JP2002500916A - 外科用器具の精度を校正して検証する装置 - Google Patents
外科用器具の精度を校正して検証する装置Info
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Abstract
Description
る装置に関する。
キャン)、磁気共鳴画像表示(MRI))によりもたらされた、医学における基
本的な変化以来、この検出システムによって支持される3次元画像処理がますま
す開発されて、整形外科学と創傷学における使用として根付いている。骨と関節
の表面と体積を見えるように表示する3次元画像は、最近のコンピュータによっ
て簡単に調節され、外科医に骨または関節の損傷に関して、それが手術の間どの
ように見えるか、という概観を与えている。この3次元システムは、外科的な手
術のシミュレーション、骨の一部分の仮想操作(バーチャルマニピュレーション
)、解剖学的なモデリングおよび骨と関節に適合された義肢への道を開く。3次
元画像処理技術の主要利用分野は、手術的介入前のシミュレーションと手術の間
の患者における外科用器具の画像案内されるナビゲーションにある。外科的な手
術の間のナビゲーションは、立体的な参照システムに関して外科的な器具の位置
と方位の正確な検出を要求する。手術的介入の間のナビゲーションは、この種の
3次元システムの利用者に、次のような可能性を与える: −手術の間、モニタ上に外科的な器具がリアルタイムで表示される。外科医は
、器具がその時患者のどこにあるかを、いつでも正確に観察することができる。
に従って、器具のための意図されたルートをモニタに示す。それが、予備手術的
計画なしで器具の正確な位置決めを可能にする。
ルートを器具の現在位置および器具のこの現在位置と方位からもたらされるルー
トと比較することを可能にさせ、その場合に予備手術的に計画されたルートを、
手術内器具案内に変換することができる。
など)を使用することができる。3次元の座標測定システムを用いて位置を検出
するためには、外科用器具に、電磁波、音波または磁場を出力し、あるいは受信
するためのマーカーまたはセンサを設けなければならない。この種の座標測定シ
ステムは、しばしば問題を有する。超音波測定の場合には、この問題は、超音波
伝達のためには空気という媒体が必要とされる、という事実に基づいている。空
気の物理的特性は、外的なパラメータ、温度、圧力および空気湿度によって部分
的に極めて激しく変化する。必要なデータを得て、それによって偏差を連続的に
補償することができるようにするためには、外的なパラメータを常に測定しなけ
ればならない。そうでないと位置決定に比較的大きなエラーがもたらされる。磁
場測定の場合には、ここでも −(たとえばモニタ、コンピュータまたは電動機に基づく)ノイズ磁場;およ
び −磁場内の非透過性の物質(たとえば磁場内で移動される金属)、 のような外的なパラメータを(常に測定しなければならない)。
具の変形もしくは損耗を検出するために、工場側の校正を検査することである。
針またはドリルの場合には、挿入の種々の長さが確認されなければならない。
正確に校正して検証する装置によって解決する。
可能なホルダ、ホルダ内に軸承されてその中で移動可能な部材および移動可能な
部材をホルダ内で正確に案内する手段を有する。移動可能な部材には、装置に対
して正確に整合可能な多数の中空室が設けられている。各中空室は、その形状が
所定の外科用器具に正確に対応するように形成されている。従って該当する中空
室内に収容された外科用器具は、装置に対して定められた位置と方位で収容され
る。ホルダ内で移動可能な部材の正確な移動を保証する案内手段は、移動可能な
部材を挿入または除去するために、ホルダから取り外すことができる。それによ
って、移動可能な部材を、他の中空室を有する他の移動可能な部材と交換するこ
とが可能となる。各移動可能な部材の外側ジャケット面には、凹部が形成されて
おり、凹部へ嵌入する、ホルダに設けられた手段が、凹部の1つに嵌入して、そ
れによって対応する中空室を装置の位置と方位に関して正確に定められた位置に
取り外し可能に固定するように、その凹部は中空室に対して対応している。装置
には、6箇の発光ダイオード(LED)が設けられている。それによって測定装
置により装置の位置と方位を正確に求めることができる。LEDから放出される
電磁波による装置の位置と方位の測定は、経過時間測定、干渉方法またはビデオ
グラメトリー(Videogrammetrie)によって行うことができる。測定装置として は、たとえば市場で入手できる、ノーザンデジタル社(Northern Digital Inc.) の3次元の移動測定システムOPTOTRAK3020が考えられる。装置の位
置と方位を格納する、消去可能な電子的データメモリは、コンピュータソフトウ
ェア内にプログラミングされ、あるいはコンピュータハードウェア内に含まれる
ようにすることができる。
