JP7027411B2 - 解剖学的位置合わせを評価するためのシステム - Google Patents

Description

解剖学的位置合わせのためのシステム及び方法が本明細書に開示される。

解剖学的な位置ずれは、多くの患者に影響を及ぼし、外科的介入がしばしば必要とされる状態である。位置ずれは、加齢、変性疾患、奇形等に起因して自然に生じ得る。位置ずれは、外科手術によっても引き起こされるか、又は悪化し得る。例えば、脊椎手術において、プロテーゼの挿入又は骨の調節若しくは除去は、患者の脊柱又は他の解剖学的部分の位置ずれを生じさせ得る。一部の場合では、脊椎の矢状均衡を矯正する外科手術は、冠状面における脊柱弯曲の増加を不注意に引き起こす場合がある。他の場合では、肩部、股関節、又は骨盤が不均衡になり、一方の側が他方よりも高位になり得る。脊椎、股関節、骨盤、又は肩部の位置ずれは、患者の審美的指数（ＡＩ）スコアの低下、患者の関節の摩耗及び裂傷の増加、重度の痛み、不均等な歩行、変形性関節炎、並びに日常生活の機能を実施する際の困難さなどの深刻で有害な合併症を有し得る。位置ずれを矯正するために、しばしば外科的修正が必要とされる。

手術中に解剖学的位置合わせを評価及び測定するのは困難であり得るが、これは位置ずれを矯正可能な唯一の機会であることが多いため、評価及び測定を行うことは重要であり得る。手術中に解剖学的位置合わせを評価するための既存の技術としては、典型的には、「アイボーリング」、経験、推測、又は手動Ｔ定規型デバイスの使用などの多くの寄せ集めの方法（cobbled together methods）を使用することが挙げられる。位置合わせを推測するための現在の機械的解決法は、かさばり、手術を視覚的に妨げ、扱い難く、不正確で、外科的介入を用いてのみ使用可能である傾向がある。加えて、このようなデバイスは、連続的な術中検証を提供しない。それどころか、外科医は、いつ位置合わせを評価するかに関して自分自身の判断を用いなければならず、これは、通常は手術中でわずか数回の個別の時点である。

したがって、解剖学的位置合わせのための改良されたシステム及び方法へのニーズが存在する。

解剖学的位置合わせのためのシステム及び方法が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、システム及び方法は、例えば、脊椎、股関節、骨盤、及び／又は肩部の解剖学的位置合わせの正確かつ連続的な術中検証を提供することができる。例示的なシステムは、冠状面の不均衡を測定するためのセンサ及びマーカ配置を含むことができる。別の例示的なシステムは、肩部又は骨盤のレベリングのためのセンサ及びマーカ配置を含むことができる。更に別の例示的なシステムは、仮想基底面を確立し、仮想基底面から測鉛線を投影するための機械的フレームを含むことができる。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、ポインティングデバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、マーカを患者の第２の位置に取り付けることと、ポインティングデバイスからマーカの測定スケール上に視覚的インジケータを投影して、患者の解剖学的測定値の直接的な視覚的指標を提供することと、を含む。

第１の位置は仙椎であり得、第２の位置は胸椎又は頸椎であり得る。解剖学的測定値は患者のＣＶＡであり得る。ポインティングデバイスを取り付けることは、視覚的インジケータを患者のＣＳＶＬと平行になるように位置合わせすることを含み得る。マーカを取り付けることは、測定スケールの測定軸が患者のＣＳＶＬに対して垂直になるように位置合わせすることを含み得る。マーカを取り付けることは、測定スケールの測定軸を、第１の位置から延在する垂直の測鉛線に対して垂直になるように位置合わせすることを含み得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するためのシステムは、ポインティングデバイスであって、ポインティングデバイスを患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、ポインティングデバイスと、マーカであって、マーカを患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、マーカは測定軸に沿って延在する測定スケールを有する、マーカと、を含み、ポインティングデバイスは測定スケール上に視覚的インジケータを投影し、それによって測定軸に沿った第１の解剖学的構造と第２の解剖学的構造との間のオフセットの視覚的指標を提供する。

ポインティングデバイスはレーザポインタを含み得る。ポインティングデバイスの取り付け要素は、骨ピン及び骨アンカのうちの少なくとも１つを含むことができる。システムは、ポインティングデバイス及びマーカのうちの少なくとも１つを患者に対して位置合わせするための位置合わせガイドを含むことができる。位置合わせガイドは、気泡水準器、加速度計、ジャイロスコープ、又は他のセンサ、及び外科用ナビゲーションシステムと共に使用するためのビーコン若しくはマーカのうちの少なくとも１つを含むことができる。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、第１のレンジファインダ構成要素を患者の第１の位置に取り付けることと、基準軸に第２のレンジファインダ構成要素を位置決めすることと、患者の第２の位置に第３のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、基準軸に第４のレンジファインダ構成要素を位置決めすることと、第１の構成要素と第２の構成要素との間の第１の飛行時間を測定することと、第３の構成要素と第４の構成要素間との第２の飛行時間を測定することと、第１の飛行時間と第２の飛行時間とを比較して患者の解剖学的測定値を決定することと、を含む。

第１の位置は患者の下椎骨であり得、第２の位置は患者の上椎骨であり得る。解剖学的測定値は患者のＣＶＡであり得る。方法は、視覚的インジケータ、音響式インジケータ、触覚的インジケータ、及び電子ディスプレイのうちの少なくとも１つを使用して、決定された解剖学的測定値をユーザに通信することを含み得る。第１及び第２の構成要素は、患者のＣＳＶＬに垂直な第１の軸に沿って位置合わせすることができ、第３及び第４の構成要素は、患者のＣＳＶＬに垂直な第２の軸に沿って位置合わせすることができる。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するためのシステムは、第１及び第２の構成要素を含む第１のレンジファインダであって、第１の構成要素は、第１の構成要素を患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、第１のレンジファインダは、第１の構成要素と第２の構成要素との間の第１の距離を測定するように構成されている、第１のレンジファインダと、第３及び第４の構成要素を含む第２のレンジファインダであって、第３の構成要素は、第３の構成要素を患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、第２のレンジファインダは、第３の構成要素と第４の構成要素との間の第２の距離を測定するように構成されている、第２のレンジファインダと、第１の距離と第２の距離とを比較して、第１の距離と第２の距離との間の差を電子ディスプレイ上に表示するように構成されたコントローラと、を含む。

各取り付け要素は、骨ピン及び骨アンカのうちの少なくとも１つを有することができる。システムは、第１、第２、第３、及び第４の構成要素のうちの少なくとも１つを患者に対して位置合わせするための位置合わせガイドを含むことができる。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、ポインティングデバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、患者の第２の位置に第１のレンジファインダ構成要素を取り付けることであって、第２の位置は、患者の冠状面で第１の位置と位置合わせされる、ことと、患者の第３の位置に第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、第１のレンジファインダ構成要素と第２のレンジファインダ構成要素との間の飛行時間を測定して、患者の解剖学的測定値を決定することと、を含む。

第１の位置は仙椎であり得、第３の位置は胸椎又は頸椎であり得る。解剖学的測定値は患者のＣＶＡであり得る。ポインティングデバイスを取り付けることは、ポインティングデバイスによって放射された視覚的インジケータを位置合わせし、その結果、視覚的インジケータが患者のＣＳＶＬと平行になることを含み得、視覚的インジケータが第１のレンジファインダ構成要素上に入射される。第１及び第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることは、患者のＣＳＶＬに対して垂直な軸に沿って第１及び第２の構成要素を位置決めすることを含み得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するためのシステムは、ポインティングデバイスであって、ポインティングデバイスを患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、ポインティングデバイスと、第１及び第２の構成要素を含むレンジファインダであって、第１の構成要素は、第１の構成要素を患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、第２の構成要素は、第２の構成要素を患者の第３の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、レンジファインダは、第１の構成要素と第２の構成要素との間の距離を測定するように構成されている、レンジファインダと、第１の構成要素と第２の構成要素との間の測定された距離を電子ディスプレイ上に表示するように構成されたコントローラと、を含む。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、撮像デバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、マーカを患者の第２の位置に取り付けることであって、マーカは撮像デバイスの視野内にある、ことと、撮像デバイスの視野を患者の基準軸に対して較正することと、撮像デバイスによって捕捉された１つ以上の画像からマーカと基準軸との間のオフセットを患者の解剖学的測定値として決定することと、を含む。

