、４１５に命令するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。これは、医療処置を行う際に手術システム１０から生成され得るアラートの様々な組み合わせの例示的構成に過ぎない。様々な仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）、及び／又はアラートゾーン、目標軌道、及び／又は目標位置（複数の場合もある）に、任意の種類、及び／又は組み合わせのアラート（複数の場合もある）を割り当てられ得ることが企図される。アラートは、手術ナビゲーションシステム１００を使用して術前及び／又は術中データ内の様々なアラートゾーン、目標軌道、及び／又は目標位置（複数の場合もある）を定義した時点において、術者によって割り当て可能である。
患者に対する医療処置中に手術ナビゲーションシステム１００を使用して手術器具２２０、３２０、４２０をナビゲートする代替の方法は、ハンドピース２２５、３２５、４２５と、ハンドピース２２５、３２５、４２５に結合されたエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０とを有する手術器具２２０、３２０、４２０を有することができる。手術器具２２０、３２０、４２０は、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を選択的に駆動するための可変速モータ２４５、３４５、４４５と、上記可変速モータ２４５、３４５、４４５の通電を制御するプロセッサ２１５、３１５、４１５とを有することができる。この方法は、椎弓根スクリュー等の医用インプラント２７５を選択することを有することができる。また、この方法は、手術ナビゲーションシステム１００に記憶された患者データ内で、医用インプラント２７５を患者２０に配置する場所を特定することも有することができる。例えば、医療専門家は、キーボード、タッチスクリーン、又は同様のデバイス等のユーザ入力デバイス１３０を使用して、インプラント２７５を配置する椎骨等の患者２０の位置又は部分を選択できる。次に、選択された医用インプラント２７５、及び医用インプラント２７５が配置される特定された場所に基づいて、様々な仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）を定義するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成できる。或いは、手術器具２２０、３２０、４２０のハンドピース２２５、３２５、４２５に結合されたエンドエフェクタ２４０、２４０、４４０の種類を特定し、エンドエフェクタ２４０、３４０、４４０の種類、及び／又は手術の位置に基づいて１つ以上の仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）を定義するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成できることも企図される。例えば、穴あけ処置中、ドリルに対応する第１境界、タップに対応する第２境界、及びインプラント２７５を配置するドライバに対応する第３境界を定義するよう、手術ナビゲーションシステムを構成可能であり、仮想境界はそれぞれ、インプラント２７５の計画された姿勢に基づいて、目標軌道である軸Ｔに沿って定義される。
本方法は、手術ナビゲーションシステム１００を使用して手術器具２２０、３２０、４２０の位置を追跡するステップも更に有することができる。これには、マシンビジョンの使用、及び／又は、手術器具２２０、３２０、４２０に結合された器具追跡装置２３０、３３０、４３０の使用が含まれる。手術ナビゲーションシステム１００によって、手術器具２２０、３２０、４２０が、定義された仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）、及び／又はアラートゾーンであるゾーン１～８Ｂのいずれかに入ったと判断されたら、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる信号をプロセッサ２１５、２６５、３１５、４１５に送るよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。例えば、手術ナビゲーションシステム１００は、第１手術器具２２０のバッテリプロセッサ２６５に信号を送信するように構成可能であり、バッテリプロセッサ２６５は、第１器具プロセッサ２１５と通信する。バッテリプロセッサ２６５、及び／又は器具プロセッサ２１５は、バッテリ２６０等の電源から可変速モータ２４５への電流の流れを阻止するように構成されてもよい。これは、手術ナビゲーションシステム１００と手術器具２２０、３２０、４２０との間の有線又は無線形式の通信を使用して実現可能である。
本方法は、医療専門家の嗜好に基づいて、手術ナビゲーションによって定義された仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）、及び／又はアラートゾーンであるゾーン１～８Ｂを操作するステップも更に有することができる。例えば、医療専門家は、手術器具２２０、３２０、４２０が境界又は重要な解剖学的構造に接近していることを早期に警告するために、アラートゾーンのサイズ及び／又は厚さを増加させることができる。更に、医療専門家は、患者データ内でアラートゾーンを再配置することもできる。これには、患者データ内で定義されたアラートゾーンのサイズ、形状、及び／又は数を変更することが含まれ得る。医療専門家は、同様に、目標軌道である軸Ｔに沿って仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）の軸方向位置及び／又は深さを操作して、エンドエフェクタに特有のアラートを供給することができる。目標軌道である軸Ｔに沿った仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）の軸方向位置及び／又は深さも操作して、手術器具２２０、３２０、４２０がインプラント２７５の計画された姿勢に基づいて、境界又は目標深さに接近していることを早期に警告できる。更に、医療専門家は、患者データ内の仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）を再配置することもできる。これには、患者データ内で定義された仮想境界（境界１、２、３、４、５、６、７、８、９）の位置、深さ、形状、及び／又は数を変更することが含まれ得る。
手術器具アセンブリ２００、３００、４００が、ハンドピース２２５、３２５、４２５へと着脱可能に結合可能な複数のエンドエフェクタ２４０、３４０、４４０を備える場合、この方法は、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａをハンドピース２２５、３２５に結合するステップも更に含んでもよい。第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａを特定し、第１エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第１境界及び／又は第１アラートゾーンを定義するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。第１境界は、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａ用の目標深さを有することができる。この方法は、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂをハンドピース２２５、３２５に結合するステップも更に有することができる。第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂを特定し、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂに少なくとも部分的に基づいて、第２境界及び／又は第２アラートゾーンを定義するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。第２境界は、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂの目標深さを含んでよく、この深さは、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａに基づいて定義される第１境界とは異なってもよい。
この方法は更に、手術ナビゲーションシステム１００によって、手術器具２２０、３２０、４２０が定義されたアラートゾーンの１つに進入したと判断された際、アラートデバイス２５５、３５５、４５５を起動するステップも有することができる。これには、可聴又は触覚のアラートデバイスを起動することが含まれる。更に、これには、手術器具２２０、３２０、４２０の可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させることも有することができる。この方法は、また、可変速モータ２４５、３４５、４４５の速度を最大切断速度から最小切断速度に低下させることも含み得る。速度を変えることで、医療専門家が知覚できる触覚及び／又は聴覚のアラートを生み出せる。
更に、この方法は、定義された仮想境界及び／又はアラートゾーンのそれぞれにアラートタイプを割り当てるステップも有することができる。医療専門家に関する過去に保存されたプロファイル又はシステム構成に基づいて、定義された仮想境界及び／又はアラートゾーンのそれぞれに、様々な種類のアラートの１つ以上を自動的に割り当てるよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。或いは、医療専門家は、ユーザ入力デバイス１３０を使用して、定義された仮想境界及び／又はアラートゾーンのそれぞれに様々なアラートタイプの１つ以上を割り当てることができる。
この方法は更に、ハンドピース２２５、３２５に結合された第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａを特定するステップも含められ、手術ナビゲーションシステム１００は、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａに少なくとも部分的に基づいて、第１境界及び／又は第１アラートゾーンを定義するよう構成可能である。次に、方法は、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａをハンドピース２２５、３２５から切り離し、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂをハンドピース２２５、３２５に結合することを含められ、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂを特定し、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂに少なくとも部分的に基づいて、第２境界及び／又は第２アラートゾーンを定義するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。
更に、この方法は、ハンドピース２２５、３２５に結合された第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａを特定するステップも含められ、手術ナビゲーションシステム１００は、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａに少なくとも部分的に基づいて、第１境界及び／又は第１アラートゾーンを定義するよう構成可能である。次いで、この方法は、医用インプラントが配置されるべき場所において、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａを生体組織に適用することを含み得る。手術ナビゲーションシステム１００によって、手術器具２２０、３２０、４２０が、第１仮想境界に隣接する及び／又はそこから遠位にある、及び／又は第１アラートゾーンに進入したと判断されたら、可変速モータ２４５、３４５、４４５を停止させる信号をプロセッサ２１５、２６５、３１５、４１５に送るよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。上述の様々なタイプのアラートの１つを生成するために、上述のアラートデバイスの１つを起動する信号を送信するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能であることも企図される。次に、この方法は、第１エンドエフェクタ２４０Ａ、３４０Ａをハンドピース２２５、３２５から切り離し、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂをハンドピース２２５、３２５、４２５に結合することを含み得る。第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂを特定し、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂに少なくとも部分的に基づいて、第２境界及び／又は第２アラートゾーンを定義するよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。この方法は、医用インプラントが配置されるべき場所において、第２エンドエフェクタ２４０Ｂ、３４０Ｂを生体組織に適用することも含み得る。手術ナビゲーションシステム１００によって、手術器具２２０、３２０、４２０が、第２仮想境界に隣接する及び／又はそこから遠位にある、及び／又は第２アラートゾーンに進入したと判断されたら、可変速モータを停止させる信号をプロセッサに送るよう、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能である。上述の様々なタイプのアラートの１つを生成するために、上述のアラートデバイスの１つを起動する信号を送信するように、手術ナビゲーションシステム１００を構成可能であることも企図される。
別の構成において、アラートゾーンに対するエンドエフェクタの位置に基づく第１信号を、制御コンソールのプロセッサに通信するよう、ナビゲーションシステムを構成する。この信号は、トルクマップに基づき、ハンドピースの検知された速度と所望速度とを制御コンソールに比較させることができる。トルクマップを使用して、コンソールは、切断具の検知された速度に基づいて、切断具について算出されたトルクを決定できる。次に、算出された切断具のトルク、及び検知された切断具の速度に基づいて、コンソールは、切断具で消費される算出された電力を決定可能である。そして、トルクマップから、切断具が消費する所望電力、並びに、消費する所望電力における切断具の所望のトルク及び所望の速度が得られる。ナビゲーションシステムは、エンドエフェクタがアラートゾーンに進入することに基づいて、コンソールにトルクマップを調整させるように構成されてもよい。具体的には、エンドエフェクタが仮想境界に隣接する及び／又はそこから遠位にある、及び／又は、アラートゾーン内にある際、エンドエフェクタがより効果を抑えて、及び／又は能動性を抑えて切断するよう、エンドエフェクタが仮想境界に隣接する及び／又はそこから遠位にあり、及び／又は、アラートゾーンに入ったら、制御コンソールは、トルクを減らしてバーに電力を供給できる。
（複数の）上記システムの追加的な構成を網羅する項目：
項目Ｉ
患者に対して脊椎又は頭蓋の手術を実行する際に医療専門家を支援するために、前記医療専門家が前記患者上でアラートゾーンを定義できるように構成されたナビゲーションシステムと併用される手術器具アセンブリであって、該手術器具アセンブリは、
前記ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを含む制御コンソールと、
高速手術用バーであって、前記制御プロセッサと通信する可変速モータを含み、前記可変速モータは、毎分７００００回転を超える第１切断速度、及び毎分７００００回転未満且つ毎分６００００回転を超える第２切断速度でバーを回転させるように構成されている、高速手術用バーと、
前記制御プロセッサと通信する前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記患者に対する前記高速手術用バーの位置を能動的に決定するように構成され、
前記ナビゲーションシステムにより、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると決定された際、前記高速手術用バーの前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行させる信号を前記制御プロセッサに送るよう、前記ナビゲーションシステムは構成され、
前記第１切断速度から前記第２切断速度への前記バーの前記移行により、前記バーが前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行する際、前記高速手術用バーによって生成されたピッチの可聴知覚変化を生成して、前記バーによる生体組織の切断続行能力を損なうことなく、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入したことを前記医療専門家に通知する、手術器具アセンブリ。
項目ＩＩ
前記第１切断速度から前記第２切断速度への前記バーの前記移行により、前記バーが前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行する際、前記高速手術用バーにおいて触覚知覚変化を生成して、前記バーによる生体組織の切断継続能力を損なうことなく、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入したことを前記医療専門家に通知する、項目Ｉに記載の手術器具アセンブリ。
