JP2021528212A - 慣性センサを用いた膝手術の方法およびデバイス - Google Patents
慣性センサを用いた膝手術の方法およびデバイス Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、開示が参照により本明細書に組み込まれている、2018年6月20日に出願した米国仮特許出願第62/687,462号、名称「METHODS AND DEVICES FOR KNEE SURGERY WITH INERTIAL SENSORS」の利益を主張するものである。
「lRl_3M」は内側コンパートメントにまたがるガイド本体部192の長さであり、
「lRl_3L」は外側コンパートメントにまたがるガイド本体部192の長さであり、
角度「λ」は、レジストレーション位置と角度オフセットとの間の角度である。
[付記項1]
コンピュータシステムを介して、切削器具をナビゲートする方法であって、
患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)を単一の既知の配置および配向で人間に装着するステップであって、前記PAMは、単一の配置および配向のみで人間の体表面と正確に正しく嵌合する表面を備える、ステップと、
レファレンス慣性測定ユニット(IMU)を前記人間に装着するステップと、
ガイドを前記PAMに動作可能に結合するステップであって、前記ガイドは、器具慣性測定ユニット(IMU)と切削スロットおよびピンオリフィスのうちの少なくとも1つとを備える、ステップと、
前記人間に関する前記ガイドの位置および配向の変化を示すデータを前記レファレンスIMUおよび前記器具IMUから出力するステップと、
前記人間に関する前記ガイドを、切削およびピン留置のうちの少なくとも1つを実行するための計画と一致する位置および配向に再配置するステップと、
前記レファレンスIMUおよび前記器具IMUから出力されたデータを使用して前記人間に関する前記ガイドの前記位置および配向に関するフィードバックを視覚的に表示するステップであって、データはコンピュータプログラムによって処理され、前記コンピュータプログラムは前記視覚的に表示されたフィードバックを指示する、ステップとを含む、方法。
[付記項2]
前記PAMは、脛骨および大腿骨の少なくとも一方に装着される、付記項1に記載の方法。
[付記項3]
前記レファレンスIMUは、脛骨および大腿骨の少なくとも一方に装着される、付記項1または2のいずれか一項に記載の方法。
[付記項4]
前記ガイドを動作可能に前記PAMに結合するステップは、少なくとも2つの関節を備える機械的接続部を使用して前記切削ガイドを前記PAMから独立して再配置することを可能にするステップを含む、付記項1から3のいずれか一項に記載の方法。
[付記項5]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、付記項4に記載の方法。
[付記項6]
前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、付記項4に記載の方法。
[付記項7]
前記器具IMUに関する前記レファレンスIMUのレジストレーションを、前記レファレンスIMUおよび前記器具IMUの少なくとも一方が前記人間に関して既知の位置および配向にある間に行うステップをさらに含む、付記項1から6のいずれか一項に記載の方法。
[付記項8]
前記器具IMUは、単一の既知の配置および配向のみで前記ガイドに装着可能である、付記項7に記載の方法。
[付記項9]
前記レファレンスIMUは、複数の配置および配向で前記患者に装着可能である、付記項7に記載の方法。
[付記項10]
前記器具IMUに関する前記レファレンスIMUのレジストレーションを実行するステップは、所定の時間期間の間、前記IMUを互いに関して静止状態に保持するステップを含む、付記項7に記載の方法。
[付記項11]
前記人間に関して前記ガイドを再配置するステップは、前記PAMに関して前記ガイドを再配置するステップを含む、付記項1から10のいずれか一項に記載の方法。
[付記項12]
膝関節の弛緩を評価するために前記器具IMUに動作可能に結合されている荷重測定デバイスを使用して評価を実行するステップをさらに含む、付記項1から11のいずれか一項に記載の方法。
[付記項13]
前記計画は、前記ピンを留置するための計画を含む、付記項1から12のいずれか一項に記載の方法。
[付記項14]
フィードバックを視覚的に表示するステップは、患者の解剖学的構造の仮想モデルと、前記患者の解剖学的構造に関する前記ガイドの位置を反映するレファレンス標示とを表示するステップを含む、付記項1から13のいずれか一項に記載の方法。
[付記項15]
フィードバックを視覚的に表示するステップは、患者の解剖学的構造の仮想モデルと、前記仮想モデル上の前記切削部に対する意図された配置を反映するレファレンス標示とを表示するステップを含む、付記項1から13のいずれか一項に記載の方法。
[付記項16]
少なくとも1本のピンを前記患者の切除部に装着するステップと、
前記少なくとも1本のピンを使用して前記患者に関して静的切削ガイドを配向するステップと、
前記静的切削ガイドを配向した後に前記静的切削ガイドを前記患者に装着するステップとをさらに含む、付記項1から15のいずれか一項に記載の方法。
[付記項17]
少なくとも1本のピンを前記患者の切除部に装着するステップと、
前記少なくとも1本のピンを使用して前記患者に関してガイドフットを配向するステップと、
前記ガイドフットを配向した後に前記ガイドフットを前記患者に装着するステップと、
前記PAMと前記ガイドとの間の前記動作可能な結合を中断するステップと、
前記ガイドを前記ガイドフットに動作可能に結合するステップとをさらに含む、付記項1から15のいずれか一項に記載の方法。
[付記項18]
