JP2013144122A - 手術ナビゲーションシステム構成要素フォルトインタフェースおよび関係するプロセス - Google Patents

Abstract

【課題】手術ナビゲーションシステム構成要素フォルトインタフェースおよび関係するプロセスに関する。
【解決手段】プラスチックの単一部品を備えて比較的低コストに容易に製造することができ、使い捨てであり、単一使用について製造されるフレーム添付および指標を含むコンピュータ補助またはコンピュータナビゲーション手術において使用されるデバイスおよびプロセスが開示される。指標と、身体の部分、器具、移植片、試行、または他の構造もしくは構成要素などの手術中に使用される品目との間に、フォイルトインタフェースを挿入できる。指標がシステムに登録され、手術が開始された後、指標が身体の部分に対して位置および／または配向について不注意に移動または変位することがある場合がある。フォルトインタフェースは、最初に故障するように設計され、指標は、品目に対してシステムに指標を再登録することを必要とせずに、品目に対して再配置できる。
【選択図】図１３

Description

本出願は、共に参考文献として本明細書に援用される、２００３年１０月２０日に出願された米国特許出願第１０／６８９１０３号の一部継続出願である、「Surgical Navigation System Component Fault Interfaces and Related Processes」という発明の名称を有する、２０４年７月２３日に出願された米国特許出願第１０／８９７８５７号に対する優先権を主張する。

本発明は、手術ナビゲーションに使用されるフレーム添付、及びその使用方法に関する。より具体的には、本発明は、手術ナビゲーションシステムにおける当初の登録に関して不注意などにより移動又は変更された場合、訂正位置に正確に再装備されるように構成される基点又は他の基準構造を備えるフレーム添付に関する。本発明は、使い捨て可能なフレーム添付にさらに関する。

手術手続き中の主な事項、ならびに医療作業は、可能な限り精確に手続きを実施することである。たとえば、整形外科の手続きでは、移植人工器官構成要素の最適より劣る位置合わせにより、望ましくない磨耗および修正が行われることがあり、これは、最終的に移植人工器官の欠陥に至ることがある。他の一般的な手術手続きは、実行の精度も必要とする。

たとえば、整形外科の手続きでは、以前の手法は、人工器官構成要素の精確な位置合わせについては可能ではなかった。たとえば、ひざ全体の関節形成では、骨の切除のための以前の機器設計は、大腿骨および頸骨の切除を内反／外反、屈曲／伸展、および外部／内部回転の平均値に限定した。さらに、外科医は、位置合わせのために、解剖学的変動性に誤り導くことがある視角ランドマークまたは「経験則」をしばしば使用する。骨髄内基準機器も、大腿管および頸骨管を妨害する。この侵入は、患者の脂肪梗塞症および不必要な血液損失の危険性を増大させる。

本発明の様々な実施形態によるデバイスおよびプロセスは、ひざの修復、再構築、または置換の手術についてだけでなく、身体の部分、非身体構成要素、および／または回転軸などの仮想基準の位置および配向を追跡し、作業のナビゲーションおよび実施において使用するために互いに対するそれらの位置および配向のデータを表示および出力するのに有用である身体のあらゆる他の接合部、ならびにあらゆる他の手術もしくは他の作業に適用可能である。

