JP2024526068A - 参照体に対して器具を追跡するための手術追跡システム - Google Patents

Abstract

手術ガイド装置、手術参照体、及び手術追跡システム、特に、手術コンポーネントの位置特定の改善を可能にする手術ガイド装置、手術参照体、及び手術追跡システムに関する。【選択図】図６

Description

本発明は、手術ガイド装置、手術参照体（reference body）、及び手術追跡システムに関し、特に、手術コンポーネントの位置特定の改善を可能にする手術ガイド装置、手術参照体、及び手術追跡システム、並びに対応する方法、コンピュータプログラム製品、及びコンピュータプログラム製品を記憶した記憶媒体に関する。

近年、外科手術は進歩してきた。手術中に臨床担当者、特に外科医をサポートするためのサポートシステムにより、大幅な改善が達成された。特に骨折は、外科医に器具を提供する外科医用サポートシステムからの恩恵を受け、これにより、外科医は、骨部分の位置変更及びネジ、釘、骨プレート等のインプラントの位置決めの正確性、並びにツールやターゲティング装置、及びガイド装置の正確性を向上させることができる。

外傷を受けた骨、つまり骨折は視覚的にアクセスできる範囲が限られているため、モニタリングは、通常、Ｘ線撮像、又はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像、又は磁気共鳴断層撮影（ＭＲＴ）画像等の放射原理に基づいている。これら全ての原理及び方法には、放射線を大量に使用し、大型の装置を必要とし、かなりの時間がかかるという欠点が少なくとも１つある。手術中の各モニタリングステップは手術期間を延長し、こうして麻酔薬の影響の期間を延長し、コスト及び放射線の影響を増加させる。

従って、撮像労力を削減し、こうして手術時間を短縮し、患者への放射線影響を軽減するが、同時に手術の正確さのレベルを維持又は向上させる、手術ガイド装置、手術参照体、及び手術追跡システム、並びに対応する方法が必要である。

本発明は、手術コンポーネントの位置特定及び位置決めの改善を可能にする手術ガイド装置、手術参照体、及び手術追跡システム、並びに対応する方法、コンピュータプログラム製品、及び独立請求項の主題によるコンピュータプログラム製品を記憶した記憶媒体を提供する。更なる実施形態は従属請求項に組み込まれる。

本発明の一実施形態によれば、手術参照体に対して手術器具を追跡するための手術追跡システムが提供され、手術追跡システムは、手術器具及び手術参照体の一方の位置及び向きを表す光学撮像装置であって、所定の視線方向を有する光学撮像装置と；手術器具及び手術参照体の他方の位置及び向きを表す光パターンであって、光パターンは少なくとも１つの固有の光サブパターンを有しており、これにより、手術器具の位置及び向きに対する手術参照体の相対的な位置及び向きの決定を可能にする、光パターンと；光学撮像装置と；を含み、光学撮像装置は、光学撮像装置から撮影した画像と光パターンの記憶した表現とに基づいて、撮像装置の位置及び視線方向（viewing direction）に対する光パターンの少なくとも光サブパターンの位置及び向きを認識するように適合したパターン認識手段と、光学撮像装置及び光パターンのそれぞれ一方によって表される手術器具を仮想的に視覚化し、光パターン及び光学撮像装置のそれぞれ他方によって表される手術参照体を仮想的に視覚化するように適合した視覚化手段と、を含む。

こうして、光学撮像装置と光パターンとの相対的な位置を決定することができる。光パターンがその構造及びサイズに関して既知である場合に、その画像により、その画像をどこから撮影したかを決定することができる。パターンの画像化した部分がパターン全体の中で固有である限り、パターン全体の画像を撮影する必要はない。光学撮像装置及び光パターンは両方とも、手術器具又は手術参照体のいずれかを表す。光学撮像装置及び光パターンは、それらの互いの相対的な位置を決定する必要がある他のアイテムを表す場合もあることに留意されたい。手術追跡システム全体が複数の光学撮像装置をサポートすることも可能であり、また、複数の光パターンをサポートすることも可能である。光パターンは、手術器具又は参照体上に印刷してもよい。アイテム上に印刷されたり、埋め込まれたり、固定されたりすると、パターンによって光学的な参照が可能になるため、パターンによってアイテムが参照体になる。アイテムに埋め込まれたり固定されたりすると、光学撮像装置は、光学的な参照を可能にするため、アイテムを参照体にする。相対的な位置及び向きを光学的に決定するには、光学撮像装置によって表される、アイテムに対する光学撮像装置の相対的な位置及び相対撮像方向又は視線方向が、既知であることが必要である。同様に、光パターン自体が既知であること、並びに光パターンによって表される、アイテムに対するその相対的な位置及び相対的な向きが既知であることが必要とされる。光学撮像装置及び光パターンの互いに対する相対的な位置及び向きを決定することができ、それぞれのアイテムに対する光学撮像装置及び光パターンのそれぞれの相対的な位置及び向きが、それらによって表されるものが既知である場合に、アイテムの互いに対する相対的な位置及び向きを決定し、アイテムの互いに対する位置及び向きを視覚化することができ、これは、患者の解剖学的構造に取り付けられる手術器具及び参照体の視覚化することができる。

本発明の一実施形態によれば、手術参照体の第２の部分に対して手術参照体の第１の部分を追跡するための手術追跡システムが提供され、この手術追跡システムは、手術参照体の第１の部分及び手術参照体の第２の部分の一方の位置及び向きを表す光学撮像装置であって、所定の視線方向を有する光学撮像装置と；手術参照体の第１の部分及び手術参照体の第２の部分の他方の位置及び向きを表す光パターンであって、光パターンは少なくとも１つの固有の光サブパターンを有しており、これは手術器具の第２の部分の位置及び向きに対する手術参照体の第１の部分の相対的な位置及び向きの決定を可能にする、光パターンと；光学撮像装置から撮影した画像と光パターンの記憶した表現とに基づいて、撮像装置の位置及び視線方向に対する光パターンの少なくとも光サブパターンの位置及び向きを認識するように適合したパターン認識手段と、手術器具の第２の部分の位置及び向きに対する手術参照体の第１の部分の相対的な位置及び向きを決定するように適合した計算手段とを含む画像処理装置と；を含む。

こうして、光学撮像装置と光パターンとの相対的な位置を決定することができる。光パターンがその構造及びサイズに関して既知である場合に、その画像により、その画像をどこから撮影したかを決定することができる。パターンの画像化した部分がパターン全体の中で固有である限り、パターン全体の画像を撮影する必要はない。光学撮像装置及び光パターンは両方とも、手術参照体の第１の部分又は手術参照体の第２の部分のいずれかを表す。手術参照体の３つ以上の部分の相対的な空間的な位置及び向きを決定するために、手術追跡システム全体が２つ以上の光学撮像装置をサポートすることも可能であり、また、２つ以上の光パターンをサポートすることも可能である。光パターンは、手術参照体のそれぞれの部分上に印刷され得る。手術参照体の一部に印刷されたり、埋め込まれたり、又は固定されたりすると、パターンにより光学的な参照が可能になるため、パターンによって手術参照体の一部が参照体になる。相対的な位置及び相対的な向きを光学的に決定するには、光学撮像装置によって表される、手術参照体の部分に対する光学撮像装置の相対的な位置及び相対撮像又は視線方向が既知であることが必要である。同様に、光パターン自体が既知であること、並びに光学撮像装置によって表される、光パターンによって表される手術参照体の部分に対する相対的な位置及び相対的な向きが既知であることが必要とされる。光学撮像装置及び光パターンの互いに対する相対的な位置及び向きを決定することができ、また、それらによって表される、手術参照体のそれぞれの部分に対する光学撮像装置及び光パターンのそれぞれの相対的な位置及び向きが既知である場合に、互いに対する手術参照体の部分の相対的な位置及び向きを決定することが可能である。これは、少なくとも２つの部分を有し、その一方には光パターンが設けられ、他方には光学撮像装置が設けられる、抽出可能な手術参照体に適用することができる。手術参照体の２つ以上の部分を使用して、非常に大きく、単一の放射線画像では画像化できない患者の解剖学的構造に適合させることができる。部分は、それぞれが放射線画像内で固有の投影を有する放射線不透過性（radio dense）幾何学形状（geometry：ジオメトリ）又はサブ幾何学形状を有することができ、別個の放射線画像内に示すことができる。空間的な位置及び向きは、参照体の一部に結合した光学撮像装置と、手術参照体の他の部分に結合した光パターンを使用して実行でき、そのため、相対的な空間的位置の光学的決定とともに、例えば、長骨の骨の部分を含む、放射線不透過性（サブ）幾何学形状の空間的位置も決定することができ、骨の部分は手術参照体の部分（parts）で参照される。手術参照体の部分は、手術参照体の部分の互いに対する固定及び解放を選択的に可能にする機械的構造によって互いに結合され得る。これは、それぞれ１つの自由度のみを有するレール又はヒンジを介して、或いは１つ又は複数の自由度を可能にする１つ又は複数のレールと１つ又は複数のヒンジとの組合せによって行うことができる。手術器具及び参照体に関して以下に説明する内容は、手術参照体の第１の部分及び手術参照体の第２の部分にも適用されることに留意されたい。

一実施形態によれば、手術追跡システムは、撮像装置の位置及び視線方向に対する光パターンの少なくとも光サブパターンの認識した位置及び向きに基づいて、手術器具の仮想視覚化上に手術器具の所定の動作軌道を増補（augmenting：増強、拡張）して、光パターンによって表される手術参照体に対する手術器具の動作経路を視覚化するように適合した増補手段をさらに含む。

こうして、光学撮像装置及び光パターンによって表されるアイテムを視覚化できるだけでなく、追加情報を増補することもできる。手術器具の動作経路は、手術器具によって案内されるときにインプラント又はツールが移動することができる軌道であってよく、それが手術器具の内部であっても、手術器具の外側又は延長内であっても、或いは手術器具に接続したツールの動作範囲及び半径であってもよく、又は手術器具によって案内され得る埋め込まれるインプラントの輪郭であってもよい。増補には、様々なアイテム、手術器具によって適用される多種のアイテム、例えば様々なサイズのインプラントの増補も含まれる場合がある。品種の増補は同時に、又は交互に行われる場合がある。

一実施形態によれば、増補手段は、外科医が最も適合するインプラントを特定するまで、異なるツール、インプラントサイズ、インプラントタイプ等の様々な異なるアイテムを外科医が選択的にスクロールするために使用できるスクロール手段を含むことができる。

こうして、例えば、異なるドリル直径、異なるインプラントサイズ、異なるインプラントタイプ又は種類、特にサブインプラントを有するインプラントをスクロールすることで、適切なツールを容易に見つけることができる。例えば、骨釘が増補される場合に、固定ネジの種類を含む様々な種類の釘を増補することができるため、その増補した固定ネジが、固定ネジを受け入れるのに適していない解剖学的構造と衝突する場合に、外科医は、主要なインプラントを認識するだけでなく、主要なインプラントが適切であるかどうかを決定することもできる。種類をスクロールすると、釘等の適切なインプラントを選択したり、固定ネジ等のサブインプラントを数秒以内に選択したりできる。

一実施形態によれば、光学撮像装置は、手術器具及び手術参照体の一方の幾何学形状と光学撮像装置の位置及び視線方向との間の再現可能な関係を有するユニットを形成するための、手術器具及び手術参照体の一方のポジティブ・フィット・レセプタクル（確実に嵌合するレセプタクル）に結合される機械的インターフェイスを含む。

