特表 2024-519923 トラッカーベースの手術ナビゲーションの最適化

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-21

(54)【発明の名称】トラッカーベースの手術ナビゲーションの最適化

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/20 20160101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

A61B34/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023571983

(86)(22)【出願日】2022-05-20

(85)【翻訳文提出日】2024-01-22

(86)【国際出願番号】 US2022030278

(87)【国際公開番号】W WO2022246216

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】63/190,791

(32)【優先日】2021-05-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＪＡＶＡ

２．ＰＹＴＨＯＮ

３．ＰＡＳＣＡＬ

(71)【出願人】

【識別番号】507280594

【氏名又は名称】マコ サージカル コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【氏名又は名称】池本 理絵

(72)【発明者】

【氏名】アンデンストック，エメリック

(72)【発明者】

【氏名】フークストラ，ポール

(72)【発明者】

【氏名】シュヴュラー，トルドベルト

(72)【発明者】

【氏名】リーゲルスベルガー，ファビアン

(72)【発明者】

【氏名】ローズ，ヘルムート

(72)【発明者】

【氏名】ウッズ，フィリップ・ロバート

(57)【要約】

手術作業空間内においてある目標物を追跡することを最適化するためのシステム及び方法。トラッカーは、手術作業空間内でトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのマーカーを有する目標物に対して配置される。ローカライザーカメラは、トラッカーと協調して、マーカーから受信された光信号から生成されたマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成する。各ブロブの特性が取得され、取得された特性は最適特性と比較される。比較に基づいて、トラッカーの動作、ローカライザーの動作、またはそれらの両方の動作が、マーカーから生成されたブロブを最適化するために調整される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内でこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、
前記トラッカーと協調して、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記アクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、
前記トラッカー及び前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーに前記ブロブのそれぞれを割り当て、
各ブロブの特性を取得し、
前記取得した特性を最適特性と比較し、
前記比較に基づいて、前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成される前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項2】

前記トラッカーに通信される前記少なくとも１つの制御信号が、前記アクティブマーカーの前記少なくとも１つから発せられた前記光信号の強度または持続時間あるいはそれらの両方を前記トラッカーに調整させる、請求項１に記載のナビゲーションシステム。

【請求項3】

前記ブロブのそれぞれについて、前記コントローラが、
前記ブロブの前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記ブロブが最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記ブロブが最善でないと判断したことに応えて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項１または２に記載のナビゲーションシステム。

【請求項4】

各ブロブの前記取得した特性が第１の値を示し、前記最適特性が第２の値を示し、各ブロブについて、前記コントローラが、
前記ブロブについて示された前記第１の値を前記第２の値と比較し、
前記ブロブの前記第１の値が前記第２の値よりも大きいことを示す前記比較に応えて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の強度または持続時間あるいはそれらの両方を前記トラッカーに低減させる制御信号を前記トラッカーに通信し、
前記ブロブの前記第１の値が前記第２の値未満であることを示す前記比較に応えて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の前記強度または持続時間あるいはそれらの両方を前記トラッカーに増加させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項5】

前記取得した特性がブロブ強度特性であり、前記最適特性が最適なブロブ強度特性である、請求項１～４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項6】

前記取得した特性がブロブサイズ特性であり、前記最適特性が最適なブロブサイズ特性である、請求項１～４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項7】

前記取得した特性がブロブ形状特性であり、前記最適特性が最適なブロブ形状特性である、請求項１～４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項8】

前記取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記ブロブの１つ以上のうちの１つ以上の第２の特性を取得し、
前記１つ以上の取得した第２の特性を第２の最適特性と比較し、
前記１つ以上の取得した第２の特性の前記第２の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記１つ以上のブロブに対応する前記１つ以上のアクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項9】

前記取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記ブロブの前記取得した第１の特性を前記第１の最適特性と比較して、前記ブロブの前記取得した第１の特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記ブロブの前記取得した第１の特性が最善でないと判断したことに応えて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信し、
前記比較に基づいて、前記ブロブの前記取得した第１の特性が最善であると判断したことに応えて、
前記ブロブの第２の特性を取得し、
前記ブロブの前記取得した第２の特性を第２の最適特性と比較して、前記ブロブの前記取得した第２の特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記ブロブの前記取得した第２の特性が最善でないと判断したことに応えて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項１～４及び８のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項10】

前記取得した第１の特性がブロブ強度特性であり、前記取得した第２の特性がブロブサイズ特性またはブロブ形状特性である、請求項８または９に記載のナビゲーションシステム。

【請求項11】

前記画像データが、前記ローカライザーカメラの第１の光学センサに対応する第１の画像データ及び前記ローカライザーカメラの第２の光学センサに対応する第２の画像データを含み、前記第１及び第２の画像データのそれぞれが、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された各アクティブマーカーのブロブを示し、前記コントローラが、
同じアクティブマーカーに対応する、第１のブロブを前記第１の画像データから、第２のブロブを前記第２の画像データから識別し、
前記第１のブロブの第１の特性及び前記第２のブロブの第２の特性を取得し、
前記取得した第１の特性及び前記取得した第２の特性を結合して、結合ブロブ特性を形成し、
前記結合ブロブ特性を前記最適特性と比較して、前記結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記第１及び第２のブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成される、請求項１または２に記載のナビゲーションシステム。

【請求項12】

前記取得した第１及び第２の特性が取得した強度特性であり、前記最適特性が最適なブロブ強度特性である、請求項１１に記載のナビゲーションシステム。

【請求項13】

前記最適なブロブ強度特性が、前記ローカライザーカメラの完全な強度値の７５％以上かつ９５％以下の強度値を示す、請求項５または１２に記載のナビゲーションシステム。

【請求項14】

前記結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記第１のブロブの第３の特性及び前記第２のブロブの第４の特性を取得し、
前記取得した第３の特性及び前記取得した第４の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成し、
前記第２の結合ブロブ特性を第２の最適特性と比較し、
前記第２の結合ブロブ特性の前記第２の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記第１及び第２のブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成される、請求項１１に記載のナビゲーションシステム。

【請求項15】

前記結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記第１の結合ブロブ特性を前記第１の最適特性と比較して、前記第１の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断し、
前記第１の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記第１及び第２のブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信し、
前記比較に基づいて、前記第１の結合ブロブ特性が最善であると判断したことに応えて、
前記第１のブロブの第３の特性及び前記第２のブロブの第４の特性を取得し、
前記取得した第３の特性及び前記取得した第４の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成し、
前記第２の結合ブロブ特性を前記第２の最適特性と比較して、前記第２の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記第２の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記第１及び第２のブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項１１または１４に記載のナビゲーションシステム。

【請求項16】

前記取得した第１及び第２の特性がブロブ強度特性であり、前記取得した第３及び第４の特性がブロブサイズ特性またはブロブ形状特性である、請求項１４または１５に記載のナビゲーションシステム。

【請求項17】

前記目標物が第１の目標物として定義され、前記ブロブが第１のブロブとして定義され、前記トラッカーが第１のトラッカーとして定義され、前記取得した特性が取得した第１の特性として定義され、前記最適特性が前記第１のトラッカーに特有の第１の最適特性として定義され、前記手術作業空間内で第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、前記手術作業空間内で該第２のトラッカーの姿勢を追跡するためにアクティブマーカーの予め定義されたジオメトリを有する第２のトラッカーをさらに備え、前記ローカライザーカメラによって生成された前記画像データが、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを含み、前記コントローラが、
前記第２のブロブに対応する前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第２のブロブのそれぞれを割り当て、
各第２のブロブの第２の特性を取得し、
前記取得した第２の特性を、前記第２のトラッカーに特有であり、かつ前記第１の最適特性とは異なる第２の最適特性と比較し、
前記比較に基づいて、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記第２のトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記第２のトラッカーに通信する
ように構成される、請求項１～１６のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項18】

前記コントローラが、前記第１の最適特性に基づいて、前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第１のブロブを割り当てる、及び／または前記第２の最適特性に基づいて、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第２のブロブを割り当てるように構成される、請求項１７に記載のナビゲーションシステム。

【請求項19】

前記第１のブロブのそれぞれについて、前記コントローラが、
前記第１のブロブの前記取得した第１の特性と前記第１の最適特性との差を決定し、
前記第１のブロブの前記取得した第１の特性と前記第１の最適特性との前記差が閾値未満であるかどうかを判断し、
前記第１のブロブの前記取得した第１の特性と前記第１の最適特性との前記差が前記閾値未満であると判断したことに応えて、前記第１のブロブが前記第１のトラッカーに対応すると判断し、前記第１のブロブに対応する前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第１のブロブを割り当てる
ように構成される、請求項１７または１８に記載のナビゲーションシステム。

【請求項20】

前記第１のトラッカーのアクティブマーカーの前記予め定義されたジオメトリと、前記第２のトラッカーのアクティブマーカーの前記予め定義されたジオメトリとが、実質的に同等である、請求項１７～１９のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項21】

前記コントローラが、
前記画像データに基づいて前記手術作業空間内での前記トラッカーの前記アクティブマーカーの位置を決定し、
前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる前記少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項１～２０のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項22】

前記アクティブマーカーのそれぞれについて、前記コントローラが、
前記アクティブマーカーに対応する前記ブロブの前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記アクティブマーカーに対応する前記ブロブが最善でないかどうかを判断し、
前記アクティブマーカーに対応する前記ブロブが最善でないと判断したことに応えて、前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項２１に記載のナビゲーションシステム。

【請求項23】

前記コントローラが、
前記アクティブマーカーの前記決定した位置を、前記アクティブマーカーの以前に決定した位置と比較して、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の距離の変化を決定し、
前記距離の変化に基づいて、前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されることによって、前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信するように構成される、請求項２２に記載のナビゲーションシステム。

【請求項24】

前記コントローラは、
前記距離の変化が、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の前記距離の増加を示すのか、それとも減少を示すのかを判断し、
前記距離の変化が、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の前記距離の増加を示すことに応えて、前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の強度及び／または持続時間を前記トラッカーに増加させる制御信号を前記トラッカーに通信し、
前記距離の変化が、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の前記距離の減少を示すことに応えて、前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の強度及び／または持続時間を前記トラッカーに低減させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されていることによって、前記決定した距離の変化に基づいて前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信するように構成されている、請求項２３に記載のナビゲーションシステム。

【請求項25】

手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、前記手術作業空間内において該第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第１のトラッカーと、
前記手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、前記手術作業空間内において該第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第２のトラッカーと、
前記第１及び第２のトラッカーと協調して、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第１のブロブ、及び前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、
前記第１及び第２のトラッカーならびに前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記第１及び第２のブロブのそれぞれの特性を取得し、
前記取得した特性を、前記第１のトラッカーに特有の第１の最適特性、及び前記第１の最適特性とは異なる前記第２のトラッカーに特有の第２の最適特性と比較し、
前記比較に基づいて、前記第１のトラッカーに前記第１のブロブを、前記第２のトラッカーに前記第２のブロブを割り当てる
ように構成されている前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項26】

手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内で該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、
前記トラッカーと協調して、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記アクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、
前記トラッカー及び前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記画像データに基づいて前記手術作業空間内での前記トラッカーの前記アクティブマーカーの位置を決定し、
前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記決定した位置に基づいて前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成される前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項27】

手術作業空間内である目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内で該トラッカーの姿勢を追跡するためにパッシブマーカーの予め定義されたジオメトリを有するトラッカーと、
前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されている前記ローカライザーカメラと、
前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
各ブロブの特性を取得し、
前記取得した特性を最適特性と比較し、
前記比較に基づいて、前記ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整する
ように構成されている前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項28】

前記コントローラが、前記比較に基づいて前記パッシブマーカーを照明するために前記光源から発せられた前記光信号の強度及び／または持続時間を調整するように構成されることによって、前記比較に基づいて前記ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成されている、請求項２７に記載のナビゲーションシステム。

【請求項29】

前記コントローラが、
前記取得した特性を結合して、結合ブロブ特性を形成し、
前記結合ブロブ特性を前記最適特性と比較して、前記結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整する
ように構成される、請求項２７または２８に記載のナビゲーションシステム。

【請求項30】

前記取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、前記結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記第１の結合ブロブ特性を前記第１の最適特性と比較して、前記第１の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記第１の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整し、
前記比較に基づいて、前記第１の結合ブロブ特性が最善であると判断したことに応えて、
各ブロブの第２の特性を取得し、
前記取得した第２の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成し、
前記第２の結合ブロブ特性を前記第２の最適特性と比較して、前記第２の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断し、
前記比較に基づいて、前記第２の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整する
ように構成されている、請求項２７～２９のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項31】

前記目標物が第１の目標物として定義され、前記ブロブが第１のブロブとして定義され、前記トラッカーが第１のトラッカーとして定義され、前記光信号が、前記第１のトラッカーに特有の第１の光信号として定義され、前記手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、前記手術作業空間内において該第２のトラッカーの姿勢を追跡するためにパッシブマーカーの予め定義されたジオメトリを有する第２のトラッカーをさらに備え、前記コントローラが、
前記光源から前記第２のトラッカーに特有の第２の光信号を発することであって、前記第２の光信号が、前記第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる少なくとも１つの特性を有する、前記発することと、
前記ローカライザーカメラによって生成された前記第２の光信号に対応する画像データを受信することであって、前記受信した画像データが、前記光源から発せられた前記第２の光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記第２のトラッカーの前記パッシブマーカーのそれぞれの第２のブロブを示す、前記受信することと、
各第２のブロブの特性を取得することと、
前記第２のブロブの前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記第２のブロブの前記取得した特性が最善でないかどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記第２のブロブの前記取得した特性が最善でないと判断したことに応えて、前記第２の光信号の前記少なくとも１つの特性を調整することと
を行うように構成されている、請求項２７～３０のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項32】

前記第１の光信号の前記少なくとも１つの対応する特性とは異なる前記第２の光信号の前記少なくとも１つの特性が、光強度特性または光持続時間特性あるいはそれらの両方を含む、請求項３１に記載のナビゲーションシステム。

【請求項33】

前記第２の光信号に対応する前記画像データが、前記光源から発せられた前記第２の光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記第１のトラッカーの前記パッシブマーカーのそれぞれの第３のブロブを示し、前記コントローラが、前記第２の光信号に対応する前記画像データを受信したことに応えて、前記最適特性に基づいて前記第２のブロブを前記第３のブロブと区別するように構成される、請求項３１または３２に記載のナビゲーションシステム。

【請求項34】

前記第１のトラッカーのパッシブマーカーの前記予め定義されたジオメトリと、前記第２のトラッカーのパッシブマーカーの前記予め定義されたジオメトリとが、実質的に同等である、請求項３１～３３のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項35】

前記コントローラが、
前記光源から、変化する特性を有する光信号を発し、
前記発せられた光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す、前記発せられた光信号のそれぞれについて前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、
受信した画像データの各インスタンスについて、前記画像データによって示された各ブロブの特性を取得し、前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記受信した画像データの前記インスタンスのどれが最適に最も近いのかを判断し、
最適に最も近い前記受信した画像データのインスタンスを決定することに応えて、前記トラッカーに、前記受信した画像データのインスタンスに対応する前記光信号の前記特性を割り当て、
前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性に基づいて、前記手術作業空間内で前記トラッカーの姿勢を追跡する
ように構成される、請求項２７～３４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項36】

前記コントローラが、
前記トラッカーの前記パッシブマーカーを照明するために、前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性を有する光信号を前記光源から発することと、
前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性を有する前記発せられた光信号に対応する画像データを受信することであって、前記受信した画像データが、前記パッシブマーカーによって前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性を有する前記発せられた光信号の反射から生成された前記トラッカーの各パッシブマーカーのブロブを示す、前記受信することと、
前記受信した画像データ内の前記ブロブのそれぞれの特性を取得することと、
前記受信した画像データ内の前記ブロブの前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記ブロブの前記取得した特性が最善でないかどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記ブロブの前記取得した特性が最善でないと判断したことに応えて、前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性を調整することと
を行うように構成されている、請求項３５に記載のナビゲーションシステム。

【請求項37】

前記コントローラが、
前記画像データに基づいて前記手術作業空間内での前記トラッカーの前記パッシブマーカーの位置を決定し、
前記パッシブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整する
ように構成されている、請求項２７～３６のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項38】

前記コントローラが、前記比較に基づいて前記ローカライザーカメラの電子開口時間を調整するように構成されることによって、前記比較に基づいて前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成されている、請求項２７～３７のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項39】

前記ローカライザーカメラが機械的なシャッターを含み、前記コントローラが、前記比較に基づいて前記機械的なシャッターのシャッター時間を調整するように構成されることによって、前記比較に基づいて前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成されている、請求項２７～３８のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項40】

前記ローカライザーカメラが機械的な開口を含み、前記コントローラが、前記比較に基づいて前記機械的な開口の取り込みサイズを調整するように構成されることによって、前記比較に基づいて前記ローカライザーカメラの前記少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成されている、請求項２７～３９のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム。

【請求項41】

手術作業空間内で目標物を追跡するためのナビゲーションシステムであって、
前記手術作業空間内で第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、前記手術作業空間内で該第１のトラッカーの姿勢を追跡するためにパッシブマーカーの予め定義されたジオメトリを有する第１のトラッカーと、
前記手術作業空間内で第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、前記手術作業空間内での該第２のトラッカーの姿勢を追跡するためにパッシブマーカーの予め定義されたジオメトリを含む第２のトラッカーと、
前記第１及び第２のトラッカーの前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記第１及び第２のトラッカーの前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、
前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記光源から、前記第１のトラッカーに特有である第１の光信号を発し、
前記発せられた第１の光信号に対応する、前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、
前記第１の光信号に対応する前記受信した画像データに基づいて、前記手術作業空間内で前記第１のトラッカーの姿勢を追跡し、
前記光源から、前記第２のトラッカーに特有であり、かつ前記第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる少なくとも１つの特性を有する第２の光信号を発し、
前記発せられた第２の光信号に対応する、前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、
前記第２の光信号に対応する前記受信した画像データに基づいて、前記手術作業空間内で前記第２のトラッカーの姿勢を追跡する
ように構成されている前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項42】

手術作業空間内において目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、
前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、
前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記光源から、変化する特性を有する光信号を発し、
前記発せられた光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す、前記発せられた光信号のそれぞれについて前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、
受信した画像データの各インスタンスについて、前記画像データによって示された各ブロブの特性を取得し、前記取得した特性を最適特性と比較して、前記受信した画像データのインスタンスのどれが最適に最も近いのかを判断し、
最適に最も近い前記受信した画像データのインスタンスを決定することに応えて、前記トラッカーに、前記受信した画像データのインスタンスに対応する前記光信号の前記特性を割り当て、
前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性に基づいて、前記手術作業空間内で前記トラッカーの姿勢を追跡する
ように構成されている前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項43】