幾つかの製造業者が、より優れた精度で手術手続きを実施するのを補助するために使用されるコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムを現在生産している。Medtronic Surgical Navigation Technologies, Inc.によって製造されたFLUORONAV（登録商標）ソフトウエアを有するTREON（登録商標）システムおよびiON（登録商標）システムが、そのようなシステムの例である。BrainLAB VECTORVISIONT（登録商標）システムは、そのような手術ナビゲーションシステムの他の例である。コンピュータ補助手術を履行するシステムおよび方法は、2002年2月11日に出願され、「Image Guided Fracture Reduction」という名称のUSSN 60/355886に対する優先権を主張する、2003年2月11日に出願され、「Image Guided Fracture Reduction」という名称のUSSN 10/364859;2001年2月27日に出願され、「Image Guided System for Arthroplasty」という名称のUSSN 60/271818;2002年8月27日に出願され、「Image Computer Assisted Knee Arthroplasty」という名称のUSSN 10/229372;2002年2月11日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes」60/355899という名称の仮出願に対する優先権を主張する、「Total Knee Arthroplasty Systems and Processes」という名称のUSSN 10/084278;2月11日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes」60/355899という名称の仮出願に対する優先権を主張する、2002年2月27日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes for Unicompartmental Knee Arthroplasty」という名称のUSSN 10/084278;2002年2月11日に出願され、「Surgical Navigation Systems and Processes」60/355899という名称の仮出願に対する優先権を主張する、「Surgical Navigation Systems and Processes for High Tibial Osteotomy」という名称のUSSN 10/084291;2003年5月29日に出願され、「Image-guided Navigated Precisions Reamers」60/474178という名称の仮出願;および2003年10月3日に出願された、T. Russell、P. Culley、T. Ruffice、K. Raburn、およびL. Grisoniの発明者による「Surgical Positioners」という名称の非仮出願においても議論されている。これらのそれぞれの全内容は、全文書が参照によって内部に組み込まれているので、参照によって本明細書に組み込まれている。

これらのシステムおよびプロセスは、立体視的に作用する赤外線センサ、または身体の部分と、用具、計測、試行人工器官、人工器官構成要素などの手術関連品目と、骨ランドマークの指示に基づいて計算されて記憶されている回転軸などの仮想構成または基準との位置を追跡するために基準構造または基準送信器と関連して作用する他のセンサなど、位置および／または配向追跡センサを使用する。独立型、ネットワーク型、またはその他に関係なく、任意の所望の形態のコンピュータ機能などの処理能力が、基点、基準送信器などの関連基準構造の感知された位置および配向に基づいて、あるいは記憶されている位置および／または配向情報に基づいて、位置感知場（手術の場のすべてまたは一部あるいはすべて以上に一般的または具体的に対応することが可能である）の様々な品目に関する位置および配向の情報を考慮する。処理機能は、各物体についてこの位置および配向の情報を、コンピュータで処理された蛍光透視像化ファイル、レンダリング用のワイヤフレームデータファイル、機器構成要素の表示、試行人工器官または実際の人工器官、あるいは回転軸または他の仮想基準構成もしくは基準に関するコンピュータ生成ファイルなどの記憶情報と相関させる。次いで、処理能力は、これらの物体の位置および配向をスクリーンまたはモニタ、もしくはそれ以外の上に表示することができる。いくつかの実施形態では、像は表示されないが、音響信号などのある他の信号が、物体の位置および配向を示すために使用される。したがって、システムまたはプロセスは、基準構造または送信器の位置を感知することによって、身体の部分、手術関連品目、移植片、およびナビゲーション、評価に使用され、ならびにそうでない場合は手術または他の動作の実施に使用される仮想構成の予測される、または実際の位置および配向に関する有用なデータを表示またはそうでない場合は出力することができる。

これらの基準構造または基準送信器のいくつかは、後に赤外線カメラによって検出される赤外光を放出または反射することが可能である。基準は、赤外線、視覚、音声、磁気、電磁、ｘ線、またはあらゆる他の所望の技法によって、能動的または受動的に感知することが可能である。能動基準はエネルギーを放出し、受動基準は単にエネルギーを反射する。基準構造は、基準の位置および配向、およびしたがって関連する機器、移植片構成要素、または基準が添付される他の物体の位置および配向を決定するために、赤外線センサによって追跡される少なくとも３つであるが、通常は４つのマーカまたは基点を有することが可能である。

固定基点を有する基準構造の他に、互いに独立に配置することが可能であるモジュール基点が、座標システムの点を参照するために使用されることが可能である。モジュール基点は、２つ、時にはより多くのセンサによって追跡することが可能である反射要素を含むことが可能であり、センサの出力は、モジュール基点が添付される品目の位置および配向を幾何学的に計算するために、関連処理機能によって連携して処理することが可能である。同様の固定基点基準構造、モジュール基点、およびセンサは、赤外線スペクトルに限定される必要はなく、任意の電磁、静電、光、音声、無線周波数、または他の所望の技法が使用されることが可能である。同様に、モジュール基点は、赤外線または他の形態エネルギーを「受動的に」反射するのとは対照的に、基準情報を追跡システムに「能動的に」送信することが可能である。

いくつかのコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムにより、蛍光撮像が行われるのと同時に基準構造を検出することが可能になる。これにより、蛍光透視撮像について基準構造の位置および配向を調節することが可能になる。次いで、位置および配向のデータを処理した後、基準構造は、蛍光透視で記録された解剖学的特徴の位置および配向を追跡するために使用することが可能である。基準構造を装備している機器、構成要素、または他の構造のコンピュータ生成像は、蛍光透視像の上に重ね合わせることが可能である。機器、試行、移植片、または他の構造もしくは幾何学的形状は、３Ｄモデル、輪郭モデル、または骨移植片境界表面として表示することができる。

いくつかのコンピュータ補助手術ナビゲーションシステムは、基準構造の場所および配向を監視し、その結果、基準構造に関連付けられた基点の位置を能動的または受動的に検出することによって、基準構造に固定されたアナトミーまたは機器の一部を監視する。基点は、特定のパターンにおいて構成することが可能であるので、システムは、基点に関連付けられた基準構造の精確な配向および場所を決定することができる。すなわち、個々の基点の特定の場所に応じて、システムは、特定の方式で基準構造を「見て」、そのデータに基づいて基準構造の場所および配向を計算することができる。その結果、システムは、基準構造に関連付けられたアナトミーまたは機器の一部の精確な配向および場所を決定することができる。

互いおよび関連付けられたアナトミーまたは機器に関する個々の基点の正確な空間関係は、基点ベースシステムが関連品目の位置および配向をどのように計算するかの基盤を形成する。同様に、関連付けられたアナトミーまたは機器に関する基準送信器の正確な空間関係は、関連付けられたアナトミーまたは機器の位置および配向を送信器ベースシステムがどのように計算するかの基盤を形成する。その結果、追跡される関連品目に関する基点または基準送信器の空間関係がシステムに登録された後、基点または基準送信器の位置および／または配向のその後の変化により、システムは、基点または基準送信器に関連付けられたアナトミーまたは機器の位置および配向を誤って計算する可能性がある。基準の配向および／位置の些少な変化でも、関連付けられたアナトミーまたは機器の配向および／または位置をシステムがどのように検出するかについて、劇的な相違をもたらす可能性がある。そのような変化は、システムが再較正されることを必要とし、追加の蛍光透視または他の撮像が得られることを必要とし、手続きの時間および費用を増大させる可能性がある。システムの再較正の失敗により、所望の手術手続きの実行が不正確になる可能性がある。

使用中の手術室では、基準構造、または基準構造の上の１つまたは複数の基点が、較正後、外科医または看護士の腕またはひじなどによって、位置または配向が不注意に変形または移動される可能性がある。これが起きるとき、基準構造および／または基点は、身体の部分、非身体構成要素、および座標システムに以前に配置された他の基準点の場所、位置、および配向について不正確な情報を提供し、手術手続きの正確さおよび安定性は、危うくなる可能性がある。外科医または他の手術付添者が、基準構造を再び元の位置に配置しようとする場合でも、元の場所、位置、および配向を精確に再特定することは実質的に不可能である。上記で議論されたように、最小にわずかな変化でも、劇的な結果を有することがある。

その結果、基準構造または基点が基準システムにおいて元の位置を失うとき、座標システム全体は、再較正または再登録されなければならない。コンピュータ補助手術を続行するために、外科医は、手続きにおいて使用される各機器、ならびに患者の上またはそうでない場合は座標システムにある各基準構造および基点を再登録しなければならない。このプロセスは、手術手続きを完了するのに必要な時間を長くし、患者が手術されている時間がさらに長くなることに起因して不必要に複雑になることがある。

基準構造または基点が上述されたようにずれるとき、外科医の中には、システム全体を再較正するのに必要な時間をとらない傾向がある者がいることが、この問題をさらに大きくする。これが起きるとき、撮像システムによって創出された仮想像は、身体の部分、非身体構成要素、および他の基準点の実際の位置、配向、および関係の真の反映ではない。これらの条件下にある座標システムで手術手続きを進行することにより、明らかな危険に至ることがある。