こうして、接続した手術器具及び参照体に対する光学撮像装置の相対的な位置及び向きをそれぞれ確立することを保証することができる。ポジティブ・フィット・レセプタクルには、キー（key）及びキー孔のコード化した部分を設けることもでき、これにより、相対的な位置及び向きがシステムに既知である特定の組合せに対してのみ接続が可能になる。これにより、操作中の意図しない誤用及び誤解を避けることができる。機械的インターフェイスにより、コンポーネントを選択的に再利用するためにユニットを解放することができる。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術器具をさらに含み、手術器具は、手術器具の幾何学形状と光学撮像装置の位置及び視野方向との間の再現可能な関係を形成するように、光学撮像装置の機械的インターフェイスのための機械的インターフェイスを含む。

こうして、光学撮像装置だけでなく、インターフェイスを介して光学器具が解放可能に結合される手術器具も提供される。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術参照体をさらに含み、手術参照体は、手術参照体の幾何学形状と光学撮像装置の位置及び視線方向の幾何学形状との間の再現可能な関係を形成するように、光学撮像装置の機械的インターフェイスのための機械的インターフェイスを含む。

こうして、光学撮像装置だけでなく、光学器具が解放可能に結合される手術参照体も提供される。これはまた、光学撮像装置が手術器具だけでなく手術参照体にも結合できることを示している。

一実施形態によれば、光パターンは、手術器具及び手術参照体の一方の幾何学形状と光パターンの位置及び向きとの間の再現可能な関係を有するユニットを形成するための、手術器具及び手術参照体の一方のポジティブ・フィット機械的インターフェイスに結合される機械的インターフェイスを含む。

こうして、接続した手術器具及び参照体に対する光パターンの相対的な位置及び向きをそれぞれ確立することを保証することができる。ポジティブ・フィット・レセプタクルには、キー及びキー孔のコード化した部分を設けることもでき、これにより、相対的な位置及び向きがシステムに既知である特定の組合せに対してのみ接続が可能になる。これにより、操作中の意図しない誤用及び誤解を避けることができる。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術器具をさらに含み、手術器具は、手術器具の幾何学形状と光パターンの位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、光パターンの機械的インターフェイスのための機械的インターフェイスを含む。

こうして、光学撮像装置だけでなく、インターフェイスを介して光パターンが解放可能に結合される手術器具も提供される。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術参照体をさらに含み、手術参照体は、手術参照体の幾何学形状と光パターンの位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、光パターンの機械的インターフェイスのための機械的インターフェイスを含む。

こうして、光パターンだけでなく、光パターンが解放可能に結合される手術参照体も提供される。これはまた、光パターンが手術器具だけでなく手術参照体にも結合できることを示している。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術器具をさらに含み、光学撮像装置は、手術器具の幾何学形状と光学撮像装置の位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、手術器具に分離不可能に接続される。

こうして、光学撮像装置をその用途を意図していない手術器具に接続する危険に遭遇することなく、光学撮像装置と手術器具との信頼できる割当てを確立することが可能である。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術参照体をさらに含み、光パターンは、手術参照体の幾何学形状と光パターンの位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、手術参照体に分離不可能に接続される。

こうして、光パターンをその用途を意図していない手術参照体に接続する危険に遭遇することなく、光パターンと手術参照体との信頼できる割当てを確立することが可能である。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術器具をさらに含み、光パターンは、手術器具の幾何学形状と光パターンの位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、手術器具に分離不可能に接続される。

こうして、光パターンをその用途を意図していない手術器具に接続する危険に遭遇することなく、光パターンと手術器具との信頼できる割当てを確立することが可能である。

一実施形態によれば、手術追跡システムは手術参照体をさらに含み、光学撮像装置は、手術参照体の幾何学形状と光学撮像装置の位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、手術参照体に分離不可能に接続される。

こうして、光学撮像装置をその用途を意図していない手術参照体に接続する危険に遭遇することなく、光学撮像装置と手術参照体との信頼できる割当てを確立することが可能である。

一実施形態によれば、光パターンは、幾何学的に均一な明フィールド及び暗フィールドのラスター、特に正方形の明フィールド及び暗フィールドのラスター、特に明フィールド及び黒フィールドのラスターから構成される。

こうして、パターンの向き及び位置を再現することが容易になる。さらに、印刷プロセスの実現が容易になり、パターンの計算も容易になる。正方形のラスター内の様々な色又は色合い（shade：濃淡）のフィールドが、固有のパターン領域を形成する。幾何学的に均一とは、フィールドの寸法が幾何学的に均一であるが、各フィールドは、固有のパターン領域を形成するために異なる色又は色合いを有することができることを意味する。

一実施形態によれば、光パターンは、異なる色の幾何学的に均一なフィールドのラスター、特に正方形の色付きフィールドのラスター、特に色勾配フィールドのラスターから構成される。

こうして、明フィールド及び暗フィールドだけでなく、異なる色も使用できる。これにより、外科医が適切な光パターンを選択し易くなる色分け（color coding：カラーコーディング）が可能になる。さらに、２つのオプションの代わりに、３つ以上の色、つまり明るい色及び暗い色を使用すると、より多くの情報を同じ表面部分に保存することができる。２つのオプションがあり、例えば、明暗の２つのフィールドで４つの異なる組合せを反映できる。４つのオプションがあり、例えば、黄、青、赤、緑の２つのフィールドは、４倍となる１６の異なる組合せを反映できる。

一実施形態によれば、光パターンは、明フィールド及び暗フィールドのハニカムラスター、特にハニカムラスター内の明暗サークル又は明暗六角形のラスター、特に明／黒サークル又は明／黒六角形のラスターから構成される。

こうして、ハニカムラスターの各フィールドが正方形のラスターに比べて円に近いため、よりコンパクトなパターンを提供することができる。正方形パターンよりも充填密度が高くなる。ハニカムラスター内の様々な色又は色合いのフィールドが、固有のパターン領域を形成する。

一実施形態によれば、光パターンは、異なる色フィールドのハニカムラスター、特にハニカムラスター内の色付きサークル又は六角形のラスター、特に色勾配サークル又は六角形のラスターから構成される。

こうして、明フィールド及び暗フィールドだけでなく、異なる色も使用できる。これにより、外科医が適切な光パターンを選択し易くなる色分けが可能になる。さらに、２つのオプションの代わりに、３つ以上の色、つまり明るい色と暗い色を使用すると、より多くの情報を同じ表面部分に保存することができる。２つのオプションがあり、例えば、明暗の２つのフィールドで４つの異なる組合せを反映できる。４つのオプションがあり、黄、青、赤、緑の２つのフィールドは、４倍となる１６の異なる組合せを反映できる。

一実施形態によれば、手術器具は手術ガイド装置であり、手術ガイド装置は、手術ガイド装置の基端部から手術ガイド装置の先端部までの長手方向の延長部を有しており、長手方向手術インプラント及び長手方向ツールの少なくとも一方を案内するように適合したガイド本体であって、ガイド本体は、ガイド本体に沿って延び、且つ挿入して案内される手術インプラント及び手術ツールの少なくとも一方の移動経路に沿って先端方向に続くガイド軌道を有する、ガイド本体と；ガイド本体に対して所定の空間的な位置及び向きに配置され、ガイド本体の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影を提供するように適合される放射線不透過性幾何学形状と；をさらに含む。

一実施形態によれば、手術参照体は、手術参照体に固定的且つ空間的に再現可能に接続される放射線不透過性幾何学形状と、患者の解剖学的構造に対して解剖学的に適合した表面を有する参照体部分と、含み、放射線不透過性幾何学形状は、手術参照体の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影を有しており、それによって、放射線不透過性幾何学形状は、手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、手術参照体の空間的な位置及び向きを決定することができる。

こうして、光パターン認識及び識別に基づいて相対的な位置及び向きを決定するだけでなく、同時に、一体的に形成された参照体の形態であっても、取り付け可能な参照体の形態であっても、放射線モニタリングによって、手術参照体を監視することが可能である。こうして、両方の識別オプションを提供することができ、同時に使用することもできる。

一実施形態によれば、手術参照体は、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状を有する放射線不透過性幾何学形状であって、各放射線不透過性サブ幾何学形状が手術参照体に固定的且つ空間的に再現可能に接続される、放射線不透過性幾何学形状と；患者の解剖学的構造に対して解剖学的に適合した表面を有する第１の参照体部分と；患者の解剖学的構造に対して解剖学的に適合した表面を有する第２の参照体部分と；を含み、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状のそれぞれは、手術参照体の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影を有しており、それによって、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状のそれぞれだけで、手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、手術参照体の空間的な位置及び向きを決定することができ、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状は第１の参照体部分に割り当てられ、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状は第２の参照体部分に割り当てられる。

こうして、特により大きな参照体を使用する場合に、参照体の関連部分への焦点を減らすことが可能である。脚部の構造により、患者の解剖学的構造の広い表面をカバーできるだけでなく、脚同士の間のアクセスも可能になる。このような参照体は、骨盤の広い領域をカバーする参照体による信頼性の高い参照を必要とする骨盤領域の手術で使用することができる。放射線撮影の際の視線方向によっては、参照体全体の一部しか放射線画像に写らない場合がある。従って、部分的なビューしかない場合でも、位置及び向きを決定できることは重要である。複数の放射線不透過性サブ幾何学形状を提供し、各サブ幾何学形状が空間的な位置及び向きの決定を可能にする場合に、放射線不透過性サブ幾何学形状の少なくとも１つが画像化した部分内にある可能性が非常に高いため、参照体の位置及び向きの決定が可能になる。

一実施形態によれば、手術参照体は、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状を有する放射線不透過性幾何学形状であって、各サブ幾何学形状が手術参照体に固定的且つ空間的に再現可能に接続される、放射線不透過性幾何学形状と；患者の解剖学的構造に対して解剖学的に適合した表面を有する第１の脚部と；患者の解剖学的構造に対して解剖学的に適合した表面を有する第２の脚部と；を含み、第１の端部を有する第１の脚部は、脚接合部分において第２の脚部の第１の端部に接続されており、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状のそれぞれが、手術参照体の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影を有しており、それによって、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状のそれぞれだけで、手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて手術参照体の空間的な位置及び向きを決定することができ、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状は、第１の脚部の第２の端部に割り当てられ、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状は、第２の脚部の第２の端部に割り当てられ、第３の放射線不透過性サブ幾何学形状は、第１の脚部及び第２の脚部の脚接合部分に割り当てられる。

こうして、３つの放射線不透過性サブ幾何学形状を使用すると、放射線不透過性サブ幾何学形状のより分散した配置を実現できる。これにより、撮影した各放射線画像内で放射線不透過性サブ幾何学形状の投影が見つかる可能性が高まり、画像化した部分の空間的な位置及び向きを決定できるようになる。

一実施形態によれば、手術参照体は、少なくとも１つの尖端（apex）ピン孔を含む。

こうして、手術参照体を患者の解剖学的構造に固定することが可能であり、それによって、参照体と患者の解剖学的構造との間の空間的な位置及び向きを確立及び維持することができる。複数の尖端孔を設けることも可能であることに留意されたい。１つ又は複数の尖端ピン孔の他に、光学撮像装置又は光パターンを結合するために１つ又は複数のインターフェイスを設けてもよいことに留意されたい。このようなインターフェイスは、通常、患者の解剖学的構造に接着するために使用される表面側とは反対側の表面側に設けられる。

