JP2015512734A - 寛骨臼構成要素の位置合わせを容易にするために用いる装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これまでで最も普及しているカップ位置決め技術は、視覚的な位置合わせである。整形外科カンパニーは、嵌め込み器具およびリーマ加工器具に接続する簡単なガイドを与えるが、これらのガイドは、部屋の水平面やベッドの長さなどの全体的な基準系に依存するため、カップ方向付けの曖昧で非特異的な目安しか与えることができず、カップ中心位置に関する情報を与えることができない。
National Joint Registry of England and Walesに報告された2010年に取り組まれた股関節置換処置の1%が、コンピュータ誘導型ナビゲーションを使用していた。これは取り組みが低いレベルであることを示唆している。2つのタイプのコンピュータ誘導型ナビゲーション、すなわち、CTに基づく撮像に依存するコンピュータ誘導型ナビゲーションと、それに依存しない(被験者の骨の解剖学的構造が術中に参照される)コンピュータ誘導型ナビゲーションとが存在する。両システムはかなりの設備投資を必要とし、また、CTに基づくシステムは、必要とされるCTスキャンに起因して長期のコスト増を必要とする。そのような出資は、これまでは、大容量センターにおいてのみ起こりそうである。腹部をCTスキャンすることは、患者を望ましくないレベルの放射線に晒すことにもなる。
患者適合型位置合わせガイドは、それぞれの特定の患者ごとにカップを理想的に配置できる被験者固有の位置合わせガイドを設計するために患者のCTデータを使用する。プロセスは、CTデータを必要とする(関連するコストおよび放射線の危険を伴う)とともに、患者適合型ガイドを(例えば3D印刷により)設計して形成するためにエンジニアの尽力を必要とする。これは、提案された計画と最終的なガイドとの間の遅延の点から見て、かなりの準備期間を外科手術に付加することとなる。
a)複数の患者に関するCT(コンピュータ断層撮影)スキャンからの患者データをセグメント化する。
b)セグメント化されたスキャンを一群のポイントへと変換する。
c)スクリプトを使用して、臼蓋窩および寛骨臼縁プロファイルの位置決めをする。
d)スクリプトを使用して、球などの幾何学的形状により局所的な寛骨臼骨ランドマークの範囲を規定する。
e)スクリプトを使用して、患者間のランドマーク位置および縁プロファイルを関連付ける。
f)スクリプトを使用して、2Dレントゲン撮影から測定され得るセンターエッジ角などの標準的な外科的寛骨臼形態寸法の範囲を測定する。
g)再現性およびこのデータ内の相関関係を見る。
h)スクリプトを使用して、機械的に複製され得る臼蓋窩への位置決め技術を評価する。
1.骨盤CTデータのサンプルを収集して、焦点を合わせるべき左半骨盤または右半骨盤のいずれかを選択する。CTデータをセグメント化して、注意深く骨棘を除去する。
2.少なくとも60個のポイントを用いて臼蓋窩の縁(窩を含まない)の位置決めをする。これは、手動であるいは自動スクリプトを用いて行うことができる。
3.球を臼蓋窩に適合させて、寛骨臼中心の位置決めをする。これは、手動であるいは自動スクリプトを用いて行うことができる。
4.2つの上前腸骨棘(ASIS)を1つの軸に沿って位置合わせすることによって骨盤を冠状面内で方向付ける。
4.寛骨臼縁プロファイルを冠状面内で2D画像に投影することによってカバレッジ角を測定する。2つのベクトルを生成する。ベクトル1は、臼蓋窩上の最も張り出した上ポイントと寛骨臼中心との間にある。ベクトル2は、2つのASIS間の軸に対して垂直である。カバレッジ角は、これらの2つのベクトル間の鋭角である。
5.全ての骨盤を前骨盤面(APP)(左右ASISおよび恥骨結節の中間点を通る平面)へと方向付ける。XYを横断面として規定し、XZを冠状面として規定し、YZを矢状面として規定する。
6.寛骨臼縁プロファイルの全てをそれらの寛骨臼中心と共にAPP内で抽出する。激しい異形成(25度未満のカバレッジ角として規定される)または激しい挟み衝突(50度を超えるカバレッジ角として規定される)を伴う寛骨臼縁プロファイルを排除する。
