JP2021509323A - 処置中の選択された解剖学的構造に対する距離の監視 - Google Patents

Abstract

侵襲的処置を行う医師は、同処置を行うために人体に挿入される器具を利用する。このような処置は、典型的には、特定の対象解剖学的構造に対して実行される動作を伴う。処置中、同処置に無関係な近傍の解剖学的構造は、通常避けられるべきである。１つ又は複数の外科用器具に対して、そのような無関係な近傍解剖学的構造（本明細書では「監視対象解剖学的構造」とも称される）の位置を監視するためのシステム及び技術が提供される。システムは、器具のうちの１つが監視対象解剖学的構造に近接しすぎた場合、外科医などの人間の術者に警告を発する。

Description

医師は、外科処置を行う際に様々な外科用器具を利用する。使用される外科用器具が、神経、血管、脳などの解剖学的構造の特定の重要な領域に意図せずに到達すると、同器具が解剖学的構造を傷つけ得る。外科用器具がそのような重要な解剖学的構造の近くにくるとき、ユーザに自動的に警告するのは意義がある。処置中、同処置に無関係な近傍の解剖学的構造は、可能であれば避けられるべきである。

対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視するための方法が提供される。この方法は、器具の位置を決定することと、監視対象解剖学的構造に対する器具の距離を決定することと、監視対象解剖学的構造に対する器具の距離が閾値を下回るかどうかを決定することと、を含む。距離が閾値を下回る場合、警告が生成され、出力される。距離が閾値を下回っていない場合、警告は発生しない。

対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視するためのシステムが提供される。システムは、出力デバイス、器具、及びワークステーションを含む。ワークステーションは、器具の位置を決定し、監視対象解剖学的構造に対する器具の距離を決定し、距離が閾値を下回るかどうかを決定するように構成されている。距離が閾値を下回る場合、ワークステーションは、出力デバイスを介して警告を生成及び出力し、距離が閾値を下回っていない場合、ワークステーションは警告を生成しない。

非一時的コンピュータ可読媒体も提供される。非一時的コンピュータ可読媒体は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、器具の位置を決定することと、監視対象解剖学的構造に対する器具の距離を決定することと、監視対象解剖学的構造に対する器具の距離が閾値を下回るかどうかを決定することと、によって、対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視させる命令を記憶する。距離が閾値を下回る場合、警告が生成され、出力される。距離が閾値を下回っていない場合、警告は発生しない。

添付の図面と共に一例として与えられる以下の説明から、より詳細な理解が可能になる。
一例に係る器具位置追跡システムの概略図である。 一例に係る、例示的監視対象解剖学的構造に対する器具の位置を監視することに関連する態様を含む、システムの態様を示す概略図である。 監視対象構造体に対する近接監視の使用例を示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象解剖学的構造までの距離決定を補助する４つの異なる幾何学的プリミティブを示す。 一例に係る、器具から監視対象構造体までの距離を監視する方法を示すフロー図である。

侵襲的処置を行う医師は、同処置を行うために人体に挿入される器具を利用する。このような処置は、典型的には、特定の対象解剖学的構造に対して実行される動作を伴う。処置中、同処置に無関係な近傍の解剖学的構造は、通常避けられるべきである。

１つ以上の外科用器具に対して、そのような無関係な近傍解剖学的構造（本明細書では「監視対象解剖学的構造」とも称される）の位置を監視するためのシステム及び技術が本明細書において提供される。システムは、器具のうちの１つが監視対象解剖学的構造に近接しすぎた場合、外科医などの人間の術者に警告を発する。

システムは、器具上のセンサと、センサの位置を決定するための信号を発するための位置パッドと、位置パッド及びセンサの間のインターフェースを実現し、位置パッドに「位置合わせ」される対象の三次元モデルを表すデータも有するワークステーションと、を含むいくつかの構成要素を備える。位置パッドは、外科用器具上のセンサによって感知されるフィールドを発生及び放出する複数のフィールド発生器を含む。センサは、これらの信号を受信し、処理のために同信号をワークステーションに送信する。ワークステーションはこの信号を分析して、位置パッドのフィールド発生器に対するセンサの位置を決定する。処置前の位置合わせ手順は、位置パッドのフィールド発生器に対して示される対象の位置を、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン又は磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）スキャンなどの医療撮像技術を使用して得ることができる対象の３Ｄモデルに相関させる。この位置合わせ手順は、対象の近傍に、対象の３Ｄモデル内のその対応する位置を示しながら、センサを備える位置合わせ器具を移動させることで実行される。したがって、位置合わせ手順は、位置パッド（即ち、現実の点）に対する空間の点を、３Ｄモデル内の点と相関させ、それによって、物理的対象上の点を、その対象の３Ｄモデルの点と相関させる。この相関により、位置が位置パッドに対して決定されるセンサ（及びしたがって器具）と、３Ｄモデルとの間の相関を可能にする。３Ｄモデルの空間内に画定された器具の位置により、ワークステーションは、その３Ｄモデル内に表される監視対象解剖学的構造に対する器具の距離を計算し、器具が監視対象解剖学的構造に過度に近接していることが分かった場合に警告を提供することができる。

本開示に関連する従来技術の１つに、Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｉｎｃ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｂａｒ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）が製造するＣＡＲＴＯ（商標）システムがある。上述したＣＡＲＴＯ（商標）システム及びその他の関連する技術の態様は、開示内容をいずれも参照により本明細書に援用するところの米国特許第５，３９１，１９９号、同第６，６９０，９６３号、同第６，４８４，１１８号、同第６，２３９，７２４号、同第６，６１８，６１２号、及び同第６，３３２，０８９号、国際公開第９６／０５７６８号、並びに米国特許出願公開第２００２／００６５４５５（Ａ１）号、同第２００３／０１２０１５０（Ａ１）号、及び同第２００４／００６８１７８（Ａ１）号に見ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る器具位置追跡システム１００の概略図である。図１に示されるように、システムは、１つ以上の医療器具１０（例えば、カテーテル、ガイドワイヤ、内視鏡など）、少なくともプロセッサ１４及び１つ以上のディスプレイ装置１６（例えばモニタなど）を含む少なくともワークステーション１２を含むコンソール３８、器具ハブ１８、位置パッド３０、位置合わせ器具４０、及び位置パッドドライバ（「ＬＰドライバ」）２０を含む。