一実施形態によれば、少なくとも１つの尖端ピン孔は、第１の脚部及び第２の脚部の少なくとも一方の第１の端部と第２の端部との間に位置する。

こうして、放射線不透過性サブ幾何学形状が、脚部の端部及び脚部の接合部分に位置する場合に、放射線不透過性サブ幾何学形状から一定の距離を隔てて尖端ピン孔を設けることができる。尖端ピン孔を使用する代わりに、参照体を、例えばベルクロ取付け用のループ、ピン用の接続要素、又は追加の手術器具（例えば、ホフマンシステムをクランプするレール付き手術器具）を介して患者の解剖学的構造に固定することもできることに留意されたい。

一実施形態によれば、第１の脚部及び第２の脚部の少なくとも一方は、第１のサブ脚部及び第２のサブ脚部を含み、第１のサブ脚部の第１の端部は、第１の脚部及び第２の脚部の少なくとも一方の第１の端部に対応し、第１のサブ脚部の第２の端部は、サブ脚接合部分において第２のサブ脚部の第１の端部に対応する。

こうして、第１及び第２のサブ脚部により、脚部の軌道が患者の解剖学的構造を辿る（follow：追従する）配置が可能になる。

一実施形態によれば、サブ脚接合部分は、少なくとも１つの尖端ピン孔の少なくとも１つを含む。

こうして、第１のサブ脚部と第２のサブ脚部との接合部分に尖端孔を設けることができる。第１及び第２のサブ脚部の接合部分は、患者の露出した骨に対応することができ、骨は皮膚に近く、それによって、尖端ピン孔を患者の解剖学的構造の骨に取り付けることができる。

一実施形態によれば、第１の脚部と第２の脚部との間のその接合点における角度は９０°未満、特に６０°未満である。

こうして、コンパクトな脚部のフレーム構造を提供することができる。脚部の軌道は曲がっていてもよく、その曲がりが角度を開くような形であってもよい。

一実施形態によれば、第１のサブ脚部と第２のサブ脚部との間のその接合点における角度は、９０°未満、特に６０°未満である。

こうして、コンパクトな脚部のフレーム構造を提供することができる。脚部の軌道は曲がっていてもよく、その曲がりが角度を開くような形であってもよい。

一実施形態によれば、第１の脚部及び第２の脚部の一方、及び第１の脚部及び第２の脚部の他方の、第１のサブ脚部及び第２のサブ脚部は、Ｗ字形を形成する。

こうして、参照体全体を患者の解剖学的構造、特に患者の解剖学的構造の骨盤領域に適合させることができる。Ｗ字形により、脚及びサブ脚部の安定したフレーム構造が可能になり、患者の解剖学的構造の関連部分での脚同士の間に十分なオープンスペースが提供され、患者の骨盤の解剖学的構造、特に患者の骨が皮膚表面に近いため露出している場所に十分に適合することができ、これにより、信頼性の高い固定と、参照体と患者の解剖学的構造との間の位置及び向きの参照が可能になる。

一実施形態によれば、解剖学的に適合した表面の少なくとも一部は接着手段を含む。

こうして、追加の損傷を与えることなく、参照装置を患者の解剖学的構造に容易に接着させることができる。もっとも、接着は、尖端ピンへの適用に加えて行ってもよい。

一実施形態によれば、接着手段は、人間の皮膚に対して刺激性のない接着剤でコーティングした表面部分である部分を含む。

こうして、参照体を患者の解剖学的構造に容易に固定することができる。接着剤は、特定の温度又は放射線を適用することによって活性化又は非活性化され得る。

一実施形態によれば、接着手段は、タッチファスナーの一部である部分を含み、その対応物は人間の皮膚に接着可能である。

こうして、参照体を患者の解剖学的構造に容易に固定することができ、位置がずれた場合に、参照体の位置を容易に修正することができる。

本発明の一実施形態によれば、手術参照体に対する手術器具の追跡を視覚化するための方法が提供され、この方法は、手術器具及び手術参照体の一方に対して所定の視線方向に取り付けた撮像装置によって、手術器具及び手術参照体の他方に対して所定の相対的な位置及び向きで取り付けられた光パターンの、所定の視線方向に向けた光学画像を撮影するステップであって、光パターンは少なくとも１つの固有の光サブパターンを有しており、これによって、手術器具の位置及び向きに対する手術参照体の相対的な位置及び向きの決定を可能にするステップと；光パターンの少なくとも１つのサブパターンを認識することによって光パターンの撮影した光学画像を処理するステップと；認識した光サブパターンと光パターンの記憶した表現とを比較するステップと；光パターンの記憶した表現と比較した認識したサブパターンのサイズ、向き、及び歪みから、手術参照体の向き及び位置に対する手術器具の位置及び向きを決定するステップと；を含む。

一実施形態によれば、この方法は、光学撮像装置及び光パターンの一方によって表される手術器具を視覚化するステップと、光学撮像装置及び光パターンの他方によって表される手術参照体を視覚化するステップとをさらに含む。

一実施形態によれば、この方法は、撮像装置の位置及び視線方向に対する光パターンの少なくとも光サブパターンの認識した位置及び向きに基づいて、手術器具の仮想視覚化上に手術器具の所定の動作軌道を増補して、光パターンによって表される手術参照体に対する手術器具の動作経路を視覚化するステップをさらに含む。

本発明の一実施形態によれば、実行時に上述した方法を実行するコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明の一実施形態によれば、上述したコンピュータプログラム製品の実行可能コードを記憶したデータ記憶媒体が提供される。

上述した実施形態は組み合わせることもでき、組み合わせた形態では、単一の技術的効果及び利益の総和を超える相乗的な技術的効果及び相乗的な利益を提供することに留意されたい。

本発明について、以下の図面を用いて説明する。
手術ガイド装置／手術器具／ツールの例示的な実施形態の側面図である。 手術ガイド装置／手術器具／ツールの例示的な実施形態を、基端から先端方向に見た斜視図である。 手術ガイド装置／手術器具／ツールの例示的な実施形態を、放射線画像において基端から先端方向に見た斜視図である。 患者の解剖学的構造に適用した手術ガイド装置／手術器具／ツールの放射線画像での側面図である。 第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状の相補的な一致を示す図である。 光学撮像装置に取り付けられた手術ガイド装置／手術器具／ツールの例示的な実施形態を示す図である。 正方形の光パターンを有する手術参照体の例示的な実施形態を示す図である。 患者の解剖学的構造に適用した六角形の光パターンを有する手術参照体の例示的な実施形態を、光学撮像装置に取り付けられた手術ガイド装置／手術器具／ツールとともに示す図である。 画像処理装置の例示的な実施形態の概略図である。 光学撮像装置がそれぞれのインターフェイスを介して手術ツールに接続され、パターンがそれぞれのインターフェイスを介して接続された参照体に接続される例示的な実施形態を示す図である。 光学撮像装置がそれぞれのインターフェイスを介して参照体に接続され、パターンがそれぞれのインターフェイスを介して接続された手術ツールに接続される例示的な実施形態を示す図である。 異なる放射線不透過性サブ幾何学形状の固有の放射線投影を含むＷ字形の手術参照体の例示的な実施形態を示す図である。 尖端ピン孔内に尖端ピンを適用したＷ字形の手術参照体の例示的な実施形態を示す図である。 必須及び任意の方法ステップを有する方法の例示的な実施形態を示す図である。 例示的な実施形態による長さ調整可能な参照体を示す図である。 例示的な実施形態による、患者の解剖学的構造に取り付けられた参照体を含む放射線画像を示す図である。 ガイド本体に取外し可能に取り付けられた例示的な実施形態による手術ガイドツールを示す図である。 例示的な実施形態による、患者の解剖学的構造に接着された図１６の参照体を示す図である。 図１８の状況と、第１の視線方向及び第２の視線方向におけるその放射線画像を示す図である。 患者の解剖学的構造に対する参照体、第１のガイド本体、及び第２のガイド本体の概略的な位置決めを示す図である。 再構成の前後の切断した解剖学的構造を示す図である。 例示的な実施形態による、インプラントに取り付けられた光学カメラを含む挿入器の形態の手術器具を示す図である。 本発明の実施形態の異なる適用サンプルを示す図である。 同じ又は類似の参照番号は、同じ又は類似の構成要素を示していることに留意されたい。これらの図に沿って、本発明の例示的な実施形態について以下に説明する。

手術インプラント及び手術ツールの場合に、先端部は患者の体内に最初に挿入される端部として規定され、基端部は反対側の端部として規定される。穿孔ツールの場合に、穿孔形状を含む端部は先端部であるとみなされ、穿孔ツールを穿孔駆動部に固定するためのシャフトは基端部であるとみなされる。

（放射線）投影は、幾何学形状を２次元アレイに投影した画像とみなされる。

第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状の相補的パターンは、一致するパターンとみなされ、一緒になって閉じた共通パターンを形成する。このような一致するパターンは、例えば、均一な周方向距離又は重なり（overlap）を有する同心円、多角形、又は他の形状によって、或いは、円又は多角形又は他の形状のセグメントのように、均一な距離又は重なりを有するセグメントをインターリーブすること等によって形成され得る。

ツール、インプラント、又はその一部の中心線は、それぞれのツール、インプラント、又はその一部の側縁まで等しい距離を有する経路に従う仮想線である。

２つの脚部の接合点は、２つの脚部の両方の中心線が互いに交差する点、又は距離が最小になる点とみなされる。

２つの脚部の間の角度は、両方の中心線の接合点を通って延びる各脚部の中心線の接線によって規定される角度とみなされる。

２つの脚部の接合部分は、接合点に向かう両方の脚部が分離されなくなった領域、つまりエッジを共有する領域である。

第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状の相補的パターンは、一致するパターンとみなされ、一緒になって閉じた共通パターンを形成する。このような一致するパターンは、例えば、均一な周方向距離又は重なりを有する同心円、多角形、又は他の形状によって、或いは、円又は多角形又は他の形状のセグメントのように、均一な距離又は重なりを有するセグメントをインターリーブすること等によって形成され得る。

手術ガイド装置又は手術器具の仮想視覚化には、それぞれ手術ガイド装置及び手術器具の完全な視覚化を含んでもよいが、追加又は代替として、それぞれ手術ガイド装置及び手術器具の軸線、及び／又はその代表的なスケール及び／又は輪郭であってもよい特徴的な幾何学形状の視覚化も含んでもよい。手術ガイド装置又は手術器具を仮想的に視覚化することには、利用可能な様々なインプラント等の視覚化、特にネジを意図して適用する患者の解剖学的構造と組み合わせて、利用可能な３つの異なる骨ネジの視覚化も含まれる場合があり、それによって、外科医が仮想的な視覚化を通じて様々なネジの中から適切なネジを認識し、識別できるようにする。これは、３つの数に限定されず、ネジにも限定されず、釘、特に、様々な曲率半径を有する釘、及び他のインプラント、及びＫワイヤ等の手術器具も含み得ることに留意されたい。

手術ガイド装置又は手術器具の任意の意図した使用向きの固有の投影は、システム及び／又は外科医が、第２及び同一の投影による更なる向きのそれぞれが意図した使用範囲又は合理的な使用範囲外であることを認識する限り、２つ以上の異なる向きの投影が同一であることを排除するものではない。この点に関して、意図した使用範囲又は合理的な使用範囲内の向きが固有の投影に基づいて決定できることが常に保証される場合に、繰り返しのパターン投影は許容される可能性がある。手術ガイド装置又は手術器具が逆さま又はある向きを向いている場合に、意図した使用又は合理的な使用の範囲外とみなされる可能性があるが、これは手術中に重大な損傷を引き起こす可能性はない。

