▶ グローバス メディカル インコーポレイティッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022179434
(43)【公開日】2022-12-02
(54)【発明の名称】術中整列評価システム及び方法
(51)【国際特許分類】
A61B 17/70 20060101AFI20221125BHJP
A61B 34/20 20160101ALI20221125BHJP
【ＦＩ】
A61B17/70
A61B34/20
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022082233
(22)【出願日】2022-05-19
(31)【優先権主張番号】63/190,750
(32)【優先日】2021-05-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/663,845
(32)【優先日】2022-05-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】507400686
【氏名又は名称】グローバス メディカル インコーポレイティッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】デビッド マイケル グロッティ
(72)【発明者】
【氏名】アミール ホセイン ソルタニアンザデー
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス セオドア
(72)【発明者】
【氏名】エドワード フレデリック ルッペル サード
(72)【発明者】
【氏名】サキ フジタ
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス グリースマー フランコーニ
(72)【発明者】
【氏名】ミゲル アントニオ インセルニ
(72)【発明者】
【氏名】ジェニファー リン
(72)【発明者】
【氏名】ロバート リ
(72)【発明者】
【氏名】アリ ウネリ
(72)【発明者】
【氏名】スリタム パラシャー ラウト
(72)【発明者】
【氏名】マーク チェララ
(72)【発明者】
【氏名】カイル ロバート コウドリック
(72)【発明者】
【氏名】マリア フェルナンダ トーレス
【テーマコード（参考）】
4C160
【Ｆターム（参考）】
4C160LL07
4C160LL24
4C160LL39
(57)【要約】 （修正有）
【課題】局所的な解剖学的構造及び治療デバイスの場所及び輪郭を分析し、局所的な解剖学的分析及び治療デバイスの輪郭データの表示を含む出力ができるシステム及び方法を提供する。
【解決手段】システム、アセンブリ、及び方法は、初期患者データを入手することと、脊椎整列及び輪郭情報を取得することと、柔軟性及び／又は生体力学的情報を取得することと、基準マーカに対する関心対象の患者の解剖学的ランドマークを位置合わせすることと、術後患者の転帰を予測するために測定値及び患者データのデータベースを分析することと、を含むことができる。更に、患者の局所的な解剖学的特徴を評価し、解剖学的領域データを入手すること、局所的な解剖学的構造及び治療デバイスの場所及び輪郭を分析すること、局所的な解剖学的分析及び治療デバイス輪郭データ及び／又は画像をディスプレイ上に出力することができる。
【選択図】図４Ｌ
【解決手段】システム、アセンブリ、及び方法は、初期患者データを入手することと、脊椎整列及び輪郭情報を取得することと、柔軟性及び／又は生体力学的情報を取得することと、基準マーカに対する関心対象の患者の解剖学的ランドマークを位置合わせすることと、術後患者の転帰を予測するために測定値及び患者データのデータベースを分析することと、を含むことができる。更に、患者の局所的な解剖学的特徴を評価し、解剖学的領域データを入手すること、局所的な解剖学的構造及び治療デバイスの場所及び輪郭を分析すること、局所的な解剖学的分析及び治療デバイス輪郭データ及び／又は画像をディスプレイ上に出力することができる。
【選択図】図４Ｌ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
患者の脊椎曲率及び／又は柔軟性の少なくとも一部分を位置合わせするためのシステムであって、
前記患者の脊椎の表面に沿って連続的又は離散的な３Ｄ追跡取得を使用してデータを取得するための取得システムと、
前記取得されたデータの少なくとも一部分を記憶するための非一時的なコンピュータ可読媒体と、
１つ以上のコンピュータプロセッサであって、前記取得されたデータの少なくとも一部分の分析を実施し、前記患者の脊椎生体力学的品質の定量的評価を生成する、コンピュータプロセッサと、を備える、システム。
前記患者の脊椎の表面に沿って連続的又は離散的な３Ｄ追跡取得を使用してデータを取得するための取得システムと、
前記取得されたデータの少なくとも一部分を記憶するための非一時的なコンピュータ可読媒体と、
１つ以上のコンピュータプロセッサであって、前記取得されたデータの少なくとも一部分の分析を実施し、前記患者の脊椎生体力学的品質の定量的評価を生成する、コンピュータプロセッサと、を備える、システム。
【請求項2】
前記システムが、前記生体力学的品質を増強させるために使用される１つ以上のインプラントに関する場所ベースの入力を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記システムが、提案された手術部位内のデータ及び前記手術部位を越えるデータの両方を取得する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記システムが、前記脊椎の立体配座を評価及び／又は操作するために使用される少なくとも１つの器具又はインプラントを位置合わせする、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記定量的評価が、前記脊椎の全整列及びセグメント整列の両方に関連する１つ以上のＸ線撮影パラメータについて計算された値を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記１つ以上のＸ線撮影パラメータが、腰椎前弯、中心仙骨垂直線、Ｔｌ骨盤角度、胸椎後弯症、及びコブ角度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記１つ以上のプロセッサが、取得された点と関心対象の解剖学的領域との間の関係を識別するのを助けるためのフィルタリングを実施する、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記評価が、コブ角度、腰椎前弯症、胸椎後弯症、Ｃ２～Ｃ７前弯、Ｃ７～ＳＩ矢状垂直軸、中心仙骨垂直線、Ｔｌ骨盤角度、骨盤形態角、及び骨盤形態角－腰椎過前弯症のミスマッチの値を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
前記患者の中又は上に埋め込むことができるインプラントを評価及び調整するための視覚的ディスプレイ及び定量的フィードバックシステムを更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記ディスプレイが、前記患者の脊椎の曲率及び整列、定量的なＸ線撮影整列パラメータ値、計装されたハードウェア分析、前記脊椎の柔軟性又は可動域、並びにＸ線撮影画像を取得又は分析するための１つ以上の方式に関する情報のうちの少なくとも１つを出力する、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２２年５月１９日に出願された仮出願第６３／１９０，７５０号の優先権を主張する非仮出願であり、その全体は、本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２２年５月１９日に出願された仮出願第６３／１９０，７５０号の優先権を主張する非仮出願であり、その全体は、本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
現在のツールは、特に、脊椎が矯正中に操作された後、患者の脊椎の術中整列を迅速かつ正確に評価する外科医の能力を制限する。加えて、最新技術のオプションのほとんどは、過度の放射線曝露、関心対象の解剖学的ランドマークの不十分な視覚化、及び外科的ワークフローへの長い破壊を導入するか、又はそれに依存する。
【0003】
したがって、新しいシステム及び方法は、患者の脊椎整列情報及び治療デバイスデータを分析して提供する必要がある。方法は、理想的には、初期患者データを入手し、脊椎整列輪郭情報を取得し、患者の局所的な解剖学的特徴を評価し、解剖学的領域データを入手することを含むべきである。システム及び方法は、局所的な解剖学的構造及び治療デバイスの場所及び輪郭を分析し、局所的な解剖学的分析及び治療デバイスの輪郭データの表示を含む出力をもたらすことを含むべきである。
【発明の概要】
【0004】
いくつかの実施形態は、少なくとも１つの動的参照フレーム（dynamic reference frame、ＤＲＦ）を含むシステムを含み、このＤＲＦは、ＤＲＦの任意の固定部分若しくは移動部分、又はＤＲＦに結合された任意のアセンブリ若しくは構成要素が、複数の追跡可能なマーカを使用して３Ｄ空間において位置合わせすることができるように構成されている。いくつかの実施形態では、複数の追跡可能なマーカは、少なくとも１つの可動又はトリガ可能なマーカを含む。いくつかの実施形態は、少なくとも１つの可動又はトリガ可能なマーカをトリガ又は作動させることができる少なくとも１つの可動又はトリガ可能なマーカに結合された少なくとも１つのユーザ作動トリガ又はアクチュエータを含む。いくつかの更なる実施形態は、複数の追跡可能なマーカのうちの１つ以上を追跡するように構成された少なくとも１つの３Ｄ追跡カメラ又は画像化システムを含む。いくつかの実施形態では、システムは、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、を含み、メモリは、複数の追跡可能なマーカのうちの１つ以上の１つ以上の３Ｄ座標を追跡するためにプロセッサによって実行可能な命令を記憶する。