ワークステーション１２は、リンク５０を介してＬＰドライバ２０と通信することで、ＬＰドライバ２０に位置パッド３０内のフィールド発生器を駆動させるように構成されている。フィールド発生器は、センサ３２によって検出されるフィールド信号（例えば電磁場又は音響などの他のフィールド）を発する。センサ３２は、フィールド信号に応じて応答信号を生成する。応答信号は器具ハブ１８により受信される。器具ハブ１８は、器具１０上のセンサ３２、及び位置合わせ器具４０と、通信リンク４２を介して通信する。通信リンク４２は、有線リンクであっても無線リンクであってもよい。器具ハブ１８は、応答信号又は応答信号の処理されたものを、有線リンクであっても無線リンクであってもよいリンク５２を介してワークステーション１２に送信する。

ワークステーション１２は、応答信号の特性に基づいて、センサ３２、ひいてはセンサ３２が組み込まれるか又は取り付けられた物体（例えば、器具１０）の位置及び方向を決定する。一例において、位置パッド３０内のフィールド発生器は、それぞれ既知の位置を有している。センサ３２は、位置パッド３０の複数のフィールド発生器から信号を受信する。異なる複数のフィールド発生器から受信された信号は、時間（例えば、異なるフィールド発生器が異なる時間で駆動されるため、センサ３２が信号を受信する時間を異なるフィールド発生器と相関させることができる）、周波数（異なるフィールド発生器が異なる周波数の信号で駆動されるため、センサ３２により受信される信号の周波数は個々のフィールド発生器を識別する）に基づいて、又はフィールド発生器が発生する信号のその他の特性に基づいて識別される。

上記で述べたように、器具ハブ１８は、センサ３２から受信した信号（又は信号の処理されたもの）を、処理を行うためにワークステーション１２に送信する。ワークステーション１２はこの信号を処理して位置パッド３０のフィールド発生器に対するセンサ３２の位置を決定する。センサ３２の位置を決定するために行われるこの処理は、フィールド発生器により発せられる信号の種類に応じて決まる。いくつかの例では、この処理は、フィールド発生器のそれぞれに応じて受信される信号の振幅を決定する。より大きい振幅はフィールド発生器までの距離がより小さいことを示し、より小さい振幅はフィールド発生器までの距離がより大きいことを示す。センサ３２当たりにつき複数のフィールド発生器（例えば３個）についての距離が決定されると、各フィールド発生器に対する位置を三角測量法により求めることができる。あるいは、信号に対する応答に基づいて位置を決定するためのいずれの技術的に可能な方法も使用することができる。

上記で述べたように、システム１００は、手持ち式ワンドとして又はその他技術的に可能な態様で具体化することができる位置合わせ器具４０も含む。位置合わせ器具４０は、モデルデータ４８に保存された三次元モデルを、位置合わせ手順において位置パッド内のフィールド発生器の位置と相関させるために使用される。１つの例において、モデルデータ４８の３Ｄモデルは、手術対象（例えば患者の頭部２２）のコンピュータデータ表現である。この３Ｄモデルは、コンピュータ断層撮影（「ＣＴ」）スキャン若しくは磁気共鳴イメージング（「ＭＲＩ」）などの医療用イメージング技術、又は３Ｄモデルに変換することができるデータを生成するその他の任意のイメージング技術によって得ることができる。

位置合わせ処理を行うために、位置合わせ器具４０を対象（例えば頭部２２）の近くの特定の位置に配置する（例えば、外科医などの人間の術者により、又は自動装置により自動的に）。次いで、ワークステーション１２がその位置をモデルデータ４８内に保存された３Ｄモデル内の位置に関連付けることにより、３Ｄモデル内の点を現実の点（位置パッド３０のフィールド発生器に対して定義される）と相関させる。この関連付けは、外科医などの術者による特定の指示に応じて行うことができる。そのような状況では、ワークステーション１２はモデルデータ４８からの３Ｄモデルをディスプレイ１６上に表示する。術者は、位置合わせ器具４０を特定の位置に動かし、次いでワークステーション１２に３Ｄモデル内の対応する位置を入力デバイス３６を介して指示する。

代替的な状況では、ワークステーション１２は現実空間の位置を３Ｄモデル内の位置に自動的に関連付ける。１つの例において、この自動的な関連付けは以下のように行われる。位置合わせ器具４０が手術対象（例えば頭部２２）の近くで動かされる。ワークステーション１２は、位置合わせ器具４０から受信したデータを処理して、３Ｄモデル内の対応する位置を特定する。一例において、位置合わせ器具４０はカメラを備え、ワークステーション１２は位置合わせ器具４０で受信された画像に対して画像処理を行って、３Ｄモデル内の位置合わせ器具４０の位置を特定する。いくつかの例では、現実空間（位置パッド３０のフィールド発生器に対して定義される）と３Ｄモデルとの間の複数の相関点が得られ保存されることで位置合わせの精度を向上させ、回転位置合わせ及び配置位置合わせが行われる。より具体的には、位置合わせ器具４０は、対象（例えば、頭部２２）の近傍の複数の位置に移動され、当該位置ごとに、ワークステーション１２は、位置合わせ器具４０の位置（位置合わせ器具４０に取り付けられたセンサ（複数可）３２によって示される）を、頭部の３Ｄモデルの特定位置に関連付ける。位置合わせ器具４０は、現実空間と３Ｄモデルとの間で位置合わせを行うために使用される器具として述べられているが、他の目的に使用される器具を含む他の任意の器具を代わりに使用してもよい。

対象（例えば、頭部２２）に位置合わせされた頭部の３Ｄモデルでは、ワークステーション１２は、対象（例えば、頭部２２）の解剖学的構造に対する器具１０の位置を監視することができる。そのような監視は、特定の処置に関与していないとみなされた、又は器具１０によって損傷を受けやすいか傷つきやすいとみなされたと解剖学的構造の接触を防止するなど、各種目的のために利用され得る。図２は、例示的監視対象解剖学的構造２０２（単純に「監視対象構造体２０２」とも称する）に対する器具１０の位置を監視することに関連する態様を含む、システム１００の態様を示す概略図である。

図示の器具１０は、センサ３２が取り付けられている。ワークステーション１２は、器具１０の位置を（図１を参照して説明したような位置パッド３０を介して）監視する。いくつかの監視対象構造体２０２が示されている。ワークステーション１２は、器具から監視対象構造体２０２までの距離を決定する。任意の特定の器具１０までの距離が閾値を下回る場合、ワークステーション１２は、スピーカ１７、ディスプレイ１６、及び／又は別の出力デバイス１９を介して出力される警告をトリガする。特定の器具１０の監視対象構造体２０２までの距離が閾値を下回るとは、本明細書では、特定の器具１０の監視対象構造体２０２への過度の接近と称されてもよい。