手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、
前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、
前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
前記画像データに基づいて前記手術作業空間内での前記トラッカーの前記パッシブマーカーの位置を決定し、
前記パッシブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整する
ように構成されている前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項44】

手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムであって、
前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために手動で再配置可能な予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、
前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、
前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラであって、
各ブロブの特性を取得し、
前記取得した特性を最適特性と比較し、
前記比較に基づいて、前記トラッカーの前記パッシブマーカーを再配置するためのガイダンスを決定及び表示する
ように構成されている前記コントローラと
を備えてなる、ナビゲーションシステム。

【請求項45】

目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、前記トラッカーと協調して、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記アクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、前記トラッカー及び前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内において前記目標物の追跡を最適化するための方法であって、
前記コントローラが、
前記手術作業空間内で前記目標物に対して前記トラッカーを配置し、
前記ローカライザーカメラによって、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記アクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す前記画像データを生成し、
前記コントローラによって、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーに前記ブロブのそれぞれを割り当て、
前記コントローラによって、各ブロブの特性を取得し、
前記コントローラによって、前記取得した特性を最適特性と比較し、
前記比較に基づいて、前記コントローラによって、前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、方法。

【請求項46】

前記トラッカーに通信される前記少なくとも１つの制御信号が、前記アクティブマーカーの前記少なくとも１つから発せられた前記光信号の強度または持続時間あるいはそれらの両方を前記トラッカーに調整させる、請求項４５に記載の方法。

【請求項47】

前記ブロブのそれぞれの前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記ブロブが最善でないかどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記ブロブの１つ以上を最善でないとして識別することと、
前記識別した１つ以上のブロブのそれぞれについて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５または４６に記載の方法。

【請求項48】

各ブロブの前記取得した特性が第１の値を示し、前記最適特性が第２の値を示し、
前記ブロブのそれぞれについて示された前記第１の値を、前記第２の値と比較して、前記第１の値が前記第２の値よりも大きいかどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記第１の値が前記第２の値よりも大きい前記ブロブのそれぞれの１つ以上を識別することと、
前記第１の値が前記第２の値よりも大きい前記識別した１つ以上のブロブのそれぞれについて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の強度及び／または持続時間を前記トラッカーに低減させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５～４７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項49】

各ブロブの前記取得した特性が第１の値を示し、前記最適特性が第２の値を示し、
前記ブロブのそれぞれについて示された前記第１の値を、前記第２の値と比較して、前記第１の値が前記第２の値未満であるどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記第１の値が前記第２の値未満である前記ブロブのそれぞれの１つ以上を識別することと、
前記第１の値が前記第２の値未満である前記識別した１つ以上のブロブのそれぞれについて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の強度または持続時間あるいはそれらの両方を前記トラッカーに増加させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５～４８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項50】

前記取得した特性がブロブ強度特性であり、前記最適特性が最適なブロブ強度特性である、請求項４５～４９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項51】

前記取得した特性がブロブサイズ特性であり、前記最適特性が最適なブロブサイズ特性である、請求項４５～４９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項52】

前記取得した特性がブロブ形状特性であり、前記最適特性が最適なブロブ形状特性である、請求項４５～４９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項53】

前記取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記ブロブの１つ以上のうちの１つ以上の第２の特性を取得することと、
前記１つ以上の取得した第２の特性を第２の最適特性と比較することと、
前記１つ以上の取得した第２の特性の前記第２の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記１つ以上のブロブに対応する前記１つ以上のアクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信することと
を含む、請求項４５～４９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項54】

前記取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、
前記ブロブのそれぞれの前記取得した第１の特性を前記第１の最適特性と比較して、前記ブロブの前記取得した第１の特性が最善でないかどうかを判断することと、
前記ブロブから、前記取得した第１の特性の前記第１の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記第１の最適特性が最善である１つ以上の第１のブロブのそれぞれを識別することと、
前記１つ以上の第１のブロブのそれぞれの第２の特性を取得することと、
前記１つ以上のブロブのそれぞれの前記取得した第２の特性を第２の最適特性と比較して、前記ブロブの前記取得した第２の特性が最善でないかどうかを判断することと、
前記１つ以上の第１のブロブから、前記取得した第２の特性の前記第２の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記第２の最適特性が最善でない１つ以上の第２のブロブのそれぞれを識別することと、
前記識別した１つ以上の第２のブロブのそれぞれについて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５～４９及び５３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項55】

前記取得した第１の特性がブロブ強度特性であり、前記取得した第２の特性がブロブサイズ特性またはブロブ形状特性である、請求項５３または５４に記載の方法。

【請求項56】

前記画像データが、前記ローカライザーカメラの第１の光学センサに対応する第１の画像データ及び前記ローカライザーカメラの第２の光学センサに対応する第２の画像データを含み、前記第１及び第２の画像データのそれぞれが、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された各アクティブマーカーのブロブを示し、
前記アクティブマーカーのそれぞれについて、
前記アクティブマーカーに対応する、第１のブロブを前記第１の画像データから、第２のブロブを前記第２の画像データから識別することと、
前記第１のブロブの第１の特性及び前記第２のブロブの第２の特性を取得することと、
前記取得した第１の特性及び前記取得した第２の特性を結合して、結合ブロブ特性を形成することと、
前記結合ブロブ特性を前記最適特性と比較して、前記結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、
前記結合ブロブ特性のそれぞれの前記最適特性に対する前記比較に基づいて、前記結合ブロブ特性の１つ以上を最善でないとして識別することと、
前記識別した１つ以上の結合ブロブ特性のそれぞれについて、前記結合ブロブ特性に対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５または４６に記載の方法。

【請求項57】

前記取得した第１及び第２の特性が取得した強度特性であり、前記最適特性が最適なブロブ強度特性である、請求項５６に記載の方法。

【請求項58】

前記最適なブロブ強度特性が、前記ローカライザーカメラの完全な強度値の７５％以上かつ９５％以下の強度値を示す、請求項５０または５７に記載の方法。

【請求項59】

前記結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、前記コントローラが、
前記アクティブマーカーの１つ以上のそれぞれについて、
前記アクティブマーカーに対応する前記第１のブロブの第３の特性及び前記第２のブロブの第４の特性を取得し、
前記取得した第３の特性及び前記取得した第４の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成し、
前記第２の結合ブロブ特性を第２の最適特性と比較し、
前記１つ以上のアクティブマーカーのそれぞれの前記第２の結合ブロブ特性の前記第２の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記１つ以上のアクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信する
ように構成されている、請求項５６に記載の方法。

【請求項60】

前記結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、前記最適特性が、第１の最適特性として定義され、
前記１つ以上の第１の結合ブロブ特性のそれぞれの前記最適特性に対する前記比較に基づいて、前記第１の結合ブロブ特性の１つ以上を最善であるとして識別することと、
最善であるとして識別した前記１つ以上の第１の結合ブロブ特性のそれぞれについて、
前記第１の結合ブロブ特性に対応する前記第１のブロブの第３の特性及び前記第２のブロブの第４の特性を取得することと、
前記取得した第３の特性及び前記取得した第４の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成することと、
前記第２の結合ブロブ特性を前記第２の最適特性と比較して、前記第２の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記第２の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、前記第１の結合ブロブ特性に対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項５６または５９に記載の方法。

【請求項61】

前記取得した第１及び第２の特性がブロブ強度特性であり、前記取得した第３及び第４の特性がブロブサイズ特性またはブロブ形状特性である、請求項５９または６０に記載の方法。

【請求項62】

前記目標物が、第１の目標物として定義され、前記ブロブが第１のブロブとして定義され、前記トラッカーが第１のトラッカーとして定義され、前記取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、前記最適特性が、前記第１のトラッカーに特有の第１の最適特性として定義され、
前記手術作業空間内で第２の目標物に対して第２のトラッカーを配置することであって、前記第２のトラッカーが、前記手術作業空間内で前記第２のトラッカーの姿勢を追跡するためにアクティブマーカーの予め定義されたジオメトリを有し、前記ローカライザーカメラによって生成された前記画像データが、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを含む、前記配置することと、
前記第２のブロブに対応する前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第２のブロブのそれぞれを割り当てることと、
各第２のブロブの第２の特性を取得することと、
前記取得した第２の特性を、前記第２のトラッカーに特有であり、前記第１の最適特性とは異なる第２の最適特性と比較することと、
前記取得した第２の特性の第２の最適特性に対する前記比較に基づいて、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記第２のトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記第２のトラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５～６１のいずれか１項に記載の方法。

【請求項63】

前記第１の最適特性に基づいて、前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第１のブロブを割り当てること、及び／または、前記第２の最適特性に基づいて、前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第２のブロブを割り当てることとをさらに含む、請求項６２に記載の方法。

【請求項64】

前記第１のブロブのそれぞれについて、
前記第１のブロブの前記取得した第１の特性と前記第１の最適特性との差を決定することと、
前記第１のブロブの前記取得した第１の特性と前記第１の最適特性との前記差が閾値未満であると判断することと、
前記第１のブロブの前記取得した第１の特性と前記第１の最適特性との前記差が前記閾値未満であると判断したことに応えて、前記第１のブロブが前記第１のトラッカーに対応すると判断し、前記第１のブロブに対応する前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーに前記第１のブロブを割り当てることと
をさらに含む、請求項６２または６３に記載の方法。

【請求項65】

前記第１のトラッカーのアクティブマーカーの前記予め定義されたジオメトリと、前記第２のトラッカーのアクティブマーカーの前記予め定義されたジオメトリとが、実質的に同等である、請求項６１～６４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項66】

前記画像データに基づいて前記手術作業空間内での前記トラッカーの前記アクティブマーカーの位置を決定することと、
前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる前記少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項４５～６５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項67】

前記ブロブのそれぞれの前記取得した特性を前記最適特性と比較して、前記ブロブが最善でないかどうかを判断することと、
前記比較に基づいて、前記ブロブの１つ以上を最善でないとして識別することと、
最善でないとして識別した前記１つ以上のブロブのそれぞれについて、前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
をさらに含む、請求項６６に記載の方法。

【請求項68】

前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記ブロブに対応する前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することが、
前記アクティブマーカーの前記決定した位置を、前記アクティブマーカーの以前に決定した位置と比較して、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の距離の変化を決定することと、
前記距離の変化に基づいて、前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
を含む、請求項６７に記載の方法。

【請求項69】

前記距離の変化に基づいて、前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる制御信号を前記トラッカーに通信することが、
前記距離の変化が、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の前記距離の増加を示すと判断することと、
前記距離の変化が、前記アクティブマーカーと前記ローカライザーカメラとの間の前記距離の増加を示すと判断したことに応えて、前記アクティブマーカーから発せられた前記光信号の強度及び／または持続時間を前記トラッカーに増加させる制御信号を前記トラッカーに通信することと
を含む、請求項６８に記載の方法。

【請求項70】

手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、前記手術作業空間内において該第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第１のトラッカーと、前記手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、前記手術作業空間内において該第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第２のトラッカーと、前記第１及び第２のトラッカーと協調して、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第１のブロブ、及び前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、前記第１及び第２のトラッカーならびに前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内での目標物の追跡を最適化するための方法であって、
前記手術作業空間内で前記第１及び第２の目標物に対して前記第１及び第２のトラッカーを退けることと、
前記ローカライザーカメラが、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第１のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第１のブロブ、及び前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記第２のトラッカーの前記アクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを示す前記画像データを生成することと、
前記コントローラが、前記第１及び第２のブロブのそれぞれの特性を取得することと、
前記コントローラが、前記取得した特性を、前記第１のトラッカーに特有の第１の最適特性、及び前記第１の最適特性とは異なる前記第２のトラッカーに特有の第２の最適特性と比較することと、
前記比較に基づいて、前記コントローラが、前記第１のトラッカーに前記第１のブロブを、前記第２のトラッカーに前記第２のブロブを割り当てることと
を含んでなる方法。

【請求項71】

目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、前記トラッカーと協調して、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記アクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、前記トラッカー及び前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内での前記目標物の追跡を最適化するための方法であって、
前記手術作業空間内において前記目標物に対して前記トラッカーを配置することと、
前記ローカライザーカメラが、前記アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された前記アクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す前記画像データを生成することと、
前記コントローラが、前記画像データに基づいて前記手術作業空間内において前記トラッカーの前記アクティブマーカーの位置を決定することと、
前記アクティブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記決定した位置に基づいて前記アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた前記光信号を前記トラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を前記トラッカーに通信することと
を含んでなる方法。

【請求項72】

目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内での前記目標物の追跡を最適化するための方法であって、
前記手術作業空間内で前記目標物に対してトラッカーを配置することと、
前記ローカライザーカメラが、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す前記画像データを生成することと、
前記コントローラが、各ブロブの特性を取得することと、
前記コントローラが、前記取得した特性を最適特性と比較することと、
前記比較に基づいて、前記コントローラが、前記ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することと
を含んでなる方法。

【請求項73】

手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、前記手術作業空間内で該第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有する第１のトラッカーと、前記手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、前記手術作業空間内において該第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有する第２のトラッカーと、前記第１及び第２のトラッカーの前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーの反射から生成された前記第１及び第２のトラッカーの前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内で目標物を追跡するための方法であって、
前記手術作業空間内でそれぞれ前記第１及び第２の目標物に対して前記第１及び第２のトラッカーを配置することと、
前記光源から、前記第１のトラッカーに特有である第１の光信号を発することと、
前記コントローラが、前記発せられた第１の光信号に対応する、前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、
前記コントローラが、前記第１の光信号に対応する前記受信した画像データに基づいて、前記手術作業空間内で前記第１のトラッカーの姿勢を追跡することと、
前記光源から、前記第２のトラッカーに特有であり、かつ前記第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる少なくとも１つの特性を有する第２の光信号を発することと、
前記コントローラが、前記発せられた第２の光信号に対応する、前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、
前記コントローラが、前記第２の光信号に対応する前記受信した画像データに基づいて、前記手術作業空間内で前記第２のトラッカーの姿勢を追跡することと
を含んでなる方法。

【請求項74】

目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内での前記目標物の追跡を最適化するための方法であって、
前記手術作業空間内で前記目標物に対して前記トラッカーを配置することと、
前記光源から、変化する特性を有する光信号を発することと、
前記コントローラが、前記発せられた光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す、前記発せられた光信号のそれぞれについて前記ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、
受信した画像データの各インスタンスについて、前記コントローラが、前記画像データによって示された各ブロブの特性を取得し、前記コントローラが、前記取得した特性を最適特性と比較して、前記受信した画像データのインスタンスのどれが最適に最も近いのかを判断することと、
最適に最も近い前記受信した画像データのインスタンスを決定することに応えて、前記コントローラが、前記トラッカーに、前記受信した画像データのインスタンスに対応する前記光信号の前記特性を割り当てることと、
前記コントローラが、前記トラッカーに割り当てられた前記光信号特性に基づいて、前記手術作業空間内で前記トラッカーの姿勢を追跡することと
を含んでなる方法。

【請求項75】

目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内において該トラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含むナビゲーションシステムによって、前記手術作業空間内での前記目標物の追跡を最適化するための方法であって、
前記手術作業空間内で前記目標物に対して前記トラッカーを配置することと、
前記ローカライザーカメラが、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、
前記コントローラが、前記画像データに基づいて前記手術作業空間内での前記トラッカーの前記パッシブマーカーの前記位置を決定することと、
前記パッシブマーカーの前記決定した位置に基づいて、前記コントローラが、前記ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することと
を含んでなる方法。

【請求項76】

ナビゲーションシステムによって手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法であって、前記ナビゲーションシステムが、前記目標物に対して配置されるトラッカーであって、前記手術作業空間内で該トラッカーの姿勢を追跡するために手動で再配置可能な予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、前記パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成された前記ローカライザーカメラと、前記ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含み、
前記手術作業空間内で前記目標物に対して前記トラッカーを配置することと、
前記ローカライザーカメラが、前記光源から発せられた前記光信号の前記パッシブマーカーによる反射から生成された前記パッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す前記画像データを生成することと、
前記コントローラが、各ブロブの特性を取得することと、
前記コントローラが、前記取得した特性を最適特性と比較することと、
前記コントローラが、前記比較に基づいて、前記トラッカーの前記パッシブマーカーを再配置するためのガイダンスを決定及び表示することと
を含んでなる方法。

【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、２０２１年５月２０日出願の米国仮特許出願第６３／１９０，７９１号に対する優先権を主張し、その開示全体は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。

【背景技術】

【0002】

従来の手術ナビゲーションシステムは、目標物に取り付けられた基準を撮像し、撮像から手術作業空間内でのそのような基準の位置を計算することによって手術作業空間内で目標物を追跡する。最適でない照明（suboptimal lighting）は、各基準の位置を正確に決定する手術ナビゲーションシステムの能力に影響を与える可能性があり、これは、同様に追跡精度に影響を与える場合がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

この発明の概要は、下記の発明を実施するための形態でさらに後述される概念の選択を、簡略化された形式で紹介する。この発明の概要は、特許請求される発明の主題の範囲を限定することを意図するものではなく、特許請求される発明の主題のそれぞれの重要なまたは本質的な特性を必ずしも特定するものでもない。

【課題を解決するための手段】

【0004】

第１の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてそのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、このトラッカーと協調して、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成されたアクティブマーカーのそれぞれのブロブ（小さい塊、blob）を示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、トラッカー及びローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、ブロブに対応するアクティブマーカーにブロブのそれぞれを割り当て、各ブロブの特性を取得し、取得した特性を最適特性と比較し、比較に基づいて、アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信するように構成される。

【0005】

第２の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、手術作業空間内においてこの第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第１のトラッカーと、手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、手術作業空間内においてのこの第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第２のトラッカーと、第１及び第２のトラッカーと協調して、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された第１のトラッカーのアクティブマーカーのそれぞれの第１のブロブ、及びアクティブマーカーから発せられた光信号から生成された第２のトラッカーのアクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、第１及び第２のトラッカーならびにローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、第１及び第２のブロブのそれぞれの特性を取得し、取得した特性を、第１のトラッカーに特有の第１の最適特性、及び第１の最適特性とは異なる第２のトラッカーに特有の第２の最適特性と比較し、比較に基づいて、第１のトラッカーに第１のブロブを、第２のトラッカーに第２のブロブを割り当てるように構成される。

【0006】

第３の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、トラッカーと協調して、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成されたアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、トラッカー及びローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、画像データに基づいて手術作業空間内でのトラッカーのアクティブマーカーの位置を決定し、アクティブマーカーの決定した位置に基づいて、アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信するように構成される。

