JP2007515188A - 股関節プロテーゼの可動性を判定するための方法及び装置 - Google Patents

股関節プロテーゼの可動性を判定するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

股関節プロテーゼの可動性を判定するための方法を提案する。この股関節プロテーゼは、寛骨に挿入することができるベアリングカップと、大腿骨に挿入することができ、かつ前記ベアリングカップに球状関節面により旋回可能に取り付けられる補綴骨幹部とを含む。本方法は、前記補綴骨幹部を備えた大腿骨が様々な方向に可能な限り旋回されること、このプロセスの間に、前記ベアリングカップの中心点と前記球状関節面の中心点とが互いから離れるように移動するか否かが判定されること、及び、各旋回方向について、前記２つの中心点が互いから離れるように移動し始める最大旋回角度が決定されること、を特徴とする股関節プロテーゼの可動性判定方法。更に、この方法を実施するための装置も提案する。

Description

本発明は、寛骨に挿入することができるベアリングカップと、大腿骨に挿入することができ、かつ前記ベアリングカップに球状関節面により旋回可能に取り付けられる補綴骨幹部とを含む股関節プロテーゼの可動性を判定するための方法に関する。
本発明は又、この方法を実施するための装置に関する。
股関節プロテーゼの挿入に際しては、一般的に、ベアリングカップが股関節に挿入され、補綴骨幹部が大腿骨に挿入される。この補綴骨幹部はベアリングカップの球状関節面と係合し、補綴骨幹部も球状である。このため、ベアリングカップの中心点と補綴骨幹部の球状関節面の中心点とは一致する。こうして取り付けることで、大腿骨は寛骨に対して全方向に旋回することができる。この旋回運動は、一方では周囲の軟組織により制限され、他方では、股関節の骨格と大腿骨の骨格とが互いに又はプロテーゼの一部と衝突することにより制限される可能性がある。こうした旋回運動の制限が望ましくない場合があるため、手術中、大腿骨の寛骨に対する所望の可動性が達成されているか否かを、股関節プロテーゼを挿入した後に確かめる必要がある。
WO 02/080824 A DE 203 04 153 U DE 200 16 635 U US 2003/153829 A1 US 6,205,411 B1 FR 2 770 128 A WO 00/32093 A DE 197 09 960 A WO 02/071987 A DE 203 15 005 U
従って、本発明は、次のような股関節プロテーゼの可動性を判定するための方法を提供するという目的に基づくものである。即ち、手術者が有効な旋回範囲を決定することを可能にする股関節プロテーゼ可動性判定方法である。
この目的は、冒頭に記載したタイプの方法において、本発明に従い、次のようにすることで達成される。即ち、上記補綴骨幹部を備えた大腿骨が、様々な方向に可能な限り旋回されること、このプロセスの間に、上記ベアリングカップの中心点と上記球状関節面の中心点とが互いから離れるように移動するか否かが判定されること、及び、各旋回方向について、前記２つの中心点が互いから離れるように移動し始める最大旋回角度が決定されること、である。
大腿骨の旋回運動が、上記抑止要因の一により制限される場合、つまり、骨格の直接的な接触、補綴部品と骨格との接触、或いは補綴部品同士の接触により制限される場合、大腿骨の寛骨に対する更なる旋回は、この接触点を中心に旋回が行われる場合にのみ達成することができる。これによれば、必然的に、上記球状関節面は上記ベアリングカップから持ち上げられる。即ち、ベアリングカップの中心点（一方）と球状関節面の中心点（他方）との間の間隔が大きくなる。上記球状関節面が上記ベアリングカップに正常に嵌め込まれていると、これらの中心点は一致する。従って、これら中心点が互いから離れるように移動していると判定された場合、つまり、股関節が脱臼していると判定された場合、このことは、ある抑止要因が大腿骨の股関節に対する更なる旋回運動を妨げていることを示す。
