JP2023536565A - 外科用器具を用いる軌道を視覚化するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

患者の骨を手術する外科用システムを開示する。外科用システムは、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置と、第１の座標系に対する基準装置の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されている第１のセンサと、エンドエフェクタに連結する外科用器具と、第２の座標系に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号を生成するように構成されている第２のセンサと、ナビゲーションシステムとを含む。ナビゲーションシステムは、エンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定し、決定された向き及びユーザ入力に基づいて、エンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を画像上に重ね合わせるように構成されている。【選択図】図１５

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年８月４日付で出願された米国仮特許出願第６３／０６０，７２６号の利益及び優先権を主張し、この内容全体を引用することによって本明細書の一部をなすものとする。

従来の医療的処置及び外科的処置には、外科医が手術部位に接近して操作することを可能にする外科用ツール及び器具の使用を日常的に伴う。非限定的な例として、手持ち式ドリル等の回転器具は、外傷、スポーツ負傷、変性疾患、関節再建等の様々な筋骨格状態（musculoskeletal conditions）に対処するために、整形外科処置に関連して一般に利用される。

手持ち式ドリル又は同様の外科用器具が採用される処置においては、アクチュエータ（例えば、電気モータ）によって選択的に生成される回転トルクを使用して、ドリルビット等の着脱可能なエンドエフェクタ又は他の外科用アタッチメントを異なる速度で回転させる。外科用ハンドピースアセンブリは、エンドエフェクタが適用される骨に穿孔する。

整形外科処置の１つのタイプは、観血的整復内固定（ＯＲＩＦ：open reduction internal fixation）処置である。ＯＲＩＦ処置の間、外科医は、折れた骨を再整列させ、１つ以上の外科用インプラントを用いて骨を適所に固定する。１つ以上の外科用インプラントは、骨プレート及びねじを含むことができる。ねじは、骨プレートを骨に対して適切な位置に保持する。一定期間が経過した後、骨が治癒したと決定されたときに、骨プレート及びねじを除去することができる。

患者の骨を手術する外科用システムを開示する。外科用システムは、少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含んだ、基準装置を有する。基準装置は、外科用インプラントに対して固定された姿勢を有するように構成されている。外科用システムは、基準装置上に配置されたときに基準装置に対して固定された姿勢を有するように構成され、第１の座標系に対する基準装置の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されている第１のセンサも含む。この外科用システムは、エンドエフェクタに連結する外科用器具も含む。外科用システムは、外科用器具に対して固定された姿勢を有するように構成されていて、第２の座標系に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号を生成するように構成されている第２のセンサも有する。この外科用システムは、（ｉ）第１の信号、（ｉｉ）第２の信号、並びに（ｉｉｉ）基準装置及び患者の骨の画像を受信し、基準装置及び患者の骨の画像を表示するように構成されているナビゲーションシステムも含む。このナビゲーションシステムは、骨に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの所望の位置に関連する少なくとも１つのユーザ入力を受信するように更に構成されている。ナビゲーションシステムは、（ｉ）外科用器具及びエンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が少なくとも１つの基準軸と整列されたときに第１の座標系を第２の座標系に位置合わせし、（ｉｉ）画像座標系における骨に対する少なくとも１つの基準軸の向きを位置合わせし、（ｉｉｉ）ユーザ入力に基づいて、骨に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの少なくとも１つの位置を位置合わせするように更に構成されている。ナビゲーションシステムは、第１の信号及び第２の信号に基づいて、骨に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定するように更に構成されている。ナビゲーションシステムは、エンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの位置合わせされた位置及び決定された向きに基づいて、エンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を画像上に重ね合わせるように更に構成されている。

外科用システムを用いて患者の骨を手術する方法を開示する。外科用システムは、ナビゲーションシステムと、外科用器具と、少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む、基準装置と、第１の座標系を有し、基準装置に対して固定された姿勢を有する第１のセンサとを含み、この基準装置は、外科用インプラントに対して固定された姿勢を有するように構成されている。外科用器具は、第２の座標系を有し、外科用器具に対して固定された姿勢を有する第２のセンサを含む。外科用器具は、エンドエフェクタに連結されるように構成されている。本方法は、（ｉ）第１のセンサからの基準装置の向きデータに関する第１の信号、（ｉｉ）第２のセンサからのエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号、並びに（ｉｉｉ）基準装置及び患者の骨の画像を受信することを含む。本方法は、基準装置及び患者の骨の画像を表示することを更に含む。本方法は、骨に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの所望の位置に関連するユーザ入力をディスプレイ上で受信することを更に含む。本方法は、（ｉ）外科用器具及びエンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が少なくとも１つの基準軸と整列されたときに第１の座標系を第２の座標系に位置合わせし、（ｉｉ）ユーザ入力に基づいて、骨に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの位置を位置合わせすることを含む。本方法は、第１の信号及び第２の信号に基づいて、骨に対するエンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定することを更に含む。本方法は、エンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの位置合わせされた位置及び決定された向きに基づいて、エンドエフェクタ及び外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を画像上に重ね合わせることを更に含む。

患者の骨を手術する外科用システムであって、この外科用システムは、少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含み、そして、基準装置を含む。基準装置は、患者上に配置されるように構成される。外科用システムは、エンドエフェクタに連結するセンサを含む外科用器具であって、センサは、第１の座標系に対する外科用器具の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されている、外科用器具を更に含む。外科用システムは、基準装置及び患者の骨の画像を受信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を更に含む。手術ナビゲーションシステムは、基準装置及び患者の骨の画像を表示するように更に構成される。手術ナビゲーションシステムは、（ｉ）画像座標系における骨に対する少なくとも１つの基準軸の向きを位置合わせし、（ｉｉ）第１の座標系を画像座標系に位置合わせするように更に構成されている。手術ナビゲーションシステムは、第１の信号に基づいて、骨に対する外科用器具の向きを決定するように更に構成されている。手術ナビゲーションシステムは、外科用器具の決定された向き及び位置に基づいて、骨に対して外科用器具の仮想表現を重ね合わせるように更に構成されている。

本開示の適用可能性の更なる領域は、詳細な説明、特許請求の範囲、及び図面から明らかになるであろう。詳細な説明及び特定の例は、例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲の限定を意図するものではない。

本開示は、詳細な説明及び添付の図面からより完全に理解されるであろう。

本開示の教示に係る外科用システムを含む手術室の例示的なレイアウトの斜視図である。 本開示の教示に係る外科用システムの機能ブロック図である。 本開示の教示に係るＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ（商標）を含む撮像システムの検出器の斜視図である。 本開示の教示に係る、医用画像上に付与された複数の基準マーカの仮想表現である。 本開示の教示に係る、骨に穿孔するための深度測定アタッチメントを伴う外科用器具を含む、外科用ハンドピースアセンブリの斜視図である。 図５の外科用ハンドピースアセンブリの断面及び部分斜視図である。 本開示の教示に係る外科用ハンドピースアセンブリの概略図である。 本開示の教示に係る深度測定アタッチメントの部分分解図である。 本開示の教示に係る、外科用器具から分離された深度測定アタッチメントを伴う、外科用ハンドピースアセンブリの斜視図である。 本開示の教示に係る、外科用器具から分離された深度測定アタッチメントを伴う、外科用ハンドピースアセンブリの斜視図である。 本開示の教示に係る、外科用器具及び様々なアタッチメントを含む、例示的な外科用ハンドピースアセンブリの概略図である。 本開示の教示に係る、基準装置に連結された基準センサを有する基準装置の斜視図の一例である。 本開示の教示に係る、基準装置の第１の実施形態及び基準装置の第２の実施形態の斜視図である。 本開示の教示に係る、基準装置の第１の実施形態及び基準装置の第２の実施形態の斜視図である。 本開示の教示に係る、基準装置の第１の実施形態及び基準装置の第２の実施形態の斜視図である。 本開示の教示に係る例示的な骨プレートの概略図である。 本開示の教示に係る、基準向きにおける外科用ハンドピースアセンブリの立面図である。 本開示の教示に係る、穿孔向きにおける外科用ハンドピースアセンブリの立面図である。 本開示の教示に係る、骨、基準装置、骨プレート、及び外科用ハンドピースアセンブリの仮想表現を描写するナビゲーションディスプレイを示す図である。 本開示の教示に係る、骨、基準装置、骨プレート、及び外科用ハンドピースアセンブリの仮想表現を描写するナビゲーションディスプレイを示す図である。 本開示の教示に係る、骨、基準装置、骨プレート、及び外科用ハンドピースアセンブリの仮想表現を描写するナビゲーションディスプレイを示す図である。 本開示の教示に係る、骨、基準装置、骨プレート、及び外科用ハンドピースアセンブリの仮想表現を描写するナビゲーションディスプレイを示す図である。

図面において、参照符号は、類似又は同一あるいはそれらの両方の要素を識別するために再使用され得る。

図１及び図２を参照すると、本開示の教示に係る外科用システム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外科用スイートの例示的な構成が示されている。外科用システム１０は、折れた骨８１を再整列させ、１つ以上の外科用インプラントによって骨８１を適所に固定するために、ＯＲＩＦ処置等の様々な整形外科処置を行うために使用することができる。１つ以上の外科用インプラントは、骨プレート８０と、骨８１が治癒するまで骨８１に挿入されるねじとを含むことができる。外科用システム１０は、ナビゲーションコンピュータ７０を収容するカートアセンブリ７２を含む手術ナビゲーションシステム５０を含む。ナビゲーションコンピュータ７０は、ナビゲーションコントローラとも称することができる。

第１のナビゲーションディスプレイ７４－１及び第２のナビゲーションディスプレイ７４－２は、ナビゲーションコンピュータ７０と動作可能に通信する。第１のナビゲーションディスプレイ７４－１及び第２のナビゲーションディスプレイ７４－２は、まとめてナビゲーションディスプレイ７４と称することができる。ナビゲーションコンピュータ７０は、ナビゲーションコンピュータ７０に情報を入力するために、又は別様にナビゲーションコンピュータ７０の或る特定の態様を選択又は制御するために使用される１つ以上の入力装置７７に接続することができる。１つ以上の入力装置７７は、キーボード、マウス、マイクロホン（音声起動）、ジェスチャ制御装置を含むことができる、又は、例えば、インタラクティブタッチスクリーンディスプレイ／メニュー等を含む、ナビゲーションディスプレイ７４と統合することができる。この段落で論じたナビゲーションコンピュータ７０の機能は、タブレットコンピュータ又は別の好適なモバイル装置上に実装することもできる。

外科用システム１０は、ＣアームＸ線撮像装置等の撮像システム５４、又はＣＴ若しくはＭＲＩ撮像装置等の別の適切な撮像システムも含むことができる。撮像システム５４は、検出器５６、線源５８、撮像コンピュータ６０、撮像ディスプレイ６２、及び１つ以上のユーザ入力装置６８を備えることができる。検出器５６及び線源５８は、１つ以上の医用画像を生成するように構成される。検出器５６及び線源５８は、Ｃアーム６４の対向する端部に配置することができる。線源５８は、回転陽極Ｘ線源、静止又は固定陽極Ｘ線源、標準Ｘ線源、固体Ｘ線放出源、蛍光透視Ｘ線源、静止又は固定陽極Ｘ線源等、Ｘ線を放出又は生成する診断医用撮像で使用される任意の線源又はそれらの組み合わせを含むことができる。検出器５６は、イメージインテンシファイア又は診断医用撮像で使用される任意の他のエネルギー受容体を含むことができる。

