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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-01-10
(45)【発行日】2025-01-21
(54)【発明の名称】椎弓根スクリューの固定プランニングシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
A61B 34/10 20160101AFI20250114BHJP
A61B 34/20 20160101ALI20250114BHJP
【ＦＩ】
A61B34/10
A61B34/20
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2023100449
(22)【出願日】2023-06-20
(62)【分割の表示】P 2021554669の分割
【原出願日】2020-03-13
(65)【公開番号】P2023116743
(43)【公開日】2023-08-22
【審査請求日】2023-06-20
(31)【優先権主張番号】10-2019-0028981
(32)【優先日】2019-03-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】517402229
【氏名又は名称】キュレクソ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＣＵＲＥＸＯ， ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】３ｒｄ ＆ ４ｔｈ Ｆｌｏｏｒ， ４８０， Ｗｉｒｙｅｓｕｎｈｗａｎ－ｒｏ， Ｓｏｎｇｐａ－ｇｕ， Ｓｅｏｕｌ， ０５８１４， Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チョイ、ジン・ヒョク
(72)【発明者】
【氏名】ウ、ドン・ギ
(72)【発明者】
【氏名】ワン、スン・タク
(72)【発明者】
【氏名】イ、ソン
【審査官】菊地 康彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０７９３０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５３７４９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２４１１２９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／１０
Ａ６１Ｂ ３４／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
椎弓根スクリューの固定プランニングシステムにおいて、患者の脊椎の画像を撮影するＣ－ａｒｍと、
前記Ｃ－ａｒｍを介して取得したＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）の２Ｄ画像及びＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）の２Ｄ画像上で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを提供する挿入経路提供部と、
基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出する整合部と、
前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かって、プローブの挿入をガイドするためのガイド装置と、
光学式マーカーが接続された前記プローブの位置を追跡する光学追跡装置と、
前記プローブの末端が骨に触れ合う始点の座標を、前記光学追跡装置により追跡された前記プローブの位置に基づいて取得し、前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するスクリュー決定部を含み、
前記光学式マーカーを媒介として空間座標で算出される前記プローブの末端の位置は、前記ＡＰの２Ｄ画像及び前記ＬＬの２Ｄ画像上の位置に整合されて、リアルタイムで追跡され、
前記スクリュー決定部は、前記プローブの末端が骨に触れたときの前記プローブの末端の座標を前記始点の座標として取得することを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
【請求項2】
前記整合部は、前記プローブの位置が整合される前記ＡＰの２Ｄ画像及び前記ＬＬの２Ｄ画像上のピクセルを決定し、前記挿入経路提供部は、前記整合されたピクセルに、前記プローブの投影画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
【請求項3】