第１の位置は下椎骨であり得、第２の位置は上椎骨であり得る。解剖学的測定値は患者のＣＶＡであり得る。方法は、オフセットを電子ディスプレイ上に表示することを含み得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するためのシステムは、撮像デバイスであって、撮像デバイスの視野の画像を捕捉するように構成され、視野は患者の基準軸に対して較正され、撮像デバイスは、撮像デバイスを患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、撮像デバイスと、マーカであって、撮像デバイスの視野内に配設されると、撮像デバイスによって捕捉された画像中で識別可能であり、マーカは、マーカを患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、マーカと、撮像デバイスによって捕捉された１つ以上の画像からマーカと基準軸との間のオフセットを患者の解剖学的測定値として決定するように構成されたコントローラであって、コントローラは解剖学的測定値を電子ディスプレイ上に表示するように更に構成されている、コントローラと、を含む。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、第１のレンジファインダ構成要素を患者の第１の位置に取り付けることと、患者の左の解剖学的構造に第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、患者の右の解剖学的構造に第３のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、第１の構成要素と第２の構成要素との間の第１の飛行時間を測定することと、第１の構成要素と第３の構成要素との間の第２の飛行時間を測定することと、第１の飛行時間と第２の飛行時間とを比較して患者の左及び右の解剖学的構造の解剖学的位置合わせを決定することと、を含む。

左及び右の解剖学的構造は患者の左及び右肩部であり得、解剖学的位置合わせは患者の肩部の均衡を含み得る。左及び右の解剖学的構造は患者の左及び右股関節であり得、解剖学的位置合わせは患者の股関節の均衡を含み得る。第１の構成要素は、第２の構成要素に向けられた左送受信機と、第３の構成要素に向けられた右送受信機とを含むことができる。方法は、第１及び第２の飛行時間によって表される第１及び第２の距離を電子ディスプレイ上に表示することを含み得る。第１の位置は患者の椎骨を含み得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、撮像デバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、患者の左の解剖学的構造に第１のマーカを位置決めすることと、患者の右の解剖学的構造に第２のマーカを位置決めすることと、撮像デバイスによって捕捉された１つ以上の画像から、第１のマーカの撮像デバイスに対する近接度と第２のマーカの撮像デバイスに対する近接度との差を患者の解剖学的位置合わせとして決定することと、を含む。

撮像デバイスはＲＧＢセンサを含むことができ、第１及び第２のマーカは着色フラグを含むことができる。左及び右の解剖学的構造は患者の左及び右肩部であり得、解剖学的位置合わせは患者の肩部の均衡を含み得る。左及び右の解剖学的構造は患者の左及び右股関節であり得、解剖学的位置合わせは患者の股関節の均衡を含み得る。方法は、第１及び第２のマーカの近接度によって表される第１及び第２の距離を電子ディスプレイ上に表示することを含み得る。第１の位置は患者の椎骨を含み得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせのための方法は、機械的フレームを患者の左足及び右足の位置で患者に固定することであって、機械的フレームは仮想基底面を確立する、ことと、フレームに取り付けられたポインティングデバイスから測鉛線を投影することであって、測鉛線は仮想基底面に対して垂直に延在する、ことと、患者の解剖学的構造を測鉛線に適合させて患者の解剖学的な位置ずれを矯正することと、を含む。

方法は、フレームを使用して患者の足首関節の動きをロックすることを含み得る。患者の解剖学的構造を適合させることは、患者の頸胸接合部（ＣＴＪ）を測鉛線に引き付けて患者の肩部の均衡を取ることを含み得る。患者の解剖学的構造を適合させることは、患者の腰仙関節Ｌ５－Ｓ１を測鉛線に引き付けて患者の骨盤の均衡を取ることを含み得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせのためのシステムは、患者の左足及び右足の位置で患者に固定されるように構成された機械的フレームと、フレームに取り付けられたポインティングデバイスであって、ポインティングデバイスから測鉛線を投影するように構成され、測鉛線は、機械的フレームによって確立された仮想基底面に対して垂直に延在する、ポインティングデバイスと、を含む。

フレームは、フレームを患者に固定するための取り付け機構を含み得る。フレームは、患者の足首関節の動きをロックすることができる。

位置ずれしたヒト脊椎の概略図である。 患者が罹患し得る様々な解剖学的位置ずれと共に「正しい」解剖学的位置合わせを示す。 「正しい」解剖学的位置合わせと解剖学的位置ずれとの間の例示的な比較を示す。 解剖学的位置合わせのためのシステムを備えた患者の斜視図である。 図２Ａの患者及びシステムの上面図である。 解剖学的位置合わせのためのシステムを備えた患者の斜視図である。 図３Ａの患者及びシステムの上面図である。 解剖学的位置合わせのためのシステムを備えた患者の斜視図である。 図４Ａの患者及びシステムの上面図である。 解剖学的位置合わせのためのシステムを備えた患者の斜視図である。 図５Ａの患者及びシステムの上面図である。 患者の肩部を備える、解剖学的位置合わせのためのシステムの斜視図である。 肩部レベリング前の図６Ａの患者及びシステムの上面図である。 肩部レベリング後の図６Ａの患者及びシステムの上面図である。 図６Ａのシステムのディスプレイの上面図である。 患者の股関節を備える、図６Ａのシステムの上面図である。 肩部レベリング前の図６Ａの患者及びシステムの変形例の上面図である。 肩部レベリング後の図６Ａの患者及びシステムの変形例の上面図である。 解剖学的位置合わせのためのシステムを備えた患者の斜視図である。 図７Ａの患者及びシステムの上面図である。 上記のシステムと共に使用可能なコンピュータシステムの概略図である。

解剖学的位置合わせのためのシステム及び方法が本明細書に開示される。いくつかの実施形態では、システム及び方法は、例えば、脊椎、股関節、骨盤、及び／又は肩部の解剖学的位置合わせの正確かつ連続的な術中検証を提供することができる。例示的なシステムは、冠状面の不均衡を測定するためのセンサ及びマーカ配置を含むことができる。別の例示的なシステムは、肩部又は骨盤のレベリングのためのセンサ及びマーカ配置を含むことができる。更に別の例示的なシステムは、仮想基底面を確立し、仮想基底面から測鉛線を投影するための機械的フレームを含むことができる。

本明細書のシステム及び方法は、解剖学的位置合わせの連続的な術中検証を提供することができる。このようなシステム及び方法は、外科手術を妨げることなく能動的に使用することができる。これは、手術中に解剖学的位置合わせを評価することを可能にし得、一方で、最適以下の位置合わせを矯正するための処置は依然として取ることができる。本明細書のシステム及び方法は、創傷の暴露時間を低減し、処置の工程数を低減し、セットアップエラーを低減し、フラストレーションを低減し、速度を向上させ、使用の容易さを改善することができる。

以下に、本明細書で開示するデバイス及び方法の構造、機能、製造、及び使用の原理の全体的な理解が得られるように、特定の例示的実施形態を説明する。これらの実施形態の１つ以上の実施例が、添付の図面に示されている。当業者であれば、本明細書で詳細に説明され、添付の図面に示されるデバイス及び方法は、非限定的で例示的な実施形態である点を理解するであろう。１つの例示的な実施形態に関連して例示又は説明される特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。

図１Ａは、位置ずれしたヒト脊椎の概略図である。図示される脊椎は、頂椎の平行移動（ＡＶＴ）によって画定される脊柱側湾曲を有する。更に、示される脊椎は、Ｃ７椎体の中央から延在する垂直測鉛線と患者の中心仙骨垂直線（ＣＳＶＬ）との間の冠状面のオフセットによって画定される冠状不均衡を有する。オフセットは、Ｃ７－Ｓ１冠状垂直軸（ＣＶＡ）と称され得る。一般に、オフセットは可能な限りゼロに近づけられることが好ましく、典型的には２ｃｍ以下のオフセットが正常であると考えられている。冠状不均衡は、図示された例ではＣ７とＣＳＶＬとの間で測定されるが、他の椎骨、例えば、他の頸椎、Ｔ１などの胸椎、又は腰椎からも不均衡が存在し得、及び／又は測定され得ることが理解されよう。

図１Ｂは、患者が罹患し得る様々な解剖学的位置ずれと共に「正しい」解剖学的位置合わせを示す。例としては、左から右に、高肩部、高股関節、頭部傾斜、及び重篤な脊柱側弯症が挙げられる。図１Ｃは、「正しい」又は「均衡の取れた」解剖学的位置合わせ（右側に示され、患者の肩部、股関節、及び膝部が水平である）と解剖学的位置ずれ（左側に示され、肩部が落ち、骨盤が傾斜し、膝部が回転し、土踏まずが落ちている）との間の別の例示的な比較を示す。