検出器５６及び線源５８を含むＣアーム６４は、患者２０の周りを回転して手術部位３０の画像を生成するように構成することができる。撮像コンピュータ６０は、ユーザが撮像コンピュータ６０に入力を提供することを可能にする、キーボード、マウス、及び他の好適な装置を含む、１つ以上のユーザ入力装置６８と接続することができる。撮像コンピュータ６０及び／又はナビゲーションコンピュータ７０（撮像コンピュータ６０又はナビゲーションコンピュータ７０あるいはそれらの両方）は、当業者に知られているように、撮像システム５４によって撮影された画像を取り込み、手術部位３０の１つ以上の２Ｄ画像及び／又は１つ以上の３Ｄモデル（２Ｄ画像又は３Ｄモデルあるいはそれらの両方）を生成することができるソフトウェアを含むことができる。撮像ディスプレイ６２は、結果として生じる２Ｄ画像及び／又は３Ｄモデルを表示するように構成することができる。

ＣアームＸ線撮像装置等の撮像システム５４からの画像は、多くの場合、歪み得る（すなわち、歪曲し得る）ことから、画像内の全てのオブジェクトは、同一にスケーリングされない場合がある。これは、Ｘ線ビームが完全に線形ではないからである。多くの場合、線源５８に近いオブジェクトほど大きく見える（また、より多くのピクセルを含む）。線源５８から遠いオブジェクトほど小さく見える（また、より少ないピクセルを含む）ことがある。正確な測定を行うために、画像は歪みを除去する必要がある。

図３及び図４を参照すると、外科用システム１０は、歪み除去機能を提供するためにＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７を含むこともできる。ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７については、Ｇａｍｍａ３（商標）システム用のＦｌｕｏｒｏＭａｐ（商標）適応測位技術ユーザーマニュアルにおいて論じられており、その内容は、全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする（https://www.strykermeded.com/media/2325/gamma3-adapt-fluoromap.pdf）。ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７は、２０１６年１１月１８日に出願された「Method And Apparatus For Treating A Joint, Including The Treatment Of Cam-Type Femoroacetabular Impingement In A Hip Joint and Pincer-Type Femoroacetabular Impingement In A Hip Joint」と題された米国特許出願公開第２０１８／０１４０３０９号においても論じられており、その内容は、全体が引用することにより本明細書の一部をなすものとする。本明細書に記載される機能に加えて、撮像コンピュータ６０及び／又はナビゲーションコンピュータ７０は、前述の参考文献に記載の１つ以上のシステム、方法、及び／又はアルゴリズムを実装することができる。

ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７は、透明レンズ５９と、透明レンズ５９上に配置された複数の基準マーカ６１と、ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７を撮像システム５４の検出器５６に取り付けるように構成される取り付け部材６３とを含むことができる。ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７は、任意の好適な寸法（より具体的には、透明レンズ５９）、例えば、９インチ（２２．８６センチメートル）の直径、１２インチ（３０．４８センチメートル）の直径等を有することができる。取り付け部材６３は、ベルト、１つ以上のフック、及び１つ以上のループの組み合わせを含むことができる。複数の基準マーカ６１は、既知の寸法を有する。ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７は、複数の基準６１のパターンを画像上に投影することによって歪み除去機能を提供するように構成することができる。図４には、骨８１上に投影された複数の基準６１の仮想表現６５が示されている。撮像システム５４がＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７を含む例が提供されるが、撮像システム５４がフラットパネル検出器を含む場合等のいくつかの実施態様においては、撮像システム５４は、歪み除去された画像を自動的に提供することができ、したがって、ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃ５７を省略することができる。画像に投影されたパターンに基づいて、撮像コンピュータ６０及び／又はナビゲーションコンピュータ７０は、歪み除去された画像に基づいて適切なピクセルサイズを較正することができる。

いくつかの実施態様においては、撮像コンピュータ６０及び／又はナビゲーションコンピュータ７０は、様々な他の計算のために、複数の基準マーカ６１の既知の寸法を使用してもよい。例えば、患者２０と線源５８との間の距離は画像間で変化する場合があり、したがって、倍率又は拡大係数は画像ごとに異なる場合がある。したがって、撮像コンピュータ６０及び／又はナビゲーションコンピュータ７０は、基準装置上の複数の基準マーカ６１及び／又は放射線不透過性マーカの既知の寸法を使用して、画像のそれぞれについての倍率又は拡大係数を決定することができる。撮像コンピュータ６０及び／又はナビゲーションコンピュータ７０は、複数の基準６１の既知の寸法を使用して、複数の基準マーカ６１に対するＣアーム６４の向きを決定してもよい。

撮像コンピュータ６０は、ナビゲーションコンピュータ７０と通信することができる。撮像コンピュータ６０は、有線接続及び／又は無線接続（有線又は無線の接続あるいは両方の接続）を介して、手術ナビゲーションシステム５０と通信するように構成することができる。例えば、撮像システム５４は、手術部位３０の結果として生じる２Ｄ画像及び／又は３Ｄモデル等の画像をナビゲーションコンピュータ７０に提供するように構成することができる。そして、ナビゲーションコンピュータ７０は、結果として生じる２Ｄ画像及び／又は３Ｄモデルをナビゲーションディスプレイ７４に提供するように構成することができ、そこで、外科医７９又は他の医療専門家は、画像とインタラクト（interact）し、骨８１の周囲の対応する領域及び／又はゾーンを識別及び／又は画定することができる。

例えば、外科医７９は、１つ以上の入力装置７７を介して、表示する骨８１の複数のビューを選択してもよく、外科用ハンドピースアセンブリ７６のエンドエフェクタのための所望の軌道を規定してもよく、及び／又はナビゲーションディスプレイ７４のための適切なユーザインターフェースを選択してもよい。線源５８及び検出器５６は、撮像コンピュータ６０に接続されるように示されているが、いくつかの構成においては、検出器５６及び線源５８を含むＸ線撮像装置は、ナビゲーションコンピュータ７０に直接接続することができ、撮像コンピュータ６０、撮像ディスプレイ６２、及びユーザ入力装置６８の必要性が排除される。ナビゲーションコンピュータ７０は、撮像コンピュータ６０と全て同じ機能を実行するように構成することができる。

外科用システム１０は、外科用ハンドピースアセンブリ７６を含むことができる。外科医７９は、外科用ハンドピースアセンブリ７６を使用して、患者２０の骨８１に穿孔すること、及び／又は骨プレート８０の１つ以上の開口部８２を通して骨８１のボアホールにねじを挿入することを含めて、患者２０に対して手術を行うことができる。従来の手術ナビゲーションシステムは、一般に、患者２０の骨８１に対する外科用ハンドピースアセンブリ７６のエンドエフェクタの位置を追跡するために、光学追跡システム若しくは電磁追跡システム、又はそれらの組み合わせを使用する。そのようなシステムは、それら自体の欠点をそれぞれ有し、両方のシステムは、セットアップするのに時間がかかり、費用がかかるものとなり得る。光学追跡システムの特定の欠点は、光学トラッカと位置追跡ユニット（すなわち、カメラ）との間に見通し線を必要とすることであり、これは、手術室内で維持することが困難であり得る。電磁追跡システムの特定の欠点は、光学追跡システムよりも精度が低く、周囲の金属物体からの歪曲の影響を受けやすいことである。両方のシステムは、外科医７９が手動の位置合わせプロセスを行うことも必要とし、これは時間がかかり得る。

ＯＲＩＦ及び他の外傷処置の間、外科医７９は、上記の欠点に起因して、従来のナビゲーション誘導追跡システムを使用することができない。代わりに、外科医７９は、自身の処置技能及び解剖学的知識に頼り、外科用ハンドピースアセンブリ７６のエンドエフェクタの軌道を整列させて１つ以上のねじ（又は他の外科用インプラント）のためのパイロット穴を形成し得る。同様に、ネジの配置の間、外科医７９は、フリーハンドでネジを挿入する。そして、外科医７９は、典型的に、蛍光透視法を使用してねじの配置を確認する。外科医７９がねじの配置に満足しない場合、外科医７９はねじを再配置し得る。これは、外科医７９が骨８１に追加の穴を穿孔しなければならないので、骨８１に余分な損傷をもたらす。ねじの不適切な配置は、ねじが損傷を受ける可能性があるとともに再穿孔及び再確認に時間がかかることから、余分な費用がかかり、時間を浪費する。

本開示の教示によれば、外科用システム１０は、光学追跡システム及び／又は電磁追跡システム等の従来の追跡システムで一般的であるように外科用ハンドピースアセンブリ７６の位置（すなわち、３自由度の並進位置）を具体的に追跡することなく、外科用ハンドピースアセンブリ７６（より具体的には、エンドエフェクタ）のリアルタイムの向き（すなわち、３自由度の回転位置）を追跡するように構成される軌道追跡システムを含むことができる。外科用システム１０は、任意選択的に、外科用ハンドピースアセンブリ７６のエンドエフェクタの変位に関する並進位置のための非従来的な第４の自由度を追跡するように構成されてもよい。

図５～図１０を更に参照すると、１つの例示的な外科用ハンドピースアセンブリ７６が示されている。外科用ハンドピースアセンブリ７６は、ボアホール深度を決定するための深度ゲージ等の第２の装置の必要性を排除する。外科用ハンドピースアセンブリ７６は、外科用器具１０４と、深度測定アタッチメント１１６Ａと、ドリルビット等のエンドエフェクタ１０８とを備える。外科用ハンドピースアセンブリ７６は、２０１６年９月１日に出願された「Powered Surgical Drill With Integral Depth Gauge That Includes A Probe That Slides Over A Drill Bit」と題された国際公開第２０１７／０４０７８３号、及び２０１７年８月１７日に出願された「Surgical Handpiece For Measuring Depth Of Bore Holes And Related Accessories」と題された国際公開第２０１９／０３５０９６号において論じられており、これらは、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。

外科用器具１０４は、ハウジング１１２と、モータ１１４と、外科用ハンドピースコントローラ１６２と、１つ以上のユーザ入力装置１６４と、バッテリと、以下でより詳細に説明されるような他の構成要素とを含むことができる。ユーザ入力装置１６４は、トリガ型構成を有することができる。ユーザ入力装置１６４は、ユーザ（例えば、外科医７９）による作動に応答し、磁石及びホール効果センサによって生成される電気信号等を介して、外科用ハンドピースコントローラ１６２と通信する。したがって、外科医７９が外科用ハンドピースアセンブリ７６を動作させるためにユーザ入力装置１６４を作動させると、外科用ハンドピースコントローラ１６２は、バッテリからの電力をモータ１１４に向け、モータ１１４は、次に、以下でより詳細に説明されるように、エンドエフェクタ１０８又は他の外科用エンドエフェクタを回転させるために採用される回転トルクを生成する。

