JP2023553211A - ユーザに確認された方位を有する方位センサを備えた外科用機器 - Google Patents

Abstract

方位センサは、方位センサの方位に基づいて、方位センサの向きを設定する設定するユーザ入力装置を備える。方位センサは、向きを記憶するメモリを備えることができる。方位センサは、少なくとも１つの方位値を表示するディスプレイを備えることができる。方位センサは、向きに基づいて方位情報を生成するプロセッサを備えることができる。ユーザ入力装置は、ボタンを含むことができ、ボタンの押下に応じ、方位センサの現在の方位に基づいて向きを設定することができる。例えば、少なくとも１つの方位値は、方位感知コンポーネントによって検知された方位データと関連付けられることができ、向きに基づいて、少なくとも１つの方位値が表示されることができる。

Description

本出願は、2020年12月14日に出願された米国仮出願第17/121,006号の継続であり、その内容全体が、参照により本明細書に援用される。

本開示は、一般に、医療（例えば、外科用）機器などの機器に関する。例えば、本開示は、絶対方位センサを含む外科用機器および他の医療機器に関する。本開示の機器は、三次元空間におけるそのような機器の方位を知ることで利益を得る任意の適切な処置または治療に使用することができる。本明細書では特に外科用機器について言及するが、本開示は方位情報を必要とする人間または動物の治療に使用される医療、歯科、またはその他の機器を対象とすることが理解されるであろう。

一部の医療処置は、医師が目視または扱いにくい位置合わせガイドを使用したツールの位置合わせに依存する。たとえば、股関節置換手術を行う場合、外科医はインパクタ軸（impactor shaft）を使用して寛骨臼カップを取り付けることがある。外科医は、前傾ガイドまたは位置合わせエクステンションを使用して、インパクタ軸を患者の体の縦軸に対して２０度（２０°）の前傾角度に向けることがある。また、外科医は、位置合わせエクステンション（alignment extension）を使用して、患者の体の縦軸に対して（および患者が横になっているときは水平面に対して）４５度（４５°）の傾斜／外転角でインパクタ軸を合わせることもある。

インパクタ軸の位置合わせが適切でない場合、寛骨臼カップの位置ずれが発生し、手術後の合併症が発生することがある。寛骨臼カップの最初の取り付けによって生じた位置ずれを修正には、追加の手術が必要になることがある。

本出願は、方位センサの方位に基づいて方位センサの向きを設定するユーザ入力装置を含む方位センサを提供する。方位センサは、向きを記憶するメモリを含むことができる。方位センサは、少なくとも１つの方位値を表示するディスプレイを含むことができる。方位センサは、向きに基づいて、方位情報を生成するプロセッサを含むことができる。ユーザ入力装置は、ボタンを含むことができ、ボタンの押下に応じて、方位センサの現在の方位に基づいて向きを設定することができる。例えば、少なくとも１つの方位値は、方位感知コンポーネントによって検知された方位データに関連付けることができ、少なくとも１つの方位値は方位に基づいて表示することができる。

ディスプレイは、所定の手術に関連する角度のリアルタイムのフィードバックを外科医に提供することができる。例えば、外科医は、方位センサの軸（例えば、縦軸）を、患者の軸（例えば、体の縦軸）と位置合わせし、ユーザ入力装置に所定の入力を提供し（例えば、ユーザ入力装置のボタンを押し）、方位センサの向きを設定することができる。向きが設定されると、ディスプレイは、患者の体の縦軸に対する方位センサの機器軸（例えば、ガイドの中心軸）の角度をリアルタイムで表示することができる。例えば、ガイドの中心軸の前傾角および垂直傾斜角は、横向きに寝ている患者の縦軸に対してリアルタイムで表示することができる。一実施形態では、向きを、患者の異なる軸に設定することができ、中心軸の前傾角および垂直傾斜角を、異なる軸に対してリアルタイムで表示することができる。

方位センサは、機器本体に取り付けられてもよい。例えば、方位センサは、２０１９年４月２６日に出願された米国特許出願第１６／３９５，９８６号および２０１７年６月１２日に出願された米国特許出願第１５／６１９，７４７号に開示されているように、機器本体の軸を受け入れるガイドを含むことができる。いずれも「ＬＥＤ照明および絶対方位を含む外科機器」と題され、全体が、参照により本明細書に援用される。一実施形態では、外科用機器は、方位センサが取り付けられまたは固定される、ハウジングまたは他の外部構造を含む。

以下に、例示的な実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するため、例示的な実施形態の簡略化した概要を提示する。この概要は、例示的な実施形態の広範な概要ではない。これは、例示的な実施形態の重要な要素または重要な要素を特定することも、添付の特許請求の範囲の輪郭を示すことも意図していない。その一の目的は、後で提示されるより詳細な説明への前置きとして、例示的な実施形態のいくつかの概念を簡略化された形式で示すことである。

本明細書の実施形態によれば、本開示は、ボタンの押下に応じて方位センサの方位に基づいて方位センサの向きを設定するボタンを備える方位センサ（例えば、絶対方位センサ）を有する医療機器および装置を提供する。本開示の機器は、ユーザ（例えば、外科医）によって設定された向きに対する外科用機器の方位を知ることから利益を得る任意の適切な処置または治療で使用することができる。

本明細書では、特に外科用機器について言及するが、本開示は、方位を必要とする人間または動物の治療に使用される医療、歯科、またはその他の機器に適用できることが理解されるであろう。

絶対方位センサは、方位関連情報を提供するために、既知の点または平面に対するキャリブレーションを必要としなくてもよい。例えば、絶対方位センサの一実施形態は、加速度計、ジャイロスコープ、および磁力計を備え、任意に決定された点または平面ではなく、地球自体を基準点または平面として使用することによって、地球の磁場、拡大解釈すれば、地球の磁気コアを感知することによって、絶対方位を生成してもよい。いくつかの実施形態では、方位センサは磁力計を含まない。例えば、方位センサの向きは、方位センサの起動時に任意の角度に設定されたり、磁北に設定されたりするのではなく、ユーザによって手動で設定されてもよい。

本発明の一態様によれば、方位センサは、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、プロセッサに動作可能に結合されたディスプレイと、プロセッサに動作可能に結合されたユーザ入力装置と、を備える。方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知する。方位センサは、方位センサが機器本体に取り付けられたときに、方位感知コンポーネントが機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における機器本体の方位の変化が方位感知コンポーネントによって検知されるように、機器本体に取り付けられる。ディスプレイは、複数の方位データに関連付けられる少なくとも１つの方位値をリアルタイムで表示する。プロセッサは、ユーザ入力装置が所定のユーザ入力を受信することに応じて、所定のユーザ入力がユーザ入力装置によって受信されたときに、方位センサの方位に基づいて向きを設定する。向きは、方位データと関連付けられる。方位センサが向きに対して所定の基準方位に保持されると、ディスプレイは所定の方位値を表示する。所定の基準方位からの少なくとも１つの方位における方位感知コンポーネントの動きが、所定の方位値とは異なる少なくとも１つの方位値としてディスプレイ上に示される。

本発明の他の態様によれば、方位センサは、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合されたメモリと、プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、プロセッサに動作可能に結合されたユーザ入力装置と、を備える。方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知する。方位センサは、方位センサが機器本体に取り付けられたときに、方位感知コンポーネントが機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における機器本体の向きの変化が方位感知コンポーネントによって検知されるように、機器本体に取り付けられる。プロセッサは、ユーザ入力装置が所定のユーザ入力を受信することに応じて、所定のユーザ入力がユーザ入力装置によって受信されたときの方位センサの方位に基づく向きをメモリに記憶させる。プロセッサは、メモリに記憶されている向きと方位センサの現在の方位に基づいて方位情報を生成する。向きは、方位データと関連づけられる。方位センサが向きに対して所定の基準方位に保持されるとき、プロセッサが所定の方位情報を生成する。所定の方位情報とは異なる第１の方位情報を生成するプロセッサによって、所定の基準方位からの少なくとも１つの方位における方位感知コンポーネントの動きが示される。

本発明の他の態様によれば、方位センサは、方位感知コンポーネントと、ディスプレイと、ユーザ入力装置と、を備える。方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知する。方位センサは、方位センサが機器本体に取り付けられたとき、方位感知コンポーネントが機器本体に少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における機器本体の向きの変化が方位感知コンポーネントによって検知されるように、機器本体に取り付けられる。ディスプレイは、リアルタイムで、複数の方位データと関連付けられる、少なくとも１つの方位値を表示する。ユーザ入力装置は、所定のユーザ入力を受信するユーザ入力装置に応じて、所定のユーザ入力がユーザ入力装置に受信されたときの方位センサの方位に基づいて向きを設定する。少なくとも１つの方位値は、ユーザ入力装置によって設定された向きに基づく。

