JP6576359B2 - 医療用参照装置、医療用ナビゲーションシステム、及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、医療用ナビゲーションシステム用の医療用参照装置であって、参照装置が取付けられた身体部分の特に大腿の移動がこのナビゲーションシステムを用いて空間追跡可能である、参照装置に関する。

本発明は、医療用参照装置を空間追跡するための医療用ナビゲーションシステムであって、医療用参照装置と、参照装置の画像を作り出してこの画像に関する画像信号を提供するための検出装置と、画像信号を処理するためのデータ処理装置とを含む医療用ナビゲーションシステムにも関する。

本発明は、更にナビゲーションシステムを用いて医療用参照装置を空間追跡するための方法に関する。

医療用参照装置が知られている。この参照装置は、例えば膝プロテーゼにおいて、外科医が人工膝関節を移植することを容易にするために使用される。従来の参照装置は、その空間移動がナビゲーションシステムにより追跡される互いに対して堅く配置された標識要素を備えた標識装置（いわゆる「剛体」）を含む。極力高い精度を達成するために、標識装置は、緊締装置、普通は骨ねじを用いて大腿骨に又は脛骨にねじ付けられ、これによって、大腿骨に又は脛骨にしっかりと固定される。ところが、このことにより、外科医及び患者には不安の念を持つ者もある少なからぬ程度の侵襲性による介入が起きる。

侵襲性を低減するために、大腿部（この場合、大腿）又は脛部（この場合、下腿）の周りに置かれたスリーブ上に剛体を固定することが知られており又は大腿部上又は脛部上に置かれたプレート上に剛体を装着することが知られている。プレートはそれぞれの身体部分にバンドを用いて固定される。スリーブは、標識装置用の支持体を備えた緊締装置を形成する。この支持体は、例えばその本来は平面である形状から変形を受けることができ、身体部分へ確実嵌合できるように身体部分（例えば大腿部又は脛部）の輪郭に適合することができる。

支持体も知られている。支持体は身体部分に接着接続することができ、標識装置はこの支持体に固定される。

このような非侵襲的緊締装置を用いると、実務において、特に身体部分の空間移動が検出されるべき際に、軟部（皮膚、筋肉、及びその他の非剛体組織）の移動が支持体を介して標識装置に伝達されるという問題が生じる。これによって、ナビゲーション支援型の操作がそれに依拠すべきである標識装置の―故に身体部分の―位置データの精度が損なわれる。そこで、医療用ナビゲーションシステムを用いて、身体部分に非侵襲的に取付け可能な参照装置を使用して、術前及び術後に患者データを検出することも望ましいであろう。これによって外科的処置の時間を低減することができる。というのも、そのために必要なデータが術前に既に利用可能であり、術中に最初に測定される必要がないからである。手術の出来を術後に容易に監視することができる。いずれの場合も、それでなければ利用される電離撮像法、例えばＸ線又はＣＴに取って代えることができる。

US 2009/124949 A1 WO 2009/111888 A1 US 2004/147839 A1 WO 2015/024600 A1 US 2003/065357 A1

Anonymous: "Mannschaftskapitaen - Wikipedia"

本発明の目的は、前記参照装置が取付けられた前記身体部分の位置データを、患者に穏やかなやり方で得ることのできる、冒頭で言及した種類の参照装置を提供することである。

冒頭で言及した種類の参照装置は、本発明によれば、表面上を延びて少なくとも１つの広がりの方向へ伸縮可能である参照体であって、前記参照体が、その形状において前記身体部分の前記輪郭に適合可能である共に、パターンを有する又は形成する標示領域を有し、前記身体部分の移動中に少なくとも前記パターンの区域が変形しない又はほぼ変形しないように参照体が構成され、少なくとも前記パターンの区域が、前記身体部分を空間追跡するための参照として前記ナビゲーションシステムにより使用可能である、参照体を特徴とする。この参照装置は前記目的を成就する。

本発明に盛り込まれるのは、前記標識装置の前記標識要素により実行される機能を、前記参照装置の１つ以上の他の構成要素に転移できることにより、従来の参照装置において使用されるような、特にいわゆる「剛体」の形態の標識装置を省くことができるという考慮である。この目的で、本発明は表面を有する共に、その形状において前記身体部分（例えば大腿部又は脛部）の前記輪郭に適合可能である変形可能な参照体を使用することを提案する。前記参照体は、前記参照装置の前記緊締装置を経由して非侵襲的に、従って患者に穏やかなやり方で、前記身体部分に固定することができる。この目的で、前記緊締装置は例えば１つ以上の固定要素を含むことができる。前記参照体は、少なくとも１つのその広がりの方向へ弾力的に伸縮可能である。このことにより、前記参照体を、前記身体部分に取付けた状態で張力下に置くことができる。これによって前記参照体の伸縮中に前記軟部を圧縮できることを実務は示す。このことにより、前記軟部の互いに対する移動を低減することができる。これによって、前記身体部分により誘起される前記参照体上への移動をも低減することができるため、前記参照体は、前記身体部分に対するそれ自体の僅かな移動のみを遂行することができる。更に、参照体は弾力的に伸縮可能であるため、軟部の互いに対する移動を前記参照体内部で吸収することができる。前記参照装置を空間追跡できるようにするために、前記参照体はパターンを有する又は形成する標示領域を含む。前記パターンは、前記ナビゲーションシステムにより認識可能であるように及び前記ナビゲーションシステムにより、身体部分に取付けられた前記参照装置を用いて前記身体部分を空間追跡するための参照とみなすことができるように構成される。この目的で、上述のように軟部の任意の移動が前記参照体内部で吸収されて少なくとも前記パターンの区域がこれによる影響を受けない又は微々たる程度にしかこれによる影響を受けないおかげで、前記身体部分が移動する際に少なくとも前記パターンの区域が変形しない又はほぼ変形しないように前記参照体は構成される。それに応じて、前記ナビゲーションシステムは、少なくとも前記パターンの区域を「空間的に安定したもの」として認識し、この区域を有効な参照として使用することができる。特に、パターンが有効な参照と認識されると、前記ナビゲーションシステムはこのパターンが大腿骨に対して不変の位置に配置されると仮定することができる。それ故に、空間における大腿骨の前記位置についての結論をも引き出すことができる。