本明細書のシステム及び方法は、位置合わせの矯正を容易にするために、手術中に、任意選択的に連続的及び／又はリアルタイムでこれら及び他の解剖学的位置合わせを測定することができる。

図２Ａ～図２Ｂは、例えば、冠状距離を測定するために使用することができる解剖学的位置合わせのための例示的なシステム２００を示す。示されるように、システム２００はポインティングデバイス２０２及びマーカ２０４を含み得る。

ポインティングデバイス２０２は、マーカ２０４上に視覚的インジケータを投影するように構成することができる。ポインティングデバイス２０２は、レーザ、ＬＥＤポインタなどの視覚的インジケータを投影するための様々な特徴のうちのいずれかを含むことができる。ポインティングデバイス２０２は、例えば、冠状面又は矢状面内で湾曲しない線で、視覚的インジケータを直線状に投影することができる。

ポインティングデバイス２０２は、ポインティングデバイスを患者に取り付けるための取り付け要素２０６を含み得る。取り付け要素２０６は、例えば接着剤、クランプ、ストラップ、縫合糸などを使用して、ポインティングデバイス２０２を患者の外面に取り付けるように構成することもでき、又は例えば骨ピン、骨ねじ、縫合糸、クランプなどを使用して、ポインティングデバイスを患者の内部解剖学的構造に取り付けるように構成することもできる。取り付け要素２０６は、ポインティングデバイス２０２の位置合わせを容易にするために、１以上の自由度で調節可能であり得る。いくつかの実施形態では、取り付け要素２０６は、患者に対するポインティングデバイス２０２の６自由度調節を可能にする。取り付け要素２０６は、ポインティングデバイス２０２が患者に対して並進又は回転できないように、固定位置でロック可能であり得る。いくつかの実施形態では、複数の骨ピンを使用して、ポインティングデバイス２０２を患者に固定し、患者に対するポインティングデバイスの回転を防止することができる。取り付け要素２０６は、ポインティングデバイス２０２を高位置で支持して、ポインティングデバイスに患者の解剖学的構造にわたる明確な見通し線を与えることができる。

ポインティングデバイス２０２は、ユーザがポインティングデバイスと患者とを位置合わせするのを支援するための位置合わせガイド２０８を含むことができる。例えば、ポインティングデバイス２０８は、気泡水準器、加速度計、ジャイロスコープ、若しくは他のセンサ、又は外科用ナビゲーションシステムと共に使用するためのビーコン若しくはマーカを含むことができる。位置合わせガイド２０８は、例えば、投影された視覚的インジケータを、ＣＳＶＬなどの患者の解剖学的軸と位置合わせするために、患者に対するポインティングデバイス２０２の正確な位置決めを可能にすることができる。位置合わせガイド２０８は省略されてもよく、ポインティングデバイス２０２は視覚的に位置合わせされてもよい。ポインティングデバイス２０２の位置合わせは、蛍光透視法、ＣＴ法、又はＭＲＩなどの撮像技術を使用して確認することができる。

マーカ２０４は、測定スケール２１０を含むことができる。測定スケール２１０は、測定軸に沿った距離の視覚的評価を可能にするために、示されるような複数の番号付けされた線などの、測定軸ＭＡに沿って配置されたしるし又は階調を含むことができる。図示される実施形態では、マーカ２０４は、患者の冠状面におけるオフセットを測定するために位置合わせされた単一の測定軸ＭＡを含む。その他の実施形態では、測定軸ＭＡは、患者の矢状面又は横断面におけるオフセットを測定するために位置合わせされ得る。なお更なる実施形態では、測定スケール２１０は、複数の測定軸、例えば、冠状均衡を測定するための第１の測定軸、及び矢状均衡を測定するための第２の測定軸を含むことができる。いくつかの実施形態では、測定スケール２１０は、ポインティングデバイス２０２の視覚的インジケータが投影される２次元グリッドを含むことができる。

マーカ２０４は、マーカを患者に取り付けるための取り付け要素２１２を含み得る。取り付け要素２１２は、例えば接着剤、クランプ、ストラップ、縫合糸などを使用して、マーカを患者の外面に取り付けるように構成することもでき、又は例えば骨ピン、骨ねじ、縫合糸、クランプなどを使用して、マーカを患者の内部解剖学的構造に取り付けるように構成することもできる。取り付け要素２１２は、マーカ２０４の位置合わせを容易にするために、１以上の自由度で調節可能であり得る。いくつかの実施形態では、取り付け要素２１２は、患者に対するマーカ２０４の６自由度調節を可能にする。取り付け要素２１２は、マーカ２０４が患者に対して並進又は回転できないように、固定位置でロック可能であり得る。いくつかの実施形態では、複数の骨ピンを使用して、マーカ２０４を患者に固定し、患者に対するマーカの回転を防止することができる。取り付け要素２１２は、マーカ２０４を高位置で支持して、マーカに患者の解剖学的構造にわたる明確な見通し線を与えることができる。

マーカ２０４は、ユーザがマーカと患者とを位置合わせするのを支援するための位置合わせガイド２１４を含むことができる。例えば、マーカ２０４は、気泡水準器、加速度計、ジャイロスコープ、若しくは他のセンサ、又は外科用ナビゲーションシステムと共に使用するためのビーコン若しくはマーカを含むことができる。位置合わせガイド２１４は、例えば、患者の矢状面に対して垂直であるように測定軸ＭＡを位置合わせするために、患者に対するマーカ２０４の正確な位置決めを可能にすることができる。位置合わせガイド２１４は、レーザ、ＬＥＤポインタなどの視覚的インジケータを投影するための特徴を含むことができる。図示のように、マーカ２０４及びポインティングデバイス２０２のためにビーム型インジケータが使用される場合は、ビームを互いに、かつ患者の矢状面と比較して、ビームと矢状面とがそれぞれ互いに平行であることを確認することによって、マーカとポインティングデバイスとの適切な位置合わせを確認することができる。位置合わせガイド２１４は省略されてもよく、マーカ２０４は視覚的に位置合わせされてもよい。マーカ２０４の位置合わせは、蛍光透視法、ＣＴ法、又はＭＲＩなどの撮像技術を使用して確認することができる。

使用中、ポインティングデバイス２０２及びマーカ２０４は、患者に沿って互いに反対側に位置決めされてもよく、患者に取り付けられてもよい。図示した実施形態では、ポインティングデバイス２０２は患者のＳ１椎骨に取り付けられ、マーカ２０４は患者のＴ１椎骨に取り付けられているが、対象の測定に応じて、ポインティングデバイス及びマーカは患者の様々な位置のいずれかに取り付けられ得ることが理解されよう。

ポインティングデバイス２０２及びマーカ２０４の位置合わせガイド２０８、２１４及び取り付け要素２０６、２１２は、適切な位置合わせを確認するために必要に応じてチェック及び調節することができる。例えば、ポインティングデバイス２０２は、投影された視覚的インジケータが患者のＣＳＶＬと平行であり、かつ同じ矢状面内にあるように、また投影された視覚的インジケータが測定スケール２１０上に着地するように、位置合わせすることができる。マーカ２０４は、Ｔ１の中心から延在する垂直測鉛線に対して測定軸ＭＡが垂直に延在するように位置合わせすることができる。したがって、外科医は、投影された視覚的インジケータが着地する、測定スケール２１０に沿った位置を観察するだけで、患者のＴ１－Ｓ１のＣＶＡを迅速に評価することができる。ポインティングデバイス２０２及びマーカ２０４は、外科医が所望する限り患者に取り付けられたままであり、視覚的インジケータは、システム２００が患者の脊椎の冠状均衡を継続的に検証することができるように「オン」のままであることができる。したがって、システム２００は、患者の冠状均衡の連続的なリアルタイムの指標を外科医に提供することができる。

ポインティングデバイス２０２及びマーカ２０４の位置決めは、逆転してもよいことが理解されよう。換言すれば、ポインティングデバイス２０２は患者上のより高い位置で取り付けることもでき、マーカ２０４は患者上のより低い位置で取り付けることもできる。いくつかの実施形態では、ポインティングデバイス２０２及びマーカ２０４は同一の構成要素であることができ、したがって、どちらの役割にも互換的に使用することができる。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、ポインティングデバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、マーカを患者の第２の位置に取り付けることと、ポインティングデバイスからマーカの測定スケール上に視覚的インジケータを投影して、患者の解剖学的測定値の直接的な視覚的指標を提供することと、を含む。第１の位置は骨盤又は下椎骨であり得、第２の位置は上椎骨であり得、解剖学的測定値は患者のＣＶＡであり得る。

