JP2012045417A - Tool for artificial knee joint replacement surgery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reproduce contents decided from a reference point of a thigh bone knee joint using a special jig installed perioperatively in an intramedullary alignment rod after the position and angle of a distal osteotomy surface to which the intramedullary alignment rod is used is decided accurately by properly reflecting individual differences of a patient.SOLUTION: The tool for artificial knee joint replacement surgery includes: an abutting part 31 which abuts on the reference point of the knee joint of a thigh bone; mounting sections 33 and 34 where the intramedullary alignment rod (IM) to be inserted in the intramedullary of the thigh bone is mounted; and an arm section 32 which connects the abutting part 31 and the mounting sections and is adjustable according to parameters about the insertion of the intramedullary alignment rod (IM) at the mounting position and mounting angle on the mounting sections 33 and 34 decided preoperatively.

Description

本発明は、医療用断層画像を用いて人体の膝に対する人工膝関節の置換手術を計画し、手術をするための人工膝関節置換手術用治具に関する。   The present invention relates to a prosthetic knee joint replacement jig for planning and performing an artificial knee joint replacement operation on a human knee using medical tomographic images.

近時、X線CT装置やMRI装置等の医療用断層画像診断装置が普及してきており、それらを用いて身体各部の観察及び診断を行なうことが可能となってきた。一方、日本のみならず世界的な高齢化に伴い、変形性膝関節症は増加の一途をたどっており、患部である膝関節を人工的な金属やセラミックスでできた人工関節に置き換える手術が今日広く普及している。この人工膝関節の置換術で重要なのは、患者に最適の形状とサイズを持つ人工関節を最適の角度及び位置に設置することである。   Recently, medical tomographic image diagnostic apparatuses such as an X-ray CT apparatus and an MRI apparatus have become widespread, and it has become possible to observe and diagnose various parts of the body using them. On the other hand, with the aging of the world as well as Japan, osteoarthritis of the knee has been increasing, and surgery to replace the affected knee joint with an artificial joint made of artificial metal or ceramics is today. Widely used. The key to this knee replacement is to place a prosthesis with the optimal shape and size for the patient at the optimal angle and position.

しかしながら、そのための手術計画は、2次元の正面及び側面からの単純X線画像上に人工関節の2次元形状を透明なフィルム上に線描画したテンプレートを重ね合わせたり、単純X線画像フィルム上で定規を用いて計測することで、人工関節のサイズや設置位置及び設置方向、骨切り量・骨切り位置を求めているのが現状である。   However, the surgical plan for that purpose is to superimpose a template in which a two-dimensional shape of an artificial joint is drawn on a transparent film on a simple X-ray image from the two-dimensional front and side surfaces, or on a simple X-ray image film. At present, the size, installation position, installation direction, osteotomy amount, and osteotomy position of the artificial joint are obtained by measuring using a ruler.

しかるに、2次元の単純X線画像を基に、テンプレートや定規等を用いた手動による計測では、サイズや設置位置の計測精度が不十分であることや、設置位置や骨切り量を3次元的に、且つ、定量的に把握することが困難であるため、相当の経験と技術の蓄積が必要とされる。   However, manual measurement using a template or a ruler based on a two-dimensional simple X-ray image has insufficient measurement accuracy of the size and installation position, and the installation position and amount of osteotomy are three-dimensional. Moreover, since it is difficult to grasp quantitatively, considerable experience and accumulation of technology are required.

したがって、すべての整形外科医が的確で高精度の手術計画や手術を迅速に行なうことは困難であった。特に人工関節の設置位置と方向に関する精度は、人工関節の耐久性に大きく影響し、しかも、手術後に患者が日常的に違和感のない健康な生活を10年、20年の長期に渡って続けることができるようにするためにも、最も重要な要素である。   Therefore, it has been difficult for all orthopedic surgeons to perform accurate and highly accurate surgical planning and operations quickly. In particular, the accuracy of the position and orientation of the prosthetic joint has a significant impact on the durability of the prosthetic joint, and the patient should continue to live a healthy life without any discomfort on a daily basis for 10 to 20 years after surgery. It is the most important element in order to be able to.

しかしながら、上記2次元テンプレートを用いた方法では、そのような処理を行なうことは難しかった。   However, in the method using the two-dimensional template, it is difficult to perform such processing.

一方で、人工膝関節置換術における理想的な脛骨の骨切り面を手術者が容易に知ることができるように支援するべく、以下に示すようなパーソナルコンピュータを用いた3次元シミュレーションを行なう技術が考えられている。(例えば、特許文献1)   On the other hand, there is a technique for performing a three-dimensional simulation using a personal computer as described below in order to assist an operator to easily know an ideal tibia osteotomy surface in artificial knee joint replacement. It is considered. (For example, Patent Document 1)

特開2004−008707号公報JP 2004-008707 A

従来、手術中において大腿骨側の(人工関節)コンポーネントの設置角度を決定する際には、骨内に挿入する髄内アライメントロッド(以下文中では「髄内ロッド」と称する)を使用する方法が一般的であり、これを挿入することでロッドの軸方向と大腿骨の機能軸方向との差異から、同コンポーネントの内・外反角度、屈曲・伸展角度を規定する遠位骨切り面の角度が決定されている。   Conventionally, a method of using an intramedullary alignment rod (hereinafter referred to as “intramedullary rod”) to be inserted into a bone is used to determine the installation angle of a femoral side (artificial joint) component during surgery. The angle of the distal osteotomy surface that defines the varus / valgus angle and flexion / extension angle of the same component due to the difference between the axial direction of the rod and the functional axis direction of the femur. Has been determined.

この際、内外反角度の決定に際しては、器具によって髄内ロッドとのなす角度をコンポーネントの目標設置角度に合わせてある程度調節できるが、屈曲・伸展角度は調節不可能で髄内ロッドの刺入角度に完全に依存する。これはつまり、大腿骨コンポーネントの設置角度が髄内ロッドの刺入角度に依存するということを意味する。   At this time, when determining the varus / valgus angle, the angle formed with the intramedullary rod can be adjusted to some extent according to the target installation angle of the component, but the bending / extension angle cannot be adjusted and the insertion angle of the intramedullary rod can be adjusted. Fully dependent on. This means that the installation angle of the femoral component depends on the insertion angle of the intramedullary rod.

しかしながら、この髄内ロッドを用いた方法では、骨形状に個人差があることから、髄内ロッドの挿入角度は各症例でそれぞれ異なり、必ずしも予定通りの角度で遠位骨切り面が作成されるわけではないという不具合が存在する。   However, in this method using an intramedullary rod, since there are individual differences in bone shape, the insertion angle of the intramedullary rod is different in each case, and the distal osteotomy surface is always created at the planned angle. There is a flaw that does not mean.

さらに、臨床上きわめて重要な大腿骨コンポーネントの回旋方向の設置角度はこの遠位骨切り面内で決定するため、この遠位骨切り面自体が不正確であると必然的に回旋角度も不正確となる。   Furthermore, the rotational angle of the clinically critical femoral component is determined within the distal osteotomy plane, and if the distal osteotomy surface itself is inaccurate, the rotational angle is necessarily inaccurate. It becomes.

この点で、脛骨側での技術が記載された上記特許文献1には、大腿骨側で髄内ロッドを用いるが故の上記不具合についてなんら記載されていない。   In this regard, the above-mentioned Patent Document 1 in which the technique on the tibia side is described does not describe any of the above-mentioned problems due to the use of an intramedullary rod on the femur side.