警告の１又は複数の態様は、器具１０の特定の監視対象構造体２０２までの距離に依存し得る。一例では、器具１０が監視対象構造体２０２に過度に接近するように移動すると、ワークステーション１２は、スピーカ１７にビープ音を繰り返し発させる。そのような例では、器具１０が監視対象構造体２０２に近づくように移動すると、ワークステーション１２は、大音量で、及び／又は短い間隔でビープを発させ、器具１０が監視対象構造体２０２から遠ざかるように移動すると、ワークステーション１２は、小音量で、及び／又は長い間隔でビープを発させる。

別の例では、器具１０が監視対象構造体２０２に過度に接近するように移動すると、ワークステーション１２は、ディスプレイ１６に、視覚的インジケータを表示させる。器具１０が監視対象構造体２０２に近づけられると、視覚的インジケータの態様が変えられる。一例では、器具１０が監視対象構造体２０２に近づけられると、視覚的インジケータは、より明るく、より大きく、及び／又は特定の色のより高い強度を有するようになり、器具１０が監視対象構造体２０２から遠ざかると、視覚的インジケータは、より暗く、より小さく、及び／又は特定の色のより低い強度を有するようになる。いくつかの種類の警告が記載されているが、器具１０と監視対象構造体２０２との距離を示すために、任意の警告が使用されてもよく、その警告の任意の種類の変形を使用してもよいことが理解されたい。

監視対象構造体２０２は、人間の術者によってモデルデータ４８内の３Ｄモデルに含められてもよい。これを行うために、人間の術者は、ワークステーション１２などのコンピュータシステム上の３Ｄモデルを見ながら、監視対象とされる構造体を入力デバイスで示す。コンピュータシステムは、処置中の距離を監視するために使用するために、このように示されたものを３Ｄモデルに追加する。上述のように、処置中、ワークステーション１２は、監視対象構造体２０２に対する器具１０の位置を追跡し、当該器具が監視対象構造体２０２に過度に近接しているとみなされると警告を生成する。

位置追跡及び監視を実行するものとして説明されるシステムは、位置合わせを実行するシステムであると記載されているが、これらが２つの異なるシステムでもあり得る。システム１００以外のシステムを使用して、位置合わせを実行することができる。また、処置に関する解剖学的構造として頭部が図示及び説明されているが、ヒトの解剖学的構造の任意の部分に対して本明細書に記載される技術を利用することが可能である。

ディスプレイ１６は従来のディスプレイであってもよいし、仮想現実メガネであってもよい。仮想現実メガネは、遮蔽が適当であるイメージングを伴う手術の場合には、鉛によって提供されるＸ線遮蔽などの適当な遮蔽を有してもよい。ディスプレイ１６は遠隔ディスプレイ（即ち、患者から離れて配置されるディスプレイ）であってもよく、遠隔操作される器具１０と共に遠隔手術を容易にすることができる。

図３は、監視対象構造体２０２に対する近接監視の使用例を示す。内視鏡３０４を使用して鼻腔３０６の内部を見る。内視鏡３０４は、センサ３２を有するプローブ２０７を有する。位置パッド３０を使用して、ワークステーション１２は、監視対象構造体２０２に対するプローブ２０７の位置を監視する。器具１０は、一例では鼻ポリープであり得る動作対象構造体３０２上で動作するために使用される。監視対象非動作対象構造体２０２は、器具１０によって強く接触されるべきではない、動作対象構造体３０２に近接する組織を含む。

処置中、ワークステーション１２は、器具１０と監視対象構造体２０２との間の距離（「距離２」）、及びプローブ２０７と監視対象構造体２０２との間の距離を監視し、器具１０又はプローブ２０７（又はその両方）が監視対象構造体２０２に過度に近接する場合に警告を発する。ワークステーション１２は、監視対象構造体２０２に対する器具１０又はプローブ２０７の近接度に基づいて警告の態様（頻度、強度、又は他の態様）を変化させることができる。特定の数及び特定の種類の器具が示されているが、監視対象構造体２０２に対して任意の器具の位置を監視することができる。

センサ３２から監視対象構造体２０２までの距離を計算するための技術の組がここで記載されている。この技術組では、センサ３２は点とみなされる。監視対象構造体２０２は、１又は複数の幾何学的プリミティブの集合であるとみなされる。一例では、監視対象構造体２０２は、円柱、カプセル、円錐、及び円錐球の組から選択される１又は複数の幾何学的プリミティブの集合を含むとみなされる。１又は複数のセンサ３２と１又は複数の監視対象構造体２０２との間の距離が監視される監視技術を適用するために、ワークステーション１２（又は別のシステム）は、３Ｄモデルを特定の医療スキャンに基づいて生成されたフォーマットから、少なくともいくつかの解剖学的特徴が幾何学的プリミティブの組み合わせとして表されるフォーマットに変換する。

一例では、監視対象である構造体のみがそのようなフォーマットに変換される。他の例では、監視対象構造体２０２以外の追加の解剖学的特徴が、そのようなフォーマットに変換される。更に他の例では、３Ｄモデルの全ての構造体が、そのようなフォーマットに変換される。一例では、この変換は、ワークステーション１２又は別のシステムを介して自動的に行われる。別の例では、この変換は手動で行われる。即ち、術者が１又は複数のこのような幾何学的プリミティブを作成して合成して、それにより３Ｄモデルの部分を表現する。一例では、幾何学的プリミティブは、当該幾何学的プリミティブにより置き換えられる３Ｄモデル内の元の構造体を完全に取り囲むように生成及び合成される。換言すれば、３Ｄモデル内の元の構造体の部分は、その元の構造体を置換する幾何学的プリミティブの外側に延在することはない。これにより、当該幾何学的プリミティブから器具までの距離が、当該幾何学的プリミティブに関連付けられた実構造体までの距離以上になるように保証された、「保守的」距離測定が提供される。

