特表 2025-503722 ３Ｄ表面スキャナを有するナビゲーションシステムおよびナビゲーション方法

(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】2025-02-04

(54)【発明の名称】３Ｄ表面スキャナを有するナビゲーションシステムおよびナビゲーション方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 34/20 20160101AFI20250128BHJP

   A61B 17/56 20060101ALI20250128BHJP

【ＦＩ】

A61B34/20

A61B17/56

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024542133

(86)(22)【出願日】2023-01-11

(85)【翻訳文提出日】2024-09-13

(86)【国際出願番号】 EP2023050566

(87)【国際公開番号】W WO2023135178

(87)【国際公開日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】102022100923.8

(32)【優先日】2022-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(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．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ

(71)【出願人】

【識別番号】524224364

【氏名又は名称】ビー・ブラウン・ニュー・ベンチャーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｂ． Ｂｒａｕｎ Ｎｅｗ Ｖｅｎｔｕｒｅｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100184343

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 茂雄

(74)【代理人】

【識別番号】100112911

【弁理士】

【氏名又は名称】中野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】サルベスタニ，アミル

【テーマコード（参考）】

4C160

【Ｆターム（参考）】

4C160LL27

4C160LL28

4C160LL29

(57)【要約】

本開示は、患者（Ｐ）に対する外科的介入中に使用するための外科用ナビゲーションシステム（１）であって、少なくとも患者（Ｐ）、および好ましくは少なくとも１つの医療器具（４）を追跡するように適合された追跡システム（２）と、対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像（８）を作成するように適合された３Ｄ表面スキャナ（６）であって、３Ｄ表面スキャナ（６）は、追跡システム（２）によって、特に付属の追跡装置（１０）を介して追跡される、３Ｄ表面スキャナ（６）と、制御ユニット（１２）とを備え、制御ユニット（１２）は、３Ｄ表面記録（８）と、検出された３Ｄ表面スキャナ（６）および患者（Ｐ）の検出および追跡された姿勢とを処理し、３Ｄ表面スキャナ（６）の検出および追跡された姿勢を用いて、患者（Ｐ）に対する３Ｄ表面記録（８）の姿勢を決定し、決定された姿勢における患者（Ｐ）の仮想デジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を３Ｄ表面記録（８）で補足し、ナビゲーションのために対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造により補足された現在のデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を提供するために、出力装置（１６）、特に手術室モニタを介して、外科用ナビゲーションのための患者（Ｐ）の補足されたデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）のビューを視覚的に出力するように適合されている、外科用ナビゲーションシステム（１）に関する。さらに、本開示は、代替的な独立請求項に係る、手術ロボット（１０２）を有する手術支援システム（１００）、ナビゲーション方法、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者（Ｐ）に対する外科的介入に使用するための外科用ナビゲーションシステム（１）であって、
少なくとも患者（Ｐ）、および好ましくは少なくとも１つの医療器具（４）を追跡するように適合された追跡システム（２）と、
対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像（８）を作成するように適合された３Ｄ表面スキャナ（６）であって、前記３Ｄ表面スキャナ（６）は、前記追跡システム（２）によって、特に付属の追跡装置（１０）を介して追跡される、前記３Ｄ表面スキャナ（６）と、
制御ユニット（１２）と
を備え、
前記制御ユニット（１２）は、
前記３Ｄ表面画像（８）と、検出された前記３Ｄ表面スキャナ（６）および患者（Ｐ）の検出および追跡された姿勢とを処理し、
前記３Ｄ表面スキャナ（６）の検出および追跡された姿勢を介して、患者（Ｐ）に対する前記３Ｄ表面画像（８）の姿勢を決定し、特定の姿勢における患者（Ｐ）の仮想デジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を前記３Ｄ表面画像（８）で補足し、
ナビゲーションのために対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造により補足された最新のデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を提供するために、出力装置（１６）、特に手術室モニタを介して、外科用ナビゲーションのための患者（Ｐ）の補足されたデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）のビューを視覚的に出力する
ように適合されている、外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項2】

前記ナビゲーションシステム（１）の前記３Ｄ表面スキャナ（６）は、前記３Ｄ表面スキャナ（６）を手動で案内し、様々な姿勢で前記３Ｄ表面画像（８）を作成するためのハンドル（１８）と、好ましくは無線通信モジュール（２０）とを備える、または
前記３Ｄ表面スキャナ（６）は、特に前記ナビゲーションシステム（１）の保持アームに取り付けるための取り付け部を有する、または
前記外科用ナビゲーションシステム（１）は、前記３Ｄ表面スキャナ（６）の少なくとも１つの所定の姿勢で前記３Ｄ表面画像（８）を自動的に作成するために、特にスイープアルゴリズムまたはパターンに従って前記３Ｄ表面スキャナ（６）の複数の姿勢で複数の３Ｄ表面画像（８）を作成するために、前記３Ｄ表面スキャナ（６）がエンドエフェクタとして接続されるロボットアームを有するロボットを備えることを特徴とする請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項3】

前記３Ｄ表面スキャナ（６）は、特に、対象の解剖学的領域の３Ｄ点群を３Ｄ表面画像（８）として作成するために、構造化光用のエミッタと、光を検出するためのＲＧＢセンサとを有し、および／またはステレオカメラを有し、および／またはＴｏＦカメラを有し、および／またはＬＩＤＡＲスキャナを有することを特徴とする請求項１または２に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項4】

前記追跡システム（２）は、光学追跡システムおよび／またはＥＭ追跡システムを有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項5】

膝を含む患者（Ｐ）の脚部の仮想デジタル３Ｄ解剖モデル（１４）は、前記ナビゲーションシステム（１）の記憶装置に格納され、前記３Ｄ表面スキャナ（６）を有する前記ナビゲーションシステム（１）が、膝関節の３Ｄ表面画像（８）を作成するように適合されており、
この目的のための前記ナビゲーションシステム（１）は、骨を追跡するために脛骨上および大腿骨上に強固に配置されるように適合された脛骨追跡装置（２４）および別個の大腿骨追跡装置（２６）を備え、
前記制御ユニット（１２）は、追跡された前記脛骨追跡装置（２４）と前記大腿骨追跡装置（２６）とに基づいて、追跡された前記脚部に前記３Ｄ表面画像（８）を関連付けるように適合されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項6】

前記制御ユニット（１２）は、点（３０）、軸（２８）、および面（８）の組み合わされたデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を得るために、特に前記ナビゲーションシステム（１）のポインタを介して、ランドマークポイント（３０）、特に股関節の中心、膝関節の中心、膝蓋骨の中心、脛骨の中心、および／または足首の中心によって、患者（Ｐ）の前記デジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を補足するように適合されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項7】

前記制御ユニット（１２）は、個々の３Ｄ表面画像（８）に基づいて、全体画像として拡張されたおよび／またはより精密な３Ｄ表面画像（８）を得るために、前記３Ｄ表面スキャナ（６）の少なくとも２つの異なる姿勢で少なくとも２つの３Ｄ表面画像（８）を処理するように適合されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項8】

前記３Ｄ表面スキャナ（６）は、患者（Ｐ）に体腔内に挿入されるように適合されており、特に、最大幅および最大高さ、特に好ましくは最大寸法が１０ｃｍであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項9】

