JP2007523696A - 全膝関節形成術におけるコンピュータ支援靭帯バランシング - Google Patents
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Abstract
Description
しており、脛骨に対して連結されている。膝の屈曲と延伸においては、腸脛靭帯は、側部大腿骨上顆の上をスライドする。膝カプセルは、膝関節を囲んでおり、流体関節滑膜を潤滑する。
大腿骨に対して関連づけられた少なくとも1つの第1基準点と;
脛骨に対して関連づけられた少なくとも1つの第2基準点と;
少なくとも1つの第1基準点および少なくとも1つの第2基準点の位置および向きを追跡し得る追跡手段と;
コンピュータと;
を具備し、
コンピュータが、
少なくとも1つの第1基準点および少なくとも1つの第2基準点の位置および向きに関しての情報を、追跡手段から受領し得るとともに格納することができ、
少なくとも1つの第1基準点および少なくとも1つの第2基準点の位置および向きに関する運動テスト時に情報を取得することができ、
解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、をメモリ内に格納することができ、
解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、の間の差を評価することができ、
解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、の間の差を低減させる目的のために、膝の軟組織の調整に関して、外科医に対して、推奨案を提示することができる、
ものとされている。
撮影機は、脛骨または大腿骨に関する少なくとも1つの画像を撮影し得るものであり、
コンピュータは、撮影機から画像を受領し得るとともに、その画像を格納することができ、
モニタは、コンピュータから情報を受領し得るものとされていて、これにより、画像を表示することができる。
大腿骨に関する少なくとも1つの第1基準点と、脛骨に関する少なくとも1つの第2基準点と、をコンピュータに登録し;
追跡手段を使用して、基準点の位置および向きを追跡し;
コンピュータを使用して、基準点の位置および向きに関しての情報を追跡手段から受領して格納し;
コンピュータを使用して、解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、をメモリ内に格納し;
コンピュータを使用して、解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、の間の差を評価し;
コンピュータを使用して、解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、の間の差を低減させる目的のために、膝の軟組織の調整に関して、外科医に対して、推奨案を提示する。
撮影機を使用して、脛骨または大腿骨に関する少なくとも1つの画像を撮影し;
コンピュータによって撮影機から画像を受領してその画像を格納し;
モニタを使用して、コンピュータから情報を受領して、画像を表示することができる。
一見地においては、本発明のある種の実施形態は、TKAの際に外科医が使用するための、コンピュータによって支援された外科手術システムを提供する。一般に、コンピュータによって支援された外科手術システムにおいては、様々な撮影デバイスや追跡デバイスを使用し、画像情報をコンピュータアルゴリズムと結合し、これにより、患者の解剖学的組織や、外科手術用器具や、プロテーゼ構成部材や、例えば身体軸線や手足軸線といったような仮想的外科手術構成物や、他の外科手術構造や、他の外科手術構成部材、を位置決めして追跡することができる。コンピュータによって支援された外科手術システムのいくつかにおいては、CTスキャンおよび/またはMRIデータをベースとした、あるいは、解剖学的にデジタル化されたポイントをベースとした、撮影システムを使用する。他のシステムは、手術前のCTスキャンやMRIや他のイメージを、手術最中の患者の部位に対して、位置合わせする。手術前の計画システムにより、外科医は、参照ポイントを選択して、最終的なインプラント位置を決定することができる。手術最中には、コンピュータによって支援された手術システムは、例えば『ポイントクラウド』技術や従来の運動学技術やおよび/またはロボットを使用すること等によって、手術前の計画に応じて患者の位置合わせを調節し、これにより、骨準備を行う。他のシステムにおいては、例えば赤外線センサといったような立体的等のように機能している位置および/または向き追跡センサを使用する。これにより、生体部位や、器具等の手術関連アイテムや、器具や、試験的プロテーゼや、プロテーゼ構成部材や、仮想構成物や、例えば骨目標物の指定に基づいて計算され保存された回転軸線といったような参照物、の位置を追跡することができる。