センサ３２と幾何学的プリミティブとの間の距離を決定するためのいくつかの例示的な技術を、以下に図４Ａ〜図７Ｂを参照して説明する。図４Ａ〜図７Ｂは、４つの異なる幾何学的プリミティブ：円柱（図４Ａ及び図４Ｂ）、カプセル（図５Ａ及び図５Ｂ）、円錐（図６Ａ及び図６Ｂ）、及び円錐球（図７Ａ及び図７Ｂ）を示す。これらの幾何学的プリミティブのそれぞれは、中心軸を中心とした、特定の二次元形状の回転により得られる。図４Ａ、図５Ａ、図６Ａ、及び図７Ａは、三次元幾何学的プリミティブを示し、図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂ、及び図７Ｂは、軸を中心とした回転により、三次元幾何学的プリミティブを形成する、対応する二次元形状を示す。本明細書に記載される距離を決定する技術は、器具１０の移動検出に応じてワークステーション１２によって実行されてもよく、又は定期的に実行されてもよい。

図４Ａは、例示的な円筒形幾何学的プリミティブ４００を示す。円筒形幾何学的プリミティブ４００は、２つの円形面４０２及び円筒形側面４０４を含む。円筒形４００の半径４０９も示されている。上述のように、円筒形幾何学的プリミティブ４００は、中心軸４０６を中心に回転する矩形形状を含む。図４Ｂは、一例に係る、点「ｐ」から円筒形４００までの距離を計算することに関連する態様を含む、この矩形形状４１０の態様を示す。

図４Ｂでは、矩形４１０がそれを中心に回転する軸４０６は、点ａとｂとの間の線分（「線分ａｂ」又は単に「ａｂ」と称される）として定義される。半径ｒ（図４Ａの半径４０９に対応する）が示される。点ｃは線分ａｂの中心点である。円筒形までの距離の決定は、点が円筒形のどのボロノイ領域にあるかを特定することに依存する。ボロノイ領域は、幾何学的形状及び位置が平面の特定の部分における点までの距離に基づく平面内の領域である。図４Ｂでは、円板領域、円領域、及び側面領域を含む３つのボロノイ領域がある。円板領域の点は、円筒形４００の円盤４０２に最も近い。円領域内の点は、円筒形４００内の円盤４０２を描く円に最も近い。側面領域の点は、円筒形４００の側面４０４に最も近い。内部領域は、円筒形４００の境界の内側に点がある領域である。なお、点ｐは側面領域にある特定の場所に示されているが、本明細書で特に記載されない限り、点ｐが異なる領域（例えば、ｎ^２＝（ｃ−ｐ）^２、点ｐがどの領域にあるかに関わらず）に存在しても、下記の技術及び図示のベクトル及び距離の計算は同様である。

特定の点がある領域の決定は、点の座標及び円筒形４００の座標に基づいて計算された特定のベクトルに基づいて実行される。これらのベクトル及び以下に提供される式は、点ａ、ｂ及びｐと一致する平面内に定義され、軸ｘに沿ったこの符号付き距離は、以下のように定義される。

式中、ｕは、次のように定義される軸４０６に沿った単位ベクトルである。

式中、二重の縦線が大きさを示す。図示のように、点ｈは、軸線４０６へのｐの直交投影である。ｌは、｜｜ｂ−ａ｜｜に等しく、軸４０６の長さである。頂点ｐから頂点ｃまでの二乗距離は、ｎ^２＝（ｃ−ｐ）^２である。ｙは、点ｐから点ｈまでの距離であり、これは｜｜ｐ−ｈ｜｜に等しい。二乗距離はｙ^２＝｜｜ｐ−ｈ｜｜^２で、ｎ^２−ｘ^２にも等しい。

点ｐが存在するボロノイ領域は、以下のように特定される。ｘの大きさ、即ち｜ｘ｜がｌ／２未満の場合、点は、図４Ｂに示す円筒形４００の内部領域又は側面領域のいずれかの内に存在する。ｙ^２＜ｒ^２の場合、点ｐは、その軸４０６上の直交投影がｌ／２未満で、軸までの距離が円筒形の半径未満であるため、円筒形内に存在する。ｙ^２≧ｒ^２の場合、点ｐは側面領域にあり、円筒形までの二乗距離は（ｙ−ｒ）^２であり、円筒形までの距離はｙ−ｒである。

ｘの大きさ、即ち｜ｘ｜がｌ／２を超える場合、点ｐは円又は円板領域のいずれかの内に存在する。ｙ^２＜ｒ^２の場合、点ｐは円板領域にあり、二乗距離は（｜ｘ｜−ｌ／２）^２である。｜ｘ｜がｌ／２以下である場合、点ｐは円領域にあり、二乗距離は（ｙ−ｒ）^２＋（｜ｘ｜−ｌ／２）^２である。当然のことながら、距離は、適宜二乗距離に平方根演算を行うことにより得ることができる。いくつかの例では、効率的な動作のために、ｙ^２＜ｒ^２であるかを確認する前に、ｘ座標についてテストを行う方がよい。

図５Ａは、例示的なカプセル状幾何学的プリミティブ５００を示す。カプセル状幾何学的プリミティブ５００は、２つの半球形面５０２及び円筒側面５０４を含む。カプセル５００の半径５０９も示されている。この半径は、円筒側面５０４及び半球形面５０２の半径である。カプセル５００は、中心軸５０６を回転した、２つの四半円に矩形が接合された形状５１０を含む。図５Ｂは、一例に係る、点ｐからカプセル５００までの距離を計算することに関連する態様を含む、この形状５１０の態様を示す。

図５Ｂでは、点ａ及びｂが軸５０６を定義する。点ａは左半円形球体の中心であり、点ｂは右半円形球体の中心である。半径ｒも示される。図示の点及び距離は、図４Ｂに関して説明したものと類似している。点ｃは線分ａｂの中心である。点ｈは、ａｂへのｐの直交投影であり、ｘはｃからｈまでの距離であり、ｙはｈからｐまでの距離である。以下の式は、図５Ｂ内の様々な関係を定義する。

ｐかｃの二乗距離は、以下のとおりである。

投影点がａとｂとの間にある（即ち、｜ｘ｜＜ｌ／２）場合、点は、側面領域又は内部領域のいずれかにある。ｙ^２＜ｒ^２である場合、内部領域内に点ｐが存在し、ｐからカプセル５００までの距離は０とみなされる。ｙ^２≧ｒ^２である場合、側面領域内に点ｐが存在し、ｐからカプセル５００までの距離は、ｙ−ｒにより計算される。ここで、（ｙ−ｒ）^２により二乗距離が計算される。

投影点がａ又はｂ（即ち、｜ｘ｜≧ｌ／２）を超えている場合、ｐは球体領域又は内部領域内のいずれかにある。円筒の端頂点までの二乗距離（即ち、ａ又はｂのいずれか、半球形面５０２の中心点も含む）は、ｍ^２＝ｙ^２＋（｜ｘ｜−ｌ／２）^２である。ｍ^２＜ｒ^２である場合、点ｐは形状５００内にあり、距離は０である。そうでなければ、ｐは球領域内に存在し、点ｐから形状５００までの二乗距離は、（ｍ−ｒ）^２である（即ち、「半球面の中心から点までの距離−半球面の半径」の２乗）である。