外科手術用機器システムであって、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)であって、患者の解剖学的構造に装着されるように構成されるレファレンスデバイスに装着されるように構成されている、第2の慣性測定ユニット(IMU)と、
単一の配置および配向のみで患者の解剖学的表面と正確に正しく嵌合する表面を備える患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記患者の解剖学的表面に装着されるように構成されている、患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
使用時に前記PAMに動作可能に結合されるように構成されているガイドであって、切削スロットおよびピンオリフィスのうちの少なくとも一方を備え、所定の既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されているガイドとを備える、外科手術用機器システム。
[付記項19]
前記患者の解剖学的構造の少なくとも1つの仮想解剖学的モデルと、前記患者の解剖学的構造の前記少なくとも1つの仮想解剖学的モデルに関して意図された骨切除の前記位置および配向を示す術前外科手術計画とを事前ロードしたソフトウェアを備えるコントローラをさらに具備し、前記コントローラは前記第1および第2のIMUと通信可能に結合され、IMUデータを受信し、前記受信されたIMUデータを翻訳して、前記患者の解剖学的構造に関する前記ガイドの前記位置および配向を決定し、前記患者の解剖学的構造の前記仮想解剖学的モデルを視覚的に表現して、前記ガイドが前記患者の解剖学的構造に関して前記術前外科手術計画と一致するように位置決めされているかどうかについてのガイダンスを提供し前記意図された骨切除を達成するためのディスプレイ用の命令を出力するように構成されている、付記項18に記載の外科手術用機器システム。
[付記項20]
前記患者固有の解剖学的マッピング装置は、近位脛骨および遠位大腿骨のうちの少なくとも一方と係合するように構成される、付記項18または19のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項21]
前記患者固有の解剖学的マッピング装置は、第1の脛骨PAMおよび第2の大腿骨PAMを備える、付記項18または19のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項22]
前記ガイドを前記PAMに結合するように動作可能な機械的接続部をさらに備え、前記機械的接続部は少なくとも1つの関節を備える、付記項18から21のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項23]
前記少なくとも1つの関節は、少なくとも2つの関節を含む、付記項22に記載の外科手術用機器システム。
[付記項24]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節を含む、付記項23に記載の外科手術用機器システム。
[付記項25]
前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節を含む、付記項23に記載の外科手術用機器システム。
[付記項26]
前記機械的接続部は、前記PAMの第1の所定の配置および前記ガイドの第2の所定の配置に同時に装着して、レジストレーション位置および配向をとるように構成される、付記項22に記載の外科手術用機器システム。
[付記項27]
既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている荷重測定デバイスをさらに備える、付記項18から26のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項28]
前記荷重測定デバイスは、複数のピエゾ抵抗センサ、複数の容量センサ、および複数の圧電ベースの歪みセンサのうちの少なくとも1つを備える、付記項27に記載の外科手術用機器システム。
[付記項29]
既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている整形外科用インプラント留置デバイスをさらに備える、付記項18から28のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項30]
前記整形外科用インプラント留置デバイスは、所定の配置および配向で整形外科用インプラントに結合するように構成され、前記整形外科用インプラントは、整形外科用トライアルおよび最終整形外科用インプラントのうちの少なくとも一方を含む、付記項29に記載の外科手術用機器システム。
[付記項31]
前記整形外科用インプラントは、膝置換手術または膝再置換手術のうちの少なくとも一方の手術の一部として脛骨インプラントおよび大腿骨インプラントのうちの少なくとも一方を含む、付記項30に記載の外科手術用機器システム。
[付記項32]
前記コントローラに通信可能に結合されているディスプレイをさらに備え、前記ディスプレイは前記患者の解剖学的構造の前記仮想解剖学的モデルを視覚的に表現し、前記ガイドが前記患者の解剖学的構造に関して前記術前外科手術計画と一致するように位置決めされるかどうかについてのガイダンスを提供し前記意図された骨切除を達成するように動作可能である、付記項18から31のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項33]
前記ディスプレイは、複数のディスプレイウィンドウを備える、付記項32に記載の外科手術用機器システム。
[付記項34]
前記複数のディスプレイウィンドウの各々は、スタンドアロン画面に関連付けられている、付記項33に記載の外科手術用機器システム。