項目ＩＩＩ
前記フットスイッチは、第１位置と第２位置との間で移動可能であり、
前記可変速モータは、前記フットスイッチが前記第１位置にある際には、停止するように構成され、前記可変速モータは、前記第２位置にある時には、少なくとも毎分６００００回転でバーを回転させるように構成される、項目Ｉに記載の手術器具アセンブリ。
項目ＩＶ
前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入する際、アラート音声を放射するように構成された可聴アラートデバイスも更に含む、項目Ｉに記載の手術器具アセンブリ。
項目Ｖ
前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスも更に含み、前記触覚アラートデバイスは、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚可能な物理的アラートを放射するように構成される、項目Ｉに記載の手術器具アセンブリ。
項目ＶＩ
前記触覚アラートデバイスを前記フットスイッチに結合することで、前記物理的アラートは、前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御する前記フットスイッチに接触している前記医療専門家の付属器官内で感じられる、項目Ｖに記載の手術器具アセンブリ。
項目ＶＩＩ
前記アラートゾーンは、第１ゾーン及び第２ゾーンを含み、
前記触覚デバイスは、前記高速手術用バーが前記第１ゾーンに進入した際に第１通知を生成し、前記高速手術用バーが前記第２ゾーンに進入した際に第２通知を生成するように構成される、項目Ｖに記載の手術器具アセンブリ。
項目ＶＩＩＩ
可聴アラートデバイス、及び前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスも更に含み、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスはそれぞれ、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚するアラートを生成可能とする、項目Ｉに記載の手術器具アセンブリ。
項目ＩＸ
第１通知を生成可能とする可聴アラートデバイス、及び第２通知を生成可能とする触覚アラートデバイスの少なくとも一方も更に含み、
前記アラートゾーンは、ユーザ定義可能第１ゾーン及びユーザ定義可能第２ゾーンを含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記ユーザが前記第１通知又は前記第２通知の一方を、前記第１ゾーン又は前記第２ゾーンのいずれかに割り当てることができるように、構成可能であり、
前記ナビゲーションシステムは、前記高速手術用バーの前記位置、及び、前記第１ゾーン又は前記第２ゾーンの前記いずれかに割り当てられた前記第１通知又は前記第２通知に基づいて、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスの一方を操作するように構成可能である、項目Ｉに記載の手術器具アセンブリ。
項目Ｘ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
制御プロセッサを含む制御コンソールと、
高速手術用バーであって、前記制御プロセッサと通信する可変速モータを含み、前記可変速モータは、毎分７００００回転を超える第１切断速度、及び毎分６００００回転～毎分６５０００回転の第２切断速度でバーを回転させるように構成されている、高速手術用バーと、
前記制御プロセッサと通信する前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチと、
前記制御コンソールを通信するナビゲーションシステムであって、前記医療専門家が前記患者上でアラートゾーンを定義し、前記患者に対する前記高速手術用バーの位置を能動的に決定し、更に、前記位置を前記制御プロセッサに通信することを可能にするように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムにより、前記高速手術用バーの前記バーが前記アラートゾーンに進入すると決定された際、前記高速手術用バーの前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度へ移行させる信号を前記制御プロセッサに通信するよう、前記ナビゲーションシステムは構成され、
前記第１切断速度から前記第２切断速度への前記バーの前記移行により、前記高速手術用バーの前記可変速モータのピッチの可聴知覚変化を生成して、前記バーによる生体組織の切断続行能力を損なうことなく、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入したことを前記医療専門家に通知する、手術システム。
項目ＸＩ
前記第１切断速度から前記第２切断速度への前記バーの前記移行により、前記バーが前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行する際、前記高速手術用バーにおいて触覚知覚変化を生成して、前記バーによる生体組織の切断継続能力を損なうことなく、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入したことを前記医療専門家に通知する、項目Ｘに記載の手術システム。
項目ＸＩＩ
前記フットスイッチは、第１位置と第２位置との間で移動可能であり、
前記可変速モータは、前記フットスイッチが前記第１位置にある際には、停止するように構成され、前記可変速モータは、前記第２位置にある際には、少なくとも毎分６００００回転でバーを回転させるように構成される、項目ＸＩに記載の手術システム。
項目ＸＩＩＩ
前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入する際、アラート音声を放射するように構成された可聴アラートデバイスも更に含む、項目Ｘに記載の手術システム。
項目ＸＩＶ
前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスであって、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚可能な物理的アラートを放射するように構成される、触覚アラートデバイスも更に含む、項目Ｘに記載の手術システム。
項目ＸＶ
前記触覚アラートデバイスを前記フットスイッチに結合することで、前記物理的アラートは、前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御する前記フットスイッチに接触している前記医療専門家の付属器官内で感じられる、項目ＸＩＶに記載の手術システム。
項目ＸＶＩ
前記アラートゾーンは、第１ゾーン及び第２ゾーンを含み、
前記触覚アラートデバイスは、前記高速手術用バーが前記第１ゾーンに進入した際に第１通知を生成し、前記高速手術用バーが前記第２ゾーンに進入した際に第２通知を生成するように構成される、項目ＸＩＶに記載の手術システム。
項目ＸＶＩＩ
可聴アラートデバイス、及び前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスも更に含み、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスはそれぞれ、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚するアラートを生成可能とする、項目Ｘに記載の手術システム。
項目ＸＶＩＩＩ
患者に対して脊椎又は頭蓋の手術を実行する際に医療専門家を支援するために、前記患者上でアラートゾーンを定義可能とする手術ナビゲーションシステムと併用される手術システムであって、該手術システムは、
バーを回転するように構成された可変速モータを有する高速手術用バーと、
制御プロセッサを含む制御コンソールであって、前記制御プロセッサは、前記高速手術用バーの前記可変速モータと通信し、前記定義されたアラートゾーンに関するデータ、及び、前記定義されたアラートゾーンに対する前記高速手術用バーの位置に関するデータを前記手術ナビゲーションシステムから受信するように構成される、制御コンソールと、
前記制御プロセッサと通信するフットスイッチであって、前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御するために、第１位置と第２位置との間で移動可能である、フットスイッチと、
を含み、
前記フットスイッチが前記第１位置にある際、前記可変速モータが停止し、前記バーが毎分０回転で回転し、
前記フットスイッチが前記第２位置にある際、前記可変速モータは、前記バーを最大切断速度で回転させるように構成され、
前記フットスイッチが前記第１位置と前記第２位置との間の中間位置にある際、前記可変速モータは、最小切断速度と前記最大切断速度との間の中間速度で前記バーを回転させるように構成され、
前記ナビゲーションシステムは、前記バーが前記アラートゾーンに進入したというデータを前記制御プロセッサに送信し、更に、前記フットスイッチが前記中間位置、又は前記第２位置に配置されている際、前記高速手術用バーの前記可変速モータを操作して、前記バーの回転を前記最小切断速度に減少させるように構成される、手術システム。
項目ＸＩＸ
前記フットスイッチに結合し、前記制御コンソールと通信する触覚アラートデバイスも更に含み、
前記制御コンソールは、前記バーが前記アラートゾーンに進入した際、前記触覚アラートデバイスを操作して、前記医療専門家が知覚可能な物理的通知を生成するように構成される、項目ＸＶＩＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＸ
患者に対して脊椎又は頭蓋の手術を実行する際に医療専門家を支援するために、前記患者上でアラートゾーンを定義可能とするナビゲーションシステムと併用される手術器具アセンブリであって、該手術器具アセンブリは、
バーを回転するように構成された可変速モータを有する高速手術用バーと、
制御プロセッサを含む制御コンソールであって、前記制御プロセッサは、前記高速手術用バーの前記可変速モータと通信し、前記手術ナビゲーションシステムからデータを受信するように構成される、制御コンソールと、
前記制御プロセッサと通信して、前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチであって、触覚アラートデバイスを有する、フットスイッチと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記バーが前記定義されたアラートゾーンに進入したというデータを前記制御プロセッサに送信するように構成され、更に、前記バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記フットスイッチの前記触覚アラートデバイスを操作して、前記医療専門家に通知するように構成される、手術器具アセンブリ。
項目ＸＸＩ
医療器具に結合された器具追跡装置、及び患者に結合された患者追跡装置を含むナビゲーションシステムを使用して、可変速モータを有する前記医療器具をナビゲーションする方法であって、
前記患者の術前データ内でアラートゾーンを定義することと、
前記アラートゾーンを前記患者追跡装置に位置合わせすることと、
前記患者追跡装置に対する前記器具追跡装置の位置と方向を使用して、前記医療器具の位置を追跡することと、
前記定義されたアラートゾーンに対する前記医療器具の前記位置に基づいて、前記医療器具の前記可変速モータの速度を最大切断速度と最小切断速度との間で操作することと、
を含む、方法。
項目ＸＸＩＩ
前記可変速モータの前記速度を操作することは、前記医療器具が前記定義されたアラートゾーンに進入すると、前記可変速モータを前記最大切断速度から前記最小切断速度に減速させることも含む、項目ＸＸＩに記載の方法。
項目ＸＩＩＩ
前記医療器具が前記定義されたアラートゾーンに進入する際、前記可変速モータを前記最大切断速度から前記最小切断速度に減速させると、前記医療器具による生体組織の切断継続能力を損なうことなく、前記医療器具が前記定義されたアラートゾーンに進入したことを医療専門家に通知するための、前記可変速モータで生成されたピッチの可聴知覚変化が生成される、項目ＸＸＩＩに記載の方法。
項目ＸＸＩＶ
前記定義されたアラートゾーンに対する前記医療器具の位置に基づいて、可聴通知、触覚通知、又は視覚的通知の少なくとも１つを生成するために、アラートデバイスを起動することも更に含む、項目ＸＸＩに記載の方法。
項目ＸＸＶ
前記定義されたアラートゾーンは、第１ゾーン及び第２ゾーンを含み、
前記アラートデバイスを起動する前記ステップは、前記医療器具が前記第１ゾーンに進入した際、前記触覚通知を生成し、前記医療器具が前記第２ゾーンに進入した際、前記可聴通知を生成することを含む、項目ＸＸＩＶに記載の方法。
項目ＸＸＶＩ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、
可変速モータと、
前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、
前記トリガの前記位置を検出し、前記トリガの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたトリガセンサと、
前記トリガセンサと通信するハンドピースプロセッサであって、前記トリガの前記位置を示す前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成される、ハンドピースプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールであって、
信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、
前記トランシーバと通信するバッテリプロセッサであって、前記手持ち式手術器具を給電するように構成される、バッテリプロセッサと、
を含む、充電式バッテリモジュールと、
前記トランシーバを介して前記バッテリプロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上で定義されたアラートゾーンに対する前記手術器具の位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手術器具の前記位置が前記アラートゾーンに進入したと判断された際、前記手持ち式手術器具への電力を切断する第２信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成され、
前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具への電力を切断し、前記手術器具が前記アラートゾーンに留まっている場合、前記ハンドピースプロセッサは、前記医療専門家が前記トリガの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記トリガセンサから受信するまで、前記可変速モータの通電を防止するように構成される、手術システム。
項目ＸＸＶＩＩ
前記充電式バッテリモジュールは更に、
前記手持ち式手術器具の前記可変速モータに給電する電気エネルギーを貯蔵するセルと、
前記バッテリプロセッサと通信し、前記セルからの電気エネルギーの流れを制御するように構成されたスイッチであって、前記セルからの電気エネルギーの流れを許容するように構成された通電状態、及び前記セルからの電気エネルギーの流れを阻止するように構成された非通電状態を有する、スイッチと、
を含む、項目ＸＸＶＩに記載の手術システム。
項目ＸＸＶＩＩＩ
患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、
可変速モータと、
前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
前記スイッチの前記位置を検出し、前記スイッチの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたスイッチセンサと、
前記スイッチセンサと通信するハンドピースプロセッサであって、前記スイッチの前記位置を示す前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成される、ハンドピースプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合し、前記手持ち式手術器具に給電するように構成された電源と、
前記ハンドピースプロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上で定義されたアラートゾーンに対する前記手術器具の位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手術器具の前記位置が前記アラートゾーンに進入したと判断された際、前記可変速モータを非通電にする第２信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成され、
前記手持ち式手術器具を非通電にし、前記手術器具が前記アラートゾーンに留まっている間、前記ハンドピースプロセッサは、前記医療専門家が前記スイッチの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記スイッチセンサから受信するまで、前記可変速モータの再通電を防止するように構成される、手術システム。
項目ＸＸＩＸ
前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールも更に含み、前記バッテリモジュールは、
信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、
前記手持ち式手術器具の前記可変速モータに給電する電気エネルギーを貯蔵するセルと、