前記外科用ナビゲーションシステム（１）は、前記３Ｄ表面スキャナ（６）が一体化された外科用内視鏡を有し、特に前記外科用内視鏡の先端側内視鏡ヘッドに３Ｄ表面スキャナ（６）が一体化されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項10】

介入計画に従ったインプラントを有する患者（Ｐ）の前記３Ｄ解剖モデル（１４）が前記ナビゲーションシステム（１）の記憶装置（２２）に記憶されており、
前記制御ユニット（１２）は、前記３Ｄ表面スキャナ（６）による３Ｄ表面画像（８）を介して、前記介入計画に従った前記インプラントの姿勢に対する実際の前記インプラントの姿勢を手術中に検証し、逸脱が生じた場合に出力装置（１６）を介して警告または逸脱情報を出力するように適合されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項11】

前記制御ユニット（１２）は、前記３Ｄ表面画像（８）内の対象の予め定義された構造、特に骨を認識し、対象の予め定義された構造のみで前記デジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を補足するように適合されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか１項に記載のナビゲーションシステム（１）と、医療用エンドエフェクタ（１０４）を有する医療用ロボット（１０２）とを備える、手術支援システム（１００）。

【請求項13】

患者（Ｐ）における外科的介入、特に膝関節形成術において、好ましくは請求項１から１１のいずれか１項に記載の外科用ナビゲーションシステム（１）において使用するためのナビゲーション方法であって、
ナビゲーションシステム（１）の追跡システム（２）を介して、患者（Ｐ）、および好ましくは少なくとも１つの医療器具を追跡し、
３Ｄ表面スキャナ（６）により、対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像（８）を作成し、前記追跡システム（２）により、特に付属の追跡装置（１０）を介して、前記３Ｄ表面スキャナ（６）を追跡し、
前記制御ユニット（１２）により、前記３Ｄ表面スキャナ（６）の検出された姿勢を介して、患者（Ｐ）に対する前記３Ｄ表面画像（８）の姿勢を決定し、
前記制御ユニット（１２）によって、特定の姿勢における患者（Ｐ）のデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を前記３Ｄ表面画像（８）で補足し、
ナビゲーションのために対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造で補足された手術中の最新のデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を提供するために、出力装置（１６）を介して、特に手術室モニタを介して、外科用ナビゲーションのための患者（Ｐ）の補足されたデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）の視覚的ビューを出力する
ことを含むことを特徴とする、ナビゲーション方法。

【請求項14】

３Ｄ表面スキャナ（６）の第１姿勢における大腿骨の前面の３Ｄ表面画像（８）を、特にロボット誘導型３Ｄ表面スキャナ（６）を介して作成し、
追跡システム（２）により、前記３Ｄ表面スキャナ（６）と大腿骨上の大腿骨追跡装置（２６）との姿勢を検出し、
前記３Ｄ表面スキャナ（６）の第２姿勢における脛骨の、特に前面の、前記３Ｄ表面画像（８）を、特にロボット誘導により、作成し、
前記追跡システム（２）により、前記３Ｄ表面スキャナ（６）と脛骨上の脛骨追跡装置（２４）の姿勢を検出し、
制御ユニット（１２）により、患者（Ｐ）のデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）を姿勢補正３Ｄ表面画像（８）で補足する
ことを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載のナビゲーション方法。

【請求項15】

コンピュータによって実行されると、請求項１３または１４に記載のナビゲーション方法の方法ステップを前記コンピュータに実行させる命令を含む、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、患者に対する外科的介入中、特に膝関節手術中のナビゲーションのための外科用ナビゲーションシステムに関する。さらに、本開示は、独立請求項の前提部に係る手術支援システム、ナビゲーション方法、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

現在の外科用ナビゲーションシステムは、実質的に、外科用ナビゲーションシステムの２つのグループ／タイプ／クラスまたは種類に分けることができる。

【0003】

ナビゲーションシステムの第１のグループは、イメージ支援型またはピクチャ支援型ナビゲーションであり、介入が実行される前に手術前に作成され保存されるコンピュータ断層画像（ＣＴ画像）、磁気共鳴画像（ＭＲ画像）、Ｘ線画像、または超音波画像などの画像を使用する。これらの画像は、その後、器具またはインプラントのナビゲーションを可能にするために、介入前および介入中の患者の姿勢と比較されなければならない。

【0004】

ナビゲーションシステムの第２のグループは、イメージレスまたはピクチャレスナビゲーションであり、（手術前の）画像なしで機能する。このナビゲーションシステムの第２のグループは、患者への介入中に、患者の基本的な（幾何学的な）仮想またはデジタルモデルを作成し、通常、ナビゲーションプローブおよびポインタによる解剖学的ランドマークポイントまたは方位ポイントのスイープ、または例えば運動学的な解析によって実行される。このような３Ｄ解剖モデルは、コンピュータ支援システムで重要な解剖学的ポイントをデジタルで再現し、外科医のナビゲーションを可能にする。

【0005】

しかし、イメージベースのナビゲーションシステムの欠点は、複雑で時間のかかる登録を必要とすることであり、特に膝の手術または開頭手術の場合、必要な精度が得られないことが多い。

【0006】

対照的に、イメージレスナビゲーションシステムの第２のグループは、手術前撮像または手術中登録を必要としないが、患者の解剖学的構造の非常に大まかで基本的なデジタル３Ｄモデル（デジタル３Ｄ解剖モデル）、例えば膝の手術中の脚の軸モデルのみを参照として使用するという欠点がある。少なくとも脚の大まかな３Ｄ（概観）モデルを得るために、脚の実際の３次元（３Ｄ）構造は、（３次元）空間における直線（２次元構造）を使って、単純化およびモデル化される。この幾何学的な模式的な３Ｄモデルは、その後、コンピュータ支援システムでさまざまな角度から見ることができる。

【発明の概要】

【0007】

したがって、本開示の目的および目標は、従来技術の欠点を回避するか、または少なくとも低減することであり、特に、改善されたより柔軟なナビゲーションを可能にし、特に、その後の手術中登録を伴う手術前撮像／画像を必要とせず、例えば、器具またはインプラントの位置合わせを可能にするために、ナビゲーションの基準として、患者の対象の介入領域について十分に正確な患者の体腔内３Ｄ画像を提供する、外科用ナビゲーションシステム、手術支援システム、ナビゲーション方法、およびコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することである。特に、可能な限り使いやすいナビゲーションシステムで、より良い、より迅速な、より柔軟な、より正確なナビゲーションを提供し、手術中の介入領域の対象の解剖学的構造の３次元検出と視覚化を可能にすることが目的である。

【0008】

これらの目的は、本発明に係る汎用外科用ナビゲーションシステムに関して請求項１の特徴により解決され、本発明に係る汎用手術支援システムに関して請求項１２の特徴により解決され、本発明に係るナビゲーション方法に関して請求項１３のステップにより解決され、本発明によるコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関して請求項１５の特徴により解決される。