[付記項35]
最終整形外科用インプラントおよび整形外科用トライアルのうちの少なくとも一方を含む整形外科用インプラントをさらに備える、付記項18から34のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項36]
前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換術または部分的膝関節置換術のコンポーネントを含む、付記項35に記載の外科手術用機器システム。
[付記項37]
前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換の患者固有の大腿骨コンポーネントおよび患者固有の脛骨コンポーネントのうちの少なくとも一方を備える、付記項35に記載の外科手術用機器システム。
[付記項38]
少なくとも1つの骨切削を円滑にするためにガイドフットが前記患者の解剖学的構造に装着されるときに前記ガイドに動作可能に結合されるように構成されている前記ガイドフットをさらに備える、付記項18から37のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
[付記項39]
コンピュータシステムを介して、慣性測定ユニットを使用して外科手術用道具の3次元追跡を円滑にする方法であって、
第1の慣性測定ユニット(IMU)を第1の哺乳類の組織に装着するステップであって、前記第1のIMUが前記第1の哺乳類の組織に関して再配置可能でないように装着するステップと、
第2の慣性測定ユニット(IMU)を前記第1の哺乳類の組織に動作可能に結合することを、単一の配置および配向のみで前記第1の哺乳類の組織の表面と正確に正しく嵌合する表面を有する患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)を使用することによって、行うステップであって、前記第2のIMUは前記第1の哺乳類の組織に関して再配置可能である、ステップと、
前記第1の哺乳類の組織および前記第1のIMUに関して前記第2のIMUの位置および配向のレジストレーションを、前記PAMが前記第1の哺乳類の組織に装着されている間に実行するステップと、
前記第2のIMUを外科手術用道具に装着するステップと、
3次元内で前記外科手術用道具および第1の哺乳類の組織の位置および配向を追跡することを、前記第2のIMUが前記外科手術用道具に装着され、再配置可能に前記PAMに結合されている間に行うステップとを含む、方法。
[付記項40]
前記第1および第2のIMUから出力されたデータを使用して前記第1の哺乳類の組織に関する前記外科手術用道具の前記位置および配向に関係するフィードバックを視覚的に表示するステップであって、前記データはコンピュータプログラムによって処理され、前記コンピュータプログラムは視覚的に表示されたフィードバックを指示する、ステップをさらに含む、付記項39に記載の方法。
[付記項41]
前記フィードバックは、前記第1の哺乳類の組織の仮想モデルと、前記第1の哺乳類の組織に関する前記外科手術用道具の前記相対的な現実世界での位置を示す前記仮想モデル上の第1の標示とを含む、付記項40に記載の方法。
[付記項42]
前記フィードバックは、所定の計画と一致する前記第1の哺乳類の組織に関する前記外科手術用道具の意図された位置を示す前記仮想モデル上の第2の標示をさらに含む、付記項41に記載の方法。
[付記項43]
前記PAMは、脛骨および大腿骨の少なくとも一方に装着される、付記項39から42のいずれか一項に記載の方法。
[付記項44]
前記第1の哺乳類の組織は、脛骨および大腿骨の少なくとも一方を含む、付記項39から43のいずれか一項に記載の方法。
[付記項45]
前記外科手術用道具は、前記PAMに動作可能に結合される、付記項39から44のいずれか一項に記載の方法。
[付記項46]
前記外科手術用道具を前記PAMに動作可能に結合するステップは、前記PAMから独立して前記外科手術用道具の再配置を可能にするために少なくとも2つの関節を備える機械的接続部を使用するステップを含む、付記項45に記載の方法。
[付記項47]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、付記項46に記載の方法。
[付記項48]
前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、付記項46に記載の方法。
[付記項49]
前記第2のIMUは、単一の既知の配置および配向のみで前記外科手術用道具に装着可能である、付記項39から48のいずれか一項に記載の方法。
[付記項50]
前記第1のIMUは、複数の配置および配向で前記第1の哺乳類の組織に装着可能である、付記項39から49のいずれか一項に記載の方法。
[付記項51]
前記第1の哺乳類の組織に関する前記第2のIMUの前記位置および配向は、所定の期間の間、前記第1および第2のIMUを互いに関して静止した状態に保持するステップを含む、付記項39から50のいずれか一項に記載の方法。
[付記項52]
膝関節の弛緩を評価するために前記第2のIMUに動作可能に結合されている荷重測定デバイスを使用して評価を実行するステップをさらに含む、付記項39から51のいずれか一項に記載の方法。
[付記項53]
膝置換術または再置換術のための外科手術用機器キットであって、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)と、
単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記脛骨PAMは前記脛骨表面に装着されるように構成されている、脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記大腿骨PAMは前記大腿骨表面に装着されるように構成されている、大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)とを備え、
