JP2005525858A - 関節置換用の移植組織片の位置を手術中に決定する装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
- 関節区域又は脊椎区域における関連の身体軸と関連する関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片の所定身体軸の所定位置合わせベクトルは、集積された画像によって決定され、
- 切除器具又は装着器具又は移植組織片のリアル位置座標を記録するステップにて、現在位置合わせの位置合わせベクトルが決定され、
- 所要の位置合わせベクトルと断定された位置合わせベクトルとの間の偏差が全て計算され、
- 前記偏差から導出された情報、或いは、切除器具又は装着器具又は移植組織片の操作に関連する制御指令が出力される。
基本手順:
1.患者へのCT走査を行う。
2.CTデータから三次元モデルを計算する。
3.CT薄片および三次元モデルにてプランニングを行う。
4.人体軸座標システムを測定(決定)する。
5.モデルを人体軸座標システムへ変換する。
6.骨固定ロケータに相対する寛骨臼の表面を検知する。
7.法線空間の最小化により、三次元プランニングと骨固定アダプタとの間の変換パラメータを計算する。
8.プランデータを外科プランに導入する(骨固定ロケータの座標システム)。
9.校正済み機器の位置合わせを行う。
− 三次元モデルにおける人体軸の位置
− 人工臀部関節の所定回転中心
− 所定ソケットの捻転前角および外転角
1.患者へのCT走査からデータを得る。
2.CTデータから三次元モデルを計算する。
3.CT薄片および三次元モデルにてプランニングを行う。
4.前記モデルを人体軸座標システムへ変換する。
5.プランデータをナビゲーションに出力する。
6.手術中に、骨固定の大腿骨ロケータに相対する大腿骨の表面を検知する。
7.法線空間を最小化することによって、変換用パラメータを計算する。
8.校正済機器の位置合わせを行う。
1.人工ソケットのサイズ
2.傾斜角度、及び捻転前角度
人体面に対するソケット軸の一直線上に存在するこれら2種類の角度は、レントゲン画像を用い、担当外科医の医療見解の基で選出される。また、担当外科医は同様の方法で、これらの角度を手術中に修正、及び変更することができる。
3.縦軸と、腸骨稜から癒合線への方向との間に位置し、矢状面にある角度
この様な角度を決定することによって、手術中における人体軸、及び平面座標システムを決定することが可能となる。
ステムを補綴臀部に配置する際には、図面上の大腿骨首部の捻転前角度を確定する必要があり、更には、元の長さの脚の角度も決定する必要がある。また、ステムの軸上配置に関して、これは大腿骨における骨髄脈管の位置によって大いに左右される。結果として、この様な方法でしか、ステムの実質サイズ及びオフセットが算出できない。
1.1 基体
1.2 取り付け用スリーブ
1.3 4点式ロケータ配列
3 取り付け用クランプ
3.1 中間クランプ部材
3.2 横クランプ部材
5 六角形ボルト
7;7’ 手動式センサ
7.1 センサ本体
7.2 4点式ロケータ配列
9 感知部材
9.1 保持体
11 大腿骨ロケータ
13 大腿骨用クランプ
13.1 第1基材
13.2 ピン
13.3 第2基材
15 ロケータロッド
15.1 取り付け用スリーブ
17 半球体
19 球体アダプタ/手動式センサの組合せ
21 切削器具/ロケータの組合せ
23 切削軸
25 切削軸用アダプタ
27 ロケータ
29 セッティング器具/ロケータの組合せ
31 セッティング器具軸
33 軸アダプタ
35 臀部ソケット
37 骨髄脈管用突き錐/ロケータの組合せ
39 骨髄脈管用突き錐
41 突き錐用アダプタ
Claims (19)
- コンピュータ断層X線写真法を用いて、関節置換用の移植組織片、特に臀部ソケット又は肩部ソケット又は関連ステムの移植組織片、或いは脊椎置換用の移植組織片、特に腰椎又は頚椎の脊椎移植組織片の空間位置及び角度位置を手術中に決定する装置であって、
関節置換用の移植組織片が与えられる関節区域又は脊椎区域の三次元画像を生成し保存するコンピュータ断層X線写真法のモデリング機構と、
関節区域又は脊椎区域の実際点或いは仮想点のリアル位置座標、及び/又は、関節区域又は脊椎区域内の点と点との間の位置基準ベクトル、或いは、これらの点から関節区域又は脊椎区域外の肢体末端における関節機能関連点までの位置基準ベクトルを提供する光学座標測定機構と、
備え、
前記座標測定機構は、光学トランスデューサー信号を空間上に記録するステレオカメラ或いはステレオカメラ装置と、互いに堅固に接続されている一組の測定点を有する少なくとも一つのマルチポイントトランスデューサーと、マルチポイントトランスデューサーによって供給されステレオカメラによって記録された一連の測定点座標を評価する評価ユニットとを有し、
この装置は、更に、所定点のリアル位置座標を参照して画像のリアル位置を関節区域又は脊椎区域の実際現在の空間位置と整合させる整合処理ユニットを有し、この整合処理ユニットは、法線空間の最小化によって変換用パラメータを計算するために形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1記載の装置であって、前記整合処理ユニットは、三角形係合及び空間スプライン接近の原理と、スプラインパラメータとしての未知数の定義とを併用することによって、検知された骨表面を画像の対応仮想表面と整合させる対話型調整処理法を実施するために形成されていることを特徴とする装置。
- 請求項1又は2記載の装置であって、