図３Ａ～図３Ｂは、例えば、冠状距離を測定するために使用することができる解剖学的位置合わせのための例示的なシステム３００を示す。図示のように、システム３００は、第１及び第２のレンジファインダシステム３１６Ａ、３１６Ｂを含むことができる。各レンジファインダシステム３１６Ａ、３１６Ｂは、送受信機構成要素３２０及び標的構成要素３２２を含むことができ、例えば、出力信号が送受信機から放射される時から出力信号が標的から反射されて送受信機に戻り受信される時までの飛行時間を測定することによって、構成要素間の範囲又は距離を測定するように構成することができる。例示的なレンジファインダは、光センサ、パルスレーザセンサ、音響センサ、又は赤外線センサを使用して飛行時間を測定することができる。図示の実施形態では、システム３００は２つのレンジファインダ３１６を含むが、例えば、冗長性を提供するために、又は追加の解剖学的寸法を測定するために、任意の数のレンジファインダを使用してもよいことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、単一の送受信機３２０を使用して、複数の標的３２２への飛行時間を測定することができる。

第１及び第２のレンジファインダ３１６Ａ、３１６Ｂはそれぞれ、患者に装着された標的構成要素３２２と、固定基準軸に沿って取り付けられるか又は位置決めされた（例えば、示されるように手術台３２４の縁部に取り付けられた）送受信機構成要素３２０と、を含み得る。他の実施形態では、標的構成要素３２２を基準軸に沿って配置してもよく、送受信機構成要素３２０を患者に取り付けてもよい。第１の標的構成要素３２２Ａは、Ｔ１などの患者上の第１の位置に連結することができ、第２の標的構成要素３２２Ｂは、Ｓ１などの患者上の第２の位置に連結することができる。使用中は、第１及び第２のレンジファインダ３１６Ａ、３１６Ｂの送受信機３２０Ａ、３２０Ｂによって測定されたそれぞれの飛行時間を比較して、第１の標的構成要素３２２Ａと第２の標的構成要素３２２Ｂとの間の距離を決定することができる。例えば、レンジファインダ３１６は、冠状面内の標的構成要素３２２間の相対距離を測定することができ、これは、上記の例では、患者のＴ１－Ｓ１のＣＶＡと相応している。図示した実施形態では、標的３２２は患者のＳ１及びＴ１椎骨に取り付けられているが、対象の測定に応じて、標的は患者の様々な位置のいずれかに取り付けることができることが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、送受信機３２０及び標的３２２は同一の構成要素であることができ、したがって、どちらの役割にも互換的に使用することができる。

システム３００は、測定された距離を外科医に伝達するためのインジケータを含むことができる。例えば、システム３００は、電子ディスプレイ３２６を駆動して、外科医に対して相対距離をグラフ表示するコントローラを含むことができる。更なる例として、相対距離が許容範囲内であるとき、例えば、測定されたＣＶＡが＋／－２ｃｍなどの所定のゼロ距離内にあるとき、又は相対距離が許容範囲外であるとき、システムは、音響的、視覚的、及び／又は触覚的フィードバックを発することができる。フィードバックは、ＬＥＤなどの光、スピーカ、ブザー、振動器などによって発することができる。

レンジファインダ３１６の送受信機及び／又は標的構成要素は、場合によっては、患者又は固定基準点に構成要素を取り付けるための取り付け要素３２８を含むことができる。取り付け要素３２８は、例えば接着剤、クランプ、ストラップ、縫合糸などを使用して、構成要素を患者の外面に取り付けるように構成することもでき、又は例えば骨ピン、骨ねじ、縫合糸、クランプなどを使用して、構成要素を患者の内部解剖学的構造に取り付けるように構成することもできる。取り付け要素３２８は、レンジファインダ構成要素の位置合わせを容易にするために、１以上の自由度で調節可能であり得る。いくつかの実施形態では、取り付け要素３２８は、患者又は基準点に対する構成要素の６自由度調節を可能にする。取り付け要素３２８は、構成要素が患者又は基準点に対して並進又は回転できないように、固定位置でロック可能であり得る。いくつかの実施形態では、複数の骨ピンを使用して、構成要素を患者に固定し、患者に対する構成要素の回転を防止することができる。取り付け要素３２８は、構成要素を高位置で支持して、構成要素に患者の解剖学的構造にわたる明確な見通し線を与えることができる。

レンジファインダ３１６の送受信機及び／又は標的構成要素は、ユーザが基準軸を用いて構成要素を患者と位置合わせさせ、かつ構成要素を互いに位置合わせさせるのを支援するために、位置合わせガイド３３０を含むことができる。例えば、構成要素は、気泡水準器、加速度計、ジャイロスコープ、若しくは他のセンサ、又は外科用ナビゲーションシステムと共に使用するためのビーコン若しくはマーカを含むことができる。位置合わせガイド３３０は、患者及び基準軸に対する構成要素の正確な位置決めを可能にして、例えば、放射された信号の入射経路及び反射経路を、患者の矢状面、測鉛線、又はＣＳＶＬ、及び基準軸に対して垂直であるように位置合わせさせることができる。位置合わせガイド３３０は省略されてもよく、構成要素は視覚的に位置合わせされてもよい。構成要素の位置合わせは、蛍光透視法、ＣＴ法、又はＭＲＩなどの撮像技術を使用して確認することができる。いくつかの実施形態では、レンジファインダ３１６の一方又は両方の構成要素は、視覚的インジケータを反対側の構成要素上に投影するように構成することができる。構成要素は、レーザ、ＬＥＤポインタなどの視覚的インジケータを投影するための様々な特徴のうちのいずれかを含むことができる。構成要素は、例えば、冠状面又は矢状面内で湾曲しない線で、視覚的インジケータを直線状に投影することができる。投影された視覚的インジケータを使用して、送受信機と標的との間の位置合わせを確認することができる。

使用中は、標的３２２が患者に取り付けられてもよく、送受信機３２０が基準軸に沿って取り付けられてもよく、又はその逆であってもよい。レンジファインダ構成要素の位置合わせガイド３３０及び取り付け要素３２８は、適切な位置合わせを確認するために必要に応じてチェック及び調節することができる。レンジファインダ３１６によって測定された飛行時間は、例えば、プロセッサ、コントローラ、コンピュータシステムなどを使用して比較して、標的３２２間の相対距離を決定し、ひいては患者の解剖学的測定値を決定することができる。例えば、レンジファインダ３１６は、冠状面内の標的構成要素３２２間の相対距離を測定することができ、これは、上記の例では、患者のＴ１－Ｓ１のＣＶＡと相応している。解剖学的測定値は、手術全体にわたって外科医が測定値をリアルタイムでかつ連続的に素早く評価することができるように外科医に伝達され得る。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、患者の第１の位置に第１のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、基準軸に第２のレンジファインダ構成要素を位置決めすることと、患者の第２の位置に第３のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、基準軸に第４のレンジファインダ構成要素を位置決めすることと、第１の構成要素と第２の構成要素との間の第１の飛行時間を測定することと、第３の構成要素と第４の構成要素との間の第２の飛行時間を測定することと、第１の飛行時間と第２の飛行時間とを比較して患者の解剖学的測定値を決定することと、を含み得る。第１の位置は骨盤又は下椎骨であり得、第２の位置は上椎骨であり得、解剖学的測定値は患者のＣＶＡであり得る。方法は、視覚的インジケータ、音響式インジケータ、触覚的インジケータ、及び電子ディスプレイのうちの少なくとも１つを使用して、決定された解剖学的測定値をユーザに通信することを含み得る。

図４Ａ～図４Ｂは、例えば、冠状距離を測定するために使用することができる解剖学的位置合わせのための例示的なシステム４００を示す。図示のように、システム４００は、上記のシステム２００、３００の特徴を組み込むことができる。具体的には、システム４００は、ポインティングデバイス４０２と、送受信機構成要素４２０及び標的構成要素４２２を有するレンジファインダ４１６と、を含むことができる。ポインティングデバイス４０２は、上記のシステム２００のポインティングデバイス２０２のように患者に取り付けることができ、レンジファインダ構成要素４２２のうちの１つは、上記のシステム２００のマーカ２０４のように患者に取り付けることができる。もう１つのレンジファインダ構成要素４２０はユーザによって保持されてもよく、又はポインティングデバイス４０２から投影された視覚的インジケータによって決定された、第１のレンジファインダ構成要素４２２から横方向にオフセットされた位置で、患者に取り付けられてもよい。換言すれば、レンジファインダ標的構成要素４２２はＴ１に取り付けることができ、またレンジファインダ送受信機構成要素４２０は、ポインティングデバイス４０２の投影された視覚的インジケータが送受信機に入射する位置で標的の反対側に配置することができる。反対の配置、すなわち、送受信機４２０が患者に取り付けられ、標的４２２がポインティングデバイス４０２と位置合わせされる配置を使用することもできる。次に、レンジファインダ４１６は、送受信機４２０と標的４２２との間の飛行時間を測定し、それによって２つの間の相対距離を決定することができる。図示の実施形態では、送受信機４２０と標的４２２との間の相対距離は、患者のＴ１－Ｓ１のＣＶＡと等しい。例示される取り付け点は単なる例示であり、システム４００は、ユーザの様々な解剖学的測定値のいずれかを決定するために使用され得ることが理解されるであろう。システム４００では、レンジファインダ４１６は、上記システム３００におけるように第１の飛行時間と第２の飛行時間とを比較することとは対照的に、標的寸法を直接測定する。決定された解剖学的測定値は、例えば、電子ディスプレイ４２６を使用して、上記のようにユーザに通信することができる。