前記第2のIMUは前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に動作可能に結合されるように構成される、外科手術用機器キット。
[付記項54]
前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に再配置可能に結合されるように構成されている切削ガイドをさらに備え、前記切削ガイドは切削スロットおよびピンオリフィスの少なくとも一方を備え、前記ガイドは所定の既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成される、付記項53に記載のキット。
[付記項55]
前記切削ガイドを前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMのうちの少なくとも一方に動作可能に結合するための少なくとも2つの関節を備える機械的接続部をさらに具備する、付記項53または54のいずれか一項に記載のキット。
[付記項56]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、付記項55に記載のキット。
[付記項57]
前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、付記項55に記載のキット。
[付記項58]
膝関節の少なくとも一部を置換するように構成されている整形外科用インプラントをさらに備える、付記項53から57のいずれか一項に記載のキット。
[付記項59]
前記整形外科用インプラントは、患者固有のインプラントを含む、付記項58に記載のキット。
[付記項60]
前記患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、付記項59に記載のキット。
[付記項61]
前記患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、付記項59に記載のキット。
[付記項62]
前記整形外科用インプラントは、マスカスタマイズインプラントを含む、付記項58に記載のキット。
[付記項63]
前記マスカスタマイズインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、付記項62に記載のキット。
[付記項64]
前記マスカスタマイズインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、付記項62に記載のキット。
[付記項65]
前記整形外科用インプラントは、非患者固有のインプラントを含む、付記項58に記載のキット。
[付記項66]
前記非患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、付記項65に記載のキット。
[付記項67]
前記非患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、付記項65に記載のキット。
[付記項68]
脛骨および大腿骨の少なくとも一方に剛性的に装着されるように構成されているレファレンスハウジングをさらに備え、前記レファレンスハウジングは単一の位置および配向のみで前記第1のIMUに正しく装着されるように構成されている、付記項53から67のいずれか一項に記載のキット。
[付記項69]
4−in−1静的切削ブロックをさらに含む、付記項53から68のいずれか一項に記載のキット。
[付記項70]
4−in−1再構成可能切削ブロックをさらに含む、付記項53から68のいずれか一項に記載のキット。
[付記項71]
コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作可能であるコンピュータ可読コードが記憶されている物理メモリデバイスをさらに備える、付記項53から70のいずれか一項に記載のキット。
[付記項72]
コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作する記憶されているコンピュータ可読コードを提供するためにアクセスされ得るインターネットアドレスのコピーをさらに含む、付記項53から70のいずれか一項に記載のキット。
[付記項73]
膝置換術または再置換術のための外科手術用機器キットであって、
単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記脛骨PAMは前記脛骨表面に装着されるように構成されている、脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記大腿骨PAMは前記大腿骨表面に装着されるように構成される、大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)とを備える、外科手術用機器キット。
[付記項74]
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)とをさらに備え、
前記第2のIMUは前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に動作可能に結合されるように構成される、付記項73に記載のキット。
[付記項75]
前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に再配置可能に結合されるように構成されている切削ガイドをさらに備え、前記切削ガイドは切削スロットおよびピンオリフィスの少なくとも一方を備え、前記ガイドは所定の既知の位置および配向で第1のIMUに結合するように構成される、付記項73または74のいずれか一項に記載のキット。