図６及び図７は、ハウジング１１２内で近位／遠位軸ＡＸに沿って位置決めされたモータ１１４を示すが、他のモータ位置が企図される。モータ１１４は、電気式、空気圧式、又は油圧式であり得る。モータ１１４は、外科用ハンドピースコントローラから受信したコマンド、信号等に応答して回転トルクを選択的に生成するように構成される。モータ１１４は、一対の軸受１１７によって軸ＡＸの周りに回転するように支持されたロータカニューレ１１５を備える。歯車セットに隣接して配置された駆動歯車は、ロータカニューレ１１５に連結され、ロータカニューレ１１５と同時に回転し、回転トルクを歯車セットに伝達するために採用される。

図示されている例において、深度測定アタッチメント１１６Ａは、ハウジング１１２に取り外し可能に連結される。しかしながら、深度測定アタッチメントは、ハウジング１１２と一体的に形成されてもよい。深度測定アタッチメント１１６Ａは、モジュールハウジング１２０等の別個のハウジングを備えることができる。深度測定アタッチメント１１６Ａは、外科医７９のための手術部位の視界の妨害を最小限にするように構築されてもよい。深度測定アタッチメント１１６Ａは、変位センサ１２４及び深度測定延長部１２８を更に備えることができる。変位センサ１２４は、深度測定延長部１２８に動作可能に接続される。図示されているように、深度測定延長部１２８はカニューレである。

深度測定延長部１２８は、ガイドブッシング１３２内に配置され、測定軸ＭＸに沿った並進移動のために支持される。深度測定アタッチメント１１６Ａが外科用ハンドピースアセンブリ７６に取り付けられると、測定軸ＭＸは、軸ＡＸと同軸になるように配置される。細長い凹状スロット１４３が、任意選択的に深度測定延長部１２８内に横方向に形成され、長手方向に延在する。深度測定延長部１２８は、深度測定延長部１２８の少なくとも部分的な長さに沿って直線的に配置された複数のラック歯１４０を更に備え、これらのラック歯は、ガイドブッシング１３２の遠位端に隣接して配置された歯車１４６と噛み合い係合して配置される。図６に示すように、ガイドブッシング１３２の窓は、歯車１４６の回転と深度測定延長部１２８の移動とが正比例するように、ラック歯１４０と歯車１４６との間の噛み合い係合を容易にするために歯車１４６に隣接して配置される。変位センサ１２４は、深度測定延長部１２８の軸方向移動から生じる歯車１４６の回転に応答し、測定軸ＭＸに沿った深度測定延長部１２８の位置の変化を表す電気信号を生成するために、電位差計、回転エンコーダ等によって実現されてもよい。

例として、いくつかの構成において、変位センサ１２４は、外科用ハンドピースコントローラ１６２又は深度測定アタッチメントコントローラ１４４と通信するように配置されてもよく、これは、組織への特定の穿孔深度においてエンドエフェクタ１０８の回転を遅くするため等、深度測定延長部１２８の移動に基づいてモータ１１４がどのように駆動されるかを中断又は調整するように構成されてもよい。

図８を参照すると、深度測定延長部１２８及び変位センサ１２４の適切な機能があることを保証するために、深度測定延長部１２８は、延長位置に向かって付勢されてもよい。この付勢によって、深度測定延長部１２８の遠位端は、穿孔される骨８１の近位表面、又は穿孔される骨８１に当接する骨プレート８０との接触を常に維持する。この付勢は、深度測定延長部１２８をモジュールハウジング１２０から遠位に延ばす方向に歯車１４６を回転させるように回転可能な歯車１４６を付勢するばね１６０を使用することによって達成される。しかしながら、外科用器具１０４に対して深度測定延長部１２８を付勢する他の方法が企図される。

図９及び図１０を参照すると、深度測定アタッチメント１１６Ａは、外科用器具１０４の器具コネクタ１５２と動作可能に接続するように構成される、ハウジングコネクタ１５０を含むことができる。１つの例において、外科用器具１０４は、器具コネクタ１５２とハウジングコネクタ１５０との間の接続を介してのみ、深度測定アタッチメント１１６Ａに電力接続を提供することができる。別の例において、深度測定アタッチメント１１６Ａ及び外科用器具１０４は、器具コネクタ１５２及びハウジングコネクタ１５０を介してデータを交換することもできる。深度測定アタッチメントコントローラ１４４及び外科用ハンドピースコントローラ１６２は、有線接続を介して（すなわち、ハウジングコネクタ１５０及び器具コネクタ１５２を通して）、又は無線接続を介して、ナビゲーションコンピュータ７０又は他の装置と通信することができる。例えば、外科用ハンドピースコントローラ１６２は、タブレット又は外部サーバ等の遠隔装置にデータを送信することができる。

深度測定アタッチメント１１６Ａは、ディスプレイスクリーン等や１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）等のディスプレイ１５６も含み、深度測定アタッチメント１１６Ａの移動に関する情報を外科医７９に提供してもよい。例えば、リアルタイムの穿孔深度、記録された履歴最大穿孔深度、ねじ長さ、貫通指示、所望の軌道に対する現在の軌道に関連する視覚情報（例えば、グラフィック表現）を表示して、外科医７９が所望の軌道等を位置合わせするように案内する。この同じ情報は、リアルタイム穿孔深度、記録された履歴最大穿孔深度、貫通指示等の音声指示を提供するように、スピーカを用いてユーザに通信されてもよい。

深度測定アタッチメントコントローラ１４４は、変位信号に基づいて貫通イベントを決定するように構成することもできる。深度測定アタッチメントコントローラ１４４及び外科用ハンドピースコントローラ１６２は、それぞれ、深度測定アタッチメント１１６Ａ及び外科用器具１０４内に配置される別個のコントローラとして示され、深度測定アタッチメントコントローラ１４４及び外科用ハンドピースコントローラ１６２は、遠隔装置内に収納されてもよい。深度測定アタッチメントコントローラ１４４及び外科用ハンドピースコントローラ１６２は、単一のコントローラへと統合することもできる。

再び図７及び図８を参照すると、外科用ハンドピースアセンブリ７６は、ハンドピース向きセンサ１７２を更に含むことができる。１つの例示的な構成において、ハンドピース向きセンサ１７２は、深度測定アタッチメント１１６Ａの一部として含まれてもよい。深度測定アタッチメントコントローラ１４４は、ハンドピース向きセンサ１７２に動作可能に接続されてもよい。

ハンドピース向きセンサ１７２は、ナビゲーションコンピュータ７０が外科用ハンドピースアセンブリ７６の向き、より具体的には、深度測定アタッチメント１１６Ａ及び軸ＡＸの向きを導出するために使用することができる、ハンドピース向き信号を生成する。ハンドピース向き信号は、ハンドピース座標系に対するハンドピース向きセンサ１７２の角速度を示すことができる。

例示的な構成において、ハンドピース向きセンサ１７２は、深度測定アタッチメント１１６Ａ又は外科用器具１０４のｘ軸、深度測定アタッチメント１１６Ａ又は外科用器具１０４のｙ軸、及び深度測定アタッチメント１１６Ａ又は外科用器具１０４のｚ軸等の３つの直交軸の角速度を感知するように配列される、３つの単軸ジャイロスコープを含む。ハンドピース向きセンサ１７２のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、ハンドピース座標系と称することができ、ｘ軸の角速度、ｙ軸の角速度、及びｚ軸の角速度は、本開示を通して、まとめてハンドピース向き信号と称することができる。例えば、第１のジャイロスコープは、ハンドピース向きセンサ１７２のｘ軸（すなわち、ロール軸）の角速度を感知するように構成されてもよく、第２のジャイロスコープは、ハンドピース向きセンサ１７２のｙ軸（すなわち、ピッチ軸）の角速度を感知するように構成されてもよく、第３のジャイロスコープは、ハンドピース向きセンサ１７２のｚ軸（すなわち、ヨー軸）の角速度を感知するように構成されてもよい。

ハンドピース向きセンサ１７２のセンサは、ジャイロスコープとして企図されるが、センサは、加速度計及び／又は磁力計を含み、６自由度で感知することが可能な慣性測定ユニットであってもよい。ハンドピース向きセンサ１７２は、３つのジャイロスコープを含むものとして説明されているが、任意の数のジャイロスコープが含まれてもよい。別の例示的な構成において、第１のジャイロスコープ、第２のジャイロスコープ、及び第３のジャイロスコープは、３軸ジャイロスコープと置き換えることができる。ハンドピース向きセンサ１７２は、ハンドピース向き信号をナビゲーションコンピュータ７０に直接的に伝送するように構成される、及び／又は深度測定アタッチメントコントローラ１４４若しくは外科用ハンドピースコントローラ１６２を通して等、ナビゲーションコンピュータ７０に間接的に伝送するように構成される、コントローラを含むこともできる。

ハンドピース向きセンサ１７２は、外科用ハンドピースアセンブリ７６に対して固定された姿勢（すなわち、位置及び向き）を有するように構成される。いくつかの例において、ハンドピース向きセンサ１７２は、図８に示すように深度測定アタッチメント１１６Ａ内に、又は外科用ハンドピースアセンブリ７６のハウジング１１２内に配置される。ハンドピース向きセンサ１７２は、図１１に関して説明されるアタッチメントのうちの１つ等の別のアタッチメント内に配置されてもよい。

他の例において、ハンドピース向きセンサ１７２は、深度測定アタッチメント１１６Ａ又は外科用器具１０４等の外科用ハンドピースアセンブリ７６の任意の部分に解放可能に取り付けられるように構成される。したがって、深度測定アタッチメント１１６Ａは、ハンドピース向きセンサ１７２と連結するための任意の好適な連結具を含むことができる。連結具は、クランプ、クリップ、又は別の好適な連結具とすることができる。例えば、ハンドピース向きセンサ１７２は、深度測定アタッチメント１１６Ａの外面又は外科用器具１０４のハウジング１１２に連結することができる。

深度測定アタッチメントコントローラ１４４は、ハンドピース向きセンサ１７２と通信し、ユーザ入力に基づいてハンドピース向きセンサ１７２の動作を制御することができる。例えば、ユーザ入力は、第１のボタン１４８ａ及び第２のボタン１４８ｂ等の深度測定アタッチメント１１６Ａの１つ以上の入力装置１４８を介して受信することができる。第１のボタン１４８ａは、ハンドピース向きセンサ１７２を電源オン／オフすることができ、第２のボタン１４８ｂは、ハンドピース向きセンサ１７２をゼロに合わせることができる。ハンドピース向きセンサ１７２は、外科用器具１０４から電力を受け取ることができ、深度測定アタッチメント１１６Ａ内に配置されたときに別個の電源を必要とし得ない。図２には示されていないが、ハンドピース向きセンサ１７２は、第１のボタン１４８ａ又は第２のボタン１４８ｂへのユーザ入力に基づいてハンドピース向きセンサ１７２の動作を制御する専用コントローラを有することができる。他の実施態様において、深度測定アタッチメントコントローラ１４４等の別のコントローラが、ハンドピース向きセンサ１７２の動作を制御することができる。

ハンドピース向きセンサ１７２が深度測定アタッチメント１１６Ａの内側に配置されない構成においては、ハンドピース向きセンサ１７２は、ハウジングと、１つ以上の入力装置と、バッテリ等の電源とを含むこともできる。１つ以上の入力装置は、深度測定アタッチメント１１６Ａの第１のボタン１４８ａ及び第２のボタン１４８ｂと同様に機能するように構成される、第１のボタン及び第２のボタンを含むことができる。

