JP2008531163A

JP2008531163A - 手術計画立案

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Publication number: JP2008531163A
Application number: JP2007557588A
Authority: JP
Inventors: ペニー・グレーム; バラット・ディーン; ホークス・デビッド; エドワーズ・フィリップ; スロムシコウスキー・マイク
Original assignee: DePuy International Ltd
Current assignee: DePuy International Ltd
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2008-08-14
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Abstract

【課題】患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案するための方法、装置、および、コンピュータプログラムコードを提供する。
【解決手段】患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案するための方法、装置、および、コンピュータプログラムコードが、記載される。体の一部のバーチャルモデルが提供され、そのバーチャルモデルでは、モデルは、計画立案された手術手技の少なくとも一部を表すモデルと関連したデータを有する。次に、バーチャルモデルが、患者の実際の体の一部から導かれたデータを用いて、体の一部について変形され、それによって、計画立案された手術手技の一部を、患者の実際の体の一部の解剖学的構造を反映するように、適合させる。
【選択図】図２

Description

開示の内容

本発明は、患者の体の一部に実行される可能性の有る、または、実行されるべき、手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する、または、手術手技の少なくとも一部のための計画立案データもしくは情報を生成するための、コンピュータを用いて実施される、方法に関する。

画像ガイド下手術法（Image guided surgical techniques）は、例えば、整形外科の関節人工器官を植え込むための手術手技では、関節人工器官のコンポーネントの適正な配置を決定するために、計画立案段階で、患者の画像を利用することができる。

一般に、外科医は、計画立案段階で患者の画像を用い、患者の画像は、手術を最良に実行する仕方を特定するために外科医によって、操縦される。このプロセスは時間を費やする可能性がある。このプロセスは、外科医の役割にかなりの技能をも要求する可能性があり、そのプロセスが不適切に実施された場合に、誤りのリスクを伴う。

〔発明の開示〕
本発明は、手術手技の計画を立案するための方法を提供し、その方法は、患者の解剖学的構造の統計的形状モデル（例えば、予め決定された解剖学的構造に関する。）を利用し、その統計学的形状モデルには、その手術手技で用いられるべきハードウェア（そのハードウェアは、例えば、インプラントまたは器具）のコンポーネントの表現（representation）が組み込まれている。

したがって、第１の態様では、本発明は、患者の体の一部に実施される手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案するための、コンピュータを用いて実施される方法を提供し、その方法は、
体の一部のバーチャルモデルを提供する過程であって、そのモデルは、患者の対応する実際の体の一部に実行される計画立案された手術手技の少なくとも一部を表す（represent）、バーチャルモデルに関連するデータを有する、バーチャルモデルを提供する過程と、
患者の実際の体の一部から導かれたデータを用いて体の一部のバーチャルモデルを変形する過程であって、バーチャルモデルの変形によって、計画立案された手術手技の一部を、患者の実際の体の一部の解剖学的構造を反映するように適合させる、バーチャルモデルを変形する過程と
を具備する。

本発明の方法は、本発明が、患者の画像データの分析を行うために手術手順の計画立案に含まれる医療専門家（外科医または専門技術者であるかもしれない。）に対する必要条件を減らすことができるという利点を有する。この必要条件の低減が、一つの手技の計画立案段階の間に必要な計算時間を短縮することができる。画像データの収集に対する必要条件が低減され得る。使用者に必要とされる技量は、いくつかの既存の方法で必要とされるものよりも低減され得る。さらに、統計的形状モデルは、歴史的な手技からのデータに基づいて計算でき、それが、計算の信頼性を最適化するのを援助する。本発明の方法は、外科医の訓練で用いられてもよい。

統計的形状モデルは、Ｘ線スキャンデータ、ＣＴスキャンデータ、磁気共鳴映像（ＭＲＩ）スキャンデータ、および、超音波スキャンデータのうちの少なくとも一つに基づいていてよい。ＣＴスキャンデータの使用が、とりわけ好ましい。そのようなデータを患者の解剖学的構造のモデルを生成するために用いることは、例えば、テイラー・アール・エイチら（イー・ディー・エス）（Taylor R H et al (Eds)）による「コンピュータ一体化手術：最先端技術を用いた方法論、ケンブリッジ・マス（Computer Integrated Surgery : Methodology, State of the Art, Cambridge Mass）」の第４２５頁から第４４９頁の、ラバリー・エスら（Lavallee S et al）による１９９５年の「解剖学的構造に基づく位置合わせを用いたコンピュータ支援脊柱手術（Computer assisted spinal surgery using anatomy based registration）」、および、ＭＩＣＣＡＩ会報２００４年（MICCAI 2004）のチャン・シー・エス・ケイら（Chan C S K et al）による「画像ガイド下整形外科手術での解剖学的骨構造の３次元モデルの実例を挙げた裏づけのための超音波を使用した死体検証（Cadaver validation of the use of ultrasound for 3D model instantiation of bony anatomy in image guided orthopaedic surgery）」、から知られている。

本発明は、データライブラリを確立するために、さまざまな患者からそのようなスキャンデータを収集することを含む。データライブラリからのデータには、統計的形状モデルを生み出すために統計的分析が行われてよく、その統計的形状モデルは、データライブラリ中のデータの形状の変動を、コンパクトな形態で、すなわち、小さい数の自由度を用いて、表している。このようにして、実際の患者からの限られたデータに基づいて、患者の解剖学的構造の信頼できる画像を構築することが可能である。

したがって、変形する過程は、好ましくは、患者からの解剖学的構造データに最も近いスキャンデータをデータライブラリから特定する過程を含む。患者の解剖学的構造データは、スキャン技術を用いて、生成されてよい。患者の解剖学的構造データは、ポインターツールを用いて生成されてよい。

好ましくは、本発明の方法は、バーチャルモデルの中に、その手技で用いられるべきハードウェアのコンポーネントの表現を組み込む過程を含む。ハードウェアのコンポーネントは、そのコンポーネントの配置および姿勢を適正に定義するために、少なくとも５自由度の、理想的には、６自由度の、データによって表されてよい。この情報は、次に、手術手技の後の実行のための命令を導くのに用いられてよい。

バーチャルモデル中に表されることがあるハードウェアのコンポーネントの例には、手術器具、および、インプラント（整形外科用の関節の人工器官のコンポーネントが含まれる。）、が含まれる。

本発明の方法は、ハードウェアのコンポーネントの配置および姿勢を唯一つ確立するのに必要なだけの、そのハードウェアのコンポーネントに関連する、十分なデータを、バーチャルモデルに組み込むべきである。例えば、その他のコンポーネントに比べて、より少ないデータが、回転的に対称なコンポーネントに関連して、必要なことがある。例えば、５自由度のデータが、股関節の人工器官の寛骨臼コンポーネントのような、対称的なコンポーネントに関連して、十分であることがあり、一方、６自由度のデータは、股関節の人工器官の大腿骨コンポーネントに関連して、必要とされることがある。

患者モデルを創造するのに用いられる方法が、主要なコンポーネントの分析を含むことが好ましいことがある。

好ましくは、患者モデルを創造するのに用いられる方法は、患者の画像上の点を画像のデータベース上の対応する点と共に特定する過程と、患者モデルを形成する過程と、を含む。患者モデルは、好ましくは、平均モデルと、この平均モデルに関する変形モードと、を含む。患者モデルを生成することは、好ましくは、主要なコンポーネントの分析を含む。典型的には、モデルは、５個以下の変形モードと、そのモデルで許容されるすべての分散によって決定される各変形モードの個々の変形と、を含む。明確な選択は、そのモデルを形成するために用いられた例のデータ集合の個数と、必要とされる正確さと、に応じて変わる。

次に、患者に特異的なモデルが、例えば、手術前のＸ線、手術前、周術期（peri-operative）、または、手術中（intra-operative）の３次元追跡超音波、もしくは、それらの組み合わせ、からの患者に特異的なスキャンデータを用いて、事例を挙げて裏付けられる。患者に特異的なモデルは、手術手技の間中、追跡されたポインターツールを用いて、事例を挙げて裏付けられ、追跡されたポインターツールは、骨の表面の予め決められた点に接触するために用いられる。ポインターツールは、光学的に（例えば、放射線エミッターまたはリフレクターのアレイ、および、固定カメラ、を用いて）、または、磁気的に（例えば、ツール内に包含されたコイルで、磁界中を移動するときに追跡できるコイルを用いて）、追跡されうる。そのようなポインターツールを、配置データを生成するために手術で使用することは、よく知られている。

モデルの実例を挙げた裏づけ（Model instantiation）は、Ｘ線または超音波画像と首尾一貫する最も近い許容される形状を再構成することによって、達成される。この再構成は、コスト関数の最適化を含み、コスト関数は、事例を挙げて裏付けられたモデル中の対応する点と観測された表面の点との間の距離を最小化することによって、骨の領域内の事例を挙げて裏付けられたスキャン強度および超音波に基づく整合によって、または、事例を挙げて裏付けられたスキャンの投影および手術前の画像データに基づく整合、によって計算される。出願人は、事例を挙げて裏付けられたモデルの頑健性および正確さを改善する最適化方法を開発した。この方法は、反復最接近点（iterative closest point）（ＩＣＰ）法を用いて、事例を挙げて裏付けられたモデルの対応する点と超音波の点との間の距離を計算する。ＩＣＰ法は、ピー・ベスル（P Besl）およびエヌ・マッケイ（N McKay）による、ＩＥＥＥトランス・パターン・アナル・マシーン・インテル第１４巻、第２３９頁から第２５６頁（１９９２年）（IEEE Trans Pattern Anal Machine Intell, vol 14, pp239-256 (1992)）に発表された、彼らの論文「３次元形状の位置合わせ方法（A method for registration of 3D shapes）」に記載されている。４層の最適化段階が用いられ、ここでは、２つのモード（モード１およびモード２）が層１で考慮され、これが、層４によって５つのモード（モード１からモード５）に増加される。各反復では、ゴールデン・セクション（Golden Section）サーチが用いられて、一つのみのモード内の形状が、他のすべてのモードに対応する重みを一定に保った状態で、最適化される。