[付記項76]
前記切削ガイドを前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMのうちの少なくとも一方に動作可能に結合するための少なくとも2つの関節を備える機械的接続部をさらに具備する、付記項73から75のいずれか一項に記載のキット。
[付記項77]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、付記項76に記載のキット。
[付記項78]
前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、付記項76に記載のキット。
[付記項79]
膝関節の少なくとも一部を置換するように構成されている整形外科用インプラントをさらに備える、付記項73から78のいずれか一項に記載のキット。
[付記項80]
前記整形外科用インプラントは、患者固有のインプラントを含む、付記項79に記載のキット。
[付記項81]
前記患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、付記項80に記載のキット。
[付記項82]
前記患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、付記項80に記載のキット。
[付記項83]
前記整形外科用インプラントは、マスカスタマイズインプラントを含む、付記項79に記載のキット。
[付記項84]
前記マスカスタマイズインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、付記項83に記載のキット。
[付記項85]
前記マスカスタマイズインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、付記項83に記載のキット。
[付記項86]
前記整形外科用インプラントは、非患者固有のインプラントを含む、付記項79に記載のキット。
[付記項87]
前記非患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、付記項86に記載のキット。
[付記項88]
前記非患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、付記項86に記載のキット。
[付記項89]
脛骨および大腿骨の少なくとも一方に剛性的に装着されるように構成されているレファレンスハウジングをさらに備え、前記レファレンスハウジングは単一の位置および配向のみで前記第1のIMUに正しく装着されるように構成されている、付記項73から88のいずれか一項に記載のキット。
[付記項90]
4−in−1静的切削ブロックをさらに含む、付記項73から89のいずれか一項に記載のキット。
[付記項91]
4−in−1再構成可能切削ブロックをさらに含む、付記項73から89のいずれか一項に記載のキット。
[付記項92]
コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作可能であるコンピュータ可読コードが記憶されている物理メモリデバイスをさらに備える、付記項73から91のいずれか一項に記載のキット。
[付記項93]
コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作する記憶されているコンピュータ可読コードを提供するためにアクセスされ得るインターネットアドレスのコピーをさらに含む、付記項73から91のいずれか一項に記載のキット。
[付記項94]
既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている荷重測定デバイスをさらに備える、付記項74から93のいずれか一項に記載のキット。
[付記項95]
前記荷重測定デバイスは、複数のピエゾ抵抗センサ、複数の容量センサ、および複数の圧電ベースの歪みセンサのうちの少なくとも1つを備える、付記項94に記載のキット。
[付記項96]
既知の位置および配向で前記第2のIMUに結合するように構成されている整形外科用インプラント留置デバイスをさらに備える、付記項74から93のいずれか一項に記載のキット。
[付記項97]
前記整形外科用インプラント留置デバイスは、所定の配置および配向のみで整形外科用インプラントに正しく結合するように構成される、付記項96に記載のキット。
[付記項98]
外科手術ナビゲーションシステムであって、
単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記脛骨PAMは前記脛骨表面に装着されるように構成されている、脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記大腿骨PAMは前記大腿骨表面に装着されるように構成されている、大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
ジャイロスコープ、複数の加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
前記第1のIMUに通信可能に結合されている第1の送信機と、
ジャイロスコープ、複数の加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)と、
前記第2のIMUに通信可能に結合されている第2の送信機と、
前記第1および第2の送信機に通信可能に結合されている第1の信号受信機と、
前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に動作可能に結合されるように構成されている切削ガイドであって、切削スロットおよびピンオリフィスの少なくとも一方を備え、単一の位置および配向のみで前記第1のIMUに正しく結合するように構成されている、切削ガイドと、