【0009】

したがって、本開示の基本的な考え方は、外科用ナビゲーションシステムが、介入が行われる患者の少なくとも１つの身体部分（の姿勢）の位置を突き止めるかまたは特定するための（特にナビゲーションカメラを有する）追従システム／追跡システムと、３Ｄ表面スキャナとを備え、特に、追従システム／追跡システムと、３Ｄ表面スキャナとから構成されることである。さらに、ナビゲーションシステムは、好ましくは、介入用の医療器具を備えていてもよい。３Ｄ表面スキャナ、特に３Ｄ表面スキャナカメラは、介入中において、患者を切開した後、手術中に３Ｄ表面画像を作成し、これを使用して患者の内部解剖学的構造のデジタル３Ｄ表面モデル（患者のデジタル３Ｄ解剖モデル）を作成するか、または患者の既存の３Ｄ解剖モデルを補足するために、使用され、このモデルは、最終的にナビゲーション用の参照として機能し、特に、器具またはインプラントを目標位置まで誘導するために、使用されてもよい。

【0010】

特に、本開示に係る外科用ナビゲーションシステムは、特にナビゲーションカメラを備えた追従システム、好ましくは患者を追従するための１つまたは複数の追跡装置、および好ましくは器具またはインプラントを追従／追跡するための１つまたは複数の追跡装置を備える。さらに、ナビゲーションシステムは、追従システム／追跡システムによって追跡可能な（または、空間内で姿勢が検出可能な）３Ｄ表面スキャナを備え、特に、追従システム（ナビゲーションカメラ）によって、スキャンされた体腔内解剖学的３Ｄ表面の位置、特に位置と向きと（すなわち、姿勢）を（追跡装置を介して）（間接的に）検出し、特定するために、追跡装置／マーカーを備えている。追跡システムが、患者の身体部分の姿勢と３Ｄ表面画像の姿勢の両方を検出するため、３Ｄ表面画像への患者（または対象の身体部分）の相対変換を確立し、３Ｄ表面画像の姿勢を患者に関連付けることができる。３Ｄ表面スキャナは、対象の解剖学的領域をターゲットとし、またはその領域に位置合わせされ、この領域の３Ｄ表面画像を検出する。これにより、デジタル３Ｄ表面モデルが得られ、患者の３Ｄ解剖モデルに統合される。この３Ｄ表面画像は、３Ｄ表面スキャナを、例えば手動で、あるいはロボットアームで制御して移動させることにより、他の解剖学的領域を含むように拡張することもできる。実際の解剖学的３Ｄ表面を（デジタル）３Ｄ表面画像として検出する間（すなわち同時に）、３Ｄ表面スキャナ、特に３Ｄスキャンカメラは、空間（位置および／または向き）において位置を特定され、３Ｄ表面画像はこれに基づいて、特に患者に設けられた患者追跡装置の助けを借りて、患者と関連付けられる。特に、患者に対する３Ｄ表面画像の位置および／または向きが決定される。言い換えれば、ナビゲーションシステムは、したがって、特に、追跡システム（位置特定システム）と、患者に取り付けられた少なくとも１つの追跡装置と、追跡装置を備えた３Ｄ表面スキャナとを備え、３Ｄ表面スキャナは、特に３Ｄ表面スキャニングカメラとして、患者の目標とする内部解剖学的構造の３Ｄ表面画像を作成し、３Ｄ表面スキャナは、患者に対して位置を特定される。３Ｄ表面画像は、制御ユニットまたはコンピュータシステムに送信される。ナビゲーションシステムは、出力装置、特にディスプレイを備えており、３Ｄ表面画像によって補足された３Ｄ解剖モデルは、患者の手術前画像を使用する必要がなく、ナビゲーションされる器具またはインプラントを位置決めするための基準として使用できる。

【0011】

この３Ｄ表面画像は（生成された３Ｄ表面として）制御ユニットに提供されるか、（制御ユニットとして）適合されたコンピュータシステムに送信される。ナビゲーションシステムはさらに、視覚的出力用の出力装置、特にディスプレイ（手術室モニタなど）を備えている。制御ユニットまたはコンピュータシステムは、患者のデジタル３次元（３Ｄ）解剖学的モデル（患者の３Ｄ解剖モデル）を作成し、補足する。この３Ｄ解剖モデルは、触診／触知された解剖学的ランドマークポイントによって、またはランドマークポイントが既に存在する状態で、任意に補足できる。コンピュータシステムまたは制御ユニットは、例えば、整形外科用人工関節を目標姿勢に視覚的に位置決めすることにより、介入の計画とナビゲーションを可能にする。介入中、本開示のナビゲーションシステムは、その後、患者の３Ｄ解剖モデルに対するナビゲートされた器具またはインプラントの現在の位置および／または向き、特に姿勢を、任意に含まれ表示可能な介入計画とともに表示し、外科医が器具またはインプラントを最適に誘導し位置決めして患者に最良の結果をもたらすことができるようにする。

【0012】

したがって、本外科用ナビゲーションシステムは、イメージベースナビゲーションおよびイメージレスナビゲーションの技術の利点を組み合わせて、可能な限り最良に使用できるため、外科用ナビゲーションシステムは、手術前の画像／撮像とその後の手術中登録を必要としないが、特に、可能な限り最良の介入結果を得るために器具またはインプラントを可能な限り最良の方法で位置合わせするために、参照として患者の正確な３Ｄモデル（３Ｄ解剖モデル）を依然として有する。外科用ナビゲーションシステムは、特に、骨の正確な形状と配置を記録し、ナビゲーションに利用できるようにしなければならない整形外科用ナビゲーションにおいて、その利点を発揮する。

【0013】

さらに換言すれば、患者に対する外科的介入に使用するための外科用ナビゲーションシステムが開示されており、外科用ナビゲーションシステムは、介入が行われる対象の患者の少なくとも身体部分、特に患者全体、および好ましくは少なくとも１つの医療器具を、その姿勢に関して検出および追跡するように適合された追跡システム／追従システム／位置特定システムと、対象の患者の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像（ある意味、３Ｄ空間における２Ｄ表面構造）を作成するように適合された３Ｄ表面スキャナであって、３Ｄ表面スキャナが追跡システムによって、特に付属の追跡装置を介して追跡される、３Ｄ表面スキャナと、制御ユニットとを備え、制御ユニットは、３Ｄ表面画像と、追跡された３Ｄ表面スキャナおよび追跡された患者（またはその身体部分）の検出および追跡された姿勢を処理し、３Ｄ表面スキャナの検出および追跡された姿勢を介して、患者に対する３Ｄ表面画像の位置と向き（すなわち姿勢）を決定し、特定の位置と向き（すなわち姿勢）で、特に記憶装置に格納されている患者の仮想デジタル３Ｄ解剖モデル（または、少なくとも対象の身体部分のデジタル３Ｄ解剖モデル）を（相関関係のある方法で）（局所的な）３Ｄ表面画像で補足し、ナビゲーションのために対象の患者の体腔内解剖学的構造で補足された最新のデジタル３Ｄ解剖モデルを提供するために、出力装置、特に手術室モニタを介して、外科用ナビゲーションのために補足された患者のデジタル３Ｄ解剖モデルのビューを視覚的に出力するように、適合／構成されている。