股関節置換術の計画立案に関連して追加の制約を提供するために、大腿骨骨頭の回転の中心が、テンプレートＣＴスキャンで定義された特別な点として加えられ、位置あわせの結果を用いて、個々の各大腿骨に伝達される場合がある。患者モデルが再建され、反復最接近点法が、定義されたモデルの大腿骨骨頭の中心について、実行される。実際には、この点は、脚部を股関節の周りで旋回させ、追跡されたポインターを較正するために広く用いられるのと同じ方法で回転の中心を計算することによって、手術中に得ることができる。

一旦事例を挙げて裏付けられたモデルは、個々の患者のスキャン（例えば、ＣＴスキャン）の推定値、ならびに、画像ガイド下手術システムによって必要とされるフォーマットでの計画のコンポーネント（点の集合、または、点およびベクトル）、を含んでいる。外科医は、システムによって提案された計画を修正または拒絶さえする機会を有することになる。その場合、外科医は、手術計画が外科医によって対話式で定義されたかのようにして、その手術計画を続行することになる。

事例を挙げて裏付けられた３次元モデルおよび計画は、手術を審査する自動システムを提供するために、手術後のＸ線と共に、用いられてもよい。手術前ＣＴスキャンおよび手術後Ｘ線に基づくそのような自動化システムは、［エドワーズらによるプロクＣＡＯＳ２００２（Edwards et al Proc CAOS 2002）］によって提案されている。そのようなシステムは、手術計画への忠実および手術計画からの逸脱を自動的に記録することになる。この情報は、患者ノートに記録されてよく、短期、中期、および、長期の経過観察との比較を可能にする。そのようなシステムは、専門的な開発および技量の評価で用いるために、外科医の記録に組み込まれてもよく、手術の審査のために、病院または健康管理システムによって用いられてもよい。

本発明の方法を適用できる手術手技の例には、整形外科関節術（例えば、股関節、膝関節、肩関節、足関節、および、肘関節の置換術）、寛骨臼周囲骨切り術、脛骨骨切り術、橈骨遠位端骨切り術、前十字靭帯再建術、類骨腫切除術、骨腫瘍切除術、脊柱手術（例えば、椎弓根ねじの配置で）、および、骨折手術、などがある。体の一部は、骨の一部であってよく、例えば、置換されるべき関節の近傍の骨の一部である。体の一部は、骨全体であることもあり、例えば、膝関節置換術を計画立案する場合に大腿骨全体のスキャンデータを得ることが有益なことがある。

本発明の方法は、手術手技の間にハードウェアのコンポーネント（とりわけ、器具またはインプラント）が追跡されるように、追跡コンポーネントと一体化されていてよい。手術手技での追跡コンポーネントの使用は、よく知られていて、例えば、光学的な、無線周波数の、超音波の、電磁的な、および、その他の、方法を用いることが知られている。

本発明の別の態様に基づけば、体の一部に対する手術計画立案情報を組み込んだ統計的形状モデルを生み出す、方法が提供され、その方法は、複数の訓練用被験者の画像から体の一部の解剖学的構造の形状を表す解剖学的構造データを生成する過程と、複数の訓練用被験者の画像から手術手技に対する少なくとも一つの計画立案特性を記述するために用いることができる計画立案データを生成する過程と、解剖学的構造データおよび計画立案データから統計的形状モデルを創造する過程と、を具備する。

本発明の別の態様に基づけば、統計的形状モデルを事例を挙げて裏付け、手術計画立案情報を自動的に生成する方法が提供され、その方法は、上記の方法の態様に基づいて統計的形状モデルを創造する過程と、患者の実際の解剖学的構造から導かれた情報を用いて実際の患者のモデルを事例を挙げて裏付ける過程であって、モデルを事例を挙げて裏付けることによって、患者の実際の解剖学的構造に適合された手術計画立案情報を直接または間接的に提供する手術計画立案データを生成する、実際の患者のモデルを事例を挙げて裏付ける過程と、を具備する。

本発明の別の態様に基づけば、患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案するための装置が提供され、その装置は、データ処理装置と、コンピュータプログラム命令を記憶するメモリであって、そのプログラム命令は、患者の実際の解剖学的構造から導かれた情報を用いて、体の一部に対する手術計画立案情報を組み込んだ統計的形状モデルから、実際の患者のモデルを事例を挙げて裏づける過程と、事例を挙げて裏付けられたモデルから患者の実際の解剖学的構造に適合された手術計画立案情報を生成する過程と、を実行するように、データ処理装置を設定（configure）することができる、メモリと、を具備する。

本発明の実施の形態が、こんどは、例示のためのみに、そして、添付の図面を参照して、詳しく記載される。

異なる図面中の類似の部分は、そうでないように示されていない限り、共通の参照符号を共有する。

〔発明の詳細な説明〕
図１は、本発明の大まかな概観を提供するフロー図を示す。図１に例示された方法１００は、第１のステップ１０２を含み、第１のステップ１０２では、提案された手術計画を少なくとも部分的にまたは全体的に定義するために用いられる情報を組み込んだ統計的形状モデル（ＳＳＭ）が創造される。ＳＳＭが創造された後に、ＳＳＭは、以下に記載される幅広いさまざまな用途で使用されうる。患者の解剖学的構造の患者に特異的なモデルが、患者の実際の解剖学的構造を表すデータに基づいて、事例を挙げて裏付けられ（instantiated）（ステップ１０４）、事例を挙げて裏付けられたモデルは、これも患者の解剖学的構造に特異的な手術計画立案情報をも、自動的に生成する。計画立案情報は、以下に記載されるように、幅広いさまざまな方法で用いることができる。

以下では、本発明の例が、整形外科手術の状況で記載されるが、本発明が整形外科手術の分野のみでの用途に限定されないことが、理解されるはずである。むしろ、本発明は、少なくとも、原則としてＳＳＭが生成されるすべての分野での用途を有する。

本発明の理論的な背景を記載する前に、大まかな方法１００の簡単な例が、図２を参照して記載される。本発明の方法１１０は、図１のステップ１０２にほぼ対応する第１のステップ１１２を含んでいる。このステップでは、計画された手術手技を記述する情報が、その情報から統計的形状モデルが創造されることになる情報に、含まれている。実際のモデルおよび対応する計画を事例を挙げて裏付けるために、患者に特異的な解剖学的構造情報が、体の一部の表面形状を「デジタル化」するために、追跡システムによって追跡可能なポインターを用いて、収集される（ステップ１１４）。ＳＳＭの実例が、次に、ＳＳＭを収集された体の一部のデータに適合させることによって、ステップ１１６で、創造される。このＳＳＭの実例を創造することは、患者の実際の解剖学的構造に特異的な手術計画立案データ１１８をもたらす。例えば、股関節置換術では、このＳＳＭを創造することは、寛骨臼カップのための手術計画を含むことがあり、その手術計画は、骨盤に関するカップの位置、および、ベクトルによって定義される骨盤に関するカップの姿勢（orientation）、ならびに、６自由度によって、すなわち、配置の３自由度および角度または姿勢の３自由度によって特定される大腿骨ヘッドコンポーネントの位置、によって定義される。

本発明の理論的な基礎のより詳細な記載が、本発明の統計的形状モデルが用いられるさまざまな状況のさまざまな例を記載する前に、提供される。以下の記載は、コーテス（Cootes）によって１９９２年に、コーテス・ティー・エフ（Cootes, T. F.）、テイラーシー・ジェイ（Taylor, C. J.）、クーパー・ディー・エイチ（Cooper, D. H.）、グラハム・ジェイ（Graham, J.）による１９９２年の「実例の集合からの形状の訓練用モデル（Training Models of Shape from Sets of Examples）」、英国機械ビジョン会議（British Machine Vision Conference）の会報、第９頁から第１８頁、で提案されているものと同様の点分布モデルに焦点を合わせていて、この刊行物は、すべての目的で、参照することによって本明細書に組み込まれる。さらに、計画立案情報は、多数の点に関する計画立案情報を定義することによって、ＳＳＭに組み込まれる。別の組み合わせの点が計画立案情報を定義するために用いられてよいこと、および、さまざまな種類の計画立案情報が組み込まれてよいこと、が明らかであろう。以下の例では、計画立案情報は、手術インプラントの位置、姿勢（orientation）、および、寸法に関する。しかし、計画立案情報は、位置、姿勢、または、寸法に限定される必要はなく、また、位置、姿勢、または、寸法のすべてを含む必要もない。さらに、計画立案情報は、さまざまな種類のコンポーネントに関連していてよく、インプラントに限定されない。例えば、計画立案情報は、手術手技の間に使用される器具、用具、または、他の道具の、位置、姿勢、寸法、または、種類に関連していてよい。計画立案情報は、例えば、応力分布または力のピーク値の位置、などに関する、異なるまたは最適な生体力学的環境を得るように、骨格の一部を補正するためにも用いられてよい。