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、患者の個人差を適正に反映して、髄内アライメントロッドを用いて遠位骨切り面の位置及び角度を正確に決定することができ、術中に上記髄内アライメントロッドに装着する専用の治具を用いて大腿骨膝関節の参照点から決定した内容を再現することで正確な執刀が実施できる人工膝関節置換手術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 is to appropriately reflect the individual differences of patients and to use the intramedullary alignment rod to position and angle the distal osteotomy surface. A prosthetic knee that can be accurately determined by reproducing the content determined from the reference point of the femoral knee joint using a dedicated jig attached to the intramedullary alignment rod during the operation. The object is to provide a jig for joint replacement surgery.

本発明の一態様は、大腿骨の膝関節の参照点に当接する当接部と、大腿骨の髄内に挿入する髄内アライメントロッドを装着する装着部と、上記当接部と上記装着部とを接続し、上記装着部の取付け位置及び取付け角度を術前に決定した上記髄内アライメントロッドの刺入に関するパラメータに従って調整可能なアーム部とを具備したことを特徴とする。   One aspect of the present invention includes a contact portion that contacts a reference point of a knee joint of a femur, a mounting portion that mounts an intramedullary alignment rod to be inserted into a medullary bone of the femur, the contact portion, and the mounting portion And an arm part that can be adjusted according to parameters relating to the insertion of the intramedullary alignment rod, the attachment position and the attachment angle of the attachment part being determined before the operation.

本発明の他の一態様は、大腿骨の膝関節の参照点に当接する当接部と、大腿骨の髄内に挿入する髄内アライメントロッドを装着する装着部と、上記当接部と上記装着部とを接続し、上記髄内アライメントロッドに装着される外部治具の取付け角度を術前に決定した上記髄内アライメントロッドの刺入に関するパラメータに従って調整可能な接続部とを具備したことを特徴とする。   Another aspect of the present invention includes a contact portion that contacts the reference point of the knee joint of the femur, a mounting portion that mounts an intramedullary alignment rod to be inserted into the bone marrow of the femur, the contact portion, and the above And a connecting portion that can be adjusted in accordance with the parameters relating to the insertion of the intramedullary alignment rod, the attachment angle of the external jig to be attached to the intramedullary alignment rod determined in advance. Features.

本発明によれば、術前の計画で患者の個人差に対応した、髄内アライメントロッドの刺入及び刺入した髄内アライメントロッドを用いての遠位骨切り面の位置及び角度を正確に決定した上で、術中に上記髄内アライメントロッドに装着する専用の治具を用いて大腿骨膝関節の参照点から決定した内容を再現することで正確な執刀が実施できる。   According to the present invention, the position and angle of the distal osteotomy surface using the inserted intramedullary alignment rod and the inserted intramedullary alignment rod accurately corresponding to the individual differences of patients in the preoperative plan are accurately determined. After the determination, an accurate operation can be performed by reproducing the content determined from the reference point of the femoral knee joint using a dedicated jig attached to the intramedullary alignment rod during the operation.

本発明の一実施形態に係る人工膝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 artificial knee joint replacement operation 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. 同実施形態に係るディスプレイ画面で表示される大腿骨と人工関節、及び髄内ロッドの3次元形状データを例示する。The three-dimensional shape data of the femur, the artificial joint, and the intramedullary rod displayed on the display screen according to the embodiment are illustrated. 同実施形態に係るディスプレイ画面で表示される大腿骨と人工関節、及び髄内ロッドの3次元形状データを例示する図。The figure which illustrates the three-dimensional shape data of the femur, the artificial joint, and the intramedullary rod displayed on the display screen according to the embodiment. 同実施形態に係る大腿骨と人工関節に対する髄内ロッドの位置を表示させた画像を例示する図。The figure which illustrates the image which displayed the position of the intramedullary rod with respect to the femur and artificial joint which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る大腿骨の機能軸と遠位骨軸のなす角度を例示する図。The figure which illustrates the angle which the functional axis of the femur which concerns on the embodiment forms, and a distal bone axis. 同実施形態に係る髄内ロッドの軸に垂直な平面に沿った膝蓋大腿関節の骨断面像を例示する図。The figure which illustrates the bone cross-sectional image of the patellofemoral joint along the plane perpendicular | vertical to the axis | shaft of the intramedullary rod which concerns on the embodiment. 同実施形態に係る上記前方接線とロッド座標中心とのオフセット距離を例示する図。The figure which illustrates the offset distance of the said front tangent and rod coordinate center which concern on the embodiment. 同実施形態に係る保存しておいた各種パラメータの一部を読出してディスプレイ画面上に表示させた場合を例示する図。The figure which illustrates the case where a part of the various parameters preserve | saved concerning the embodiment are read and displayed on a display screen. 同実施形態に係る手術用治具(ターゲットデバイス)の構成を示し、図10(A)が斜視図、図10(B)が側面図。The structure of the surgical jig | tool (target device) which concerns on the embodiment is shown, FIG. 10 (A) is a perspective view, FIG.10 (B) is a side view. 同実施形態に係るロッドキーパの構成を示す斜視図(図11(A))と使用状態とを示す図(図11(B))。The perspective view (FIG. 11 (A)) which shows the structure of the rod keeper which concerns on the embodiment, and the figure (FIG. 11 (B)) which shows a use condition. 同実施形態に係る回旋角度決定用治具の構成を示し、図12(A)が斜視図、図12(B)が側面図。The structure of the rotation angle determination jig | tool which concerns on the embodiment is shown, FIG. 12 (A) is a perspective view, FIG.12 (B) is a side view. 同実施形態に係る他の回旋角度決定用治具の構成を示し、図13(A)が斜視図、図13(B)が側面図。The structure of the other jig | tool for determination of the rotation angle which concerns on the embodiment is shown, FIG. 13 (A) is a perspective view, FIG.13 (B) is a side view.

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。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、人工膝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(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。   FIG. 1 shows a hardware configuration of a personal computer (hereinafter “PC”) 10 in which a preoperative planning program for artificial knee joint replacement surgery 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、人工膝関節手術の術前計画用プログラムとそれに付随する髄内ロッド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., the preoperative planning program for artificial knee joint surgery and the associated intramedullary rod and various jig shapes It is assumed that data and the like 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ることで、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. It is assumed that the three-dimensional shape data of the patient's lower limb can be input and recorded on the hard disk device 20 by reproducing and reading the optical disk medium on which the information 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.

次に上記実施の形態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13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 above embodiment will be described.
FIG. 2 shows the processing contents of the present invention 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 13.

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.

なお、このプログラム上では、人体下肢の一連の2次元断層画像を基に作成した3次元の下肢の骨形状データに対して、骨頭中心、膝関節の後顆球中心、脛骨顆間隆起、脛骨遠位関節面の内外側縁点などの主要なランドマークを3次元的な参照点として設定し、それらの参照点を用いて大腿骨および脛骨の座標系を設定する。大腿骨及び脛骨の3次元的な位置関係すなわちアラインメント自体は立位でも臥位でも構わない。   In this program, 3D lower limb bone shape data created based on a series of 2D tomographic images of the lower limbs of the human body, the head center, the posterior condylar sphere center of the knee joint, the tibial intercondylar protuberance, Major landmarks such as inner and outer edge points of the distal joint surface are set as three-dimensional reference points, and the coordinate system of the femur and tibia is set using these reference points. The three-dimensional positional relationship between the femur and tibia, that is, the alignment itself, may be in a standing position or a prone position.

