JP2016526423A

JP2016526423A - ヒトまたは動物の骨組織の切断および切断の計画

Info

Publication number: JP2016526423A
Application number: JP2016522554A
Authority: JP
Inventors: フィリップカッタン，; マチスグリーセン，; アルフレドブルーノ，
Original assignee: アドバンストオステオトミーツールズ − エーオーティーアーゲー
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-09-05
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: KR20160026975A; WO2015000823A1; EP3019111B1; BR112015032504B1; US10130426B2; KR102276552B1; EA201690110A1; US20160135890A1; CN105358086A; EP3019111A1; BR112015032504A2; ES2841985T3; EP2821023A1; EA033120B1; CN105358086B; JP6486913B2

Abstract

ヒトまたは動物の骨組織（９）を切断するプロセスを計画する方法は、骨組織（９）の初期状態の初期データを取得することと、骨組織（９）の目標状態の目標データを規定することと、骨組織（９）を切り離すために初期データおよび目標データを使用して切断幾何形状を算出することとを含む。切断幾何形状は、切断幾何形状に沿って切り離された後に目標状態において少なくとも１の自由度にて明瞭な態様で骨組織（９）が再び組み合わせ可能なように形成される構造を含む。骨の目標状態に従って切断幾何形状の構造を形成することによって、計画された切断が特定の機能とともに提供され得る。すなわち、このような機能的切断は、切り離される骨部分の互いに対する可能な移動を幾何学的に規定し、制限できる。これに関して、機能的切断によって骨の目標位置への同等に正確な再配置が可能となり、また少なくとも１の自由度におけるそこからのいかなる移動も防ぐことができる。したがって、本発明による方法によって骨組織の切断が可能になるとともに、意図した用途に従って骨組織の切り離された部分を再び組み合わせることが初めのうちに既に考慮される。これによって、追加の固定手段等を必須のものとして必要とすることなく、骨組織を目標位置に同等に正確にかつ安定的に再び組み合わせ得ることを保証できる。切り離された骨部分の手動または類似の位置づけおよび再組み合わせの不正確さは最小限にされるかまたはなくなりさえできる。【選択図】図１４

Description

本発明は、ヒトまたは動物の骨組織を切断するプロセスを計画する方法、その方法を実施するコンピュータプログラム、およびヒトまたは動物の骨組織を切断するプロセスに関する。骨組織の初期状態のデータを得、切断幾何形状を設計し、骨組織が切断幾何形状に沿って切断され、骨組織は切り離された後に再び組み合わせられる方法は、再建手術等の多くの医療または手術用途に使用できる。

今日の手術においては、ヒトまたは動物の骨組織を複数の骨片へと分離し、骨片を１つずつ取り除き、再び骨片を組み合わせることが必要とされることが多い。例えば、再建手術の多くの用途では、骨を複数の骨片へと分離し、骨を目標形状または状態へと再形成するために適切な位置に複数の骨片を再び組み合わせることが必要である。このような再建手術用途の一例は、患者のオーバーバイトの矯正である。これにより、場合によっては、上顎を２つ以上の片へと分割し、目標位置で再び組み合わせる。目標位置では、骨の２つの部分が治癒プロセス中に成長するか、またはともに固定されて、それに従って骨が再形成される。このような用途において骨を分離または分割するために、適した切断工具が使用され、これにより骨に切断が施される。

または、その他の手術用途では、例えば、骨に覆われた空間にアクセスするために一時的に骨を分割する必要がある。例えば、胸部内部にアクセスするために、例えば、心臓または肺にアクセスするために、多くの場合、胸骨を分割し、治療処置後は元の位置で再び組み合わせる。同様に、このような分割のためにも、骨を分離するために適切な骨切断工具が使用される。

ヒトまたは動物の骨組織の分離を含む今日の手術で起こる問題は、従来の切断工具は通常不十分な精度を有するため、骨組織を再び組み合わせることにより悪影響または満足のいかない結果をもたらすことである。例えば、従来の手術用のこぎりは比較的大きな切り傷を生じさせるため、同等の多くの骨質を取り除く。さらに従来の切断工具は多くの場合、その切り傷付近の骨組織へ付帯的損傷を起こしてしまうが、これは可能であれば防止されるべきである。

この関連において、ヒトおよび動物の骨組織の改善された正確な切断が可能な切断工具が開発されてきた。例えば、ＷＯ２０１１／０３５７９２Ａ１はコンピュータ支援およびロボット誘導式のレーザ骨切りのみ医療デバイスについて記載している。このデバイスは、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ等のロボットアーム誘導式レーザを使用して、所定の骨切り線に沿って組織を光焼灼することによってヒトまたは動物の骨組織を切断する。このようなデバイスを用いることにより、骨またはその他の骨組織は同等の高い精度および同等の小さな付帯的損傷でもって切断可能である。

