WO2024095310A1

WO2024095310A1 - ナビゲーションシステム、治具及びプログラム

Info

Publication number: WO2024095310A1
Application number: PCT/JP2022/040624
Authority: WO
Inventors: 健介山内; 昌論張山; 信裕依田
Original assignee: 国立大学法人東北大学
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-05-10

Abstract

ナビゲーションシステムは、第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された第１のセンサの位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された第２のセンサの位置及び姿勢に対する第１のセンサの目標取付位置及び目標取付姿勢の情報とを取得する取得部と、目標取付位置及び目標取付姿勢と第１のセンサの位置及び姿勢とに基づいて、第１のセンサの第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する導出部と、目標取付位置及び目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、第１の相対位置及び第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する情報生成部と、３次元座標軸の画像とを表示する表示部を備える。

Description

ナビゲーションシステム、治具及びプログラム

　本発明は、ナビゲーションシステム、治具及びプログラムに関する。

　画像処理技術の進歩に伴い、手術に先立って術前プランニング（３次元シミュレーション）を行うことが普及した。また、例えば顎矯正手術では、術者が上顎骨（Le Fort I型骨片）を頭蓋骨から切り離すことがある。術者は、頭蓋骨の位置に対する目標相対位置まで上顎骨を正確に移動させ、目標相対位置で上顎骨を頭蓋骨に再び固定する。

　このような顎矯正手術の術前プランニングでは、計画装置（情報処理装置）の表示部の画面上で、患者の頭蓋骨モデル及び上顎骨モデルが移動及び回転され、実際の頭蓋骨の位置に対する上顎骨の目標相対位置が、患者における良好な咬合の獲得と審美性のある顔貌の獲得とを目的として、計画者（医師）によって検討される。

　術前プランニングの目標相対位置の結果を実際の手術に反映させる方法の一つとして、ナビゲーション手術がある。光学式のナビゲーション手術では、手術器具に取り付けられた反射体に反射された赤外線を利用する測距によって、その手術器具の位置がリアルタイムに検出される。

　また、磁気式（EM : Electromagnetic）のナビゲーション手術を副鼻腔手術及びカテーテル治療等に適用することが検討されている。磁気式のナビゲーション手術では、手術器具（非磁性体）に取り付けられた磁気センサの出力に基づいて、その手術器具の位置が磁気式トラッキングシステムによってリアルタイムに検出される（非特許文献１参照）。

　特許文献１には、頭蓋顎顔面手術において光学式又は磁気式でナビゲーションを実行する外科用システムが開示されている。また、特許文献２には、マウスピース型のターゲットと、カメラとを用いた光学式の上顎骨位置合わせシステムが開示されている。

米国特許出願公開第２０１７／００００５０５号明細書米国特許出願公開第２００９／０２２０１２２号明細書

"磁気式３次元計測システムＡＵＲＯＲＡ"，［online］，令和４年８月２日，アドバンストシステムズ株式会社，［令和４年８月２日検索］，インターネット＜URL：http://www.asco.jp/02aurora.htm＞

　しかしながら、特許文献１には、磁気式のナビゲーションシステムにおいて使用される検出参照モジュールとして、複雑な形状を有する位置検出参照モジュールが開示されている。このように複雑な形状を有する位置検出参照モジュールは手術の際に邪魔になるという問題があった。また、外部に露出した形状を有する位置検出参照モジュールは、実際の骨の位置から離れた位置を骨の位置として検出してしまう。このため、ナビゲーションシステムによって案内された位置まで骨を正確に移動させたとしても、その位置は正確な目標位置ではないので、正確な目標位置に術者が骨の位置を合わせることができないという問題があった。

　さらに、特許文献１では、移動される骨片の位置を検出する位置検出参照モジュールは、頭蓋骨から顎骨を切り離すための切断ガイドに取り付けられている。このような切断ガイドが用いられた場合には、上顎と下顎との位置合わせの手間がかかる上に、位置合わせのための目立った印となるものが骨に無いことが多く、術前プランニングにおいて定められた目標取付位置にセンサを目視で設置することが難しいという問題がある。このため、位置検出参照モジュールが切断ガイドに取り付けられることは好ましくない。

　特許文献２では、マウスピース型の歯列スプリント（マウスピース）を用いて上顎骨の位置合わせが行われる。このような位置合わせの手術では、上顎骨と下顎骨とが一体にされることが好ましい。しかしながら、位置合わせのための４個の光源を有するターゲットの形状は、カメラを用いる測距が可能となるように、特許文献１の位置検出参照モジュールと同様に、歯列スプリントから外部に露出した形状となっている。このため、ターゲットが手術の邪魔になるだけでなく、ターゲットが歯列の位置から離れているので、骨同士の正確な位置合わせができない場合がある。また、ターゲットが歯列スプリントから外部に露出しているので、位置合わせの原点としてのターゲットの位置がずれることがあり、骨同士の正確な位置合わせが難しい。

　また、特許文献２では、患者の頭部の周囲に術者及び介助者が密集することがある。このような場合、特許文献２のように歯列スプリントの外部に露出した反射体が用いられる光学式のナビゲーション手術では、術者等によって光学的な遮蔽が生じることがある。すなわち、手術器具に取り付けられた反射体に反射された赤外線が、術者等によって遮蔽されることがある。光学的な遮蔽が生じた場合、赤外線を測距に利用することができないので、手術器具の位置を検出することができない。このような状況は、例えば、手術を受ける患者の骨に反射体が取り付けられた場合でも同様である。

　これに対して、非特許文献１に記載の磁気式のナビゲーション手術では、手術器具又は骨に取り付けられた小型の磁気センサの出力に基づいて、その手術器具又は骨の位置が検出される。したがって、磁気式のナビゲーション手術では、光学的な遮蔽は生じない。このような理由から、小型の磁気センサを用いた磁気式のナビゲーション手術を口腔外科領域に適用することが検討された。

　しかしながら、非特許文献１に記載の磁気式のナビゲーション手術が顎矯正手術に適用されたとしても、骨に取り付けられた磁気センサの取り付け位置によっては、特許文献１と同様で、印になるものが骨に無いので、上顎骨の位置と頭蓋骨の位置とがずれることがある。このように、術前プランニングによって予め定められた目標相対位置及び目標相対姿勢となるように術者が骨を正確に移動及び回転させることを支援することが難しい、という問題がある。

　これらのように、顎矯正手術が行われる患者の骨には、反射体及び磁気センサ等のセンサをネジ等で取り付ける位置の目安となる印は無い。このため、患者の骨にセンサを取り付けるべき正確な位置（目標取付位置）を術者は視覚的に把握することができない、という問題があった。さらに、特許文献１のように目標相対位置を数値で術者に提示するナビゲーションでは、骨の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢となるように骨が正確に移動及び回転されたか否かを、術者は直観的に把握することができない、という問題があった。

　上記事情に鑑み、本発明は、骨の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢となるように術者が骨を正確に移動及び回転させることを支援することが可能であるナビゲーションシステム、治具及びプログラムを提供することを目的としている。

　本発明の一態様は、第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１のセンサの位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２のセンサの位置及び姿勢に対する前記第１のセンサの目標取付位置及び目標取付姿勢の情報とを取得する取得部と、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢と前記第１のセンサの位置及び姿勢とに基づいて、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢に対する前記第１のセンサの第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する導出部と、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する情報生成部と、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する表示部とを備えるナビゲーションシステムである。

　本発明の一態様は、第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とを取得する取得部と、前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とに基づいて、前記第１の骨の位置に対する前記第２の骨の相対位置及び相対姿勢を導出し、前記相対位置の初期値に対して予め定められた移動量と、前記相対姿勢の初期値に対して予め定められた回転量とに基づいて、前記第１の骨の位置及び姿勢に対する前記第２の骨の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出する導出部と、前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する情報生成部と、前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する表示部とを備えるナビゲーションシステムである。

　本発明の一態様は、予め定められた向きでセンサが挿入される取付部と、接合される骨の表面に応じた形状の面とを有する治具である。

　本発明の一態様は、コンピュータに、第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１のセンサの位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２のセンサの位置及び姿勢に対する前記第１のセンサの目標取付位置及び目標取付姿勢の情報とを取得する手順と、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢と前記第１のセンサの位置及び姿勢とに基づいて、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢に対する前記第１のセンサの第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する手順と、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する手順と、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する手順とを実行させるためのプログラムである。

　本発明の一態様は、コンピュータに、第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とを取得する手順と、前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とに基づいて、前記第１の骨の位置に対する前記第２の骨の相対位置及び相対姿勢を導出し、前記相対位置の初期値に対して予め定められた移動量と、前記相対姿勢の初期値に対して予め定められた回転量とに基づいて、前記第１の骨の位置及び姿勢に対する前記第２の骨の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出する手順と、前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する手順と、前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する手順とを実行させるためのプログラムである。

　本発明により、骨の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢となるように術者が骨を正確に移動及び回転させることを支援することが可能である。