して、移動可能な部材が中心軸およびこれと同軸の貫通した孔を備えた円筒であ
ることにある。案内する手段として、装置内に取り外し可能に取り付けられて、
移動可能な部材とホルダに貫通して形成された孔に挿通されたボルトが使用され
ている。ボルトは、実際にはあそびなしで孔へ嵌め込まれ、それによって移動可
能な部材の、ここでは回転に相当する移動が正確に中心軸を中心に行われる。ボ
ルトの一方の端部には、ねじが形成されており、そのねじはホルダの下方のプレ
ートへ螺合することができる。ボルトとホルダの取り外し可能な結合は、移動可
能な部材の交換を可能にする。ボルトの他方の端部には、ボルトを容易に装置へ
螺合し、ないしは装置から脱合することを可能にする手段が設けられている。
に設けられた、移動可能な部材に形成された凹部へ嵌入する手段が、ばね押圧部
分であることによってのみ、異なっている。このばね押圧部分は、ホルダに対応
して形成されたねじへ螺合されている。これは、大体において円筒ねじ、押圧ば
ねおよび球または前方へ傾斜されたピンからなる。球またはピンとばねは、円筒
ねじ内に軸方向に圧縮可能に挿入されているので、球またはピンは、ばね力によ
って凹部へ嵌入する。
り装置の位置と方位の決定を可能にする手段が、電磁波を放出する送信機である
ことによってのみ異なっている。
装置の位置と方位の決定を可能にする手段が、光学的な光源であることによって
のみ異なっている。光学的な光源の代わりに、もちろん、空間内にある光源によ
って照射される反射器、赤外線発光ダイオード(IRED)または光源からエネ
ルギを供給される光ファイバー導体を使用することもできる。
をベースにして作動することによって異なっている。測定装置による装置の位置
と方位の決定を可能にする、装置に取り付けられた手段は、音波を放出する送信
機である。
置の位置と方位の決定を可能にする手段が、マイクロフォンであることによって
異なっている。
誘導をベースに作動することにより異なっている。測定装置による装置の位置と
方位の決定を可能にする、装置に取り付けられた手段は、誘導コイルである。
装置の位置と方位の決定を可能にする手段が、ホールセンサであることにより異
なっている。
のいずれかに従って装備を有することができるが、上述した実施形態とは、装置
の位置と方位を格納する、消去可能な電子的データメモリがEPROM(Erasabl
e Programmable Read-Only Memory:消去及びプログラム可能読取り専用記憶装置
)であって、それがコンピュータへの接続ケーブルに設けられたプラグ内に収容 されていることによって異なっている。
々の外科用器具を、空間内のその位置と方位に関して迅速に校正することができ
ることに見られる。それにより、測定エラーを即座に補正することができる。こ
のエラー補正は、手術の間でも、いつでも考えられる。さらに、器具の形状が明
確な点または尖端を持たない場合でも、外科用器具を位置と方位に関して正確に
校正することができる。
詳細に説明する。
で移動可能な部材3と、移動可能な部材3をホルダ2内で案内する手段4とを有
する。移動可能な部材3は、中心軸7およびこれと同軸に貫通する孔8を有する
円筒6として形成されている。移動可能な部材3を案内する手段4は、装置内に
取り外し可能に取りつけられる、孔8に挿通されるボルト9である。ボルト9の
直径は、孔8へほとんどあそびなしに合わせられている。それによって、ホルダ
2内で種々の移動可能な部材3が交換される場合でも、外科的な器具の正確な位
置決めが保証される。移動可能な部材3は、多数の中空室5を有し、それらの中
空室は中心軸7に対して、それぞれ該当する中空室5へ導入された外科用器具が
、それぞれの中空室5のその器具に対応した形状によって装置1に対して正確に
定められた位置および方位で収容されるように、形成されている。移動可能な部
材3は、回転可能に軸承されている。それによって、移動可能な部材3が中心軸
7を中心に回転することにより、種々の外科用器具のうちのそれぞれ1つが空間
内で定められた位置へ移動されることが、可能にされる。
の凹部は中空室5に対して、ホルダ2に取り付けられたばね押圧部分11がこの
凹部10の1つに嵌入することができ、それによって関連する中空室5を装置1
の位置と方位に関して正確に定められた位置に取り外し可能に固定するように、
対応している。ホルダ2には、6箇の発光ダイオードが取りつけられている。6
箇の発光ダイオード(LED)12から放出された光波は、光学的な座標測定装
置(図1には図示されていない)に属する少なくとも2つのセンサによって検出
される。光学的なセンサによって受信された信号は、コンピュータ内で経過時間
測定、干渉法またはビデオグラメトリーによって、測定値から装置1の正確な位
置と方位を定めることができるように、処理される。コンピュータへの接続ケー
ブル13において、プラグ14内には装置1の位置と方位を格納する、消去可能