【0005】
いくつかの更なる実施形態は、脊椎整列の解剖学的情報及び治療デバイスデータを分析及び提供する方法であって、初期患者データを入手することと、整列輪郭情報を取得することと、局所的な解剖学的特徴を評価することと、解剖学的領域データを入手することと、局所的な解剖学的構造を分析することと、治療デバイスの場所及び輪郭を分析することと、及び／又は局所的な解剖学的分析及び治療デバイスの輪郭データをディスプレイ上に出力することと、を含む、方法を含む。
【0006】
いくつかの実施形態は、Ｘ線源又は画像装置を使用して視覚的に観察可能であるように構成された放射線不透過性マーカを含み、放射線不透過性マーカは、基準アダプタアセンブリに少なくとも部分的に埋め込まれている。
【0007】
いくつかの実施形態は、押し下げ可能な摺動シャフト先端を有するプローブシャフトを備える追跡プローブアセンブリと、プローブシャフトの一端にある追跡可能な移動式漂遊マーカを有するマウントと、プローブシャフトの反対端にある複数の深さ停止部と、を備える追跡システムを含む。更に、いくつかの実施形態は、マウントに隣接するプローブシャフトに結合された動的参照フレームを含む。
【0008】
いくつかの実施形態は、プローブシャフトと、押し下げ可能なトリガを介して作動する移動式マーカと、光学的に追跡可能なマーカを含む少なくとも１つの結合された動的参照フレームと、を備える追跡プローブアセンブリを更に備える。
【0009】
いくつかの実施形態は、ツール動的参照フレーム及び少なくとも１つの追跡可能なマーカを含む少なくとも１つの追跡可能な外科用ツールを提供することを含む解剖学的分析方法を含み、少なくとも１つの追跡可能な外科用ツールは、少なくとも１つの追跡可能な外科用ツールの任意の固定又は移動式部分を３Ｄ空間において位置合わせすることができるように構成される。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも１つの追跡可能なマーカを追跡するように構成された少なくとも１つの３Ｄ追跡カメラ又は画像化システムを提供することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、患者の手術部位の内側又は外側の１つ以上の基準マーカの場所を位置合わせすることを含む。いくつかの実施形態では、方法は、プロセッサ及びプロセッサに結合されたメモリを提供することを含み、メモリは、プロセッサによって実行可能な解剖学的輪郭測定命令を記憶して、基準マーカのうちの１つ以上の３Ｄ座標を追跡することを含む。いくつかの実施形態では、プロセッサによって実行可能な命令は、ディスプレイ上に、患者の少なくとも一部分の解剖学的画像分析、及び位置合わせされた輪郭に対して位置と配向が調整された１つ以上の位置合わせされた解剖学的ランドマークを出力することを含む。
【0010】
本発明のいくつかの実施形態は、プローブシャフトに結合又は統合された追跡可能な動的参照フレームを含む追跡可能なプローブアセンブリを含み、動的参照フレームは、少なくとも１つのマーカを含む。いくつかの実施形態は、トリガを含むユーザトリガ可能アセンブリに結合されたユーザ作動可能マーカと、プローブシャフトから延在する少なくとも１つのプローブ先端部と、を含む。
【0011】
いくつかの実施形態では、トリガは、枢動可能アームの一端に位置付けられた押し下げ可能タブを含み、ユーザ作動可能マーカは、ユーザ作動可能マーカの回転を可能にするように構成及び配置された枢動可能アームの反対端に結合される。いくつかの更なる実施形態では、トリガは、回転可能なトリガアームの延在部に装着されたトリガタブを備え、ユーザ作動可能マーカは、回転可能なトリガアームの反対端に結合され、トリガタブのユーザ作動後のトリガアームの角度変位によって決定される弧経路で回転されるように構成及び配置される。
【0012】
いくつかの実施形態では、ユーザトリガ可能アセンブリは、摺動可能なシャフトに結合された連結アームリンクを含み、ユーザ作動可能マーカは、摺動可能なシャフトに結合され、連結アームがトリガのユーザ作動によって作動されるときにプローブシャフトと同軸であるユーザ作動可能マーカの動きを可能にするように構成及び配置される。
【0013】
いくつかの実施形態では、システムは、少なくとも１つの追跡可能マーカを追跡するように構成された３Ｄ追跡カメラ又は画像化システムと、プロセッサ及びそのプロセッサに結合されたメモリとを更に備え、メモリは、少なくとも１つの固定又は移動式マーカの３Ｄ座標を追跡するためにプロセッサによって実行可能な解剖学的輪郭測定命令と、ディスプレイ上での、患者の少なくとも一部分の解剖学的画像化分析、及び患者の１つ以上の解剖学的ランドマーク及び位置合わせされた輪郭の出力と、を記憶する。
【0014】
いくつかの実施形態は、プローブシャフトに結合又は統合された追跡可能な動的参照フレームを含むプローブアセンブリを含む３Ｄ追跡可能なプローブシステムを含み、動的参照フレームは、少なくとも１つのマーカを含む。いくつかの実施形態は、トリガ、及びプローブシャフトから延在する少なくとも１つのプローブ先端を含むユーザトリガ可能アセンブリに結合されたユーザ作動可能なマーカと、少なくとも１つの追跡可能マーカを追跡するように構成された少なくとも１つの３Ｄ追跡カメラ又は画像化システムと、を含む。いくつかの実施形態は、プロセッサと、プロセッサに結合されたメモリと、を含み、メモリは、追跡可能なマーカのうちの１つ以上の３Ｄ座標を追跡するためにプロセッサによって実行可能な命令を記憶し、プローブアセンブリの３Ｄ位置及び姿勢を計算する。
【0015】
いくつかの実施形態では、トリガは、枢動可能アームの一端に位置付けられた押し下げ可能タブを含み、ユーザ作動可能マーカは、ユーザ作動可能マーカの回転を可能にするように構成及び配置された枢動可能アームの反対端に結合される。
【0016】
いくつかの実施形態では、トリガは、回転可能なトリガアームの延在部に装着されたトリガタブを備え、ユーザ作動可能マーカは、回転可能なトリガアームの反対端に結合され、トリガタブのユーザ作動後のトリガアームの角度変位によって決定される弧経路で回転されるように構成及び配置される。
【0017】
いくつかの実施形態では、ユーザトリガ可能アセンブリは、摺動可能なシャフトに結合された連結アームを含み、ユーザ作動可能マーカは、摺動可能なシャフトに結合され、連結アームがトリガのユーザ作動によって作動されるときにプローブシャフトと同軸であるユーザ作動可能マーカの動きを可能にするように構成及び配置される。
【0018】
方法のいくつかの実施形態では、動的参照フレームは、患者に取り付けられる。方法のいくつかの実施形態では、動的参照フレームは、外科用テーブル又は隣接する表面に結合され、動的参照フレームは、患者に隣接している。
【0019】
いくつかの実施形態は、患者の脊椎整列情報及び治療デバイスデータを分析及び提供する方法を含む。いくつかの実施形態では、方法は、初期患者データを入手することと、脊椎整列輪郭情報を取得することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、方法は、患者の局所的な解剖学的特徴を評価することと、解剖学的領域データを入手することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、方法は、局所的な解剖学的構造及び治療デバイスの場所及び輪郭を分析することを含むことができる。いくつかの実施形態では、方法は、ディスプレイ上に、局所的な解剖学的分析及び治療デバイスの輪郭データを出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】本発明のいくつかの実施形態による、先細の外部嵌合骨装着基準の斜視図を示す。
【図2A】本発明のいくつかの実施形態による、骨装着基準と固有に嵌合する内部嵌合プローブ先端を有する３Ｄ追跡プローブの斜視図を示す。
【図2B】本発明のいくつかの実施形態による、図２Ａに関連して前述したように、その追跡された移動式漂遊マーカ（tracked mobile stray marker、ＴＭＳＭ）がトリガされていない状態にある３Ｄ追跡プローブの正面図を示す。
【図2D】そのＴＭＳＭがトリガされていない状態にある３Ｄ追跡プローブの斜視図を示す。プローブは、本発明のいくつかの実施形態による、図２Ａ～図２Ｃに関連して前述したように、外部嵌合骨装着基準と係合していない。
【図2F】そのＴＭＳＭがトリガされていない状態にある３Ｄ追跡プローブの側面断面図を示す。プローブは、本発明のいくつかの実施形態による、図２Ａ～図２Ｅに関連して前述したように、外部嵌合骨装着基準と係合していない。
【図2G】そのＴＭＳＭがトリガ状態にある３Ｄ追跡プローブの側面断面図を示す。ここで、プローブは、本発明のいくつかの実施形態による、図２Ａ～図２Ｆに関連して前述したように、外部嵌合骨装着基準と係合される。
【図3A】本発明のいくつかの実施形態による、骨装着基準への内部嵌合Ｘ線初期化アダプタの斜視図を示す。
【図4A】本発明のいくつかの実施形態による、低侵襲外科手術（minimally invasive surgical、ＭＩＳ）手順で使用される椎弓根ねじタワーに固定される追跡デバイスの斜視図を示す。
【図4G】本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａ～図４Ｆに関連して前述したように、デバイスがＭＩＳ経皮ねじに係合されている間に、視覚化を追跡するために調整されている追跡デバイスアレイの斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の任意の実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、以下の説明に規定されるか又は以下の図面に示される構成の詳細及び構成要素の配列に対するその用途に限定されないことを理解されたい。本発明のいくつかの実施形態は、いくつかの他の実施形態と組み合わされ、様々な方式で実施又は実行されるように構成される。また、本明細書で使用される表現及び専門用語は、説明の目的のためであり、限定するものとみなされるべきではないことを理解されたい。本明細書の「含む」、「備える」、又は「有する」、及びその変形の使用は、その後に列挙された項目及びその等価物、並びに追加の項目を包含することを意味する。別途指定されない限り、又は限定されない限り、いくつかの実施形態では、「装着された」、「接続された」、「支持された」、及び「結合された」という用語、並びにそれらの変形は、広く使用され、直接的及び間接的の両方の装着、接続、支持、及び結合を包含する。更に、いくつかの実施形態では、「接続された」及び「結合された」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されない。
