JP2009195490A - Program for preoperative plan of artificial hip joint replacement, and instrument for supporting the replacement - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly determine the reaming operation of pelvis acetabular cup, the scission of a femoral head, and the reaming operation from an osteotomy surface by appropriately reflecting the individual difference of a patient. <P>SOLUTION: A computer is allowed to perform: an image reconstitution step (S101) for inputting a plurality of two-dimensional tomographic images of pelvis including the cup and reconstituting at least the three-dimensional image of the pelvis including the cup; artificial joint determination steps (S102-S104) for determining an artificial joint to be replaced and the arrangement position, based on the three-dimensional image of the femoral cup obtained in the image reconstitution step; and parameter determination steps (S105, S106) for determining respective kinds of parameters to be used in the reaming operation to embed the artificial joint into the femoral cup, based on the artificial joint determined in the artificial joint determination steps, the arrangement position, and the reference point of the cup in the three-dimensional image. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ等のデータ処理装置を用いた人工股関節置換手術の術前計画用プログラム及び手術支援用治具に関する。   The present invention relates to a preoperative planning program for an artificial hip joint replacement surgery using a data processing device such as a personal computer and a surgical support jig.

人間の下肢の一部を構成する膝関節及び股関節は、日常生活で歩行をはじめとして特に重要な関節である。その必要性の大きさから、外傷を受け易く、また加齢に伴って関節部の軟骨が変性破壊され、関節症に至ることが最も多い部位でもある。   The knee joint and hip joint constituting a part of the human lower limb are particularly important joints in daily life such as walking. Due to the size of the necessity, it is also a site that is susceptible to trauma, and the cartilage of the joint part is degeneratively destroyed with aging, leading to arthropathy.

この関節症に対する外科的治療として、破壊された軟骨を取り去り、そこに金属を嵌め込み、当該金属と、ポリエチレンなどのプラスチックとの接触で関節機能を再建する人工関節置換術(Total Arthro−Plasty)が、最も安定した機能の改善を図ることができる方法として現在世界中で行なわれている。   As a surgical treatment for this arthropathy, artificial arthroplasty (Total Arthro-Plasty) that removes the broken cartilage, inserts a metal therein, and reconstructs the joint function by contacting the metal with a plastic such as polyethylene, is available. As a method that can improve the most stable function, it is currently being performed all over the world.

この際、人工膝関節においては大腿骨コンポーネントと脛骨コンポーネント、人工股関節においては大腿骨ステムと臼蓋カップの各設置位置、すなわちそれぞれの骨の摘出(骨切り)の正確さがその後の人工関節の耐久性に大きく影響する。   At this time, the femoral component and tibial component in the artificial knee joint, and the installation positions of the femoral stem and acetabular cup in the artificial hip joint, that is, the accuracy of the extraction (osteotomy) of the respective bones is the accuracy of the subsequent artificial joint. It greatly affects the durability.

従来、この人工関節の設置については、手術前に正面と側面から撮影したX線写真に対し、透明なシートに印刷された人工関節の輪郭を合わせて上記コンポーネントやステム、カップの位置や大きさを決定していた。しかしながら、このような方法では骨形状の把握がX線写真の撮影方向や撮影時の患者の位置に影響され、正確さに欠けていた。   Conventionally, regarding the placement of this artificial joint, the position and size of the above-mentioned components, stems, and cups are obtained by matching the outline of the artificial joint printed on a transparent sheet with the X-ray photograph taken from the front and side before surgery. Had decided. However, in such a method, grasping of the bone shape is affected by the photographing direction of the X-ray photograph and the position of the patient at the time of photographing, and lacks accuracy.

これを解決するため、あらかじめキャリブレーションフレームでフィルムと照射点との間の位置決定を行なった特殊撮影台で、起立位の2方向の正面と60°斜角のX線撮影を行ない、この撮影画像に対してX線CT装置やMRI装置から作成した骨形状の3次元モデルをそれぞれの骨陰影に位置合わせを行ない(イメージマッチング)、設置位置の基準となる起立位の骨形状の3次元的な把握を行なうコンピュータソフトウェアによる方法が考えられている。このコンピュータソフトウェアによる方法では、人工関節のCAD(Computer Aided Design)データによる3次元形状モデルを複数読出すことで、骨形状と荷重環境に適合した、人工関節の大きさと位置を決定することができる。(例えば、特許文献1)
特開2004−008707号公報
In order to solve this problem, X-ray photography was performed on the front in two standing directions and at an oblique angle of 60 ° on a special photographing stand in which the position between the film and the irradiation point was previously determined by a calibration frame. The bone shape three-dimensional model created from the X-ray CT apparatus and MRI apparatus is aligned with each bone shadow (image matching) on the image, and the three-dimensional shape of the standing bone shape that serves as the reference for the installation position A method using computer software that performs accurate grasping has been considered. In this computer software method, the size and position of the artificial joint suitable for the bone shape and the load environment can be determined by reading out a plurality of three-dimensional shape models based on CAD (Computer Aided Design) data of the artificial joint. . (For example, Patent Document 1)
JP 2004-008707 A

しかしながら上記特許文献1に記載された技術は、人工膝関節置換術における脛骨側の骨切り面を手術者が容易に知ることができるようになされたものに過ぎず、骨形状や機能軸の異なる大腿骨側、あるいは他の関節、例えば同様に下肢で重要な股関節にそのまま適用できるものではない。   However, the technique described in Patent Document 1 is merely a technique that allows an operator to easily know the osteotomy surface on the tibial side in artificial knee joint replacement, and has different bone shapes and functional axes. It cannot be directly applied to the femur side or other joints, for example, hip joints that are also important in the lower limbs.

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、人工股関節置換手術に関し、術前に患者の個人差を適正に反映して、骨盤臼蓋のリーミング動作と大腿骨骨頭の切断及び切断面からのリーミング動作を正確に決定することができ、術中は術前に決定した内容を正確に再現した手術操作の管理が実施できる人工股関節置換手術の術前計画用プログラム及び手術支援用治具を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object of the present invention relates to hip replacement surgery, and appropriately reflects the individual differences of patients before surgery, For preoperative planning of hip replacement surgery that can accurately determine the femoral head cutting and reaming action from the cut surface, and can manage the surgical operation that accurately reproduces the contents determined preoperatively during the operation It is to provide a program and a jig for surgery support.

請求項1記載の発明は、臼蓋を含む骨盤の2次元断層画像を複数入力する画像入力ステップと、上記画像入力ステップで入力した複数の画像から少なくとも臼蓋を含む骨盤の3次元画像を再構築する画像再構築ステップと、上記画像再構築ステップで得た骨盤の臼蓋の3次元画像から、置換する人工関節と設置位置とを決定する人工関節決定ステップと、上記人工関節決定ステップで決定した人工関節及びその設置位置と、上記3次元画像中の臼蓋の参照点とに基づき、骨盤臼蓋に人工関節を埋設するためのリーミング動作で使用する各種パラメータを決定するパラメータ決定ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, an image input step of inputting a plurality of two-dimensional tomographic images of the pelvis including the acetabulum and a three-dimensional image of the pelvis including at least the acetabulum from the plurality of images input in the image input step are reproduced. An image reconstruction step to be constructed, an artificial joint determination step for determining an artificial joint to be replaced and an installation position from a three-dimensional image of a pelvic acetabulum obtained in the image reconstruction step, and a determination in the artificial joint determination step A parameter determination step for determining various parameters used in the reaming operation for embedding the artificial joint in the pelvic acetabulum based on the artificial joint and its installation position and the reference point of the acetabulum in the three-dimensional image. The computer is executed.

請求項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、上記パラメータ決定ステップは、臼蓋縁上の3点の位置座標と上記設置位置における人工関節の法線ベクトルとに基づいて、臼蓋縁の3点で形成される円盤からの臼蓋底面まで距離を含む各種パラメータを決定することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the parameter determining step is based on the position coordinates of three points on the acetabular edge and the normal vector of the artificial joint at the installation position. Various parameters including a distance from a disk formed by three points on the lid edge to the bottom surface of the acetabulum are determined.

請求項3記載の発明は、上記請求項2記載の発明において、上記臼蓋縁上の3点は、両前上腸骨棘と恥骨結合中心の3点を含む平面(XZ平面)で恥骨結合中心を原点として設定する骨盤座標系の大腿骨骨頭中心を含むXY平面に位置する臼蓋縁上の2点と、同じく臼蓋縁上で骨盤座標系のZ軸方向での最近位点の1点とすることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the three points on the acetabular margin are planes (XZ plane) including the three points of both the anterior superior iliac spine and the pubic joint center. Two points on the acetabular edge located in the XY plane including the femoral head center of the pelvic coordinate system set with the center as the origin, and one of the closest points in the Z-axis direction of the pelvic coordinate system on the acetabular edge It is characterized by being a point.

請求項4記載の発明は、股関節を含む大腿骨の2次元断層画像を複数入力する画像入力ステップと、上記画像入力ステップで入力した複数の画像から少なくとも股関節の骨頭を含む大腿骨の3次元画像を再構築する画像再構築ステップと、上記画像再構築ステップで得た大腿骨の骨頭を含む3次元画像から、置換する人工関節と設置位置とを決定する人工関節決定ステップと、上記人工関節決定ステップで決定した人工関節及びその設置位置と、上記3次元画像中の骨頭の参照点とに基づき、大腿骨骨頭頸部を切断後に人工関節を埋設するための骨髄リーミング動作で使用する各種パラメータを決定するパラメータ決定ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image input step of inputting a plurality of two-dimensional tomographic images of a femur including a hip joint, and a three-dimensional image of a femur including at least a hip head from the plurality of images input in the image input step. An image reconstructing step for reconstructing, an artificial joint determining step for determining an artificial joint to be replaced and an installation position from the three-dimensional image including the femoral head obtained in the image reconstructing step, and the artificial joint determination Various parameters used in the bone marrow reaming operation for embedding the artificial joint after cutting the femoral head and neck based on the artificial joint determined in the step and its installation position and the reference point of the bone head in the three-dimensional image. A parameter determining step for determining is executed by a computer.