前記挿入経路提供部は施術者が前記ＡＰの２Ｄ画像及び前記ＬＬの２Ｄ画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択できるユーザーインターフェイスを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項２の中のいずれか一項に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は椎弓根スクリューの固定プランニングシステム及び方法に関し、より具体的には、Ｃ－ａｒｍの画像をもとに椎弓根スクリューの長さ、挿入経路などをプランニングするシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
椎弓根スクリューは椎弓根（ｐｅｄｉｃｌｅ）を介して脊椎体（ｖｅｒｔｅｂｒａ ｂｏｄｙ）に挿入固定されて脊椎を固定するのに使用され、椎弓根スクリューの固定プランニングは施術者が患者及び施術部位に応じて適正な椎弓根スクリューの長さ、直径などを決定し、椎弓根スクリューの挿入経路についての事前計画を策定するための手順である。
【0003】
施術者がプランニングを行うことには図１に示すような脊椎の体軸断面の画像（ａｘｉａｌ ｖｉｅｗ）が最も有利である。Ｃ－ａｒｍ装置は、脊椎の体軸断面の画像を提供することができないので、手術前に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を行って体軸断面の画像を施術者に提供することにより、手術前にプランニングできるようにしている。
【0004】
ＣＴ画像を基にプランニングが行われても、実際の手術の過程では、モバイルＣ－ａｒｍのＸ－線装置が主に用いられるので、手術前にプランニングされたとおりに手術が行われているかどうかリアルタイム検証したり、プランニングされたとおりに手術器具をナビゲーションするためにＣＴ画像とＣ－ａｒｍの２Ｄ画像の整合（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）の過程が先行しなければならない。また、患者が動いたりＣ－ａｒｍ機器を移動する場合、整合が再度行わなければならない。
【0005】
以上のように、ＣＴ画像に基づくプランニングは体軸断面の画像を活用できる長所にもかかわらず、ＣＴ撮影が長時間の放射線被ばくにより、人体に有害で、Ｃ－ａｒｍの２Ｄ画像との整合が必要である短所もある。
【0006】
一方、Ｃ－ａｒｍの画像は、脊椎の体軸断面の画像を提供することができず、ＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像とＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上では、プランニングに必要な脊椎の部分がすべて表示されることもないので、プランニングに不適切な面がある。
【0007】
したがって、Ｃ－ａｒｍの画像を基にプランニングを行う実務がないが、Ｃ－ａｒｍは手術の過程で用いられる機器であるので、Ｃ－ａｒｍの画像を基づくプランニングを行うと、３ＤのＣＴ画像と２Ｄ画像との間の整合を行う必要がなく、手術中にも必要に応じて手術計画を変更することができる柔軟性を得ることができるなど、多くの長所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、本発明は、前述した従来の問題を解決するために案出されたものであり、Ｃ－ａｒｍの画像を基づく椎弓根スクリューの固定プランニングが可能なプランニングシステム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的は、本発明の一態様に係る椎弓根スクリューの固定プランニングシステムにおいて、患者の脊椎の画像を撮影するＣ－ａｒｍと、Ｃ－ａｒｍの画像上で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを提供する挿入経路提供部と、基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出する整合部と、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かって前記プローブの挿入をガイドするためのガイド装置と、前記プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得し、前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するスクリュー決定部を含むことを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニングシステムによって達成することができる。
【0010】
ここで、前記エントリポイントはＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像上で前記挿入エンドポイントと椎弓根の中心を結ぶライン上の任意の点で決定されることができ、また、前記エントリポイントはＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上で脊椎体の水平ラインと平行に前記挿入エンドポイントから延びた線上の任意の点で決定されることができる。
【0011】