座標系としては、特に絶対的な定義は必要ではないが、ここでは説明の便宜上、以下のような座標系を使用する。大腿骨座標系に関しては、内外側の後顆球中心を結ぶ直線の中心を原点とし、その直線の右体側の方向をX軸、原点と骨頭中心を結ぶベクトルとX軸のベクトル積をY軸とする。したがって、Y軸は体正面が正となる。Z軸をX軸とY軸から定義する。   As a coordinate system, an absolute definition is not particularly required, but the following coordinate system is used here for convenience of explanation. As for the femoral coordinate system, the origin is the center of a straight line connecting the center of the posterior condyle sphere inside and outside, the X-axis is the direction on the right body side of the straight line, and the Y-axis is the vector product of the vector connecting the origin and head center. And Therefore, the front of the Y axis is positive. The Z axis is defined from the X axis and the Y axis.

脛骨座標系に関しては、頚骨遠位関節面の内外側縁点を結ぶ線の中心と脛骨顆間隆起の中心を結ぶ線をZ軸とする。近位方向、即ち、上方向を正とする。Y軸は脛骨後十字靭帯付着部と脛骨粗面を結ぶ線とし、体正面を正とする。X軸はY軸およびZ軸から決定する。   With respect to the tibial coordinate system, the line connecting the center of the line connecting the inner and outer edges of the distal joint surface of the tibia and the center of the tibial intercondylar bulge is taken as the Z axis. The proximal direction, that is, the upward direction is positive. The Y axis is a line connecting the posterior tibial cruciate ligament attachment portion and the tibial rough surface, and the front of the body is positive. The X axis is determined from the Y axis and the Z axis.

また、人工関節の3次元形状データを別途用意し、ハードディスク装置20に格納しておく。大腿骨および脛骨と同様に、大腿骨人工関節及び脛骨人工関節もそれぞれ独自の座標系を設定しておく。   Further, three-dimensional shape data of the artificial joint is separately prepared and stored in the hard disk device 20. Similar to the femur and tibia, the femoral prosthesis and the tibia prosthesis have their own coordinate systems.

具体的には、大腿骨人工関節では、例えば、近位方向あるいは鉛直方向をZ軸、体正面方向をY軸、体側右方向をX軸とする。但し、この座標軸は絶対にこのような配置である必要はなく、別の定義でも差し支えない。脛骨人工関節に対しても同様の座標系を定義する。   Specifically, in the femoral prosthesis, for example, the proximal direction or the vertical direction is the Z axis, the body front direction is the Y axis, and the body side right direction is the X axis. However, the coordinate axes do not necessarily have such an arrangement, and may be defined differently. A similar coordinate system is defined for the tibial prosthesis.

しかして、図2の術前計画用プログラムを起動すると、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。   Then, when the preoperative planning program of FIG. 2 is started, a GUI (graphical user interface) is displayed, and the desired three-dimensional shape data in the standing or prone position of the lower limb displayed on this GUI is displayed. select.

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、大腿骨の3次元形状データと脛骨の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. Further, the three-dimensional shape data of the femur and the three-dimensional shape data of the tibia are correctly arranged in advance in the three-dimensional positional relationship (three-dimensional alignment) in the standing position in the weighted state and the decubitus position in the extracted state. Shall.

次いで、上記選択した下肢の大腿骨の3次元形状データをハードディスク装置20のフォルダからメインメモリ13に読込み(ステップS101)、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S102)。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。   Next, the selected three-dimensional shape data of the femur of the lower limb is read from the folder of the hard disk device 20 into the main memory 13 (step S101), and an image of the three-dimensional shape data viewed from an appropriate viewpoint is displayed on the display screen. (Step S102). 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.

次いで、適切なサイズと形状の大腿骨関節用の人工関節の3次元形状データを選択し(ステップS103)、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)。   Next, three-dimensional shape data of an artificial joint for a femoral joint having an appropriate size and shape is selected (step S103), and the data is read from the hard disk device 20 and displayed on the display screen (step S104).

次いで、大腿骨用人工関節の3次元形状データをキーボード/マウス18での操作により適宜平行移動ならびに回転移動して、大腿骨の3次元形状データに対して最適な位置に設置する。   Next, the three-dimensional shape data of the femoral prosthesis is appropriately translated and rotated by an operation with the keyboard / mouse 18, and placed at an optimal position with respect to the three-dimensional shape data of the femur.

ここで最適な位置とは、学会及び各人工関節の製造メーカにより提唱されている整形外科学的に最適となる位置であり、大腿骨及び脛骨のそれぞれに対する人工関節の相対的な設置位置である。この位置が手術中に人工関節を設置するための最適の位置であり、この設置位置に基づいて骨切りを行なうことになる。(ステップS105)
より具体的には、大腿骨コンポーネント(人工関節)の遠位関節面、脛骨コンポーネントの近位関節面が冠状断面上で機能軸と垂直となることが一般に推奨されている。しかし、矢状断面上での角度(屈曲伸展角度)に関しては、両コンポーネントとも一定のコンセンサスはなく、患者個人の関節の形状に合わせて医師が適切に判断する必要がある。また、軸方向回旋角度に関しては、大腿骨コンポーネントのX軸を大腿骨通顆軸:Transepicondylar Axis(以下TEA)と平行に設置することが推奨されている。この設置位置は、このプログラムのユーザである医師がプログラム上で対話形式により設定してもよいし、参照点などを用いて自動化できる部分は自動化して配置してもよい。
Here, the optimum position is an orthopedic optimum position proposed by the academic society and each artificial joint manufacturer, and is a relative installation position of the artificial joint with respect to each of the femur and the tibia. . This position is the optimum position for installing the artificial joint during the operation, and osteotomy is performed based on this installation position. (Step S105)
More specifically, it is generally recommended that the distal articular surface of the femoral component (prosthetic joint) and the proximal articular surface of the tibial component be perpendicular to the functional axis on the coronal section. However, regarding the angle on the sagittal section (bending / extending angle), there is no constant consensus for both components, and it is necessary for the doctor to appropriately determine according to the shape of the joint of the individual patient. As for the axial rotation angle, it is recommended that the X axis of the femoral component be installed in parallel with the femoral transcondylar axis (hereinafter referred to as TEA). This installation position may be set by a doctor who is a user of this program in an interactive manner on the program, or a portion that can be automated using a reference point or the like may be automatically arranged.

次いで、適切なサイズの脛骨関節用の人工関節の3次元形状データを選択し(ステップS106)、ハードディスク装置20から読出してディスプレイ画面に表示する(ステップS107)。   Next, the three-dimensional shape data of the artificial joint for the appropriate size of the tibial joint is selected (step S106), read from the hard disk device 20, and displayed on the display screen (step S107).

次いで、上記大腿骨側と同様、脛骨用人工関節の3次元形状データをキーボード/マウス18での操作により平行移動ならびに回転移動して、脛骨の3次元形状データに対して最適な位置に配置する(ステップS108)。   Next, similarly to the above femur side, the three-dimensional shape data of the tibial prosthesis is translated and rotated by the operation with the keyboard / mouse 18 and arranged at the optimum position with respect to the three-dimensional shape data of the tibia. (Step S108).