【0007】

第４の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、各ブロブの特性を取得し、取得した特性を最適特性と比較し、比較に基づいて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成される。

【0008】

第５の態様では、手術作業空間内においてある目標物を追跡するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、手術作業空間内においてこの第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを含む第１のトラッカーと、手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、手術作業空間内においてこの第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有する第２のトラッカーと、第１及び第２のトラッカーのパッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーの反射から生成された第１及び第２のトラッカーのパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、第１のトラッカーに特有である光源から第１の光信号を発し、発せられた第１の光信号に対応する、ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、第１の光信号に対応する受信した画像データに基づいて、手術作業空間内で第１のトラッカーの姿勢を追跡するように構成される。コントローラは、光源から、第２のトラッカーに特有であり、かつ第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる少なくとも１つの特性を有する第２の光信号を発し、発せられた第２の光信号に対応する、ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、第２の光信号に対応する受信された画像データに基づいて手術作業空間内で第２のトラッカーの姿勢を追跡するようにさらに構成される。

【0009】

第６の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、光源から、変化する特性を有する光信号を発し、発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す、発せられた光信号のそれぞれについてローカライザーカメラによって生成された画像データを受信し、受信した画像データの各インスタンスについて、画像データによって示された各ブロブの特性を取得し、取得した特性を最適特性と比較して、受信した画像データのインスタンスのどれが最適に最も近いのかを決定し、最適に最も近い受信した画像データのインスタンスを決定したことに応えて、トラッカーに、受信した画像データのインスタンスに対応する光信号の特性を割り当て、トラッカーに割り当てられた光信号特性に基づいて手術作業空間内でトラッカーの姿勢を追跡するように構成される。

【0010】

第７の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、画像データに基づいて手術作業空間内でのトラッカーのパッシブマーカーの位置を決定し、パッシブマーカーの決定した位置に基づいて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成される。

【0011】

第８の態様では、手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するためのナビゲーションシステムが提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために手動で再配置可能な予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。コントローラは、各ブロブの特性を取得し、取得した特性を最適特性と比較し、比較に基づいて、トラッカーのパッシブマーカーを再配置するためのガイダンスを決定及び表示するように構成される。

【0012】

第９の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、トラッカーと協調して、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成されたアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、トラッカー及びローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内で目標物に対してトラッカーを配置することと、ローカライザーカメラによって、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成されたアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、コントローラによって、ブロブに対応するアクティブマーカーにブロブのそれぞれを割り当てることと、コントローラによって、各ブロブの特性を取得することと、コントローラによって、取得した特性を最適特性と比較することと、比較に基づいて、コントローラによって、アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0013】

第１０の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、手術作業空間内においてこの第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第１のトラッカーと、手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、手術作業空間内においてこの第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有する第２のトラッカーと、第１及び第２のトラッカーと協調して、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された第１及び第２のトラッカーのアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、第１及び第２のトラッカー及びローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内でそれぞれ第１及び第２の目標物に対して第１及び第２のトラッカーを配置することと、ローカライザーカメラによって、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された第１及び第２のトラッカーのアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、コントローラによって、第１及び第２のブロブのそれぞれの特性を取得することと、コントローラによって、取得した特性を、第１のトラッカーに特有の第１の最適特性、及び第１の最適特性とは異なる第２のトラッカーに特有の第２の最適特性と比較することと、比較に基づいて、コントローラによって、第１のトラッカーに第１のブロブを、及び第２のトラッカーに第２のブロブを割り当てることとを含む。

【0014】

第１１の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有するトラッカーと、トラッカーと協調して、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成されたアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、トラッカー及びローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内で目標物に対してトラッカーを配置することと、ローカライザーカメラによって、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成されたアクティブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、コントローラによって、画像データに基づいて手術作業空間内でのトラッカーのアクティブマーカーの位置を決定することと、アクティブマーカーの決定した位置に基づいて、コントローラによって、アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信することを含む。

【0015】

第１２の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内で目標物に対してトラッカーを配置することと、ローカライザーカメラによって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーの反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、コントローラによって、各ブロブの特性を取得することと、コントローラによって、取得した特性を最適特性と比較することと、比較に基づいて、コントローラによって、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。

【0016】

第１３の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、手術作業空間内において第１の目標物に対して配置される第１のトラッカーであって、手術作業空間内でこの第１のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有する第１のトラッカーと、手術作業空間内において第２の目標物に対して配置される第２のトラッカーであって、手術作業空間内においてこの第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有する第２のトラッカーと、第１及び第２のトラッカーのパッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーの反射から生成された第１及び第２のトラッカーのパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内でそれぞれ第１及び第２の目標物に対して第１及び第２のトラッカーを配置することと、光源から、第１のトラッカーに特有の第１の光信号を発することと、コントローラによって、ローカライザーカメラによって生成された、発せられた第１の光信号に対応する画像データを受信することと、コントローラによって、第１の光信号に対応する受信した画像データに基づいて、手術作業空間内で第１のトラッカーの姿勢を追跡することを含む。方法は、光源から、第２のトラッカーに特有であり、かつ第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる少なくとも１つの特性を有する第２の光信号を発することと、コントローラによって、発せられた第２の光信号に対応する、ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、コントローラによって、第２の光信号に対応する受信した画像データに基づいて、手術作業空間内で第２のトラッカーの姿勢を追跡することとをさらに含む。

【0017】

第１４の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内で目標物に対してトラッカーを配置することと、光源から、変化する特性を有する光信号を発することと、コントローラによって、発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す、発せられた光信号のそれぞれについてローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、受信した画像データの各インスタンスについて、コントローラによって、画像データによって示された各ブロブの特性を取得し、コントローラによって、取得した特性を最適特性と比較して、受信した画像データのインスタンスのどれが最適に最も近いのかを決定することと、最適に最も近い受信した画像データのインスタンスを決定したことに応えて、コントローラによって、トラッカーに、受信した画像データのインスタンスに対応する光信号の特性を割り当てることと、コントローラによって、トラッカーに割り当てられた光信号特性に基づいて手術作業空間内でトラッカーの姿勢を追跡することとを含む。

【0018】

第１５の態様では、手術ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内で目標物に対してトラッカーを配置することと、ローカライザーカメラによって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーの反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、コントローラによって、画像データに基づいて手術作業空間内のトラッカーのパッシブマーカーの位置を決定することと、パッシブマーカーの決定した位置に基づいて、コントローラによって、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。

【0019】

第１６の態様では、ナビゲーションシステムによる手術作業空間内においてある目標物の追跡を最適化するための方法が提供される。このナビゲーションシステムは、目標物に対して配置されるトラッカーであって、手術作業空間内においてこのトラッカーの姿勢を追跡するために再配置可能な予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有するトラッカーと、パッシブマーカーを照明するために光信号を発するように構成された光源を含むローカライザーカメラであって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成するように構成されたローカライザーカメラと、ローカライザーカメラに通信可能に結合されたコントローラとを含む。方法は、手術作業空間内で目標物に対してトラッカーを配置することと、ローカライザーカメラによって、光源から発せられた光信号のパッシブマーカーの反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す画像データを生成することと、コントローラによって、各ブロブの特性を取得することと、コントローラによって、取得した特性を最適特性と比較することと、コントローラによって、比較に基づいて、トラッカーのパッシブマーカーを再配置するためのガイダンスを決定及び表示することとを含む。

【0020】

第１７の態様では、手術ツールを支持するように構成されたロボットデバイスと、第９から第１６の態様のいずれか１つ以上の方法を実装するように構成された１つ以上のコントローラとを含むロボット手術システムが提供され、１つ以上のコントローラは、ロボットデバイスを制御して、切断境界に対して手術ツールを移動させて患者組織の標的容積を除去するように構成される。

【0021】

上記の態様のいずれも、全体的または部分的に組み合わせることができる。

【0022】

上記の態様のうちのいずれも、下記の実施態様のいずれか１つ以上と、個別に利用するのか、それとも組み合わせて利用するのかに関わりなく、利用できる。

【0023】

いくつかの実施態様は、トラッカーに通信される少なくとも１つの制御信号が、アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに調整させることを含む。いくつかの実施態様は、ブロブのそれぞれについて、ブロブの取得した特性を最適特性と比較して、ブロブが最善でない（suboptimal）かどうかを判断することと、比較に基づいてブロブが最善でないと判断したことに応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することを含む。

【0024】

いくつかの実施態様は、各ブロブの取得した特性が第１の値を示し、最適特性が第２の値を示し、ブロブについて示された第１の値を第２の値と比較することと、ブロブの第１の値が第２の値よりも大きいことを示す比較に応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに低減させる制御信号をトラッカーに通信することと、ブロブの第１の値が第２の値未満であることを示す比較に応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに増加させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0025】

いくつかの実施態様は、取得した特性がブロブ強度特性であり、最適特性が最適なブロブ強度特性であることとを含む。いくつかの実施態様は、最適なブロブ強度特性が、ローカライザーカメラの完全な強度値の７５％以上かつ９５％以下の値を示すことを含む。いくつかの実施態様は、取得した特性がブロブサイズ特性であり、最適特性が最適なブロブサイズ特性であることを含む。いくつかの実施態様は、取得した特性がブロブ形状特性であり、最適特性が最適なブロブ形状特性であることを含む。

【0026】

いくつかの実施態様は、取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、最適特性が第１の最適特性として定義され、ブロブの１つ以上のうちの１つ以上の第２の特性を取得することと、１つ以上の取得した第２の特性を第２の最適特性と比較することと、１つ以上の取得した第２の特性の第２の最適特性に対する比較に基づいて、１つ以上のブロブに対応する１つ以上のアクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信することとを含む。いくつかの実施態様は、１つ以上の取得した第２の特性が、１つ以上のブロブのそれぞれの取得した第２の特性を含み、１つ以上のブロブのそれぞれについて、ブロブの取得した第２の特性を第２の最適特性と比較して、ブロブが最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、ブロブが最善でないと判断したことに応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0027】

いくつかの実施態様は、取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、最適特性が第１の最適特性として定義され、ブロブの取得した第１の特性を第１の最適特性と比較して、ブロブの取得した第１の特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、ブロブの取得した第１の特性が最善であると判断したことに応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することと、比較に基づいて、ブロブの取得した第１の特性が最善であると判断したことに応えて、ブロブの第２の特性を取得することと、ブロブの取得した第２の特性を第２の最適特性と比較して、ブロブの取得した第２の特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、ブロブの取得した第２の特性が最善でないと判断したことに応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0028】

いくつかの実施態様は、取得した第１の特性がブロブ強度特性であり、取得した第２の特性がブロブサイズ特性またはブロブ形状特性であることを含む。いくつかの実施態様は、取得した第１の特性がブロブサイズ特性であり、取得した第２の特性がブロブ強度特性またはブロブ形状特性であることを含む。いくつかの実施態様は、取得した第１の特性がブロブ形状特性であり、取得した第２の特性がブロブ強度特性またはブロブサイズ特性であることを含む。

【0029】

いくつかの実施態様は、画像データが、ローカライザーカメラの第１の光学センサに対応する第１の画像データ及びローカライザーカメラの第２の光学センサに対応する第２の画像データを含み、第１及び第２の画像データのそれぞれが、アクティブマーカーから発せられた光信号から生成された各アクティブマーカーのためのブロブを示し、同じアクティブマーカーに対応する第１のブロブを第１の画像データから、第２のブロブを第２の画像データから識別することと、第１のブロブの第１の特性及び第２のブロブの第２の特性を取得することと、取得した第１の特性及び取得した第２の特性を結合して、結合ブロブ特性を形成することと、結合ブロブ特性を最適特性と比較して、結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0030】

いくつかの実施態様は、結合ブロブ特性が第１の値を示し、最適特性が第２の値を示し、第１の値を第２の値と比較することと、第１の値が第２の値よりも大きいことを示す比較に応えて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに低減させる制御信号をトラッカーに通信することと、第１の値が第２の値未満であることを示す比較に応えて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに増加させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0031】

いくつかの実施態様は、取得した第１及び第２の特性が取得したブロブ強度特性であり、及び最適特性が最適なブロブ強度特性であることとを含む。いくつかの実施態様は、最適なブロブ強度特性が、ローカライザーカメラの完全な強度値の７５％以上かつ９５％以下の値を示すことを含む。いくつかの実施態様は、取得した第１及び第２の特性が、取得したサイズ特性であることと、及び最適特性が最適なブロブサイズ特性であることとを含む。いくつかの実施態様は、取得した第１及び第２の特性が、取得した形状特性であることと、及び最適特性が最適なブロブ形状特性であることとを含む。

【0032】

いくつかの実施態様は、結合ブロブ特性が第１の結合ブロブ特性として定義され、最適特性が第１の最適特性として定義され、第１のブロブの第３の特性及び第２のブロブの第４の特性を取得することと、取得した第３の特性及び取得した第４の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成することと、第２の結合ブロブ特性を第２の最適特性と比較することと、第２の結合ブロブ特性の第２の最適特性に対する比較に基づいて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。いくつかの実施態様は、第２の結合ブロブ特性を第２の最適特性と比較して、第２の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、第２の結合ブロブが最善でないと判断したことに応えて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0033】

いくつかの実施態様は、結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、最適特性が第１の最適特性として定義され、第１の結合ブロブ特性を第１の最適特性と比較して、第１の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、第１の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することと、比較に基づいて、第１の結合ブロブ特性が最善であると判断したことに応えて、第１のブロブの第３の特性及び第２のブロブの第４の特性を取得することと、取得した第３の特性及び取得した第４の特性を結合して、第２の結合ブロブ特性を形成することと、第２の結合ブロブ特性を第２の最適特性と比較して、第２の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、第２の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、第１及び第２のブロブに対応するアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0034】

いくつかの実施態様は、取得した第１及び第２の特性がブロブ強度特性であり、取得した第３の及び第４の特性がブロブサイズ特性またはブロブ形状特性であることを含む。いくつかの実施態様は、取得した第１及び第２の特性がブロブサイズ特性であり、取得した第３の及び第４の特性がブロブ強度特性またはブロブ形状特性であることを含む。いくつかの実施態様は、取得した第１及び第２の特性がブロブ形状特性であり、取得した第３の及び第４の特性がブロブ強度特性またはブロブサイズ特性であることを含む。

【0035】

いくつかの実施態様は、目標物が第１の目標物として定義されることと、ブロブが第１のブロブとして定義されることと、トラッカーが第１のトラッカーとして定義されることと、取得した特性が取得した第１の特性として定義されることと、最適特性が第１のトラッカーに特有の第１の最適特性として定義されることと、第２のトラッカーが手術作業空間内において第２の目標物に対して配置され、手術作業空間内においてこの第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのアクティブマーカーを有することとを含み、ローカライザーカメラによって生成された画像データは、第２のトラッカーのアクティブマーカーから発せられた光信号から生成された第２のトラッカーのアクティブマーカーのそれぞれの第２のブロブを含む。いくつかの実施態様は、第２のブロブに対応する第２のトラッカーのアクティブマーカーに、第２のブロブのそれぞれを割り当てることと、各第２のブロブの第２の特性を取得することと、取得した第２の特性を、第２のトラッカーに特有であり、かつ第１の最適特性とは異なる第２の最適特性と比較することと、比較に基づいて、第２のトラッカーのアクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号を第２のトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号を第２のトラッカーに通信することとをさらに含む。

【0036】

いくつかの実施態様は、第２のブロブのそれぞれについて、第２のブロブの取得した第２の特性を第２の最適特性と比較して、第２のブロブが最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて第２のブロブが最善でないと判断したことに応えて、第２のブロブに対応する第２のトラッカーのアクティブマーカーから発せられた光信号を第２のトラッカーに調整させる制御信号を第２のトラッカーに通信することを含む。

【0037】

いくつかの実施態様は、第１の最適特性に基づいて、第１のトラッカーのアクティブマーカーに第１のブロブを割り当てることを含む。いくつかの実施態様は、第１のブロブのそれぞれについて、第１のブロブの取得した第１の特性と第１の最適特性との差を決定することと、第１のブロブの取得した第１の特性と第１の最適特性との差が閾値未満であるかどうかを判断することと、第１のブロブの取得した第１の特性と第１の最適特性との差が閾値未満であると判断したことに応えて、第１のブロブが第１のトラッカーに対応すると判断し、第１のブロブに対応する第１のトラッカーのアクティブマーカーに第１のブロブを割り当てることとを含む。

【0038】

いくつかの実施態様は、第２の最適特性に基づいて、第２のトラッカーのアクティブマーカーに第２のブロブを割り当てることを含む。いくつかの実施態様は、第２のブロブのそれぞれについて、第２のブロブの取得した第２の特性と第２の最適特性との差を決定することと、第２のブロブの取得した第２の特性と第２の最適特性との差が閾値未満であるかどうかを判断することと、第２のブロブの取得した第２の特性と第２の最適特性との差が閾値未満であると判断したことに応えて、第２のブロブが第２のトラッカーに対応すると判断し、第２のブロブに対応する第２のトラッカーのアクティブマーカーに第２のブロブを割り当てることとを含む。

【0039】

いくつかの実施態様は、第１のトラッカーのアクティブマーカーの予め定義されたジオメトリと、実質的に同等である第２のトラッカーのアクティブマーカーの予め定義されたジオメトリとを含む。

【0040】

いくつかの実施態様は、画像データに基づいて手術作業空間内でのトラッカーのアクティブマーカーの位置を決定し、アクティブマーカーの決定した位置に基づいて、アクティブマーカーの少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカーに調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信することを含む。いくつかの実施態様は、アクティブマーカーのそれぞれについて、アクティブマーカーに対応するブロブの取得した特性を最適特性と比較して、アクティブマーカーに対応するブロブが最善でないかどうかを判断することと、アクティブマーカーに対応するブロブが最善でないと判断したことに応えて、アクティブマーカーの決定した位置に基づいて、アクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することを含む。

【0041】

いくつかの実施態様は、アクティブマーカーの決定した位置を、アクティブマーカーの以前に決定した位置と比較して、アクティブマーカーとローカライザーカメラとの間の距離の変化を決定することによって、アクティブマーカーの決定した位置に基づいてアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させるトラッカーに対する制御信号を数えることと、距離の変化に基づいて、アクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。いくつかの実施態様は、距離の変化が、アクティブマーカーとローカライザーカメラとの間の距離の増加を示すのか、それとも減少を示すのかを判断することによって、決定された距離の変化に基づいてアクティブマーカーから発せられた光信号をトラッカーに調整させる制御信号をトラッカーに通信することと、アクティブマーカーとローカライザーカメラとの間の距離の増加を示す距離の変化に応えて、アクティブマーカーから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに増加させる制御信号をトラッカーに通信することと、アクティブマーカーとローカライザーカメラとの間の距離の減少を示す距離の変化に応えて、アクティブマーカーから発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーに低減させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0042】