前記第1の信号受信機に通信可能に結合されているコントローラであって、患者の解剖学的構造の仮想モデルおよび前記仮想モデルに関して意図された切除切削を示す術前外科手術計画にアクセスできるソフトウェアを備える、コントローラとを具備する、外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項99]
前記コントローラに通信可能に結合されている視覚的ディスプレイをさらに備え、コントローラソフトウェアは、前記第1および第2のIMUからのデータを処理して、前記患者の解剖学的構造に関する前記切削ガイドの前記位置および配向を決定し、前記患者の解剖学的構造の前記仮想モデルを視覚的に表現して、前記切削ガイドが前記患者の解剖学的構造に関して前記術前外科手術計画と一致するように位置決めされているかどうかについてのガイダンスを提供し前記意図された切除切削部を形成するための前記視覚的ディスプレイ用の命令を出力するように構成されている、付記項98に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項100]
前記脛骨PAMは脛骨の近位部分と係合するように構成され、前記大腿骨PAMは大腿骨の遠位部分と係合するように構成される、付記項98または99のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項101]
前記切削ガイドを前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に結合するように動作する機械的接続部をさらに備え、前記機械的接続部は少なくとも1つの関節を含む、付記項98から100のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項102]
前記少なくとも1つの関節は、少なくとも2つの関節を含む、付記項101に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項103]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節を含む、付記項102に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項104]
前記少なくとも2つの関節は、回転関節の対を含む、付記項102に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項105]
前記機械的接続部は、前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMのうちの少なくとも一方の第1の所定の配置および前記切削ガイドの第2の所定の配置に同時に装着して、レジストレーション位置および配向をとるように構成される、付記項101に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項106]
既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている荷重測定デバイスをさらに備える、付記項98から105のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項107]
前記荷重測定デバイスは、複数のピエゾ抵抗センサ、複数の容量センサ、および複数の圧電ベースの歪みセンサのうちの少なくとも1つを備える、付記項106に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項108]
既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている整形外科用インプラント留置デバイスをさらに備える、付記項98から107のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項109]
前記整形外科用インプラント留置デバイスは、所定の配置および配向で整形外科用インプラントに結合するように構成され、前記整形外科用インプラントは、整形外科用トライアルおよび最終整形外科用インプラントのうちの少なくとも一方を含む、付記項108に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項110]
前記整形外科用インプラントは、膝置換手術または膝再置換手術のうちの少なくとも一方の手術の一部として脛骨インプラントおよび大腿骨インプラントのうちの少なくとも一方を含む、付記項109に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項111]
前記視覚的ディスプレイは、複数のディスプレイウィンドウを備える、付記項99から110のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項112]
前記複数のディスプレイウィンドウの各々は、スタンドアロン画面に関連付けられている、付記項111に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項113]
最終整形外科用インプラントおよび整形外科用トライアルのうちの少なくとも一方を含む整形外科用インプラントをさらに備える、付記項98から112のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項114]
前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換術または部分的膝関節置換術のコンポーネントを含む、付記項113に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項115]
