JP2019534136A - 手術で用いる位置合わせ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
RI=X線画像の傾斜骨盤基準系
RA=X線画像の前捻骨盤基準系
AI=解剖学的傾斜骨盤基準系
AA=解剖学的前捻骨盤基準系
ri=X線画像の傾斜重力基準系
ra=X線画像の前捻重力基準系
ai=解剖学的傾斜重力基準系
aa=解剖学的前捻重力基準系
y’−y=ヨー
r=ロール
P=骨盤ロール
骨盤ロールがないことを想定して、
ヨーはX線画像の傾斜(RI)を与える
ロールはX線画像の前捻(RA)を与える
Murray(D.W.Murray:The definition and measurement of acetabular orientation.J Bone Joint Surg[Br]1993;75−B:228−32)によって解剖学的前捻(AA)及び解剖学的傾斜(AI)に変換するために:
Tan(AA)=Tan(RA)/sin(RI)
Cos(AI)=Cos(RI)*Cos(RA)
したがって
解剖学的前捻=arctan(tan(r)/sin(y’−y))
解剖学的傾斜=arcos(cos(y’−y)*cos(r))
骨盤ロールがある場合、回転させた垂直軸の周りに「ヨー」を計算し、同じ軸に対してロールを計算する。
右の股関節における右に骨盤ロールを伴う仰臥位、
AA−P=aa
AA=aa+P
AI=ai
ra=r
ri=y’y
Cos(AI)=cos(ai)
=Cos(ri)*Cos(ra)
AI=arccos(cos(y’−y)*cos(r))
AA=arctan(tan(r)/sin(y’−y))+P
及び左の股関節に対して、
AI=arccos(cos(y−y’)*cos(r))
AA=arctan(tan(r)/sin(y−y’))−P
tan g = tan(y)・sin(x+d)…………………… 等式1
tan g = tan(x)・sin(y+d)……………………… 等式2
2 電子装置
2a 第1の電子装置
2b 第2の電子装置
3 骨盤校正スクリーン
4 インパクタ方位スクリーン
5 骨盤追跡スクリーン
10 寛骨臼カップインパクタ
11 寛骨臼カップ
12 骨盤骨
13 インパクタシャフト
14 柄部
20 電子装置
21 ジャイロスコープ
22 磁界センサ
23 加速度計
24 プロセッサ
25 タッチスクリーンディスプレイ
26 スピーカ
27 メモリ
30 マウント
31 ボタン
32 ゼロボタン
33 ボタン
35 インプラント
40 ナビゲーション要素
41 前捻角
42 傾斜角
43 ボタン
60 範囲
110 寛骨臼カップ
120 骨盤骨
130 インパクタシャフト
140 ASISベクトル線/第1のマーカー
200 電子装置
201 ビデオカメラ
202 ディスプレイ装置
203 プロセッサ
204 タッチスクリーンキーパッド205 メモリ
206 画像例(フレーム)
206a 画像
206b 画像
206c 画像
206d 画像
206e 画像
208 第3のマーカー
209 矢印
210 ビデオカメラ
211 第2のマーカー
212 画像例(フレーム)
212a 画像
212b 画像
212c 画像
212d 画像
212e 画像
213 第3のマーカー
214 矢印
215a ガイドライン
215b ガイドライン
215c ガイドライン
215d ガイドライン
215e ガイドライン
216 第2のマーカー
220 ディスプレイ装置
230 傾斜センサ
240 プロセッサ
250 タッチスクリーンキーパッド
260 メモリ
270 画像例(フレーム)
270a 第1の画像
270b 画像
271a ライン
271b ライン
271c ライン
271d ライン
271e ライン
272a ガイドライン
272b ガイドライン
272c ガイドライン
272d ガイドライン
272e ガイドライン
273 アウトライン
274 前捻角
282 棘突起
284 脊椎骨
292 手術用ドリル
294 ドリルビット
310 スリーブ部分
312 脛骨孔ガイドワイヤ
314 孔ノッチ
320 アーム
322 大腿骨
324 手術用ドリル
400 第1のマーカー/球体
401 第1のマーカー/ディスク
402 第1のマーカー/ディスク
410 円形ディスク
420 円形ディスク
430 スペーサ
2011a ボックス