図６Ａは、例示的な円錐幾何学的プリミティブ６００を示す。円錐幾何学的プリミティブ６００は、２つの円形面５０２及び円錐側面６０４を含む。２つの異なる円形面５０２の半径である２つの半径（ｒ_ａ及びｒ_ｂ）も示されている。円錐幾何学的プリミティブ６００は、軸６０６を中心に回転した直角台形を含む。図６Ｂは、一例に係る、点ｐから円錐幾何学的プリミティブ６００までの距離を計算することに関連する態様を含む、この直角台形６１０の態様を示す。

図６Ｂでは、直角台形がそれを中心に回転する軸６０６は線分ａｂとして定義される。上記の形状と同様に、円錐への点ｐの距離を決定することは、円錐のどのボロノイ領域内に点が存在するかを特定することに依存する。これらの領域は、図６Ｂに示すように、円板領域、円領域、側面領域、及び内部領域を含む。円錐からのｐの距離を計算するために、いくつかの値及び式が本明細書で使用される。そのような値の１つはδであり、これは２つの半径の間の差であり、ｒ_ａ−ｒ_ｂに等しい。別の値はｓであり、これは円錐の側面の長さであり以下のとおりに示される。

式中、ｌは、軸６０６の長さで｜｜ｂ−ａ｜｜に等しい。

軸６０６に沿った符号付き距離は、以下のように表される。

式中、ｕは、次のように定義される軸４０６に沿った単位ベクトルである。

点ｐから点ａまでの二乗距離は、以下のとおりである。

点ｐから軸６０６までの二乗距離は、以下のとおりである。

ボロノイ領域への分類は、以下のように行われる。ｘ＜０の場合、点ｐは半径ｒ_ａ左側の円板領域内、又は台形の上及び左側の円領域内のいずれかの内に存在する。より具体的には、ｙ^２＜ｒ_ａ ^２である場合、ｐは円板領域にあり、円錐６００までのｐからの二乗距離は、ｘ^２となる。ｙ^２≧ｒ_ａ ^２である場合、円錐６００までのｐからの二乗距離は、最も左の円板を描く円に対する二乗距離として計算され、これは（ｙ−ｒ_ａ）^２＋ｘ^２に等しい。

ｘが０以上である場合、点ｐは、側面領域、内部領域、又は右側円又は円板領域のいずれかの内に存在する。ｙ^２＜ｒ_ｂ ^２の場合、点ｐは、内部領域又は最も右側の円板領域のいずれかの内に存在する。ｘ＞ｌの場合、ｐは円板領域内に存在し、点ｐから円錐６００までの二乗距離は、（ｘ−ｌ）^２となる。ｘ≦ｌである場合、ｐは内部領域内に存在し、ｐと円錐との間の距離は０であるとみなされる。

ｘが０以上であり、ｙ^２がｒ_ｂ ^２以上である場合、距離計算は多少複雑であり、ｉ、ｊ、ｘ’、及びｙ’などの、図示の追加の値に依存する。これらの値は、線分ｃｄによって示される円錐の縁部が水平軸を表し、点ｃが原点を表す異なる座標系の値を表す。この座標フレームｉ及びｊの直交ベクトルは、以下のように計算される。

この新たな座標フレームにおける座標ｘ’及びｙ’を計算する１つの方法として、ｐと新たなフレームのｙ軸を定義する線（即ち、ｊを通じて延在する線）との距離、及びｐと新たなフレームのｘ軸を定義する線（即ち、ｉを通じて延在する線）との距離を計算することが挙げられる。これらの距離は、任意の技術的に実現可能な方法で計算することができる。

ｘ’＜０である場合、ｐは左円領域にあり、ｐから円錐までの二乗距離は、（ｙ−ｒ_ａ）^２＋ｘ^２に等しい。ｓ＜ｘ’である場合、ｐは右円領域にあり、ｐから円錐までの二乗距離はｙ’^２＋（ｘ’−ｓ）^２に等しい。ｓ＞ｘ＞０である場合、ｐは側面領域にあり、ｐから円錐までの二乗距離はｙ’^２に等しい。

上記の試験の順序は、性能に影響を及ぼし得る。例えば、いくつかの実施形態では、ｙ’座標及びｘ’座標を計算する前に、ｘ座標のテストを最初に確認することによって、性能が向上する。円錐は１つの円形面のみを有し得る。この場合、ｒ_ｂは０である。上記の式は、その場合も同様に機能する。

図７Ａは、円錐球プリミティブ７００の例を示す。円錐球７００は、２つの球面７０２及び円錐面７０４を含む。左球面７０２の中心ｃ_ａから当該球面７０２の表面へと延在する第１半径ｒ_ａが示される。右球面７０２の中心ｃ_ｂから当該球面７０２の表面へと延在する第２半径ｒ_ｂが示される。円錐球プリミティブ７００は、軸７０６を中心に回転する、２つの円部分と組み合わされた直角台形の形状を含む。この組み合わされた形状は、図７Ｂに示されており、同図は、点ｐから円錐球７００までの距離を計算する態様を示す。

図７Ｂでは、形状７１０がそれを中心に回転して円錐球７００を形成する軸７０６が示されている。加えて、図７Ｂは、左球の半径ｒ_ａ、左球の半径ｒ_ｂ、左球及び右球それぞれの中心ａ及びｂ、円錐の端点であり、線分ａｂから球と円錐の接合点まで垂直に延在するａ’及びｂ’、図６Ｂの円錐と同様であり、以下でより詳細に記載されるｘ’、ｙ’、ｉ、及びｊを示す。加えて、４つのボロノイ領域が示されている。即ち、左右の球体領域、側面領域、及び内部領域である。円錐球からのｐの距離を計算するために、いくつかの値及び式が本明細書で使用される。そのような値の１つはδであり、これは２つの半径の間の差であり、ｒ_ａ−ｒ_ｂに等しい。別の値はｌであり、これは｜｜ｂ−ａ｜｜に等しい、球の２つの中心からの距離を示す。ｌ＞δであれば、円錐は２つの球に滑らかに接合される。その場合、円錐側面の長さであるｓは、以下のように表される。

