JP2006034968A - 誘導型外科用サイジングガイド - Google Patents

Abstract

【課題】 手術中に外科的測定を行うための誘導型外科用サイジングガイドを提供する。
【解決手段】 誘導型外科用サイジングガイド１０は、手術部位における第一の位置に係合させるための第一の係合手段と、手術部位における第二の位置に係合させるための第二の係合手段とを備える。第一の係合手段と第二の係合手段は相対並進移動可能に取り付けられている。誘導型外科用サイジングガイド１０は、手術用ナビゲーションシステムによって追跡される第一の被追跡手段２４，２６，２８をさらに備える。第一の被追跡手段２４，２６，２８は、手術用ナビゲーションシステムが第一の係合手段の位置を追跡して第一の係合手段と第二の係合手段との間の相対間隔を求め、求められた相対間隔を出力できるように、第一の係合手段に取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、手術用ナビゲーションシステムと共に使用される外科用コンポーネントに関する。詳細には、本発明は、術中に外科的測定を行うための誘導型外科用サイジングガイドに関する。

現在、多くの外科処置は手術用ナビゲーションシステムを用いて行われるようになっており、手術用ナビゲーションシステムでは、外科用器具、インプラント又は患者の身体部分などの手術部位における物体に既知の関係で取り付けられた追跡要素をセンサによって検出する。センサ情報がコンピュータに送られ、次いで、コンピュータが手術用ナビゲーションシステム座標系内における追跡要素の三次元的位置を三角法で測定する。こうして、コンピュータは、物体の位置及び姿勢（向き）を求めて、外科医の誘導のためにその位置及び姿勢を表示することができる。例えば、この位置及び姿勢は、Ｘ線、ＣＴスキャン、超音波又は他の画像技術により得られる患者の解剖学的構造の画像上に重ねて示され得る。同様に、位置データは、外科医の参考のために、文字又は数値による読み出し情報の形態で提供され得る。

本発明は、手術中に外科的測定を行うための誘導型外科用サイジングガイド（外科用寸法ガイド）を提供する。

本発明の一つの態様では、整形外科処置の際に手術用ナビゲーションシステムと共に使用して測定を行うための誘導型外科用サイジングガイドが提供される。誘導型外科用サイジングガイドは、手術部位における第一の位置に係合させるための第一の係合手段と、手術部位における第二の位置に係合させるための第二の係合手段とを備え、第一の係合手段と第二の係合手段が相対並進運動可能に取り付けられている。誘導型外科用サイジングガイドは、手術用ナビゲーションシステムによって追跡される第一の追跡手段をさらに備える。第一の追跡手段は、手術用ナビゲーションシステムが第一の係合手段の位置を追跡して第一の係合手段と第二の係合手段との間の相対間隔を求め、求められた相対間隔を出力できるように、第一の係合手段に固定的に取り付けられている。

本発明の他の態様では、成形外科処置の際に手術用ナビゲーションシステムと共に使用して、骨上の第一の位置と第二の位置との間の骨の寸法を測定するための誘導型外科用サイジングガイドが提供される。誘導型外科用サイジングガイドは、骨上の第一の位置と接触するための第一のプローブと、骨上の第二の位置と接触するための第二のプローブとを備える。第一のプローブは手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第一の追跡要素を備え、第二のプローブは手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第二の追跡要素を備える。第一のプローブと第二のプローブは、それらが相対的に互いと近くなる第一の位置とそれらが相対的に互いと遠くなる第二の位置との間で移動可能となるように、互いに対して並進移動可能に取り付けられている。手術用ナビゲーションシステムは、第一の追跡要素及び第二の追跡要素を追跡して第一のプローブと第二のプローブとの間の距離を求めることができる。