第１実施形態における、ナビゲーションシステムの構成例を示す図である。第１実施形態における、頭蓋骨モデルと上顎骨モデルとを示す図である。第１実施形態における、移動前後の上顎骨モデルの位置及び姿勢の例を示す図である。第１実施形態における、移動パラメータ及び回転パラメータ（回転行列）の決定例を示す図である。第１実施形態における、磁気センサの取り付け位置の指定例を示す図である。第１実施形態における、頭蓋骨に接合される治具の例を示す図である。第１実施形態における、上顎骨の歯列に接合される治具の例を示す図である。第１実施形態における、取り付け位置を示すナビゲーション画像の例を示す図である。第１実施形態における、取り付け位置を示すナビゲーション画像の例を示す図である。第１実施形態における、磁気センサの取り付け例を示す図である。第１実施形態における、骨の位置等を示すナビゲーション画像の例を示す図である。第１実施形態における、骨の位置等を示すナビゲーション画像の例を示す図である。第１実施形態における、ナビゲーション装置の第１動作例を示すフローチャートである。第１実施形態における、ナビゲーション装置の第２動作例を示すフローチャートである。第２実施形態における、各磁気センサの取り付け位置の指定の第１例を示す図である。第２実施形態における、骨の切断例を示す図である。第２実施形態における、骨の切断後の各磁気センサの取り付け位置の例を示す図である。

　本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態における、ナビゲーションシステム１（手術支援システム）の構成例を示す図である。ナビゲーションシステム１は、患者の骨に予め定められた目標取付位置及び目標取付姿勢に対するセンサの相対位置及び相対姿勢をナビゲーションするシステムである。これによって、術者（医師）は、患者の骨に予め定められた目標取付位置においてセンサの姿勢が目標取付姿勢となるように、患者の骨にセンサ（治具）を正確に取り付けることができる。目標取付位置及び目標取付姿勢は、術前プランニング（手術前に行われる３次元シミュレーション）において、計画者（医師）によって予め定められる。

　患者の骨に取り付けられるセンサは、光学式のナビゲーション手術に用いられる光源又は反射体でもよいし、磁気式のナビゲーション手術に用いられる磁気センサでもよい。光学的な遮蔽が生じないので、磁気センサの方がより好ましい。以下では、一例として、磁気センサが術者によって患者の骨に取り付けられる。

　また、ナビゲーションシステム１は、予め定められた目標相対位置及び目標相対姿勢に対する患者の骨の相対位置及び相対姿勢をナビゲーションするシステムである。これによって、術者は、第１の骨の位置及び姿勢に対する第２の骨の相対位置及び相対姿勢を、予め定められた目標相対位置及び目標相対姿勢にすることができる。目標相対位置及び目標相対姿勢は、術前プランニングにおいて、計画者によって予め定められる。

　ナビゲーションシステム１は、計画装置２と、記憶装置３と、通信回線４と、検出装置５と、ナビゲーション装置６とを備える。治具２１０（第１の治具）及び磁気センサ３０１－１（第１のセンサ）は、患者の骨１０１（第１の骨）に対応付けられている。また、治具２２０（第２の治具）及び磁気センサ３０１－２（第２のセンサ）は、患者の骨１０２（第１の骨）に対応付けられている。

　本発明の実施形態では、治具２２０は、好適にはマウスピース（歯列スプリント）である。磁気センサ３０１－２は、治具２２０を用いて、骨１０２に取り付けられる。歯列の形状に適合するように治具２２０の接合面が製造されるので、術者は、骨に定められた目標取付位置に磁気センサ３０１－２を正確に設置できる。本発明の実施形態では、骨に定められた目標取付位置にセンサを正確に設置できる治具２２０の位置が原点とされ、原点に対して目標相対位置及び目標相対姿勢が定められることで、正確な位置に術者が骨の位置を合わせることができる。なお、骨に定められた目標取付位置に磁気センサ３０１－２を正確に設置可能であれば、治具２２０は、マウスピースでなくてもよい。

　なお、計画装置２は、術前プランニングにおいてナビゲーションシステム１に備えられていればよく、手術中ではナビゲーションシステム１に備えられていなくてよい。

　計画装置２（術前プランニング装置）は、移動処理部２１と、回転処理部２２と、表示部２３と、変換部２４とを備える。移動処理部２１と回転処理部２２とは、一体（移動回転処理部）でもよい。検出装置５は、磁界生成部５１と、取得部５２と、検出部５３と、通信部５４とを備える。ナビゲーション装置６は、通信部６１と、記憶部６２と、取得部６３と、導出部６４と、情報生成部６５と、表示部６６とを備える。

　計画装置２とナビゲーション装置６との各機能部のうちの一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより、ソフトウェアとして実現される。また、検出装置５の各機能部のうちの一部は、プロセッサが、不揮発性の記録媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより、ソフトウェアとして実現される。

　プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク、及び、ソリッド・ステート・ドライブ（Solid State Drive）等の記憶装置などの非一時的な記録媒体である。

　計画装置２とナビゲーション装置６との各機能部のうちの一部又は全部は、例えば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を用いた電子回路（electronic circuit又はcircuitry）を含むハードウェアを用いて実現されてもよい。また、検出装置５の各機能部のうちの一部は、例えば、ＬＳＩ、ＡＳＩＣ、ＰＬＤ又はＦＰＧＡ等を用いた電子回路を含むハードウェアを用いて実現されてもよい。

　骨１０１及び骨１０２のそれぞれは、患者の骨である。以下では、骨１０１（第１の骨）は、一例として、患者の頭蓋骨（顔面骨）である。また、骨１０２（第２の骨）は、一例として、骨１０１から切り離された上顎骨（Le Fort I型骨片）である。

　＜手術前における、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢の決定＞
　手術に先立って、計画装置２を用いて、術前プランニングが計画者（不図示）によって行われる。例えば、顎矯正手術（Le Fort I型骨切り術）に先立って行われる術前プランニングでは、患者に対するＣＴ（computed tomography）スキャン等の実行によって取得されたデータに基づいて、頭蓋骨モデル（骨１０１の３次元モデル）が、計画装置２のメモリに作成される。

　頭蓋骨モデルに基づいて、頭蓋骨モデルの画像が、表示部２３の画面上に表示される。また、上顎骨モデル（骨１０２の３次元モデル）が、画面上で頭蓋骨モデルから切り離される。これによって、切り離された上顎骨モデルと頭蓋骨モデルとの各画像が、表示部２３の画面上に表示される。計画者による操作（例えば、マウス操作）に応じて、頭蓋骨モデルに対する上顎骨モデルの相対位置（移動量）及び相対姿勢（回転量）が、患者における良好な咬合の獲得と審美性のある顔貌の獲得とを目的として検討される。

　ここで、移動処理部２１は、計画者による操作に応じて、上顎骨モデルを画面上で移動させる。計画者は、上顎骨モデルの移動量を画面上で確認することによって、上顎骨モデルの位置の初期値に対する移動量（Ｘ軸成分量、Ｙ軸成分量、Ｚ軸成分量）を決定する。これによって、計画者は、実際の骨１０２の位置の初期値に対する移動量を決定することができる。移動処理部２１は、計画者によって決定された移動量の情報を、記憶装置３に記録する。

　回転処理部２２は、計画者による操作に応じて、上顎骨モデルの３次元モデルを画面上で回転させてもよい。計画者は、上顎骨モデルの回転量（ロール軸成分量、ピッチ軸成分量、ヨー軸成分量）を画面上で確認することによって、上顎骨モデルの位置の初期値に対する回転量を決定する。これによって、計画者は、実際の骨１０２の位置の初期値に対する回転量を決定することができる。回転処理部２２は、計画者によって決定された回転量の情報を、記憶装置３に記録する。

　＜手術前における、治具を用いて骨に取り付けられるセンサの取り付け位置の決定＞
　術前プランニングにおいて、計画者は、骨１０１における磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置を、変換部２４に指定する。骨１０１が頭蓋骨である場合、目標取付位置は、例えば、頭蓋骨の梨状口側縁に定められた位置である。

　計画者は、表示部２３の画面上で上顎骨モデルが頭蓋骨モデルから切り離されていない状態で、磁気センサ３０１－１の目標取付位置を、その画面上で指定する。計画者は、表示部２３の画面上で上顎骨モデルが頭蓋骨モデルから切り離された状態で、磁気センサ３０１－１の目標取付位置を、その画面上で指定してもよい。

　計画者は、表示部２３の画面上で、頭蓋骨モデルに対する目標相対位置及び目標相対姿勢まで移動及び回転された上顎骨モデルの歯列に、治具２２０（マウスピース）のモデルを接合する。計画者は、頭蓋骨モデルにおける磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置を、例えばマウス操作によって画面上で指定する。これによって、計画者は、実際の骨１０１における磁気センサ３０１－１の目標取付位置を、変換部２４に入力することができる。本発明の実施形態では、磁気センサ３０１－１の目標取付位置は、上顎骨モデルの歯列に接合された治具２２０の所定位置を原点として表現される。