前記システムは、光学式マーカーが接続された前記プローブの位置を追跡する光学追跡装置をさらに含み、前記整合部は、前記プローブの位置が整合される前記Ｃ－ａｒｍの画像上のピクセルを決定し、前記挿入経路提供部は、前記整合されたピクセルに、前記プローブの投影画像を表示することができる。
【0012】
そして、前記挿入経路提供部は施術者が前記Ｃ－ａｒｍの画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択できるユーザーインターフェイスを含むことができる。
【0013】
また、前記目的は、本発明の別の態様に係る椎弓根スクリューの固定プランニング方法において、Ｃ－ａｒｍを介して患者の脊椎についてのＣ－ａｒｍの画像を取得するＡステップと、前記Ｃ－ａｒｍの画像で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを決定するＢステップと、基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出するＣステップと、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かって前記プローブの挿入をガイドするＤステップと、前記基準座標系を基に、前記プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得するＥステップと、前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するＦステップと、を含むことを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニング方法によって達成することができる。
【0014】
ここで、前記Ｂステップにおいて、前記エントリポイントは、ＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像上で前記挿入エンドポイントと椎弓根の中心を結ぶライン上の任意の点で決定されるか、前記エントリポイントは、ＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上で脊椎体の水平ラインと平行に前記挿入エンドポイントから延びた線上の任意の点で決定されることができる。
【0015】
そして、前記Ｂステップにおいて、施術者がユーザーインターフェイスを介して前記Ｃ－ａｒｍの画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、プランニングの際に用いていた既存のＣＴ画像の代わりに、Ｃ－ａｒｍの画像を用いるので、患者の放射線被ばくを減らして手術の手順を簡素化することができる。
【0017】
本発明によれば、手術中にもＣ－ａｒｍの画像に基づく手術計画を修正して調整することができ、画像の整合を省略することができ、手術の進行のレビュー及び手術器具のナビゲーションの精度を向上させることができる。また、プランニングの過程で活用されたスクリューガイド姿勢に基づいて、連続的に施術に活用することができ、手術の手順を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】脊椎構造の体軸断面の画像（ａｘｉａｌ ｖｉｅｗ）を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニングシステムの概略的なブロック構成図である。
【図3】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング方法のフローチャートである。
【図4a】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図4b】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図5a】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図5b】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図6】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図7a】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図7b】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図8】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図9】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図10a】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【図10b】本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【0020】
図２は、本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニングシステムの概略的なブロック構成図である。
【0021】