本発明の他の態様によれば、方位センサは、ディスプレイと、ユーザ入力装置と、を備える。方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知する。方位センサは、方位センサが機器本体に取り付けられたとき、方位感知コンポーネントが機器本体に少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における機器本体の向きの変化が方位感知コンポーネントによって検知されるように、機器本体に取り付けられる。ディスプレイは、リアルタイムで、複数の方位データと関連付けられる、少なくとも１つの方位値を表示する。ユーザ入力装置は、所定のユーザ入力を受信するユーザ入力装置に応じて、所定のユーザ入力がユーザ入力装置に受信されたときの方位センサの方位に基づいて向きを設定する。少なくとも１つの方位値は、ユーザ入力装置によって設定された向きに基づく。

本発明の他の態様によれば、方位センサは、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、ガイドと、を備える。方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知する。方位センサは、方位データが機器本体に取り付けられたときに、方位感知コンポーネントが機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における機器本体の向きの変化が方位感知コンポーネントに検知されるように、機器本体に取り付けられる。ガイドは、ツールの本体を受け入れる側面の開口を含む。

本発明の他の態様によれば、方位センサは、プロセッサと、プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、ツールの本体ガイドと、を備える。方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知する。方位センサは、方位データが機器本体に取り付けられたときに、方位感知コンポーネントが機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における機器本体の向きの変化が方位感知コンポーネントに検知されるように、機器本体に取り付けられる。ガイドは、縦方向に延びる切り込みと接続され、周方向に延びる溝を含む。

上記の態様のいずれかの特徴は、互いに組み合わせることができる。例えば、上記の任意の態様は、別の態様のユーザ入力装置、ディスプレイ、プロセッサ、メモリ、および／またはガイドを含むことができる。

加えて、または代替え的に、上記の任意の態様は、外科用機器の一部であってもよい。例えば、任意の方位センサは、外科用機器の機器本体から取り外し可能であってもよい。

外科用機器は、デバイスプロセッサに動作可能に結合されたディスプレイを備えることができる。ディスプレイは、生成された複数の方位状態データの少なくとも一部をその上に表示するように動作可能であってもよい。複数の方位データは、位置データ、ピッチデータ、ロールデータ、およびヨーデータからなる群からの少なくとも１つを含むことができる。位置データは、ｘ、ｙ、およびｚ座標値を含むことができる。複数の方位データは、角速度データ、加速度データ、磁場強度データ、直線加速度データ、および重力データからなる群から選択される少なくとも１つをさらに含むことができる。

外科用機器は、ドリル、ドライバ、鋸、ワイヤ挿入装置（wire insertion device）、インパクタ、装置挿入器（device inserter）、掘削器具（burr）、錐（awl）、メス、吸引（suction）、引込み装置（retraction device）、木槌（mallet）、生検針、無動力ドリル（unpowered drill）、無動力ドライバ（unpowered driver）、無動力鋸（unpowered saw）、無動力ワイヤ挿入器（unpowered wire inserter）、および／または無動力掘削器具（unpowered burr）の１つ以上であってもよい。

本開示のさらに他の利点、態様および特徴は、単に本開示を実施するのに適したモードの例示として、本開示の実施形態で示され説明されている以下の説明から、当業者には容易に明らかになるであろう。理解されるように、本開示は他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本明細書の範囲から逸脱することなく、様々な明白な態様において修正が可能である。したがって、図面および説明は本質的に例示的なものとしてみなされ、限定的なものとしてみなされるものではない。

図面は、例示的な実施形態のものである。これらはすべての実施形態を示していない。他の実施形態を追加的または代替え的に使用してもよい。スペースを節約しまたは効果的に説明するため、明白または不必要な詳細は省略される場合がある。いくつかの実施形態は、追加の構成要素またはステップを用いて、および／または図示される構成要素またはステップのすべてを使用せずに、実施することができる。異なる図面に同じ数字が現れる場合、それは同じまたは類似の構成要素またはステップを指す。

図1は、ユーザ入力装置を含む方位センサのブロック図である。 図２は、図１の方位センサの斜視図である。 図３は、向きが設定されている、図１の方位センサの斜視図である。 図4は、向きが設定され、方位センサが向きに対して所定の基準方位に方向づけられた後の、図１の方位センサの斜視図である。 図５は、任意の向きの図１の方位センサと組み合わせた骨盤の後面から前面の図を示す。 図６は、図５の方位センサと組み合わせた骨盤の側面図である。 図７は、ユーザに認識された向きと組み合わせた図５の方位センサと骨盤の後面から前面の図である。 図８は、図７の方位センサと組み合わせた骨盤の側面図である。 図９は、図７の方位センサおよび外科用機器と組み合わせた骨盤の後面から前面の図である。 図１０は、図９の方位センサおよび外科用機器と組み合わせた骨盤の側面図である。 図１１は、図１の方位センサの側面図であり、方位センサのセンサ本体の縦軸は、Ｘ軸を中心に回転し、Ｘ軸およびＺ軸に対して傾斜し、Ｘ－Ｚ平面内に完全に延びる。 図１２は、図１１に示される向きにおける方位センサの上面図である。 図１３は、図１１の方位センサの側面図であり、方位センサのセンサ本体の縦軸は、図１１に示される方位からＸ軸を中心に回転され、Ｘ軸に対して傾斜しておらず、Ｘ－Ｚ平面内に完全に延びる。 図１４は、図１３に示す方位における方位センサの上面図である。 図１５は、任意の向きの、図１の方位センサの上面図であり、方位センサの方位感知コンポーネントおよび横向きに寝ている患者の縦軸に関する。 図１６は、方位感知コンポーネントおよび図１５の縦軸に対する、ユーザ識別された向きと方位センサの上面図である。 図１７は、任意の向きの、図１６の方位センサの上面図であり、方位センサの方位感知コンポーネントおよび患者の棘突起の体の縦軸に関する。 図１８は、方位感知コンポーネントおよび体の縦軸に対する、ユーザ識別された向きと方位センサの上面図である。 図１９は、任意の向きの、図１の方位センサの上面図であり、方位センサの方位感知コンポーネントおよび患者の骨の体の縦軸に関する。 図２０は、方位感知コンポーネントおよび体の縦軸に関し、ユーザが識別した方位を伴う方位センサの上面図である。 図２１は、別の身体の縦軸を含む、図１９の患者の骨の上面図である。

この説明は、添付の特許請求の範囲の限定を意図しない実施例を提供する。図面は一般に実施例の特徴を示し、同様の参照番号が同様の構成要素を指すために使用されることが理解され、認識される。本明細書における「一実施形態（one embodiment）」または「一実施形態（an embodiment）」または「実施形態の一例（an example embodiment）」の言及は、記載される特定の特徴、構造、または特性が本明細書に記載される少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味し、その特徴、構造、または特性が本明細書に記載されるすべての実施形態に存在することを意味するものではない。

本方法およびシステムを開示および説明する前に、方法およびシステムが特定の方法、特定の構成要素、または特定の実装に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図したものではないことも理解されたい。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。本明細書では、範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現される場合、別の実施形態には、１つの特定の値からおよび／または他の特定の値までが含まれる。同様に、先行詞「約」を使用して値が近似値として表現される場合、特定の値が別の実施形態を形成することが理解されるであろう。さらに、各範囲の端点は、他の端点との関係においても、他の端点とは独立しても重要であることが理解されるであろう。

「任意の（optional）」または「任意に（optionally）」とは、その後に説明される事象または状況が発生する場合も発生しない場合もあり、その説明には、前記事象または状況が発生する場合と発生しない場合が含まれることを意味する。

本明細書の説明および特許請求の範囲全体を通じて、「含む（comprise）」の単語、および「含む（comprising）」および「含む（comprises）」などの単語の変形は、「含むがそれに限定されない」ことを意味し、例えば、他の構成要素、数、またはステップを排除することを意図するものではない。「例示的（exemplary）」は「一例（an example of）」を意味し、好ましいまたは理想的な実施形態の示唆を伝えることを意図していない。「等」は限定的な意味で使用されるのではなく、説明の目的で使用される。

開示された方法およびシステムの実行に使用され得る構成要素が開示される。これらおよび他の構成要素は、本明細書に開示され、これらの構成要素の組み合わせ、サブセット、相互作用、グループなどが開示される場合、これらのさまざまな個別および集合的な組み合わせおよび並べ替えのそれぞれの具体的な参照は明示的に開示されていない可能性があるが、すべての方法およびシステムについて、それぞれが具体的に企図され、本明細書に記載されることが理解される。これは、がこれに限定されないが、開示された方法のステップを含む、本出願のすべての実施形態に適用される。したがって、実行され得る様々な追加ステップがある場合、これらの追加ステップのそれぞれは、開示された方法の任意の特定の実施形態または実施形態の組み合わせによって実行できることが理解される。