いくつかの実施形態では、解剖学的位置合わせを評価するための方法は、ポインティングデバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、患者の第２の位置に第１のレンジファインダ構成要素を取り付けることであって、第２の位置は、患者の冠状面で第１の位置と位置合わせされる、ことと、患者の第３の位置に第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、第１のレンジファインダ構成要素と第２のレンジファインダ構成要素との間の飛行時間を測定して、患者の解剖学的測定値を決定することと、を含み得る。

図５Ａ～図５Ｂは、例えば、冠状距離を測定するために使用することができる解剖学的位置合わせのための例示的なシステム５００を示す。以下で示されることを除き、また当業者にとって容易に明らかであるように、システム５００の構造及び動作は上記のシステム２００の構造及び動作とほぼ同一であるため、簡潔さのために本明細書では詳細な説明は省略する。システム５００及びその構成要素は、取り付け機構、位置合わせガイドなどを含む、上記のシステムの特徴のいずれかを含むことができる。

システム５００では、撮像デバイス５０２がシステム２００のポインティングデバイス２０２の代わりに使用され、所定の色、マーキング、パターンなどを有するマーカ５０４が、システム２００のマーカ２０４の代わりに使用される。捕捉された画像から基準軸に対するマーカ５０４の位置を決定することができるように、撮像デバイスの視野は、患者の対象となるＣＳＶＬ又は他の基準軸に対して位置合わせされるか、較正されるか、又は整合されてもよい。例えば、撮像デバイス５０２は、画像センサの中心軸を示すために放射線不透過線でマーキングされ得、線は蛍光透視法を用いて患者の基準軸と位置合わせされ得る。更なる例として、正中仙骨稜又は腰椎の棘突起などの患者の解剖学的ランドマークを、基準軸の位置を特定するために捕捉された画像中で識別することができる。更に別の例として、撮像デバイス５０２は、視覚的に位置合わせすることができる。コントローラは、画像処理ルーチンを実行して、捕捉された画像内のマーカ５０４を識別し、マーカと基準軸との間のオフセットを計算し、それによって患者の解剖学的測定値、例えば、図示されるＴ１－Ｓ１のＣＶＡを計算することができる。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又はＮＭＯＳ画像センサ、フォトダイオード、光センサ、ビデオトラッカセンサ、ビデオ表面センサ、光ファイバセンサ、レーザ走査センサ、電磁センサ、本明細書に記載されるセンサの組み合わせなどを含む、様々な既知の撮像デバイス５０２のいずれかを使用することができる。いくつかの実施形態では、撮像デバイス５０２はＲＧＢセンサ、例えば、市販のＲＧＢ－Ｄセンサであり得る。マーカ５０４は、ＲＧＢセンサによる認識を容易にするために、赤色、緑色、又は青色に着色することができる。

決定された解剖学的測定値は、例えば、図示される電子ディスプレイ５２６を使用して、上記のとおりユーザに通信することができる。電子ディスプレイは、画像センサ５０２又は遠隔コンピュータシステムの一部と一体であり得る。システム５００は、オフセットの方向、例えば、図示のように左又は右に沿ったオフセットをユーザに伝達することができる。

図６Ａ～図６Ｇは、例えば、肩部及び／又は骨盤のレベリングのために使用することができる解剖学的位置合わせのための例示的なシステム６００を示す。

図６Ａ～図６Ｃに示されるように、システム６００は、左及び右レンジファインダ６１６Ａ、６１６Ｂを含むことができる。左レンジファインダ６１６Ａは、送受信機構成要素６２０Ａと標的構成要素６２２Ａとを含むことができ、右レンジファインダは、送受信機構成要素６２０Ｂと標的構成要素６２２Ｂとを含むことができる。レンジファインダ６１６は、取り付け要素、位置合わせガイドなどを含む、上記のレンジファインダの特徴のうちのいずれかを含むことができる。いくつかの実施形態では、単一の送受信機構成要素６２０が、複数の標的構成要素６２２への飛行時間を測定することができる。

使用時には、レンジファインダ６１６Ａ、６１６Ｂによって測定された飛行時間は、例えば、プロセッサ、コントローラ、コンピュータシステムなどを使用して比較されて、標的６２２Ａと標的６２２Ｂとの間の相対距離を決定し、ひいては患者の解剖学的測定値を決定することができる。解剖学的測定値は、手術全体にわたって外科医が測定値をリアルタイムでかつ連続的に素早く評価することができるように外科医に伝達され得る。

図示の実施形態では、レンジファインダ送受信機６２０Ａ、６２０Ｂは患者のＳ１椎骨に取り付けられ、レンジファインダ標的６２２Ａ、６２２Ｂは、患者の左肩部及び右肩部の、例えば左肩甲骨の上角及び右肩甲骨の上角にそれぞれ取り付けられる。したがって、左及び右レンジファインダ６１６Ａ、６１６Ｂによって測定された飛行時間の差は、患者における肩部の不均衡の量を示すことができる。図６Ｂに示されるように、患者の肩部が不均衡であるときは、左レンジファインダ６１６Ａによって測定された飛行時間によって表される距離Ｘは、右レンジファインダ６１６Ｂによって測定された飛行時間によって表される距離Ｙとは異なる。図６Ｃに示すように、患者の肩部が均衡している又は水平であるときは、左及び右レンジファインダ６１６Ａ、６１６Ｂによって測定された飛行時間によって表される距離Ｚは、等しいか又は実質的に等しい。左及び右レンジファインダ６１６Ａ、６１６Ｂによって測定された距離は、例えば、図６Ｄに示すような電子ディスプレイ６２６を使用して外科医に伝達され得る。測定値が示されるディスプレイ上の位置は、レンジファインダが搭載されている患者の場所と連動させることができる。例えば、左レンジファインダ６１６Ａから得られた測定値はディスプレイ６２６の左側に表示することができ、右レンジファインダ６１６Ｂを用いて得られた測定値はディスプレイの右側に表示することができる。したがって、図示された例では、外科医は、左肩部が右肩部より１０ｃｍ低いことをディスプレイ６２６から容易に観測することができる。

システム６００は、図６Ｅに示すように、股関節又は骨盤の均衡など、患者の他の解剖学的位置合わせを測定するのに使用することができる。図示のように、レンジファインダ標的６２２Ａ、６２２Ｂは、患者の股関節の、例えば腸骨稜の外縁に取り付けることができる。システム６００は、上記のように使用されて、患者の骨盤の均衡又は不均衡の程度を外科医に伝達することができる。

レンジファインダ構成が示され、上記で説明されたが、システム６００は、代わりに又は加えて他の測定技術を使用してもよいことが理解されるであろう。例えば、図６Ｆ～図６Ｇに示されるように、システム６００は、上記のタイプの撮像デバイス６０２と、撮像デバイスによって捕捉された画像中で検出されるように構成された左及び右マーカ６０４Ａ、６０４Ｂと、を含むことができる。いくつかの実施形態では、撮像デバイス６０２はＲＧＢセンサであってもよく、マーカ６０４Ａ、６０４Ｂは、ＲＧＢセンサによって容易に識別可能にするために、異なる色、例えば、１つは青色及び１つは緑色を有してもよい。使用時には、画像センサ６０２によって捕捉された画像データを処理して、左及び右マーカ６０４Ａ、６０４Ｂの撮像デバイスに対する相対的近接度を決定することができる。例えば、捕捉された画像内のマーカ６０４Ａ、６０４Ｂのサイズを決定して、マーカの近接度を評価することができる。図６Ｆに示すように、患者の肩部が不均衡であるときは、左マーカ６０４Ａの近接度Ｘは右側マーカ６０４Ｂの近接度Ｙとは異なる。図６Ｇに示すように、患者の肩部が均衡しているか又は水平であるときは、左及び右マーカ６０４Ａ、６０４Ｂの近接度Ｚは等しいか実質的に等しい。図６Ｆ～図６Ｇに示すシステム６００は、骨盤のレベリング、又は他の解剖学的位置合わせの評価のために使用することもできる。ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又はＮＭＯＳ画像センサ、フォトダイオード、光センサ、ビデオトラッカセンサ、ビデオ表面センサ、光ファイバセンサ、レーザ走査センサ、電磁センサ、本明細書に記載されるセンサの組み合わせなどを含む、様々な既知の撮像デバイス６０２のいずれかを使用することができる。