米国特許出願第１０／８９７８５７号明細書 米国特許出願第１０／６８９１０３号明細書 米国特許出願第１０／３６４８５９号明細書 米国特許出願第６０／３５５８８６号明細書 米国特許出願第６０／２７１８１８号明細書 米国特許出願第１０／２２９３７２号明細書 米国特許出願第１０／０８４２７８号明細書 米国特許仮出願６０／３５５８９９号明細書 米国特許出願第１０／０８４２９１号明細書 米国特許仮出願６０／４７４１７８号明細書 非仮出願、名称「Surgical Positioners」、T. Russell、P. Culley、T. Ruffice、K. Raburn、およびL. Grisoni

基準構造または基点は、手続きに続いて廃棄することができるように、１回限りの使用について設計されることがしばしば有利である。使い捨て可能指標を提供する既存の方法に付随する１つの問題は、廃棄されなければならない複数の部品がしばしばあることである。これは望ましくないが、その理由は、そのようなシステムがより浪費性であるという認識を創出し、指標を除去して、それらを別々に廃棄するために必要な時間を増大させるからである。したがって、指標および基準フレームの両方に１回使い捨て可能部品材料を提供するデバイスを有することが望ましい。さらに、そのような部品は、製造が比較的安価であり、一方、上記で議論されたすべての必要な特性を依然として示すことが望ましい。

本発明の様々な態様および実施形態は、使い捨て可能な単一使用に適合された基準フレームおよび基準指標を含む。ある態様によれば、指標および基準フレームは、射出成型プラスチックの単一部品から形成され、したがって、大量に経済的に生産することができる。

他の態様によれば、フレーム添付は、移動または変位されるとき、座標システムの基準点に固定されたベースから容易に分離され、精確に再配置することができる部分を有して記述される。

本発明の一態様によれば、フレーム添付は、座標システムにおいて固定されたベースの受け部分を補完するように設計されたインタフェースを有する接続部分を含む。添付デバイスは、ベースとの安定な接続を創出するが、移動または変位するとき、座標システム内におけるベースの位置を変化させずに、ベースから分離する。したがって、添付は、システム全体を再較正することを必要とせずに交換することができる。

他の態様によれば、フレーム添付は、ベースの受け部分を補完するように設計されるインタフェースを有する接続部分を含み、いくつかの実施形態によれば、摩擦嵌めを創出することができる。添付デバイスは、磁気引力、接着剤、フック、およびパイルコネクタ、又は添付デバイスとベースとの間において結合を創出するあらゆる他の材料もしくは力など、追加の接続補助を使用することにより、ベースとの安定な接続を創出することができる。結合の破壊強度は、添付又はベースのあらゆる部分の破壊強度より小さいことが好ましい。添付デバイスが移動又は変位するとき、座標システム内におけるベースの場所を変化させずに、ベースから分離する。したがって、添付デバイスは、システム全体を再較正せずに交換することができる。

本発明の他の態様によれば、添付デバイスは、基点、基準送信器、及び／又は他の基準デバイスを備える。

本発明の他の態様によれば、ベースは、人の身体に接続された骨ねじ及び／又は他のデバイスを備える。

本発明の他の態様によれば、添付デバイス及びモジュール基点は、座標システム内において固定されたベースを破壊せずに、座標システム内で移動することが可能であるように、モジュール性を呈する。

本発明の一実施形態による、モジュール基点の概略的側面図である。 図１のモジュール基点と接続するためのフォルトインタフェースを有するベースの一部の概略的上面図である。 図１のモジュール基点の透視図である。 図２のフォルトインタフェースを有するベースの一部の透視図である。 図２のフォルトインタフェースを有するベースの一部の内部に配置されるように位置決めされた図１のモジュール基点の概略図である。 本発明の他の実施形態による、ベースの上に配置されるように位置決めされた添付デバイスの透視図である。 本発明の他の実施形態による、ベースに接続された添付デバイスの透視図である。 本発明のさらに他の実施形態による、ベースに接続された添付デバイスの透視図である。 骨ねじに接続されるように位置決めされた本発明の他の実施形態によるドリル添付の透視図である。 骨ねじに配置されるように位置決めされた図９のドリル添付デバイスの他の透視図である。 骨ねじに接続された本発明の他の態様による添付デバイスの透視図である。 本発明の他の実施形態による追跡システムの概略図である。 本発明の一実施形態による、一体式構造の添付デバイスの透視図である。 本発明のある態様による４つの基点を有する添付デバイスの透視図である。