図１１を参照すると、いくつかの場合において、深度測定アタッチメント１１６Ａは、使用されなくてもよい。この場合、外科用器具１０４は、ドリルチャック１１６Ｂ、穴若しくは開口の内面にねじ山を形成するためのタップ１１６Ｃ、又は骨８１のボアホール若しくは開口内にねじを駆動若しくは挿入するためのドライバ１１６Ｄに連結されてもよい。ハンドピース向きセンサ１７２は、ドリルチャック１１６Ｂ、タップ１１６Ｃ、又はドライバ１１６Ｄのハウジング内に配置されてもよい。ドリルチャック１１６Ｂ、タップ１１６Ｃ、及びドライバ１１６Ｄは、ハンドピース向きセンサ１７２の動作を制御するための第１のボタン１４８ａ及び第２のボタン１４８ｂを含むことができる。代替的に、ハンドピース向きセンサ１７２は、ドリルチャック１１６Ｂ、タップ１１６Ｃ、又はドライバ１１６Ｄの外面に連結されてもよい。したがって、ドリルチャック１１６Ｂ、タップ１１６Ｃ、及びドライバ１１６Ｄは、ハンドピース向きセンサ１７２をドリルチャック１１６Ｂ、タップ１１６Ｃ、又はドライバ１１６Ｄの外面に取り付けるための任意の適切な連結具を含むことができる。

図１２及び図１３Ａ～図１３Ｃを参照すると、追跡システムは、少なくとも１つの基準軸を規定する、基準装置１８２を含むことができる。基準装置１８２は、骨８１に固定されるように構成され、及び／又はいくつかの構成において、骨プレート８０は、骨８１と基準装置１８２との間に介在することができる。基準装置１８２は、第１の延長部１８６ａ、第２の延長部１８６ｂ、及び第３の延長部１８６ｃ等の１つ以上の延長部１８６を含むことができる。基準装置１８２は、３つの延長部１８６を有して示されているが、基準装置１８２は、任意の数の延長部１８６又は表面を含むことができる。第１の延長部１８６ａ、第２の延長部１８６ｂ及び第３の延長部１８６ｃは、互いに異なる寸法、例えば、互いに異なる高さ、長さ及び幅を有することができる。基準装置１８２は、本開示全体を通して説明される図示の実施形態に限定されず、少なくとも１つの基準軸を規定し得る任意の設計又は構成を含んでもよい。

基準装置１８２は、撮像されるときの基準装置１８２の姿勢を決定するために好適な様式で配列される、１つ以上の基準マーカ１８８を含むことができる。基準マーカ１８８は、例えば、放射線不透過性マーカとすることができる。例えば、１つの例示的な構成において、第１の延長部１８６ａ、第２の延長部１８６ｂ、及び第３の延長部１８６ｃの各々は、撮像システム５４によって撮像可能な基準マーカ１８８を含むことができる。第１の延長部１８６ａは、第１の組の基準マーカ１８８ａを有することができ、第２の延長部１８６ｂは、第２の組の基準マーカ１８８ｂを有することができ、第３の延長部１８６ｃは、第３の組の基準マーカ１８８ｃを有することができる。第１の組の基準マーカ１８８ａ、第２の組の基準マーカ１８８ｂ、及び第３の組の基準マーカ１８８ｃは、特有の基準マーカ１８８をそれぞれ有することができる。例えば、第１の延長部１８８ａの基準マーカ１８８ａのサイズ、形状、数、及び／又は間隔は、第２の延長部１８６ｂの基準マーカ１８８ｂ及び第３の延長部１８６ｃの基準マーカ１８８ｃとは異なってもよい。１つ以上の基準マーカ１８８は、ナビゲーションコンピュータ７０又は撮像コンピュータ６０が、画像ベースの座標系における骨８１に対する基準装置１８２の姿勢（すなわち、位置及び向き）を計算することを可能にする。画像ベースの座標系は、医用画像の患者表面及び／又は骨プレート８０の形状及び／又は姿勢を定義することができる。１つ以上の基準マーカ１８８は、ナビゲーションコンピュータ７０が画像間の回転角度を計算することを可能にすることもできる。

基準装置１８２には、少なくとも１つの基準軸を規定する表面１９４が形成されてもよい。いくつかの例において、図１２及び図１３Ａに示されるように、表面１９４は、第２の延在部１８６ｂから突出している切り欠き又はペグ等の突出部であってもよい。この構成において、深度測定アタッチメント１１６Ａは、突出部に連結されてもよい。深度測定アタッチメント１１６Ａが突出部に連結されると、深度測定アタッチメント１１６Ａ及び突出部は同心であり、これにより深度測定アタッチメント１１６Ａの測定軸ＭＸが突出部の軸と整列され、これにより２つの軸を位置合わせすることが可能になり、これについては以下でより詳細に説明する。他の例においては、図１３Ｂに示されるように、表面１９４は、軸ＡＸを管又は円筒形ポケットの軸に位置合わせするために、エンドエフェクタ１０８が挿入される管又は円筒形ポケットである。１つ以上の延在部１８６は、連結部１９０に接続することができる。連結部１９０は、キルシュナー鋼線（Ｋワイヤ）、ピン、又は別の好適な固定部材等の固定部材１９２を介して、骨プレート８０又は患者２０の骨８１への解放可能な取り付けを容易にするように構成することができる。

図１４を参照すると、例示的な骨プレート８０が示されている。骨プレート８０は、金属又は別の好適な材料で作ることができ、骨８１等の折れた骨を固定するように構成される。図示されているように、骨プレート８０は、複数の大きい開口部８２と、一対の小さい開口部８３とを含むことができる。外科医７９は、ねじを骨８１に挿入する前に骨プレート８０が移動しないように、まず、骨プレート８０を固定部材１９２によって骨８１に固定することができる。

図１２及び図１３Ａ～図１３Ｃを再び参照すると、固定部材１９２は、一対の小さい開口部８３のいずれかの開口部を通して骨８１内に駆動することができる。Ｋワイヤの別の部分（すなわち、骨８１の中に駆動されない側）は、基準装置１８２のための固定具としての役割を果たし得る。固定部材１９２が一対の小さい開口部８３のうちの１つを通して供給され、骨８１の中に駆動されると、基準装置１８２は、固定部材１９２に連結することができる。連結部１９０は、指支持カラー２０８と、ねじ部２１０と、コレット２１２と、係止ノブ２１４とを含むことができる。指支持カラー２０８は、基準装置１８２の底部に取り付けられてもよく、又は底部と一体的に形成されてもよい。ねじ部２１０は、雄ねじを含むことができ、指支持カラー２０８に取り付けられてもよく、又は指支持カラー２０８と一体的に形成されてもよい。

コレット２１２は、ねじ部２１０に取り付けられてもよく、又はねじ部２１０と一体的に形成されてもよい。コレット２１２は、基準装置１８２を固定部材１９２に固定するために、固定部材１９２の周りにカラー（collar）を形成するように構成される。カラーが固定部材１９２の周囲にカラーを形成すると、基準装置１８２の回転及び軸方向運動が防止される。連結部が基準装置１８２を固定部材１９２に固定するためのコレット２１２を含む例が提供されるが、任意の好適な部材、要素、装置が、基準装置１８２が固定部材１９２から独立して移動することができないように、基準装置１８２を固定部材１９２に固定するために使用されてもよい。

係止ノブ２１４は、ねじ部２１０に連結されるように構成されてもよい。例えば、係止ノブ２１４は、ねじ部２１０及びコレット２１２を受け入れるように構成される通路を画定するように成形されてもよい。係止ノブ２１４は、内面に雌ねじを含むことができる。ねじ部２１０及び係止ノブ２１４は、嵌合対を形成してもよい。いくつかの実施態様においては、ねじ部２１０の寸法（例えば、高さ）とコレット２１２の寸法（例えば、高さ）とを合わせたものは、係止ノブ２１４の寸法（例えば、高さ）とほぼ同じであってもよい。係止ノブ２１４は、基準装置１８２と固定部材１９２との間の接続が確実なままであり、処置全体を通して意図せずに分断されないように、コレット２１２を被覆する役割を果たしてもよい。

他の構成においては、骨プレート８０が外科的処置で使用される場合であっても、基準装置１８２は、骨プレート８０が介在することなく、依然として骨８１に直接接続することができる。そのような構成において、固定部材１９２は、骨プレート８０の近くの骨８１内に挿入され得るが、一対の開口部８２、８３のいずれも貫通しない。

骨プレート８０が骨８１に一時的に固定されると、外科医７９又は他の医療専門家は、撮像システム５４を用いて患者２０を撮像することができる。そして、撮像システム５４は、画像及び任意の３Ｄモデルを生成し、画像及び／又は３Ｄモデルをナビゲーションコンピュータ７０に伝送する。

基準センサ１８４は、基準装置１８２に取り外し可能に取り付けられるように構成されている。基準センサ１８４が基準装置１８２に取り外し可能に取り付けられる例が提供されるが、いくつかの例においては、基準センサ１８４は、基準センサ１８４が基準装置１８２と一体的に形成される場合等、基準装置１８２に取り外し可能に取り付けられなくてもよい。基準センサ１８４は、ナビゲーションコンピュータ７０が基準装置１８２の向きを導出するために使用することができる基準装置向き信号を生成する。基準装置向き信号は、時間に対する基準装置１８２の角速度を示すことができる。時間に対する角速度の積分は、基準センサ１８４が最後にゼロに合わされた時間からの基準装置１８２（及び基準装置座標系）の角運動（すなわち、向き）の尺度である。例えば、基準センサ１８４は、基準装置１８２及び深度測定延長部１２８が整列されたときにゼロに合わされてもよい。基準センサ１８４は、ハウジング１９１に一体的に形成された又は取り付けられた取り付け部材１８３を有するハウジング１９１を含むことができる。取り付け部材１８３は、クランプ、クリップ、又は基準センサ１８４を基準装置１８２に取り付けるための別の好適な装置の形態であってもよい。基準装置１８２に解放可能に取り付けられると、基準センサ１８４の姿勢（すなわち、位置及び向き）は、基準装置１８２に対して固定される。

基準センサ１８４は、基準コントローラ１８７、向きセンサ１８９、１つ以上の入力装置１８５、及びバッテリ等の電源を含むことができる。例示的な構成において、向きセンサ１８９は、３つの単軸ジャイロスコープを含む。第１のジャイロスコープは、ｘ軸基準センサ１８４の角速度を感知するように構成することができ、第２のジャイロスコープは、基準センサ１８４のｙ軸の角速度を感知するように構成することができ、第３のジャイロスコープは、基準センサ１８４のｚ軸の角速度を感知するように構成することができる。基準センサ１８４のｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、基準装置座標系と称することができ、ｘ軸の角速度、ｙ軸の角速度、及びｚ軸の角速度は、本開示全体を通して、まとめて基準装置向き信号と称することができる。センサはジャイロスコープとして企図されるが、センサは、加速度計及び／又は磁力計を含み、６自由度で感知することが可能な慣性測定ユニットであってもよい。向きセンサ１８９は３つのジャイロスコープを含むものとして説明されるが、任意の数のジャイロスコープが含まれてもよい。別の例示的な構成において、第１のジャイロスコープ、第２のジャイロスコープ、及び第３のジャイロスコープは、３軸ジャイロスコープと置き換えることができる。