前記セルからの電気エネルギーの流れを制御するように構成されたスイッチであって、前記セルからの電気エネルギーの流れを許容するように構成された通電状態、及び前記セルからの電気エネルギーの流れを阻止するように構成された非通電状態を有する、スイッチと、
前記トランシーバ及び前記スイッチと通信するバッテリプロセッサであって、前記トランシーバで受信された前記信号に少なくとも部分的に基づいて、前記手持ち式手術器具を選択的に給電するために、前記通電状態と前記非通電状態との間で前記スイッチを操作するように構成される、バッテリプロセッサと、
を含む、項目ＸＸＶＩＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＸＸ
患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
高速バーアセンブリであって、
プロセッサを有する制御コンソールと、
前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備える、ハンドピースと、
前記可変速モータの通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なフットスイッチと、
前記フットスイッチの前記位置を検出し、前記フットスイッチの前記位置を示す第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される、スイッチセンサと、
を含む、高速バーアセンブリと、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上で定義されたアラートゾーンに対する前記ハンドピースの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記ハンドピースの前記位置が前記アラートゾーンに進入したと判断された際、前記可変速モータを非通電にする第２信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
前記ハンドピースを非通電にし、前記ハンドピースが前記アラートゾーンに留まっている間、前記プロセッサは、前記医療専門家が前記フットスイッチの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記スイッチセンサから受信するまで、前記可変速モータの再通電を防止するように構成される、手術システム。
項目ＸＸＸＩ
前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスであって、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚可能な物理的アラートを放射するように構成される、触覚アラートデバイスを更に含む、項目ＸＸＸに記載の手術システム。
項目ＸＸＸＩＩ
可聴アラートデバイス、及び前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスも更に含み、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスはそれぞれ、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚するアラートを生成可能とする、項目ＸＸＸに記載の手術システム。
項目ＸＸＸＩＩＩ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、
可変速モータと、
前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、
前記トリガの前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたハンドピースプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールであって、
信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、
前記トランシーバと通信するバッテリプロセッサであって、前記手持ち式手術器具を通電、及び非通電にするように構成される、バッテリプロセッサと、
を含む、充電式バッテリモジュールと、
前記トランシーバを介して前記バッテリプロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上で定義されたアラートゾーンに対する前記手持ち式手術器具の位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具の前記位置が前記アラートゾーンに進入したと判断された際、前記手持ち式手術器具を一時的に非通電にする第１信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成され、
前記手持ち式手術器具が前記アラートゾーンに留まっている間、且つ、前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具を非通電にした後、
前記バッテリプロセッサは、前記可変速モータを再通電し、前記ナビゲーションシステムは、前記手持ち式手術器具の動きが、前記患者の手術部位に対して近位方向又は遠位方向であることに基づいて、前記バッテリプロセッサに、前記手持ち式手術器具を通電又は非通電にする第２信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目ＸＸＸＩＶ
患者に対する外科手術を実行するために医療専門家により使用される手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、
前記エンドエフェクタを回転させるように構成された可変速モータと、
前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、
前記トリガの前記位置を検出し、前記トリガの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたトリガセンサと、
前記トリガの前記位置を示す前記トリガセンサからの前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたハンドピースプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上でアラートゾーンを定義し、前記アラートゾーンに対する前記手術器具の位置を能動的に決定し、前記トリガセンサにより、前記トリガが前記第２位置にあることが示され、且つ、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記アラートゾーンに進入したと判定されると、前記可変速モータを停止させる第２信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記手持ち式手術器具が、依然として前記アラートゾーンに留まっている間、前記ハンドピースプロセッサは、前記医療専門家が前記トリガを操作して、前記トリガを前記第２位置から前記第１位置へと移動させ、前記第２位置に戻したことを示す後続の前記第１信号を、前記トリガセンサから受信すると、前記可変速モータを再起動するように構成される、手術システム。
項目ＸＸＸＶ
前記手持ち式手術器具が前記アラートゾーンに留まっている間、前記可変速モータを再起動すると、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記患者の手術部位（前記アラートゾーン）に向かって近位に所定距離を移動したと決定されると、前記可変速モータを停止させる第３信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される、項目ＸＸＸＩＶに記載の手術システム。
項目ＸＸＸＶＩ
前記手持ち式手術器具が前記アラートゾーンに留まっている間、前記可変速モータを再起動すると、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記患者の手術部位（前記アラートゾーン）から遠位方向に移動したと決定されると、前記可変速モータの起動を継続させる第４信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される、項目ＸＸＸＩＶに記載の手術システム。
項目ＸＸＸＶＩＩ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、
可変速モータと、
前記医療専門家により第１位置と第２位置との間で操作可能であり、前記可変速モータを起動及び停止させるトリガと、
前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記医療専門家が前記患者上の目標軸、及び器具検査距離の閾値を定義できるように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記目標軸に対する前記手持ち式手術器具の実際の軸を決定し、目標深さに対する前記手持ち式手術器具の位置を決定し、この結果を器具検査距離閾値と比較するように構成され、
前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具の前記位置が前記器具検査距離閾値よりも前記目標深さに近く、更に、前記手持ち式手術器具の前記実際の軸が前記目標軸とずれていると判断された場合、前記ナビゲーションシステムは、前記可変速モータの通電を防止するための第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具の前記位置が前記器具検査距離閾値よりも前記目標深さから離れていると判断されると、前記ナビゲーションシステムは、前記手持ち式手術器具の前記実際の軸が前記目標軸とずれているかどうかに関わらず、前記プロセッサに前記可変速モータの通電を防止させない、手術システム。
項目ＸＸＸＶＩＩＩ
前記可変速モータを起動させるために、前記トリガが前記第２位置にある間、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムによって、前記手持ち式手術器具が前記目標軸上に配置され、前記目標深さに達したと判断されると、前記可変速モータを停止させる第５信号を前記プロセッサに通信するように構成される、項目ＸＸＸＶＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＸＸＩＸ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、
ハンドピースと、
前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、
前記医療専門家により前記可変速モータを起動及び停止させるように操作可能なトリガと、
前記可変速モータの速度を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記スイッチが前記第１位置にあるか前記第２位置にあるかを判定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記スイッチが適切な前記位置にあることと、前記手持ち式手術器具に結合された前記エンドエフェクタの種類とに基づいて、前記可変速モータの通電を制御する信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目ＸＬ
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムによって、前記手持ち式手術器具に結合する前記エンドエフェクタの前記種類について、前記スイッチが誤った前記位置にあることが特定されると、前記可変速モータを停止させる前記信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムによって、前記手術器具に結合する前記エンドエフェクタの前記種類について、前記スイッチが正しい前記位置にあることを特定すると、前記可変速モータを起動させる前記信号を前記プロセッサに通信するように構成される、項目ＸＸＸＩＸに記載の手術システム。
項目ＸＬＩ
前記手持ち式手術器具は更に、前記スイッチに結合する追跡装置も含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記追跡装置の位置に基づいて、前記スイッチが前記第１位置にあるか前記第２位置にあるかを決定するように構成される、項目ＸＸＸＩＸ又はＸＬに記載の手術システム。
項目ＸＬＩＩ
前記手持ち式手術器具は更に、バッテリモジュールも含み、
前記プロセッサは、前記バッテリモジュール内で配置される、項目ＸＸＸＩＸ～ＸＬＩのいずれか一項に記載の手術システム。
項目ＸＬＩＩＩ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
手持ち式手術器具アセンブリであって、
ハンドピースと、
第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方であって、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能である、第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方と、
前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、
振動する任意のフィードバックデバイスと、
前記可変速モータの通電、及び／又は、前記フィードバックデバイスの振動を制御するように構成されたプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具アセンブリと、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記第１エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、前記患者上で第１アラートゾーンを定義し、前記第２エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、前記患者上で第２アラートゾーンを定義するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記第１エンドエフェクタが前記ハンドピースに結合する際、前記ナビゲーションシステムは、前記第１アラートゾーンに対する前記第１エンドエフェクタの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するか、又は、前記フィードバックデバイスを振動させる第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
前記第２エンドエフェクタが前記ハンドピースに結合する際、前記ナビゲーションシステムは、前記第２アラートゾーンに対する前記第２エンドエフェクタの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するか、又は、前記フィードバックデバイスを振動させる信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目ＸＬＩＶ
前記ナビゲーションシステムは、前記アラートゾーンに対する前記手持ち式手術器具の位置を能動的に決定し、前記位置を前記プロセッサに通信するように構成される、項目ＸＬＩＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＬＶ
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記第１エンドエフェクタが前記第１アラートゾーンに進入したこと、又は、前記第２エンドエフェクタが前記第２アラートゾーンに進入したことが決定されると、前記可変速モータを停止させる信号を前記プロセッサに通信するように構成される、項目ＸＬＩＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＬＶＩ
前記手持ち式手術器具は更に、
前記プロセッサと電気通信するフットスイッチと、
前記フットスイッチに結合するフィードバックデバイスと、
を含む、項目ＸＬＩＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＬＶＩＩ
前記ナビゲーションシステムは、前記医療専門家が、前記手持ち式手術器具に結合する前記第１エンドエフェクタ又は前記第２エンドエフェクタの種類を入力することを可能にするように構成される、項目ＸＬＩＩＩに記載の手術システム。
項目ＸＬＶＩＩＩ
手持ち式手術器具アセンブリは、バッテリモジュールを含み、
前記任意のフィードバックデバイスは、前記バッテリモジュール内で配置される、項目ＸＬＩＩＩ～ＸＬＶＩＩのいずれか一項に記載の手術システム。
項目ＸＬＩＸ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
高速バーアセンブリであって、
プロセッサを有する制御コンソールと、
前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースハンドピースと、
第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方であって、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能である、第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方と、
前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、
任意のフィードバックデバイスと、
を含み、
