JP2022550148A - 手術器具用トラッカ - Google Patents

Abstract

【課題】手術器具用トラッカを改良する。【解決手段】手持ち式手術器具と共に使用可能な光学トラッカである。光学トラッカはトラッカフレームを備え、トラッカフレームは、長手方向軸を有する器具係合開口部を規定する取付体と、取付体から近位に突出するオフセット体とを含む。器具係合開口部は、トラッカの長手方向軸が手術器具の軸と位置合わせされるように、手術器具の近位領域を受け入れるように構成される。均等な割合の３つの放射状部分が長手方向軸を中心に規定され、長手方向軸を集合的に囲む。トラッカは、少なくとも６つのマーカをさらに備え、マーカは、トラッカフレームに結合された少なくとも２つのアレイを形成するように配置され、少なくとも１つのマーカが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされる。アレイの各々の一部がオフセット体に結合され、取付体の近位に位置決めされる。【選択図】図２

Description

本出願は、内容全体が参照により本明細書に組み込まれている、２０１９年９月２６日に出願した米国仮特許出願第６２／９０６，６２９号の優先権を主張する。

手術中、外科医は、患者の体内に挿入する必要がある器具を使用することが多い。器具が患者の体内に入ると、外科医は器具の先端が見えなくなる。このような場合に外科医が器具をナビゲートするのを助けるために、器具を追跡し、外科医に視覚誘導または音響誘導を行う手術ナビゲーションシステムを使用することができる。

器具を追跡する１つの方法は、器具にトラッカを取り付けることである。手術室のカメラがトラッカを検出し、トラッカの位置、したがって器具の位置を計算するために使用されるデータを生成する。通常、患者も追跡され、これにより、患者に対する器具の位置を計算することができる。

トラッカのさらなる改良が望まれる。

本開示の利点は、添付図面に関連して考察される以下の詳細な説明を参照することによって、よりよく理解されるようになるので、容易に認識されるであろう。

手術ナビゲーションシステムを示す例示的な手術施設を示す図である。 トラッカの第１の実施形態およびユーザが把持している手術器具の環境図である。 手術器具に結合されたトラッカフレームを有し、３つの放射状部分がトラッカの長手方向軸を中心に配置されている、図２のトラッカの斜視図である。 トラッカフレームが手術器具に結合されていることを示す、図２のトラッカの別の斜視図である。 トラッカフレームの四面体形状と、トラッカと手術器具との間の２つの視線とを示す、図２のトラッカの側面図である。 マーカアレイおよび領域を示す、図２のトラッカおよび手術器具の上面図である。 ３つの放射状部分、第１の領域および第２の領域、ならびにいくつかのマーカの放出パターンを示す、図２のトラッカおよび手術器具の近位図である。 トラッカフレームの四面体形状と、マーカアレイおよび領域とを示す、図２のトラッカの斜視図である。 器具係合開口部とリリーフ領域とを示す、図２のトラッカの斜視図である。 器具係合開口部と保持アセンブリとを示す。図２のトラッカの遠位斜視図である。 トラッカフレームおよびマーカアレイの内部を示す、図２のトラッカの分解図である。 手術器具に結合されていることを示す、トラッカの別の実施形態の斜視図である。 図１２のトラッカの別の斜視図である。 図１２のトラッカの側面図である。 図１２のトラッカの上面図である。 図１２のトラッカの近位図である。 手術器具に結合されていることを示す、トラッカのさらに別の実施形態の斜視図である。 図１７のトラッカの別の斜視図である。 図１７のトラッカの側面図である。 図１７のトラッカの上面図である。 図１７のトラッカの近位図である。 トラッカの別の実施形態の斜視図である。 図２２のトラッカの斜視図である。 図２２のトラッカの近位図である。 手術器具に結合されている、図２２のトラッカの側面図である。 トラッカおよび手術ナビゲーションカートの斜視図である。

いくつかの図面を通して同様の数字が同様の部分を示す図面を参照すると、本開示は、手持ち式手術器具３４用のトラッカ１００、手術ナビゲーションシステム１２、およびトラッカ１００を操作するための方法を含む。図１は、外科医などの医療専門家が医療処置を行う際に支援するために、手術器具３４およびトラッカ１００を含む１つまたは複数の手術器具アセンブリ３０を追跡するための手術ナビゲーションシステム１２を備えることができる例示的な手術システム１０を示す。

手術ナビゲーションシステム１２は、１つまたは複数の表示ユニット１４および１つまたは複数のユーザ入力１６を含むナビゲーションインターフェースを備えることができる。手術ナビゲーションシステム１２の表示ユニット１４は、様々なプロンプトおよびデータエントリボックスを表示するように構成されてよい。例えば、表示ユニット１４は、外科医が実行する外科手術のタイプを手動で入力または選択できるようにするテキストボックスまたはプロンプトを表示するように構成されてよい。表示ユニット１４は、術前画像またはスキャンなどの患者データを表示するように構成されてもよい。前述したように、術前画像は、患者の解剖学的構造のＭＲＩスキャン、放射線スキャン、また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１２にアップロードして、表示ユニット１４に表示することができる。表示ユニット１４は、患者のデータまたは画像に重ね合わせた、医療処置に関する手術計画を表示するようにさらに構成されてよい。手術計画は、医療処置を行うための手術経路、または医療処置中の医療器具についての計画された軌道もしくは向きを含むことができる。手術計画は、医療処置中に挿入される埋込物または医療機器の位置および／または向きを患者データまたは画像に重ね合わせることを含むこともできる。手術ナビゲーションシステム１２は、医療処置を行うための手術経路、または医療処置中の医療器具についての計画された軌道もしくは向きのホログラフィック画像を表示および／または投影するように構成された表示ユニット１４を備えてもよいことが考えられる。これは、手術経路を患者または手術室内の他の表面に投影することを含むことができる。また、外科医が着用しているヘッドユニット、例えばヘッドユニットのレンズ、シールド、または眼鏡に手術経路を投影することを含むこともできる。標的軌道および／または標的位置を表示するための、外科医が着用する表示ユニットを備える手術ナビゲーションシステム１２の例示的な構成は、全体が参照により本明細書に組み込まれている、国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０５３１３０号に開示されている。

ユーザ入力１６は、外科医が患者データを入力する、または手術計画を変更することができるように構成されてよい。患者データは、患者の解剖学的構造の術前画像などの患者画像を含むことができる。これらの画像は、患者の解剖学的構造のＭＲＩスキャン、放射線スキャン、また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。患者データは、行われている医療処置のタイプ、患者の解剖学的特徴、患者の特定の病状、および／または手術ナビゲーション設定のための操作設定に関連する追加の情報を含むこともできる。例えば、脊柱手術を行う際に、外科医は、ユーザ入力１６を介して、医療処置が行われている特定の椎骨に関連する情報を入力することができる。外科医は、椎骨、および／または医療処置中に挿入される医療機器または埋込物のサイズおよび形状に関連する様々な解剖学的寸法を入力することもできる。ユーザ入力１６は、外科医が患者データを選択、編集、または操作することができるように構成されてもよい。例えば、外科医は、患者データから解剖学的特徴を識別および／または選択することができる。これは、医療処置を行う椎骨および／または椎骨上の特定の領域を選択するなど、手術部位を選択することを含むことができる。

手術ナビゲーションシステム１２は、ナビゲーションプロセッサ１８をさらに備えることができる。ナビゲーションプロセッサ１８は、パーソナルコンピュータまたはラップトップコンピュータ上に位置することができる。ナビゲーションプロセッサ１８は、ユーザ入力１６、表示ユニット１４、中央処理装置（ＣＰＵ）および／または他のプロセッサ、メモリ（図示せず）、およびストレージ（図示せず）と通信することができる。ナビゲーションプロセッサ１８は、手術ナビゲーションシステム１２の動作に関連する、本明細書に開示される様々なルーチンおよび／もしくは方法を実装するためのソフトウェアならびに／または動作命令をさらに含むことができる。ソフトウェアおよび／または動作命令は、患者２０に関連する手術器具３４の正確な位置および／または角度位置合わせを見つけるように構成された計画システムを含むことができる。ナビゲーションプロセッサ１８は、手術器具アセンブリ３０と直接的または間接的に有線または無線通信することができる。

手術ナビゲーションシステム１２は、１つまたは複数のセンサ２４を含む追跡ユニット２２またはローカライザを備えることもできる。センサは、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ、および／もしくは光学画像カメラなどのカメラ、磁気センサ、無線周波数センサ、または手術器具アセンブリ３０の追跡装置１００の位置を検出および／もしくは感知するように適合された任意の他のセンサを含むことができる。ローカライザ２２は、複数のマーカ１２８からの放射または光を検出することができ、検出された放射または光を表すローカライザ信号を生成することができる。例示的な手術ナビゲーションシステム１２は、マーカ１２８間に固定の空間関係を有するトラッカ１００を利用するように構成されてよい。利用され得る様々な適切なローカライザの記載は、全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第１０，５３１，９２６（Ｂ２）号に見られる。

プロセッサ１８は、ローカライザ信号を受信可能であってよい。プロセッサ１８はさらに、受信したセンサ信号に基づいてトラッカ１００を整合および追跡可能であってよい。プロセッサは、ローカライザ信号に基づいて、ローカライザ２２に対するトラッカ１００の向きおよび／または位置を計算することもできる。プロセッサ１８は、空間関係に関する情報にアクセスすることができる。このような場合、ステレオカメラで撮影された３次元画像は必要なく、カメラは単一の２次元画像センサのみを含むだけでよい。

プロセッサ１８は、患者の身体２０の情報（例えば、患者の身体のコンピュータ断層撮影スキャンおよび／または追跡信号）を受信および／または格納するようにさらに構成されてよい。次に、プロセッサ１８は、患者の身体２０に対する手術器具３４の位置および／または向きを計算することができる。プロセッサ１８は、手術器具３４の追跡を示す視覚信号または音響信号を生成するように構成されてよい。視覚信号は、表示ユニットに表示されてよい。プロセッサ１８は、ローカライザとは別個のコンピューティングデバイスの一部であってよい。あるいは、ローカライザは、プロセッサを備えることができる。

図２は、トラッカ１００および手術器具３４の第１の構成の斜視図である。手術器具３４は、器具軸４０に沿って離間した近位端３６および遠位端３８を有する。図２に示すような多くの場合、手術器具３４は、近位端３６近くに配置されたソース（例えば、モータまたは超音波トランスデューサ）から、手術器具３４の遠位端３８に結合されたアタッチメント４２へ、器具軸４０に沿って機械的エネルギーを伝達する。この配置の一例が図２～図７に示され、手術器具３４は高速ドリルとして示されている。ここで、手術器具３４は、ハウジング４６、ハウジング４６内に配置されたモータ（図示せず）、近位領域においてハウジング４６から突出する可撓性供給ケーブル４８、および手術器具３４の遠位端３８近くのアタッチメントインターフェース５０を含むことができる。例示的な手術器具は、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第８，５９７，３１６号および米国特許出願公開第２０１７／０３１９２１７号に見られる。

トラッカ１００は、手術器具３４および手術ナビゲーションシステムと共に動作可能であり、手術室内における手術器具３４の位置および／または向きを決定する。手術器具３４の位置を正確に決定するために、トラッカ１００は手術器具３４に結合され、外科手術中にそれらの相対運動を防ぐように構成される。加えて、トラッカ１００は、手術ナビゲーションシステムによるトラッカ１００の視認性を最大にするように、手術器具３４に結合されるべきである。

図面全体を通して、手術器具３４は高速ドリルとして示されているが、トラッカ１００は、高速ドリル以外の手術器具３４と共に利用することができる。例えば、トラッカ１００は、手持ち式超音波アブレーションツールもしくは生検針、またはロボットエンドエフェクタなどのロボット装置の一部に結合されてよい。同様に、トラッカ１００は、手持ち式ドリル、鋸、またはバーなどの他の手術器具（図示せず）に結合するように構成されてよい。ここでも同様に、手術器具３４の遠位端３８に結合されたアタッチメント４２は、図２において、器具軸４０とは異なる軸（図示せず）上で回転ツールを駆動する傾斜アタッチメントとして示されている。例えば、アタッチメントは、真っ直ぐであっても、１５度、４５度などで傾斜していてもよく、アタッチメントは、３０ｍｍ、５０ｍｍなどの様々な長さであってよい。

手術器具は質量が小さく、構造的に弱いことがある。このような手持ち式手術器具３４に重いトラッカを取り付けると、トラッカ１００は重心を移動させるため、（例えば、保持している手に加わるトルクにより）疲れることがある。さらに、手術器具３４は、取り付けられた重いトラッカ１００の重量により（弾性的または塑性的に）変形し、さらには損傷することがある。図面全体を通して示されるトラッカ１００は、通常、軽量である。したがって、上記の欠点が減少するまたは排除される。手持ち式手術器具３４は、手で保持してもより疲れにくく、トラッカ１００の重量によって変形する可能性がより低くなり得る。

トラッカ１００を手術器具３４に取り外し可能に結合することを容易にするために、トラッカ１００は、取付体１０４を含むトラッカフレーム１０２を備え、取付体１０４は、長手方向軸１０８に沿って貫通する器具係合開口部１０６を規定する。以下でさらに詳細に説明するように、器具係合開口部１０６は、器具軸４０が取付体１０４の長手方向軸１０８と位置合わせされるよう手術器具３４を受け入れるように構成される。言い換えると、取付体１０４は、手術器具３４の本体と同心であってよい。トラッカフレーム１０２は、取付体１０４に支持され、かつ長手方向軸１０８に略平行に近位に延びるオフセット体１１０をさらに含むことができる。オフセット体１１０は、長手方向軸１０８に略垂直な方向に貫通する切欠き１１８を規定することができる。トラッカフレーム１０２は、チタンなどの金属、ナイロンなどのポリマー、または芳香族エポキシアミン樹脂などのエポキシ樹脂を含むことができる。トラッカフレームは、医療現場での使用に適した任意の他の材料を含んで、トラッカ１００に必要な剛性構造を提供することができる。トラッカフレームは、ポリマーから構成されてもよく、積層造形技法を使用して製造されてもよい。

あるいは、トラッカ１００および手術器具３４は、単回使用のために機械的に接続されてもよい。トラッカ１００と手術器具３４とは、（例えば、射出成形中に）一体に形成されてもよい。トラッカ１００は、例えば、手術器具３４のハンドルと一体に形成されてもよい。トラッカ１００が器具３４に既に取り付けられているので、外科医は、トラッカ１００を手術器具３４に取り付ける必要なく、直ちに手術器具３４を使用することができる。外科医は、トラッカ１００および手術器具３４の両方を、単回使用の後に処分することができる。

手術器具３４の位置および向きを追跡するために、トラッカ１００は、オプションで１つまたは複数のアレイ１６２、１６４、１６６に配置され、かつトラッカフレーム１０２に結合された複数のマーカ１２８を備える。トラッカフレーム１０２は、それぞれの放射状部分１１２、１１４、１１６に各々位置合わせされた３つの側面を有することができ、各側面は他の側面から約１２０度に向く。複数のアレイ１６２、１６４、１６６は、各アレイ１６２、１６４、１６６が３つの側面のうちの１つに配置され、互いに異なる方向を向くように配置される。第１のアレイ１６２は、第１の放射状部分１１２に位置合わせされた側面に配置され、第２のアレイ１６４は、第２の放射状部分１１４に位置合わせされた側面に配置され、第３のアレイ１６６は、第３の放射状部分１１６に位置合わせされた側面に配置される。第１の放射状部分１１２に位置合わせされた側面は、オフセット体１１０上に位置決めされる。オフセット体１１０と取付体１０４とは協働して、第２の放射状部分１１４および第３の放射状部分１１６と位置合わせされる２つの側面を規定する。他のアレイの数および／または側面との数も考えられる。