請求項5記載の記載の発明は、上記請求項4記載の発明において、上記パラメータ決定ステップは、大腿骨骨頭頸部の切断面に対する大腿骨骨髄軸の距離及び方向を示す各種パラメータを決定することを特徴とする。   In the invention described in claim 5, in the invention described in claim 4, the parameter determining step determines various parameters indicating the distance and direction of the femoral bone marrow axis with respect to the cut surface of the femoral head and neck. It is characterized by.

請求項6記載の発明は、骨盤臼蓋のリーミング軸方向を示す中空軸部と、上記中空軸部を貫通支持する玉軸受け部を回動自在、且つ径方向にスライド自在に支持し、ネジ部の締結により上記玉軸受け部の回動位置及びスライド位置を固定可能な円盤状ホルダ部と、上記円盤状ホルダ部を装着するホルダ装着面、このホルダ装着面を挟んで所定距離の位置に紙面を装着する第1及び第2の紙面装着部を備えた、上記円盤状ホルダの方向決定のためのフレーム体とを具備したことを特徴とする。   The invention according to claim 6 supports the hollow shaft portion indicating the reaming axis direction of the pelvic acetabulum and the ball bearing portion that penetrates and supports the hollow shaft portion and is slidable in the radial direction, and includes a screw portion. The disc-shaped holder portion that can fix the rotation position and slide position of the ball bearing portion by fastening, a holder mounting surface for mounting the disc-shaped holder portion, and a paper surface at a predetermined distance across the holder mounting surface And a frame body for determining the direction of the disk-shaped holder, which includes first and second paper surface mounting portions to be mounted.

請求項7記載の発明は、上記請求項6記載の発明において、上記円盤状ホルダ部は、円周に沿って移動する移動位置、及び円周から径方向に沿って外方に突出する突出量を共に調節可能な3つの指示部材を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the disk-shaped holder portion is moved along the circumference, and the protruding amount is projected outward from the circumference in the radial direction. It is characterized by comprising three indicating members that can be adjusted together.

請求項8記載の発明は、上記大腿骨本体の骨頭頸部近傍に装着する、平板状部を有する第1の装着部と、上記第1の装着部に着脱自在に設けられ、第1の装着部の平板状部と間隔を空けて大腿骨骨頭に装着する平板状部を有する第2の装着部と、上記第1及び第2の装着部の各平板状部の間隙から骨頭頸部を切断した切断面に対するリーミング軸方向を示す、第1及び第2の装着部に着脱自在とした中空軸部と、上記第2の装着部に取付けられ、上記中空軸部を貫通支持する玉軸受け部を回動自在、且つ径方向にスライド自在に支持し、ネジ部の締結により上記玉軸受け部の回動位置及びスライド位置を固定可能な円盤状ホルダ部と、上記切断された大腿骨骨頭の術前計画時の形状に対応した保持部、この保持部に上記円盤状ホルダ部及び上記第2の装着部を装着した大腿骨骨頭を保持し、保持する大腿骨骨頭の切断面の位置及び方向により上記円盤状ホルダ部の玉軸受け部の回動位置及びスライド位置を補正する補正機構を備えたフレーム体とを具備したことを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a first attachment portion having a flat plate-like portion attached in the vicinity of the head and neck of the femoral body, and a first attachment portion detachably provided on the first attachment portion. The head and neck are cut from the gap between the plate-like portion of the second attachment portion having a plate-like portion to be attached to the femoral head at a distance from the plate-like portion of the head portion, and the plate-like portions of the first and second attachment portions. A hollow shaft portion detachably attached to the first and second mounting portions, showing a reaming axis direction with respect to the cut surface, and a ball bearing portion attached to the second mounting portion and penetrating and supporting the hollow shaft portion. A disk-shaped holder part that is supported rotatably and slidable in the radial direction, and can fix the rotational position and sliding position of the ball bearing part by fastening the screw part, and preoperatively the cut femoral head The holding part corresponding to the shape at the time of planning, the disk-like holder part and the upper A correction mechanism for holding the femoral head mounted with the second mounting portion and correcting the rotational position and slide position of the ball bearing portion of the disc-shaped holder portion according to the position and direction of the cut surface of the femoral head to be held. And a frame body provided.

本発明によれば、術前に患者の個人差を適正に反映して、骨盤臼蓋のリーミング動作と大腿骨骨頭の切断及び切断面からのリーミング動作を正確に決定することができ、術中は術前に決定した内容を正確に再現した執刀が実施できる。   According to the present invention, it is possible to accurately determine the pelvic acetabular reaming operation and the femoral head cutting and reaming operation from the cut surface by appropriately reflecting the individual differences of patients before the operation. A sword that accurately reproduces the contents determined before surgery can be implemented.

以下本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
(1.術前計画)
図1は、人工股関節置換術の術前計画用プログラムをインストールしたパーソナルコンピュータ(以下「PC」)10のハードウェア構成を示す。各種処理制御を司るCPU11とフロントサイドバスFSBを介してノースブリッジ12が接続される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1. Preoperative plan)
FIG. 1 shows a hardware configuration of a personal computer (hereinafter “PC”) 10 in which a preoperative planning program for hip replacement is installed. The north bridge 12 is connected to the CPU 11 that controls various processes and the front side bus FSB.

このノースブリッジ12は、さらにメモリバスMBを介してメインメモリ13と、またグラフィクスインタフェースAGPを介してグラフィックコントローラ14及びグラフィックメモリ15と接続される他、サウスブリッジ16とも接続され、主としてこれらの間での入出力制御を実行する。   The north bridge 12 is further connected to the main memory 13 via the memory bus MB and to the graphic controller 14 and the graphic memory 15 via the graphics interface AGP, and is also connected to the south bridge 16 mainly between them. Execute I / O control.

サウスブリッジ16は、PCIバス17、キーボード/マウス18、ビデオエンコーダ19、ハードディスク装置(HDD)20、ネットワークインタフェース(I/F)21、及びマルチディスクドライブ22と接続され、主としてこれら周辺回路とノースブリッジ12との間の入出力制御を行なう。   The south bridge 16 is connected to the PCI bus 17, keyboard / mouse 18, video encoder 19, hard disk device (HDD) 20, network interface (I / F) 21, and multi-disk drive 22. Input / output control with 12 is performed.

上記ハードディスク装置20内に、OS(オペレーティングシステム)と各種のアプリケーションプログラム、各種のデータファイル等に加えて、人工股関節置換手術の術前計画用プログラムとそれに付随する人工関節や各種治具の形状データ等が予めインストールされているものとする。   In the hard disk device 20, in addition to the OS (operating system), various application programs, various data files, etc., a preoperative planning program for hip replacement surgery and the accompanying shape data of artificial joints and various jigs Etc. are installed in advance.

なお、上記ビデオエンコーダ19は、与えられたデジタル値の画像信号からアナログ値の画像信号であるRGBビデオ信号を生成して出力し、ここでは図示しないカラーTFT(薄膜トランジスタ)液晶表示パネルで構成されるディスプレイ部を表示駆動する。   The video encoder 19 generates and outputs an RGB video signal, which is an analog image signal, from a given digital image signal, and is composed of a color TFT (thin film transistor) liquid crystal display panel (not shown). The display unit is driven to display.

また、上記マルチディスクドライブ22は、例えばCD(Compact Disc)規格、DVD(Digital Versatile Disc)規格に則った光ディスク媒体の再生と記録が可能であり、患者のX線写真、X線CT装置やMRI装置の断層写真等を記録した光ディスク媒体を再生して読出すことで、患者の下肢の3次元形状データを入力してハードディスク装置20に記録することができるものとする。   The multi-disc drive 22 can reproduce and record an optical disc medium in accordance with, for example, a CD (Compact Disc) standard and a DVD (Digital Versatile Disc) standard, and can be used for patient X-ray photography, X-ray CT apparatus, MRI, and the like. It is assumed that the three-dimensional shape data of the patient's lower limbs can be input and recorded in the hard disk device 20 by reproducing and reading out the optical disk medium on which the tomographic photograph of the device is recorded.

なお、これらPC10を構成する個々の要素は、きわめて一般的な周知の技術であるのでその説明は省略するものとする。   It should be noted that the individual elements constituting the PC 10 are very general well-known techniques, and therefore description thereof is omitted.

次に上記術前計画の動作について説明する。
図2は、このPC10のユーザである医師が、ハードディスク装置20に記憶されている術前計画用プログラムを起動して、主としてCPU11が実行する本発明の処理内容を示すものである。
Next, the operation of the preoperative plan will be described.
FIG. 2 shows the processing contents of the present invention which are executed mainly by the CPU 11 when a doctor who is a user of the PC 10 activates a preoperative planning program stored in the hard disk device 20.

この術前計画用プログラムを実行するにあたっては、X線CT装置あるいはMRI装置で撮像した2次元断層画像データスライスから作成した患者下肢の3次元骨形状データが読込まれ、ハードディスク装置20に格納されているものとする。   When this preoperative planning program is executed, the 3D bone shape data of the patient's lower limb created from the 2D tomographic image data slice imaged by the X-ray CT apparatus or the MRI apparatus is read and stored in the hard disk device 20. It shall be.

また、人工関節と術中に使用する各種治具の3次元形状データを別途用意し、併せてハードディスク装置20に格納しておく。   Further, three-dimensional shape data of the artificial joint and various jigs used during the operation are separately prepared and stored in the hard disk device 20 together.

しかして、図2の術前計画用プログラムを起動すると、ビデオエンコーダ19に接続したディスプレイ部の画面上でGUI(グラフィカル・ユーザ・インタフェース)が表示され、このGUI上で表示されている所望の下肢の立位あるいは臥位における3次元形状データを選択する。   When the preoperative planning program shown in FIG. 2 is started, a GUI (graphical user interface) is displayed on the screen of the display unit connected to the video encoder 19, and the desired lower limb displayed on the GUI is displayed. The three-dimensional shape data in the standing position or the lying position is selected.

これは、一般のPCプログラムで利用されているところの、下肢の3次元形状データを格納したフォルダを指定することで行なう。また、骨盤の3次元形状データと大腿骨の3次元形状データは、加重状態での立位及び抜重状態での臥位における3次元的な位置関係(3次元アラインメント)が予め正しく配置されているものとする。   This is performed by designating a folder storing the three-dimensional shape data of the lower limbs, which is used in a general PC program. In the three-dimensional shape data of the pelvis and the three-dimensional shape data of the femur, the three-dimensional positional relationship (three-dimensional alignment) in the standing position in the weighted state and the decubitus position in the extracted state is correctly arranged in advance. Shall.