いくつかの実施態様は、トラッカーのアクティブマーカーを再配置し、取得した特性の最適特性に対する比較に基づいて、アクティブマーカーの少なくとも１つをトラッカーに再配置させる少なくとも１つの制御信号をトラッカーに通信するための少なくとも１つのアクチュエータを含むトラッカーを含む。いくつかの実施態様は、ブロブのそれぞれについて、ブロブの取得した特性を最適特性と比較して、ブロブが最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいてブロブが最善でないと判断したことに応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーをトラッカーに再配置させる制御信号をトラッカーに通信することを含む。いくつかの実施態様は、各ブロブの取得した特性が第１の値を示し、最適特性が第２の値を示し、各ブロブについて、ブロブについて示された第１の値を第２の値と比較することと、ブロブの第１の値が第２の値よりも大きいことを示す比較に応えて、ブログに対応するアクティブマーカーを、ローカライザーカメラから離してトラッカーに再配置させる制御信号をトラッカーに通信することと、ブロブの第１の値が第２の値未満であることを示す比較に応えて、ブロブに対応するアクティブマーカーをローカライザーカメラに向かってトラッカーに再配置させる制御信号をトラッカーに通信することとを含む。

【0043】

いくつかの実施態様は、比較に基づいてパッシブマーカーを照明するために光源から発せられた光信号を調整することによって、比較に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することを含む。いくつかの実施態様は、比較に基づいてパッシブマーカーを照明するために光源から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を調整することによって、比較に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することを含む。

【0044】

いくつかの実施態様は、取得した特性を結合して結合ブロブ特性を形成することと、結合ブロブ特性を最適特性と比較して、結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。いくつかの実施態様は、結合ブロブ特性が第１の値を示し、最適特性が第２の値を示し、第１の値を第２の値と比較することと、第１の値が第２の値よりも大きいことを示す比較に応えて、光源から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を低減させて、パッシブマーカーを照明することと、第１の値が第２の値未満であることを示す比較に応えて、光源から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加させて、パッシブマーカーを照明することとを含む。

【0045】

いくつかの実施態様は、取得した特性が、取得した第１の特性として定義され、結合ブロブ特性が、第１の結合ブロブ特性として定義され、最適特性が第１の最適特性として定義され、第１の結合ブロブ特性を第１の最適特性と比較して、第１の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、第１の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することと、比較に基づいて、第１の結合ブロブ特性が最善であると判断したことに応えて、各ブロブの第２の特性を取得することと、取得した第２の特性を結合して第２の結合ブロブ特性を形成することと、第２の結合ブロブ特性を第２の最適特性と比較して、第２の結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、第２の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。

【0046】

いくつかの実施態様は、目標物が第１の目標物として定義されることと、ブロブが第１のブロブとして定義されることと、トラッカーが第１のトラッカーとして定義されることと、光信号が、第１のトラッカーに特有の第１の光信号として定義されることと、第２のトラッカーが、手術作業空間内で第２の目標物に対して配置され、手術作業空間内で第２のトラッカーの姿勢を追跡するために予め定義されたジオメトリのパッシブマーカーを有することとを含む。いくつかの実施態様は、光源から第２のトラッカーに特有の第２の光信号を発することであって、第２の光信号が、第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる少なくとも１つの特性を有する、発することと、ローカライザーカメラによって生成された第２の光信号に対応する画像データを受信することであって、受信した画像データが、光源から発せられた第２の光信号のパッシブマーカーによる反射から生成された第２のトラッカーのパッシブマーカーのそれぞれの第２のブロブを示す、受信することと、各第２のブロブの特性を取得することと、取得した第２のブロブの特性を最適特性と比較して、取得した第２のブロブの特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、取得した第２のブロブの特性が最善でないと判断したことに応えて、第２の光信号の少なくとも１つの特性を調整することとをさらに含む。

【0047】

いくつかの実施態様は、光強度特性及び／または光持続時間特性を含む、第１の光信号の少なくとも１つの対応する特性とは異なる第２の光信号の少なくとも１つの特性を含む。いくつかの実施態様は、第２の光信号に対応する画像データが、光源から発せられた第２の光信号のパッシブマーカーによる反射から生成された第１のトラッカーのパッシブマーカーのそれぞれの第３のブロブを示すことと、第２の光信号に対応する画像データを受信したことに応えて、最適特性に基づいて第２のブロブを第３のブロブと区別することとを含む。いくつかの実施態様は、各第３のブロブの特性を取得することによって、最適特性に基づいて第２のブロブを第３のブロブから区別することと、第２の及び第３のブロブの取得した特性を最適特性と比較することと、第２及び第３のブロブの取得した特性の最適特性に対する比較に基づいて、第２のブロブを第３のブロブと区別することとを含む。

【0048】

いくつかの実施態様は、第２及び第３のブロブのそれぞれについて、取得したブロブの特性と、最適特性との差を決定することと、差が閾値未満であるかどうかを判断することと、差が閾値未満であると判断したことに応えて、ブロブが第２のブロブの１つに対応すると判断することとを含む。いくつかの実施態様は、第１のトラッカーのパッシブマーカーの予め定義されたジオメトリと、実質的に同等である第２のトラッカーのパッシブマーカーの予め定義されたジオメトリとを含む。

【0049】

いくつかの実施態様は、変化する特性を有する光信号を光源から発することと、発せられた光信号のパッシブマーカーによる反射から生成されたパッシブマーカーのそれぞれのブロブを示す、発せられた光信号のそれぞれについてローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、受信した画像データの各インスタンスについて、画像データによって示された各ブロブの特性を取得し、取得した特性を最適特性と比較して、受信した画像データのインスタンスのどれが最適に最も近いのかを決定することと、最適に最も近い受信した画像データのインスタンスを決定したことに応えて、トラッカーに、受信した画像データのインスタンスに対応する光信号の特性を割り当てることと、トラッカーに割り当てられた光信号特性に基づいて手術作業空間内でトラッカーの姿勢を追跡することとを含む。

【0050】

いくつかの実施態様は、トラッカーのパッシブマーカーを照明するためにトラッカーに割り当てられた光信号特性を有する光信号を光源から発することによって、トラッカーに割り当てられた光信号特性に基づいて、手術作業空間内でトラッカーの姿勢を追跡することと、トラッカーに割り当てられた光信号特性を有する発せられた光信号に対応する、ローカライザーカメラによって生成された画像データを受信することと、受信した画像データに基づいて、手術作業空間内でのトラッカーの姿勢を決定することとを含む。いくつかの実施態様は、トラッカーのパッシブマーカーを照明するためにトラッカーに割り当てられた光信号特性を有する光信号を光源から発することと、トラッカーに割り当てられた光信号特性を有する発せられた光信号に対応する画像データを受信することであって、受信した画像データが、パッシブマーカーによってトラッカーに割り当てられた光信号特性を有する発せられた光信号の反射から生成されたトラッカーの各パッシブマーカーのブロブを示す、受信することと、受信した画像データ内のブロブのそれぞれの特性を取得することと、受信した画像データ内のブロブの取得した特性を最適特性と比較して、取得したブロブの特性が最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて取得したブロブの特性が最善でないと判断したことに応えて、トラッカーに割り当てられた光信号特性を調整することとを含む。

【0051】

いくつかの実施態様は、画像データに基づいて手術作業空間内でのトラッカーのパッシブマーカーの位置を決定することと、パッシブマーカーの決定した位置に基づいて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。いくつかの実施態様は、取得したブロブの特性を最適特性と比較して、ブロブが最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいてブロブが最善でないと判断したことに応えて、パッシブマーカーの決定した位置に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。

【0052】

いくつかの実施態様は、パッシブマーカーの決定した位置に基づいて、パッシブマーカーとローカライザーカメラとの間の平均距離を決定することによって、パッシブマーカーの決定した位置に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することと、決定された平均距離を、パッシブマーカーとローカライザーカメラとの間の以前に決定された平均距離と比較して、パッシブマーカーとローカライザーカメラとの間の平均距離の変化を決定することと、平均距離の変化に基づいて、ローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。いくつかの実施態様は、平均距離の変化が、パッシブマーカーとローカライザーカメラとの間の平均距離の増加を示すのか、それとも減少を示すのかを判断することによって、平均距離の変化に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することと、距離の変化が、パッシブマーカーとローカライザーカメラとの間の平均距離の増加を示したことに応えて、パッシブマーカーを照明するために光源から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加させることと、距離の変化が、パッシブマーカーとローカライザーカメラとの間の平均距離の減少を示したことに応えて、パッシブマーカーを照明するために光源から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を低減させることとを含む。

【0053】

いくつかの実施態様は、トラッカーのパッシブマーカーが手動で再配置可能であることと、取得した特性の最適特性に対する比較に基づいて、トラッカーのパッシブマーカーを再配置するためのガイダンスを決定及び表示することとを含む。いくつかの実施態様は、ブロブのそれぞれについて、ブロブに対応するパッシブマーカーにブロブを割り当てることと、ブロブの取得した特性を最適特性と比較して、ブロブが最善でないかどうかを判断することと、比較に基づいて、ブロブが最善でないと判断したことに応えて、ブロブに対応するパッシブマーカーを再配置するためのガイダンスを決定及び表示することとを含む。

【0054】

いくつかの実施態様は、取得した各ブロブの特性が第１の値を示し、最適特性が第２の値を示し、各ブロブについて、ブロブに対応するパッシブマーカーにブロブを割り当てることと、ブロブについて示された第１の値を第２の値と比較することと、ブロブの第１の値が第２の値よりも大きいことを示す比較に応えて、ブロブに対応するパッシブマーカーをローカライザーカメラから離して再配置するためのガイダンスを決定及び表示することと、ブロブの第１の値が第２の値未満であることを示す比較に応えて、ブロブに対応するパッシブマーカーをローカライザーカメラ１８に向かって再配置するためのガイダンスを決定及び表示することとを含む。

【0055】

いくつかの実施態様は、ローカライザーカメラの電子開口時間を調整することによって、比較に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することを含む。いくつかの実施態様は、最適特性が第１の値を示し、取得した特性を結合して、第２の値を示す結合ブロブ特性を形成することと、第２の値を第１の値と比較することと、第２の値が第１の値よりも大きいことを示す比較に応えて、ローカライザーカメラの電子開口時間を減少させることと、第２の値が第１の値未満であることを示す比較に応えて、ローカライザーカメラの電子開口時間を増加させることとを含む。

【0056】

いくつかの実施体調は、ローカライザーカメラが機械的なシャッターを含むことと、機械的なシャッターのシャッター時間を調整することによって比較に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。いくつかの実施態様は、最適特性が第１の値を示し、取得した特性を結合して、第２の値を示す結合ブロブ特性を形成することと、第２の値を第１の値と比較することと、第２の値が第１の値よりも大きいことを示す比較に応えて、機械的なシャッターのシャッター時間を減少させることと、第２の値が第１の値未満であることを示す比較とに応えて、機械的なシャッターのシャッター時間を増加させることとを含む。

【0057】

いくつかの実施態様は、ローカライザーカメラが機械的な開口を含むことと、機械的な開口の取り込みサイズを調整することによって、比較に基づいてローカライザーカメラの少なくとも１つの光学パラメータを調整することとを含む。いくつかの実施態様は、最適特性が第１の値を示し、取得した特性を結合して、第２の値を示す結合ブロブ特性を形成することと、第２の値を第１の値と比較することと、第２の値が第１の値よりも大きいことを示す比較とに応えて、機械的な開口の取り込みサイズを減少させることと、第２の値が第１の値未満であることを示す比較に応えて、機械的な開口の取り込みサイズを拡大させることとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1】手術作業空間内の目標物の追跡を最適化するための手術ナビゲーションシステムを含む手術システムを示す。

【図2】図１の手術システムのコンポーネントを示す。

【図3】アクティブトラッカーを使用する手術作業空間内での目標物の追跡を最適化するための方法を示す。

【図4】手術ナビゲーションシステムのローカライザーカメラによって生成される画像データを示す。

【図5】そのような目標物を追跡するために手術作業空間内の目標物に貼り付けることができるトラッカーを示す。

【図6】手術ナビゲーションシステムのローカライザーカメラによって生成される最善でない画像データを示す。

【図7】手術ナビゲーションシステムのローカライザーカメラによって生成される最適な画像データを示す。

【図8】パッシブトラッカーを使用する手術作業空間内での目標物の追跡を最適化するための方法を示す。

【図9A】第１の方向に向けられた再配置可能なアクティブマーカーを有するアクティブトラッカーを示す。

【図9B】第２の方向に向けられた再配置可能なアクティブマーカーを有する図９Ａのアクティブトラッカーを示す。

【図10A】第１の方向に向けられた再配置可能なパッシブマーカーを有するパッシブトラッカーを示す。

【図10B】第２の方向に向けられた再配置可能なパッシブマーカーを有する図１０Ａのパッシブトラッカーを示す。

【発明を実施するための形態】

【0059】

図１は、患者を治療するための手術システム１０を示す。手術システム１０は、医療施設の手術室などの手術環境に配置できる。手術システム１０は、手術ナビゲーションシステム１２及びロボットマニピュレータ１４を含む。ロボットマニピュレータ１４は、手術器具１６に結合でき、外科医及び／または手術ナビゲーションシステム１２の方向など、患者組織の標的容積を治療するために手術器具１６を操作するように構成される。例えば、手術ナビゲーションシステム１２は、他の医療器具及び隣接する解剖学的構造など手術作業空間内で標的容積に隣接する他の目標物を回避しながら、患者組織の標的容積を除去するために、ロボットマニピュレータ１４に手術器具１６を操作させる。代わりに、外科医は、手術ナビゲーションシステム１２からガイダンスを受けながら、手術器具１６を手動で保持し、操作できる。いくつかの非限定的な例として、手術器具１６は、バリ取り器具、電子手術器具、超音波器具、リーマー、インパクター、またはサジタルソーであってよい。

【0060】

外科的処置の間、手術ナビゲーションシステム１２は、トラッカーに基づく位置特定を使用して、手術作業空間内における対象の目標物の姿勢（場所及び向き）を追跡するように構成される。手術作業空間は、治療中である患者組織の標的容積と、治療に対する障害物が存在する場合がある標的容積を取り囲む領域とを含む場合がある。追跡される目標物は、患者の解剖学的構造、手術器具１６などの手術器具、及び外科医の手または指など、手術職員の解剖学的構造を含む場合があるが、これらに限定されない。追跡される患者の解剖学的構造は、靭帯、筋肉、及び皮膚などの軟組織を含む場合があり、骨などの硬組織を含む場合がある。追跡された手術器具は、開創器、切断ツール、及び手術手順中に使用される廃棄物管理装置を含みうる。

【0061】

対象の各目標物は、手術ナビゲーションシステム１２に光信号を送信するように構成されたトラッカーを貼り付けることができる。手術ナビゲーションシステム１２は、トラッカーを撮像することによってそのような光信号を検出し、撮像に基づいて手術作業空間内でのトラッカーの姿勢を決定するように構成される。手術ナビゲーションシステム１２は次に、トラッカーの決定された姿勢及び目標物とトラッカーとの間の所定の位置関係に基づいて手術作業空間内での目標物の姿勢を決定するように構成される。

【0062】

手術ナビゲーションシステム１２は、トラッカーから送信される光信号を最適化して追跡精度を向上させるなどして、手術作業空間内の目標物の追跡を最適化するように構成されてもよい。特に、トラッカーから送信された光信号が、手術ナビゲーションシステム１２の撮像装置に対するトラッカーの現在位置に対して、及び／または現在の周囲の照明状態に対して最善でない場合、次にナビゲーションシステム１２が手術作業空間内でトラッカーを正確に追跡するのが困難である場合がある。例えば、光信号の強度が低すぎる場合、次にナビゲーションシステム１２は光信号の不十分な部分を検出することができる。代わりに、光信号の強度が高すぎる場合、次にナビゲーションシステム１２は、トラッカー撮像時に望ましくないアーチファクトを生じさせる場合がある。どちらの場合も、手術ナビゲーションシステム１２が、トラッカーから送信された光信号の位置を正確に示す能力に影響を及ぼす場合があり、これは相応して手術ナビゲーションシステム１２によって提供される追跡精度にも影響を及ぼす場合がある。したがって、トラッカーからの光信号を検出したことに応えて、ナビゲーションシステム１２は、最適特性に対して検出した光信号を比較し、比較に基づいて最適特性を取得するためにトラッカーから送信された光信号を調整するように構成できる。

【0063】

手術作業空間での対象の目標物の姿勢を決定したことに応えて、手術ナビゲーションシステム１２は、外科医を支援するために追跡される目標物の相対的な姿勢を表示できる。手術ナビゲーションシステム１２はまた、追跡される目標物と関連する仮想境界に基づいて、ロボットマニピュレータ１４及び／または手術器具１６の移動を制御及び／または制約できる。例えば、手術ナビゲーションシステム１２は、追跡される目標物に基づいて、治療される患者組織の標的容積、及び手術作業空間内の潜在的な障害物を識別できる。手術ナビゲーションシステム１２は次に、手術器具（例えば、手術器具１６のエンドエフェクタＥＡ）が、治療される患者組織の標的容積を超えて何かに接触するのを制限し、患者の安全及び手術の精度を改善できる。手術ナビゲーションシステム１２はまた、標的部位に望ましくない破片も生じさせる場合がある、他の目標物との意図しない接触によって生じる手術器具に対する損傷を排除できる。

【0064】

図１に示されるように、手術ナビゲーションシステム１２は、ローカライザーカメラ１８と、ナビゲーションカートアセンブリ２０とを含みうる。ナビゲーションカートアセンブリ２０は、本明細書に説明される手術ナビゲーションシステム１２の機能、特徴、及びプロセスを実装するように構成されたナビゲーションコントローラ２２を収容できる。特に、ナビゲーションコントローラ２２は、本明細書に説明されるナビゲーションコントローラ２２及び手術ナビゲーションシステム１２の機能、特徴、及びプロセスを実装するようにプログラムされたプロセッサ２４を含みうる。例えば、ローカライザーカメラ１８から受信された光学ベースの画像データを、手術作業空間内で追跡される目標物の姿勢を示す目標物姿勢データに変換するようにプロセッサ２４をプログラムすることができる。