　変換部２４は、表示部２３の画面（２次元）を用いて計画者によって頭蓋骨モデルの表面上に指定された第１位置（第１の２次元位置情報）を、３次元位置情報に変換する。この３次元位置情報は、実際の骨１０１における磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置に相当する。変換部２４は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置の３次元位置情報を、記憶装置３に記録する。

　また、変換部２４は、表示部２３の画面（２次元）を用いて計画者によって上顎骨モデルの表面に指定された第２位置（第２の２次元位置情報）を、３次元位置情報に変換してもよい。この３次元位置情報は、実際の骨１０２における磁気センサ３０１－２（治具２２０）の目標取付位置に相当する。変換部２４は、磁気センサ３０１－２の目標取付位置の３次元位置情報を、記憶装置３に記録する。

　治具２１０及び治具２２０は、手術前に、例えば３次元プリンタ（３Ｄプリンタ）で製造される。なお、変換部２４は、頭蓋骨モデルにおける目標取付位置に取り付けられた治具２１０の向きに応じて、治具２１０が備える筒状の取付部の向き（目標取付姿勢）を決定してもよい。

　記憶装置３は、頭蓋骨モデルの３次元モデルの形状の情報と、上顎骨モデルの３次元モデルの形状の情報とを、予め記憶する。頭蓋骨モデル及び上顎骨モデルの３次元モデルのデータフォーマットは、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）である。ここで、歯列の３次元モデルのデータフォーマットは、例えば、ＳＴＬ(Stereolithography)である。記憶装置３は、移動量の情報（移動パラメータ）と回転量の情報（回転パラメータ）とを、計画装置２から送信された制御信号に応じて記憶する。

　＜手術中における、センサの取り付け位置のナビゲーションの概要＞
　検出装置５は、患者の頭部と各磁気センサ３０１とを含む所定範囲の実空間に、磁界領域を生成する。検出装置５は、生成された磁界領域における各磁気センサ３０１の出力（信号）に基づいて、各磁気センサ３０１の位置及び姿勢をリアルタイムに検出（トラッキング）する。

　術者は、磁気センサ３０１－１を治具２１０の取付部に装着する。また、術者は、磁気センサ３０１－２を治具２２０の取付部に装着する。

　ナビゲーション装置６は、治具２２０に挿入された磁気センサ３０１－２の位置を原点として、患者の骨１０１に予め定められた磁気センサ３０１の目標取付位置及び目標取付姿勢に磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢が一致するまで、術者が治具２１０及び磁気センサ３０１－１を移動及び回転させるように、磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢をナビゲーションするための所定の第１情報を、リアルタイムに術者に提示（案内）する。

　梨状口側縁及び下顎骨に治具が取り付けられることが多いが、梨状口側縁及び下顎骨には、目立った印となるものが無い。このため、梨状口側縁及び下顎骨に各治具を術前プランニング通りに目視で設置することは、これまでは難しかった。本発明の実施形態では、下顎骨に定められた位置（原点）に磁気センサ３０１－２を正確な取り付けることが可能な治具２２０に設けられた取付部２２１の位置が原点とされる。これによって、梨状口側縁における治具２１０の正確な取り付け位置を術者に提示（案内）することが可能である。

　所定の第１情報は、例えば、事前に形状が測定された骨１０１の３次元モデル（頭蓋骨モデル）の画像と、事前に形状が測定された骨１０２の３次元モデル（上顎骨モデル）の画像と、各磁気センサ３０１（各治具）の相対位置及び相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、目標取付位置及び目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像とのうちの少なくとも一つを含む。第１情報の詳細については、図８及び図９を用いて後述する。

　このような第１情報がリアルタイムに術者に提示されることによって、ナビゲーションシステム１は、骨１０１に予め定められた目標取付位置において磁気センサ３０１－１の相対姿勢が目標取付姿勢となるように術者が治具２１０（磁気センサ３０１－１）を正確に取り付けることを支援する。

　＜手術中における、センサの取り付け位置のナビゲーションの詳細＞
　治具２１０は、骨１０１に磁気センサ３０１－１を固定するための治具である。治具２１０は、術者によって骨１０１に一時的に固定される。治具２２０は、骨１０２に磁気センサ３０１－２を固定するための治具である。治具２２０は、術者によって骨１０２の歯列に一時的に固定される。

　磁気センサ３０１－１は、治具２１０を用いて、骨１０１の近傍に配置される。骨の近傍とは、骨から、例えば約０．１ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲である。本発明の実施形態では、治具２１０に設けられた取付部２１１の穴に、磁気センサ３０１－１が挿入される。磁気センサ３０１－１が骨１０１の近傍に設置されるので、骨１０１の正確な位置合わせが可能になる。

　磁気センサ３０１は、磁気を検出するセンサである。磁気センサ３０１は、磁界生成部５１によって生成された磁界内の自センサの位置における磁気を、例えばコイル等の磁気検出デバイスを用いて、所定周期（例えば、４０Ｈｚ）で検出する。磁気センサ３０１は、検出された磁気に応じた電気信号を、取得部５２に出力する。

　磁気センサ３０１－１は、治具２１０を用いて、骨１０１（頭蓋骨）の表面に予め定められた目標取付位置に一時的に取り付けられる。すなわち、磁気センサ３０１－１は、骨１０１に一時的に固定された治具２１０の取付部に挿入されることによって、骨１０１の表面に予め定められた目標取付位置に一時的に取り付けられる。このため、骨１０１に取り付けられた磁気センサ３０１－１の出力（信号）に基づいて検出された位置及び姿勢は、骨１０１の位置及び姿勢を表す。

　磁気センサ３０１－２は、骨１０２の歯列に接合された治具２２０を用いて、骨１０２の表面に予め定められた目標取付位置に一時的に取り付けられる。治具２１０に設けられた取付部２１１の穴に磁気センサ３０１－１が挿入されることと同様に、治具２２０に設けられた取付部２２１の穴に磁気センサ３０１－２が挿入されることで、磁気センサ３０１－２は、治具２２０を用いて、骨１０２の近傍に取り付けられる。すなわち、磁気センサ３０１－２は、骨１０２の歯列に一時的に固定された治具２２０の取付部に挿入されることによって、骨１０２の表面に予め定められた目標取付位置に一時的に取り付けられる。このため、骨１０２に取り付けられた磁気センサ３０１－２の出力に基づいて検出された位置及び姿勢は、骨１０２の位置及び姿勢を表す。

　磁界生成部５１は、骨１０１と骨１０２と各磁気センサ３０１とを含む所定範囲の実空間（例えば、患者の頭部を含む範囲の実空間）に、磁界領域を生成する。取得部５２は、磁気センサ３０１の出力（磁気に応じた電気信号）を取得する。検出部５３は、磁気センサ３０１の出力に基づいて、磁気センサ３０１の位置及び姿勢を所定周期（例えば、４０Ｈｚ）で検出する。検出された位置の自由度は、３自由度（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）である。また、検出された姿勢（傾き）の自由度は、３自由度（ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸）である。通信部５４は、磁気センサ３０１の位置及び姿勢（計６自由度）の情報を、所定周期（例えば、４０Ｈｚ）で通信部６１に送信する。

　通信部６１は、骨１０１の３次元モデルの形状の情報と、骨１０２の３次元モデルの形状の情報とを、記憶装置３から取得する。通信部６１は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置の情報を、記憶装置３から取得する。通信部６１は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付姿勢の情報を、記憶装置３から取得してもよい。通信部６１は、各磁気センサ３０１の位置及び姿勢の情報を、所定周期で通信部５４から取得する。

　記憶部６２は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置の情報を記憶する。記憶部６２は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付姿勢の情報を記憶する。記憶部６２（バッファメモリ）は、各磁気センサ３０１の位置及び姿勢の時系列情報を、一時的に記憶する。記憶部６２は、骨１０１の位置及び姿勢の時系列情報と、骨１０２の位置及び姿勢の時系列情報とを、一時的に記憶する。記憶部６２は、導出部６４及び情報生成部６５によって実行されるコンピュータプログラムを、予め記憶してもよい。

　取得部６３は、骨１０１の形状の情報と骨１０２の形状の情報とを、記憶装置３から取得する。取得部６３は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢の情報を、通信部６１又は記憶部６２から取得する。磁気センサ３０１－１（治具２１０）の位置及び姿勢の情報と、磁気センサ３０１－２（治具２２０）の位置及び姿勢の情報とを、所定周期で通信部６１又は記憶部６２から取得する。

　導出部６４は、歯列に接合された治具２２０に取り付けられた磁気センサ３０１－２の位置を原点として、骨１０１（頭蓋骨）の表面に予め定められた目標取付位置及び目標取付姿勢を、計画者から指定された目標取付位置及び目標取付姿勢の情報に基づいて、リアルタイムに導出する。導出部６４は、目標取付位置及び目標取付姿勢に対する、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の相対位置及び相対姿勢を、取得された磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢の情報に基づいて、リアルタイムに導出する。

