JP2019506959A - 自動化された関節形成プランニング - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年3月2日に出願された米国仮特許出願番号62/302,770の優先権を主張するものであり、それは、参照により本明細書中に援用される。
本発明は、概して、コンピューター支援の外科的プランニングの分野に関し、より具体的には、膝関節全置換術の手順を直感的に計画するためのコンピューター化された方法に関する。
a.軸1に関して骨モデルを回転させる(全体的なLPS(左、後方、上)モデル座標において、
b.全体的なLPS座標系において最後方(+y)ポイントを見つける;
c.骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける;
d.オリジナルの方位に戻して軸1に関して骨モデルを回転させる;
2.ポイント2(後方内側/側面顆状突起初期推定);
a.軸2に関して骨モデルを回転させる(全体的なLPSモデル座標において、
b.全体的なLPS座標系において最後方(+y)ポイントを見つける;
c.骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける;
d.オリジナルの方位に戻して軸2に関して骨モデルを回転させる;
3.ポイント3(後方側面/内側顆状突起初期推定);
a.軸3に関して骨モデルを回転させる(全体的なLPSモデル座標において、
b.全体的なLPS座標系において最後方(+y)ポイントを見つける;
c.骨モデル上の局所的座標において同一ポイントを見つける;
d.オリジナルの方位に戻して軸3に関して骨モデルを回転させる;
4.ポイントを反復的にアップデートする;
a.全ての3つのポイントがXZ平面に平行であるように骨モデルを再配向させる;
b.全体的なLPS座標系において最後方(+y)ポイントを見つける;
c.骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける(ポイント4);
d.ポイント4に最も近いポイント(ポイント1、2、または3)はどれでも、そのポイントを削除して、ポイント4でそれを置き換える;
e.ポイントが変わらなくなるまでa〜dを繰り返す;
1.ポイント1(遠位内側/側面顆状突起初期推定);
a.軸1に関して骨モデルを回転させる(全体的なLPS(左、後方、上)モデル座標において、
b.全体的なLPS座標系において最遠位(−z)ポイントを見つける;
c.骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける;
d.オリジナルの方位に戻して軸1に関して骨モデルを回転させる;
2.ポイント2(後方内側/側面顆状突起初期推定);
a.軸2に関して骨モデルを回転させる(全体的なLPSモデル座標において、
b.全体的なLPS座標系において最遠位(−z)ポイントを見つける;
c.骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける;
d.オリジナルの方位に戻して軸2に関して骨モデルを回転させる;
3.ポイントを反復的にアップデートする;
a.冠状運動学的平面がXZ平面と一致するように骨を再配向させる;
b.両方のポイントがXY平面と平行になるまでY軸に関して骨を再配向させる;
c.全体的な座標系において最遠位(−z)ポイントを見つける;
d.骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける(ポイント3);
e.ポイント3に最も近いポイント(ポイント1または2)はどれでも、そのポイントを削除して、ポイント3でそれを置き換える;
f.骨がオリジナルの座標系内であるように骨を再配向させる;
g.ポイントが変わらなくなるまでa〜fを繰り返す。
a.冠状本来の平面がXZ平面と一致して、軸本来の平面がXY平面と一致して、矢状本来の平面がYZ平面と一致するように、骨モデルを再配向させる;
b.屈曲増分に関して、全体的なX軸に関して骨を回転させる(膝を曲げる);
c.プラスのx座標を有する全体的な座標系において最遠位(−z)ポイントを位置付ける(顆状突起1関節面ポイント)。局所的な骨座標において同一ポイントを位置付ける。
d.マイナスのx座標を有する全体的な座標系において最遠位(−z)ポイントを位置付ける(顆状突起2関節面ポイント)。局所的なポイント座標において同一ポイントを位置付ける;
e.増分屈曲およびc〜dを繰り返す;
f.屈曲の全範囲を通してeを繰り返す;
2.マップされた関節面に円柱を合わせる;
3.円柱の中心軸は果頭軸194である。
i.脛骨または運動学的平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で側面顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の2つの最遠位ポイント間の距離で割った側面上の骨摩耗のアークタンジェント、または、θ=atan(t摩耗、骨/d内側〜側面顆状突起)であるべきである。
i.脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で内側顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の2つの最遠位ポイント間の距離で割った内側上の骨摩耗のアークタンジェント、または、θ=atan(t摩耗、骨/d内側〜側面顆状突起)であるべきである。
a.内反のアライメント不良
i.脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で側面顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において脛骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の2つの最遠位ポイント間の距離で割った側面上の合計軟骨摩耗のアークタンジェント、または、θ=atan(t摩耗、軟骨/d内側〜側面顆状突起)であるべきである。