この設置に関しても、このプログラムのユーザである医師がプログラム上で対話形式により設定してもよいし、参照点などを用いて自動化できる部分は自動化して配置してもよい。   Regarding this installation, a doctor who is a user of this program may set the program interactively, or a portion that can be automated using a reference point or the like may be automatically arranged.

このように本実施形態では、容易にそれぞれの人工関節を下肢骨に対して3次元的に理想の位置に設置し、定量的な設置パラメータおよび骨切りのパラメータを取得することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to easily install each artificial joint at an ideal position three-dimensionally with respect to the lower limb bone, and to obtain quantitative installation parameters and osteotomy parameters.

次いで、予め格納されている髄内ロッドの3次元形状データをハードディスク装置20から読出し(ステップS109)、ディスプレイ画面に表示する(ステップS110)。   Next, the three-dimensional shape data of the intramedullary rod stored in advance is read from the hard disk device 20 (step S109) and displayed on the display screen (step S110).

髄内ロッドの3次元形状データには、深さを示すマークを予め設置しておく。ロッドに対しても座標系を定義しておく。その長軸方向をZ軸とし、正面をY軸とする。Y軸とZ軸のベクトル積をX軸とする。この座標系も便宜上のものであり、別の定義でも構わない。   A mark indicating the depth is previously set in the three-dimensional shape data of the intramedullary rod. A coordinate system is also defined for the rod. The major axis direction is the Z axis, and the front is the Y axis. The vector product of the Y axis and the Z axis is taken as the X axis. This coordinate system is also for convenience and other definitions may be used.

読出した髄内ロッドの3次元形状データは、遠位と近位、内外側、前後方への平行移動、及び内外旋、内外反、屈曲伸展方向の回転が可能であるものとする。   It is assumed that the read three-dimensional shape data of the intramedullary rod can be translated distally and proximally, medially outward, anteriorly and posteriorly, and internally and externally rotated, varusally valgus, and bent and extended.

この表示画面上で、髄内アライメントロッドの3次元形状データをキーボード/マウス18での操作により適宜回転および平行移動して、大腿骨の3次元形状データの髄内に適切に配置する(ステップS111)。   On this display screen, the three-dimensional shape data of the intramedullary alignment rod is appropriately rotated and translated by an operation with the keyboard / mouse 18, and is appropriately placed in the marrow of the three-dimensional shape data of the femur (step S111). ).

すなわち、大腿骨の形状データに対して、髄内ロッドをその髄内の適切な位置に設置する。これはつまり、髄内ロッドの刺入位置、方向及び深さを3次元的に最適な角度・位置に配置する。ここで言う最適の角度・位置とは、上記選択した人工関節の屈曲伸展設置角度に合わせた条件下で、髄内挿入深度が可及的に大きくなるべく挿入点、内外反角度、挿入深度を調節した角度と位置である。   That is, the intramedullary rod is placed at an appropriate position in the medulla with respect to the femoral shape data. In other words, the insertion position, direction and depth of the intramedullary rod are arranged at an optimal angle and position in three dimensions. The optimal angle / position here refers to adjusting the insertion point, varus / valgus angle, and insertion depth as much as possible in the intramedullary insertion depth under conditions that match the bending / extension installation angle of the selected artificial joint. Angle and position.

実際には髄内ロッドのZ軸がそのXZ平面に平行な平面内に存在するような位置とする。これにより、回旋角度が正確に設定されれば、屈曲伸展方向の角度は人工関節と髄内ロッドとで一致することになる。   Actually, the position is such that the Z axis of the intramedullary rod exists in a plane parallel to the XZ plane. As a result, if the rotation angle is set accurately, the angle in the flexion / extension direction coincides between the artificial joint and the intramedullary rod.

図3は、このときディスプレイ画面で表示される大腿骨と人工関節、及び髄内ロッドの3次元形状データを例示するものである。同図中、大腿骨FMの膝関節部に人工関節CPの最適位置が選択されて配置され、大腿骨FMに髄内ロッドIMが挿入された状態が示されている。   FIG. 3 illustrates the three-dimensional shape data of the femur, the artificial joint, and the intramedullary rod displayed on the display screen at this time. In the figure, the optimal position of the artificial joint CP is selected and arranged at the knee joint portion of the femur FM, and the intramedullary rod IM is inserted into the femur FM.

その後、髄内ロッドIMの3次元形状データをキーボード/マウス18での操作により上記大腿骨FM及び人工関節CPに対して移動させた上で(ステップS111)、最適な位置への配置を終えたか否かを、例えばGUI表示中の「決定」ボタンの指示の有無により判断する(ステップS112)。   Thereafter, the three-dimensional shape data of the intramedullary rod IM is moved with respect to the femur FM and the artificial joint CP by the operation with the keyboard / mouse 18 (step S111), and the arrangement at the optimum position is completed. Whether or not is determined by, for example, the presence or absence of an instruction of the “OK” button during GUI display (step S112).

そうでなければ上記ステップS111の処理に戻って、操作による髄内ロッドIMの位置移動を再度繰返すことにより、髄内ロッドIMが大腿骨FMの髄内で最適な配置となるのを待機する。   Otherwise, the process returns to step S111 and repeats the position movement of the intramedullary rod IM by the operation to wait for the intramedullary rod IM to be optimally arranged in the medulla of the femur FM.

上述したが、髄内ロッドIMの最適配置は、予定される人工関節CPの設置角度に合わせた角度と位置、すなわち髄内ロッドIMの軸方向に一致したZ軸が、大腿骨用人工関節CP座標系のXZ面内と平行とするもので、ユーザである医師がこのプログラムで上記ステップS111,S112の処理を繰返すことで最適な配置とすることができる。   As described above, the optimal arrangement of the intramedullary rod IM is such that the Z axis that matches the planned installation angle of the artificial joint CP, that is, the Z axis that coincides with the axial direction of the intramedullary rod IM, is the femoral prosthesis CP. It is parallel to the XZ plane of the coordinate system, and a doctor as a user can repeat the processes in steps S111 and S112 with this program to achieve an optimal arrangement.

図4及び図5は、上記適切配置を得る過程で、表示状態を切替え、3次元形状データを元に大腿骨FMと人工関節CPに対する髄内ロッドIMの位置を2次元平面に沿って表示させた画像を例示するものである。   4 and 5 switch the display state in the process of obtaining the appropriate arrangement, and display the position of the intramedullary rod IM with respect to the femur FM and the artificial joint CP along the two-dimensional plane based on the three-dimensional shape data. This is an example of an image.

図4では、画面中で髄内ロッドIMの中心軸(Z軸)を通る側面から見た断面及び正面から見た断面を元の3次元形状と併せて表示している。   In FIG. 4, the cross section viewed from the side passing through the central axis (Z axis) of the intramedullary rod IM and the cross section viewed from the front are displayed together with the original three-dimensional shape in the screen.

また、図5は大腿骨FM全体に対する人工関節CPと髄内ロッドIMの位置関係を、上記図3及び図4でも示したGUI環境の表示画面中から抽出して例示するもので、大腿骨FMの屈曲した髄内で髄内ロッドIMが最も奥(立位の人体では上)まで挿入されている状態を示す。   FIG. 5 illustrates the positional relationship between the artificial joint CP and the intramedullary rod IM with respect to the entire femur FM extracted from the GUI environment display screens also shown in FIGS. 3 and 4. This shows a state in which the intramedullary rod IM is inserted to the deepest (upward in the standing human body) in the bent marrow.