【0022】
以下の考察は、当業者が本発明の実施形態を作製及び使用することを可能にするために提示されるものである。図示された実施形態に対する様々な修正は、当業者には、すぐに明らかになり、本明細書の一般原理は、本発明の実施形態から逸脱することなく、いくつかの実施形態及び用途に適用され得る。したがって、本発明の実施形態は、示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理及び特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきであり、異なる図の同様の要素は、同様の参照番号を有する。図は必ずしも縮尺通りではなく、選択された実施形態を描写し、本発明の実施形態の範囲を限定することを意図するものではない。当業者は、本明細書で提供される実施例が、本発明の実施形態の範囲内にある多くの有用な代替物を有することを認識するであろう。
【0023】
いくつかの実施形態では、「追跡された」は、追跡システムの座標系に対する追跡された物体の３Ｄ座標を追跡する、少なくとも図１～図４の追跡デバイス（例えば、１つ以上の３Ｄ追跡光学カメラ、ロボットエンドエフェクタ、２Ｄカメラなど）とインターフェースする特定の物体の能力を指す。「追跡」される物体の一例は、３Ｄ空間で追跡される実質的に剛性的に取り付けられた動的参照フレームを有するときである。
【0024】
いくつかの実施形態では、動的参照フレーム（以下、「ＤＲＦ」）は、それらの個別の場所が物体識別情報と関連付けられるように、固有に識別可能な構成に位置付けられている３つ以上の点（マーカ）を指す。いくつかの実施形態は、ＤＲＦの３Ｄ場所及び姿勢の両方の計算を可能にすることができる固有に配置されたマーカを含む。いくつかの実施形態はまた、ＤＲＦに対する座標系を定義することができる。いくつかの実施形態では、漂遊マーカは、３Ｄ追跡物体、典型的には光反射又は発光のいずれかを指し、これは、３Ｄ追跡カメラによって視覚化することができ、ＤＲＦを定義するマーカのうちの１つではない。いくつかの実施形態では、漂遊マーカは、ＤＲＦと関連付けることができ、１つ以上のＤＲＦを基準にして、その場所、姿勢、及び挙動を計算することもできる。
【0025】
いくつかの実施形態では、追跡された移動式漂遊マーカ（ＴＭＳＭ）は、他の漂遊マーカ又は近くのＤＲＦのいずれかに対して移動するように設計された漂遊マーカを指す。いくつかの実施形態では、それらの他のエンティティに対するＴＭＳＭの位置及び／又は動きの計算は、情報及び／又はコマンドをコンピュータ取得システムに通信するように解釈され得る。
【0026】
いくつかの実施形態では、プローブは、その場所、配向、及び同一性が３Ｄ空間で知られているように追跡されるデバイスを指し、及び／又は定義する。いくつかの実施形態では、システムは、追跡された物体（例えば、先端、シャフト、固有の特徴など）の上及び／又はその近くの他の点及び／又はマーカの場所及び配向を独立して直接追跡しない場合であっても、外挿することができる。
【0027】
いくつかの実施形態は、基準を含む。いくつかの実施形態では、基準は、主に空間内の別の点への参照として使用される物体であり得る。いくつかの実施形態では、基準は、関心対象の物体／領域の近くに配置され得る。いくつかの実施形態では、関心対象の物体に対する基準の相対位置を初期化することができる。いくつかの実施形態では、基準の場所及び配向を、初期化後に将来参照することができる。いくつかの実施形態では、関心対象の初期化された物体／領域の正確な場所を計算することができる。いくつかの実施形態では、基準は、タップされる窪み、トレースされる溝、及び／又は結合される嵌合特徴の形態の固有の表面パターンを有することができる。いくつかの実施形態では、基準固有の表面パターンは、３Ｄ追跡プローブ又はエンドエフェクタと相互作用することができる。いくつかの実施形態では、基準の３Ｄ場所及び配向、並びに同一性は、取得システムによって計算することができる。いくつかの実施形態では、基準は、Ｘ線撮影画像化による基準の視覚化及び位置合わせを可能にする、放射線不透過性マーカが埋め込まれた物体であり得る。いくつかの実施形態は、基準マーカを含む。いくつかの実施形態では、基準メーカは、Ｘ線上で視覚化され得る基準構造内の埋め込まれた「放射線不透過性マーカ」を具体的に参照しない限り、「基準」と同等の用語として使用され得る。
【0028】
いくつかの実施形態では、「３Ｄ剛性変換」という用語は、回転及び並進変換の両方を含む行列の計算アプリケーションを含む数学演算を説明する。いくつかの実施形態では、システムが、物体の変形を伴わずに、１つの座標軸から別の座標軸に物体の関係を変換する必要がある場合、３Ｄ剛性変換を利用することができる。いくつかの実施形態では、一例は、３Ｄ追跡取得システムを参照するために、３Ｄ追跡ツールの場所の座標及び配向値を設定する代わりに、３Ｄ追跡ツールを、シーン内の別の３Ｄ追跡ツール又はＤＲＦの座標及び配向を参照させるように実質的に剛性的に変換させ得ることであり得る。更に、いくつかの実施形態は、同義語、「剛体変換」を含む。
【0029】
いくつかの実施形態は、椎弓根ねじを含む。いくつかの実施形態は、椎弓根と呼ばれる脊椎椎骨の解剖学的構造に挿入することができる椎弓根ねじを含む。いくつかの実施形態では、椎弓根ねじを参照することができる。いくつかの実施形態では、椎弓根ねじは、システムが任意の他のねじ、締結具、及び／又は他の外科用インプラント（例えば、ケージ、ロッドなど）と互換性があり得ると仮定することができる。
【0030】
いくつかの実施形態では、チューリップヘッドは、ねじヘッドに取り付けられ、その可動域で多軸又は一軸であり得る物体とすることができる。いくつかの実施形態では、チューリップヘッドは、典型的には、締結具が構造体と実質的に剛性的に係合することを可能にする雌ねじを有する。いくつかの実施形態では、チューリップヘッドは、デバイスをチューリップヘッドに実質的に剛性的に取り付けることを可能にすることができる、外壁／表面上の嵌合特徴部を有することができる。いくつかの実施形態では、チューリップヘッドは、ロッドインプラントの挿入を受け入れるように設計することができる。
【0031】
いくつかの実施形態では、ロッドは、円と同様の断面を有する任意の物体とすることができる。いくつかの実施形態は、鍵穴、半円形などを挙げることができる追加の形状を含む。いくつかの実施形態では、ロッドは、任意の長さ及び曲率のものとすることができる。いくつかの実施形態では、ロッドは、追跡及び非追跡ツールに結合され得る。いくつかの実施形態では、ロッドをチューリップヘッドの空洞に挿入することができ、チューリップヘッドの内壁上のねじ山を介して締結されるキャップねじを介して適所に実質的に剛性的に固定することができる。
【0032】
いくつかの実施形態では、位置合わせする又は位置合わせとは、物体の状態、３Ｄ場所、３Ｄ配向、固有の同一性、他の物体に対する相対位置、又はシステムのアルゴリズムの他の関連情報に関する、コンピュータシステムへの３Ｄ追跡ツール又は物体信号情報を常に指す。いくつかの実施形態は、例えば、基準の位置及び同一性を位置合わせすることができる３Ｄ追跡プローブを含み、これは、３Ｄ追跡プローブが、特定の基準が３Ｄ追跡、取得システムに対する３Ｄ空間における特定の位置及び配向を有することができることをコンピュータシステムに通信することができることを意味する。
【0033】
いくつかの実施形態では、「矢状」は、患者が左又は右半分から見てどちらの側であるかに応じて、患者の上部分（例えば、頭部）が右側又は左側にあり、患者の下部（例えば、足）が、その反対端にある患者の側面図を参照する解剖学的平面である。いくつかの実施形態では、患者の後面は、患者が仰臥位又は腹臥位かに応じて、ビューの上部又は底部のいずれかに見える。
【0034】
いくつかの実施形態では、「冠状」は、患者が下又は上から見てどちらの側であるかに応じて、並びに患者の左側又は側面のどちら側が、ビューの右又は左に現れるかに応じて、患者の上部（例えば、頭部）が上部又は底部にあり、患者の下部（例えば、足）がその反対端にある患者の上面図を参照する解剖学的平面である。
【0035】
いくつかの実施形態では、「軸方向」は、患者が腹臥位又は仰臥位から見てどちら側であるかに応じて、患者の後方部分が上部又は底部にあり、患者の前方部分がその反対端にある患者の断面図を参照する解剖学的平面である。いくつかの実施形態では、患者ビューはまた、ビューが患者の下面又は上面のどちらに向けられているかに応じて変化し得る。いくつかの実施形態では、「横方向」を使用することができる。いくつかの実施形態では、横方向は、「軸方向」と同等の用語であり得る。
【0036】
いくつかの実施形態では、「押し下げ可能な摺動シャフト」又は「プランジャ」は、表面、バネ荷重ボタンを押すことによって、又は他の機械的作動手段を介して作動する押し下げ可能な、場合によってはバネ荷重される、摺動シャフトを指す。いくつかの実施形態では、プランジャは、近くのＤＲＦ又は他の追跡された漂遊マーカの位置に対してプランジャに沿ってその位置を通信することができる機械的に連結されたＴＭＳＭを有することができる。いくつかの実施形態では、シャフトは、３Ｄ追跡ツールと同軸であり得る。いくつかの実施形態では、シャフトは、物体から突出する必要はない。いくつかの実施形態では、シャフトは、物体内に係合され得る。
【0037】