7.X軸と平行な臼蓋窩の中心を通る軸を規定する。
8.縁プロファイルを矢状面へと投影する。これは、歪んだ不完全な円のように見えるべきである。
9.外閉鎖筋腱溝内の骨隆起部の位置を突き止める。また、このポイントを2D平面へ投影する。
10.寛骨臼縁の周囲で骨隆起部候補から時計回りに5度ごとに(窩で円が途切れるポイントを除く)縁プロファイルポイントを移動させる。
11.それぞれのポイントごとに5度間隔で、ポイントと寛骨臼中心との間のベクトルと、中心と骨隆起部との間のベクトルと、の間の範囲の角度を計算する。この角度を、縁ポイントを通る最適な面に対して垂直な面へ投影するとともに、横断面へ投影する。この角度は、傾斜に関連付けられ、推定傾斜と呼ぶことができる。
12.それぞれのポイントごとに5度間隔で、回転に関連付けられる角度を計算する。ポイントをそれらの径方向に対向するポイントと結合する(例えば、25度および205度)。2つのポイント間のベクトルとY軸との間の角度を計算する。この角度は、回転に関連付けられ、推定回転と呼ぶことができる。
13.第1に、傾斜に焦点を合わせる。5度間隔縁ポイントのそれぞれごとに、臼蓋窩の全てにわたってセンターエッジ角と推定傾斜との間の相関関係を規定する。
14.カバレッジ角に対する最も高い相関関係を有する縁ポイント角度位置を選択する。この時点で、カバレッジ角に対して高い相関関係を有する縁上のポイントにおける角度定義が得られた。
15.第2に、回転に焦点を合わせる。5度間隔縁ポイントのそれぞれごとに、横断面へ投影される、各縁ポイントとその径方向に対向する相手側との間のベクトルと、患者自然回転との間の相関関係を規定する。また、規定された5度間隔縁ポイントにおける各被験者にわたる回転の全範囲も記録する。
16.3つの縁ポイントを選択する。上縁ポイントは、センターエッジ角と最も高度に相関した骨隆起部とのその角度関係によって規定されるポイントである。前ポイントは、自然回転と最も高度に相関した縁ポイントとして選択され、全ての被験者にわたって許容できる低い範囲の回転も有する。後ポイントは、前ポイントから180度に規定される。上縁ポイントと寛骨臼中心との間のベクトルを規定する。このベクトルをカバレッジ角から計算される大きさだけY軸周りに回転させる。この大きさは、カバレッジ角と推定傾斜との間の最適な関係を規定するとともに、これを使用して、ベクトルを標的位置へ垂直から40度回転させることによって見出される。カップ法線は、このベクトルと、前縁ポイントと後縁ポイントとの間のベクトルとの外積である。最終的なカップ中心は、前縁ポイントと後縁ポイントとの中間点に位置する。
−装置は、患者固有の情報の2つの断片を入力(センターエッジ角および大腿骨頭直径)として取得して、装置が臼蓋窩内に配置されるときに所定の基準ポイントを縁上に見出すべく自動位置決めする。外科医は、案内位置を最終決定するために1つの位置合わせを行うだけで済む。入力情報の2つの断片は、全ての人工股関節置換手術で撮られる平面的なレントゲン写真から測定することができる。測定データは、外科医が取得に精通する標準的な測定値である。
−装置は、カップ回転角に関して被験者固有のガイドを与える。従来技術の基本的なガイドは15°の理想的な回転を成すが、実際には、回転の解剖学的変化は傾斜よりもかなり幅広い。装置は、解剖学的回転および最適な傾斜に対する寛骨臼構成要素の位置合わせを支援することを目的とする。
−装置は、視覚的な位置合わせのために必要とされるキューの全てを適切に見ることができない低侵襲手術中などの視認性が低い状況で使用できる。
−装置は設備投資を必要としない。したがって、装置は、能力が高い外科医および能力が低い外科医に利用できる(能力が低い外科医とは、彼らの経験量が少ないことから案内装置の特定の必要性を伴う外科医であると論じることができる)。
−装置を使い捨てできるように形成することができ、また、コストは、他の外科消耗品のコストに相当し得る。
−装置は、CTデータの解析や、患者に適合する装置の製造を待つなどといった、準備期間を何ら有さない。
−本発明は、寛骨臼構成要素を所定の方向だけでなく所定の位置に位置合わせするのを支援するために使用され得る。本発明に係る装置は、寛骨臼構成要素中心位置の位置合わせを示すために使用され得る。