図７Ａ～図７Ｂは、例えば、特に脚部長さにずれがある患者における、肩部及び／又は骨盤のレベリングのために使用することができる解剖学的位置合わせのための例示的なシステム７００を示す。図示のように、システム７００は、例えば患者が手術台に横たわるときに、患者に対する仮想基底面を確立するための機械的フレーム７３２を含むことができる。フレーム７３２は、例えば、視覚的インジケータを投影するように構成された、上記のタイプのポインティングデバイス７０２を含むことができる。ポインティングデバイスは、レーザ、ＬＥＤポインタなどの視覚的インジケータを投影するための様々な特徴のうちのいずれかを含むことができる。ポインティングデバイス７０２は、例えば、冠状面又は矢状面内で湾曲しない線で、視覚的インジケータを直線状に投影することができる。図示した実施形態では、ポインティングデバイス７０２は、フレーム７３２の仮想基底面に垂直な測鉛線として作用する光線７３４を投影する。したがって、フレーム７３２を患者に取り付けることができ、また患者の解剖学的構造の様々な部分を測鉛線７３４と比較して位置合わせを評価することができる。図７Ｂに示すように、脚部長さにずれがある患者は、測鉛線７３４と比較しての骨盤側偏位及び肩側偏位を呈し得る。外科医は、例えば、患者の頸胸接合部（ＣＴＪ）を測鉛線７３４に引き寄せて肩部を均衡させることによって、及び／又は患者の腰仙関節Ｌ５－Ｓ１を測鉛線７３４に引き寄せて骨盤を均衡させることによって、位置ずれを矯正することができる。

フレーム７３２は、様々な位置のいずれかで患者に固定され得る。図示した実施形態では、フレーム７３２は患者の下肢に固定され、フットプレート７３６が患者の踵にしっかりと押し付けられる。したがって、フットプレート７３６は、患者の左及び右踵と交差する仮想基底面を画定することができる。フレーム７３２は、フレームを患者に固定するためのストラップ又は他の取り付け機構７３８を含むことができる。フレーム７３２は、患者の関節の１つ以上の動きをロック又は制限するように構成され得る。図示された実施形態では、フレーム７３２は、患者の足首関節をロックアウトする。他の実施形態では、フレーム７３２は、膝関節、股関節などの代わりに、又は加えて、患者の他の関節をロックアウトすることができる。

上記のシステムのうちの任意の１つ以上は、例えば、センサ出力又は捕捉画像を処理すること、測定された範囲を比較すること、解剖学的位置合わせを計算すること、解剖学的測定値をユーザに対して表示することなどを行うために、コントローラ、データプロセッサ、又はコンピュータシステムを含むことができる。

図８は、上記の解剖学的位置合わせシステムのうちのいずれかと共に使用することができる例示的なコンピュータシステム８００を示す。本明細書には例示的なコンピュータシステム８００が図示及び説明されているが、これは一般概念及び便宜のためであることが理解されるであろう。他の実施形態では、コンピュータシステム８００は、本明細書で図示及び説明されるものとはアーキテクチャ及び動作が異なる場合がある。コンピュータシステム８００は、タブレットコンピュータ、モバイルデバイス、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、クラウドベースのコンピュータ、サーバコンピュータなどであり得る。ソフトウェアは、コンピュータシステム８００上で実行することができる。ソフトウェアは、ローカルハードウェア構成要素（例えば、タブレットコンピュータ、スマートフォン、ラップトップコンピュータなど）上で実行することもでき、又は遠隔的に実行することもできる（例えば、コンピュータシステム８００と通信連結するサーバ又はクラウド接続されたコンピューティングデバイス上で）。コンピュータシステム８００は、例えばリアルタイムで、ソフトウェア医療機器（ＳａＭＤ）、術前計画ソフトウェア、画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）、電子医療記録（ＥＭＲ）システム、電子カルテ（ＥＨＲ）システム、及び／又は電子患者報告アウトカム（ｅＰＲＯ）システムを含む他のソフトウェア又はハードウェアシステムと物理的又は通信的に接続可能である。コンピュータシステム８００は、外科的介入及び矯正のための、データ転送、データ分析、機械学習、及び／又はリアルタイム処方臨床判断決定のために、こうした他のシステムに接続することができる。

図示されたコンピュータシステム８００は、例えば、組み込みソフトウェア、オペレーティングシステム、デバイスドライバ、アプリケーションプログラムなどを実行することによってコンピュータシステムの動作を制御するプロセッサ８４０を含む。プロセッサ８４０は、プログラム可能な汎用又は専用プロセッサを含む、任意の種類のマイクロプロセッサ又は中央処理装置（ＣＰＵ）を含むことができる。本明細書で使用するとき、プロセッサという用語は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＰＩＣ、内部又は外部メモリ又はレジスタからプログラム命令を読み取り、解釈実行するプロセッサなどを指すことができる。コンピュータシステム８００は更に、プロセッサ８４０によって実行されるコード又はプロセッサによって処理されるデータのための一時又は永久記憶装置を提供するメモリ８４２を含む。メモリ８４２は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の１つ以上の種類、及び／又はメモリ技術の組み合わせを含むことができる。コンピュータシステム８００の様々な構成要素は、任意の１つ以上の個別の配線、物理バス、通信回線などを介して相互接続することができる。

コンピュータシステム８００はまた、通信又はネットワークインタフェース８４４とＩ／Ｏインタフェース８４６とを含むことができる。ネットワークインタフェース８４４は、コンピュータシステム８００がネットワーク又は通信バス（例えば、ユニバーサルシリアルバス）を介して遠隔デバイス（例えば、他のコンピュータシステム）と通信することを可能にすることができる。Ｉ／Ｏインタフェース８４６は、１つ以上の入力デバイス、１つ以上の出力デバイス、及びコンピュータシステム８００の様々な他の構成要素間の通信を容易にすることができる。例示的な入力又は出力デバイスとしては、電子ディスプレイ、タッチスクリーン、機械式ボタン、キーボード、ポインティングデバイス、及び解剖学的位置合わせセンサ又は構成要素（例えば、上記のタイプのポインティングデバイス、レンジファインダ、及び撮像デバイス）が挙げられる。コンピュータシステム８００は更に、不揮発性及び／又は非過渡的な方法でデータを記憶するための任意の従来式媒体を含むことができるストレージデバイス８４８を含むことができる。ストレージデバイス８４８は、１つ以上のハードディスクドライブ、フラッシュドライブ、ＵＳＢドライブ、光学ドライブ、様々なメディアディスク若しくはカード、及び／又はこれらの任意の組み合わせを含むことができ、コンピュータシステム８００のその他の構成要素に直接接続することも、又は通信インタフェース８４４を介するなどして遠隔接続することも可能である。図８に示される要素は、単一の物理的機械の要素の一部又は全てであり得る。更に、図示された要素の全てが同じ物理的機械上又は同じ物理的機械内に配置される必要はない。

コンピュータシステム８００によって実行される様々な機能は、１つ以上のモジュールによって実行されるものとして論理的に説明することができる。このようなモジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせで実現され得ることが理解されるであろう。ソフトウェアで実現される場合、モジュールは、単一のプログラム又は１つ以上の個別のプログラムの一部とすることができ、様々なコンテキスト（例えば、組み込みソフトウェアパッケージ、オペレーティングシステム、デバイスドライバ、スタンドアロンアプリケーション、及び／又はそれらの組み合わせの一部として）実現できることが更に理解されるであろう。更に、１つ以上のモジュールを具現化するソフトウェアが、１つ以上の非一時的コンピュータ可読記憶媒体上の実行可能プログラムとして記憶され得る。特定のモジュールによって実行されるとして本明細書に開示される機能は、任意の他のモジュール又はモジュールの組み合わせによっても実行され得る。