(1−1.骨盤臼蓋側)
次いで、上記選択した下肢の骨盤の3次元形状データをハードディスク装置20のフォルダから読出してメインメモリ13で展開し、その3次元形状データを適当な視点から見た画像をディスプレイ画面上に表示する(ステップS101)。この表示においては、透視投影した3次元画像あるいは、3次元形状データを座標軸に平行な平面における断面で2次元表示することも可能であるものとする。
(1-1. Pelvic acetabulum side)
Next, the three-dimensional shape data of the selected lower limb pelvis is read from the folder of the hard disk device 20 and expanded in the main memory 13, and an image of the three-dimensional shape data viewed from an appropriate viewpoint is displayed on the display screen ( Step S101). In this display, a three-dimensional image or three-dimensional shape data obtained by perspective projection can be two-dimensionally displayed in a cross section in a plane parallel to the coordinate axis.

この3次元画像に対し、臼蓋縁上の3点A,B,Cを参照点として指定する(ステップS102)。
図3は上記参照点3点の指定結果を例示するもので、参照点として例えば、骨盤座標系(両前上腸骨棘と恥骨結合中心の3点を含む平面(XZ平面)で恥骨結合中心を原点とし決定される)で大腿骨骨頭中心を含む骨盤座標XY平面に位置する臼蓋縁上の2点(B,C)と、同じく臼蓋縁上で骨盤座標系のZ軸方向の最近位点の1点Aの計3点(A,B,C)をデジタイズする。
For this three-dimensional image, the three points A, B, and C on the acetabular edge are designated as reference points (step S102).
FIG. 3 exemplifies the result of specifying the above three reference points. As the reference point, for example, a pelvic coordinate system (a plane including the three points of both anterior superior iliac spine and the pubic joint center (XZ plane)) 2) (B, C) on the acetabular rim located on the pelvic coordinate XY plane including the center of the femoral head, and the latest in the Z-axis direction of the pelvic coordinate system on the acetabular rim Digitize a total of three points (A, B, C), one point A.

3縁点は任意の点位置でもよいが、上記のような位置に特定することで、術中に参照し易く、且つ後述する治具の座標系として利用し易くなる。   The three edge points may be arbitrary point positions, but by specifying the positions as described above, the three edge points can be easily referred to during the operation and can be easily used as a coordinate system of a jig described later.

上記臼蓋縁上の3点(A,B,C)を通る円周を臼蓋円と仮定し、その臼蓋円の中心Oと、該中心位置Oを原点とした放線ベクトルを作成する(ステップS103)。   Assuming that the circumference passing through the three points (A, B, C) on the acetabular edge is a acetabular circle, a center vector of the acetabular circle and a ray vector with the center position O as the origin are created ( Step S103).

図4は、3点(A,B,C)を通る臼蓋円の中心Oとその中心Oを通る臼蓋底側への放線とを例示する図である。上記3点を通過する臼蓋円とその径方向の寸法が算出できる。
この場合、当該ソフトウェアでは、上記臼蓋円平面をYZ平面、臼蓋円法線ベクトルをX軸として、法線ベクトルの平面通過点が中心でZ軸方向は骨盤座標系と同様としてジグ座標を定義し、このジグ座標の横断面、矢状面を表示させる。その両断面からカップ法線ベクトル通過位置を臼蓋平面や上下に任意の平面上で決定しその位置を算出する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the center O of the acetabular circle passing through the three points (A, B, C) and the ray to the bottom of the acetabulum passing through the center O. The acetabular circle passing through the three points and its radial dimension can be calculated.
In this case, in the software, the acetabular circle plane is the YZ plane, the acetabular circle normal vector is the X axis, the plane passing point of the normal vector is the center, and the Z axis direction is the same as in the pelvic coordinate system. Define and display the cross-section and sagittal plane of this jig coordinate. From the two cross sections, the cup normal vector passing position is determined on an acetabular plane or an arbitrary plane up and down, and the position is calculated.

こうして得た臼蓋円の径方向の寸法を参照することで、臼蓋縁のサイズから骨盤臼蓋用の人工関節である臼蓋カップ(以下「カップ」と称する)の3次元形状データを選択し、ハードディスク装置20から当該データを読出してディスプレイ画面に表示する(ステップS104)。   By referring to the radial dimensions of the acetabular circle thus obtained, the three-dimensional shape data of the acetabular cup (hereinafter referred to as “cup”), which is an artificial joint for the pelvic acetabulum, is selected from the size of the acetabular margin Then, the data is read from the hard disk device 20 and displayed on the display screen (step S104).

このカップを臼蓋に最適配置することにより、カップの放線ベクトル、すなわちリーミングの方向を算出する(ステップS105)。   By optimally arranging the cup on the acetabulum, the ray vector of the cup, that is, the reaming direction is calculated (step S105).

上記算出したカップ放線ベクトル上のスライスビューで、臼蓋円中心Oからカップ底面と臼蓋底面までの距離を算出する(ステップS106)。   In the slice view on the calculated cup ray vector, the distance from the acetabular circle center O to the cup bottom surface and the acetabular bottom surface is calculated (step S106).

また、このジグ座標においてX軸方向の任意の2XY平面(先に提示した円盤状ホルダの方向決定のための人工股関節置換手術用調整治具の設計からプラス100[mm]とマイナス50[mm]の平面でのカップ法線ベクトルの通過点を検出し位置を算出、もしくはその面の印刷を行なう。   In addition, an arbitrary 2XY plane in the X-axis direction in this jig coordinate (plus 100 [mm] and minus 50 [mm] from the design of the adjustment tool for artificial hip joint replacement surgery for determining the direction of the disc-shaped holder presented earlier) The passing point of the cup normal vector in the plane is detected and the position is calculated, or the surface is printed.

この治具の座標系で臼蓋円中心から点A,B,Cの位置までの距離を算出して印刷出力する。   The distance from the center of the acetabular circle to the positions of points A, B, and C is calculated and printed out in the coordinate system of the jig.

次に、設定したカップの放線ベクトルを表示するもので、この段階で骨形状モデルの治具座標系での断面を併せて表示する。   Next, the set ray vector of the cup is displayed. At this stage, the cross section of the bone shape model in the jig coordinate system is also displayed.

そのためには、図6に示すように、カップの原点をCO,カップ底点をCBとして臼蓋及びカップの座標系の構築が必要であるが、すでにこのカップ座標系と骨盤座標系によって表示された臼蓋位置との位置関係は、3次元の設置位置術前計画で、この術中支援操作管理においてはこの関係は既知である。そのため、単にカップ法線ベクトルを表示させる(ステップS107)。   For this purpose, as shown in FIG. 6, it is necessary to construct a coordinate system for the acetabulum and the cup with CO as the cup origin and CB as the cup bottom point. The positional relationship with the acetabular position is a three-dimensional installation position preoperative plan, and this relationship is known in this intraoperative support operation management. Therefore, the cup normal vector is simply displayed (step S107).

図7は、この座標変換によって得られる各項目の臼蓋座標系を臼蓋部での画像と共に示すもので、図7(A)がその画像、図7(B)が各項目の臼蓋座標系座標値を例示している。同図(B)に示す如く、臼蓋原点(0,0,0)に対して、臼蓋縁上の各点A〜Cの座標を示している。同図(A)中の各ベクトルは、

Figure 2009195490
FIG. 7 shows the acetabular coordinate system of each item obtained by this coordinate transformation together with the image at the acetabular part, FIG. 7A is the image, and FIG. 7B is the acetabular coordinate of each item. The system coordinate value is illustrated. As shown in FIG. 5B, the coordinates of the points A to C on the acetabular edge with respect to the acetabular origin (0, 0, 0) are shown. Each vector in FIG.
Figure 2009195490

上記のように臼蓋座標系を求めると、次いで上記臼蓋座標系でのカップ放線ベクトル式を求める。図8(A)に示すようにカップ底点CBからカップ原点COを通る放線ベクトルを考える。   When the acetabular coordinate system is obtained as described above, the cup ray vector expression in the acetabular coordinate system is then obtained. Consider a ray vector passing from the cup bottom point CB to the cup origin CO as shown in FIG.

図8(B)に示すようにカップ原点及びカップ底点の座標系を算出することで、放線ベクトル式のX,YをZの一次方程式で表すと、
X=aZ+b,Y=a′Z+b′ …(2)
となり、係数a,b,a′,b′は図8(C)に示すような値となる。
By calculating the coordinate system of the cup origin and the cup bottom point as shown in FIG.
X = aZ + b, Y = a′Z + b ′ (2)
Thus, the coefficients a, b, a ′, and b ′ have values as shown in FIG.

臼蓋円に沿った平面で、上記3縁点(A,B,C)の円周中心Oを中心とした原寸大の用紙を印刷出力する。この際、ジグ座標系を骨盤座標系のZ軸を同じとして定義してあるため、常に点Aは円中心の真上の点に位置する。   A full-size sheet centered on the circumferential center O of the three edge points (A, B, C) is printed out on a plane along the acetabular circle. At this time, since the jig coordinate system is defined with the Z axis of the pelvis coordinate system being the same, the point A is always located at a point directly above the center of the circle.

また、上記臼蓋円に沿った平面と平行する上方100[mm]と下方50[mm]で、上記3縁点(A,B,C)の円周中心Oに対応する位置を中心とし、且つカップ法線ベクトルの通過点位置をそれぞれ記した原寸大の用紙を印刷出力する。   Also, with the upper 100 [mm] and the lower 50 [mm] parallel to the plane along the acetabular circle, centered on the position corresponding to the circumferential center O of the three edge points (A, B, C), In addition, a full-size sheet in which the position of the passing point of the cup normal vector is written is printed out.

以上で骨盤臼蓋側の術前処理を終了し、得た変換結果等をハードディスク装置20に保存設定する(ステップS108)。   The pre-operative processing on the pelvic acetabulum side is completed as described above, and the obtained conversion result and the like are stored and set in the hard disk device 20 (step S108).