前記プロセッサは、前記可変速モータの通電、及び／又は、前記フィードバックデバイスの振動を制御するように構成される、高速バーアセンブリと、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記第１エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、前記患者上で第１アラートゾーンを定義し、前記第２エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、前記患者上で第２アラートゾーンを定義するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記第１エンドエフェクタが前記ハンドピースに結合する際、前記ナビゲーションシステムは、前記第１アラートゾーンに対する前記第１エンドエフェクタの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するか、又は、前記フィードバックデバイスを起動させる第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
前記第２エンドエフェクタが前記ハンドピースに結合する際、前記ナビゲーションシステムは、前記第２アラートゾーンに対する前記第２エンドエフェクタの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するか、又は、前記フィードバックデバイスを起動させる信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目Ｌ
前記任意のフィードバックデバイスは、前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスであって、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚可能な物理的アラートを放射するように構成される、触覚アラートデバイスを含む、項目ＸＬＩＸに記載の手術システム。
項目ＬＩ
前記任意のフィードバックデバイスは、可聴アラートデバイス、及び前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスを含み、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスはそれぞれ、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家が知覚するアラートを生成可能とする、項目ＸＬＩＸに記載の手術システム。
項目ＬＩＩ
前記高速バーアセンブリは更に、前記制御コンソールに結合するフットスイッチも含み、前記フットスイッチは、前記可変速モータの通電を制御するよう、第１位置と第２位置との間で移動可能であり、
前記医療専門家は、前記フットスイッチを所定期間内に所定パターンで操作することにより、前記任意のフィードバックデバイスを停止することができる、項目ＸＬＩＸ又はＬに記載の手術システム。
項目ＬＩＩＩ
患者に対する医療処置中に、手術ナビゲーションシステムを使用して手術器具をナビゲーションする方法であって、前記手術器具は、ハンドピースと、前記ハンドピースに結合するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを選択的に駆動する可変速モータと、前記可変速モータの通電を制御するプロセッサとを含み、該方法は、
医用インプラントを選択することと、
前記手術ナビゲーションシステムに保存された患者データ内で、前記医用インプラントを前記患者に配置する位置を特定することであって、前記手術ナビゲーションシステムは、前記選択された医用インプラント、及び前記医用インプラントを配置する前記特定された位置に基づいて、アラートゾーンを定義するように構成されることと、
前記手術ナビゲーションシステムを用いて、前記手術器具の前記位置を追跡することと、
前記ナビゲーションシステムにより、前記手術器具が前記定義されたアラートゾーンに進入したと判断された際、前記手術ナビゲーションシステムが、前記プロセッサに前記可変速モータを停止させる信号を送信することと、
を含む、方法。
項目ＬＩＶ
前記医療専門家の嗜好に応じて、前記手術ナビゲーションで定義された前記アラートゾーンを操作するステップも更に含む、項目ＬＩＩＩに記載の方法。
項目ＬＶ
前記方法は更に、第１エンドエフェクタを前記ハンドピースに結合するステップも含み、前記手術ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタを特定し、前記第１エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第１アラートゾーンを定義するように構成される、項目ＬＩＩＩ又はＬＩＶに記載の方法。
項目ＬＶＩ
前記方法は更に、第２エンドエフェクタを前記ハンドピースに結合するステップも含み、前記手術ナビゲーションシステムは、前記第２エンドエフェクタを特定し、前記第２エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第２アラートゾーンを定義するように構成される、項目ＬＩＩＩ～ＬＶのいずれか一項に記載の方法。
項目ＬＶＩＩ
前記手術ナビゲーションシステムにより、前記手術器具が前記定義されたアラートゾーンに進入したと判断された際、アラートデバイスを起動するステップも更に含む、項目ＬＩＩＩ～ＬＶＩのいずれか一項に記載の方法。
項目ＬＶＩＩＩ
アラートタイプを前記定義されたアラートゾーンそれぞれに割り当てるステップも更に含む、項目ＬＩＩＩ～ＬＶＩＩのいずれか一項に記載の方法。
項目ＬＩＸ
前記ハンドピースに結合する第１エンドエフェクタを特定するステップであって、前記手術ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第１アラートゾーンを定義するように構成される、特定するステップと、
前記第１エンドエフェクタを前記ハンドピースから切り離すステップと、
第２エンドエフェクタを前記ハンドピースに結合するステップであって、前記手術ナビゲーションシステムは、前記第２エンドエフェクタを特定し、前記第２エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第２アラートゾーンを定義するように構成される、結合するステップと、
も更に含む、項目ＬＩＩＩに記載の方法。
項目ＬＸ
前記ハンドピースに結合する第１エンドエフェクタを特定するステップであって、前記手術ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第１アラートゾーンを定義するように構成される、ステップと、
前記医用インプラントを配置するべき生体組織の位置に、前記第１エンドエフェクタを適用するステップと、
前記ナビゲーションシステムにより、前記手術器具が前記第１アラートゾーンに進入したと判断された際、前記手術ナビゲーションシステムが、前記プロセッサに前記可変速モータを停止させる信号を送信するステップと、
前記第１エンドエフェクタを前記ハンドピースから切り離すステップと、
第２エンドエフェクタを前記ハンドピースに結合するステップであって、前記手術ナビゲーションシステムは、前記第２エンドエフェクタを特定し、前記第２エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、第２アラートゾーンを定義するように構成される、結合するステップと、
前記医用インプラントを配置するべき生体組織の位置に、前記第２エンドエフェクタを適用するステップと、
前記ナビゲーションシステムにより、前記手術器具が前記第２アラートゾーンに進入したと判断された際、前記手術ナビゲーションシステムが、前記プロセッサに前記可変速モータを停止させる信号を送信するステップと、
も更に含む、項目ＬＩＩＩに記載の方法。
項目ＬＸＩ
患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムにおいて、該手術システムは、
高速バーアセンブリであって、
プロセッサを有する制御コンソールと、
前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備える、ハンドピースと、
前記可変速モータの通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なフットスイッチと、
を含む、高速バーアセンブリと、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上で定義されたアラートゾーンに対する前記ハンドピースの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記ハンドピースの前記位置が前記アラートゾーンに進入したと判断された際、前記ハンドピースを一時的に非通電にする第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
前記プロセッサが前記ハンドピースを一時的に非通電にする際、前記ハンドピースは前記アラートゾーンに留まったままであり、
前記可変速モータを再通電する際、前記ナビゲーションシステムは、前記ハンドピースの動きが、前記患者の手術部位に対して近位方向又は遠位方向であることに基づいて、前記プロセッサに、前記ハンドピースを通電又は非通電にする第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目ＬＸＩＩ
患者に対しての手術を実行する際に医療専門家を支援するために、前記医療専門家が前記患者上でアラートゾーンを定義できるように構成されたナビゲーションシステムと併用される手術器具アセンブリであって、該手術器具アセンブリは、
前記ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを含む制御コンソールと、
前記制御プロセッサと通信する可変速モータを有する高速手術用バーアセンブリであって、前記可変速モータはバーを回転させるように構成される、高速手術用バーアセンブリと、
前記高速手術用バーの前記可変速モータを通電させるために第１位置と第２位置との間で移動可能なフットスイッチと、
前記制御プロセッサと通信するフットスイッチセンサであって、前記フットスイッチは、前記フットスイッチの前記位置を検出し、前記フットスイッチの前記位置を示す第１信号を前記制御プロセッサに通信するように構成される、フットスイッチセンサと、
前記フットスイッチに結合し、前記制御プロセッサと通信する触覚アラートデバイスであって、前記医療専門家が前記フットスイッチを押圧して前記高速手術用バーを操作する際、前記触覚アラートデバイスが前記医療専門家と接触しているよう、前記フットスイッチ上に配置される、触覚アラートデバイスと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記患者に対する前記高速手術用バーの位置を能動的に決定するように構成され、
前記ナビゲーションシステムは、前記高速手術用バーが前記アラートゾーンに進入した際、前記触覚アラートデバイスを起動して前記医療専門家が知覚可能な物理的アラートを放射する第２信号を前記制御プロセッサに送信するように構成され、
前記高速手術用バーが依然として前記アラートゾーン内にある間、前記プロセッサは、前記フットスイッチセンサから、前記医療専門家が前記フットスイッチを前記第１位置と前記第２位置との間を所定期間内で所定往復回数だけ動かしたことを示す後続の前記第１信号を受信すると、前記アラートデバイスを停止するように構成される、手術器具アセンブリ。
項目ＬＸＩＩＩ
患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
高速バーアセンブリであって、
プロセッサを有する制御コンソールと、
前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備える、ハンドピースと、
前記可変速モータの通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なフットスイッチと、
を含む、高速バーアセンブリと、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上で定義されたアラートゾーンに対する前記ハンドピースの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに進入することに応答して、前記ハンドピースが給電されるトルクマップを前記プロセッサに調整させる第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目ＬＸＩＶ
患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、
ハンドピースと、
前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、
前記医療専門家により前記可変速モータを起動及び停止させるように操作可能なトリガと、
前記可変速モータの速度を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサと、
を含む、手持ち式手術器具と、
前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記スイッチが前記第１位置にあるか前記第２位置にあるかを、マシンビジョンを使用して判断するように構成される、ナビゲーションシステムと、
を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記スイッチが適切な前記位置にあることと、前記手持ち式手術器具に結合された前記エンドエフェクタの種類とに基づいて、前記可変速モータの通電を制御する信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
項目ＬＸＶ
前記手持ち式手術器具は更に、前記スイッチに結合する追跡装置も含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記追跡装置の位置に基づいて、前記スイッチが前記第１位置にあるか第２位置にあるかを決定するように構成される、項目ＬＸＩＶに記載の手術システム。
項目ＬＸＶＩ
前記手持ち式手術器具は更に、バッテリモジュールも含み、
前記プロセッサは、前記バッテリモジュール内で配置される、項目ＬＸＩＶ又はＬＸＶに記載の手術システム。
項目ＬＸＶＩＩ
医療処置を実行する手術器具を誘導する際に使用するための手術ナビゲーションシステムであって、実質的に前記項目のいずれかに記載のとおりである、手術ナビゲーションシステム。
幾つかの実施形態は、前述の説明で述べたとおりである。しかし、本明細書で検討する実施形態は、網羅的であることを意図したものではなく、本発明を特定形態に限定することを意図するものでもない。これまで使用してきた用語は、限定的なものではなく、説明目的である。前記の教示に照らして、多くの修正及び変形が可能であり、本発明は具体的に述べた以外の方法で実施することができる。

Claims (133)

  1. 患者に対して手術を行う医療専門家を支援するため、既知の座標系において患者の重要構造に関連するアラートゾーンを前記医療専門家が定めることができるように構成された手術システムであって、
    ナビゲーションシステムと、
    前記ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを有する制御コンソールと、
    バーと、前記制御プロセッサと通信する可変速モータとを有する高速手術器具であって、前記可変速モータは、毎分７００００回転を上回る第１切断速度と、毎分７００００回転を下回り毎分６００００回転を上回る第２切断速度とで前記バーを回転させる、高速手術器具と、
    前記制御プロセッサと通信する前記高速手術器具の前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチと
    を有し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記既知の座標系において前記アラートゾーンに対する前記バーの位置を能動的に求め、
    前記ナビゲーションシステムにより前記バーが前記アラートゾーンに進入したと判定されたときに、前記ナビゲーションシステムは、前記制御プロセッサに信号を送り前記高速手術器具の前記可変速モータを制御して前記バーの回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度へと切り替え、
    前記バーの前記第１切断速度から前記第２切断速度への切替えにより、前記バーが前記第１切断速度から前記第２切断速度へと切り替わる際に知覚可能な変化が生じ、前記バーが前記アラートゾーンに進入したことが前記医療専門家に通知される、
    手術システム。
  2. 前記バーの前記第１切断速度から前記第２切断速度への移行により、前記バーが前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行する際に前記高速手術器具において触覚で知覚可能な変化が生じ、前記バーが前記アラートゾーンに進入したことが前記医療専門家に通知される、請求項１に記載の手術システム。
  3. 前記フットスイッチは、第１位置と第２位置との間で移動可能であり、
    前記可変速モータは、前記フットスイッチが前記第１位置にあるときに停止し、前記第１位置にないときに少なくとも毎分６００００回転でバーを回転させる、
    請求項１に記載の手術システム。
  4. 前記制御プロセッサは、前記バーの前記アラートゾーンへの進入に応じて前記可変速モータを前記第１切断速度から前記第２切断速度へと制御するための前記信号を前記ナビゲーションシステムから受信した後に、ユーザによる前記フットスイッチの動きに応じて前記高速手術器具の前記可変速モータを操作し前記バーの回転を前記第１切断速度に戻す、請求項３に記載の手術システム。