各側面は特定の放射状配置を有するが、側面の角度は、側面が共通の頂点に向かって傾斜して、オフセット体１１０の近位端１５２を越えた点で収束するように構成されてよい。オフセット体１１０および／または第１のアレイ１６２は、オフセット体１１０が斜軸に沿って取付体１０４から突出するように、斜軸を規定することができる。斜軸は、斜軸を中心とする均等な割合の３つの斜め部分（本明細書で説明した放射状部分と同様）をさらに規定することができる。ここで、少なくとも６つのマーカ１２８が、長手方向軸を中心に放射状に配置され、少なくとも３つのマーカ１２８が、斜軸を中心に放射状に配置され、オフセット体１１０上に配置されて、これらの少なくとも３つのマーカ１２８のうちの１つが、３つの斜め部分の各々にあり、長手方向軸１０８から離間して、可撓性供給ケーブル４８のための隙間を提供するようになっている。

手術ナビゲーションシステムの精度を高めるための１つの方法は、トラッカ１００の視認性を最大にすることを含む。トラッカ１００の精度は、いくつかの方法で高めることができる。例えば、トラッカ１００のサイズを大きくすることができ、マーカ１２８の数を増加させることができ、マーカ１２８の輝度を高めることができ、さらに他の方法がある。しかしながら、これらの方法により、トラッカ１００のサイズおよび／または質量が大きくなることがあり、例えば、マーカ１２８の輝度を高めると電力を消費することになり、それにより、トラッカ１００を動作させることのできる期間が短縮され、またはバッテリが容量の増大に伴って重くなる。

トラッカ１００の視認性は、トラッカフレーム１０２上にマーカ１２８を戦略的に配置することによって高めることもできる。図３および図７に最も良く示すように、３つの放射状部分１１２、１１４、１１６が、長手方向軸１０８を中心に規定されている。各放射状部分１１２、１１４、１１６は、トラッカ１００のそれぞれの部分およびトラッカ１００の構成要素の配置に対応する体積を有する。図示のように、第１の放射状部分１１２は、オフセット体１１０と略位置合わせして規定されてよい。第２の放射状部分１１４および第３の放射状部分１１６は、オフセット体１１０と反対側で長手方向軸１０８を横切って位置合わせされる。例えば、図３に示すように、各放射状部分１１２、１１４、１１６は、トラッカ１００の周囲で１２０度延びる。放射状部分１１２、１１４、１１６は、３つのすべてのサイズが等しくなるように規定される。

一部の構成において、トラッカ１００は、図２～図１１に示す第１の構成、および図１２～図１６に示す第２の構成などの本体シェル１２０を備えることができる。本体シェル１２０は、トラッカフレーム１０２の一部を覆い、トラッカフレーム１０２の内部１２２および外部１２４を囲む（図１１参照）。以下でさらに詳細に説明するように、トラッカ１００のある構成要素が、トラッカフレーム１０２の内部１２２に配置されてよい。本体シェル１２０は、ポリマー材料、チタン、または他の適切な材料から構成されてよい。トラッカフレーム１０２は、個別の取付体１０４および／またはオフセット体１１０が存在しないように、単一または一体構造であってもよい。トラッカフレーム１０２および本体シェル１２０を形成するための適切な製造プロセスは、特に、射出成形、積層造形（３Ｄ印刷）、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械加工、ポリマー鋳造、真空成形、およびブロー成形を含むことができる。

チューブガイド１２６が、取付体１０４のトラッカフレーム１０２に規定され、手術用潅流チューブ５２を受け入れるように構成されてよい。チューブガイド１２６は、潅流チューブ５２を受け入れ、潅流チューブ５２をトラッカフレーム１０２の周りにきちんと通し、外科医の邪魔にならないようにして、潅流チューブが予測不可能な方法でトラッカフレームに干渉しないようする。トラッカ１００は、異なる直径の潅流チューブ５２を受け入れるように構成され得る２つのチューブガイド１２６を備えることができる。これらのチューブガイド１２６は、等しいサイズであっても、複数のサイズの潅流チューブ５２を収容するように異なるサイズであってもよい。図２に示すように、チューブガイド１２６は、手術器具３４に接したときに長手方向軸１０８に略平行になるように、潅流チューブ５２を約９０度曲げて向けるように構成される。チューブガイドは、トラッカおよび吸引チューブに電力を供給するワイヤなどの他の細長い部材のためのガイドとなるように構成されてもよい。

図８のような斜視図で見ると、トラッカフレーム１０２は、放射状部分１１２、１１４、１１６に位置合わせされた３つの側面の配置により、略四面体状の形状を有することができる。これらの側面は各々、四面体１５４の４つの面のうちの１つを形成し、各側面の交差部で辺が規定される。四面体の第４の面は、取付体１０４の遠位を向いた面１８４によって形成される。この遠位を向いた面１８４は、長手方向軸１０８に略垂直であり、器具係合開口部１０６の一部を規定する。遠位を向いた面１８４は、取付体１０４の近位を向いた面１８５と反対側に配置される。遠位を向いた面１８４および近位を向いた面１８５は、概ね、取付体１０４の遠位端および近位端をそれぞれ形成する。四面体状の形状は、４つの面すべてが同じである正四面体として、または面の一部が異なるサイズであり、異なる角度で接する不規則な四面体として実現されてよい。

一部の実施形態において、トラッカ１００は、手術器具３４を追跡するための４つのマーカ１２８のみを備えることができる。これらの実施形態において、マーカ１２８の各々は、トラッカフレーム１０２に結合され、四面体形状の頂点に配置される。各マーカ１２８は、ナビゲーションシステムに可視である２つの他のマーカ１２８と共にアレイを形成する。各マーカ１２８は、長手方向軸１０８を中心とする放射状の光の放出を最大にするために、他のマーカ１２８とは異なる方向を向くことができる。

前述したように、オフセット体１１０は、取付体１０４に支持され、近位方向に延びる。オフセット体１１０は、取付体１０４に結合された遠位端１５０から、遠位に向いた面１８４に隣接して、近位端１５２まで延びる。オフセット体１１０の長さ１５６は、遠位端１５０と近位端１５２との間で規定され、近位端１５２が取付体１０４から離間する距離に対応する。近位端１５２は、トラッカフレーム１０２によって規定された四面体１５４の１つの頂点に隣接する。図６、図８、および図１０に最も良く示すように、オフセット体１１０は、遠位端１５０から近位端１５２までテーパ状であり、言い換えると、近位端１５２は遠位端１５０よりも小さい輪郭を有する。

また、前述したように、オフセット体１１０は、概ね、第１の放射状部分１１２に配置され、さらに、図５に最も良く示すように、長手方向軸１０８から高さ１５８だけ離間している。近位端１５２のより小さい輪郭および近位端１５２が離間する高さ１５８に部分的に起因して、トラッカフレーム１０２は、手術器具３４の可撓性供給ケーブル４８のためのリリーフ領域１６０を提供する。図５の側面図に最も良く示すように、リリーフ領域１６０は、概ね、可撓性供給ケーブル４８の周りに位置し、可撓性供給ケーブル４８とトラッカフレーム１０２とが接触する可能性を最小限に抑える。例えば、外科医などのユーザが図２に示すものと同様の方法で手術器具３４を用いたペンシルグリップを利用するときに、可撓性供給ケーブル４８は、概ね、床に向かって湾曲し、外科医から離れる。可撓性供給ケーブル４８は質量を有するので、手術器具３４の近位端３６に力が加わり、外科医が手術器具３４を把持している場所を中心とするモーメントとなる。外科手術中に手術器具３４が動くにつれて、外科医は、この動きに自然に従う可撓性供給ケーブル４８に関連する力に慣れることが多い。可撓性供給ケーブル４８が予期せず何かに接触すると、手術器具３４のバランスが影響を受ける。器具３４のバランスが一定しないと、外科医の細かい動きが影響を受けるおそれがあり、これにより、手術器具３４の遠位端３８において望ましくない動きが生じることがある。オフセット体１１０の下方に大きいリリーフ領域１６０を設けることにより、外科医は、可撓性供給ケーブル４８がトラッカフレーム１０２に接触する可能性を低下させながら、手術器具３４を広い可動域で確信して動かすことができる。リリーフ領域１６０は、可撓性供給ケーブル４８が、トラッカフレーム１０２に接触することなく小さい曲げ半径で（すなわち、器具軸４０に対して大きい角度で）自由に湾曲するための隙間を提供する。

トラッカ１００の質量を減少させることに加えて、手術部位の外科医の視認性に対するいかなる妨害も低減させることが望ましい。場合によっては、外科医は、図５に概略的に示す、器具軸４０に略一致した視線１８８に沿って手術部位を見ることを望むことがある。手術器具３４と共に大きいトラッカを使用すると、そのトラッカは外科医の視界を遮るか、または外科医が手術器具３４をあまり好ましくない方法で把持することを必要とし、それにより、外科医が手術部位を見る長手方向軸からの角度が大きくなることがある。視線１８８の角度は、手術器具３４の長さと長手方向軸１０８からのオフセット体１１０の高さ１５８との両方によって影響される。したがって、視線１８８の角度を最小にするために、オフセット体１１０の高さ１５８を小さくすることが望ましい。しかしながら、オフセット体１１０の近位端１５２がオフセット体１１０の遠位端１５０から近位に延びる距離（すなわち長さ１５６）は、オフセット体１１０が長手方向軸１０８から離間する距離（すなわち高さ１５８）よりも大きいので、各アレイ１６２、１６４、１６６の領域は依然として最大となり、それにより、トラッカ１００の精度が最大化される。オフセット体１１０の高さ１５８を小さくすることにより、視線１８８の角度を４０度未満にすることができる。手術器具３４に結合されたアタッチメント４２に応じて、視線を３０度未満、またはさらには２０度未満までさらに小さくすることができる。ある構成においては、トラッカ１００のいかなる部分も、長手方向軸から１、２、３、または４ｃｍを超える距離で延びていない。

前述したように、トラッカ１００は、器具軸４０と長手方向軸１０８とが位置合わせされるように、器具係合開口部１０６を介して手術器具３４に結合される。手術器具３４の位置の正確な決定は、トラッカ１００と手術器具３４との明確な関係によって容易になるため、これらの結合は、取り外し可能でありながら確実に固定されたものとすべきである。図４および図９に示すように、トラッカ１００は、手術器具３４を器具係合開口部１０６内に固定するように構成された保持アセンブリ１３２をさらに備えることができる。保持アセンブリ１３２は、追跡される特定の手術器具３４およびトラッカフレーム１０２の構造に応じて、いくつかの異なる方法で実現され得る。具体的には、一部の保持アセンブリ１３２は、金属構造を含むトラッカフレーム１０２により適したものであってよく、他の保持アセンブリ１３２は、ポリマー構造により適したものであってよい。適合性は、重量または直径などの手術器具３４の物理的特性により、または、場合によって、トラッカ１００が単回使用の使い捨てであるか耐久性があるかなどのコストにより、部分的に決定され得る。場合によっては、トラッカ１００は、多種多様な手術器具３４にわたる互換性を高めるために、複数の保持アセンブリ１３２を備えることができる。

手術器具３４のハウジング４６は、トラッカフレーム１０２に摺動可能に係合されて、トラッカ１００と手術器具３４とを確実に結合する。より具体的には、器具軸４０と長手方向軸１０８とを位置合わせし、器具係合開口部１０６の近位側に手術器具３４の遠位端３８を挿入することによりなされる。

保持アセンブリ１３２の第１の代替案は、図８および図１０に最も良く示す摩擦クランプ１３４として実現される。ここでは、クランプチャネル１３８が取付体１０４に規定され、取付体１０４を貫通している。２つの弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂがクランプチャネル１３８内に配置され、各弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂは、基準端１４２Ａ、１４２Ｂおよび可動端１４４Ａ、１４４Ｂを有する。基準端１４２Ａ、１４２Ｂは、いずれもクランプチャネル１３８の一側で取付体１０４に結合され、クランプチャネル１３８内へそれぞれの可動端１４４Ａ、１４４Ｂまで延びる。図１０に最も良く示すように、器具係合開口部１０６は、弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂに位置合わせされるように位置決めされ、それにより、使用中に弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂが手術器具３４のハウジング４６の両側に接触することが可能になる。各弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂは、可動端１４４Ａ、１４４Ｂの各々の近くに、小さい幅を有する重なり部１４６Ａ、１４６Ｂを有する。遠位弾性アーム１４０Ａの重なり部１４６Ａは、遠位方向に小さい幅を有し、近位弾性アーム１４０Ｂの重なり部１４６Ｂは、近位方向に小さい幅を有する。重なり部１４６Ａ、１４６Ｂの幅が小さいことにより、各弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂは、可動端１４４Ａ、１４４Ｂが当接している場合よりも大きく、ここでは１８０度を超えて、手術器具３４のハウジング４６に巻き付くことができる。

ここで、手術器具３４とトラッカ１００とを確実に結合するために、器具係合開口部１０６の直径は、ハウジング４６の直径よりも小さい。ハウジング４６が取付体１０４に摺動可能に係合されると、弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂの可動端１４４Ａ、１４４Ｂが広がり、ハウジング４６に合わせて器具係合開口部１０６の直径を大きくする。変形による力によって、弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂはハウジング４６にクランプ力を加える。弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂとハウジング４６との間の摩擦および接触により、トラッカ１００は手術器具３４に確実に保持される。

弾性アーム１４０Ａ、１４０Ｂに加えて、保持アセンブリは、図９に最も良く示すように、器具係合開口部１０６の近位側に配置された取付突起１４８をさらに含むことができる。例示的な取付突起１４８は、長手方向軸１０８を中心に放射状に配置され、器具軸４０に沿って手術器具３４に割出し係合するように構成される。具体的には、取付突起１４８は、手術器具３４のハウジング４６の相補形状の凹部に係合して、トラッカフレーム１０２を割り出し、器具軸４０の周りに回転可能に位置合わせする。ここで、取付突起１４８は、器具係合開口部１０６に隣接し、かつ非対称に位置決めされた略矩形の輪郭を有し、手術器具３４とトラッカ１００との完全な係合が単一の位置でのみ実現され得るようになっている。手術器具３４とトラッカ１００との割出し係合は、１つまたは複数の取付突起１４８の使用によって行うことができ、これにより、トラッカ１００を確実に結合するための冗長性またはさらなる保持性を提供することができる。

保持アセンブリ１３２の第２の代替案は、図１２～図１６および図１７～図２１に示すカムロック１３６’、１３６”として実現される。

前述したように、トラッカ１００は、トラッカフレーム１０２に結合された複数のアレイ１６２、１６４、１６６に配置された複数のマーカ１２８を備えることができる。図３、図７、および図１１は、複数のマーカ１２８が少なくとも６つのマーカ１２８としてさらに規定されるように、トラッカ１００を構成してもよいことを示す。図７は、少なくとも６つのマーカ１２８のうちの少なくとも１つが、各放射状部分１１２、１１４、１１６においてトラッカフレーム１０２上に位置決めされることを示す。言い換えると、各放射状部分１１２、１１４、１１６は、マーカ１２８のうちの１つを含み、放射状部分１１２、１１４、１１６のいくつかは、複数のマーカ１２８を有することができる。

前述したトラッカ１００は少なくとも６つのマーカ１２８を備えるが、より多数のマーカ１２８が望ましいことがある。例えば、トラッカ１００は、より高い３次元精度のために９つのマーカ１２８を備えることができる。マーカ１２８の数を減らすことによってトラッカ１００の消費電力を減らすことができ、これは、（５自由度などの）自由度の限られた動き、または、例えば手術器具３４を追跡するためのトラッカ１００において望ましい場合がある。トラッカ１００は、冗長性を高めるために、１０個以上のマーカ１２８を備えることができる。あるいは、トラッカは、エネルギー消費を最小限に抑え、視線を最大にし、追跡精度を維持するために、ちょうど９個、１０個、１１個、または１２個のマーカを備えることができる。あるいはさらに、トラッカは１２個より多いマーカを備えることができる。