【0014】

ナビゲーションシステムの３Ｄ表面スキャナは、高速かつ高精度で動作し、コスト効率が高く、取り扱いが簡単で、特に医療技術分野での使用に適している。したがって、これらの利点はナビゲーションシステムにも及ぶ。特に、構造化光を用いた３Ｄ表面スキャナは、脊髄や神経ナビゲーションに使用でき、介入中に標的の患者の解剖学的構造の３Ｄ表面画像を作成できる。また、これは、介入前に取得されたＣＴ画像またはＭＲ画像などの手術前データの登録にも使用できる。特に、３Ｄ表面スキャナは、３Ｄ点群を作成し、好ましくはカラーマップを重ね合わせるために使用できる。

【0015】

この外科用ナビゲーションシステムは、さまざまな適応症に使用できる。例えば、膝の手術では、膝を切開して露出させた後、膝関節の関節面の３Ｄ表面画像を作成することに使用できる。特に、この遠位大腿骨の３Ｄ表面画像は、大腿骨追跡装置の基準に対して検出でき、一方で、近位脛骨の３Ｄ表面画像は、脛骨追跡装置の基準に対して検出できる。大腿骨および脛骨の３Ｄ表面画像は、任意で、股関節の中心、膝関節の中心、膝蓋骨の中心、脛骨の中心、足首の中心などの解剖学的配向点によって補足でき、または既存の解剖学的配向点を有する患者の３Ｄ解剖モデルを３Ｄ表面画像によって補足できる。少なくとも１つの３Ｄ表面画像と、好ましくは解剖学的ランドマークとが検出されると、特に人工膝関節は、生体力学的軸と意図したアライメントで位置決めできる。大腿骨と脛骨の３Ｄ表面画像は、特に精密な人工関節の位置決めとサイジングを可能にする。

【0016】

例えば股関節の手術の場合、外科用ナビゲーションシステムは寛骨臼の３Ｄ表面画像を作成し、患者のイメージレスかつランドマークベースのデジタル３Ｄ解剖モデルを寛骨臼の３Ｄ表面画像で補足できる。これにより、ソケットアライメント中の解剖学的な角度および距離を視覚化できるだけでなく、骨構造に対するソケットインプラントの適合やアライメントを視覚的に確認できる。

【0017】

用語「位置」とは、３次元空間における幾何学的な位置を意味し、特にデカルト座標系の座標によって特定される。特に、位置は、３つの座Ｘ、Ｙ、Ｚで特定できる。

【0018】

用語「向き」とは、空間における向き（位置など）を示す。また、向きは３次元空間における方向または回転の指標を示すとも言える。特に、向きは３つの角度を用いて特定できる。

【0019】

用語「姿勢」とは、位置と向きとの両方を含む。特に、姿勢は、６つの座標、すなわち、３つの位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚと、向きのための３つの角度座標とを使用して特定できる。

【0020】

３Ｄという用語は、画像データが空間的、つまり３次元であることを定義している。患者の身体または空間的な広がりを有する身体の少なくとも一部は、例えば、デカルト座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有する３次元空間における画像データとしてデジタル的に利用可能であってもよい。

【0021】

有利な実施形態は、従属請求項に記載されており、以下に特に説明される。

【0022】

一実施形態によれば、ナビゲーションシステムの３Ｄ表面スキャナは、３Ｄ表面スキャナを手動で誘導し、様々な姿勢で３Ｄ表面画像を作成するためのハンドルと、好ましくは無線通信モジュール（ＷＩＦＩ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＩＲなど）を備えてもよい。特に、ハンドルを有する３Ｄ表面スキャナは、自給自足モジュールとして機能するバッテリを有してもよい。代替的または付加的に、３Ｄ表面スキャナは、特にナビゲーションシステムの保持アームに取り付けるための取り付け部、特にクランプモジュールを有してもよい。代替的または付加的に、外科用ナビゲーションシステムは、３Ｄ表面スキャナの少なくとも１つの予め定義された姿勢で３Ｄ表面画像を自動的に作成するために、特に、好ましくはスイープアルゴリズムまたはスイープパターンに従って、３Ｄ表面スキャナの複数の姿勢で複数の３Ｄ表面画像を作成するために、３Ｄ表面スキャナがエンドエフェクタとして接続されるロボットアームを有するロボットを備えてもよい。言い換えれば、特に、３Ｄ表面スキャナは、手に保持されるように、ナビゲーションシステムの静的な機械的保持アームに取り付けられるように、またはロボットアームによって保持され能動的に動かされるように構成されてもよい。特に、３Ｄ表面スキャナは、ナビゲーションシステムまたは支援システムのロボットアームに取り付けられてもよく、このロボットアームが自律的に３Ｄ表面スキャナを動かして対象の解剖学的領域を検出する（制御される）。

【0023】

さらなる実施形態によれば、３Ｄ表面スキャナは、特に、対象の解剖学的領域の３Ｄ点群を３Ｄ表面画像として作成するために、構造化光用のエミッタと、光を検出するためのセンサ、特にＲＧＢセンサ（例えばカメラ）とを有してもよく、および／またはステレオカメラを有してもよく、および／またはＴｏＦ（time-of-flight）カメラを有してもよく、および／またはＬＩＤＡＲスキャナを有しててもよい。言い換えれば、３Ｄ表面スキャナは、したがって、特に対象の解剖学的領域の３Ｄ点群を作成するために、様々な技術、特に構造化光および対応する検出、ステレオカメラ（ステレオビジョン）、ＴｏＦカメラ、またはＬＩＤＡＲセンサ／ＬＩＤＡＲカメラを用いて３Ｄ表面画像を作成できる。

【0024】

好ましくは、ナビゲーションシステムの追跡システムおよび／または制御ユニットおよび／または３Ｄ表面スキャナは、マシンビジョンを使用して姿勢を決定するように適合されている。特に、２Ｄカメラは、対象の物または表面に対して異なる視線方向から画像を作成し、これらの画像から空間情報を算出するために使用される。

【0025】

好ましくは、追跡システムは、光学追跡システム、および／またはマシンビジョンに基づく追跡システム／位置特定システム、および／またはＥＭ追跡システムを有してもよい。特に、ナビゲーションシステムは、光学追跡システムに加えて、電磁追従（ＥＭナビゲーションシステム）を実行するように構成されてもよい。

【0026】

好ましくは、膝を含む患者の脚部の仮想デジタル３Ｄ解剖モデルは、ナビゲーションシステムの記憶装置に記憶されてもよく、３Ｄ表面スキャナを備えたナビゲーションシステムは、膝関節の３Ｄ表面画像を作成するように適合されてもよく、この目的のためのナビゲーションシステムは、骨の追従のために、脛骨上および大腿骨上に強固に配置されるように適合された脛骨追跡装置および別個の大腿骨追跡装置を備える。制御ユニットは、追跡された脛骨追跡装置および大腿骨追跡装置に基づいて、追跡された脚部に３Ｄ表面画像を関連付けるように適合されている。このようにして、２つの骨基準（膝関節の領域における脛骨と大腿骨の骨部分）がナビゲーションによって別々に追跡され、解剖学的構造の２つ以上の３Ｄ表面が対応する基準骨に対して検出される。特に、ナビゲーションシステムは、したがって、追跡システムに別々に取り付けられたそれぞれの追跡装置で２つの基準骨を追跡し、基準骨に対する少なくとも２つの体腔内解剖学的３Ｄ表面画像を作成するように適合されてもよい。