こうして髄内ロッドIMの最適な配置状態が得られ、ユーザにより最適であるとの指示がなされると、上記ステップS111でこれを判断し、髄内ロッドIMの軸であるZ軸と人工関節CPのZ軸とのなす角度(内外反角)をコロナル面において算出する(ステップS113)。   Thus, when the optimal arrangement state of the intramedullary rod IM is obtained and the user instructs that it is optimal, in step S111, this is determined, and the Z axis that is the axis of the intramedullary rod IM and the artificial joint CP are determined. The angle (inner and outer valgus angle) made with the Z axis is calculated on the coronal plane (step S113).

図6はこの内外反角を例示するものであり、大腿骨座標系における機能軸FAと遠位骨軸FPのなす角度に相当するもので、通常は約7°(図では「7.68°」)であるが、個人差によっては、さらに大きく異なる場合もある。   FIG. 6 illustrates this varus / valgus angle, which corresponds to the angle formed by the functional axis FA and the distal bone axis FP in the femoral coordinate system, and is usually about 7 ° (in the figure, “7.68 °”). )), But depending on individual differences, there may be even greater differences.

次いで回旋角度を決定する。髄内ロッドIMの軸に垂直な平面に術中参照する大腿骨後顆接線と人工関節CPのX軸を投影し、これらのなす角(以下、これを「後顆接線−人工関節角度」とする)を算出する(ステップS114)。   Next, the rotation angle is determined. The femoral posterior condyle tangent to be referred during the operation and the X axis of the prosthetic joint CP are projected onto a plane perpendicular to the axis of the intramedullary rod IM, and the angle formed by these (hereinafter referred to as “posterior condyle tangent—artificial joint angle”). ) Is calculated (step S114).

これにより本プログラムのユーザである医師は、人工関節CPのX軸を術中に後顆接線の軸と平行とした状態から、髄内ロッドIM周りにどちら側に何度回旋したらよいかを把握することができる。   As a result, the doctor who is the user of this program knows how many times he should rotate around the intramedullary rod IM from the state in which the X axis of the artificial joint CP is parallel to the axis of the posterior condyle during operation. be able to.

また、もう一つの回旋角度決定法の術前準備として、髄内ロッドIMの軸に垂直な平面(これを平面「R」とする)で膝蓋大腿関節の近位端より数ミリ近位部の骨断面像を表示し、前方の皮質が2峰性となっている部分の2頂点の接線を2頂点のデジタイズから求めて、その接線と人工関節のX軸とのなす角(以下、これを「前方接線−人工関節角度」とする)を求めると共に、平面Rのロッド座標中心からのオフセット距離を算出しておく(ステップS115)。   In addition, as another preparation method for determining the rotation angle, a plane perpendicular to the axis of the intramedullary rod IM (referred to as plane “R”) is located several millimeters proximal from the proximal end of the patellofemoral joint. A bone cross-sectional image is displayed, and the tangent of the two vertices of the part where the frontal cortex is bimodal is obtained from the digitization of the two vertices, and the angle between the tangent and the X axis of the artificial joint (hereinafter, (“Anterior tangent—artificial joint angle”) is calculated, and an offset distance from the center of the rod coordinate of the plane R is calculated (step S115).

図7(A)は上記平面Rを示し、図7(B)がこの平面Rにおける前方接線TLである。この前方接線TLのある位置は、手術時に直接視認しうる側にあり、且つ軟骨の有無等による影響を受けないため、きわめて容易に認識し得る参照点の1つとして利用できる。   FIG. 7A shows the plane R, and FIG. 7B is a front tangent TL in the plane R. The position where the front tangent TL is located is on the side that can be directly seen at the time of surgery, and is not affected by the presence or absence of cartilage, and thus can be used as one of the reference points that can be recognized very easily.

また、図8は上記前方接線TLとロッド座標中心からのオフセット距離(図では「17.24[mm]」)を示す。   FIG. 8 shows the front tangent TL and the offset distance from the center of the rod coordinate (“17.24 [mm]” in the figure).

以上のように手術前の人工関節設置手術の計画を行ない、必要な各種パラメータを算出して保存しておくことにより(ステップS116)、手術器具を用いた実際の手術時にこれらの各種パラメータを用いて、最適の骨切りを行なうことが可能となる。   As described above, the artificial joint placement operation before the operation is planned, and necessary various parameters are calculated and stored (step S116), and these various parameters are used in the actual operation using the surgical instrument. Thus, it is possible to perform an optimal osteotomy.

図9は、保存しておいた各種パラメータの一部を読出してディスプレイ画面上に表示させた場合を例示するものである。すなわち、上記術前計画用プログラムで算出しておくべきパラメータ値は、
(1)髄内ロッド刺入点情報:ターゲットデバイスを設置する、大腿骨遠位部前方部分の大腿膝蓋関節より近位に約30[mm]ほどの平らな部分(平面近似する)から髄内ロッドの刺入点までのΔY値、即ち大腿骨座標系のYZ平面に投影した時の距離
(2)ロッドの刺入深さ、即ち、刺入点からロッド先端までの長さ
(3) ロッドのX軸の、大腿骨のPCA(Posterior Condyler Axis)を基準とした回旋角、及び前方接線−人工関節角
(4) ロッドのZ軸とコンポーネントのZ軸(3次元機能軸)とのなす角度(コロナル面)
(5) ロッドのZ軸とコンポーネントのZ軸(3次元機能軸)とのなす角度(サジタル面)
を含む。
FIG. 9 exemplifies a case where some of the stored various parameters are read and displayed on the display screen. That is, the parameter value that should be calculated by the preoperative planning program is
(1) Intramedullary rod insertion point information: Intramedullary from a flat portion (approximated to a plane) of about 30 [mm] proximal to the femoral patella joint at the front portion of the distal femur where the target device is installed ΔY value to the insertion point of the rod, that is, the distance when projected on the YZ plane of the femoral coordinate system
(2) Depth of rod insertion, that is, length from insertion point to rod tip
(3) The rotation angle of the X-axis of the rod with respect to the femoral PCA (Positioner Axis) and the anterior tangent-artificial joint angle
(4) Angle (coronal plane) formed by the Z-axis of the rod and the Z-axis (three-dimensional functional axis) of the component
(5) Angle (sagittal plane) between the Z axis of the rod and the Z axis of the component (three-dimensional functional axis)
including.

手術器具を用いた実際の手術時には、髄内ロッドの刺入点を決めるために、大腿骨膝蓋面上端から近位寄りの平らな部分に第1の治具としてターゲットデバイスと称する治具を用いる。   During actual surgery using a surgical instrument, a jig called a target device is used as a first jig in a flat portion closer to the proximal side from the upper end of the femoral patella in order to determine the insertion point of the intramedullary rod. .

図10は、このとき用いられるターゲットデバイス30の形状を例示するもので、図10(A)が斜視図、図10(B)が側面図である。このターゲットデバイス30は、当接部31、アーム部32、及び装着部33からなる。   FIG. 10 illustrates the shape of the target device 30 used at this time. FIG. 10 (A) is a perspective view, and FIG. 10 (B) is a side view. The target device 30 includes a contact part 31, an arm part 32, and a mounting part 33.