前記パターンは、好ましくは規則的なパターンである。

前記パターンは、例えば碁盤目状、格子状、又は網状とすることができる。

前記参照体が、その広がりの表面において互いに対して交差方向に整列する二方向へ弾力的に伸縮可能であることが有利であると分かる。例えば前記参照体は、前記身体部分に取付けられた前記状態において前記身体部分の周方向へ延びる方向へ、及びこの方向に対して交差方向に整列する方向へ、特に前記身体部分の長手方向へ、弾力的に伸縮可能である。

前記参照体の伸縮可能性は、好ましくは、前記二方向において互いに相違する。例えば、前記身体部分に取付けられた前記状態における前記参照体の伸縮可能性は、前記身体部分の長さ部分に沿ったものの方が、前記身体部分の周方向におけるよりも大きいことを実現することができる。

好都合なことに、前記標示領域は前記参照体に一体的に組み込まれる。この場合、このことは、特に製造の観点から、前記標示領域が前記参照体の構成要素として生産されるという意味として理解することができる。例えば前記標示領域は、以下でより詳細に説明するように、前記参照体内へ編成され又は参照体内に形成される。

本発明による前記参照装置の有利な実施形態において、前記標示領域は前記参照体を形成する。

前記標示領域は、前記パターンを完全に包含することができる。

更なる有利な実施形態において、前記参照体は、好都合なことに前記標示領域に接する非標示領域を有し、前記非標示領域の伸縮可能性は前記標示領域の伸縮可能性と相違する。この場合、前記標示領域の前記パターンを包含しない前記参照体の領域を、非標示領域とみなす。前記参照体の広がりの表面における少なくとも１つの方向への―好ましくは互いに対して交差方向に整列する二方向への―異なる伸縮可能性を提供することにより、前記参照体内で軟部の移動を特異的に吸収することが可能であり、前記標示領域の前記身体部分に対する移動をほぼ又は完全に回避することができる。これによって、前記パターン又はその区域は移動による影響を受けないままであるため、このパターン又はその区域は、前記身体部分を空間追跡するための有効な参照としてとして働くことができる。

前記非標示領域は、例えば前記標示領域を包囲することができる。例えば前記非標示領域は、前記参照体の表面において前記標示領域用の囲いを形成する。前記非標示領域は、特に前記参照体の縁部を形成することができる。この縁部は、前記標示領域を囲む。

平面視において、前記参照体は矩形の又は略矩形の輪郭を有することができる。例えばこれは、以下でより詳細に説明するように、前記参照体が、前記参照装置により構成される包帯の区域又は構成要素である場合である。

前記参照装置の有利な実施において、前記標示領域が、前記参照体の表面の平面視において、矩形の又は略矩形の輪郭を有することが好都合であると分かる。特に上述のように、前記非標示領域が前記標示領域を囲んで前記参照体の縁部を形成する際に、このことが有利である。

前記参照装置の異なる実施において、前記標示領域が、前記参照体の表面の平面視において、２つの拡張区域と、これらの拡張区域間に配置される狭窄区域とを備えた先細の輪郭を有することが有利である。このような構成は、例えば大腿包帯の前記形態の参照装置において使用される。拡張区域‐狭窄区域‐拡張区域を備えた前記標示領域の配向は、好ましくは大腿部の長手方向にある。

前記非標示領域の前記参照体の広がりの少なくとも１つの方向への伸縮可能性が、前記標示領域の伸縮可能性よりも少ないことを実現することができる。前記非標示領域の互いに対して交差方向に整列する前記参照体の広がりの二方向への伸縮可能性を、前記標示領域の伸縮可能性よりも小さくすることもできる。前記参照装置が大腿に又は脛部に適用される際、前記二方向のうちの前記第１の方向は、例えば大腿又は脛部の周方向に走る。参照装置の適用により前記参照体は変形する。この周方向に対して交差方向に整列する前記方向は、例えば大腿又は脛部の長手方向に走る。

好ましくは、前記標示領域と前記非標示領域とは互いに一体的に接続されるのであり、これによって前記参照体は、製造が構造的に容易になる。

前記参照体がテキスタイル材料であり、又はこのようなテキスタイル材料、好ましくは編物、経編物、又は織物を少なくとも前記標示領域に含み、前記パターンが前記テキスタイル材料の織り方の種類により、及び／又は、構造により、及び／又は、その製造に使用される糸の色により形成されることが有利である。このことにより、前記パターンを前記標示領域に一体的に組み込むことが可能になる。更に、前記参照体を前記標示領域にて、前記製造の観点から単純な仕方で弾力的に設計することが可能である。例えば、前記テキスタイル材料の織り方の種類から、前記標示領域の表面構造及び／又は彩色が決まる。この表面構造及び／又は彩色を、前記ナビゲーションシステムによりパターンとして解釈することができる。前記テキスタイル材料の糸状の出発材料は、天然繊維及び／又は人工繊維、及び／又は、弾力的な糸を含むことができ、又は、これらから成ることができる。

前記参照体は前記標示領域に接する非標示領域を有し、前記標示領域及び前記非標示領域は前記テキスタイル材料に一体的に組み込まれ、前記少なくとも１つの標示領域と前記非標示領域とは前記テキスタイル材料の構造において互いに相違することができる。これによって、前記非標示領域―例えば前で述べた前記非標示領域―、及び前記標示領域には異なる特徴、特に異なる伸縮可能性を与えることができる。このことにより、単純かつ汎用的で費用効果的な前記参照装置の製造が可能になる。

前記標示領域と前記非標示領域とは、好ましくは編成、経編成、又は製織により互いに接続される。このことにより、前記標示領域及び前記非標示領域、特に前記参照体を、一回の一様な製造方法で編成、経編成、又は製織することが可能になる。特に前記標示領域と前記非標示領域とを互いに別々に製造し、これらの領域を互いに異なる仕方で、例えば縫合により接続することは不要になる。