さらなる見地においては、本発明の実施形態は、限定するものではないけれども低侵襲性の外科手術応用といったような、TKAに特に有効であるような、コンピュータによって支援された外科手術システムを提供する。『低侵襲性の外科手術』(MIS)という用語は、一般に、外科手術的切開口のサイズおよび組織に対する外傷のサイズを最小化した外科手術を意味している。低侵襲性の外科手術は、一般に、従来の外科手術と比較して、侵襲性が少ない。これにより、外科手術に要する時間と回復時間との双方を短縮することができる。低侵襲性のTKA外科手術技術は、例えば切開口がより小さいことのためにまた軟組織の露出がより小さいことのためにまた両サイドの靭帯のバランシングがより改良されていることのためにまた伸筋メカニズムに対する損傷がより小さいことのために、従来のTKA技術と比較して、有利である(例えば、Bonutti、P.M., et al., Minimal Incision Total Knee Arthroplasty Using the Suspended Leg Technique, Orthopedics,September 2003 を参照されたい)。MISに関する上記目標を達成するためには、長い外科手術切開口と内部の膝構造の広範囲な露出とを必要とするような従来のインプラントおよび器具を修正することが、必要である。低侵襲性の外科手術は、例えば切開口がより小さいことのためにまた軟組織の露出がより小さいことのためにまた組織に対する損傷がより小さいことのために、従来技術と比較して、有利である。MISに関する上記目標を達成するためには、従来の外科手術技術および従来の器具を改良して、外科手術的切開口の長さと患者組織の露出とを最小化する必要がある。
一見地においては、本発明は、患者の膝に関し、コンピュータによって支援された全関節形成術時に、外科医が使用するシステムを提供する。図1は、本発明によるシステムの一実施形態を概略的に示す図である。この実施形態においては、システムを使用することによって、膝の外科手術を行うことができ、特に、全膝関節形成術を行うことができる。図1において、システムは、大腿骨に関連したまたは大腿骨プロテーゼ構成部材に関連した基準点と;脛骨に関連したまたは脛骨プロテーゼ構成部材に関連した基準点と;大腿骨基準点および脛骨基準点の位置および向きを追跡し得る追跡機能と;を備えている。システムは、例えば脛骨や大腿骨といったような様々な生体部位を追跡することができる、あるいは、複数の基準点が埋め込まれたあるいは付設されたあるいは物理的にまたは仮想的にまたはその他の態様で関連づけられたプロテーゼ構成部材を追跡することができる。図1に示す実施形態においては、複数の基準点は、複数の構造的フレームとされている。複数の構造的フレームのうちの少なくともいくつかは、反射部材や、LED能動部材や、あるいは、これら双方、とされる。これにより、追跡機能を使用して追跡を行うことができる。追跡機能は、例えば赤外線センサといったような1つまたは複数の立体的な位置/向きセンサを有している。センサは、基準点の位置および向きに関するデータを、よって、基準点に関連づけられた構成要素の位置および向きに関するデータを、検出し、格納し、処理し、出力し、得るものとされる。
ではないけれども、完全な延伸という状況や、通常の回転という状況や、通常のロールバックという状況、を使用する。これにより、運動テストの前に、膝ギャップに関するデータを取得する。その後、外科医は、屈曲させた膝と延伸させた膝とに関して、運動テストを行う。運動テストには、限定するものではないけれども、内反/外反回転や、前方/後方引っ張りや、内向き/外向き回転、がある。これらテストは、整形外科手術の分野においては従来的なものであり、フィールドガイドラインにおいて承認された態様で実行される。他のテストを使用することもできる。コンピュータは、大腿骨の先端表面のところと脛骨の基端表面のところとにおいて、解剖学的参照ポイントを登録し、参照ポイントどうしの相対的位置に基づき、運動パラメータを計算する。
良される。反復的な収束手法およびその限界に関する一般的原理が周知なものであって、本発明の特定の実施形態で使用されることは、理解されるであろう。例えば、収束基準の選択や、相対的な誤差の評価や、局所的オプティマの回避は、反復的収束方法の分野において通常的に使用されており、従来手法というべきものである。
本発明の一実施形態においては、システムおよび方法およびプロセスは、軟組織バランシングアルゴリズムを使用する。この軟組織バランシングアルゴリズムは、有利には、解剖学的目標物と、膝の骨と靭帯との動的な相互作用と、の双方を考慮して相関させる。このことは、解剖学的要因と動的要因との一方に対して過度に重点を置いてしまっているような従来技術に対しての、重要な利点である。このアルゴリズムは、また、有利には、大腿骨の目標物と脛骨の目標物との双方を考慮して相関させる。このことは、大腿骨の目標物と脛骨の目標物との一方だけしか考慮しないような従来技術に対しての、利点である。本発明による方法は、膝の解剖学的要素をゆがめることなく、屈曲と延伸との双方において、脛骨と大腿骨との間に、矩形ギャップを確立する。本発明による方法のいくつかの見地および実施形態においては、非可逆的な骨切除を行ってしまう前に、プロテーゼ構成部材のサイズや位置決めや外科手術カットを、計画することができる。しかしながら、本発明によるシステムおよび方法は、外科手術カットを実行した後における、あるいは、プロテーゼ構成部材を設置された後における、患者の靭帯のバランシングに関して、適用することもできる。本明細書中において説明したように、本発明による方法は、コンピュータによる支援を使用して実行されるものであり、コンピュータによって支援された外科手術システムおよび方法という範疇に属するものであることは、理解されるであろう。解剖学的要素や運動学や座標系や実際のおよび/または仮想的な外科手術構成物のや軸線や平面に関しての考察においては、一般に、コンピュータメモリ内へのデータの格納と、コンピュータの支援を使用して最適に実行される計算と、を使用する。本発明のいくつかの実施形態による、コンピュータによって支援された外科手術システムにおいては、本発明による方法を実施するのに必要な様々なステップを実行するためのアルゴリズムがプログラミングされたコンピュータを、使用する。