放射状部分１１２、１１４、１１６の各々におけるマーカ１２８の上記の配置に加えて、またその代わりに、トラッカ１００は、複数のマーカ１２８がトラッカフレーム１０２に結合され、長手方向軸１０８を中心として非対称に放射状に配置されるように構成されてもよい。図５および図７は、長手方向軸１０８に平行であり、かつ器具係合開口部１０６を二等分して第１の領域１７０および第２の領域１７２を規定する長手方向平面１６８の辺を示す。マーカ１２８の配置は、第１の領域１７０および第２の領域１７２に関してさらに規定される。第１の数の複数のマーカ１２８が第１の領域１７０に位置決めされ、第２の数の複数のマーカ１２８が第２の領域１７２に位置決めされ、第１の数は第２の数よりも大きい。例えば、トラッカ１００の一構成は、９つのマーカ１２８を備えることができ、第１の数の７つのマーカ１２８が、第１の領域１７０内または長手方向平面１６８の上方にあるようにトラッカフレーム１０２上に位置決めされてもよく、第２の数の２つのマーカ１２８が、第２の領域１７２内または長手方向平面１６８の下方にあるようにトラッカフレーム１０２上に位置決めされてもよい。この例によれば、第１の領域１７０における第１の数のマーカ１２８が第２の領域１７２における第２の数のマーカ１２８よりも多くなるように、いずれの領域１７０、１７２にも、より多いまたは少ないマーカ１２８が存在し得る。

トラッカ１００を、様々な異なる手術ナビゲーションシステムおよび位置追跡技術との互換性に適合させることができる。例えば、トラッカ１００は、カメラユニットまたは別の光源から放出された赤外光または赤外線放射を反射する受動追跡マーカを採用することができる。ナビゲーションシステムの一実施形態が本明細書に記載されているが、ナビゲーションシステムは、トラッカ１００を監視するための任意の他の適切な構成を有してよく、様々なタイプおよび構成であってよい。例えば、ナビゲーションシステムは、他のタイプのカメラおよび／またはマーカ２８を備えることができる。

一部の実施形態において、ナビゲーションシステムは、無線周波数（ＲＦ）ベースであってよい。例えば、トラッカ１００は、ＲＦエミッタまたはトランスポンダを備えることができ、これらは受動的であっても、能動的に通電されてもよい。あるいは、一部の実施形態において、ナビゲーションシステムは、電磁（ＥＭ）ベースであってもよい。例えば、ナビゲーションシステムは、コンピューティングデバイス、コントローラなどに結合されたＥＭトランシーバを備えることができる。ここで、トラッカ１００にＥＭコンポーネント（例えば、様々なタイプの磁気トラッカ、電磁トラッカ、誘導トラッカなど）が取り付けられていてもよく、これは受動的であっても、能動的に通電されてもよい。

図面全体を通して示すように、かつ特に図７を新たに参照すると、マーカ１２８は、手術ナビゲーションシステムによって感知され得る赤外線放射または赤外光を放出可能な赤外線エミッタである。外科医が使用する周囲照明は可視光スペクトルで放出されるので、赤外線波長が好ましいが、赤外光の波長は、手術ナビゲーションシステムによって検出可能なマーカ１２８の輝度が周囲照明の輝度から本質的に独立するような波長である。したがって、マーカ１２８が赤外光を放出することにより、マーカ１２８はより低い輝度で動作することができるため、マーカ１２８に電力を供給するために必要な電流が減少する。マーカに電力を供給するために必要な電流は、１５ｍＡ以下であってよい。

ここで、赤外線エミッタは赤外発光ダイオード（ＩＲ－ＬＥＤ）であり、比較的低い電力レベルで赤外線放射および赤外光を放出することができる。ＩＲ－ＬＥＤの少なくとも１つの電流は、ＩＲ－ＬＥＤの内部電気抵抗、および少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤに電気的に直列に接続された少なくとも１つの抵抗器の電気抵抗によって制限され得る。少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤの電流は、少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤに電気的に直列に接続された１つまたは複数の抵抗器によって制限され得る。

トラッカ１００は、トラッカフレーム１０２内に配置された、以下でさらに説明する電気回路を備える。電気回路は、ＩＲ－ＬＥＤ（マーカ１２８として示す）、バッテリ１８２、および抵抗器（図示せず）を含む。電気回路は、バッテリ１８２をＩＲ－ＬＥＤの各々に電気的に接続する電気配線（図示せず）を含む。ＩＲ－ＬＥＤ、バッテリ１８２、および抵抗器は、電気的に直列に接続される。したがって、抵抗器の電気抵抗によってＩＲ－ＬＥＤの電流が制限される。抵抗器は電気抵抗を有するため、ＩＲ－ＬＥＤの電流は約１５ｍＡを超えない。一実施形態において、ＩＲ－ＬＥＤは互いに電気的に並列に接続される。したがって、ＩＲ－ＬＥＤのうちの１つが故障しても、バッテリ１８２と残りのＩＲ－ＬＥＤとの電気的接続が遮断されない。各抵抗器は、対応するＩＲ－ＬＥＤと共に直列回路を形成する。さらに、各ＩＲ－ＬＥＤは、それ自体の電気抵抗を、結果として得られる直列回路の電気抵抗に与える。オームの法則によれば、電流は抵抗に反比例する。したがって、各抵抗器の抵抗を調整することによって、その抵抗器およびその対応するＩＲ－ＬＥＤを流れる電流を調整することができる。例示的な回路構成は、参照により本明細書に組み込まれている、米国特許出願公開第２０１９／０３２１１０８号に見られる。

一構成において、トラッカ１００は、ＩＲ－ＬＥＤの数に等しい４つの抵抗器を備える。あるいは、トラッカ１００は、異なる数の抵抗器を備えることができる。各抵抗器は、バッテリ１８２とその対応するＩＲ－ＬＥＤとの間に配置される。抵抗器はトラッカフレーム１０２内に配置され、各抵抗器はその対応するＩＲ－ＬＥＤに電気的に直列に接続される。抵抗器は、ＩＲ－ＬＥＤとバッテリ１８２の正端子との間に電気的に接続される。あるいは、少なくとも１つの抵抗器が、対応するＩＲ－ＬＥＤとバッテリ１８２の負端子との間に電気的に接続されてもよい。本実施形態は、より少ない数の抵抗器を備えているため、材料コストが低い。あるいは、複数の抵抗器が各々、複数のＩＲ－ＬＥＤに電気的に直列に接続されてもよい。例えば、２つの抵抗器が各々、ＩＲ－ＬＥＤに電気的に直列に接続されてもよい。

電気回路は、ユーザによって操作可能であり、電気回路を電気的に開閉するように構成されたスイッチ１８６をさらに備えることができる。したがって、バッテリ１８２とＩＲ－ＬＥＤとを接続する電気回路を開閉するスイッチ１８６を操作することによって、ＩＲ－ＬＥＤを動作させることができる。あるいは、各ＩＲ－ＬＥＤへの電力供給を個々に制御するように構成された複数のスイッチを設けてもよい。さらなる代替案として、トラッカ１００は、少なくとも１つの単回使用のスイッチを備えることができる。このような単回使用は、取り外し可能な絶縁材料（例えば、紙、またはマイラもしくはカプトンなどのポリマーストリップ）を含むスイッチ１８６によって実現することができ、スイッチ１８６は、絶縁材料を取り外したときに電気回路を閉じるように構成される。あるいは、単回使用のスイッチは、トラッカ１００を組み立てたときに一緒に短絡される露出したコンタクトとして実装されてもよい。

電気回路は、少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤの放射強度を、４０マイクロワット毎ステラジアン（μＷ／ｓｒ）、好ましくは２０μＷ／ｓｒ、より好ましくは１０μＷ／ｓｒを超えないよう制限するように構成されてよい。電気回路は、少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤの最高放射強度または平均放射強度を、０．１μＷ／ｓｒ～４０μＷ／ｓｒ、例えば０．５μＷ／ｓｒ～２０μＷ／ｓｒまたは１μＷ／ｓｒ～１０μＷ／ｓｒとなるよう制限するように構成されてよい。前述したように、電気回路は、複数のＩＲ－ＬＥＤの一部または全部の放射強度を４０μＷ／ｓｒ以下に制限するように構成されてもよい。

バッテリ１８２は、単一のボタン電池（コイン電池とも呼ばれる）として実現されてよい。しかしながら、バッテリ１８２は、複数の電池を含むこともできる。ボタン電池は軽量のバッテリであるため、トラッカ１００が軽量になる。バッテリ１８２は、５グラム未満、例えば３グラムの質量を有することができる。バッテリ１８２は、充電式でない一次バッテリであっても、あるいは、充電式の二次バッテリであってもよい。バッテリ１８２は、亜鉛またはリチウムを含むアノード材料を利用することができる。バッテリ１８２は、円形または円筒形の一般に入手可能なＣＲ２０３２またはＣＲ２０２５バッテリなどのアルカリ型またはリチウム型であってもよい。あるいは、バッテリ１８２は、空気亜鉛バッテリであってもよい。バッテリ１８２は、１００ミリアンペア時（ｍＡｈ）～１０００ｍＡｈ（例えば、２００ｍＡｈ～４００ｍＡｈ）の容量を有することができる。

図３、図５、および図６において、バッテリ１８２は破線で示され、バッテリ１８２がトラッカ１００の内部１２２に配置されて、手術中に生じ得る汚染物質（例えば、血液、水、および殺菌薬）からバッテリ１８２を保護するようになっていることを示す。図面全体を通して示す様々な実施形態において、バッテリ１８２は、ユーザによってトラッカ１００から取り外し可能であってよい。あるいは、バッテリ１８２は、ユーザによってトラッカ１００から取り外し不可能であってもよい（例えば、トラッカ１００が使い捨て品として構成されるとき）。複数のマーカ１２８のうちの少なくとも１つの電流が制限されることにより、バッテリ１８２は、電源として十分であり得、外部電源が不要であり得る。トラッカ１００は、外部電源への電源コードを備えていなくてよい。

バッテリ１８２は、例えば３Ｖの直流電圧を提供する。ＩＲ－ＬＥＤの各々の動作電圧は、例えば１．５Ｖである。したがって、抵抗器の各々において、３Ｖ－１．５Ｖ＝１．５Ｖのバッテリ電圧が低下する。各抵抗器の電気抵抗は１５０Ωである。したがって、各抵抗器ひいては各ＩＲ－ＬＥＤを流れる電流は、１．５Ｖ／１５０Ω＝１０ｍＡである。抵抗器を設けることにより、電気回路は、ＩＲ－ＬＥＤの各々の電流を１５ｍＡを超えないよう制限するように構成される。このようにして、電気回路はまた、ＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つの放射強度を４０μＷ／ｓｒルーメンを超えないように制限する。

バッテリ１８２のコイン電池は、軽量であるが、容量も小さい（例えば、５２０ｍＡｈ）。電気回路は、オプションで、ＩＲ－ＬＥＤの各々の電流を１５ｍＡまたは２０ｍＡを超えないよう制限するように構成されるので、コイン電池の容量は、一般的な手術ナビゲーション手順の期間中に、トラッカ１００を安全に動作させるのに十分である。例えば、容量５２０ｍＡｈのＣＲ２０３２型バッテリを使用して、４つのＩＲ－ＬＥＤの各々に１０ｍＡの電流で電力を供給すると、トラッカ１００は５２０ｍＡｈ／（４×１０ｍＡ）＝５．５ｈの期間にわたって動作することができる。トラッカ１００は、トラッカ１００が動作可能な期間を延長するために、追加のバッテリを収容するように構成されてよい。例えば、５２０ｍＡｈのバッテリを２つ備えたトラッカは、１０時間を超える時間にわたって動作することができる。

電流負荷が減少するので、トラッカ１００は、マーカ１２８の連続動作用に構成される。トラッカ１００は、複数のマーカ１２８のうちの少なくとも２つを同時に動作させるように構成されてもよい。トラッカ１００は、すべてのマーカ１２８を同時に動作させるようにさらに構成されてもよい。あるいは、トラッカ１００は、複数のマーカ１２８を順次動作させるように構成されてもよい。

あるいは、トラッカ１００は、準連続動作またはパルス動作用に構成されてもよい。準連続動作は、パルス幅変調（ＰＷＭ）回路などを介してマーカ１２８の輝度を調整可能な回路をさらに含むことができ、マーカ１２８に供給される電気信号のデューティサイクルが、オフのときよりも大きい時間の割合でオンになるように変更されることにより、輝度が高まり、その逆も同様である。準連続動作を０．５ｋＨｚ以上の動作周波数で行うことができる。このような準連続運転は、トラッカ１００の消費電力を減らす。

上記のＩＲ－ＬＥＤに加えて、トラッカ１００は、ＩＲ－ＬＥＤ、バッテリ、および抵抗器のうちの少なくとも１つに電気的に結合されたステータスインジケータ用の回路をさらに備えることができる。一実装形態において、ステータスインジケータは、可視（すなわち非赤外）光を放出するＬＥＤを含むことができ、トラッカ１００が作動され機能していることを外科医が容易に確認できるようになっている。ステータスインジケータは、追加の診断情報またはバッテリ残量などの動作情報を外科医に提供するように構成されてもよい。例えば、バッテリ電圧が第１のレベルに対応するときに、ステータスインジケータは点滅または明滅してもよく、バッテリ電圧が第２のレベルに対応するときに、ステータスインジケータはオフになってもよい。ステータスインジケータは、さらに、複数のＬＥＤ、または複数の色で点灯可能なＬＥＤにより実装されてもよい。複数のＬＥＤを使用する場合、バッテリの電圧レベルは、同時に点灯されるＬＥＤの数に対応し得る。多色ＬＥＤを使用する場合、色はバッテリの電圧レベルに対応し得る。

前述したように、マーカ１２８は、放射状部分１１２、１１４、１１６の各々に配置することにより、または、長手方向平面１６８の一側に一定数が位置することにより、長手方向軸１０８を中心に位置決めされる。これらの構成は、トラッカ１００の視認性を高め、したがって、手術器具３４の位置および向きを正確に決定する手術ナビゲーションシステムの能力を高める。さらに、これらの構成は、長手方向軸１０８を中心とした複数の角度位置にマーカ１２８を位置決めして、マーカ１２８が赤外線放射または赤外光を、長手方向軸１０８を中心として少なくとも２６０度で放射状に放出することができるようになっている。この放射状の放出は図７に示され、複数のマーカ１２８の各々の例示的な放出パターンが、トラッカ１００および手術器具３４に対して示されている。ここに示す放射状の放出は、長手方向軸１０８を中心として３６０度である。ここでも、マーカ１２８はＩＲ－ＬＥＤであり、約１５０度の仮想の全放出角１７４を有する。言い換えると、ＩＲ－ＬＥＤの各々は、法線１７５（図２５参照）またはピーク強度の中心線から７５度の角度で、ピーク強度の少なくとも５０％の放射を放出することができ、この角度は一般的に半角と呼ばれる。ＩＲ－ＬＥＤの法線１７５は、ＩＲ－ＬＥＤの取付平面に略直交し、ピーク強度の中心線を規定する。６５度または８５度などの、より大きいまたはより小さい半角値を有するＩＲ－ＬＥＤが、代替案において実装され得る。１５０度の例示的な放出角度１７４を有するＩＲ－ＬＥＤの構成により、外科手術の過程で外科医が必要に応じて手術器具３４を操作するときに起こり得るような、長手方向軸１０８上のトラッカ１００の約３６０度の回転を通して、ＩＲ－ＬＥＤから放出された放射または光をナビゲーションシステムに可視にすることができる。

一部の実施形態において、複数のマーカ１２８のうちの少なくとも２つの間の距離は、７０ミリメートル（ｍｍ）より小さくてよい。複数のマーカ１２８のうちの少なくとも２つの間の距離は、１ｍｍ～７０ｍｍ、例えば３ｍｍ～３５ｍｍ、または５ｍｍ～３０ｍｍの範囲であってよい。以下で説明するように、マーカ１２８は、共通平面に配置されてもよい。あるいは、マーカ１２８は、共通平面に配置されないように構成されてもよい。