参照体と患者の解剖学的構造との間の対応関係は、参照体が患者の解剖学的構造に取り付けられた状態で、異なる位置／向き（例えば、ＭＬ、ＡＰ、又は他の異なる方向）からの複数（２つ以上）の画像を提供することによって確立することができる。これらの複数のビューに基づいて、参照体と患者の解剖学的構造との間の関係が画像増補によって実現される。参照体の既知の幾何学形状により、画像面内の参照体と器具／ツール／解剖学的構造とのスケーリングを決定することができる。異なる撮像ビューは、互いに参照することができる。さらに、患者の解剖学的構造に関連して様々な参照体を設定するために、自動又は手動の２Ｄ画像セグメンテーションを実行できる。これは、一般的に知られている骨の幾何学形状、又は例えば術後のＣＴ等によって得ることができる個別に知られている骨の幾何学形状を含むデータベースによってサポートされ得る。

図１及び図２は、コンピュータ支援手術ＣＡＳのための手術ガイドシステム１を示す。手術ガイドシステム１は、ここでは突き錐（awl）として示される手術ガイド装置１０を含む。手術ガイド装置１０は、手術ガイド装置の基端部１１から手術ガイド装置１０の先端部１２までの長手方向の延長部を有するガイド本体１５を含む。ガイド本体は、中空のシャフト１５ａを有しており、長手方向手術インプラント及び長手方向ツールの少なくとも一方を案内するように適合される。手術インプラントは、例えば、ネジ又は釘又はワイヤであってもよい。ツールは、Ｋワイヤ、ドリル、針等であってもよい。中空シャフト１５ａは案内チャネル１５ｂを有しており、案内チャネルは、案内本体に沿って延び、挿入され案内される手術インプラント又は手術ツールの移動経路４６に沿って先端方向に続く案内軌道１６を辿る。案内軌道は、直線であってもよく、屈曲又は曲線であってもよい。直線軌道は、ドリル又はネジ等の直線インプラント又はトール（tolls）を挿入するために使用できる。屈曲した軌道は、曲がった釘又は曲がったワイヤ等、曲がった又は湾曲したインプラントやツールを挿入するために使用できる。案内軌道は、ガイド本体１５又は中空シャフト内、又はガイド本体１５又は中空シャフト上の軌道として理解すべきである。移動経路４６は、案内経路１６を先端方向、すなわち患者に向かう方向に延びる経路として理解すべきである。移動経路は通常、案内軌道１６と同様の曲率を有する。案内軌道１６が直線であれば、移動経路４６も直線である。案内経路が湾曲していれば、通常、湾曲したインプラント又はツールが移動する移動経路も湾曲している。移動経路は、挿入時に案内されるインプラント又はツールが、ここではツールのチップ（tip）１８として示される先端部の中空シャフト１５ａを出た後に移動する経路を規定する。ここに示される突き錐はハンドル又はノブ１７を有しており、これは突き錐を取り扱うために、特に突き錐の先端部１２に刃を当てるために使用される。刃は開口部を残し、この開口部を通してツール又はインプラントを中空シャフト及び先端開口部を通して患者に向けて案内することができる。

図１及び図２は突き錐を示しているが、ガイド装置１０は釘又はネジを位置決めするための標的装置であってもよいことを理解されたい。

図２は、ノブ１７における放射線不透過性幾何学形状２０を示す。放射線不透過性幾何学形状２０は、ガイド本体１５に対して所定の空間的な位置及び向きに配置される。放射線不透過性幾何学形状２０は、手術ガイド装置１０の意図した使用向きにおける案内本体の任意の基端から先端への向きに固有の放射線投影２５を提供する。固有の投影により、ガイド装置１０、ひいてはガイド本体１５及び中空シャフト１５ａの向きを決定することができるので、固有の投影は、案内軌道１６と、中空シャフト１５ａによって案内されるときにツール又はインプラントが移動する移動経路４６とを決定するために使用することができる。中空シャフトはまた、インプラント又は器具を横方向に挿入するための横方向スリット（ここでは図示せず）を有してもよいことに留意されたい。このスリットは、閉じた中空シャフト１５ａを形成するためにカバーによって閉じてもよい。ガイド本体（１５）は、案内チャネル（１５ｂ）を有する中空シャフト（１５ａ）を含み、案内チャネルは案内軌道（１６）を辿る。

放射線不透過性幾何学形状２０は、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状２１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２２を有してもよい。この図では、第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２１、２２はノブ１７に配置されるが、ガイド装置１０のいずれかの場所に配置してもよい。任意の放射線不透過性幾何学形状２０又はサブ幾何学形状２１、２２、２３もまた、例えばクリップ接続で解放可能に取り付けられた幾何学形状として提供してもよい。サブ幾何学形状２１、２２は、クリップに一緒に形成してもよい。ガイド装置と放射線不透過性幾何学形状２０又は放射線不透過性サブ幾何学形状２１／２２／２３とのキー／キー孔要素を一致させることにより、ガイド装置に対する放射線不透過性幾何学形状２０／サブ幾何学形状２１、２２、２３の所定の向き及び位置を確立することができる。キー／キー孔要素はまた、ガイド装置１０とともに使用することを意図した放射線不透過性幾何学形状２０／サブ幾何学形状２１、２２、２３のみをガイド装置にクリップ留めできるように使用することもできる。放射線不透過性幾何学形状は、固有の３次元形状を有してもよく、及び／又は固有の投影を一緒に形成するサブ幾何学形状から構成してもよい。

図２に示すように、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状２１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２２は、同心円状に配置されるが、同一平面内ではなく平行平面に配置された、放射線不透過性材料の２つの円形リングによって実現され得る。基端から先端方向にまっすぐに見ると、投影内の両方のリングが同心円として表示される。この視線方向では、両方のリング、１つの第１の放射線不透過性サブ幾何学形状２１と１つの第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２２とが相補的なパターン、ここでは互いに適合（fit）する２つの同心リングを形成することができる。僅かに横方向の位置から傾斜したビューを適用すると、リングは楕円として表示され、同心円ではなくなる。同心円シフトの測定値と楕円変形の測定値、及び両方のリングの相対的なサイズは、横方向の視野角だけでなく、視野距離も計算するための基礎を与え得る。ガイド装置の幾何学形状が既知であるため、その案内軌道１６も既知であり、こうして、移動経路４６も既知である。これは、直線の案内軌道だけでなく、湾曲した案内軌道１６にも当てはまる。図５に示すように、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状２１の放射線投影２６と、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２２の放射線投影２７とが共に、所定の（直線の長手方向延長部に向かうものであり得る）視線方向に、相補的パターン２９を有することができる。この相補的パターン２９は、例えば、両方の同心リングにより形成することができる。他の相補的なパターンは、相補的な視線方向に向けて見たときに、互いに一致する任意のキー／キー孔の形状によって形成してもよい。

図２に示すように、ガイド装置は、更なる第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３を有してもよい。一方、図示の実施形態における第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２１及び２２は、ノブ１７を含む基端部１１に位置しており、第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３は、先端部１２及びチップ１８の近くに位置する。図４に示されるように、第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３には、基準マーカ２４を設けてもよい。第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３も基端部１１に設けることができ、また、第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２１及び２２と空間的に重なり得る。基準マーカ２４は、放射線不透過性の球体又は他の幾何学形状であってもよく、どの視線方向に対しても共通して固有の投影を提供するように空間的に配置される。第１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状２１及び２２の同心円は、基端から先端への正確な方向の非常に正確な決定を可能にし、基準マーカ２４は空間的向きの正確な横方向の決定を可能にする。

図３は、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状２１のその固有の放射線投影２６を含む視覚化を示す。放射線不透過性幾何学形状２０、２１、２２、２３により、特にガイド装置の輪郭のコントラストが高くない場合に、ガイド装置の輪郭としてより正確に決定できるようになる。第１の放射線不透過性サブ幾何学形状２１の両方のリングの位置、サイズ、及び形状に基づいて、ガイド装置１０の向きを決定し、案内軌道１６及び移動経路４６を増補及び視覚化することが可能である。

視覚化及び増補は、コンピュータ又は他の任意の計算能力であり得る画像処理装置３０によって実行することができる。画像処理装置は、ここでは、図４に示されるように、その基準マーカ２４を含む第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３の、放射線不透過性幾何学形状２０の固有の放射線投影２５に基づいて、患者の解剖学的構造１００に対するガイド本体１５の向きを仮想視覚化１９するように適合した視覚化手段３６を有する。第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３の固有の放射線投影２７、特に基準マーカ２４のパターンにより、ガイド装置の位置及び向きの決定が可能になる。これにより、ガイド本体１５の向きの仮想視覚化１９が可能になる。画像処理装置３０はさらに、埋め込まれる手術インプラント又は手術ツール４５の少なくとも一方の移動経路４６を視覚化するために、ガイド本体１５の向きの仮想視覚化１９上に案内軌道１６を増補するための増補手段３８を有する。

外科医の向きを単純化するために、増補手段３８は、増補した案内軌道１６に沿って再現可能なスケール３９を増補することができる。このスケール３９は、外科医に、インプラント・チップ又はツール・チップが、案内軌道１６に沿って挿入されるときに、どこで終わるかというアイデアを与えることができる。このスケールは、外科医が正しいインプラント／ツールの長さを選択するのにも役立ち得る。画像認識と解剖学的構造の識別とを組み合わせて、どのツール又はインプラントの使用が推奨されるかを外科医に提案することができる。増補手段はまた、図４に示すように、放射線不透過性幾何学形状２０の固有の放射線投影２５に基づいて、特に第３の放射線不透過性サブ幾何学形状２３の基準マーカ２４の固有の放射線投影２７に基づいて、患者の解剖学的構造１００に対して埋め込まれるインプラントに関連する幾何学形状を増補することもできる。

図６及び図７は、手術参照体５０に対して手術器具１０を追跡するための手術追跡システムを示す。手術追跡システム２は、光学撮像装置７０及び光パターン８０を有する。撮像装置７０はパターン８０の画像を撮影し、パターン８０には固有の部分、サイズ、歪みがあるため、認識した特有のパターン部分によって、光学撮像装置７０及びパターン８０の相対的な位置を決定することができる。撮像装置７０は、カメラ又は任意の他の画像撮影装置であってもよい。撮像装置は、患者の解剖学的構造に取り付けられる手術ツール１０又は参照体５０のいずれかに結合され得る。パターン８０は、参照体５０及び光学撮像装置７０の他方に結合してもよい。図５は、光学撮像装置７０が手術ツール／装置１０に結合されることを示す。図６は、光パターン８０が参照体５０に結合されることを示す。ここで、パターン８０は参照体５０に直接印刷される。パターンは手術器具／ツール１０側にも設けてもよく、光学撮像装置７０を参照体５０側に設けてもよいことに留意すべきである。パターン８０及び光学撮像装置７０は両方とも、それぞれの器具１０及び参照体５０に固定的に結合してもよく、又はそれらに取り外し可能に結合してもよい。貴重なカメラ装置を再利用するために、光学撮像装置７０を手術器具１０に取り外し可能に結合することも可能であるが、パターン８０は、参照体１０上に取り外し不可能に印刷され、使用後に廃棄され得る。