図２を参照すると、本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニングシステムは、Ｃ－ａｒｍ１０と、挿入経路提供部２０と、光学追跡装置３０と、整合部４０と、ガイド装置５０と、スクリュー決定部６０と、を含んで構成される。
【0022】
Ｃ－ａｒｍ１０は、患者の脊椎の画像を撮影するためのものであり、Ｃ字形状のフレームの両端に設けられたＸ－線ソースとディテクタを介してＣ－ａｒｍのＸ－線画像を撮影する。
【0023】
挿入経路提供部２０は、Ｃ－ａｒｍの画像に対応する椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを提供するためのものである。ここで、挿入エンドポイントは椎弓根スクリューが脊椎体（ｐｅｄｉｃｌｅ ｂｏｄｙ）に挿入固定される際にスクリューの末端の位置を意味し、エントリポイントは挿入エンドポイントとの相対的な位置関係を介して椎弓根スクリューの挿入経路を決定できるように選択された位置を意味する。
【0024】
エントリポイント及び挿入エンドポイントに関する情報は、Ｃ－ａｒｍの画像を基に推薦位置情報を自動的に生成する医用意思決定支援システム（ＣＤＳＳ、Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ）によって提供されることができる。医用意思決定支援システムは、Ｃ－ａｒｍの画像についてのディープラーニングを基づいて構築されることができ、ＭＬＰ、ＣＮＮなど、様々なディープラーニングアルゴリズムに基づくＡＩまたは医用ＸＡＩが活用されることができる。
【0025】
他の方法では、エントリポイント及び挿入エンドポイントに関する情報は、施術者がＵＩを介して直接Ｃ－ａｒｍの画像でエントリポイント及び挿入エンドポイントを指定することにより決定することができる。施術者は、専門的な知識を備えているので、医用意思決定支援システムの助けを借りずＵＩを介してエントリポイント及び挿入エンドポイントを選択することができるだろう。
【0026】
これとは異なり、エントリポイント及び挿入エンドポイントに関する情報は、患者及び手術部位の定型化された統計的基準等を踏まえに提供され、施術者が専門知識で直接調整するようにするなど、さまざまな方法でも決定することができる。
【0027】
光学追跡装置３０は、手術空間内部の基準マーカ（図示せず）を認識し、基準座標系を提供して、光学式マーカーが設けられたさまざまな機器や器具の位置を基準座標系の基準に変換（ｔｒａｎｓｆｏｍａｔｉｏｎ）する。
【0028】
整合部４０は、基準座標系を基準にエントリポイント及び挿入エンドポイントの空間座標を算出するためのものである。つまり、Ｃ－ａｒｍの画像上のエントリポイント及び挿入エンドポイントに対応する脊椎内部の位置についての空間座標を算出するためのものである。
【0029】
具体的に、整合部４０は、例えば、Ｃ－ａｒｍのＡＰ画像及びＬＬ画像のそれぞれについての撮影の際にＣ－ａｒｍのＸ－線ソースとディテクタの空間座標をもとに、ＡＰ画像及びＬＬ画像上の等しいエントリポイント（または挿入エンドポイント）からＸ－線経路に沿って逆投影することにより、相互に交差する位置を決定し、空間座標を算出することができる。ここで、Ｃ－ａｒｍのＸ－線ソースとディテクタの空間座標は、Ｘ－線ソースとディテクタの光学式マーカーを取り付けることにより算出することができる。ただし、ディテクタの表面とＣ－ａｒｍの画像は同一平面でなければならない。
【0030】
もし、Ｘ－線ソースとディテクタの位置を識別しにくい場合においては、本出願人が２０１９年３月１３日付けに韓国特許庁に出願した特許出願第２０１９－００２８５９２号「Ｃ－ａｒｍベースの医用画像システム及び２Ｄ画像と３Ｄ空間の整合方法」に開示された方法で整合を行うことができる。簡略に説明すれば、ディテクタの表面のＡＰ画像を第３平面にワーピングして、新たに生成された画像から空間上にピクセルを逆投影して、複数の画像から交差する点を求める方式で空間座標を算出することができる。
【0031】
再び図２を参照すると、ガイド装置５０は、エントリポイント及び挿入エンドポイントの空間座標をもとに椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、これによりエントリポイントに向かってプローブの挿入をガイドする。ガイド装置５０は、自動または半自動の装置、あるいは医療用ロボットに実装されることができる。公知の医療用ロボットの場合、位置の座標のみ与えられると、光学追跡装置３０を媒介としてスクリューを挿入するための位置に自動的に移動し、挿入姿勢に応じて、プローブを挿入することができるようエンドエフェクタ（図示せず）とガイドジグの姿勢を制御することができる。
【0032】
スクリュー決定部６０は、プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得する。ここで、プローブの末端の挿入深さは、プローブの挿入メカニズムに応じてプローブまたはプローブの挿入力を伝達するエンドエフェクタ（図示せず）等に取り付けられた光学式マーカーをもとに算出されることができる。
【0033】