　情報生成部６５は、所定の画像処理エンジン（３次元のコンピュータグラフィックスの描画エンジン）を用いて、所定のフレームレート（例えば、４０ｆｐｓ）でナビゲーション画像を生成する。ナビゲーション画像は、例えば、術前プランニングにおいて生成された骨の外観（形状）を表す画像と、所定の文字情報と、３次元座標軸の画像とを含む。

　情報生成部６５は、骨１０１の位置及び姿勢に応じた骨１０１の外観を表す画像（頭蓋骨モデルの画像）と、骨１０２の相対位置及び相対姿勢に応じた骨１０２の外観を表す画像（上顎骨モデルの画像）とを生成する。

　手術中に各磁気センサ３０１（各治具）が各骨に取り付けられる際、情報生成部６５は、各磁気センサ３０１（各治具）の現在の位置及び姿勢を表す３次元座標軸の画像を生成する。また、情報生成部６５は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像を生成する。

　表示部６６は、情報生成部６５によって生成されたナビゲーション画像を、所定のフレームレート（例えば、４０ｆｐｓ）で表示する。例えば、表示部６６は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の現在の位置及び姿勢を表す３次元座標軸の画像と、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置及び目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する。

　術者は、磁気センサ３０１－２が挿入された治具２２０を、患者の骨１０２の歯列に接合させる。また、術者は、磁気センサ３０１－１が挿入された治具２１０を、患者の骨１０１に予め定められた目標取付位置に、ナビゲーション画像を確認しながら、ネジ（金属スクリュー）等で正確に取り付ける。ここで、術者は、磁気センサ３０１－２の姿勢に対する磁気センサ３０１－１の相対姿勢が目標取付姿勢となるように、ナビゲーション画像を確認しながら、磁気センサ３０１－１を骨１０１に正確に取り付ける。

　＜手術中における、骨の相対移動及び相対回転のナビゲーションの概要＞
　術者は、骨１０２（上顎骨）を骨１０１（頭蓋骨）から切り離す。ここで、術者は、治具を一時的に骨から外してから、骨１０２（上顎骨）を骨１０１（頭蓋骨）から切り離してもよい。

　検出装置５は、患者の頭部と各磁気センサ３０１とを含む所定範囲の実空間に、磁界領域を生成する。検出装置５は、生成された磁界領域における各磁気センサ３０１の出力（信号）に基づいて、各磁気センサ３０１の位置及び姿勢をリアルタイムに検出（トラッキング）する。

　ナビゲーション装置６は、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢に一致するまで、術者が骨１０２を移動及び回転させるように、術者による骨１０２の移動及び回転をナビゲーションするための所定の第２情報を、リアルタイムに術者に提示（案内）する。

　所定の第２情報は、例えば、事前に形状が測定された骨１０１の３次元モデル（頭蓋骨モデル）の画像と、事前に形状が測定された骨１０２の３次元モデル（上顎骨モデル）の画像と、骨１０１の位置及び姿勢を表す３次元座標軸の画像と、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とのうちの少なくとも一つを含む。第２情報の詳細については、図１１及び図１２を用いて後述する。

　このような第２情報がリアルタイムに術者に提示されることによって、ナビゲーションシステム１は、骨１０２の位置及び姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢となるように骨１０２を術者が正確に移動及び回転（傾斜）させることを支援する。

　＜手術中における、骨の移動及び回転のナビゲーションの詳細＞
　通信部６１は、骨１０１の３次元モデル（頭蓋骨モデル）の形状の情報と、骨１０２の３次元モデル（上顎骨モデル）の形状の情報とを、記憶装置３から取得する。通信部６１は、予め定められた移動量の情報と予め定められた回転量の情報とを、記憶装置３から取得する。通信部６１は、骨１０１の位置及び姿勢の情報と、骨１０２の位置及び姿勢の情報とを、所定周期で通信部５４から取得する。

　記憶部６２は、予め定められた移動量の情報と予め定められた回転量の情報とを記憶する。記憶部６２（バッファメモリ）は、骨１０１の位置及び姿勢の時系列情報と、骨１０２の位置及び姿勢の時系列情報とを、一時的に記憶する。記憶部６２は、導出部６４及び情報生成部６５によって実行されるコンピュータプログラムを、予め記憶してもよい。

　取得部６３は、骨１０１の３次元モデル（頭蓋骨モデル）の形状の情報と、骨１０２の３次元モデル（上顎骨モデル）の形状の情報とを、記憶装置３から取得する。取得部６３は、予め定められた移動量の情報と予め定められた回転量の情報とを、通信部６１又は記憶部６２から取得する。取得部６３は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の位置及び姿勢の情報と、磁気センサ３０１－２（治具２２０）の位置及び姿勢の情報とを、所定周期で通信部６１又は記憶部６２から取得する。

　磁気センサ３０１－１（治具２１０）が骨１０１に取り付けられている場合、取得部６３は、磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢の情報を、骨１０１の位置及び姿勢の情報として、所定周期で通信部６１又は記憶部６２から取得する。同様に、磁気センサ３０１－２（治具２２０）が骨１０２に取り付けられている場合、取得部６３は、磁気センサ３０１－２の位置及び姿勢の情報を、骨１０２の位置及び姿勢の情報として、所定周期で通信部６１又は記憶部６２から取得する。

　導出部６４は、磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢の情報と、磁気センサ３０１－２の位置及び姿勢の情報とに基づいて、磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢に対する磁気センサ３０１－２の相対位置及び相対姿勢を、リアルタイムに導出する。すなわち、導出部６４は、骨１０１の位置及び姿勢の情報と、骨１０２の位置及び姿勢の情報とに基づいて、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢を、リアルタイムに導出する。

　導出部６４は、術前プランニングにおいて骨１０２の相対位置及び相対姿勢の初期値に対して予め定められた移動量及び回転量と、骨１０２の相対位置及び相対姿勢とに基づいて、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を、リアルタイムに導出する。ここで、骨１０２の相対位置及び相対姿勢を、予め定められた移動量及び回転量だけ移動及び回転させた位置及び姿勢が、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢である。

　情報生成部６５は、所定の画像処理エンジンを用いて、所定のフレームレートでナビゲーション画像を生成する。ナビゲーション画像は、例えば、術前プランニングにおいて生成された骨の外観（形状）を表す画像と、所定の文字情報と、３次元座標軸の画像とを含む。

　情報生成部６５は、骨１０１の位置及び姿勢に応じた骨１０１の外観を表す画像（頭蓋骨モデルの画像）と、骨１０２の相対位置及び相対姿勢に応じた骨１０２の外観を表す画像（上顎骨モデルの画像）とを生成する。例えば、磁気センサ３０１－１が取り付けられた骨１０１が横向きとなった場合、情報生成部６５は、骨１０１の横向きの外観を表す画像（横向きの頭蓋骨モデルの画像）を生成する。例えば、磁気センサ３０１－２が取り付けられた骨１０２が移動した場合、情報生成部６５は、骨１０２の外観を表す画像を、骨１０２の移動に応じて画面上で移動させる。

　情報生成部６５は、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢に基づいて、例えば、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像を生成する。例えば、磁気センサ３０１－１が取り付けられた骨１０１が横向きとなった場合、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢も横向きになるので、情報生成部６５は、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像を、横向きに生成する。

　情報生成部６５は、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢に基づいて、例えば、骨１０２の相対位置及び相対姿勢を表す３次元座標軸の画像を生成する。また、情報生成部６５は、骨１０２の相対位置と目標相対位置とを結ぶ線の画像を生成してもよい。例えば、磁気センサ３０１－２が取り付けられた骨１０２が移動した場合、情報生成部６５は、骨１０２の相対位置及び相対姿勢を表す３次元座標軸の画像を、骨１０２の移動に応じて画面上で移動させる。

　表示部６６は、情報生成部６５によって生成されたナビゲーション画像を、所定のフレームレート（例えば、４０ｆｐｓ）で表示する。

　次に、手術前における術前プランニングについて、より詳しく説明する。
　図２は、第１実施形態における、頭蓋骨モデル１１１と上顎骨モデル１１２とを示す図である。頭蓋骨モデル１１１は、実空間における骨１０１に相当する。上顎骨モデル１１２は、実空間における骨１０２に相当する。

　頭蓋骨モデル１１１及び上顎骨モデル１１２の形状の情報（ＤＩＣＯＭデータ）は、例えば、手術前に患者の頭部に対して行われたＣＴスキャンの結果として得られる。なお、手術前に患者の歯列に対して行われた光学式デジタルスキャンの結果として得られたデータ（ＳＴＬデータ）が、上顎骨モデル１１２の歯列データとして用いられてもよい。

　図３は、第１実施形態における、移動前後の上顎骨モデル１１２の位置及び姿勢の例を示す図である。術前プランニングでは、移動処理部２１は、計画者（医師）によるマウス操作等に応じて、上顎骨モデル１１２の位置の初期値から、上顎骨モデル１１２を画面上で移動させる。回転処理部２２は、計画者によるマウス操作等に応じて、上顎骨モデル１１２の姿勢の初期値から、上顎骨モデル１１２を画面上で回転させる。図３に示された左側の図は、移動前及び回転前の頭蓋骨モデル１１１の位置（初期値）及び姿勢（初期値）を表す。図３に示された右側の図は、移動後及び回転後の頭蓋骨モデル１１１の位置及び姿勢を表す。