撮像装置７０は、手術器具１０に取り付けられると、光学撮像装置７０の所定の視線方向７１に対する手術器具１０の位置及び向きを表し、同様に、光パターン８０は、固有の光サブパターン８０ａに対する手術参照体５０の位置及び向きを表す。こうして、パターン８０から画像を取得することにより、手術器具１０の位置及び向きに対する手術参照体５０の相対的な位置及び向きを決定することができる。この目的のために、図９に示すように、システムには、パターン認識手段３２及び視覚化手段３８を含む画像処理装置３０が設けられる。さらに、画像処理装置３０は増補手段３６を有してもよい。

画像処理装置３０は、撮像装置７０から撮影した画像と光パターンの記憶した表現とに基づいて、撮像装置７０の位置及び視線方向７１に対する光パターン８０の少なくとも光サブパターン８０ａの位置及び向きを認識するためのパターン認識手段３２を有する。さらに、画像処理装置３０は、光学撮像装置７０によって表される手術器具１０を仮想的に視覚化し、光パターン８０によって表される手術参照体５０を仮想的に視覚化するための視覚化手段３８を有する。あるいはまた、視覚化手段３８は、撮像装置７０及びパターン８０が器具１０及び参照体５０のいずれかに取り付けられるかに応じて、光パターン８０によって表される手術器具１０を仮想的に視覚化し、光学撮像装置７０によって表される手術参照体５０を仮想的に視覚化する。増補手段３６が提供される場合に、増補手段は、視覚化に対する器具、スケール、さらには仮想器具又は仮想インプラントの移動軸線又は軌道を増補することができる。増補アイテムは、少なくとも２つの２次元画像を３次元画像に変換する変換プロセスから、又はデータベースの仮想的に記憶したアイテムから提供され得る。さらに、定量的な尺度、インプラントの特性、又は識別子等の追加情報が増補される場合があり、これは、外科医が正しい測定値及びアイテムを特定するのに役立ち得る。増補手段は、撮像装置７０の位置及び視線方向７１に対する光パターン８０の少なくとも光サブパターン８０ａの認識した位置及び向きに基づいて、手術器具１０の所定の動作軌道１６、４６を手術器具１０の仮想視覚化上に増補して、光パターン８０によって表される手術参照体５０に対する手術器具１０の動作経路４６を視覚化することができる。この増補は、スクリーン上で、又は手術中に外科医が着用する増補メガネ画面でさえも行ってもよい。

図１０及び図１１は、光学撮像装置７０が、手術器具１０及び手術参照体５０の一方の幾何学形状と、光学撮像装置７０の位置及び視線方向７１との間の再現可能な関係を有するユニットを形成するための、手術器具１０及び手術参照体５０の一方のポジティブ・フィット・レセプタクル１７ａ、５７ａに結合される機械的インターフェイス７７ａを有し得ることを示す。同様に、光パターン８０は、手術器具１０及び手術参照体５０の一方の幾何学形状と、光パターン８０の位置及び向きとの間の再現可能な関係を有するユニットを形成するための、手術器具１０及び手術参照体５０の一方のポジティブ・フィット機械的インターフェイス１７ａ、５７ａに結合される機械的インターフェイス８７ａを含むことができる。取り外し可能なレセプタクルを提供する代わりに、手術器具１０及び手術参照体５０の一方の幾何学形状と、光学撮像装置７０の位置及び視線方向７１との間の再現可能な関係を有するユニットを形成するために、光学撮像装置７０を手術器具１０及び手術参照体５０の一方に固定して接続することも可能である。同様に、光パターン８０は、手術器具１０及び手術参照体５０の一方の幾何学形状と、光パターン８０の位置及び向きとの間の再現可能な関係を有するユニットを形成するために、手術器具１０及び手術参照体の他方に固定的に取り付けてもよい。

図７に示すように、光パターン８０は、幾何学的に均一な明フィールド及び暗フィールドのラスター８２から構成される。フィールドは、正方形又は円形のフィールドであってもよく、又は長方形のラスターにある程度フィットする形状を有してもよい。ラスターフィールドの色は、明るい、白い、又は金属の表面（例えば、インプラント、ツール、又は参照体等の陽極酸化表面）上に暗フィールド又は黒フィールドを印刷することを含む、任意の異なる色にすることができる。特に、正方形の明フィールド及び暗フィールドのラスター、特に明フィールド及び黒フィールドのラスターは、ＱＲコードと同様に使用され得る。特定のアンカーパターンは、規定したサブパターンを要求するために使用できる。明暗フィールド又は白黒フィールドの代わりに、異なる色のフィールド、例えば赤と緑、黄と青、又は黄と黒も使用できる。代替として、図８に示すように、光パターン８０は、明フィールド及び暗フィールドのハニカムラスター８３から構成してもよい。フィールドは、六角形又は円形フィールドであってもよく、又はハニカムラスターにある程度フィットする形状を有してもよい。ハニカムラスターフィールドの色は、明るい、白い、又は金属の表面（インプラント、ツール、又は参照体等の陽極酸化表面）に暗フィールド又は黒フィールドを印刷することを含む、任意の異なる色にすることができる。特に、正方形の明フィールド及び暗フィールドのラスターである。明暗フィールド又は白黒フィールドの代わりに、異なる色のフィールド、例えば赤と緑、黄と青、又は黄と黒も使用できる。

図１２は、図８に示されるように、患者の解剖学的構造１００に位置合わせされ得る手術参照体５０の形状を示す。

手術参照体５０は、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２を有する放射線不透過性幾何学形状６０として、放射線ベースの識別を目的としており、各サブ幾何学形状が手術参照体５０に固定的且つ空間的に再現可能に接続される。参照体５０（ここではその一般的な形状は示していない）は、第１の脚部５１及び第２の脚部５２を有しており、各脚部が患者の解剖学的構造１００に対して解剖学的に適合した表面５９を有する。解剖学的に適合した表面は図１３に示される。第１の端部５１ａを含む第１の脚部５１は、脚接続部５３において第２の脚部５２の第１の端部５２ａに接続される。第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２のそれぞれは、手術参照体５０の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影６６、６７を有しており、それによって、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２のそれぞれだけで、手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、手術参照体５０の空間的な位置及び向きを決定することができる。放射線不透過性幾何学形状は、図１～図４、特に図４に関して説明したように、一組の基準マーカ２４によって形成することができる。サブ幾何学形状６１、６２の放射線不透過性幾何学形状は、パターン８０によっても提供することができ、ここで、例えばパターンの暗フィールドは、放射線不透過性物質又は塗料でできている。第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１は第１の脚部５１に割り当てられ、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２は第２の脚部５２に割り当てられる。特定の実施形態では、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１は第１の脚部５１の第２の端部５２ｂに割り当てられ、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２は、第２の脚部５２の第２の端部５２ｂに割り当てられる。

図１２は、手術中に患者の解剖学的構造を参照するための手術参照体５０を示し、手術参照体５０は、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状６３を有する放射線不透過性幾何学形状６０を有する。サブ幾何学形状のそれぞれは、手術参照体５０に固定的且つ空間的に再現可能に接続される。図４に示されるように、放射線不透過性サブ幾何学形状は一組の基準マーカとして提供され得るが、図２又は図３に示すようにラスターとして提供することもでき、例えば暗フィールドは放射線不透過性の材料で作られ、明フィールドは放射線不透過性の材料で覆われていない。第１及び第２の脚部５１、５２は、図８及び図１３に示すように、患者の解剖学的構造１００に対して解剖学的に適合した表面５９を有する。第１の端部５１ａを含む第１の脚部５１は、脚接合部分５３において第２の脚部５２の第１の端部５２ａに接続される。第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状６３のそれぞれは、手術参照体５０の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影６６、６７、６８を有しており、それによって、第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状６３のそれぞれだけで、手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、手術参照体５０の空間的な位置及び向きを決定することができる。第１の放射線不透過性サブ幾何学形状６１は第１の脚部５１の第２の端部５１ｂに割り当てられ、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状６２は第２の脚部５２の第２の端部５２ｂに割り当てられ、第３の放射線不透過性サブ幾何学形状は、第１の脚部５１と第２の脚部５２の脚接合部５３に割り当てられる。

図１２は、手術参照体５０が尖端ピン孔５７を含むことを示す。参照体５０はまた、図示していないが、更なる尖端孔を有してもよい。ここでの尖端ピン孔５７は、第２の脚部５２の第１の端部５２ａと第２の端部５２ｂとの間に位置する。図１２に示すように、第１の脚部５１及び第２の脚部５２の少なくとも一方、ここでは図１２の第２の脚部５２は、第１のサブ脚部５４及び第２のサブ脚部５５から構成され、第１のサブ脚部５４の第１の端部５４ａは、第２の脚部５２の第１の端部５２ａに対応しており、第１のサブ脚部５４の第２の端部５４ｂは、サブ脚接合部分５６において第２のサブ脚部５５の第１の端部５５ａに対応している。この図示の実施形態では、サブ脚接合部分５６は尖端ピン孔５７を含む。図１３に示すように、尖端ピン孔５７は、尖端ピン孔を受け入れることができる。図示の参照体５０はＷ字形を有することができ、第２の脚部の第１のサブ脚部５４及び第２のサブ脚部５５と、第１の脚部５１とがＷ字形を形成する。参照体５０を患者の解剖学的構造に固定するために、参照体５０は、解剖学的に適合した表面５９の少なくとも一部に接着手段５８を有してもよい。接着手段は、人間の皮膚に対して刺激性のない接着剤でコーティングした表面部分である部分であってもよい。あるいはまた、又は別の表面部分において、接着手段５８は、タッチファスナーの一部である部分を含み、その対応物は人間の皮膚に接着可能である。

図１４は、患者の解剖学的構造に対するインプラント／ツールの適用位置の位置決めを支援する方法を示す。この方法は、パターンを認識するステップＳ３２と、認識した（サブ）パターンを所定のパターンと比較するステップＳ３３とを含み得る画像処理ステップＳ３０を含む。さらに、画像処理ステップＳ３０は、（サブ）パターンの位置及び向きを決定するステップＳ３４、アイテムを視覚化するステップＳ３６、及び例えばガイド軌道、インプラント／ツール／器具の輪郭又はイラストを増補するステップＳ３８を含むことができる。光学撮像装置及び光パターンの相対的な位置及び向きを提供するために、この方法は、撮像装置を用いてパターンの光学画像を取得するステップＳ７０を含むことができる。