2011b ボックス
Claims (61)
- 装置であって、
医療用インプラントの移植用の骨領域に対して所望の方位に移動可能な医療ツールと、
患者の前記骨領域に対して固定された第1の場所と前記医療ツール上の第2の場所との間で移行可能な電子方位センサと、を含み、
前記第1の場所において、前記電子方位センサは、前記患者の前記骨領域の基準方位を記録するように構成され、前記第2の場所において、前記電子方位センサは、前記基準方位に対する前記医療ツールの方位を決定するように構成され、
前記基準方位を記録することは、
前記電子方位センサに対する重力ベクトルを測定することを含む、装置。 - 前記基準方位を記録することはさらに、
前記患者の人体の横断ベクトルを決定することと、
前記決定された重力ベクトルと前記決定された横断ベクトルとに基づいて長手方向ベクトルを決定することと、を含む請求項1に記載の装置。 - 前記横断ベクトルは、前記患者の人体上の2つの左右対称点に対する前記電子方位センサの方位に基づいて決定される請求項2に記載の装置。
- 前記人体上の前記2つの左右対称点は左及び右の上前腸骨棘である請求項3に記載の装置。
- 前記重力ベクトルは、前記患者が仰臥位または腹臥位にある状態で前記電子方位センサに対して測定される請求項1から4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記基準方位を記録することはさらに、前記患者が側臥位にある状態で前記電子方位センサに対して前記重力ベクトルを測定することを含み、前記横断ベクトルは、前記患者が側臥位にある状態での前記電子方位センサに対する前記重力ベクトルの測定値に基づいて推定される請求項5に記載の装置。
- 前記横断ベクトルは、前記重力ベクトルに対する前記患者の方位の変化に基づいて決定される請求項2に記載の装置。
- 前記骨領域は頸骨または大腿骨である請求項7に記載の装置。
- 前記基準方位を記録することはさらに、
前記重力ベクトルに対する前記患者の方位の変化に基づいて前記患者の長手方向ベクトルを決定することと、
前記決定された重力ベクトルと前記決定された長手方向ベクトルとに基づいて前記患者の横断ベクトルを決定することと、を含む請求項1に記載の装置。 - 前記方位の変化は前記長手方向ベクトルの周りの前記骨領域の回転を含む請求項9に記載の装置。
- 前記装置は第1のマウントを含み、前記第1のマウントは、前記電子方位センサ及び前記骨領域の両方を嵌合させ、前記電子方位センサが前記第1の場所に配置されているときに前記電子方位センサ及び前記骨領域の位置を互いに対して取り外し可能に固定するように構成されている請求項1から10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置は第2のマウントを含み、前記第2のマウントは、前記電子方位センサ及び前記医療ツールの両方を嵌合させ、前記電子方位センサが前記第2の場所に配置されているときに前記電子方位センサ及び前記医療ツールの位置を互いに対して取り外し可能に固定するように構成されている請求項1から11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記電子方位センサは、3次元空間における前記基準方位に対する前記医療ツールの方位を決定するように構成された請求項1から12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記電子方位センサは、1つ以上の重力場センサ及び/または1つ以上の加速度計及び/または1つ以上の磁界センサを含む請求項1から13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記電子方位センサは1つ以上のジャイロスコープを含む請求項1から14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記医療ツールの前記決定された相対方位及び/または前記記録された基準方位についての情報を臨床医または他のユーザに与えるように構成された出力装置を含む請求項1から15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記電子方位センサはスマートフォンまたはタブレットコンピュータに含まれる請求項1から16のいずれか1項に記載の装置。