本方法およびシステムは、以下の好ましい実施形態の詳細な説明およびその中に含まれる実施例、ならびに図面およびその前後の説明を参照することによって、より容易に理解され得る。

当業者には理解されるように、方法およびシステムは、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはソフトウェアとハードウェアの実施形態を組み合わせた実施形態の形態をとることができる。さらに、方法およびシステムは、記憶媒体に組み込まれたコンピュータ可読プログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有するコンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。より具体的には、本方法およびシステムは、ウェブで実装されたコンピュータソフトウェアの形態をとることができる。任意の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、光記憶装置、および／または磁気記憶装置）を含む、任意の適切なコンピュータ可読記憶媒体を利用することができる。

したがって、ブロック図およびフローチャート図のブロックは、指定された機能を実行する手段の組み合わせ、指定された機能を実行するステップの組み合わせ、および指定された機能を実行するプログラム命令手段をサポートする。ブロック図およびフローチャート図の各ブロック、およびブロック図およびフローチャート図におけるブロックの組み合わせは、指定された機能またはステップを実行する専用ハードウェアベースのコンピュータシステム、または専用ハードウェアとコンピュータ命令との組み合わせによって実装できることも理解されるであろう。

以下の説明では、１つ以上の実施形態の特定の特徴を説明するために特定の用語が使用される。本明細書の目的上、特に明記しない限り、「実質的に」という用語は、動作、特徴、特性、状態、構造、アイテム、または結果の完全またはほぼ完全な範囲または程度を示す。例えば、一実施形態では、ハウジング内に「実質的に」位置する物体は、その物体が完全にハウジング内にあるか、または、ほぼ完全にハウジング内にあることを意味する。絶対的な完全性からの逸脱の正確な許容範囲は、場合によっては特定の状況に左右されてもよい。しかしながら、一般的には、完成に近づくと、あたかも絶対的かつ完全な完成が得られたかのように、全体的な結果が同じになる。「実質的に」の使用は、動作、特徴、特性、状態、構造、アイテム、または結果が完全にまたはほぼ完全に欠如していることを指す否定的な意味合いで使用される場合にも同様に適用される。

本明細書で使用される場合、用語「およそ」および「約」は、一般に、示された数値または数値範囲の５％以内の逸脱を指す。一実施形態において、用語「およそ」および「約」は、示された数値または数値範囲からの０．００１～１０％の間の逸脱を指し得る。

次に、図面を参照してさまざまな実施形態を説明する。以下の説明では、説明の目的で、１つ以上の実施形態の完全な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載される。しかしながら、これらの特定の詳細がなくても、さまざまな実施形態を実施できることは明らかであろう。他の例では、これらの実施形態の説明を容易にするために、周知の構造およびデバイスがブロック図の形式で示される。

図１は、方位センサ３０のブロック図である。方位センサ３０（例えば、絶対方位センサ）は、方位感知コンポーネント３２（例えば、６軸慣性測定ユニット（ＩＭＵ）、または９軸ＩＭＵなどの絶対方位感知コンポーネント）、ユーザ入力デバイス３４、プロセッサ３６、および／またはディスプレイ３８を含みことができる。方位センサ３０は、メモリ５０、および／または電源５２を含むことができる。

ユーザ入力装置３４は、プロセッサ３６に動作可能に結合されることができる。例えば、ユーザ入力装置３４は、所定のユーザ入力および／または他のユーザ入力をプロセッサ３６および／またはメモリ５０に送信することができる。一実施形態では、ユーザ入力装置は、タッチスクリーンディスプレイ、生体認証インターフェース、および／またはモーションセンサを含む。例えば、ユーザ入力装置は、ユーザがプロセッサおよび／またはメモリを介して方位センサおよび／または外科用機器と対話し、情報および／またはコマンドを方位センサおよび／または外科用機器に入力できるようにする１つ以上の制御を含むことができる。

方位感知コンポーネント３２は、任意に決定された点または平面ではなく、地球自体を基準点または平面として使用することで、地球の磁場、ひいては地球の磁気コアを感知することによって、絶対的な方位を生成することができる。例えば、方位感知コンポーネント３２は、加速度計６０、ジャイロスコープ６２、および磁力計６４を含むことができる。例えば、最初にオンにされると、方位感知コンポーネント３２は、互いに垂直であり、地球の表面と同一平面である水平面に平行であるＸ軸およびＹ軸に基づいて、および、Ｘ軸およびＹ軸に垂直であるＺ軸（すなわち、垂直軸）に基づいて、絶対的な方位を生成することができる。一実施形態では、方位感知コンポーネントが起動される（例えば、電源がオンまたはリセットされる）とき、Ｘ軸またはＹ軸は、方位センサの所定の部分（例えば、方位センサの縦軸）と位置合わせ（aligned with）される。別の実施形態では、Ｘ軸またはＹ軸は北方位（例えば、磁北）と同一線上にある。

方位センサ３０が外科用機器（例えば、図９に例示されるインパクタ）１００に取り付けられているとき、方位センサ３０の方位を外挿して、外科用機器１００の方位（例えば、外科用機器１００の軸１０２の方位）を決定することができる。外科用機器１００の方位の少なくとも一部は、ユーザが方位の少なくとも一部を見ることができるように、ディスプレイ３８を用いて表示され得る。例えば、ディスプレイは、Ｚ軸（例えば、垂直傾斜角として）およびＸ軸（例えば、前傾角として）に対する方位センサ３０の傾斜角を表示することができる。一実施形態では、方位感知コンポーネントによって生成された方位情報および／または方位データは、外部電子デバイス（例えば、外科用機器の外部のディスプレイ）に送信される。

方位センサ３０は、外科用機器１００に取り付け可能である。一実施形態では、方位センサは、実質的に任意の外科用装置に取り付け可能である。

加速度計６０は、線形加速度を測定することができる。加速度計６０は、多軸加速度計であってもよい。加速度計６０が地球の表面に対して静止しているとき、加速度計６０は９．８１ｍ／ｓの正の加速度を測定することができ、加速度計６０が地球の中心に向かって自由落下しているとき、加速度計６０は０ｍ／ｓの加速度を測定することができる。

ジャイロスコープ６２は、回転軸がそれ自体で任意の方位を自由にとることができる回転ホイールまたはディスクを含むことができ、または微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を含むことができる。ジャイロスコープ６２は、方位を測定または維持し、および／または角加速度、速度、および／または位置に関する情報を提供することができる。

磁力計６４は、強磁性体のような磁性材料の磁化、または特定の位置における磁場の方位、強さ、または相対的な変化を含む磁気を測定することができる。例えば、磁力計６４は多軸地磁気センサであってもよい。

電源５２は、方位センサ３０、デバイスプロセッサ３６、および／またはディスプレイ３８に電力を供給することができる。電源５２は、方位センサの本体に対して機械的に固定されたバッテリであってもよい。一実施形態では、電源は、ツール用の電源など、他の任意の適切な構成要素である。

プロセッサ３６は、方位センサ３０およびディスプレイ３８に動作可能に結合され、これらを制御することができる。一実施形態では、方位センサは、プロセッサ３６に動作可能に結合された入力／出力デバイス（例えば、送信機／受信機）を含む。

プロセッサ３６は、任意の適切なマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラであってもよいし、それらを備えてもよい。プロセッサ３６は、バスまたは他の結合を使用して、外科用機器１００の補助装置またはモジュールに（例えば、通信可能に、動作可能に等）結合されてもよい。

方位感知コンポーネント３２は、位置、姿勢（position）（例えば、ピッチ、ロール、およびヨー）、角加速度、速度、線形加速度を含む、外科用機器１００の様々な方位変数をリアルタイムでキャプチャすることができる。方位感知コンポーネント３２は、磁場の強度、重力、および／または温度をリアルタイムでキャプチャすることもできる。例えば、外科用機器１００の位置は、ｘ、ｙ、およびｚ座標値、および三次元空間における位置および／または方位の他の指標を含み得る。

方位センサ３０は、使用されているツールに特有の方位情報を生成することができる。例えば、方位センサ３０が外科用機器１００に取り付けられている場合、方位センサ３０によって生成される方位情報は、外科用機器１００（例えば、錐のドリル部分、または別の装置もしくはツール）の先端、軸１０２、または能動部分の位置、ピッチ、ロール、および／またはヨーに関連する情報を含むことができる。

方位センサ３０は、方位センサ３０によって生成された方位情報が、方位センサ３０と外科用機器１００の先端またはアクティブ部分との方位の差を計算するプロセッサ３６によって、外科用機器１００の先端、軸１０２、またはアクティブ部分に基づくようにキャリブレーションされてもよい。例えば、以下でより詳細に説明されるように、測定された軸に関連付けられた方位情報は、方位センサ３０および／または外科用機器の向きの軸（例えば、縦軸）に関連付けられてもよい。一実施形態では、２つ以上の測定軸に関連付けられた方位情報は、方位センサおよび／または外科用機器のそれぞれの軸に関連付けられてもよい。