楔状骨切り術は、足中央部の変形（扁平足又はシャルコー（Charot）足等）の一般的な治療法である。現在のアプローチは、Ｃアームを使用した蛍光透視ガイダンスの下でのフリーハンド骨切り術を使用することである。たとえＣＴデータに基づいた適切な計画が使用されたとしても、主な課題は手術中にその計画を実行することである。これにより、困難な手術、不正確な矯正、不十分な固定強度が生じることがよくある。ここで説明する解決策は、上述のパターン認識に対する拡張であり、カメラが、別の装置の光パターンに対する空間内の位置を決定できるほか、定位に基づく技術で、放射線画像の位置と放射線画像内の器具の関係を、軌道、測定値、他の３Ｄ情報等の追加情報を用いて計算して増補することができる。以下に説明する態様は、蛍光透視参照体５０と、切断ガイド、プレート挿入器、又はドリルスリーブ等の標的器具に取り付けられたカメラ７０とを組み合わせる。参照体５０は、患者の解剖学的構造１００、例えば接着剤又はピンを介して足に固定された剛性構造であり、これにより関心対象となる全ての蛍光透視画像を互いに関連付けることができる。参照体は、上述したように、光参照パターン８０も包含する。次に、標的装置に取り付けられたカメラ７０は、参照体５０に対するその位置を決定することができる。このようにして、標的器具１０、１５の現在の軌道／平面／位置を、参照体５０が視野内にある以前に取得した全ての画像に示すことができる。これにより、最初のステップで３Ｄ ＣＴデータ上で行われたプランニングをＸ線画像又は放射線画像に位置合せ（register）することができる。これにより、手術中に撮影した全てのＸ線画像又は放射線画像上に計画されたウェッジ（wedge）を参照として表示することもできる。次のステップでは、この情報を使用して、外科医が、Ｘ線画像又は放射線画像で視覚化される切断ガイド内の放射線不透過性マーカ２０、２４を用いた定位的アプローチに基づく増分アプローチを使用することにより、切断ガイドとしてガイド本体１５、１５ａ、１５ｂを位置合わせするのを助けることができ、それによって、システムは、計画した切断１０１ａ、１０１ｂに対する放射線画像内の現在のツール位置に基づいて、切断面１６、１６ａ、１６ｂの現在位置を示すことができる。このアプローチを使用すると、必要な全ての平面で追加の放射線画像を一度に撮影することなく、この情報を提供することもできる。切断ガイド１５、１５ａ、１５ｂが計画に従って配置され、切断が行われると、システムはまた、最初の計画と比較して実際の再位置決めを検証することも可能にする。プレート４５又は釘のようなインプラントを配置するために、インプラント配置に関する生のフィードバックを可能にする挿入ツールをカメラ７０と組み合わせて使用することができる。ドリルガイドでも同様の原理を使用することで、軌道、長さ、直径等の追加情報を提供する定位光学画像ベースのアプローチを使用してネジを配置できる。これは、基礎となる解剖学的構造に基づいたシステムによる衝突警告又はネジの長さの提案によって強化され得る。標準的な放射線又は蛍光ナビゲーションと比較して、この解決策は、以下の図を参照して説明するように、必要なハードウェア、トラッカー、及び参照が大幅に少なく、視野の問題を視野内に参照体を必要とする１台のカメラのみに最小限に抑え、複雑さを大幅に軽減しながら非常に匹敵する（comparable）機能性を提供する。

図１５は、長さ調整可能な参照体５０を示しており、これは、上述したように、固有の放射線投影を有する放射線不透過性（radio dense）又は放射線不透過性（radio-opaque）の幾何学形状を有する放射線透過性の物体であってよく、その放射線不透過性の幾何学形状は、Ｘ線画像に現れるマーキングパターンを有する。参照体５０は、互いに引き抜くことができる第１の脚部５１及び第２の脚部５２の２つの部分から構成され得る。両方の脚部５１、５２は、上述したように別個の放射線不透過性サブパターンを有することができるが、ここでは図示していない。参照体５０及び／又は各脚部５１、５２は、上述したように、光パターン８０を個別に有することができる。図１５に示されるような参照体の両方の部分の相対的な位置は、光学撮像装置を手術参照体の部分の１つに接続することによって決定され得、空間決定は手術ツール及び手術参照装置について上述したように機能することに留意されたい。

図１６は、患者の解剖学的構造１００に取り付けられ、放射線不透過性幾何学形状６０を有する参照体５０を含む放射線画像又はＸ線画像を示しており、脚部５１、５２のそれぞれが、別個の放射線不透過性サブ幾何学形状６１、６２を有し得る。

図１７は、例えば、ガイド本体１５の先端部に取り外し可能に取付られた手術ガイドツール１０を示す。ノブ１７を含む基端部には、光学撮像装置７０、例えば、上で説明したカメラが取り付けられる。ガイド本体１５は、ここでは図示していない切断ツールを案内できる切断案内軌道１６を有する。切断案内軌道、本体１５のスリットによって形成することができる。ガイド本体１６は、ここでは多数の基準マーカ２４の形態である、その中に形成された放射線不透過性幾何学形状を有しており、これらは、基準マーカの投影画像から物体１５の向き及び位置の決定を可能にする固有の放射線投影を有する。

図１８は、患者の解剖学的構造１００に接着された図１６の参照体５０を示す。参照体５０には、光学画像装置７０によって撮影した画像から参照体５０の位置及び向きを決定できるようにする光パターンが取り付けられている。光パターン認識により、参照体５０に対するガイド本体１５の相対的な位置及び向きの決定が可能となる。参照体５０の放射線不透過性幾何学形状により、患者の解剖学的構造１００に対する参照体５０の相対的な位置及び向きの決定が可能になる。光識別及び放射線識別を併用すると、ガイド本体１５と患者の解剖学的構造１００との相対的な位置及び向きの決定が可能になる。

図１９は、図１８に示す状況を左側に示す。図１９の中央は、左側に示す状況を第１の視線方向から見た放射線画像を示す。放射線画像から、患者の解剖学的構造１００及びその放射線不透過性幾何学形状２０を含む参照体５０を得ることができる。増補手段は、本体１５の放射線不透過性幾何学形状２０に対応する切断ガイド軌道１６を増補することができる。第１のガイド本体１５ａ及び第２のガイド本体１５ｂを使用する場合に、増補手段は、第１の切断ガイド軌道１６ａ及び第２の切断ガイド軌道１６ｂも同様に増補することができる。それに加えて、第１の意図した切断面１０１ａ及び第２の意図した切断面１０１ｂによって規定されるウェッジを増補することができ、図２１に示すように、これらの意図した切断面１０１ａ、１０１ｂは、骨片の位置を再位置決めするために行われる骨切り術のための切断が必要となる計画手順から生じ得る。右側の図１９は、図１９の中央の図の視線方向とは異なる、放射線画像の視線方向から見た左側の図と同じ状況を示している。案内軌道１６は、案内本体１５に取り付けた手術器具１０を再位置決めすることによって意図した平面１０１ａ、１０１ｂと整列させられ、その固有の投影２０が案内軌道１６、１６ａ、１６ｂを増補させるために使用される。ガイド本体１５を計画したウェッジ、すなわち意図した平面１０１ａ、１０１ｂと位置合わせするには２つの方法がある。１つの方法は、定位イメージングに基づく増分アプローチである。システムがＸ線画像内で認識した位置に基づいて、この位置に基づいて追加のアライメント情報が増補される。図１９の図では、適切な位置合わせが行われていないことが示される。案内軌道１６の増補フレームがウェッジの平面１０１ａ、１０１ｂに一致するほど、後の切断がより良くなる。他の方法は、光学撮像装置７０、例えば、光学カメラを介した追跡に基づくライブ追跡である。定位アプローチとの違いは、放射線画像を繰り返し撮影する必要がなく、ガイド本体１５を動かしながらライブフィードバックが得られることである。

図２０は、患者の解剖学的構造に対する参照体５０、第１のガイド本体１５ａ、及び第２のガイド本体１５ｂの概略的な位置決めを示す。楔状骨切り術の場合に、２つの切断ガイド又はガイド本体１５ａ、１５ｂが計画に従って配置される。ガイド本体１５、１５ａ、１５ｂ自体は、手術器具又はハンドルから取り外して、Ｋワイヤによって骨に固定することができる。２つの切断後、図２１（上：切断、下 再位置決め）に示すように、解剖学的構造を再位置決めすることができる。図２１の下に示されるように、参照体５０が依然として放射線画像内にある状態で、計画した結果を検証することもできる。図２１は、上の図に３Ｄ ＣＴデータに基づくウェッジの計画部分を示している。ウェッジは、患者の解剖学的構造１００上の第１の意図した切断面１０１ａと、患者の解剖学的構造１００における第２の意図した切断面１００ｂとによって形成される。次に、３Ｄデータセットは、患者の解剖学的構造の術中に取得した放射線画像と手動又は自動で照合され、それによって、図１９の中央と右にウェッジを含んで示すように、計画したウェッジをそれらの画像に転送できる。

図２２は、プレート又は釘の形態のインプラント４５に取り付けられた光学カメラ７０を含む挿入器の形態の手術器具１０を示す。この挿入器は、システムが以前に撮影した放射線画像に関するライブフィードバックを提供するように、最小限の侵襲的配置に使用することができ、ここで、インプラントの位置及び向きは解剖学的構造１００に対して決定される。同様のアプローチを、カメラ７０を使用することによって、又は定位アプローチに基づいて、ネジの計画及び配置に使用することができる。マーカ又は放射線不透過性幾何学形状６０、６５を追加することができ、或いはカメラ７０を例えばドリルガイド１０、１５に取り付けることができ、長さ及び軌道に関する情報を提供する。

１ コンピュータ支援手術ＣＡＳ用の手術ガイドシステム
２ 手術追跡システム
１０ 手術ガイド装置／手術器具
１１ 手術ガイド装置／手術器具の基端部
１２ 手術ガイド装置／手術器具の先端部
１５ ガイド本体
１５ａ 中空シャフトガイド本体
１５ｂ ガイド本体の案内チャネル
１６ ガイド本体の案内軌道／切断面軌道／手術器具の動作軌道
１６ａ 手術器具のガイド本体の第１の切断面の軌道
１６ｂ 手術器具のガイド本体の第２の切断面の軌道
１７ 手術ガイド装置のノブ／ハンドル
１７ａ 光学撮像装置又はパターン用の手術器具の機械的インターフェイス
１８ 手術ガイド装置のチップ
１８ａ 手術ガイド装置のチップの刃／ツール
１９ ガイド本体の仮想視覚化／ガイド本体の向き
２０ 手術ガイド装置の放射線不透過性幾何学形状
２１ 手術ガイド装置の第１の放射線不透過性サブ幾何学形状
２２ 手術ガイド装置の第２の放射線不透過性サブ幾何学形状
２３ 手術ガイド装置の第３の放射線不透過性サブ幾何学形状
２４ 基準マーカ
２５ 手術ガイド装置の放射線不透過性幾何学形状の放射線投影
２６ 手術ガイド装置の第１のサブ幾何学形状の放射線投影
２７ 手術ガイド装置の第２のサブ幾何学形状の放射線投影
２８ 手術ガイド装置の第３のサブ幾何学形状の固有の放射線投影
２９ 第１／第２のサブ幾何学形状の放射線投影の相補的パターン
３０ 画像処理装置
３２ パターン認識のための認識手段
３６ 視覚化手段
３８ 案内軌道を増補するための増補手段
３９ 増補した案内軌道に沿った再現可能なスケール
４５ 手術インプラント／手術ツール
４６ 挿入及び案内される手術インプラント／手術器具の移動経路／手術器具の延長した動作軌道
５０ 手術参照体
５１ 手術参照体の第１の脚部
５１ａ 第１の脚部の第１の端部
５１ｂ 第１の脚部の第２の端部
５１ｃ 第１の脚部の中心線
５２ 手術参照体の第２の脚部
５２ａ 第２の脚部の第１の端部
５２ｂ 第２の脚部の第２の端部
５２ｃ 第２の脚部の中心線
５３ 手術参照体の第１及び第２の脚部の接合部分
５３ｃ 第１の脚部及び第２の脚部の中心線の接合点
５４ 手術参照体の第１のサブ脚部
５４ａ 第１のサブ脚部の第１の端部
５４ｂ 第１のサブ脚部の第２の端部
５４ｃ 第１のサブ脚部の中心線
５５ 手術参照体の第２のサブ脚部
５５ａ 第２のサブ脚部の第１の端部
５５ｂ 第２のサブ脚部の第２の端部
５５ｃ 第２のサブ脚部の中心線
５６ 手術参照体の第１及び第２のサブ脚部の接合部分
５６ｃ 第１／第２のサブ脚部の中心線の接合点
５７ 手術参照体の固定孔／尖端ピン孔
５７ａ 光学撮像装置又はパターン用の手術参照体の機械的インターフェイス
５８ 手術参照体／手術ガイド本体の接着手段
５９ 第１／第２の（サブ）脚部の解剖学的に適合した表面
６０ 手術参照体の放射線不透過性幾何学形状
６１ 手術参照体の第１の放射線不透過性サブ幾何学形状
６２ 手術参照体の第２の放射線不透過性サブ幾何学形状
６３ 手術参照体の第３の放射線不透過性サブ幾何学形状
６４ 基準マーカ
６５ 手術参照体の放射線不透過性幾何学形状の固有の放射線投影
６６ 手術参照体の第１のサブ幾何学形状の固有の放射線投影
６７ 手術参照体の第２のサブ幾何学形状の固有の放射線投影
６８ 手術参照体の第３のサブ幾何学形状の固有の放射線投影
７０ 光学撮像装置
７１ 光学撮像装置の視線方向
７７ａ 器具又は参照体用の光学撮像装置の機械的インターフェイス
８０ 光パターン
８０ａ 光サブパターン
８２ 均一な光パターンのラスター
８３ 光パターンのハニカムラスター
８７ａ 器具又は参照体用の光学撮像装置の機械的インターフェイス
１００ 患者の解剖学的構造
１０１ 患者の解剖学的構造における意図した切断面
１０１ａ 患者の解剖学的構造における第１の意図した切断面
１０１ｂ 患者の解剖学的構造における第２の意図した切断面
Ｓ３０ 画像処理
Ｓ３２ パターン認識
Ｓ３３ 認識した（サブ）パターンと所定のパターンとの比較
Ｓ３４ （サブ）パターンの位置及び向きの決定
Ｓ３６ 視覚化
Ｓ３８ 案内軌道を増補するための増補
Ｓ７０ 光学画像の撮影