【0027】

一実施形態によれば、制御ユニットは、点、（生体力学的）軸、および表面の複合デジタル３Ｄ解剖モデルを得るために、特にナビゲーションシステムのポインタを介して、ランドマークポイント、特に股関節の中心、膝関節の中心、および膝蓋骨中心、脛骨の中心、および／または足首の中心によって患者のデジタル３Ｄ解剖モデルを補足するように適合されてもよい。言い換えれば、検出された３Ｄ表面は、スイープ運動または運動学的運動によって患者上で検出された追加の解剖学的ランドマークポイント／ランドマークで補足されてもよく、その結果、点、（生体力学的）軸、および表面の複合モデルが得られる。

【0028】

さらなる実施形態によれば、制御ユニットは、個々の３Ｄ表面画像に基づいて全体画像として拡張されたおよび／またはより正確な３Ｄ表面画像を得るために、３Ｄ表面スキャナの少なくとも２つの異なる（検出された）姿勢における少なくとも２つの３Ｄ表面画像を処理するように適合されてもよい。この技術は、スティッチング技術としても知られ、複数の個々の３Ｄ表面画像を組み合わせて、全体画像を形成する。写真のパノラマ機能に似ており、複数の画像が、特に重複領域で互いにリンクされる。しかし、３Ｄ表面スキャナで検出された姿勢は、必ずしも重複領域があることを意味するわけではなく、別個の領域が追加されることがある。したがって、ナビゲーションシステムは、絶対的な追加を可能にし、相対的な参照は必要としない。好ましくは、制御ユニットは、精度を高めるために、３Ｄ表面画像の重複領域で、この領域についての結果としての３Ｄ表面画像を計算するように適合されてもよい。特に、３Ｄ表面画像は、単一の静止位置、特定の姿勢、または複数の位置、特定の複数の姿勢にわたって検出されてもよく、それによってスキャンされた表面積が増加し、したがって患者の３Ｄ解剖モデルが増加する。

【0029】

好ましくは、３Ｄ表面スキャナは、患者の体腔内に挿入されるように適合されてもよく、特に、最大幅および最大高さ、特に好ましくは最大寸法が１０ｃｍであってもよい。３Ｄ表面スキャナ、特に３Ｄ表面スキャナカメラは、３Ｄ表面画像として深部にある領域の表面を検出するために、患者の解剖学的構造内に挿入するのに十分に小さくすることができる。検出された３Ｄ表面画像は、手術中にインプラントまたは器具の位置を計画するために使用できる。

【0030】

特に、外科用ナビゲーションシステムは、３Ｄ表面スキャナが一体化された外科用内視鏡、特にその前側／先端側内視鏡ヘッドを有してもよい。したがって、３Ｄ表面スキャナは、外科用内視鏡の（構成）部品であってもよい。

【0031】

一実施形態によれば、介入計画に従ったインプラントを有する患者の３Ｄ解剖モデルは、ナビゲーションシステムの記憶装置に記憶されてもよく、制御ユニットは、３Ｄ表面スキャナによる３Ｄ表面画像を介して、介入計画に従ったインプラントの姿勢に対する実際のインプラントの姿勢を手術中に検証し、逸脱があった場合に表示装置を介して警告を発するように適合されてもよい。したがって、３Ｄ表面スキャナは、インプラントが挿入された後に、位置を確認し、介入計画と比較するために使用されてもよい。特に、制御ユニットは、患者の３Ｄ解剖モデルにおけるインプラントの目標姿勢と、実行された３Ｄ表面画像による実際の姿勢とを比較し、外科医にアライメントに関する情報を提供するために、出力装置を介して偏差が表示される。

【0032】

特に、制御ユニットは、患者のデジタル３Ｄ解剖モデルにおける３Ｄ表面画像を、特徴のない表面として、またはカラーテクスチャを有する表面として、またはグレースケールのテクスチャを有する表面として補足するように適合されてもよい。言い換えれば、３Ｄ表面画像は、好ましくは、特徴のない表面、またはカラーテクスチャまたはグレースケールテクスチャを有する表面の形式で変換され、保存されてもよい。

【0033】

一実施形態によれば、制御ユニットは、３Ｄ表面画像内の対象の予め定義された構造、特に骨を認識し、これらの対象の予め定義された構造のみでデジタル３Ｄ解剖モデルを補足するように適合されてもよい。したがって、特に、検出された３Ｄ表面画像は、３Ｄ表面画像内の対象の構造のみが残るように操作されてもよい。皮膚など骨に属さない構造は、３Ｄ表面画像から自動的に除外される。

【0034】

手術支援システムに関しては、本開示に係るナビゲーションシステムと、医療用エンドエフェクタを有する医療用ロボットとを備えることで目的は解決される。特に、ナビゲーションシステムは、手術前の画像容量を必要とせずに、手術ロボットに組み込むことができる。よって、手術支援システムは、ナビゲーションシステムを介してナビゲーションのためのデータを提供するために使用でき、自動化または半自動化された介入は、エンドエフェクタを備えたロボットを介して実行できる。特に膝の手術では、エンドエフェクタが脛骨と大腿骨の切除を行い、好ましくは人工膝関節を姿勢正しく自動的に挿入するように、作成され補足された患者の３Ｄ解剖モデルに基づいてロボットを制御できる。

【0035】

患者に対する外科的介入、特に膝関節形成術において、好ましくは本開示の外科用ナビゲーションシステムにおいて使用するためのナビゲーション方法に関して、目的は、ナビゲーション方法が以下のステップを含むことで解決される：
追跡システム／追従システムを介して、患者および好ましくは少なくとも１つの医療器具、特にポインタを追跡し、
３Ｄ表面スキャナにより、対象の患者の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像を作成し、追跡システムにより、特に付属の追跡装置を介して、３Ｄ表面スキャナを追跡し、
３Ｄ表面スキャナの検出された姿勢を介して、患者に対する３Ｄ表面画像の姿勢を決定し、
特定の姿勢における患者のデジタル３Ｄ解剖モデルを（関連付けられた）３Ｄ表面画像で補足し、
ナビゲーションのために対象の患者の体腔内解剖学的構造で補足された最新のデジタル３Ｄ解剖モデルを提供するために、出力装置、特に手術室モニタを介して、外科用ナビゲーションのための患者の補足されたデジタル３Ｄ解剖モデルの視覚的ビューを出力すること。このナビゲーション方法を用いることで、特に人工膝関節を用いた膝関節手術において、迅速、容易かつ柔軟に介入を行うことができ、患者の安全性をさらに向上させることができる。

【0036】

特に、ナビゲーション方法は、３Ｄ表面スキャナの第１姿勢における大腿骨の前面の３Ｄ表面画像を、特にロボット誘導型３Ｄ表面スキャナを介して作成し、追跡システムにより、３Ｄ表面スキャナおよび大腿骨の姿勢を（大腿骨上の）大腿骨追跡装置を介して検出し、３Ｄ表面スキャナの第２姿勢における脛骨の（特に正面の）３Ｄ表面画像を、特にロボット誘導方式で作成し、追跡システムにより、３Ｄ表面スキャナと脛骨の姿勢を脛骨上の脛骨追跡装置を介して検出し、制御ユニットにより、特定の姿勢での３Ｄ表面画像で患者のデジタル３Ｄ解学モデルを補足する（デジタル画像データの姿勢補正統合）ことを更に備えてもよい。