図１〜図５は、本発明の一実施形態によるデバイスの１つの形態を示す。図１及び図３は、基点又は反射要素７８、ステム８０、及びキー２１０を含むモジュール指標２０を示す。指標２０は、代わりに、所望に応じてエネルギースペクトル内の任意のエネルギーを使用する応答器、あるいは位置情報を他のデバイスに付与することができるあらゆる他の能動もしくは受動デバイスとすることができ、それにより、そのデバイスが、身体の部分、器具、移植片、試行、あるいは手術室の他の事物に剛性に添付された３つ以上の指標２０の位置を感知するとき、デバイスは、事物に関する位置及び配向の情報を生成することができる。指標は、任意の望ましい形状、サイズ、構造、材料、ＲＦＩＤなどの回路、あるいはあらゆる他の物理的な具体例とすることができる。指標２０を感知するデバイスは、指標２０の位置及び場所を感知するイメジャ、指標が添付される事物に関する位置及び配向の情報を生成するコンピュータ機能、並びに像におけるように、あるいは或る他の適切な出力手段によって指標２０の位置に従って精確に特定及び配向された事物をレンダリングすることができるレンダリングデバイスを含む、上述した、あるいはその他の従来又は非従来のコンピュータ補助手術システムの何れかとすることができる。

これらの図に示す実施形態では、キー２１０は、ステム８０の下側部分から突出する。指標から基準フレームの接続、あるいは基準フレームから身体の部分もしくは他の事物への接続の破壊強度、あるいはこれらの構成要素の任意の部分又はこれらの該当部分の破壊強度より小さい破壊強度を有するフォルトインタフェースを創出するために、任意の構造を使用することができる。フォルトインタフェースにより、指標は、不注意などにより変位した場合、１つの位置及び配向においてのみ事物又は事項に関して再配置することが可能になることが好ましい。その位置は、指標がコンピュータ補助手術システムに当初登録されていた位置である。しかし、本発明は、システムにおいて指標を再登録することを必要とせずに、指標を再配置することを可能にする任意のフォルトインタフェースを含む。

図２及び図４は、モジュール基点２０のフォルトインタフェース１２０を有するベース１４０ａを示す。ベースは、非限定的に、ピン、プレート、プラットフォーム、あるいは基準システム内で固定されるあらゆる他のデバイスを含むことが可能である。フォルトインタフェース１２０は、キー２１０を配置するための溝３１０を有する。このキー／溝構成は、基点２０が、正確に嵌め込まれるように、１つの配向に配置されることのみを必要とする。その結果、意図的に又は偶然、基点がベースに対して変位又は移動するとき、座標システムにおける当初の配置のように精確な場所、位置、及び配向においてベース内で交換することが可能であり、したがって、基準システム全体を再較正する必要性が排除される。基点２０をベース１４０ａ上に配置することは、図５に示されている。

図１〜図５は、本発明の一実施形態を示すが、本発明は、システムにおいて指標を再登録することを必要とせずに、指標又は添付デバイスを再配置することを可能にする指標又は添付デバイスをベースに登録することを可能にする任意のインタフェースを含む。例えば、図６〜図８は、本発明の他の実施形態による他の構造を示す。