前記標示領域と前記非標示領域とは、例えば前記テキスタイル材料の表面の色、色パターン、構造により、前記標示領域及び前記非標示領域の織り方のそれぞれの種類により及び／又は使用される糸のそれぞれの構造（特に、糸の数、密度、前記色、及び／又は、伸縮可能性）により互いに相違する。

実務における前記参照装置の実施において、前記標示領域が、綾織の（特に弾力的な糸を用いた）又は高二重伸縮弾力性である異なる織り方（例えばひだ織）の編物であり又はこのような編物を含み及び／又は前記非標示領域が、半管状織の又は低二重伸縮弾力性である異なる織り方（例えば、弾力的な糸のない右‐右織、ジャカード織、ミラノリブ織）の編物である又はこのような編物を含むことが好都合であると分かる。前記標示領域の高伸縮可能性は、例えば前記伸縮領域において弾力的に伸縮可能な編糸を使用することにより、達成することができる。

本発明による前記参照装置の異なる有利な実施形態において、前記参照体がゴム材料製、特にエラストマー製であることが好都合である。

特に最後に言及した有利な前記実施形態において、前記標示領域の前記パターンが、例えば印刷、型押し、成形、又は接着接合により前記参照体に適用されることを実現することができる。

前記参照装置が包帯として構成され又はこのような包帯を含み、この包帯が開放した解放状態から、自らの内部で閉じた適用状態に転移可能であり、前記緊締装置が、前記適用状態において前記包帯を固定するための１つ以上の固定要素を含むことが有利である。前記参照体は、例えば前記緊締装置の固定要素がそれに取付けられ、前記閉鎖した輪状の適用状態において前記包帯が固定可能である前記包帯の区域を形成することができる。同じ目的で前記包帯又はホックを締めるために、前記固定要素は、例えば、ストラップ、ループ、又は前記ストラップがそれを通過することのできるアイレットを含む。固定要素の更なる例として、例えば前記ストラップを自らの内部で固定するためのスナップ、フック‐ループファスナ、又は接着層がある。前記包帯を前記身体部分に、特に大腿部に前記参照体を伸縮させてぴんと適用できるようにするために、有利な実施はストラップ及びループを含む。

前記包帯は硬化要素を含むことができ、これらの硬化要素は前記参照体の反対側に配置される。前記硬化要素により、ぴんと張る結果として前記参照体が先細にならないことを確実にすることができる。

前記適用状態における前記包帯の前記長さ部分は、有利なことに前記身体部分上で確実嵌合するように適合可能である。この目的で、例えば、ストラップ及びループの前記形態の前記緊締装置の固定要素が、前記ストラップがそこを通過するように相互作用することができる。前記ストラップは自らの内部で、例えばフック‐ループファスナによって固定することができる。

異なる有利な実施において、前記参照装置が自らの内部で閉じた管状包帯として構成される又は自らの内部で閉じたこのような管状包帯を含むことが好都合である。前記管状包帯は膨張し、これによって伸縮を受け、前記身体部分上を滑ることができる。この管状包帯は、全体的に又はその区域が前記参照体により形成される。このことにより、前記管状包帯を確実嵌合により前記身体部分上で固定し、前記身体部分を圧縮することが可能である。

前記包帯は、好ましくは大腿包帯である。前記大腿包帯は、縁部に膝蓋骨又は膝蓋骨上に配置された軟組織が中で係合することのできる凹部を有することができる。このことにより、前記大腿包帯を前記身体部分、ここでは大腿部に対して、規定のやり方で整列させることが可能になる。前記凹部の前記縁部に、前記大腿包帯の例えば前述の非標示領域の低変形可能性である区域を配置することができる。前記包帯が適用される際、この区域は四頭筋の腱上に位置決めすることができる。前記四頭筋の前記腱上では前記参照体内での移動がほとんどないため、前記包帯内での移動を少なく保つことができる。この理由で、前記標示領域が、好ましくは前記凹部付近に、特に前記四頭筋の前記腱上に配置される。

前記参照体が、前記身体部分を向くその側に摩擦係数増加要素を有することが好都合である。前記摩擦係数増加要素は、前記参照体上で非一様に配置することができる。前記摩擦係数増加要素を介して、付加的に軟部をぴんと張ることができる。このことは、特に前述した包帯のうちの１つに関して有利であると分かる。前記参照装置は、前記身体部分上で前記摩擦係数増加要素の前記領域において、前記参照装置がぴんと適用される際であっても、前記身体部分の血行を停止させることなく付加的に安定させることができる。前記標識装置上及び前記パターン上への移動の伝達を低減するために、好ましくは、身体組織の前記摩擦係数増加要素を介した互いに対する移動を、より的を絞ったやり方で前記参照体に導入し、そこで移動を吸収させることが可能である。

前記標示領域の区域に摩擦係数増加要素がないことを実現することができる。

前記摩擦係数増加要素は、好ましくはシリコーン材料製である又はこのようなシリコーン材料を含むことができる。前記摩擦係数増加要素は、異なる形状及び／又は異なる寸法を有することができる。例えば、前記摩擦係数増加要素は点状であり、例えば凡そピンヘッドの前記寸法である。摩擦係数増加要素として、少なくとも１つの糸を設けることができる。この糸は前述したテキスタイル材料に織り込まれ、例えば編物内へ編成される。前記糸は、例えばシリコーン材料から成る。

摩擦係数増加要素は、好ましくは前記参照体の少なくとも１つの縁部に沿って又は縁部と平行に設けられる。例えば包帯内で、その適用状態に関して前記包帯の周方向において、前記参照体の前記縁部に摩擦係数増加要素を配置することができる。

摩擦係数増加要素が前記参照体の互いに平行に延びる２つの対向する縁部に設けられることが好都合である。例えば摩擦係数増加要素が、前記包帯の対向する縁部に、その周方向に沿って存在する。

別法として又は付加的に、摩擦係数増加要素がそれに設けられる共に、その間には摩擦係数増加要素の設けられない前記参照体の区域が配置される前記参照体の２つの区域が、１つの縁部に設けられることを実現することができる。特に摩擦係数増加要素のない前記参照体の区域を、包帯の前述した凹部の前記縁部に設けることができる。