記載された実施の形態では、姿勢は、２つの点によって表示され、直線がこれら２つの点を通過して、姿勢を定義している。姿勢は、モデルの実例を挙げた裏づけから得られた点を用いて幾何学的計算を実行することによって、点の組み合わせから導かれてもよい。例えば、平面は、３つの点によって定義される場合があり、そしてその場合には、姿勢は、その平面に垂直な向きとして、その平面から導かれる。同様に、角度が、ＳＳＭから得られた点を通過する２つの直線の交差によって定められた角度から、または、モデルからの２つの点を通過する直線とモデルから得られた３つの点を通過する平面との交差によって定められた角度から、導かれる場合がある。事例を挙げて裏付けられたモデルから得られた点によって定義された実体の幾何学的形状から姿勢情報を導出することは、当業者によって、大まかに、そして、本明細書の記載から本発明の状況内で、理解されるはずである。

別の実施の形態では、姿勢情報は、点によって定義された実体の幾何学的形状から角度を得るのではなく、角度の値を直接含むことによって、ＳＳＭデータ中に組み込まれていてよい。しかし、角度が計画立案データとしてＳＳＭデータ内に含まれる場合には、ＳＳＭデータは角度を含まない場合には点の座標を定義するデータを含むので、ある種の注意が払われることが必要である。これを取り扱う方法は、当該分野で広く知られていて、モリソン・ディー・エフ（Morrison, D. F.）による「多変量統計法（Multivariate Statistical Method）」、第３版、１９９０年、マグロウヒル・インターナショナル・エディションズ（McGraw-Hill International Editions）の第８．２節、第３１３頁から第３２２頁、に記載されていて、この刊行物は参照することによってすべての目的でその全体を本明細書に組み込まれる。

例えば、骨盤および大腿骨などの、体の解剖学的構造の、幅広いさまざまな形状がある。この形状の変動が、ＳＳＭでモデル化され、ＳＳＭは、骨または例えば器官などのその他の解剖学的構造の形状の変動が、変動の数個のモードのみを用いて、ある母集団に亘って捕捉できるようにする。手術計画立案データをＳＳＭに組み込むことによって、その解剖学的構造のための適切な計画に対するその母集団に亘る解剖学的構造の変動の効果も、捕捉され、したがって、モデルが任意の特定の解剖学的構造に対して事例を挙げて裏付けられると、その解剖学的構造に特異的な計画立案情報も自動的に生成されることになる。

大まかに言って、形状は、ｄ次元のｎ個の点を用いて記述することができ、したがって、ｎｄベクトルで表される。計画立案情報も、ｄ次元のｍ個の点を用いて、記述することができる。したがって、解剖学的構造の、例えば、骨盤または大腿骨の、表面、および、３次元的計画立案情報は、３（ｎ＋ｍ）個の要素のベクトルｘとして表すことができ、ここで、

したがって、解剖学的構造の表面を記述するｎ個の点の位置は、点（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）を含み、ｉ＝１からｎ、であり、手術計画立案情報を記述するｍ個の点は、点（ｘ_i，ｙ_i，ｚ_i）を含み、ｉ＝ｎ＋１からｎ＋ｍ、である。解剖学的構造の点および計画立案の点は、それらの点が訓練セットの各ベクトルに対して同じ配列を有している限り、ベクトル内で順番に配列されている必要はなく、ベクトル内でばらばらに配列されていてよいことが、適正に評価されるはずである。生成された複数の訓練データ集合が、形状および計画立案情報の変動の主要なコンポーネントを計算するために、用いられてよい。

原則コンポーネント分析（Principle component analysis）（ＰＣＡ）が、少ない個数のパラメーターを用いて、変動のさまざまなモードを記述するために用いられてよい。データ圧縮が、情報の大部分を失うことなく、次元数を減らすことによって、達成される。ＰＣＡは、データをコンポーネントｃ＝（ｃ₁，ｃ₂，．．．Ｃ_n+m）に分類し、コンポーネントが、ｎ＋ｍ個の線形変換されたコンポーネントによって可能な最大量の分散を記述する、ようにする。

最初に、ＰＣＡは、全個数ｓの訓練データ集合に対して、平均の形状ｘ_mean、および、共分散行列Ｓ、を計算する。

共分散Ｓの、固有ベクトルφ_i、および、対応する固有値λ_iが、次に、計算される。固有値および対応する固有ベクトルは、次の方程式の解である。

ここで、λ_iは、Ｓの第ｉ番目の固有値であり、λ_i≧λ_i+1である。最大の固有値に対応する固有ベクトルは、共分散行列を計算するために用いられた訓練データ集合中の変動の最上位モードを記述する。

ＰＣＡに続き、モデルの特定の実例が、以下の式によって近似され、

ここで、ｘは、近似された実例であり、μ_iは、近似に用いられた最初のｐ個の固有ベクトルに対する重みである。

計算された固有値は、どれ位多くの変動が、各モードによって包含されるかを示し、一方、対応する固有ベクトルは、形状および計画立案パラメーターのベクトルである。固有値が大きいほど、変動のモードに関連する形状および／または計画立案の変化が大きい。最初の数個のモードの線形組み合わせは、例えば、最初の５個から１０個までのモードの線形組み合わせは、個々の患者の解剖学的構造の近似、および、その解剖学的構造に対して構成された手術計画、を提供してよい。平均値の３つの標準偏差は、典型的には、その母集団のほとんどを包含するのに十分である。

手術計画を記述するために用いることができる点の集合の一例が、ここで図３を参照して、与えられ、図３は、股関節２００の、そしてより詳しく言うと、骨盤２０２および大腿骨２０４上方部分の、図が示されている。股関節の人工器官は、２つのコンポーネント、すなわち、寛骨臼カップと、大腿骨ステムと、を含んでいてよい。寛骨臼カップは、一般に、半球形コンポーネントであり、さまざまな寸法の範囲で提供されてよい。寛骨臼カップは、寛骨臼内に植え込まれて、関節面を提供し、その関節面に対しては、大腿骨コンポーネントのヘッドが関節連結（articulate）されてよい。大腿骨ステムは、大腿骨の骨髄間管（intermedullary canal）に沿って延在するステム部分と、ステム部分から延在するアームと、を有し、アームは寛骨臼カップに受容されるヘッドを支えている。

寛骨臼カップコンポーネントのための計画立案は、骨盤に対するカップの位置、骨盤に対するカップの姿勢、および、骨盤の寛骨臼の寸法にほぼ整合しなければならないカップの寸法、を必要とする。カップのこれらの３つの計画立案パラメーターは、骨盤に関連する２つの点を用いて記述することができる。第１の点２０６は、カップの円形の入口平面または面の中心の骨盤に対する位置である。この第１の点は、カップの計画立案された位置である。第２の点２０８は、カップの壁の点の位置であり、その第２の点に対しては、第１および第２の点を通過する直線２０９が、カップの入口平面に垂直であり、直線２０９は、カップの計画立案された姿勢を定義する。カップの姿勢は、傾斜の角度、および、骨盤の平面に関する傾斜すなわち前傾、によって大まかに定義される。この故に、２つの点２０６，２０８を通過する直線は、カップの計画立案された姿勢を記述する。２つの点２０６，２０８の間の距離は、カップの半径であり、したがって、インプラントの計画立案された寸法を記述している。したがって、これらの点の位置を定義するｘ，ｙ，ｚ座標の２つの集合を、ベクトルｘ中の骨盤の形状を定義する座標に加えることによって、寛骨臼カップインプラントのための手術計画立案情報が、ＳＳＭに組み込まれうる。

寛骨臼カップのみが置換されるべきである場合、この計画立案情報のみが組み込まれてよい。カップの計画立案情報を記述するために用いることができる他の点の集合が存在することが、適正に評価されるはずである。さらに、他の座標系が、カップの計画立案情報を記述するために用いられてよいことが、適正に評価されるはずである。例えば、カップの中心が、ｘ，ｙ，ｚ位置として記述されてよく、カップの姿勢が、傾斜の角度（θ）、傾斜／前傾（φ）、および、カップの半径の大きさ（｜ｒ｜）で表されたカップの寸法、を用いて記述されてよい。

より多くの点が、大腿骨コンポーネントのための計画立案情報を記述するために用いられる。第１の大腿骨の点２１０が、大腿骨の上部を特定する。第２の大腿骨の点２１２が、骨髄管の内径の中間点を特定し、点２１２は、大腿骨の全長の上からほぼ１／３にあたる。これらの２つの点２１０，２１２を結ぶ直線２１４は、大腿骨の上方部分の長さ方向の軸の姿勢を定義し、大腿骨コンポーネントのステム部分の計画立案された姿勢を記述している。

第３の大腿骨の点２１６は、大腿骨骨頭の中心を定義する。大腿骨の軸、すなわち、直線２１４の、の向きに垂直な、第３の大腿骨の点２１６からの直線、の長さは、大腿骨コンポーネントに対する計画立案されたオフセットを記述している。

第４の大腿骨の点２１８は、大腿骨頚部の中央の内側点を特定し、第５の大腿骨の点２２０は、大腿骨頚部の中央の外側点を特定する。これらの点を通る直線２２２は、大腿骨コンポーネントのアームの姿勢を記述し、直線２２２および直線２１４によって定められた角度は、アームとステムとの間の角度を記述する。

さらなる計画立案情報は、ステム軸２１４に関するアームの角度である。これは、以下のように、点の集合から導かれる。内側後方顆の位置、外側後方顆の位置、および、転子の後方部の位置、が特定される。これらの３つの点が、平面を定義する。大腿骨の長さ方向の軸に関するアームの軸の角度が、その平面とアームの軸２２２の直線との間に定められた角度によって、定義される。この角度は、大腿骨に対する大腿骨コンポーネントの計画立案された姿勢を記述する。