いくつかの実施形態では、セグメント長及び／又は全長の脊椎整列の評価の脊椎整列パラメータは、関連する各Ｘ線撮影整列パラメータ（例えば、コブ角、腰椎過前弯症（lumbar lordosis、ＬＬ）、胸椎過前弯症（thoracic kyphosis、ＴＫ）、Ｃ２－Ｃ７矢状垂直軸（sagittal vertical axis、ＳＶＡ）、Ｃ７－Ｓ Ｉ ＳＶＡ、Ｃ２－Ｓ Ｉ ＳＶＡ、中央仙骨垂直線角度若しくは水平オフセット（central sacral vertical line、ＣＳＶＬ）、Ｔｌ骨盤角度（Tl pelvic angle、ＴＩＰＡ）、上部計装脊椎骨盤角度（upper instrumented vertebra pelvic angle、ＵＩＶ－ＰＡ）、骨盤傾斜（pelvic tilt、ＰＴ）、骨盤形態角（pelvic incidence、ＰＩ）、顎眉から垂直角（chin-brow to vertical angle、ＣＢＶＡ）、Ｔｌ傾斜、仙骨傾斜（sacral slope、ＳＳ）、Ｃｌ－２前弯症、Ｃ２－Ｃ７前弯症、ＣＯ－Ｃ２前弯症、Ｃｌ－Ｃ２前弯症、ＰＩ－ＬＬミスマッチ、Ｃ２－骨盤傾斜（C2-pelvic tilt、ＣＰＴ）、Ｃ２－Ｔ３角度、Ｔｌ（Ｔｌ ＳＰｉ）及びＴ９（Ｔ９ＳＰｉ）からの脊椎骨盤傾斜、ＣＯ勾配、Ｔ－１勾配と頸椎過前弯症（T-1 slope and cervical lordosis、Ｔｌ Ｓ－ＣＬ）のミスマッチ、及び／又はグローバル矢状角（global sagittal angle、ＧＳＡ））の値を使用して生成することができる。更に、任意の時間整列評価又は整列パラメータの計算が本明細書で言及されるが、上記のパラメータのいずれか、並びに言及されていないが一般的に知られているものは、本明細書のその部分で計算することができると想定することができる。
【0038】
いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡取得システムは、３Ｄ空間内の点を取得し、３Ｄ追跡ツールを介して特定のコマンドを位置合わせするための３Ｄ追跡システムの使用を指すことができる。いくつかの実施形態は、例えば、外科用ナビゲーションに使用することができる光学追跡システム（例えば、図１２６、図１２７などに描写するように、ツール又は物体を追跡する、ＮＤＩポラリススペクトル（Polaris Spectra）ステレオカメラシステム）を含む。
【0039】
いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡プローブは、手又はロボットで保持され得るツールであり、光学外科用ナビゲーションシステム（例えば、ＮＤＩポラリスステレオカメラ）などの任意の３Ｄ追跡取得システムによって３Ｄ物理空間で追跡することができる。いくつかの実施形態では、光学外科用ナビゲーションシステムに依存することは、実質的に剛性的に取り付けられ、３Ｄ追跡されるＤＲＦを有するプローブを含むことができる。いくつかの実施形態としては、３Ｄ追跡される移動式漂遊マーカ（ＴＭＳＭ）を含むことが挙げられ得、これは、ＴＭＳＭの動きを直線的又は回転的に（例えば、プローブ上のヒンジ枢動の周りで）作動させることができる、押し下げ可能で、バネ荷重され、及び／又はユーザに作動されるシャフトに装着され得るか、又はそれと結合され得る機械的に連結される。
【0040】
いくつかの実施形態では、光学３Ｄ追跡システムは、シーンの３Ｄマッピング又は画像を提供することができるか、又は追跡適合物体の場所、配向、及び同一性を計算することができる任意の光学システムを指すことができる。いくつかの実施形態は、例えば、３Ｄ追跡システムが、外科用ナビゲーションシステム（例えば、ＮＤＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、１０３ Ｒａｎｄａｌｌ Ｄｒｉｖｅ、ウォータールー、オンタリオ州、カナダＮ２Ｖ １Ｃ５）からのＮＤＩポラリススペクトル（Polaris Spectra）（登録商標）ステレオカメラシステム）であり得ることを含む。いくつかの実施形態では、同様の情報を、任意の３Ｄ追跡、光学ベースのシステムから収集することができる。
【0041】
いくつかの実施形態では、表示モニタは、システムの出力、そのフィードバックシステム、及び命令、その計算、及び利用可能な他の関連情報又は設定を視覚的に描写することができる任意のディスプレイの実施形態を指す。
【0042】
いくつかの実施形態では、取得システムは、上記の３Ｄ追跡取得システム用語と同義である。いくつかの実施形態では、このシステムは、３Ｄ追跡カメラ（例えば、ＮＤＩポラリススペクトル（Polaris Spectra）（登録商標）ステレオカメラ）及びそれが通信するコンピュータシステムである。
【0043】
いくつかの実施形態では、エンドエフェクタは、限定されないが、３Ｄ場所、３Ｄ配向、固有の同一性、シーン内の他の物体に対する物理的又は同一性ベースの関係、物体に加えられる力、又はエンドエフェクタによって受ける力などを含む情報の位置合わせ又は通信を可能にする様態で、別の表面又は物体とインターフェースする物体の任意の構成要素を指す。いくつかの実施形態は、例えば、ロボットアームの３Ｄ追跡遠位先端部を含む。
【0044】
いくつかの実施形態では、トレースは、３Ｄトレースされたプローブ又は物体を介して表面に沿って離散又は連続点を取得する方法を指す。
【0045】
いくつかの実施形態では、終板とは、椎間板と椎間板の反対側で結合された近くの椎骨と接触する脊椎椎骨の表面を指す。いくつかの実施形態では、終板は、主に終板表面Ｘ線を利用して解剖学的線セグメント又はベクトルを表すことができる方式のために、患者の脊椎整列パラメータ（例えば、コブ角度）を測定するために使用される一般的な解剖学的ランドマークであり得、これから、２つ以上の終板を使用して、２つ以上の椎骨間の相対角度を計算することができる（例えば、ＬＩ及びＳＩ終板測定値を使用して、患者の腰椎の腰椎前弯角を計算することができる）。
【0046】
いくつかの実施形態では、姿勢は、別の物体又は３Ｄ追跡取得システムに対する物体の配向を指す。いくつかの実施形態では、物体の姿勢は、複数の視点から冗長であり得るか、又はそれ自体を他の物体から区別するように固有かつ識別可能であり得る。いくつかの実施形態では、物体の姿勢は、３Ｄ配向の値（例えば、クウォータニオン、オイラー角、回転行列、一連のベクトルなど）で出力され得る。
【0047】
いくつかの実施形態では、「固有」という用語は、物体の別個の同一性、又はその識別可能な構成、位置、若しくは配向を指すことができる。いくつかの実施形態では、「固有のパターン」という句は、物体のグループが追跡／位置合わせされた物体の別のグループと比較して固有に識別され得るように位置合わせされ得る物体の非対称又は識別可能な配置を指すことができる。
【0048】
いくつかの実施形態では、「レベル」は、脊柱の椎骨の全長内の特定の脊椎椎骨を指す。いくつかの実施形態では、レベルは、椎骨（例えば、ＬＳ、ＴＩＯ、Ｃｌ、Ｓ３など）のいずれかを指すことができる。いくつかの実施形態では、脊椎椎骨の切片の略語は、腰部（Ｌ）、胸部（Ｔ）、子宮頸部（Ｃ）、及び皮下（Ｓ）椎骨であり得る。
【0049】
いくつかの実施形態では、「完全に係合する」は、完全に連結、嵌合、結合、接着、接合、締結、又は整列される２つ以上の物体を説明するために使用され得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の物体を完全に係合させることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムは、イベントを記録し、情報を収集し、３Ｄ場所又は配向を取得し、１つ以上の物体の同一性を決定し、コマンドを受信し、又は係合に関する情報を出力することができる。いくつかの実施形態では、完全に係合された物体は、記憶するための特定のコマンド又は取得のコンピュータシステムへの通信をトリガすることができる。
【0050】
いくつかの実施形態では、「トリガ」は、データ、出力計算、又は他の関連情報を記憶し、コマンドを解釈するか、又は物体の同一性を登録するために、コンピュータ又は取得システムに信号を送るボタン又は通信モーメントのいずれかを説明するために使用され得る。
【0051】
いくつかの実施形態は、独立した発明であり得、他の発明又はカテゴリシステムワークフロー（例えば、患者の初期化、整列輪郭取得など）によって排除される必要はない。例えば、本明細書に記載の本発明のいくつかの実施形態は、脊椎の術中整列を評価するためのデバイス、アセンブリ、システム、及び方法を含み、計装されたハードウェアの輪郭又は整列に関する情報を抽出し、患者の脊椎の生体力学的品質のいくつかを評価する。システム全体のいくつかの実施形態は、個別及び／又は連続場所データ（例えば、手術部位の内側及び／又は外側）から入力を受信することができ、データは、患者の脊椎のセグメント間又は全長の整列、曲率、位置、運きの範囲、及び生体力学的柔軟性に関連する視覚的及び定量的出力を生成するために、非Ｘ線撮影又はＸ線撮影システム、アルゴリズム計算、又は手動ユーザベースの相互作用によって収集される。
【0052】
本発明のいくつかの実施形態では、外科手術中の現在の脊椎整列測定値は、同様の指示及び外科手技タイプを有する前の患者の大きなデータベースからの測定値と比較されて、現在の測定値が外科的矯正のデータ駆動成功結果にどのように対応するかが特定される。いくつかの実施形態では、システムは、現在の患者の人口統計及び現在の整列測定値を、規範的及び履歴データベースと比較する。本発明のいくつかの実施形態は、現在の整列測定と比較するために、術前又は前の手術から取得された前の測定を可能にする。いくつかの実施形態では、外科医は、利用可能なデータベースの比較を期間（例えば、過去５年間、過去１年間、過去６ヶ月）、外科医の同僚（例えば、同じ病院内又は他の病院システム内の）、信頼できる専門グループ（例えば、国際脊椎研究グループ）によって設定された成功の閾値、この分野の主要なオピニオンリーダー（例えば、「専門家」が以前に手術をしたことがあると特定された同様の患者との一致）、全ての患者ごとなどに、階層化することができる。いくつかの実施形態では、システムは、現在試行されている外科的アプローチのタイプ（例えば、Ｔ１２から骨盤への後方開放融合）に従ってデータベースを階層化する。いくつかの実施形態では、サポートベクターマシン、深層学習、意思決定フォレスト、畳み込みニューラルネットワークなどの機械学習アルゴリズムを、データベースの上で考察される入力変数に適用して、患者が外科手術後にどのように見えるかを予測し、立位平衡整列パラメータを評価する（例えば、ＳＶＡ、ＰＴ、ＳＳ、ＬＬ、ＴＫなどを予測する）ことを助けることができる。いくつかの実施形態では、システムは、システムに提出される新しい手術及び患者データプロファイルに従ってデータベースを常に更新し、更に、アルゴリズムが、術前計画推奨、術中報告カード分析、及び達成された結果に関する術後のフィードバックを含む、予測分析の最適な精度のためのハイパーパラメータを微調整することを可能にする。