本発明の他の態様では、整形外科処置の際に手術用ナビゲーションシステムと共に使用して、大腿骨の前大腿骨皮質と大腿骨後顆との間の前後方向距離を測定するための誘導型外科用サイジングガイドが提供される。誘導型外科用サイジングガイドは、前大腿骨皮質と接触するためのプローブと、大腿骨後顆と接触するためのパドルとを備える。プローブ及びパドルは、各々、手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な追跡要素を備える。プローブ及びパドルは、それらが相対的に互いと近くなる第一の位置とそれらが相対的に互いと遠くなる第二の位置との間で移動可能となるように、互いに対して並進移動可能に取り付けられている。手術用ナビゲーションシステムは、第一の追跡要素及び第二の追跡要素を追跡して前記プローブと前記パドルとの間の距離を求めることができる。

本発明に関連する他の態様では、患者の身体の手術部位において整形外科処置を行う方法は、相対並進移動可能に取り付けられた第一のプローブ及び第二のプローブを有した誘導型外科用サイジングガイドを用意するステップと、第一のプローブ及び第二のプローブが互いと離間した骨部分に当接した状態で骨に隣接して誘導型外科用サイジングガイドを配置するステップと、第一のプローブと第二のプローブの相対間隔を決定するために手術用ナビゲーションシステムを作動させるステップとを含む。

以下、添付図面を参照して、本発明の様々な実施形態について記載される。これら図面は本発明の例示の実施形態を示しているに過ぎず、本発明の範囲を制限するものとみなされるべきものではない。

誘導型外科用サイジングガイド（誘導型外科用寸法ガイド）の各実施形態は、様々な外科的測定を行うように構成され得る。例えば、誘導型外科用サイジングガイドは、股関節、膝関節、脊椎関節、肩関節、肘関節、足根関節、手又は足の指関節、骨折部位、腫瘍部位等の手術部位又は他の適した手術部位において身体部分の寸法を測定するために使用することができる。例えば、誘導型外科用サイジングガイドは、膝関節に隣接する大腿骨又は脛骨のような関節に隣接する骨の前後方向寸法を測定するために使用することができる。同様に、誘導型外科用サイジングガイドは、膝関節における大腿骨又は脛骨のような関節に隣接する骨の内外方向（内側外側方向）寸法を測定するために使用することもできる。また、誘導型外科用サイジングガイドは、股関節の大腿骨骨頭の直径及び／又は寛骨臼ソケットの直径を測定するために使用することができる。誘導型外科用サイジングガイドは、測定すべき手術目標に隣接してそれぞれ基準面を配置することを可能とさせるために互いに対して移動可能に取り付けられた複数の基準面を備えることができる。基準面は、空間内で三次元的相対運動をできるように取り付けられてもよく、平面内で二次元的相対運動をできるように取り付けられてもよく、規定された経路に沿って一次元的相対運動をできるように取り付けられてもよい。

誘導型外科用サイジングガイドは、また、手術部位に隣接して基準点を定めるための手段を備えることができ、この基準点は後で使用される外科コンポーネントの基準として用いられ得る。この基準点には、骨から延びる突起部、骨内に形成された凹部、及び／又は他の基準点が含まれ得る。例えば、所望の前後方向位置を示すために、ピン、ねじレール、フィン、プレート、（蟻継ぎの）ほぞ又は他の突起を、骨に取り付ける又は骨に形成してもよい。同様に、所望の前後方向位置を示すために、例えば、穴、スロット、（蟻継ぎの）ほぞ穴又は他の凹部を骨に形成してもよい。

誘導型外科用サイジングガイドは、電磁的に、音響的に、画像によって、及び／又は他の適した検出手段によって、検出可能な追跡要素を含むことができる。さらに、追跡要素は、能動的なものでもよく、受動的なものでもよい。能動的追跡要素の例には、特に、電磁システムにおける電磁素子、画像システムにおける発光ダイオード、及び音響システムにおける超音波エミッタが含まれ得る。受動的追跡要素の例には、反射表面を備えた要素が含まれ得る。例えば、反射性球体又は反射性円板を整形外科ガイドに取り付け、これを画像システムによって検出してもよい。