方位感知コンポーネント３２は、水平面および垂直軸、地球の磁場および／または地球の核を基準点または基準面として自己校正することができる。例えば、方位感知コンポーネント３２は、Ｘ軸およびＹ軸を水平面（例えば、地球の表面に接する平面に平行）に関連付け、Ｚ軸を垂直軸（例えば、地球の核を通って延びる軸に平行）に関連付けることができる。

方位感知コンポーネント３２は、四元数、オイラー角、回転ベクトル、線形加速度、重力、および／または方位を含む方位データを生成することができる。

方位センサ３０は、上述したように、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸に対する方位値を生成することができる絶対方位センサであってもよい。例えば、プロセッサ３６は、方位感知コンポーネント３２から方位データを受信し、ディスプレイによって表示される方位情報を出力することができる。方位情報は、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸に対する測定された傾きを表すデータを含むことができる。例えば、以下でより詳細に説明するように、方位情報は、ユーザに確認されたＸ軸、Ｘ軸に垂直なＹ軸、およびＸ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸に対する測定された傾きを表すデータを含むことができる。方位情報は、Ｙ軸に対する測定された回転（例えば、同期回転）、Ｚ軸に対する測定された回転（例えば、同期回転）、および／またはＸ軸に対する測定された回転（例えば、同期回転）を表すデータを含むことができる。

一実施形態では、方位情報は、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸に関する測定された方位データのすべてを示すデータを含む。他の実施形態では、方位情報は、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸に関する測定された方位データの任意の組み合わせを表すデータを含む。

外科用機器が動くと、ディスプレイに方位情報がリアルタイムで表示されることがある。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸の周りの回転は、特定のツールまたは処置の種類に応じて調整を行ってまたは行わずに、ディスプレイ３８によってリアルタイムで表示されることがある。以下でより詳細に説明するように、Ｙ軸を中心とした回転はツールの前傾角として表示され、Ｚ軸を中心とした回転はツールの傾斜角として表示されることができる。

ディスプレイは、使用中（例えば、手術中）に、ユーザ（例えば、外科医）によって視認されることができる。例えば、ディスプレイは、ツールの角度が外科医によって容易に認識されない場合に、外科医が見ることができるように方位データを表示することができる。ツールのかなりの部分が外科医に見えない場合でも、ツールが少なくとも部分的に患者の体内にある場合、このディスプレイは、外科医はツールの正確な向きを識別させることができる。

プロセッサ３６は、方位情報を含む信号をディスプレイ３８に送信することができる。ディスプレイ３８は、ユーザがディスプレイ３８上で方位値を読み取ることができるように、方位情報を表す方位値をデジタル表示することができる。一実施形態では、ディスプレイは、方位センサ３０の本体及びツールから離れた位置に方位値を表示することができる。例えば、入出力装置は、方位情報を外部ディスプレイ（例えば、手術室の壁に取り付けられたモニター）に送信することができる。

いくつかの実施形態では、ディスプレイまたは別のディスプレイは、ツールの所定の方位状態（例えば、軸のうちの１つの周りの所定の回転）が満たされたときに、所定の光信号を表示することができる。光信号の色または強度は、ツールが所定の方位状態の外側および／または内側にどれだけ離れているかに基づくことができる。

いくつかの実施形態では、ディスプレイに加えて、またはディスプレイの代わりに、オーディオデバイスは、ツールの所定の方位状態（例えば、軸のうちの１つの周りの所定の回転）が満たされたときに音声を生成することができる。音の種類または強度は、ツールが所定の方位状態の外側および／または内側にどれだけ離れているかに基づくことができる。

図２－４は、ツールの一部（例えば、図９に例示されるようなインパクタの軸１０２）を受け入れる方位センサ３０の一例を示す。方位センサは、センサ本体１２０を含むことができる。センサ本体１２０は、ハンドル１２２、ガイド１２４、および／またはディスプレイアーム１２６を定義することができる。

ディスプレイ３８は、ディスプレイアーム１２６に取り付けることができる。例えば、ディスプレイ３８は、センサ本体の縦軸Ｌに対して垂直なディスプレイ方位に面するように向けることができる。上述したように、ディスプレイ３８部分は、方位センサ３０の現在の向きを（例えば、リアルタイムで１００分の１秒以内に）表示することができる。

ハンドル１２２は、外科医の手で保持されることができる。例えば、ハンドル１２２は、センサ本体の縦軸Ｌに沿って細長くてもよい。一実施形態では、ハンドルは、方位センサの電子部品の少なくとも一部を含む。例えば、ハンドルは、プロセッサ、ユーザ入力装置、方位感知コンポーネント、および／または電源を含むことができる。

ディスプレイアーム１２６は、センサ本体の縦軸Ｌに沿って細長くてもよい。ディスプレイアーム１２６は、一実施形態では、ハンドル１２２および／またはガイド１２４の少なくとも一部に対して固定されることができる。いくつかの実施形態では、ディスプレイアームは、ハンドルに対して動くことができる。例えば、一実施形態では、２０１９年４月２６日に出願された米国特許出願第１６／３９５，９８６号に記載されているように、ディスプレイアームは、ハンドルに対して１つ以上の軸（例えば、センサ本体の縦軸を横切る横軸）を中心に回転可能である。

ディスプレイアーム１２６は、方位センサの電子部品の少なくとも一部を含むことができる。例えば、ディスプレイアーム１２６は、プロセッサ３６、ユーザ入力装置３４、方位感知コンポーネント３２、電源５２、および／またはディスプレイ３８を含むことができる（図１に示す）。一実施形態では、プロセッサ、ユーザ入力装置、方位感知コンポーネント、電源、および／またはディスプレイのいずれか、または任意の組み合わせが、方位センサの別のコンポーネントに取り付けられる。

ガイド１２４は、ハンドル１２２に対して固定することができる。ガイド１２４は、ツール１００（例えば、インパクターの軸１０２）に取り付けることができる。例えば、ガイド１２４は、軸１０２を受け入れる、および／またはツール１００に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、ガイドまたは方位センサの別の部分は、異なる手術用ツールに取り付けるために異なる形状である。

取り付けられると、ガイド１２４は、軸１０２の一部を実質的に取り囲むことができる。例えば、ガイド１２４は、横方向の開口部を含むことができる（例えば、ツール１００の軸１０２を横方向に受け入れるため）。一実施形態では、ガイドは、取り付けられたときに軸の一部を完全に取り囲む。

ガイド１２４の半径方向外側部分は、ガイド１２４の中心ガイド軸Ｃに沿って、それぞれの周方向に延びる溝１３０に接続する、１つ以上の縦方向に延びる切り込み１２８を含むことができる。周方向に延びる溝１３０は、周方向の一方の端部のみが開いていて、他方の周方向端部が壁によって形成されるようにすることができる。

図２－４に示されるように、ガイド１２４の内面１４０は、中心ガイド軸Ｃの周りで湾曲していてもよい。中心ガイド軸Ｃは、ガイド１２４がツール１００に取り付けられたとき、ツール１００の軸１０２と同一直線上または平行であってもよい。例えば、各内面１４０は、略円筒形状（例えば、インパクタの軸１０２）に適合することができる。

ツール１００がガイド１２４内の取り付け位置にあるとき、ガイド１２４および／またはセンサ本体１２０は、ツール１００の軸１０２の周りでのみ回転可能とすることができる。ユーザは、方位センサ３０のハンドル１２２とツール１００のハンドル１２２を共に保持することによって（例えば、片手で）保持することにより、ガイド１２４とツール１００の相対移動を手動で抑制することができる。一実施形態では、ガイドがインパクタに取り付けられるとき、ガイドはインパクタに対して完全に固定され、インパクタに対するガイドのあらゆる方向の動きが防止される。

絶対方位感知コンポーネント３２は、手で機器本体から取り外し可能とすることができる。例えば、方位センサ３０全体は、インパクタに対して取り付けられた位置から回転され、ガイド１２４の開口部を通して軸をスライドおよび／または横方向に動かすことによって、手で（すなわち、ツールを使用せず）インパクタ軸から取り外されてもよい。

一実施形態では、ガイドは、ツールの軸の周りをスライドおよび／または回転するベアリングを含む。例えば、ベアリングは、相対的に回転する内筒と、ボールベアリングによって内筒から分離された外筒とを含むことができる。いくつかの実施形態では、ガイドは、ｉ）ハンドルに対して固定された外側ガイド本体内に配置され、ｉｉ）ツールの軸の周りでスライドおよび／または回転する円筒形ブッシングを含む。