上記の説明若しくは添付図面において表現された又は示唆された方法工程の任意の順序は、その順序でステップ工程を実施することに開示された方法を限定するものと解釈すべきではないことに留意すべきである。むしろ、本明細書で開示された方法のそれぞれの様々なステップは、任意の様々な順序で行うことができる。更に、説明された方法は、例示的な実施形態に過ぎず、追加の工程を含む、又はより少ない工程を含む、様々な他の方法も本開示の範囲内である。

本明細書で例示及び説明されるシステム及び方法は、一般に、ヒト患者の脊椎、股関節、又は肩部の位置合わせを評価することを含むが、本明細書のシステム及び方法は、ヒト、動物、又は非生物被検体における様々な他の解剖学的位置合わせ、距離などを評価するために用いられ得ることが理解されるであろう。本明細書で開示されたシステム及び方法は、最小侵襲性手術及び／又は切開手術で用いることができる。

本明細書で開示されるシステム及びそれらの様々な構成部品は、様々な既知の材料のいずれかから構築することができる。例示的な材料は、例えば、ステンレス鋼、チタン、又はそれらの合金のような金属、ＰＥＥＫ、セラミックス、炭素繊維などのポリマーを含む、外科用途で使用するのに適した材料を含む。本明細書で開示された装置の様々な構成要素は、剛性又は可撓性であり得る。装置の１つ又は複数の構成要素又は部分は、蛍光透視法及び他の画像処理技法の下での視覚化を容易にするために、放射線不透過性材料から形成することができ、あるいは他の構造物の可視化を干渉しないように放射線透過性材料から形成することができる。例示的な放射線透過性の材料としては、炭素繊維及び高強度のポリマーが挙げられる。

以上、特定の実施形態を記載したが、記載された概念の趣旨及び範囲内で多くの変更がなされ得る点を理解されたい。

〔実施の態様〕
（１） 解剖学的位置合わせを評価するための方法であって、
ポインティングデバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、
マーカを患者の第２の位置に取り付けることと、
前記ポインティングデバイスから前記マーカの測定スケール上に視覚的インジケータを投影して、前記患者の解剖学的測定値の直接的な視覚的指標を提供することと、を含む、方法。
（２） 前記第１の位置は仙椎であり、前記第２の位置は胸椎又は頸椎である、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記解剖学的測定値は前記患者のＣＶＡである、実施態様１に記載の方法。
（４） 前記ポインティングデバイスを取り付けることは、前記視覚的インジケータを前記患者のＣＳＶＬと平行になるように位置合わせすることを含む、実施態様１に記載の方法。
（５） 前記マーカを取り付けることは、前記測定スケールの測定軸を、前記患者の前記ＣＳＶＬに対して垂直になるように位置合わせすることを含む、実施態様４に記載の方法。

（６） 前記マーカを取り付けることは、前記測定スケールの測定軸を、前記第１の位置から延在する垂直の測鉛線に対して垂直になるように位置合わせすることを含む、実施態様１に記載の方法。
（７） 解剖学的位置合わせを評価するためのシステムであって、
ポインティングデバイスであって、前記ポインティングデバイスを患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、ポインティングデバイスと、
マーカであって、前記マーカを前記患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、前記マーカは測定軸に沿って延在する測定スケールを有する、マーカと、を含み、
前記ポインティングデバイスは前記測定スケール上に視覚的インジケータを投影し、それによって前記測定軸に沿った前記第１の解剖学的構造と前記第２の解剖学的構造との間のオフセットの視覚的指標を提供する、システム。
（８） 前記ポインティングデバイスはレーザポインタを含む、実施態様７に記載のシステム。
（９） 前記ポインティングデバイスの前記取り付け要素は、骨ピン及び骨アンカのうちの少なくとも１つを有する、実施態様７に記載のシステム。
（１０） 前記ポインティングデバイス及び前記マーカのうちの少なくとも１つを前記患者に対して位置合わせするための位置合わせガイドを更に含む、実施態様７に記載のシステム。

（１１） 前記位置合わせガイドは、気泡水準器、加速度計、ジャイロスコープ、又は他のセンサ、及び外科用ナビゲーションシステムと共に使用するためのビーコン若しくはマーカのうちの少なくとも１つを有する、実施態様１０に記載のシステム。
（１２） 解剖学的位置合わせを評価するための方法であって、
患者の第１の位置に第１のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、
基準軸に第２のレンジファインダ構成要素を位置決めすることと、
前記患者の第２の位置に第３のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、
前記基準軸に第４のレンジファインダ構成要素を位置決めすることと、
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の第１の飛行時間を測定することと、
前記第３の構成要素と前記第４の構成要素との間の第２の飛行時間を測定することと、
前記第１の飛行時間と前記第２の飛行時間とを比較して前記患者の解剖学的測定値を決定することと、を含む、方法。
（１３） 前記第１の位置は前記患者の下椎骨であり、前記第２の位置は前記患者の上椎骨である、実施態様１２に記載の方法。
（１４） 前記解剖学的測定値は前記患者のＣＶＡである、実施態様１２に記載の方法。
（１５） 視覚的インジケータ、音響式インジケータ、触覚的インジケータ、及び電子ディスプレイのうちの少なくとも１つを使用して、前記決定された解剖学的測定値をユーザに通信することを更に含む、実施態様１２に記載の方法。

（１６） 前記第１及び第２の構成要素は、前記患者のＣＳＶＬに垂直な第１の軸に沿って位置合わせされ、前記第３及び第４の構成要素は、前記患者の前記ＣＳＶＬに垂直な第２の軸に沿って位置合わせされる、実施態様１２に記載の方法。
（１７） 解剖学的位置合わせを評価するためのシステムであって、
第１及び第２の構成要素を含む第１のレンジファインダであって、前記第１の構成要素は、前記第１の構成要素を患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、前記第１のレンジファインダは、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の第１の距離を測定するように構成されている、第１のレンジファインダと、
第３及び第４の構成要素を含む第２のレンジファインダであって、前記第３の構成要素は、前記第３の構成要素を前記患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、前記第２のレンジファインダは、前記第３の構成要素と前記第４の構成要素との間の第２の距離を測定するように構成されている、第２のレンジファインダと、
前記第１の距離と前記第２の距離とを比較して、前記第１の距離と前記第２の距離との間の差を電子ディスプレイ上に表示するように構成されたコントローラと、を含む、システム。
（１８） 各取り付け要素は、骨ピン及び骨アンカのうちの少なくとも１つを有する、実施態様１７に記載のシステム。
（１９） 前記第１、第２、第３、及び第４の構成要素のうちの少なくとも１つを前記患者に対して位置合わせするための位置合わせガイドを更に含む、実施態様１７に記載のシステム。
（２０） 解剖学的位置合わせを評価するための方法であって、
ポインティングデバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、
前記患者の第２の位置に第１のレンジファインダ構成要素を取り付けることであって、前記第２の位置は、前記患者の冠状面で前記第１の位置と位置合わせされる、ことと、
前記患者の第３の位置に第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、
第１のレンジファインダ構成要素と第２のレンジファインダ構成要素との間の飛行時間を測定して、前記患者の解剖学的測定値を決定することと、を含む、方法。

（２１） 前記第１の位置は仙椎であり、前記第３の位置は胸椎又は頸椎である、実施態様２０に記載の方法。
（２２） 前記解剖学的測定値は前記患者のＣＶＡである、実施態様２０に記載の方法。
（２３） 前記ポインティングデバイスを取り付けることは、前記ポインティングデバイスによって放射された視覚的インジケータを位置合わせし、その結果、前記視覚的インジケータが前記患者の前記ＣＳＶＬと平行になることを含み、前記視覚的インジケータが前記第１のレンジファインダ構成要素上に入射される、実施態様２０に記載の方法。
（２４） 前記第１及び第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることは、前記患者の前記ＣＳＶＬに対して垂直な軸に沿って前記第１及び第２の構成要素を位置決めすることを含む、実施態様２０に記載の方法。
（２５） 解剖学的位置合わせを評価するためのシステムであって、
ポインティングデバイスであって、前記ポインティングデバイスを患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、ポインティングデバイスと、
第１及び第２の構成要素を含むレンジファインダであって、前記第１の構成要素は、前記第１の構成要素を前記患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、前記第２の構成要素は、前記第２の構成要素を前記患者の第３の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有し、前記レンジファインダは、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の距離を測定するように構成されている、レンジファインダと、
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の前記測定された距離を電子ディスプレイ上に表示するように構成されたコントローラと、を含む、システム。