(1−2.大腿骨骨頭側)
次に大腿骨骨頭側の術前処理に移行する。
大腿骨骨頭側では、以下にステムと称する大腿骨骨頭側の人工関節(図15(B))を設置するために、ステムの長軸方向をZ軸として大腿骨の骨髄方向にリーミングする。このステム座標系はその術前設置位置計画において、大腿事座標系に対するステム位置の相対評価をするため、リーミングの方向を示すZ軸とステム骨頭中心の位置で決定されている。
(1-2. Femoral head side)
Next, the operation proceeds to preoperative treatment on the femoral head side.
On the femoral head side, in order to install a femoral head artificial joint (FIG. 15B), which will be referred to as a stem below, reaming is performed in the bone marrow direction of the femur with the long axis direction of the stem as the Z axis. This stem coordinate system is determined by the position of the Z axis indicating the reaming direction and the center of the stem head in order to make a relative evaluation of the stem position with respect to the femoral coordinate system in the pre-operative installation position plan.

具体的には、骨髄リーミングする大腿骨近位の点でステム座標のZ軸方向上に、後述するステム設置治具の取付位置を決定する(ステップS109)。
ここでは治具座標としてステム長軸方向と一致するステム座標をZ軸、骨頭中心の高さ位置の上記Z軸と直交するXY平面を表示させる。このステムZ軸の通過点を治具座標系の原点とし、ここを中心としてここからYZ方向に40[mm]位置、XY方向(骨頭中心の方向)に80[mm]の、一辺80[mm]の立方体形状を設定する。
Specifically, an attachment position of a stem installation jig (to be described later) is determined on the Z-axis direction of the stem coordinates at a point proximal to the femur where bone marrow reaming is performed (step S109).
Here, as the jig coordinates, the stem coordinates that coincide with the stem major axis direction are displayed as the Z axis, and the XY plane orthogonal to the Z axis at the height position of the head center is displayed. The passing point of the stem Z-axis is the origin of the jig coordinate system, and centered here is the position of 40 [mm] in the YZ direction, and 80 [mm] on one side of 80 [mm] in the XY direction (the direction of the head center). ] Is set.

骨頭中心面において、骨形状の断面(XY面)から、原点X方向の骨頭辺縁の位置(最近点)と、この位置から10[mm]近位の骨頭辺縁骨輪郭の位置を、設定した立法体の側面、上下面からの距離として算出することで特定する。   From the bone-shaped cross-section (XY plane), the position of the bone head margin in the origin X direction (nearest point) and the position of the bone border bone contour 10 [mm] proximal from this position are set on the bone center plane It is specified by calculating the distance from the side and top and bottom surfaces of the legislative body.

さらに、断面から、原点Y軸方向の10[mm]近位の骨頭辺縁位置を特定し、上記立方体側面からの距離を算出する。最近位点と違った壁面からの2点の長さの特定を必要とする。   Further, the position of the peripheral edge of the head of the head, which is 10 [mm] proximal in the direction of the origin Y-axis, is specified from the cross section, and the distance from the cube side surface is calculated. It is necessary to specify the length of two points from the wall surface different from the latest position.

しかし、術前の変形した骨頭において特定が困難な場合も想定し、10[mm]と20[mm]の断面から算出点を選定できるようにしたもので、これに対応して後述するフレーム体治具70の該当位置に長さ調整用のネジ穴を配置している。   However, it is assumed that it is difficult to specify the deformed bone head before the operation, and calculation points can be selected from cross sections of 10 [mm] and 20 [mm]. A screw hole for length adjustment is arranged at a corresponding position of the jig 70.

同様のステム座標による横断面と矢状面表示を、最近点から30[mm]位置と40[mm]位置で表示する。この表示において、大腿骨頸部の表面形状から原点レベルの10[mm]または20[mm]下方部で、明確に視認できる同一面上にない最低3点の位置を参照点として算出する。(ステップS110)。   The cross section and the sagittal plane display by the same stem coordinates are displayed at 30 [mm] position and 40 [mm] position from the nearest point. In this display, the positions of at least three points not on the same plane that can be clearly seen at the origin level 10 [mm] or 20 [mm] below from the surface shape of the femoral neck are calculated as reference points. (Step S110).

こうして求めたステムの取付位置及び参照点により、骨髄リーミングの骨髄Z軸に対する方向を決定し(ステップS111)、決定した結果を上記参照点と共に上記骨盤臼蓋側のデータと対応付けてハードディスク装置20に保存設定し(ステップS112)、以上で上記図2の術前計画処理を終了し、当該患者の人工股関節置換手術に備える。   The direction of the bone marrow reaming with respect to the bone marrow Z-axis is determined based on the stem mounting position and the reference point thus obtained (step S111), and the determined result is associated with the data on the pelvic acetabulum side together with the reference point. (Step S112), the preoperative planning process of FIG. 2 is completed, and the patient is prepared for hip replacement surgery for the patient.

(2.手術用治具)
次に人工股関節置換手術の術中に用いる各種治具について説明する。
(2−1.骨盤臼蓋側)
まず、図9乃至図13により骨盤臼蓋側で人工関節であるカップ装着のためにリーミング方向及び深さを決定するための治具とその使用過程について説明する。
図9は、臼蓋円面を中心として、その上方に所定距離、例えば100[mm]離れた平行な平面、及び下方に所定距離、例えば50[mm]離れた平行な平面を再現するフレーム体治具30の外観構成を示す斜視図である。
(2. Surgery jig)
Next, various jigs used during the hip replacement surgery will be described.
(2-1. Pelvic acetabular side)
First, a jig for determining a reaming direction and a depth for mounting a cup as an artificial joint on the pelvic acetabulum side and a process of using the jig will be described with reference to FIGS. 9 to 13.
FIG. 9 shows a frame body that reproduces a parallel plane separated by a predetermined distance, for example, 100 [mm] above and a parallel plane separated by a predetermined distance, for example, 50 [mm], below the acetabular circle surface. 2 is a perspective view showing an external configuration of a jig 30. FIG.

同図に示すようにこのフレーム体治具30は、12本の角柱フレームによる直方体に対し、1枚の平板31を上底面32及び下底面33と平行に固定配置したものである。平板31の上面から上記上底面32、下底面33までの各距離は上述した通りである。平板31の中央には例えば直径30[mm]の円孔34を形成する。   As shown in the figure, the frame body jig 30 is configured such that one flat plate 31 is fixedly arranged in parallel with the upper bottom surface 32 and the lower bottom surface 33 with respect to a rectangular parallelepiped having 12 prismatic frames. Each distance from the upper surface of the flat plate 31 to the upper bottom surface 32 and the lower bottom surface 33 is as described above. For example, a circular hole 34 having a diameter of 30 [mm] is formed in the center of the flat plate 31.

図10は、上記フレーム体治具30と組み合わせて用いる、円盤状ホルダ40と中空軸50の構成を示す。同図(A)は円盤状ホルダ40と中空軸50の側面構成を示し、同図(B)は同図(A)のX−X線方向より見た、主として円盤状ホルダ40の平面構成を示す。   FIG. 10 shows a configuration of the disk-shaped holder 40 and the hollow shaft 50 used in combination with the frame body jig 30. FIG. 4A shows the side structure of the disk-shaped holder 40 and the hollow shaft 50, and FIG. 4B mainly shows the planar structure of the disk-shaped holder 40 as viewed from the XX direction of FIG. Show.

円盤状ホルダ40は、一対の円形盤41,42の中央に形成した長円孔部に玉軸受け43を挟持してネジ部44,44で螺合し、その一対の円形盤41,42の間隔を可変することで、長円孔部に遊嵌される玉軸受け43の位置及び角度を任意に可変し、必要により固定化することができる。   The disc-shaped holder 40 has a ball bearing 43 sandwiched in an oblong hole formed at the center of a pair of circular discs 41 and 42 and is screwed with screw portions 44 and 44, and the distance between the pair of circular discs 41 and 42. By changing the position of the ball bearing 43, the position and angle of the ball bearing 43 loosely fitted in the oval hole can be arbitrarily changed, and can be fixed if necessary.

玉軸受け43と一体形成される外筒部45端に形成されたローレットノブ46の締め付けにより、この玉軸受け43に対して摺動自在に遊嵌された中空軸50の位置が固定される。   By tightening the knurled knob 46 formed at the end of the outer cylinder portion 45 formed integrally with the ball bearing 43, the position of the hollow shaft 50 loosely slidably fitted to the ball bearing 43 is fixed.

中空軸50は、図示する如く端部にT字状ハンドル51を備え、スライダ52を備えた中心軸53を同軸的に遊嵌するものであり、中心軸53に対するスライダ52の位置を調節することにより、円盤状ホルダ40側より突出する中心軸53の量を任意に調整できる。   The hollow shaft 50 is provided with a T-shaped handle 51 at the end as shown in the figure, and a center shaft 53 provided with a slider 52 is coaxially loosely fitted, and the position of the slider 52 with respect to the center shaft 53 is adjusted. Thus, the amount of the central shaft 53 protruding from the disk-shaped holder 40 side can be arbitrarily adjusted.

この中心軸53の臼蓋底側の先端には接触センサが内蔵されており、臼蓋底への接触の有無が外部で検知可能となっている。   A contact sensor is built in the tip of the center shaft 53 on the bottom side of the acetabulum so that the presence or absence of contact with the acetabulum bottom can be detected externally.

また、上記円盤状ホルダ40の外周部には、それぞれ円周方向に沿って移動可能なポインタ47A〜47Cが設けられる。これらポインタ47A〜47Cは、それぞれ円盤状ホルダ40の中心角度で略120[°]未満の角度範囲内で移動可能であり、一体にして取付けられるネジ部48A〜48Cの締付けにより移動位置を固定できる。   Further, pointers 47A to 47C that are movable along the circumferential direction are provided on the outer peripheral portion of the disk-shaped holder 40, respectively. These pointers 47A to 47C are movable within an angle range of less than about 120 [°] at the center angle of the disc-shaped holder 40, and the moving positions can be fixed by tightening the screw portions 48A to 48C attached integrally. .

さらに、上記ポインタ47A〜47Cの各外周側に突出した先端は、ポインタ47A〜47Cの本体に対して螺合された先鋭なポイントネジ部49A〜49Cであり、その回動により突出量を一定範囲、例えば最大12[mm]程度までの範囲内で調節可能となる。   Furthermore, the tips of the pointers 47A to 47C protruding to the outer peripheral sides are sharp point screw portions 49A to 49C screwed to the main bodies of the pointers 47A to 47C. For example, it can be adjusted within a range up to about 12 [mm].

