JP2017104599A - 膝関節用低背型患者特異的カッティングブロック - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、膝関節における骨切除のためのカッティングブロックを提供することにある。
【解決手段】膝用低背型患者特異的カッティングブロックは、複数の骨境界部分と、カッティングスロットとを備える。複数の骨境界部分は、骨の端部部分に覆い被さるように構成される。骨境界部分はそれぞれ、骨境界部分が覆い被さる骨部分に対して概ね凹凸が逆の表面を有する。骨境界部分は、骨境界部分の第一部分が骨の前方部分に覆い被さり、骨境界部分の第二部分が骨の前方部分にほぼ垂直な骨部分に覆い被さるように、互いに角度をなしてオフセットされている。カッティングスロットは、骨境界部分から固定した角度および固定した深さで切除工具を誘導するように、骨境界部分に対して固定した位置で配向されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、膝関節における骨切除のためのカッティングブロックに関し、より具体的には、患者に特異的な骨および軟骨のために設計され、さらに外科医の選好に合わせて構成されたカッティングブロックに関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００８年３月３日出願の特許文献１の利益を主張し、さらに、２００８年８月１５日出願の特許文献２の利益を主張するものである。各出願の開示の全体を参照により組み込む。

米国特許仮出願第６１／０３３，４１９号 米国特許仮出願第６１／０８９，３７３号

本発明は、上記分野に関する問題に鑑みて開発されたものである。

本発明の一態様では、膝用低背型患者特異的（patient specific）カッティングブロックが、複数の骨境界部分（bone interfacing portion）と、カッティングスロットとを備える。複数の骨境界部分は、骨の端部部分に覆い被さるように構成される。骨境界部分はそれぞれ、その骨境界部分が覆い被さる骨部分に対して概ね凹凸が逆の（negative）表面を有する。骨境界部分は、骨境界部分の第一部分（first）が骨の前方部分に覆い被さり、骨境界部分の第二部分（second）が骨の前方部分にほぼ垂直な骨部分に覆い被さるように、互いに角度をなしてオフセットされている。カッティングスロットは、骨境界部分から固定した角度および固定した深さで切除工具を誘導するように、骨境界部分に対して固定した位置で配向されている。

本発明の別の実施形態では、低背型患者特異的カッティングブロックは、大腿骨カッティングブロックである。このブロックは、ある厚みと、ボスを貫通して延びる開口と、を有するボスをさらに備える。この開口は、ある直径を有する。このボスは、ボスを貫通してピンを誘導するように構成されている。ボスの厚みは、開口の直径よりも大きい。

さらに別の実施形態では、骨境界部分は、低背型患者特異的カッティングブロックの前方部分では、低背型患者特異的カッティングブロックの概ね中央に配向され、低背型患者特異的カッティングブロックの後方部分では、内側と外側とに配向される。

あるいは、低背型患者特異的カッティングブロックは、脛骨カッティングブロックであり、カッティングスロットは、脛骨に対してオフセットされ、内側寄りに配置される。

別の実施形態では、患者特異的カッティングブロックの中央部分から後方外側に延びるパドルが含まれる。このパドルは、前方近位面で脛骨と接触するのではなく、後方近位面で脛骨と接触するように、低背型患者特異的カッティングブロックの前方に配向された隆起部分を有する。

本発明のさらなる特徴、態様、および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作について、添付の図面を参照しながら以下で詳細に説明する。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、以下の説明と併せて本発明の原理を説明するのに役立つものである。

大腿骨患者特異的カッティングブロック、および脛骨患者特異的カッティングブロックを用いた膝関節の図である。 本発明の一態様による大腿骨患者特異的カッティングブロックの前方図である。 本発明の一態様による大腿骨患者特異的カッティングブロックの近位後方図である。 本発明の一態様による脛骨患者特異的カッティングブロックの前方図である。 本発明の一態様による脛骨患者特異的カッティングブロックの遠位後方図である。