さらなる計画立案情報は、頚部の横方向の寸法すなわち頚部の表面の少なくとも一つの位置での「半径」の大きさ、および、ステムの横方向の寸法すなわちステムの表面の少なくとも一つの位置での「半径」の大きさ、をも含む。これらの情報は、大腿骨ステムコンポーネントの形状が傾斜していることがあるので、含まれていることがあり、傾斜した形状は、大腿骨ステムに対する一つの角度、および、一つの点（大腿骨骨頭の中心）または２つの軸、を必要とし、大腿骨ステムおよび頚部およびその点

そうなので、上述された点は、大腿骨コンポーネントの位置を、大腿骨骨頭の中心によって、記載できるようにし、大腿骨コンポーネントの姿勢を、主として、頚部の角度によって、記載できるようにし、大腿骨コンポーネントの寸法および形状を、主として、オフセット、および、アーム／頚部の軸とステム軸との間の角度、によって、記載できるようにする。したがって、これらの点の位置を定義するｘ，ｙ，ｚ座標のさらなる集合を、ベクトルｘ中の骨盤の形状を定義する座標に追加することによって、大腿骨インプラントに対する手術計画立案情報が、ＳＳＭに組み込まれることができる。

寛骨臼面置換術すなわちＡＳＲとして知られている別の種類の股関節形成術では、大腿骨の大腿骨骨頭が、取り除かれ、ほぼ球形のヘッドの人工器官と、交換される。手術計画立案情報を、ＡＳＲ手術手技のためのＳＳＭに組み込むために、大腿骨に関連する点が、大腿骨骨頭の中心の計画立案された位置、大腿骨ヘッドの計画立案された寸法または半径、および、大腿骨の長さ方向の軸に対する頚部の角度、のうちから、特定される。

上述されたものと同様の方法が、肩関節置換術に用いることができ、その理由は、肩関節および股関節は、両方とも、本質的に、ボールおよびソケットタイプの関節であるからである。関節窩コンポーネントのための計画立案情報は、寛骨臼カップのための計画立案情報と同様であり、上腕骨コンポーネントのための計画立案情報は、大腿骨コンポーネントのための計画立案情報と同様である。肩甲骨棘、または、肩甲骨の平面、のような、肩甲骨の追加の軸または幾何学的性質を記述することができるようにする情報を組み込むことも有益な場合がある。

本発明は、脊柱手術（その手術では、計画立案情報は、脊柱コンポーネントのさまざまな位置および方向／軸を記述する。）、および、骨折／外傷の手術（その手術では、計画立案情報は、プレート、または、髄間釘、のような、再現された骨、インプラントのための計画立案された寸法および／または位置および／または姿勢、を記述する。）、のような別の領域で適用されてもよい。

手術計画を記述するのに用いることができる点の集合の別の例が、こんどは、図４を参照して与えられ、図４は、膝関節２５０の、そして、より詳しく言うと、大腿骨２５２および脛骨２５４の、図を示している。膝関節の人工器官は、２つのコンポーネント、すなわち、大腿骨コンポーネントおよび脛骨コンポーネント、を含んでいてよい。大腿骨コンポーネントは、多くの場合、湾曲した関節面を有し、その関節面は、関節顆の人工器官を提供し、そして、大腿骨の切除された下部部分に取り付けられる。大腿骨コンポーネントは、ある範囲のさまざまな寸法で提供されてよい。脛骨コンポーネントは、一般に、脛骨トレーを含み、脛骨トレーは、脛骨の切除された上部部分に取り付けられる。ほぼ凹状の関節面が通常、プラスチック製のスペーサーによって提供され、スペーサーに対して、大腿骨コンポーネントが関節連結している。脛骨コンポーネントも、ある範囲のさまざまな寸法で提供されてよく、さまざまな厚みのスペーサーと相俟って、本来の関節の寸法が実質的に再現されるようにしている。そうなので、全体の手術計画が、コンポーネントの寸法、ならびに、大腿骨および脛骨に各々対するコンポーネントの位置および姿勢、をほぼ定義する。

第１の大腿骨点２５６は、大腿骨骨頭の中心を特定し、第２の大腿骨点２５８は、大腿骨切痕を特定する。これらの点の間の直線２６０は、大腿骨の機械的な軸の姿勢を定義する。第１の脛骨点２６２は、前十字靭帯付着部位を特定し、第２の脛骨点２６４は、内果の内側（mid talers）を特定する。これらの点の間の直線２６６は、脛骨の機械的な軸の姿勢を定義する。

第３の脛骨点２６８は、結節を特定し、その結節には、膝蓋骨腱が付着する。大腿骨の、内側後方顆の位置、外側後方顆の位置、および、転子の後方部分の位置、が特定される。これらの３つの点は、その平面に関して大腿骨コンポーネントの姿勢が記述できる平面を定義する。さらなる大腿骨の点２７０は、前方皮質を特定する。大腿骨の前方皮質の点２７０、ならびに、内側および外側後方顆の点、は、大腿骨コンポーネントの計画立案された寸法を決定するのを援助するために用いることができる。

さらなる脛骨の点２７２が特定され、その脛骨の点２７２は、計画立案された脛骨の切除高さを定義し、さらなる大腿骨の点２７４が特定され、その大腿骨の点２７４は、計画立案された大腿骨の切除高さを定義する。脛骨および大腿骨に対する切除の姿勢が、平面２７６，２７８によって画定され、平面２７６，２７８は、機械的な軸に垂直であり、切除高さの点を通過する。脛骨および大腿骨の切除の内側端および外側端の位置もまた特定され、これらの点は、大腿骨および脛骨のインプラントの計画立案された寸法を、そして、より詳しく言うと、それらの幅を、決定するのを援助するために用いることができる。

ＡＣＬ（前十字靭帯）付着点の位置は、脛骨の軸を確立する（その軸は、内反−外反傾斜、および、後方−前方傾斜、を決定する）。脛骨粗面への膝蓋骨腱付着は、脛骨コンポーネントの旋回（外旋、内旋）を確立する。

そうなので、脛骨および大腿骨コンポーネントの計画立案された寸法は、脛骨および大腿骨の寸法を定義する点から導くことができる。脛骨および大腿骨コンポーネントの計画立案された位置は、脛骨および大腿骨の切除高さによって、定義される。それぞれの計画立案された姿勢は、それぞれの機械的な軸に垂直となるように定義される。機械的な軸を中心とする、それぞれの計画立案された姿勢は、特定された点のさまざまな組み合わせによって定義された脛骨および大腿骨の向きに関して定義されてよい。

したがって、これらの点の位置を定義するｘ，ｙ，ｚ座標の追加の集合を、ベクトルｘ中の大腿骨および脛骨の形状を定義する座標に、加えることによって、膝関節置換術のための手術計画立案情報が、ＳＳＭ内に組み込まれることができる。

図５を参照して、手術計画立案情報を組み込んだＳＳＭを生成するためのコンピュータを用いて実施される方法３００が、記載される。方法３００を例示した図５に示されたプロセスフロー図は、図１のステップ１０２にほぼ対応する。方法が開始される前に、Ｎ人の被験者の集合のＣＴスキャン画像の集合が捕捉され、ＣＴスキャン画像データ３０２が、ＳＳＭを生み出すために用いられる計算装置によってアクセス可能な記憶装置に記憶される。訓練データの集合３０２は、ＣＴ画像から導かれる必要はなく、その他の画像化方法、例えば、磁気共鳴映像法、複数のＸ線撮影画像、追跡２次元超音波、および、３次元超音波、などから導かれてもよく、データであって、モデル化される被験者の解剖学的構造の３次元モデルまたは表現がそのデータから導かれる、データを、提供することのみが必要である。ある実施の形態では、関心事の体の部分の被験者の解剖学的構造は、いずれのインプラントまたは人工器官も、含まない。別の実施の形態では、被験者は、以前に人工器官を植え込まれていて、画像化は、患者の「生まれつきの」解剖学的構造に加えて、植え込まれた人工器官の画像をも、捕捉する。

被験者のさまざまな集合が、訓練集合データを提供するために選択されてよい。好ましくは、被験者の集合は、一般的な母集団のほとんどの種類を包含するように十分に広い種類と多様性とを有している。しかし、別の実施の形態では、訓練データのための被験者は、具体的な環境用の訓練データを提供するために、選択される場合がある。例えば、被験者は、年齢、性別、民族、人種、および、それらの任意の組み合わせ、によって選択される場合がある。被験者は、特定の状態、疾病、または、被験者の解剖学的構造、および使用されるであろう手術計画に影響を及ぼすその他の性質を患者が有することに基づいて、選択されてもよい。これによって、それらの条件をも有する患者に特異的な計画立案データを生成するために用いられてよいＳＳＭが、提供される。

被験者が以前に手術手技を受けている場合には、被験者は、手術手技の種類に特異的なＳＳＭが創造されるように、手術手技の種類によってグループ分けされてよい。同様に、被験者は、インプラントまたはコンポーネントの種類に特異的なＳＳＭが創造されるように、手術手技で用いられたインプラントまたは他のコンポーネントの種類によってグループ分けされてよい。同様に、被験者は、外科医または複数の外科医の手術の技術および実務を反映したＳＳＭが創造されるように、手術手技を実施した外科医または外科医の集団によってグループ分けさけてよい。そうなので、外科医または複数の外科医の専門的知識および経験は、ＳＳＭを用いた訓練または手術目的のいずれのためにも、他の開業医にも利用可能であるようにできる。このようなグループ分けは、いずれの手術手技も以前に実施されていない場合には、以下により詳しく記載されるように、外科医または複数の外科医の技術および実務に対応する手術計画立案点を特定することによって、達成されてもよい。