このような中心点の離れる動きを判定することができるためには、上記ベアリングカップの位置データと更に上記補綴骨幹部の位置データの双方がナビゲーションシステムの助力を得て決定されると有利である。このタイプのナビゲーションシステムは、外科手術において従来より用いられている。これらは、例えば赤外線を発光及び受光することにより、いわゆる標識要素（この標識要素により、赤外線は反射される）の空間内における位置を決定することができるシステムである。これら標識要素は、一部分（この部分の位置が決定されるべきである）にしっかりと固定される。こうして、これら部分の空間内における位置も上記ナビゲーションシステムにより決定される。
特には、上記ナビゲーションシステムの標識要素が寛骨及び大腿骨に配置されるようにしてもよい。この標識要素により、寛骨の位置（一方）と大腿骨の位置（他方）が監視され、いかなる場合にも、上記ナビゲーションシステムがその空間内における位置と向きの双方を決定する。以下では、このデータ全体を「位置」と呼ぶ。
次のようにすると特に有利である。即ち、上記ベアリングカップの中心点の位置及び上記球状関節面の中心点の位置が、大腿骨を寛骨に対して最大旋回角度を下回る角度だけ旋回させるようにすることである。この種の旋回の間、上記２つの中心点は一致しているが、上記標識要素はベアリングカップにおけるこれら中心点の回りを移動する。このため、これらの中心点が決定されなければならない。上記ベアリングカップ及び上記球状関節面の双方の中心点の正確な位置は、大腿骨及び寛骨の位置を決定することにより得られる。最大旋回角度を超えて寛骨を旋回させると、股関節の脱臼、つまり、上記ベアリングカップの中心点（一方）と上記球状関節面の中心点（他方）との間の間隔の拡大を観察することができる。
次のようにするのが好ましい。即ち、試験用骨幹部、つまり、大腿骨に一時的に挿入され、測定及び調整のために使用されるだけのプロテーゼを上記補綴骨幹部として使用し、この試験用骨幹部を、その位置が正確に決定されたら直ちに、実際の補綴骨幹部（対応する寸法を有し、かつ大腿骨に同様に配置される）に置き換えるようにすることである。
特に好適な実施態様では、表示装置上にベアリングカップが再現され、その外周に沿って上記最大旋回角度が示されるようになっている。手術者は、この表示装置から最大旋回角度を即座に読み取ることができる。この最大旋回角度は、大腿骨を様々な旋回方向に旋回させることでもたらされる。
特には、上記プロセスにおいて、上記ベアリングカップの外周角度範囲を識別することができる。この範囲では、上記最大旋回角度が所望の値を下回る。最大旋回角度は特定の方向において解剖学的条件により決定されるが、これにより次のことを認識することができる。即ち、ある状況で最大達成可能旋回角度がこの解剖学的最大角度を下回っており、これが望ましくない抑止要因によって引き起こされているに違いない、ということである。この抑止要因は、必要であれば、次のようにすることで取り除くことができる。即ち、例えば、骨材料を除去することにより、上記ベアリングカップの位置を変えることにより、場合によっては異なるベアリングカップ（例えば、非対称のベアリングカップ）を用いることにより、或いは別の補綴骨幹部（他の寸法をとることで望ましくない抑止要因を回避する）を用いることである。
次のようにすると有利である。即ち、特定の外周角度範囲における上記旋回運動の制限後、この角度範囲において最大旋回角度が新たに決定されるようにすることである。このようにすると、上記の望ましくない抑止要因が所望の最大角度を達成し得る程度まで取り除かれていることが確認される。
本発明は又、この方法を実施するための装置を提供するという目的に基づく。
本発明によると、このタイプの装置は次のような特徴を有する。即ち、寛骨及び大腿骨の位置を決定するためのナビゲーションシステムを設けたこと、こうして決定された寛骨及び大腿骨の前記位置データから、上記ベアリングカップの中心点及び上記球状関節面の中心点と、その相互の間隔とを計算し、かつ前記中心点相互の間隔が特定の値を超える場合に信号を生成するデータ処理装置を設けたこと、である。