同じ参照番号は同じ要素を示す添付の図面を参照すると、図１は、大腿骨患者特異的カッティングブロック１０、および脛骨患者特異的カッティングブロック１４を用いた膝関節の図を示す。大腿骨患者特異的カッティングブロック１０は、大腿骨１２に取り付けられている。脛骨患者特異的カッティングブロック１４は、脛骨１６に取り付けられている。患者特異的カッティングブロック１０および１４は、大腿骨１２および脛骨１６側の骨および軟骨部分と係合して、患者特異的カッティングブロック側の切除面同士が位置合せされるように構成され、したがって、骨髄内または骨髄外ガイドを使用せずに、遠位切除（大腿骨側）、および近位切除（脛骨側）を行うことができる。

大腿骨患者特異的カッティングブロック１０は、前方大腿骨部分２０、内側大腿骨パドル２２、および外側大腿骨パドル２４を含む。これらの部分は、大腿骨１２の前方面、内側顆、および外側顆部分にそれぞれ覆い被さる。部分２０、２２、および２４は、大腿骨１２の端部全体にわたって共形に覆い被さるのではなく、大腿骨１２の各部分にだけ覆い被さるので、患者特異的カッティングブロック１０は、内外方向および前後方向の両方向ともに低背性を有することができる。

ピンホール４０および４８、ガイドボス４２、機能軸インデックス４４、ならびに大腿骨カッティングスロット４６が、大腿骨患者特異的カッティングブロック１０の外面に配向されている。ピンホール４０および４８は、カッティングブロック１０を大腿骨１２にピン固定するように配向されている。ガイドボス４２は、インプラントのために大腿骨１２を備えるのに必要となる他のボックスカットに合わせてピンを固定するように配向されている。

ピンホール４０および４８は、患者特異的カッティングブロック１０の前方面に配向されている。ピンホール４０および４８は、ボスを有する（ピンホール４０に関して示す）ことができ、または表面と同一平面であってもよい（ピンホール４８に関して示す）。これらのボスは、例えば、骨の縁部から離れたピンを誘導するために使用することができる。患者特異的カッティングブロック１０は低背型であるため、ボスのないピンホールでは、ピンが広範囲にわたる角度方向に延びることができるようになる。ボスを貫通する開口の直径よりも厚くボスを延ばすことにより、患者特異的カッティングブロック１０を貫通するガイドを加えることによって、ピンが骨に打ち込まれたとき、または埋め込まれたとき誘導されるようにピンを配向することができる。

機能軸インデックス４４が、大腿骨１２の機能軸に沿って配向される。カッティングスロット４６が、解剖学的構造に対して配向され、外科医によって画定され、このカッティングスロット４６によって、インプラントに対する遠位切除が誘導される。以下で説明するように、患者のＭＲおよびＸ線を用いて、機能軸インデックス４４を患者特異的カッティングブロック１０に位置合せする。

ＭＲおよびＸ線情報に加えて、外科医の選好によって、カッティングスロット４６を患者特異的カッティングブロック１０に配置する。カッティングスロット４６は、（Ｘ線データに基づく外科医の選好に従って）機能軸に対して内反位または外反位に配向することができる。
屈曲ギャップは、カッティングスロット４６の患者特異的カッティングブロック１０に対する角度を調整することによって調整することができる。骨切除の深さもやはり、カッティングスロット４６の配置によって決定され、顆の遠位点から決定される。

ガイドボス４２もやはり、ＭＲデータ、Ｘ線データ、および外科医の選好に従って患者特異的カッティングブロック１０に配置される。ガイドボス４２は、後方ボス４２を互いに調整することによって、インプラントの回転を設定することができる。ボス４２の相対的な配置によって、ピンが大腿骨の遠位切除に対するさらなる切除ガイドを誘導するようにピンを配置することができ、それによってインプラントの骨境界面に必要となるいかなる前方切除および後方切除、ならびに面取り切除も行うことができる。内方／外方への回転は、後方ボスのうちの一方の深さを後方ボスの他方に対して動かすことによって誘導される。インプラントの前後方配置は、後方ボス４２を両方とも一緒に前後方向に動かすことによって調整する。