スクリュー決定部６０は、挿入エンドポイントの座標と始点の座標との間の距離を算出して、椎弓根スクリューの長さの条件を決定する。ここで、始点と挿入エンドポイントは、脊椎に挿入される椎弓根スクリューの総長さの合計値を表し、したがって椎弓根スクリューの長さの条件は始点から挿入エンドポイントまでの長さ、または、これよりも所定の長さだけ長い長さで決定することができる。
【0034】
図３は、本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング方法を示すフローチャートであり、図４ａ乃至図１０ｂは、本発明の実施形態に係る椎弓根スクリューの固定プランニング過程を説明するための模式図である。
【0035】
【0036】
まず、Ｃ－ａｒｍ１０を用いて、患者の脊椎についてのＡＰ画像及びＬＬ画像を取得する（Ｓ１）。Ｃ－ａｒｍ１０を用いて、ＡＰ画像及びＬＬ画像を撮影することは、本技術分野の通常の知識を有する者に周知された技術であるので、説明の簡略化及び明確化のために詳細な説明を省略する。図４ａ及び図４ｂは、本発明の実施形態に係るプランニング過程を説明するためのＡＰ画像とＬＬ画像を示す。
【0037】
Ｃ－ａｒｍ１０は、撮影されたＡＰ画像とＬＬ画像を挿入経路提供部２０に提供し、挿入経路提供部２０はＡＰ画像とＬＬ画像で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを決定することにより、椎弓根スクリューまたはプローブの挿入経路を提供する（Ｓ２）。
【0038】
【0039】
図５ａを参照すると、左側の楕円（以下、第１楕円）ｅｃｌ１は挿入エンドポイントＥＰを示し、右側楕円（以下、第２の楕円）ｅｃｌ２はエントリポイントＭＰを示し、これを表示している。つまり、楕円で表現されている理由は、ＡＰ画像の撮影方向で椎弓根スクリューが斜線方向に挿入される点と椎弓根スクリューの直径を表現するためのものであり、第１楕円ｅｃｌ１は椎弓根スクリューの末端面を示すもので、楕円の中心点を挿入エンドポイントＥＰ及びエントリポイントＭＰで代表することができる。
【0040】
図５ｂを参照すると、右側の楕円（以下、第３楕円）ｅｃｌ３は挿入エンドポイントＥＰを示し、左側の楕円（以下、第４楕円）ｅｃｌ４はエントリポイントＭＰを示す。図５ａ及び図５ｂに示すエントリポイントＭＰ及び挿入エンドポイントＥＰは、互いに連動される所に位置する。
【0041】
図６を参照すると、ＡＰ画像とＬＬ画像は垂直方向に患者の脊椎を撮影したものなので、ＡＰ画像上の任意の点ＰＡＰｉｍｇ、例えばエントリポイントをＸ－線の照射方向に対して逆方向に延びると、ソースＳＡＰに至るラインを得ることができ、ＬＬ画像の撮影際のＸ－線の照射方向と重複する領域と交差するラインを得ることができ、このラインをＬＬ画像に投影すると、第１ラインＬ１を求めることができる。ＡＰ画像上の任意の点ＰＡＰｉｍｇ、例えばエントリポイントに対応するＬＬ画像上のエントリポイントＰＬＬｉｍｇは、第１ラインＬ１上のピクセルの中の一つである。したがって、ＡＰ画像上でエントリポイントの位置を変更すると、第１ラインＬ１の位置が変更され、ＬＬ画像上のエントリポイントの位置が一緒に修正される。
【0042】
挿入経路提供部２０はＡＰ画像を表示して、施術者にエントリポイントＰＡＰｉｍｇを選択するようにして、これに対応する第１ラインＬ１をＬＬ画像に表示した後、施術者が第１ラインＬ１上でエントリポイントＰＬＬｉｍｇを選択することにより、ＡＰ画像とＬＬ画像でのエントリポイントＭＰを入力するようにすることができる。また、前述したように、施術者を補助する医用意思決定支援システムに基づいてエントリポイントＭＰを推奨して表示する方式などでエントリポイントＭＰのほかにも、挿入エンドポイントＥＰを表示することができる。
【0043】
【0044】
【0045】
図７ａにおいて長手方向に表示されたラインＳＬは、脊椎の棘突起（ｓｐｉｎｏｕｓ ｐｒｏｃｅｓｓ）を表し、棘突起ＳＬの右側に表示された円Ｃは椎弓根の位置を表示する。ＡＰ画像上の挿入エンドポイントＥＰは、椎弓根を示す円Ｃと棘突起ＳＬとの間に位置するように選択され、挿入エンドポイントＥＰを中心とする楕円ｅｃｌ１も円Ｃと棘突起ＳＬとの間に位置するようにすることにより、挿入エンドポイントＥＰの位置及び楕円の形が決定される。
【0046】
図７ｂを参照すると、第１楕円ｅｃｌ１と椎弓根を示す円Ｃの中心点を結ぶ第２ラインＬ２上でエントリポイントＭＰが選択されることができる。挿入エンドポイントＥＰを過ぎて第２ラインＬ２に直交する第１楕円ｅｃｌ１の長軸と第１楕円ｅｃｌ１が出会う二つの点をそれぞれＥＰ１、ＥＰ２といい、エントリポイントＭＰを過ぎて第２ラインＬ２に直交する第２楕円ｅｃｌ２の長軸と第２楕円ｅｃｌ２が出会う二つの点をＭＰ１、ＭＰ２というとき、ＥＰ１とＭＰ１を結ぶラインＴ１とＥＰ２とＭＰ２を結ぶラインＴ２を得ることができる。
【0047】
ＡＰ画像から得られた二つの点（ＥＰ１、ＥＰ２）ＡＰとこれに相応する方法でＬＬ画像から得られる二つの点（ＥＰ１、ＥＰ２）ＬＬをＸ－線経路に沿って逆投影して相互に交差する二つの点ＥＰ１＿３ｄ，ＥＰ２＿３ｄを決定し、空間座標を算出する。このように得られた空間座標上の二つの点ＥＰ１＿３ｄ，ＥＰ２＿３ｄの間の距離を求めることにより、椎弓根スクリューの直径を算出することができる。