特には、上記データ処理装置が、上記信号の生成に従い、大腿骨の寛骨に対する旋回方向を決定することができる。これにより、各旋回方向について、最大旋回角度を手術者に表示することができる。
好適な実施態様では、表示装置が設けられる。この表示装置上に、上記データ処理装置がベアリングカップを再現し、かつその外周に沿って上記最大旋回角度を示す。
上記プロセスにおいて、上記データ処理装置が上記ベアリングカップの外周角度範囲を識別するようにしてもよい。この範囲では、上記最大旋回角度が所望の値を下回る。
上記補綴骨幹部については、試験用骨幹部であるのが好ましい。
より詳しく説明するために、本発明の好適な実施態様に関する以下の説明については、図面と関連させつつ、これを用いる。
手術室では、患者１が手術台２に横たわっており、ここで人工股関節が挿入される。この目的のため、略半球状の凹面を成すベアリング面５を備えたベアリングカップ４が寛骨３に挿入され、かつ補綴骨幹部７が大腿骨６に挿入される。この補綴骨幹部は、大腿骨６から突き出たその端部に、凸面を成す球状関節面８を担持する。この球状関節面８は、凹面を成す球状ベアリング面５と同じ径を有しており、次のようになるよう後者に係合する。即ち、球状関節面８の中心点とベアリング面５の中心点が一致するように、即ち大腿骨６を寛骨３に対して全方向に旋回可能にする球関節が形成されるように係合する。
この旋回運動を追跡することができるようにするため、ナビゲーションシステム９が設けられる。このナビゲーションシステム９は、寛骨３及び大腿骨６の空間内における位置、つまり、場所及び向きを随時決定する。ナビゲーションシステム９は、互いに間隔を空けて配される複数の発光及び受光機構１０と、２つの標識要素１１，１２とを含む。これら標識要素は、例えば骨ネジにより寛骨３又は大腿骨６にしっかりと接続される。標識要素１１，１２は、互いに間隔を空けて配される様々な場所で発光及び受光機構１０により発せられる放射（例えば、赤外線）を受け、これを発光及び受光機構１０へと反射する。ナビゲーションシステム９は、この反射された放射に基づいて、標識要素１１，１２の空間内における位置、従って寛骨３及び大腿骨６の位置を決定することができる。
ナビゲーションシステム９には、データ処理装置１３が関連付けられる。データ処理装置１３は、ナビゲーションシステム９により決定された上記位置データを受信し、これを更に処理する。データ処理装置１３はスクリーン１４にも関連付けられており、スクリーン１４に上記データ又はこのデータから計算されたデータを表示する。
手術者が下記のステップを実行するにあたり、いわゆる試験用インプラント（即ち、補綴骨幹部７）を用いると好ましい。この補綴骨幹部７は、まだ最終的な補綴骨幹部ではなく、試験として一時的にのみ大腿骨に挿入される。この試験用骨幹部の助力を得て、関節の運動学及び正確な移植位置がチェックされる。ベアリングカップ４についても同じことが当てはまる。ここでも、試験用カップを使用することができる。これらの試験用インプラントは、位置合わせ及び位置決めが成功した後に取り除かれ、最終的なインプラントに置き換えられる。この最終インプラントは、同じ形状を有しており、上記試験用インプラントと同じ方法で移植される。
大腿骨の寛骨に対する可動性を判定するため、最初に、ベアリングカップ４の中心点（一方）及び球状関節面８の中心点（他方）と、寛骨３又は大腿骨６との位置関係が決定される。この目的のため、大腿骨６が寛骨３に対して様々な方向に旋回される。股関節は球関節であるため、このプロセスにおいて、標識要素１１及び１２は球面上を移動する。この球面の中心点は、上記球関節の中心点により規定される。正常に取り付けられると、筋肉が上記球状関節面をベアリングカップ４内に引き込む。このため、球状関節面８はベアリング面５に密着した状態になり、ベアリングカップ４の中心点と球状関節面８の中心点が一致する。従って、これら２つの中心点と寛骨３（一方）及び大腿骨６（他方）との位置関係も同様に、上述した大腿骨の旋回運動により決定することができる。