当接部31は、上記前方接線に当接するための部位であり、この当接部31に対してアーム部32が固定的に接続される。そして、アーム部32の先端に、アーム部32の軸方向と直交し、上記前方接線と平行となる図中の矢印I方向に沿って平行移動可能な装着部33が取付けられる。   The contact portion 31 is a portion for contacting the front tangent line, and the arm portion 32 is fixedly connected to the contact portion 31. Then, a mounting portion 33 is attached to the tip of the arm portion 32 and is movable in the direction of the arrow I in the figure, which is orthogonal to the axial direction of the arm portion 32 and parallel to the front tangent.

この装着部33は、同図(B)に示すように上記装着部33の軸方向及び上記矢印Iと共に直交する矢印II方向に沿って平行移動可能なロッド取付け部34を有するもので、上記当接部31の底面、すなわち当接する前方接線位置からのオフセット量(距離)が例えばミリ単位でスケール刻印されている。このロッド取付け部34は、ネジ35の調整により上記した前方接線からのオフセット量が調整できると共に、矢印IIIで示す如くその取付け角度も調整可能となる。   The mounting portion 33 includes a rod mounting portion 34 that can be translated along the axial direction of the mounting portion 33 and the direction of the arrow II perpendicular to the arrow I, as shown in FIG. The offset amount (distance) from the bottom surface of the contact portion 31, that is, the front tangent position where the contact portion 31 abuts, is scaled, for example, in millimeters. The rod attachment portion 34 can adjust the offset amount from the front tangent line by adjusting the screw 35 and the attachment angle thereof as indicated by an arrow III.

しかして、このロッド取付け部34に髄内ロッドまたは髄内ロッドと同形状の刺入位置マーカを装着し、上記(1)で算出しておいた近似した平面から顆間部の髄内ロッド刺入点までの距離を測定し、マーキングすることで刺入点を決定することができる。   Then, an intramedullary rod or an insertion position marker having the same shape as that of the intramedullary rod is attached to the rod mounting portion 34, and the intramedullary rod puncture of the intercondylar portion from the approximate plane calculated in (1) above. The insertion point can be determined by measuring and marking the distance to the entry point.

マーキングされた刺入点位置を図示しないドリル用ビットを用いて穿孔することで、刺入口を形成し、上記髄内ロッドIMを該刺入口から予め上記計算した深さだけ大腿骨FMの髄内に刺入する。   By drilling the marked insertion point position using a drill bit (not shown), an insertion port is formed, and the intramedullary rod IM is inserted into the intramedullary bone of the femur FM from the insertion port by the previously calculated depth. Insert into.

このとき、髄内ロッドIMが不用意に移動してしまうことがないように、図11(A)に示すようなロッドキーパ40を用いてもよい。
図11(A)に示すロッドキーパ40は、外径の異なる2段円筒状で中心軸部が髄内ロッドIMを挿通する中空となっており、大径側円筒部41の下底面側から下方にスパイク41aが突出形成されて、図11(B)に示すように髄内ロッドIMを貫装した状態で大腿骨FM(ここでは3次元モデルで表現)の上記刺入口に打ち込む構成となる。
At this time, a rod keeper 40 as shown in FIG. 11A may be used so that the intramedullary rod IM does not move carelessly.
The rod keeper 40 shown in FIG. 11 (A) has a two-stage cylindrical shape with different outer diameters, and the center shaft portion is hollow through the intramedullary rod IM, and extends downward from the lower bottom surface side of the large diameter side cylindrical portion 41. As shown in FIG. 11B, the spike 41a is formed so as to project into the puncture site of the femur FM (represented by a three-dimensional model here) with the intramedullary rod IM penetrated.

併せて、小径側円筒部42には軸位置を中心として径方向に複数、例えば3本のネジ穴43が均等な中心角を形成するように貫通形成されており、同図(B)に示すように各ネジ穴43に図示しないビスを螺合することで、大腿骨FMの刺入口より刺入された髄内ロッドIMをがたつき等を発生させずに保持することができる。   In addition, a plurality of, for example, three screw holes 43 are formed through the small diameter side cylindrical portion 42 so as to form a uniform central angle in the radial direction centering on the axial position, as shown in FIG. By screwing screws (not shown) into the respective screw holes 43 as described above, the intramedullary rod IM inserted from the puncture opening of the femur FM can be held without causing rattling or the like.

その後、図示しない既存の骨切り用治具を髄内ロッドIMに取付ける。このとき、この骨切り用治具は、髄内ロッドIMに対して予め算出しておいた、上記(4)で説明した外反角に予め調節してあり、この治具の遠位切除パドルと称される平面部分の横軸が髄内ロッドIMのX軸、及び人工関節CPのX軸と共に一致しており、この平面が予定遠位骨切り面と一致した時に予定通りの遠位骨切りが行われるものである。   Thereafter, an existing osteotomy jig (not shown) is attached to the intramedullary rod IM. At this time, this osteotomy jig is adjusted in advance to the valgus angle described in the above (4), which is calculated in advance for the intramedullary rod IM, and the distal resection paddle of this jig is used. The horizontal axis of the plane portion referred to as “X” coincides with the X axis of the intramedullary rod IM and the X axis of the artificial joint CP, and when this plane coincides with the planned distal osteotomy surface, the planned distal bone Cutting is performed.

図12は、上記骨切り用治具に対して遠位から装着する回旋角度決定用治具50の構成を上記ロッドキーパ40その他の治具と共に示すもので、図12(A)が斜視図、図12(B)が側面図である。
この回旋角度決定用治具50は、髄内ロッドIMを貫装する装着部51の下端側に、一対のパドル52が接続部53と一体にして設けられる。これらパドル52は、大腿骨FMの内外側両後顆に当接するもので、図12(B)に示すように、装着部51に対して一対のパドル52が図中に矢印IVで示す如くロッド軸部との距離を調整可能となるように接続部53が装着部51にスライド可能に取付けられる。
FIG. 12 shows the configuration of the rotation angle determination jig 50 to be mounted from the distal side with respect to the osteotomy jig, together with the rod keeper 40 and other jigs. FIG. 12 (A) is a perspective view. 12 (B) is a side view.
In the rotation angle determination jig 50, a pair of paddles 52 are provided integrally with the connection portion 53 on the lower end side of the mounting portion 51 that penetrates the intramedullary rod IM. These paddles 52 come into contact with both the medial and lateral posterior condyles of the femur FM, and as shown in FIG. 12 (B), a pair of paddles 52 are rods as shown by an arrow IV in the drawing. The connecting portion 53 is slidably attached to the mounting portion 51 so that the distance from the shaft portion can be adjusted.

また、上記装着部51に対して回動自在に設けられ、同じく髄内ロッドIMを貫装した回動部54が設けられる。この回動部54は、装着部51側の正面側に位置して指針54aが径方向に取付けられており、対する装着部51側にスケール51aが形成される。   Moreover, the rotation part 54 which provided rotatably with respect to the said mounting part 51 and penetrated the intramedullary rod IM similarly is provided. The rotating portion 54 is located on the front side of the mounting portion 51 and has a pointer 54a attached in the radial direction, and a scale 51a is formed on the mounting portion 51 side.

しかるに、この回旋角度決定用治具50を骨切り用治具の遠位から装着し、骨切り用治具とこの回旋角度決定用治具50がなす角と上記術前計画用プログラムで計算しておいた「後顆接線−人工関節角」が等しくなるように装着部51に対する回動部53の角度で調整して、髄内ロッドIMと骨切り用治具を回旋する。   However, the turning angle determination jig 50 is mounted from the distal side of the osteotomy jig, and the angle formed by the osteotomy jig and the rotation angle determination jig 50 and the preoperative planning program are calculated. The intramedullary rod IM and the osteotomy jig are rotated by adjusting the angle of the rotation part 53 with respect to the mounting part 51 so that the “posterior condyle tangent-artificial joint angle” is equal.