図１及び図２は、膝関節に隣接する大腿骨１６の後顆１２と前大腿骨皮質１４との間の前後方向距離を測定するように構成された例示の誘導型外科用サイジングガイド１０を示している。誘導型外科用サイジングガイド１０は、第一の基準面及び第二の基準面と、任意選択の本体１８とを備える。例示の誘導型外科用サイジングガイド１０では、第一の基準面は、前皮質基準プローブ２０を含み、第二の基準面は後顆基準パドル２２を含む。基準プローブ２０及び一対の基準パドル２２は、互いに対して移動可能に取り付けられている。例示の誘導型外科用サイジングガイド１０では、基準プローブ２０及び一対の基準パドル２２が互いに対して前後方向に並進移動できるように取り付けられている。例えば、基準プローブ２０及び基準パドル２２は、互いに直線状に入れ子式に嵌合した関係で取り付けられてもよい。あるいはまた、本体且つ／又は互いに対する基準面の前後方向の調整を可能とさせるために、基準プローブ２０及び一対の基準パドル２２の一方又は両方を本体１８に入れ子式に取り付けてもよい。

手術用ナビゲーションシステムに対して位置情報を提供するために、電磁コイルの形態の単数又は複数の追跡要素２４，２６，２８を誘導型外科用サイジングガイド１０に取り付けてもよい。例示の追跡要素２４，２６，２８の各々は、手術用ナビゲーションシステムと追跡要素２４，２６，２８との間で電気信号を伝達するために手術用ナビゲーションシステムに接続可能であり且つプラグ３６，３８，４０で終端しているリード線３０，３２，３４を含んでいる。追跡要素２４，２６，２８が電磁場内に配置されると、追跡要素２４，２６，２８は電荷を生じさせ、該追跡要素２４，２６，２８、つまりはそれが取り付けられているコンポーネント、の三次元位置及び姿勢（向き）が手術用ナビゲーション座標系に関連付けられ得るように、この電荷が手術用ナビゲーションシステムに伝達される。例えば、手術用ナビゲーションシステムは、追跡要素２４，２６，２８から信号を受け取りコンピュータに情報を送る複数のセンサを既知の位置に備えてもよい。次に、コンピュータは、手術用ナビゲーション座標系内における追跡要素の三次元的位置を三角法で測定することができる。次に、手術用ナビゲーションシステムは、追跡要素２４，２６，２８の位置及び姿勢を検出して追跡要素２４，２６，２８と誘導型外科用サイジングガイド１０との間の既知の関係から誘導型外科用サイジングガイド１０の位置及び姿勢を求めることにより、誘導型外科用サイジングガイド１０の位置及び姿勢を決定することができる。

大腿骨又は他の測定される解剖学的特徴の正確且つ完全なコンピュータモデルが手術用ナビゲーションシステムに利用可能であるなら、コンピュータモデル内で測定を行うことが可能である。しかしながら、モデルが不完全である場合やモデルデータを検証することが所望される場合には、誘導型外科用サイジングガイドを用いて大腿骨を直接的に測定すればよい。