一連の移植組織片のパラメータを入力し、可能な移植組織片の位置及び画像関連のアライメントを特定する入力インターフェースを有し、このインターフェースは、コンピュータ断層X線写真法のモデリングデバイスに接続され、ユーザ案内手段を有する対話式ユーザインターフェースとして形成されており、
前記整合処理ユニットは、前記入力インターフェースに接続され、少なくとも1セットの入力された移植パラメータ、位置、アライメントから、装着されている移植組織片の所要座標または所要の移動ベクトルを決定し、更に、切除領域又は切除器具の所要座標または所要の移動ベクトルを決定するために形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項3記載の装置であって、
前記入力インターフェースは、関連の人体軸ベクトルと臀部ソケットの移植組織片パラメータとを入力し画像統合し、特に、回転中心の座標及び捻転前角度と外転角度とを入力し画像統合するために形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1から4の何れか1項記載の装置であって、
前記座標測定機構の第1マルチポイントトランスデューサーは、座標自身を決定するために関節区域又は脊椎区域における骨基準を検知する移動可能な手動ガイドのセンサとして形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1から5の何れか1項記載の装置であって、
第2マルチポイントトランスデューサーは、関節区域又は脊椎区域における骨又は脊椎へ堅固に装着されるように形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1から6の何れか1項記載の装置であって、
切除器具、特に切削器具又はヤスリを有し、これは、第2又は第3マルチポイントトランスデューサーに堅固に接続されて、幾何学的に校正された操作可能な器具/トランスデューサーユニットを形成し、これにより該ユニットのトランスデューサー信号から、切除器具、特に切削器具又はヤスリの操作部分のリアル位置座標を決定することができ、更に必要に応じて、切除器具によって形成された切除区域のリアル位置座標を決定し、
そして、
コンピュータ断層X線写真法モデリング機構によって得られた関節区域又は脊椎区域の画像で概略な表示を行うための切除器具パラメータを入力するために形成された入力インターフェースと、
実質上のリアルタイムで、手術部分のリアル位置座標および、必要に応じて、切除区域のリアル位置座標を、関節区域または脊椎区域の画像に分配するために形成された整合処理ユニットと、
関節区域または脊椎区域の画像をリアル位置座標に整合したまま、現在位置における手術部分又は切除区域を概略的に表示するために形成された画像表示ユニットと、
を備えていることを特徴とする装置。 - 請求項1から7の何れか1項記載の装置であって、
装着器具、特に螺合用器具を有し、これは、第2又は第3マルチポイントトランスデューサーに堅固接続可能であることで、幾何学的に校正された操作可能な器具/トランスデューサーユニットを形成し、これにより該ユニットのトランスデューサー信号から、装着器具操作部分のリアル位置座標、特にスクリュードライバーブレードのリアル位置座標を決定し、そして移植組織片自身のリアル位置座標を決定することが可能となり、
コンピュータ断層X線写真法モデリング機構によって得られた関節区域又は脊椎区域の画像で概略な表示を行うための装着器具パラメータを入力するために形成された入力インターフェースと、
実質上のリアルタイムで、手術部分のリアル位置座標および、必要に応じて、移植組織片のリアル位置座標を、関節区域または脊椎区域の画像に分配するために形成された整合処理ユニットと、
リアル位置座標に整合した関節区域または脊椎区域の画像によって、リアル位置における手術部分又は移植組織片を概略的に表示するために形成された画像表示ユニットと、
を備えていることを特徴とする装置。 - 請求項7又は8記載の装置であって、
前記切除器具及び/又は装着器具は、マルチポイントトランスデューサーへの堅固接続を行うための装着部を有する握り付手動ガイド器具として形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項1から7の何れか1項記載の装置であって、
アダプタ部材を有し、これを用いてマルチポイントトランスデューサーを関節置換用の移植組織片に、特にステム移植組織片の基端部に堅固装着して操作可能な移植組織片/トランスデューサーユニットを形成し、これにより、該ユニットのトランスデューサー信号から、前記アダプタ部材のリアル位置座標、そして移植組織片自身のリアル位置座標を決定することが可能となり、
そして、
コンピュータ断層X線写真法モデリング機構によって得られた関節区域又は脊椎区域の画像で前記アダプタ又は移植組織片を概略的に表示するためのアダプタパラメータを入力するために形成された入力インターフェースと、
実質上のリアルタイムで、前記アダプタのリアル位置座標および、必要に応じて、移植組織片のリアル位置座標を、関節区域または脊椎区域の画像に分配するために形成された整合処理ユニットと、
リアル位置座標に整合した関節区域または脊椎区域の画像によって、リアル位置におけるアダプタ又は移植組織片を概略的に表示するために形成された画像表示ユニットと、
を備えたことを特徴とする装置。 - 請求項1から10の何れか1項記載の装置であって、