加えて、これらポイントネジ部49A〜49Cは、選択に接触センサが内蔵され、実際の臼蓋縁点当接時に臼蓋縁への接触の有無が外部で検知可能となっている。   In addition, these point screw portions 49A to 49C have a built-in contact sensor for selection, and the presence or absence of contact with the acetabulum edge can be detected externally when the acetabulum edge point abuts.

しかるに、中空軸50を装着した円盤状ホルダ40を、上記フレーム体治具30の平板31に形成した円孔34に嵌合させることで、患者の骨盤臼蓋に対するカップのリーミング軸方向を指示することができる。   Accordingly, the disc-shaped holder 40 fitted with the hollow shaft 50 is fitted into the circular hole 34 formed in the flat plate 31 of the frame body jig 30 to indicate the reaming axis direction of the cup with respect to the pelvic acetabulum of the patient. be able to.

(2−1−1.術前の調整)
図11(A)〜図11(C)は、上記術前計画で印刷出力した、フレーム体治具30の上底面32、平板31、及び下底面33に貼付するガイドペーパーGP11〜GP13を例示するものである。
図11(B)は、平板31に貼付する臼蓋円面を模したガイドペーパーGP12であり、上記円孔34と一致するべく円孔が形成され、上記図3〜図5、図7で示した臼蓋縁上の3点A〜Cが術前に得られたデータに基づいて×印により正確にポイントされている。
(2-1-1. Preoperative adjustment)
FIGS. 11A to 11C illustrate guide papers GP11 to GP13 that are printed out in the preoperative plan and are attached to the upper bottom surface 32, the flat plate 31, and the lower bottom surface 33 of the frame body jig 30. FIG. Is.
FIG. 11B is a guide paper GP12 simulating a acetabular circle surface to be attached to the flat plate 31. A circular hole is formed so as to coincide with the circular hole 34, and is shown in FIG. 3 to FIG. 5 and FIG. The three points A to C on the acetabular rim are accurately pointed by crosses based on the data obtained before the operation.

また、図11(A)は、臼蓋円面の上側に100[mm]離れた上記上底面32に貼付するガイドペーパーGP11であり、当該空間位置におけるカップ放線ベクトルの通過位置UPが、上記ハードディスク装置20に記憶される、術前に得られたデータに基づいてポイントされている。   FIG. 11A shows a guide paper GP11 that is attached to the upper bottom surface 32 that is 100 [mm] away from the upper surface of the acetabular circle surface, and the pass position UP of the cup radiation vector at the spatial position is the hard disk. Points are based on pre-operative data stored in the device 20.

同様に、図11(C)は、臼蓋円の下側に50[mm]離れた上記下底面33に貼付するガイドペーパーGP13であり、当該空間位置におけるカップ放線ベクトルを延長した通過位置DPが、上記ハードディスク装置20に記憶される、術前に得られたデータに基づいてポイントされている。   Similarly, FIG. 11C is a guide paper GP13 to be attached to the lower bottom surface 33 that is 50 [mm] away from the lower side of the acetabular circle, and a passing position DP obtained by extending the cup ray vector at the spatial position is a guide paper GP13. The point is based on data obtained before the operation stored in the hard disk device 20.

上記ガイドペーパーGP11,GP13の通過位置LP及びDPを中心として中空軸50の太さに対応した円孔を形成した上で、ガイドペーパーGP11〜GP13をフレーム体治具30の上底面32、平板31、及び下底面33に貼付する。   After the circular holes corresponding to the thickness of the hollow shaft 50 are formed around the passing positions LP and DP of the guide papers GP11 and GP13, the guide papers GP11 to GP13 are attached to the upper bottom surface 32 and the flat plate 31 of the frame body jig 30. And affixed to the lower bottom surface 33.

上記円盤状ホルダ40のネジ部44,44を緩め、円形盤41,42に対する玉軸受け43の位置及び方向を任意に調整可能とした状態で、円盤状ホルダ40を上記ガイドペーパーGP12を貼付した平板31の円孔34位置に設置し、さらに中空軸50が上記上底面32に貼付したガイドペーパーGP11の通過位置LPの開口及び上記下底面33に貼付したガイドペーパーGP13の通過位置DPの開口を通過するように位置させる。   A flat plate on which the guide paper GP12 is affixed in a state where the screw portions 44, 44 of the disc-shaped holder 40 are loosened so that the position and direction of the ball bearing 43 relative to the circular discs 41, 42 can be arbitrarily adjusted. The hollow shaft 50 passes through the opening of the passing position LP of the guide paper GP11 stuck on the upper bottom surface 32 and the opening of the passing position DP of the guide paper GP13 stuck on the lower bottom surface 33. Position to do.

図12(A)は、上述したようにフレーム体治具30の対応する位置にガイドペーパーGP11〜GP13を貼付し、中空軸50を装着した円盤状ホルダ40を位置させている様子を示すもので、この状態で円盤状ホルダ40のネジ部44,44を締め付けることにより、人工関節であるカップの放線ベクトル方向に沿った中空軸50の設定を再現できることになる。   FIG. 12A shows a state in which the guide holders GP11 to GP13 are attached to the corresponding positions of the frame body jig 30 as described above, and the disk-shaped holder 40 with the hollow shaft 50 attached is positioned. In this state, the setting of the hollow shaft 50 along the direction of the ray vector of the cup, which is an artificial joint, can be reproduced by tightening the screw portions 44 of the disk-shaped holder 40.

こうして中空軸50をカップの放線ベクトル方向に合わせた後、図12(B)で示す如くローレットノブ46及びスライダ52を緩めて中空軸50とその内部の中心軸53を図中にXIIで示す該法線ベクトル方向に沿って任意に移動させ、上記平板31及び上記ガイドペーパーGP12から下方に突出した中空軸50と中心軸53の量を調節することにより、術前に算出しておいたカップの原点COから臼蓋底部までの距離を再現できる。   After aligning the hollow shaft 50 in the direction of the normal vector of the cup in this manner, the knurled knob 46 and the slider 52 are loosened as shown in FIG. 12B, and the hollow shaft 50 and the central shaft 53 inside thereof are indicated by XII in the drawing. By arbitrarily moving along the normal vector direction and adjusting the amount of the hollow shaft 50 and the central shaft 53 protruding downward from the flat plate 31 and the guide paper GP12, The distance from the origin CO to the bottom of the acetabulum can be reproduced.

この状態でローレットノブ46とスライダ52を締め付けることにより、臼蓋円面からカップ放線ベクトルに沿って臼蓋底部まで突出する中空軸50とその内部の中心軸53のり突出量を固定できる。   By tightening the knurled knob 46 and the slider 52 in this state, it is possible to fix the amount of protrusion of the hollow shaft 50 protruding from the acetabular surface to the bottom of the acetabulum along the cup ray vector and the central shaft 53 inside thereof.

(2−1−2.術中での使用法)
術中では、このように円盤状ホルダ40及び中空軸50で臼蓋円に対するカップ放線ベクトルの方向と臼蓋底部までの突出量とを再現したこの円盤状ホルダ40及び中空軸50を消毒し、術中に展開された患者の骨盤臼蓋に対して、臼蓋縁上に円盤状ホルダ40のポインタ47A〜47C先端のポイントネジ部49A〜49Cが当接するように設置する。
(2-1-2. Intraoperative usage)
During the operation, the disk-shaped holder 40 and the hollow shaft 50 are reproduced by sterilizing the disk-shaped holder 40 and the hollow shaft 50. The disk-shaped holder 40 and the hollow shaft 50 reproduce the direction of the cup radiation vector with respect to the acetabular circle and the protruding amount to the bottom of the acetabulum. The point screw portions 49A to 49C at the tips of the pointers 47A to 47C of the disc-shaped holder 40 are placed on the acetabulum edge with respect to the pelvic acetabulum of the patient developed in the above.

図13(A)はこのときの位置決めの状態を例示するものである。臼蓋縁上の3点と臼蓋底面の1点の計4点への接触はいずれも各先端の接触センサの出力により容易に確認することができる。   FIG. 13A illustrates the state of positioning at this time. Contact to a total of four points, that is, three points on the edge of the acetabulum and one point on the bottom surface of the acetabulum can be easily confirmed by the output of the contact sensor at each tip.

4点の接触が確認できた時点で、術前にモデルで設定したカップ放線ベクトルの方向が中空軸50の方向として正確に術中でも再現できたことになる。   When the contact of the four points is confirmed, the direction of the cup ray vector set by the model before the operation can be accurately reproduced as the direction of the hollow shaft 50 even during the operation.

その後、中心軸53をドリルに代えてパイロットピンを打ち、中心を決定する。その際に、中空軸50を固定する半円筒状のリーマーガイドをその支持部が骨盤外縁部に固定用ピンで固定する。   Thereafter, the center shaft 53 is replaced with a drill and a pilot pin is hit to determine the center. At that time, a semi-cylindrical reamer guide for fixing the hollow shaft 50 is fixed to a pelvis outer edge by a fixing pin.

ドリリング終了後、上記円盤状ホルダ40及び中空軸50を臼蓋から外す。臼蓋底部の穿孔はリーミング方向を示しているので、これを参考に上記リーマーガイドに沿ってリーミングを進める。最終的にカップを挿入する際までこの穿孔方向が参考となる。
図12(B)はリーミング終了後に臼蓋にカップ60を装着した状態のモデルを示す。
After completion of drilling, the disk-shaped holder 40 and the hollow shaft 50 are removed from the mortar cover. The piercing at the bottom of the acetabulum indicates the reaming direction, and reaming is advanced along the reamer guide with reference to this. This drilling direction is a reference until the final cup insertion.
FIG. 12B shows a model in a state where the cup 60 is attached to the acetabulum after the reaming.

(2−2.大腿骨骨頭側)
次に、図14乃至図20により大腿骨側で人工関節であるステム装着のために骨頭の切断と大腿骨骨髄のリーミング方向を決定するための治具とその使用過程について説明する。
(2-2. Femoral head side)
Next, a jig for cutting the head and determining the reaming direction of the femur bone marrow for mounting the stem which is an artificial joint on the femur side and the process of using the jig will be described with reference to FIGS.