114 脛骨の基準点
200 膝
202 プローブ
204 基準点
206 大腿骨先端部(206)に対して関係している
400 膝
402 大腿骨
404 脛骨
406 腓骨
800 膝
804 大腿骨
808 脛骨
810 腓骨
Claims (20)
- 患者の膝に対してのコンピュータによって支援された全関節形成術の際に外科医によって使用されるためのシステムであって、
大腿骨に対して関連づけられた少なくとも1つの第1基準点と;
脛骨に対して関連づけられた少なくとも1つの第2基準点と;
前記少なくとも1つの第1基準点および前記少なくとも1つの第2基準点の位置および向きを追跡し得る追跡手段と;
コンピュータと;
を具備し、
前記コンピュータが、
前記少なくとも1つの第1基準点および前記少なくとも1つの第2基準点の位置および向きに関しての情報を、前記追跡手段から受領し得るとともに格納することができ、
前記少なくとも1つの第1基準点および前記少なくとも1つの第2基準点の位置および向きに関する運動テスト時に情報を取得することができ、
解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、をメモリ内に格納することができ、
前記解剖学的方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、前記動的な方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、の間の差を評価することができ、
前記解剖学的方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、前記動的な方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、の間の差を低減させる目的のために、膝の軟組織の調整に関して、外科医に対して、推奨案を提示することができる、
ものとされていることを特徴とするシステム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、
さらに、撮影機と、モニタと、を具備し、
前記撮影機が、脛骨または大腿骨に関する少なくとも1つの画像を撮影し得るものであり、
前記コンピュータが、前記撮影機から前記画像を受領し得るとともに、その画像を格納することができ、
前記モニタが、前記コンピュータから情報を受領し得るものとされていて、これにより、前記画像を表示することができることを特徴とするシステム。 - 請求項1または2記載のシステムにおいて、
さらに、1つまたは複数の基準点に対して関連づけられた外科手術用器具を具備し、
この外科手術用器具が、膝のところにおいて、操縦と位置決めとを行い得るものとされ、
前記外科手術用器具と関連する前記1つまたは複数の基準点が、前記追跡手段によって追跡され得るものとされていることを特徴とするシステム。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のシステムにおいて、
さらに、1つまたは複数の基準点に対して関連づけられたプロテーゼ構成部材を具備し、
このプロテーゼ構成部材が、膝のところにおいて、操縦と位置決めとを行い得るものとされ、
前記プロテーゼ構成部材と関連する前記1つまたは複数の基準点が、前記追跡手段によって追跡され得るものとされていることを特徴とするシステム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のシステムにおいて、
さらに、大腿骨または脛骨のところにおいて位置決めを行い得るカッティングガイドを具備し、
前記カッティングガイドが、1つまたは複数の基準点に対して関連づけられ、
この1つまたは複数の基準点が、前記追跡手段によって追跡され得るものとされていることを特徴とするシステム。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のシステムにおいて、
大腿骨または脛骨のところにおけるカッティングガイドの位置が、回転に関する少なくとも1つの自由度でもってまたは並進移動に関する少なくとも1つの自由度でもって、調節可能とされていることを特徴とするシステム。 - 患者の膝に対してコンピュータによって支援された全関節形成術を行うための方法であって、
大腿骨に関する少なくとも1つの第1基準点と、脛骨に関する少なくとも1つの第2基準点と、をコンピュータに登録し;
追跡手段を使用して、前記基準点の位置および向きを追跡し;
コンピュータを使用して、前記基準点の位置および向きに関しての情報を前記追跡手段から受領して格納し;