図１１を参照すると、各電気回路はＩＲ－ＬＥＤ（すなわちマーカ１２８）を含み、ＩＲ－ＬＥＤはプリント回路基板（ＰＣＢ）１７６、１７８、１８０に（例えば、はんだ付けにより）取り付けられ、プリント回路基板はトラッカフレーム１０２に結合される。ここでは、３つのＰＣＢ１７６、１７８、１８０が示され、３つのマーカ１２８が各ＰＣＢ１７６、１７８、１８０に結合されている。ＰＣＢ１７６、１７８、１８０の各々は、ここでは複数のマーカ１２８に電力を供給するために使用されるバッテリ１８２として示す電圧源と電気的に連通している。ＰＣＢ１７６、１７８、１８０は、略平坦で平面状の構成を有し、マーカ１２８および他の構成要素（本明細書に記載の抵抗器など）が取り付けられている。より具体的には、各ＰＣＢ１７６、１７８、１８０は、それぞれのマーカ１２８が放射を放出する方向に略垂直である平面１７６Ａ、１７８Ａ、１８０Ａを規定する。２つ以上または３つ以上のＰＣＢ１７６、１７８、１８０は、互いに非平行となるように配置される。一部の構成において、バッテリ１８２は、ＰＣＢ１７６、１７８、１８０のうちの１つのみの電気回路に結合されてよい。ここでは、バッテリ１８２は、上部ＰＣＢ１７６に電気的に結合される。他のＰＣＢ１７８、１８０の各々は、すべてのマーカ１２８に電力を供給するために、配線を介して上部ＰＣＢ１７６に電気的に結合される。あるいは、すべてのマーカ１２８が単一の可撓性ＰＣＢに結合されてもよく、この可撓性ＰＣＢは、可撓性部分により、ＰＣＢが少なくとも３つの異なる方向を向く単一の表面を有することができるように構成される。

図２２に示すトラッカ１００’’’の第４の実施形態に関連して以下で説明するように、一部の実施形態は、トレイ１８３’’’などのバッテリレセプタクルを備えることができ、このバッテリレセプタクルは、バッテリ１８２を保持し、バッテリ１８２をＩＲ－ＬＥＤと電気的に連通して配置するようにトラッカフレーム１０２’’’に摺動可能に係合可能であってよい。一部の構成において、バッテリ１８２およびバッテリトレイ１８３は、薄型構成でＰＣＢに直接係合するように配置される。バッテリ１８２がボタン電池バッテリ（例えば前述したようにＣＲ２０３２）として構成されているとき、バッテリの円形面のうちの１つがＰＣＢの導電性要素に接触する。バッテリ１８２をＰＣＢに接触させて配置することにより、ＰＣＢアセンブリの全高が最小限に抑えられる。前述したように、トラッカ１００の高さを小さくすると、使用中の視線１８８の角度が小さくなり有利である。

マーカ１２８は、赤外線エミッタまたはＩＲ－ＬＥＤとして構成されているとき、それぞれの非平行ＰＣＢ１７６、１７８、１８０に結合されるので、各マーカ１２８は、それが配置された平面１７６Ａ、１７８Ａ、１８０Ａに垂直に放射を放出する。したがって、マーカ１２８は、非平行平面１７６Ａ、１７８Ａ、１８０Ａが存在するのと少なくとも同じ数の方向に集合的に放射を放出する。ここでも、３つの異なる方向を示す図７を参照する。

マーカ１２８の構成によってもたらされる放射状の放出特性を利用するために、手術ナビゲーションシステムは、どのマーカ１２８がトラッカフレーム１０２上の特定の配置に対応するかを決定可能であってもよい。前述したように、複数のマーカ１２８は、少なくとも２つのアレイを形成するように配置され、各アレイが少なくとも３つのマーカ１２８を有し、各アレイの一部がオフセット体１１０に結合される。より具体的には、図１１に示すトラッカ１００は、トラッカフレーム１０２に結合された３つのアレイ１６２、１６４、１６６を備える。第１のアレイ１６２は、オフセット体１１０に結合され、図１１の上部を向く。第２のアレイ１６４は、取付体１０４およびオフセット体１１０の両方に結合され、図１１の左下を向く。第３のアレイ１６６も、取付体１０４およびオフセット体１１０の両方に結合され、図１１の右下を向く。しかしながら、他のアレイの配置が考えられる。

オフセット体１１０に結合されている少なくとも２つのアレイ１６２、１６４、１６６の各々の一部に加えて、少なくとも２つのアレイ１６２、１６４、１６６の各々の一部は、前記取付体１０４の近位に位置決めされ、前記取付体１０４の近位に位置決めされた少なくとも２つのアレイ１６２、１６４、１６６の一部は、ちょうど１つのマーカ１２８を含む。前述したように、オフセット体１１０の一部は、取付体１０４から近位方向に突出し、近位端１５２で終端する。このオフセット体１１０の近位端１５２および同様にトラッカフレーム１０２は、手術器具３４の近位端３６の近位に位置決めされる。図７に最も良く示すように、第１のアレイ１６２、第２のアレイ１６４、および第３のアレイ１６６から１つずつの３つのマーカ１２８が、オフセット体１１０の近位端１５２近くにおいて、手術器具３４の近位端３６の近位の位置でトラッカフレーム１０２上に配置される。

カメラは、複数のＩＲ－ＬＥＤによって放出される赤外光を集束させるための２つのレンズを含む。レンズは、スリット開口部のような非合焦開口部と比較して、より多くの光がカメラに入ることを可能にする。したがって、カメラは、限られた電流で動作しているＩＲ－ＬＥＤなどの、低輝度の光源を検出することができる。

カメラは、２つの２次元画像センサ６６をさらに含む。２次元画像センサ６６は、立体角（すなわち、２次元角度）を感知することができる。一方、従来の１次元センサ列は、通常、検出された光源との同期を必要とし、スキャンごとに単一の光源の追跡を可能にするだけであり得る。２次元画像センサ６６はすべてのＩＲ－ＬＥＤを一度に検出することができるので、トラッカ１００は、少なくとも２つ、特に複数のＩＲ－ＬＥＤのすべてを同時に動作させるように構成され得る。このような同時動作は、カメラとトラッカ１００との同期を必要としない。したがって、トラッカ１００は、カメラと通信するための通信インターフェース（例えば、無線トランシーバ）を必要としないため、トラッカ１００の重量がさらに軽くなる。トランシーバを含まないトラッカ１００のさらなる利点は、送信信号を外部システムとの望ましくない干渉から防ぐこと、受信信号の望ましくない信号干渉を防ぐこと、コスト削減、および複雑さの低減を含む。

手術ナビゲーションシステムは、ステレオカメラの一部である２つの２次元画像センサを備えることができる。このようなステレオカメラは、３次元画像データを撮影することができる。したがって、ＩＲ－ＬＥＤ間の既知の空間関係は必要ない。そのため、複数の単一のＩＲ－ＬＥＤを患者に取り付けるときに、ステレオカメラを採用することができる。手動で取り付けるため、ＩＲ－ＬＥＤ間の空間関係は不明である。しかしながら、ステレオカメラは３次元画像データを撮影することができるので、ＩＲ－ＬＥＤをステレオカメラによって追跡することができる。

一構成において、アレイ１６２、１６４、１６６の各々の識別は、各マーカ１２８までの距離を決定し、前述したカメラから位置を三角測量することによって、手術ナビゲーションシステムにより行われる。各アレイ１６２、１６４、１６６を複数の次元（例えば２Ｄまたは３Ｄ）で独立して追跡することは、アレイ１６２、１６４、１６６を複数のマーカ１２８により構成することによって実現される。図面全体を通して示すように、合計９つのマーカ１２８の場合、各アレイ１６２、１６４、１６６は３つのマーカ１２８によって規定される。各アレイ１６２、１６４、１６６を正確に区別するために、マーカ１２８の特定の配置は、アレイ１６２、１６４、１６６の各々の間で変化し得る。一例において、第１のアレイ１６２は、それぞれのマーカ１２８の各々の共通の基準に頂点を有する三角形の領域である、第１の領域１６２Ａ（図６）を規定することができる。同様に、第２のアレイ１６４は第２の領域１６４Ａを規定することができ（図８）、第３のアレイ１６６は第３の領域１６６Ａを規定することができ（図５）、第２の領域１６４Ａおよび第３の領域１６６Ａの両方が、それぞれのマーカ１２８の各々の共通の基準に頂点を有する三角形の領域に基づく。ここで、第１の領域１６２Ａは第２の領域１６４Ａよりも大きくてよく、第２の領域１６４Ａは第３の領域１６６Ａより大きくてよい。

別の例、特に図２２～図２６に示すトラッカ１００’’’（以下でさらに詳細に説明する）において、第２の領域１６４Ａ’’’と第３の領域１６６Ａ’’’とが等しくてよい。ここでは、第２のアレイ１６４’’’および第３のアレイ１６６’’’は、それぞれのアレイに対して同じ位置でマーカ１２８’’’により構成されてよい。第２のアレイ１６４’’’および第３のアレイ１６６’’’は、対向構成または鏡面構成において寸法的に同一（または実質的に同一）であってよい。これは、良好な外観を提供し、製造コストを削減することができる。

次に図１２～図１６を参照すると、トラッカフレーム１０２’がカムロック保持機構１３６’を含むトラッカ１００’の別の実装形態が示されている。トラッカ１００’は、多くの点で前述したものと同様であり得、同様の数字（とプライム記号（’））は同様の構成要素に対応し、対応する構成要素に共通する開示は、簡潔にするために省略されたものとみなすことができ、限定的なものと解釈すべきではない。トラッカフレーム１０２’上の対応する構成要素は、前述した方法で手術器具３４を器具係合開口部１０６’に挿入することができ、器具係合開口部１０６’から取り出すことができるように、適切な方法で変更され得ることを理解されたい。さらに、取付体１０４’、例えば前述した取付体１０４と一体化され得るまたは結合され得る保持機構１３２’の文脈で説明するが、本開示は、より一般的には、トラッカ１００’および／またはトラッカフレーム１０２’に適用可能であり得ることを理解されたい。

図１２～図１６では、取付体１０４’と取付体１０４’に支持されたオフセット体１１０’とを有するトラッカフレーム１０２’を備えるトラッカ１００’が示されている。上記と同様に、取付体１０４’は、近位端３６で手術器具３４に摺動可能に係合するように構成された器具係合開口部１０６’を規定する。手術器具３４の遠位端３８は、器具係合開口部１０６’の近位側に挿入され、手術器具３４の近位端３６に結合され、かつ器具係合開口部１０６’よりも大きい直径を有するカラーが取付体１０４’に当接するまで、遠位方向に摺動する。カラーは、手術器具３４のハウジング４６内に相補形状の凹部を規定し、この凹部は、器具係合開口部１０６’に隣接する取付突起１４８’に係合するように構成される。ここで、保持機構１３２’は、手術器具３４のカラーに係合する傾斜カム面を有するリリースノブを有し、これは、手術器具３４を器具係合開口部１０６’に係合するようにバイアスする。ノブをリリース位置に動かすと、カラーが外れ、手術器具３４をトラッカ１００’から取り外すことができる。

図１６は、放射状部分１１２’、１１４’、１１６’が長手方向軸１０８’を中心に配置されている様子を示す。トラッカフレーム１０２’上のマーカ１２８’の非対称配置は、長手方向軸１０８’を中心に少なくとも２６０度で赤外線放射または赤外光を放出することによって、手術ナビゲーションシステムによるトラッカ１００’の視認性の向上を容易にする。マーカ１２８’のいくつかの配置は、長手方向軸１０８’を中心に３６０度で光を放出することができる。

次に図１７～図２１を参照すると、トラッカフレーム１０２”がスペースフレーム構造であるトラッカ１００”の別の実装形態が示されている。ここでも、トラッカ１００”はカムロック保持機構１３６”を備える。トラッカ１００”は、多くの点で前述したものと同様であり得、同様の数字（と二重プライム記号（”））は同様の構成要素に対応し、対応する構成要素に共通する開示は、簡潔にするために省略されたものとみなすことができ、限定的なものと解釈すべきではない。トラッカフレーム１０２”上の対応する構成要素は、前述した方法で手術器具３４を器具係合開口部１０６”に挿入することができ、器具係合開口部１０６”から取り出すことができるように、適切な方法で変更され得ることを理解されたい。さらに、トラッカフレーム１０２”の文脈で説明するが、本開示は、より一般的には、トラッカ１００”および／またはトラッカフレーム１０２”に適用可能であり得ることを理解されたい。

図１７～図２１では、取付体１０４”と取付体１０４”に支持されたオフセット体１１０”とを有するトラッカフレーム１０２”を備えるトラッカ１００”が示されている。上記と同様に、取付体１０４”は、近位端３６で手術器具３４に摺動可能に係合するように構成された器具係合開口部１０６”を規定する。手術器具３４の遠位端３８は、器具係合開口部１０６”の近位側に挿入され、手術器具３４の近位端３６に結合され、かつ器具係合開口部１０６”よりも大きい直径を有するカラーが取付体１０４”に当接するまで、遠位方向に摺動する。

本実装形態において、トラッカフレーム１０２”は曲板から形成され、それにより３つの側面の各々を形成する。トラッカフレーム１０２”は、各側面が図２１に示す３つの放射状部分１１２”、１１４”、１１６”と位置合わせされるように曲げられる。トラッカフレーム１０２”は、軽量で耐久性のあるチタンなどの金属材料から形成される。トラッカ１００”は再利用可能であることを意図しているので、構造は、いくつかの構成要素を点検または交換することを可能にする。例えば、少なくとも２つのアレイ１６２”、１６４”、１６６”は、ねじ部品によりトラッカフレーム１０２”に結合される。同様に、これにより、少なくとも２つのアレイ１６２”、１６４”、１６６”を洗浄のために取り外すことができる。

前述したものと同様に、複数のマーカ１２８”は、少なくとも１つのマーカ１２８”が放射状部分１１２”、１１４”、１１６”の各々に位置決めされるようにトラッカフレーム１０２”上に配置される。加えて、図２１は、長手方向軸１０８”に平行であり、かつ器具係合開口部１０６”を二等分して第１の領域１７０”および第２の領域１７２”を規定する長手方向平面１６８”の辺を示す。マーカ１２８”の配置は、第１の領域１７０”および第２の領域１７２”に関してさらに規定される。第１の数の複数のマーカ１２８”が第１の領域１７０”に位置決めされ、第２の数の複数のマーカ１２８”が第２の領域１７２”に位置決めされ、第１の数は第２の数よりも大きい。

図１８は、可撓性供給ケーブル４８のための隙間を提供するリリーフ領域１６０”を規定するために、長手方向軸１０８”の周りで離間したオフセット体１１０”の近位端１５２”を示す。ここでも、少なくとも２つのアレイ１６２”、１６４”、１６６”の一部が、取付体１０４”の近位に位置決めされ、この部分はちょうど１つのマーカ１２８を含む。

トラッカ１００の一部の実施形態は、露出した、破片または流体に接触しやすい、外側を向く外面としてのＰＣＢにより構成されてよい。短絡により、マーカ１２８または抵抗器などのＰＣＢに結合された構成要素に損傷を与えることがあり、これにより、トラッカ１００の望ましくない動作を生じさせることがある。トラッカアレイの各々を形成するＰＣＢおよび構成要素は、破片および流体の侵入を防ぐバリアをＰＣＢ上に作成するコンフォーマルコーティングを施すことによって保護され得る。例示的なコンフォーマルコーティングは、組み立てられたＰＣＢに施されるパリレン膜を含むことができる。