手術計画立案データを組み込んだＳＳＭを創造する方法が開始され、ステップ３０４では、第１の被験者に対する３次元画像データが、検索される。画像は画像データから生み出され、ステップ３０６で、利用者に表示されてよい。被験者の画像から、解剖学的構造の一片の特徴的な形状を記述する複数の形状点が特定され、手術計画の少なくともいくつかの性質を記述する複数の点が特定される。股関節、膝関節、および、肩関節の関節形成術のために用いられる点の例は、上述されている。点の特定は、利用者がカーソルおよびマウスなどのポインティング入力デバイスを用いて画像中の点を特定することによって、手動で実行されてよい。点の特定は、コンピュータが画像処理方法を用いて画像中の解剖学的構造の点および／または手術計画立案の点を特定し、そして、利用者が手動で点を特定することによって、半自動的に実行されてよい。点の特定は、コンピュータが画像処理方法を用いて画像中の解剖学的構造の点および手術計画立案の点を特定し、そして、利用者が次に特定された点を検査および検証して、さらに適切と認められるいずれかの補正または変更を手動で行うことによって、完全に自動で実行されてよい。

上述したように、さまざまな種類の手術手技、さまざまな種類の手術コンポーネント、および、さまざまな種類の手術実務が、捕捉されて、ＳＳＭに組み込まれてよい。被験者がまだ手術手技を実行されていない場合、さまざまな種類の手術計画立案情報は、さまざまなＳＳＭがさまざまな集合の手術計画立案点を収集して創造されるように、同じ画像から捕捉されてよい。さまざまなプロトコルまたは規則の集合が、点が矛盾なく収集されることを確実にするために、点を特定するプロセスに適用されてよい。例えば、熟練した外科医が、極端なまたはまれな解剖学的構造を有する被験者に対する膝関節手術の間に用いられるべき好ましい脛骨の切除高さを知っていることがある。その専門的知識および経験を捕捉する規則は、最良の手術の実務がＳＳＭに組み込まれるように、提供されてよい。被験者が、既にインプラントを植え込まれている場合、そのインプラントを再現するために必要な計画立案情報を記述するある点の集合が、特定されてよい。

解剖学的構造の点を捕捉するための広く用いられている多数の方法が、用いられてよい。ある方法は、第１の被験者に対する画像を覆う点のメッシュを用い、次に、別の被験者に対する画像のためのデータの集合が、解剖学的構造の点を生み出すために、位置合わせされてよい。リューカートら（Rueckert et al）によって２００２年（リューカート・ディー（Rueckert, D.）、フランジ・エイ・エフ（Frangi, A. F.）、シュナイベル・ジェイ・エイ（Schnabel, J. A.）、２００３年「軟式位置合わせを用いた脳の３次元統計的変形モデルの自動的構築（Automatic Construction of 3-D Statistical Deformation Models of the Brain Using Nonrigid Registration）、第１０１４頁から第１０２５頁（pp. 1014-1025）、この刊行物の開示内容は、参照することによって、本明細書に組み込まれる。）に記述された他の方法は、変形フィールドを決定するために、さまざまな被験者の画像に対する軟式変換を実行する過程を含む。

一旦、解剖学的構造の点および計画立案の点がすべて特定され終え、それらの点の座標が画像の基準フレームに関して決定され終えると、次に、ステップ３０８で、現在の被験者に対するベクトルｘを表すデータ３１０が、創造されて、記憶装置に記憶される。次に、ステップ３１２で、分析されるべき訓練データが残っている場合には、処理は、プロセスフロー線３１４で示されているように、ステップ３０４に戻る。処理は、すべての訓練データの集合が分析され終えて、データ３１０が、創造され記憶されたＮ個のベクトルｘ₁からｘ_Nの完全な集合を表すようになるまで、ループを繰り返す。

図５が模式的な図にすぎないことが適正に評価されるはずであり、訓練データ画像を順番に分析する必要はなく、すべての訓練データ画像が分析されること、そして、いくつかの実施の形態では、すべての訓練データ画像が、点を特定するために用いられる方法に応じて、同時にすなわち並行して分析されること、を示すことを単に意図している。

一旦、ベクトルの集合が生み出されると、ステップ３１６では、共分散行列Ｓが、記憶されたベクトルの集合を用いて、決定される。共分散行列の固有ベクトルが、上述されたように、次に決定され、形状モデルが創造される。最後に、ＳＳＭを事例を挙げて裏付けるときに用いられるべき固有ベクトルの数が決定される。典型的には、ほぼ５個から１０個までの固有ベクトルが、訓練集合の主要な種類を再生するのに十分であるが、使用される実際の個数は、目的の用途に必要な訓練集合および正確さに応じて、変わる可能性がある。具体的なＳＳＭを事例を挙げて裏付けるために用いられるＳＳＭ３１８を表すデータが記憶され、次に、コンピュータ支援手術（ＣＡＳ）アプリケーションのような、別のソフトウェアアプリケーションで用いるために利用できるようにされてよい。手術計画立案情報を組み込んだＳＳＭを創造する方法が、こうして、完了し、終了する。

手術計画立案情報を組み込んだＳＳＭがとりわけ役に立つ可能性がある複数の用途が、こんどは、記載される。これらのさまざまな用途は、図１のステップ１０４にほぼ対応する。

図６を参照すると、そのシステムと共に本発明のＳＳＭが用いられる、コンピュータ支援手術（ＣＡＳ）システム３２０が、示されている。ＣＡＳシステムは、ディスプレイ装置３２４を備えた主計算システム３２２と、主計算システムと通信を行う追跡サブシステム３２６と、主計算システムと通信を行う記憶装置３２８と、を含み、記憶装置３２８にはＳＳＭデータ３１８が記憶されている。図６は、模式的なものであるにすぎず、単に説明を容易にするためにＣＡＳシステムの主要な機能部分を別個に示している。実際には、それらの部分のいくつかまたはすべてが、一つの一体化されたシステムとして提供されている場合もある。

主計算システム３２２は、さまざまなソフトウェアアプリケーションを含み、それらのソフトウェアアプリケーションは、外科医が画像ガイド下手術のようなコンピュータ支援または援助手術手技を実行するために用いることができ、患者の、ならびに、外科医によって用いられるさまざまな手術インプラント、器具、および、用具の、さまざまな画像を、これらのアイテムの現在の位置および計画立案された位置の視覚的な表示と共に表示できる。外科医は、当該分野で広く知られているさまざまな入力／出力装置を用いてシステムに対話式に働きかけることができる。外科医によって用いられるさまざまなアイテムには、マーカーが含まれていてよく、マーカーは、これらのアイテムの位置が追跡サブシステムによって追跡されるのを可能にし、追跡サブシステムは、追跡データを主計算システムに供給して、これらのアイテムの画像およびこれらのアイテムの現在の位置の表現が表示されるのを可能にする。さまざまな種類の追跡技術が、用いられてよく、有線ベースの技術、および、超音波、赤外線、電磁界、および、磁界ベースの追跡技術のような、無線技術、が用いられてよい。

図７を参照すると、本発明の方法３３０を示すフロー図が示されていて、方法３３０では、本発明のＳＳＭが用いられてよい。図７は、模式的なものであり、さまざまな他のステップが、当該分野で知られているように、実際には実行されるが、図７は、本発明を不明瞭にすることがないように、詳細には記載されていない。

必要な場合に用いられる手術前画像が、Ｘ線、超音波、ＣＴ、または、ＭＲスキャン法のような任意の適切な画像化方法を用いて、ステップ３３２で、患者の解剖学的構造について、撮られる場合がある。次に、ステップ３３４で、追跡システムで追跡可能なマーカーが、患者の体の部分の配置を追跡できるようにするために、患者の体の部分に取り付けられる。記載された実施の形態では、手術は股関節置換術であり、そうなので、マーカーは、大腿骨と、骨盤と、に取り付けられて、大腿骨および骨盤の位置および姿勢が追跡できるようにされる。次に、手術部位が、ステップ３３６で開かれて、ステップ３３８では、患者の解剖学的構造がデジタル化されて、患者の解剖学的構造に関する患者に特異的な情報が提供される。このような情報の提供は、ポインターの先端が患者の骨の表面に沿って、例えば、大腿骨頚部に隣接する大腿骨上方部分の周りで、動かされるときに、追跡可能なマーカーを帯びたポインターを追跡することによって、そして、大腿骨の表面上の点の集合の位置を収集することによって、行われてよい。つぎに、ＳＳＭの実例が、患者の実際の解剖学的構造を反映した捕捉された点をＳＳＭデータに適合させることによって、創造される。ＳＳＭの実例を創造することは、捕捉された点と形状モデルデータとの間のコスト関数を最小にすることによって、一般に、実行される。事例を挙げて裏付けられたモデルの画像が、次に創造されて、ステップ３４２で表示される。ＳＳＭの実例を挙げた裏付けは、追跡システムの基準フレーム内の点の集合の位置がコンピュータシステムによって知られているので、ＳＳＭの事例を挙げた裏付けを、追跡システムの基準フレーム内で位置合わせもする。