コンピュータを使用して、解剖学的方法に基づいて決定された膝パラメータと、動的な方法に基づいて決定された膝パラメータと、をメモリ内に格納し;
コンピュータを使用して、前記解剖学的方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、前記動的な方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、の間の差を評価し;
コンピュータを使用して、前記解剖学的方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、前記動的な方法に基づいて決定された前記膝パラメータと、の間の差を低減させる目的のために、膝の軟組織の調整に関して、外科医に対して、推奨案を提示する;
ことを特徴とする方法。 - 請求項7記載の方法において、
大腿骨のところにカッティングガイドを配置し;
前記推奨案に基づいて大腿骨切除する;
ことを特徴とする方法。 - 請求項7または8記載の方法において、
撮影機を使用して、脛骨または大腿骨に関する少なくとも1つの画像を撮影し;
前記コンピュータによって前記撮影機から前記画像を受領してその画像を格納し;
モニタを使用して、前記コンピュータから情報を受領して、前記画像を表示する;
ことを特徴とする方法。 - 請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法において、
コンピュータに対して、1つまたは複数の基準点に対して関連づけつつ外科手術用器具を登録し、
膝のところにおいて前記外科手術用器具を操縦して位置決めすることを特徴とする方法。 - 請求項7〜10のいずれか1項に記載の方法において、
コンピュータに対して、1つまたは複数の基準点に対して関連づけつつプロテーゼ構成部材を登録し、
膝のところにおいて前記プロテーゼ構成部材を操縦して位置決めすることを特徴とする方法。 - 請求項7〜11のいずれか1項に記載の方法において、
コンピュータに対して、1つまたは複数の基準点に対して関連づけつつカッティングガイドを登録し、
大腿骨または脛骨のところにおいて前記カッティングガイドを操縦して位置決めすることを特徴とする方法。 - 請求項7〜12のいずれか1項に記載の方法において、
大腿骨または脛骨のところにおけるカッティングガイドの位置を、回転に関する少なくとも1つの自由度でもってまたは並進移動に関する少なくとも1つの自由度でもって、調節可能なものとすることを特徴とするシステム。 - 請求項7〜13のいずれか1項に記載の方法において、
コンピュータを使用して、膝のプロテーゼ構成部材の選択に関する推奨案を提供することを特徴とする方法。 - 請求項7〜14のいずれか1項に記載の方法において、
コンピュータを使用して、膝のプロテーゼ構成部材の位置決めに関する推奨案を提供することを特徴とする方法。 - 請求項7〜15のいずれか1項に記載の方法において、
膝の軟組織を調節することを特徴とする方法。 - 請求項7〜16のいずれか1項に記載の方法において、
靭帯の弛緩または収縮の少なくとも一方を行うことによって、膝の軟組織を調節することを特徴とする方法。 - 全関節形成術時にコンピュータによって支援された軟組織のバランシングを行うための方法であって、
a.メモリと追跡手段とを備えてたコンピュータを準備し、前記追跡手段によって、基準点の位置および向きを追跡し、この位置および向きに関する情報を前記コンピュータに対して送信し;
b.大腿骨に対して少なくとも1つの第1基準点を関連づけ;
c.脛骨に対して少なくとも1つの第2基準点を関連づけ;
d.コンピュータに対して大腿骨と脛骨とを登録し;
e.大腿骨の座標系と脛骨の座標系とをコンピュータメモリ内に確立し;
f.大腿骨の機械的軸線と脛骨の機械的軸線とをコンピュータメモリ内に確立し;
g.大腿骨の機械的軸線に対して垂直な大腿骨切除平面と、脛骨の機械的軸線に対して垂直な脛骨切除平面と、をコンピュータメモリ内に確立し;
h.内反/外反テストまたはAP引っ張りテストまたは回転テストのうちの少なくとも1つによる屈曲および延伸によって膝を駆動させ、屈曲と延伸とにおいて脛骨の長軸に対して垂直な大腿骨切除平面をコンピュータメモリ内に確立し;
i.脛骨の長軸に対して垂直な大腿骨切除平面と、大腿骨の機械的軸線に対して垂直な大腿骨切除平面と、の間の角度を計算し、これにより、膝の軟組織バランスの状況を、屈曲と延伸とに関して角度でもって表し;
j.コンピュータを使用して、前記角度を低減させる目的で軟組織の調整に関する推奨案を外科医に対して提示し;
k.軟組織を調節し;
l.脛骨の長軸に対して垂直な大腿骨切除平面と、大腿骨の機械的軸線に対して垂直な大腿骨切除平面と、が収束するまで、前記ステップh〜前記ステップkを繰り返す;
ことを特徴とする方法。 - 請求項18記載の方法において、
コンピュータを使用して、前記ステップlにおける両平面の収束に基づき大腿骨切除平面に関する推奨案を提供することを特徴とする方法。 - 請求項18または19記載の方法において、
大腿骨のところにカッティングガイドを配置し;
前記推奨案に基づいて大腿骨切除する;
ことを特徴とする方法。
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