【0048】
挿入エンドポイントＥＰを移動させると、第１楕円ｅｃｌ１の形状が変更され、これに連動して第２楕円ｅｃｌ２の形状も変更される。
【0049】
図８は、ＬＬ画像上での挿入エンドポイントに対応する第３楕円ｅｃｌ３とエントリポイントに対応する第４楕円ｅｃｌ４が決定される過程を説明するための模式図である。
【0050】
ＡＰ画像で選択された挿入エンドポイントとエントリポイントに連動してＬＬ画像上で挿入エンドポイントとエントリポイントを選択する過程は、前述した。同様に、図８に示されている第３楕円ｅｃｌ３及び第４楕円の大きさｅｃｌ４は、ＡＰ画像の第１楕円及び第２楕円のピクセルの整合方法（図６を参照して説明された方法）で決定されることができる。したがって、第１乃至第４楕円の中の一つの楕円が中心点の移動または直径の変化によって形状が変更されると、残りの三つの楕円もこれに連動するように形状が変更される。
【0051】
ＬＬ画像でもＡＰ画像と同じ方法で Ｔ１、Ｔ２に対応するラインを決定することができる。ＬＬ画像で挿入エンドポイントＥＰとエントリポイントＭＰを過ぎる第２ラインＬ２と脊椎体（ｖｅｒｔｅｂｒａ ｂｏｄｙ）の画像上に表示される水平ラインＶＢと平行に位置させる。
【0052】
再び図３を参照すると、次のステップにおいて整合部４０が基準座標系をもとにエントリポイントＭＰと挿入エンドポイントＥＰの空間座標を算出する（Ｓ３）。ここで、基準座標系は、光学追跡装置３０が医療空間に設けられた基準光学式マーカーを認識して設定される。
【0053】
図９に示すように、互いに垂直なＡＰ画像とＬＬ画像上に表示されたエントリポイントＭＰ（または挿入エンドポイント）をＸ－線の照射方向の逆方向に投影する第３ラインＬ３及び第４ラインＬ４の交差点ＰをエントリポイントＭＰに整合される空間座標で求めることができる。
【0054】
ただし、図９に示すような方法で空間座標を換算するためには、ＡＰ画像及びＬＬ画像撮影の際にソースの位置と画像が結ばれるディテクタ平面の位置情報が必要である。ディテクタ平面の位置を知ることができない場合には、前述した本出願人の特許出願第２０１９－００２８５９２号に開示されたように、空間位置を知ることができるＸ－線の照射経路上の平面にワーピングのアルゴリズムを適用して画像を生成することにより、生成された画像を図９に開示されたＡＰ画像やＬＬ画像に置き換えることができる。
【0055】
ガイド装置５０は、エントリポイント及び挿入エンドポイントの空間座標をもとに椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、これに伴ってエントリポイントに向かってプローブの挿入をガイドする（Ｓ４）。
【0056】
医療用ロボットにおいては、エントリポイント及び挿入エンドポイントの空間座標の提供を受け、医療用ロボットが適正の位置に移動し、プローブの挿入方向をガイドするプローブグリッパー（ｇｒｉｐｐｅｒ）を挿入の姿勢に合わせて位置させる。医療用ロボットが与えられた座標に合わせて移動し、エントリポイントと挿入エンドポイントを結ぶ挿入経路に向けてエンドエフェクタに装着されたプローブグリッパーの方向を設定する技術は、本技術分野で周知の技術であるので、本明細書においては具体的な説明を省略する。また、医療用ロボットではなくとも、公知のブリッジタイプの手術器具ガイド装置５０なども類似する方式で制御することができる。
【0057】
スクリュー決定部６０は、プローブが挿入されるに伴い、プローブの末端が骨に触れ合い始める点（以下、始点）ＳＰの座標を取得する（Ｓ５）。
【0058】
【0059】
挿入されたプローブｐｒの末端の位置ＳＰは、プローブの挿入深さに応じて変わるが、プローブまたはガイド装置５０に取り付けられた光学式マーカーを媒介として空間座標で算出することができる。プローブの末端の空間座標は、図９に示すように、Ｘ－線の照射方向に沿ってＡＰ画像及びＬＬ画像上の位置に整合されて、図１０ａ及び図１０ｂに示すように、リアルタイムで追跡することができる。
【0060】
スクリュー決定部６０は、始点ＳＰの座標と挿入エンドポイントＥＰとの間の座標をもとに二つの点間の距離を計算することにより、椎弓根スクリューの長さの条件を決定する（Ｓ６）。椎弓根スクリューの長さは、始点の座標と挿入エンドポイントとの間の３Ｄ空間上の距離と一致するか、これより所定の大きさだけさらに長い長さで選択されることができる。
【0061】
以上説明したように、本発明は、Ｃ－ａｒｍの画像に基づいてプローブを挿入するに伴い、スクリューの長さを決定することができるのみならず、プローブの挿入のために設定されたガイドを椎弓根スクリューを挿入するのに用いることができるので、手術を迅速かつさらに正確に行うことができる。
【0062】
今まで本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、本発明の実施形態を変形したり置換することを理解することができる。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載された技術的思想とその均等物に及ぶものと理解されるべきである。
【符号の説明】
【0063】