【0053】
本発明のいくつかの実施形態は、３Ｄ追跡プローブ及び骨装着基準を含み、これは一緒に使用されるとき、過剰なＸ線画像化又はワークフロー遅延を必要とせずに、関心対象の解剖学的ランドマークの位置合わせを連続的に更新することができる。いくつかの実施形態では、基準マーカは、身体内の任意の骨の解剖学的ランドマークに剛性的に取り付けることができ、初期化されると、追加の画像化を必要とせずにランドマーク（例えば、脊椎終板、大腿頭部重心など）の任意の構成要素の３Ｄ場所及び姿勢を提供することができる位置合わせ可能マーカとして機能する。いくつかの実施形態では、基準マーカの初期化は、２Ｄ又は３ＤＸ線画像を介して、又は最先端の画像誘導ナビゲーションワークフローを介して達成することができる。いくつかの実施形態では、基準の場所及び姿勢は、３Ｄ追跡されたプローブ、３Ｄ追跡されたＤＲＦ、ロボットエンドエフェクタ、光学スキャナ、又は任意の他の場所特定ツールを用いて位置合わせすることができる。
【0054】
いくつかの実施形態では、図１Ａ １００は、位置合わせ表面及び骨固定特徴部（例えば、セルフタッピングねじ山）を有する基準マーカデバイス１０１を示す。いくつかの実施形態では、基準マーカは、ねじ山１１２を利用して、関心対象の骨ランドマークに剛性的に取り付けられる。いくつかの実施形態では、ねじ山１１２は、プレ掘削又は他の準備ステップを必要とせずに、骨へのデバイスの迅速な固定を可能にするセルフタッピング又は自己切断フルート状部を含む。いくつかの実施形態では、基準はまた、非対称の固有の位置合わせインターフェースを含む。いくつかの実施形態では、基準の位置合わせインターフェースは、背面１０４と、３Ｄ追跡プローブ又はＸ線初期化アダプタ（図示せず）との嵌合中に使用される配向インジケータ１０２を含む鍵付き前面１１３と、を有する先細の円筒形突起である。いくつかの実施形態では、基準デバイスは、１つの正確な３Ｄ姿勢からの位置合わせのみを可能にする。いくつかの実施形態では、基準デバイスの嵌合表面は、位置合わせデバイスへの追加の固定を可能にするアンダーカットネック１０６を含む。いくつかの実施形態では、基準デバイスは、六角形表面１０８と、位置合わせデバイス及び／又はねじ回しへの両方の固定を可能にする深さ停止面１１０と、を含む。
【0055】
いくつかの実施形態では、図１Ｂ １２０及び図１Ｃ １２５は、位置合わせ表面及び骨固定特徴部（例えば、セルフタッピングねじ山）を有する基準マーカデバイス１０１の側面図を示す。いくつかの実施形態では、配向インジケータ１０２は、基準の前面１１３上に整列されて、嵌合及び位置合わせプロセス中に基準を位置合わせデバイスと整列するためのユーザへの視覚的ガイダンスを可能にすることができる。
【0056】
いくつかの実施形態では、図２Ａ ２００は、表面（例えば、患者の解剖学的構造、外科手術台、基準デバイス）に沿って連続又は別個の点を位置合わせし、プローブの先端特徴部の相補的な嵌合インターフェースを有する基準マーカデバイスと嵌合するために使用され得る３Ｄ追跡プローブを示す。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡プローブ２０１ａは、シャフト２１２と、トリガボタン（押し下げられていない）２１８ａと、３つ以上の３Ｄ追跡マーカ２１０の固有の構成を含む３Ｄ追跡ＤＲＦ２０２と、ＴＭＳＭ（押し下げられていない）２０４ａと、ＴＭＳＭマウント（押し下げられていない）２０６ａと、プローブ先端２２４ａ（係合解除された）と、を含み、これは、配向インジケータ２２８と、洗浄フラッシュポート２２７と、プローブ先端の雌円錐面（図示せず）の鍵付き配向を画定する基準係合クロスピン（係合解除された）と、を含む。いくつかの実施形態では、プローブの雌、基準嵌合インターフェースはまた、基準の先細の雄位置合わせインターフェースのように先細になっている。いくつかの実施形態では、このプロセスは、嵌合プロセスのために２つのデバイスを正確に整列するために、ユーザへのより少ない圧力で基準を迅速に、まだ依然として正確に位置合わせすることを可能にする。いくつかの実施形態では、トリガボタン（押し下げられていない）２１８ａは、ＴＭＳＭマウントインターフェース２０６ａの作動を介してＴＭＳＭ２０４ａを押し下げるために内部プローブ連結システム（図示せず）と係合するクロスピン２１５を含む。いくつかの実施形態では、トリガボタン２１８ａは、枢動ピン２１４を中心に枢動し、内部連結システム（図示せず）は、トリガボタン２１８ａ及びＴＭＳＭマウント２０６ａに機械的に連結された作動ピン２２０ａの動きを制限する切り欠きガイド２１６を介してその移動距離に拘束される。いくつかの実施形態では、プローブは、使用中にプローブを快適な様態で保持するためのユーザに優しい領域を可能にするシャフト２１２に沿った１つ以上の表面特徴部を有する。いくつかの実施形態では、プローブは、係合解除されると、滅菌を容易にするためにプローブの内部シャフト表面の洗浄を可能にする、プローブの上端にねじれ可能なノブ２０８を含む。
【0057】
いくつかの実施形態では、図２Ｂ ２３０及び図２Ｃ ２３５は、「非活性」又は「活性」状態の３Ｄ追跡プローブのアセンブリを示す。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡プローブ（非活性）２０１ａは、非活性状態で押し下げ可能なトリガボタン２１８ａを有する。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡プローブ（活性）２０１ｂは、作動状態にある押し下げ可能なトリガボタン２１８ｂを有し、作動ピン２２０ｂは、その完全な押し下げ位置に機械的に隆起し、内部連結機構（図示せず）は、ＴＭＳＭ（活性状態）２０４ｂに取り付けられているＴＭＳＭマウント２０６ｂを上昇させる。いくつかの実施形態では、トリガが押し下げられると、システムは、ＤＲＦ２０２から相対的に正のＴＭＳＭの２０４ｂを計算し、ＤＲＦ２０２の原点を基準にしたその３Ｄ場所が、プローブを活性状態にするように定義するための所定の閾値を超えているかどうかを判定する。
【0058】
いくつかの実施形態では、図２Ｄ ２４０及び図２Ｅ ２５０は、基準マーカデバイスと係合された３Ｄ追跡プローブのアセンブリを示す。いくつかの実施形態では、ユーザは、トリガ２１８ｂを押し下げ、システムは、プローブの状態が現在「活性」であることを自動的に決定し、基準２４２ｂの３Ｄ場所及び姿勢を記録するために、ＤＲＦ２０２から十分に遠くに剛性的に連結されたＴＭＳＭ２０４ｂを作動させる。いくつかの実施形態では、プローブ先端２２４ｂは、基準デバイス２４２ｂの前面と完全に係合する嵌合クロスピン２２６ｂを含む円錐スタッキングインターフェースを介して、雌－雄の固有嵌合で基準デバイス２４２ｂと完全に係合する。
【0059】
いくつかの実施形態では、図２Ｆ ２６０及び図２Ｇ ２７０は、３Ｄ追跡プローブ及び基準デバイスのアセンブリの断面図を示す。いくつかの実施形態では、プローブ（係合解除された）２０１ａは、一次シャフト２６４及び二次シャフト２６１を作動させる作動ピン２２０ａに連結された内部連結機構２６２ａを備え、これは、ねじれノブ２０８に対してバネ（圧縮されていない）２６７ａを圧縮する配向ロックピン（押し下げられていない）２６６ａを含む。いくつかの実施形態では、二次シャフト２６１は、ＴＭＳＭ（非活性）２０４ａに機械的に連結されている。いくつかの実施形態では、プローブ（係合、活性）２０１ｂは、押し下げ可能なトリガ（図示せず）２１８ｂによって作動され、作動ピン２２０ｂを作動させる内部連結機構２６２ｂを備える。いくつかの実施形態では、二次シャフト及び配向ロックピン（押し下げられた）２６６ｂは、内部バネ機構（圧縮された）２６７ｂを圧縮し、ＴＭＳＭマウント（作動された）２０６ｂ及び取り付けられたＴＭＳＭ（活性）２０４ｂを上昇させる。いくつかの実施形態では、プローブ（係合、活性）がプローブ先端２２４ｂの内部嵌合特徴部及びその鍵付きクロスピン２２６ｂ機構を介して基準マーカデバイス２４２ｂと完全に係合するとき、押し下げ可能なトリガボタン（図示せず）２１８ｂは押し下げられる。いくつかの実施形態では、プローブ先端は、プローブと基準との間の初期嵌合を開始するためにより広い範囲の３Ｄ配向を受け入れることができる先細の雌基準嵌合インターフェースを含み、次いで、プローブの嵌合インターフェースと基準の嵌合インターフェースとの間の許容差は、はるかに小さくなり、正確で信頼できる位置合わせを確実にする。いくつかの実施形態では、基準の先細の嵌合インターフェースは、信頼できる嵌合を確実にするために、様々な可能なドラフト角度及びテーパの分割を含むことができる。いくつかの実施形態では、基準の先細の嵌合インターフェースは、２つのデバイスを何度も嵌合するために非常に少ない揺れ及び堅牢な信頼性を確実にするために、プローブの嵌合インターフェースによってしっかりとカプセル化される。いくつかの実施形態では、長いシャフト又はピンは、基準が骨の解剖学的構造にしっかりと係合され得るまで、長いシャフトが組織の層を横断する、経皮的な低侵襲的アプローチを介して、基準マーカを関心対象の基礎となる骨ランドマークに取り付けるために使用される。
【0060】