  5. 前記フットスイッチの動きは、前記フットスイッチの前記第１位置への移動及び前記第１位置ではない位置となるような前記フットスイッチの位置の変更として定められる、請求項４に記載の手術システム。
  6. 前記バーが前記アラートゾーンに進入するとアラート音声を出す可聴アラートデバイスも更に備える請求項１に記載の手術システム。
  7. 前記医療専門家により触れられ、前記バーが前記アラートゾーンに進入すると前記医療専門家により知覚可能な触覚アラートを出す触覚アラートデバイスを更に備える請求項１に記載の手術システム。
  8. 前記触覚アラートデバイスは前記フットスイッチに接続され、
    前記触覚アラートデバイスは、作動時に振動するモータを備え、
    前記モータの振動により、前記高速手術器具の前記可変速モータの動作を制御する前記フットスイッチに触れているユーザの足が感じることのできる物理的アラートがもたらされる、
    請求項７に記載の手術システム。
  9. 前記アラートゾーンは、ユーザにより選択可能な第１境界と、ユーザにより選択可能な、前記第１境界に関する深さとを有する、請求項１に記載の手術システム。
  10. 可聴アラートデバイスと、前記医療専門家が触れる触覚アラートデバイスとの少なくとも一方を更に備え、
    前記可聴アラートデバイスと前記触覚アラートデバイスとはそれぞれ、前記バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記医療専門家により知覚されるアラートを出すことができる、請求項１に記載の手術システム。
  11. 前記アラートゾーンは、第１アラートゾーンと第２アラートゾーンとを有し、
    前記ナビゲーションシステムは、ユーザが第１通知タイプ及び第２通知タイプの一方を、前記第１アラートゾーンと前記第２アラートゾーンと両アラートゾーンの組み合わせとのいずれかに割り当てることができるように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記バーの位置と、前記第１アラートゾーンと、前記第２アラートゾーンと、前記第１アラートゾーン及び前記アラートゾーンのいずれかに割り当てられた前記第１通知又は前記第２通知とに基づいて、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスの一方を制御することができる、
    請求項１０に記載の手術システム。
  12. 第１通知を生成可能とする可聴アラートデバイスと、第２通知を生成可能とする触覚アラートデバイスとの少なくともいずれかを更に備え、
    前記アラートゾーンは、ユーザにより選択可能な第１境界と、ユーザにより選択可能な第２境界とを有し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ユーザが前記第１通知及び前記第２通知の一方を、前記第１境界及び前記第２境界のいずれかに割り当てることができるように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界又は前記第２境界に対する前記バーの位置に基づいて、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスの一方を制御し、前記１通知又は前記第２通知の一方を生じさせる、
    請求項１に記載の手術システム。
  13. 前記ナビゲーションシステムは、前記アラートゾーンに関するグラフィックを有するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を有し、前記アラートゾーンは、前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の操作により選択可能である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の手術システム。
  14. 前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）は、前記バーが前記アラートゾーンに進入した後に前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスの少なくとも一方を停止させるユーザ選択可能なアイコンを提供する、請求項１０又は１１を引用する請求項１３に記載の手術システム。
  15. 前記制御プロセッサは、前記バーの位置が所定時間にわたり前記アラートゾーンの外にあり、その後、前記アラートゾーンに戻ると、停止された前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスの少なくとも一方を再び作動させる、請求項９に記載の手術システム。
  16. 前記制御プロセッサは、前記バーが移動したことに基づいて、無効化状態にある前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスの少なくとも一方を再起動するように構成される、請求項９に記載の手術システム。
  17. ユーザ入力信号を生成可能とするユーザ入力デバイスも更に含み、前記制御プロセッサは、前記ユーザ入力信号に基づいて、前記バーを前記第１切断速度に戻すように構成され、前記制御プロセッサは、前記バーの位置が所定時間にわたり前記アラートゾーン外にあり、その後、前記アラートゾーンに戻ることに基づいて、前記バーを前記第２切断速度へ戻すように構成される、請求項９に記載の手術システム。
  18. 前記ナビゲーションシステムは、前記アラートゾーンを対象とするグラフィックを有するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含み、前記アラートゾーンは、前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の操作で選択可能であり、
    前記バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）は更に、前記高速手術器具の前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を前記第２切断速度から前記第１切断速度に戻すためのコマンドを前記制御プロセッサに送信するように構成されたユーザ選択可能ボタンを提供するように構成される、請求項１に記載の手術システム。
  19. 前記高速器具に結合する器具追跡装置、及び前記患者に結合する患者追跡装置も更に含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の手術システム。
  20. 前記ナビゲーションシステムは、セグメンテーションアルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて、前記アラートゾーンを少なくとも部分的に定義する境界を定める、請求項１～１９のいずれか一項に記載の手術システム。
  21. 前記ナビゲーションシステムは、前記ユーザが前記セグメンテーションアルゴリズムから提供される前記境界を操作できるように構成されたユーザ選択可能オブジェクトを提供するように更に構成される、請求項２０に記載の手術システム。
  22. 前記ナビゲーションシステムは、前記患者の重要構造に関して第１境界を定め、前記第１境界から第１距離を隔てた第２境界を投影し、前記第１境界及び前記第２境界は、前記アラートゾーンを表すボリュームを定め、
    前記ナビゲーションシステムは、前記バーが前記アラートゾーンを表す前記ボリュームに進入すると、前記高速手術器具の前記可変速モータを制御し、前記バーの回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度に切り替える信号を前記制御プロセッサに送る、
    請求項１～１９のいずれか一項に記載の手術システム。
  23. 前記第２境界は、前記第１境界からユーザ選択可能距離で投影される、請求項２２に記載の手術システム。
  24. 前記第２境界は、ユーザ選択可能深さに基づいて、前記第１境界に対する前記第１距離で投影される、請求項２２に記載の手術システム。
  25. 前記第２境界は、前記第１境界のメッシュに垂直なメッシュを有する、請求項２３又は２４に記載の手術システム。
  26. 前記アラートゾーンは、所定ボリュームを含み、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記バーが前記ボリュームに進入すると決定された際、前記高速手術用バーの前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行させる信号を前記制御プロセッサに送るように構成される、請求項１～１９のいずれか一項に記載の手術システム。
  27. 前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記バーが前記境界に隣接する、又は、前記境界から遠位にあると決定された際、前記高速手術器具の前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を前記第１切断速度から前記第２切断速度へと移行させる信号を前記制御プロセッサに送るように構成される、請求項１～１９のいずれか一項に記載の手術システム。
  28. 前記ナビゲーションシステムが所定時間にわたって前記患者に対する前記バーの位置を求めることができない場合、前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムがその後前記患者に対する前記バーの位置を求めることができるようになるまで、前記高速手術器具の前記可変速モータを停止させる第２信号を前記制御プロセッサに送る、請求項１～２７のいずれか一項に記載の手術システム。
  29. 患者に対して手術を行う際に医療専門家を支援するため、既知の座標系で重要構造に対するアラートゾーンを定義可能とする手術システムであって、該手術システムは、
    ナビゲーションシステムと、
    バー、及び、バーを回転するように構成された可変速モータを含む高速手術器具と、
    制御プロセッサを含む制御コンソールであって、前記制御プロセッサは、前記高速手術器具の前記可変速モータと通信し、前記ナビゲーションシステムからデータを受信するように構成される、制御コンソールと、
    前記制御プロセッサと通信して、前記高速手術用バーの前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチであって、触覚アラートデバイスを含む、フットスイッチと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記アラートゾーンに対する前記バーの位置を決定し、前記アラートゾーンに対する前記バーの前記位置を示すデータを前記制御プロセッサに送信するように構成され、更に、前記制御プロセッサは、前記既知の座標系における前記アラートゾーンに対する前記バーの前記位置に基づいて、前記フットスイッチの前記触覚アラートデバイスを操作し、前記医療専門家に通知を提供するように構成される、手術システム。
  30. 前記アラートゾーンは、第１境界、及び前記第１境界から距離を隔てた第２境界を含み、前記重要構造に対するボリュームを定義し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記高速手術器具が前記ボリュームに進入すると決定された際、前記高速手術器具の前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を第１切断速度から第２切断速度へと移行させる信号を前記制御プロセッサに送るように構成される、請求項２９に記載の手術システム。
  31. 前記アラートゾーンは、境界を含み、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記バーが前記境界に隣接する、又は、前記境界から遠位にあると決定された際、前記高速手術器具の前記可変速モータを操作して、前記バーの前記回転を第１切断速度から第２切断速度へと移行させる信号を前記制御プロセッサに送るように構成される、請求項２９に記載の手術システム。
  32. 前記ナビゲーションシステムは、セグメンテーションアルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて境界を定義するように構成され、前記境界は、前記アラートゾーンを少なくとも部分的に定義する、請求項２９に記載の手術システム。
  33. 前記ナビゲーションシステムは、前記アラートゾーンを対象とするグラフィックを有するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含み、前記アラートゾーンは、前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の操作を通じて選択可能である、請求項２９～３１のいずれか一項に記載の手術システム。
  34. 前記第１切断速度は、前記バーを毎分７００００回転を超える速度で回転させることを含み、前記第２切断速度は、前記バーを毎分７００００回転未満且つ毎分６００００回転を超える速度で回転させることを含む、請求項３１又は３２に記載の手術システム。
  35. 前記ナビゲーションシステムは、前記アラートゾーンを対象とするグラフィックを有するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含み、前記アラートゾーンは、前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）の操作で選択可能であり、
    前記バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）は更に、前記触覚アラートデバイスを無効化するコマンドを前記制御プロセッサに送信するように構成されたユーザ選択可能アイコンを提供するように構成される、請求項２９～３４のいずれか一項に記載の手術システム。
  36. 前記制御プロセッサは、前記バーの前記位置が所定時間にわたり前記アラートゾーン外にあり、その後、前記アラートゾーンに戻ったことに基づいて、無効化状態にある触覚アラートデバイスを再起動するように構成される、請求項３５に記載の手術システム。
  37. 前記制御プロセッサは、前記バーが前記アラートゾーンの一部を定義する境界に対して遠位に所定距離を移動することに基づいて、無効化状態にある前記触覚アラートデバイスを再起動するように構成される、請求項３５に記載の手術システム。
  38. 前記制御プロセッサは、前記バーが前記アラートゾーンの一部を定義する境界と隣接する、又は前記境界から遠位にある間、前記バーが所定期間回転することに基づいて、無効化状態にある前記触覚アラートデバイスを再起動するように構成される、請求項３５に記載の手術システム。
  39. 前記ナビゲーションシステムが、所定期間にわたり、前記患者に対する前記バーの位置を決定することができない場合、前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムが、引き続き前記患者に対する前記バーの位置を決定できるようになるまで、前記高速手術器具の前記可変速モータを停止させることを前記制御プロセッサに命令する前記データを前記制御プロセッサに送信するように構成される、請求項２９～３４のいずれか一項に記載の手術システム。
  40. 患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    手術器具アセンブリであって、
    プロセッサを有する制御コンソールと、
    前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータに結合する、ハンドピースと、
    前記可変速モータの通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
    前記スイッチの前記位置を検出し、前記スイッチの前記位置を示す第１信号を前記プロセッサに通信するように構成されたスイッチセンサと、
    を含む、手術器具アセンブリと、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムと、
    を含み、前記ナビゲーションシステムは、既知の座標系で定義された第１境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記既知の座標系における前記第１境界に対する前記エンドエフェクタの前記位置に基づいて、前記可変速モータを非通電にする第２信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記ハンドピースを非通電にすると、前記プロセッサは、前記エンドエフェクタが前記第１位置に留まる間、前記医療専門家が前記スイッチの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記スイッチセンサから受信するまで、前記可変速モータの再通電を防止するように構成される、手術システム。
  41. 前記プロセッサは更に、前記エンドエフェクタが前記境界に隣接する、又は前記境界から遠位にある間、前記後続の前記第１信号を受信すると、前記可変速モータを再通電するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記第１境界に対して遠位方向に移動していると判断された際、前記可変速モータを非通電にする第３信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項４０に記載の手術システム。
  42. 前記プロセッサは更に、前記可変速モータを所定時間にわたり再通電するように構成される、請求項４１に記載の手術システム。