最後に言及した有利な前記実施形態において、摩擦係数増加要素のない前記区域では、前記身体部分、例えば大腿と前記参照体との間の摩擦を低減することができる。このことは、例えば脚部が伸長及び屈曲する場合に有利であると分かる。これによって、前記区域の前記領域では、前記参照体に前記皮膚が係合する程度が、摩擦係数増加要素の設けられた区域よりも少ない。結果として、摩擦係数増加要素のない前記区域は大腿上で空間的に安定していると分かり得るため、この区域の前記領域付近に又は領域内に前記パターンのある前記標示領域を、大腿骨に関する有効な参照用に使用することができる。前記パターンも前記脚部が伸長及び屈曲する場合の大腿骨に対する前記位置を維持し、変形がないままにしておくことができる。この位置を、前記ナビゲーションシステムにより検出することができる。

冒頭で言及したように、本発明はナビゲーションシステムにも関する。本発明の目的は、前述した種類の参照装置を、空間追跡することのできる一般的なナビゲーションシステムを提供することである。

この目的は冒頭で言及した種類のナビゲーションシステムに関して、本発明によれば、前記参照装置が前述した種類の参照装置であり、前記データ処理装置が、前記標示領域に戻る前記画像信号の信号成分中に前記パターンの少なくとも１つの区域を認識する共に、この区域が時間に応じて変形しない又はほぼ変形しないかどうかを査定し、変形しない又はほぼ変形しない場合、この区域を、前記参照装置を空間追跡するための参照とみなすように構成及びプログラムされるという点で成就される。

本発明による前記参照装置と合わせて説明したように達成可能な前記利点は、前記ナビゲーションシステムを使用しても達成することができるため、上で述べたことが参照されるべきである。前記参照装置のように、前記ナビゲーションシステムも、いわゆる「剛体」の前記形態であるという前記従来の意味で標識装置無しで済ますことができる。

前記データ処理装置により、前記パターンの少なくとも１つの区域を認識できるかどうかについて前記画像信号が解析される。この区域は時間に応じて変化するのではない。このことは、前記パターンの前記区域の前記画像信号の前記身体部分が空間移動する故の時間に応じての変化と見分けられるべきである。前記データ処理装置は、前記パターンの少なくとも１つの区域が変形しない又はほぼ変形しないことを解明すると、この区域を、前記参照装置を空間追跡するためのそれ故に前記身体部分を空間追跡するための参照とみなすことができる。

前記データ処理装置は、好ましくは明度認識（濃淡値認識をも包含する）用、及び／又は、パターン認識用、及び／又は、情景解析用、及び／又は、有限要素計算用の方法を用いて前記画像信号を検査するように構成及びプログラムされる。

前記パターンに関する情報が前記ナビゲーションシステムのメモリユニット内に保存され、前記データ処理装置が前記画像信号を前記情報と比較し、前記標示領域に戻る前記信号成分を測定するための根拠としてこの画像信号を使用するように構成及びプログラムされることを実現することができる。前記データ処理装置は、前記情報に基づいて前記標示領域の信号成分を識別し、前記パターンの少なくとも１つの区域を、時間に応じて変形しない又はほぼ変形しないものとして認識することができる。これによって、前記パターンの空間における前記位置及び／又は配向を測定することができる。

冒頭で言及したように、本発明は方法に関する。前述した種類のナビゲーションシステムは、本発明による医療用参照装置を空間追跡するための方法であって、前記参照装置の画像が作り出され、この画像に関する画像信号が前記検出装置により提供され、前記データ処理装置が、前記標示領域に戻る前記画像信号の信号成分中に前記パターンの少なくとも１つの区域を認識し、この区域が時間に応じて変形しない又はほぼ変形しないかどうかを査定し、変形しない又はほぼ変形しない場合は、この区域を、前記参照装置を空間追跡するための参照とみなす、方法において使用される。

このような方法は、前記参照装置及び前記ナビゲーションシステムの前記説明と合わせて上で言及した前記利点を有するため、これに関連して上で述べたことが参照されるべきである。

前記方法の有利な実施形態は、本発明による前記参照装置、及び本発明による前記ナビゲーションシステムの有利な実施形態の特性から生じる。これに関連しても、上で述べたことが参照されるべきである。

本発明の好適な実施形態の以下の記載は、図面と合わせると、本発明をより詳細に説明するように働く。

患者に固定された本発明による参照装置を含む本発明によるナビゲーションシステムの斜視図。 包帯として構成される図１の参照装置の第１側の平面図。 参照装置の第１側に対置される第２側の平面図。 参照装置の細部の拡大図であり、編物の区域を示す図。 編物に力が加えられる際の図４の細部図。 患者の脚部が屈曲する間の図１の参照装置。 参照装置の更なる実施形態の平面図。 参照装置の更なる実施形態の平面図。 参照装置の更なる実施形態の平面図。

図１は、本発明によるナビゲーションシステム１０の有利な実施形態及び手術台１２に横たわる、大腿部（この場合、大腿）１６をもつ患者１４の斜視図を示す。ナビゲーションシステム１０は、参照符号１８で表す本発明による参照装置の有利な実施形態を含む。参照装置１８は、大腿部１６に非侵襲的に固定可能である緊締装置２０を含む（図２）。

大腿部１６が空間移動すると、参照装置１８も移動する。ナビゲーションシステム１０の検出装置２２により、移動を検出することができる。この目的で、検出装置２２はカメラを含むことができる。この場合、カメラはステレオカメラ２４として表される。一方、カメラは異なる種類のカメラであってもよい。検出装置２２の画像信号をデータ処理装置２６に送信することができる。データ処理装置２６は画像信号に基づいて、参照装置１８が、故に大腿部１６がどのように空間移動するかを判定する。このことを、以下でより詳細に説明する。

ナビゲーションシステム１０は、更にデータ処理装置２６に連結されたディスプレイ装置２８と、メモリユニット３０とを含む。メモリユニット３０は、データ処理装置２６に一体化される。