図９および１０は、ツール１００と組み合わせた方位センサ３０を示す。上述したように、ガイド１２４は、中心ガイド軸Ｃに対してインパクタの軸１０２を横方向に受け入れ、および／または軸１０２に沿って長手方向にスライドすることができる。一実施形態では、ツールは錐、タップ、またはスクリュードライバであり、ガイドは錐、タップ、および／またはスクリュードライバの軸を受け入れて対応する軸に沿って縦方向に長くスライドすることができる（例えば、錐のハンドルが方位センサに当接するまで）。いくつかの実施形態では、同じ方位センサを、インパクタ、錐、タップ、および／またはスクリュードライバの軸に取り付けることができる。

ユーザ入力装置３４は、一方の手のひらでハンドル１２２を握っているユーザが、ハンドル１２２を握っている手の親指でユーザ入力装置３４に触れることができるように、ディスプレイアーム１２６上に配置されることができる。例えば、ユーザ入力装置３４は、ガイド１２４に隣接するディスプレイアーム１２６の端部でディスプレイアーム１２６の側面に配置されることができる。

図９および１０を参照すると、ツール１００は、ハンドル１２２および軸１０２を備えることができる。ハンドル１２２の反対側の軸１０２の端部は、寛骨臼カップ１５０を保持することができる。例えば、軸１０２の端部は、寛骨臼カップ１５０を保持するために拡張することができ、寛骨臼カップ１５０を解放するために収縮することができる。

一実施形態では、方位センサは、外科用／医療用デバイス／機器等のツールまたは別のデバイスに取り付け／取り外し可能であるか、または永久的に組み込まれる。

図５－８を参照すると、方位センサの方位に基づいて向きを設定する例が示される。プロセッサ３６は、ユーザ入力装置３４が所定のユーザ入力の受信に応じて、所定のユーザ入力がユーザ入力装置３４によって受信されたときの方位センサ３０の方位に基づいて向きを設定することができる。

プロセッサ３６は、ユーザがボタンを押したときに、向きを方位センサに対する所定の軸に関連付けることができる。例えば、図５および６に示すように、向きが最初に望ましくない任意のＸ軸に設定されている、すなわち、Ｘ軸が所望の軸（例えば、患者の体の縦軸Ｐ）と平行でない（not aligned with）場合、図７および８に示すように、向きは、患者の体の縦軸Ｐと平行であるか、または関連付けられるように再設定されてもよい。（例えば、地球に対する）Ｘ軸の向きは、方位センサ３０の方位の変化のみに基づいて変化することはできない。むしろ、所定のユーザ入力（例えば、ボタンを押下）により、座標系の向きが再変更されることができる（例えば、Ｘ軸を新しい方位に関連付ける）。

プロセッサ３６は、Ｘ軸が、Ｚ軸と方位センサ３０のセンサ本体の縦軸Ｌとによって定義される平面に位置合わせされるまで、Ｚ軸（例えば、ヨー軸）の周りでＸ軸及びＹ軸を回転させることによって、新しい向きの設定を関連付けることができる（例えば、プロセッサは、ヨー軸の周りの回転がゼロになるようにすることができる）。例えば、図７および８に示すように、方位センサ３０のセンサ本体の縦軸Ｌは、患者（例えば、患者の骨盤）の体の縦軸Ｐと位置合わせすることができ、位置合わせ中にボタン３４を押すと、プロセッサ３６がＸ軸を方位センサ３０のセンサ本体の縦軸Ｌと位置合わせすることによって新しい向きを設定し、それによってＸ軸を体の縦軸と位置合わせすることができる。プロセッサ３６は、Ｘ軸がセンサ本体の縦軸Ｌと平行になるまで、Ｘ軸およびＹ軸をＺ軸の周りに回転させて、方向を設定することができる。方向が設定されると、方向は、方位センサ３０がリセット（例えば、追加のユーザ入力を受信することにより、または方位センサ３０を非アクティブ化および再アクティブ化することにより）されるまで変更されない可能性がある。

縦軸がＸ－Ｙ平面に対して傾斜している（例えば、ピッチ軸の周りに回転している）場合、縦軸がＸ－Ｙ平面に対して傾斜を維持し、かつＸ－Ｚ平面内にあるように、Ｘ軸をセンサ本体の縦軸Ｌと位置合わせすることができる。したがって、向きが設定される前にＸ－Ｙ平面が地球に対して水平面を表していた場合、向きがセンサ本体の縦軸Ｌに関連付けられた後は、たとえ縦軸が水平面に対して傾いていても、Ｘ－Ｙ平面は続いて水平面を表す。

方位センサ３０が起動されると、ディスプレイ３８は、向きまたは軸をユーザが選択する必要があることを示すことができる。プロセッサ３６は、表示があるとき、所定のユーザ入力を受信することができる。例えば、ディスプレイ３８は「軸を選択」というプロンプトを表示し、プロセッサ３６は、プロンプトが表示されたときにボタン３４を押すユーザから所定のユーザ入力を受け取ることができる。一実施形態では、所定のユーザ入力が受信されるたびに向きを設定することができる。

プロセッサ３６は、所定のユーザ入力の受信に応じて、メモリ５０に向きを記憶することができる。プロセッサ３６は、メモリ５０に記憶されている向きおよび方位センサの現在の方位に基づいて方位情報を生成することができる。図１１－１４に示す方位に関して後述するように、方位センサ３０は、図８に示される、平らな方位に保持される必要はなく、中心ガイド軸ＣがＺ軸と平行になるように、向きを身体の縦軸Ｐと位置合わせする。

方位センサ３０が向きに対して所定の基準方位に保持されるとき、プロセッサ３６が所定の方位情報を生成し、ディスプレイ３８が所定の方位値を表示するように、方位データに向きを関連付けることができる。例えば、中心ガイド軸Ｃが完全に垂直である（例えば、Ｚ軸と同一線上または平行）場合、プロセッサは、ディスプレイ３８が１つ以上の所定の角度値（例えば、図８に示すように垂直傾斜角９０度および前傾角０度、または図１５に示すように前後傾斜角９０度および内外傾斜角（medial-lateral inclination angle）０度）を表示できるように、所定の方位情報を生成することができる。方位センサが、Ｙ軸（例えば、ピッチ軸）を中心として所定の基準方位から４５度回転すると、ディスプレイは、垂直傾斜角４５度（または前後傾斜角４５度）を表示することができる。方位センサ３０がＺ軸（例えば、ヨー軸）の周りでさらに１５度回転（例えば、中心ガイド軸ＣがＸ－Ｚ平面から１５度傾斜するように）される場合、ディスプレイは、１５度の前傾角（または１５度の内外傾斜角）を表示することができる。したがって、方位センサの向きを変更すると、ディスプレイ３８によって表示される方位値のうちの１つまたは複数が変化することがある。表示される値は、方位センサ３０が所定の位置から中心ガイド軸Ｃの周りを回転するかどうかに関係なく、同じままであることができる。

図９および１０に移り、方位センサ３０は、方位センサが少なくとも部分的に軸１０２に固定されるように、ツール１００の軸１０２（機器本体の一例、または機器本体の一部）に取り付けられることができる。ツール１００が骨盤の所望の位置に寛骨臼カップ１５０を保持し、向きが患者の体の縦軸Ｐに設定され、患者が横向きに寝ているとき、ディスプレイ３８は、ツールの方位に基づいて、垂直傾斜角および前傾角を表示することができる。たとえば、図９に示すように、ツール１００がＹ軸を中心に回転すると、ディスプレイ３８は、垂直傾斜角（または前後傾斜角）をリアルタイムで表示することができる（例えば、図９に示す向きでは４０度）。ツール１００がＸ－Ｚ平面から傾斜するか、またはＺ軸に対して回転すると、ディスプレイ３８は、前傾角（または内外傾斜角）をリアルタイムで表示することができる（例えば、図１０に示す方向では１５度）。後述するように、向きは体の縦軸Ｐ以外の軸に設定されることができる。

図１１－１４に移り、方位センサ３０が、ユーザによってボタンが押下されたとき（ユーザ入力の一例）、上述したように同じ方向をもたらす可能性がある２つの異なる位置で示される。例えば、上記の図４に示すように、センサ本体の縦軸Ｌおよびディスプレイ３８は、ディスプレイ３８がＺ軸に沿った方向を向くように水平面と同一平面上にある。この方位では、ユーザ入力装置３４を押下して、プロセッサ３６がX軸をセンサの縦軸Ｌの水平成分に位置合わせすることにより、向きを設定することができる。Ｘ軸およびＹ軸は、Ｘ軸がセンサ本体の縦軸Ｌの水平成分と一致するまで、Ｚ軸を中心に回転することができる（例えば、向き（例えば、少なくともＺ軸を中心とする回転）をメモリ５０に保存することにより）。