  43. 前記プロセッサは更に、前記エンドエフェクタが前記第１境界に隣接する、又は前記第１境界から遠位にある間、前記後続の第１信号を受信すると、前記可変速モータを再通電するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記境界から所定距離だけ遠位に移動したと判断された際、前記可変速モータを非通電にする第３信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項４０に記載の手術システム。
  44. 前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスも更に含み、前記触覚アラートデバイスは、前記エンドエフェクタが前記第１境界に隣接するか、又は前記第１境界から遠位にある際、前記医療専門家が知覚可能な物理的アラートを放射するように構成される、請求項４０～４３のいずれか一項に記載の手術システム。
  45. 可聴アラートデバイス、及び前記医療専門家と接触する触覚アラートデバイスも更に含み、前記可聴アラートデバイス及び前記触覚アラートデバイスはそれぞれ、前記エンドエフェクタが前記第１境界に隣接するか、又は前記第１境界から遠位にある際、前記医療専門家が知覚するアラートを生成可能とする、請求項４０～４３のいずれか一項に記載の手術システム。
  46. 前記ナビゲーションシステムは、セグメンテーションアルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて、前記患者上の重要構造に対する前記境界を定義するように構成され、前記第１境界は、前記重要構造を囲むアラートゾーンを定義する、請求項４０～４３のいずれか一項に記載の手術システム。
  47. 前記ナビゲーションシステムは更に、前記ユーザが前記セグメンテーションアルゴリズムから提供される前記境界を操作できるように構成されたユーザ選択可能オブジェクトを提供するように構成されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含む、請求項４６に記載の手術システム。
  48. 前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界から第１距離を隔てた第２境界を投影するように構成され、前記第１境界及び前記第２境界は、前記アラートゾーンに相当するボリュームを定義し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに相当する前記ボリュームに進入する際、前記可変速モータを非通電にする前記第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項４０～４７のいずれか一項に記載の手術システム。
  49. 前記第２境界は、前記患者の前記重要構造から遠位に投影される、請求項４８に記載の手術システム。
  50. 前記エンドエフェクタは、第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタを含み、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能であり、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタ用の前記第１境界を定義し、前記第２エンドエフェクタ用の第２境界を定義するように構成される、請求項４０に記載の手術システム。
  51. 前記第１エンドエフェクタはドリルであり、前記第２エンドエフェクタはネジを配置するドライバである、請求項５０に記載の手術システム。
  52. 前記ナビゲーションは、前記第１境界に対して近接した前記第２境界を定義するように構成される、請求項５０又は５１に記載の手術システム。
  53. 前記ナビゲーションシステムは更に、既知の座標系におけるネジの計画された姿勢を受信するように構成され、前記第１境界及び前記第２境界は、前記ネジの前記計画された姿勢に基づく、請求項５０～５２のいずれか一項に記載の手術システム。
  54. 前記第１境界及び前記第２境界は、前記ネジの前記計画された姿勢の前記軸に垂直な方向に配置されている、請求項５３に記載の手術システム。
  55. 前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記第１エンドエフェクタが前記第１境界に隣接する、又は前記第１境界から遠位にあると判断された際、前記可変速モータを非通電にする前記第２信号を前記制御コンソールの前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記第２エンドエフェクタが前記第２境界に隣接する、又は前記第２境界から遠位にあると判断された際、前記可変速モータを非通電にする第３信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項５０～５２のいずれか一項に記載の手術システム。
  56. 前記ナビゲーションシステムが、所定期間にわたり、前記患者に対する前記エンドエフェクタの位置を決定することができない場合、前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムが、引き続き前記患者に対する前記エンドエフェクタの位置を決定できるようになるまで、前記可変速モータを停止させることを前記プロセッサに命令する第４信号を前記プロセッサに送信するように構成される、請求項４０～５５のいずれか一項に記載の手術システム。
  57. 前記エンドエフェクタは高速手術用バーであり、前記スイッチはフットスイッチである、請求項４０～４９のいずれか一項に記載の手術システム。
  58. 前記エンドエフェクタはドリルであり、前記スイッチは前記ハンドピースに結合するトリガである、請求項４０～４９のいずれか一項に記載の手術システム。
  59. 前記センサは、前記ハンドピースに結合し、前記スイッチの位置を検知するように構成されたホール効果センサである、請求項５８に記載の手術システム。
  60. 患者に対して手術を行う際に医療専門家を支援するため、既知の座標系でアラートゾーンを定義可能とする手術システムであって、該手術システムは、
    ナビゲーションシステムと、
    エンドエフェクタに結合する手持ち式手術器具であって、前記エンドエフェクタを回転させるように構成されたモータを含む、手持ち式手術器具と、
    前記手持ち式手術器具内で配置された制御プロセッサであって、前記モータと通信し、前記ナビゲーションシステムからデータを受信するように構成される、制御プロセッサと、
    前記手持ち式手術器具上で配置されたトリガであって、前記制御プロセッサと通信して、前記手術器具の前記モータの動作を制御する、トリガと、
    を含み、
    前記トリガは、触覚アラートデバイスを含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに進入したというデータを前記制御プロセッサに送信するように構成され、前記制御プロセッサは、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに進入すると、前記トリガの前記触覚アラートデバイスを操作して、前記医療専門家に通知するように構成される、手術システム。
  61. 前記アラートゾーンはボリュームを含み、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記ボリュームに進入したと判断された際、前記トリガの前記触覚アラートデバイスを操作して、前記医療専門家に通知する信号を前記制御プロセッサに送信するように構成される、請求項６０に記載の手術システム。
  62. 前記ボリュームは、重要解剖学的構造に対する第１境界を特定し、前記第１境界から第１距離だけ離れた第２境界を投影することによって定義され、前記１境界と前記第２境界との間で定義される前記ボリュームは、少なくとも部分的に前記アラートゾーンを定義する、請求項６１に記載の手術システム。
  63. 前記アラートゾーンは、セグメンテーションアルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて、前記ナビゲーションシステムによって定義された第１境界を含み、
    前記ナビゲーションシステムは更に、前記第１境界から第１距離だけ離れた第２境界を投影するように構成され、前記距離は、安全率に少なくとも部分的に基づいており、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記第２境界に隣接する、又は前記第２境界から遠位にある際、前記制御プロセッサにデータを送信するように構成され、
    前記制御プロセッサは、前記エンドエフェクタが前記第２境界に隣接する、又は前記第２境界から遠位にあることを示す前記データを受信すると、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに進入する際、前記トリガの前記触覚アラートデバイスを操作して、前記医療専門家に通知するように構成される、請求項６０に記載の手術システム。
  64. 前記アラートゾーンは所定ボリュームを含み、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記ボリュームに進入したと判断された際、前記トリガの前記触覚アラートデバイスを操作して、前記医療専門家に通知する信号を前記制御プロセッサに送信するように構成される、請求項６３に記載の手術システム。
  65. 前記第２境界は、前記患者の前記重要解剖学的構造から遠位に投影される、請求項６３又は６４に記載の手術システム。
  66. 前記制御プロセッサは、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに進入したことを示す前記データを前記ナビゲーションシステムから受信すると、前記モータを停止するように構成される、請求項６０～６５のいずれか一項に記載の手術システム。
  67. 患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、
    前記エンドエフェクタを回転させる可変速モータと、
    前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、
    前記トリガの前記位置を検出し、前記トリガの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたトリガセンサと、
    を含む、手持ち式手術器具と、
    前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールであって、
    信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、
    前記トランシーバと通信し、且つ、前記トリガセンサと通信するバッテリプロセッサであって、前記トリガの前記位置を示す前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記手持ち式手術器具の前記可変速モータに電力を選択的に供給するように構成される、バッテリプロセッサと、
    を含む、充電式バッテリモジュールと、
    前記トランシーバを介して、前記バッテリプロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、既知の座標系について定義された第１境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタの前記位置、及び、前記既知の座標系における前記第１境界に基づいて、前記手持ち式手術器具への電力を制限する第２信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成され、
    前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具への電力を制限している場合、前記バッテリプロセッサは、前記医療専門家が前記トリガの前記位置を操作したことを示す後続の前記第１信号を前記トリガセンサから受信するまで、前記可変速モータの通電を防止するように構成される、手術システム。
  68. 前記充電式バッテリモジュールは更に、
    前記手持ち式手術器具の前記可変速モータに給電する電気エネルギーを貯蔵するセルと、
    前記バッテリプロセッサと通信し、前記セルからの電気エネルギーの前記流れを制御するように構成されたスイッチであって、前記セルからの電気エネルギーの流れを許容するように構成された通電状態、及び前記セルからの電気エネルギーの流れを阻止するように構成された非通電状態を有する、スイッチと、
    も含む、請求項６７に記載の手術システム。
  69. 前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界から第１距離を隔てた第２境界を投影するように構成され、前記第１境界及び前記第２境界は、アラートゾーンに相当するボリュームを定義し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタの前記位置が前記第２境界に隣接する、又は、前記第２境界から遠位にあり、且つ、前記アラートゾーンに相当する前記ボリュームに進入したと判断された際、前記手持ち式手術器具への電力を切断する前記第２信号を前記バッテリプロセッサに送信するように構成される、請求項６７又は６８に記載の手術システム。
  70. 前記ナビゲーションシステムは更に、デフォルトの前記第１距離を提供するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記バッテリプロセッサが前記可変速の通電を防止するように構成される場所まで、前記第１境界の前記位置を前記ユーザが変更可能にするように構成されたユーザ選択可能プロンプトを供給するように構成されたグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含む、請求項６７～６９のいずれか一項に記載の手術システム。
  71. 前記トリガセンサにより前記トリガが前記第２位置にあることが示された際、前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具への電力を制限すると、前記バッテリプロセッサは、トリガセンサにより、前記ユーザが前記トリガを前記第１位置まで移動させ、前記第２位置に戻したことが示されるまで、前記スイッチを操作して、前記可変速モータへの通電を防止するように構成される、請求項６８～７０のいずれか一項に記載の手術システム。
  72. 前記バッテリプロセッサは更に、前記医療専門家が前記トリガの前記位置を操作したことを示す前記後続の前記第１信号を前記トリガセンサから受信すると、前記バッテリプロセッサが、前記可変速モータに再通電して、前記エンドエフェクタを回転させるように構成される、請求項６７～７１のいずれか一項に記載の手術システム。
  73. 前記可変速モータの前記再通電により、前記エンドエフェクタを回転させると、前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記第１境界の遠位に移動していると判断された際、前記手持ち式手術器具への電力を制限する第３信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成される、請求項７２に記載の手術システム。
  74. 前記可変速モータの前記再通電により、前記エンドエフェクタを回転させると、前記バッテリプロセッサは更に、前記ナビゲーションシステムが前記エンドエフェクタの前記指向性を決定するように構成される所定期間の間、前記手持ち式手術器具を再通電するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記第１境界に対して遠位に移動している場合、前記バッテリプロセッサに第３信号を通信するように構成され、
    前記第３信号を受信すると、前記バッテリプロセッサは、前記スイッチを作動させるように構成される、請求項７２に記載の手術システム。
  75. 前記可変速モータの前記再通電により、前記エンドエフェクタを回転させると、前記バッテリプロセッサは更に、前記ナビゲーションシステムが前記手持ち式手術器具の前記指向性を決定するように構成される所定期間の間、前記手持ち式手術器具を再通電するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記境界に隣接する、又は前記境界から遠位にあり、且つ、前記手術器具が前記重要構造に近接して移動している場合、前記バッテリプロセッサに第３信号を通信し、前記エンドエフェクタが隣接する、又は遠位にある場合、前記バッテリプロセッサに第４信号を通信するように構成され、
    前記第３信号を受信すると、前記バッテリプロセッサは、前記手持ち式手術器具への電力を切断するように構成され、
    前記第４信号を受信すると、前記バッテリプロセッサは、前記手持ち式手術器具の前記可変速モータへの通電を続行して、ユーザが前記エンドエフェクタを前記患者から取り外すことを可能にするように構成される、請求項７２に記載の手術システム。
  76. 前記エンドエフェクタは、第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタを含み、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能であり、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタを特定し、前記第１エンドエフェクタが特定された際、前記第１エンドエフェクタ用の前記第１境界を定義し、前記第２エンドエフェクタが特定された際、前記第２エンドエフェクタ用の第２境界を定義するように構成される、請求項６７に記載の手術システム。