　図４は、第１実施形態における、移動パラメータ及び回転パラメータ（回転行列）の決定例を示す図である。術前プランニングでは、計画者は、画面上で上顎骨モデル１１２を上顎骨モデル１１２の位置及び姿勢の初期値から移動及び回転させることによって、術後における骨１０２の相対位置及び相対姿勢を決定する。移動処理部２１及び回転処理部２２のうちの少なくとも一つは、位置合わせの所定のアルゴリズムを用いて、移動量及び回転量うちの少なくとも一つを決定する。位置合わせの所定のアルゴリズムは、例えば、ＩＣＰ（Iterative Closest Point）アルゴリズムである。移動処理部２１は、決定された移動量の情報（移動パラメータ）を、記憶装置３に記録する。回転処理部２２は、決定された回転量の情報（回転パラメータ）を、記憶装置３に記録する。

　次に、手術前における、磁気センサ（治具）の取り付け位置の指定について説明する。
　図５は、第１実施形態における、磁気センサ３０１の取り付け位置（目標取付位置）の指定例を示す図である。図５における左側には、画面上で上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１から切り離される前の状態について、磁気センサ３０１の取り付け位置が示されている。これに対して、図５における右側には、画面上で上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１から切り離されて、上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１に再接合された状態について、磁気センサ３０１の取り付け位置が示されている。

　図５では、図１に例示された治具２２０は、上顎骨モデル１１２の歯列と下顎骨モデル１１３の歯列とに挟まれて、それらの両方に接合している。取り付け位置１０は、実際の骨１０２に取り付けられる磁気センサ３０１－２（治具２２０）の取り付け位置を表す。取り付け位置１１は、実際の骨１０１に取り付けられる磁気センサ３０１－１の目標取付位置を表す。取り付け位置１１は、取り付け位置１０を原点として表現される。

　術前プランニングにおいて、計画者は、例えばマウス操作で上顎骨モデル１１２の歯列の表面に印を付けることよって、骨１０２への磁気センサ３０１－２の取り付け位置（原点）として、取り付け位置１０を指定する。磁気センサ３０１－２の取り付け位置（原点）は、治具２２０における磁気センサ３０１－２の取付部の位置となる。また、計画者は、例えば頭蓋骨モデル１１１の表面（頭蓋骨の梨状口縁）の表面に印を付けることよって、骨１０１への磁気センサ３０１－１の取り付け位置（目標取付位置）として、取り付け位置１１を定める。

　図５における左側に示されているように、計画者は、例えば、上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１から切り離されていない状態について、取り付け位置１０及び取り付け位置１１を、画面上で指定する。

　図５における右側に示されているように、計画者は、例えば、上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１から切り離されて、上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１に再接合された状態について、取り付け位置１０及び取り付け位置１１を、画面上で指定してもよい。ここで、変換部２４は、上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１に再接合された状態（図５における右側）における取り付け位置１１を、上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１から切り離されていない状態（図５における左側）における取り付け位置１１に補正してもよい。これによって、術者は、術前プランニングにおいて上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１に再接合された状態で取り付け位置１１が指定された場合でも、骨１０２を骨１０１から切り離す前に磁気センサ３０１－１（治具２１０）を取り付け位置１１に正確に取り付けることができる。

　次に、手術前における治具製作（治具造形）について説明する。
　図６は、第１実施形態における、頭蓋骨（骨１０１）に接合される治具の例を示す図である。治具２１０は、ＣＡＤ／ＣＡＭ（computer-aided design / computer-aided manufacturing）の手法を用いて作成される。すなわち、治具２１０の形状の設計データは、頭蓋骨モデル１１１のＤＩＣＯＭデータに基づいて設計される。また、治具２１０は、治具２１０の形状の設計データ（例えば、ＳＴＬデータ）に基づいて、例えば３次元プリンタ（３Ｄプリンタ）で製造される。

　治具２１０の材質は、非磁性体であり、例えば樹脂である。治具２１０は、磁気センサ３０１－１を取り付けるための１個以上の取付部２１１と、接合される骨１０１（頭蓋骨の梨状口縁）の表面形状に応じた形状の接合面とを有する。

　取付部２１１の形状は、例えば、筒状である。取付部２１１には、磁気センサ３０１－１の先端部（磁気検出デバイス）が挿入可能である。磁気センサ３０１－１が取付部２１１に挿入されることによって、磁気センサ３０１－１が骨１０１の近傍に設置されるので、磁気センサ３０１－１の位置は、骨１０１の位置を精度よく表す。これによって、骨１０２の相対位置を高い精度で目標相対位置に合わせることが可能である。

　磁気センサ３０１－１が挿入された治具２１０が骨１０１に取り付けられた場合に、取付部２１１に挿入された磁気センサ３０１－１の向き（治具２１０に対して予め定められた第１の向き）と治具２２０の取付部２２１に挿入された磁気センサ３０１－２の向き（治具２２０に対して予め定められた第２の向き）とが同じになるように、各取付部の向きは、治具２１０の目標取付姿勢に基づいて設計される。また、治具２１０の接合面の形状は、治具２１０の目標取付位置における骨１０１の表面形状に合うように設計される。

　図７は、第１実施形態における、上顎骨（骨１０２）の歯列に接合される治具２２０（マウスピース）（歯列スプリント）の例を示す図である。顎矯正手術では、術後に患者の歯並びが最適になるように、術前に患者の歯列の矯正が行われる。矯正された歯列に治具２２０が正確に接合するように、治具２２０は、歯列の表面形状に応じた形状の接合面になるように形成されたＣＡＤ／ＣＡＭスプリント（computer-aided design / computer-aided manufacturing sprint）である。すなわち、治具２２０の形状の設計データは、上顎骨モデル１１２のＳＴＬデータに基づいて設計される。また、治具２２０は、治具２２０の形状の設計データに基づいて、例えば３次元プリンタで製造される。治具２２０は、患者の歯列に接合されるので、患者の上顎骨（骨１０２）に正確に固定される。

　治具２２０の材質は、非磁性体であり、例えば樹脂である。治具２２０は、磁気センサ３０１－２を取り付けるための１個以上の取付部２２１と、骨１０２（上顎骨における歯列）の表面形状に応じた形状の接合面２２２とを有する。取付部２２１の形状は、例えば、筒状である。取付部２２１には、磁気センサ３０１－２の先端部（磁気検出デバイス）が挿入可能である。磁気センサ３０１－２が取付部２２１に挿入されることによって、磁気センサ３０１－２が骨１０２の近傍に設置されるので、磁気センサ３０１－２の位置は、骨１０２の位置を精度よく表す。

　取付部２２１－１と取付部２２１－２と取付部２２１－３とのうち、取付部２２１－１の位置は、一例として、骨１０２の歯列に接合面２２２が接合した際に患者の正中線又はその近くを通る位置である。磁気センサ３０１－２は、取付部２２１－１と取付部２２１－２と取付部２２１－３とのいずれに取り付けられてもよい。

　マウスピース型の治具２２０が骨１０２と下顎骨（不図示）に接合することによって、骨１０２と下顎骨（不図示）とが一体となる。すなわち、患者の下顎骨の位置は、術者が動かす骨１０２（上顎骨）の位置に追随する。移動中に上顎骨と下顎骨がずれないので、より簡易にナビゲーションが実行される。

　次に、手術中における磁気センサ３０１（治具）の取り付け位置のナビゲーションについて、更に詳細に説明する。
　図８は、第１実施形態における、取り付け位置を示すナビゲーション画像の例を示す図である。手術中に、表示部６６は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置及び目標取付姿勢に対する磁気センサ３０１－１の相対位置及び相対姿勢を表すナビゲーション画像を、所定のフレームレートでリアルタイムに表示する。図８には、手術中の第１時刻におけるナビゲーション画像の例が示されている。

　図８に例示されたナビゲーション画像は、頭蓋骨モデル１１１の画像と、上顎骨モデル１１２の画像と、治具画像２１３と、治具画像２２３と、取り付け位置１０に配置された座標軸画像１４と、取り付け位置１１に配置された座標軸画像１５と、座標軸画像１６と、線画像１７と、表示領域１８とを含む。

　治具画像２１３は、治具２１０の３次元モデルの画像である。治具画像２２３は、治具２２０の３次元モデルの画像である。取り付け位置１０は、磁気センサ３０１－２の取り付け位置（原点）である。取り付け位置１１は、磁気センサ３０１－１（治具２１０）の目標取付位置である。

　座標軸画像１４は、互いに直交する３本の線分（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で表現される。座標軸画像１４の原点は、治具２２０に取り付けられた磁気センサ３０１－２の位置（取り付け位置１０）を表す。座標軸画像１４の姿勢は、治具２２０の取付部２２１に取り付けられた磁気センサ３０１－２の姿勢を表す。