脛骨患者特異的カッティングブロック１４は、前方大腿骨部分３００、内側大腿骨パドル３２、および外側大腿骨パドル３４を含む。これらの部分は、脛骨１６の前方面、内側プラトー、および外側プラトーにそれぞれ覆い被さる。部分３０、３２、および３４は、脛骨１６の端部全体にわたって共形に覆い被さるのではなく、脛骨１６の各部分にだけ覆い被さるので、患者特異的カッティングブロック１４は、内外方向および前後方向の両方向ともに低背性を有することができる。

ピンホール５０および５２、Ｍ−Ｌインデックス５４、ならびにカッティングスロット５６が、脛骨患者特異的カッティングブロック１４の外面に配向されている。ピンホール５０および５２によって、患者特異的カッティングブロック１４を骨に固定することができ、それに加えて、脛骨準備の上で必要であれば、ピンを互いに対して位置合せしさらに配向することができる。

脛骨カッティングスロット５６は、脛骨１６の前方面に対して内側に寄せられる（すなわち、脛骨カッティングスロット５６は、患者特異的カッティングブロック１４の前方側の内側半に配向される）。外側パドル３４は、脛骨隆起の前方付近に延び、外側プラトーの方に後方外側に延ばすことができる。これらの特徴によって、このガイドをＭＩＳ手技で使用することが可能となり、この手技では、脛骨の前方面内側半から脛骨を切除することによって外側間隙が最小限に抑えられ、軟部組織の問題がさらに生じ得る脛骨への内側からのアプローチが最小限に抑えられる。したがって、内側に寄せ、回転させたカッティングスロット５６は、ＭＩＳ手技でも間隙が得られ、アクセス可能となるように配向される。

次に、図２および３を参照すると、図２は、本発明の一態様による大腿骨患者特異的カッティングブロックの前方図である。図３は、本発明の一態様による大腿骨患者特異的カッティングブロックの近位後方図である。上述の特徴に加えて、患者特異的カッティングブロック１０はまた、上顆インデックス６８を含むことができる。上顆インデックス６８は、上述の機能軸インデックスの目的と同様に、ホールを回転させ、ホールを前後方向に配置する際の視覚的な「良好感（feel good）」を得るものとして使用することができる。

図３に、骨境界面８０、８２、８４、および８６を示す。前方骨境界部分８０は、軟骨および骨の前方面の一部分に覆い被さる。内側骨境界部分８２、外側骨境界部分８４、および顆間骨境界部分８６は、顆の内側、外側、および顆間窩部分にそれぞれ覆い被さる。骨境界部分８０、８２、および８４は、大腿骨の前方遠位面に位置合せされ、顆間骨境界部分８６によって、このブロックを内外方向に配向する。比較的小さい表面部分を用いることによって、患者特異的カッティングブロック１０の形状を低背化することができる。さらに、より小さい部分を使用することによって、骨表面に骨刀を用いる回数が減少する結果となるため、より良好な嵌合が得られる（骨刀の使用によって、患者特異的カッティングブロックの骨との嵌合に不良が生じ得る）。パドル２２および２４もやはり、後方を比較的薄くすることができる。このため、患者特異的カッティングブロックの形状がさらに小型になる。

カッティングスロット４６は、患者特異的カッティングブロックの骨境界部分を貫通して形成しても、または、表面から陥凹させてもよい。カッティングスロットの厚さは、切除工具がカッティングスロット４６中を進む際に、切除工具の向きを誘導する一助となる。前述のように、カッティングスロット４６の患者特異的カッティングブロック１０に対する（具体的には骨境界部分に対する）相対的な角度によって、屈曲ギャップが配向され、一方、カッティングスロット４６の患者特異的カッティングブロック１０に対する平行移動によって、切除深さが設定される。

次に、図４および５を参照すると、図４は、本発明の一態様による脛骨患者特異的カッティングブロックの前方図である。図５は、本発明の一態様による脛骨患者特異的カッティングブロックの遠位後方図である。上述の特徴に加えて、脛骨患者特異的カッティングブロックはまた、後方面取り部９６、および平坦近位面１００を含むことができる。後方面取り部９６によって、膝周りの軟部組織を必要以上に伸延させずに、脛骨患者特異的カッティングブロックを後方に配置することが可能となる。他の特徴と同様に、この特徴も、インプラントの全体形状の一助となっている。