Claims (46)
- 被験者の骨盤に対する寛骨臼構成要素の位置合わせを容易にするために用いる装置であって、
前記装置は、装置本体と、被験者の寛骨臼縁上の第1の所定の装着位置に配置するための少なくとも第1のロケータとを有し、前記装置は、寛骨臼構成要素の位置合わせを容易にするために設置されるときに前記被験者に対する方向および/または位置を規定する
装置。 - 前記装置は、前記被験者の寛骨臼縁上の第2の所定の装着位置に配置するための第2のロケータを更に備える
請求項1に記載の装置。 - 前記装置は、前記被験者の寛骨臼縁上の第3の所定の装着位置に配置するための第3のロケータを更に備え、前記装置は、前記被験者内に設置されるときに寛骨臼縁平面を規定する
請求項1または請求項2に記載の装置。 - 前記ロケータまたは前記ロケータのうちの1つは、寛骨臼上縁上の所定の装着位置に配置するための上ロケータである
請求項1から3のいずれかに記載の装置。 - 前記ロケータまたは前記ロケータのうちの1つは、寛骨臼前縁上の所定の装着位置に配置するための前ロケータである
請求項1から4のいずれかに記載の装置。 - 前記ロケータまたは前記ロケータのうちの1つは、寛骨臼後縁上の所定の装着位置に配置するための後ロケータである
請求項1から5のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、設置時に前記被験者に対する少なくとも1つの基準ラインを規定し、前記基準ラインが前記第1の装着位置を含み、前記装置は、使用時に前記被験者の所定の天然ランドマークと位置合わせするための位置合わせ基準要素を更に備え、前記天然ランドマークがユーザによって特定でき、前記第1のロケータは、前記位置合わせ基準要素と前記天然ランドマークとの位置合わせ時に前記第1のロケータが前記第1の装着位置に位置決めするように前記位置合わせ基準要素に対して位置付けられ、前記天然ランドマークが設置時の前記装置によって規定される前記基準ラインの外側にある
請求項1から6のいずれかに記載の装置。 - 前記位置合わせ基準要素は、前記天然ランドマークで前記被験者の骨盤内におけるピンの配置を案内するためのピン配置ガイドを備える
請求項7に記載の装置。 - 前記位置合わせ基準要素は、使用時に前記天然ランドマークと位置合わせされ得る位置合わせマーカを備える
請求項7に記載の装置。 - 前記装置は、前記位置合わせ基準要素が被験者の外閉鎖筋腱溝内で骨隆起部と位置合わせされ得るように構成される
請求項7から9のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、被験者の寛骨臼縁上の第2の所定の装着位置に配置するための第2のロケータを更に備え、前記第2のロケータは、前記位置合わせ基準要素と前記天然ランドマークとの位置合わせ時に前記第2のロケータが前記第2の装着位置に位置決めするように使用時に前記位置合わせ基準要素に対して位置付けられる
請求項7から10のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、使用時に前記被験者の寛骨臼縁上の第3の所定の装着位置に配置するための第3のロケータを更に備え、前記第3のロケータは、前記位置合わせ基準要素と前記天然ランドマークとの位置合わせ時に前記第3のロケータが寛骨臼縁上の前記第3の装着位置に位置決めするように前記位置合わせ基準要素に対して位置付けられる
請求項7から11のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、前記位置合わせ基準要素が被験者の外閉鎖筋腱溝内で骨隆起部を備える天然ランドマークと位置合わせされ得るように構成され、前記被験者の寛骨臼中心と前記上ロケータとの間の第1のベクトルと前記被験者の寛骨臼中心と前記天然ランドマークとの間の第2のベクトルとの間の角度Aは、前記第1および第2のベクトルが矢状面上に投影されるときに、前記装置が設置されるときに測定して、約112〜132°、好ましくは約120〜124°、より好ましくは約122°である