　座標軸画像１５は、互いに直交する３本の線分（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で表現される。座標軸画像１５の原点は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置（取り付け位置１１）を表す。座標軸画像１５の姿勢は、磁気センサ３０１－１の目標取付姿勢を表す。

　座標軸画像１６は、互いに直交する３本の線分（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で表現される。座標軸画像１６の原点は、取り付け位置１１（目標取付位置）に対する、治具２１０に取り付けられた磁気センサ３０１－１の相対位置を表す。座標軸画像１６の姿勢は、治具２１０の取付部２１１に取り付けられた磁気センサ３０１－１の姿勢を表す。

　線画像１７は、目標取付位置と磁気センサ３０１－１の相対位置とを結ぶ線である。線画像１７の長さは、目標取付位置と磁気センサ３０１－１の相対位置との間の差（距離）を表す。

　座標軸画像１４のＸ軸の色と座標軸画像１５のＸ軸の色と座標軸画像１６のＸ軸の色とは、同色（例えば、赤）である。座標軸画像１４のＹ軸の色と座標軸画像１５のＹ軸の色と座標軸画像１６のＹ軸の色とは、同色（例えば、青）である。座標軸画像１４のＺ軸の色と座標軸画像１５のＺ軸の色と座標軸画像１６のＺ軸の色とは、同色（例えば、緑）である。また、座標軸画像１５の原点（目標取付位置）と座標軸画像１６の原点（現時刻の磁気センサ３０１－１の相対位置）とを結ぶ線画像１７の色は、一例として紫である。

　表示領域１８は、数値情報と、文字情報とのうちの少なくとも一方が表示される領域である。表示領域１８に表示される数値情報は、目標取付位置と磁気センサ３０１－１の相対位置との差を表す。また、表示領域１８に表示される文字情報は、目標取付位置と磁気センサ３０１－１の相対位置との差を少なくする移動方向を表す。

　術者は、磁気センサ３０１－１を治具２１０の取付部２１１に装着する。また、術者は、磁気センサ３０１－２を治具２２０の取付部２２１－１に装着する。術者は、治具２２０を骨１０２に接合させる。術者は、表示部６６にリアルタイムに表示されたナビゲーション画像を確認しながら、表示部６６の画面上で座標軸画像１５と座標軸画像１６とが重なるように、実際の治具２１０を移動及び回転させる。

　図９は、第１実施形態における、取り付け位置を示すナビゲーション画像の例を示す図である。図９には、第１時刻よりも後の第２時刻におけるナビゲーション画像の例が示されている。第２時刻では、術者によって治具２１０が移動及び回転された結果、座標軸画像１５と座標軸画像１６とが、ほぼ重なっている。この場合、治具２１０の相対位置と目標取付位置とは、ほぼ一致する。また、治具２１０の相対姿勢と目標取付姿勢とは、ほぼ一致する。

　図１０は、第１実施形態における、磁気センサ３０１の取り付け例を示す図である。図１０では、治具２１０は、治具２１０の接合面２１２が骨１０１（頭蓋骨の梨状口縁）に接合した状態で、小型ネジ等を用いて、骨１０１に一時的に固定される。また、治具２２０は、治具２２０の接合面２２２が骨１０２の歯列に接合した状態で、骨１０２に一時的に固定される。

　ここで、骨１０１に接合された状態の治具２１０における取付部２１１の向き（所定の向き）と、骨１０２に接合された状態の治具２２０における各取付部２２１の向き（所定の向き）とは同じである。これによって、各磁気センサ３０１の方向（各骨の姿勢の初期値）のキャリブレーションを省略することが可能である。

　次に、手術中における骨の位置のナビゲーションについて、更に詳細に説明する。
　図１１は、第１実施形態における、骨の相対位置等を示すナビゲーション画像の例を示す図である。表示部６６は、情報生成部６５によって生成されたナビゲーション画像を、所定のフレームレート（例えば、４０ｆｐｓ）で表示する。ナビゲーション画像において、骨１０１の形状は、頭蓋骨モデル１１１の画像を用いて表される。また、骨１０２の形状は、上顎骨モデル１１２の画像を用いて表される。

　図１１に例示されたナビゲーション画像は、頭蓋骨モデル１１１の画像と、上顎骨モデル１１２の画像と、表示領域４０１と、座標軸画像４０２と、座標軸画像４０３と、線画像４０４とを含む。表示領域４０１は、数値情報と、文字情報とのうちの少なくとも一方が表示される領域である。表示領域４０１に表示される数値情報は、骨１０２の目標相対位置と骨１０２の相対位置との差を表す。また、表示領域４０１に表示される文字情報は、骨１０２の目標相対位置と骨１０２の相対位置との差を少なくする移動方向を表す。

　座標軸画像４０２は、互いに直交する３本の線分（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で表現される。座標軸画像４０２の原点は、骨１０２の目標相対位置を表す。座標軸画像４０２の姿勢は、骨１０２の目標相対姿勢を表す。

　座標軸画像４０３は、互いに直交する３本の線分（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）で表現される。座標軸画像４０３の原点は、骨１０２の目標相対位置に対する骨１０２の相対位置を表す。座標軸画像４０３の姿勢は、骨１０２の相対姿勢を表す。

　差を表す数値情報は、例えば、ミリメートル単位で距離を表す数値である。移動方向を表す文字情報は、例えば、「Ｌｅｆｔ」及び「Ｄｏｗｎ」等の文字列である。術者は、ナビゲーション画像を確認しながら、数値情報の値が小さくなるように、文字情報が表す移動方向に、骨１０２を移動させてもよい。また、目標相対位置から相対位置までの距離（近接度）と文字情報「Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ」とが表示されてもよい。また、差を表す数値情報は、座標軸画像４０２の姿勢と座標軸画像４０３の姿勢との差分（軸ごとの一致率）でもよい。座標軸画像４０２の姿勢と座標軸画像４０３の姿勢とが一致することは、骨１０２の目標相対姿勢と骨１０２の相対姿勢とが一致することを表す。

　座標軸画像４０２のＸ軸の色と座標軸画像４０３のＸ軸の色とは、同色（例えば、赤）である。座標軸画像４０２のＹ軸の色と座標軸画像４０３のＹ軸の色とは、同色（例えば、青）である。座標軸画像４０２のＺ軸の色と座標軸画像４０３のＺ軸の色とは、同色（例えば、緑）である。また、座標軸画像４０２の原点（目標相対位置）と座標軸画像４０３の原点（現時刻の骨１０２の相対位置）とを結ぶ線画像４０４の色は、一例として紫である。線画像４０４の長さは、目標相対位置と骨１０２（上顎骨モデル１１２）の相対位置との間の差（距離）を表す。

　図１２は、第１実施形態における、骨の位置等を示すナビゲーション画像の例を示す図である。手術中において、術者は、所定のフレームレートで表示部６６にリアルタイムに表示されたナビゲーション画像を確認しながら、座標軸画像４０２と座標軸画像４０３とが重なるように、骨１０２を移動及び回転させる。

　図１２に示された左側の図（ナビゲーション画像の一部）は、手術中の第３時刻における、骨１０１（頭蓋骨モデル１１１）の位置及び姿勢と、骨１０２（上顎骨モデル１１２）の位置及び姿勢とを表す。図１２に示された右側の図（ナビゲーション画像の一部）は、第３時刻よりも後の第４時刻における、骨１０１（頭蓋骨モデル１１１）の位置及び姿勢と、骨１０２（上顎骨モデル１１２）の位置及び姿勢とを表す。図１２に示された右側の図では、術者によって骨１０２が移動及び回転された結果、座標軸画像４０２と座標軸画像４０３とが、ほぼ重なっている。このような場合、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢は、術前プランニングにおいて予め定められた目標相対位置及び目標相対姿勢に近い。

　骨１０１の目標取付位置に取り付けられた治具２１０の取付部２１１の向きと、骨１０１に再接合された骨１０２に取り付けられた治具２２０の取付部２２１の向きとは、同じである。この場合、取付部２２１に挿入された磁気センサ３０１－２の姿勢と、取付部２１１に挿入された磁気センサ３０１－１の姿勢とは、同じ姿勢（傾斜）となる。これによって、座標軸画像４０２と座標軸画像４０３との相対的な位置関係が直観的に分かり易く表示されるので、ナビゲーション手術が極めて容易になる。

　また、座標軸画像４０２及び座標軸画像４０３のそれぞれが３次元座標軸で表現されているので、ナビゲーション画像における座標軸画像４０２及び座標軸画像４０３の一致を術者が確認することによって、骨１０２の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢に正確に一致しているか否かを、術者は直観的に判断することができる。また、良好な咬合と審美性のある顔貌とを患者が獲得することができる。

　以下、第１のセンサ（磁気センサ３０１－１）の目標取付位置に対する第１のセンサの相対位置を「第１の相対位置」という。以下、第１のセンサ（磁気センサ３０１－１）の目標取付姿勢に対する第１のセンサの相対姿勢を「第１の相対姿勢」という。