円錐の半径は、ｒ_ａ’及びｒ_ｂ’として示される。ｈ_ａ及びｈ_ｂは、頂点ａ及びａ’と、ｂ及びｂ’の間の距離をそれぞれ示す。したがって、次式が得られる。

ｐから円錐球までの距離計算は、点ｃに原点があり、直交ベクトルｉ及びｊを有する回転座標系に依存する。

ｘ’及びｙ’は、この新たな座標フレーム内のｐの座標であり、任意の技術的に実現可能な方法で計算可能である。ｘ’＜０である場合、ｐは、左球面領域内に存在する。距離を決定するにあたり、ｎ^２は、ｐからａまでの二乗距離であり、（ｐ−ａ）^２に等しい。ｎ^２＞ｒ_ａ ^２である場合、二乗距離は（ｎ−ｒ_ａ）^２である。そうでなければ、ｐは内部領域内に存在し、円錐球に対するｐの距離は０となる。

ｘ’＞ｓである場合、ｐは、右球面領域内に存在する。この場合、ｎ^２は、ｐからｂの二乗距離であり、これは（ｐ−ｒ_ｂ）^２に等しい。ｎ^２＞ｒ_ｂ ^２である場合、ｐから円錐球までの二乗距離は（ｎ−ｒ_ｂ）^２となる。そうでなければ、ｐは内部領域内に存在し、距離は０となる。

ｓ＞ｘ’＞０である場合、ｐは内部領域又は側面領域のいずれかの内に存在する。ｙ’＜０であれば、ｐは内部領域内に存在し、距離は０となる。ｙ’＞０であれば、ｐは側面領域内にあり、ｐから円錐球までの距離はｙ’^２となる。

上記のいずれかにおいて、距離は、平方根演算が不要となるようにして、計算を迅速に行うため、二乗距離として表されてもよい。センサ３２と監視対象構造体２０２との間の距離確認のために、確認される距離は、二乗距離として表してもよい。そこで決定された距離は平方根とする必要はない。あるいは、確認される距離が距離として表され、二乗距離ではない場合、決定された距離は平方根にすることができる。

上記は、センサ３２の監視対象構造体２０２までの距離を監視する目的でモデルデータ４８の３Ｄモデルの解剖学的構造をモデル化及び／又は囲むために使用され得る幾何学的プリミティブの例を提示する。しかしながら、監視対象構造体２０２までの距離を監視するための解剖学的構造をモデル化及び／又は囲むために、他の種類の幾何学的プリミティブを代替的に又は追加的に使用することができることを理解されたい。任意の技術的に実現可能なプリミティブ、及びこのようなプリミティブに対する距離を決定するための任意の技術的に実行可能な技術を使用して、センサ３２から監視対象構造体２０２までの距離を監視してもよい。

図８は、一例に係る、器具１０から監視対象構造体２０２までの距離を監視する方法８００を示すフロー図である。図１〜図７Ｂと共に述べたシステムに関して述べたが、当業者であれば、いずれの技術的に可能な工程の順序で本方法を実行するように構成されたいずれのシステムも本開示の範囲内に含まれる点が理解されよう。

図に示されるように、方法８００は、工程８０２で開始し、ワークステーション１２が器具１０の動きを検出する。上述したように、ワークステーション１２は、器具１０上のセンサ３２によって感知された信号を発する位置パッド３０内のフィールド発生器を駆動する。信号は、ワークステーション１２によって受信され、処理される。それによって、位置パッド３０内のフィールド発生器と、センサ３２との間の距離が決定され、当該距離からセンサ３２の位置が求められる。

また上述したように、対象（例えば、頭部２２）の位置は、本明細書に記載される位置合わせ手順を介して位置パッド３０のフィールド発生器の位置に位置合わせされる。この位置合わせは、フィールド発生器の位置に対して定義され、対象（即ち、頭部２２）の近傍の現実の点を、当該対象の３Ｄモデルに相関させる。現実におけるセンサ３２の位置を決定することが可能であるため、センサ３２の位置を対象の３Ｄモデル内の位置にリンクすることが可能である。

工程８０４において、ワークステーション１２は、器具１０から、対象の３Ｄモデル内に画定された１又は複数の監視対象構造体２０２までの距離を決定する。上述のように、監視対象構造体２０２のそれぞれは、監視対象構造体２０２までの距離を決定するための１又は複数の幾何学的プリミティブと相関可能である。幾何学的プリミティブは、１又は複数の監視対象構造体２０２と自動的に又は手動で（即ち、ユーザ入力に応じて）相関されてもよい。幾何学的プリミティブは、医療スキャンに基づいて生成された元の３Ｄモデル内の対応する構造体に近似してもよく、又は対応する構造体の一部が対応する構造体の外側を越えて延在しないように、対応する構造を完全に囲うように成形及びサイズ決めされてもよい。１又は複数の幾何学的プリミティブとして監視対象構造体２０２を表現することで、迅速かつ効率的な距離計算が可能になる。複数の幾何学的プリミティブがモデル内に存在する場合、いくつかの実施形態では、ワークステーション１２は、それらの幾何学的プリミティブのそれぞれに対する距離を計算する。効率のために、ワークステーション１２は、センサ３２の周囲の境界容積を特定し、境界容積内の３Ｄモデルの幾何学的プリミティブの距離のみを確認し、それにより、特定のセンサ３２が確認される幾何学的プリミティブの数を制限する。他の実施形態又は状況では、ワークステーション１２は、本明細書に記載される幾何学的プリミティブを使用することなく、監視対象構造体までの距離を決定する。このような距離計算は、本明細書に記載される距離計算よりも時間がかかり得る。

工程８０６において、ワークステーション１２は、任意の特定の距離が、過度に近接と考えられる閾値を下回るかどうかを決定する。この閾値は、全体的な閾値であってもよく、監視対象構造体２０２ごとに定義されてもよく、又は幾何学的プリミティブごとに定義されてもよい。任意の特定の監視対象構造体２０２までの距離が閾値を下回る場合、方法８００は工程８０８に進み、距離が閾値を下回っていない場合、方法８００は工程８０２に戻る。工程８０８で、ワークステーション１２は警告を生成し、出力する。警告は、近接検出を外科医などの人間の術者に通知することができる任意の出力タイプであってもよい。いくつかの例では、警告は、点滅、色の変化、又は人間の術者に見えるスクリーン上の任意のその他視覚出力などの視覚出力を含む。他の例では、警告は、ビープ音又はその他ノイズなどの音声出力を含む。警告は、例えば、表示する警報と、音声警告を発する警報の両方のような、複数種類の警報を含むことができる。警告の１又は複数の態様は、センサと監視対象構造体２０２との間の距離に基づいて変化してもよい。