第二ステップでは、手術者が今度は、大腿骨を股関節内における様々な方向にどの程度旋回させることができるかをチェックする。この目的のため、大腿骨が寛骨に関して可能な限り旋回される。幾つかの方向において、この旋回運動は周囲の筋肉組織により制限される。こうして、この筋肉組織を越えた旋回運動が阻止される。
しかし、他の方向（この方向では、筋肉組織が更なる旋回運動を許容する）において、この旋回運動は、互いの方へと移動する２つの部分が互いに衝突することにより阻止され得る。大腿骨の骨格と寛骨の骨格との間で抑止されることもあれば、一方の部分の骨格が他方の部分の補綴部分と衝突することもあり、更には、２つの補綴部分（ベアリングカップと補綴骨幹部）が互いに衝突することもある。この場合、手術者が大腿骨の旋回運動を続けると、上記抑止点が当接部を形成する。これにより、球状関節面８がベアリングカップ４から持ち上げられ、図３に示す通り、股関節の脱臼が起こる。このプロセスにおいて、ベアリング面５の中心点（一方）と球状関節面８の中心点（他方）は互いから離れるように移動するが、これらは、上記２つの移動部分が当接する前は、同じ位置を占める。即ち、その間隔はほぼ無いに等しい。
上記データ処理装置は、ナビゲーションシステム９を介して、寛骨３及び大腿骨６の双方に関する位置データを連続的に受信し、この位置データから、ベアリング面５の中心点及び球状関節面８の中心点のそれぞれの位置、従ってこれら２つの中心点の間隔を計算することができる。
このタイプの間隔が起こると直ちに、上記データ処理装置は信号を生成する。この信号から、手術者は、脱臼し始めていること、つまり、抑止要因が発生したに違いないことを推測することができる。このデータ処理装置は又、上記位置データから、上記プロセスにおいて大腿骨が寛骨に対してどの方向に旋回されたのか判定することができる。つまり、手術者は更に、この抑止要因がベアリングカップ４のどの外周角度で生じたかに関する情報も受け取る。
更に、手術者は、上記スクリーン上で、例えばリング状のベアリングカップ４の画像を手に入れることができる。この画像には、上記ベアリングカップの外周角度範囲（ここでは、抑止要因が発生している、つまり、脱臼が起きている）が識別可能である。このタイプの画像を図４に概略的に示す。同図では、領域１５がベアリングカップの環状画像１６において識別されている。手術者がベアリングカップのこの外周領域内に大腿骨を旋回させると、この領域で脱臼が起こる。上記データ処理装置は又、上記位置データから旋回角度を計算することができる。このため、手術者は、必要であれば、次のような情報を得ることもできる。即ち、所望の最大旋回角度を超えた場合にのみ脱臼が起きるのか（脱臼は通常必要でない旋回角度で起こるに過ぎないため、この抑止要因は無害である）、或いは、旋回角度であって所望の最大旋回角度を下回る角度で既に脱臼が起きているのか（この場合、旋回運動のこのタイプの制限は悪影響を及ぼすため、排除しなければならない）に関する情報も得ることができる。
この目的のために、手術者は利用可能な可能性を複数有する。例えば、手術者は上記抑止領域にある骨格を取り除くことができる。又、別の補綴部品であって、この領域における外形寸法をより小さくすることで抑止要因を回避するものを使用することも可能である。更に、非対称のベアリングカップを使用することもできる。このベアリングカップは、特定の角度範囲において形状が小さくされている。このようにして抑止要因を取り除いた後は、上述した方法が繰り返される。これにより、大腿骨の所望の最大旋回角度が、上記抑止要因を取り除いた後、脱臼を伴わずに達成可能かどうかが決定される。
こうして、脱臼、即ち、ベアリング面５の中心点と球状関節面８の中心点との離間が判定されると、このことは常に、特定の方向における大腿骨の旋回運動が抑止要因により制限されていることを表す。手術者は、既に説明した方法で股関節の所望の可動性をチェックするためにこの情報を使用することができる。
大腿骨の寛骨に対する最大旋回角度を決定するための装置の概略図を示す。 股関節プロテーゼが挿入され、かつ標識要素が大腿骨及び寛骨の上に設けられた股関節の拡大図を示す。 補綴骨幹部の球状関節面がベアリングカップに正常に取り付けられる状態の、図２の領域Ａにおける股関節の断面図を示す。 補綴骨幹部の球状関節面がベアリングカップから持ち上げられた状態の、図３ａと同様の図を示す。 識別された脱臼領域を有するベアリングカップの表示の概略図を示す。