１０：Ｃ－ａｒｍ
２０：挿入経路提供部
３０：光学追跡装置
４０：整合部
５０：ガイド装置
６０：スクリュー決定部
２０：挿入経路提供部
３０：光学追跡装置
４０：整合部
５０：ガイド装置
６０：スクリュー決定部
【0064】
以下に、原出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
椎弓根スクリューの固定プランニングシステムにおいて、
患者の脊椎の画像を撮影するＣ－ａｒｍと、
Ｃ－ａｒｍの画像上で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを提供する挿入経路提供部と、
基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出する整合部と、
前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かって、プローブの挿入をガイドするためのガイド装置と、
前記プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得し、前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するスクリュー決定部を含むことを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［２］
前記エントリポイントはＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像上で前記挿入エンドポイントと椎弓根の中心を結ぶライン上の任意の点で決定されることを特徴とする［１］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［３］
前記エントリポイントはＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上で脊椎体の水平ラインと平行に前記挿入エンドポイントから延びた線上の任意の点で決定されることを特徴とする［１］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［４］
光学式マーカーが接続された前記プローブの位置を追跡する光学追跡装置をさらに含み、
前記整合部は、前記プローブの位置が整合される前記Ｃ－ａｒｍの画像上のピクセルを決定し、
前記挿入経路提供部は、前記整合されたピクセルに、前記プローブの投影画像を表示することを特徴とする［１］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［５］
前記挿入経路提供部は施術者が前記Ｃ－ａｒｍの画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択できるユーザーインターフェイスを含むことを特徴とする［１］乃至［４］の中のいずれか一項に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［６］
椎弓根スクリューの固定プランニング方法において、
Ｃ－ａｒｍを介して患者の脊椎についてのＣ－ａｒｍの画像を取得するＡステップと、
前記Ｃ－ａｒｍの画像で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを決定するＢステップと、
基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出するＣステップと、
前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かってプローブの挿入をガイドするＤステップと、
前記基準座標系を基に、前記プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得するＥステップと、
前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するＦステップと、を含むことを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニング方法。
［７］
前記Ｂステップにおいて、前記エントリポイントは、ＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像上で前記挿入エンドポイントと椎弓根の中心を結ぶライン上の任意の点で決定されることを特徴とする［６］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニング方法。
［８］
前記Ｂステップにおいて、前記エントリポイントは、ＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上で脊椎体の水平ラインと平行に前記挿入エンドポイントから延びた線上の任意の点で決定されることを特徴とする［６］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングの方法。
［９］