しかし、前述の近代的な切断工具によって手術における改善された利用が可能ではあるものの、目標位置または形状へと再び組み合わせるために骨組織を切断することは依然として問題となり得る。特に、再び組み合わされた後に、骨組織の分離された部分は互いに対して少なくとも同等に若干ずれるか移動し得るため、再び組み合わせられた骨組織は目標位置にて正確に再形成されも再び配置されもしない。このようなずれまたは移動を防ぐための可能な方法は、ねじ、釘等の外部機械的手段により骨組織の分離された部分を目標位置に固定することであり得る。しかし、このような固定は同等に厄介かつ困難であり得る。また、骨組織の切り離された部分は、適切に目標位置で再び組み合わされるように適切に形成されないことが多いため、補助的な構造を使用しなければならない。

したがって、意図する用途に適合した態様で骨組織の切り離された部分を再び組み合わせることが可能なようにヒトまたは動物の骨組織を切断することが必要である。

本発明によれば、この必要性は、独立請求項１の特徴によって規定されるような方法、独立請求項１１の特徴によって規定されるようなコンピュータプログラム、および独立請求項１２の特徴によって規定されるようなプロセスによって満たされる。好ましい実施形態は従属請求項の主題である。

より詳細には、本発明の要点は以下である。ヒトまたは動物の骨組織を切断するプロセスを計画する方法は、骨組織の初期状態の初期データを取得することと、骨組織の目標状態の目標データを規定することと、骨組織を切り離すために初期データおよび目標データを使用して切断幾何形状を算出することとを含む。このことにより、切断幾何形状は、切断幾何形状に沿って切り離された後に目標状態において少なくとも１の自由度にて明瞭な態様で骨組織が再び組み合わせ可能なように形成される構造を含む。

本発明による方法は、完全にまたは部分的にもコンピュータにより実施される方法であり得る。本発明との関係において用語「骨組織」は任意のヒトまたは動物の骨または骨状組織に関連し得る。詳細には、骨組織とは、下顎骨、上顎骨、胸骨、頭骨、軟骨等のような骨格骨を包含する。用語「骨組織の状態」は、骨組織の位置および／または形状に関連し得る。骨組織の初期状態は、矯正または適合されなければならない骨組織状態であり得る。このような場合、骨組織の初期状態は骨組織の目標状態とは異なる。骨組織の初期状態は、例えば体の内部等を開放するために一時的に変更されなければならない状態でもあり得る。したがって、初期状態は目標状態と同じであり得る。用語「初期データ」および「目標データ」は特に、骨組織の状態を規定する幾何学的データに関連し得る。この幾何学的データは適した座標系内で規定され得る。初期データは、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）等によって骨組織を測定し、また例えばデジタルデータのような測定情報を提供することによって取得できる。

本発明に関連して使用される用語「自由度」は、骨組織の切り離された部分または骨片の互いに対する移動に関する。これは特に、任意の可能な方向における回転移動および／または横方向移動に関連し得る。本発明との関係において用語「明瞭な方法」は、目標状態における骨組織の少なくとも１の自由度にて逸脱できない再組み合わせに関する。より詳細には、これは１つまたは複数の同等に正確な目標位置に関連し、そこからの少なくとも前述の１の自由度における連続的または連続可変的な変更は除外される。これは、この用語によれば、骨組織は任意の所定の目標状態にのみ再組み合わせ可能であり、少なくとも１の自由度におけるそのいかなる連続的または一定しない逸脱も当然実現可能ではないことを意味する。このことによって特に、本発明による方法と、例えば意図する目標状態が多かれ少なかれ得られるまで、切断に沿って連続的に骨組織を切り離し再び組み合わせる任意の方法とを異ならしめることができる。

骨の目標状態に従って切断幾何形状の構造を形成することによって、計画された切断は特定の機能とともに提供できる。すなわち、このような機能的切断は、切り離された骨部分の互いに対する可能な移動を幾何学的に規定し、制限できる。これに関して、機能的切断によって骨の目標位置への同等に正確な再配置が可能となり、また少なくとも１の自由度におけるそこからのいかなる移動も防ぐことができる。また、このような機能的切断によって、再び組み合わせ一緒に治癒した後により強力な接続が得ることができるように従来の切断に比べるとさらなる接触表面積を与えることができる。

したがって、本発明による方法によってヒトまたは動物の骨組織の切断が可能になるとともに、意図した用途に従って骨組織の切り離された部分を再び組み合わせることが初めのうちに既に考慮され、実施される。これによって、追加の固定手段等を必須のものとして必要とすることなく、骨組織を目標位置に同等に正確にかつ安定的に再び組み合わせ得ることを保証できる。切り離された骨部分の手動または類似の位置づけおよび再組み合わせの不正確さは最小限にされるかまたはなくなりさえできる。

好ましくは、切断幾何形状の構造は、骨組織が切断幾何形状に沿って切り離された後に、明瞭な態様であらゆる自由度にて目標状態に再組み合わせ可能であるように形成される。用語「あらゆる自由度」とは本文脈中、切り離された骨部分の互いに対する移動に関連する。これは特に、切り離された骨部分の互いから分離させるための任意の移動を含まず、切り離された骨部分が互いに対して位置決めするための移動のみを含む。このようにして、目標位置は切断それ自体の幾何形状によって正確に予め規定することができ、切り離された骨部分の互いに対する意図しないいかなる移動も防止され得る。また、外部手段による再組み合わせの追跡も防ぐことができる。