誘導型外科用サイジングガイド１０の一つの形態では、大腿骨の幾何学的形状の少なくとも一部が手術用ナビゲーションシステムにとって既知となる。基準プローブ２０は本体１８に入れ子式に取り付けられ、一対のパドル２２は本体１８に固定的に取り付けられる。また、一つの追跡要素２４が基準プローブ２０に取り付けられる。使用の際には、例えば複数の特定位置においてインデキシングプローブ（指標付けプローブ）を骨に接触させて、これらの特定位置を、ＣＴスキャン、ＭＲＩスキャン、三次元Ｘ線及び／又は他の手段により生成された骨のコンピュータモデルに対して関連付けさせることによって、大腿骨１６を手術用ナビゲーションシステム座標系に対して指標付けする。また、例えば電子コンピュータ支援設計モデルの形態である誘導型外科用サイジングガイド１０の幾何学的モデルが、例えばシステムメモリ内にそのモデルを記憶することによって、手術用ナビゲーションシステムに提供される。誘導型外科用サイジングガイド１０は、次に、大腿骨上に配置され、一対の基準パドル２２が後顆１２に当接し且つ基準プローブ２０が前大腿骨皮質１４に当接した状態に位置決めされる。手術用ナビゲーションシステムは、骨のモデルをメモリ内の誘導型外科用サイジングガイド１０のモデルと対比することによって、一対の基準パドル２２の位置を決定することができる。手術用ナビゲーションシステムは、追跡要素２４を検出して基準プローブ２０の位置を求めることにより、基準プローブ２０の位置を決定することができる。そして、基準パドル２２及び基準プローブ２０の位置が分かれば、手術用ナビゲーションシステムは大腿骨後顆１２と前大腿骨皮質１４との間の前後方向距離を求めて、外科医の参考のために、この距離を出力することができる。手術用ナビゲーションシステムは、また、この距離を公知の市販のインプラントについてのテーブルと対比して、外科医の参考のために、対応するインプラントサイズを出力することもできる。あるいはまた、追跡要素２８を後側の基準パドル２２上に取り付け、前側の基準プローブ２０を手術用ナビゲーションシステム内の既知の固定基準としてもよい。

誘導型外科用サイジングガイド１０の他の構成では、一対の追跡要素を設け、手術用ナビゲーションシステムが二つの追跡要素の位置を直接的に測定し、追跡要素の位置に基づいて基準プローブ１４及び基準パドル１２の間隔を求められるようにすることがきる。例えば、基準プローブ１４上に第一の追跡要素２４を取り付け、基準パドル２２上に第二の追跡要素２８を取り付けてもよい。基準プローブ１４及び基準パドル２２は前後方向に相対並進移動をできるように取り付けられる。誘導型外科用サイジングガイド１０は、基準プローブ２０が前大腿骨皮質１４に当接し且つ基準パドル２２が大腿骨後顆１２に当接した状態で大腿骨１６上に配置される。次に、手術用ナビゲーションシステムは、前後方向の間隔を決定するために、追跡要素の位置を検出して基準プローブ２０と基準パドル２２の相対位置を求めることができる。追跡要素が二つの場合には、手術用ナビゲーションシステムが骨の前後方向寸法を決定することができるようにするのに、手術用ナビゲーションシステムに対して骨の幾何学的形状が既知になっている必要はない。あるいはまた、基準プローブ２０及び基準パドル２２の一方又は両方が本体１８に入れ子式に取り付けられていてもよい。

誘導型外科用サイジングガイド１０の他の形態では、本体１８は、所望される前後方向位置を示すために、大腿骨上に基準点を定めるための手段を含む。例えば、誘導型外科用サイジングガイド１０を使用して、後で大腿骨切断ガイドによって基準として参照される基準点を定めることができる。例示の誘導型外科用サイジングガイド１０では、大腿骨１６の遠位部分に穴を形成するためのドリルビットを案内するために又は大腿骨１６の遠位部分に基準ピンを案内して設置するために、本体１８の前側表面４４から後側表面４６に穴４２が延びている。本体１８は、穴４２が前大腿骨皮質１４又は大腿骨後顆１２から一定の前後方向距離に配置されるように、基準プローブ２０又は基準パドル２２の一方に対して固定されていてもよい。あるいはまた、本体１８が基準プローブ２０及び基準パドル２２の両方に対して並進移動可能となっており、基準プローブ２０、本体１８及び基準パドル２２の各々がそれぞれ追跡要素２４，２６，２８を備えていてもよい。この構成では、基準プローブ２０及び基準パドル２２が位置決めされ、大腿骨の前後方向寸法が外科医の参考のために出力される。誘導型外科用サイジングガイド１０を所定の位置に配置したまま、本体１８が骨上で所望の位置まで前後方向に並進移動させられる。所望の位置は、手術前に手術用ナビゲーションシステム内に骨モデルを読み込み、手作業で所望される位置を指示することによって、又は利用可能なインプラントを骨モデル及び／又は測定された前後方向サイズと比較するように手術用ナビゲーションシステムのプログラミングを行って位置を最適化することによって、又は他の適した手段によって、決定され得る。手術用ナビゲーションシステムは外科医に穴４２が適正な位置にあることを指示する。次に、外科医は、その位置に印をつけることが所望されるときに、ドリルで穿孔を行ったりピンを設置したりすることができる。誘導型外科用サイジングガイド１０は、その後、除去され、ピン又は穿孔された穴を参照して、大腿骨切削ガイドのような後で使用する外科コンポーネントが配置されることができる。