図14は、頸部で切断した大腿骨骨頭の切断面に対して、大腿骨骨髄のリーミング方向の補正をするフレーム体治具70の外観構成を示す。このフレーム体治具70では、底面70Aに対して3方の側壁70B〜70Dが直立した略立方体構造を採っている。換言すると、一辺の外寸が80[mm]の立方体の上部及び1側面を省いた形状を採る。   FIG. 14 shows an external configuration of a frame body jig 70 that corrects the reaming direction of the femur bone marrow with respect to the cut surface of the femoral head cut at the neck. The frame body jig 70 has a substantially cubic structure in which three side walls 70B to 70D are upright with respect to the bottom surface 70A. In other words, a shape in which an upper part and one side surface of a cube whose outer dimension on one side is 80 [mm] is omitted is adopted.

相対峙した一対の側壁70B,70Dには中央部に一辺10[mm]の正方形を形成するように各角部に計4つのネジ穴が螺刻形成される。また、上記側壁70B,70Dに挟まれた側壁70Cには中央部に10[mm]の間隔を空けた計2つのネジ穴が縦方向に螺刻形成される。   A total of four screw holes are formed at each corner so as to form a square with a side of 10 [mm] at the center of the pair of side walls 70B and 70D that face each other. Further, in the side wall 70C sandwiched between the side walls 70B and 70D, a total of two screw holes with a distance of 10 [mm] are formed in the central portion in the vertical direction.

骨頭座標のYZ面に相当する上記側壁70B,70Dの各ネジ穴には各2本、XZ面に相当する側壁70Cのネジ穴には1本、及びXY面に相当する底面70Aに1本の計6本の先鋭なネジ部71a〜71fが外面側から内面側に向けて取付けられ、それぞれの突出量が調整可能とされている。   Two screw holes in each of the side walls 70B and 70D corresponding to the YZ plane of the head coordinate, one in each screw hole in the side wall 70C corresponding to the XZ plane, and one on the bottom surface 70A corresponding to the XY plane. A total of six sharp threaded portions 71a to 71f are attached from the outer surface side toward the inner surface side, and the amount of protrusion of each is adjustable.

これらネジ部71a〜71fはいずれも、先端部が先鋭で且つ接触センサが内蔵され、後述する接続後の骨頭部の設置に際して該骨頭への接触の有無を正確に検出可能となる。   Each of these screw portions 71a to 71f has a sharp tip and a built-in contact sensor, and can accurately detect the presence or absence of contact with the bone head when the bone head is connected after connection.

加えて、底面70Aより直立したネジ部72を有するもので、このネジ部72は、ボルト73の回動に伴って骨頭座標のX軸方向に相当する図中の矢印XIV方向に沿って任意にスライドする。このネジ部72の軸方向が、大腿骨骨髄軸方向と一致するZ軸を示している。   In addition, it has a screw portion 72 that stands upright from the bottom surface 70A, and this screw portion 72 is arbitrarily provided along the direction of the arrow XIV in the figure corresponding to the X-axis direction of the bone head coordinates as the bolt 73 rotates. Slide. The axial direction of the threaded portion 72 indicates the Z axis that coincides with the femur bone marrow axial direction.

図15(A)は、大腿骨の骨頭切断と大腿骨骨髄方向検出に用いる骨切り治具80の一部外観構成を示す。同図(A)で骨切り治具80は、外見上、一対の平板状部81,82が、傾斜板部83を介して一体、且つ所定の間隙を空けるように構成される。平板状部82は、図中の傾斜板部83近傍の分離部82aで平板状部81側と分離可能となる。   FIG. 15A shows a partial external configuration of the osteotomy jig 80 used for femoral head cutting and femur bone marrow direction detection. In FIG. 1A, the osteotomy jig 80 is configured such that a pair of flat plate portions 81 and 82 are integrated via an inclined plate portion 83 and have a predetermined gap. The flat plate-like portion 82 can be separated from the flat plate-like portion 81 side by a separation portion 82a in the vicinity of the inclined plate portion 83 in the drawing.

平板状部81,82共に2本のピン孔811,812,821,822が形成され、平板状部81,82を大腿骨骨頭側側面よりそれぞれピンにて固定することができる。平板状部81,82の間隙に沿って骨切り用のソーを挿入し、大腿骨の骨頭頸部を切断する。   Two plate holes 811, 812, 821, and 822 are formed in both of the flat plate portions 81 and 82, and the flat plate portions 81 and 82 can be fixed with pins from the side surfaces of the femoral head. An osteotomy saw is inserted along the gap between the flat plate portions 81 and 82 to cut the femoral head and neck.

上記傾斜板部83は、平板状部81,82とオフセットした位置に円弧状の切欠きが形成され、上記骨盤側の軸として用いた円盤状ホルダ40とほぼ同等の円盤状ホルダ(図示せず)が装着される。この円盤状ホルダは、上記円盤状ホルダ40に比して円周部のポインタ47A〜47C、ネジ部48A〜48Cが存在しない点を除いて、ほぼ同様の構成を有するものであり、中央の玉軸受けはこれも図示しない中空軸を任意の方向で支持し、ネジ部の締め付けにより当該玉軸受けの角度を固定することができる。   The inclined plate portion 83 has an arc-shaped notch formed at a position offset from the flat plate portions 81 and 82, and is a disk-shaped holder (not shown) that is substantially equivalent to the disk-shaped holder 40 used as the pelvic side shaft. ) Is installed. This disk-shaped holder has substantially the same configuration as the disk-shaped holder 40 except that there are no circumferential pointers 47A to 47C and screw parts 48A to 48C. The bearing also supports a hollow shaft (not shown) in an arbitrary direction, and the angle of the ball bearing can be fixed by tightening the screw portion.

図15(B)は、大腿骨骨頭切離後に人工関節として設置されるステム90の外観構成
を示す。図中、下端の先鋭な部分を切離した大腿骨骨頭に対し大腿骨骨髄の軸方向(Z方向)に挿入して固定する。
FIG. 15B shows an external configuration of a stem 90 that is installed as an artificial joint after the femoral head is cut off. In the figure, it is inserted and fixed in the axial direction (Z direction) of the femur bone marrow with respect to the femoral head from which the sharp part at the lower end is cut off.

(2−2−1.術前の調整)
まず、フレーム体治具70のネジ部72を、最近位点の位置から算出可能なリーミング方向(Z軸)の位置へボルト73を回動して移動させる。
(2-2-1. Adjustment before surgery)
First, the screw 73 of the frame body jig 70 is moved by rotating the bolt 73 to a position in the reaming direction (Z axis) that can be calculated from the position of the nearest point.

併せて、底面70A及び側壁70B〜70Dのネジ部71a〜71fの各突出量を術前計画で得た骨頭形状及び頚部の骨輪郭までの距離に基づいて調整しておく。   In addition, the protruding amounts of the screw portions 71a to 71f of the bottom surface 70A and the side walls 70B to 70D are adjusted based on the bone head shape obtained by the preoperative plan and the distance to the bone contour of the neck.

この際、予め骨頭部輪郭形状を各角度から原寸大で印刷しておいた用紙を各底面70A及び側壁70B〜70Dの内面側に貼付しておいてその画像に合わせて各ネジ部71a〜71fの突出量を目視しながら調整するものとしてもよい。   At this time, a paper on which the bone head contour shape is printed in full size from each angle is pasted on the inner surfaces of the bottom surfaces 70A and the side walls 70B to 70D, and the screw portions 71a to 71f are matched to the images. It is good also as what adjusts, visually observing the protrusion amount.

(2−2−2.術中での使用法)
以下、術中の大腿骨側の取扱いに関して図16乃至図20を用いて説明する。
術中には、図16にモデルを示すような形状の大腿骨TB骨頭側に対し、図17に示す如く上記骨切り治具80を設置する。
(2-2-2. Intraoperative use)
Hereinafter, handling on the femoral side during the operation will be described with reference to FIGS. 16 to 20.
During the operation, the osteotomy jig 80 is installed on the side of the femoral TB head having a shape as shown in FIG. 16 as shown in FIG.

この場合、一体に連結した平板状部81,82の間隙が術前に計画した骨頭頸部に位置するようにして各ピン孔811,812,821,822に対してピンを打ち込むことで、図17に示すように骨頭側の前面側に骨切り治具80を設置する、
上述した如く、一体に連結された平板状部81,82の中央の間隙が骨切り面となるもので、骨切りを終えた後、平板状部81,82のそれぞれ大腿骨へのピンを固定したままこの平板状部81,82を上記分離部82aより分離し、大腿骨骨頭側の平板状部81は円盤状ホルダを付けたまま摘出する。
In this case, a pin is driven into each pin hole 811, 812, 821, 822 so that the gap between the integrally connected flat plate portions 81, 82 is located at the head and neck of the head planned before the operation. As shown in FIG. 17, an osteotomy jig 80 is installed on the front side of the head side.
As described above, the central gap between the integrally connected flat plate portions 81 and 82 becomes the osteotomy surface, and after finishing the bone cutting, the pins of the flat plate portions 81 and 82 to the respective femurs are fixed. The flat plate portions 81 and 82 are separated from the separation portion 82a, and the flat plate portion 81 on the femoral head side is removed with the disc-shaped holder attached.

図18に示すように摘出した骨頭及び平板状部81を、上記フレーム体治具70に支持する。上述した如くフレーム体治具70の中央には、大腿骨骨髄方向を示すZ軸を示すネジ部72が直立しており、フレーム体治具70の対応する壁面からのネジ先端からのZ軸を示すネジ部72までの距離は術前計画において算出したジグ座標で算出した原点から最近位点までの距離に調整しておく。円盤状ホルダの玉軸受けに対して、このネジ部72を貫通させるように配置する。   As shown in FIG. 18, the extracted bone head and the flat plate-like portion 81 are supported by the frame body jig 70. As described above, in the center of the frame body jig 70, the screw portion 72 indicating the Z axis indicating the femur bone marrow direction is upright, and the Z axis from the tip of the screw from the corresponding wall surface of the frame body jig 70 is arranged. The distance to the screw part 72 shown is adjusted to the distance from the origin to the nearest point calculated by the jig coordinates calculated in the preoperative plan. It arrange | positions so that this thread part 72 may be penetrated with respect to the ball bearing of a disk shaped holder.