前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換の患者固有の大腿骨コンポーネントおよび患者固有の脛骨コンポーネントのうちの少なくとも一方を備える、付記項113に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項116]
少なくとも1つの骨切削を円滑にするためにガイドフットが前記患者の解剖学的構造に装着されるときに前記切削ガイドに動作可能に結合されるように構成されている前記ガイドフットをさらに備える、付記項98から115のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
[付記項117]
外科手術を実施する方法であって、
視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して切削ガイドを再配置するステップを含み、前記切削ガイドは第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記切削ガイドは単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの仮想モデルおよび患者大腿骨の仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者大腿骨に関する前記切削ガイドの3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、術前外科手術計画と一致する大腿骨切削を行えるように前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、方法。
[付記項118]
前記視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して前記切削ガイドを再配置するステップをさらに含み、前記切削ガイドは前記第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記切削ガイドは単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルおよび患者脛骨の仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者脛骨に関する前記切削ガイドの前記3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、前記術前外科手術計画と一致する脛骨切削を行えるように前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、付記項117に記載の方法。
[付記項119]
前記大腿骨PAM表面を前記患者の大腿骨表面に前記正しい単一の配置および配向で装着するステップと、
第2の慣性測定ユニット(IMU)を前記患者の大腿骨に結合するステップと、
前記第1のIMUおよび第2のIMUの互いに関するレジストレーションを実行するステップとをさらに含む、付記項117または118のいずれか一項に記載の方法。
[付記項120]
前記脛骨PAM表面を前記患者の脛骨表面に前記正しい単一の配置および配向で装着するステップと、
第2の慣性測定ユニット(IMU)を前記患者の脛骨に結合するステップと、
前記第1のIMUおよび第2のIMUの互いに関するレジストレーションを実行するステップとをさらに含む、付記項117または118のいずれか一項に記載の方法。
[付記項121]
前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルのみを含む、付記項117から120のいずれか一項に記載の方法。
[付記項122]
前記ナビゲーションガイダンスは、前記患者大腿骨の前記仮想モデルのみを含む、付記項117から120のいずれか一項に記載の方法。
[付記項123]
前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記現実世界位置を表す第1の切断線ならびに前記大腿骨切削および前記脛骨切削の少なくとも一方を行うための前記切削ガイドの意図された術前計画位置を表す第2の切断線に加えて前記患者大腿骨の前記仮想モデルおよび前記患者脛骨の前記仮想モデルのうちの少なくとも一方を含む、付記項118から120のいずれか一項に記載の方法。
[付記項124]
前記切削ガイドによって誘導される外科手術用鋸を使用して前記大腿骨切削を行うステップと、
前記視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して前記切削ガイドを再配置するステップであって、前記切削ガイドは前記第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルおよび前記患者大腿骨の前記仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者大腿骨に関する前記切削ガイドの前記3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、前記術前外科手術計画と一致するその後の大腿骨切断を行えるように前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、ステップとをさらに含む、付記項118から123のいずれか一項に記載の方法。
[付記項125]
前記切削ガイドによって誘導される外科手術用鋸を使用して前記大腿骨切削を行うステップであって、前記大腿骨切削は遠位切除である、ステップと、