次に図２２～図２６を参照すると、光学トラッカ１００’’’の別の代替実装形態が、手持ち式手術器具３４なしで示されている。トラッカ１００’’’の本実装形態において、保持機構１３２は、レバークランプ１９２’’’の形をとる。前述したように、トラッカ１００’’’は、多くの点で前述したものと同様であり得、同様の数字（と三重プライム記号（’’’））は同様の構成要素に対応し、対応する構成要素に共通する開示は、簡潔にするために省略されたものとみなすことができ、限定的なものと解釈すべきではない。ここで、レバークランプ１９２’’’は、第１の端部でトラッカフレーム１０２’’’に結合され、かつ第２の端部で互いに離間した２つの弾性アーム１９４’’’と、弾性アーム１９４’’’の第２の端部に旋回可能に結合されたレバー１９６’’’とを含む。弾性アーム１９４’’’は協働して、取付体１０４’’’内の長手方向軸１０８’’’に沿って延びる器具係合開口部１０６’’’を規定する。

オフセット体１１０’’’は、取付体１０４’に支持され、近位方向に延びる。オフセット体１１０’’’は、長手方向軸１０８’’’から離間し、長手方向軸１０８’’’に略垂直な方向にオフセット体１１０’を貫通する切欠き１１８’’’を規定する。ここではトラッカフレーム１０２’’’の略四面体状の形状の一面に対応する三角形の形状を有することを示すオフセット体１１０’’’内に、レバー１９６’’’がある。レバー１９６’’’は、トラッカフレーム１０２’’’を手術器具３４に固定するために、クランプ位置と非クランプ位置（図示せず）との間で旋回可能である。

各弾性アーム１９４’’’は、一端に耳部１９８’’’を有する。レバー１９６’’’は、各耳部１９８’’’に係合し、トラッカフレーム１０２’’’の長手方向軸１０８’’’に略垂直なレバー軸を中心に旋回可能である。一例において、各耳部１９８’’’は、レバー軸に沿って耳部１９８’’’を貫通するレバー支持孔を規定することができる。レバー１９６’’’は、レバー軸上に配置され、かつレバー支持孔に係合可能な２つのピンを含むことができる。ピンとレバー支持孔との係合により、クランプ位置と非クランプ位置との間のレバー１９６’’’の旋回運動が容易になる。別の例において、レバー１９６’’’および耳部１９８’’’は、耳部１９８’’’から突出するピンおよびレバー１９６’’’に規定されたレバー支持孔により構成されてよい。

前述したように、トラッカフレーム１０２’’’は、プラスチックまたはポリマー材料を含むことができる。そのため、トラッカフレーム１０２’’’を、射出成形または積層造形プロセスを使用して形成することができ、トラッカフレーム１０２’’’を単一体として形成する。トラッカフレーム１０２’’’を単一体として形成することにより、クランプ１９２’’’をトラッカフレーム１０２’’’に組み立てるなどのステップを省くことができる。さらに、公差の累積を減らすことによって、トラッカフレーム１０２’’’の寸法精度を高めることができる。加えて、部品間の接合部をなくすことによって、トラッカフレーム１０２’’’の剛性を高めることができる。複数の部品を互いに接合するために形成される幾何学的形状は、トラッカフレーム１０２’’’の重量をさらに軽くし、嵌合面の精度を制御する必要性を減らすことによって省くことができる。弾性アーム１９４’’’は、プラスチックまたはポリマー材料から形成されると、わずかに屈曲することができるため、耳部分１９８’’’が互いに対して変位することができ、それにより、耳部分１９８’’’の間に規定される距離を小さくすることができる。ユーザがレバー１９６’’’を非クランプ位置からクランプ位置に旋回させると、耳部１９８’’’が互い近づくため、器具係合開口部１０６’の直径が小さくなる。手術器具３４が器具係合開口部１０６’’’に挿入され、レバー１９６’’’がクランプ位置に旋回されると、弾性アーム１９４’’’は手術器具３２の外面に対して締め付けられ、これらの間の相対運動を防ぐ。

本明細書に記載のトラッカ１００、１００’、１００”、１００’’’の構造は、低コストの使い捨てトラッカの作成の促進において質量およびサイズの両方を低減させるように最適化される。一部の実施形態において、バッテリを含むトラッカの質量は４０ｇであってよい。電源を含むトラッカの一部の実施形態は、５０ｇ未満、４０ｇ、または３５ｇ未満の質量を有することができる。

また、ローカライザを使用する外科手術のためにトラッカ１００および追跡アレイを較正および整合するための方法も開示される。図２４～図２６を参照すると、第１の追跡面ＴＦ１と第２の追跡面ＴＦ２とが互いに結合された追跡アレイを較正および整合するためのステップが示されている。追跡アレイは、第１の追跡面ＴＦ１および第２の追跡面ＴＦ２の両方に結合された第３の追跡面ＴＦ３をさらに含むことができる。本方法ステップは、前述したトラッカ１００’’’の第４の実装形態の文脈において示されているが、ステップは、本明細書に記載のトラッカ１００、１００’、１００”、１００’’’の各々に適用可能である。そのため、トラッカ１００、１００’、１００”、１００’’’のいずれかを、以下に記載の方法に従って較正することができる。この方法に関連して説明する要素は、４つの実装形態の各々の間で略同様であり、同様の数字は同様の構成要素に対応し、明確にするためにプライム記号が省略されている。

トラッカを手術室で較正して、高い追跡精度を実現する。高い追跡精度は、光学追跡要素の各々の相対位置の正確かつ精密な測定に対応し得る。トラッカを現場で較正することにより、ナビゲーションシステムは光学追跡要素の各々の位置を正確に測定して、高い製造公差を補償することができる。較正手順によって実現可能な高い精度により、低コストおよび軽量になり得る方法でトラッカを製造することができる。トラッカの例示的な実装形態において、トラッカフレームを、光造形プロセスおよびエポキシ樹脂を使用して形成することができる。

追跡アレイの較正および整合は、外科手術の前または開始時に、外科医などのユーザにより、トラッカ１００を医療器具３４または患者に結合し、トラッカ１００を作動させることによって（例えば、単回使用のスイッチを作動させることによって）開始することができる。あるいは、較正および整合手順は、トラッカを識別したときに、またはユーザ入力１６を介して、手術ナビゲーションシステム１２により自動的に開始されてもよい。較正および整合を開始すると、ナビゲーションプロセッサ１８は、表示ユニット１４上で命令の第１のセットをユーザに提供することができる。これらの命令は、ステップの静的リストであっても、後述するように動的に更新されてもよい。

手術ナビゲーションシステム１２の一部の実施形態は、メモリ装置（図示せず）を備え、これに追跡アレイの製造寸法を格納することができる。製造寸法は、第１の追跡面ＴＦ１の幾何学的データ、第２の追跡面ＴＦ２の幾何学的データ、および第３の追跡面ＴＦ３の幾何学的データを含む幾何学的データの第１のセットを含み得る。第１の追跡面の幾何学的データは、第１の追跡面ＴＦ１の複数の光学追跡要素１２８の予想相対位置、複数の光学追跡要素１２８の互いに対する位置、および第１の追跡面の複数の光学追跡要素１２８の予想対向方向を示すデータを含み得る。第２の追跡面の幾何学的データは、第２の追跡面ＴＦ２の複数の光学追跡要素１２８の予想相対位置、複数の光学追跡要素１２８の互いに対する位置、および第２の追跡面１２８の複数の光学追跡要素１２８の予想対向方向を示すデータを含み得る。第３の追跡面の幾何学的データは、第３の追跡面ＴＦ３の複数の光学追跡要素１２８の予想相対位置、複数の光学追跡要素１２８の互いに対する位置、および第３の追跡面ＴＦ３の複数の光学追跡要素の予想対向方向を示すデータを含み得る。これらのデータは、個々の光学追跡要素１２８間の距離、法線１７５の角度、予想される製造位置公差、および追跡アレイを特徴付け得る他のデータをさらに含み得る。

第１の追跡面ＴＦ１、第２の追跡面ＴＦ２、および第３の追跡面ＴＦ３は各々、ナビゲーションシステム１２によって検出可能な複数の光学追跡要素１２８を含むことができる。トラッカ１００の較正は、第１の追跡面ＴＦ１、第２の追跡面ＴＦ２、および／または第３の追跡面ＴＦ３のうちの少なくとも２つの複数の光学追跡要素１２８が少なくとも部分的にローカライザ２２に可視であるように、追跡アレイを位置決めすることによって、開始され得る。次のステップで、複数の光学追跡要素１２８がローカライザ２２に可視である間に、複数の光学追跡要素１２８の相対位置が測定される。

前述したように、光学追跡要素１２８（またはマーカ）は赤外発光ダイオード（ＩＲ－ＬＥＤ）であってよく、これは、法線１７５に沿った略円錐状のビームで赤外スペクトルの光を放出する。しかしながら、光学追跡要素１２８は、ローカライザ２２の近くの赤外線源からの光を、赤外線源と密接に位置合わせされた方向に反射する反射追跡要素または再帰反射器として実装されてもよい。

前述したように、追跡要素１２８の各々は、それぞれの追跡面に略直交し、かつピーク強度の中心線を規定する法線１７５を有する。言い換えると、法線１７５の向きは、光学追跡要素１２８の対向方向を表す。複数の光学追跡要素１２８の相対位置を測定することに加えて、ナビゲーションシステム１２は、複数の光学追跡要素１２８が追跡面ごとにローカライザ２２に可視である間に、複数の光学追跡要素１２８の法線１７５を検出することができる。トラッカが３つの別個の領域を規定するアレイを含むときのような、いくつかのトラッカ構成の場合、検出ステップを省略してもよい。

トラッカ１００の一部の実装形態は、追跡アレイが、光学追跡要素１２８が同じ幾何学的配置で配置された２つの追跡面を有するように構成されてよい。言い換えると、光学追跡要素１２８は、一方の追跡面に、他方の追跡面の光学追跡要素１２８と同じ相対位置で配置される。図２４に示す例示的な例において、第２の追跡面ＴＦ２は一方の追跡面であり、第３の追跡面ＴＦ３は他方の追跡面である。第２の追跡面ＴＦ２および第３の追跡面ＴＦ３における光学追跡要素１２８の各々の間の距離またはこれらの相対位置は、同じである。さらに、それらの追跡面の各々における光学追跡要素１２８は、同じ三角形領域を規定する。しかしながら、図２４に見られるように、第２の追跡面ＴＦ２と第３の追跡面ＴＦ３とは鏡面配置であり、それぞれの光学追跡要素１２８の法線１７５は互いに離れる方向を向く。ナビゲーションプロセッサは、可視光学追跡要素１２８の各々について、または各面の少なくとも１つの光学追跡要素１２８について法線１７５／対向方向を決定することによって、２つ以上の追跡面を区別することができる。

可視光学追跡要素１２８の法線１７５が検出されると、光学追跡要素１２８は、測定された相対位置および対向方向に基づいて、第１の剛体および第２の剛体にグループ分けされてよく、第１の剛体および第２の剛体の各々は少なくとも１つの追跡要素１２８を含む。第３の追跡面ＴＦ３の複数の光学追跡要素１２８の測定された相対位置および対向方向に基づいて、複数の可視光学追跡要素１２８は、第３の剛体にさらにグループ分けされてよい。

方法は、第１の追跡面ＴＦ１の光学追跡要素１２８のうちの少なくとも１つ、第２の追跡面ＴＦ２の光学追跡要素１２８のうちの少なくとも１つ、または第３の追跡面ＴＦ３の光学追跡要素１２８のうちの少なくとも１つが同時にローカライザ２２に可視であるように、追跡アレイを位置決めするステップをさらに含む。それぞれの第１の追跡面ＴＦ１、第２の追跡面ＴＦ２、または第３の追跡面ＴＦ３に属する少なくとも１つの光学追跡要素１２８が同時に可視である間に、相対位置がローカライザ２２により測定される。いくつかの構成において、位置決めステップは、第２の追跡面ＴＦ２または第３の追跡面ＴＦ３の少なくとも１つの光学追跡要素１２８が可視であるのと同時に、第１の追跡面ＴＦ１の少なくとも３つの光学追跡要素１２８が可視であり得ることを必要とし得る。同様に、第２の追跡面ＴＦ２と第３の追跡面ＴＦ３との対応関係を確立するために、第２の追跡面ＴＦ２の少なくとも３つの光学追跡要素１２８が、第３の追跡面ＴＦ３の少なくとも１つの光学追跡要素１２８と同時に可視である必要があり得る。３つの追跡面に限定されず、実装形態は、２つの面のみ、または４つ以上の面を有するトラッカに有用であることを理解されたい。

ナビゲーションプロセッサ１８を使用して、第１の剛体、第２の剛体、および第３の剛体と、第１の追跡面ＴＦ１の少なくとも１つの光学追跡要素１２８、第２の追跡面ＴＦ２の少なくとも１つの光学追跡要素１２８、および第３の追跡面ＴＦ３の少なくとも１つの光学追跡要素１２８の測定された相対位置とに基づいて、複合剛体を作成することができる。あるいは、第１の追跡面ＴＦ１の少なくとも１つの光学追跡要素１２８、第２の追跡面ＴＦ２の少なくとも１つの光学追跡要素１２８、および第３の追跡面ＴＦ３の少なくとも１つの光学追跡要素１２８の測定された相対位置のみに基づいて、複合剛体を作成してもよい。

単一の追跡面の少なくとも３つの光学追跡要素の複数の光学追跡要素１２８の測定された相対位置を使用して、トラッカを識別することができる。一部の実装形態において、識別ステップは、複数の光学追跡要素の検出された対向方向データにさらに基づくことができる。

ナビゲーションプロセッサは、追跡面の少なくとも３つの光学追跡要素の位置および／または検出している対向方向を、幾何学的データの第１のセットと比較して、追跡アレイを識別することができる。識別は、第１の追跡面ＴＦ１の複数の光学追跡要素１２８の予想対向方向、第２の追跡面ＴＦ２の複数の光学追跡要素１２８の予想対向方向、および／または第３の追跡面ＴＦ３の複数の光学追跡要素１２８の予想対向方向に基づくことができる。対向方向を利用することにより、ローカライザ２２は、光学追跡要素の視認性が制限され得るという事実にもかかわらず、トラッカを識別することができ、広角での測定精度の低下を避けることができる。この識別ステップは、較正ワークフローをトリガすることができる。

前述し、図２６に示すように、正確な較正を容易にするために、ナビゲーションシステム１２は、表示ユニット１４を介して較正命令をユーザに表示することができる。表示されるこれらの命令は、ユーザが現在実行しているか、または完了したばかりである較正ステップに応じて更新することができる。命令は、第１の追跡面ＴＦ１の少なくとも１つの光学追跡要素１２８および第２の追跡面ＴＦ２の少なくとも１つの光学追跡要素１２８が同時にローカライザ２２に可視であるように、ローカライザ２２に対して追跡アレイを回転させることをユーザに示すグラフィックスを含み得る。命令は、第１の追跡面ＴＦ１の少なくとも１つの光学追跡要素１２８および第３の追跡面ＴＦ３の少なくとも１つの光学追跡要素１２８が同時にローカライザ２２に可視であるように、ローカライザ２２に対して追跡アレイを回転させることをユーザに示すグラフィックスをさらに含み得る。さらに、命令は、次に、第２の追跡面ＴＦ２の少なくとも１つの光学追跡要素１２８および第３の追跡面ＴＦ３の少なくとも１つの光学追跡要素１２８が同時にローカライザ２２に可視であり得るように、ローカライザ２２に対して追跡アレイを回転させることをユーザに示すグラフィックスを含み得る。前述した第３の追跡面ＴＦ３および第１の追跡面ＴＦ１についても、同じステップを促すことができる。