な電子的データメモリ15が取り付けられている。ここに記載されている、本発
明に基づく装置の実施形態においては、電子的なデータメモリ15は、消去可能
でプログラム可能なリードオンリーメモリ(EPROM)である。
ト9と固定手段11の断面のみが異なっている。ボルト9は、移動可能な部材3
に中心軸7に沿って完全に貫通して形成された孔8内に延びている。ボルト9の
下方の端部22には、装置1のホルダ2内に固定するためのねじを備えた段部2
0が設けられている。ボルト9の上方の端部23には、ねじ形状のボルト9を螺
合および脱合させるための手段が設けられている。これは、ローレット、ドライ
バー用のスリットまたは該当するドライバー用の内側六稜とすることができる。
移動可能な部材3の外側のジャケット面には、凹部10が形成されている。凹部
10は、同様に移動可能な部材3に設けられた、外科用器具を収容するための中
空室5と関連している。ホルダ2の対応するねじ19へ螺合された固定手段11
は、本発明に基づく装置の図示の実施形態においては、ばね押圧部分16である
。このばね押圧部分16は、大体において円筒ねじと押圧ばね17と球18とか
らなる。球18とばね17は、円筒ねじ内に軸方向に圧縮可能に挿入されている
ので、球18は、ばね力によって凹部10内へ嵌入する。
など)を使用することができる。3次元の座標測定システムを用いて位置を検出
するためには、外科用器具に、電磁波、音波または磁場を出力し、あるいは受信
するためのマーカーまたはセンサを設けなければならない。この種の座標測定シ
ステムは、しばしば問題を有する。超音波測定の場合には、この問題は、超音波
伝達のためには空気という媒体が必要とされる、という事実に基づいている。空
気の物理的特性は、外的なパラメータ、温度、圧力および空気湿度によって部分
的に極めて激しく変化する。必要なデータを得て、それによって偏差を連続的に
補償することができるようにするためには、外的なパラメータを常に測定しなけ
ればならない。そうでないと位置決定に比較的大きなエラーがもたらされる。磁
場測定の場合には、ここでも −(たとえばモニタ、コンピュータまたは電動機に基づく)ノイズ磁場;およ
び −磁場内の非透過性の物質(たとえば磁場内で移動される金属)、 のような外的なパラメータを(常に測定しなければならない)。 外科用ゾンデのための校正収容部を有する、手術テーブルに対して固定的に整
合可能なフレームを備えた装置が、WO97/29683ACKERから知られ
ている。この既知の装置は、固定されたマーカを備えた医療用ゾンデ、患者に対
して固定可能な、固定されたマーカを備えたフレーム、たとえばゾンデに設けら
れたマーカとフレームに設けられたマーカの間で磁場を伝達するための伝達手段
、これら各磁場を検出する測定センサおよび検出された磁場のデータに基づいて
フレームに設けられたマーカに関するゾンデの相対位置を定めるための計算ユニ
ットを有している。フレームに設けられた校正収容部は、ゾンデを人体において
使用する前に、ゾンデの尖端を各校正収容部内へ案内して、校正収容部の既知の
位置とゾンデの測定された位置との間で比較を行うことを可能にする。 この既知の装置の欠点は、校正収容部を唯一のゾンデにしか使用できないこと
にある。
具の変形もしくは損耗を検出するために、工場側の校正を検査することである。
針またはドリルの場合には、挿入の種々の長さが確認されなければならない。
Claims (20)
- 【請求項1】 外科用器具の精度を正確に校正して検証する装置(1)にお
いて、 A)装置(1)は、ホルダ(2)、ホルダ(2)内で移動可能な部材(3)お
よび移動可能な部材(3)をホルダ(2)内で案内する少なくとも1つの手段(
4)を有し; B)移動可能な部材(3)には、ホルダ(2)に対して整合可能な少なくとも
1つの中空室(5)が設けられており、この少なくとも1つの中空室(5)は、
その形状がその中へ導入可能な外科用器具に対応しており、それによって外科用
器具をホルダ(2)に対して正確に位置決めすることを可能にするように、構成
されており; C)装置(1)に、空間内でホルダ(2)の位置と方位を定めることを可能に
する手段(12)が設けられており; D)装置(1)に、ホルダ(2)の位置と方位を格納する、消去可能な電子的
なメモリ手段(15)が設けられている、 ことを特徴とする装置。 - 【請求項2】 移動可能な部材(3)は、中心軸(7)およびこれと同軸の
貫通した孔(8)を備えた円筒(6)であることを特徴とする請求項1に記載の
装置。 - 【請求項3】 案内する手段(4)は、装置内に取り外し可能に取り付けら
れた、孔(8)に挿通されたボルト(9)であって、ボルト(9)の直径は、孔
(8)内へほとんどあそびなしに嵌め込まれることを特徴とする請求項1または
2に記載の装置。 - 【請求項4】 移動可能な部材(3)の外側のジャケット面に、凹部(10
)が形成されており、各凹部(10)が、ホルダ(2)に取り付けられてその凹