前記Ｂステップにおいて、施術者がユーザーインターフェイスを介して前記Ｃ－ａｒｍの画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択することを特徴とする［６］乃至［８］の中のいずれか一項に記載の椎弓根スクリューの固定プランニング方法。
［１］
椎弓根スクリューの固定プランニングシステムにおいて、
患者の脊椎の画像を撮影するＣ－ａｒｍと、
Ｃ－ａｒｍの画像上で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを提供する挿入経路提供部と、
基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出する整合部と、
前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かって、プローブの挿入をガイドするためのガイド装置と、
前記プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得し、前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するスクリュー決定部を含むことを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［２］
前記エントリポイントはＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像上で前記挿入エンドポイントと椎弓根の中心を結ぶライン上の任意の点で決定されることを特徴とする［１］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［３］
前記エントリポイントはＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上で脊椎体の水平ラインと平行に前記挿入エンドポイントから延びた線上の任意の点で決定されることを特徴とする［１］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［４］
光学式マーカーが接続された前記プローブの位置を追跡する光学追跡装置をさらに含み、
前記整合部は、前記プローブの位置が整合される前記Ｃ－ａｒｍの画像上のピクセルを決定し、
前記挿入経路提供部は、前記整合されたピクセルに、前記プローブの投影画像を表示することを特徴とする［１］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［５］
前記挿入経路提供部は施術者が前記Ｃ－ａｒｍの画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択できるユーザーインターフェイスを含むことを特徴とする［１］乃至［４］の中のいずれか一項に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングシステム。
［６］
椎弓根スクリューの固定プランニング方法において、
Ｃ－ａｒｍを介して患者の脊椎についてのＣ－ａｒｍの画像を取得するＡステップと、
前記Ｃ－ａｒｍの画像で椎弓根スクリューのエントリポイント及び挿入エンドポイントを決定するＢステップと、
基準座標系を基に、前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を算出するＣステップと、
前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントの空間座標を基に、前記椎弓根スクリューの挿入姿勢を決定し、前記挿入姿勢に応じて前記エントリポイントに向かってプローブの挿入をガイドするＤステップと、
前記基準座標系を基に、前記プローブが挿入されるに伴い、骨に触れ合う始点の座標を取得するＥステップと、
前記挿入エンドポイントの座標と前記始点の座標との間の距離を算出して椎弓根スクリューの長さの条件を決定するＦステップと、を含むことを特徴とする椎弓根スクリューの固定プランニング方法。
［７］
前記Ｂステップにおいて、前記エントリポイントは、ＡＰ（Ａｎｔｅｒｉｏｒ－Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）画像上で前記挿入エンドポイントと椎弓根の中心を結ぶライン上の任意の点で決定されることを特徴とする［６］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニング方法。
［８］
前記Ｂステップにおいて、前記エントリポイントは、ＬＬ（Ｌａｔｅｒａｌ－Ｌａｔｅｒａｌ）画像上で脊椎体の水平ラインと平行に前記挿入エンドポイントから延びた線上の任意の点で決定されることを特徴とする［６］に記載の椎弓根スクリューの固定プランニングの方法。
［９］
前記Ｂステップにおいて、施術者がユーザーインターフェイスを介して前記Ｃ－ａｒｍの画像上に前記エントリポイント及び前記挿入エンドポイントを選択することを特徴とする［６］乃至［８］の中のいずれか一項に記載の椎弓根スクリューの固定プランニング方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図8】
【図9】
【図10a】
【図10b】