- 寛骨臼カップインパクタを位置決めする方法であって、
患者の骨領域に対して固定された第1の場所に電子方位センサを配置することと、
前記第1の場所に配置された前記電子方位センサを用いて、前記患者の骨領域の基準方位を記録することを、
前記電子方位センサに対する重力ベクトルを測定することと、
前記第1の場所から医療ツール上の第2の場所へ前記電子方位センサを移すことであって、前記医療ツールは、医療用インプラントの移植用の前記患者の骨領域に対して所望の方位に移動可能である、前記移すことと、
前記第2の場所に配置された前記電子方位センサを用いて前記基準方位に対する前記医療ツールの方位を決定することと、によって行うことと、を含む方法。 - 前記基準方位を記録することはさらに、
前記患者の人体の横断ベクトルを決定することと、
前記決定した重力ベクトルと決定した前記横断ベクトルとに基づいて長手方向ベクトルを決定することと、を含む請求項18に記載の方法。 - 前記横断ベクトルは、前記第1の場所における前記骨領域に対する前記電子方位センサの方位に基づいて決定される請求項19に記載の方法。
- 前記重力ベクトルは前記患者が側臥位にある状態で測定される請求項19に記載の方法。
- 前記基準方位を記録することはさらに、前記患者が仰臥位にある状態で前記電子方位センサに対する前記重力ベクトルを測定することを含み、前記横断ベクトルを、前記患者が前記仰臥位にある状態での前記電子方位センサに対する前記重力ベクトルの測定値に基づいて推定する請求項21に記載の方法。
- 前記横断ベクトルは前記左及び右の上前腸骨棘と交差する請求項18から22のいずれか1項に記載の方法。
- 前記横断ベクトルを前記重力ベクトルに対する前記患者の方位の変化に基づいて決定する請求項19に記載の装置。
- 前記骨領域は頸骨または大腿骨である請求項24に記載の装置。
- 前記基準方位を記録することはさらに、
前記重力ベクトルに対する前記患者の方位の変化に基づいて前記患者の長手方向ベクトルを決定することと、
前記決定した重力ベクトルと前記決定した長手方向ベクトルとに基づいて前記患者の横断ベクトルを決定することと、を含む請求項18に記載の方法。 - 前記方位の変化は前記長手方向ベクトルの周りの前記骨盤領域の回転を含む請求項26に記載の方法。
- 寛骨臼カップインパクタの方位を決定する方法であって、
患者の骨領域の基準方位を、前記骨領域に対して固定された第1の場所に配置された電子方位センサを用いて記録することを、
前記電子方位センサに対する重力ベクトルを測定することと、
前記電子方位センサが前記医療ツール上の第2の場所に配置されることが、前記第1の場所から前記第2の場所に移行された後に行われたときに、前記電子方位センサを用いて前記基準方位に対する医療ツールの方位を決定することであって、前記医療ツールは、医療用インプラントの移植用の前記骨領域に対して所望の方位に移動可能である、前記決定することと、によって行うことを含む方法。 - コンピューティング装置にインストールされたときに、前記コンピューティング装置に請求項28に記載の方法を実行させるソフトウェア。
- 人体に接続された方位センサの基準方位を決定する方法であって、前記基準方位は前記人体に対するものであり、前記方法は、
前記方位センサを前記人体上の2つの左右対称点と交差する横断ベクトルと位置合わせすることと、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態で重力ベクトルを前記方位センサによって測定することと、
前記測定した重力ベクトルと前記横断ベクトルとに基づいて、前記方位センサに対する前記人体の長手方向ベクトルを決定することと、を含む方法。 - 前記人体上の前記2つの左右対称点は左及び右の上前腸骨棘を含む請求項30に記載の方法。
- さらに、
前記横断ベクトルと前記重力ベクトルとの間の角度を決定することと、
前記角度が90度に等しくないと決定したら、前記角度と90度との間の差に基づいて補正係数を記録することと、を含む請求項30または31に記載の方法。 - 人体に接続された方位センサの基準方位を決定する方法であって、前記基準方位は前記人体に対するものであり、前記方法は、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態で前記方位センサによって重力ベクトルを測定することと、