i.脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で内側顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の2つの最遠位ポイント間の距離で割った内側上の合計軟骨のアークタンジェント、または、θ=atan(t摩耗、軟骨/d内側〜側面顆状突起)であるべきである。
少なくとも1つの例示的な実施態様が前述の詳細な説明に提示されているが、膨大な数のバリエーションが存在することが理解されるべきである。また、例示的な実施態様(単数または複数)は単に例示であって、いかなる方法においても、記載される実施態様の範囲、適用性、または構成を制限することを意図しないことも理解されるべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、例示的な実施態様(単数または複数)を実施するための便利なロードマップを当業者に与える。添付の特許請求の範囲に記載の範囲およびその法的等価物を逸脱せずに、エレメントの機能および配列に様々な変更がなされ得ることが理解されるべきである。
Claims (21)
- ユーザーの臨床整列ゴールに従った関節形成手順をプランニングするためのコンピューター化された方法であって、
前記方法は:
グラフィカルユーザーインターフェース(GUI)を提供するステップ;
第一の骨、例えば大腿骨、および、前記の第一の骨に連結される第二の骨、例えば前記GUIを介した前記関節形成手順に関与する脛骨の、仮想モデルを提供するステップ;
前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデル上に位置付けられた解剖学的ランドマークのセットを位置付けるステップ;
前記解剖学的ランドマークの少なくとも一部を用いて、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルのそれぞれに関する3つのオルトゴナル平面を、プロセッサによって自動的に決定するステップ;および
移植片のライブラリー由来の移植片(前記移植片は、前記の第一の骨のための第一の移植片および前記の第二の骨のための第二の移植片を有し、ここで、前記の第一の骨および前記の第二の骨のためのそれぞれの移植片は、前記移植片の関連する仮想モデルを有する);および、整列ゴールのセット由来の少なくとも1つの臨床整列ゴールの、ユーザー選択および再選択を受信するステップ;および
前記プロセッサによって、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記モデルを、それぞれ前記の第一の移植片および第二の移植片の前記モデルに自動的に関連付けて、前記の少なくとも1つの整列ゴールを満たすステップ、
を含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項1のコンピューター化された方法であって、
前記の関連は、第一の骨の変形の連結および第二の骨の変形の連結として変形の連結を計算するステップを含み、
ここで、前記の変形の連結は、前記の第一の移植片を前記の第一の骨に、および、前記の第二の移植片を前記の第二の骨に、前記の第一の骨および前記の第二の骨における前記の3つのオルトゴナル平面、前記の少なくとも1つの整列ゴール、および、前記移植片の形状の一部を利用して整列する、
コンピューター化された方法。 - 請求項2のコンピューター化された方法であって、
前記の第一の骨の変形の連結の順番は、最初の第一の骨の変形、第一の骨から移植片への変形、整列ゴール変形、並進の第一の骨の変形、および、屈曲−伸長の第一の骨の回転変形を含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項2のコンピューター化された方法であって、
前記の第二の骨の変形の連結の順番は、最初の第二の骨の変形、第二の骨から移植片への変形、屈曲−伸長の第二の骨の回転変形、内反−外反の第二の骨の変形、内側−外側の第二の骨の回転変形、および、並進の第二の骨の変形を含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項1の方法であって、
整列ゴールの前記セットは、内反−外反の整列ゴールおよび軸回転の整列ゴールを含み、
前記の内反−外反の整列ゴール内で、前記ユーザーは、対象の足のニュートラルの機械軸および対象の膝の本来の整列を選択および再選択することができて、
前記の軸回転の整列ゴール内で、前記ユーザーは、前記膝のトランス上顆(transepicondylar)軸に対する平行性、解剖学的な軸からオフセットされた角度、および、前記膝に対する本来の整列を、選択および再選択することができる、
方法。 - 請求項1のコンピューター化された方法であって、
前記GUIを介して、4つの臨床方向の少なくとも1つにおける所望の変化のユーザー調節を受信するステップをさらに含み、
ここで、それぞれの臨床方向は、独立に調節されてよく、
およびここで、前記のプロセッサは、前記の所望の変化が与えられる閉形式の計算を用いて、前記移植片の前記モデルに関する前記の第一の骨および第二の骨の前記モデルを調節する、
コンピューター化された方法。 - 請求項6のコンピューター化された方法であって、
所望の臨床方向で作られた調節;または
整列ゴールの再選択
の少なくとも1つに応答して、前記移植片の前記モデルに関して前記骨の前記モデルを自動的に再度関連付けるステップをさらに含み;および
前記調節および前記再選択の少なくとも1つは、前記の第一の骨または前記の第二の骨の少なくとも1つに関する前記の変形の連結に入力されて;および
前記の変形の連結は、前記移植片の事前に調節された位置および方位にかかわらず、前記移植片が、前記の所望の臨床方向または前記の再選択された整列ゴールに再配列されるような順番で計算される、
コンピューター化された方法。 - 請求項6のコンピューター化された方法であって、