提供される方法は、汎用コンピュータ、プロセッサ、又はプロセッサコアへの実装を含む。好適なプロセッサとしては、例として、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、従来型プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連する１つ以上のマイクロプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit、ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array、ＦＰＧＡ）回路、任意の他のタイプの集積回路（integrated circuit、ＩＣ）、及び／又は状態機械が挙げられる。このようなプロセッサは、処理されたハードウェア記述言語（hardware description language、ＨＤＬ）命令及びネットリスト等の他の中間データ（このような命令は、コンピュータ可読媒体に格納することが可能である）の結果を用いて製造プロセスを構成することにより、製造することが可能である。そのような処理の結果は、次いで、本明細書で説明される方法を実施するプロセッサを製造するために半導体製造プロセスにおいて使用される、マスクワークとすることができる。

本明細書に提供される方法又はフロー図は、汎用コンピュータ又はプロセッサによる実施のために非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体に組み込まれるコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実施することができる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体の例としては、ＲＯＭ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、レジスタ、キャッシュメモリ、半導体メモリデバイス、磁気媒体、例えば内蔵ハードディスク及びリムーバブルディスク、磁気光学媒体、並びに光学媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭディスク及びデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）が挙げられる。

〔実施の態様〕
（１） 対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視するための方法であって、
前記器具の位置を決定することと、
前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定することと、
前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の前記距離が１又は複数の閾値未満かどうかを決定することと、
前記距離が前記１又は複数の閾値未満か、又はそれを超えるかを示すユーザインターフェース表示を出力することと、を含む、方法。
（２） 前記器具の位置を決定することが、
前記器具に連結された１又は複数のセンサによって検出された信号の態様を検出することを含む、実施態様１に記載の方法。
（３） 前記器具の位置を決定することが、
前記１又は複数のセンサによって検出された信号に基づいて、前記１又は複数のセンサの１又は複数の位置を決定することを含む、実施態様２に記載の方法。
（４） 信号の態様を検出することが、
位置パッドの１又は複数のフィールド発生器に、前記器具に連結された前記１又は複数のセンサによって検出される前記信号を発させることを含む、実施態様２に記載の方法。
（５） 前記器具を決定することが、
互いに既知の相対位置にある１又は複数のセンサにより検出される信号の態様を検出することを含み、前記センサは、前記器具に結合された１又は複数の送信機により生成された１又は複数の信号を検知するように構成されている、実施態様１に記載の方法。

（６） 前記器具の位置を決定することが、
前記センサによって検出された信号に基づいて、前記１又は複数の送信機の１又は複数の位置を決定することを更に含む、実施態様５に記載の方法。
（７） 前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定することが、
前記監視対象解剖学的構造を含む三次元モデルの１又は複数の部分を特定することと、
前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの決定された前記位置の距離を決定することと、を含む、実施態様１に記載の方法。
（８） 前記三次元モデルは、位置パッドのフィールド発生器に対して、したがって前記対象に対して画定された位置に対して位置合わせされる、実施態様７に記載の方法。
（９） 前記監視対象解剖学的構造は、前記三次元モデル内で、１又は複数の幾何学的プリミティブとして表され、前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、軸の周りを回転可能な二次元形状として表すことができ、
前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの前記決定された位置の距離を決定することは、前記１又は複数の幾何学的プリミティブの前記二次元形状に整列された二次元平面内の前記センサに関連付けられた点を分析することにより、前記決定された位置から、前記１又は複数の幾何学的プリミティブまでの距離を決定することを含む、実施態様７に記載の方法。
（１０） 前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、円柱、円錐、円錐球（cone-sphere）、及びカプセル（line-swept sphere）を含む群から選択される、実施態様９に記載の方法。

（１１） 前記ユーザインターフェース表示を生成することは、前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の決定された前記距離に基づいて、前記ユーザインターフェース表示の１又は複数の態様を変更することを含む、実施態様１に記載の方法。
（１２） 対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視するためのシステムであって、
出力デバイスと、
器具と、
ワークステーションと、を備え、前記ワークステーションは、
前記器具の位置を決定し、
前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定し、
前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の前記距離が１又は複数の閾値未満かどうかを決定し、
前記距離が前記１又は複数の閾値未満か、又はそれを超えるかを示すユーザインターフェース表示を提供するように構成されている、システム。
（１３） 前記ワークステーションは、前記器具の位置を、
前記器具に連結された１又は複数のセンサによって検出された信号の態様を検出することにより決定するように構成されている、実施態様１２に記載のシステム。
（１４） 前記ワークステーションは、前記器具の位置を、
前記１又は複数のセンサによって検出された信号に基づいて、前記１又は複数のセンサの１又は複数の位置を決定することにより決定するように構成されている、実施態様１３に記載のシステム。
（１５） 前記ワークステーションは、信号の態様を、
位置パッドの１又は複数のフィールド発生器に、前記器具に連結された前記１又は複数のセンサによって検出される前記信号を発させることにより検出するように構成されている、実施態様１３に記載のシステム。

（１６） 前記ワークステーションは、前記器具の位置を、
互いに既知の相対位置にある１又は複数のセンサにより検出される信号の態様を検出することにより決定するように構成されており、前記センサは、前記器具に結合された１又は複数の送信機により生成された１又は複数の信号を検知するように構成されている、実施態様１２に記載のシステム。
（１７） 前記ワークステーションは、前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を、
前記監視対象解剖学的構造を含む三次元モデルの１又は複数の部分を特定することと、
前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの決定された前記位置の距離を決定することと、により決定するように構成されている、実施態様１２に記載のシステム。
（１８） 前記三次元モデルは、位置パッドのフィールド発生器に対して、したがって前記対象に対して画定された位置に対して位置合わせされる、実施態様１６に記載のシステム。
（１９） 前記監視対象解剖学的構造は、前記三次元モデル内で、１又は複数の幾何学的プリミティブとして表され、前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、軸の周りを回転可能な二次元形状として表すことができ、
前記ワークステーションは、前記１又は複数の幾何学的プリミティブの前記二次元形状に整列された二次元平面内の前記センサに関連付けられた点を分析することにより、決定された前記位置から、前記１又は複数の幾何学的プリミティブまでの距離を決定することにより、前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの前記決定された位置の距離を決定するように構成されている、実施態様１６に記載のシステム。
（２０） 前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、円柱、円錐、円錐球、及びカプセルを含む群から選択される、実施態様１９に記載のシステム。