例示の誘導型外科用サイジングガイド１０が、大腿骨１６の切削された遠位表面４８上に配置された状態で示されている。誘導型外科用サイジングガイド１０は、切削加工を施された大腿骨上でも使用でき、切削加工が施されていない大腿骨上でも使用することができる。誘導型外科用サイジングガイド１０を使用して、後で使用する大腿骨仕上げ加工用ガイドのための基準点を定める場合には、基準点の位置を定める前に遠位大腿骨の切削がすでに行われていることが望まれることもある。

誘導型外科用サイジングガイドの例及びその使用方法について詳細に説明及び図解したが、これらは例示を目的とするものに過ぎず、制限を目的とするものはないことは理解されよう。大腿骨の前後方向寸法を測定し、膝関節置換手術において遠位大腿骨上に基準点を定めるために使用される本発明について説明されている。しかしながら、誘導型外科用サイジングガイドは、他の測定を行い、他のタイプの基準点の位置を定めるための患者の身体における他の位置での使用、且つ／又は他のタイプの外科コンポーネントとの使用に適するように構成されてもよい。したがって、誘導型外科用サイジングガイドの変形及び改変及びその使用方法は当業者にとって明らかであり、添付特許請求の範囲は、これら全ての改変及びその等価範囲を網羅することを意図したものである。

骨に取り付けられた本発明による例示の誘導型外科用サイジングガイドの側面図である。 図１のサイジングガイドの上面図である。

符号の説明

１０ 誘導型外科用サイジングガイド
１２ 後顆
１４ 前大腿骨皮質
１６ 大腿骨
１８ 本体
２０ 基準プローブ
２２ 基準パドル
２４ 追跡要素
２６ 追跡要素
２８ 追跡要素

Claims (12)