【0037】

コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関して、目的は、コンピュータによって実行されると、コンピュータに本開示に係るナビゲーション方法の方法ステップを実行させる命令を含むことによって解決される。

【0038】

本開示に係るナビゲーションシステムに関する開示は、本開示に係るナビゲーション方法にも適用され、その逆もまた同様である。特に、ナビゲーションシステムの制御ユニットは、ナビゲーション方法に従って方法ステップを実行するように（例えば、プロセッサと命令を有する記憶装置を備えるように）適合されてもよい。

【0039】

以下、図を用いて好ましい実施形態を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】図１は、膝の手術に適合した本開示の好ましい実施形態に係る外科用ナビゲーションシステムを有する支援システムの模式的な斜視図である。

【図2】図２は、デジタル化された解剖学的ランドマークを有する患者の模式的な３Ｄ解剖モデルと、図１から膝の手術のスキャンされた３Ｄ表面画像を示す。

【図3】図３は、膝関節の関節面を検出し、スクリーンを介して３Ｄ解剖モデルのビューを出力する３Ｄスキャンカメラの形式のさらなる実施形態のナビゲーションシステムの３Ｄ表面スキャナの模式的な斜視図である。

【図4】図４は、好ましい変形例に係るナビゲーション方法のフローチャートである。

【0041】

図は、本来は模式的なものであり、本発明の理解を助けることのみを意図している。同じ要素には同じ参照符号が付けられている。様々な実施形態の特徴は入れ替えることができる。

【発明を実施するための形態】

【0042】

図１は、ロボット１０２と、好ましい実施形態に係る外科用ナビゲーションシステム１とを備えた好ましい実施形態に係る手術支援システム１００の模式的な斜視図である。

【0043】

外科用ナビゲーションシステム１は、患者Ｐの膝の手術に使用される。この手術では、脛骨の切除が行われ、膝関節にインプラントが挿入される。正確で最新のナビゲーションは、患者に対するこの外科的介入にとって極めて重要である。

【0044】

ナビゲーションシステム１は、固形体の姿勢を検出するための光学追跡システム２を有しており、光学追跡システム２は、患者Ｐと、固形体が取り付けられた医療器具とを検出し、追跡するように適合されている。この実施形態では、追跡システム２は、３次元検出用のステレオカメラと、ステレオ画像に基づいて空間内の姿勢を決定する下流処理部とを有する。追跡システム２によって検出される固形体は、３つの間隔をあけた球体を有する追跡装置１０の形態であり、追跡システムは、追跡装置１０の姿勢の検出を介して、追跡装置１０が取り付けられている関連部分の姿勢を間接的に推測できる。

【0045】

ナビゲーションシステム６は、さらに、移動可能な手持ち式の３Ｄ表面スキャナ６を備えており、スキャナ６は、対象の患者Ｐの体腔内解剖学的構造（この場合、対応する骨を有する膝関節）の３Ｄ表面画像８を作成するために特別に適合されている。３Ｄ表面スキャナ６自体は、付属の追跡装置１０を介して追跡システム２によって追跡されるため、空間における３Ｄ表面スキャナ６の姿勢は、追跡システム２によって決定可能である。すなわち、３Ｄ表面スキャナ６は、患者Ｐの膝関節の３次元表面（３次元地図のような色情報とある程度の高さ情報を有する）を記録し、３Ｄ表面スキャナ６の姿勢は、３Ｄ表面画像８中に検出される。３Ｄ表面スキャナ６の姿勢に対する３Ｄ表面画像８の姿勢が決定可能であり、さらに追跡システム２のステレオカメラに対する３Ｄ表面スキャナの姿勢も決定可能であるため、３Ｄ表面画像８と追跡システムの間の変換も決定可能である。

【0046】

患者Ｐの膝関節（本明細書では大腿骨と脛骨）が、さらに追跡装置１０を介して検出されるため、患者の胴体部分としての脚の姿勢も追跡システム２に対して決定可能であり、個々の骨の姿勢から追跡システム２のローカル座標系（ＫＯＳ）への変換が決定可能である。つまり、大腿骨の（ローカルＫＯＳの）姿勢と脛骨の（ローカルＫＯＳの）姿勢、ひいては３次元表面画像８に対する膝関節の姿勢を、２つの変換をリンクさせることによって決定できる。

【0047】

具体的には、プロセッサ、ＲＡＭモジュール、およびストレージを備えた制御ユニット１２は、３Ｄ表面画像８と、３Ｄ表面スキャナ６および患者Ｐの検出および追跡された姿勢とを処理し、３Ｄ表面スキャナ６の姿勢を介して患者Ｐに対する３Ｄ表面画像８の姿勢を決定し、特定の姿勢における患者Ｐの仮想デジタル３Ｄ解剖モデル１４を３Ｄ表面画像８で補足するように適合されている。追跡システム２によって患者Ｐの実際の脚を検出することにより、患者Ｐの脚の仮想モデルと実際の脚との相関をとることができ、仮想脚の姿勢に対する３Ｄ表面画像８の姿勢も決定できる。また、患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４が、例えば、更なるランドマークポイントを有する模式的な生体力学的軸モデル（骨の表現としての始点および終点を有する軸）として、仮想空間またはデジタル空間に記憶され、患者Ｐのこの３Ｄ解剖モデル１４は、介入領域に関するより詳細なデジタル情報を提供し、手術中のナビゲーションを支援するために、スキャンされた対象の面、すなわち介入領域によって補足されるとも言える。

【0048】

患者Ｐの補足されたデジタル３Ｄ解剖モデル１４のビューは、その後、ナビゲーションのために対象の患者Ｐの体腔内解剖学構造によって補足された最新のデジタル３Ｄ解剖モデル１４を提供するために、外科用ナビゲーションのための出力装置１６としてのディスプレイ、例えば手術室モニタを介して、コンピュータのサポートにより視覚的に出力されることができる。これにより、時間のかかる登録が不要となり、しかも、患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４を提供でき、介入領域におけるナビゲーションのために特に正確な解剖学的構造情報を提供できる。

【0049】

外科用ナビゲーションシステム１は、関連する記録領域に関して患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４を拡張し、冗長情報と最適化アルゴリズムによって精度をさらに向上させるために、３Ｄ表面画像８を異なる姿勢で、したがって異なる視野角とビューで作成できるという特別な可能性を提供する。

【0050】

３Ｄ表面スキャナ６は、外科医が容易に手に持って誘導できるように構成されている。この目的のために、３Ｄ表面スキャナ６は、手動で把持および誘導するためのハンドル１８と、自給自足のエネルギーを供給するための充電式バッテリと、無線であるために制御ユニット１２にデータを送信するためのＷＬＡＮまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈモジュールの形態の無線通信モジュール２０とを備えている。