前記マルチポイントトランスデューサー、或いは少なくとも一つのマルチポイントトランスデューサーは、四つの球形反射器を有するパッシブ型四点トランスデューサーとして形成されており、前記ステレオカメラ又は他のステレオカメラは、マルチポイントトランスデューサーを照明する照明装置と固定関係に位置されていることを特徴とする装置。 - 請求項2から11の何れか1項記載の装置であって、
前記ユーザインターフェースは、少なくとも三次元の画像を関連の身体軸に位置合わせるためのメニューガイダンスを提供する手段を有することを特徴とする装置。 - 請求項12記載の装置であって、
前記ユーザインターフェースは、適切な移植組織片のパラメータを保存するマルチ区域メモリ、又は移植組織片パラメータデータバンクへのデータバンクインターフェースを有し、
メニューガイダンスを提供する手段は、マルチ区域メモリ又は移植組織片パラメータデータバンクへのアクセスを繰返すことによって部材を選択する対話式プロセスを実行するために形成されていることを特徴とする装置。 - 請求項3から13の何れか1項記載の装置であって、
評価ユニットと整合処理ユニットとに接続された制御信号生成ユニットを有し、この制御信号生成ユニットによって、入力インターフェースにより入力され関節区域又は脊椎区域のリアル位置座標に整合された一連の移植組織片の位置データ又は位置合わせデータは、切除器具又は装着器具または移植組織片の操作部分の現在取得したリアル位置座標と比較され、希望位置座標と実際位置座標との間の偏差が検出され、文書又は音声出力及び/又は画像での概略表示により、この偏差から導出された偏差データ又は制御指令が出力されることを特徴とする装置。 - コンピュータ断層X線写真法を用いて、関節置換用の移植組織片、特に臀部ソケット又は肩部ソケット又は関連ステムの移植組織片、或いは脊椎置換用の移植組織片、特に腰椎又は頚椎の脊椎移植組織片の空間位置及び角度位置を手術中に決定する方法であって、
関節区域又は脊椎区域のコンピュータ断層X線写真を記録することと、
コンピュータ断層X線写真の画像を処理して関節区域又は脊椎区域の三次元画像を生成しプランモデルとして保存することと、
プランモデルにおける関連の身体軸を決定し、これらの軸を身体軸座標システムに分配することと、
ステレオカメラ或いはステレオカメラ装置と、互いに堅固に接続されている一組の測定点を有する少なくとも一つのマルチポイントトランスデューサーと、マルチポイントトランスデューサーによって供給されステレオカメラによって記録された一連の測定点座標を評価する評価ユニットとを用いるナビゲーション処理法により、関節区域又は脊椎区域の実際点又は仮想点のリアル位置座標、及び/又は、関節区域内の点と点との間の位置基準ベクトル、或いは、これらの点から関節区域外の肢体末端における関節機能関連点までの位置基準ベクトルを取得することと、
法線空間の最小値を有する変換用パラメータを計算するために形成された整合処理ユニットにより、所定点のリアル位置座標を参照して画像のリアル位置を関節区域又は脊椎区域の実際現在の空間位置と整合させる整合処理を行うことと、
を特徴とする方法。 - 請求項15記載の方法であって、更に、
一連の関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片のパラメータ、及び可能な移植組織片位置との位置合わせを特定する所要の画像関連座標を入力することと、
整合処理ステップの前に、関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片の画像を前記画像に集積し、これら画像のイメージを概略に表示することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法であって、
前記入力及び表示ステップは、選択された関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片の最終決定に至る対話式ユーザガイダンス、所定の移植組織片位置、位置合わせ、三次元画像での表示により、繰返して行われることを特徴とする方法。 - 請求項15から17の何れか1項記載の方法であって、
座標測定装置によって、切除器具又は装着器具の操作部分のリアル位置座標、或いは、マルチポイントトランスデューサーに堅固に接続された関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片のリアル位置座標を記録することと、
切除区域又は関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片の断定されたリアル位置座標を、リアル位置座標に整合された画像に集積することと、
現在の位置における前記画像及び切除区域、或いは関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片を概略的に表示することと、
を特徴とする方法。 - 請求項18記載の方法であって、
関節区域又は脊椎区域における関連身体軸と関連する関節置換用移植組織片又は脊椎置換用移植組織片の所定身体軸の所要位置合わせベクトルは、集積された画像によって決定され、
切除器具又は装着器具又は移植組織片のリアル位置座標を記録するステップにて、現在の位置合わせベクトルが決定され、
所要の位置合わせベクトルと断定された位置合わせベクトルとの間の偏差が全て計算され、
前記偏差から導出された情報、或いは、切除器具又は装着器具又は移植組織片の操作に関連する制御指令が出力されることを特徴とする方法。
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