好ましい一実施形態では、切断幾何形状の構造は、骨組織が切断幾何形状に沿って切り離された後に、ある単一の目標状態においてのみ再組み合わせ可能であるように形成される。

好ましい別の実施形態では、切断幾何形状の構造は、骨組織が切断幾何形状に沿って切り離された後に、複数の段階的な明瞭な目標状態において再組み合わせ可能であるように形成される。これによって、切断幾何形状の構造は好ましくは、周期関数を使用して算出され、また周期関数に従って周期的に形成される。ここに、「周期関数」は、複雑な周期関数であってもよい。複雑な周期関数としては、たとえば、円関数等の正則関数に基づいて合成される関数等が考えられる。周期関数の例として、正弦関数等の関数、三角関数等がある。

好ましくは、切断幾何形状の構造は、凸状湾曲部分および凸状湾曲部分に対応する凹状湾曲部分を含み、凸状湾曲部分は骨組織が目標状態にあるときに凹状湾曲部分に配置される。このような切断幾何形状では、切り離された骨部分のねじれ移動または回転が防止できるが、これに対して、いくつかの実施形態では、切断面に垂直な回転移動は依然として可能であり得る。

好ましくは、切断幾何形状の構造は、凸状楔形部分および凸状楔形部分に対応する凹状楔形部分を含み、凸状楔形部分は骨組織が目標状態にあるときに凹状楔形部分に配置される。このことにより、楔形部分は、楔形部分の異なる側に対して非垂直な表面角度により規定できる。このような構造では切り離された骨部分の平行変位を防止できる。

好ましくは、切断幾何形状の構造は突出部と突出部に対応する凹みとを有し、突出部は、骨組織が目標状態にあるときに凹みに配置される。したがって、突出部は好ましくはバーを有し、凹みはバーに対応する溝を有する。このような配置によって、切り離された骨部分の互いに対するブロッキングが可能となるが、平行または横方向の移動は依然として可能であり得る。複数のバーおよび対応する溝を提供することによって、バー間の距離は所望の変位距離を規定できる。

さらに、突出部は好ましくはピンを含み、凹みは突出部に対応する穴を含む。このような構造によって、切断はプラグ状機能を備えることができる。特に、ピンを穴の内部に配置することによって、骨組織の切り離された部分は目標位置においてともに正確に嵌め込まれ得る。

本発明のさらなる態様は、コンピュータにロードまたは実行されたときに、上述の方法をコンピュータに実施させるコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラムに関する。このようなコンピュータプログラムによって、本発明による方法およびこれによる効果を効率的に実施することを可能にする

本発明の別のさらなる態様は、ヒトまたは動物の骨組織を切断するプロセスに関する。プロセスは、骨組織の初期状態の初期データを取得することと、骨組織の目標状態の目標データを規定することと、骨組織を切り離すために初期データおよび目標データを使用して、切断幾何形状に沿って切り離された後に目標状態において少なくとも１の自由度にて明瞭な態様で骨組織が再び組み合わせ可能なように形成される構造を含む切断幾何形状を算出することと、切断幾何形状を骨組織に切り込むことと、切断幾何形状に沿って骨組織を分解することと、骨組織を目標状態へと再び組み合わせることとを含む。

生体外プロセスであり得るプロセスは、上記に記述された本発明による方法を実施する。したがって、これはさらに上述のこの方法の効果および利点を提供する。その結果、本発明によるプロセスによってヒトまたは動物の骨組織の切断が可能になるとともに、意図した用途に従って骨組織の切り離された部分を再び組み合わせることが初めのうちに既に考慮される。これによって、追加の固定手段等を必須のものとして必要とすることなく、骨組織を目標位置に同等に正確にかつ安定的に再び組み合わせ得ることを保証できる。切り離された部分の手動または類似の位置づけおよび再組み合わせの不正確さは最小限にされるかまたはなくなりさえできる。

好ましくは、切断幾何形状はレーザビームによって骨組織に切り込まれる。このようなレーザビームによって、実質的に骨組織または付近の他の組織を損なうことなく任意の角度および深さで切断を正確に加えることが可能である。したがって、レーザビームは好ましくは、ロボットアームに取り付けられたレーザ源によって提供される。このような配置によって、同等に複雑な切断幾何形状が適用できるようにレーザビームの任意の自由度での正確な移動および方向付けが可能になる。このことにより、レーザビームおよびロボットアームは好ましくはコンピュータによって制御され、コンピュータは、初期データおよび目標データを使用して切断幾何形状を算出するように構成される。特に、コンピュータは、事前に得られ、また目標幾何形状または位置を達成するために初期データとともに切断経路または幾何形状をアプリオリで算出するアルゴリズムから決定されたデータを使用できる。

好ましくは、切断幾何形状を骨組織に切り込むことによって、骨組織は第１の骨部分と第２の骨部分とに切断され、目標状態では第１の骨部分および第２の骨部分は互いに対して変位される。このようにして、骨組織はうまい具合に再形成できるが、これは多くの手術用途で必要である。