Claims (41)

1. 手術参照体に対して手術器具を追跡するための手術追跡システムであって、当該手術追跡システム（２）は、
   手術器具（１０）及び手術参照体（５０）の一方の位置及び向きを表す光学撮像装置（７０）であって、所定の視線方向（７１）を有する光学撮像装置（７０）と、
   前記手術器具（１０）及び前記手術参照体（５０）の他方の位置及び向きを表す光パターン（８０）であって、該光パターン（８０）は少なくとも１つの固有の光サブパターン（８０ａ）を有しており、これにより、前記手術器具（１０）の前記位置及び向きに対する前記手術参照体（５０）の相対的な位置及び向きの決定を可能にする、光パターン（８０）と、
   画像処理装置（３０）と、を含み、
   該画像処理装置（３０）は、
   前記光学撮像装置（７０）から取得した画像と前記光パターンの記憶した表現とに基づいて、前記光学撮像装置（７０）の位置及び視線方向（７１）に対する前記光パターン（８０）の少なくとも前記光サブパターン（８０ａ）の前記位置及び向きを認識するように適合されるパターン認識手段（３２）と、
   前記光学撮像装置（７０）及び前記光パターン（８０）のそれぞれ一方によって表される手術器具（１０）を仮想的に視覚化し、前記光パターン（８０）及び前記光学撮像装置（７０）のそれぞれ他方によって表される手術参照体（５０）を仮想的に視覚化するように適合される視覚化手段（３８）と、を含む、
   手術追跡システム。
2. 前記画像処理装置（３０）は、
   前記光学撮像装置（７０）の位置及び視線方向（７１）に対する前記光パターン（８０）の前記少なくとも光サブパターン（８０ａ）の認識した位置及び向きに基づいて、前記手術器具（１０）の仮想視覚化上に手術器具（１０）の所定の動作軌道（１６、４６）を増補して、前記光パターン（８０）によって表される手術参照体（５０）に対する前記手術器具（１０）の動作経路（４６）を視覚化するように適合される増補手段（３６）をさらに含む、請求項１に記載の手術追跡システム。
3. 前記光学撮像装置（７０）は、手術器具（１０）及び手術参照体（５０）の一方のポジティブ・フィット・レセプタクル（１７ａ、５７ａ）に結合され、手術参照体（５０）及び手術参照体（５０）の一方の幾何学形状と、前記光学撮像装置（７０）の前記位置及び視線方向（７１）との間の再現可能な関係を有するユニットを形成するための機械的インターフェイス（７７ａ）を含む、請求項１又は２に記載の手術追跡システム。
4. 手術器具（１０）をさらに含み、該手術器具（１０）は、前記手術器具（１０）の前記幾何学形状と前記光学撮像装置（７０）の前記位置及び視線方向との間の再現可能な関係を形成するように、前記光学撮像装置（７０）の前記機械的インターフェイス（７７ａ）のための機械的インターフェイス（５７ａ）を含む、請求項３に記載の手術追跡システム。
5. 手術参照体（５０）をさらに含み、該手術参照体（５０）は、前記手術参照体（５０）の前記幾何学形状と前記光学撮像装置（７０）の前記位置及び視線方向（７１）との間の再現可能な関係を形成するように、前記光学撮像装置（７０）の前記機械的インターフェイス（７７ａ）のための機械的インターフェイス（５７ａ）を含む、請求項３に記載の手術追跡システム。
6. 前記光パターン（８０）は、手術器具（１０）及び手術参照体（５０）の一方のポジティブ・フィット機械的インターフェイス（１７ａ、５７ａ）に結合され、手術器具（１０）及び手術参照体（５０）の一方の幾何学形状と、前記光パターン（８０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を有するユニットを形成するための機械的インターフェイス（８７ａ）を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
7. 手術器具（１０）をさらに含み、該手術器具（１０）は、前記手術器具（１０）の前記幾何学形状と前記光パターン（８０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、前記光パターン（８０）の前記機械的インターフェイス（８７ａ）のための機械的インターフェイス（１７ａ）を含む、請求項６に記載の手術追跡システム。
8. 手術参照体（５０）をさらに含み、該手術参照体（５０）は、前記手術参照体（５０）の前記幾何学形状と前記光パターン（８０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、前記光パターン（８０）の前記機械的インターフェイス（８７ａ）のための機械的インターフェイス（５７ａ）を含む、請求項６に記載の手術追跡システム。
9. 手術器具（１０）をさらに含み、前記光学撮像装置（７０）は、前記手術器具（１０）の幾何学形状と前記光学撮像装置（７０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、前記手術器具（１０）に分離不可能に接続される、請求項１又は２に記載の手術追跡システム。
10. 手術参照体（５０）をさらに含み、前記光パターン（８０）は、前記手術参照体（５０）の前記幾何学形状と前記光パターン（８０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、前記手術参照体（５０）に分離不可能に接続される、請求項９に記載の手術追跡システム。
11. 手術器具（１０）をさらに含み、前記光パターン（８０）は、前記手術器具（１０）の幾何学形状と前記光パターン（８０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、前記手術器具（１０）に分離不可能に接続される、請求項１又は２に記載の手術追跡システム。
12. 手術参照体（５０）をさらに含み、前記光学撮像装置（７０）は、前記手術参照体（５０）の前記幾何学形状と前記光学撮像装置（７０）の前記位置及び向きとの間の再現可能な関係を形成するように、前記手術参照体（５０）に分離不可能に接続される、請求項１１に記載の手術追跡システム。
13. 前記光パターン（８０）は、幾何学的に均一な明暗フィールドのラスター（８２）、特に正方形の明フィールド及び暗フィールドのラスター、特に明フィールド及び黒フィールドのラスターから構成される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
14. 前記光パターン（８０）は、異なる色の幾何学的に均一なフィールドのラスター（８２）、特に正方形の色付きフィールドのラスター、特に正方形の色勾配フィールドのラスターから構成される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
15. 前記光パターン（８０）は、明暗フィールドのハニカムラスター（８３）、特にハニカムラスター内の明暗サークル又は明暗六角形のラスター（８３）、特に明サークル及び黒サークル又は明六角形及び黒六角形のラスターから構成される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
16. 前記光パターン（８０）は、異なる色フィールドのハニカムラスター（８３）、特にハニカムラスター内の色付きサークル又は六角形のラスター（８３）、特に色勾配サークル又は六角形のラスターから構成される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
17. 前記手術器具（１０）は手術ガイド装置であり、該手術ガイド装置は、さらに、
    前記手術ガイド装置の基端部（１１）から前記手術ガイド装置の先端部（１２）までの長手方向の延長部を有しており、長手方向手術インプラント及び長手方向ツールの少なくとも一方を案内するように適合されたガイド本体（１５）であって、該ガイド本体（１５）は、前記ガイド本体に沿って延び、且つ挿入して案内される手術インプラント及び手術ツールの少なくとも一方の移動経路（４６）に沿って先端方向に続くガイド軌道（１６）を有する、前記ガイド本体（１５）と、
    前記ガイド本体（１５）に対して所定の空間的な位置及び向きに配置され、且つ前記ガイド本体の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影（２５）を提供するように適合される放射線不透過性幾何学形状（２０）と、を含む、請求項４乃至１６のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
18. 前記手術参照体（５０）は、
    該手術参照体（５０）に固定的且つ空間的に再現可能に接続される放射線不透過性幾何学形状（６０）と、
    患者の解剖学的構造（１００）に対して解剖学的に適合した表面（５９）を有する参照体部分（５１）と、を含み、
    前記放射線不透過性幾何学形状（６０）は、前記手術参照体（５０）の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影（６６、６７、６８）を有しており、それによって、前記放射線不透過性幾何学形状（６０）は、前記手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、前記手術参照体（５０）の前記空間的な位置及び向きの決定を可能にする、請求項５乃至１７のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
19. 前記手術参照体（５０）は、
    第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）及び第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）を有する放射線不透過性幾何学形状（６０）であって、各放射線不透過性サブ幾何学形状が前記手術参照体（５０）に固定的且つ空間的に再現可能に接続される、前記放射線不透過性幾何学形状（６０）と、
    患者の解剖学的構造（１００）に対して解剖学的に適合した表面（５９）を有する第１の参照体部分（５１）と、
    患者の解剖学的構造（１００）に対して解剖学的に適合した表面（５９）を有する第２の参照体部分（５２）と、を含み、
    前記第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）及び前記第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）のそれぞれは、前記手術参照体（５０）の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影（６６、６７、６８）を有しており、それによって、前記第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）及び前記第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）のそれぞれだけで、前記手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、前記手術参照体（５０）の前記空間的な位置及び向きを決定することができ、
    前記第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）は前記第１の参照体部分（５１）に割り当てられ、前記第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）は前記第２の参照体部分（５２）に割り当てられる、請求項５乃至１７のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
20. 前記手術参照体（５０）は、
    第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）、第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）、及び第３の放射線不透過性サブ幾何学形状（６３）を有する放射線不透過性幾何学形状（６０）であって、各放射線不透過性サブ幾何学形状が前記手術参照体（５０）に固定的且つ空間的に再現可能に接続される、前記放射線不透過性幾何学形状（６０）と、
    患者の解剖学的構造（１００）に対して解剖学的に適合した表面（５９）を有する第１の脚部（５１）と、
    患者の解剖学的構造（１００）に対して解剖学的に適合した表面（５９）を有する第２の脚部（５２）と、を含み、
    第１の端部（５１ａ）を有する前記第１の脚部（５１）は、脚接合部分（５３）において前記第２の脚部（５２）の第１の端部（５２ａ）に接続されており、