【0065】

ナビゲーションコントローラ２２は、手術ナビゲーションシステム１２のユーザーインターフェース２６と手術通信できる。ユーザーインターフェース２６は、手術ナビゲーションシステム１２及びナビゲーションコントローラ２２とのユーザーインタラクションを容易にできる。例えば、ユーザーインターフェース２６は、ナビゲーションコントローラ２２からなど、ユーザーに情報を提供する１つ以上の出力装置を含む。出力装置は、手術作業空間を含む滅菌野の外部に位置するように適合されたディスプレイ２８を含み、滅菌野内部に位置するように適合されたディスプレイ３０を含む。ディスプレイ２８、３０は、ナビゲーションカートアセンブリ２０に調整可能に取り付けることができる。ユーザーインターフェース２６はまた、手術ナビゲーションシステム１２へのユーザー入力を可能にする１つ以上の入力装置を含みうる。入力装置は、ユーザーが手術パラメータを入力し、ナビゲーションコントローラ２２の態様を制御するためにインタラクトすることができるキーボード、マウス、及び／またはタッチスクリーン３２を含みうる。入力装置はまた、音声認識技術によるユーザー入力を可能にするマイクロフォンを含みうる。

【0066】

ローカライザーカメラ１８は、目標物に張り付けられたトラッカーの姿勢を示す画像データを生成することによって、手術作業空間内での追跡される目標物の姿勢の識別を容易にするように構成することができる。具体的には、ローカライザーカメラ１８は、手術ナビゲーションシステム１２のナビゲーションコントローラ２２に通信可能に結合でき、手術作業空間内でのトラッカーの姿勢を示す画像データを生成し、ナビゲーションコントローラ２２に通信するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、画像データ、及び目標物とトラッカーとの間の所定の位置関係に基づいて手術作業空間内のトラッカーに張り付けられた目標物の姿勢を示す目標物姿勢データを生成するように構成できる。

【0067】

ローカライザーカメラ１８は、目標物に張り付けられたトラッカーの姿勢を示す画像データを生成することによって、手術作業空間内での追跡される目標物の姿勢の識別を容易にするように構成できる。具体的には、ローカライザーカメラ１８は、手術ナビゲーションシステム１２のナビゲーションコントローラ２２に通信可能に結合でき、手術作業空間内でのトラッカーの姿勢を示す画像データを生成し、ナビゲーションコントローラ２２に通信するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、画像データ、及び目標物とトラッカーとの間の所定の位置関係に基づいて手術作業空間内のトラッカーに張り付けられた目標物の姿勢を示す目標物姿勢データを生成するように構成できる。

【0068】

光学センサ３６は、一次元または二次元の電荷結合素子（ＣＣＤ）であってよい。例えば、外側筐体３４は、手術作業空間内での追跡の位置を三角測量するための２つの二次元ＣＣＤを収容する場合もあれば、手術作業空間内でトラッカーの位置を三角測量するための３つの一次源ＣＣＤを収容する場合もある。さらにまたは代わりに、ローカライザーカメラ１８は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）アクティブピクセルなど、他の光検出技術を利用してもよい。

【0069】

手術作業空間、及び理想的には障害物がない標的容積の視野をもつ光学センサ３６を選択的に配置するために調整可能なアームに、ローカライザーカメラ１８を取り付けることができる。ローカライザーカメラ１８は、回転ジョイントの周りを回転することによって少なくとも１自由度で調整可能であってよく、２自由度以上で調整可能であってよい。

【0070】

上述のように、ローカライザーカメラ１８は、複数のトラッカー３８と協調して、トラッカー３８が貼り付けられている手術作業空間内の目標物の位置を決定できる。一般に、各トラッカー３８が貼り付けられた目標物は、目標物の移動によって、目標物とトラッカー３８との間の位置関係を改変することができない、または改変する可能性が低くなるように剛性かつ非可撓性であってよい。言い換えると、手術作業空間内のトラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との関係性は、手術作業空間内での目標物の位置の変化に関わらず固定されたままであってよい。例えば、トラッカー３８は、患者の骨、及び開創器及び手術器具１６などの手術器具にしっかりと貼り付けられてもよい。このようにして、ローカライザーカメラ１８を使用して手術作業空間内でのトラッカー３８の位置を決定したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、決定されたトラッカーの位置に基づいて、トラッカー３８が貼り付けられた目標物の位置を推論できる。

【0071】

例えば、治療される標的容積が患者の膝領域に位置するとき、トラッカー３８Ａは患者の大腿骨Ｆにしっかりと貼り付けることができ、トラッカー３８Ｂは患者の脛骨Ｔにしっかりと貼り付けることができ、トラッカー３８Ｃは手術器具１６にしっかりと貼り付けることができる。トラッカー３８Ａ、３８Ｂは、引用することにより本明細書の一部をなす米国特許第７，７２５，１６２号に示されるように大腿骨Ｆ及び脛骨Ｔに取り付けることができる。トラッカー３８Ａ、３８Ｂはまた、引用することにより本明細書の一部をなす米国特許第９，５６６，１２０号に示されるトラッカーのように取り付けることができる。トラッカー３８Ｃは、製造中に手術器具１６に統合される場合もあれば、外科的処置の準備で手術器具１６に別個に取り付けられる場合もある。

【0072】

手術システム１０を使用して外科的処置の開始前に、手術器具１６によって治療される患者組織の標的容積を画定する及び／または隣接する解剖学的構造など、対象の解剖学的構造のために術前画像が生成できる。例えば、治療される患者組織の標的容積が患者の膝領域内にあるとき、患者の大腿骨Ｆ及び脛骨Ｔの術前画像が撮影できる。これらの画像は、患者の解剖学的構造のＭＲＩスキャン、放射線学的スキャン、またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンに基づく場合があり、解剖学的構造の仮想モデルを作成するために使用できる。解剖学的構造の各仮想モデルは、解剖学的構造の全体または少なくとも一部を表すデータ、及び／または治療される解剖学的構造の部分を示すデータを含む三次元モデル（例えば、ポイントクラウド、メッシュＣＡＤ）を含みうる。これらの仮想モデルは、外科的処置より前にナビゲーションコントローラ２２に提供及び格納できる。

【0073】

術前画像を撮影することに加えて、またはその代わりに、運動学的研究、骨追跡、及び他の方法から、治療計画を手術室で作成できる。これらの同じ方法はまた、上述の仮想モデルを生成するために使用されてもよい。

【0074】

患者の対象となる解剖学的構造に対応する仮想モデルに加えて、外科的処置の前に、ナビゲーションコントローラ２２は、手術作業空間内に潜在的に存在する手術器具及び他の目標物（例えば、外科医の手及び／または指）など、他の追跡される目標物のための仮想モデルを受信及び格納できる。ナビゲーションコントローラ２２はまた、手術作業空間に配置された各トラッカー３８の仮想モデル、及び各トラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との間の位置関係を受信及び格納できる。例えば、トラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との間の各位置関係は、ナビゲーションコントローラ２２内で、トラッカー３８の仮想モデル及び共通の三次元座標系内の目標物の仮想モデルを結合する関係モデルによって表現してよい。このようにして、手術作業空間内でトラッカー３８の姿勢を識別したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８が手術作業空間内で貼り付けられた目標物の姿勢を決定するためにトラッカー３８の関係モデルを参照できる。

【0075】

いくつかの例では、各トラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との間の位置関係は、ユーザーインターフェース２６を介して手動で示すことができる。代わりに、各トラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との間の位置関係は、追跡中にナビゲーションシステム１２によって追跡される独自の固定されたトラッカー３８を有するポインタ器具で目標物を追跡することによって決定することができ、ナビゲーションシステム１２はまた、追跡される目標物の姿勢を、貼り付けられたトラッカー３８の姿勢に相互に関連させるために、目標物に貼り付けられたトラッカー３８を同時に追跡する。

【0076】

ナビゲーションコントローラ２２はまた、処置の前に手術計画データを受信及び格納できる。手術計画データは、外科的処置に関与する患者の解剖学的構造を識別でき、外科的処置に使用されている器具を識別することができ、外科的処置中の器具の計画された軌跡及び患者組織の計画された移動を定義することができる。

【0077】

外科的処置の間、ローカライザーカメラ１８の光学センサ３６は、トラッカー３８から発せられる非可視光信号（例えば、赤外線または紫外線）など、光信号を検出でき、光学センサ３６が光信号を検出した画像の像面位置を示す光学ベースの信号を出力できる。ローカライザーカメラ１８は、これらの信号を、ナビゲーションコントローラ２２に次に通信される画像データに統合するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は、画像データ及びトラッカー３８と目標物との間の所定の位置関係に基づいて、ローカライザーカメラ１８に特有の座標系など、共通の座標系で、トラッカー３８が貼り付けられた目標物の位置を示す目標物姿勢データを生成するように構成できる。

【0078】

手術器具１６は、ロボットマニピュレータ１４のエンドエフェクタの一部を形成できる。ロボットマニピュレータ１４は、基部４０と、基部４０から延びるいくつかのリンク４２と、基部４０に対して手術器具１６を移動させるためのいくつかのアクティブジョイント４４とを含みうる。リンク４２は、図１に示されるような直列アーム構造、並列アーム構造、または他の適切な構造を形成できる。ロボットマニピュレータ１４は、ユーザーがロボットマニピュレータ１４のエンドエフェクタを把持して、（例えば、直接的に、またはロボットマニピュレータ１４の能動的な駆動を引き起こす力／トルクセンサの測定値を介して）手術器具１６の移動を引き起こす手動モードで動作する能力を含みうる。ロボットマニピュレータ１４はまた、手術器具１６が、ロボットマニピュレータ１４によって予め定義された工具経路に沿って移動される（例えば、ロボットマニピュレータ１４のアクティブジョイント４４が、ユーザーからのエンドエフェクタに対する力／トルクを必要とせずに、手術器具１６を移動させるために操作される）半自律モードを含みうる。半自律モードでの動作の例は、引用することにより本明細書の一部をなすＢｏｗｌｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．の米国特許第９，１１９，６５５号にも記載されている。ローカライザーカメラ１８によって基部４０の移動を追跡するためにも、別個のトラッカー３８を、ロボットマニピュレータ１４の基部４０に取り付けることができる。

【0079】

手術ナビゲーションシステム１２と同様に、ロボットマニピュレータ１４は、ロボットマニピュレータ１４の、またはより詳細には、本明細書に記載されるマニピュレータコントローラ４６の機能、特徴、及びプロセスを実装するようにプログラムされたプロセッサ４８を含むマニピュレータコントローラ４６を収容できる。例えば、プロセッサ４８は、リンク４２の移動を通して、手術ナビゲーションシステム１２の方向でなど、手術器具１６の動作及び移動を制御するようにプログラムできる。

【0080】

外科的処置の間、マニピュレータコントローラ４６は、ナビゲーションコントローラ２２から受信されたナビゲーションデータに基づいてなど、手術器具１６を移動すべきである所望の場所を決定するように構成できる。この決定及び手術器具１６の現在位置に関する情報に基づいて、マニピュレータコントローラ４６は、リンク４２が、手術器具１６を現在位置から所望の位置に再配置するためにリンク４２を移動する必要がある範囲を決定するように構成できる。リンク４２がどこに再配置されるべきかを示すデータは、ロボットマニピュレータ１４のアクティブジョイント４４を制御するジョイントモータコントローラ（例えば、各モータを制御するためもの）に転送できる。そのようなデータを受信したことに応えて、ジョイントモータコントローラは、データにしたがってリンク４２を移動させ、その結果、手術器具１６を所望の位置に移動させるように構成できる。

【0081】

ここで図２を参照すると、ローカライザーカメラ１８は、光学センサ３６に、及びナビゲーションコントローラ２２に通信可能に結合されたローカライザーコントローラ５２を含みうる。外科的処置の間、ローカライザーコントローラ５２は光学センサ３６を操作して、光学センサ３６に、トラッカー３８から受信された検出された光信号を示す、またはより具体的には、そのような光信号が検出された光学センサ３６の像面位置を示す光学ベースの信号を生成させるように構成できる。

【0082】

トラッカー３８は、それぞれ、光学センサ３６に光信号を向けるマーカー５４の予め定義されたジオメトリを含みうる。いくつかの実施態様では、トラッカー３８はそれぞれが、電源から電流を受け取って光信号を生成し、光学センサ３６に発する、少なくとも３つのアクティブマーカー５４を有する、アクティブトラッカー３８であってよい。この場合、トラッカー３８は、それぞれ内蔵電池によって電力を供給される場合もあれば、ナビゲーションコントローラ２２を通して電力を受け取るためのリード線を有する場合もある。例えば、アクティブマーカー５４は、非可視光（例えば、赤外光または紫外光）などの光を光学センサ３６に向けて伝送する発光ダイオード（ＬＥＤ）であってよい。

【0083】

各アクティブトラッカー３８はまた、アクティブマーカー５４に、及びナビゲーションコントローラ２２に通信可能に結合されたトラッカーコントローラ５６を含みうる。トラッカーコントローラ５６は、ナビゲーションコントローラ２２の方向になど、アクティブマーカー５４が発射する速度及び順序を制御するように構成できる。例えば、トラッカー３８のトラッカーコントローラ５６によって、各トラッカー３８のアクティブマーカー５４は、異なる速度及び／または時間で発射して、ナビゲーションコントローラ２２によるトラッカー３８及び／またはマーカー５４の区別を容易にできる。いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、各トラッカーコントローラ５６と双方向赤外線通信チャネルを形成して、アクティブマーカー５４の発射のタイミングを制御し、不揮発性データを書き込み／読み取り、アクティブトラッカー３８またはアクティブトラッカー３８が貼り付けられた目標物のステータス（例えば、電池レベル、壊れたＬＥＤ）を取得できる。

【0084】

光学センサ３６のサンプリングレートは、光学センサ３６が、連続して発射されたマーカー５４からの光信号を検出する速度である。光学センサ３６は、１００Ｈｚ以上、またはより好ましくは３００Ｈｚ以上、または最も好ましくは５００Ｈｚ以上のサンプリングレートを有してよい。一例では、光学センサ３６は、８０００Ｈｚのサンプリングレートを有することができる。

【0085】

トラッカー３８は、アクティブであるよりむしろ、ローカライザーカメラ１８から発せられた光を反射する反射器など、パッシブマーカー５４を含むパッシブトラッカー３８であってもよい。具体的には、ローカライザーカメラ１８は、非可視光（例えば、赤外線または紫外線）などの光でトラッカー３８を照明する光源５８を含みうる。マーカー５４は、次に光学センサ３６によって検出できる光をローカライザーカメラ１８に向かって反射し直すように構成できる。いくつかの例では、手術作業空間は、手術作業空間内の様々な目標物を追跡するためにアクティブトラッカーとパッシブトラッカー３８の組み合わせを含みうる。

【0086】

光学センサ３６がトラッカー３８から光信号を受信したことに応えて、光学センサ３６は、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８の姿勢を示す、相応してローカライザーカメラ１８に対してトラッカー３８に貼り付けられた目標物の姿勢を示す光学ベースの信号をローカライザーコントローラ５２に出力できる。特に、各光学センサ３６は、トラッカー３８からの光信号を検出し、これに応じて各光信号が検出されたセンサ領域内のピクセル座標を示す光学ベースの信号を出力する、一次元または二次元のセンサ領域（「像面」とも呼ばれる）を含みうる。したがって、各光学センサ３６から出力された光学ベースの信号は、検出された光信号から光学センサ３６によって生成されたトラッカー３８の画像を表現でき、画像は、光信号が検出された光学センサ３６の像面内の位置に対応するピクセル座標内のブロブを含む。各光信号の検出位置は、光信号が光学センサ３６によって受信された角度に基づくことがあり、したがって光学センサ３６に向かって検出された光信号を発した、手術作業空間内のマーカー５４の位置に相当しうる。

【0087】

光学センサ３６は光学ベースの信号をローカライザーコントローラ５２に通信でき、ローカライザーコントローラ５２は、光学センサ３６から受信された光学ベースの信号に基づいて、各光学センサ３６に対する画像データを同様に生成し、そのような画像データをナビゲーションコントローラ２２に示しうる。光学センサ３６のための画像データは、光学センサ３６から受信された光学ベースの信号によって表される画像及び／または像面位置を示しうる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、受信した画像データに基づいてローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８の姿勢を示すトラッカー姿勢データを生成できる。より具体的には、ナビゲーションコントローラ２２は、画像データに基づいてローカライザーカメラ１８の座標系でのトラッカー３８の位置を決定できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、各光学センサ３６に対して同時に生成された画像データ内の同じマーカー５４に対応するブロブを相互に関連させ、画像データ内で相互に関連したブロブの位置、及び光学センサ３６間の所定の位置関係に基づいて、ローカライザーカメラ１８に対するマーカー５４の位置を三角測量し、各トラッカー３８のマーカー５４の予め定義されたジオメトリに、三角測量した位置を割り当てて、ローカライザーカメラ１８に対する各トラッカー３８の姿勢を決定するように構成できる。

【0088】

その後、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー姿勢データに基づいて、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８に貼り付けられた目標物の姿勢を示す目標物姿勢データを生成できる。具体的には、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との間の格納された位置関係を取り出すことができ、これらの位置関係をトラッカー姿勢データに適用して、ローカライザーカメラ１８に対する、トラッカー３８に固定された目標物の姿勢を決定できる。代わりに、ローカライザーコントローラ５２は、光学センサ３６によって生成された光学ベースの信号に基づいて、トラッカー姿勢データ及び／または目標物姿勢データを決定し、さらなる処理のためにトラッカー姿勢データ及び／または目標物姿勢データをナビゲーションコントローラ２２に伝送するように構成できる。

【0089】

上述のように、ナビゲーションコントローラ２２は、本明細書に記載されるナビゲーションコントローラ２２の機能、特徴、及びプロセスを実行するようにプログラムされたプロセッサ２４を含みうる。ナビゲーションコントローラ２２はまた、それぞれプロセッサ２４に動作可能に結合されたメモリ６０と、不揮発性記憶装置６２とを含みうる。

【0090】

プロセッサ２４は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロコンピュータ、中央処理装置、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス、状態機械、論理回路、アナログ回路、デジタル回路から選択された１つ以上のデバイス、またはメモリ６０に格納された操作命令に基づいて信号（アナログまたはデジタル）を操作する任意の他のデバイスを含みうる。メモリ６０は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ、キャッシュメモリ、または情報を記憶できる任意の他のデバイスを含むが、これらに限定されない単一のメモリデバイスまたは複数のメモリデバイスを含みうる。不揮発性記憶装置６２は、ハードドライブ、光学ドライブ、テープドライブ、不揮発性ソリッドステートデバイス、または情報を永続的に保存することができる任意の他のデバイスなどの１つ以上の永続的なデータ記憶装置を含みうる。