請求項7から12のいずれかに記載の装置。 - 前記前後ロケータ間の間隔をユーザにより調整できる
請求項6から13のいずれかに記載の装置。 - 前記装置本体が第1および第2の部分を有し、前記上ロケータが使用時に前記装置本体の前記第1の部分上にありあるいは前記第1の部分に結合され、前記前後ロケータが使用時に前記第2の部分上にありあるいは前記第2の部分に結合され、前記第2の部分が使用時に前記第1の部分にスライド可能に装着される
請求項6から14のいずれかに記載の装置。 - 前記装置の前記第2の部分が使用時に前記第1の部分にキー止めされ、それにより、前記第1および第2の部分が使用時に軸方向周りに互いに対して回転可能に固定される
請求項15に記載の装置。 - 前記装置は、前記位置合わせ基準要素が被験者の外閉鎖筋腱溝内で骨隆起部を備える天然ランドマークと位置合わせされ得るように構成され、前記被験者の寛骨臼中心と前記後ロケータとの間の第1のベクトルと前記被験者の寛骨臼中心と前記天然ランドマークとの間の第2のベクトルとの間の角度Bは、前記第1および第2のベクトルが矢状面上に投影されるときに、前記装置が設置されるときに測定して、約36〜56°、好ましくは約44〜48°、より好ましくは約46°である
請求項7から16のいずれかに記載の装置。 - 前記前ロケータは、前記後ロケータとほぼ直径方向に対向して位置される
請求項6から17のいずれかに記載の装置。 - 前記装置が設置時に寛骨臼中心位置を規定し、前記寛骨臼中心位置から寛骨臼構成要素中心を基準付けることができ、前記寛骨臼構成要素中心は、前記装置が設置されるときに、前記前ロケータと前記後ロケータとの間の中間点である
請求項18に記載の装置。 - 前記装置は、前記被験者から測定される寛骨臼センターエッジ角に基づいて前記被験者に対する前記寛骨臼構成要素の方向を制御できるようにするべく構成される
請求項1から19のいずれかに記載の装置。 - 被験者の臼蓋窩に対する寛骨臼構成要素の位置合わせを容易にするときに用いる装置であって、
前記装置は、前記被験者から測定される寛骨臼センターエッジ角に基づいて前記被験者に対する前記寛骨臼構成要素の方向を制御できるようにするべく構成される
装置。 - 前記装置を使用時に被験者の骨盤に設置することができ、前記装置は、設置時に前記被験者に対する少なくとも1つの基準ラインを規定し、前記装置は、寛骨臼構成要素の位置合わせを容易にするために前記装置が設置されるときに前記被験者に対する方向を規定するための少なくとも1つのガイド部を更に備え、前記ガイド部は、前記被験者から測定されるセンターエッジ角に基づいて設置時に前記被験者に対して所定の方向に向く
請求項20または請求項21に記載の装置。 - 前記装置は、寛骨臼構成要素を設置できる前記装置が設置されるときに少なくとも前記被験者に対する方向を規定するための少なくとも1つのガイド部を更に備える
請求項1から19のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、測定されたセンターエッジ角値に応じて前記ガイド部が前記基準ラインに対して所定の傾斜角に設定され得るように構成できる
請求項22または請求項23に記載の装置。 - 前記ガイド部が少なくとも1つのピン配置ガイドを備える
請求項22から24のいずれかに記載の装置。 - 前記ガイド部が長尺ロッドを備える
請求項22から24のいずれかに記載の装置。 - 前記被験者から測定される前記センターエッジ角が前記被験者のX線から得られる
請求項20から26のいずれかに記載の装置。 - 前記上ロケータの位置を前記装置本体に対してユーザにより調整できる
請求項4から21のいずれかまたは請求項23から27のいずれかに記載の装置。 - 前記装置本体に対する前記上ロケータの位置は、前記被験者から測定されるセンターエッジ角に基づいてユーザにより選択され得る
請求項28に記載の装置。 - 前記上ロケータを前記装置に対して回動可能に調整できる
請求項28または請求項29に記載の装置。 - 前記上ロケータを前記装置に対してスライド可能に調整できる