本発明のいくつかの実施形態は、それらの３Ｄ追跡されたＤＲＦが、その意図された位置から操作された後に、画像ガイダンスのナビゲーションを使用して、既に追跡されている解剖学的ランドマークを再位置合わせするための骨装着基準の使用を含む。いくつかの実施形態では、典型的には、画像ガイダンスナビゲーション（例えば、ＣＴガイダンス）において、ナビゲーションシステムは、特定の相対位置において基礎となる解剖学的構造に位置合わせされている１つ以上の解剖学的構造（例えば、骨盤、椎骨、大腿骨など）に取り付けられたＤＲＦの慎重な３Ｄ追跡に依存する。いくつかの実施形態では、ＤＲＦが、典型的には、患者の動き又は脊椎を操作するユーザのために移動するにつれて、システムは、それらが相対的に追跡されている体積又は２Ｄ画像化に対して外科用器具のビューを調整する。いくつかの実施形態では、ＤＲＦが衝突又は操作される場合、従来の画像ガイドナビゲーションはもはや正確又は安全ではなく、システムは、そのナビゲーション初期化プロセスをやり直す必要がある。いくつかの実施形態では、本発明は、ナビゲーションシステムが初期化される前に基準マーカを解剖学的構造に剛性的に取り付けることによって、追加の画像化又はナビゲーション再初期化プロセスの必要性を排除することができ、したがって、その第１の初期化後の手術中の任意の時点で、ナビゲーションガイダンスの信頼性の高い回復を提供することができる。
【0061】
本発明のいくつかの実施形態は、Ｘ線初期化アダプタデバイスを使用して、Ｘ線又は体積画像化を介して関心対象の解剖学的ランドマークに対して骨に装着された、又は皮膚に装着された基準デバイスを初期化することを含む。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイスは、１つの固有の３Ｄ構成のみで基準嵌合インターフェース（雄）と嵌合することを可能にする固有の嵌合インターフェース（雌）を有する。本発明のいくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイスの基準嵌合インターフェースは、追加の機構（例えば、カムロック、バネ荷重戻り止め、ワイヤ突出、クロスピン、バネ荷重戻り止めを受容するための窪みなど）で更に増強されて、関心対象の基準を有する許容誤差を低減し、初期化プロセスの再現性を最大化することができる。
【0062】
いくつかの実施形態では、図３Ａは、複数の放射線不透過性マーカ及び基準嵌合インターフェースを備えるＸ線アダプタデバイスのアセンブリ図３００を示す。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイス（係合解除された）３０１ａは、デバイス本体３０２と、内部雌嵌合面（図示せず）を有する基準嵌合インターフェース３０６ａと、係合クロスピン（係合解除された）３０８ａと、埋め込まれた放射線不透過性マーカ３０４とを備える。いくつかの実施形態では、雌嵌合インターフェース及びクロスピン（係合解除された）３０８ａが基準デバイス（図示せず）と完全に係合されると、Ｘ線初期化アダプタデバイスは、２Ｄ又は３ＤＸ線画像化で初期化される準備が整う。
【0063】
いくつかの実施形態では、図３Ｂは、Ｘ線アダプタデバイスのアセンブリ図３１０を示す。いくつかの実施形態では、図３Ｃ ３２０及び図３Ｄ ３３０は、Ｘ線初期化アダプタデバイスと基準マーカデバイスとの間のアセンブリを示す。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイス（係合された）３０１ｂは、鍵付き嵌合ピン３０８ｂを含むＸ線アダプタデバイスの嵌合先端（係合された）３０６ｂ間の固有の嵌合インターフェースを介して、骨基準（位置合わせされた）３２５ｂと実質的に剛性的に嵌合する。いくつかの実施形態では、嵌合ピン３０８ｂは、圧縮可能なバネピン、非圧縮性ピン、戻り止めボール、又は前述の特徴部の任意の組み合わせであり得る。
【0064】
いくつかの実施形態では、図３Ｅ ３４０及び図３Ｆ ３５０は、骨基準デバイスと係合するＸ線アダプタデバイスのアセンブリの断面図を示す。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイスは、バネ荷重ワイヤ（係合解除された）３４８ａ、六角形ドライバ表面３４２に取り付けるための嵌合特徴部、及び鍵付きクロスピン（係合解除された）３０８ａを備える。いくつかの実施形態では、基準デバイス（位置合わせされた）３２５ｂは、バネ荷重ワイヤ（係合された）３４８ｂが基準デバイスのアンダーカット特徴部３４６ｂに対して着座され、基準デバイスの前面が、Ｘ線アダプタの鍵付きクロスピン（係合された）３０８ｂと係合するときに、Ｘ線アダプタ（係合された）３０６ｂと完全に係合される。
【0065】
いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイスは、埋め込まれた放射線不透過性マーカのアレイを含む。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイス３０６ｂは、埋め込まれた放射線不透過性マーカ（例えば、９個の球体）のアレイを有し、それらのうちの１つ以上は、Ｘ線画像化位置合わせプロセス中に１つ以上の球体が閉塞されている場合、冗長バックアップ球体として利用される。いくつかの実施形態では、画像化プロセス中に１つ以上の放射線不透過性マーカが閉塞されている場合、視覚化され得る残りの球体は、信頼できる正確な画像ベースの位置合わせに十分であろう。いくつかの実施形態では、埋め込まれた放射線不透過性マーカのアレイは、画像化中に互いに閉塞することを回避するように設計され、また、いくつかの球体が共線形であることと、続いて画像位置合わせプロセスに不定解決策を導入することとを防止する非対称構成を有する。
【0066】
本発明のいくつかの実施形態は、Ｘ線アダプタデバイスを使用して、Ｘ線又は体積画像化を介して関心対象の複数の解剖学的ランドマークに対して骨装着基準を初期化することを含む。いくつかの実施形態では、ユーザが個々の骨装着基準に対して複数の解剖学的ランドマークを位置合わせすることを望む場合、単一のＸ線アダプタデバイスを使用して、各解剖学的ランドマークを２つ以上のＸ線画像を介してその取り付けられた基準マーカに位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、埋め込まれた放射線不透過性マーカのアレイを備える１つのＸ線アダプタデバイスは、各々独自の取り付けられた骨装着基準を有する、脊椎椎骨のグループを位置合わせすることができる。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタデバイスは、単一のＸ線画像に適合することができる解剖学的ランドマーク（位置合わせされていない）の各グループについて、位置合わせされていないランドマーク（例えば、Ｌ３椎骨）のうちの１つに取り付けられた、骨装着基準のうちの１つに嵌合される。
【0067】
本発明のいくつかの実施形態は、インプラント（例えば、椎体間ケージ）のリアルタイムの３Ｄ場所及び作動（例えば、拡張、枢動）を追跡する３Ｄ追跡インプラントドライバを含む。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡ドライバは、１つの作動機構（例えば、拡張、枢動、分割など）のみを追跡する。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡インプラントドライバは、図４に関連して以下に示されるように、複数の作動を追跡することができる。いくつかの実施形態では、インプラントが挿入中に追跡されているか否かにかかわらず、関心対象の各インプラントインターフェース解剖学的ランドマーク上の３Ｄ追跡ＤＲＦは、移植プロセス中の脊椎整列の脊椎の動的変化に関するリアルタイムなフィードバックを提供することができる。
【0068】
いくつかの実施形態では、図４Ａは、椎弓根ねじ（図示せず）の動きを実質的に剛性的にロックし、関心対象の係合した椎骨の運きを追跡することができる３Ｄ追跡ねじロックデバイスのアセンブリ図４００を示す。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡されたねじロックデバイス（係合解除された）４０２ａは、シャフト４０４、ハンドル４１４、内部シャフト先端４１６、止めねじ４１８、及びねじロックロッドインターフェース（係合解除された）４２０ａを備える。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡されたねじロックデバイス（係合解除された）４０２ａは、シャフト４０４を中心に枢動することができるアーム４１０を備え、これは、止めねじ（係合解除された）４１２ａを介して適所にロックされ得、複数の追跡可能なマーカ４０６を含む取り付けられたＤＲＦ４０８ａを含む。
【0069】
いくつかの実施形態では、図４Ｂ ４３０及び図４Ｃ ４３５は、デバイスの代替の追跡方法を可能にする３Ｄ追跡されたねじロックデバイスの代替設計のアセンブリ図を示す。いくつかの実施形態では、デバイスアーム４３２は、図１～図３に関連して以前に示されたものと同様の埋め込まれた基準マーカデバイス４３７ａを含むことができる。いくつかの実施形態では、図４Ｄは、ねじロックデバイスがＤＲＦを介してリアルタイムで追跡され得、３Ｄ追跡されたプローブ又は追跡されたエンドエフェクタとの基準ベースの位置合わせを介して断続的に追跡され得るか、又は非ナビゲーション初期化で断続的に追跡され得る（例えば、Ｘ線アダプタデバイスを介して初期化される）アセンブリ図４４０を示す。いくつかの実施形態では、追跡デバイスは、基準位置合わせデバイス（係合され、初期化された）４３７ｂに嵌合されたＸ線初期化アダプタデバイス（４４２）を介して取り付けられた関心対象の椎骨及び／又はインプラント（図示せず）に対して初期化され得る。
【0070】
いくつかの実施形態では、図４Ｅ ４５０及び図４Ｆ ４６０は、経皮延在スリーブを含む最小侵襲設計多軸ねじと係合する３Ｄ追跡されたねじロックデバイスのアセンブリを示す。いくつかの実施形態では、ねじロックデバイス（係合された）４０２ｂは、ねじの圧縮可能タブ４５８の圧縮を介してＭＩＳねじ（ロックされ、追跡する）４５２ｂと同軸に係合され、これは、ねじを３Ｄ配向で実質的にロックする。いくつかの実施形態では、タブ４５８は、ロックデバイスの止めねじ４１８を介して圧縮され、この止めねじは、ＭＩＳねじ４５２ｂの壁内のねじ山（図示せず）と係合して、タブ４５８に対してロッド様インターフェース（係合された）４２０ｂを圧縮する。いくつかの実施形態では、ＭＩＳねじ（ロックされ、追跡する）４５２ｂが実質的にロックされると、ねじロックデバイス（係合された）４０２ｂが完全に係合解除されるまで、そのねじ山シャフト４５６と上部チューリップ壁との間の角度を調整することができない。いくつかの実施形態では、止めねじ４１８及び関連するインターフェース特徴部は、ロックデバイスのハンドル４１４の作動を介して係合される。