ナビゲーションシステム１０は参照装置１８と共に、例えばナビゲーション支援型の人工膝関節の移植に使用することができる。以下で説明する理由で、特に参照装置１８を術前、術中、及び術後に患者に穏やかなやり方で使用することが可能である。

参照装置１８は、この場合包帯３２として、特に圧縮包帯として構成される。包帯３２は、表面上を互いに対して交差方向に整列する２つの広がり方向３４、３６へ延びる参照体３８を含む。参照体３８は形状において変化可能であり、包帯３２が大腿部１６に適用される際に大腿部の輪郭に適合可能である。従って、参照体３８は全体として包帯３２のように、確実嵌合で大腿部１６に適用し、この大腿部を包囲することができる。本明細書による使用中、参照体３８が変形を受けた状態で大腿部１６に包帯３２が適用される際に、広がり方向３４は大腿部１６の周方向に走り、広がり方向３６は大腿部１６の長手方向に走る。

参照体３８は、平面視において略矩形形状であり、２つの長手方向側４０、４１は、広がり方向３４において互いに平行に延び、交差方向側４２、４３は広がり方向３６において互いに平行に延びる。長手方向側４１はその中間区域に弓形の湾曲４４を有するのであり、そのため参照体３８の縁部では湾曲４４の領域に凹部４６が配置される。

この場合、参照体３８は編物として構成されたテキスタイル材料４８である。従って、参照体３８は、故に包帯３２は、製造の観点から単純、費用効果的かつ汎用的に生産することができる。この場合、テキスタイル材料４８は異なる織り方である２つの領域を有し、従って織り方及び使用する糸が異なるおかげで、参照体３８はその領域に異なる特徴を有する。

特にテキスタイル材料４８は、参照体３８がその広がりの表面において広がり方向３４へ及び広がり方向３６へと弾力的に伸縮可能であるように作成される。従って、以下でより詳細に説明するように、包帯３２を適用する際、参照体３８は伸縮して大腿部１６を圧縮することができる。

テキスタイル材料４８は、２つの領域、つまり標示領域５０及び非標示領域５２を含む。標示領域５０及び非標示領域５２は、編成により一回の操作で、製造の観点から単純な仕方でテキスタイル材料４８に一体的に組み込まれる。テキスタイル材料４８は、標示領域５０では、その構造が非標示領域５２でのその構造と相違する。換言すれば、標示領域５０と非標示領域５２とは、テキスタイル材料４８の構造が互いに相違する。

参照体３８の平面視において、標示領域５０は略矩形形状を有する。標示領域５０は、参照体３８の中央に位置し、非標示領域５２により包囲される。非標示領域５２は、標示領域５０を囲み、標示領域の縁部を形成する。更に、非標示領域５２は、長手方向側４０、４１、及び交差方向側４２、４３を形成する。

この場合標示領域５０は、高二重伸縮弾力性の、例えば綾織の編物である。この編物は、特に弾力的な編糸を有する。非標示領域５２は、より低い弾力性の糸を用いた半管状織の編物である。結果として、標示領域５０は両方の広がり方向３４、３６に（及び、広がり方向３４、３６の重ね合わせから生じ、参照体３８の表面においてこれらの方向に対してそれぞれ角度をもって整列する方向に）、非標示領域５２よりも大きい伸縮可能性を有する。標示領域５０の伸縮可能性は、広がり方向３６の方が広がり方向３４におけるよりも大きい。

領域５０、５２は、好ましくは織り方の種類及び使用される糸の弾力性に関してだけでなく、相違させることができる。特に領域５０、５２を、異なる色の糸から作成することもできる。これによって、データ処理装置２６により領域５０及び５２の画像信号を互いから容易に分離することができる。

この場合標示領域５０は、織り方のその種類及び／又は構造、及び／又は、特に製造に使用する糸の色がパターン５４を形成するように編成される。これによって、パターン５４は編成操作により参照体３８に一体的に組み込まれる。参照体が平坦に広げられる状態において、パターン５４は標示領域５０全体を通して一様である。パターン５４は、好ましくは規則的である。

標示領域が歪曲される場合には、パターンが歪曲され異なって見える標示領域の複数の区域を生じさせることができる。対照的に、パターン５４が歪曲しない又はほぼ歪曲しないように見える少なくとも１つの区域を設けることができる。この場合、これを「変形しない」又は「ほぼ変形しない」パターンとみなす。このことは、大腿部１６に適用されると参照体３８がその間変形して大腿部の輪郭を帯びる、本明細書による包帯３２の使用中にも当てはまる。少なくともパターン５４の区域には変形がない又はほぼないものとすることができ、これらの区域は、ナビゲーションシステム１０にとってあたかも参照体３８が平坦に広げられる状態をとるものであるかのような仕方で認識可能とすることができる。

非標示領域５２は、織り方、構造、及び、使用する糸の色の種類の故にパターンを有することもでき、このパターンはこの場合、標示領域５０のパターン５４と相違する。表面構造が異なるおかげで、例えば領域５０、５２でのテキスタイル材料４８の織り方の種類が異なることにより、そのパターニングが既に異なる。

図２及び図３は、第１側（以下、上側５６）及び第２側（以下、下側５８）の平面視における包帯３２を概略的に示す。本明細書による包帯３２の使用中、下側５８は大腿部１６を向き、上側５６は大腿部１６から離れる方を向く。

参照体３８は、下側５８に複数の摩擦係数増加要素６０（以下、単純にする目的で摩擦要素６０）を有する。この場合、摩擦要素６０は点状であり、例えば凡そピンヘッドの寸法である。摩擦要素６０は、好ましくはシリコーン材料製である。

参照体３８は、長手方向側４０を有する縁部に摩擦要素６０を含む。摩擦要素６０は、長手方向側４０と平行な二重列になって延び、互いから一様に離間する。摩擦要素６０は、参照体３８のほぼ長さ部分全体にわたって延び、両方の領域５０、５２に配置される。