【0091】

不揮発性記憶装置６２は、１つ以上のアプリケーション及び／または例えば位置特定エンジン６６、手術ナビゲータ６８、及びオプティマイザ７０などモジュールを含みうるソフトウェア６４を格納できる。各アプリケーションまたはモジュールは、Ｊａｖａ、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ、Ｐａｓｃａｌ、Ｊａｖａ Ｓｃｒｉｐｔ、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｐｅｒｌ、及びＰＬ／ＳＱＬの単独または組み合わせのいずれかを含むがこれらに限定されない、様々なプログラミング言語及び／または技術からコンパイルまたは解釈されたコンピュータ実行可能命令の別個のセットによって具現化できる。プロセッサ２４は、不揮発性記憶装置６２に格納されたソフトウェア６４の制御下で動作できる。特に、プロセッサ２４は、メモリ６０に読み込み、ソフトウェア６４を実現するコンピュータ実行可能命令を実行するように構成できる。プロセッサ２４によって実行されると、コンピュータ実行可能命令は、プロセッサ２４に、本明細書に記載されるナビゲーションコントローラ２２の構成された機能、特徴、及びプロセスを実装させるように構成できる。

【0092】

ナビゲーションコントローラ２２の不揮発性記憶装置６２はまた、ナビゲーションコントローラ２２の操作を容易にするデータ７４を格納できる。特に、ナビゲーションコントローラ２２のソフトウェア６４は、実行時、データ７４にアクセスして本明細書に記載されるナビゲーションコントローラ２２の機能、特徴、及びプロセスの実装を容易にするように構成できる。例えば、不揮発性記憶装置６２に格納されたデータ７４は、モデルデータ７６と、手術計画データ７８と、最適ブロブデータ８０とを含みうる。

【0093】

モデルデータ７６は、上述のように、外科医の手または指などの潜在的な障害物の仮想モデルを含む、外科的処置にとって重要な解剖学的構造の仮想モデル、及び外科的処置で使用されている手術器具の仮想モデルを含みうる。モデルデータ７６はまた、トラッカー３８のマーカー５４の所定のジオメトリ、及び各トラッカー３８と、トラッカー３８が貼り付けられた目標物との間の位置関係を示す、各トラッカー３８の仮想モデルを含みうる。モデルデータ７６はまた、ローカライザーカメラ１８によって生成された画像データに基づいて、ローカライザーカメラ１８に特有の座標系内でのマーカー５４の位置を三角測量することを可能にするために、ローカライザーカメラ１８に特有の座標系内での光学センサ３６の位置などのローカライザーカメラ１８の構成パラメータを示しうる。

【0094】

手術計画データ７８は、外科的処置に関与する患者の解剖学的構造及び標的容積を識別でき、外科的処置で使用されている器具を識別でき、外科的処置の間の器具の計画された軌跡及び患者組織の計画された移動を定義できる。最適ブロブデータ８０は、受信した光信号を最適化し、追跡精度を改善するためにトラッカー３８のマーカー５４から受信された光信号からローカライザーカメラ１８によって生成されたブロブの最適特性を示しうる。

【0095】

ナビゲーションコントローラ２２のプロセッサ２４によって実行可能なソフトウェア６４を再び参照すると、位置特定エンジン６６は、ローカライザーカメラ１８から受信した画像データに基づいてなど、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８の姿勢を示すトラッカー姿勢データを生成するように構成できる。位置特定エンジン６６はまた、モデルデータ７６に示されたトラッカー姿勢データ及び位置関係に基づいてなど、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８の姿勢を、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８に貼り付けられた目標物の姿勢に変換するように構成できる。

【0096】

手術ナビゲータ６８は、目標物姿勢データ及び手術計画データ７８に基づいて手術ガイダンスを提供するように構成できる。例えば、手術ナビゲータ６８は、ナビゲーションディスプレイ２８、３０に追跡される目標物の相対的な姿勢を表示し、他の追跡される目標物との望ましくない接触を回避しながら、手術器具１６を移動させるためにロボットマニピュレータ１４に制御コマンドを発行するように構成できる。

【0097】

オプティマイザ７０は、例えばローカライザーカメラ１８によって生成された画像データと、最適ブロブデータ８０との比較に基づいて、トラッカー３８のマーカー５４によってローカライザーカメラ１８に送信された光信号を調整することによって、手術作業空間内での目標物の追跡を最適化するように構成できる。そのような最適化の例は、以下により詳細に説明される。

【0098】

マニピュレータコントローラ４６及びローカライザーコントローラ５２のそれぞれはまた、プロセッサと、メモリと、プロセッサによる実行時に、本明細書に記載されるコントローラの機能、特徴、及びプロセスを実装するように構成されたデータ及びソフトウェアを含む不揮発性記憶装置とを含みうる。

【0099】

図３は、追跡精度を改善するためにトラッカー３８から発せられた光信号を調整することによって、手術作業空間内の目標物の追跡を最適化するための方法１００を示す。方法１００は、アクティブマーカー５４を含むアクティブトラッカー３８が手術作業空間内に存在するときに利用できる。方法１００は、ソフトウェア６４の実行時になど、手術ナビゲーションシステム１２によって、またはより詳細には、ナビゲーションコントローラ２２によって容易にできる。

【0100】

ブロック１０２で、トラッカー３８は、追跡されることが所望される手術作業空間内で目標物に対して配置できる。特に、トラッカー３８は各目標物に貼り付けることができ、各トラッカー３８は、予め定義されたジオメトリのアクティブマーカー５４を含む。各トラッカー３８、またはより詳細には各トラッカー３８のマーカー５４と、トラッカー３８が貼り付けられる目標物との間の位置関係は、ナビゲーションコントローラ２２の不揮発性記憶装置６２内にモデルデータ７６として格納できる。

【0101】

ブロック１０４で、画像データは、ナビゲーションコントローラ２２の方向になど、ローカライザーカメラ１８によって生成できる。特に、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４から非可視光信号などの光信号を発射するようにトラッカーコントローラ５６に指示する制御信号をトラッカー３８のトラッカーコントローラ５６に通信できる。同時に、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４から発せられた光信号を検出するために光学センサ３６を操作するようにローカライザーコントローラ５２に指示する制御信号をローカライザーコントローラ５２に通信できる。光学センサ３６のそれぞれは、これに応じて各アクティブマーカー５４のためのブロブを示す光学ベースの信号を生成でき、ブロブは、光信号がアクティブマーカー５４から受信された光学センサ３６の像面の位置に対応するピクセル座標を有する。ローカライザーコントローラ５２は、光学センサ３６から光学ベースの信号を受信し、上述のように、光学ベースの信号に対応する画像データをナビゲーションコントローラ２２に通信できる。

【0102】

図４は、図５に示される例示的なトラッカー３８のアクティブマーカー５４によって発せられた光信号からローカライザーカメラ１８の二次元光学センサ３６のために生成できる画像データ１２０を示す。図示の例に示されるように、画像データ１２０は、ブロブ１２４を含む二次元画像１２２を示しうる。ブロブ１２４のそれぞれは、図５に示されるトラッカー３８のアクティブマーカー５４のうちの異なる１つから発せられた光信号から生成でき、画像１２２内の各ブロブ１２４のピクセル座標は、ブロブ１２４に対応する光信号が検出された光学センサ３６の像面上の位置に対応する。例えば、ブロブ１２４は、アクティブマーカー５４Ａから発せられた光信号から生成でき、ブロブ１２４Ｂは、アクティブマーカー５４Ｂから発せられた光信号から生成でき、以下同様に続く。

【0103】

再び図３を参照すると、ブロック１０６で、ローカライザーカメラ１８によって生成された画像データの各ブロブ１２４は、位置特定エンジン６６の実行時にナビゲーションコントローラ２２によってなど、ブロブ１２４に対応するトラッカー３８のアクティブマーカー５４に割り当てられうる。例えば、トラッカー３８のトラッカーコントローラ５６は、ナビゲーションコントローラ２２の方向になど、異なる時点及び／または速度でアクティブマーカー５４を発射するように構成でき、ローカライザーカメラ１８は、発射された各アクティブマーカー５４について異なる画像データを生成するように構成できる。したがって、ナビゲーションコントローラ２２は、受信した画像データの各インスタンスのブロブ１２４を、画像データが生成されたときに発射されるアクティブマーカー５４に相互に関連させることができる。

【0104】

さらなる例として、例えば、アクティブマーカー５４が同時に発射される場合、ナビゲーションコントローラ２２は、予め決定され、ナビゲーションコントローラ２２の不揮発性記憶装置６２にモデルデータ７６として格納できる光学センサ３６間の位置関係に基づいて、エピポーラジオメトリを画像データに適用することによってなど、光学センサ３６について同時に生成された画像データ内の同じマーカー５４に対応するブロブ１２４を相互に関連させるように構成できる。その後、ナビゲーションコントローラ２２は、ローカライザーカメラ１８に対して相互に関連するブロブ１２４の各グループの三次元位置を三角測量するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、各トラッカー３８のマーカー５４の所定のジオメトリを示すモデルデータ７６を、三角測量した位置に適用して、トラッカー３８の各マーカー５４に対応する三角測量した位置を識別し、相応してブロブを割り当てるように構成できる。

【0105】

例えば、６つの予め定義されたジオメトリのマーカー５４を有するトラッカー３８が手術作業空間内に存在すると仮定すると、ナビゲーションコントローラ２２は、６つの三角測量した位置の可能性がある各組み合わせを識別するように構成できる。可能性のある各組み合わせについて、ナビゲーションコントローラ２２は次に、組み合わせの三角測量した位置によって形成されたジオメトリが、トラッカー３８のマーカー５４の予め定義されたジオメトリに一致するかどうかを判断するように構成できる。一致する場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、ブロブに対応する三角測量した位置と、組み合わせの他の三角測量した位置との間の関係性を、予め定義されたジオメトリのマーカー５４の１つに適合させることによってなど、ブロブを生成したトラッカー３８のマーカー５４に、組み合わせの三角測量した位置を生成するために使用される各ブロブを割り当てるように構成できる。

【0106】

上述のように、ブロブを生成したトラッカー３８のマーカー５４にブロブを割り当てたことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８が貼り付けられた目標物の姿勢を決定するように構成できる。特に、すでに計算されていない場合、ナビゲーションコントローラ２２は、画像データ内でマーカー５４に割り当てられたブロブの位置、及び光学センサ３６間の所定の位置関係に基づいて、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８の各マーカー５４の位置を三角測量するように構成できる。ローカライザーカメラ１８に対するマーカー５４の位置は、ローカライザーカメラ１８に対するトラッカー３８の姿勢を示し、ナビゲーションコントローラ２２は次に、上述のように、マーカー５４の三角測量した位置、及びトラッカー３８と目標物との間の所定の位置関係に基づいて、ローカライザーカメラ１８に対する、トラッカー３８が貼り付けられた目標物の姿勢を決定するように構成できる。

【0107】

方法１００の以下のブロックは、追跡精度を改善するためにアクティブマーカー５４から発せられた光信号を最適化することに関係する場合がある。特に、アクティブマーカー５４から最善でない光信号を発すると、結果として、光学センサ３６が最善でないブロブを生成する場合があり、これは同様に最善でない追跡または不正確な追跡につながる場合がある。例えば、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度が、現在の照明条件、及びアクティブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の現在の距離にとって低すぎる場合、次にローカライザーカメラ１８は、アクティブマーカー５４を追跡する目的で光信号を適切に検出できない。代わりに、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度が高すぎる場合、次に光信号は各光学センサ３６の像面の１つ以上のピクセルを過飽和させる場合があり、これは、ナビゲーションコントローラ２２のアクティブマーカー５４を正確に追跡する能力に影響を及ぼす、画像データの望ましくないアーチファクトを引き起こす場合がある。

【0108】

一例として、図６は、光学センサ３６の１つ以上のピクセルの過飽和を引き起こすアクティブマーカー５４から発せられた光信号から光学センサ３６によって生成できる例示的な画像データ１３２を示す。図示の例に示されるように、画像データ１３２は、ブルーミングアーチファクト１３４及びスミアアーチファクト１３６など、過飽和によって引き起こされる望ましくないアーチファクトを含む場合がある。そのようなアーチファクトによって、ナビゲーションコントローラ２２は、ローカライザーカメラ１８に対するアクティブマーカー５４の三次元の位置を不正確に計算する場合があり、これは同様にアクティブマーカー５４が対応する目標物の不正確な追跡につながる場合がある。逆に、図７は、アクティブマーカー５４から発せられた最適な光信号から光学センサ３６によって生成できる例示的な画像データ１３８を示す。図示の例に示されるように、画像データ１３８は、円形であり、強度が一様である光信号から生成されたブロブ１２４Ｎを示す場合がある。

【0109】

再び図３を参照すると、ブロック１０８で、画像データのブロブ１２４の１つが選択でき、ブロック１１０で、選択されたブロブ１２４の１つ以上の特性が取得できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、オプティマイザ７０を介してなど、選択したブロブ１２４の強度特性、及び／またはサイズ特性、及び／または形状特性を識別できる。強度特性は、選択したブロブ１２４に対応する、光学センサ３６によって受信された光信号の大きさに対応でき、ブロブ１２４の最高ピクセル強度、ブロブ１２４の平均ピクセル強度、またはブロブ１２４の第１のモーメントとして決定できる。サイズ特性は、ブロブ１２４の面積に対応でき、ブロブ１２４を形成するピクセル数を数えることによって決定できる。選択したブロブ１２４の形状特性は、選択したブロブ１２４の周縁に対応でき、エッジ検出アルゴリズムを使用して決定できる。

【0110】

ブロック１１２で、取得した特性は対応する最適特性と比較でき、ブロック１１４で、比較に基づいて、ブロブが最適であるかどうかの判断を下すことができる。より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２の不揮発性記憶装置６２は、１つ以上の最適なブロブ特性を示す最適ブロブデータ８０を格納できる。最適ブロブデータ８０によって示された最適なブロブ特性は、手術ナビゲーションシステム１２が、ブロブを生成したマーカー５４を正確に位置特定することを可能にするブロブの特性に対応でき、したがって、ブロブがナビゲーションの目的に最適であるかどうかを判断するために取得した特性と比較できる。例えば、最適ブロブデータ８０は、取得した強度特性との比較のための最適な強度特性、取得したサイズ特性との比較のための最適なサイズ特性、及び／または取得した形状特性との比較のための最適な形状特性を示しうる。

【0111】

最適な各ブロブ特性は、対応する取得したブロブ特性を最適と見なすことができる最適値または最適値の範囲を示しうる。例えば及び限定することなく、最適な強度特性は、８０％、８５％、または９０％など、光学センサ３６のピクセルの完全な強度値の７５％以上かつ９５％以下である単一の強度値を示しうる。光学センサ３６のピクセルの完全な強度値は、過飽和になる前に所与のピクセルが適合できる最大光強度に相当しうる。取得した強度特性が、示されている最適な強度値以上または未満である場合には、取得した強度特性は最適とは見なされない場合がある。

【0112】

代わりに、最適な強度特性は、光学センサ３６のピクセルの完全な強度値の７５％など、低強度閾値、及び光学センサ３６のピクセルの完全な強度値の９５％など、高強度閾値によって定義された最適値の範囲を示す場合がある。この場合、取得した強度特性がより低い強度閾値以上かつより高い強度閾値以下である場合、取得した強度特性は最適と見なされ得る。代替の非限定的な例として、最適な強度特性は、光学センサ３６のピクセルの完全な強度値の６０％～９５％、８０％～９５％、または８５％～９５％の範囲を示す場合がある。最適なサイズ特性は、同様に、取得した特性を最適と見なすことができる面積値または面積値の範囲を示す場合がある。

【0113】

最適な形状特性は、最適な面積を有する最適な形状（例えば、円形）を示す場合があり、最適な比率値（例えば、１）またはより低い比率閾値（例えば、０．８）及びより高い比率閾値（例えば、１．２）によって定義される最適な比率値の範囲を示す場合がある。所与のブロブの取得した形状特性を最適な形状特性と比較するために、ナビゲーションコントローラ２２は、取得したブロブの形状を最適な形状特性の最適な形状と位置合わせし、最適な形状の外に広がる取得した形状の面積の、取得した形状の外に広がる最適な形状の面積との比率を計算するように構成できる。この計算された比率は、所与のブロブの取得した形状特性を少なくとも部分的に定義するために検討される場合がある。最適な形状特性が単一の最適な比率値を示す場合、次に、取得した形状特性を、計算された比率が最適な比率値に等しい場合に最適と見なすことができる。代わりに、最適な形状特性が最適な比率値の範囲を示す場合、次に、取得した形状特性を、計算された比率が低い比率閾値以上かつ高い比率閾値以下である場合に最適と見なすことができる。

【0114】

取得したブロブ特性が最善でない（ブロック１１４の「Ｎｏ」分岐）と判断したことに応えて、ブロック１１６で、ブロブ１２４に対応するアクティブマーカー５４から発せられた光信号は、アクティブマーカー５４に、将来の追跡で最適であるか、最適に近くなるブロブ特性の生成につながる光信号を発せさせるためになど、マーカー５４の将来の追跡のために調整できる。より詳細には、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度及び／または持続時間は調整できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、オプティマイザ７０を介してなど、マーカー５４の将来の追跡のためにアクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーコントローラ５６に調整させる制御信号を、アクティブマーカー５４のためのトラッカーコントローラ５６に通信するように構成できる。より具体的には、取得したブロブ特性が、対応する最適なブロブ特性によって定義された１つ以上の最適値よりも大きい場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーコントローラ５６に低減させる制御信号をトラッカーコントローラ５６に通信するように構成できる。代わりに、取得したブロブ特性が、対応する最適なブロブ特性によって定義された１つ以上の最適値未満である場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカーコントローラ５６に増加させる制御信号をトラッカーコントローラ５６に通信するように構成できる。

【0115】

アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度は、アクティブマーカー５４に印加される電流の大きさに比例する場合がある。したがって、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度を増加すべきである場合、次にトラッカーコントローラ５６に通信される制御信号によって、トラッカーコントローラ５６は、将来の追跡繰り返しにおいてアクティブマーカー５４に印加される電流を増加できる。逆に、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度を低減すべきである場合、次にトラッカーコントローラ５６に通信される制御信号によって、トラッカーコントローラ５６は、将来の追跡繰り返しにおいてアクティブマーカー５４に印加される電流を減少できる。アクティブマーカー５４から発せられた光信号の持続時間は、電流がアクティブマーカー５４に印加される持続時間に比例する場合があり、これは、同様により短いまたはより長い持続時間を生じさせるために調整できる。