一方、１１および１２では、センサ本体の縦軸Ｌは、Ｘ軸に対して回転され、Ｘ軸およびＺ軸に対して傾斜し、図４に示すように、完全にＸ－Ｚ平面内に広がる。図１３および１４では、体の縦軸Ｌは、ディスプレイがＹ軸に沿った方向を向き、Ｘ軸に対して傾斜せず、完全にＸ－Ｚ平面内に延びるように、Ｘ軸を中心に回転される。図４に示される方位と同様に、図１１－１４に示されるように、ユーザ入力装置３４を押下して、プロセッサ３６がＸ軸をセンサ本体の縦軸Ｌの水平成分と一致させることによって向きを設定することができる。Ｘ軸およびＹ軸は、Ｘ軸がセンサ本体の縦軸Ｌの水平成分と一致するまで、Ｚ軸を中心に回転することができる（例えば、向き（例えば、少なくともＺ軸を中心とした回転またはＺ軸を中心とした回転のみ）をメモリ５０に保存することにより）。

したがって、患者（例えば、図１５に示される位置に横たわっている）に関して、方位センサ３０は、センサ本体の縦軸Ｌが、患者の所望の軸（例えば、体の縦軸Ｐ）と垂直軸（例えば、Ｚ軸）によって規定される平面内に完全に延びるように、図４または１１－１４に示される位置のいずれかに保持されることができる。（例えば、図４または図１１－１４に示される位置のいずれかにおいて）センサ本体の縦軸Ｌが所望の軸と垂直軸によって規定される平面内に完全に延びるとき、ユーザ入力装置３４を押下すると、プロセッサ３６がＸ軸をそのような平面と位置合わせすることができる。例えば、向きが既に図１１－１４に示す方位に設定されている場合、Ｘ軸を、図１１－１４に示す現在の配置に維持する。代わりに、向きが、図１１－１４に示される方向と異なる設定が予めされていた場合（例えば、Ｘ軸が方位センサ３０に対して異なる方位に位置合わせされている場合）、方位センサが図１１－１４のいずれかに示される方位であるとき、ユーザ入力装置３４の押下は、プロセッサ３６に、Ｘ軸が所望の軸および垂直軸によって規定される平面と整列するまで、Ｚ軸を中心としてＸ軸およびＹ軸を回転させことができる（例えば、向き（例えば、少なくともＺ軸を中心とした回転またはＺ軸を中心とした回転のみ）をメモリ５０に保存することにより）。

図１５－２１は、方位センサ３０のＩＭＵ３２の向きに関連して、方位センサが設定されることができる向きの他の代表的な例を提供する。方位センサ３０の方位に関連するＩＭＵ３２の方位は、図１５－２１に例示される（上述したように、ＩＭＵ３２は、図１５－２１に破線で示すように、方位センサ３０の本体内に配置することができる）。図１５および１６は、体の縦軸Ｐが肩から腰まで延びる状態で横向きに寝ている患者を示す。上述したように、方位センサは、図１５のＩＭＵに沿った矢印で例示されるように、体の縦軸Ｐと望ましくない方位にずれた方位に設定された向きを有することがある。図１６に示すように、方位センサ３０のセンサ本体の縦軸Ｌを体の縦軸に合わせることで、方位センサの向きを体の縦軸に設定することができ、所定のユーザ入力をユーザ入力装置３４に提供する。

図１７および１８は、患者の複数の椎骨１５２を示す。所望の体の縦軸は、椎骨の棘突起の１つまたは複数に沿って延びることができる。上記と同様に、方位センサは、図１７のＩＭＵに沿った矢印で例示されるように、体の縦軸Ｐと望ましくない方位にずれた方位に設定された向きを有することがある。図１８に示すように、方位センサ３０のセンサ本体の縦軸Ｌを体の縦軸に合わせることで、方位センサの向きを体の縦軸に設定することができ、所定のユーザ入力をユーザ入力装置３４に提供する。一実施形態では、体の縦軸は、患者の椎体の中心に沿って延びる。

図１９－２１は、患者の骨１６０を示す。所望の体の縦軸は、図１９および２０に示すように、骨１６０の解剖軸に沿って延びることができ、または、図２１に示すように、骨１６０の機能軸に沿って延びることができる。上記と同様に、方位センサ３０は、図１９のＩＭＵに沿った矢印で例示されるように、体の縦軸Ｐと望ましくない方位にずれた方位に設定された向きを有することがある。図２０に示すように、方位センサ３０のセンサ本体の縦軸Ｌを所望の縦軸Ｐに合わせることで、方位センサの向きを体の縦軸に設定することができ、または図２１に示すように、体の縦軸についても同様の方法であり、所定のユーザ入力をユーザ入力装置３４に提供する。

プロセッサ３６は、方位センサの方位が所定の位置合わせ方位の所定の閾値内にあるか否か判定することができる。例えば、所定の位置合わせの方位は、Ｘ－Ｙ平面に対して４０度の垂直傾斜を含み、Ｘ－Ｚ平面に対して１５度の前傾角を含むことができる。各値のしきい値は＋／－１０度であってもよい。したがって、方位センサ３０の垂直傾斜が３０度から５０度の範囲のいずれかである場合、および／または方位センサ３０の前傾角が５度から２５度の範囲のいずれかである場合、プロセッサ３６は、方位が所定の位置合わせ方位の所定の閾値内にあると判定することができる。

一実施形態では、ツールの方位が所定の位置合わせ方位の所定の閾値内にあるか否かに基づいて、光源の１つ以上の光がオン／オフまたはパルスを発する（pulse）。例えば、ツールのハンドルが低すぎる場合、下部のライトを消すことができ、これにより、所定の位置合わせ方位に到達するためにハンドルを上げる必要があることをユーザに知らせることができる。

一実施形態では、ツールの方位が所定の位置合わせ方位の所定の閾値内にあるか否かに基づいて、光源の１つ以上の光の色が変化する。赤、黄、または緑の色は、ツールが所定の位置から外れていること、所定の位置に近いこと、または（例えば、ユーザによって）指定された位置内（またはその位置の所定の閾値内）にあることを示すことができる。例えば、方位が所定の閾値内にある場合には緑色の光が生成され、方位が所定の閾値の外にある場合には赤色の光が生成されてもよい。ツールのハンドルが低すぎて、所定の位置合わせ方位とより良く一致させるためにツールの方位がどのようにすべきかに関するフィードバックをユーザに提供できない場合、赤色光は下方に向けられ、および／または緑色光は上方に向けられてもよい。

いくつかの実施形態では、光源は、所定の固定の角度または位置の値に基づいて調整することができる。例えば、光源の１つ以上の光が、所定の方位、順序、および／またはパターンで点灯して、ツールが所定の位置合わせ方位または指定された方位に関する所定の方位で使用されていることを示すことができる。

例えば、プロセッサは、ｘ、ｙ、ｚ平面における所望の方位のユーザ入力を受信することができ、機器照明は、現在の方位に基づいて断続的にオン／オフし、色を変更して、方位についてユーザにフィードバックを提供することができる。所定の方位からのずれの度合いを示す各面の独立した差分フィードバックにより、所定の方位に到達するように機器を調整する方法をユーザに示すことができる。

いくつかの実施形態では、方位センサおよび／または外科用錐は、ツールの方位が所定の位置合わせ方位の所定の閾値内にあるか否かに基づいて、音声および／または触覚フィードバックをユーザに提供することができる。

上述したように、上記の態様のいずれかの特徴は、互いに組み合わせることができる。例えば、ツールは、機器本体に対して部分的に固定可能な取り外し可能な方位センサを含むことができ、またはツールは、一体化された方位センサを含むことができる。ツールは、方位センサによって感知された方位およびユーザによって設定された方向に基づいてフィードバック（例えば、デジタル読み出しおよび／または光フィードバック）を提供することができる。

本発明を特定の実施形態に関して図示し説明してきたが、当業者であれば、本明細書および添付図面を読んで理解すれば、同等の変更および修正が思いつくであろうことは明らかである。特に、上記の要素（コンポーネント、アセンブリ、装置、組成物など）によって実行される様々な機能に関して、そのような要素を説明するために使用される用語（「手段」の言及を含む）は、特に示されない限り、本明細書に示される本発明の例示的な実施形態または複数の実施形態において機能を実行する開示された構造と構造的に等価ではないとしても、説明される要素の特定の機能を実行する任意の要素（すなわち、機能的に等価）に対応することを意図している。さらに、本発明の特定の特徴は、いくつかの図示された実施形態のうちの１つ以上のみに関して上で説明されているかもしれないが、そのような特徴は、任意の所与のまたは特定の用途にとって望ましく有利である可能性があるように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。

Claims (64)