本発明のこれらのおよびその他の態様は、以下に記述される実施形態から明らかになり、またこれらを参照しながら説明される。

以下、本発明による方法、本発明によるコンピュータプログラム、および本発明によるプロセスは例示的実施形態によって、また添付の図面を参照してより詳細に記載されている。

本発明による方法、コンピュータプログラムおよびプロセスの実施形態を実施するためのコンピュータ支援手術装置を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、凸状湾曲部分および凹状湾曲部分を有する構造を有する切断幾何形状に基づく湾曲切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、凸状楔形部分および凹状楔形部分を有する構造を有する切断幾何形状に基づく楔形切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、バーおよび溝を有する構造を有する切断幾何形状に基づくプラグ形切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、湾曲切断線に重なる周期的形状を有する切断幾何形状に基づく周期的切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、直線切断線に重なる複雑な周期的形状を有する切断幾何形状に基づく複雑な周期的切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、不連続な切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、除去切断を示す。本発明による方法およびプロセスにより提供された、置換切断を示す。本発明による方法およびプロセスを適用する上顎矯正手術の実施例の初期状態を示す。図１０の実施例の目標状態を示す。図１０の実施例の切断幾何形状を示す。本発明による方法およびプロセスを適用する胸骨開放手術の実施例を示す。本発明による方法およびプロセスを適用する上顎置換術の実施例を示す。

以下の説明において、特定の用語は利便性の理由により使用され、また限定するものとして解釈すべきではない。用語「右」、「左」、「上」、「下」、「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「〜の下」、「〜の上」とは、図中における方向を意味する。これらの用語は、明示的に述べられる用語のみならず、それらの派生形および同様の意味を持つ用語を含む。

図１は、本発明によるコンピュータプログラムの実施形態を含み、本発明による方法および本発明によるプロセスを適用するように構成されるコンピュータ支援手術装置１の概略図を示す。装置１は、支持台の１つの長手方向端部に固定配置されるロボットアーム１１を備える。ロボットアームの他方の長手方向端部には、レーザヘッド１２が、あらゆる自由度でロボットアーム１１によって移動可能なように配置される。レーザヘッド１２はレーザ源と、焦点調整光学素子と、レーザを方向転換させるための調節可能ミラーとを有する。レーザヘッド１２には、２つのカメラ１５を有するレーザヘッド１２のモニタリングシステムが固定搭載される。さらに、標識シールド１３がレーザヘッド１２に取り付けられている。装置１はさらに、追跡デバイス１４と、コンピュータプログラムを実行するコンピュータ１６を有する制御ユニットとを備える。

装置１の動作範囲内に下顎骨２または下顎が骨組織として配置されている。標識シールド２２が下顎骨に取り付けられる。装置のレーザヘッド１２は、切断幾何形状を規定する骨切り線２１に沿って下顎骨２にレーザビーム３１を提供する。このことにより、下顎骨２は骨切り線２１に沿ってレーザビーム３１により切断される。骨切り線は、下顎骨２がレーザビーム３１によって既に切断された実現部分２１１、すなわち、切り傷と、下顎骨２がまだ切断されていない計画部分２１２とを有する。骨切り線２１は、複数の平行なバーおよび溝が下顎骨２に形成されるように直角を有する周期的な矩形形状を有する。

装置１の使用時には下顎骨２の初期幾何学的データが、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、２つのカメラ１５を用いた３次元立体再構成によって、３次元再構成または光干渉断層法（ＯＣＴ）のための１つのカメラおよび走査レーザ光線を使用して取得される。初期幾何学的データはコンピュータ１６によって処理され、下顎骨２の目標状態の目標幾何学的データはコンピュータ１６によってアプリオリで規定される。次いで、コンピュータ１６は、理想的または好適な切断幾何形状、すなわち、図１では骨切り線２１を設計し算出する。このことにより、骨切り線２１は、下顎骨２が分割されて、バーおよび溝を作ることによって水平に明瞭な態様で再び組み合わせられ得るように切断幾何形状を構築する。

次に、下顎骨２は装置１の動作範囲内の適切な位置に配置され、レーザヘッド１２により提供されるレーザビーム３１は骨切り線２１に沿って下顎骨２を切断する。その目的のため、レーザヘッド１２はロボットアーム１１により移動され、レーザビーム３１はレーザヘッド１２のミラーにより調節される。特に、レーザビーム３１の位置および配向は、下顎骨２が骨切り線２１に沿って正確に切断されるように制御ユニットによって自動制御される。

切断後、下顎骨２は下顎骨２の上側部分から下側部分を縦方向に移動させることによって分解される。その後、下側部分は適当な数のバーの分だけずらされ、元の位置の溝以外の溝にバーを配置することによって再び組み合わせられる。このことにより、下側部分は、下顎骨２が目標状態になるように適切な数のバーの分だけ右側に、水平にかつ明瞭にまたは段階的に変位され得る。

以下はこの説明の残りに当てはまる。図面を明らかなものとするために、図が本明細書の直接関連する部分に説明されていない参照番号を含む場合、これは前の説明セクションで言及されている。