【0051】

図示されていない別の実施形態では、外科用ナビゲーションシステムは、３Ｄ表面キャナ６の少なくとも１つの予め定義された姿勢で３Ｄ表面画像８を自動的に作成するために、特に、スイープアルゴリズムまたはスイープパターンに従って３Ｄ表面キャナ６の複数の姿勢で複数の３Ｄ表面画像８を作成するために、３Ｄ表面スキャナ６がエンドエフェクタとして接続されたロボットアームを有するロボットをさらに備えることができる。３Ｄ表面スキャナ６がロボット誘導型である場合、アルゴリズムまたは予め定義された姿勢を使用して、３Ｄ表面スキャナ６をこれらの姿勢に自動的に移動させ、画像を作成できる。この構成はまた、３Ｄ表面スキャナ６の姿勢が、追跡装置を介して検出可能であるだけでなく、ロボットベースと追跡システムとの間の変換が決定可能である、ロボットベースとの関係における運動学によっても検出可能であるという利点を有する。このようにして、３Ｄ表面スキャナ６の姿勢は、追跡装置の視界が遮られた場合であっても決定できる。

【0052】

膝を含む患者Ｐの脚部の仮想デジタル３Ｄ解剖モデル１４は、ナビゲーションシステム１の記憶装置２２に格納される。３Ｄ表面スキャナ６は、膝関節の３Ｄ表面画像８を作成し、対応する骨は、骨に強固にねじ止めされた個別の脛骨追跡装置２４と大腿骨追跡装置２６とを介して追跡システム２によって検出されることができる。制御装置１２は、追跡された脛骨追跡装置２４および大腿骨追跡装置２４に基づいて、３Ｄ表面画像８を追跡された脚部分に互いに関連付けるように適合されている。

【0053】

図２は、図１に示した患者の膝への介入中にナビゲーションを行う場合の、スキャンされた３Ｄ表面画像とデジタル化された解剖学的ランドマークに基づいて、患者モデルまたは３Ｄ解剖モデル１４を作成する例を示している。患者の実際の骨は、図２の左側に模式的に示されており、右側には、患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４が、２つの骨の長手方向軸に（概ね）沿った直線状の生体力学的軸２８と、特に股関節、膝関節、および膝蓋骨の中心、脛骨の中心、および／または足首の中心の周りの、介入に関連する解剖学的ランドマークポイント（図２では、説明のために線による参照符号で補足されている）と共に示されている。患者Ｐの実際の膝関節では、３Ｄ表面スキャナ６が局所的に膝関節の部分断面として３Ｄ表面画像８を作成し、これが前述のように患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４に追加され、ここでは図２の右側に挿入された３Ｄ表面で示される。

【0054】

外科医は、この患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４に基づいて、手術を行い、それに応じてナビゲートするだけでなく、インプラントを挿入するときに、患者Ｐの３Ｄ解剖モデル１４に目標姿勢を反映させた介入計画に従ったインプラントの目標姿勢の位置と、実際のインプラントの姿勢とを比較し、必要に応じて、手術中に実際の姿勢を目標姿勢に合わせるための補正を行うことができる。

【0055】

図３は、別の好ましい実施形態に係る外科用ナビゲーションシステム１を示す。これは、３Ｄ表面スキャナ６として、構造化光用エミッタと、複数のＲＧＢセンサ／ＲＧＢカメラを備えた３Ｄカメラを使用する。追跡システム２を介して姿勢を検出するために、追跡装置１０として、この上に固形体が再び配置される。その視野３２において、３Ｄカメラは、幾何学的情報を得るために、３次元空間における点群の形式で表面画像を作成し、さらに、ナビゲーションをより直感的にするために、記録された色に従って色情報も付加される。膝関節は、３Ｄ表面スキャナ６によってスキャンされ、制御ユニット１２は、３Ｄ表面画像から骨を認識し、これのみを３Ｄ表面画像の関連部分として決定し、患者の３Ｄ解剖モデル１４に追加するように適合されている。

【0056】

この実施形態では、制御ユニット１２は、３Ｄ解剖モデル１４の脛骨と大腿骨の２つのビューを作成し、ナビゲーション用の画面に表示する。これにより、外科医は、自身の介入に関連する即時かつ手術中の情報を得ることができ、手術を実施でき、インプラントをより適切に挿入できる。

【0057】

図４は、患者Ｐに対する外科的介入、特に脛骨切除術に使用するナビゲーション方法のフローチャートである。

【0058】

最初のステップＳ１では、介入が行われる膝関節を有する患者Ｐの脚の姿勢と、介入中に使用される医療器具の姿勢が、ナビゲーションシステム１の追跡システム２を介して検出され、追跡される。特に、姿勢は、３つの位置座標および３つの方位角の形式で保存される。

【0059】

ステップＳ２では、対象の患者Ｐの体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像８が、３Ｄ表面スキャナ６により作成され、３Ｄ表面画像８の時点での３Ｄ表面スキャナ６の姿勢が、３Ｄ表面スキャナ６に取り付けられ空間内で追跡される追跡装置１０を介して、追跡システム２によって決定される。

【0060】

続くステップＳ３では、３Ｄ表面スキャナ６の検出された姿勢を使用して、患者Ｐに対する３Ｄ表面画像８の姿勢が、決定または計算される。特に、３Ｄ表面スキャナ８に対する３Ｄ表面画像８の姿勢、さらに、追跡システム２に対する姿勢、さらに、患者Ｐに対する姿勢を最初に決定できる。患者Ｐと３Ｄ表面画像との間のこの変換は、ステップＳ４において、正確にこの特定の姿勢における患者（Ｐ）のデジタル３Ｄ解剖モデル（１４）で３Ｄ表面画像８を補足するために、制御ユニット１２によって使用される。言い換えれば、患者の身体部分の仮想デジタル３Ｄモデルは、姿勢補正された３Ｄ表面画像８により補足される。

【0061】

最後に、患者Ｐの仮想的に補足されたデジタル３Ｄ解剖モデル１４のビュー、例えば、正面図、側面図、斜視図が、制御ユニット１２によって作成され、補足されたデジタル３Ｄ解剖モデル１４のこの視覚的ビューは、その後、手術室モニタ３４の形態の出力装置１６を介して、外科用ナビゲーションのために出力または表示され、ナビゲーションのために対象の患者（Ｐ）の体腔内解剖学的構造で補強された手術中の最新のデジタル３Ｄ解剖モデル１４を提供する。

【符号の説明】

【0062】

１ 外科用ナビゲーションシステム
２ 追跡システム
４ 医療器具
６ ３Ｄ表面スキャナ
８ ３Ｄ表面画像
１０ 追跡装置／マーカー
１２ 制御ユニット
１４ ３Ｄ解剖モデル
１６ 出力装置
１８ ハンドル
２０ 無線通信モジュール
２２ 記憶装置
２４ 脛骨追跡装置
２６ 大腿骨追跡装置
２８ 軸
３０ ランドマークポイント
３２ 視野
３４ モニタ
３６ 構造化光用光源
３８ ＲＧＢセンサ
１’，２’，３’，４’，５’，６’，７’，８’，９’ ランドマークポイント
１００ 手術支援システム
１０２ ロボット
１０４ 医療用エンドエフェクタ
Ｐ 患者
Ｓ１ 患者の脚と器具との姿勢を決定するステップ
Ｓ２ ３Ｄ表面スキャナにより３Ｄ表面画像を作成し、３Ｄ表面スキャナの姿勢を検出するステップ
Ｓ３ ３Ｄ表面画像と患者と間の変換を決定するステップ
Ｓ４ ３Ｄ解剖モデルを３Ｄ表面画像で補足して姿勢補正するステップ
Ｓ５ 患者の補足された３Ｄ解剖モデルのビューを手術室モニタにより出力するステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者に対する外科的介入に使用するための外科用ナビゲーションシステムであって、
少なくとも患者を追跡するように適合された追跡システムと、
対象の患者の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像を作成するように適合された３Ｄ表面スキャナであって、前記３Ｄ表面スキャナは、前記追跡システムによって追跡される、前記３Ｄ表面スキャナと、
制御ユニットと
を備え、
前記制御ユニットは、
前記３Ｄ表面画像と、検出された前記３Ｄ表面スキャナおよび患者の検出および追跡された姿勢とを処理し、
前記３Ｄ表面スキャナの検出および追跡された姿勢を介して、患者に対する前記３Ｄ表面画像の姿勢を決定し、特定の姿勢における患者の仮想デジタル３Ｄ解剖モデルを前記３Ｄ表面画像で補足し、
ナビゲーションのために対象の患者の体腔内解剖学的構造により補足された最新のデジタル３Ｄ解剖モデルを提供するために、出力装置を介して、外科用ナビゲーションのための患者の補足されたデジタル３Ｄ解剖モデルのビューを視覚的に出力する
ように適合されている、外科用ナビゲーションシステム。