図６は、ベース１４０ｂがプレートの形態にある本発明の実施形態を示す。プレートは、ピン４１０を使用することにより、身体の部分または他の基準点に固定式に添付される。この実施形態では、ベース１４０ｂは、第１突出部４０２および第２突出部４０４の２つの突出部４０２、４０４をフォルトインタフェースにおいて含む。突出部は、他の構成要素が１つの配向においてのみ添付されることを可能にするために、異なるサイズおよび／または形状であることが好ましい。添付デバイス４２０が、基準フレーム、１つまたは複数の基点、あるいは能動または受動であるかに関係なく、１つまたは複数の他の基準デバイスを配置するための追加の要素４００を受けるように設計されるこの特定の構造に含まれる。基準構造４２０は、突出部４０２、４０４が異なるサイズおよび／または形状であるかに関係なく、サイズおよび形状について突出部４０２、４０４に対応する２つのアパーチャ４１２、４１４を含む。突出部およびアパーチャの設計および配置は、添付デバイス４２０が１つの位置および配向においてのみベース１４０ｂと接続されることを要求することが好ましい。構成要素１４０ｂ、４００、または４２０のいずれかの部分または該当部分の破壊強度より小さく、またベース１４０ｂと患者との間の接続の変形限界または破壊強度より小さい破壊強度を有するフォルトインタフェースにおいて摩擦ばめが存在することが好ましい。したがって、構成要素４００または４２０に直接または間接に添付または接続された基点、基準フレーム、または他の構造が、変位または移動するとき、添付デバイス４２０は、フォルトインタフェースにおいてずれるが、ベース１４０ｂは、依然として適所において固定されている。しかし添付デバイス４２０およびベース１４０の設計により、唯一の位置および配向における接続が可能になるので、添付デバイス４２０は、ベース１４０ｂの上に精確に再配置することが可能であり、手術を進行する前に、さらなる較正は必要ではない。

図７は、添付デバイス４２０がベース１４０ｂの上に配置されている、図の６の実施形態の変形形態である。この実施形態は、要素４００の表面より上に突出するデバイスまたは基点を示す活動位置を特徴とすることができる要素４００を含む。

図８は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、基点受け要素４００は、支持デバイスまたは基点を添付デバイス４２０の周囲の外部に配置する。しかし、添付デバイス４２０およびベース１４０ｂの設計は、十分な力が及ぼされるとき、添付デバイス４２０は変位するが、ベース１４０ｂは依然として適所において固定されており、添付デバイス４２０が同じ位置および配向において再配置されることを可能にするようなものである。したがって、座標システムの再較正は必要ではない。

図９および１０は、ベース１４０ｃが骨ねじの形態にある本発明の他の実施形態を示す。骨ねじは、ドリル添付４４０の上のパターン４３２に対応するフォルトインタフェース４３４を含む。このパターンは、骨ねじ１４０ｃに添付される基点または他の基準構造の部分の上にも存在する。骨ねじの上のインタフェース４３４および対応するパターン４３２は、ドリル添付４４０が、正確にはめ込まれるように、１つの配向においてのみ配置されることを必要とする。ドリル添付４４０は、骨ねじ１４０ｃに接続され、ドリルは、骨ねじ１４０ｃを骨３００に固定するために使用される。

図１１は、骨３００に接続される骨ねじ１４０ｃの上に添付デバイス３２０が配置されている、図９および１０の実施形態の変形形態を示す。添付デバイス３２０およびベース１４０ｃの設計は、十分な力が及ぼされるとき、添付デバイス３２０は変位するが、骨ねじ１４０ｃは適所において固定されたままであり、添付デバイス３２０が同じ位置および配向において再配置されることを可能にするようなものである。したがって、座標システムの再較正は必要ではない。

本発明のある実施形態によれば、接続補助が、基点２０とベース１４０ａ、ｂ、ｃとの間の接続についてさらなる支持を提供する。接続補助は、基点２０の底部部分の付近、フォルトインタフェース１２０の内部、両方などに配置することが可能であり、磁気引力、接着剤、フック、およびパイルコネクタ、または基点２０と、基点もしくはベースの該当部分より小さい破壊強度を特徴とするベース１４０ａ、ｂ、ｃとの間の結合をもたらすあらゆる他の材料または力を含むことができる。したがって、十分な力が基点２０に課されるとき、接続補助により、ベースは、適切な位置および配向に容易に再配置することを可能にする方式で、移動または変位することが可能である。