モデルの事例を挙げての裏付け、ならびに、患者の体の一部を近似する画像の生成、は、その患者の実際の解剖学的構造を反映するように特別注文に応じて作られた手術計画立案情報をも生み出す。コンピュータシステムは、事例を挙げて裏付けられた手術計画立案点のデータを取得し、さまざまな幾何学計算を実行して、事例を挙げて裏付けられた計画立案された位置および／または姿勢情報を決定し、次に、ステップ３４２で、その計画立案情報のグラフィック表示を生成してディスプレイスクリーン上に表示する。位置および姿勢データは、連続的であり、したがって、容易に取り扱うことができる。より多くの注意が、計画立案されたインプラントの寸法を自動的に選択するために、寸法データに対して必要である。インプラントの寸法は、製造業者が一般に一定の範囲内の寸法の、例えば、小さい、中位の、大きい、インプラントのみを供給するので、一般に不連続である。事例を挙げて裏付けられた寸法計画立案データは、例えば、３７．４ｍｍの寛骨臼カップの直径、などを表示している場合がある。次に、コンピュータシステムは、計画立案された寸法を、最も近い値の利用可能なインプラント寸法に写像する（map）ために、ある機構を用いる。例えば、３０．０ｍｍから３４．０ｍｍの範囲内の直径は小さい寸法に写像され、３４．１ｍｍから３６．０ｍｍまでの範囲内の直径は中位の寸法に写像され、３６．１ｍｍから３８．０ｍｍまでの範囲内の直径は大きい寸法に写像される場合がある。そうなので、事例を挙げて裏付けられた計画立案データによって出力された連続的な寸法の値を、実際に利用可能な不連続なインプラントの寸法に変換することが可能である。

外科医に表示されたＳＳＭから導かれた計画立案情報は、ガイダンスとしてであり、使用されなければならないということではない。ステップ３４４では、外科医は、例えば計画立案情報を変更するために、計画立案されたインプラントの位置および／もしくは姿勢を手動で変更することによって、ならびに／または、インプラントの計画立案された寸法を変更することによって、命令を入力することができる。プロセスの流れは、ステップ３４６に戻り、ステップ３４６では、補正された計画立案情報が、モデルに関して表示され、事例を挙げて裏付けられた計画立案情報に関する補正された計画立案情報の偏差も表示される。ステップ３４２，３４４，３４６は、外科医が手術計画に満足するまで、繰り返され、次に最終的な計画がＣＡＳシステムによって記憶される。

別の実施の形態では、計画の補正には、異なる種類のインプラントを用いるという選択が含まれうる。この場合、異なる種類のインプラントのためのＳＳＭデータは、記憶装置からＣＡＳシステムによって検索され、ステップ３４０で、新たな計画立案データを事例を挙げて裏付けるために用いられる。それに加えて、または、それに代わって、別の実施の形態では、計画の補正には、異なる種類の手術アプローチすなわち手技を用いるという選択も含まれうる。例えば、外科医は、提案された計画が患者の具体的な解剖学的構造に適していないと、例えば、患者の寛骨臼がはなはだしく病んでいることがあり、そのため、別の種類の手術手技が好結果の手術を結果としてもたらす可能性が高いと、判断する場合がある。その場合、異なる種類の手術手技のためのＳＳＭデータは、記憶装置からＣＡＳシステムによって検索され、ステップ３４０で新たな計画立案データを事例を挙げて裏付けるために用いられる。

それに加えて、または、それに代わって、別の実施の形態では、計画の補正には、患者のタイプに基づいて、例えば、患者の身長、体重、年齢、性別、人種、に基づいて、または、患者の職業または行動に基づいて、計画の変更を選択することも含まれる。例えば、外科医は、患者がプロの運動選手であり、そのため、別の種類の手術計画が患者の手術後の運動能力の必要性を満足するために必要である場合、提案された計画がその患者にとって適切ではないと、判断する場合がある。その場合には、運動選手に対して適切な手術手技のためのＳＳＭデータが、記憶装置からＣＡＳシステムによって検索されて、ステップ３４０で、新たな計画立案データを事例を挙げて裏付けるために用いられる。

ステップ３４８で計画が完成された後に、手術手技が、外科医によって、追跡可能なインプラント、器具、および、用具を用いて実行され、追跡可能なインプラント、器具、および、用具はＣＡＳシステムを用いてナビゲートされてよい。手術手技が完了すると、手術直後の画像化が、ステップ３５０で、必要な場合に、実行されてよく、例えば、手術後の審査で用いるために、患者の股関節のＸ線画像を捕捉することによって、実行されてよい。事例を挙げて裏付けられたＳＳＭは、手術を評価いるために、ステップ３５２で、用いられてよい。例えば、事例を挙げて裏付けられたＳＳＭ画像の２次元図、および事例を挙げて裏付けられた計画が、Ｘ線の画像と同じ画像に対して生み出されてよい。次に、解剖学的構造に関するインプラントの実際の位置を示す２次元Ｘ線画像が、事例を挙げて裏付けられたＳＳＭから生み出された２次元画像と比較されて、実際の関節の人工器官が事例を挙げて裏付けられた計画と比較されてよい。その代わりに、２次元Ｘ線画像が、事例を挙げて裏付けられた３次元形状に位置合わせされて、３次元でのインプラントの位置が検証されてよい。

いくつかのさらなる手術後評価が、後に、例えば、６月後に、ステップ３５４で示されているように、実行されてよい。患者の股関節のさらなるＸ線画像またはその他の画像が、捕捉され、事例を挙げて裏付けられたＳＳＭから導かれた２次元画像および計画と再び比較されてよい。そうなので、関節のいずれかの変化、例えば、インプラントの移動、が特定され、監視されて、例えば、修正手術が必要か否かが判定される。ステップ３５４は、複数回、そして、さまざまな期間の後に、例えば、一年毎に、繰り返されてよい。

図８は、本発明のＳＳＭが用いられる、本発明の別の方法３６０を表すフロー図を示している。図８は、模式的なものであり、さまざまな他のステップが、当業者に知られているように、実際には実行されるが、本発明を不明瞭にすることがないように、詳細には記載されていない。方法３６０は、方法３３０に類似していて、方法３３０のステップ３４２からステップ３５４は、方法３６０のステップ３７４の後に、実行されてよい。方法３６０は、方法３６０が、手術手技のかなり前に実行される、例えば、外来患者への手順として実行される、ＳＳＭの非侵襲的な実例を挙げた裏づけを用いる点で、方法３３０とは、実質的に異なっている。方法３６０は、ＳＳＭおよび計画の位置合わせが自動的に達成される方法でも異なっている。

ステップ３６２では、ＣＡＳシステムによって追跡可能なマーカーが、患者の骨に植え込まれる。適切なマーカーおよびマーカーを植え込むための器具は、国際公開第２００５／０８４５７２号に記載されていて、その開示内容は、参照することによって、すべての目的で、本明細書に組み込まれる。次に、ステップ３６４では、患者の解剖学的構造が、画像化方法を用いて画像化され、その画像化方法は、骨に植え込まれたマーカーの画像をも捕捉する。例えば、Ｘ線、Ｘ線透視法、または、ＣＴスキャン画像化法が、用いられてよい。次に、ステップ３６６で、ＳＳＭが、患者の解剖学的構造の画像を用いて、事例を挙げて裏付けられて、方法３３０に関して上述されたのと同様な方式で、ＳＳＭが適合させられた、解剖学的構造に特異的なデータ、を提供する。そうなので、患者の骨の患者に特異的なモデル、および、患者に特異的な手術計画が、いずれの侵襲的な手術ステップをも受けることなく、生成されうる。事例を挙げて裏付けられた手術計画立案情報は、次に、使用されるべきインプラントの最適な種類、および、インプラントの補正された寸法、の両方を、ステップ３６８で、決定するのに用いられてよい。

そうなので、手術に先立って、使用されるべきインプラントが予め選択でき、インプラントを注文することができ、正しい種類および寸法のインプラントが、手術が実施されるときに、利用可能となることを確実にする。これは、病院が大量の在庫を保持する必要がなく、必要なインプラントを必要なときに注文できるので、在庫品の管理のための潜在的重要性をも有する。

別の実施の形態では、事例を挙げて裏付けられた計画は、患者に利用可能な適切な標準のインプラントがないことを示す場合がある。そうなので、例えば大腿骨ステムコンポーネントなどの、インプラントの寸法の情報、および、インプラントの幾何学的配置および形状に関する情報、が、患者のために仕立てられたあつらえのすなわち特別注文のインプラントを生み出すために用いられてよい。そして、これが、いずれの侵襲的な手術ステップも受けることなく、達成できる。

破線３７０で示されているように、インプラントの選択および／または注文ステップ３６８は、実際の手術手技が開始されるかなり前に、例えば、数ヶ月前に、実行されてよい。手術手技が開始されて、ステップ３７２で、手術部位が開かれる。既に事例を挙げて裏付けられたＳＳＭおよび計画立案データは、ＣＡＳシステムによって利用できるようにされていて、アイテムがモデルおよび計画に関してナビゲートできるようにするために、追跡システムの基準フレームで位置合わせされる必要がある。必要に応じて行われるマーカー植え込みステップが、既に実行され終えている場合には、事例を挙げて裏付けられたモデルおよび計画は、国際公開第２００５／０８６０６２号に記載されたものと同様の手順を用いて自動的に位置合わせされてよく、この刊行物の開示内容は、参照することによって、すべての目的で、本明細書に組み込まれる。

手短に言えば、追跡システムは、予め植え込まれたマーカーの位置を求め、手術場面でのマーカーの位置を求めることができる。マーカーと手術前画像との間には一定の関係があり、手術場面内での画像の位置は、マーカーに対応する手術前画像の一部を、手術場面でのマーカーの実際の位置に写像することによって、得られる。手術前画像と事例を挙げて裏付けられたＳＳＭとの間には、一定の関係が存在し、そうなので、事例を挙げて裏付けられたＳＳＭは、事例を挙げて裏付けられたＳＳＭを、モデルを事例を挙げて裏付けるために用いられる手術前画像の少なくとも一つに、適合させることによって、手術場面に位置合わせされてよい。