前記人体をその長手軸の周りに回転させながら前記方位センサを用いて前記方位センサの方位を測定することによって、前記方位センサに対する前記人体の長手方向ベクトルを決定することと、
前記決定した前後方向及び長手方向ベクトルに基づいて、前記方位センサに対する前記人体の横断ベクトル決定することと、を含む方法。 - さらに、
前記長手方向ベクトルと前記重力ベクトルとの間の角度を決定することと、
前記角度が90度に等しくないと決定したら、前記角度と90度との間の差に基づいて補正係数を記録することと、を含む請求項33に記載の方法。 - 人体に接続された方位センサの基準方位を決定する方法であって、前記基準方位は前記人体に対するものであり、前記方法は、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態で、前記方位センサによって重力ベクトルを測定することと、
前記人体が側臥位にある状態で、前記方位センサによって前記重力ベクトルを測定することと、
前記側臥位で測定した前記重力ベクトルに基づいて、前記方位センサに対する前記人体の横断ベクトルを決定することと、
前記決定した重力及び横断ベクトルに基づいて、前記方位センサに対する前記人体の長手方向ベクトルを決定することと、を含む方法。 - さらに、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態での前記方位センサに対する前記重力ベクトルと、前記人体が側臥位にある状態での前記方位センサに対する前記重力ベクトルとの間の角度を決定することと、
前記角度が90度に等しくないと決定したら、前記角度と90度との間の差に基づいて補正係数を記録することと、を含む請求項35に記載の方法。 - さらに、
側臥位にある前記人体の骨領域を上方からX線画像で画像化することと、
前記X線画像を用いて前記骨領域の矢状傾斜を測定することと、を含む請求項35または36に記載の方法。 - 前記長手方向ベクトル、前記重力ベクトル、及び前記横断ベクトルはすべて実質的に垂直である請求項30から37のいずれかに記載の方法。
- 人体に接続された方位センサの基準方位を決定する方法であって、前記基準方位は前記人体に対するものであり、前記方法は、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態での前記人体上の2つの左右対称点と交差する横断ベクトルと、重力ベクトルとに対する前記方位センサの方位を示す位置合わせデータを受け取ることと、
前記測定した重力ベクトルに基づいて前記方位センサに対する前記人体の前後方向ベクトルを決定することと、
前記測定した重力ベクトルと前記横断ベクトルとに基づいて前記方位センサに対する前記人体の長手方向ベクトルを決定することと、を含む方法。 - 人体に接続された方位センサの基準方位を決定する方法であって、前記基準方位は前記人体に対するものであり、前記方法は、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態での重力ベクトルと、前記方位センサに対する前記人体の長手方向ベクトルとに対する前記方位センサの方位を示す位置合わせデータを受け取ることと、
前記測定した重力ベクトルに基づいて前記方位センサに対する前記人体の前後方向ベクトルを決定することと、
前記決定した前後方向及び長手方向ベクトルに基づいて、前記方位センサに対する前記人体の横断ベクトル決定することと、を含む方法。 - 人体に接続された方位センサの基準方位を決定する方法であって、前記基準方位は前記人体に対するものであり、前記方法は、
前記人体が仰臥位または腹臥位にある状態での重力ベクトルと、前記人体が側臥位にある状態での前記重力ベクトルとに対する前記方位センサの方位を示す位置合わせデータを受け取ることと、
前記測定した重力ベクトルに基づいて前記方位センサに対する前記人体の前後方向ベクトルを決定することと、
前記側臥位において測定した前記重力ベクトルに基づいて、前記方位センサに対する前記人体の横断ベクトルを決定することと、
前記決定した前後方向及び横断ベクトルに基づいて前記方位センサに対する前記人体の長手方向ベクトルを決定することと、を含む方法。 - 命令が記憶された機械可読媒体であって、前記命令は、プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに請求項21から41のいずれか1項に記載の方法を実行させる機械可読媒体。