使用時、基点および／または能動デバイスを担持する添付デバイス２０、３２０、または４２０は、該当する身体の部分、または機器の一部、試行、移植構成要素、テーブル、あるいは手術室のあらゆる他の有形事物に接続される。次いで、基点および／または能動デバイスは、引用された文書において十分に議論され、上記において参照によって組み込まれた技法により、コンピュータ補助手術システムに登録される。手術中、基点および／または能動デバイスにより、基点および／または活動デバイスが添付される事物の像または他の出力信号が、コンピュータ処理の保持によりモニタの上に精確な位置および配向で表されることが可能になる。しかし、基点または能動デバイスがひじまたは器具で打たれ、その方式が、そうでない場合には位置または配向あるいは両方について基点または能動デバイスを変形させる、あるいは基点または能動デバイスが添付される事物を変位させるであるとき、代わりに、フォルトインタフェースが故障し、指標または基準フレームをシステムに再登録する必要性を排除するように、基点または能動デバイスあるいは基準フレームを容易に交換することを可能にする方式で、基点または活動デバイスあるいは基準フレームを変位させることを可能にする。たとえば、基点２０は、それが添付される事物に関して適切な位置、場所、および配向において交換することが可能である。

図１２は、追跡センサ１０６の視野内において所望の品目１０４の配向および／または位置を追跡するためにモジュール指標２０を使用することが可能である追跡システム１０２を示す。モジュール指標２０または他の基準構造８は、追跡システム１０２が、追跡センサ１０６の視野において任意の所望の品目の位置および／または配向を追跡することができるように、追跡される品目１０４の上に配置することが可能である。追跡センサ１０６は、位置および／または配向のデータを処理機能１１２に中継することが可能であり、処理機能１１２は、そのデータを画像化装置１０８から得られたデータと相関させて、そのデータを適切な出力デバイス１１０に出力することができる。

図１３は、添付デバイス４６０を一体式構造とすることが可能である本発明の他の実施形態を示す。他の材料および製造方法の中でも、添付デバイスのこの実施形態は、プラスチックからなることが可能であり、プラスチックを適切な型に射出することによって製造することが可能である。特定の実施形態では、添付デバイスは、アレイベース１４０ｄの上の孔４６４ｂおよびスロット４６４ａに対応する１セットの２つの突出部４６２ａ、４６２ｂを含む。この特定の構造の添付デバイス４６０は、添付デバイス４６０の上に伸展部４７０ａ、４７０ｂ、および４７０ｃを配置するための追加の要素４８０ａ、４８０ｂ、および４８０ｃを受けるように設計される。これらの追加の要素は、能動または受動位置指示デバイスを備えることが可能である。他のデバイスのように、追加の接続補助が、この実施形態において使用されることが可能である。

本発明のある実施形態は、他の製造材料と比較して相対的低い生産コストをもたらすプラスチックまたは他の材料からなることが可能である。このために、添付デバイスおよびベースは、各使用後に廃棄することが可能である。使用済みデバイスおよびベースを廃棄することにより、使用間に殺菌するのに必要な時間および費用が排除される。本発明は、プラスチックからなることを必要としない。使用済みデバイスを殺菌するのにかかるコストより安い費用で製造することができる任意のデバイスまたは配置インジケータが考慮される。

しかし、能動または受動配置指示デバイスは、しばしば、より高価である可能性がある。それを相殺するために、本発明のある実施形態によれば、位置指示デバイスは、添付デバイスとは別に製造される。使用後、位置指示デバイスは、廃棄され、または再使用のために容易に取り外して貯蔵することが可能であり、一方、添付デバイス自体は、廃棄することが可能である。

図１４は、４つの伸展部４８０ａ、４８０ｂ、４８０ｃ、および４８０ｄが添付デバイスの上に存在する、図１３の実施形態の変形形態を示す。これは、座標システムに登録することが可能である他の位置指示デバイスの使用を規定する。

以上は、本発明の様々な態様および実施形態を開示するために提供される。本発明の範囲または精神から逸脱せずに、本文書において開示された構成要素、組合わせ、処理、および実施形態に対して、変更、削除、追加、またはおよび代用が行われることが可能である。