平坦近位面１００は、大腿骨患者特異的カッティングブロック側の遠位大腿骨切除面と整合させることができる。この特徴によって、脛骨患者特異的カッティングブロックを脛骨に固定した際に、手術中の屈曲／伸展試験を行うことが可能となる。

骨境界面９０、９２、および９４を、図５に示す。前方骨境界部分９０は、軟骨および骨の前方面の一部分に覆い被さる。内側骨境界部分９２、および外側骨境界部分９４は、脛骨の内側部分、および外側部分にそれぞれ覆い被さる。骨境界部分９２および９４は、脛骨プラトーの近位面に位置合せされ（したがって、患者特異的カッティングブロックは近位側に配向される）、一方、前方骨境界部分９０は、このブロックを内外方向に、かつ前後方向に配向する。比較的小さい表面部分を用いることによって、患者特異的カッティングブロックの形状を低背化することができる。さらに、より小さい部分を使用することによって、骨表面に骨刀を用いる回数が減少する結果となるため、より良好な嵌合が得られる（骨刀の使用によって、患者特異的カッティングブロックの骨との嵌合に不良が生じ得る）。パドル３２および３４もやはり、後方を比較的薄くすることができ、脛骨プラトー面から前方に高くして、配置不良を回避することができる。このため、患者特異的カッティングブロックの形状がさらに小型になる。

カッティングスロット５６は、患者特異的カッティングブロックの骨境界部分を貫通して形成しても、または、表面から陥凹させてもよい。カッティングスロット５６を表面から陥凹させる場合、ブロックが骨に当たるのを最小限に抑えることができ、ここでもやはり、患者特異的カッティングブロックの骨に対する嵌合が増す。カッティングスロットの厚さは、切除工具がカッティングスロット５６中を進む際に、切除工具の向きを誘導する一助となる。前述のように、カッティングスロット５６の患者特異的カッティングブロック１０に対する（具体的には骨境界部分に対する）相対的な角度によって、屈曲ギャップが配向され、一方、カッティングスロット５６の患者特異的カッティングブロック１０に対する平行移動によって、切除深さが設定される。

ＭＲデータおよびＸ線データは、周知の手段によって取得することができる。一例として、以下のプロトコルを使用することができる。異なる患者に対して、異なるＭＲプロトコルを実施してもよい。スキャン時間を最小限に抑えるために、高速スピンエコー撮像法を、いかなるプロトコルにも使用することができ、本質的に、プロトン密度（ＰＤ）強調画像を得る。あるプロトコルでは、スポイリング型グラディエントエコー法を、低繰返し時間（ＴＲ）および低エコー時間（ＴＥ）、ならびにフリップ角３０度で使用し、脂肪抑制法と組み合わせることができる。第二のプロトコルおよび第三のプロトコルでは、高ＴＲおよび低ＴＥを、脂肪抑制法と組み合わせて使用することができる。第二のプロトコルと第三のプロトコルとの唯一の違いは、第二のプロトコルが第三のプロトコルよりも低いＴＥを有し、すなわちより多くのＴ１特性、より少ないＰＤ特性が得られるという点である。Ｔ１緩和時間を増大させると、ＭＲ画像内の異なる組織間の画像コントラストを増大させる一助とすることができる。

大腿骨および脛骨の骨モデルをＭＲ画像から抽出することができ、適切な解剖学的基準ランドマークを識別することができる。脚全体のＸ線を用いて、機能軸の配置を決定することができる。次いで、大腿骨および脛骨カッティングブロックを計算機援用設計（ＣＡＤ）モデリングによって設計することができ、それらのブロックが、一方側で骨モデルと共形となって適正に収まり、患者に特異的な適切な切除深さおよび角度のカッティングスロットを有するように設計することができる。カッティングブロックは、EOSint Pシステムを用いて、医療グレードNylon（登録商標）12から作成することができる。これらのブロックの表面幾何形状は、患者のＭＲデータセットに基づくため、ブロックの嵌合および機能性を確保するために、鮮明なデータ（骨および軟骨と、軟部組織とが適切に区別されているもの）を使用しなければならない。