- 前記方位センサは前記第1の場所にある前記骨領域に固定されるか、または前記方位センサは前記第1の場所にある手術台に固定される請求項1から42のいずれか1項に記載の装置。
- 前記骨領域は前記患者の骨盤領域を含み、前記医療ツールは寛骨臼カップインパクタを含み、前記医療用インプラントは寛骨臼カップを含む請求項1から43のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1の場所において、前記電子方位センサはさらに、前記患者の最大後部傾斜と前記患者の最大前方骨盤傾斜との間の差に基づいて患者の骨盤傾斜範囲を測定するように構成された請求項44に記載の装置。
- 前記測定した骨盤傾斜範囲に基づいて前記骨盤領域に対する前記寛骨臼カップの前捻角及び傾斜角を決定するように構成された処理手段をさらに含む請求項45に記載の装置。
- 前記医療ツールは手術用ドリルを含み、前記医療用インプラントは椎弓根ネジまたは浅窩コンポーネントを含む請求項1から43のいずれか1項に記載の装置。
- 前記骨領域は前記患者の大腿骨または頸骨を含み、前記医療ツールはガイドワイヤまたは手術用ドリルを含み、前記医療用インプラントはACL移植片を含む請求項1から43のいずれか1項に記載の装置。
- 前記医療ツールは千枚通しまたはガイドワイヤを含む請求項1から43のいずれか1項に記載の装置。
- 股関節形成装置であって、
寛骨臼カップの移植用の患者の骨盤領域に対して所望の方位に移動可能な寛骨臼カップインパクタと、
前記患者の骨盤領域上の第1の場所と前記寛骨臼カップインパクタ上の第2の場所との間で移行可能な電子方位センサと、
前記患者の骨盤の一部と所定の方位で嵌合するように構成された嵌合部品と、を含み、
前記第1の場所において、前記電子方位センサは前記嵌合部品に結合されているかまたは一体化され、また前記患者の骨盤領域の基準方位を記録するように構成され、前記第2の場所において、前記電子方位センサは、前記基準方位に対する前記寛骨臼カップインパクタの方位を決定するように構成されている、股関節形成装置。 - 前記患者の骨盤の前記一部は前記患者の骨盤の寛骨臼を含む請求項50に記載の装置。
- 前記電子方位センサは、前記第1の場所と、前記第2の場所と、前記第1の場所とは異なる前記患者の骨盤領域上の第3の場所との間で移行可能である請求項51に記載の装置。
- 前記嵌合部品は、前記患者の骨盤の前記一部と実質的に適合するように予め成形されている請求項50から52のいずれか1項に記載の装置。
- 前記嵌合部品は付加製造を用いて製造される請求項50から53のいずれか1項に記載の装置。
- 前記嵌合部品は前記患者の骨盤の3Dスキャンを用いて製造される請求項50から54のいずれか1項に記載の装置。
- 寛骨臼カップインパクタを位置決めする方法であって、
嵌合部品を患者の骨盤領域上の第1の場所に配置することであって、前記嵌合部品は、前記第1の場所において前記患者の骨盤領域の一部と嵌合するように構成され、前記嵌合部品には電子方位センサが結合されている、前記配置することと、
前記第1の場所に配置された前記電子方位センサを用いて前記患者の骨盤領域の基準方位を記録することと、
前記電子方位センサを前記第1の場所から寛骨臼カップインパクタ上の第2の場所へ移すことであって、前記寛骨臼カップインパクタは、寛骨臼カップの移植用の前記患者の骨盤領域に対して所望の方位に移動可能である、前記移すことと、
前記第2の場所に配置された前記電子方位センサを用いて、前記基準方位に対する前記寛骨臼カップインパクタの方位を決定することと、を含む方法。 - 前記患者の骨盤の前記一部は前記患者の骨盤の寛骨臼を含む請求項56に記載の装置。
- 前記電子方位センサを前記第2の場所へ移す前に、前記電子方位センサを前記第1の場所から前記第1の場所とは異なる前記患者の骨盤領域上の第3の場所へ移すことをさらに含む請求項56に記載の装置。
- 前記嵌合部品は、前記患者の骨盤の前記一部に実質的に適合するように予め成形されている請求項56から58のいずれか1項に記載の装置。
- 前記嵌合部品は付加製造を用いて製造される請求項56から59のいずれか1項に記載の装置。
- 前記嵌合部品は前記患者の骨盤の3Dスキャンを用いて製造される請求項56から60のいずれか1項に記載の装置。
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