このフレーム体治具70の側壁70B〜70Dは治具座標系に対応しており、上述した如く側壁70B〜70Dの各面から術前計算された距離に調整してネジ部71a〜71fの突出量が設定されている。   The side walls 70B to 70D of the frame body jig 70 correspond to the jig coordinate system. As described above, the projections of the screw portions 71a to 71f are adjusted to the distances calculated before the operation from the respective surfaces of the side walls 70B to 70D. The amount is set.

そのため、図19に示すように、所定の長さに調整したネジ部71a〜71f先端に、摘出した骨頭部が接するように位置させる。この場合、ネジ部72に貫通された上記円盤状ホルダの玉軸受けは位置及び角度が固定化されていないため、骨頭の自由な移動が実現できる。   Therefore, as shown in FIG. 19, it positions so that the extracted bone head may contact | connect the front-end | tip of the screw parts 71a-71f adjusted to predetermined length. In this case, since the position and the angle of the ball bearing of the disk-shaped holder penetrated by the screw portion 72 are not fixed, the free movement of the bone head can be realized.

骨頭部と頸部で3方向の壁面から突出した各ネジ部71a〜71f先端との接触を確認できると、その時点で底面70A及び側壁70B〜70Dから骨頭の骨皮質面までの距離が術前計画を再現できたものとなり、当該位置にある円盤状ホルダの玉軸受けの角度が切断面の位置に関係なくステムのZ軸方向でステムの原点を通過していることになる。   When contact with the tips of the screw portions 71a to 71f protruding from the three-direction wall surfaces at the bone head and neck is confirmed, the distance from the bottom surface 70A and the side walls 70B to 70D to the bone cortical surface of the bone head is preoperatively. The plan can be reproduced, and the angle of the ball bearing of the disc-shaped holder at the position passes through the origin of the stem in the Z-axis direction of the stem regardless of the position of the cut surface.

この参照点は骨頭部で最近位点を含む違った壁面からの2点と、頚部において違った面の3点のネジの調整を行う、それぞれのネジ先端には接触センサーを敷設しておく。   This reference point adjusts two screws from different wall surfaces including the most recent point on the bone head and three screws on different surfaces in the neck, and a contact sensor is laid at each screw tip.

したがって、その状態で円盤状ホルダのネジ部を締め付けて玉軸受けの位置及び角度を固定した後、ピン孔811,812のピンを抜くことで平板状部81と円盤状ホルダを骨頭から取り外し、再び大腿骨に取付けられている平板状部82に連結させる。この時点で、骨切り治具80の円盤状ホルダの玉軸受けは、正確に大腿骨の骨髄(Z)方向を示しているので、図20に示す如く該玉軸受けに対してドリリングを行ない、その後にドリル位置にしたがってリーミング(オーバードリル)処理を行なうことで、術前計画と同様の方向を再現することができ、上記図15(B)で示したステム90を設置することができる。   Therefore, after tightening the screw part of the disk-shaped holder in this state to fix the position and angle of the ball bearing, the plate-shaped part 81 and the disk-shaped holder are removed from the bone head by removing the pins of the pin holes 811 and 812, and again. It connects with the flat part 82 attached to the femur. At this point, since the ball bearing of the disc-shaped holder of the osteotomy jig 80 accurately indicates the bone marrow (Z) direction of the femur, drilling is performed on the ball bearing as shown in FIG. By performing the reaming (over drill) process according to the drill position, the same direction as the preoperative plan can be reproduced, and the stem 90 shown in FIG. 15B can be installed.

上記のように、X線CTスキャン装置及びMRI装置による骨形状モデルを用いた人工股関節の置換手術に関し、術前に患者の個人差を適正に反映して、骨盤臼蓋のリーミング動作と大腿骨骨頭の切断及び切断面からのリーミング動作を正確に決定することができ、術中は術前に決定した内容を正確に再現した執刀が実施できる。   As described above, regarding the hip replacement surgery using the bone shape model by the X-ray CT scanning apparatus and the MRI apparatus, the pelvic acetabular reaming operation and the femur are appropriately reflected in the individual differences of the patient before the operation. The cutting of the bone head and the reaming operation from the cut surface can be accurately determined, and during the operation, a surgical operation that accurately reproduces the content determined before the operation can be performed.

加えて、本実施形態による術前計画のためのパーソナルコンピュータ用ソフトウェア及び術中に用いる各種治具類は、大病院のみならず比較的小規模な一般病院でも充分実用可能なものとして有用である。   In addition, the personal computer software for preoperative planning and various jigs used during the operation according to the present embodiment are useful as those that are sufficiently practical not only in large hospitals but also in relatively small general hospitals.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件により適宜の組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not deviate from the summary. In addition, the functions executed in the above-described embodiments may be implemented in appropriate combination as much as possible. The above-described embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination according to a plurality of disclosed structural requirements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, if the effect is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

本発明の一実施形態に係る人工股関節置換手術の術前計画用プログラムをインストールしたパーソナルコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図。The block diagram which shows the hardware constitutions of the personal computer which installed the preoperative planning program of the hip replacement surgery which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に係る術前計画用プログラムの処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the processing content of the program for preoperative planning which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る骨盤臼蓋側の術前処理段階を例示する図。The figure which illustrates the preoperative process step by the side of the pelvis acetabulum concerning the embodiment. 同実施形態に係る骨盤臼蓋側の術前処理段階を例示する図。The figure which illustrates the preoperative process step by the side of the pelvis acetabulum concerning the embodiment. 同実施形態に係る骨盤臼蓋側の術前処理段階を例示する図。The figure which illustrates the preoperative process step by the side of the pelvis acetabulum concerning the embodiment. 同実施形態に係る骨盤臼蓋側の術前処理段階を例示する図。The figure which illustrates the preoperative process step by the side of the pelvis acetabulum concerning the embodiment. 同実施形態に係る骨盤臼蓋側の術前処理段階を例示する図。The figure which illustrates the preoperative process step by the side of the pelvis acetabulum concerning the embodiment. 同実施形態に係る骨盤臼蓋側の術前処理段階を例示する図。The figure which illustrates the preoperative process step by the side of the pelvis acetabulum concerning the embodiment. 同実施形態に係る臼蓋用フレーム体治具の外観構成を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance structure of the frame body jig | tool for acetabulum based on the embodiment. 同実施形態に係る円盤状ホルダ及び中空軸の構成を示す図。The figure which shows the structure of the disk shaped holder and hollow shaft which concern on the same embodiment. 同実施形態に係る臼蓋用フレーム体治具に装着されるガイドペーパーを例示する図。The figure which illustrates the guide paper with which the frame body jig | tool for acetabula which concerns on the same embodiment is mounted | worn. 同実施形態に係る臼蓋用フレーム体治具とガイドペーパーを用いた円盤状ホルダと中空軸の設定を例示する図。The figure which illustrates the setting of the disk-shaped holder and hollow shaft using the frame body jig | tool for acetabulum and guide paper which concern on the embodiment. 同実施形態に係る術前計画に基づいた術中の円盤状ホルダ及び中空軸の骨盤臼蓋への当接と設置されたカップ(人工関節)とを示す図。The figure which shows the contact | abutting to the pelvic acetabulum of the intraoperative disk-shaped holder and hollow shaft based on the preoperative plan which concerns on the same embodiment, and the installed cup (artificial joint). 同実施形態に係る大腿骨骨頭用フレーム体治具の外観構成を示す図。The figure which shows the external appearance structure of the frame body jig | tool for the femoral head which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る大腿骨切断用骨切り治具とステム(人工関節)の外観構成を示す図。The figure which shows the external appearance structure of the osteotomy jig | tool for cutting a femur and stem (artificial joint) which concern on the embodiment. 同実施形態に係る大腿骨骨頭の切断からステム装着のための骨髄方向検出までを段階的に示す図。The figure which shows in steps from the cutting | disconnection of the femoral head which concerns on the embodiment to the bone marrow direction detection for stem mounting | wearing. 同実施形態に係る大腿骨骨頭の切断からステム装着のための骨髄方向検出までを段階的に示す図。The figure which shows in steps from the cutting | disconnection of the femoral head which concerns on the embodiment to the bone marrow direction detection for stem mounting | wearing. 同実施形態に係る大腿骨骨頭の切断からステム装着のための骨髄方向検出までを段階的に示す図。The figure which shows in steps from the cutting | disconnection of the femoral head which concerns on the embodiment to the bone marrow direction detection for stem mounting | wearing. 同実施形態に係る大腿骨骨頭の切断からステム装着のための骨髄方向検出までを段階的に示す図。The figure which shows in steps from the cutting | disconnection of the femoral head which concerns on the embodiment to the bone marrow direction detection for stem mounting | wearing. 同実施形態に係る大腿骨骨頭の切断からステム装着のための骨髄方向検出までを段階的に示す図。The figure which shows in steps from the cutting | disconnection of the femoral head which concerns on the embodiment to the bone marrow direction detection for stem mounting | wearing.