以下、骨組織を切り離すための切断幾何形状の例およびこのような切断幾何形状または機能的切断の用途の例がより詳細に説明される。本発明による方法またはプロセスで作られ得るこれらの切断幾何形状は詳細には、切断幾何形状に沿って切り離された後に少なくとも１の自由度の明瞭な態様で骨組織を再び組み合わせることができるように形成された構造を含む。

図２は、第１の上部骨部分４１および第２の下部骨部分４２に湾曲状構造を有する切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４の概略図を示す。より詳細には、構造は、第１の骨部分４１に凸状湾曲部分４１１を、第２の骨部分４２に対応する凹状湾曲部分４２１を有する。

骨組織４の湾曲状構造は、湾曲切断の中心Ｃおよび半径ｒにより規定され、凸状湾曲部分４１１および凹形状部分４２１を形成する。第１の骨部分４１および第２の骨部分４２は接線方向５に移動でき、切断線に垂直かつ互いに対して横方向６の回転が可能となるが、ねじれ等のその他の自由度は切断幾何形状により防止される。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の骨部分４１と第２の骨部分４２との明瞭な再組み合わせが可能になる。

図３の概略図には、第１の上部骨部分４１９および第２の下部骨部分４２９に楔形状構造を有する切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４９が示されている。より詳細には、構造は、第１の骨部分４１９に凸状楔形部分４１１９を、第２の骨部分４２９に対応する凹状楔形部分４２１９を有する。

骨組織４９の楔形状構造は中心Ｃおよび半径ｒによって規定され、半径ｒは、非垂直角度δが凸状楔形部分４１１９の表面と半径ｒとの間に横方向に形成されるように、横方向に変化する。両側からこのような非垂直の切断角度を有する切断を行うことによって、凸状楔形部分４１１９と対応する凹状楔形部分４２１９の楔形表面を得ることができ、これらの楔形表面により平行または横方向の変位は防止するが、第１の骨部分４１９と第２の骨部分４２９とが接線方向５９に移動することは依然として可能である。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の骨部分４１９と第２の骨部分４２９との明瞭な再組み合わせが可能になる。

図４は、第１の上部骨部分４１８および第２の下部骨部分４２８に複数のバー４１２８、４２２８および複数の溝４１１８、４２１８を有する構造を有する切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４８の概略図を示す。より詳細には、構造は第１の骨部分４１８に溝４１１８によって互いに分離された２つのバー４１２８を、第２の骨部分４２８にバー４２２８によって分離された２つの対応する溝４２１８を有する。このことにより、第１の骨部分４１８のバー４１２８は第２の骨部分４２８の方向に下方へ突出しており、第２の骨部分４２８のバー４２２８は第１の骨部分４１８の方向に上方へ突出している。バー４１２８、４２２８および溝４１１８、４２１８は同じ幅、すなわち、距離ｄを有する。

図４に示すように、骨組織４８は、切り離された後第１の骨部分４１８のバー４１２８の１つが、第２の骨部分４２８の元々位置していた溝４２１８に隣接する溝４２１８の１つに配置されるように再び組み合わせられる。より詳細には、元々第２の骨部分４２８の右側の溝４２１８と結合していた第１の骨部分４１８の右側のバー４１２８を、第２の骨部分４２８の左側の溝４２１８に配置する。これと同様にして、第１の骨部分４１８は第２の骨部分４２８に対して距離２^＊ｄだけ長手方向５８にずらされる。このことにより、距離２^＊ｄは、第１の骨部分４１８の第２の部分４２８に対する縦方向のずれが厳密に予め規定され、そのずれからの逸脱が防止できるように所望の変位距離を規定する。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の骨部分４１８と第２の骨部分４２８との所定の目標位置における明瞭な再組み合わせが可能になる。外部追跡システムによるずれ移動の追跡および手動でのずれの調整は必要ない。

図５では、第１の上部骨部分４１７および第２の下部骨部分４２７に周期的形状構造を有する切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４７の概略図が示される。より詳細には、切断幾何形状の構造において、第１の骨部分４１７が周期ｐを有する一連の三角形突出部４１２７および三角形凹み４１１７を備え、第２の骨部分４２７が、周期ｐを有する対応する一連の三角形突出部４２２７および三角形凹み４２１７を備えるように、ベース切断線５１７が周期的三角形機能５２７に重なる。このことにより、変位距離は、周期ｐに対応する段で規定される。

図５に示すように、骨組織４７は切り離された後、第１の骨部分４１７の三角形突出部４１２７が、第２の骨部分４２７の元々位置していた凹み４２１７に隣接する三角形凹み４２１７に配置されるように再び組み合わせられる。このことにより、第２の骨部分４２７はベース切断線５１７に沿って周期ｐの分だけずれる。周期ｐは、第１の骨部分４１７の第２の部分４２７に対する縦方向のずれが厳密に予め規定され、その所定の段からの逸脱が防止できるように所望の変位段距離を規定する。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の骨部分４１７と第２の骨部分４２７との所定の目標位置における明瞭な再組み合わせが可能になる。外部追跡システムによるずれ移動の追跡および手動でのずれの調整は必要ない。