８ 基準構造
２０ モジュール指標
７８ 基点または反射要素
８０ ステム
１０２ 追跡システム
１０４ 品目
１０６ 追跡センサ
１０８ 画像化装置
１１０ 出力デバイス
１１２ 処理機能
１２０ フォルトインタフェース
１４０ ベース
１４０ａ ベース
１４０ｂ ベース
１４０ｃ ベース
１４０ｄ アレイベース
２１０ キー
３００ 骨
３１０ 溝
３２０ 添付デバイス
４００ 基点受け要素
４０２ 第１突出部
４０４ 第２突出部
４１０ ピン
４１２ アパーチャ
４１４ アパーチャ
４２０ 添付デバイス
４３２ パターン
４３４ フォルトインタフェース
４４０ ドリル添付
４６０ 添付デバイス
４６２ａ 突出部
４６２ｂ 突出部
４６４ａ スロット
４６４ｂ 孔
４７０ａ 伸展部
４７ｂ０ 伸展部
４７０ｃ 伸展部
４８０ａ 伸展部
４８０ｂ 伸展部
４８０ｃ 伸展部
４８０ｄ 伸展部

Claims (13)

1. コンピュータ補助手術ナビゲーションシステムにおいて使用されるデバイスであって、
   前記システムが、
   手術に使用される品目に添付された複数の指標の位置を感知するように構成されたセンサと、
   前記指標の位置に関する情報を前記センサから受信し、前記指標が添付される前記品目の位置及び場所に対応する情報を生成するように構成されたコンピュータ機能と、
   前記センサによって感知された前記指標の前記位置に対応して前記品目の前記位置及び配向に関する情報を提供するように構成された出力機能と、を備え、
   前記品目に添付されるように構成された基準フレームによって接続された複数の指標を備え、
   前記基準フレーム及び前記指標が、材料の単一の使い捨て可能な材料部片であることを特徴とするデバイス。
2. 前記基準フレーム及び指標を形成する材料の前記単一の使い捨て可能な材料部片が、射出成型プラスチックである、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記基準フレームが、非対称である、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
4. 前記指標が、反射材料でコーティングされる、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
5. 前記品目が、人の身体の一部、骨ねじ、あるいは移植片の１つである、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
6. 前記出力機能が、単数又は複数の音声信号又は視覚信号によって情報を提供するように構成される、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
7. 前記基準フレームと前記品目との間に挿入されたフォルトインタフェースを更に備え、
   前記フォルトインタフェースは、前記基準フレームと前記品目との間の接続の破壊強度より小さい破壊強度を有することを特徴とし、これにより、前記フォルトインタフェースの前記破壊強度を超える力により、前記フォルトインタフェースが故障し、前記基準フレーム及び指標が、前記品目に対して変位し、
   前記フォルトインタフェースは、前記インタフェースが故障した後、前記システムにおいて前記指標を再登録することを必要とせずに、前記基準フレーム及び指標が前記品目に再添付されることを可能にする構造を特徴とする、請求項１または請求項２に記載のデバイス。
8. 前記フォルトインタフェースが、摩擦嵌めを創出するように構成される、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記単一使い捨て可能な材料部片が、前記インタフェースが故障した後、前記品目に対して１つの位置及び配向にのみ再配置することができる、請求項７に記載のデバイス。
10. 追加の接続補助が、前記指標を前記品目に添付するために使用される、請求項７に記載のデバイス。
11. 前記追加の接続補助が、磁気引力、接着剤、あるいはフック及びパイルコネクタのうちの単数又は複数である、請求項１０に記載のデバイス。
12. 手術において使用される品目に添付されるように構成された基準フレームによって接続された複数の指標の位置を感知するように構成されたセンサであって、
    前記指標及び基準フレームが、１回の使用毎に構成される射出成型プラスチックの単一部品である、センサと、
    前記指標の位置に関する情報を前記センサから受信し、前記指標及び基準フレームが添付される前記品目の位置及び場所に対応する情報を生成するように構成されたコンピュータ機能と、
    前記センサによって感知された指標の前記位置に対応して前記品目の前記位置及び配向に関する情報を提供するように構成された出力機能と、を備えるシステム。
13. 手術において使用される品目に添付されるように構成された基準フレームによって接続される複数の指標を供し、
    前記指標及び基準フレームが、１回の使用毎に構成される単一の射出成型プラスチック部片であることと、
    手術に使用される前記品目に前記指標及び基準フレームを添付することと、
    出力機能によって出力された、手術で使用される前記品目の前記位置を参照することによって、医療手続きを少なくとも部分的に実施することと、
    前記医療手続きを履行することと、
    前記複数の指標及び前記基準フレームを廃棄することと、を備える方法。