　次に、手術中において骨に磁気センサが取り付けられる際のナビゲーション装置６の動作例を説明する。
　図１３は、第１実施形態における、ナビゲーション装置６の第１動作例（骨に磁気センサが取り付けられる際の動作例）を示すフローチャートである。取得部６３は、磁気センサ３０１－２の位置及び姿勢に対する磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢の情報を、計画装置２又は記憶装置３から取得する（ステップＳ１０１）。取得部６３は、磁気センサ３０１－１の信号に基づいて検出された磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢の情報を、検出装置５から取得する（ステップＳ１０２）。

　導出部６４は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢と、磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢とに基づいて、磁気センサ３０１－１の第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する（ステップＳ１０３）。

　情報生成部６５は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像（座標軸画像１５）を生成する。情報生成部６５は、磁気センサ３０１－１の第１の相対位置及び第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像（座標軸画像１６）を生成する。情報生成部６５は、治具画像２１３と、頭蓋骨モデル１１１の画像と、上顎骨モデル１１２の画像とを生成してもよい（ステップＳ１０４）。表示部６６は、座標軸画像１５及び座標軸画像１６を表示する。表示部６６は、治具画像２１３と、頭蓋骨モデル１１１の画像と、上顎骨モデル１１２の画像とを表示してもよい（ステップＳ１０５）。

　情報生成部６５は、ナビゲーション動作を終了するか否かを判定する。例えば、手術が終了した場合、情報生成部６５は、ナビゲーション動作を終了すると判定する（ステップＳ１０６）。ナビゲーション動作を継続すると判定された場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、情報生成部６５は、ステップＳ１０２に処理を戻す。ナビゲーション動作を終了すると判定された場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、情報生成部６５は、ナビゲーション動作を終了する。

　次に、手術中において骨が相対移動及び相対回転される際のナビゲーション装置６の動作例を説明する。
　図１４は、第１実施形態における、ナビゲーション装置６の第２動作例（骨が相対移動及び相対回転される際の動作例）を示すフローチャートである。取得部６３は、骨１０１（第１の骨）の形状の情報と、骨１０２（第２の骨）の形状の情報とを、通信部６１又は記憶部６２から取得する（ステップＳ２０１）。取得部６３は、骨１０２に対して予め定められた移動量及び回転量の情報を、通信部６１又は記憶部６２から取得する（ステップＳ２０２）。

　手術中において、骨に磁気センサ３０１が取り付けられた後、通信部６１及び記憶部６２は、骨１０１の位置及び姿勢の情報を、所定周期で通信部５４から取得する。取得部６３は、骨１０１の位置及び姿勢の情報を、通信部６１又は記憶部６２から所定周期で取得する（ステップＳ２０３）。通信部６１は、骨１０２の位置及び姿勢の情報を、所定周期で通信部５４から取得する。取得部６３は、骨１０２の位置及び姿勢の情報を、通信部６１又は記憶部６２から所定周期で取得する（ステップＳ２０４）。

　導出部６４は、骨１０１の位置及び姿勢の情報と骨１０２の位置及び姿勢の情報とに基づいて、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢を導出する（ステップＳ２０５）。導出部６４は、骨１０２の相対位置及び相対姿勢の初期値に対して予め定められた移動量及び回転量と、骨１０２の相対位置及び相対姿勢とに基づいて、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出する（ステップＳ２０６）。

　情報生成部６５は、骨１０１の位置に対する骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢に基づいて、骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を表す座標軸画像４０２（３次元座標軸の画像）を含む所定の情報を生成する。表示部６６は、骨１０１の位置及び姿勢に応じた骨１０１の外観を表す頭蓋骨モデル１１１の画像と、座標軸画像４０２とを含む所定の情報を、リアルタイムに表示する（ステップＳ２０７）。

　情報生成部６５は、骨１０１の位置に対する骨１０２の相対位置及び相対姿勢に基づいて、骨１０２の相対位置及び相対姿勢を表す座標軸画像４０３（３次元座標軸の画像）を含む所定の情報を生成する。表示部６６は、骨１０２の相対位置及び相対姿勢に応じた骨１０２の外観を表す上顎骨モデル１１２の画像と、座標軸画像４０３とを含む所定の情報を、リアルタイムに表示する（ステップＳ２０８）。

　情報生成部６５は、ナビゲーション動作を終了するか否かを判定する。例えば、手術が終了した場合、情報生成部６５は、ナビゲーション動作を終了すると判定する（ステップＳ２０９）。ナビゲーション動作を継続すると判定された場合（ステップＳ２０９：ＮＯ）、情報生成部６５は、ステップＳ２０３に処理を戻す。ナビゲーション動作を終了すると判定された場合（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、情報生成部６５は、ナビゲーション動作を終了する。

　以上のように、検出部５３は、骨１０１（例えば、頭蓋骨）の表面に応じた形状の面を有する接合面２１２を有する治具２１０に対して予め定められた第１の向きで取付部２１１に挿入された磁気センサ３０１－１（第１のセンサ）の信号に基づいて、磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢を検出する。また、検出部５３は、骨１０２（例えば、上顎骨）の表面に応じた形状の面を有する接合面２２２を有する治具２２０に対して予め定められた第２の向きで取付部２２１に挿入された磁気センサ３０１－２（第２のセンサ）の信号に基づいて、磁気センサ３０１－２の位置及び姿勢を検出する。

　取得部６３は、磁気センサ３０１－１の信号に基づいて検出された磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢の情報を、検出装置５から取得する。取得部６３は、磁気センサ３０１－２の位置及び姿勢に対する磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢の情報を、計画装置２又は記憶装置３から取得する。

　導出部６４は、目標取付位置及び目標取付姿勢と磁気センサ３０１－１の位置及び姿勢とに基づいて、第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する。情報生成部６５は、磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像（座標軸画像１５）を生成する。情報生成部６５は、磁気センサ３０１－１の第１の相対位置及び第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像（座標軸画像１６）を生成する。表示部６６は、図８及び図９に例示されているように、座標軸画像１５及び座標軸画像１６を表示する。

　このように、頭蓋骨モデル１１１における磁気センサ３０１－１の目標取付位置及び目標取付姿勢を表す座標軸画像１５と、座標軸画像１６とを、術者が見ながら、実際の骨１０１における目標取付位置に目標取付姿勢の磁気センサ３０１－１を正確に取り付ける。これによって、骨１０２の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢となるように、術者が骨１０２を正確に移動及び回転させることを支援することが可能である。

　情報生成部６５は、目標取付位置と第１の相対位置との差を表す数値情報を生成してもよい。表示部６６は、図８及び図９に例示されているように、数値情報を表示してもよい。情報生成部６５は、目標取付位置と第１の相対位置との差を少なくする移動方向を表す文字情報を生成してもよい。表示部６６は、図８及び図９に例示されているように、文字情報を表示してもよい。情報生成部６５は、目標取付位置と第１の相対位置とを結ぶ線の画像を生成してもよい。表示部６６は、図８及び図９に例示されているように、線画像１７を表示してもよい。

　以下、第１の骨（骨１０１）の位置に対する第２の骨（骨１０２）の相対位置を「第２の相対位置」という。以下、第１の骨の姿勢に対する第２の骨の相対姿勢を「第２の相対姿勢」という。

　取得部６３は、骨１０１（例えば、頭蓋骨）に取り付けられた磁気センサ３０１－１の信号に基づいて検出された骨１０１の位置及び姿勢の情報を、検出装置５から取得する。取得部６３は、骨１０２（例えば、上顎骨）に取り付けられた磁気センサ３０１－２の信号に基づいて検出された骨１０２の位置及び姿勢の情報を、検出装置５から取得する。

　導出部６４は、骨１０１の位置及び姿勢の情報と骨１０２の位置及び姿勢の情報とに基づいて、骨１０１の位置に対する骨１０２の第２の相対位置及び第２の相対姿勢を導出する。導出部６４は、第２の相対位置の初期値に対して予め定められた移動量と第２の相対姿勢の初期値に対して予め定められた回転量とに基づいて、骨１０１の位置及び姿勢に対する骨１０２の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出する。

　情報生成部６５は、目標相対位置及び目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像（座標軸画像４０２）を生成する。情報生成部６５は、第２の相対位置及び第２の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像（座標軸画像４０３）を生成する。表示部６６は、図１１及び図１２に例示されているように、座標軸画像４０２及び座標軸画像４０３を表示する。

　これによって、骨１０２の移動状況及び回転状況が術者に示されるので、予め定められた目標相対位置及び目標相対姿勢となるように術者が骨１０２を正確に移動及び回転させることを支援することが可能である。

　（第２実施形態）
　第２実施形態では、下顎骨から切り離された下顎骨近位骨片にも磁気センサ（治具）が取り付けられる点が、第１実施形態との差分である。第２実施形態では第１実施形態との差分を中心に説明する。

　＜手術前＞
　図１５は、第２実施形態における、各磁気センサ３０１の取り付け位置の指定の第１例を示す図である。表示部２３の画面上で上顎骨モデル１１２が頭蓋骨モデル１１１から切り離される前の状態について、磁気センサ３０１の取り付け位置が示されている。下顎骨モデル１１３は、患者の下顎骨の３次元モデルである。