  77. 前記第１エンドエフェクタはドリルであり、前記第２エンドエフェクタはインプラントを配置するためのドライバである、請求項７６に記載の手術システム。
  78. 前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界に対して近接した前記第２境界を定義するように構成される、請求項７６又は７７に記載の手術システム。
  79. 前記ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタを特定し、前記ナビゲーションシステムにより、前記第１エンドエフェクタが前記第１境界に隣接する、又は前記第１境界から遠位にあると判断された際、前記可変速モータを非通電にする前記第２信号を、前記スイッチの操作により前記バッテリプロセッサに通信するように構成され、請求項７６～７８のいずれか一項に記載の手術システム。
  80. 前記ナビゲーションシステムは、前記第２エンドエフェクタを特定し、前記ナビゲーションシステムにより、前記第２エンドエフェクタが前記第２境界に隣接する、又は前記第２境界から遠位にあると判断された際、前記可変速モータを非通電にする第３信号を、前記スイッチの操作により前記バッテリプロセッサに通信するように構成される、請求項７６～７８のいずれか一項に記載の手術システム。
  81. 前記バッテリプロセッサは更に、前記エンドエフェクタが前記第１境界に隣接する、又は前記第１境界から遠位にある間、前記後続の第１信号を受信すると、所定期間にわたり、前記可変速モータを再通電するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記第１境界に対して遠位に移動していると判断された際、前記可変速モータを非通電にする第３信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項６７に記載の手術システム。
  82. 前記プロセッサは更に、前記エンドエフェクタが前記第１境界に隣接する、又は前記第１境界から遠位にある間、前記後続の第１信号を受信すると、前記可変速モータを再通電するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタが前記第１境界から所定距離だけ遠位に移動したと判断された際、前記可変速モータを非通電にする第３信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項６７に記載の手術システム。
  83. 前記トリガセンサは、ホール効果センサである、請求項６７～８２のいずれか一項に記載の手術システム。
  84. 患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    エンドエフェクタを駆動するように構成された手持ち式手術器具であって、
    可変速モータと、
    前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、
    前記トリガの前記位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたハンドピースプロセッサと、
    を含む、手持ち式手術器具と、
    前記手持ち式手術器具と着脱可能に結合する充電式バッテリモジュールであって、
    信号を送信及び受信するように構成されたトランシーバと、
    前記トランシーバと通信するバッテリプロセッサであって、前記手持ち式手術器具を通電及び非通電にするように構成される、バッテリプロセッサと、
    を含む、充電式バッテリモジュールと、
    前記トランシーバを介して、前記バッテリプロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、既知の座標系における境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記既知の座標系における前記境界に対する前記エンドエフェクタの前記位置に基づいて、前記手持ち式手術器具を一時的に非通電する第１信号を前記バッテリプロセッサに通信するように構成され、
    前記手持ち式手術器具が依然として前記境界にある又は隣接している間、且つ、前記バッテリプロセッサが前記手持ち式手術器具を非通電にした後、前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタの動き方向が前記境界に対して近位方向又は遠位方向であることを決定し、前記バッテリプロセッサに第２信号を通信するように構成され、
    前記バッテリプロセッサは、前記手持ち式手術器具の前記動きが前記境界に対して近位方向にあることに基づいて、前記手持ち式手術器具を再通電するように構成される、手術システム。
  85. 患者に対する外科手術を実行するために医療専門家により使用される手術システムであって、該手術システムは、
    エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、
    前記エンドエフェクタを回転させるように構成された可変速モータと、
    前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なトリガと、
    前記トリガの前記位置を検出し、前記トリガの前記位置を示す第１信号を出力するように構成されたトリガセンサと、
    前記トリガの前記位置を示す前記トリガセンサからの前記第１信号に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するように構成されたハンドピースプロセッサと、
    を含む、手持ち式手術器具と、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、第１境界を定義し、前記第１境界に対する前記手術器具の位置を能動的に決定し、前記トリガセンサにより、前記トリガが前記第２位置にあることが示され、且つ、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記第１境界と隣接する、及び／又は、前記第１境界から遠位にあると判定されると、前記可変速モータを停止させる第２信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記手持ち式手術器具が、依然として前記第１境界に隣接する、及び／又は、前記第１境界から遠位にある間、前記ハンドピースプロセッサは、前記医療専門家が前記トリガを操作して、前記トリガを前記第２位置から前記第１位置へと移動させ、前記第２位置に戻したことを示す後続の前記第１信号を、前記トリガセンサから受信すると、前記可変速モータを再起動するように構成される、手術システム。
  86. 前記手持ち式手術器具が前記第１境界に隣接する、及び／又は、前記第１境界から遠位にある間、前記可変速モータを再起動すると、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記患者の重要構造に向かって近位に所定距離を移動したと決定されると、前記可変速モータを停止させる第３信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される、請求項８５に記載の手術システム。
  87. 前記手持ち式手術器具が前記第１境界に隣接する、及び／又は、前記第１境界から遠位にある間、前記可変速モータを再起動すると、前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記手持ち式手術器具が前記患者の重要構造から遠位方向に移動していると決定されると、前記可変速モータの起動を継続させる第４信号を前記ハンドピースプロセッサに通信するように構成される、請求項８５に記載の手術システム。
  88. 前記ナビゲーションシステムは、セグメンテーションアルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて、前記第１境界を定義するように構成される、請求項８５に記載の手術システム。
  89. 前記ナビゲーションシステムは更に、前記ユーザが前記セグメンテーションアルゴリズムから提供される前記第１境界を操作できるように構成されたユーザ選択可能オブジェクトを提供するように構成されるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含む、請求項８５～８８のいずれか一項に記載の手術システム。
  90. 前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界から第１距離を隔てた第２境界を投影するように構成され、前記第１境界及び前記第２境界は、アラートゾーンに相当するボリュームを定義し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記アラートゾーンに相当する前記ボリュームに進入する際、前記可変速モータを停止させる前記第２信号を前記ハンドピースプロセッサに送信するように構成される、請求項８５～８９のいずれか一項に記載の手術システム。
  91. 前記第２境界は、前記ユーザに対して前記第１境界から近位方向で投影される、請求項９０に記載の手術システム。
  92. 前記ナビゲーションシステムが、所定期間にわたり、前記患者に対する前記エンドエフェクタの位置を決定することができない場合、前記ナビゲーションシステムは更に、前記ナビゲーションシステムが、引き続き前記患者に対する前記エンドエフェクタの現在位置を決定できるようになるまで、前記可変速モータを停止させることを前記プロセッサに命令する第３信号を前記制御プロセッサに送信するように構成される、請求項８５～９１のいずれか一項に記載の手術システム。
  93. 患者に対する脊椎又は頭蓋の手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    エンドエフェクタを受容するように構成された手持ち式手術器具であって、
    ハンドピースと、
    前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、
    前記医療専門家により前記可変速モータを起動及び停止させるように操作可能なトリガと、
    前記可変速モータの速度を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
    前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサと、
    を含む、手持ち式手術器具と、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記スイッチが前記第１位置にあるか前記第２位置にあるかを判定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記スイッチが適切な前記位置にあることと、前記手持ち式手術器具に結合された前記エンドエフェクタの種類とに基づいて、前記可変速モータの通電を制御する信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
  94. 前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムによって、前記手持ち式手術器具に結合する前記エンドエフェクタの前記種類について、前記スイッチが誤った前記位置にあることが特定されると、前記可変速モータを停止させる前記信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムによって、前記手術器具に結合する前記エンドエフェクタの前記種類について、前記スイッチが正しい前記位置にあることを特定すると、前記可変速モータを起動させる前記信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項９３に記載の手術システム。
  95. 前記手持ち式手術器具は更に、前記スイッチに結合する追跡装置も含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記追跡装置の位置に基づいて、前記スイッチが前記第１位置にあるか第２位置にあるかを決定するように構成される、請求項９３又は９４に記載の手術システム。
  96. 前記手持ち式手術器具は更に、バッテリモジュールも含み、
    前記プロセッサは、前記バッテリモジュール内で配置される、請求項９３～９５のいずれか一項に記載の手術システム。
  97. 患者に対する外科手術を実行する際に医療専門家により使用される手術システムであって、該手術システムは、
    手持ち式手術器具アセンブリであって、
    ハンドピースと、
    第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方であって、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能である、第１エンドエフェクタ又は第２エンドエフェクタの一方と、
    前記ハンドピース内で配置された可変速モータと、
    前記可変速モータの通電を制御するように構成されたプロセッサと、
    を含む、手持ち式手術器具アセンブリと、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタの識別情報を決定する、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１エンドエフェクタの識別に少なくとも部分的に基づいて、既知の座標系における第１境界を定義し、更に、前記既知の座標系における前記第１境界とは異なる第２境界を定義するように構成され、前記第２境界は、前記第２エンドエフェクタの識別に少なくとも部分的に基づいており、
    前記第１エンドエフェクタが識別されると、前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界に対する前記第１エンドエフェクタの位置に基づいて、前記可変速モータの通電を制御する第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記第２エンドエフェクタが識別されると、前記ナビゲーションシステムは、前記第２境界に対する前記第２エンドエフェクタの位置に基づいて、前記可変速モータの通電を制御する信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
  98. 前記ナビゲーションシステムは、前記ハンドピースに結合された際の前記第１境界に対する前記第１エンドエフェクタの位置、及び前記ハンドピースに結合された際の前記第２境界に対する前記第２エンドエフェクタの位置を能動的に決定し、更に、前記第１エンドエフェクタ又は前記第２エンドエフェクタの前記位置を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項９７に記載の手術システム。
  99. 前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記第１エンドエフェクタが前記第１境界に隣接する、若しくは、前記第１境界から遠位にあること、又は、前記第２エンドエフェクタが前記第２境界に隣接する、若しくは、前記第２境界から遠位にあることが決定されると、前記可変速モータを停止させる信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項９７又は９８に記載の手術システム。
  100. 前記ナビゲーションシステムは、前記医療専門家が、前記手持ち式手術器具に結合する前記第１エンドエフェクタ又は前記第２エンドエフェクタの前記識別情報を入力することを可能にするように構成される、請求項９７に記載の手術システム。
  101. 手持ち式手術器具アセンブリは、バッテリモジュールを含み、
    手持ち式手術器具アセンブリの前記プロセッサは、前記バッテリモジュール内に配置され、前記バッテリモジュールにより前記可変速モータの通電を制御するように構成される、請求項９７～１００のいずれか一項に記載の手術システム。
  102. 前記ナビゲーションシステムは、前記患者に挿入するために選択されたインプラントの計画された姿勢に基づいて前記第１境界を定め、前記インプラントの軸に沿って前記第１境界から第１距離にある前記第２境界を定める、請求項９７～１００のいずれか一項に記載の手術システム。
  103. 前記第１エンドエフェクタはドリルであり、前記第２エンドエフェクタはドライバであり、
    前記第１境界は、前記インプラントの前記軸に垂直な方向に配置される、請求項９７～１０２のいずれか一項に記載の手術システム。
  104. 前記ハンドピースへと着脱可能に結合可能な第３エンドエフェクタも更に含み、前記ナビゲーションシステムは、前記第３エンドエフェクタに少なくとも部分的に基づいて、前記患者上で第３境界を定義するように構成され、
    前記第３エンドエフェクタが前記ハンドピースに結合する際、前記ナビゲーションシステムは、前記第２境界に対する前記第３エンドエフェクタの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記可変速モータの通電を制御するか、又は、前記フィードバックデバイスを振動させる信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項９７～１０２のいずれか一項に記載の手術システム。
  105. 前記第３エンドエフェクタはタップである、請求項１０４に記載の手術システム。
  106. 前記手持ち式手術器具アセンブリは更に、第２可変速モータと、前記第２可変速モータの通電を制御するように構成された第２プロセッサとを含む第２ハンドピースも含み、
