JP2015517327A - 整形外科手術計画用の特徴ドリブンルールベースのフレームワーク - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書は、2012年3月3日に提出した米国仮特許出願第61/642,065号に米国特許第119条の下でこの仮出願に基づく優先権を主張するものであり、この仮出願の明細書は参照によってこの明細書に取り込まれるものとする。
本発明は、一般的には整形外科手術計画に関し、より具体的に自動計画支援に関する。
整形外科出術中、外科医は、骨の病理学的異常部分を切り取って、この病理学的異常部分をインプラントによって置換する。ここでは、2つ大きな要因が骨手術の、生じ得る結果に影響を及ぼす。すなわち、健康な骨を無傷に保ちながら病理学的に異常な骨部分を正確に除去する外科医の能力と、上記の病理学的に異常な骨部分を最適に適合するインプラントによって置換する外科医の能力とが影響を及ぼすのである。最小の切開で外科手術を行うため、骨は患者固有の切断ガイドを使用して切り取られる。このガイドには、1つまたは複数の鋸スロットと、参照切断を正確に実行するための複数のランドマークとが含まれている。手術計画フェーズにおいて、個人専用化された切断ガイドが設計され、また上記の基準切断と、外科インプラントの最適な配置を定めるための別の任意の複数の切断とを活用する手術計画が、外科医およびデザイナによって作製される。つぎにこの計画は、骨に最初の切断を行った後、外科医が上記のインプラントを配置するのをガイドする。
まずはじめに以下に説明する好適な実施形態には、整形外科手術計画用の方法、システム、命令およびコンピュータ読み出し可能媒体が含まれている。上記の外科手術計画用の設計プロセスおよび/または個人専用化された切断ガイドの設計は、作業フローフレームワークにおいて自動化される。一連の複数の手術を介して抽象化されたルールが記述されて、インプラントに適合させるために骨表面またはモデルが変更される。特定の患者用の骨情報を使用して、適切なインプラントおよび一連の切断が上記のルールによって決定される。対応する切断ガイドは、特定の患者用の骨情報に適合させることができる。骨置換インプランテーションの外科手術計画は自動実行される。
特徴ドリブンのルールベースのフレームワークにより、整形外科手術計画が自動化される。3Dモデル化フレームワークにより、自動的に切断ガイドおよび外科手術計画が形成される。上記の骨を基準にして定められる患者の骨幾何学形状および一連の解剖学的特徴は、処理固有作業指令と組み合わされる。これらの作業指令は、特定の外科手術に対する処理を表す。これらの作業指令は、専門家の知識により、特徴に依存しかつ機械が解釈可能な、知識ベース内のルールに抽象化される。一連の解剖学的特徴はつぎに形状モデラによって使用されて具体的なインプラント配置および切断ガイド設計処理が決定される。これらの処理は順次実行されて上記のインプラント計画が実行される。スクリプト言語によって外科手術計画作業フロー全体が前もって定められ、スクリプト可能なルールを介してフレキシブルかつカスタマイズ可能な自動化が得られることより、種々異なる整形外科手術による実現に対する汎用性が得られる。精度および再現性が得られると同時に時間のかかる手作業による介入調整が少なくなるかまたこれを不要にすることができる。事前承認される規制作業フローが遵守される見込みが高くなる。
//解剖学的軸線の検出
anatomicalaxis = DetectFemurAnatomicalAxis
//最遠位点の検出
mostDistalPoint = DetectFemurMostDistalPoint
//遠位点を上位の方向に移動
shiftedMostDistalPoint = mostDistalPoint-x*anatomicalAxisDirection
//切断面の定義
cuttingPlane = Plane(shiftedMostDistalPoint, anstomicalAxisDirection)
のように表される。
Claims (20)
- 整形外科手術計画のための方法において、
該方法には、
骨に対する整形外科手術のための複数のルールの知識ベースを準備するステップ(20)と、
前記骨、インプラントまたは切断ガイドを表す表面を取得するステップ(22)と、
プロセッサにより、前記知識ベースの第1ルールを選択するステップ(26)と、
前記プロセッサにより、前記第1ルールに対する少なくとも1つの解剖学的特徴を識別するステップ(28)と、
前記プロセッサにより、前記表面の前記少なくとも1つの解剖学的特徴を検出するステップ(32)と、
前記プロセッサにより、前記第1ルールと、前記少なくとも1つの解剖学的特徴とに応じて前記表面の変更を定めるステップ(34)と、
前記プロセッサにより、第1変更表面を得るために、前記定められた表面の変更にしたがって前記表面を変更するステップ(36)と、
前記プロセッサにより、前記第1変更表面を基準にしたインプラントを示す基準計画を出力するステップ(38)と、
前記プロセッサにより、前記第1変更表面に応じて、切断ガイドモデルを形成するステップ(40)とを有しており、当該切断ガイドモデルは、前記第1変更表面を設けるための変更を指示する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記ルールの前記知識ベースを準備するステップ(20)には、幾何学的基本要素をサポートするスクリプト言語における文脈自由文法として前記ルールを設ける(20)ことが含まれており、
識別のステップ(28)、検出のステップ(32)および定義のステップ(34)は、スクリプトインタプリタによって実行され、
変更(36)は表面整形エンジンによって実行される、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記ルールの前記知識ベースを準備するステップ(20)には、前記インプラント用に前記骨または別の骨を準備するための前記ルールのスクリプトを記述することが含まれている、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