図中に明示的に示されない一実施形態では、図５に示される周期的な形状構造は図３の楔形状構造と組み合わせられる。

図６は、第１の上部骨部分４１６および第２の下部骨部分４２６に複雑な形状の構造を有する切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４６の概略図を示す。より詳細には、切断幾何形状の構造において、ベース切断線５１６は、第１の骨部分４１６にて複数の不均一な突出部４１２６および凹み４１１６を、かつ第２の骨部分４２６にて複数の不均一な突出部４２１６および凹み４２２６を生成する不均一周期ｐを有する正弦波形状機能５２６と重なる。これに加えて、正弦波形状機能５２６は、非垂直な横方向切断角度δが形成されるように骨組織４６の横方向において変化する。

正弦波形状機能の変化とともに切断角度δを変えることによって、ねじれた切断表面が得られる。このことによって、平行または横方向の変位および縦方向の変位が防止される。不均一周期ｐおよび変化する切断角度δを使用するが、第１の骨部分４１６および第２の骨部分４２６は切断線５１６に沿っている単一の位置でのみ合致する。したがって、このような斜めの切断表面と非周期的切断機能との組み合わせにより、初期状態の元の位置でのみ合致する２つの骨部分４１６、４２６が得られる。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の骨部分４１６と第２の骨部分４２６との初期位置と同じ所定の目標位置における明瞭な再組み合わせが可能になる。

図７では、第１の上部骨部分４１５および第２の下部骨部分４２５に不連続形状構造を有する切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４５の概略図が示される。より詳細には、切断幾何形状の構造において、第１の骨部分４１５は第１のフック部材４１１５を含み、第２の骨部分は第２のフック部材４２１５を含む。第１の骨部分４１５が主に変位方向５５のみにおいて第２の骨部分に対して移動可能なように、第１のフック部材４１１５は第２のフック部材４２１５に係合する。

図７に示すように、第１の骨部分４１５と第２の骨部分４２５との間に孔が形成されるように第２の骨部分４２５は変位方向５５に沿って第１の骨部分４１５に対して変位する。これと同様にして、同等に複雑な不連続構造によりプレートおよび／またはスペーサとの組み合わせが可能になり、第１の骨部分４１５が部分的にのみ第２の骨部分４２５に接続される目標位置を形成する。

図８は、切断幾何形状に沿って右側の第１の下顎骨部分４１４と左側の第２の下顎骨部分４２４とに切り離される下顎骨４４の概略図を示し、下顎骨片４４４を除去するために切断幾何形状が構成されている。より詳細には、切断幾何形状の構造は、第１の下顎骨部分４１４に配置される第１の三角形突出部４１１４および第１の三角形凹み４１２４を、第２の下顎骨部分４２４に配置される対応する第２の三角形突出部４２１４および第２の三角形凹み４２２４を含む。

図８に示されるように、再び組み合わせられるときに下顎骨片４４４は除去される。さらに、切断幾何形状の構造は、第１の突出部４１１４が第２の凹み４２２４に配置され第２の突出部４２１４が第１の凹み４１２４に配置されるときに第２の下顎骨片が変位方向５１４へと変位され、旋回方向５２４へと回転されるように形成される。このように、切断幾何形状のみによって第１の下顎骨部分４１４および第２の下顎骨部分４２４の、第１の下顎骨部分４１４が第２の下顎骨部分４２４に対してずらされ回転される所定の目標位置への明瞭な再組み合わせが可能となる。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の骨部分４１６と第２の骨部分４２６との所定の目標位置における明瞭な再組み合わせが可能になる。

このようにして、用途によって特定の部分または骨片を除去する切断を行うことができる。例えば、顎矯正手術において、オーバーバイトは図８に示すような下顎骨から一部を除去することによって矯正され得る。設計された除去切断によりこれを行うことで下顎骨４４の変位および回転が正確に規定され得る。

図９では、第１の上部骨部分４１３および第２の下部骨部分４２３への置換のために構成された切断幾何形状に沿って切り離された骨組織４３の概略図が示される。より詳細には、切断幾何形状の構造は第１の骨部分４１３に台形凹み４１１３を有し、第２の骨部分４２３は対応する台形本体４２１３を有する。このようにして、第２の骨部分４２３は接続方向５３へとずらされることによって第１の骨部分４１３にのみ接続することができる。再び組み合わせられた骨組織４３では、第２の骨部分４２３は、例えば重量４３３によって第１の骨部分４１３から下方へと変位できないように第１の骨部分４１３に保持される。

このような切断幾何形状によってさらに骨または類似組織の移植が可能になる。このことにより、第２の骨部分４２３は元の位置の第１の骨部分４１３には再び組み合わせられないが、目標骨組織の異なる第１の骨部分には再び組み合わせられる。このような用途は例えば膝の靭帯置換であり得る。

図１０は、上顎矯正プロセスの一例の初期状態における頭骨７の概略図を示す。頭骨７は上顎７１を有する頭蓋７２および下顎骨７３を含む。下顎骨７３は上顎７１の上へと変位ｄだけ遠位方向に突出しているため、オーバーバイトが形成されている。オーバーバイトを矯正するためには、上顎７１を切断し変位させなければならない。