    前記第１エンドエフェクタ及び前記第２エンドエフェクタはそれぞれ、前記第２ハンドピースへと着脱可能に結合可能であり、
    前記第１エンドエフェクタは、前記ハンドピースに結合し、前記第２エンドエフェクタは、前記第２ハンドピースに結合し、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界に対する前記第１エンドエフェクタの位置に基づいて、前記ハンドピースの前記可変速モータの通電を制御する前記第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界に対する前記第１エンドエフェクタの位置に基づいて、前記第２ハンドピースの前記第２可変速モータの通電を制御する前記第２信号を前記第２プロセッサに通信するように構成される、請求項９７に記載の手術システム。
  107. 第１追跡デバイス及び第２追跡デバイスも更に備え、それぞれが、前記ナビゲーションシステムによって識別可能であり、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界を前記第１追跡デバイスに関連付け、前記第２境界を前記第２追跡デバイスに関連付けるように構成される、請求項９９に記載の手術システム。
  108. 前記第２境界は、前記第１境界から遠位に投影される、請求項９７～１０７のいずれか一項に記載の手術システム。
  109. 患者に対する医療処置中に、ナビゲーションシステムを使用して手術器具をナビゲーションする方法であって、前記手術器具は、ハンドピースと、前記ハンドピースに結合するエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタを選択的に駆動する可変速モータと、前記可変速モータの通電を制御するプロセッサとを含み、該方法は、
    既知の座標系における選択されたインプラントに関する計画された姿勢を決定することと、
    前記選択されたインプラントの前記姿勢に基づいて、前記既知の座標系内に複数の境界を作成することであって、前記複数の境界は、ドリル特有境界及びドライバ特有境界を含む、作成することと、
    前記ナビゲーションシステムを用いて、前記手術器具の位置を追跡することと、
    前記エンドエフェクタをドリル器具として識別することに基づいて、前記ドリル特有の境界を有効にすることと、
    前記エンドエフェクタをドライバ器具として識別することに基づいて、前記ドライバに特有の境界を有効にすることと、
    前記ドリル特有境界、及び前記エンドエフェクタの位置に基づいて、前記ドリル器具が識別された際、前記ハンドピースの前記モータの前記通電を制御することと、
    前記ドライバ特有境界、及び前記エンドエフェクタの位置に基づいて、前記ドライバ器具が識別された際、前記ハンドピースの前記モータの通電を制御することと、
    を含む、方法。
  110. 前記医療専門家の嗜好に応じて、前記ナビゲーションシステムにより提供された前記ドリル特有境界を操作するステップも更に含む、請求項１０９に記載の方法。
  111. 前記方法は更に、ドリル器具を前記ハンドピースに結合するステップも含み、前記ナビゲーションシステムは、前記ドリル器具を識別し、前記ドリル特有境界に対する前記ドライバ器具の位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ハンドピースの前記モータの前記通電を制御するように構成される、請求項１０９又は１１０に記載の方法。
  112. 前記方法は更に、前記ドライバ器具を前記ハンドピースに結合するステップも含み、前記ナビゲーションシステムは、前記ドライバ器具を識別し、前記ドライバ特有境界に対する前記ドライバ器具の位置に少なくとも部分的に基づいて、前記ハンドピースの前記モータの前記通電を制御するように構成される、請求項１０９～１１１のいずれか一項に記載の方法。
  113. 前記方法は更に、前記ナビゲーションシステムが以下のいずれかであることを判定する際、アラートデバイスを起動するステップであって、
    前記ドライバ器具位置が、前記ドリル特有境界に隣接する、又は前記ドリル特有境界から遠位であること、又は
    前記ドライバ器具位置が、前記ドライバ特有境界に隣接する、又は前記ドライバ特有境界から遠位であることを判定する、起動するステップも含み、
    前記アラートデバイスを起動することは、前記手術器具への給電を制限するために、前記モータの前記通電を制御することも含む、請求項１０９～１１２のいずれか一項に記載の方法。
  114. 前記ドリル特有境界及び前記ドライバ特有境界のそれぞれに、別個のアラートタイプを割り当てるステップも更に含む、請求項１０９～１１１のいずれか一項に記載の方法。
  115. 前記ハンドピースに結合する前記ドリル器具を識別するステップであって、前記ナビゲーションシステムは、前記ドリル特有境界を提供するように構成される、識別するステップと、
    前記選択されたインプラントを配置するべき生体組織の位置に、前記ドリル器具を適用するステップと、
    前記ドリル特有境界に対する前記ドリル器具の位置を追跡するステップであって、前記ナビゲーションシステムにより、前記ドリル器具が前記ドリル特有境界に隣接する、又は前記ドリル特有境界から遠位にあると判断された際、前記ナビゲーションシステムは、前記可変速モータを停止させる信号を前記プロセッサに供給する、追跡するステップと、
    前記ドリル器具と前記ハンドピースとを分離するステップと、
    前記ドライバ器具を前記ハンドピースに結合するステップであって、前記ナビゲーションシステムは、前記ドライバ器具を識別し、前記ドライバ特有境界を提供するように構成される、結合するステップと、
    前記選択されたインプラントを配置するべき生体組織の位置に、前記第２エンドエフェクタを適用するステップと、
    前記ドリル特有境界に対する前記ドライバ器具の位置を追跡するステップであって、前記ナビゲーションシステムにより、前記ドライバ器具が前記ドライバ特有境界に隣接する、又は前記ドライバ特有境界から遠位にあると判断された際、前記ナビゲーションシステムは、前記可変速モータを停止させる信号を前記プロセッサに供給する、追跡するステップと、
    も更に含む、請求項１０９に記載の方法。
  116. 前記選択されたインプラントに関する前記計画された姿勢に基づいて、軸を導出するステップも更に含み、前記ドリル特有境界及び前記ドライバ特有境界は、前記軸に沿った前記ドリル特有境界及び前記ドライバ特有境界の前記軸方向位置におけるメッシュに垂直な面である、請求項１０９～１１５のいずれか一項に記載の方法。
  117. 前記ナビゲーションシステムにより、前記ドリル器具及び前記ドライバ器具の別個の形状に基づいて、前記ドリル器具及び前記ドライバ器具を識別するステップも更に含む、請求項１０９～１１５のいずれか一項に記載の方法。
  118. 前記ナビゲーションシステムにより、第１追跡装置が前記ドリル器具に結合すること、及び、第２追跡装置が前記ドライバ器具に結合することに基づいて、前記ドリル器具及び前記ドライバ器具を特定するステップも更に含み、前記第１追跡装置及び前記第２追跡装置はそれぞれ、前記ナビゲーションシステムで識別可能な別個の形状を有する、請求項１０９～１１５のいずれか一項に記載の方法。
  119. 前記ドリル特有境界及び前記ドライバ特有境界は、前記それぞれの器具ツールの先端と、前記ドリル特有境界及び前記ドライバ特有境界上の点との間の既知の距離に基づいて、前記ハンドピースの前記モータの通電を制御するように決定される、請求項１０９～１１５のいずれか一項に記載の方法。
  120. 患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    高速手術器具アセンブリであって、
    プロセッサを有する制御コンソールと、
    前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備える、ハンドピースと、
    前記可変速モータの前記通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
    を含む、高速手術器具アセンブリと、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、既知の座標系における境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタの前記位置が前記境界にある、又は前記境界と隣接すると判断された際、前記ハンドピースを一時的に非通電にする第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記可変速モータを再通電する際、前記ナビゲーションシステムは、前記ハンドピースの前記動きが前記境界に対して遠位方向であることに基づいて、前記プロセッサに前記ハンドピースを通電又は非通電にさせる第２信号を、前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
  121. 前記ナビゲーションシステムは、前記ハンドピースの前記動きが前記患者の前記手術部位に対して遠位方向である場合、前記プロセッサに前記ハンドピースを通電させる前記第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項１２０に記載の手術システム。
  122. 前記ナビゲーションシステムは、前記ハンドピースの前記動きが、前記患者の前記手術部位に対して近位方向である場合、前記プロセッサに前記ハンドピースを非通電にさせる前記第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項１２０に記載の手術システム。
  123. 前記ナビゲーションシステムは、前記ハンドピースが依然として前記境界に隣接する、及び／又は前記境界から遠位にある間、前記医療専門家が前記スイッチを前記第２位置から前記第１位置に操作し、前記第２位置に戻すと、前記プロセッサに第３信号を通信するように構成され、前記第３信号は、前記第２信号とは独立して、前記プロセッサに前記ハンドピースを通電させるように構成される、請求項１２０～１２２のいずれか一項に記載の手術システム。
  124. 患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    高速手術器具アセンブリであって、
    プロセッサを含む制御コンソールと、
    前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備える、ハンドピースと、
    順方向で前記可変速モータの通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能な第１スイッチと、
    逆方向で前記可変速モータの前記通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能な第２スイッチと、
    を含む、高速手術器具アセンブリと、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上の重要構造の周りに定義されたアラートゾーンに対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記ナビゲーションシステムにより、前記エンドエフェクタの前記位置が前記アラートゾーンに進入し、且つ、前記可変速モータが前記順方向にあると判断された際、前記ハンドピースを非通電にする第１信号を前記プロセッサに通信するように構成され、
    前記プロセッサが前記ハンドピースを非通電にする際、且つ、前記ハンドピースが前記アラートゾーンに留まっている間、前記ナビゲーションシステムは、前記プロセッサに対して、前記順方向における前記可変速モータの再通電を防止し、且つ、前記逆方向における前記可変速モータの再通電を許可させる第２信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
  125. 患者に対して手術を行う医療専門家を支援するために、前記医療専門家が前記患者のアラートゾーンを定めることができるように構成されたナビゲーションシステムと併用される手術器具アセンブリであって、
    前記ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを有する制御コンソールと、
    前記制御プロセッサと通信する可変速モータを有する高速手術用バーアセンブリであって、前記可変速モータはバーを回転させる、高速手術用バーアセンブリと、
    前記高速手術用バーアセンブリの前記可変速モータを通電させるために第１位置と第２位置との間で移動可能なフットスイッチと、
    前記制御プロセッサと通信するフットスイッチセンサであって、前記フットスイッチは、前記フットスイッチの位置を検出して前記フットスイッチの位置を示す第１信号を前記制御プロセッサに送る、フットスイッチセンサと、
    前記フットスイッチに接続され、前記制御プロセッサと通信し、前記医療専門家が前記フットスイッチを押して前記高速手術用バーアセンブリを操作する際に前記医療専門家の足と接触するように前記フットスイッチ上に設けられる触覚アラートデバイスと
    を備え、
    前記ナビゲーションシステムは、既知の座標系において前記アラートゾーンに対する前記バーの位置を能動的に求め、
    前記ナビゲーションシステムは、前記バーが前記アラートゾーンに進入すると、前記触覚アラートデバイスを作動させて前記医療専門家により知覚可能な触覚アラートを出すための第２信号を前記制御プロセッサに送り、
    前記バーがなおも前記アラートゾーン内にある間、前記プロセッサは、前記フットスイッチセンサから、前記医療専門家により前記フットスイッチが動かされたことを示す後続の前記第１信号を受信すると、前記触覚アラートデバイスを停止させる、
    手術器具アセンブリ。
  126. 前記プロセッサは、前記医療専門家が前記フットスイッチを前記第１位置と前記第２位置との間で所定期間内に所定往復回数だけ動かすと、前記触覚アラートデバイスを停止するように構成される、請求項１２５に記載の手術器具アセンブリ。
  127. 患者に対する手術において医療専門家が使用する手術システムであって、該手術システムは、
    ドリルアセンブリであって、
    プロセッサを含む制御コンソールと、
    前記制御コンソールの前記プロセッサと通信するハンドピースであって、エンドエフェクタ、及び前記エンドエフェクタを駆動する可変速モータを備える、ハンドピースと、
    前記可変速モータの通電を制御するために、前記医療専門家により、第１位置と第２位置との間で操作可能なスイッチと、
    を含む、ドリルアセンブリと、
    前記プロセッサと通信するナビゲーションシステムであって、前記患者上の重要構造に対して定義された境界に対する前記エンドエフェクタの位置を能動的に決定するように構成される、ナビゲーションシステムと、
    を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記境界に隣接する、又は、前記境界から遠位にあることに応答して、前記ハンドピースの前記可変速モータが給電されるトルクマップを前記プロセッサに調整させる第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される、手術システム。
  128. 前記境界は、前記ナビゲーションシステムがセグメンテーションアルゴリズムを使用して定義した前記重要構造を包含する第１境界を含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第１境界から第１距離を隔てた第２境界を投影するように構成され、
    前記ナビゲーションシステムは、前記エンドエフェクタが前記第２境界に隣接する、又は、前記第２境界から遠位にあることに応答して、前記ハンドピースの前記可変速モータが給電されるトルクマップを前記プロセッサに調整させる第１信号を前記プロセッサに通信するように構成される、請求項１２７に記載の手術システム。
  129. 前記第１距離は、安全率に基づく、請求項１２８に記載の手術システム。
  130. 前記第２境界は、前記患者の前記重要構造から遠位に投影される、請求項１２８又は１２９に記載の手術システム。
  131. 患者に対して手術を行う医療専門家を支援するために、患者の重要構造に対するアラートゾーンを前記医療専門家が定めることができるように構成された手術システムであって、
    ナビゲーションシステムと、
    前記ナビゲーションシステムと通信する制御プロセッサを有する制御コンソールと、
    バーを有する高速手術器具と、
    前記制御プロセッサと通信する前記高速手術器具の前記可変速モータの動作を制御するフットスイッチと
    を備え、
    前記ナビゲーションシステムは、
    前記アラートゾーンに対する前記バーの位置を能動的に求めるステップと、
    前記ナビゲーションシステムにより、前記バーが前記アラートゾーンに進入したと判断された際に、アラート応答をトリガするステップと、
    ユーザ入力信号に基づいて前記アラート応答を停止するステップと、
    前記バーが所定時間にわたって前記アラートゾーンの外にあり、その後、前記アラートゾーンに再び進入したことに基づいて、前記アラート応答を再びトリガするステップと
    を行う、手術システム。
  132. 前記アラート応答は、前記バーを第１切断速度から第２切断速度に移行させること、可聴アラートデバイスをトリガすること、視覚アラートデバイスをトリガすること、又は、触覚アラートデバイスをトリガすることである、請求項１３１に記載の手術システム。
  133. 前記所定時間は、５秒～１５秒の範囲内の時間である、請求項１３１に記載の手術システム。
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