基準コントローラ１８７は、１つ以上の入力装置１８５に基づいて基準センサ１８４の動作を制御し、ナビゲーションコンピュータ７０への基準装置向き信号の送信を制御することができる。基準コントローラ１８７は、有線接続又は無線接続を介して、深度測定アタッチメントコントローラ１４４又は外科用ハンドピースコントローラ１６２と通信することもできる。基準センサ１８４の１つ以上の入力装置１８５は、センサの動作を制御するように構成することができる。例えば、基準センサ１８４の１つ以上の入力装置１８５の第１のボタン１８５ａは、基準センサ１８４を電源オン／オフし、感知を開始／停止するために使用されてもよく、１つ以上の入力装置１８５の第２のボタン１８５ｂは、基準センサ１８４をゼロに合わせるために使用されてもよい。いくつかの例において、基準センサ１８４は、出力を含むことができる。出力は、ＬＥＤ、ディスプレイ、又は任意の他の出力装置を含んでもよい。出力は、基準センサ１８４及び／又はシステム１０の１つ以上の他の構成要素の状態を示すように構成されてもよい。

図１５を参照すると、ナビゲーションコンピュータ７０は、外科用ハンドピースアセンブリ７６と基準装置１８２との間の基準向き２０４が確立されると、ハンドピース座標系を基準装置座標系に位置合わせしてもよい。外科用ハンドピースアセンブリ７６は、（図１６に示されるように）基準向き２０４と穿孔向き２０６との間で外科医７９によって移動可能であり得る。

それぞれの座標系を位置合わせするために、外科用ハンドピースアセンブリ７６は、基準装置１８２の表面１９４に連結することができる。図示の例において、深度測定延長部１２８は、基準装置１８２の表面１９４（すなわち、ペグ又はカニューレ）に連結されるように位置決めすることができる。外科医７９は、アタッチメント上の第２のボタン１４８ｂを押して、ハンドピース座標系を基準装置座標系に対してゼロに合わせることができる。

代替的な構成において、ナビゲーションコンピュータ７０は、基準装置１８２又は外科用ハンドピースアセンブリ７６の１つ以上のセンサに基づいて、基準装置１８２に対する外科用ハンドピースアセンブリ７６の近接度を検出することができる。基準装置１８２に対する外科用ハンドピースアセンブリ７６の検出された近接度に基づいて、ナビゲーションコンピュータ７０は、基準装置座標系をハンドピース座標系に自動的に位置合わせすることができる。例えば、基準装置１８２は、磁石を含んでもよく、外科用ハンドピースアセンブリ７６は、ホール効果センサを含んでもよく、又は代替として、基準装置１８２は、ホール効果センサを含んでもよく、外科用ハンドピースアセンブリ７６は、磁石を含んでもよい。別の例において、ハンドピースコントローラ１６２は、磁場を検出し、それ自体を基準装置座標系に位置合わせし、そして、信号をナビゲーションコンピュータ７０に送信し、位置合わせ後、向き情報の積分を開始してもよい。

ハンドピース向きセンサ１７２及び基準センサ１８４は、ジャイロスコープを含み、ジャイロスコープは、ジャイロスコープを経時的にドリフトさせるバイアス不安定性を受ける。したがって、外科医７９は、ジャイロスコープのドリフトによって引き起こされる追跡の不正確さを最小限に抑えるために、外科的処置中に定期的に、ハンドピース向きセンサ１７２を基準装置１８２と位置合わせすることができる。これは、エンドエフェクタ１０８を基準装置１８２の表面１９４に再連結し、第２のボタン１４８ｂを押すことによってハンドピース向きセンサ１７２をゼロに合わせることによって行うことができる。

基準向き２０４において、外科用ハンドピースアセンブリ７６の軸ＡＸは、基準装置１８２によって規定される基準軸ＲＸと整列される。多くの構成において、基準軸ＲＸは、骨８１及び骨プレート８０の一方又は双方に対して垂直であるが、基準軸ＲＸは、骨８１又は骨プレート８０に対して垂直である必要はない。図１６を参照すると、外科用ハンドピースアセンブリ７６は、穿孔向き２０６で示されており、外科用ハンドピースアセンブリ７６の軸ＡＸは、基準軸ＲＸに対して斜角である。この斜角は、ねじが後に挿入され得る穿孔角度である。

ナビゲーションコンピュータ７０は、ナビゲーションコンピュータ７０がハンドピース座標系を基準装置座標系に位置合わせした後に、ハンドピース向き信号の積分を開始することができる。代替として、積分機能は、深度測定アタッチメントコントローラ１４４、ハンドピース向きセンサ１７２のコントローラ、外科用ハンドピースコントローラ１６２、又は任意の他の好適なコントローラ等の別のコントローラによって処理されてもよい。例えば、ナビゲーションコンピュータは、深度測定延長部１２８と基準装置１８２とが整列され、外科医が第２のボタン１４８ｂを押したときに、ハンドピース向き信号の積分を開始することができる。位置合わせの間、ハンドピース座標系と基準装置座標系との間の座標変換行列が決定される。例えば、ナビゲーションコンピュータ７０は、ハンドピース向きセンサ１７２をゼロに合わせることに関連する第２のボタン１４８ｂを外科医７９が押すと、ハンドピース座標系を基準装置座標系に位置合わせするように促されてもよい。他の例において、ナビゲーションコンピュータ７０は、外科医７９に位置合わせプロセスを開始するように促すことができる。ナビゲーションコンピュータ７０は、或る持続時間にわたってハンドピース向き信号を積分することによって、外科用ハンドピースアセンブリ７６の向きを決定するように構成されてもよい。ハンドピース向き信号を積分することによって、ナビゲーションコンピュータ７０は、図１５に示されるような基準向き２０４から図１６に示されるような穿孔向き２０６への外科用ハンドピースアセンブリ７６の向きの変化を決定してもよく、したがって、ナビゲーションコンピュータ７０は、外科用ハンドピースアセンブリ７６の向きを決定してもよい。

前述のように、基準センサ１８４は、固定された態様で基準装置１８２に固定され、基準装置１８２は、骨８１に対して固定された姿勢を有するため、基準センサ１８４は、患者トラッカとしての役割を果たす。画像が撮影されるたびに、基準センサ１８４の角度向きの現在の値が記録され、撮影されている特定の画像に関連付けられ得る。ナビゲーションコンピュータ７０は、或る持続時間にわたって基準装置向き信号の角速度値を積分することによって、骨８１の向きを決定するように構成されてもよい。角速度値を積分することによって、ナビゲーションコンピュータ７０は、外科的処置中の骨８１の向きの変化を決定することができる。

図１７を参照すると、ナビゲーションコンピュータ７０は、ナビゲーションディスプレイ７４上に画像及び３Ｄモデルを表示する。例えば、脛骨（tibia）の冠状図（coronal view）、脛骨の矢状図（sagittal view）、脛骨の横断図（traverse view）のうちの１つ以上が表示されてもよい。システムは、外科用ハンドピースアセンブリ７６の位置を追跡するために従来の追跡手段に依存しないことから、外科用ハンドピースアセンブリ７６の実際の位置は、外科医７９によって入力されなければならない。したがって、ナビゲーションコンピュータ７０は、ナビゲーションディスプレイ７４を介して、外科用ハンドピースアセンブリ７６、より具体的には、骨プレート８０及び／又は骨８１に対するエンドエフェクタ１０８の先端の実際の位置を示すように外科医７９に促すように構成されてもよい。例えば、外科用システム１０が骨プレート８０を含む場合、ナビゲーションコンピュータ７０は、エンドエフェクタ１０８の先端の所望の位置に対応する第１の選択及び第２の選択を行うように外科医７９に促すことができる。第１の選択は、ｘｙ平面内のエンドエフェクタ１０８の所望の位置に対応する仮想骨プレートの開口部の影の選択を含み得る。第２の選択は、ｚ軸を含む平面内の所望の位置の選択を含むことができる。例えば、ｘｙ平面内のエンドエフェクタの所望の位置を受信するために、ナビゲーションコンピュータ７０は、タッチ操作を介して、又は入力装置７７を介して、手術ナビゲーションディスプレイ７４上に示される画像上で所望の開口部を選択するように外科医７９に促してもよい。

別の例において、ナビゲーションコンピュータ７０は、３Ｄモデルに対するエンドエフェクタ１０８の先端の所望の位置に関する単一のユーザ入力を外科医７９に促してもよい。システムが骨プレート８０を含まない場合、ナビゲーションコンピュータ７０は、外科用ハンドピースアセンブリ７６の現在の位置に対応する画像の解剖学的特徴を指示又は選択するようにユーザに促してもよい。ナビゲーションコンピュータ７０は、ハンドピース向きセンサ１７２がゼロに合わされるときはいつでも、外科用ハンドピースアセンブリ７６の位置を確認するように外科医７９に促してもよい。

図１８を参照すると、ナビゲーションコンピュータ７０は、外科医７９によって入力された位置及び外科用ハンドピースアセンブリ７６の決定された向きに基づく仮想表現を画像上に重ね合わせることができる。仮想表現は、深度測定アタッチメント１１６Ａ及び／又はエンドエフェクタ１０８のモデル等の外科用ハンドピースアセンブリ７６のモデルを含むことができる。仮想表現は、骨８１内に突出する仮想軌道を含むこともできる。そして、外科医７９は、外科医７９が仮想軌道に満足するまで、外科用ハンドピースアセンブリ７６を角度付けしてもよい。例えば、エンドエフェクタ１０８のモデルは、外科用システム１０が骨プレート８０を含む場合、選択された開口部に重ね合わされてもよい。外科用システム１０が骨プレート８０を含まない場合等の別の例において、深度測定アタッチメント１１６Ａ又はエンドエフェクタ１０８の先端のモデルを、画像内の選択された解剖学的特徴に重ね合わせることができる。

ナビゲーションコンピュータ７０は、外科医７９が画像内に描かれた仮想軌道に満足したときに、外科医７９が軌道を所望の軌道としてフリーズ又は記憶することを可能にするように構成することができる。所望の軌道が記憶されるとき、ナビゲーションディスプレイ７４は、現在の軌道が記憶された所望の軌道と一致するときに外科医７９に視覚的合図を提供するためのグラフィック表現を含んでもよい。例えば、移動指示は、外科用ハンドピースアセンブリ７６の向きと共に移動するナビゲーションディスプレイ７４上に表示されてもよい。移動指示は、標的（例えば、十字線又は円の表現）に対してナビゲーションディスプレイ７４上に示されてもよい。標的は、所望の軌道を表す。移動円が標的に重なると、現在の軌道は所望の軌道に一致する。加えて、視覚情報（例えば、グラフィカル表現）は、外科医が、ナビゲーションディスプレイ７４を見る必要なく、現在の軌道を記憶された所望の軌道に整列させることが可能であるように、外科用ハンドピースアセンブリ７６のディスプレイ１５６上に表示されてもよい。