【0071】
いくつかの実施形態では、図４Ｇは、追跡システム（例えば、ＮＤＩポラリススペクトルカメラ）による信頼できる視覚化及び視線を可能にするために、ＭＩＳねじと実質的に係合される３Ｄ追跡されたねじロックデバイスが、デバイスシャフトに対してそのＤＲＦ面姿勢（例えば、高さ及び角度の両方）を調整することができる、アセンブリ図４７０を示す。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡されたねじロックデバイスの追跡アームは、デバイスシャフトを中心に回転し、止めねじ（係合された）４１２ｂを介して所定の位置に実質的にロックされることができる。
【0072】
いくつかの実施形態では、図４Ｈは、埋め込まれたＭＩＳねじを有する複数の関心対象の椎骨のアセンブリ図４８０を示す。いくつかの実施形態では、上椎骨（追跡されていない）４８８ａ及び下椎骨（追跡されていない）４８９ａは各々、２つのＭＩＳねじを含む。いくつかの実施形態では、椎骨は、後方融合（例えば、横方向、ＸＬＩＦ、ＯＬＩＦ、ＴＬＩＦ）ではない外科的アプローチから操作することができる。
【0073】
いくつかの実施形態では、図４Ｉ ４９０、図４Ｊ ４９２、図４Ｋ ４９３、及び図４Ｌ ４９４は、ＭＩＳねじを用いた関心対象の椎骨のアセンブリ図、及び椎骨のリアルタイムな追跡を可能にするために３Ｄ追跡されたねじロックデバイスを椎骨に係合するプロセスを示す。いくつかの実施形態では、椎骨は、最先端の画像誘導ナビゲーション（例えば、術前又は術中のＣＴ／ＭＲＩ画像化、又は術中のＸ線画像への融合）を介して位置合わせされ、次いで、固有の同一性及び３Ｄ網細工でセグメント化され、これは、各それぞれ係合されたねじロックデバイスによって割り当てられ、かつ追跡され得る、関心対象のラベル付与されたランマーク（例えば、終板、椎体重心など）を含み得る。いくつかの実施形態では、上位ねじロックデバイス（係合された）４０２ｂは、上椎骨上の１つ以上のＭＩＳねじ（ロックされ、追跡する）４８５ｂを係合し、完全にロックする。いくつかの実施形態では、１つ以上の３Ｄ追跡されたねじロックデバイスを椎骨に係合させることができ、１つ以上の３Ｄ追跡されたねじロックデバイスを合計で使用して、関心対象の係合され、隣接するか、又は機械的に結合されたランドマーク（例えば、隣接する椎骨）の３Ｄ場所及び配向を追跡することができる。いくつかの実施形態では、下位の３Ｄ追跡されたねじロックデバイス（係合された）４０３ｂは、関心対象の下椎骨に埋め込まれたＭＩＳねじ（ロックされ、追跡する）４８２ｂを実質的に係合してロックする。いくつかの実施形態では、ＭＩＳねじが係合した追跡デバイスを介して実質的にロックされると、ＭＩＳねじ又はそれらのそれぞれの延在部の移動は、関心対象の取り付けられた椎骨の直接操作を可能にし、したがって、ロックされたＭＩＳねじの追跡によって関心対象の椎骨及び関連するランドマークの動きの追跡を可能にする。
【0074】
いくつかの実施形態では、図４Ｍは、関心対象の椎骨及びそれらの係合された３Ｄ追跡されたねじロックデバイスのアセンブリ側面図４９５を示す。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡されたインプラントドライバ（米国一部継続出願第１６／９２６，３９０号に関連して以前に記載されている）は、ケージの配置中及び展開（例えば、拡張、枢動）中の両方で、椎体間ケージの３Ｄ場所及び配向を追跡することができる。いくつかの実施形態では、図４Ｎは、少なくともシャフトと、ＤＲＦアレイと、ケージ（未移植）４７２ａの多方向の動きを追跡するために含まれている機構を有するＴＭＳＭ（非活性）４７１ａと、ケージ４７２ａの展開を制御するハンドル（未回転）４７３ａと、を備える、３Ｄ追跡インプラントドライバ（未挿入）４９７ａのアセンブリ図４９６を示す。
【0075】
いくつかの実施形態では、図４Ｏは、関心対象の（ケージと係合される）上椎骨４８８ｂ及び（ケージと係合された）下椎骨４８９ｂの間に挟まれた３Ｄ追跡インプラントドライバ（挿入された）４９７ｂのアセンブリ図４９８を示す。いくつかの実施形態では、図４Ｐは、取り付けられた椎体間ケージ（拡張された）４７２ｃを完全に作動させ、したがって隣接する下椎骨（移動した）４８９ａ及び上椎骨（移動した）４８８ｃの３Ｄ場所及び配向を調整した３Ｄ追跡インプラントドライバ（展開されたケージ）４９７ｃを含むアセンブリ図４９９を示す。いくつかの実施形態では、椎骨が椎体間デバイス４７２ｃの配置及び／又は作動を介して操作されるとき、取り付けられた下位ＭＩＳねじ（ロックされ、移動した）４８２ｃ及び上位ＭＩＳねじ（ロックされ、移動した）４８５ｃは、操作された椎骨が経験したと同じ剛体変換を介して係合した下位ねじロックデバイス（係合され、追跡し、移動した）４０２ｃ及び下位ねじロックデバイス（係合され、追跡し、移動した）４０３ｃを移動させる。
【0076】
いくつかの実施形態では、システムは、この計算された量のケージ拡張を利用して、ユーザに、脊椎に埋め込まれている間に拡張するケージの３Ｄ視覚化をリアルタイムで提供する。本発明のいくつかの実施形態は、３Ｄ追跡インプラントドライバを介したインプラントの挿入中に、骨装着基準上のＤＲＦ取り付けを使用して、椎骨をリアルタイムで追跡することを含む。いくつかの実施形態では、ユーザが係合椎骨のリアルタイム追跡を望む場合、３Ｄ追跡されたＤＲＦ取り付けは、各椎骨上の骨装着基準と嵌合し、椎骨の３Ｄ場所及び姿勢のフィードバックを提供することができ、一方で、システムはまた、３Ｄ追跡ドライバに係合されたインプラントのリアルタイムな場所及び作動構成にフィードバックを提供する。いくつかの実施形態では、関心対象の係合された椎骨は、画像位置合わせプロセスを介して、それらの取り付けられた骨装着基準に対して初期化される。いくつかの実施形態では、これらの解剖学的初期化プロセスは、画像誘導ナビゲーション（例えば、３Ｄ椎骨のＣＴガイダンス及び自動セグメント化）及びＸ線画像化外科的ワークフローの両方に対する適合性を含む。
【0077】
システムのいくつかの実施形態は、異なるＸ線画像化システム（例えば、３Ｄ画像化、フラットパネル検出器を備える２Ｄ画像化、画像増倍器など）についての異なる較正要件を処理することを含む。いくつかの実施形態では、画像増倍器などの画像化システムは、画像歪みの補正を必要とする。いくつかの実施形態では、これは、画像歪み補正デバイスを画像化システムに（例えば、検出器に）取り付けることによって達成される。いくつかの実施形態では、画像歪み補正デバイスの放射線不透過性マーカ（例えば、球体、線、グリッド、ディスクなど）は、次いで、セグメント化され、Ｘ線画像で分析されて、歪み補正パラメータを計算する。いくつかの実施形態では、歪み補正パラメータは、各Ｘ線画像を補正するために使用される。いくつかの実施形態では、外科医は、Ｘ線画像化システムを追跡して、解剖学的ランドマークの３Ｄ位置合わせを実行し得る。いくつかの実施形態では、３Ｄ追跡された動的参照フレーム（ＤＲＦ）は、Ｘ線画像化システムに取り付けられ、Ｘ線源及び主点の場所は、（例えば、検出器及びエミッタの中心を３Ｄ追跡プローブでタップすることによって）推定される。いくつかの実施形態では、次いで、骨装着基準のＸ線画像を２つ以上の異なるビューから取得し、Ｘ線アダプタデバイス及び関心対象の解剖学的ランドマークの両方が視覚化されることを確実にする。いくつかの実施形態では、各取得画像について、Ｘ線画像化システム上のＤＲＦの３Ｄ場所及び姿勢が記録される。いくつかの実施形態では、外科医は、Ｘ線画像化システムを追跡しないが、単に、骨装着基準及びＸ線アダプタデバイスの２つ以上のビューから画像取得を進める。
【0078】
いくつかの実施形態では、システムは、取得されたＸ線画像の投影幾何学的形状を較正し、３Ｄ空間から２Ｄ画像平面への適切な投影マッピングを識別する。このプロセスのいくつかの実施形態は、数値最適化（例えば、Ｘ線アダプタの放射線不透過性マーカの再投影エラーを最小化すること）を使用することを含むが、いくつかの実施形態は、直接線形変換（Direct Linear Transform、ＤＬＴ）及びその変形などのアルゴリズムを利用する。いくつかの実施形態では、システムは、Ｘ線画像化システム及び所望の較正プロセス（例えば、Ｘ線画像化システムを追跡すること、骨装着基準を使用すること、製造業者又は技術者によって提供されるオフライン較正を使用することなど）に応じて異なる幾何学的モデル（例えば、６－ＤＯＦ、７－ＤＯＦ、９－ＤＯＦ解）を利用する。本発明のいくつかの実施形態は、各画像における３Ｄ追跡されたＤＲＦの場所及び姿勢を使用して、追跡されたＸ線画像化システムに基づいて幾何学的形状を較正する。
【0079】
いくつかの実施形態では、関心対象の骨の解剖学的ランドマーク（例えば、Ｓ１終板、大腿骨頭など）は、各Ｘ線画像でセグメント化される。いくつかの実施形態は、自動コンピュータビジョンアルゴリズムを使用して、関心対象のランドマークのエッジ及び境界を検出することを含むが、いくつかの実施形態は、点、線、多角形、又は領域入力を使用してランドマークに手動で注釈を付けるようにユーザに依存する。
【0080】
いくつかの実施形態では、ランドマークは、次いで、Ｘ線アダプタデバイスの座標フレームに対して３Ｄ空間で三角測量される。いくつかの実施形態では、関心対象のランドマークは、数値最適化（例えば、再投影エラーの最小化）を介した「点」ランドマーク（例えば、大腿骨頭部重心）三角測量であるか、又は画像内の点、線、又は領域のセグメント化から分析的（例えば、最小二乗、ｎ点透視（Perspective-n-Point））である。いくつかの実施形態では、関心対象のランドマークは、「平面」ランドマーク（例えば、Ｓ１終板）であり、画像内の線又は領域のセグメント化から三角測量される。いくつかの実施形態では、関心対象のランドマークは、「体積」ランドマーク（例えば、Ｌ５椎骨、骨盤など）であり、画像内の領域セグメント化から三角測量される。