参照体３８は、対向する長手方向側４１を形成する縁部に、各々が摩擦要素６０を備えた第１区域６２及び第２区域６４と、これらの区域間に横たわる区域６６とを含み、区域６６には摩擦要素６０がない。区域６２は、広がり方向３４において凹部４６と交差方向側４２との間に配置され、区域６４は凹部４６と交差方向側４３との間に配置される。区域６６は、参照体３８の中央で凹部４６の長さ部分を幾分越えて延びる。各区域６２、６４では、摩擦要素６０は長手方向側４１と平行な二重列になって延び、参照体３８上でそれぞれ互いから等距離の所に配置される。

摩擦要素６０により、包帯３２と大腿部１６との間で局部的に摩擦を増加させることが可能になる。区域６６の領域では、摩擦は特異的に低く保たれる。

包帯３２は、寸法を調整可能な包帯である。包帯は、図２及び図３に示す開放した解放状態から、包帯が自らの内部で閉じた適用状態（図１及び図６）に転移可能である。この目的で、緊締装置２０は固定要素、つまり、ストラップ６８と、このストラップと相互作用するアイレット７０とを有する。ストラップ６８は、硬化要素７２を介して交差方向側４２に固定されるのであり、広がり方向３４に沿って延びる。

硬化要素７２は、例えば螺旋ばね又は例えばプラスチック製のストリップが中に配置されたファブリックトンネルを含む。交差方向側４２付近に、フック‐ループファスナ７４の形態の緊締装置２０の固定要素が設けられ、緊締装置２０に自らの内部で閉じるやり方でストラップ６８を接着式に取付けることができる。

アイレット７０は、保持区域７６の形態の緊締装置２０の固定要素の側に取付けられる。保持区域７６は、アイレット７０の反対側では交差方向側４３にある硬化要素７８を介して参照体３８に接続される。硬化要素７８は、形態及び機能において硬化要素７２に対応する。

包帯３２を大腿部１６上での適用状態に転移するために、下側５８が患者の皮膚８０上に、患者に穏やかなやり方で非侵襲的に位置決めされる。包帯３２は領域５０、５２の弾力性とは逆に、好ましくは広がり方向３４へ伸縮する。包帯３２は大腿部１６上で、好ましくは（脚部を伸ばした状態で）膝蓋骨８０上の軟組織が凹部４６に係合するように位置決めされる。膝蓋骨８０上の軟組織が凹部４６に係合する際、標示領域５０は、特に摩擦要素６０のない区域６６の領域において、大腿部１６の四頭筋の腱上に配置される。

適用状態のとき、包帯３２は、ストラップ６８がアイレット７０を通して案内されて包帯３２がぴんと張られて自らの内部でフック‐ループファスナ７４に取付けられることにより、固定される。硬化要素７２、７８は、包帯３２が広がり方向３４においてその形状を維持し、参照体３８がぴんと張ることに起因して先細にならないことを確実にする。

包帯３２、故に参照装置１８は、患者に優しくかつ使い勝手のよい仕方で大腿部１６に非侵襲的に固定可能である。適用状態において、包帯３２は大腿部１６を圧縮する。これによって、軟組織の互いに対する移動、及び大腿骨に対する移動が制限される。それ故に、包帯３２が大腿部１６に対して、特に大腿骨に対して移動する能力も低減される。

また発生する軟組織の相対移動を、ほぼ、参照体３８内部で吸収することができる。この目的で、参照体３８を、領域５０、５２を備えた編物５８として製造することが特に有利であると分かる。領域５０、５２は、広がり方向３４、３６のうちの少なくとも１つへのその伸縮可能性に関して相違する。領域５０、５２は、大腿部１６内での移動が参照体３８によりかなりの程度吸収されるように編成される。特に、標示領域５０で（広がり方向３４に関して）その中央では、特に参照体３８内での移動がほとんど生じない。標示領域５０は摩擦要素６０のない区域６６を含む。

摩擦要素６０及びその参照体３８上での配置は、大腿部１６の特異的な圧縮により、移動を参照体３８に特異的に導入する包帯３２の能力を改良する。

図４及び図５は、例として矢印８２で表す力の作用下に、テキスタイル材料４８がどのように変形することができるかを示す。軟組織の相対移動が生じる際、特に大腿部１６が空間移動して脚部が屈曲又は伸長する間、このような力を、大腿部１６によりテキスタイル材料４８に及ぼすことができる。図４及び図５の例から、その際に表面構造が変化を受けてテキスタイル材料４８が変形できることが明らかである。このことにより、特に標示領域５０にてパターン５４が変形する。

逆に、力８２がないときはパターン５４の変形は生じ得ない。

特に標示領域５０で区域６６の領域では、パターン５４を変形させる力を低く保つことができる。区域６６には摩擦要素６０が存在しないため、大腿部１６と包帯３２との間の摩擦は局部的に低く保たれる。例えば脚部が伸長及び屈曲する間、区域６６のところにある皮膚が参照体３８に僅かな程度にしか擦り付けられないため、軟部が変位したとしても、参照体３８には係合しない又は僅かな程度にしか係合しない。

膝蓋骨８０又は膝蓋骨８０上の軟組織が凹部４６の領域に配置されて区域６６が四頭筋の腱上に配置される場合、標示領域５０への力は少ない。この領域では、標示領域５０の移動、故にパターン５４の変形も少ない。このことは、四頭筋の腱の大腿部１６内の他の軟組織及び他の筋肉に対する可動性が比較的低い結果でもある。

それ故に、図６は例として脚部が屈曲する間、パターン５４の区域８４が、変形する力をいかに受けないか又は僅かな程度にしか受けないかを表す。区域８４は区域６６に配置される。結果として、区域８４の領域ではパターン５４は変形しない又は僅かな程度にしか変形しない。これによって、区域８４は脚部が空間移動して伸長及び屈曲する間の大腿骨に対するその位置を維持できる有効な参照を形成することができる。

例として、図６の図において区域８４のパターン５４が変形しないためこのパターンを有効な参照として使用することができるのに対して、区域８６のパターン５４は変形する。例えば、区域８６は、標示領域５０の交差方向側４２と平行に延びて非標示領域５２を向く縁部に配置される。変形する力８２が標示領域５０に導入されるおかげで、標示領域５０はそこでこのような伸縮を受け、パターン５４は歪曲されて、包帯３２が平坦に広げられる状態における形状と相違する。