較正および整合方法は、トラッカ１００が結合されている医療器具３４を識別するステップをさらに含むことができる。医療器具３４の識別は、ナビゲーションプロセッサによって作成されたトラッカアレイの複合剛体を、外科手術で使用され得る医療器具３４に関連付けることに基づく。複合剛体を医療器具３４に関連付けることによる同じ方法で、追跡アレイが特定の医療器具３４にさらに割り当てられてもよい。この方法は、医療器具３４の一部を既知の基準位置に位置決めすることによって、医療器具３４の一部と複合剛体との位置関係を決定することをさらに含むことができる。トラッカ１００は、ローカライザ２２によって追跡されている基準位置上でタッチオフすることによってなど、様々な技術を使用して、医療器具に合わせて較正され得る。一例において、基準位置は、追跡可能な較正装置上の既知の位置である。

条項
Ｉ．トラッカを動作させる方法であって、トラッカは、トラッカフレーム１０２と、トラッカフレーム１０２によって支持される電気回路とを備え、電気回路は少なくとも１つの赤外発光ダイオード（ＩＲ－ＬＥＤ）を含み、電気回路は、バッテリ、または電力を無線で受け取るように構成された無線受電装置をさらに含み、方法は、バッテリまたは無線受電装置によって、少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤを動作させるための電力を供給するステップと、電気回路によって、少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つの電流を１５ミリアンペア（ｍＡ）を超えないように制限するステップとを含む、方法。

ＩＩ．手術ナビゲーションシステム内の手術器具に結合されたトラッカの位置および向きを追跡する方法であって、トラッカは、長手方向軸を規定し、少なくとも３つの赤外線エミッタを各々有する少なくとも３つのアレイを備え、前記少なくとも３つのアレイは、前記長手方向軸を中心に放射状に配置され、方法は、少なくとも３つの赤外線エミッタの各々の位置を測定して、各アレイの位置および向きを決定するステップと、各アレイの少なくとも１つのマーカの、他の各アレイに対する位置に対応する補正係数を計算するステップと、手術ナビゲーションシステムに可視である各アレイの少なくとも１つのマーカの相対位置および向きを決定するステップと、補正係数を使用して、各アレイの前記少なくとも１つのマーカの相対位置および向きをトラッカの絶対位置に相関させることによって、トラッカの位置および向きを決定するステップとを含む、方法。

ＩＩＩ．ローカライザを使用して外科手術用の追跡アレイを較正するための方法であって、追跡アレイは、互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有し、第１の追跡面および第２の追跡面は、複数の光学追跡要素を集合的に含み、方法は、第１の追跡面および第２の追跡面の複数の光学追跡要素がローカライザに可視であるように、追跡アレイを位置決めするステップと、複数の光学追跡要素がローカライザに可視である間に、複数の光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、複数の光学追跡要素がローカライザに可視である間に、複数の光学追跡要素の対向方向を検出するステップと、複数の光学追跡要素の測定された相対位置および対向方向に基づいて、複数の光学追跡要素を第１の剛体および第２の剛体にグループ分けするステップであって、第１の剛体および第２の剛体の各々が少なくとも１つの追跡要素を含む、グループ分けするステップと、第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時にローカライザに可視であるように、追跡アレイを位置決めするステップと、同時にローカライザに可視である間に、第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、同時に可視である間に、第１の剛体、第２の剛体、ならびに第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップとを含む、方法。

ＩＶ．ローカライザを使用して外科手術用の追跡アレイを較正するための方法であって、追跡アレイは、互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有し、第１の追跡面および第２の追跡面は、複数の光学追跡要素を集合的に含み、方法は、第１の追跡面および第２の追跡面の複数の光学追跡要素がローカライザに可視であるように、追跡アレイを位置決めするステップと、複数の光学追跡要素がローカライザに可視である間に、複数の光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時にローカライザに可視であるように、追跡アレイを位置決めするステップと、同時にローカライザに可視である間に、第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、同時に可視である間に、第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップとを含む、方法。

Ｖ．手術器具を追跡するための使い捨て光学トラッカであって、平面構成を有する回路基板と、前記回路基板に結合され、かつ共通平面内に配置された少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤの配置であって、任意の２つのＩＲ－ＬＥＤ間の距離が一意である、配置と、少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤの電流を１５ｍＡを超えないよう制限するように構成された電気回路と、少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤと電気的に連通するバッテリとを備え、使い捨て光学トラッカは、通信インターフェースを含まず、電源コードを含まない、使い捨て光学トラッカ。

ＶＩ．少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤの配置は、連続動作または準連続動作用に構成される、第Ｖ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＶＩＩ．電気回路は、少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つの電流を制限するように構成された少なくとも１つの抵抗器を含む、第Ｖ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＶＩＩＩ．少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つの電流は、少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つの内部電気抵抗、および少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つに電気的に直列に接続された少なくとも１つの抵抗器の電気抵抗によって制限される、第ＶＩＩ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＩＸ．電気回路は、少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤのうちの少なくとも１つの放射強度を、４０マイクロワット毎ステラジアン（μＷ／ｓｒ）を超えないよう制限するように構成される、第ＶＩＩ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

Ｘ．少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤのうちの２つの間の距離が７０ｍｍよりも小さい、第ＶＩＩ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＸＩ．電気回路は、少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤを同時に動作させるように構成される、第ＶＩＩ項の使い捨て光学トラッカ。

ＸＩＩ．使い捨て光学トラッカの質量が４０ｇを超えない、第ＶＩＩ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＸＩＩＩ．前記バッテリに係合するように構成されたバッテリレセプタクルをさらに備え、前記バッテリはコイン電池バッテリとしてさらに規定される、第Ｖ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＸＩＶ．少なくとも３つのＩＲ－ＬＥＤと電気的に連通する単回使用のスイッチをさらに備える、第Ｖ項に記載の使い捨て光学トラッカ。

ＸＶ．第Ｖ項に記載のトラッカと、少なくとも１つのＩＲ－ＬＥＤの光を検出し、検出された光を示すカメラ信号を生成することができるカメラとを備える、手術ナビゲーションシステム。

いくつかの例が上記の説明において記載されている。しかしながら、本明細書に記載された例は、網羅的であることも本開示を任意の特定の形態に限定することも意図していない。使用されている用語は、限定的ではなく、説明の用語の性質であることが意図される。上記の教示に照らして多くの変更および変形が可能であり、本発明は、具体的に記載される以外の方法で実施することができる。