この回旋により人工関節CPの回旋角が実現できたことになる。この時点で骨切り用治具の横軸(人工関節CPのX軸に一致)上の2点で同治具の平面に垂直に大腿骨顆部にドリリングを行なって小骨孔を作成しておき、後は既存の器具を用いて遠位の骨切りを行なう。遠位骨切り面には先に作成した二つの骨孔が残っており、それを参照して回旋角度を決定し、後方の骨切りを行なう。   By this rotation, the rotation angle of the artificial joint CP can be realized. At this point, drilling the femoral condyle perpendicularly to the plane of the jig at two points on the horizontal axis of the osteotomy jig (coincident with the X axis of the artificial joint CP) to create a small bone hole, The distal osteotomy is then performed using existing instruments. The two previously created bone holes remain on the distal osteotomy surface, and the rotation angle is determined with reference to the two bone holes, and the posterior osteotomy is performed.

但し、大腿骨の後顆には軟骨が残存している場合があり、その厚さの不均等さから回旋角度決定に後顆接線を用いた場合には正確な制御が困難となる場合がある。   However, cartilage may remain in the posterior condyles of the femur, and accurate control may be difficult when the posterior condyle tangent is used to determine the rotation angle due to uneven thickness. .

そこで、もう一つの回旋角度決定の方法として、上述の「前方接線−人工関節角」を利用する。上記骨切り用治具のさらに遠位から、前方接線がロッド軸周りに何度回旋しているかを測定する特製の回旋角度決定用治具を用いる。   Therefore, the above-mentioned “front tangent—artificial joint angle” is used as another method for determining the rotation angle. A special rotation angle determination jig that measures how many times the forward tangent is rotated around the rod axis from the distal side of the osteotomy jig is used.

図13は、上記骨切り用治具に対して遠位から装着する回旋角度決定用治具60の構成を上記ロッドキーパ40その他の治具と共に示すもので、図13(A)が斜視図、図13(B)が側面図である。
この回旋角度決定用治具60は、髄内ロッドIMを貫装する装着部61の上端側に、接続部62、アーム部63を介して当接部64が設けられる。この当接部64は、上記図11のターゲットデバイス30の当接部31と同様に、上記前方接線に当接するための部位である。
FIG. 13 shows the configuration of a rotation angle determination jig 60 to be mounted from the distal side with respect to the osteotomy jig, together with the rod keeper 40 and other jigs. FIG. 13 (A) is a perspective view. 13 (B) is a side view.
The rotation angle determination jig 60 is provided with a contact portion 64 via a connection portion 62 and an arm portion 63 on the upper end side of the mounting portion 61 that penetrates the intramedullary rod IM. The abutting portion 64 is a portion for abutting on the front tangent, like the abutting portion 31 of the target device 30 in FIG.

この当接部61を一端部に形成したアーム部63は、図13(B)中に矢印Vで示すように接続部62に対してアーム長(装着部61と当接部64との間隔)が任意に可変長性可能となる。併せて、接続部62は装着部51に対して図中に矢印VIで示す如くロッド軸部との距離(高さ)を調整可能となるようにスライド可能に取付けられる。   The arm portion 63 having the contact portion 61 formed at one end thereof is arm length with respect to the connection portion 62 as shown by an arrow V in FIG. 13B (interval between the mounting portion 61 and the contact portion 64). Can be arbitrarily variable. In addition, the connecting portion 62 is slidably attached to the mounting portion 51 so that the distance (height) from the rod shaft portion can be adjusted as indicated by an arrow VI in the drawing.

また、上記装着部61に対して回動自在に設けられ、同じく髄内ロッドIMを貫装した回動部65が設けられる。この回動部65は、装着部61側の正面側に位置して指針65aが径方向に取付けられており、対する装着部61側にスケール61aが形成される。   Moreover, the rotation part 65 provided with the said attachment part 61 so that rotation is possible, and similarly penetrating the intramedullary rod IM is provided. The rotating portion 65 is located on the front side of the mounting portion 61 and has a pointer 65a attached in the radial direction, and a scale 61a is formed on the mounting portion 61 side.

このような構成の回旋角度決定用治具を用いることで、軟骨等の影響を受けず、且つ手術時に露出している前方接線がロッド軸周りに何度回旋しているかを測定し、その角度と骨切り用治具の前方接線とのなす角を術前計画用プログラムで得られた「前方接線−人工関節角」と等しくすることで、骨切り用治具の正しい回旋角度が得られる。   By using the jig for determining the rotation angle having such a configuration, it is measured how many times the forward tangent exposed at the time of surgery is rotated around the rod axis without being affected by cartilage or the like. By making the angle formed by the front tangent of the osteotomy jig equal to the “front tangent—artificial joint angle” obtained by the preoperative planning program, the correct rotation angle of the osteotomy jig can be obtained.

その他、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み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る適宜の組み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, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the functions executed in the above-described embodiments may be combined as appropriate as possible. The above-described embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination of a plurality of disclosed constituent elements. 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.

以下に、本願の基礎出願となる発明の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
請求項1記載の発明は、膝関節を含む下肢の2次元断層画像を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画像から大腿骨及び脛骨の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膝関節の3次元画像から、置換する人工関節を決定する大腿骨側人工関節決定ステップと、上記画像再構築ステップで得た脛骨の膝関節の3次元画像から、置換する人工関節を決定する脛骨側人工関節決定ステップと、上記大腿骨側人工関節決定ステップで決定した人工関節と、膝関節の参照点とに基づき、大腿骨内に挿入する髄内アライメントロッドを用いた人工膝関節置換術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膝関節置換手術の術前計画用プログラムである。
The invention described in the scope of the claims at the beginning of the application of the invention that becomes the basic application of the present application will be appended.
According to the first aspect of the present invention, an image input step for inputting a two-dimensional tomographic image of a lower limb including a knee joint, and an image reconstruction for reconstructing a three-dimensional image of the femur and tibia from the image input in the image input step A femoral side artificial joint determination step for determining a replacement artificial joint from the three-dimensional image of the femoral knee joint obtained in the image reconstruction step, and a tibia knee joint obtained in the image reconstruction step Based on the tibial artificial joint determining step for determining the artificial joint to be replaced from the three-dimensional image, the artificial joint determined in the femoral side artificial joint determining step, and the reference point of the knee joint are inserted into the femur. And a parameter determination step for determining various parameters used in artificial knee joint replacement using an intramedullary alignment rod. It is a preoperative planning for the program of replacement surgery.

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、上記大腿骨の3次元画像と上記髄内アライメントロッドの3次元画像との相互配置により各種パラメータを決定することを特徴とする人工膝関節置換手術の術前計画用プログラムである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the parameter determining step determines various parameters by mutual arrangement of the three-dimensional image of the femur and the three-dimensional image of the intramedullary alignment rod. This is a preoperative planning program for artificial knee joint replacement surgery.

請求項3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で決定する各種パラメータは、上記髄内アライメントロッドの刺入位置と刺入方向及び刺入深さ、刺入した上記髄内アライメントロッドを基準とした関節部の骨切り面の位置及び回旋角度を含むことを特徴とする人工膝関節置換手術の術前計画用プログラムである。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the various parameters determined in the parameter determining step include the insertion position, insertion direction, insertion depth, and insertion depth of the intramedullary alignment rod. A preoperative planning program for artificial knee joint replacement surgery characterized by including the position and rotation angle of the osteotomy surface of the joint with respect to the intramedullary alignment rod.