マーカーが手術前に植え込まれていない、別の実施の形態では、予め事例を挙げて裏付けられたＳＳＭモデルおよび計画は、複数の解剖学的構造の特徴部の位置を示すために、マークが付けられたポインターを用い、事例を挙げて裏付けられたモデル内の対応する特徴部を実際の患者の特徴部に適合させることによって、患者の解剖学的構造に位置合わせされてよい。さらに別の実施の形態では、位置合わせは、予め事例を挙げて裏付けられたモデルおよび計画を、手術場面で捕捉された画像に適合させることによって、達成されてもよい。画像化システムは、画像が物理的な空間に戻って関連付けられるように、較正され、画像化システム自体は、画像化システムの座標系が患者の解剖学的構造に位置合わせされるように、追跡されてよい。

その方法の残りの部分は、図７のステップ３４２からステップ３５４までと同じように実行されてよい。

ＳＳＭを組み込んだ手術計画立案データが、実行される手術を実際に伴うまたは伴わない場合がある複数の用途で用いられることが、適正に評価されるはずである。例えば、上述したように、ＳＳＭの実例を挙げた裏付けは、インプラントの特別注文に応じて作られた設計および製造で用いることができるインプラントの情報を提供できる。ＳＳＭは、訓練の用途で用いることができ、その訓練の用途では、新たな外科医が、患者の解剖学的構造のバーチャルモデルに対してソフトウェアを用いて手術手技を計画立案し、次に、計画立案された手技が、バーチャルモデルの解剖学的構造を用いて生み出された事例を挙げて裏付けられた計画と比較される。その他の訓練の用途には、外科医がその手技にあまり精通していない手技を実行するのを援助するために、事例を挙げて裏付けられた計画立案データを用いることによって、外科医が新たな技術を習得することが、含まれていてよい。

事例を挙げて裏付けられた計画立案情報は、品質管理または品質保証の一部としても用いられてよい。例えば、外科医によって創造された計画は、その外科医自身の計画が許容範囲内にあることを確かめるために、実行されるいずれの切開にも先立って、事例を挙げて裏付けられた計画と比較されてよい。それに代わって、または、それに加えて、手術中に用いられる実際の計画、または、計画立案されたインプラントの寸法および配置、は、外科医の技術が、事例を挙げて裏付けられた計画で実現された最良の実務および技術とどれ位密接に整合しているかを評価するために、事例を挙げて裏付けられた計画と、比較されてよい。事例を挙げて裏付けられた計画は、保存すなわちアーカイブに保管されてもよく、外科医が、外科医自身の実績を監視または評価することができ、そして、例えば、監査のために、歴史的な記録を提供することができる。

大まかに言って、本発明の実施の形態は、一つまたは複数のコンピュータシステムに記憶された、または一つまたは複数のコンピュータシステムを介して伝送されたデータを伴うさまざまなプロセスを用いる。本発明の実施の形態は、これらの動作を実行するための装置にも関連する。この装置は、必要な目的のために特別に組み立てられたものであることがあり、または、コンピュータプログラムおよび／またはコンピュータに記憶されたデータ構造によって選択的に作動させられるもしくは再設定（reconfigure）される汎用コンピュータであることもある。本明細書に提示されたプロセスは、いずれの特定のコンピュータまたはその他の装置にも本質的に関連していない。より詳しく言うと、さまざまな汎用の機械が、本明細書の教示に基づいて作成されたプログラムと共に用いられることがあり、または、必要とされる方法のステップを実行するためにより特別な装置を組み立てることがより好都合であることがある。これらのさまざまな機械の具体的な構造は、以下の記載から明らかとなるはずである。

加えて、本発明の実施の形態は、コンピュータが読み取り可能な媒体またはコンピュータプログラム製品に関連し、それらの媒体または製品は、さまざまなコンピュータを用いて実施される動作を実行するためのプログラム命令および／またはデータ（データ構造を含む）を含んでいる。コンピュータが読み取り可能な媒体の例には、以下に限定されないが、ハードディスク、フロッピーディスク、および、磁気テープ、のような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクのような光学媒体、磁気光学媒体、半導体記憶装置、ならびに、読み出し専用記憶装置（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、プログラム命令を記憶および実行するように特別に設定されたハードウェア装置、が含まれる。本発明のデータおよびプログラム命令は、搬送波またはその他の伝達媒体で実現されてもよい。プログラム命令の例には、コンパイラーによって生み出されるような機械コード、および、インタープリターを用いてコンピュータによって実行される場合があるより高級なコードを収容したファイル、の両方が含まれる。

図９は、典型的なコンピュータシステムを示していて、そのコンピュータシステムは、適切に設定または設計された場合に、本発明に基づくＣＡＳシステムの処理装置またはコンピュータとして役立つことが可能である。データ処理装置すなわちコンピュータ４００は、任意の個数のプロセッサ４０２（中央処理ユニットまたはＣＰＵとも呼ばれる。）を含んでいて、それらのプロセッサ４０２は、主記憶装置４０６（典型的には、ランダムアクセスメモリすなわちＲＡＭ）、主記憶装置４０４（典型的には、読み出し専用メモリすなわちＲＯＭ）、を含む記憶装置に接続されている。ＣＰＵ４０２は、プログラム可能な装置（例えば、ＣＰＬＤおよびＦＰＧＡ）、および、ゲートアレイＡＳＩＣまたは汎用マイクロプロセッサのようなプログラム不可能な装置、のようなマイクロコントローラおよびマイクロプロセッサを含むさまざまな種類のものであってよい。当該分野でよく知られているように、主記憶装置４０４は、ＣＰＵに一方向的にデータおよび命令を伝達するように働き、主記憶装置４０６は、データおよび命令を双方向的に伝達するために典型的には用いられる。これらの主記憶装置の両方は、上述したような任意の適切なコンピュータが読み取り可能な媒体を含んでいることがある。大容量記憶装置４０８も、ＣＰＵ４０２に双方向的に接続されていて、追加のデータ記憶容量を提供し、上記のいずれかのコンピュータによって読み取り可能な媒体を含んでいることがある。大容量記憶装置４０８は、プログラム、データ、および、それらの類似物を記憶するために用いられ、典型的には、ハードディスクのような補助記憶媒体である。大容量記憶装置４０８に維持されている情報は、適切な場合には、バーチャルメモリとして、主記憶装置４０６の一部として、標準的な方式で、組み込まれている場合があることが、適正に評価されるはずである。ＣＤ−ＲＯＭ４１４のような特別の大容量記憶装置も、データをＣＰＵへ一方向的に伝達する場合がある。

ＣＰＵ４０２は、インターフェース４１０にも接続されていて、インターフェース４１０は、ビデオモニター、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチスクリーンディスプレイ、トランスデューサカードリーダー、磁気テープたまは紙テープリーダー、タブレット、スタイラス、音声または手書き文字認識装置、もしくは、もちろん他のコンピュータなどの、その他のよく知られた入力装置などの１つ以上の入力／出力装置、に接続されている。最後に、ＣＰＵ４０２は、必要な場合に、全体が符号４１２で示された外部接続部を用いて、データベース、コンピュータ、または、電気通信網のような、外部装置に接続されていることもある。そのように接続された状態では、ＣＰＵは、本明細書で上述された方法のステップを実行する間中、電気通信網からの情報を受け取る場合があり、または、電気通信網へ情報を出力する場合があると、意図される。

これまでの記載は、具体的なプロセスおよび装置に基づいて本発明を包括的に記載したが、本発明は、より広い範囲の適用可能性を有する。より詳しく言うと、本発明の態様は、いずれの特定の種類の整形外科手技にも限定されず、患者の解剖学的構造に関するコンポーネントの位置についての情報が有益である、実質的に任意の方法に適用できる。したがって、いくつかの実施の形態では、本発明の技術は、手術前、手術中、または、手術後に、骨構造、および／または、組織、靭帯、器官などの軟構造、に関して用いられるべきコンポーネントの位置および／または寸法および／または種類を計画立案するために用いることもできる。当業者は、上記の記載の範囲内にある他の変形、変更、および、代替物、に気付くかもしれない。