ナビゲーションシステム１０の使用中、検出装置２２は参照装置１８の画像を作り出し、これらの画像に関する画像信号をデータ処理装置２６に提供する。データ処理装置２６は、標示領域５０に戻る信号成分を測定するように構成及びプログラムされる。このことは、例えば標示領域５０の彩色構成の理由で生じ得る。例えば、上述のように、テキスタイル材料４６の構造が異なるおかげで、非標示領域５２の信号量が、標示領域５０の信号量から区別される。

データ処理装置２６は、明度認識用、及び／又は、パターン認識用、及び／又は、情景解析用、及び／又は、有限要素計算用の方法を用いて、パターン５４の少なくとも１つの区域が時間に応じて変形しない又はほぼ変形しないかどうかを認識することができる。このことは、参照装置の画像に関係するのではなく、大腿部１６が参照装置１８と共にその間で空間移動させられる連続する時点でのパターン５４の形状に関係する。参照装置の画像は移動中に変化する。この場合データ処理装置２６は、例えば、ほぼ、時間に応じて変形しないものとして区域８４を認識することができる。結果として、データ処理装置２６は、区域８４を参照装置１８、故に大腿部１６を空間追跡するための有効な参照とみなすことができる。このことにより、大腿骨の空間における位置及び／又は配向についての結論を引き出すことも可能になる。

メモリユニット３０内に、パターン５４に関する情報を保存することができる。例えばこの情報は、標示領域５０の表面構造、色、及び／又は色パターンについて述べたことを包含する。画像信号の解析において、データ処理装置２６はメモリユニット３０に保存された情報に立ち戻り、画像信号を情報と比較し、情報を標示領域５０に戻る信号成分を判定するための根拠として使用することができる。

ナビゲーションシステム１０及び参照装置１８は、術前、術中、及び術後に患者１４上に非侵襲的な参照を提供できるという大きな利点を与える。特にナビゲーションシステム１０は、いわゆる「剛体」の形態の医療用標識装置無しで済む。標識装置は普通、医療用ナビゲーションにおいて使用される。このナビゲーションシステムは、患者により穏やかであるだけでなく、外科医にとってより使い勝手のよいものであると分かる。

以下で、本発明による参照装置の更なる有利な実施形態を説明する。それぞれの参照装置は、ナビゲーションシステム１０において、参照装置１８の代わりに又は参照装置と共に使用することができる。以下で言及する参照装置を用いて、上で言及した機能、作動様式、及び利点を、参照装置１８と合わせて達成することもできる。そのため、上で述べたことが参照されるべきである。

図７に示す参照装置１００において、参照体３８は、テキスタイル材料４８としても、特に編物としても構成される。参照装置１００は、標示領域５０に対応する標示領域１０２及び非標示領域５２に対応する非標示領域１０４を含む。これらの領域は、テキスタイル材料４８に一体的に組み込まれ、その構造に関して互いに相違する。標示領域１０２はパターン５４を形成する。

標示領域１０２は、参照体３８の平面視において、長手方向側４０及び４１をそれぞれ向く拡張区域１０６及び拡張区域１０８を備えた先細の輪郭を有する。拡張区域１０６、１０８は、狭窄区域１１０により互いに接続される。参照装置１８での場合のように、非標示領域１０４は標示領域１０２を包囲し、標示領域の縁部を形成する。

図８に示す参照装置１２０は、テキスタイル材料４８として構成される参照体３８を含む。標示領域１２２が設けられる。標示領域１２２は参照体３８を形成する。非標示領域は設けられない。標示領域１２２はパターン５４を形成する。

図９は、平面視においてその参照体がゴム材料製、特にエラストマー製である参照装置１３０を示す。参照体３８は広がり方向３４、３６へ弾力的に伸縮可能であり、伸縮可能性は、広がり方向３４の方が広がり方向３６におけるよりも大きい。

参照体３８は標示領域１３２を有する。標示領域１３２は、非標示領域１３４により包囲される。領域１３２、１３４は、参照体３８に一体的に組み込まれる。領域１３２、１３４の形状、及び参照体３８上でのそれらの配置は、参照装置１８における領域５０、５２のものに対応する。

標示領域１３２にパターン１３６が設けられる。例えばパターン１３６は、例えば成形により、標示領域１３２に一体的に組み込まれる。標示領域１３２の型押し又は印刷も考えられる。パターン１３６は、好ましくは規則的である。パターン１３６は、好ましくは二次元的な碁盤目状又は網状の構成を有する。

参照装置１３０に関しても、軟組織の互いに対する移動を参照体３８に導入することができるのであり、少なくともパターン１３６の区域が変形しないままである又はほぼ変形しないままであるようにされる。データ処理装置２６は、上で説明した仕方でこの区域を認識し、この区域を、参照装置１３０を空間追跡するための有効な参照とみなすことができる。

それぞれの参照体３８に的を絞って力を導入するために、参照装置１８の例を用いて説明したように、参照装置１００、１２０、及び１３０もそれぞれの下側５８に摩擦要素６０を有する。

Claims (18)