取得ステップ(22)には、分割された医学データを受け取ることが含まれている、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記第1ルールを選択するステップ(26)には、前記複数のルール全体にわたって順序を設定することが含まれており、
前記ルールの各ルールは、前記インプラント用に骨を形成するためのアクションに関連付けられており、
前記第1ルールは、前記複数のルールの最後のルールである、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
識別のステップ(28)には、前記第1ルールにおいて、前記骨を基準にして前記変更を位置決めするために前記前記解剖学的特徴を指示することが含まれており、
検出のステップ(32)には、特徴検出器による検出(32)が含まれており、
前記変更を定めるステップ(34)には、少なくとも1つの前記解剖学的特徴に基づいて前記切断位置を示すことと、前記切断位置を基準にして除去される前記骨の部分を指示することとが含まれている、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
変更のステップ(36)には、コンピュータ支援設計ツールを組み込むことが含まれている、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
変更のステップ(36)には、前記骨の部分の除去をエミュレートすることが含まれている
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
出力のステップ(38)には、インプラントサイズ、インプラントタイプおよびインプラント配置を有する前記基準計画を出力する(38)ことが含まれている、
請求項1に記載の方法。 - 請求項1に記載の方法において、
前記切断ガイドモデルの形成のステップ(40)には、当該切断ガイドモデルと、前記表面とを一致させ、一致させた当該切断ガイドモデルを基準にして前記切断位置を示し、前記切断位置に対する前記切断ガイドモデルにおいてガイドを指示する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
さらに前記第1ルールに先立つ第2ルールに対して前記選択のステップ(26)、識別のステップ(28)、検出のステップ(32)、定義のステップ(34)および変更のステップ(36)を実行することが含まれており、
前記表面は、前記第2ルールを実行することによって定められる、
ことを特徴とする方法。 - 整形外科手術計画用にプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
当該記憶媒体には、
解剖学的特徴に基づく幾何学形状の変更を表す作業指令全体にわたって順序を設定するため(36)の命令と、
当該順序設定に応じて患者用の整形外科手術計画を形成するため(24)の命令と、
前記患者の前記骨を基準にしたインプラント配置をモデル化するため(34)の命令と、
前記患者の前記骨に対する切断ガイドを設計する(40)のための命令とが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
順序設定のステップ(36)には、知識ベースの前記作業指令に対するスクリプトを解釈することが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
形成のステップ(24)には、前記インプラント配置、インプラントサイズおよびインプラントタイプに対して前記骨を変更する順序を指示することが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
モデル化のステップ(34)には、前記整形外科手術計画にしたがって変更された前記患者の前記骨を使って前記インプラント配置を示す表示を出力すること(38)が含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
設計のステップ(40)には、前記患者の前記骨に固有な前記切断ガイドに対するサイズ、形状、位置およびガイド位置を決定することが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
形成のステップ(24)には、前記患者の前記骨および付加的な骨に対する前記外科手術計画を形成することが含まれており、
モデル化のステップ(34)には、前記骨および前記付加的な骨を基準した前記インプラント配置をモデル化することが含まれており、
前記切断ガイドの設計のステップ(40)には、前記骨用の前記切断ガイドおよび前記付加的な骨用の付加的な切断ガイドを設計することが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 整形外科手術計画用にプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
当該記憶媒体には、
患者の骨にインプラントするための、当該患者固有の変更の外科手術計画を自動的に形成する(24)ための命令と、
前記患者固有の変更のために前記患者固有の切断ガイドを自動的に設計する(40)ための命令とが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項18に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
形成のステップ(24)には、
スクリプトインタプリタにより、知識ベースにおける一連のルール全体にわたって順序を設定する(78)ことと、
前記ルールに対して特徴検出器を呼び出すことと、
前記特徴検出器によって検出した特徴により、および、前記ルールに基づき、前記患者固有の変更を決定することとが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。 - 請求項18に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、
設計のステップ(40)には、前記切断ガイドのサイズ、形状およびガイド位置をモデル化することが含まれている、
ことを特徴とする記憶媒体。
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