〔実施の態様〕
この発明の具体的な実施態様は以下の通りである。
（１）患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する、コンピュータを用いて実施される方法において、
前記体の一部のバーチャルモデルを提供する過程であって、前記バーチャルモデルは、前記患者の対応する実際の体の一部に実行されるべき計画立案された手術手技の少なくとも一部を表す前記バーチャルモデルに関連するデータを有する、バーチャルモデルを提供する過程と、
前記患者の前記実際の体の一部から導かれたデータを用いて、前記体の一部の前記バーチャルモデルを変形する（morphing）過程であって、前記バーチャルモデルの変形によって、前記計画立案された手術手技の前記一部を、前記患者の前記実際の体の一部の解剖学的構造を反映するように、適合させる、バーチャルモデルを変形する過程と、
を具備する、方法。
（２）実施態様（１）に記載の方法において、
前記統計的形状モデルは、Ｘ線スキャンデータ、ＣＴスキャンデータ、電磁的スキャンデータ、および、超音波スキャンデータ、のうちの少なくとも一つに基づいている、方法。
（３）実施態様（１）に記載の方法において、
前記バーチャルモデルを変形する前記過程は、前記患者からの解剖学的構造データに最も近いスキャンデータをデータライブラリから特定する過程を含む、方法。
（４）実施態様（１）に記載の方法において、
前記バーチャルモデルに、前記手技で用いられるべきハードウェアのコンポーネントの表現を組み込む過程、
をさらに具備する、方法。
（５）実施態様（４）に記載の方法において、
前記ハードウェアの前記コンポーネントは、手術器具を含む、方法。
（６）実施態様（４）に記載の方法において、
前記ハードウェアの前記コンポーネントは、インプラントを含む、方法。
（７）実施態様（４）に記載の方法において、
前記ハードウェアの前記コンポーネントの位置および姿勢は、少なくとも５自由度のデータで表されている、方法。
（８）コンピュータプログラムコードにおいて、
前記コンピュータプログラムコードは、実施態様（１）に記載の方法を提供するために、データ処理装置によって実行可能である、コンピュータプログラムコード。
（９）コンピュータプログラム製品において、
実施態様（８）に記載のコンピュータプログラムコードを記憶した、コンピュータによって読み取り可能な、媒体、
を含む、コンピュータプログラム製品。
（１０）患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する装置において、
データ処理装置と、
コンピュータプログラム命令を記憶するメモリと、
を具備し、
前記コンピュータプログラム命令は、
前記体の一部のバーチャルモデルを提供する過程であって、前記バーチャルモデルは、前記患者の対応する実際の体の一部に実行されるべき計画立案された手術手技の少なくとも一部を表す前記バーチャルモデルに関連するデータを有する、バーチャルモデルを提供する過程、および、
前記患者の前記実際の体の一部から導かれたデータを用いて、前記体の一部の前記バーチャルモデルを変形する過程であって、前記バーチャルモデルの変形によって、前記計画立案された手術手技の前記一部を、前記患者の前記実際の体の一部の解剖学的構造を反映するように、適合させる、バーチャルモデルを変形する過程、
を実行するように、前記データ処理装置を設定することができる、装置。

（１１）体の一部のための手術計画立案情報を組み込んだ統計的形状モデルを創造する方法において、
複数の訓練用被験者の画像から前記体の一部の解剖学的構造の形状を表す解剖学的構造データを生成する過程と、
前記複数の訓練用被験者の前記画像から、手術手技のための少なくとも一つの計画立案特性を記述するために用いることができる計画立案データを生成する過程と、
前記解剖学的構造データおよび前記計画立案データから統計的形状モデルを創造する過程と、
を具備する、方法。
（１２）統計的形状モデルを事例を挙げて裏付け、手術計画立案情報を自動的に生成する方法において、
実施態様（１１）に記載の方法に基づいて、統計的形状モデルを創造する過程と、
実際の患者の解剖学的構造から導かれた情報を用いて、前記実際の患者のモデルを事例を挙げて裏付ける過程であって、前記実際の患者の前記モデルを事例を挙げて裏付けることによって、前記患者の実際の解剖学的構造に適合された手術計画立案情報を直接または間接的に提供する手術計画立案データが、生成される、実際の患者のモデルを事例を挙げて裏付ける過程と、
を具備する、方法。
（１３）患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する装置において、
データ処理装置と、
コンピュータプログラム命令を記憶するメモリと、
を具備し、
前記コンピュータプログラム命令は、
前記体の一部に対する手術計画立案情報を組み込んだ統計的形状モデルからの実際の患者のモデルを、前記患者の前記解剖学的構造から導かれた情報を用いて、事例を挙げて裏付ける過程、および、
前記事例を挙げて裏付けられたモデルから前記患者の実際の解剖学的構造に適合された手術計画立案情報を生成する過程、
を実行するように、前記データ処理装置を設定することができる、装置。
（１４）コンピュータプログラムコードにおいて、
実施態様（１１）もしくは（１２）に記載の方法、または実施態様（１３）に記載の装置を提供するように、データ処理装置によって、実行可能である、コンピュータプログラムコード。
（１５）コンピュータプログラム製品において、
実施態様（１４）に記載のコンピュータプログラムコードを記憶した、コンピュータによって読み取り可能な、媒体、
を含む、コンピュータプログラム製品。

本発明の大まかな方法を示した高レベルのフロー図である。手術の状況で適用された図１に示された大まかな方法を示すフロー図である。統計的形状モデルへの計画立案情報の組み込みを示す、股関節の模式図を示す図である。統計的形状モデルへの計画立案情報の組み込みを示す、膝関節の模式図を示す図である。本発明にしたがう統計的形状モデルを創造する方法を示す、図１の第１のステップにほぼ対応する、フロー図である。本発明の統計的形状モデルがその中で用いられる、本発明に基づくコンピュータ支援手術システムの模式的なブロック図である。本発明の統計的形状モデルを用いる本発明に基づく方法を示すフロー図である。本発明の統計的形状モデルを用いる本発明に基づく別の方法を示すフロー図である。図６に示されたシステムのコンピュータ部分の模式的なブロック図である。

Claims

患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する、コンピュータを用いて実施される方法において、
前記体の一部のバーチャルモデルを提供する過程であって、前記バーチャルモデルは、前記患者の対応する実際の体の一部に実行されるべき計画立案された手術手技の少なくとも一部を表す前記バーチャルモデルに関連するデータを有する、バーチャルモデルを提供する過程と、
前記患者の前記実際の体の一部から導かれたデータを用いて、前記体の一部の前記バーチャルモデルを変形する過程であって、前記バーチャルモデルの変形によって、前記計画立案された手術手技の前記一部を、前記患者の前記実際の体の一部の解剖学的構造を反映するように、適合させる、バーチャルモデルを変形する過程と、
を具備する、方法。
請求項１に記載の方法において、
前記統計的形状モデルは、Ｘ線スキャンデータ、ＣＴスキャンデータ、電磁的スキャンデータ、および、超音波スキャンデータ、のうちの少なくとも一つに基づいている、方法。
請求項１に記載の方法において、
前記バーチャルモデルを変形する前記過程は、前記患者からの解剖学的構造データに最も近いスキャンデータをデータライブラリから特定する過程を含む、方法。
請求項１に記載の方法において、
前記バーチャルモデルに、前記手技で用いられるべきハードウェアのコンポーネントの表現を組み込む過程、
をさらに具備する、方法。
請求項４に記載の方法において、
前記ハードウェアの前記コンポーネントは、手術器具を含む、方法。
請求項４に記載の方法において、
前記ハードウェアの前記コンポーネントは、インプラントを含む、方法。
請求項４に記載の方法において、
前記ハードウェアの前記コンポーネントの位置および姿勢は、少なくとも５自由度のデータで表されている、方法。
コンピュータプログラムコードにおいて、
前記コンピュータプログラムコードは、請求項１に記載の方法を提供するために、データ処理装置によって実行可能である、コンピュータプログラムコード。
コンピュータプログラム製品において、
請求項８に記載のコンピュータプログラムコードを記憶した、コンピュータによって読み取り可能な、媒体、
を含む、コンピュータプログラム製品。
患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する装置において、
データ処理装置と、
コンピュータプログラム命令を記憶するメモリと、
を具備し、
前記コンピュータプログラム命令は、
前記体の一部のバーチャルモデルを提供する過程であって、前記バーチャルモデルは、前記患者の対応する実際の体の一部に実行されるべき計画立案された手術手技の少なくとも一部を表す前記バーチャルモデルに関連するデータを有する、バーチャルモデルを提供する過程、および、
前記患者の前記実際の体の一部から導かれたデータを用いて、前記体の一部の前記バーチャルモデルを変形する過程であって、前記バーチャルモデルの変形によって、前記計画立案された手術手技の前記一部を、前記患者の前記実際の体の一部の解剖学的構造を反映するように、適合させる、バーチャルモデルを変形する過程、
を実行するように、前記データ処理装置を設定することができる、装置。
体の一部のための手術計画立案情報を組み込んだ統計的形状モデルを創造する方法において、
複数の訓練用被験者の画像から前記体の一部の解剖学的構造の形状を表す解剖学的構造データを生成する過程と、
前記複数の訓練用被験者の前記画像から、手術手技のための少なくとも一つの計画立案特性を記述するために用いることができる計画立案データを生成する過程と、
前記解剖学的構造データおよび前記計画立案データから統計的形状モデルを創造する過程と、
を具備する、方法。
統計的形状モデルを事例を挙げて裏付け、手術計画立案情報を自動的に生成する方法において、
請求項１１に記載の方法に基づいて、統計的形状モデルを創造する過程と、
実際の患者の解剖学的構造から導かれた情報を用いて、前記実際の患者のモデルを事例を挙げて裏付ける過程であって、前記実際の患者の前記モデルを事例を挙げて裏付けることによって、前記患者の実際の解剖学的構造に適合された手術計画立案情報を直接または間接的に提供する手術計画立案データが、生成される、実際の患者のモデルを事例を挙げて裏付ける過程と、
を具備する、方法。
患者の体の一部に実行されるべき手術手技の少なくとも一部を自動的に計画立案する装置において、
データ処理装置と、
コンピュータプログラム命令を記憶するメモリと、
を具備し、
前記コンピュータプログラム命令は、
前記体の一部に対する手術計画立案情報を組み込んだ統計的形状モデルからの実際の患者のモデルを、前記患者の前記解剖学的構造から導かれた情報を用いて、事例を挙げて裏付ける過程、および、
前記事例を挙げて裏付けられたモデルから前記患者の実際の解剖学的構造に適合された手術計画立案情報を生成する過程、
を実行するように、前記データ処理装置を設定することができる、装置。
コンピュータプログラムコードにおいて、
請求項１１もしくは１２に記載の方法、または請求項１３に記載の装置を提供するように、データ処理装置によって、実行可能である、コンピュータプログラムコード。
コンピュータプログラム製品において、
請求項１４に記載のコンピュータプログラムコードを記憶した、コンピュータによって読み取り可能な、媒体、
を含む、コンピュータプログラム製品。