手術ナビゲーションシステム５０は、所望の軌道が達成されたときに、可聴の、視覚的な、又は触覚的な警告を生成するように構成することができる。本開示は、画像及び仮想表現がナビゲーションディスプレイ７４上に表示されることを企図するが、ナビゲーションコンピュータ７０は、仮想表現を、外科用ハンドピースアセンブリ７６に取り付けられたディスプレイ、タブレット、ラップトップコンピュータ、又は任意の他のモバイル装置を含む、他の演算装置及び／又はディスプレイに伝送してもよい。

図２０を参照すると、上述のように、変位センサ１２４は、外科用ハンドピースコントローラ１６２への変位信号を生成するように構成されてもよく、変位信号は、ナビゲーションコンピュータ７０に伝送される。変位信号は、穿孔プロセス中又は穿孔プロセスに至るまでの深度測定延長部１２８に対するエンドエフェクタ１０８の変位に応答する。いくつかの例において、ナビゲーションコンピュータ７０は、エンドエフェクタ１０８が骨８１を通して穿孔されるときに、穿孔手技のライブ深度描写を描写するように構成されてもよい。前述のように、倍率／拡大係数は画像ごとに変化し得るため、ナビゲーションコンピュータ７０は、ライブ深度描写を描写するために倍率／拡大係数を使用してもよい。例えば、ナビゲーションコンピュータ７０は、画像の各々に対してミリメートルへの変換に適切なピクセルを決定するときに、倍率／拡大係数を使用することができる。

第２のアタッチメント１１６Ｂが外科用器具１０４に取り付けられている（すなわち、深度測定アタッチメント１１６Ａがない）場合等の他の例において、ナビゲーションコンピュータ７０は、穿孔が開始されると、外科用ハンドピースアセンブリ７６の姿勢（すなわち、位置及び向き）の仮想表現及び関連する仮想軌道の表示を停止するように構成されてもよい。

前述の説明は、本質的に例示的なものにすぎず、本開示、その用途、又は使用を限定することを決して意図するものではない。本開示の広範な教示は、種々の形態で実施することができる。したがって、本開示は特定の例を含むが、本開示の真の範囲はそのように限定されるべきではない。なぜなら、図面、明細書、及び添付の特許請求の範囲を検討すれば、他の修正形態が明らかになるからである。方法内の１つ以上のステップは、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（又は同時に）実行され得ることを理解されたい。さらに、各例は、或る特定の特徴を有するものとして上述されているが、本開示の任意の例に関して説明されるそれらの特徴のうちの任意の１つ以上は、その組み合わせが明示的に説明されていない場合であっても、他の例のいずれかの特徴において実装され、及び／又は他の例のいずれかの特徴と組み合わされ得る。換言すれば、説明される例は、相互排他的ではなく、１つ以上の例の互いとの置換は、本開示の範囲内に留まる。

要素間（例えば、コントローラ、回路要素、半導体層等の間）の空間的関係及び機能的関係は、「接続される（connected）」、「係合される（engaged）」、「連結される（coupled）」、「隣接する（adjacent）」、「隣に（next to）」、「上部に（on top of）」、「上方に（above）」、「下方に（below）」、及び「配置される（disposed）」を含む種々の用語を使用して説明される。「直接的（direct）」であると明示的に説明されない限り、第１の要素と第２の要素との間の関係が上記の開示において説明される場合、その関係は、第１の要素と第２の要素との間に他の介在要素が存在しない直接的な関係であり得るが、第１の要素と第２の要素との間に１つ以上の介在要素が（空間的に又は機能的に）存在する間接的な関係であってもよい。

本明細書で使用される場合、Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つという語句は、非排他的論理ＯＲを使用して、論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、及びＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきではない。サブセットという用語は、必ずしも適切なサブセットを必要としない。換言すれば、第１のセットの第１のサブセットは、第１のセットと同じ対象を指す（等しい）場合がある。

図では、矢印の方向は、矢じりによって示されるように、概して、図解で注目される情報（データ又は命令等）の流れを示している。例えば、要素Ａと要素Ｂとが種々の情報を交換するが、要素Ａから要素Ｂに伝達される情報が図に関連している場合、矢印は要素Ａから要素Ｂを指すことがある。この一方向矢印は、他の情報が要素Ｂから要素Ａに送信されないことを意味するものではない。さらに、要素Ａから要素Ｂに送信される情報に関して、要素Ｂは、要素Ａに情報の要求又は受信確認を送信することができる。

以下の定義を含む本出願では、「コントローラ」という用語は、「回路」という用語で置き換えることができる。「コントローラ」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル、アナログ、又は混合アナログ／デジタルディスクリート回路、デジタル、アナログ、又は混合アナログ／デジタル集積回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ回路（共有、専用、又はグループ）、プロセッサ回路によって実行されるコードを記憶するメモリ回路（共有、専用、又はグループ）、説明された機能を提供する他の好適なハードウェア構成要素、又はシステムオンチップ等における上記のいくつか又は全ての組み合わせを指すか、その一部であるか、又はそれを含み得る。

コントローラは、１つ以上のインタフェース回路を含み得る。いくつかの例では、インタフェース回路は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）に接続する有線又は無線インタフェースを実装してもよい。ＬＡＮの例は、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）規格８０２．１１－２０１６（ＷＩＦＩ無線ネットワーキング規格としても既知である）及びＩＥＥＥ規格８０２．３－２０１５（ＥＴＨＥＲＮＥＴ有線ネットワーキング規格としても既知である）である。ＷＰＡＮの例は、Bluetooth Special Interest GroupのＢＬＵＥＴＯＯＴＨ無線ネットワーキング規格及びＩＥＥＥ規格８０２．１５．４である。

コントローラは、インタフェース回路を使用して他のコントローラと通信することができる。コントローラは、他のコントローラと論理的に直接通信するものとして本開示で描写され得るが、種々の構成において、コントローラは、実際には、通信システムを介して通信してもよい。通信システムは、ハブ、スイッチ、ルータ、及びゲートウェイ等の物理及び／又は仮想ネットワーキング機器を含む。いくつかの構成において、通信システムは、インターネット等のワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）に接続するか、又はそれを横断する。例えば、通信システムは、マルチプロトコルラベルスイッチング（ＭＰＬＳ）及び仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）を含む技術を使用して、インターネット又はポイントツーポイント専用回線を介して互いに接続された複数のＬＡＮを含み得る。

種々の構成において、コントローラの機能は、通信システムを介して接続された複数のコントローラに分散されてもよい。例えば、複数のコントローラが、負荷分散システムによって分散された同じ機能を実装してもよい。更なる例では、コントローラの機能は、サーバ（リモート又はクラウドとしても既知である）コントローラとクライアント（又はユーザ）コントローラとの間で分割することができる。

コントローラのいくつか又は全てのハードウェア機能は、ＩＥＥＥ規格１３６４－２００５（概して「Ｖｅｒｉｌｏｇ」と称される）及びＩＥＥＥ規格１０１８２－２００８（概して「ＶＨＤＬ」と称される）等のハードウェア記述のための言語を使用して定義することができる。ハードウェア記述言語は、ハードウェア回路を製造及び／又はプログラムするために使用され得る。いくつかの構成において、コントローラのいくつか又は全ての特徴は、以下で説明するコードとハードウェア記述との両方を包含するＩＥＥＥ１６６６－２００５（概して「ＳｙｓｔｅｍＣ」と称される）等の言語によって定義され得る。

上記で使用されるコードという用語は、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又はマイクロコードを含むことができ、プログラム、ルーチン、関数、クラス、データ構造、及び／又はオブジェクトを指すことがある。共有プロセッサ回路という用語は、複数のコントローラからのいくつか又は全てのコードを実行する単一のプロセッサ回路を包含する。グループプロセッサ回路という用語は、追加のプロセッサ回路と組み合わせて、１つ以上のコントローラからのいくつか又は全てのコードを実行するプロセッサ回路を包含する。複数のプロセッサ回路への言及は、個別のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のダイ上の複数のプロセッサ回路、単一のプロセッサ回路の複数のコア、単一のプロセッサ回路の複数のスレッド、又は上記の組み合わせを包含する。共有メモリ回路という用語は、複数のコントローラからのいくつか又は全てのコードを記憶する単一のメモリ回路を包含する。グループメモリ回路という用語は、追加のメモリと組み合わせて、１つ以上のコントローラからのいくつか又は全てのコードを記憶するメモリ回路を包含する。

メモリ回路という用語は、コンピュータ可読媒体という用語のサブセットである。コンピュータ可読媒体という用語は、本明細書で使用される場合、（搬送波上等の）媒体を通って伝搬する一時的な電気信号又は電磁信号を包含しない。したがって、コンピュータ可読媒体という用語は、有形かつ非一時的とみなされ得る。非一時的コンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ回路（フラッシュメモリ回路、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ回路、又はマスク読み出し専用メモリ回路等）、揮発性メモリ回路（スタティックランダムアクセスメモリ回路又はダイナミックランダムアクセスメモリ回路等）、磁気記憶媒体（アナログ若しくはデジタル磁気テープ又はハードディスクドライブ等）、及び光記憶媒体（ＣＤ、ＤＶＤ、又はＢｌｕ－ｒａｙディスク等）である。

本出願で説明される装置及び方法は、コンピュータプログラムで具現化される１つ以上の特定の機能を実行するように汎用コンピュータを構成することによって作成された専用コンピュータによって、部分的に又は完全に実装され得る。上述した機能ブロック及びフローチャート要素は、ソフトウェア仕様として機能し、熟練技術者又はプログラマのルーチン作業によってコンピュータプログラムに変換することができる。

コンピュータプログラムは、少なくとも１つの非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたプロセッサ実行可能命令を含む。コンピュータプログラムはまた、記憶されたデータを含むか、又はそれに依存し得る。コンピュータプログラムは、専用コンピュータのハードウェアと対話する基本入出力システム（ＢＩＯＳ）、専用コンピュータの特定のデバイスと対話するデバイスドライバ、１つ以上のオペレーティングシステム、ユーザアプリケーション、バックグラウンドサービス、バックグラウンドアプリケーション等を包含することができる。

コンピュータプログラムとして、（ｉ）ＨＴＭＬ（ハイパーテキストマークアップ言語）、ＸＭＬ（拡張可能マークアップ言語）、又はＪＳＯＮ（JavaScript Object Notation）等の解析される記述テキスト、（ｉｉ）アセンブリコード、（ｉｉｉ）コンパイラによってソースコードから生成されるオブジェクトコード、（ｉｖ）インタプリタによる実行のためのソースコード、（ｖ）ジャストインタイムコンパイラによるコンパイル及び実行のためのソースコード等が挙げられ得る。単なる例として、ソースコードは、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｃ、Ｓｗｉｆｔ、Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｇｏ、ＳＱＬ、Ｒ、Ｌｉｓｐ、Ｊａｖａ（商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐｅｒｌ、Ｐａｓｃａｌ、Ｃｕｒｌ、ＯＣａｍｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（商標）、ＨＴＭＬ５（ハイパーテキストマークアップ言語５ｔｈ ｒｅｖｉｓｉｏｎ）、Ａｄａ、ＡＳＰ（Active Server Pages）、ＰＨＰ（Hypertext Preprocessor）、Ｓｃａｌａ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｒｌａｎｇ、Ｒｕｂｙ、Ｆｌａｓｈ（商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（商標）、Ｌｕａ、ＭＡＴＬＡＢ、ＳＥＮＳＯＲＬＩＮＫ、及びＰｙｔｈｏｎ（商標）を含む言語からの構文を使用して記述することができる。