図１１には、頭骨７が目標状態で示されており、比較ができるように頭骨７の初期状態が点線で示される。初期状態に関連する参照符号はアポストロフィを付した目標状態に関連する参照符号と同じである。オーバーバイトを矯正するためのこの切断は、鼻甲介から翼突筋にかけて行われる。対応する切断線ｔはバイトの変位ｄに平行ではないため、この切断線ｔに沿ったずれによってさらに上顎７１が上げられる。目標状態における上顎７１と下顎骨７３とが好適に合致するように、切断線ｔの湾曲は、上顎７１の回転αおよび下顎骨７３の回転βが本質的に同じであるように選択される。

図１２に示すように、これは、所望の方向への変位ｄをガイドし、かつ口蓋（ｐａｌａｔｉｎａ）を切断することを防止する楔形切断表面γを用いて行われる。

図１３は、胸骨開放手術プロセスの一例を示す。胸骨８はねじれた構造を有する切断幾何形状に沿って右側の第１の胸骨部分８１と左側の第２の胸骨部分８２とに切り離される。切断幾何形状の構造は、複数の不均一な突出部８１１および凹み８１２を第１の胸骨部分８１に、対応する複数の不均一な突出部８２１および凹み８２２を第２の胸骨部分８２に生成する不均一な周期を有する周期的な曲がり機能によって規定される。これに加えて、正弦波形状機能は、対応する非垂直な切断角度が形成されるように胸骨８の近位方向または内部方向において変化する。胸骨８を開放するためのこのような非周期的切断機能およびねじれた切断表面を使用することにより、胸部が元の位置で再び閉鎖されることが保証できる。したがって、切断幾何形状のみによって、第１の胸骨部分８１と第２の胸骨部分８２との初期位置と同じ所定の目標位置における明瞭な再組み合わせが可能になる。

図１４では、上顎置換術の別の例の目標状態における頭骨９の概略図が示される。これに関して、頭骨９は上顎９１を有する頭蓋９２と、下顎骨９３を含む。元々は遠位方向へと上顎９１の上に突出していた下顎骨９３は、上顎９１を頭蓋９２から切断幾何形状に沿って切断し目標状態で再び組み合わせることによって矯正される。切断幾何形状は、複数の三角形突出部９１１および複数の三角形凹み９１２が上顎９１に形成され、対応する複数の三角形突出部９２１および複数の三角形凹み９２２が頭蓋９２に形成されるように周期ｐを有する周期的な三角形機能を有する構造を含む。

上顎９１の突出部９１１が、元々位置していた凹み９２２に遠位方向に隣接する頭蓋９２の凹み９２２に配置されるように、上顎９１は頭蓋９２に対して１周期ｐだけ進めされる。このようにして、切断された上顎９１は目標距離、すなわち周期ｐだけ厳密に変位されることを確実にすることが可能である。

本発明は図面および前述の説明にて例示され、詳細に記述されているが、かかる例示および記述は例示的または代表的なものとみなされるべきであり、限定するものではない。変形および変更は、特許請求の範囲の範囲および趣旨内で当業者によってなされ得ることが理解されるであろう。特に、本発明は、上記および以下に記述されるさまざまな実施形態の特徴を任意に組み合わせたさらなる実施形態を包含する。

本発明はまた、個々に前述のまたは以下の説明には記述されていなくても、図中に示されるさらなるすべての特徴を包含する。さらに、図面および本明細書に記述される実施形態の単一の代替およびこれらの特徴の単一の代替は、本発明の主題または開示される主題から放棄され得ない。本開示は、特許請求の範囲または例示的実施形態に規定される特徴からなる主題および該特徴を含む主題を含む。

また、特許請求の範囲において、用語「含む」とは、他の要素およびステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの（ａまたはａｎ）」は複数を排除するものではない。単一のユニットまたはステップは特許請求の範囲に挙げられるいくつかの特徴の機能を実現してもよい。特定の尺度が互いに異なる従属請求項に挙げられているという単なる事実は、これらの尺度の組み合わせが効果的に使用できないということを示していない。また、属性または値に関連する用語「本質的に」、「約」、「およそ」等は特に、属性を厳密に、または値を厳密に、それぞれ規定するものである。用語「約」は、与えられた数の値または範囲の文脈において、与えられた値または範囲の例えば、２０％内、１０％内、５％内、または２％内にある値または範囲を指す。特許請求の範囲中の任意の参照符号は、範囲を限定するものとしてみなすべきではない。

コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともにまたはその一部として供給される光学的記憶媒体またはソリッドステート媒体のような好適な媒体に保存／分散されてもよいが、インターネットまたはその他の有線もしくは無線の電気通信システムを介して等他の形態で分散されてもよい。特に、例えば、コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に保存されるコンピュータプログラム製品であり得、このコンピュータプログラム製品は、本発明による方法等の特定の方法を実施するために実行されるように構成されたコンピュータ実行可能なプログラムコードを有することができる。さらに、コンピュータプログラムは、本発明による方法等の特定の方法を具体化するためのデータ構造製品または信号でもあり得る。