1. 整形外科処置の際に手術用ナビゲーションシステムと共に使用して測定を行うための誘導型外科用サイジングガイドであって、
   手術部位における第一の位置に係合させるための第一の係合手段と、
   手術部位における第二の位置に係合させるための第二の係合手段と、
   手術用ナビゲーションシステムによって追跡される第一の被追跡手段と、
   を備え、前記第一の係合手段と前記第二の係合手段が相対並進運動可能に取り付けられており、
   前記第一の被追跡手段は、手術用ナビゲーションシステムが前記第一の係合手段の位置を追跡して前記第一の係合手段と前記第二の係合手段との間の相対間隔を求め、求められた相対間隔を出力できるように、前記第一の係合手段に取り付けられていることを特徴とする誘導型外科用サイジングガイド。
2. 前記手術用ナビゲーションシステムによって追跡される第二の被追跡手段をさらに備え、該第二の被追跡手段は、前記手術用ナビゲーションシステムが前記第二の係合手段の位置を追跡し、前記第一の被追跡手段の位置と前記第二の被追跡手段の位置とを比較することによって前記第一の係合手段と前記第二の係合手段との間の相対位置を求めることができるように、前記第二の係合手段に取り付けられている、請求項１に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
3. 後で使用する外科コンポーネントの設置を案内するために該外科コンポーネントが基準点に係合できるように、前記手術部位に対して所望の位置に基準点を定めるための基準点確立手段をさらに備える、請求項２に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
4. 前記基準点確立手段が前記第一の係合手段及び前記第二の係合手段の少なくとも一方に対して並進移動できるように取り付けられており、前記誘導型外科用サイジングガイドは前記手術用ナビゲーションシステムによって追跡されるための第三の被追跡手段をさらに備え、該第三の被追跡手段が、前記基準点確立手段に固定的に取り付けられており、前記基準点確立手段の位置決めを案内するために前記手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能である、請求項３に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
5. 前記基準点確立手段は、前記骨から延びる突起を形成するための手段からなる、請求項３に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
6. 前記基準点確立手段は、前記骨に凹部を形成するための手段からなる、請求項３に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
7. 前記第一の係合手段及び前記第二の係合手段は、前記手術用ナビゲーションシステムが大腿骨の前後方向寸法を求め、求められた前後方向寸法を出力できるように、それぞれ、前大腿骨皮質及び大腿骨後顆に係合可能である、請求項１に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
8. 整形外科処置の際に手術用ナビゲーションシステムと共に使用して、骨上の第一の位置と第二の位置との間の骨の寸法を測定するための誘導型外科用サイジングガイドであって、
   手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第一の追跡要素を備えた、骨上の第一の位置と接触するための第一のプローブと、
   手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第二の追跡要素を備えた、骨上の第二の位置と接触するため第二のプローブと、
   を備え、前記第一のプローブと前記第二のプローブは、該第一のプローブと該第二のプローブが相対的に互いと近くなる第一の位置と該第一のプローブと該第二のプローブが相対的に互いと遠くなる第二の位置との間で移動可能となるように、互いに対して並進移動可能に取り付けられており、前記手術用ナビゲーションシステムが前記第一の追跡要素及び前記第二の追跡要素を追跡して前記第一のプローブと前記第二のプローブとの間の距離を求めることができるようになっていることを特徴とする誘導型外科用サイジングガイド。
9. 本体をさらに備え、前記第一のプローブ及び前記第二のプローブが前記本体に対して軸線に沿って並進移動可能に前記本体に取り付けられ、前記本体が、前記第一のプローブ及び前記第二のプローブに対する前記本体の位置を決定するために前記手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第三の追跡要素と、後で使用する外科コンポーネントを案内するために骨上に基準点を定めるための基準点確立手段とを備える、請求項８に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
10. 前記基準点確立手段が、前記第一のプローブ及び前記第二のプローブの並進移動軸線を横断する方向に前記本体を通って延びる穴を含む、請求項９に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
11. 前記第一の追跡要素、前記第二の追跡要素及び前記第三の追跡要素が電磁コイルを備え、該電磁コイルが追跡手段によって検出可能な信号を発する、請求項９に記載の誘導型外科用サイジングガイド。
12. 整形外科処置の際に手術用ナビゲーションシステムと共に使用して、大腿骨の前大腿骨皮質と大腿骨後顆との間の前後方向距離を測定するための誘導型外科用サイジングガイドであって、
    前記手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第一の追跡要素を備えた、前大腿骨皮質と接触するためのプローブと、
    前記手術用ナビゲーションシステムによって追跡可能な第二の追跡要素を備えた、大腿骨後顆と接触するためのパドルと、
    を備え、前記プローブと前記パドルは、該プローブと該パドルとが相対的に互いと近くなる第一の位置と該プローブと該パドルとが相対的に互いと遠くなる第二の位置との間で移動可能となるように、互いに対して並進移動可能に取り付けられており、前記手術用ナビゲーションシステムが前記第一の追跡要素及び前記第二の追跡要素を追跡して前記プローブと前記パドルとの間の距離を求めることができるようになっていることを特徴とする誘導型外科用サイジングガイド。

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