【0116】

発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲は、取得した特性と最適特性との差に比例する場合がある。さらにまたは代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、取得したブロブ特性を最適にするように、発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲を決定するためにＰＩＤループ及び／または格納されたルックアップテーブルを実装するように構成できる。

【0117】

いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、他のタイプに優先して、取得した特定のタイプのブロブ特性を最適化するように構成できる。例えば、所与のブロブ１２４の場合、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の取得した強度特性を最初に最適化するように構成できる。取得した強度特性が最適化されたことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、次に取得したサイズ特性を最適化するように構成され得る。取得したサイズ特性が最適化されたことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、次に取得した形状特性を最適化するように構成できる。したがって、各追跡及び最適化の繰り返しの間、ナビゲーションコントローラ２２は、最高の優先順位のブロブ特性のタイプが最適であるかどうかを取得及びチェックするように構成できる。最適ではない場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、将来の繰り返しのためにブロブ特性のタイプを最適化するために、対応するアクティブマーカー５４から発せられた光信号を調整するように構成できる。最高の優先順位のブロブ特性のタイプが最適と判断された場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、次に高い優先順位のブロブ特性のタイプが最適であるかどうかを取得及びチェックするように構成でき、以下同様である。

【0118】

取得したブロブ特性が最適であると判断したこと（ブロック１１４の「Ｙｅｓ」分岐）、またはブロック１１６で対応するアクティブマーカー５４から発せられた光信号を調整したことに応えて、ブロック１１８で、画像データが、最適なブロブ特性にまだ照合されていない追加のブロブ１２４を含むかどうかの判断を行うことができる。含んでいる場合（ブロック１１８の「Ｙｅｓ」分岐）、次に方法１００はブロック１０８に戻って、追加のブロブ１２４を選択し、適宜、ブロック１１０から１１６を繰り返す場合がある。含んでいない場合（ブロック１１８の「Ｎｏ」分岐）、次に方法１００はブロック１０４に戻って、手術作業空間内のトラッカー３８のさらなる画像データを生成でき、以下同様である。したがって、所与のマーカー５４から発せられた光信号は、経時的に変化する場合があり、所与の外科的処置にわたって複数回調整される場合がある。

【0119】

いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、各ブロブ１２４を別々に最適化するよりむしろ、同じアクティブマーカー５４に対応する画像データのブロブ１２４をともに最適化するように構成できる。上述のように、ローカライザーカメラ１８によって生成された画像データは、各光学センサ３６の画像データを含むことができ、画像データの各インスタンスは、手術作業空間内の各アクティブマーカー５４のためのブロブが、画像データが取り込まれると光信号を発することを示す。上述のように決定できる、同じアクティブマーカー５４に対応する画像データ内のブロブの各セットについて、ナビゲーションコントローラ２２は、各ブロブの少なくとも１つの特性を取得するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、同じタイプ（例えば、強度、サイズ、形状）の取得した特性を結合して、タイプの取得した特性によって示された値を平均化することによってなど、ブロブのセットのタイプの結合ブロブ特性を形成するように構成できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、対応するブロブ１２４の取得した強度特性の強度値を平均化することによって対応するブロブ１２４のセットの結合ブロブ強度特性を決定し、対応するブロブ１２４の取得したサイズ特性によって示された面積を平均化することによって対応するブロブ１２４のセットの結合ブロブサイズ特性を決定し、対応するブロブ１２４の取得した形状特性によって示された比率を平均化することによって対応するブロブ１２４のセットの結合ブロブ形状特性を決定するように構成できる。

【0120】

ナビゲーションコントローラ２２は次に、各結合ブロブ特性を対応する最適なブロブ特性と比較して、結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断するように構成できる。最善でない場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、アクティブマーカー５４から発せられた光信号をトラッカー３８に調整させる制御信号を、結合ブロブ特性に対応するアクティブマーカー５４を含むトラッカー３８に通信するように構成できる。

【0121】

このために、ナビゲーションコントローラ２２はまた、上述のように、特定のタイプの結合ブロブ特性を最適化することを優先するように構成できる。例えば、同じアクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４のセットの場合、ナビゲーションコントローラ２２は、最高の優先順位であるタイプ（例えば、ブロブ強度）の結合ブロブ特性を最初に決定し、結合ブロブ特性を対応する最適特性と比較して、結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断するように構成できる。比較に基づいて、最高の優先順位の結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、結合ブロブ特性に対応するアクティブマーカー５４から発せられた光信号をトラッカー３８に調整させる制御信号をトラッカー３８に通信するように構成できる。

【0122】

逆に、比較に基づいて、結合ブロブ特性が最善であると判断したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、次に高い優先順位のタイプ（例えば、サイズ、形状）であるセット内の各ブロブの特性を取得し、これらの取得した特性を結合して、次に高い優先順位のタイプのさらなる結合ブロブ特性を形成し、さらなる結合ブロブ特性を、次に高い優先順位のタイプに対応する最適特性と比較して、さらなる結合ブロブ特性が最善でないかどうかを判断するように構成できる。比較に基づいて、さらなる結合ブロブ特性が最善でないと判断したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、対応するブロブ１２４に対応するアクティブマーカー５４から発せられた光信号をトラッカー３８に調整させる制御信号を、トラッカーに通信するように構成できる。

【0123】

いくつかの代替例では、ナビゲーションコントローラ２２は、光学センサ３６の指定された１つによって生成された画像データに示されたブロブ１２４など、アクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４のただ１つのみから取得されたブロブ特性に基づいて、各アクティブマーカー５４から発せられた光信号を最適化するように構成できる。

【0124】

いくつかの例では、異なるトラッカー３８は、異なる最適なブロブ特性に最適化できる。このために、最適ブロブデータ８０は、異なるトラッカー３８に対する１つ以上の最適なブロブ特性の異なるセットを示しうる。例えば、最適ブロブデータ８０は、１つのトラッカー３８のための光学センサ３６のピクセルの完全な強度値の９０％の最適な強度特性、別のトラッカー３８の光学センサ３６のピクセルの完全な強度値の８０％の最適な強度特性を示すことができ、以下同様である。

【0125】

この構成の下で、１つ以上のトラッカー３８のアクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４を示す画像データを受信したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８に特有の１つ以上の最適特性に基づいて、各トラッカー３８のアクティブマーカー５４にブロブ１２４を割り当てるように構成できる。より具体的には、ブロブ１２４が所与のトラッカー３８に対応するかどうかを判断するために、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の取得した特性と、トラッカー３８に特有の対応する最適特性との間の差を決定し、差が閾値（例えば、対応する最適特性の５％）未満であるかどうかを判断するように構成できる。閾値未満である場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４がトラッカー３８に対応すると判断し、上述のようにトラッカー３８のマーカー５４の予め定義されたジオメトリに基づいてなど、ブロブ１２４に対応するトラッカー３８のアクティブマーカー５４にブロブ１２４を割り当てるように構成できる。

【0126】

複数のタイプの特性が各ブロブ１２４について取得されたときなど、いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の取得した特性と、トラッカー３８に特有の対応する最適特性との間の各差が、対応する最適特性に基づいて決定された閾値（例えば、対応する最適特性の５％）未満であるかどうかを判断することによって、ブロブ１２４が所与のトラッカー３８に対応するかどうかを判断するように構成できる。代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の取得した特性と、トラッカー３８に特有の対応する最適特性との間の差の平均または差の平方和を決定し、そのような値が閾値未満であるかどうかを判断するように構成できる。閾値未満である場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４がトラッカー３８に対応すると判断し、上述のように、ブロブ１２４に対応するトラッカー３８のアクティブマーカー５４にブロブ１２４を割り当てるように構成できる。

【0127】

いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、同じアクティブマーカー５４に対応するとして識別したブロブ１２４の所与のセットのための１つ以上の結合ブロブ特性を決定し、結合ブロブ特性を、上記段落で説明した対応する最適特性と比較して、ブロブ１２４のセットが所与のトラッカー３８に対応するかどうかを判断するように構成できる。対応する場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４のセットがトラッカー３８に対応すると判断し、上述のようにトラッカー３８のマーカー５４の予め定義されたジオメトリに基づいてなど、ブロブ１２４に対応するトラッカー３８のアクティブマーカー５４にブロブ１２４のセットを割り当てるように構成できる。

【0128】

トラッカー３８が異なる最適特性に最適化されると、マーカー５４の実質的に同等な所定のジオメトリを有する複数のトラッカー３８が、手術作業空間内に存在する場合がある。言い換えると、手術作業空間内の同じ姿勢及び同じ発光特性を仮定すると、これらのトラッカー３８のマーカー５４の所定のジオメトリは、ナビゲーションコントローラ２２によって区別ができない場合がある。したがって、そのようなトラッカー３８を変化する最適特性に最適化することによって、ナビゲーションシステム１２が、そのようなトラッカー３８を区別することができる。

【0129】

トラッカー３８に特有の最適特性に基づいて所与のトラッカー３８のアクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４を決定したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、トラッカー３８の姿勢を追跡し、トラッカー３８に特有の最適特性に基づいてトラッカー３８のアクティブマーカー５４から発せられた光信号を最適化するように構成できる。

【0130】

いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、またもしくは代わりに、手術作業空間内のアクティブマーカー５４の決定した位置に基づいてトラッカー３８のアクティブマーカー５４から発せられた光信号を最適化するように構成できる。より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように画像データに基づいて手術作業空間内の各アクティブマーカー５４の位置を決定するように構成できる。手術作業空間内のアクティブマーカー５４の決定した位置及び／または最適特性に基づいて、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４の少なくとも１つから発せられた光信号をトラッカー３８に調整させる少なくとも１つの制御信号をトラッカー３８に通信するように構成できる。

【0131】

例えば、所与のトラッカー３８のアクティブマーカー５４のそれぞれについて、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４の１つ以上の取得した特性を、適合する最適特性と比較して、上述のように、ブロブ１２４が最善でないかどうかを判断するように構成できる。アクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４が最善でないと判断したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４の決定した位置に基づいてアクティブマーカー５４から発せられた光信号をトラッカー３８に調整させる制御信号をトラッカー３８に通信するように構成できる。

【0132】

より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２は、所与のアクティブマーカー５４の現在決定される位置を、手術作業空間内のアクティブマーカー５４の以前に決定した位置と比較して、アクティブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の距離が変化したかどうかを判断し、変化した場合は、アクティブマーカー５４から発せられた光信号を調整するように構成できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、距離の変化が、アクティブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の距離の増加を示すのか、それとも減少を示すのかを判断するように構成できる。距離の変化が増加を示す場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカー３８に増加させる制御信号をトラッカー３８に通信するように構成でき、距離が減少した場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をトラッカー３８に低減させる制御信号をトラッカーに通信するように構成できる。発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲は、距離の変化に比例する場合がある。さらにまたは代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、距離の変化に基づいて、発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲を決定するためにＰＩＤループ及び／または格納されたルックアップテーブルを実装するように構成できる。

【0133】

ナビゲーションコントローラ２２は、またあるいは代わりに、比較に基づいてアクティブマーカー５４の少なくとも１つを再配置するように構成されることによって、アクティブマーカー５４に対応するブロブ１２４の取得した特性の最適特性に対する比較に基づいて、手術作業空間内のアクティブマーカー５４の少なくとも１つから発せられた光信号を調整するように構成できる。より詳細には、図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、各トラッカー３８は、トラッカー３８のアクティブマーカー５４を再配置するために少なくとも１つのアクチュエータ９２を含みうる。例えば図示の例に示されるように、所与のトラッカー３８の各マーカー５４は、アクティブマーカー５４の狙いを定めるようにトラッカー３８の本体９４に対してマーカー５４を回転させるように構成された、マーカー５４に固定された専用のアクチュエータ９２を含みうる。マーカー５４がローカライザーカメラ１８に向かってさらに狙いが定められると、アクティブマーカー５４から発せられたより多くの光信号がローカライザーカメラ１８によって検出でき、マーカー５４がローカライザーカメラ１８からより遠く離れて狙いが定められると、アクティブマーカー５４から発せられたより少ない光信号がローカライザーカメラ１８によって検出できる。

【0134】

所与のトラッカー３８の各アクチュエータ９２は、トラッカー３８のトラッカーコントローラ５６に通信可能に結合され、トラッカー３８のトラッカーコントローラ５６によって操作できる。したがって、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８のトラッカーコントローラ５６に制御信号を通信することによってトラッカー３８のアクティブマーカー５４を再配置するように構成でき、トラッカー３８のトラッカーコントローラ５６は、同様に、アクティブマーカー５４に固定されたアクチュエータ９２を操作することによってローカライザーカメラ１８に対するマーカー５４の向きを変えてよい。例えば、図９Ａ及び図９Ｂは、ナビゲーションコントローラ２２が、図示されているアクティブマーカー５４を、矢印９６Ａによって表される方向に向くことから、矢印９６Ｂによって表される方向を向くことに変化させる例を示す。

【0135】

したがって、所与のトラッカー３８に対応する受信した画像データ内のブロブ１２４のそれぞれについて、ナビゲーションコントローラ２２はブロブ１２４の１つ以上の取得した特性を、対応する最適特性と比較して、上述のように、ブロブ１２４が最善でないかどうかを判断するように構成できる。比較に基づいて、ブロブ１２４が最善でないと判断したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブマーカー５４のさらなる繰り返しのために、ブロブ１２４に対応するアクティブマーカー５４をトラッカー３８に再配置させる制御信号をトラッカー３８に通信するように構成できる。

【0136】

一例として、各ブロブ１２４の取得した特性が取得した値を示し、対応する最適特性が少なくとも１つの最適値を示すと仮定すると、各ブロブ１２４について、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４について示された取得された値を少なくとも１つの最適値と比較して、取得した値が少なくとも１つの最適値よりも大きいかどうかを判断するように構成され得る。ブロブ１２４について取得した値が少なくとも１つの最適値よりも大きいことを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４に対応するアクティブマーカー５４をトラッカー３８にローカライザーカメラ１８から離して再配置させる制御信号をトラッカー３８に通信するように構成できる。逆に、ブロブ１２４について取得した値が少なくとも１つの最適値未満であることを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４に対応するアクティブマーカー５４をトラッカー３８にローカライザーカメラ１８に向かって再配置させる制御信号をトラッカー３８に通信するように構成できる。

【0137】

アクティブマーカー５４がローカライザーカメラ１８に向かってまたはローカライザーカメラ１８から離れて再配置される範囲は、取得した特性と最適特性との差に比例しうる。さらにまたは代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、取得した特性と最適特性との差に基づいてアクティブマーカー５４を再配置する範囲を決定するためにＰＩＤループ及び／または格納されたルックアップテーブルを実装するように構成できる。

【0138】

図８は、ローカライザーカメラ１８の１つ以上の最適なパラメータを調整することによって、手術作業空間内での目標物の追跡を最適化するための別の方法２００を示す。方法２００は、パッシブマーカー５４を含むパッシブトラッカー３８が手術作業空間内に存在するときに利用できる。方法２００は、ソフトウェア６４の実行時になど、手術ナビゲーションシステム１２によって、またはより詳細には、ナビゲーションコントローラ２２によって容易にされうる。効率のために、すでに上述された方法１００のブロックに相当する、方法２００のブロックの特定の詳細は、後述の段落で繰り返されない。

【0139】

ブロック２０２で、トラッカー３８は、追跡される目標物に対して配置できる。各トラッカー３８は、パッシブマーカー５４の所定のジオメトリを含みうる。ブロック２０４では、トラッカー３８は照明される場合がある。より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２は、光源５８から手術作業空間内にローカライザーコントローラ５２に光信号を発せさせる制御信号をローカライザーコントローラ５２に通信するように構成できる。ブロック２０６で、画像データは、パッシブマーカー５４によって発せられた光信号の反射に基づいて生成できる。具体的には、ローカライザーコントローラ５２は、発せられた光信号のパッシブマーカー５４による反射から生成されたパッシブマーカー５４のそれぞれに対応するブロブ１２４を示す画像を表す、各光学センサ３６の画像データを生成できる。各光学センサ３６の画像データ内の各ブロブ１２４のピクセル座標は、反射が検出された光学センサ３６の像面上の位置に相当しうる。ブロック２０８で、画像データに示された各ブロブ１２４は、上述の三角測量及び適合方法を使用してなど、ブロブ１２４に対応するトラッカー３８のパッシブマーカー５４に割り当てられることができる。

【0140】

ブロック２１０で、各ブロブ１２４の１つ以上の特性が取得できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、各ブロブ１２４に強度特性、及び／またはサイズ特性、及び／または形状特性を取得するように構成できる。その後、ブロック２１２で、取得したブロブ特性は、ナビゲーションコントローラ２２の不揮発性記憶装置６２に格納された最適ブロブデータ８０に示されたブロブ特性など、１つ以上の最適なブロブ特性と比較できる。ブロック２１４で、比較に基づいて、ブロブ１２４が最適であるかどうかの判断を行うことができる。

【0141】

ナビゲーションコントローラ２２は、取得した同じタイプ（例えば、強度、サイズ、形状）のブロブ特性を結合して、特性タイプの結合ブロブ特性を形成することによって、取得したブロブ特性を最適なブロブ特性と比較するように構成できる。例えば、ブロブ強度タイプ特性に関して、ナビゲーションコントローラ２２は、強度タイプ特性のための結合ブロブ特性として、ブロブ１２４の取得した強度特性によって示された強度値の平均を計算するように構成できる。ブロブサイズタイプ特性に関して、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブサイズタイプ特性のための結合ブロブ特性として、ブロブ１２４の取得したサイズ特性によって示された面積の平均を計算するように構成できる。ブロブ形状タイプ特性に関して、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ形状タイプ特性のための結合ブロブ特性として、ブロブ１２４の取得した形状特性によって示された比率の平均を計算するように構成できる。その後、ナビゲーションコントローラ２２は、結合ブロブ特性をその対応する最適なブロブ特性と比較して、上述のように結合ブロブ特性が最適であるかどうかを判断するように構成できる。

【0142】

所与のタイプのブロブ特性が最善でない（ブロック２１４の「Ｎｏ」分岐）と判断したことに応えて、ブロック２１６で、ローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータは調整できる。一例では、光源５８から発せられた光信号は、最適であるか、または最適により近いタイプの結合ブロブ特性の生成につながる光信号を、将来の追跡繰り返しにおいて、パッシブマーカー５４に伝達させるように調整できる。より具体的には、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように光源５８に印加される電流をローカライザーコントローラ５２に調整させる制御信号をローカライザーコントローラ５２に通信することによってなど、光源５８から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を調整するように構成できる。