いくつかの例が上記の説明において記載されている。しかしながら、本明細書に記載された例は、網羅的であることも本開示を任意の特定の形態に限定することも意図していない。使用されている用語は、限定的ではなく、説明の用語の性質であることが意図される。上記の教示に照らして多くの変更および変形が可能であり、本発明は、具体的に記載される以外の方法で実施することができる。
なお、上記実施形態から把握し得る技術的思想について、以下に記載する。
［１］
器具軸に沿って遠位端から離間した近位端を有する手持ち式手術器具のための光学トラッカであって、
器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具の近位領域を受け入れるように構成され、均等な割合の３つの放射状部分が前記長手方向軸を中心に規定されて、前記長手方向軸を集合的に囲み、前記トラッカフレームは、前記取付体から近位に突出するオフセット体をさらに含む、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合された少なくとも６つの光学マーカであって、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも１つが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされる、少なくとも６つの光学マーカと、
を備え、
前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも２つが、前記取付体の近位に位置決めされる、光学トラッカ。
［２］
前記オフセット体は、前記取付体に結合された遠位端から近位端まで延びる、［１］に記載の光学トラッカ。
［３］
前記オフセット体の前記近位端は、前記オフセット体が前記長手方向軸から離間している距離よりも大きい距離で前記遠位端から離間している、［２］に記載の光学トラッカ。
［４］
前記オフセット体は、前記遠位端から前記近位端までテーパ状である、［２］または［３］に記載の光学トラッカ。
［５］
前記オフセット体の前記近位端は、前記放射状部分のうちの１つのみに位置決めされる、［２］～［４］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［６］
前記少なくとも６つの光学マーカは赤外線ＬＥＤである、［１］～［５］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［７］
前記少なくとも６つの赤外線ＬＥＤは連続して同時に光を放出する、［６］に記載の光学トラッカ。
［８］
前記少なくとも６つの光学マーカは少なくとも２つのアレイを形成するように配置され、各アレイは前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、前記少なくとも２つのアレイの各々の一部が前記取付体の近位に位置決めされる、［１］～［７］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［９］
前記少なくとも２つのアレイの各々が、前記少なくとも３つの光学マーカに結合された回路基板を含み、前記回路基板は互いに対して非平行である、［８］に記載の光学トラッカ。
［１０］
前記少なくとも６つの光学マーカは、少なくとも９つの光学マーカとしてさらに規定される、［８］または［９］に記載の光学トラッカ。
［１１］
前記少なくとも２つのアレイは、少なくとも３つのアレイとしてさらに規定され、前記少なくとも３つのアレイは前記長手方向軸を中心に放射状に配置されて、前記少なくとも９つの光学マーカが前記長手方向軸を中心に３６０度で放射状に赤外光を放出するようになっている、［１０］に記載の光学トラッカ。
［１２］
前記少なくとも２つのアレイの各々の、前記取付体の近位に位置決めされた前記一部は、ちょうど１つの光学マーカを含む、［１］～［１１］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１３］
前記トラッカフレームはポリマーを含む、［１］～［１２］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１４］
結合開口部が前記取付体に規定され、前記取付体は、前記結合開口部に配置された２つの弾性アームをさらに含み、各弾性アームは基準端と可動端とを有し、前記弾性アームは協働して前記器具係合開口部を規定する、［１］～［１３］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１５］
前記トラッカフレームに結合され、前記光学マーカと電気的に連通する単回使用のスイッチをさらに備え、前記単回使用のスイッチは取り外し可能な絶縁材料を含む、［１］～［１４］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１６］
前記トラッカフレームと前記手術器具との間に規定される視線が３０度未満である、［１］～［１５］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１７］
前記トラッカフレームに結合され、かつ前記長手方向軸に平行な軸を中心に旋回可能なラッチをさらに備える、［１］～［１６］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１８］
前記トラッカフレームは、協働して前記器具係合開口部を規定する一対の離間したアームをさらに含み、前記離間したアームの各々に旋回可能に結合され、かつ前記離間したアームを互いに向けてバイアスするように可動であるレバーをさらに含む、［１］～［１７］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［１９］
前記トラッカフレームは、前記取付体に結合され、かつ前記長手方向軸を中心に放射状に配置された取付突起をさらに含み、前記取付突起は、前記器具軸に沿って単一の位置で前記手術器具に割出し係合するように構成される、［１］～［１８］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［２０］
器具軸を有し、［１］～［１９］のいずれか１つに記載の光学トラッカに結合された、手持ち式手術器具。
［２１］
器具軸を有する手持ち式手術器具のためのトラッカであって、
長手方向軸を有する器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記長手方向軸に平行に突出し、かつ前記トラッカフレームを前記器具軸に沿って回転可能に拘束するように前記手術器具に係合可能な取付突起を含み、前記器具係合開口部は、前記長手方向軸に平行な平面によって二等分されて第１の領域および第２の領域を規定する、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合され、前記長手方向軸を中心に配置された複数のＬＥＤエミッタであって、前記複数のＬＥＤエミッタのうちの第１の数が前記第１の領域に位置決めされ、前記複数のＬＥＤエミッタのうちの第２の数が前記第２の領域に位置決めされ、前記手術器具の妨害を減らすために前記第１の数が前記第２の数よりも大きい、複数のＬＥＤエミッタと、
を備える、トラッカ。
［２２］
前記トラッカフレームは、前記取付体に支持され、かつ前記第１の領域に位置決めされたオフセット体をさらに含み、前記オフセット体は、前記取付体に結合された遠位端から近位端まで近位に突出する、［２１］に記載のトラッカ。
［２３］
前記オフセット体の前記近位端は、前記オフセット体が前記長手方向軸から離間している距離よりも大きい距離で前記遠位端から離間している、［２２］に記載のトラッカ。
［２４］
前記オフセット体は、前記遠位端から前記近位端までテーパ状である、［２２］または［２３］に記載のトラッカ。
［２５］
前記複数のＬＥＤエミッタは連続して光を放出する、［２１］～［２４］のいずれか１つに記載のトラッカ。
［２６］
前記複数のＬＥＤエミッタは少なくとも２つのアレイを形成するように配置され、各アレイは少なくとも３つのＬＥＤエミッタを含む、［２１］～［２５］のいずれか１つに記載のトラッカ。
［２７］
前記少なくとも２つのアレイの各々が回路基板を含み、前記複数のＬＥＤエミッタのうちの前記少なくとも３つは前記回路基板に取り付けられ、前記回路基板は互いに対して非平行である、［２６］に記載のトラッカ。
［２８］
前記少なくとも２つのアレイは前記長手方向軸を中心に放射状に配置されて、前記ＬＥＤエミッタが前記長手方向軸を中心に３６０度で放射状に赤外光を放出するようになっている、［２６］または［２７］に記載のトラッカ。
［２９］
前記少なくとも２つのアレイのうちの少なくとも一部が前記オフセット体上に配置され、前記取付体の近位に位置決めされる、［２６］または［２７］に記載のトラッカ。
［３０］
前記トラッカフレームはポリマーまたはチタンを含む、［２１］～［２９］のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
［３１］
結合チャネルが前記取付体に規定され、前記取付体は、前記結合チャネルに配置された２つの弾性アームをさらに含み、各弾性アームは基準端と可動端とを有し、前記弾性アームは協働して前記器具係合開口部を規定する、［２１］～［３０］のいずれか１つに記載のトラッカ。
［３２］
前記トラッカフレームに結合され、前記複数のＬＥＤエミッタと電気的に連通する単回使用のスイッチをさらに備え、前記単回使用のスイッチは取り外し可能な絶縁材料を含む、［２１］～［３１］のいずれか１つに記載のトラッカ。
［３３］
均等な割合の３つの放射状部分が前記長手方向軸を中心に規定されて、前記長手方向軸を集合的に囲み、前記複数のＬＥＤエミッタは少なくとも６つのＬＥＤエミッタとしてさらに規定され、前記少なくとも６つのＬＥＤエミッタは、前記少なくとも６つのＬＥＤエミッタのうちの少なくとも１つが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされる、［２１］～［３２］のいずれか１つに記載のトラッカ。
［３４］
器具軸を有し、［２１］～［３３］のいずれか１つに記載のトラッカに結合された、手持ち式手術器具。
［３５］
器具軸に沿って遠位端から離間した近位端を有する手持ち式手術器具のためのトラッカであって、
ポリマーから形成され、かつ器具係合開口部を規定するトラッカフレームであって、前記器具係合開口は、長手方向軸を規定し、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具に摺動可能に係合するように構成され、前記トラッカフレームは前記手術器具に回転可能に固定される、トラッカフレームと、
電源と電気的に連通し、かつ前記トラッカフレームに結合された複数の赤外線エミッタであって、前記赤外線エミッタの各々の放射強度が、４０マイクロワット毎ステラジアン（μＷ／ｓｒ）未満である、複数の赤外線エミッタとを備える、トラッカ。
［３６］
手持ち式手術器具のためのトラッカであって、
器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具に摺動可能に係合するように構成される、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに各々結合された少なくとも４つの赤外線エミッタであって、前記少なくとも４つの赤外線エミッタは３Ｄボリュームを形成するように配置され、前記３Ｄボリュームは四面体である、少なくとも４つの赤外線エミッタと、
を備える、トラッカ。
［３７］
器具軸を有する手持ち式手術器具のための光学トラッカであって、
器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具に摺動可能に係合するように構成される、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合された複数の光学マーカと、
を備え、
前記光学トラッカは、前記複数の光学マーカのうちの少なくとも３つを含む第１のアレイを規定し、前記少なくとも３つの光学マーカは第１の領域を規定し、
前記光学トラッカは、前記複数の光学マーカのうちの少なくとも３つを含む第２のアレイをさらに規定し、前記少なくとも３つの光学マーカは第２の領域を規定し、
前記光学トラッカは、前記複数の光学マーカのうちの少なくとも３つを含む第３のアレイをさらに規定し、前記少なくとも３つの光学マーカは第３の領域を規定し、前記第３の領域は前記第２の領域に等しく、
前記第１のアレイ、前記第２のアレイ、および前記第３のアレイは、前記長手方向軸と交差する１つの辺および１つの面を有する四面体状の形状を規定するように配置され、前記四面体状の形状の頂点が前記長手方向軸から離間するようになっている、
光学トラッカ。
［３８］
前記第１のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、前記第２のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカとは異なる、［３７］に記載の光学トラッカ。
［３９］
前記第１のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、前記第３のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカとは異なる、［３８］に記載の光学トラッカ。
［４０］
前記第２のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、前記第３のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカとは異なる、［３９］に記載の光学トラッカ。
［４１］
追跡手持ち式手術器具であって、器具軸に沿って近位端と遠位端との間に延びる本体と、前記本体に結合され、かつ前記近位端から突出する可撓性供給ケーブルとを有し、前記可撓性供給ケーブルの曲げ半径に等しい距離で前記手持ち式手術器具から離れるよう湾曲するように構成された、追跡手持ち式手術器具において、
器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手持ち式手術器具の前記本体に前記近位端で摺動可能に係合するように構成され、均等な割合の３つの放射状部分が前記長手方向軸を中心に規定されて、前記長手方向軸を集合的に囲み、前記トラッカフレームの近位端が、前記手持ち式手術器具の前記近位端の近位で離間し、前記トラッカフレームの前記近位端が前記可撓性供給ケーブルとの接触を最小限に抑えるように、前記可撓性供給ケーブルに対して位置決めされる、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合された少なくとも６つの光学マーカであって、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも１つが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされ、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも２つが、前記手持ち式手術器具の前記近位端の近位に位置決めされる、少なくとも６つの光学マーカと、
を備える、追跡手持ち式手術器具。
［４２］
前記トラッカフレームの前記近位端は、前記３つの放射状部分のうちの１つのみに位置決めされる、［４１］に記載の追跡手持ち式手術器具。
［４３］
前記トラッカフレームは、前記取付体に支持され、かつ前記長手方向軸に平行な方向に前記トラッカフレームの前記近位端まで延びるオフセット体をさらに含む、［４１］または［４２］に記載の追跡手持ち式手術器具。
［４４］
前記手持ち式手術器具の前記近位端は、前記取付体の近位端の近位に位置決めされる、［４３］に記載の追跡手持ち式手術器具。
［４５］
前記トラッカフレームは、前記取付体に結合され、かつ前記長手方向軸を中心に放射状に配置された取付突起をさらに含み、前記取付突起は、前記器具軸に沿って単一の位置で前記手術器具に割出し係合するように構成される、［４１］～［４４］のいずれか１つに記載の追跡手持ち式手術器具。
［４６］
手術器具のための光学トラッカであって、
器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記長手方向軸が器具軸に位置合わせされた状態で前記手術器具に結合するように構成される、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合され、かつ少なくとも３つのアレイを形成するように配置された少なくとも９つの光学マーカであって、各アレイは、前記少なくとも９つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、各アレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、同じ方向に光を放出するように構成される、少なくとも９つの光学マーカと、
前記少なくとも９つの光学マーカと電気的に連通する単回使用のスイッチおよびバッテリと、
を備え、
前記少なくとも３つのアレイの各々は、互いに異なる方向に光を放出するように向けられる、光学トラッカ。
［４７］
前記少なくとも３つのアレイは、前記長手方向軸を中心に少なくとも２６０度で光を放出する、［４６］に記載の光学トラッカ。
［４８］
前記単回使用のスイッチは取り外し可能な絶縁材料を含む、［４６］または［４７］に記載の光学トラッカ。
［４９］
ローカライザを使用して外科手術用の追跡アレイを較正するための方法であって、
前記追跡アレイは、互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有し、前記第１の追跡面および前記第２の追跡面は、複数の光学追跡要素を集合的に含み、
前記方法は、
前記第１の追跡面および前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の対向方向を検出するステップと、
前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置および対向方向に基づいて、前記複数の光学追跡要素を第１の剛体および第２の剛体にグループ分けするステップであって、前記第１の剛体および前記第２の剛体の各々が少なくとも１つの追跡要素を含む、グループ分けするステップと、
前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時に前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
同時に前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
同時に可視である間に、前記第１の剛体、前記第２の剛体、ならびに前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップと、
を含む、方法。
［５０］
前記追跡アレイの製造寸法をナビゲーションシステムのメモリ装置に格納するステップであって、前記製造寸法は、第１の追跡面の幾何学的データおよび第２の追跡面の幾何学的データを含む幾何学的データの第１のセットを含む、格納するステップと、
前記幾何学的データの第１のセット、前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置、および前記複数の光学追跡要素の前記検出された対向方向に基づいて、前記追跡アレイを識別するステップと、
をさらに含む、［４９］に記載の方法。
［５１］
前記第１の追跡面の幾何学的データは、前記第１の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想相対位置と、前記第１の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想対向方向とを示すデータを含み、
前記第２の追跡面の幾何学的データは、前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想相対位置と、前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想対向方向とを示すデータを含む、［５０］に記載の方法。
［５２］
前記識別するステップは、前記複数の光学追跡要素の前記検出された対向方向と、前記第１の追跡面の前記複数の光学追跡要素の前記予想対向方向と、前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素の前記予想対向方向とを比較するステップを含む、［５１］に記載の方法。
［５３］
前記追跡アレイを識別するステップに基づいて較正命令を表示するステップをさらに含む、［５０］～［５２］のいずれか１つに記載の方法。
［５４］
前記較正命令を表示するステップは、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時に前記ローカライザに可視であるように、前記ローカライザに対して前記追跡アレイを回転させることをユーザに示すグラフィックスを表示するステップをさらに含む、［５３］に記載の方法。
［５５］
前記複合剛体を医療器具に関連付けることによって前記追跡アレイを前記医療器具に割り当てるステップをさらに含む、［４９］～［５４］のいずれか１つに記載の方法。
［５６］
前記複合剛体を前記医療器具に関連付けることに基づいて前記医療器具を識別するステップをさらに含む、［５５］に記載の方法。
［５７］
前記第１の追跡面と前記第２の追跡面とは互いの鏡像である、［４９］～［５６］のいずれか１つに記載の方法。
［５８］
前記追跡アレイは第３の追跡面をさらに含み、前記第１の追跡面、前記第２の追跡面、および前記第３の追跡面は、前記複数の光学追跡要素を集合的に含み、
前記方法は、
前記第３の追跡面の前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置および対向方向に基づいて、前記複数の光学追跡要素を第３の剛体にグループ分けするステップと、
前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素または前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第３の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
前記第１の剛体、前記第２の剛体、および前記第３の剛体、ならびに、前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素、前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素、および前記第３の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップと、
を含む、［４９］～［５７］のいずれか１つに記載の方法。
［５９］
前記光学追跡要素は反射要素である、［４９］～［５８］のいずれか１つに記載の方法。
［６０］
前記光学追跡要素は赤外発光ダイオードである、［４９］～［５９］のいずれか１つに記載の方法。
［６１］
医療器具の一部を既知の基準位置に位置決めすることによって、前記医療器具の一部と前記複合剛体との位置関係を決定するステップをさらに含む、［４９］～［６０］のいずれか１つに記載の方法。
［６２］
前記基準位置は、追跡可能な較正装置上の既知の位置である、［６１］に記載の方法。
［６３］
前記追跡アレイを医療器具または患者に結合するステップをさらに含む、［４９］～［６２］のいずれか１つに記載の方法。
［６４］
医療器具のナビゲーションのためのシステムであって、
ローカライザと、
互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有する追跡アレイであって、前記第１の追跡面および前記第２の追跡面は複数の光学追跡要素を集合的に含む、追跡アレイと、
プロセッサと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の相対位置を測定することと、
前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の対向方向を検出することと、
前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置および対向方向に基づいて、前記複数の光学追跡要素を第１の剛体および第２の剛体にグループ分けすることであって、前記第１の剛体および前記第２の剛体の各々が少なくとも１つの追跡要素を含む、グループ分けすることと、
同時に前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定することと、
同時に可視である間に、前記第１の剛体、前記第２の剛体、ならびに前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成することと、
を実行するように構成されている、システム。
［６５］
ローカライザを使用して外科手術用の追跡アレイを較正するための方法であって、
前記追跡アレイは、互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有し、前記第１の追跡面および前記第２の追跡面は、複数の光学追跡要素を集合的に含み、
前記方法は、
前記第１の追跡面および前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時に前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
同時に前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
同時に可視である間に、前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップと、
を含む、方法。
［６６］
手術器具のための光学トラッカであって、
前記手術器具に結合するように構成された取付体を含み、ポリマーから構成された、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合され、かつ少なくとも２つのアレイを形成するように配置された少なくとも６つの光学マーカであって、各アレイは、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、各アレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、同じ方向に光を放出するように構成される、少なくとも６つの光学マーカと、
前記少なくとも６つの光学マーカと電気的に連通するバッテリと、
を備え、
前記少なくとも３つのアレイの各々は、互いに異なる方向に光を放出するように向けられる、光学トラッカ。
［６７］
手術器具のための光学トラッカであって、
器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記長手方向軸が器具軸に位置合わせされた状態で前記手術器具に結合するように構成される、トラッカフレームと、
前記トラッカフレームに結合され、かつ少なくとも３つのアレイを形成するように配置された少なくとも９つの光学マーカであって、各アレイは、前記少なくとも９つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、各アレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、同じ方向に光を放出するように構成される、少なくとも９つの光学マーカと、
を備え、
前記少なくとも３つのアレイの各々は、互いに異なる方向に光を放出するように向けられ、
前記少なくとも３つのアレイのうちの２つは、前記少なくとも３つの光学マーカの位置が前記長手方向軸を中心に鏡面となるように構成されている、光学トラッカ。
［６８］
手術器具のための光学トラッカであって、
器具係合部を規定する第１の部分と第２の部分とを含み、ポリマーをさらに含むトラッカフレームと、
前記トラッカフレームの前記第１の部分に結合され、かつ第１のアレイを規定する少なくとも３つのＬＥＤを含む第１の回路基板と、
前記トラッカフレームの前記第２の部分に結合され、かつ第２のアレイを規定する少なくとも３つのＬＥＤを含む第２の回路基板であって、前記第１のアレイは、前記第２のアレイとは異なる方向に光を放出するように向けられる、第２の回路基板と、
前記第１の回路基板および前記第２の回路基板に電気的に結合されたバッテリと、
を備え、
前記光学トラッカには通信インターフェースがない、光学トラッカ。
［６９］
前記バッテリはコイン電池バッテリである、［６８］に記載の光学トラッカ。
［７０］
前記バッテリは５グラム未満の質量を有する、［６８］または［６９］に記載の光学トラッカ。

Claims (70)