    前記第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）、前記第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）、及び前記第３の放射線不透過性サブ幾何学形状（６３）のそれぞれが、前記手術参照体（５０）の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影（６６、６７、６８）を有しており、それによって、前記第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）、前記第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）、及び前記第３の放射線不透過性サブ幾何学形状（６３）のそれぞれだけで、前記手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、前記手術参照体（５０）の前記空間的な位置及び向きを決定することができ、
    前記第１の放射線不透過性サブ幾何学形状（６１）は、前記第１の脚部（５１）の第２の端部（５１ｂ）に割り当てられ、前記第２の放射線不透過性サブ幾何学形状（６２）は、前記第２の脚部（５２）の第２の端部（５２ｂ）に割り当てられ、前記第３の放射線不透過性サブ幾何学形状（６３）は、前記第１の脚部（５１）及び前記第２の脚部（５２）の前記脚接合部分（５３）に割り当てられる、請求項５乃至１７のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
21. 前記手術参照体（５０）は、少なくとも１つの尖端ピン孔（５７）を含む、請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
22. 前記少なくとも１つの尖端ピン孔（５７）は、第１の脚部（５１）及び第２の脚部（５２）の少なくとも一方の第１の端部（５１ａ／５２ａ）と第２の端部（５１ｂ／５２ｂ）との間に位置する、請求項２１に記載の手術追跡システム。
23. 第１の脚部（５１）及び第２の脚部（５２）の少なくとも一方が、第１のサブ脚部（５４）及び第２のサブ脚部（５５）を含み、前記第１のサブ脚部（５４）の第１の端部（５４ａ）が、前記第１の脚部（５１）及び前記第２の脚部（５２）の少なくとも一方の前記第１の端部（５１ａ／５２ａ）に対応しており、前記第１のサブ脚部（５４）の第２の端部（５４ｂ）は、サブ脚接合部分（５６）において前記第２のサブ脚部（５５）の第１の端部（５５ａ）に対応している、請求項１８乃至２２のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
24. 前記サブ脚接合部分（５６）は、前記少なくとも１つの尖端ピン孔（５７）の少なくとも１つを含む、請求項２３に記載の手術追跡システム。
25. 第１の脚部（５１）と第２の脚部（５２）との間のその接合点（５３ｃ）における角度が、９０°未満、特に６０°未満である、請求項１８乃至２４のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
26. 第１のサブ脚部（５４）と第２のサブ脚部（５５）との間のその接合点（５６ｃ）における角度が、９０°未満、特に６０°未満である、請求項２３乃至２５のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
27. 前記第１の脚部（５１）及び第２の脚部の一方、且つ前記第１の脚部及び前記第２の脚部（５２）の他方の、第１のサブ脚部（５４）及び第２のサブ脚部（５５）は、Ｗ字形を形成する、請求項２３乃至２６のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
28. 前記解剖学的に適合した表面（５９）の少なくとも一部が接着手段（５８）を含む、請求項２３乃至２７のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
29. 接着手段（５８）は、人間の皮膚に対して刺激性のない接着剤でコーティングした表面部分である部分を含む、請求項２３乃至２８のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
30. 接着手段（５８）は、タッチファスナーの一部である部分を含み、その対応物が人間の皮膚に接着可能である、請求項２３乃至２９のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
31. 前記手術器具（１０）は手術切断ガイド装置であり、該手術切断ガイド装置はさらに、
    前記手術切断ガイド装置の基端部（１１）から前記手術切断ガイド装置の先端部（１２）まで平面状の切断延長部を有し、且つ手術切断ツールを案内するように適合したガイド本体（１５）であって、該ガイド本体に沿って延び、且つ挿入して案内される手術切断ツールの移動経路（４６）に沿って先端方向に続く切断面軌道（１６）を有するガイド本体（１５）と、
    該ガイド本体（１５）に対して所定の空間的な位置及び向きに配置された放射線不透過性幾何学形状（２０）であって、前記ガイド本体の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影（２５）を提供するように適合される放射線不透過性幾何学形状（２０）と、を含み、
    前記手術参照体（５０）は、
    該手術参照体（５０）に固定的且つ空間的に再現可能に接続される放射線不透過性幾何学形状（６０）と、
    患者の解剖学的構造（１００）に対して解剖学的に適合した表面（５９）を有する参照体部分（５１）と、を含み、
    前記放射線不透過性幾何学形状（６０）は、前記手術参照体（５０）の基端から先端への向き毎に固有の放射線投影（６６、６７、６８）を有しており、それによって、前記放射線不透過性幾何学形状（６０）は、前記手術参照体の少なくとも一部の２次元の放射線投影に基づいて、前記手術参照体（５０）の前記空間的な位置及び向きの決定を可能にする、請求項５乃至３０のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
32. 前記ガイド本体（１５）は、前記手術切断ガイド装置に取り外し可能に取り付けられ、前記ガイド本体（１５）を患者の解剖学的構造（１００）に接着するための接着手段（５８）を含み、それによって、前記ガイド本体に沿って延び、且つ挿入して案内される手術切断ツールの移動経路（４６）に沿って先端方向に続く前記切断面軌道（１６）は、前記患者の解剖学的構造（１００）における意図した切断面（１０１）と整列する、請求項３１に記載の手術追跡システム。
33. 前記ガイド本体（１５）は、前記手術切断ガイド装置に取り外し可能な第１のガイド本体（１５ａ）であり、前記第１のガイド本体（１５ａ）を患者の解剖学的構造（１００）に接着するための接着手段（５８）を含み、それによって、前記第１のガイド本体（１５ａ）に沿って延び、且つ挿入して案内される手術切断ツールの移動経路（４６）に沿って先端方向に続く第１の切断面軌道（１６ａ）は、前記患者の解剖学的構造（１００）における第１の意図した切断面（１０１ａ）と整列し、
    前記手術切断ガイド装置は、前記手術切断ガイド装置に取り外し可能な第２のガイド本体（１５ｂ）をさらに含み、該第２のガイド本体（１５ｂ）を患者の解剖学的構造（１００）に接着するための接着手段（５８）を含み、それによって、前記第２のガイド本体（１５ｂ）に沿って延び、且つ挿入して案内される手術切断ツールの移動経路（４６）に沿って先端方向に続く第２の切断面軌道（１６ｂ）は、前記患者の解剖学的構造（１００）における第２の意図した切断面（１０１ｂ）と整列し、前記第２の切断面軌道（１６ｂ）は、前記第１の切断面軌道（１６ａ）に対して傾斜している、請求項３１に記載の手術追跡システム。
34. 前記手術参照体（５０）、第１のガイド本体（１５ａ）、及び第２のガイド本体（１５ｂ）のそれぞれに設けられた、前記光パターン（８０）と、固有の放射線投影（２５、６５）を有する放射線不透過性幾何学形状（２０、６０）との少なくとも一方に基づいて、第１の切断面軌道（１６ａ）及び第２の切断面軌道（１６ｂ）の少なくとも一方を、患者の解剖学的構造（１００）における第１の意図した切断面（１００ａ）及び第２の意図した切断面（１００ｂ）の少なくとも一方に対して増補させる増補手段（３８）をさらに含む、請求項３１乃至３３のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
35. 第１の切断面軌道（１６ａ）及び第２の切断面軌道（１６ｂ）の少なくとも一方を、第１の意図した切断面（１００ａ）及び第２の意図した切断面（１００ｂ）の少なくとも一方に対してどのように位置合わせするかを外科医に指示するようにさらに適合される、請求項３１乃至３４のいずれか一項に記載の手術追跡システム。
36. 手術参照体（５０）に対する手術器具（１０）の追跡を視覚化するための方法であって、当該方法は、
    手術器具（１０）及び手術参照体（５０）の一方に所定の視線方向（７１）で取り付けられた光学撮像装置（７０）によって、前記手術器具（１０）及び前記手術参照体（５０）の他方に対して所定の相対的な位置及び向きで取り付けられた光パターン（８０）の、所定の視線方向（７１）に向けた光学画像（Ｓ７０）を撮影するステップであって、前記光パターン（８０）は少なくとも１つの固有の光サブパターン（８０ａ）を含み、前記手術器具（１０）の前記位置及び向きに対する前記手術参照体（５０）の相対的な位置及び向きの決定を可能にするステップと、
    前記光パターン（８０）の前記少なくとも１つのサブパターン（８０ａ）を認識し（Ｓ３２）、該認識した光サブパターン（８０ａ）を前記光パターン（８０）の記憶した表現と比較し（Ｓ３３）、前記光パターン（８０）の前記記憶した表現と比較した前記認識したサブパターン（８０ａ）のサイズ、向き、及び歪みから、前記手術参照体（５０）の向き及び位置に対する前記手術器具（１０）の前記位置及び向きを決定する（Ｓ３４）ことによって、前記光パターン（８０）の撮影した光学画像を処理する（Ｓ３０）ステップと、を含む、
    方法。
37. 前記光学撮像装置（７０）及び前記光パターン（８０）の一方によって表される手術器具（１０）を視覚化するステップ（Ｓ３８）と、前記光学撮像装置（７０）及び前記光パターン（８０）の他方によって表現される手術参照体（５０）を視覚化するステップ（Ｓ３８）とをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記光学撮像装置（７０）の位置及び視線方向に対する前記光パターン（８０）の前記少なくとも光サブパターン（８０ａ）の認識した位置及び向きに基づいて、前記手術器具（１０）の仮想視覚化（１９）上に前記手術器具（１０）の所定の動作軌道（１６）を増補して、前記光パターン（８０）によって表される手術参照体（５０）に対する前記手術器具（１０）の動作経路（４６）を視覚化するステップ（Ｓ３６）をさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 実行されると、請求項３６乃至３８のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータプログラム。
40. 請求項３９に記載のコンピュータプログラムの実行可能コードを記憶したデータ記憶媒体。
41. 手術参照体（５０）の第２の部分（５２）に対して手術参照体（５０）の第１の部分（５１）を追跡するための手術追跡システムであって、
    当該手術追跡システムは、
    手術参照体の第１の部分（５１）及び手術参照体の第２の部分（５２）の一方の位置及び向きを表す光学撮像装置（７０）であって、所定の視線方向を有する光学撮像装置（７０）と、
    前記手術参照体の前記第１の部分（５１）及び前記手術参照体の前記第２の部分（５２）の他方の位置及び向きを表す光パターン（８０）であって、該光パターン（８０）は少なくとも１つの固有の光サブパターン（８０ａ）を有しており、これにより、手術器具の前記第２の部分（５２）の前記位置及び向きに対する前記手術参照体の前記第１の部分（５１）の相対的な位置及び向きの決定を可能にする、光パターン（８０）と、
    前記光学撮像装置（７０）から撮影した画像と前記光パターン（８０）の記憶した表現とに基づいて、前記光学撮像装置（７０）の位置及び視線方向に対する前記光パターン（８０）の少なくとも前記光サブパターン（８０ａ）の前記位置及び向きを認識するように適合したパターン認識手段と、前記手術器具の前記第２の部分（５２）の前記位置及び向きに対する前記手術参照体の前記第１の部分（５１）の相対的な位置及び向きを決定するために適合した計算手段とを含む画像処理装置と、を含む、
    手術追跡システム。
    
    
    

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