【0143】

一例として、結合ブロブ特性が、対応する最適なブロブ特性によって定義される１つ以上の最適値よりも大きい値を示す場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、光源５８から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をローカライザーコントローラ５２に低減させる制御信号をローカライザーコントローラ５２に通信するように構成できる。逆に、結合ブロブ特性が、対応する最適なブロブ特性によって定義される１つ以上の最適値未満である値を示す場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、光源５８から発せられた光信号の強度及び／または持続時間をローカライザーコントローラ５２に増加させる制御信号をローカライザーコントローラ５２に通信するように構成できる。

【0144】

発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲は、取得した特性と最適特性との差に比例する場合がある。さらにまたは代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、取得したブロブ特性を最適にするように、発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲を決定するためにＰＩＤループ及び／または格納されたルックアップテーブルを実装するように構成できる。

【0145】

アクティブマーカー５４に関連して上述したのと同様に、ナビゲーションコントローラ２２は、他のタイプに優先して、特定のタイプの結合ブロブ特性の最適化を優先するように構成できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、結合強度特性を最初に最適化するように構成できる。結合強度特性が最適化されたことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、結合サイズ特性を最適化するように構成できる。結合強度特性が最適化されたことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、結合形状特性を最適化するように構成できる。各最適化の繰り返しの間、ナビゲーションコントローラ２２は、最高の優先順位の結合ブロブ特性のタイプが最適であるかどうかを取得及びチェックするように構成できる。最適ではない場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、結合ブロブ特性のタイプを最適化するために、ローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成できる。最高の優先順位の結合ブロブ特性のタイプが最適と判断された場合、次にナビゲーションコントローラ２２は、次に高い優先順位の結合ブロブ特性のタイプが最適であるかどうかを判断するように構成でき、以下同様である。

【0146】

いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２は、光源５８から変化する光信号を発することによって、パッシブトラッカー３８を自主的に追跡及び最適化するように構成でき、それぞれの発せられた光信号は、手術作業空間内で異なるトラッカー３８に対応する少なくとも１つの特性を有する。換言すれば、異なるトラッカー３８に対応する発せられた各光信号は、手術作業空間内の他のトラッカー３８に対応する、発せられた光信号の特性とは異なる、光強度特性または光持続時間特性あるいはそれらの両方など、少なくとも１つの特性を有しうる。

【0147】

手術作業空間内のトラッカー３８の変化する姿勢に基づいて、発せられた光信号に対してトラッカー３８の１つによって生成されたブロブ１２４の特性は、同じ光信号に対して他のトラッカー３８によって生成されたブロブ１２４の特性から変化する場合がある。これに対応して、異なるトラッカー３８は、異なる特性の発せられた光信号に応えて最適なブロブを生成できる。例えば、１つのトラッカー３８は、光源５８から発せられた光信号が光源５８の完全な強度レベルの９０％であるとき、最適なブロブ１２４を生成でき、別のトラッカー３８は、光源５８から発せられた光信号が、光源５８の完全な強度レベルの８０％であるとき、最適なブロブ１２４を生成でき、以下同様である。

【0148】

したがって、ナビゲーションコントローラ２２は、６０％～９５％の範囲の変化する強度レベルを有するなど、変化する特性を有する光信号を光源５８から発することと、発せられた光信号のパッシブマーカー５４による反射から生成されたパッシブマーカー５４のそれぞれのブロブ１２４を示す発せられた各光信号に対応する画像データをローカライザーカメラ１８から受信することを交互に行うことによって、トラッカー３８を追跡し、トラッカー３８の追跡を最適化するように構成できる。受信した画像データの各インスタンスは、各トラッカー３８のパッシブマーカー５４によって生成されたブロブ１２４を含む場合があるが、一方のトラッカー３８のパッシブマーカー５４に対応するブロブ１２４は、手術作業空間内のトラッカー３８の姿勢及び発せられた光信号の特性に基づいて、他方のトラッカー３８のパッシブマーカー５４に対応するブロブ１２４よりも最適により近い場合がある。

【0149】

したがって、各トラッカー３８について、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８のマーカー５４に対応する画像データの各受信したインスタンス内の各ブロブ１２４の特性を取得し、取得した特性を最適特性と比較して、受信した画像データのインスタンスのどれが最適に最も近いのかを判断するように構成できる。最適に最も近い受信した画像データのインスタンスを決定したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８に、受信した画像データのインスタンスに対応する光信号の特性を割り当て、トラッカー３８に割り当てられた光信号特性に基づいて、手術作業空間内のトラッカー３８の姿勢を追跡する将来の繰り返しを実行するように構成できる。

【0150】

したがって、各トラッカー３８は、特定の光特性を割り当てることができ、所与のトラッカー３８の姿勢を追跡するために、ナビゲーションコントローラ２２は、トラッカー３８に割り当てられた光特性を有する光信号を発することによってなど、トラッカー３８に特有の光源５８から光信号を発するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、上述のように、トラッカー３８に特有の発せられた光信号について受信した画像データに示されたブロブ１２４に基づいて、トラッカー３８の姿勢を追跡するように構成できる。

【0151】

ナビゲーションコントローラ２２はまた、一方のトラッカー３８に割り当てられた照明特性及び１つ以上の格納された最適特性に基づいて、一方のトラッカー３８のパッシブマーカー５４に対応するブロブ１２４を、他方のトラッカー３８のパッシブマーカー５４に対応するブロブと区別するように構成できる。より具体的には、所与のトラッカー３８に対応する少なくとも１つの特性を有する、光源５８から発せられた光信号に対応する画像データを受信したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、画像データによって示された各ブロブ１２４の少なくとも１つの特性を取得し、ブロブ１２４の取得した特性を１つ以上の最適特性と比較し、比較に基づいてブロブ１２４を区別することによって、所与のトラッカー３８に対応するブロブ１２４を手術作業空間内の他のトラッカー３８と区別するように構成できる。

【0152】

例えば、画像データによって示されたブロブ１２４のそれぞれについて、ナビゲーションコントローラ２２は、差の平均または差の平方和を計算することによって、ブロブ１２４の１つ以上の取得された特性と、対応する１つ以上の最適特性との差を決定するように構成できる。その後、ナビゲーションコントローラ２２は、決定した差が閾値未満であるかどうかを判断し、閾値未満である場合、ブロブ１２４が所与のトラッカー３８に対応すると判断するように構成できる。代替例では、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の取得した特性と、対応する最適特性との間の各差が閾値未満であると判断したことに応えて、ブロブ１２４が所与のトラッカー３８に対応すると判断するように構成できる。

【0153】

所与のトラッカー３８に対応するブロブ１２４を区別したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように所与のトラッカー３８の追跡を最適化するように、所与のトラッカー３８に割り当てられた、発せられた光信号の特性を調整するように構成できる。所与のトラッカー３８の追跡及び／または追跡の最適化の次の繰り返しにおいて、ナビゲーションコントローラ２２は、調整された特性を利用するように構成できる。上述したのと同様に、トラッカー３８が、変化する特性を有する光源５８から発せられた光信号を使用して追跡及び最適化されるとき、パッシブマーカー５４の実質的に同等な所定のジオメトリを有する複数のトラッカー３８が、手術作業空間内に存在する場合がある。

【0154】

いくつかの例では、ナビゲーションコントローラ２２はまた、手術作業空間内のトラッカー３８の追跡された姿勢に基づいて、ローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成されてもよい。より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように受信した画像データに基づいて手術作業空間内の各パッシブマーカー５４の位置を決定するように構成でき、画像データは、同様に手術作業空間内のトラッカー３８の姿勢を示しうる。決定した姿勢に基づいて、ナビゲーションコントローラ２２は、ローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成できる。例えば、ブロブ１２４の取得した特性を最適特性に比較し、ブロブ１２４が最善でないと判断したことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、パッシブマーカー５４の決定した位置に基づいてローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成できる。

【0155】

一例では、ナビゲーションコントローラ２２は、１つ以上のトラッカー３８のパッシブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の平均距離を決定し、この平均差を、パッシブマーカー５４の以前に計算された平均距離と比較して、パッシブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の平均距離の変化を決定するように構成されることによって、パッシブマーカー５４の決定した位置に基づいてローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成できる。ナビゲーションコントローラ２２は次に、平均距離の変化に基づいてローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整するように構成できる。

【0156】

例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、平均距離の変化が、パッシブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の平均距離の増加を示すのか、それとも減少を示すのかを判断するように構成できる。距離の変化が、パッシブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の平均距離の増加を示すことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、パッシブマーカー５４を照明するために光源５８から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加させるように構成できる。逆に、距離の変化が、パッシブマーカー５４とローカライザーカメラ１８との間の平均距離の減少を示すことに応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、パッシブマーカー５４を照明するために光源５８から発せられた光信号の強度及び／または持続時間を低減させるように構成できる。発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲は、平均距離の変化に比例する場合がある。さらにまたは代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、平均距離の変化に基づいて、取得したブロブ特性を最適にするように、発せられた光信号の強度及び／または持続時間を増加または低減させる範囲を決定するためにＰＩＤループ及び／または格納されたルックアップテーブルを実装するように構成できる。

【0157】

いくつかの例では、光源５８から発せられた光信号を調整することに加えてまたは光源５８から発せられた光信号を調整することの代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、マーカー５４から生成されたブロブ１２４を最適化するためにローカライザーカメラ１８の他のパラメータを調整するように構成できる。例えば、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の１つ以上の取得した特性の１つ以上の最適特性に対する比較に基づいて、ローカライザーカメラ１８の各光学センサ３６の電子開口時間を調整するように構成できる。より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、光学センサ３６に対して生成された画像データから各光学センサ３６について、及び各結合ブロブ特性について、１つ以上の結合ブロブ特性を形成し、結合ブロブ特性によって示された値を、対応する最適なブロブ特性によって示された最適値と比較するように構成され得る。結合ブロブ特性の値が最適値よりも大きいことを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、対応する光学センサ３６の電子開口時間を減少させるように構成でき、結合ブロブ特性の値が最適値未満であることを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、対応する光学センサ３６の電子開口時間を増加させるように構成できる。

【0158】

さらなる例として、ローカライザーカメラ１８はまた、各光学センサ３６に機械的なシャッター及び／または機械的な開口を含むことがあり、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４の１つ以上の取得した特性の１つ以上の最適特性に対する比較に基づいて、機械的なシャッターのシャッター時間を調整する、及び／または各光学センサ３６の機械的な開口の取り込みサイズを調整するように構成できる。より詳細には、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のように、光学センサ３６について生成された画像データから、各光学センサ３６の１つ以上の結合ブロブ特性を形成し、各結合ブロブ特性について、結合ブロブ特性によって示された値を、対応する最適なブロブ特性によって示された最適値と比較するように構成できる。結合ブロブ特性の値が最適値よりも大きいことを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、光学センサ３６の機械的なシャッターのシャッター時間及び／または機械的な開口の取り込みサイズを低減させるように構成でき、結合ブロブ特性の値が最適値未満であることを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、光学センサ３６の機械的なシャッターのシャッター時間及び／または機械的な開口の取り込みサイズを増加させるように構成できる。

【0159】

再び図８を参照すると、結合ブロブ特性のそれぞれが最適である（ブロック２１４の「Ｙｅｓ」分岐）と判断したことに応えて、またはブロック２１６でローカライザーカメラ１８の少なくとも１つの光学パラメータを調整したことに応えて、方法２００は、ブロック２０４に戻って、ローカライザーカメラ１８の光源５８を介してトラッカー３８を再び照明する場合がある。

【0160】

いくつかの例では、各トラッカー３８のパッシブマーカー５４は、手動で再配置可能であってよく、ナビゲーションコントローラ２２はまた、ブロブ１２４の取得した特性の最適特性に対する比較に基づいて、ディスプレイ２８、３０上になど、トラッカー３８の少なくとも１つのパッシブマーカー５４を再配置するためのガイダンスを決定及び表示するように構成できる。例えば、図１０及び図１０Ｂを参照すると、所与のトラッカー３８の各パッシブマーカー５４は、ユーザーが、パッシブマーカー５４をローカライザーカメラ１８に向かって及びローカライザーカメラ１８から離して狙いを定めるように、トラッカー３８の本体９４に対してパッシブマーカー５４を手動で回転させることを可能にする、回転可能なソケット９８に据え付けられうる。

【0161】

したがって、受信した画像データによって示されたブロブ１２４のそれぞれについて、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４に対応するパッシブマーカー５４にブロブ１２４を割り当て、ブロブ１２４の１つ以上の取得した特性を、１つ以上の最適な対応する最適特性と比較して、ブロブ１２４が最善でないかどうかを判断し、比較に基づいて、ブロブ１２４が最善でないと判断したことに応えて、ブロブ１２４に対応するパッシブマーカー５４を再配置するためのガイダンスを決定及び表示するように構成できる。

【0162】

例えば、各ブロブ１２４の取得した特性が取得した値を示し、対応する最適特性が最適値を示すと仮定すると、各ブロブについて、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４に対応するパッシブマーカー５４にブロブ１２４を割り当て、ブロブ１２４について示された取得した値を最適値と比較するように構成できる。ブロブ１２４のために取得した値が最適値よりも大きいことを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４に対応するパッシブマーカー５４をローカライザーカメラ１８から離して再配置するためのガイダンスを決定及び表示するように構成できる。逆に、ブロブ１２４のために取得した値が最適値未満であることを示す比較に応えて、ナビゲーションコントローラ２２は、ブロブ１２４に対応するパッシブマーカー５４をローカライザーカメラ１８に向かって再配置するように構成できる。

【0163】

いくつかの手術環境は、パッシブトラッカー３８とアクティブトラッカー３８の両方を組み込むことができる。この場合、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブトラッカー３８を最適化するための上述のプロセスと、パッシブトラッカー３８を最適化するための上述のプロセスとの両方を実装するように構成できる。一例では、ナビゲーションコントローラ２２は、上述のプロセスを使用して、アクティブ及びパッシブトラッカー３８を最適化すること及び追跡することを交互に行うように構成できる。代わりに、ナビゲーションコントローラ２２は、アクティブトラッカー３８のマーカー５４に、異なる周波数で光信号を光源５８から発せられた光信号として発せさせて、トラッカー３８のタイプ間の干渉を低減させ、トラッカー３８のタイプ間の区別を改善することによって、及び／または異なるトラッカータイプの１つ以上の最適なブロブ特性の変化するセットを利用して、そのような区別をさらに容易にすることなどによって、プロセスの追跡と最適化の両方を同時に実装するように構成できる。

【0164】

一般に、上述の説明の態様を実装するために実行されるルーチンは、オペレーティングシステムの一部として実装されるのか、それとも特定のアプリケーション、コンポーネント、プログラム、オブジェクト、モジュール、もしくは命令のシーケンス、またはそれらのサブセットとして実装されるのかに関わりなく、本明細書では「コンピュータプログラムコード」または単に「プログラムコード」と呼ばれる場合がある。プログラムコードは、コンピュータにおいて、様々な時点で様々なメモリ及び記憶装置内に常駐し、コンピュータ内の１つ以上のプロセッサによって読み取られ、実行されると、そのコンピュータに、本明細書の様々な態様を具現化する動作及び／または要素を実行するために必要な動作を実行させるコンピュータ可読命令を含みうる。明細書の様々な態様の動作を実行するためのコンピュータ可読プログラム命令は、例えばアセンブリ言語、または１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで作成されたソースコードもしくはオブジェクトコードのどちらかであってよい。

【0165】

本明細書に説明されるアプリケーション／モジュールのいずれかに具現化されたプログラムコードは、様々な異なる形式でプログラム製品として個別にまたは集合的に配布できる場合がある。特に、プログラムコードは、プロセッサに明細書の態様を実施させるためのコンピュータ可読プログラム命令を有するコンピュータ可読記憶媒体を使用して配布できる。

【0166】

本質的に非一時的であるコンピュータ可読記憶媒体は、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、または他のデータなどの情報の格納のための任意の方法または技術で実装された揮発性及び不揮発性、ならびに取り外し可能及び取り外し不可能な有形媒体を含みうる。コンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリもしくは他のその他のソリッドステートメモリ技法、携帯用コンパクトディスク読み出し専用記憶装置（ＣＤ－ＲＯＭ）、または他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または所望の情報を格納するために使用することができ、コンピュータによって読み取ることができる任意の他の媒体をさらに含みうる。コンピュータ可読記憶媒体は、一時的な信号（例えば、電波もしくは他の伝播する電磁波、導波管のような伝送媒体を介して伝播する電磁波、またはワイヤを介して伝送される電気信号）そのものとして解釈されるべきではない。コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ可読記憶媒体から、コンピュータ、別のタイプのプログラマブルデータ処理装置、もしくは別のデバイスに、またはネットワークを介して外部コンピュータもしくは外部記憶装置にダウンロードできる。

【0167】

コンピュータ可読媒体に格納されるコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のタイプのプログラム可能データ処理装置、または他のデバイスに特定の方法で機能するように指示するために使用されてもよく、これによりコンピュータ可読媒体に記憶される命令は、フローチャート、シーケンス図、及び／またはブロック図に指定される機能／行為を実施する命令を含む製造品を製造する。コンピュータプログラム命令は、１つ以上のプロセッサを介して実行する命令によって、一連の計算が実行されて、本明細書に記載のフローチャート、シーケンス図、及び／またはブロック図に指定される機能及び／または行為を実装させるように１つ以上のプロセッサに提供できる。

【0168】

特定の代替形態では、フローチャート、シーケンス図、及び／またはブロック図に指定される機能及び／または行為は、本発明の範囲を逸脱することなく、並べ替えができ、連続して処理でき、及び／または同時に処理できる。さらに、フローチャート、シーケンス図、及び／またはブロック図のいずれも、本明細書で図示されているものよりも多いまたは少ないブロックを含みうる。

【0169】

本明細書に使用される用語は、特定の例を説明する目的のみであり、制限するように意図されるものではない。本明細書で使用する場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が別途明らかに示さない限り、複数形も含むことを意図する。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で使用されるとき、述べられる特性、整数、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特性、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されよう。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「伴う（ｗｉｔｈ）」、「から構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅ ｏｆ）」、またはそれらの変形例が、発明を実施するための形態または特許請求の範囲のいずれかで使用される程度に、そのような用語は、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の方式で包括的であることが意図される。

【0170】

様々な例の説明が提供され、かつこれらの例はかなり詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に制限またはいかなる形でも限定することは、出願人の意図ではない。追加の利及び修正は、当業者には容易に明らかであろう。したがって、本発明のより広い態様は、特定の詳細、代表的な装置及び方法、ならびに図示及び説明されている例示的な例に限定されない。したがって、出願人の一般的な発明概念の趣旨または範囲から逸脱することなく、そのような詳細からの逸脱がなされてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【国際調査報告】