コンピュータプログラムとして、（ｉ）ＨＴＭＬ（ハイパーテキストマークアップ言語）、ＸＭＬ（拡張可能マークアップ言語）、又はＪＳＯＮ（JavaScript Object Notation）等の解析される記述テキスト、（ｉｉ）アセンブリコード、（ｉｉｉ）コンパイラによってソースコードから生成されるオブジェクトコード、（ｉｖ）インタプリタによる実行のためのソースコード、（ｖ）ジャストインタイムコンパイラによるコンパイル及び実行のためのソースコード等が挙げられ得る。単なる例として、ソースコードは、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｃ、Ｓｗｉｆｔ、Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｇｏ、ＳＱＬ、Ｒ、Ｌｉｓｐ、Ｊａｖａ（商標）、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐｅｒｌ、Ｐａｓｃａｌ、Ｃｕｒｌ、ＯＣａｍｌ、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（商標）、ＨＴＭＬ５（ハイパーテキストマークアップ言語５ｔｈ ｒｅｖｉｓｉｏｎ）、Ａｄａ、ＡＳＰ（Active Server Pages）、ＰＨＰ（Hypertext Preprocessor）、Ｓｃａｌａ、Ｅｉｆｆｅｌ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｅｒｌａｎｇ、Ｒｕｂｙ、Ｆｌａｓｈ（商標）、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（商標）、Ｌｕａ、ＭＡＴＬＡＢ、ＳＥＮＳＯＲＬＩＮＫ、及びＰｙｔｈｏｎ（商標）を含む言語からの構文を使用して記述することができる。
なお、本願の出願当初の開示事項を維持するために、本願の出願当初の請求項１～２７の記載内容を以下に追加する。
（請求項１）
少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置であって、外科用インプラントに対して固定された姿勢を有するように構成されている基準装置と、
前記基準装置上に配置されたときに前記基準装置に対して固定された姿勢を有するように構成され、第１の座標系に対する前記基準装置の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されている第１のセンサと、
エンドエフェクタに連結する外科用器具と、
前記外科用器具に対して固定された姿勢を有するように構成され、第２の座標系に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号を生成するように構成されている第２のセンサと、
（ｉ）前記第１の信号と（ｉｉ）前記第２の信号と（ｉｉｉ）前記基準装置及び患者の骨の画像とを受信し、前記基準装置及び前記患者の前記骨の前記画像を表示し、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの所望の位置に関連するユーザ入力を受信し、（ｉ）前記外科用器具及び前記エンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が前記少なくとも１つの基準軸と整列されたときに前記第１の座標系を前記第２の座標系に位置合わせし、（ｉｉ）画像座標系における前記骨に対する前記少なくとも１つの基準軸の向きを位置合わせし、及び（ｉｉｉ）前記ユーザ入力に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの位置を位置合わせし、前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定し、前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの前記位置合わせされた位置及び前記決定された向きに基づいて、前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を前記画像上に重ね合わせるように構成されているナビゲーションシステムと
を備えてなる、患者の骨に対して手術を行うための外科用システム。
（請求項２）
前記第２のセンサは、前記外科用器具上に配置されるように構成されている、請求項１に記載の外科用システム。
（請求項３）
前記画像は、前記１つ以上の放射線不透過性マーカの影を含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記１つ以上の放射線不透過性マーカの前記影の姿勢に基づいて、前記画像座標系における前記骨に対する前記第１のセンサの向きを位置合わせするように構成されている、請求項１又は２に記載の外科用システム。
（請求項４）
前記外科用インプラントを更に備え、前記外科用インプラントは、１つ以上の開口部を含む骨プレートである、請求項１～３のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項５）
固定部材を更に備え、
前記基準装置は、連結部を含み、
前記固定部材の第１の部分は、前記外科用インプラントを前記骨に固定するように構成され、前記固定部材の別の部分は、前記基準装置の前記連結部に連結されるように構成されている、請求項４に記載の外科用システム。
（請求項６）
前記画像は、前記１つ以上の開口部の１つ以上の影を含み、
前記ユーザ入力は、ｘｙ平面内の前記所望の位置に対応する前記１つ以上の開口部の前記影の第１の選択と、ｚ軸を含む平面内の前記所望の位置に対応する第２の選択とを含む請求項４又は５に記載の外科用システム。
（請求項７）
第１のエンドエフェクタ及び第２のエンドエフェクタを更に備え、
前記エンドエフェクタは、前記第１のエンドエフェクタとして更に定義され、
前記第１のエンドエフェクタに連結されたとき、前記外科用器具は、第１の機能を実行するように構成されており、
前記外科用器具は、第２の機能を実行するために前記第２のエンドエフェクタに連結されるように構成されており、
前記第１の機能と前記第２の機能とは、異なる機能である、請求項１～６のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項８）
前記第１のセンサ及び前記第２のセンサはジャイロスコープである、請求項１～７のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項９）
前記エンドエフェクタを更に備え、前記基準装置は、前記少なくとも１つの基準軸を規定する表面を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項１０）
前記エンドエフェクタは、前記表面に挿入されるように構成される、請求項９に記載の外科用システム。
（請求項１１）
前記エンドエフェクタは、固定された向きで前記外科用器具に連結される、請求項９又は１０に記載の外科用システム。
（請求項１２）
前記表面はカニューレである、請求項９に記載の外科用システム。
（請求項１３）
前記１つ以上の放射線不透過性マーカは、前記少なくとも１つの基準軸上に配置されている、請求項９～１２のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項１４）
前記エンドエフェクタはドリルビットであり、
前記外科用器具は、穿孔プロセス中の前記ドリルビットの変位に関連する第３の信号を提供するように構成される深度センサを含み、
前記ナビゲーションシステムは、前記第３の信号を受信するように構成され、前記仮想表現は、前記第３の信号に更に基づくものである、請求項９～１３のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項１５）
前記外科用器具に取り付けられるように構成される深度測定アタッチメントを更に備え、前記深度測定アタッチメントは、穿孔プロセス中の前記エンドエフェクタの変位に関連する第３の信号を提供するように構成される深度センサを含み、前記基準装置は、前記少なくとも１つの基準軸を規定し、前記深度測定アタッチメントに挿入されるように構成されるポストを含み、前記第２のセンサは、前記深度測定アタッチメント内に配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の外科用システム。
（請求項１６）
撮像システムに取り付けられるように構成される装置を更に備え、
前記ナビゲーションシステムは、前記装置及び前記少なくとも１つの基準軸の前記１つ以上の放射線不透過性マーカのうちの少なくとも１つに基づいて、前記画像の倍率を決定するように構成されており、
前記ナビゲーションシステムは、前記第３の信号を受信するように構成され、前記仮想表現は、前記倍率に更に基づくものである、請求項１５に記載の外科用システム。
（請求項１７）
前記装置は、ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃであり、透明レンズと、前記透明レンズ上に配置される複数の基準マーカと、前記ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃを前記撮像システムに取り付けるように構成される取り付け部材とを含む、請求項１６に記載の外科用システム。
（請求項１８）
外科用システムを用いて患者の骨を手術する方法であって、前記外科用システムは、ナビゲーションシステムと、外科用器具と、少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置と、第１の座標系を有し、前記基準装置に対して固定された姿勢を有する第１のセンサとを含み、前記基準装置は、外科用インプラントに対して固定された姿勢を有するように構成されており、前記外科用器具は、第２の座標系を有し、前記外科用器具に対して固定された姿勢を有する第２のセンサを含み、前記外科用器具は、エンドエフェクタに連結されるように構成されていて、
（ｉ）前記第１のセンサからの前記基準装置の向きデータに関する第１の信号と、（ｉｉ）前記第２のセンサからの前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号と、（ｉｉｉ）前記基準装置及び前記患者の前記骨の画像とを受信するステップと、
前記基準装置及び前記患者の前記骨の前記画像を表示するステップと、
前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの所望の位置に関連するユーザ入力をディスプレイ上で受信するステップと、
（ｉ）前記外科用器具及び前記エンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が前記少なくとも１つの基準軸と整列されたときに前記第１の座標系を前記第２の座標系に位置合わせし、（ｉｉ）前記ユーザ入力に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの位置を位置合わせするステップと、
前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定するステップと、
前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの前記位置合わせされた位置及び決定された前記向きに基づいて、前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を前記画像の上に重ね合わせるステップと
を含んでなる方法。
（請求項１９）
前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つを前記基準装置の表面と整列させるステップと、
前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの前記少なくとも１つが前記基準装置の前記表面と整列されたときに、前記第１の座標系を前記第２の座標系に位置合わせするステップと
を更に含む、請求項１８に記載の方法。
（請求項２０）
前記画像は、前記１つ以上の放射線不透過性マーカの影を含み、
前記１つ以上の放射線不透過性マーカの前記影の位置に基づいて、画像座標系における前記骨に対する前記第１のセンサの向きを位置合わせするステップを更に含む、請求項１８又は１９に記載の方法。
（請求項２１）
前記基準装置を前記外科用インプラントに連結することを更に含む、請求項１８～２０のいずれか一項に記載の方法。
（請求項２２）
前記外科用システムは、１つ以上の開口部を有する前記外科用インプラントを更に含み、
前記画像は、前記１つ以上の開口部の影を含み、
前記ユーザ入力は、ｘｙ平面内の前記所望の位置に対応する前記１つ以上の開口部の前記影の第１の選択と、ｚ軸を含む平面内の前記所望の位置に対応する第２の選択とを含む、請求項１８～２１のいずれか一項に記載の方法。
（請求項２３）
前記外科用システムは第２のエンドエフェクタを含み、前記第２のエンドエフェクタが第１のエンドエフェクタを更に定義しており、
第１の機能を実行するために、前記第１のエンドエフェクタを前記外科用器具に連結するステップと、
第２の機能を実行するために、前記第２のエンドエフェクタを前記外科用器具に連結するステップと
を更に含む、請求項１８～２２のいずれか一項に記載の方法。
（請求項２４）
前記外科用システムは、前記外科用器具に取り付けられるように構成される深度測定アタッチメントを更に含み、該深度測定アタッチメントは、穿孔プロセス中の前記エンドエフェクタの変位に関連する第３の信号を提供するように構成される深度センサを含み、前記基準装置は、前記少なくとも１つの基準軸を規定するポストを含み、前記ポストを前記深度測定アタッチメントに挿入することによって、前記深度測定アタッチメントを前記ポストに連結するステップを更に含む、請求項１８～２３のいずれか一項に記載の方法。
（請求項２５）
少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置であって、患者に配置されるように構成されている基準装置と、
エンドエフェクタに連結する、センサを含む外科用器具であって、前記センサは、第１の座標系に対する前記外科用器具の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されるものである、外科用器具と、
前記基準装置及び前記患者の骨の画像を受信し、前記基準装置及び前記患者の前記骨の前記画像を表示し、（ｉ）画像座標系における前記骨に対する前記少なくとも１つの基準軸の向きを位置合わせし、及び（ｉｉ）前記第１の座標系を前記画像座標系に位置合わせし、前記第１の信号に基づいて、前記骨に対する前記外科用器具の向きを決定し、前記外科用器具の前記決定された向き及び位置に基づいて、前記骨に対して前記外科用器具の仮想表現を重ね合わせるように構成されている手術ナビゲーションシステムと
を備えてなる、患者の骨に対して手術を行うための外科用システム。
（請求項２６）
前記外科用器具の前記位置は、前記手術ナビゲーションシステムへのユーザ入力に基づいて決定される、請求項２５に記載の外科用システム。
（請求項２７）
前記第１の座標系は、前記外科用器具及び前記エンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が前記少なくとも１つの基準軸と整列されると、前記画像座標系に位置合わせされる、請求項２５又は２６に記載の外科用システム。