部(10)へ取り外し可能に嵌入する固定手段(11)によって、関連する中空
室(5)を装置(1)の位置と方位に関して正確に定められた位置に固定するよ
うに、前記凹部は中空室(5)に対して対応していることを特徴とする請求項1
から3のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項5】 ホルダ(2)に取り付けられて、移動可能な部材(3)に形
成された凹部(10)へ嵌入する固定手段(11)が、ばね押圧部分(16)で
あることを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にする
手段(12)が、電磁波を放出する送信機であることを特徴とする請求項1から
5のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項7】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にする
手段(12)が、光学的な光源であることを特徴とする請求項1から5のいずれ
か1項に記載の装置。 - 【請求項8】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にする
手段(12)が、光学的な反射器であることを特徴とする請求項1から5のいず
れか1項に記載の装置。 - 【請求項9】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にする
手段(12)が、発光ダイオード(LED)であることを特徴とする請求項1か
ら5のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項10】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にす
る手段(12)が、赤外線発光ダイオード(IRED)であることを特徴とする
請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項11】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にす
る手段(12)が、光源からエネルギを供給される光ファイバー導体であること
を特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項12】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にす
る手段(12)が、音波を放出する送信機であることを特徴とする請求項1から
5のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項13】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にす
る手段(12)が、マイクロフォンであることを特徴とする請求項1から5のい
ずれか1項に記載の装置。 - 【請求項14】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にす
る手段(12)が、誘導コイルであることを特徴とする請求項1から5のいずれ
か1項に記載の装置。 - 【請求項15】 測定装置による装置(1)の位置と方位の決定を可能にす
る手段(12)が、ホールセンサであることを特徴とする請求項1から5のいず
れか1項に記載の装置。 - 【請求項16】 移動可能な部材(3)が、他の部材と交換できることを特
徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項17】 ホルダ(2)の位置と方位を格納する、消去可能な電子的
データメモリ(15)が、EPROM(消去及びプログラム可能読取り専用記憶 装置)であることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項18】 電子的データメモリが、コンピュータへの接続ケーブル(
13)に設けられたプラグ(14)内に取り付けられていることを特徴とする請
求項17に記載の装置。 - 【請求項19】 ホルダ(2)の位置と方位を格納する、消去可能な電子的
データメモリ(15)が、コンピュータのハードウェア内に含まれていることを
特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の装置。 - 【請求項20】 ホルダ(2)の位置と方位を格納する、消去可能な電子的
データメモリ(15)が、コンピュータのソフトウェア内にプログラミングされ
ていることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の装置。
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