【0081】
いくつかの実施形態では、３Ｄ画像化システムが使用される場合（例えば、ＣＴ、ＣＢＣＴなど）、Ｘ線アダプタデバイスに対する解剖学的ランドマークの場所を決定するステップは、それらを３Ｄ体積に単にセグメント化することによって達成される。
【0082】
いくつかの実施形態では、Ｘ線画像においてセグメント化されていない任意のランドマークは、既に三角測量されたランドマークに関連する、又は規範的な患者データに基づいて、患者の既知の解剖学的測定値（例えば、骨盤形態角及び両寛骨大腿軸（bicoxofemoral axis）距離、又は３Ｄ画像化入力など）に基づいて局在化され得る。いくつかの実施形態では、このプロセスは、典型的には、関心対象の解剖学的ランドマークがＸ線画像で視覚化することが困難である場合に使用されるであろう。
【0083】
いくつかの実施形態では、解剖学的ランドマークがＸ線アダプタデバイスに対して三角測量されると、基準対ランドマーク３Ｄ位置合わせプロセスが完了し、Ｘ線アダプタデバイスが骨装着基準から取り外される。いくつかの実施形態では、前述のプロセスを繰り返して、関心対象の追加の骨ランドマークを位置合わせし得る。
【0084】
本発明のいくつかの実施形態は、ユーザが、追加のＸ線画像化を必要とせずに、手術中の任意の時点で解剖学的ランドマークの場所を更新することを可能にする。いくつかの実施形態では、ユーザは、３Ｄ追跡プローブを骨装着基準に嵌合させ、ナビゲーションカメラの座標フレーム内のプローブの場所及び姿勢を記録する。いくつかの実施形態では、プローブの場所及び姿勢、並びに同一のプローブ対基準及び基準対アダプタ嵌合機構に基づいて、システムは、Ｘ線アダプタマーカの仮想位置を計算する。いくつかの実施形態では、Ｘ線アダプタマーカの仮想位置を使用して、システムは、Ｘ線アダプタの座標フレームとナビゲーションカメラの座標フレームとの間の剛体変換を計算する。いくつかの実施形態では、この剛体変換は、位置合わせされた解剖学的ランドマークに適用され、これは、ナビゲーションカメラの座標フレーム内の解剖学的ランドマークの新しい３Ｄ座標を計算する。いくつかの実施形態では、解剖学的ランドマーク及び非基準ベースの入力（例えば、両側椎弓根トレース）の場所を、解剖学的ランドマークのうちの１つを使用して患者の解剖学的平面と整列させて、起点及び軸を定義するように変換することができる（例えば、Ｓ１終板は、患者の左、右、後方、前方、上方、下方を定義する）。いくつかの実施形態では、ユーザは、患者の身体と平行にプローブを保持し、プローブをトリガして、その場所及び姿勢を記録し、システムは、その後の測定のための座標フレームとしてそれを設定する。
【0085】
いくつかの実施形態では、解剖学的ランドマークの更新された３Ｄ場所は、任意の利用可能な非基準ベースの入力と共に、患者の脊椎整列パラメータを計算するために使用される。いくつかの実施形態では、非基準ベースの入力が利用可能でない場合、解剖学的ランドマーク自体を使用して、所望の脊椎整列パラメータを計算し得る。
【0086】
いくつかの実施形態では、解剖学的ランドマークの３Ｄ場所を更新し、新しい脊椎整列パラメータを計算するプロセスは、追加のＸ線画像を撮ることなく、手術中に任意の回数繰り返され得る。
【0087】
本発明のいくつかの実施形態は、幾何学的較正及び３Ｄ位置合わせのために、関心対象の複数の骨解剖学的ランドマーク（例えば、骨盤及び複数の腰椎）に基準を移植することを含む。いくつかの実施形態では、全てＸ線画像で視覚化することができる骨装着基準のグループについて、それらのうちの１つだけが、固有の嵌合機構を介して、埋め込まれた放射線不透過性マーカ（例えば、球体、線、グリッド、ディスクなど）を備えるＸ線アダプタデバイスに取り付けられる。
【0088】
いくつかの実施形態では、使用されるＸ線画像化システム（例えば、画像増倍器）のタイプに応じて、図１５７に関連して前述したような画像歪み補正プロセスが実行される。いくつかの実施形態では、この画像歪み補正ステップ（例えば、フラットパネル検出器を用いる２Ｄ画像化）は必要とされず、外科医は、骨装着基準及びＸ線アダプタデバイスの少なくとも２つのＸ線画像を取得することに単純に進む。
【0089】
いくつかの実施形態では、システムは、取得されたＸ線画像の投影幾何学的形状を較正し、３Ｄ空間から２Ｄ画像平面への適切な投影マッピングを識別する。いくつかの実施形態では、このプロセスは、図１５７に関連して前述したプロセスに従って実行される。
【0090】
いくつかの実施形態（例えば、３Ｄ画像化）では、上記の解剖学的ランドマーク三角測量プロセスは、提供された３Ｄ体積内の解剖学的ランドマークを単にセグメント化して、Ｘ線アダプタデバイスに対するランドマークの３Ｄ場所を計算することによって、回避される。
【0091】
本発明のいくつかの実施形態は、ユーザが、追加のＸ線画像化を必要とせずに、手術中の任意の時点で解剖学的ランドマークの場所を更新することを可能にする。いくつかの実施形態では、ユーザは、３Ｄ追跡プローブにソフトウェアガイド順序で骨装着基準に係合する。いくつかの実施形態では、このプロセスは、骨装着基準の固有の椎骨レベル同一性（例えば、基準＃１がＬ３椎骨に装着されている）を定義し、ナビゲーションカメラの座標フレーム内のそれらの３Ｄ場所及び姿勢を記録する。
【0092】
いくつかの実施形態では、各椎骨レベル（例えば、Ｌ３椎骨）について、システムは、その固有の基準の座標フレーム（例えば、Ｌ３椎骨に装着された基準）におけるその対応する解剖学的ランドマーク（例えば、Ｌ３椎骨の端板）の３Ｄ場所を計算する。いくつかの実施形態では、このプロセスは、定義された椎骨基準ペアリング及びナビゲーションカメラの座標フレーム内の位置合わせされた解剖学的ランドマークに適用される剛体変換を使用することによって実行される。いくつかの実施形態では、システムは、ここで患者の脊椎整列パラメータを計算する準備ができている。いくつかの実施形態では、ユーザは、進行前に、関心対象の他の解剖学的ランドマークの３Ｄ位置合わせプロセスを繰り返し得る。
【0093】
本発明のいくつかの実施形態では、解剖学的ランドマークの３Ｄ場所及び姿勢を使用して、患者の脊椎整列パラメータを計算する。いくつかの実施形態では、外科的補正プロセス中に解剖学的構造が操作されるか又は誤って移動された場合、新しい脊椎整列パラメータは、３Ｄ追跡プローブを前に同じソフトウェアガイド順序で骨装着基準の各々に係合して、解剖学的ランドマークの３Ｄ場所及び姿勢を更新することによって、測定することができる。
【0094】
本発明の一部を形成する本明細書に記載の動作のいずれも、有用な機械動作である。本発明はまた、これらの動作を実行するためのデバイス又は装置に関する。装置は、専用コンピュータなどの必要な目的のために特別に構築することができる。専用コンピュータとして定義される場合、コンピュータはまた、特別な目的の一部ではない他の処理、プログラム実行、又はルーチンを実行しながら、依然として特別な目的のために動作することができる。代替的に、動作は、コンピュータメモリ、キャッシュ内に記憶されたか、又はネットワーク上で入手された１つ以上のコンピュータプログラムによって選択的に作動又は構成された汎用コンピュータによって処理され得る。データがネットワークを介して入手されるとき、データは、ネットワーク上の他のコンピュータ、例えば、コンピューティングリソースのクラウドによって処理することができる。
【0095】
本発明の実施形態はまた、データを１つの状態から別の状態に変換する機械として定義することができる。データは、電子信号として表すことができ、データを電子的に操作することができるものを表すことができる。変換されたデータは、場合によっては、ディスプレイ上に視覚的に描写され得、データの変換から生じる物理的物体を表す。変換されたデータは、一般に、又は物理的及び有形の物体の構築若しくは描写を可能にする特定のフォーマットで記憶装置に保存することができる。いくつかの実施形態では、操作は、プロセッサによって実行され得る。そのような実施例では、プロセッサは、このようにしてデータをあるものから別のものに変換する。更に、いくつかの実施形態は、ネットワークを介して結合することができる１つ以上の機械又はプロセッサによって処理することができる方法を含む。各機械は、データをある状態又はものから別の状態又はものに変換することができ、また、データを処理し、データを記憶装置に保存し、ネットワークを介してデータを送信し、結果を表示し、又は結果を別の機械に通信することもできる。本明細書で使用される場合、コンピュータ可読記憶媒体は、（信号とは対照的に）物理的又は有形の記憶装置を指し、限定するものではないが、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータなどの情報の有形記憶のための任意の方法又は技術に実装される揮発性及び不揮発性の取り外し可能及び取り外し不可能な記憶媒体を含む。
【0096】
方法の動作は、特定の順序で説明され得るが、オーバーレイ動作の処理が所望の方式で実行される限り、他の準備動作を動作の間に実行することができるか、又は動作をわずかに異なる時間に行うように調整することができるか、又は処理と関連する様々な間隔での処理動作の発生を可能にするシステムに分配することができることを理解されたい。
【0097】
本発明が特定の実施形態及び実施例に関連して上記で説明されてきたが、本発明は必ずしもそのように限定されず、多数の実施形態、実施例、使用、修正、並びに実施形態、実施例、及び使用からの逸脱が、本明細書に添付の特許請求の範囲によって包含されることが意図されることが当業者によって理解される。本明細書で引用される各特許及び刊行物の開示全体は、そのような各特許又は刊行物が参照により本明細書に個別に組み込まれているかのように、参照により組み込まれる。本発明の様々な特徴及び利点は、以下の特許請求の範囲において規定される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図4I】
【図4J】
【図4K】
【図4L】
【図4M】
【図4N】
【図4O】
【図4P】
【外国語明細書】