1. 医療用参照装置（１８；１００；１２０；１３０）が取り付けられた身体部分（１６）の移動が空間追跡可能である、医療用ナビゲーションシステム（１０）であって、
   医療用参照装置（１８；１００；１２０；１３０）と、前記参照装置（１８；１００；１２０；１３０）の画像を作り出して該画像に関する画像信号を提供するための検出装置（２２）と、前記画像信号を処理するためのデータ処理装置（２６）とを含む、ナビゲーションシステムにおいて、
   前記参照装置（１８；１００；１２０；１３０）が、該参照装置（１８；１００；１２０；１３０）を前記身体部分（１６）に非侵襲的に緊締するための緊締装置（２０）と、表面上を延びて少なくとも１つの広がりの方向（３４、３６）で弾力的に伸縮可能である参照体（３８）とを含み、前記参照体（３８）が、形状において前記身体部分（１６）の輪郭に適合可能である共に、パターン（５４；１３６）を有する又は形成する標示領域（５０；１０２；１２２；１３２）を有し、前記参照体（３８）が、前記身体部分（１６）の移動中に変形しない又はほぼ変形しない区域を前記パターン（５４；１３６）が含むように構成され、少なくとも前記パターン（５４）の区域が、前記身体部分（１６）を空間追跡するための参照として、前記ナビゲーションシステム（１０）により使用可能であること、及び
   前記データ処理装置（２６）が、前記標示領域（５０；１０２；１２２；１３２）に戻る前記画像信号の信号成分中に前記パターン（５４；１３６）の少なくとも１つの区域（８４、８６）を認識する共に、該区域が時間に応じて変形しない又はほぼ変形しないかどうかを査定し、変形しない又はほぼ変形しない場合は、該区域を、前記参照装置（１８；１００；１２０；１３０）を空間追跡するための参照とみなすように構成及びプログラムされること、
   を特徴とするナビゲーションシステム。
2. 請求項１に記載のナビゲーションシステムであって、前記身体部分（１６）が大腿であること、を特徴とするナビゲーションシステム。
3. 請求項１又は２に記載のナビゲーションシステムであって、
   前記パターン（５４；１３６）が、規則的なパターン（５４；１３６）であること、及び／又は
   、前記パターン（５４；１３６）が、碁盤目状、格子状、又は網状であること、
   を特徴とするナビゲーションシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、前記参照体（３８）が、該参照体（３８）の広がりの表面において、互いに対して交差方向に整列する二方向（３４、３６）へ弾力的に伸縮可能であり、前記参照体（３８）の伸縮可能性が、好ましくは前記二方向（３４、３６）において互いに相違すること、を特徴とするナビゲーションシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、前記参照体（３８）が、前記標示領域（１３２）のみを有すること、を特徴とするナビゲーションシステム。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、
   前記参照体（３８）が、前記標示領域（５０；１０２；１３２）に接する非標示領域（５２；１０４；１３４）を有し、
   前記非標示領域（５２；１０４；１３４）の伸縮可能性が、前記標示領域（５０；１０２；１３２）の伸縮可能性と相違すること、
   を特徴とするナビゲーションシステム。
7. 請求項６に記載のナビゲーションシステムであって、前記非標示領域（５２；１０４；１３４）が、前記標示領域（５０；１０２；１３２）を包囲すること、を特徴とするナビゲーションシステム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、
   前記参照体（３８）が、テキスタイル材料（４８）、好ましくは編物、経編物、又は織物である、又はこのようなテキスタイル材料（４８）を少なくとも前記標示領域（５０；１０２；１２２）に含み、
   前記パターンが、前記テキスタイル材料（４８）の織り方の種類及び／又は構造により、及び／又は、前記テキスタイル材料の製造に使用される糸の色により形成されること、
   を特徴とするナビゲーションシステム。
9. 請求項８に記載のナビゲーションシステムであって、
   前記参照体（３８）が、前記標示領域（５０；１０２）に接する非標示領域（５２；１０４）を有し、前記標示領域（５０；１０２）及び前記非標示領域（５２；１０４）が、前記テキスタイル材料（４８）に一体的に組み込まれること、及び
   前記標示領域（５０；１０２）と前記非標示領域（５２；１０４）とが、前記テキスタイル材料（４８）の構造において互いに相違すること、
   を特徴とするナビゲーションシステム。
10. 請求項９に記載のナビゲーションシステムであって、前記標示領域（５０；１０２）と前記非標示領域（５２；１０４）とが、前記テキスタイル材料（４８）の表面の色、色パターン、構造により、前記標示領域（５０；１０２）及び前記非標示領域（５２；１０４）の織り方のそれぞれの種類により、及び／又は、使用される糸のそれぞれの構造により、互いに相違すること、を特徴とするナビゲーションシステム。
11. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、前記参照体（３８）が、ゴム材料製であること、を特徴とするナビゲーションシステム。
12. 請求項１１に記載のナビゲーションシステムであって、前記参照体（３８）が、エラストマー製であること、を特徴とするナビゲーションシステム。
13. 請求項１１又は１２に記載のナビゲーションシステムであって、前記標示領域（１３２）の前記パターン（１３６）が、例えば印刷、型押し、成形、又は接着接合により前記参照体（３８）に適用されること、を特徴とするナビゲーションシステム。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、前記参照装置（１８；１００；１２０；１３０）が、開放した解放状態から自らの内部で閉じた適用状態に転移可能である包帯（３２）として構成される、又はこのような包帯（３２）を含み、前記緊締装置（２０）が、前記適用状態において前記包帯を固定するための１つ以上の固定要素を含み、好ましくは、前記緊締装置（２０）が、前記包帯（３２）の長さ部分が、前記適用状態において、前記身体部分（１６）上で確実嵌合するように適合可能であるように形成されること、
    を特徴とするナビゲーションシステム。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、前記参照体（３８）が、前記身体部分（１６）を向く側に摩擦係数増加要素（６０）を有すること、を特徴とするナビゲーションシステム。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、前記データ処理装置（２６）が、明度認識用、及び／又はパターン認識用、及び／又は情景解析用、及び／又は有限要素計算用の方法を用いて前記画像信号を検査するように構成及びプログラムされること、を特徴とするナビゲーションシステム。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムであって、
    前記パターン（５４；１３６）に関する情報が、前記ナビゲーションシステム（１０）のメモリユニット（３０）内に保存されること、及び
    前記データ処理装置（２６）が、前記画像信号を前記情報と比較し、該画像信号を、前記標示領域（５０；１０２；１２２；１３２）に戻る前記信号成分を測定するための根拠として使用するように構成及びプログラムされること、
    を特徴とするナビゲーションシステム。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムを用いて医療用参照装置を空間追跡するための方法であって、
    前記参照装置の画像が作り出され、該画像に関する画像信号が前記検出装置により提供され、
    前記データ処理装置が、前記標示領域に戻る前記画像信号の信号成分中に前記パターンの少なくとも１つの区域を認識し、該区域が、時間に応じて変形しない又はほぼ変形しないかどうかを査定し、変形しない又はほぼ変形しない場合は、該区域を前記参照装置を空間追跡するための参照とみなす、
    方法。

Images