請求項28または請求項29に記載の装置。 - 前記装置は、ユーザが前記装置により規定される基準ラインに対して選択された傾きに寛骨臼構成要素を方向付けることができるようにするための方向インジケータを有し、前記インジケータは、前記被験者から測定されるセンターエッジ角値を使用して所定の傾きを選択できるようにするべく予め調整される
請求項20から31のいずれかに記載の装置。 - 前記装置および/または前記方向インジケータは、センターエッジ角値に対応する複数の視覚的なマーキングを有する
請求項20から32のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、被験者の臼蓋窩の中心を実質的に規定するための手段を更に備える
請求項1から33のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、被験者の臼蓋窩の中心を実質的に規定する臼蓋窩心出し構成要素を使用時に更に備える
請求項1から34のいずれかに記載の装置。 - 前記装置本体は、前記臼蓋窩心出し構成要素に取り付くための手段を有する
請求項35に記載の装置。 - 前記臼蓋窩心出し構成要素は、前記装置本体に取り付くことができるカップ形状構成要素、リーマ、または、寛骨臼カッププロテーゼを備える
請求項35または請求項36に記載の装置。 - 少なくとも2つの前記臼蓋窩心出し構成要素が設けられ、前記各臼蓋窩心出し構成要素が異なるサイズを有する
請求項35から37のいずれかに記載の装置。 - 前記第1のロケータおよび/または前記第2のロケータおよび/または前記第3のロケータはそれぞれ、前記装置が設置されるときにそれらのそれぞれの装着位置とほぼ点接触するように構成される
請求項1から38のいずれかに記載の装置。 - 前記装置は、設置時に前記被験者に対する基準面を規定する
請求項1から39のいずれかに記載の装置。 - 被験者の骨盤に対する寛骨臼構成要素の位置合わせを容易にするときに用いる装置であって、
前記装置は、装置本体と、前記被験者の寛骨臼上縁上の第1の所定の装着位置に配置するための上ロケータと、寛骨臼前縁上の第2の所定の装着位置に配置するための前ロケータと、寛骨臼後縁上の第3の所定の装着位置に配置するための後ロケータとを有し、前記装置は、少なくとも前記寛骨臼構成要素が設置されるときに前記寛骨臼構成要素が位置合わせされるようになっている方向に設置した時に向く寛骨臼位置合わせ軸を有し、前記寛骨臼位置合わせ軸に対して垂直な平面内で前記寛骨臼位置合わせ軸周りに測定される前記上ロケータと前記後ロケータとの間の角度Cは、約66〜86°、好ましくは約74〜78°、より好ましくは約76°である
装置。 - 請求項1から41のいずれかに記載の装置を組み付け時に提供するための部品のキット。
- 被験者の股関節に装置を設置する方法であって、
前記方法は、請求項7から41のいずれかに記載の装置を用意するステップと、少なくとも前記第1のロケータが前記第1の装着位置に位置決めするように前記位置合わせ基準要素を前記天然ランドマークと位置合わせするステップとを備える
方法。 - 被験者の股関節に装置を設置する方法であって、
前記方法は、請求項28から41のいずれかに記載の装置を用意するステップと、前記装置が設置されるようになっている被験者の臼蓋窩におけるセンターエッジ角を測定するステップと、前記被験者から測定されるセンターエッジ角に基づいて前記装置本体に対する前記上ロケータの位置を調整するステップと、前記上ロケータが前記被験者の寛骨臼縁と接触するように前記装置を前記被験者内に配置するステップとを備える
方法。 - 前記方法は、前記装置が設置されるようになっている股関節の大腿骨頭における大腿骨頭直径を測定するステップと、前記装置を設置する前に寛骨臼心出し構成要素を前記装置に取り付けるステップとを更に含み、前記寛骨臼心出し構成要素は、測定された大腿骨頭直径に基づいてそれが前記被験者の臼蓋窩のサイズに適合するべく寸法付けられるように選択される
請求項44に記載の装置を設置する方法。 - 実質的に添付図面の任意の組み合わせに関連して本明細書中に記載され,添付図面の任意の組み合わせで示される装置、キット、および/または、方法。
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