（２１） 前記ワークステーションは、前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の決定された前記距離に基づいて、前記ユーザインターフェース表示の１又は複数の態様を変更するように構成されている、実施態様１２に記載のシステム。
（２２） 命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
器具の位置を決定することと、
対象の監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定することと、
前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の前記距離が閾値未満かどうかを決定することと、
前記距離が前記１又は複数の閾値未満か、又はそれを超えるかを示すユーザインターフェース表示を出力することと、
により前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の近接を監視させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
（２３） 前記器具の位置を決定することが、
前記器具に連結された１又は複数のセンサによって検出された信号の態様を検出することを含む、実施態様２２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
（２４） 前記器具の位置を決定することが、
前記器具に連結された送信機又は複数の送信機からの、既知の相対位置にある１つ以上のセンサによって検出された信号の態様を検出することを含む、実施態様２２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

Claims (24)

1. 対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視するための方法であって、
   前記器具の位置を決定することと、
   前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定することと、
   前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の前記距離が１又は複数の閾値未満かどうかを決定することと、
   前記距離が前記１又は複数の閾値未満か、又はそれを超えるかを示すユーザインターフェース表示を出力することと、を含む、方法。
2. 前記器具の位置を決定することが、
   前記器具に連結された１又は複数のセンサによって検出された信号の態様を検出することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記器具の位置を決定することが、
   前記１又は複数のセンサによって検出された信号に基づいて、前記１又は複数のセンサの１又は複数の位置を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 信号の態様を検出することが、
   位置パッドの１又は複数のフィールド発生器に、前記器具に連結された前記１又は複数のセンサによって検出される前記信号を発させることを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記器具を決定することが、
   互いに既知の相対位置にある１又は複数のセンサにより検出される信号の態様を検出することを含み、前記センサは、前記器具に結合された１又は複数の送信機により生成された１又は複数の信号を検知するように構成されている、請求項１に記載の方法。
6. 前記器具の位置を決定することが、
   前記センサによって検出された信号に基づいて、前記１又は複数の送信機の１又は複数の位置を決定することを更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定することが、
   前記監視対象解剖学的構造を含む三次元モデルの１又は複数の部分を特定することと、
   前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの決定された前記位置の距離を決定することと、を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記三次元モデルは、位置パッドのフィールド発生器に対して、したがって前記対象に対して画定された位置に対して位置合わせされる、請求項７に記載の方法。
9. 前記監視対象解剖学的構造は、前記三次元モデル内で、１又は複数の幾何学的プリミティブとして表され、前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、軸の周りを回転可能な二次元形状として表すことができ、
   前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの前記決定された位置の距離を決定することは、前記１又は複数の幾何学的プリミティブの前記二次元形状に整列された二次元平面内の前記センサに関連付けられた点を分析することにより、前記決定された位置から、前記１又は複数の幾何学的プリミティブまでの距離を決定することを含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、円柱、円錐、円錐球、及びカプセルを含む群から選択される、請求項９に記載の方法。
11. 前記ユーザインターフェース表示を生成することは、前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の決定された前記距離に基づいて、前記ユーザインターフェース表示の１又は複数の態様を変更することを含む、請求項１に記載の方法。
12. 対象の監視対象解剖学的構造に対する器具の近接を監視するためのシステムであって、
    出力デバイスと、
    器具と、
    ワークステーションと、を備え、前記ワークステーションは、
    前記器具の位置を決定し、
    前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定し、
    前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の前記距離が１又は複数の閾値未満かどうかを決定し、
    前記距離が前記１又は複数の閾値未満か、又はそれを超えるかを示すユーザインターフェース表示を提供するように構成されている、システム。
13. 前記ワークステーションは、前記器具の位置を、
    前記器具に連結された１又は複数のセンサによって検出された信号の態様を検出することにより決定するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ワークステーションは、前記器具の位置を、
    前記１又は複数のセンサによって検出された信号に基づいて、前記１又は複数のセンサの１又は複数の位置を決定することにより決定するように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記ワークステーションは、信号の態様を、
    位置パッドの１又は複数のフィールド発生器に、前記器具に連結された前記１又は複数のセンサによって検出される前記信号を発させることにより検出するように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記ワークステーションは、前記器具の位置を、
    互いに既知の相対位置にある１又は複数のセンサにより検出される信号の態様を検出することにより決定するように構成されており、前記センサは、前記器具に結合された１又は複数の送信機により生成された１又は複数の信号を検知するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
17. 前記ワークステーションは、前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を、
    前記監視対象解剖学的構造を含む三次元モデルの１又は複数の部分を特定することと、
    前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの決定された前記位置の距離を決定することと、により決定するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
18. 前記三次元モデルは、位置パッドのフィールド発生器に対して、したがって前記対象に対して画定された位置に対して位置合わせされる、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記監視対象解剖学的構造は、前記三次元モデル内で、１又は複数の幾何学的プリミティブとして表され、前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、軸の周りを回転可能な二次元形状として表すことができ、
    前記ワークステーションは、前記１又は複数の幾何学的プリミティブの前記二次元形状に整列された二次元平面内の前記センサに関連付けられた点を分析することにより、決定された前記位置から、前記１又は複数の幾何学的プリミティブまでの距離を決定することにより、前記監視対象解剖学的構造を含む前記三次元モデルの前記１又は複数の部分に対する前記センサの前記決定された位置の距離を決定するように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記１又は複数の幾何学的プリミティブは、円柱、円錐、円錐球、及びカプセルを含む群から選択される、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記ワークステーションは、前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の決定された前記距離に基づいて、前記ユーザインターフェース表示の１又は複数の態様を変更するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。
22. 命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    器具の位置を決定することと、
    対象の監視対象解剖学的構造に対する前記器具の距離を決定することと、
    前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の前記距離が閾値未満かどうかを決定することと、
    前記距離が前記１又は複数の閾値未満か、又はそれを超えるかを示すユーザインターフェース表示を出力することと、
    により前記監視対象解剖学的構造に対する前記器具の近接を監視させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
23. 前記器具の位置を決定することが、
    前記器具に連結された１又は複数のセンサによって検出された信号の態様を検出することを含む、請求項２２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
24. 前記器具の位置を決定することが、
    前記器具に連結された送信機又は複数の送信機からの、既知の相対位置にある１つ以上のセンサによって検出された信号の態様を検出することを含む、請求項２２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。

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