前述を考慮すると、本発明のいくつかの利点が実現され、達成されることが理解されよう。

上記実施形態は、本発明の原理を最も良く説明するために選択し記述したものであり、その実際的な応用によって、当業者が本発明を様々な実施形態で最良の形で利用することができ、特異的な用途に適した様々な改変形態が企図される。

本明細書で説明し、例示した構成および方法には、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改変を行うことができるので、上述の説明に含まれる、または添付の図面に示す全ての事項は、限定ではなく、例示を目的とするものと解釈すべきであるということが意図されている。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるものではなく、本明細書に添付の特許請求の範囲、およびそれらの均等物に従ってのみ規定されるべきものである。

なお、本発明において、以下の実施例を含むことも好ましい。
〔実施例１〕
ａ．骨の端部部分に覆い被さるように構成された複数の骨境界部分であって、前記骨境界部分のそれぞれが、前記骨境界部分が覆い被さる骨の部分に対して概ね凹凸が逆の表面を有しており、前記骨境界部分の第一部分が骨の前方部分に覆い被さるようにかつ前記骨境界部分の第二部分が骨の前方部分にほぼ垂直な骨部分に覆い被さるように互いに角度をなしてオフセットされた、複数の骨境界部分と、
ｂ．前記骨境界部分から固定角度および固定深さで切除工具を誘導するように、前記骨境界部分に対して固定位置に配向されたカッティングスロットと、
を備える膝用の低背型患者特異的カッティングブロック。
〔実施例２〕
前記低背型患者特異的カッティングブロックが、大腿骨カッティングブロックであるとともに、ある厚みと、ボスを貫通して延びる開口と、を有するボスをさらに備えており、前記開口がある直径を有しており、前記ボスが前記ボスを貫通してピンを誘導するように構成されており、前記ボスの厚みが前記開口の直径よりも大きい実施例１に記載の低背型患者特異的カッティングブロック。
〔実施例３〕
前記骨境界部分が、前記低背型患者特異的カッティングブロックの前方部分では、前記低背型患者特異的カッティングブロックの概ね中央に配向されており、かつ前記低背型患者特異的カッティングブロックの後方部分では、内側と外側とに配向された実施例１または２に記載の低背型患者特異的カッティングブロック。
〔実施例４〕
前記低背型患者特異的カッティングブロックが、脛骨カッティングブロックであり、かつ前記カッティングスロットが、脛骨に対してオフセット及び内側寄りに配置された実施例１または３に記載の低背型患者特異的カッティングブロック。
〔実施例５〕
前記低背型患者特異的カッティングブロックの中央部分から後方外側に延びるパドルをさらに備えており、前記パドルが、前方近位面で脛骨と接触するのではなく、後方近位面で脛骨と接触するように、前記低背型患者特異的カッティングブロックの前方に配向された隆起部分を有する実施例４に記載の低背型患者特異的カッティングブロック。

１０ 大腿骨患者特異的カッティングブロック
１２ 大腿骨
１４ 脛骨患者特異的カッティングブロック
１６ 脛骨
２０ 前方大腿骨部分
２２ 内側大腿骨パドル
２４ 外側大腿骨パドル
３００ 前方大腿骨部分
３２ 内側大腿骨パドル
３４ 外側大腿骨パドル
４０、４８ ピンホール
４２ ガイドボス
４４ 機能軸インデックス
４６ 大腿骨カッティングスロット
５０、５２ ピンホール
５４ Ｍ−Ｌインデックス
５６ 脛骨カッティングスロット
６８ 上顆インデックス
８０ 前方骨境界部分
８２ 内側骨境界部分
８４ 外側骨境界部分
８６ 顆間骨境界部分
９０ 前方骨境界部分
９２ 内側骨境界部分
９４ 外側骨境界部分
９６ 後方面取り部分
１００ 平坦近位面

Claims (1)

1. 膝用の低背型患者特異的カッティングブロックであって、
   明細書及び添付図面に関連付けて実質的に説明された膝用の低背型患者特異的カッティングブロック。