符号の説明Explanation of symbols

10…パーソナルコンピュータ(PC)、11…CPU、12…ノースブリッジ、13…メインメモリ、14…グラフィックコントローラ、15…グラフィックメモリ、16…サウスブリッジ、17…PCIバス、18…キーボード/マウス、19…ビデオエンコーダ、20…ハードディスク装置(HDD)、21…ネットワークインタフェース(I/F)、22…マルチディスクドライブ、30…臼蓋用フレーム体治具、31…平板、32…上底面、33…下底面、34…円孔、35…、36…、37…、38…、39…、40…円盤状ホルダ、41,42…円形盤、43…玉軸受け、44…ネジ部、45…外筒部、46…ローレットノブ、47A〜47C…ポインタ、48A〜48C…ネジ部、49A〜49C…ポイントネジ部、50…中空軸、51…T字状ハンドル、52…スライダ、53…中心軸、60…カップ、70…フレーム体治具、70A…底面、70B〜70D…側壁、71a〜71f…ネジ部、72…ネジ部、73…ボルト、80…骨切り治具、81,82…平板状部、82a…分離部、83…傾斜板部、90…ステム、AGP…グラフィクスインタフェース、FSB…フロントサイドバス、MB…メモリバス、TB…大腿骨。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Personal computer (PC), 11 ... CPU, 12 ... North bridge, 13 ... Main memory, 14 ... Graphic controller, 15 ... Graphic memory, 16 ... South bridge, 17 ... PCI bus, 18 ... Keyboard / mouse, 19 ... Video encoder, 20 ... Hard disk device (HDD), 21 ... Network interface (I / F), 22 ... Multi-disk drive, 30 ... Frame body jig for acetabulum, 31 ... Flat plate, 32 ... Upper bottom surface, 33 ... Lower bottom surface 34 ... Circular hole, 35 ..., 36 ..., 37 ..., 38 ..., 39 ..., 40 ... Disc-shaped holder, 41, 42 ... Circular disc, 43 ... Ball bearing, 44 ... Screw part, 45 ... Outer cylinder part, 46 ... Knurled knob, 47A-47C ... Pointer, 48A-48C ... Screw part, 49A-49C ... Point screw part, 50 ... Empty shaft, 51 ... T-shaped handle, 52 ... Slider, 53 ... Center axis, 60 ... Cup, 70 ... Frame body jig, 70A ... Bottom surface, 70B-70D ... Side wall, 71a-71f ... Screw part, 72 ... Screw , 73 ... bolt, 80 ... osteotomy jig, 81 and 82 ... flat plate part, 82a ... separation part, 83 ... inclined plate part, 90 ... stem, AGP ... graphics interface, FSB ... front side bus, MB ... memory Bus, TB ... femur.

Claims (8)

臼蓋を含む骨盤の2次元断層画像を複数入力する画像入力ステップと、
上記画像入力ステップで入力した複数の画像から少なくとも臼蓋を含む骨盤の3次元画像を再構築する画像再構築ステップと、
上記画像再構築ステップで得た骨盤の臼蓋の3次元画像から、置換する人工関節と設置位置とを決定する人工関節決定ステップと、
上記人工関節決定ステップで決定した人工関節及びその設置位置と、上記3次元画像中の臼蓋の参照点とに基づき、骨盤臼蓋に人工関節を埋設するためのリーミング動作で使用する各種パラメータを決定するパラメータ決定ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする人工股関節置換手術の術前計画用プログラム。
An image input step for inputting a plurality of two-dimensional tomographic images of the pelvis including the acetabulum;
An image reconstruction step of reconstructing a three-dimensional image of the pelvis including at least the acetabulum from the plurality of images input in the image input step;
From the three-dimensional image of the pelvic acetabulum obtained in the image reconstruction step, an artificial joint determination step for determining a replacement artificial joint and an installation position;
Various parameters used in the reaming operation for embedding the artificial joint in the pelvic acetabulum based on the artificial joint determined in the artificial joint determination step and its installation position and the reference point of the acetabulum in the three-dimensional image. A program for preoperative planning of hip replacement surgery, characterized by causing a computer to execute a parameter determining step to be determined.
上記パラメータ決定ステップは、臼蓋縁上の3点の位置座標と上記設置位置における人工関節の法線ベクトルとに基づいて、臼蓋縁の3点で形成される円盤からの臼蓋底面まで距離を含む各種パラメータを決定することを特徴とする請求項1記載の人工股関節置換手術の術前計画用プログラム。   The parameter determination step is performed by measuring the distance from the disc formed by the three points of the acetabular edge to the acetabular bottom based on the position coordinates of the three points on the acetabular edge and the normal vector of the artificial joint at the installation position. The preoperative planning program for hip replacement surgery according to claim 1, wherein various parameters including: are determined. 上記臼蓋縁上の3点は、両前上腸骨棘と恥骨結合中心の3点を含む平面(XZ平面)で恥骨結合中心を原点として設定する骨盤座標系の大腿骨骨頭中心を含むXY平面に位置する臼蓋縁上の2点と、同じく臼蓋縁上で骨盤座標系のZ軸方向での最近位点の1点とすることを特徴とする請求項2記載の人工股関節置換手術の術前計画用プログラム。   The three points on the acetabular margin are XY including the femoral head center of the pelvic coordinate system in which the pubic joint center is set as the origin in a plane (XZ plane) including the three points of both anterior superior iliac spines and the pubic joint center The total hip replacement surgery according to claim 2, characterized in that two points on the acetabular margin located in a plane and one of the closest points in the Z-axis direction of the pelvic coordinate system on the acetabular margin are also used. Preoperative planning program. 股関節を含む大腿骨の2次元断層画像を複数入力する画像入力ステップと、
上記画像入力ステップで入力した複数の画像から少なくとも股関節の骨頭を含む大腿骨の3次元画像を再構築する画像再構築ステップと、
上記画像再構築ステップで得た大腿骨の骨頭を含む3次元画像から、置換する人工関節と設置位置とを決定する人工関節決定ステップと、
上記人工関節決定ステップで決定した人工関節及びその設置位置と、上記3次元画像中の骨頭の参照点とに基づき、大腿骨骨頭頸部を切断後に人工関節を埋設するための骨髄リーミング動作で使用する各種パラメータを決定するパラメータ決定ステップと
をコンピュータに実行させることを特徴とする人工股関節置換手術の術前計画用プログラム。
An image input step of inputting a plurality of two-dimensional tomographic images of the femur including the hip joint;
An image reconstruction step of reconstructing a three-dimensional image of the femur including at least the hip head from the plurality of images input in the image input step;
An artificial joint determination step for determining an artificial joint to be replaced and an installation position from a three-dimensional image including the femoral head obtained in the image reconstruction step;
Used in bone marrow reaming operation to embed the prosthetic joint after cutting the femoral head and neck based on the prosthetic joint determined in the prosthetic joint determining step and its installation position and the reference point of the femoral head in the three-dimensional image A program for preoperative planning of hip replacement surgery, characterized by causing a computer to execute a parameter determination step for determining various parameters to be performed.
上記パラメータ決定ステップは、大腿骨骨頭頸部の切断面に対する大腿骨骨髄軸の距離及び方向を示す各種パラメータを決定することを特徴とする請求項4記載の人工股関節置換手術の術前計画用プログラム。   5. The preoperative planning program for artificial hip joint replacement surgery according to claim 4, wherein the parameter determining step determines various parameters indicating the distance and direction of the femoral bone marrow axis with respect to the cut surface of the femoral head and neck. . 骨盤臼蓋のリーミング軸方向を示す中空軸部と、
上記中空軸部を貫通支持する玉軸受け部を回動自在、且つ径方向にスライド自在に支持し、ネジ部の締結により上記玉軸受け部の回動位置及びスライド位置を固定可能な円盤状ホルダ部と、
上記円盤状ホルダ部を装着するホルダ装着面、このホルダ装着面を挟んで所定距離の位置に紙面を装着する第1及び第2の紙面装着部を備えた、上記円盤状ホルダの方向決定のためのフレーム体と
を具備したことを特徴とする人工股関節置換手術用治具。
A hollow shaft portion indicating the reaming axis direction of the pelvic acetabulum;
A disc-shaped holder portion that supports a ball bearing portion that penetrates and supports the hollow shaft portion so as to be rotatable and slidable in a radial direction, and can fix the rotation position and the slide position of the ball bearing portion by fastening a screw portion. When,
For determining the direction of the disk-shaped holder, comprising a holder mounting surface for mounting the disk-shaped holder portion, and first and second paper surface mounting portions for mounting a paper surface at a predetermined distance across the holder mounting surface. An artificial hip joint replacement surgical jig characterized by comprising:
上記円盤状ホルダ部は、円周に沿って移動する移動位置、及び円周から径方向に沿って外方に突出する突出量を共に調節可能な3つの指示部材を備えることを特徴とする請求項6記載の人工股関節置換手術用治具。   The disk-shaped holder portion includes three indicating members capable of adjusting both a moving position that moves along the circumference and a protruding amount that protrudes outward from the circumference in the radial direction. Item 7. The artificial hip joint replacement jig according to Item 6. 上記大腿骨本体の骨頭頸部近傍に装着する、平板状部を有する第1の装着部と、
上記第1の装着部に着脱自在に設けられ、第1の装着部の平板状部と間隔を空けて大腿骨骨頭に装着する平板状部を有する第2の装着部と、
上記第1及び第2の装着部の各平板状部の間隙から骨頭頸部を切断した切断面に対するリーミング軸方向を示す、第1及び第2の装着部に着脱自在とした中空軸部と、
上記第2の装着部に取付けられ、上記中空軸部を貫通支持する玉軸受け部を回動自在、且つ径方向にスライド自在に支持し、ネジ部の締結により上記玉軸受け部の回動位置及びスライド位置を固定可能な円盤状ホルダ部と、
上記切断された大腿骨骨頭の術前計画時の形状に対応した保持部、この保持部に上記円盤状ホルダ部及び上記第2の装着部を装着した大腿骨骨頭を保持し、保持する大腿骨骨頭の切断面の位置及び方向により上記円盤状ホルダ部の玉軸受け部の回動位置及びスライド位置を補正する補正機構を備えたフレーム体と
を具備したことを特徴とする人工股関節置換手術用治具。
A first attachment part having a flat plate-like part attached to the vicinity of the head and neck of the femoral body;
A second mounting portion that is detachably provided on the first mounting portion and has a flat plate-like portion that is mounted on the femoral head at a distance from the flat plate portion of the first mounting portion;
A hollow shaft portion detachably attached to the first and second mounting portions, showing a reaming axis direction with respect to a cut surface obtained by cutting the head and neck of the first and second mounting portions from the gap between the flat plate portions;
A ball bearing portion, which is attached to the second mounting portion and supports the hollow shaft portion so as to penetrate therethrough, is rotatably supported and slidable in a radial direction. A disc-shaped holder that can fix the slide position;
A holding part corresponding to the shape at the time of preoperative planning of the cut femoral head, and the femur holding and holding the femoral head with the discoid holder part and the second attachment part attached to the holding part A hip replacement surgical treatment characterized by comprising a frame body having a correction mechanism for correcting the rotational position and slide position of the ball bearing portion of the disc-shaped holder portion according to the position and direction of the cutting surface of the bone head. Ingredients.
JP2008040549A 2008-02-21 2008-02-21 Program for preoperative plan of artificial hip joint replacement, and instrument for supporting the replacement Withdrawn JP2009195490A (en)

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