1. プロセッサと、
   前記プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、
   前記プロセッサに動作可能に結合されたディスプレイと、
   前記プロセッサに動作可能に結合されたユーザ入力装置と、
   を備える方位センサであって、
   前記方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知し、
   前記方位センサは、前記方位センサが機器本体に取り付けられたときに、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における前記機器本体の方位の変化が前記方位感知コンポーネントによって検知されるように、前記機器本体に取り付けられ、
   前記ディスプレイは、複数の方位データに関連付けられた少なくとも１つの方位値をリアルタイムで表示し、
   前記プロセッサは、前記ユーザ入力装置が所定のユーザ入力を受信することに応じて、前記所定のユーザ入力が前記ユーザ入力装置によって受信されたときに、前記方位センサの方位に基づいて向きを設定し、
   前記向きは、方位データと関連付けられ、
   前記方位センサが前記向きに対して所定の基準方位に保持されると、前記ディスプレイは所定の方位値を表示し、
   所定の基準方位からの少なくとも１つの方位における前記方位感知コンポーネントの動きが、前記所定の方位値とは異なる少なくとも１つの方位値としてディスプレイ上に示される、
   方位センサ。
2. 前記方位データは、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に関連する回転データを含み、前記Ｙ軸は、前記Ｘ軸に垂直であり、前記Ｚ軸は、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸に垂直であり、前記方位は、前記Ｘ軸に関連付けられる、
   請求項１に記載の方位センサ。
3. 前記Ｘ軸および前記Ｙ軸は、地球に対して水平面に定められ、前記Ｚ軸は、地球に対して垂直である、
   請求項２に記載の方位センサ。
4. 前記方位データは、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を中心とする方位センサの回転を示す回転データを含む、
   請求項３に記載の方位センサ。
5. 前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記方位を、地球に対して水平であり、ｉ）前記Ｘ軸、および、ｉｉ）前記方位センサの縦軸および前記Ｚ軸に平行な平面に、完全に収めて設定する、
   請求項２から４のいずれか１に記載の方位センサ。
6. 前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記Ｚ軸の回転をゼロ化（zeroing）するのみで前記方位を設定する、
   請求項２から５のいずれか１に記載の方位センサ。
7. 前記プロセッサは、Ｘ－Ｚ平面に対する、および／またはＸ－Ｙ平面に対する傾斜角を含む方位情報を前記ディスプレイに出力し、前記少なくとも１つの方位値は、前記Ｘ－Ｚ平面に対する、および／または前記Ｘ－Ｙ平面に対する傾斜角を含む、
   請求項２から６のいずれか１に記載の方位センサ。
8. 前記機器本体の軸に取り付けられるガイドを含み、
   前記ガイドはガイド軸を定め、
   前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記方位を、地球に対して水平であり、ｉ）前記Ｘ軸、および、ｉｉ）前記方位センサの縦軸および前記Ｚ軸に平行な平面に、完全に収め、
   前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記Ｚ軸の回転をゼロ化するのみで前記方位を設定し、
   前記プロセッサは、Ｘ－Ｚ平面に対する、および／または前記方位に基づくＸ－Ｙ平面に対するガイド軸の傾斜角を含む方位情報を前記ディスプレイに出力し、前記少なくとも１つの方位値は、Ｘ－Ｚ平面に対する、および／または前記方位に基づくＸ－Ｙ平面に対するガイド軸の傾斜角を含む、
   請求項２に記載の方位センサ。
9. 前記方位感知コンポーネントは、絶対方位感知コンポーネントである、
   請求項１から８のいずれか１に記載の方位センサ。
10. 前記絶対方位感知コンポーネントは、加速度計、ジャイロスコープ、および磁力計を備え、前記絶対方位感知コンポーネントは、前記複数の方位データに基づいて複数の方位状態データを生成するように動作可能である、
    請求項９に記載の方位センサ。
11. 前記ディスプレイは、前記方位データの少なくとも一部に基づく方位情報を、前記方位に基づく１つ以上の角度値として表示する、
    請求項１０に記載の方位センサ。
12. 前記複数の方位データは、ピッチデータ、ロールデータ、およびヨーデータを含む、
    請求項１から１１のいずれか１に記載の方位センサ。
13. 前記方位センサが前記方位に対して所定の基準方位にあるとき、前記方位情報はゼロ化されたヨー方位を表す、
    請求項１２に記載の方位センサ。
14. 前記ユーザ入力装置は、タッチ入力装置である、
    請求項１から１３のいずれか１に記載の方位センサ。
15. 前記タッチ入力装置は、ボタンである
    請求項１４に記載の方位センサ。
16. 前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力の受信時に前記方位を設定する、
    請求項１から１５のいずれか１に記載の方位センサ。
17. 機器本体と、
    請求項１から１６のいずれか１に記載の方位センサと、
    を含む外科用機器であって、
    前記方位センサは、前記機器本体に取り付けられ、前記方位感知コンポーネントは、手で前記機器本体から取り外し可能である、
    外科用機器。
18. 前記方位情報は、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を中心とする前記方位センサの回転を表す回転データを含み、前記ディスプレイは、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を中心とする前記回転の表現を表示する
    請求項１７に記載の外科用機器。
19. 前記プロセッサは、前記方位センサが前記機器本体に取り付けられるときに、前記機器本体の軸を中心とした前記方位センサ全体の回転によって、前記ディスプレイ上に表示される前記方位情報の表現を変化しない、
    請求項１７または１８に記載の外科用機器。
20. 前記方位センサは、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体から取り外し可能であるように、前記機器本体に対してスライドし、外すことができる、
    請求項１７から１９のいずれか１に記載の外科用機器。
21. 前記方位センサは、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体から取り外し可能であるように、前記機器本体の軸に取り付けられるガイドを含む、
    請求項２０に記載の外科用機器。
22. 請求項１７から２０のいずれか１に記載の前記機器を位置合わせする方法であって、
    前記方位センサの軸が前記患者の軸と位置合わせされている間に、前記所定のユーザ入力を前記ユーザ入力装置に入力する
    方法。
23. 前記患者の軸が、前記患者の骨の体の縦軸である、
    請求項２２に記載の方法。
24. 前記外科用機器を、前記患者の体内の所定の位置に移動させ、
    前記方位センサを、前記所定の位置合わせ方位に向ける、
    請求項２２または２３のいずれか１に記載の方法。
25. プロセッサと、
    前記プロセッサに動作可能に結合されたメモリと、
    前記プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、
    前記プロセッサに動作可能に結合されたユーザ入力装置と、
    を備える方位センサであって、
    前記方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知し、
    前記方位センサは、前記方位センサが機器本体に取り付けられたときに、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方位における前記機器本体の向きの変化が前記方位感知コンポーネントによって検知されるように、前記機器本体に取り付けられ、
    前記プロセッサは、前記ユーザ入力装置が所定のユーザ入力を受信することに応じて、前記所定のユーザ入力が前記ユーザ入力装置によって受信されたときの前記方位センサの方位に基づく向きを前記メモリに記憶させ、
    前記プロセッサは、前記メモリに記憶されている向きと前記方位センサの現在の方位に基づいて方位情報を生成し、
    前記向きは、前記方位データと関連付けられ、
    方位センサが方位に対して所定の基準方位に保持されるとき、プロセッサが所定の方位情報を生成し、
    前記所定の方位情報とは異なる第１の方位情報を生成するプロセッサによって、前記所定の基準方位からの少なくとも１つの方位における前記方位感知コンポーネントの動きが示される、
    方位センサ。
26. 前記方位感知コンポーネントは、絶対方位感知コンポーネントである、
    請求項２５に記載の方位センサ。
27. 前記絶対方位感知コンポーネントは、加速度計、ジャイロスコープ、および磁力計を備え、前記絶対方位感知コンポーネントは、前記複数の方位データに基づいて複数の方位状態データを生成するように動作可能である、
    請求項２６に記載の方位センサ。
28. 前記方位情報は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に関連する回転データを含み、前記Ｙ軸は、前記Ｘ軸に垂直であり、前記Ｚ軸は、前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に垂直であり、前記方位は、前記Ｘ軸に関連付けられる、
    請求項２５から２７のいずれか１に記載の方位センサ。
29. 前記プロセッサは、前記方位が設定されたとき、前記Ｘ軸のみを設定し、これにより、Ｙ軸をＸ軸に対して垂直に保ち、Ｚ軸を変化させずにＸ軸およびＹ軸に垂直に保つ、
    請求項２８に記載の方位センサ。
30. 前記Ｘ軸および前記Ｙ軸は、地球に対して水平面に定められ、前記Ｚ軸は、地球に対して垂直である、
    請求項２８または２９に記載の方位センサ。