請求項4記載の発明は、大腿骨の膝関節の参照点に当接する当接部と、大腿骨の髄内に挿入する髄内アライメントロッドを装着する装着部と、上記当接部と上記装着部とを接続し、上記装着部の取付け位置及び取付け角度を調整可能なアーム部とを具備したことを特徴とする人工膝関節置換手術用治具である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an abutting portion that abuts on a reference point of the knee joint of the femur, an attaching portion for attaching an intramedullary alignment rod to be inserted into the medulla of the femur, the abutting portion, and the attaching An artificial knee joint replacement surgery jig characterized in that it comprises an arm portion that is connected to the arm portion and is capable of adjusting the mounting position and the mounting angle of the mounting portion.

請求項5記載の発明は、大腿骨の膝関節の参照点に当接する当接部と、大腿骨の髄内に挿入する髄内アライメントロッドを装着する装着部と、上記当接部と上記装着部とを接続し、上記髄内アライメントロッドに装着される外部治具の取付け角度を調整可能な接続部とを具備したことを特徴とする人工膝関節置換手術用治具である。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an abutting portion that abuts on a reference point of the knee joint of the femur, an attaching portion for attaching an intramedullary alignment rod to be inserted into the medulla of the femur, the abutting portion, and the attaching An artificial knee joint replacement surgical jig characterized in that it comprises a connection part that can be connected to a part and that can adjust an attachment angle of an external jig attached to the intramedullary alignment rod.

請求項6記載の発明は、上記請求項4または5記載の発明において、上記大腿骨の参照点は、後顆接線であることを特徴とする人工膝関節置換手術用治具である。   The invention according to claim 6 is the artificial knee joint replacement surgery jig characterized in that, in the invention according to claim 4 or 5, the reference point of the femur is a posterior condyle tangent.

請求項7記載の発明は、上記請求項4または5記載の発明において、上記大腿骨の参照点は、髄内アライメントロッドの軸に対して略垂直な平面で膝蓋大腿関節の近位端より近位部の骨断面像の皮質が2峰性となっている部分の2頂点の接線であり、上記アーム部または接続部は、髄内アライメントロッドの軸方向位置と当該接線とのオフセット値に対応して調整可能となることを特徴とする人工膝関節置換手術用治具である。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 4 or 5, wherein the reference point of the femur is closer to the proximal end of the patellofemoral joint in a plane substantially perpendicular to the axis of the intramedullary alignment rod. It is the tangent of the two vertices of the part where the cortex of the bone section image of the distal part is bimodal, and the arm part or connection part corresponds to the offset value between the axial position of the intramedullary alignment rod and the tangent line This is an artificial knee joint replacement surgery jig characterized by being adjustable.

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…ターゲットデバイス、31…当接部、32…アーム部、33…装着部、34…ロッド取付け部、35…ネジ、40…ロッドキーパ、41…大径側円筒部、41a…スパイク、42…小径側円筒部、43…ネジ穴、50…回旋角度決定用治具、51…装着部、51a…スケール、52…パドル、53…接続部、54…回動部、54a…指針、60…回旋角度決定用治具、61…装着部、61a…スケール、62…接続部、63…アーム部、64…当接部、65…回動部、65a…指針、AGP…グラフィクスインタフェース、CP…人工関節、FA…機能軸、FM…大腿骨、FP…遠位骨軸、FSB…フロントサイドバス、IM…髄内ロッド、MB…メモリバス、TL…前方接線。   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 ... Target device 31 ... Abutting part 32 ... Arm part 33 ... Mounting part 34 ... Rod mounting part, 35 ... screw, 40 ... rod keeper, 41 ... large diameter side cylindrical part, 41a ... spike, 42 ... small diameter side cylindrical part, 43 ... screw hole, 50 ... jig for determining rotation angle, 51 ... mounting part, 51a ... Scale 52 ... Paddle 53 ... Connection part 54 ... Turning part 54a ... Pointer 60 Rotation angle determination jig, 61 ... Mounting portion, 61a ... Scale, 62 ... Connection portion, 63 ... Arm portion, 64 ... Abutting portion, 65 ... Rotation portion, 65a ... Pointer, AGP ... Graphics interface, CP ... Artificial Joint, FA ... functional axis, FM ... femur, FP ... distal bone axis, FSB ... front side bath, IM ... intramedullary rod, MB ... memory bus, TL ... anterior tangent.

Claims (4)

大腿骨の膝関節の参照点に当接する当接部と、
大腿骨の髄内に挿入する髄内アライメントロッドを装着する装着部と、
上記当接部と上記装着部とを接続し、上記装着部の取付け位置及び取付け角度を術前に決定した上記髄内アライメントロッドの刺入に関するパラメータに従って調整可能なアーム部と
を具備したことを特徴とする人工膝関節置換手術用治具。
A contact portion that contacts the reference point of the knee joint of the femur;
A mounting part for mounting an intramedullary alignment rod to be inserted into the medulla of the femur;
An arm portion that connects the abutment portion and the mounting portion, and that can be adjusted in accordance with parameters relating to the insertion of the intramedullary alignment rod, in which the mounting position and the mounting angle of the mounting portion are determined before surgery. A featured artificial knee joint replacement jig.
大腿骨の膝関節の参照点に当接する当接部と、
大腿骨の髄内に挿入する髄内アライメントロッドを装着する装着部と、
上記当接部と上記装着部とを接続し、上記髄内アライメントロッドに装着される外部治具の取付け角度を術前に決定した上記髄内アライメントロッドの刺入に関するパラメータに従って調整可能な接続部と
を具備したことを特徴とする人工膝関節置換手術用治具。
A contact portion that contacts the reference point of the knee joint of the femur;
A mounting part for mounting an intramedullary alignment rod to be inserted into the medulla of the femur;
A connecting portion that connects the abutment portion and the mounting portion, and can be adjusted according to a parameter relating to the insertion of the intramedullary alignment rod that has been determined preoperatively as an attachment angle of an external jig to be mounted on the intramedullary alignment rod An artificial knee joint replacement surgical jig characterized by comprising:
上記大腿骨の参照点は、後顆接線であることを特徴とする請求項1または2記載の人工膝関節置換手術用治具。   3. The artificial knee joint replacement surgical jig according to claim 1, wherein the reference point of the femur is a posterior condyle tangent. 上記大腿骨の参照点は、髄内アライメントロッドの軸に対して略垂直な平面で膝蓋大腿関節の近位端より近位部の骨断面像の皮質が2峰性となっている部分の2頂点の接線であり、
上記アーム部または接続部は、髄内アライメントロッドの軸方向位置と当該接線とのオフセット値に対応して調整可能となる
ことを特徴とする請求項1または2記載の人工膝関節置換手術用治具。
The reference point of the femur is a plane in which the cortex of the bone cross-sectional image of the proximal part from the proximal end of the patellofemoral joint is bimodal in a plane substantially perpendicular to the axis of the intramedullary alignment rod. Vertex tangent,
The artificial knee joint replacement surgical treatment according to claim 1, wherein the arm portion or the connection portion can be adjusted in accordance with an offset value between an axial position of the intramedullary alignment rod and the tangent line. Ingredients.
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