Claims (13)

  1. 寛骨に挿入することができるベアリングカップと、大腿骨に挿入することができ、かつ前記ベアリングカップに球状関節面により旋回可能に取り付けられる補綴骨幹部とを含む股関節プロテーゼの可動性を判定するための方法であって、
    前記補綴骨幹部を備えた大腿骨が、様々な方向に可能な限り旋回されること、
    該プロセスの間に、前記ベアリングカップの中心点と前記球状関節面の中心点とが互いから離れるように移動するか否かが判定されること、及び
    各旋回方向について、前記２つの中心点が互いから離れるように移動し始める最大旋回角度が決定されること、
    を特徴とする股関節プロテーゼの可動性判定方法。
  2. 請求項１に記載の方法において、上記ベアリングカップ及び上記補綴骨幹部の双方の位置データが、ナビゲーションシステムの助力を得て決定されることを特徴とするもの。
  3. 請求項２に記載の方法において、上記ナビゲーションシステムの標識要素が、股関節骨及び大腿骨に配置されることを特徴とするもの。
  4. 請求項２又は３に記載の方法において、上記ベアリングカップの中心点の位置及び上記球状関節面の中心点の位置が、大腿骨を寛骨に対して上記最大旋回角度を下回る角度だけ旋回させることにより決定されることを特徴とするもの。
  5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法において、試験用骨幹部が前記補綴骨幹部として使用されることを特徴とするもの。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、ベアリングカップが表示装置上で再現され、かつ上記最大旋回角度が前記ベアリングカップの外周に沿って示されることを特徴とするもの。
  7. 請求項６に記載の方法において、上記ベアリングカップの外周角度範囲が識別され、かつ該角度範囲では上記最大旋回角度が所望の値を下回ることを特徴とするもの。
  8. 請求項１〜７のいずれかに記載の方法において、特定の外周角度範囲における上記旋回運動の制限が取り除かれた後、該角度範囲において上記最大旋回角度が新たに決定されることを特徴とするもの。
  9. 寛骨(３)に挿入することができるベアリングカップ(４)と、大腿骨(６)に挿入することができ、かつ前記ベアリングカップ(４)に球状関節面(８)により旋回可能に取り付けられる補綴骨幹部(７)とを含む股関節プロテーゼの可動性を判定するための装置であって、
    寛骨(３)及び大腿骨(６)の位置を決定するためのナビゲーションシステム(９)を設けたこと、及び
    データ処理装置(１３)であって、該決定された寛骨(３)及び大腿骨(６)の位置データから、前記ベアリングカップ(４)の中心点及び前記球状関節面(８)の中心点と、該中心点相互の間隔とを計算し、かつ前記中心点相互の間隔が特定の値を超える場合に信号を生成する装置を設けたこと、
    を特徴とする装置。
  10. 請求項９に記載の装置において、上記データ処理装置(１３)が、上記信号の生成に従い、大腿骨(６)の寛骨(３)に対する旋回方向を決定することを特徴とするもの。
  11. 請求項１０に記載の装置において、表示装置(１４)であって、該表示装置(１４)上に、上記データ処理装置(１３)がベアリングカップ(１６)を再現し、かつ該ベアリングカップ(１６)の外周に沿って上記最大旋回角度を示す装置を設けたこと特徴とするもの。
  12. 請求項１１に記載の装置において、上記データ処理装置(１３)が上記ベアリングカップ(１６)の外周角度範囲を識別し、かつ該角度範囲では上記最大旋回角度が所望の値を下回ることを特徴とするもの。
  13. 請求項９〜１２までのいずれかに記載の装置において、上記補綴骨幹部(７)が試験用骨幹部であることを特徴とするもの。
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