（２６） 解剖学的位置合わせを評価するための方法であって、
撮像デバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、
マーカを前記患者の第２の位置に取り付けることであって、前記マーカは前記撮像デバイスの視野内にある、ことと、
前記撮像デバイスの前記視野を前記患者の基準軸に対して較正することと、
前記撮像デバイスによって捕捉された１つ以上の画像から前記マーカと前記基準軸との間のオフセットを前記患者の解剖学的測定値として決定することと、を含む、方法。
（２７） 前記第１の位置は下椎骨であり、前記第２の位置は上椎骨である、実施態様２６に記載の方法。
（２８） 前記解剖学的測定値は前記患者のＣＶＡである、実施態様２６に記載の方法。
（２９） 前記オフセットを電子ディスプレイ上に表示することを更に含む、実施態様２６に記載の方法。
（３０） 解剖学的位置合わせを評価するためのシステムであって、
撮像デバイスであって、前記撮像デバイスの視野の画像を捕捉するように構成され、前記視野は患者の基準軸に対して較正され、前記撮像デバイスは、前記撮像デバイスを前記患者の第１の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、撮像デバイスと、
マーカであって、前記撮像デバイスの前記視野内に配設されると、前記撮像デバイスによって捕捉された画像中で識別可能であり、前記マーカは、前記マーカを前記患者の第２の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、マーカと、
前記撮像デバイスによって捕捉された１つ以上の画像から前記マーカと前記基準軸との間のオフセットを前記患者の解剖学的測定値として決定するように構成されたコントローラであって、前記コントローラは前記解剖学的測定値を電子ディスプレイ上に表示するように更に構成されている、コントローラと、を含む、システム。

（３１） 解剖学的位置合わせを評価するための方法であって、
患者の第１の位置に第１のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、
前記患者の左の解剖学的構造に第２のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、
前記患者の右の解剖学的構造に第３のレンジファインダ構成要素を取り付けることと、
前記第１の構成要素と前記第２の構成要素との間の第１の飛行時間を測定することと、
前記第１の構成要素と前記第３の構成要素との間の第２の飛行時間を測定することと、
前記第１の飛行時間と前記第２の飛行時間とを比較して前記患者の前記左及び右の解剖学的構造の解剖学的位置合わせを決定することと、を含む、方法。
（３２） 前記左及び右の解剖学的構造は前記患者の左及び右肩部であり、前記解剖学的位置合わせは前記患者の肩部の均衡を含む、実施態様３１に記載の方法。
（３３） 前記左及び右の解剖学的構造は前記患者の左及び右股関節であり、前記解剖学的位置合わせは前記患者の股関節の均衡を含む、実施態様３１に記載の方法。
（３４） 前記第１の構成要素は、前記第２の構成要素に向けられた左送受信機と、前記第３の構成要素に向けられた右送受信機とを有する、実施態様３１に記載の方法。
（３５） 前記第１及び第２の飛行時間によって表される第１及び第２の距離を電子ディスプレイ上に表示することを更に含む、実施態様３１に記載の方法。

（３６） 前記第１の位置は前記患者の椎骨を含む、実施態様３１に記載の方法。
（３７） 解剖学的位置合わせを評価するための方法であって、
撮像デバイスを患者の第１の位置に取り付けることと、
前記患者の左の解剖学的構造に第１のマーカを位置決めすることと、
前記患者の右の解剖学的構造に第２のマーカを位置決めすることと、
前記撮像デバイスによって捕捉された１つ以上の画像から、前記第１のマーカの前記撮像デバイスに対する近接度と前記第２のマーカの前記撮像デバイスに対する近接度との差を前記患者の解剖学的位置合わせとして決定することと、を含む、方法。
（３８） 前記撮像デバイスはＲＧＢセンサを含み、前記第１及び第２のマーカは着色フラグを含む、実施態様３７に記載の方法。
（３９） 前記左及び右の解剖学的構造は前記患者の左及び右肩部であり、前記解剖学的位置合わせは前記患者の肩部の均衡を含む、実施態様３７に記載の方法。
（４０） 前記左及び右の解剖学的構造は前記患者の左及び右股関節であり、前記解剖学的位置合わせは前記患者の股関節の均衡を含む、実施態様３７に記載の方法。

（４１） 前記第１及び第２のマーカの前記近接度によって表される第１及び第２の距離を電子ディスプレイ上に表示することを更に含む、実施態様３１に記載の方法。
（４２） 前記第１の位置は前記患者の椎骨を含む、実施態様３１に記載の方法。
（４３） 解剖学的位置合わせのための方法であって、
機械的フレームを患者の左足及び右足の位置で前記患者に固定することであって、前記機械的フレームは仮想基底面を確立する、ことと、
前記フレームに取り付けられたポインティングデバイスから測鉛線を投影することであって、前記測鉛線は前記仮想基底面に対して垂直に延在する、ことと、
前記患者の解剖学的構造を前記測鉛線に適合させて前記患者の解剖学的な位置ずれを矯正することと、を含む、方法。
（４４） 前記フレームを使用して前記患者の足首関節の動きをロックすることを更に含む、実施態様４３に記載の方法。
（４５） 前記患者の前記解剖学的構造を適合させることは、前記患者の頸胸接合部（ＣＴＪ）を前記測鉛線に引き付けて前記患者の肩部の均衡を取ることを含む、実施態様４３に記載の方法。

（４６） 前記患者の前記解剖学的構造を適合させることは、前記患者の腰仙関節Ｌ５－Ｓ１を前記測鉛線に引き付けて前記患者の骨盤の均衡を取ることを含む、実施態様４３に記載の方法。
（４７） 解剖学的位置合わせのためのシステムであって、
患者の左足及び右足の位置で前記患者に固定されるように構成された機械的フレームと、
前記フレームに取り付けられたポインティングデバイスであって、前記ポインティングデバイスから測鉛線を投影するように構成され、前記測鉛線は、前記機械的フレームによって確立された仮想基底面に対して垂直に延在する、ポインティングデバイスと、を含む、システム。
（４８） 前記フレームは、前記フレームを前記患者に固定するための取り付け機構を含む、実施態様４７に記載のシステム。
（４９） 前記フレームは、前記患者の足首関節の動きをロックする、実施態様４７に記載のシステム。

Claims (10)

1. 解剖学的位置合わせを評価するためのシステムであって、
   第１のレンジファインダ構成要素であって、前記第１のレンジファインダ構成要素を患者の椎骨における第１の位置に取り付けるための取り付け要素を有する、第１のレンジファインダ構成要素と、
   第２のレンジファインダ構成要素であって、前記第２のレンジファインダ構成要素を前記患者の矢状面に対して前記患者の左の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、第２のレンジファインダ構成要素と、
   第３のレンジファインダ構成要素であって、前記第３のレンジファインダ構成要素を前記患者の矢状面に対して前記患者の右の解剖学的構造に取り付けるための取り付け要素を有する、第３のレンジファインダ構成要素と、
   コントローラであって、
   前記第１のレンジファインダ構成要素と前記第２のレンジファインダ構成要素との間の第１の信号の第１の飛行時間を測定し、
   前記第１のレンジファインダ構成要素と前記第３のレンジファインダ構成要素との間の第２の信号の第２の飛行時間を測定し、
   前記第１の飛行時間と前記第２の飛行時間とを比較して前記患者の前記左及び右の解剖学的構造の解剖学的位置合わせを決定し、
   前記解剖学的位置合わせの指標を電子ディスプレイ上に表示するように構成されたコントローラと、を含む、システム。
2. 前記コントローラは、前記第１の位置が前記患者の横断軸に関して前記第２のレンジファインダ構成要素と前記第３のレンジファインダ構成要素との間に位置する場合に前記解剖学的位置合わせを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記左及び右の解剖学的構造は前記患者の左及び右肩部であり、前記解剖学的位置合わせは前記患者の肩部の均衡を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記左及び右の解剖学的構造は前記患者の左及び右股関節であり、前記解剖学的位置合わせは前記患者の股関節の均衡を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１のレンジファインダ構成要素は、前記第２のレンジファインダ構成要素に向けられた左送受信機と、前記第３のレンジファインダ構成要素に向けられた右送受信機とを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記指標は、前記電子ディスプレイ上の前記第１の飛行時間と前記第２の飛行時間によって示される第１の距離と第２の距離との間の差である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記コントローラは、前記患者の前記矢状面が前記患者の中心仙骨垂直線と位置合わせされた場合に前記解剖学的位置合わせを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記コントローラは、前記第１の位置が前記矢状面を中心として位置する場合に前記解剖学的位置合わせを決定するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 各取り付け要素は、骨ピンおよび骨アンカのうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１、第２、および第３のレンジファインダ構成要素のうちの少なくとも１つを前記患者に対して位置合わせするための位置合わせガイドをさらに含む、請求項１に記載のシステム。

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