1. 器具軸に沿って遠位端から離間した近位端を有する手持ち式手術器具のための光学トラッカであって、
   器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具の近位領域を受け入れるように構成され、均等な割合の３つの放射状部分が前記長手方向軸を中心に規定されて、前記長手方向軸を集合的に囲み、前記トラッカフレームは、前記取付体から近位に突出するオフセット体をさらに含む、トラッカフレームと、
   前記トラッカフレームに結合された少なくとも６つの光学マーカであって、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも１つが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされる、少なくとも６つの光学マーカと、
   を備え、
   前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも２つが、前記取付体の近位に位置決めされる、光学トラッカ。
2. 前記オフセット体は、前記取付体に結合された遠位端から近位端まで延びる、請求項１に記載の光学トラッカ。
3. 前記オフセット体の前記近位端は、前記オフセット体が前記長手方向軸から離間している距離よりも大きい距離で前記遠位端から離間している、請求項２に記載の光学トラッカ。
4. 前記オフセット体は、前記遠位端から前記近位端までテーパ状である、請求項２または３に記載の光学トラッカ。
5. 前記オフセット体の前記近位端は、前記放射状部分のうちの１つのみに位置決めされる、請求項２～４のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
6. 前記少なくとも６つの光学マーカは赤外線ＬＥＤである、請求項１～５のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
7. 前記少なくとも６つの赤外線ＬＥＤは連続して同時に光を放出する、請求項６に記載の光学トラッカ。
8. 前記少なくとも６つの光学マーカは少なくとも２つのアレイを形成するように配置され、各アレイは前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、前記少なくとも２つのアレイの各々の一部が前記取付体の近位に位置決めされる、請求項１～７のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
9. 前記少なくとも２つのアレイの各々が、前記少なくとも３つの光学マーカに結合された回路基板を含み、前記回路基板は互いに対して非平行である、請求項８に記載の光学トラッカ。
10. 前記少なくとも６つの光学マーカは、少なくとも９つの光学マーカとしてさらに規定される、請求項８または９に記載の光学トラッカ。
11. 前記少なくとも２つのアレイは、少なくとも３つのアレイとしてさらに規定され、前記少なくとも３つのアレイは前記長手方向軸を中心に放射状に配置されて、前記少なくとも９つの光学マーカが前記長手方向軸を中心に３６０度で放射状に赤外光を放出するようになっている、請求項１０に記載の光学トラッカ。
12. 前記少なくとも２つのアレイの各々の、前記取付体の近位に位置決めされた前記一部は、ちょうど１つの光学マーカを含む、請求項１～１１のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
13. 前記トラッカフレームはポリマーを含む、請求項１～１２のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
14. 結合開口部が前記取付体に規定され、前記取付体は、前記結合開口部に配置された２つの弾性アームをさらに含み、各弾性アームは基準端と可動端とを有し、前記弾性アームは協働して前記器具係合開口部を規定する、請求項１～１３のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
15. 前記トラッカフレームに結合され、前記光学マーカと電気的に連通する単回使用のスイッチをさらに備え、前記単回使用のスイッチは取り外し可能な絶縁材料を含む、請求項１～１４のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
16. 前記トラッカフレームと前記手術器具との間に規定される視線が３０度未満である、請求項１～１５のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
17. 前記トラッカフレームに結合され、かつ前記長手方向軸に平行な軸を中心に旋回可能なラッチをさらに備える、請求項１～１６のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
18. 前記トラッカフレームは、協働して前記器具係合開口部を規定する一対の離間したアームをさらに含み、前記離間したアームの各々に旋回可能に結合され、かつ前記離間したアームを互いに向けてバイアスするように可動であるレバーをさらに含む、請求項１～１７のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
19. 前記トラッカフレームは、前記取付体に結合され、かつ前記長手方向軸を中心に放射状に配置された取付突起をさらに含み、前記取付突起は、前記器具軸に沿って単一の位置で前記手術器具に割出し係合するように構成される、請求項１～１８のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
20. 器具軸を有し、請求項１～１９のいずれか１つに記載の光学トラッカに結合された、手持ち式手術器具。
21. 器具軸を有する手持ち式手術器具のためのトラッカであって、
    長手方向軸を有する器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記長手方向軸に平行に突出し、かつ前記トラッカフレームを前記器具軸に沿って回転可能に拘束するように前記手術器具に係合可能な取付突起を含み、前記器具係合開口部は、前記長手方向軸に平行な平面によって二等分されて第１の領域および第２の領域を規定する、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに結合され、前記長手方向軸を中心に配置された複数のＬＥＤエミッタであって、前記複数のＬＥＤエミッタのうちの第１の数が前記第１の領域に位置決めされ、前記複数のＬＥＤエミッタのうちの第２の数が前記第２の領域に位置決めされ、前記手術器具の妨害を減らすために前記第１の数が前記第２の数よりも大きい、複数のＬＥＤエミッタと、
    を備える、トラッカ。
22. 前記トラッカフレームは、前記取付体に支持され、かつ前記第１の領域に位置決めされたオフセット体をさらに含み、前記オフセット体は、前記取付体に結合された遠位端から近位端まで近位に突出する、請求項２１に記載のトラッカ。
23. 前記オフセット体の前記近位端は、前記オフセット体が前記長手方向軸から離間している距離よりも大きい距離で前記遠位端から離間している、請求項２２に記載のトラッカ。
24. 前記オフセット体は、前記遠位端から前記近位端までテーパ状である、請求項２２または２３に記載のトラッカ。
25. 前記複数のＬＥＤエミッタは連続して光を放出する、請求項２１～２４のいずれか１つに記載のトラッカ。
26. 前記複数のＬＥＤエミッタは少なくとも２つのアレイを形成するように配置され、各アレイは少なくとも３つのＬＥＤエミッタを含む、請求項２１～２５のいずれか１つに記載のトラッカ。
27. 前記少なくとも２つのアレイの各々が回路基板を含み、前記複数のＬＥＤエミッタのうちの前記少なくとも３つは前記回路基板に取り付けられ、前記回路基板は互いに対して非平行である、請求項２６に記載のトラッカ。
28. 前記少なくとも２つのアレイは前記長手方向軸を中心に放射状に配置されて、前記ＬＥＤエミッタが前記長手方向軸を中心に３６０度で放射状に赤外光を放出するようになっている、請求項２６または２７に記載のトラッカ。
29. 前記少なくとも２つのアレイのうちの少なくとも一部が前記オフセット体上に配置され、前記取付体の近位に位置決めされる、請求項２６または２７に記載のトラッカ。
30. 前記トラッカフレームはポリマーまたはチタンを含む、請求項２１～２９のいずれか１つに記載の光学トラッカ。
31. 結合チャネルが前記取付体に規定され、前記取付体は、前記結合チャネルに配置された２つの弾性アームをさらに含み、各弾性アームは基準端と可動端とを有し、前記弾性アームは協働して前記器具係合開口部を規定する、請求項２１～３０のいずれか１つに記載のトラッカ。
32. 前記トラッカフレームに結合され、前記複数のＬＥＤエミッタと電気的に連通する単回使用のスイッチをさらに備え、前記単回使用のスイッチは取り外し可能な絶縁材料を含む、請求項２１～３１のいずれか１つに記載のトラッカ。
33. 均等な割合の３つの放射状部分が前記長手方向軸を中心に規定されて、前記長手方向軸を集合的に囲み、前記複数のＬＥＤエミッタは少なくとも６つのＬＥＤエミッタとしてさらに規定され、前記少なくとも６つのＬＥＤエミッタは、前記少なくとも６つのＬＥＤエミッタのうちの少なくとも１つが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされる、請求項２１～３２のいずれか１つに記載のトラッカ。
34. 器具軸を有し、請求項２１～３３のいずれか１つに記載のトラッカに結合された、手持ち式手術器具。
35. 器具軸に沿って遠位端から離間した近位端を有する手持ち式手術器具のためのトラッカであって、
    ポリマーから形成され、かつ器具係合開口部を規定するトラッカフレームであって、前記器具係合開口は、長手方向軸を規定し、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具に摺動可能に係合するように構成され、前記トラッカフレームは前記手術器具に回転可能に固定される、トラッカフレームと、
    電源と電気的に連通し、かつ前記トラッカフレームに結合された複数の赤外線エミッタであって、前記赤外線エミッタの各々の放射強度が、４０マイクロワット毎ステラジアン（μＷ／ｓｒ）未満である、複数の赤外線エミッタとを備える、トラッカ。
36. 手持ち式手術器具のためのトラッカであって、
    器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具に摺動可能に係合するように構成される、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに各々結合された少なくとも４つの赤外線エミッタであって、前記少なくとも４つの赤外線エミッタは３Ｄボリュームを形成するように配置され、前記３Ｄボリュームは四面体である、少なくとも４つの赤外線エミッタと、
    を備える、トラッカ。
37. 器具軸を有する手持ち式手術器具のための光学トラッカであって、
    器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手術器具に摺動可能に係合するように構成される、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに結合された複数の光学マーカと、
    を備え、
    前記光学トラッカは、前記複数の光学マーカのうちの少なくとも３つを含む第１のアレイを規定し、前記少なくとも３つの光学マーカは第１の領域を規定し、
    前記光学トラッカは、前記複数の光学マーカのうちの少なくとも３つを含む第２のアレイをさらに規定し、前記少なくとも３つの光学マーカは第２の領域を規定し、
    前記光学トラッカは、前記複数の光学マーカのうちの少なくとも３つを含む第３のアレイをさらに規定し、前記少なくとも３つの光学マーカは第３の領域を規定し、前記第３の領域は前記第２の領域に等しく、
    前記第１のアレイ、前記第２のアレイ、および前記第３のアレイは、前記長手方向軸と交差する１つの辺および１つの面を有する四面体状の形状を規定するように配置され、前記四面体状の形状の頂点が前記長手方向軸から離間するようになっている、
    光学トラッカ。
38. 前記第１のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、前記第２のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカとは異なる、請求項３７に記載の光学トラッカ。
39. 前記第１のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、前記第３のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカとは異なる、請求項３８に記載の光学トラッカ。
40. 前記第２のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、前記第３のアレイの前記少なくとも３つの光学マーカとは異なる、請求項３９に記載の光学トラッカ。
41. 追跡手持ち式手術器具であって、器具軸に沿って近位端と遠位端との間に延びる本体と、前記本体に結合され、かつ前記近位端から突出する可撓性供給ケーブルとを有し、前記可撓性供給ケーブルの曲げ半径に等しい距離で前記手持ち式手術器具から離れるよう湾曲するように構成された、追跡手持ち式手術器具において、
    器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記器具係合開口部の前記長手方向軸が前記器具軸と位置合わせされるように、前記手持ち式手術器具の前記本体に前記近位端で摺動可能に係合するように構成され、均等な割合の３つの放射状部分が前記長手方向軸を中心に規定されて、前記長手方向軸を集合的に囲み、前記トラッカフレームの近位端が、前記手持ち式手術器具の前記近位端の近位で離間し、前記トラッカフレームの前記近位端が前記可撓性供給ケーブルとの接触を最小限に抑えるように、前記可撓性供給ケーブルに対して位置決めされる、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに結合された少なくとも６つの光学マーカであって、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも１つが各放射状部分内に位置決めされるように位置決めされ、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも２つが、前記手持ち式手術器具の前記近位端の近位に位置決めされる、少なくとも６つの光学マーカと、
    を備える、追跡手持ち式手術器具。
42. 前記トラッカフレームの前記近位端は、前記３つの放射状部分のうちの１つのみに位置決めされる、請求項４１に記載の追跡手持ち式手術器具。
43. 前記トラッカフレームは、前記取付体に支持され、かつ前記長手方向軸に平行な方向に前記トラッカフレームの前記近位端まで延びるオフセット体をさらに含む、請求項４１または４２に記載の追跡手持ち式手術器具。
44. 前記手持ち式手術器具の前記近位端は、前記取付体の近位端の近位に位置決めされる、請求項４３に記載の追跡手持ち式手術器具。
45. 前記トラッカフレームは、前記取付体に結合され、かつ前記長手方向軸を中心に放射状に配置された取付突起をさらに含み、前記取付突起は、前記器具軸に沿って単一の位置で前記手術器具に割出し係合するように構成される、請求項４１～４４のいずれか１つに記載の追跡手持ち式手術器具。
46. 手術器具のための光学トラッカであって、
    器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記長手方向軸が器具軸に位置合わせされた状態で前記手術器具に結合するように構成される、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに結合され、かつ少なくとも３つのアレイを形成するように配置された少なくとも９つの光学マーカであって、各アレイは、前記少なくとも９つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、各アレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、同じ方向に光を放出するように構成される、少なくとも９つの光学マーカと、
    前記少なくとも９つの光学マーカと電気的に連通する単回使用のスイッチおよびバッテリと、
    を備え、
    前記少なくとも３つのアレイの各々は、互いに異なる方向に光を放出するように向けられる、光学トラッカ。
47. 前記少なくとも３つのアレイは、前記長手方向軸を中心に少なくとも２６０度で光を放出する、請求項４６に記載の光学トラッカ。
48. 前記単回使用のスイッチは取り外し可能な絶縁材料を含む、請求項４６または４７に記載の光学トラッカ。
49. ローカライザを使用して外科手術用の追跡アレイを較正するための方法であって、
    前記追跡アレイは、互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有し、前記第１の追跡面および前記第２の追跡面は、複数の光学追跡要素を集合的に含み、
    前記方法は、
    前記第１の追跡面および前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
    前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
    前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の対向方向を検出するステップと、
    前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置および対向方向に基づいて、前記複数の光学追跡要素を第１の剛体および第２の剛体にグループ分けするステップであって、前記第１の剛体および前記第２の剛体の各々が少なくとも１つの追跡要素を含む、グループ分けするステップと、
    前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時に前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
    同時に前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
    同時に可視である間に、前記第１の剛体、前記第２の剛体、ならびに前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップと、
    を含む、方法。
50. 前記追跡アレイの製造寸法をナビゲーションシステムのメモリ装置に格納するステップであって、前記製造寸法は、第１の追跡面の幾何学的データおよび第２の追跡面の幾何学的データを含む幾何学的データの第１のセットを含む、格納するステップと、
    前記幾何学的データの第１のセット、前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置、および前記複数の光学追跡要素の前記検出された対向方向に基づいて、前記追跡アレイを識別するステップと、
    をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
51. 前記第１の追跡面の幾何学的データは、前記第１の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想相対位置と、前記第１の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想対向方向とを示すデータを含み、
    前記第２の追跡面の幾何学的データは、前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想相対位置と、前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素の予想対向方向とを示すデータを含む、請求項５０に記載の方法。
52. 前記識別するステップは、前記複数の光学追跡要素の前記検出された対向方向と、前記第１の追跡面の前記複数の光学追跡要素の前記予想対向方向と、前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素の前記予想対向方向とを比較するステップを含む、請求項５１に記載の方法。
53. 前記追跡アレイを識別するステップに基づいて較正命令を表示するステップをさらに含む、請求項５０～５２のいずれか１つに記載の方法。
54. 前記較正命令を表示するステップは、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時に前記ローカライザに可視であるように、前記ローカライザに対して前記追跡アレイを回転させることをユーザに示すグラフィックスを表示するステップをさらに含む、請求項５３に記載の方法。
55. 前記複合剛体を医療器具に関連付けることによって前記追跡アレイを前記医療器具に割り当てるステップをさらに含む、請求項４９～５４のいずれか１つに記載の方法。
56. 前記複合剛体を前記医療器具に関連付けることに基づいて前記医療器具を識別するステップをさらに含む、請求項５５に記載の方法。
57. 前記第１の追跡面と前記第２の追跡面とは互いの鏡像である、請求項４９～５６のいずれか１つに記載の方法。
58. 前記追跡アレイは第３の追跡面をさらに含み、前記第１の追跡面、前記第２の追跡面、および前記第３の追跡面は、前記複数の光学追跡要素を集合的に含み、
    前記方法は、
    前記第３の追跡面の前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
    前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置および対向方向に基づいて、前記複数の光学追跡要素を第３の剛体にグループ分けするステップと、
    前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素または前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第３の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
    前記第１の剛体、前記第２の剛体、および前記第３の剛体、ならびに、前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素、前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素、および前記第３の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップと、
    を含む、請求項４９～５７のいずれか１つに記載の方法。
59. 前記光学追跡要素は反射要素である、請求項４９～５８のいずれか１つに記載の方法。
60. 前記光学追跡要素は赤外発光ダイオードである、請求項４９～５９のいずれか１つに記載の方法。
61. 医療器具の一部を既知の基準位置に位置決めすることによって、前記医療器具の一部と前記複合剛体との位置関係を決定するステップをさらに含む、請求項４９～６０のいずれか１つに記載の方法。
62. 前記基準位置は、追跡可能な較正装置上の既知の位置である、請求項６１に記載の方法。
63. 前記追跡アレイを医療器具または患者に結合するステップをさらに含む、請求項４９～６２のいずれか１つに記載の方法。
64. 医療器具のナビゲーションのためのシステムであって、
    ローカライザと、
    互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有する追跡アレイであって、前記第１の追跡面および前記第２の追跡面は複数の光学追跡要素を集合的に含む、追跡アレイと、
    プロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、
    前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の相対位置を測定することと、
    前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の対向方向を検出することと、
    前記複数の光学追跡要素の前記測定された相対位置および対向方向に基づいて、前記複数の光学追跡要素を第１の剛体および第２の剛体にグループ分けすることであって、前記第１の剛体および前記第２の剛体の各々が少なくとも１つの追跡要素を含む、グループ分けすることと、
    同時に前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定することと、
    同時に可視である間に、前記第１の剛体、前記第２の剛体、ならびに前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成することと、
    を実行するように構成されている、システム。
65. ローカライザを使用して外科手術用の追跡アレイを較正するための方法であって、
    前記追跡アレイは、互いに結合された第１の追跡面および第２の追跡面を有し、前記第１の追跡面および前記第２の追跡面は、複数の光学追跡要素を集合的に含み、
    前記方法は、
    前記第１の追跡面および前記第２の追跡面の前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
    前記複数の光学追跡要素が前記ローカライザに可視である間に、前記複数の光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
    前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素が同時に前記ローカライザに可視であるように、前記追跡アレイを位置決めするステップと、
    同時に前記ローカライザに可視である間に、前記第１の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素の相対位置を測定するステップと、
    同時に可視である間に、前記第１の追跡面の少なくとも１つの光学追跡要素および前記第２の追跡面の前記少なくとも１つの光学追跡要素の前記測定された相対位置に基づいて、複合剛体を作成するステップと、
    を含む、方法。
66. 手術器具のための光学トラッカであって、
    前記手術器具に結合するように構成された取付体を含み、ポリマーから構成された、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに結合され、かつ少なくとも２つのアレイを形成するように配置された少なくとも６つの光学マーカであって、各アレイは、前記少なくとも６つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、各アレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、同じ方向に光を放出するように構成される、少なくとも６つの光学マーカと、
    前記少なくとも６つの光学マーカと電気的に連通するバッテリと、
    を備え、
    前記少なくとも３つのアレイの各々は、互いに異なる方向に光を放出するように向けられる、光学トラッカ。
67. 手術器具のための光学トラッカであって、
    器具係合開口部を規定する取付体を含むトラッカフレームであって、前記器具係合開口部は長手方向軸を規定し、前記トラッカフレームは、前記長手方向軸が器具軸に位置合わせされた状態で前記手術器具に結合するように構成される、トラッカフレームと、
    前記トラッカフレームに結合され、かつ少なくとも３つのアレイを形成するように配置された少なくとも９つの光学マーカであって、各アレイは、前記少なくとも９つの光学マーカのうちの少なくとも３つを含み、各アレイの前記少なくとも３つの光学マーカは、同じ方向に光を放出するように構成される、少なくとも９つの光学マーカと、
    を備え、
    前記少なくとも３つのアレイの各々は、互いに異なる方向に光を放出するように向けられ、
    前記少なくとも３つのアレイのうちの２つは、前記少なくとも３つの光学マーカの位置が前記長手方向軸を中心に鏡面となるように構成されている、光学トラッカ。
68. 手術器具のための光学トラッカであって、
    器具係合部を規定する第１の部分と第２の部分とを含み、ポリマーをさらに含むトラッカフレームと、
    前記トラッカフレームの前記第１の部分に結合され、かつ第１のアレイを規定する少なくとも３つのＬＥＤを含む第１の回路基板と、
    前記トラッカフレームの前記第２の部分に結合され、かつ第２のアレイを規定する少なくとも３つのＬＥＤを含む第２の回路基板であって、前記第１のアレイは、前記第２のアレイとは異なる方向に光を放出するように向けられる、第２の回路基板と、
    前記第１の回路基板および前記第２の回路基板に電気的に結合されたバッテリと、
    を備え、
    前記光学トラッカには通信インターフェースがない、光学トラッカ。
69. 前記バッテリはコイン電池バッテリである、請求項６８に記載の光学トラッカ。
70. 前記バッテリは５グラム未満の質量を有する、請求項６８または６９に記載の光学トラッカ。

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