31. 前記方位情報は、Ｙ軸、Ｘ軸、および／またはＺ軸の回転を含む、
    請求項２８から３０のいずれか１に記載の方位センサ。
32. 前記方位情報は、Ｙ軸およびＺ軸を中心とする前記方位センサの回転を示す回転データを含む、
    請求項３１に記載の方位センサ。
33. 前記プロセッサは、Ｙ軸、Ｘ軸、および／またはＺ軸を中心とする回転の各角度値として前記方位情報を、生成する、
    請求項３１または３２に記載の方位センサ。
34. 前記方位センサは、前記機器本体の軸に取り付けられるガイドを含み、前記ガイドはガイド軸を定め、
    前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記方位を、地球に対して水平であり、ｉ）前記Ｘ軸、および、ｉｉ）前記方位センサの縦軸および前記Ｚ軸に平行な平面に、完全に収めて設定し、
    前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記Ｚ軸の回転をゼロ化するのみで前記方位を設定し、
    前記プロセッサは、前記向きに基づいて、Ｘ－Ｚ平面に対する、および／またはＸ－Ｙ平面に対する、前記ガイドの傾斜角を含む方位情報を出力する、
    請求項２８から３３のいずれか１に記載の方位センサ。
35. 前記プロセッサは、前記方位に基づいて、１つ以上の角度値として、方位情報を生成する
    請求項２５から３４のいずれか１に記載の方位センサ。
36. 前記プロセッサに動作可能に結合され、前記方位に基づく前記１つ以上の角度値を表示するディスプレイを更に備える、
    請求項３５に記載の方位センサ。
37. 前記複数の方位データは、ピッチデータ、ロールデータ、およびヨーデータを含む、
    請求項２５から３６のいずれか１に記載の方位センサ。
38. 前記方位センサが前記方位に対して前記所定の基準方位にあるとき、前記方位情報は、ゼロ化されたヨー方位を含む、
    請求項３７に記載の方位センサ。
39. 前記プロセッサは、前記方位センサの方位が所定の位置合わせ方位の所定の閾値内であるかを判定し、前記プロセッサは、前記方位センサの前記方位が前記閾値内である前記判定に応じて、音声、触覚および／または視覚フィードバックを提供する、
    請求項２５から３８のいずれか１に記載の方位センサ。
40. 前記ユーザ入力装置は、タッチ入力装置である、
    請求項２５から３９のいずれか１に記載の方位センサ。
41. 前記タッチ入力装置は、ボタンである、
    請求項４０に記載の方位センサ。
42. 前記プロセッサは、前記所定のユーザ入力の受信時に前記方位を設定する、
    請求項２５から４１のいずれか１に記載の方位センサ。
43. 機器本体と、
    請求項２５から４２のいずれか１に記載の方位センサと、
    を含む外科用機器であって、
    前記方位センサは、前記機器本体に取り付けられ、前記方位感知コンポーネントは、前記機器本体から手で取り外し可能である、
    外科用機器。
44. 前記方位情報は、前記Ｙ軸および前記Ｚ軸を中心とした前記方位センサの回転を示す回転データを含む、
    請求項４３に記載の外科用機器。
45. 前記プロセッサは、前記方位センサが前記機器本体に取り付けられるときに、前記機器本体の軸を中心とした前記方位センサ全体の回転によって、前記方位情報が変化しないようにする
    請求項４３または４４に記載の外科用機器。
46. 前記方位センサは、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体から取り外し可能であるように、前記機器本体に対してスライドし、外すことができる、
    請求項４３から４５のいずれか１に記載の外科用機器。
47. 前記方位センサは、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体から取り外し可能であるように、前記機器本体の軸に取り付けられるガイドを含む、
    請求項４６に記載の外科用機器。
48. 前記デバイスプロセッサに動作可能に結合され、少なくとも前記方位データの一部を表示するように動作可能なディスプレイを更に備える、
    請求項４３から４７のいずれか１に記載の外科用機器。
49. 請求項４３から４８のいずれか１に記載の外科用機器を位置合わせする方法であって、
    前記センサの軸が前記患者の軸と位置合わせされている間に、前記所定のユーザ入力を前記ユーザ装置に入力する
    方法。
50. 前記患者の軸が、前記患者の骨の体の縦軸である、
    請求項４９に記載の方法。
51. 前記外科用機器を、前記患者の体内の所定位置に移動させ、
    前記方位センサを、前記所定の位置合わせ方位に向ける、
    請求項４９または５０に記載の方法。
52. プロセッサと、
    前記プロセッサに動作可能に結合された方位感知コンポーネントと、
    ガイドと、
    を備える方位センサであって、
    前記方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知し、
    前記方位センサは、前記方位データが機器本体に取り付けられたときに、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における前記機器本体の向きが前記方位感知コンポーネントに検知されるように、前記機器本体に取り付けられ、
    前記ガイドは、ｉ）ツールの本体を受け入れる側面の開口、および／またはｉｉ）縦方向に延びる切り込みと接続され、周方向に延びる溝を含む、
    方位センサ。
53. 前記ガイドは、ｉ）ツールの本体を受け入れる前記側面の開口、および、ｉｉ）前記縦方向に延びる切り込みと接続され、前記周方向に延びる溝を含む、
    請求項５２に記載の方位センサ。
54. 前記ガイドは、ｉ）ツールの本体を受け入れる前記側面の開口を含む、
    請求項５２に記載の方位センサ。
55. 前記ガイドは、ｉｉ）前記縦方向に延びる切り込みと接続され、前記周に延びる溝を含む、
    請求項５２に記載の方位センサ。
56. 前記プロセッサと動作可能に接続されるディスプレイと、
    前記プロセッサと動作可能に接続されるユーザ入力装置と、をさらに備え、
    前記ディスプレイは、リアルタイムで、前記複数の方位データと関連付けられる、少なくとも１つの方位値を表示し、
    前記プロセッサは、所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記ユーザ入力装置により、前記所定のユーザ入力が受信されると前記方位センサの方位に基づいて、方位を設定する
    請求項５２から５５のいずれか１に記載の方位センサ。
57. 方位感知コンポーネントと、
    ディスプレイと、
    ユーザ入力装置と、
    を備える方位センサであって、
    前記方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知し、
    前記方位センサは、前記方位センサが機器本体に取り付けられたとき、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体に少なくとも部分的に固定され、少なくとも１の方向における前記機器本体の向きの変化が前記方位感知コンポーネントによって検知されるように、前記機器本体に取り付けられ、
    前記ディスプレイは、リアルタイムで、前記複数の方位データと関連付けられる、少なくとも１つの方位値を表示し、
    前記ユーザ入力装置は、所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記所定のユーザ入力が前記ユーザ入力装置に受信されたときの前記方位センサの前記方位に基づいて向きを設定し、
    前記少なくとも１つの方位値は、前記ユーザ入力装置によって設定された前記向きに基づく、
    方位センサ。
58. 前記方位は、水平面と同一平面上の、ユーザに決定された方位である、
    請求項５７に記載の方位センサ。
59. 前記方位は、前記方位センサが、前記方位と関連する所定の基準方位に保たれるように、前記方位データと関連付けられ、
    前記ディスプレイは、所定の方位値を表示し、
    前記所定の基準方位からの少なくとも１つの方位の前記方位感知コンポーネントの動きが前記所定の方位値と異なる少なくとも１つの方位値として、ディスプレイに示される、
    請求項５７または５８に記載の方位センサ。
60. 前記ディスプレイは、前記方位感知コンポーネントと動作可能に結合され、
    前記ユーザ入力装置は、前記ディスプレイと動作可能に結合される、
    請求項５７から５９のいずれか１に記載の方位センサ。
61. メモリと、
    プロセッサと動作可能に結合される方位感知コンポーネントと、
    ユーザ入力装置と、
    を備える方位センサであって、
    前記方位感知コンポーネントは、複数の方位データを検知し、
    前記方位センサは、前記方位センサが機器本体に取り付けられたときに、前記方位感知コンポーネントが前記機器本体に対して少なくとも部分的に固定され、少なくとも一方位における前記機器本体の向きの変化が前記方位感知コンポーネントによって検知されるように取り付けられ、
    前記ユーザ入力装置は、所定のユーザ入力を受信する前記ユーザ入力装置に応じて、前記所定のユーザ入力が前記ユーザ入力装置によって受信されたことに基づき、前記メモリに向きを記憶させ、
    前記少なくとも１つの方位値は、前記所定のユーザ入力を受信した前記ユーザ入力装置に基づいて前記メモリに記憶される前記向きである
    方位センサ。
62. 前記向きは、水平面と同一平面上の、ユーザに決定された方位である、
    請求項６１に記載の方位センサ。
63. 前記メモリ、前記方位感知コンポーネントおよび前記ユーザ入力装置と動作可能に結合されるプロセッサをさらに備え、
    前記プロセッサは、前記メモリに記憶される前記向き、および前記方位センサの前記現在の方位に基づいて、方位情報を生成する、
    請求項６１または６２に記載の方位センサ。
64. 前記方位は、前記方位センサが、前記方位と関連する所定の基準方位に保たれるとき、プロセッサが所定の方位情報を生成し、
    前記所定の基準方位からの少なくとも１つの方位の前記方位感知コンポーネントの動きが、所定の方位情報と異なる第１の方位情報を生成するプロセッサによって示されるように方位データと関連づけられる、
    請求項６１から６３のいずれか１に記載の方位センサ。

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