【請求項2】

前記ナビゲーションシステムの前記３Ｄ表面スキャナは、前記３Ｄ表面スキャナを手動で案内し、様々な姿勢で前記３Ｄ表面画像を作成するためのハンドルと、好ましくは無線通信モジュールとを備える、または
前記３Ｄ表面スキャナは、特に前記ナビゲーションシステムの保持アームに取り付けるための取り付け部を有する、または
前記外科用ナビゲーションシステムは、前記３Ｄ表面スキャナの少なくとも１つの所定の姿勢で前記３Ｄ表面画像を自動的に作成するために、特にスイープアルゴリズムまたはパターンに従って前記３Ｄ表面スキャナの複数の姿勢で複数の３Ｄ表面画像を作成するために、前記３Ｄ表面スキャナがエンドエフェクタとして接続されるロボットアームを有するロボットを備えることを特徴とする請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項3】

前記３Ｄ表面スキャナは、特に、対象の解剖学的領域の３Ｄ点群を３Ｄ表面画像として作成するために、構造化光用のエミッタと、光を検出するためのＲＧＢセンサとを有し、および／またはステレオカメラを有し、および／またはＴｏＦカメラを有し、および／またはＬＩＤＡＲスキャナを有することを特徴とする請求項１または２に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項4】

前記追跡システムは、光学追跡システムおよび／またはＥＭ追跡システムを有することを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項5】

膝を含む患者の脚部の仮想デジタル３Ｄ解剖モデルは、前記ナビゲーションシステムの記憶装置に格納され、前記３Ｄ表面スキャナを有する前記ナビゲーションシステムが、膝関節の３Ｄ表面画像を作成するように適合されており、
この目的のための前記ナビゲーションシステムは、骨を追跡するために脛骨上および大腿骨上に強固に配置されるように適合された脛骨追跡装置および別個の大腿骨追跡装置を備え、
前記制御ユニットは、追跡された前記脛骨追跡装置と前記大腿骨追跡装置とに基づいて、追跡された前記脚部に前記３Ｄ表面画像を関連付けるように適合されている、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項6】

前記制御ユニットは、点、軸、および面の組み合わされたデジタル３Ｄ解剖モデルを得るために、特に前記ナビゲーションシステムのポインタを介して、ランドマークポイント、特に股関節の中心、膝関節の中心、膝蓋骨の中心、脛骨の中心、および／または足首の中心によって、患者の前記デジタル３Ｄ解剖モデルを補足するように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項7】

前記制御ユニットは、個々の３Ｄ表面画像に基づいて、全体画像として拡張されたおよび／またはより精密な３Ｄ表面画像を得るために、前記３Ｄ表面スキャナの少なくとも２つの異なる姿勢で少なくとも２つの３Ｄ表面画像を処理するように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項8】

前記３Ｄ表面スキャナは、患者に体腔内に挿入されるように適合されており、特に、最大幅および最大高さ、特に好ましくは最大寸法が１０ｃｍであることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項9】

前記外科用ナビゲーションシステムは、前記３Ｄ表面スキャナが一体化された外科用内視鏡を有することを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項10】

介入計画に従ったインプラントを有する患者の前記３Ｄ解剖モデルが前記ナビゲーションシステムの記憶装置に記憶されており、
前記制御ユニットは、前記３Ｄ表面スキャナによる３Ｄ表面画像を介して、前記介入計画に従った前記インプラントの姿勢に対する実際の前記インプラントの姿勢を手術中に検証し、逸脱が生じた場合に出力装置を介して警告または逸脱情報を出力するように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項11】

前記追跡システムは、少なくとも患者と、少なくとも１つの医療器具を追跡するように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項12】

前記３Ｄ表面スキャナは、付属の追跡装置を介して前記追跡システムにより追跡されることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項13】

前記制御ユニットは、前記３Ｄ表面画像内の対象の予め定義された構造を認識し、対象の予め定義された構造のみで前記デジタル３Ｄ解剖モデルを補足するように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステム。

【請求項14】

請求項１に記載のナビゲーションシステムと、医療用エンドエフェクタを有する医療用ロボットとを備える、手術支援システム。

【請求項15】

患者における外科的介入、および請求項１に記載の外科用ナビゲーションシステムにおいて使用するためのナビゲーション方法であって、
ナビゲーションシステムの追跡システムを介して、患者を追跡し、
３Ｄ表面スキャナにより、対象の患者の体腔内解剖学的構造の３Ｄ表面画像を作成し、前記追跡システムにより、前記３Ｄ表面スキャナを追跡し、
前記制御ユニットにより、前記３Ｄ表面スキャナの検出された姿勢を介して、患者に対する前記３Ｄ表面画像の姿勢を決定し、
前記制御ユニットによって、特定の姿勢における患者のデジタル３Ｄ解剖モデルを前記３Ｄ表面画像で補足し、
ナビゲーションのために対象の患者の体腔内解剖学的構造で補足された手術中の最新のデジタル３Ｄ解剖モデルを提供するために、出力装置を介して、外科用ナビゲーションのための患者の補足されたデジタル３Ｄ解剖モデルの視覚的ビューを出力する
ことを含むことを特徴とする、ナビゲーション方法。

【請求項16】

３Ｄ表面スキャナの第１姿勢における大腿骨の前面の３Ｄ表面画像を、特にロボット誘導型３Ｄ表面スキャナを介して作成し、
追跡システムにより、前記３Ｄ表面スキャナと大腿骨上の大腿骨追跡装置との姿勢を検出し、
前記３Ｄ表面スキャナの第２姿勢における脛骨の前記３Ｄ表面画像を作成し、
前記追跡システムにより、前記３Ｄ表面スキャナと脛骨上の脛骨追跡装置の姿勢を検出し、
制御ユニットにより、患者のデジタル３Ｄ解剖モデルを姿勢補正３Ｄ表面画像で補足する
ことを更に含むことを特徴とする、請求項１５に記載のナビゲーション方法。

【請求項17】

コンピュータによって実行されると、請求項１５または１６に記載のナビゲーション方法の方法ステップを前記コンピュータに実行させる命令を含む、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

【国際調査報告】