Claims

ヒトまたは動物の骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）を切断するプロセスを計画する方法であって、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）の初期状態の初期データを取得することと、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）の目標状態の目標データを規定することと、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）を切り離すために前記初期データおよび前記目標データを使用して切断幾何形状を算出することと
を含み、
前記切断幾何形状は、前記切断幾何形状に沿って切り離された後に前記目標状態において少なくとも１の自由度にて明瞭な態様で前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が再び組み合わせ可能なように形成される構造を含む、方法。
前記切断幾何形状の構造は、前記切断幾何形状に沿って切り離された後に前記目標状態においてあらゆる自由度にて明瞭な態様で前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が再び組み合わせ可能なように形成される、請求項１に記載の方法。
前記切断幾何形状の構造は、前記切断幾何形状に沿って切り離された後に前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が単一の目標状態のみに再び組み合わせ可能なように形成される、請求項１または２に記載の方法。
前記切断幾何形状の構造は、前記切断幾何形状に沿って切り離された後に前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が複数の段階的な明瞭な目標状態に再び組み合わせ可能なように形成される、請求項１または２に記載の方法。
前記切断幾何形状の構造は、周期関数（５２６；５２７）を使用して算出され、また前記周期関数（５２６；５２７）に従って周期的に形成される、請求項４に記載の方法。
前記切断幾何形状の構造は、凸状湾曲部分（４１１）および前記凸状湾曲部分（４１１）に対応する凹状湾曲部分（４２１）を含み、前記凸状湾曲部分（４１１）は、前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が前記目標状態にあるときに前記凹状湾曲部分（４２１）に配置される、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
前記切断幾何形状の構造は、凸状楔形部分（４１１９）および前記凸状楔形部分（４１１９）に対応する凹状楔形部分（４２１９）を含み、前記凸状楔形部分（４１１９）は、前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が前記目標状態にあるときに前記凹状楔形部分（４２１９）に配置される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
前記切断幾何形状の構造は、突出部（８１１、８２１；９１１、９２１；４１１４、４２１４；４１２６、４２１６；４１２７、４２２７；４１２８、４２２８）および前記突出部（８１１、８２１；９１１、９２１；４１１４、４２１４；４１２６、４２１６；４１２７、４２２７；４１２８、４２２８）に対応する凹み（８１２、８２２；９１２、９２２；４１２４、４２２４；４１１６、４２２６；４１１７、４２１７；４１１８、４２１８）を含み、前記突出部（８１１、８２１；９１１、９２１；４１１４、４２１４；４１２６、４２１６；４１２７、４２２７；４１２８、４２２８）は、前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が前記目標状態にあるときに前記凹み（８１２、８２２；９１２、９２２；４１２４、４２２４；４１１６、４２２６；４１１７、４２１７；４１１８、４２１８）に配置される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
前記突出部はバー（９１１、９２１；４１２７、４２２７；４１２８、４２２８）を含み、前記凹みは、前記バー（９１１、９２１；４１２７、４２２７；４１２８、４２２８）に対応する溝（９１２、９２２；４１１７、４２１７；４１１８、４２１８）を含む、請求項８に記載の方法。
前記突出部はピンを含み、前記凹みは前記突出部に対応する穴を含む、請求項８または９に記載の方法。
コンピュータにロードまたは実行されたときに、請求項１ないし１０のいずれか一項による方法を前記コンピュータに実施させるコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラム。
ヒトまたは動物の骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）を切断するプロセスであって、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）の初期状態の初期データを取得することと、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）の目標状態の目標データを規定することと、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）を切り離すために前記初期データおよび前記目標データを使用して、切断幾何形状に沿って切り離された後に前記目標状態において少なくとも１の自由度にて明瞭な態様で前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）が再び組み合わせ可能なように形成される構造を含む前記切断幾何形状を算出することと、
前記切断幾何形状を前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）に切り込むことと、
前記切断幾何形状に沿って前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）を分解することと、
前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）を前記目標状態へと再び組み合わせることと
を含むプロセス。
前記切断幾何形状はレーザビームによって前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）に切り込まれる、請求項１２に記載のプロセス。
前記レーザビーム（３１）は、ロボットアーム（１１）に取り付けられたレーザ源によって提供される、請求項１３に記載のプロセス。
前記レーザビーム（３１）および前記ロボットアーム（１１）はコンピュータ（１６）によって制御され、前記コンピュータ（１６）は、前記初期データおよび前記目標データを使用して前記切断幾何形状を算出するように構成される、請求項１４に記載のプロセス。
前記切断幾何形状を前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）に切断することによって、前記骨組織（２；４；４３；４４；４５；４６；４７；４８；４９；７；８；９）は、第１の骨部分（４１；７１；８１；９１；４１３；４１４；４１５；４１６；４１７；４１８；４１９）と第２の骨部分（４２；７２；８２；９２；４２３；４２４；４２５；４２６；４２７；４２８；４２９）とに切断され、前記目標状態では、前記第１の骨部分（４１；７１；８１；９１；４１３；４１４；４１５；４１６；４１７；４１８；４１９）および前記第２の骨部分（４２；７２；８２；９２；４２３；４２４；４２５；４２６；４２７；４２８；４２９）は互いに対して変位される、請求項１２ないし１５のいずれか一項に記載のプロセス。