　図１５では、術前プランニングにおいて、図１に例示された治具２２０は、上顎骨モデル１１２の歯列と下顎骨モデル１１３の歯列とに挟まれて、それらの両方に接合している。取り付け位置１０は、実際の骨１０２に取り付けられる磁気センサ３０１－２（治具２２０）の取り付け位置を表す。取り付け位置１１は、実際の骨１０１に取り付けられる磁気センサ３０１－１の目標取付位置を表す。取り付け位置１２と取り付け位置１３とは、実際の下顎骨に取り付けられる各磁気センサ３０１の目標取付位置を表す。取り付け位置１０を原点として、取り付け位置１１と、取り付け位置１２と、取り付け位置１３とが表現される。

　＜手術中＞
　図１６は、第２実施形態における、骨１０３（下顎骨）の切断例を示す図である。手術中において、術者は、一時的に各磁気センサ３０１を各骨から外す。術者は、骨１０２を骨１０１から切り離し、骨１０３を切断する。

　図１７は、第２実施形態における、骨１０３の切断後の各磁気センサ３０１の取り付け位置の例を示す図である。骨１０２が骨１０１から切り離されて、骨１０２が骨１０１に再接合された状態について、磁気センサ３０１の取り付け位置が示されている。

　図１７では、骨１０３（下顎骨）が、骨１０３－１と、骨１０３－２（下顎骨近位骨片）と、骨１０３－３（下顎骨近位骨片）とに切断される。上顎骨モデル１１２及び下顎骨モデル１１３－１には、第１の磁気センサ３０１の取り付け位置１０が、計画者によって定められる。頭蓋骨モデル１１１には、第２の磁気センサ３０１の取り付け位置１１が、計画者によって定められる。下顎骨モデル１１３－２には、第３の磁気センサ３０１の取り付け位置１２が、計画者によって定められる。下顎骨モデル１１３－３には、第４の磁気センサ３０１の取り付け位置１３が、計画者によって定められる。取り付け位置１０を原点として、取り付け位置１１と、取り付け位置１２と、取り付け位置１３とが表現される。

　これによって、例えば骨１０３の下顎骨近位骨片についても、骨１０３の相対位置及び相対姿勢が目標相対位置及び目標相対姿勢となるように術者が骨１０３を正確に移動及び回転させることを支援することが可能である。

　第２実施形態は、複数の骨の位置合わせが行われる手術（例えば癌による顎骨壊死等で骨を失った患者に人工骨を再建する手術等）に好適である。

　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

　例えば、センサの個数は、特定の個数に制限されない。例えば、３個以上のセンサを用いてナビゲーションが実行されることで、術者は骨の相対位置及び相対姿勢をより精度よく合わせることができる。

　また、各実施形態におけるナビゲーション手術は、各骨の相対位置及び相対姿勢の正確な整合が求められる手術であれば、特定の分野の手術に制限されない。例えば、ナビゲーション手術は、上顎骨と下顎骨との間の顎矯正手術におけるナビゲーション手術でもよい。ここで、上顎骨の治具（マウスピース）と下顎骨の治具（マウスピース）とのそれぞれが作成されてもよい。各治具には、センサが取り付けられてもよい。

　本発明は、手術支援システムに適用可能である。

　１…ナビゲーションシステム、２…計画装置、３…記憶装置、４…通信回線、５…検出装置、６…ナビゲーション装置、１０…取り付け位置、１１…取り付け位置、１２…取り付け位置、１３…取り付け位置、１４…座標軸画像、１５…座標軸画像、１６…座標軸画像、１７…線画像、１８…表示領域、２１…移動処理部、２２…回転処理部、２３…表示部、５１…磁界生成部、５２…取得部、５３…検出部、５４…通信部、６１…通信部、６２…記憶部、６３…取得部、６４…導出部、６５…情報生成部、６６…表示部、１０１…骨、１０２…骨、１０３…骨、１１１…頭蓋骨モデル、１１２…上顎骨モデル、１１３…下顎骨モデル、２１０…治具、２１１…取付部、２１２…接合面、２１３…治具画像、２２０…治具、２２１…取付部、２２２…接合面、２２３…治具画像、３０１…磁気センサ、４０１…表示領域、４０２…座標軸画像、４０３…座標軸画像、４０４…線画像

Claims

　第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１のセンサの位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２のセンサの位置及び姿勢に対する前記第１のセンサの目標取付位置及び目標取付姿勢の情報とを取得する取得部と、
　前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢と前記第１のセンサの位置及び姿勢とに基づいて、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢に対する前記第１のセンサの第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する導出部と、
　前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する情報生成部と、
　前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する表示部と
　を備えるナビゲーションシステム。
　前記第２の治具は、歯列スプリントである、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　前記情報生成部は、前記目標取付位置と前記第１の相対位置との差を表す数値情報を生成し、
　前記表示部は、更に、前記数値情報を表示する、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　前記情報生成部は、前記目標取付位置と前記第１の相対位置との差を少なくする移動方向を表す文字情報を生成し、
　前記表示部は、更に、前記文字情報を表示する、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　前記情報生成部は、前記目標取付位置と前記第１の相対位置とを結ぶ線の画像を生成し、
　前記表示部は、更に、前記線の画像を表示する、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　前記センサは、磁気センサである、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　前記第１の骨は、頭蓋骨であり、
　前記第２の骨は、上顎骨である、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　前記取得部は、前記第１の骨に取り付けられた前記第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と、前記第２の骨に取り付けられた前記第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とを取得し、
　前記導出部は、前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とに基づいて、前記第１の骨の位置に対する前記第２の骨の第２の相対位置及び第２の相対姿勢を導出し、前記第２の相対位置の初期値に対して予め定められた移動量と前記第２の相対姿勢の初期値に対して予め定められた回転量とに基づいて、前記第１の骨の位置及び姿勢に対する前記第２の骨の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出し、
　前記情報生成部は、前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第２の相対位置及び前記第２の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成し、
　前記表示部は、前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第２の相対位置及び前記第２の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する、
　請求項１に記載のナビゲーションシステム。
　第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とを取得する取得部と、
　前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とに基づいて、前記第１の骨の位置に対する前記第２の骨の相対位置及び相対姿勢を導出し、前記相対位置の初期値に対して予め定められた移動量と、前記相対姿勢の初期値に対して予め定められた回転量とに基づいて、前記第１の骨の位置及び姿勢に対する前記第２の骨の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出する導出部と、
　前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する情報生成部と、
　前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する表示部と
　を備えるナビゲーションシステム。
　予め定められた向きでセンサが挿入される取付部と、
　接合される骨の表面に応じた形状の面と
　を有する治具。
　第１の前記治具は、第１の前記治具に対して予め定められた第１の向きで第１の前記センサが挿入される第１の前記取付部と、第１の前記骨の表面に応じた形状の第１の前記面とを有し、
　第２の前記治具は、第２の前記治具に対して予め定められた第２の向きで第２の前記センサが挿入される第２の前記取付部と、第２の前記骨の表面に応じた形状の第２の前記面とを有し、
　第１の前記骨に接合された状態の第１の前記治具における第１の前記取付部に挿入された第１の前記センサの向きと、第２の前記骨に接合された状態の第２の前記治具における第２の前記取付部に挿入された第２の前記センサの向きとは同じ向きである、
　請求項１０に記載の治具。
　コンピュータに、
　第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１のセンサの位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２のセンサの位置及び姿勢に対する前記第１のセンサの目標取付位置及び目標取付姿勢の情報とを取得する手順と、
　前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢と前記第１のセンサの位置及び姿勢とに基づいて、前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢に対する前記第１のセンサの第１の相対位置及び第１の相対姿勢を導出する手順と、
　前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する手順と、
　前記目標取付位置及び前記目標取付姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記第１の相対位置及び前記第１の相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する手順と
　を実行させるためのプログラム。
　コンピュータに、
　第１の骨の表面に応じた形状の面を有する第１の治具に対して予め定められた第１の向きで前記第１の治具の取付部に挿入された第１のセンサの信号に基づいて検出された前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と、第２の骨の表面に応じた形状の面を有する第２の治具に対して予め定められた第２の向きで前記第２の治具の取付部に挿入された第２のセンサの信号に基づいて検出された前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とを取得する手順と、
　前記第１の骨の位置及び姿勢の情報と前記第２の骨の位置及び姿勢の情報とに基づいて、前記第１の骨の位置に対する前記第２の骨の相対位置及び相対姿勢を導出し、前記相対位置の初期値に対して予め定められた移動量と、前記相対姿勢の初期値に対して予め定められた回転量とに基づいて、前記第１の骨の位置及び姿勢に対する前記第２の骨の目標相対位置及び目標相対姿勢を導出する手順と、
　前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを生成する手順と、
　前記目標相対位置及び前記目標相対姿勢を表す３次元座標軸の画像と、前記相対位置及び前記相対姿勢を表す３次元座標軸の画像とを表示する手順と
　を実行させるためのプログラム。