Claims (27)

1. 少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置であって、外科用インプラントに対して固定された姿勢を有するように構成されている基準装置と、
   前記基準装置上に配置されたときに前記基準装置に対して固定された姿勢を有するように構成され、第１の座標系に対する前記基準装置の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されている第１のセンサと、
   エンドエフェクタに連結する外科用器具と、
   前記外科用器具に対して固定された姿勢を有するように構成され、第２の座標系に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号を生成するように構成されている第２のセンサと、
   （ｉ）前記第１の信号と（ｉｉ）前記第２の信号と（ｉｉｉ）前記基準装置及び患者の骨の画像とを受信し、前記基準装置及び前記患者の前記骨の前記画像を表示し、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの所望の位置に関連するユーザ入力を受信し、（ｉ）前記外科用器具及び前記エンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が前記少なくとも１つの基準軸と整列されたときに前記第１の座標系を前記第２の座標系に位置合わせし、（ｉｉ）画像座標系における前記骨に対する前記少なくとも１つの基準軸の向きを位置合わせし、及び（ｉｉｉ）前記ユーザ入力に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの位置を位置合わせし、前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定し、前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの前記位置合わせされた位置及び前記決定された向きに基づいて、前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を前記画像上に重ね合わせるように構成されているナビゲーションシステムと
   を備えてなる、患者の骨に対して手術を行うための外科用システム。
2. 前記第２のセンサは、前記外科用器具上に配置されるように構成されている、請求項１に記載の外科用システム。
3. 前記画像は、前記１つ以上の放射線不透過性マーカの影を含み、
   前記ナビゲーションシステムは、前記１つ以上の放射線不透過性マーカの前記影の姿勢に基づいて、前記画像座標系における前記骨に対する前記第１のセンサの向きを位置合わせするように構成されている、請求項１又は２に記載の外科用システム。
4. 前記外科用インプラントを更に備え、前記外科用インプラントは、１つ以上の開口部を含む骨プレートである、請求項１～３のいずれか一項に記載の外科用システム。
5. 固定部材を更に備え、
   前記基準装置は、連結部を含み、
   前記固定部材の第１の部分は、前記外科用インプラントを前記骨に固定するように構成され、前記固定部材の別の部分は、前記基準装置の前記連結部に連結されるように構成されている、請求項４に記載の外科用システム。
6. 前記画像は、前記１つ以上の開口部の１つ以上の影を含み、
   前記ユーザ入力は、ｘｙ平面内の前記所望の位置に対応する前記１つ以上の開口部の前記影の第１の選択と、ｚ軸を含む平面内の前記所望の位置に対応する第２の選択とを含む請求項４又は５に記載の外科用システム。
7. 第１のエンドエフェクタ及び第２のエンドエフェクタを更に備え、
   前記エンドエフェクタは、前記第１のエンドエフェクタとして更に定義され、
   前記第１のエンドエフェクタに連結されたとき、前記外科用器具は、第１の機能を実行するように構成されており、
   前記外科用器具は、第２の機能を実行するために前記第２のエンドエフェクタに連結されるように構成されており、
   前記第１の機能と前記第２の機能とは、異なる機能である、請求項１～６のいずれか一項に記載の外科用システム。
8. 前記第１のセンサ及び前記第２のセンサはジャイロスコープである、請求項１～７のいずれか一項に記載の外科用システム。
9. 前記エンドエフェクタを更に備え、前記基準装置は、前記少なくとも１つの基準軸を規定する表面を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の外科用システム。
10. 前記エンドエフェクタは、前記表面に挿入されるように構成される、請求項９に記載の外科用システム。
11. 前記エンドエフェクタは、固定された向きで前記外科用器具に連結される、請求項９又は１０に記載の外科用システム。
12. 前記表面はカニューレである、請求項９に記載の外科用システム。
13. 前記１つ以上の放射線不透過性マーカは、前記少なくとも１つの基準軸上に配置されている、請求項９～１２のいずれか一項に記載の外科用システム。
14. 前記エンドエフェクタはドリルビットであり、
    前記外科用器具は、穿孔プロセス中の前記ドリルビットの変位に関連する第３の信号を提供するように構成される深度センサを含み、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第３の信号を受信するように構成され、前記仮想表現は、前記第３の信号に更に基づくものである、請求項９～１３のいずれか一項に記載の外科用システム。
15. 前記外科用器具に取り付けられるように構成される深度測定アタッチメントを更に備え、前記深度測定アタッチメントは、穿孔プロセス中の前記エンドエフェクタの変位に関連する第３の信号を提供するように構成される深度センサを含み、前記基準装置は、前記少なくとも１つの基準軸を規定し、前記深度測定アタッチメントに挿入されるように構成されるポストを含み、前記第２のセンサは、前記深度測定アタッチメント内に配置されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の外科用システム。
16. 撮像システムに取り付けられるように構成される装置を更に備え、
    前記ナビゲーションシステムは、前記装置及び前記少なくとも１つの基準軸の前記１つ以上の放射線不透過性マーカのうちの少なくとも１つに基づいて、前記画像の倍率を決定するように構成されており、
    前記ナビゲーションシステムは、前記第３の信号を受信するように構成され、前記仮想表現は、前記倍率に更に基づくものである、請求項１５に記載の外科用システム。
17. 前記装置は、ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃであり、透明レンズと、前記透明レンズ上に配置される複数の基準マーカと、前記ＦｌｕｏｒｏＤｉｓｃを前記撮像システムに取り付けるように構成される取り付け部材とを含む、請求項１６に記載の外科用システム。
18. 外科用システムを用いて患者の骨を手術する方法であって、前記外科用システムは、ナビゲーションシステムと、外科用器具と、少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置と、第１の座標系を有し、前記基準装置に対して固定された姿勢を有する第１のセンサとを含み、前記基準装置は、外科用インプラントに対して固定された姿勢を有するように構成されており、前記外科用器具は、第２の座標系を有し、前記外科用器具に対して固定された姿勢を有する第２のセンサを含み、前記外科用器具は、エンドエフェクタに連結されるように構成されていて、
    （ｉ）前記第１のセンサからの前記基準装置の向きデータに関する第１の信号と、（ｉｉ）前記第２のセンサからの前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きデータに関する第２の信号と、（ｉｉｉ）前記基準装置及び前記患者の前記骨の画像とを受信するステップと、
    前記基準装置及び前記患者の前記骨の前記画像を表示するステップと、
    前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの所望の位置に関連するユーザ入力をディスプレイ上で受信するステップと、
    （ｉ）前記外科用器具及び前記エンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が前記少なくとも１つの基準軸と整列されたときに前記第１の座標系を前記第２の座標系に位置合わせし、（ｉｉ）前記ユーザ入力に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの位置を位置合わせするステップと、
    前記第１の信号及び前記第２の信号に基づいて、前記骨に対する前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの向きを決定するステップと、
    前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの前記位置合わせされた位置及び決定された前記向きに基づいて、前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つの仮想表現を前記画像の上に重ね合わせるステップと
    を含んでなる方法。
19. 前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの少なくとも１つを前記基準装置の表面と整列させるステップと、
    前記エンドエフェクタ及び前記外科用器具のうちの前記少なくとも１つが前記基準装置の前記表面と整列されたときに、前記第１の座標系を前記第２の座標系に位置合わせするステップと
    を更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記画像は、前記１つ以上の放射線不透過性マーカの影を含み、
    前記１つ以上の放射線不透過性マーカの前記影の位置に基づいて、画像座標系における前記骨に対する前記第１のセンサの向きを位置合わせするステップを更に含む、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 前記基準装置を前記外科用インプラントに連結することを更に含む、請求項１８～２０のいずれか一項に記載の方法。
22. 前記外科用システムは、１つ以上の開口部を有する前記外科用インプラントを更に含み、
    前記画像は、前記１つ以上の開口部の影を含み、
    前記ユーザ入力は、ｘｙ平面内の前記所望の位置に対応する前記１つ以上の開口部の前記影の第１の選択と、ｚ軸を含む平面内の前記所望の位置に対応する第２の選択とを含む、請求項１８～２１のいずれか一項に記載の方法。
23. 前記外科用システムは第２のエンドエフェクタを含み、前記第２のエンドエフェクタが第１のエンドエフェクタを更に定義しており、
    第１の機能を実行するために、前記第１のエンドエフェクタを前記外科用器具に連結するステップと、
    第２の機能を実行するために、前記第２のエンドエフェクタを前記外科用器具に連結するステップと
    を更に含む、請求項１８～２２のいずれか一項に記載の方法。
24. 前記外科用システムは、前記外科用器具に取り付けられるように構成される深度測定アタッチメントを更に含み、該深度測定アタッチメントは、穿孔プロセス中の前記エンドエフェクタの変位に関連する第３の信号を提供するように構成される深度センサを含み、前記基準装置は、前記少なくとも１つの基準軸を規定するポストを含み、前記ポストを前記深度測定アタッチメントに挿入することによって、前記深度測定アタッチメントを前記ポストに連結するステップを更に含むものである、請求項１８～２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 少なくとも１つの基準軸を規定し、１つ以上の放射線不透過性マーカを含む基準装置であって、患者に配置されるように構成されている基準装置と、
    エンドエフェクタに連結する、センサを含む外科用器具であって、前記センサは、第１の座標系に対する前記外科用器具の向きデータに関する第１の信号を生成するように構成されるものである、外科用器具と、
    前記基準装置及び前記患者の骨の画像を受信し、前記基準装置及び前記患者の前記骨の前記画像を表示し、（ｉ）画像座標系における前記骨に対する前記少なくとも１つの基準軸の向きを位置合わせし、及び（ｉｉ）前記第１の座標系を前記画像座標系に位置合わせし、前記第１の信号に基づいて、前記骨に対する前記外科用器具の向きを決定し、前記外科用器具の前記決定された向き及び位置に基づいて、前記骨に対して前記外科用器具の仮想表現を重ね合わせるように構成されている手術ナビゲーションシステムと
    を備えてなる、患者の骨に対して手術を行うための外科用システム。
26. 前記外科用器具の前記位置は、前記手術ナビゲーションシステムへのユーザ入力に基づいて決定される、請求項２５に記載の外科用システム。
27. 前記第１の座標系は、前記外科用器具及び前記エンドエフェクタのうちの少なくとも１つの軸が前記少なくとも１つの基準軸と整列されると、前記画像座標系に位置合わせされる、請求項２５又は２６に記載の外科用システム。