前記GUIを介して、デフォルト値に対して前記臨床方向の1つまたは複数において前記ユーザーによってなされた調節のユーザーリセットを受信するステップをさらに含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項6のコンピューター化された方法であって、
前記GUIを介して、ユーザーによって入力された臨床整列ゴールおよび臨床方向を受信するステップをさらに含み、
前記プロセッサは、前記の第一の骨または前記の第二の骨に関して6自由度で前記移植片の位置、方位およびサイズを自動的に決定する、
コンピューター化された方法。 - 請求項9のコンピューター化された方法であって、
前記ユーザーの前記臨床整列ゴールおよび後のプランニング手順における使用のための臨床方向を保存するステップをさらに含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項6のコンピューター化された方法であって、
前記の4つの臨床方向は、内側−側面の並進方向、近位−遠位の並進方向、前方−後方の並進方向、および、屈曲−伸長の回転方向を含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項11のコンピューター化された方法であって、
前記の屈曲−伸長の回転方向での前記の受信されたユーザー調節は、前記の果頭軸に関するものであり、
前記移植片の前方は、前記の第一の骨の遠位の第一の骨部分の後方の切断の厚さまたは遠位の切断の厚さに実質的に影響を及ぼさずに、所望の前方の位置にセットされ得る、
コンピューター化された方法。 - 請求項1のコンピューター化された方法であって、
前記プロセッサによって、前記の第一の骨の遠位大腿骨部分の2つの顆状突起に関する果頭軸を決定するステップをさらに含み、
前記果頭軸は、
2つの円の中心を連結する軸(ここで、それぞれの円は、それぞれの顆状突起の部分に関して合わせられる);
それぞれの顆状突起を横切る円柱の中心軸(ここで、前記円柱の直径は、前記顆状突起の部分に最一致する);
2つの球体の中心を連結する軸(ここで、それぞれの球体は、それぞれの顆状突起の部分に最一致する);または
前記顆状突起のトランス上顆軸
の少なくとも1つによって決定される、
コンピューター化された方法。 - 請求項1のコンピューター化された方法であって、
前記の3つのオルトゴナル平面を決定するステップは、
前記の第一の骨および前記の第二の骨のそれぞれに、3つの最後方ポイントを反復的に位置付けて、前記の第一の骨および前記の第二の骨のそれぞれに関する冠状平面を規定するステップ;
前記の第一の骨および前記の第二の骨のぞれぞれの上に、2つの最遠位ポイントを反復的に位置付けるステップ、および、前記冠状平面に垂直な平面として規定されて前記の第一の骨および前記の第二の骨のそれぞれの上の前記の2つの最遠位ポイントと一致する軸平面を計算するステップ;および
前記の第一の骨および前記の第二の骨のそれぞれに関する内側−側面の中心点を位置付けるステップ、および、前記冠状平面に垂直な平面、前記の軸平面に垂直な平面、および、前記の内側−側面の中心点と一致するものとして規定される、矢状平面を計算するステップを含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項1のコンピューター化された方法であって、
前記の第二の移植片の前記仮想モデルは、前記の第一の移植片の前記仮想モデルに対して自動的に整列される、
コンピューター化された方法。 - 請求項2のコンピューター化された方法であって、
前記の移植片の形状の部分は、前記移植片の隣接部分の厚さによってオフセットされた移植片の切断平面である、
コンピューター化された方法。 - 請求項1から16のいずれか一項のコンピューター化された方法であって、
前記関節形成手順は、膝関節全置換術であり、
前記の第一の骨は、大腿骨であり、
前記の第二の骨は、連結された脛骨である、
コンピューター化された方法。 - 請求項1のコンピューター化された方法を実施するための外科的プランニングシステムであって、
前記システムは、
コンピューター、ユーザー周辺装置、および、前記グラフィカルユーザーインターフェース(GUI)を表示するためのモニターを備える、ワークステーションを備え;
ここで、前記コンピューターは、前記プロセッサ、非一時的な記憶装置、および、請求項1の方法を実行するための、他のハードウェア、ソフトウェア、データおよびユーティリティーをさらに備え;および
前記のユーザー周辺装置は、ユーザーが前記GUIと相互作用するのを可能にして、キーボード、マウス、または前記モニター上のタッチスクリーン機能の少なくとも1つを備えるユーザー入力機構を備える、
システム。 - 請求項18のシステムであって、
前記GUIは、
三次元(3D)ビューウインドウ、ビューオプションウインドウ、患者情報ウインドウ、移植片ファミリーウインドウ、ワークフロー特有のタスクウインドウ、および、肢および膝の整列測定ウインドウを備える、
システム。 - 本来の整列ゴールに従って関節形成手順の少なくとも一部を自動的にプランニングするためのコンピューター化された方法であって、
前記方法は、
プロセッサによって、第一の骨、例えば大腿骨、および、前記の第一の骨に連結された第二の骨、例えば脛骨の、仮想モデル上に位置付けられた解剖学的ランドマークのセットを特定および保存するステップ;
前記プロセッサによって、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルに関する3つのオルトゴナル平面を自動的に規定するステップ;
前記プロセッサによって、前記ランドマークのサブセットに基づいて、移植片のサイズを決定するステップ;および
前記の第一の骨および第二の骨の前記仮想モデルを前記移植片に対して自動的に整列させて、前記の本来の整列ゴールを満たすステップを含む、
コンピューター化された方法。 - 請求項20のコンピューター化された方法であって、
前記骨の軟骨の厚さによって、前記移植片を並進させるステップをさらに含む、
コンピューター化された方法。
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