前記視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して前記切削ガイドを再配置するステップであって、前記切削ガイドは前記第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルおよび前記患者大腿骨の前記仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者大腿骨に関する前記切削ガイドの前記3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、前記術前外科手術計画と一致する前記切除された大腿骨内にドリルで穴を開けるために前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、ステップをさらに含む、付記項118から123のいずれか一項に記載の方法。
[付記項126]
前記切削ガイドによって誘導される外科手術用ドリルを使用して前記切除された大腿骨の大腿骨内に穴を開けるステップと、
前記ドリル穴に外科手術用ピンを挿入するステップと、
位置合わせのために前記挿入された外科手術用ピンを使用して前記切除された大腿骨に対して4−in−1切削ガイドを再配置するステップと、
前記4−in−1切削ガイドからの誘導を使用して少なくとも1つの大腿骨切除切削を行うステップとをさらに含む、付記項125に記載の方法。
[付記項127]
前記切削ガイドによって誘導される外科手術用ドリルを使用して前記切除された大腿骨の大腿骨内に穴を開けるステップと、
前記ドリル穴に外科手術用ピンを挿入するステップと、
位置合わせのために前記挿入された外科手術用ピンを使用して前記切除された大腿骨に対して固定位置切削ガイドを再配置するステップと、
前記固定位置切削ガイドからの誘導を使用して少なくとも1つの大腿骨切除切削を行うステップとをさらに含む、付記項125に記載の方法。
Claims (127)
- コンピュータシステムを介して、切削器具をナビゲートする方法であって、
患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)を単一の既知の配置および配向で人間に装着するステップであって、前記PAMは、単一の配置および配向のみで人間の体表面と正確に正しく嵌合する表面を備える、ステップと、
レファレンス慣性測定ユニット(IMU)を前記人間に装着するステップと、
ガイドを前記PAMに動作可能に結合するステップであって、前記ガイドは、器具慣性測定ユニット(IMU)と切削スロットおよびピンオリフィスのうちの少なくとも1つとを備える、ステップと、
前記人間に関する前記ガイドの位置および配向の変化を示すデータを前記レファレンスIMUおよび前記器具IMUから出力するステップと、
前記人間に関する前記ガイドを、切削およびピン留置のうちの少なくとも1つを実行するための計画と一致する位置および配向に再配置するステップと、
前記レファレンスIMUおよび前記器具IMUから出力されたデータを使用して前記人間に関する前記ガイドの前記位置および配向に関するフィードバックを視覚的に表示するステップであって、データはコンピュータプログラムによって処理され、前記コンピュータプログラムは前記視覚的に表示されたフィードバックを指示する、ステップとを含む、方法。 - 前記PAMは、脛骨および大腿骨の少なくとも一方に装着される、請求項1に記載の方法。
- 前記レファレンスIMUは、脛骨および大腿骨の少なくとも一方に装着される、請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ガイドを動作可能に前記PAMに結合するステップは、少なくとも2つの関節を備える機械的接続部を使用して前記切削ガイドを前記PAMから独立して再配置することを可能にするステップを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記器具IMUに関する前記レファレンスIMUのレジストレーションを、前記レファレンスIMUおよび前記器具IMUの少なくとも一方が前記人間に関して既知の位置および配向にある間に行うステップをさらに含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記器具IMUは、単一の既知の配置および配向のみで前記ガイドに装着可能である、請求項7に記載の方法。
- 前記レファレンスIMUは、複数の配置および配向で前記患者に装着可能である、請求項7に記載の方法。
- 前記器具IMUに関する前記レファレンスIMUのレジストレーションを実行するステップは、所定の時間期間の間、前記IMUを互いに関して静止状態に保持するステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記人間に関して前記ガイドを再配置するステップは、前記PAMに関して前記ガイドを再配置するステップを含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 膝関節の弛緩を評価するために前記器具IMUに動作可能に結合されている荷重測定デバイスを使用して評価を実行するステップをさらに含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記計画は、前記ピンを留置するための計画を含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- フィードバックを視覚的に表示するステップは、患者の解剖学的構造の仮想モデルと、前記患者の解剖学的構造に関する前記ガイドの位置を反映するレファレンス標示とを表示するステップを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- フィードバックを視覚的に表示するステップは、患者の解剖学的構造の仮想モデルと、前記仮想モデル上の前記切削部に対する意図された配置を反映するレファレンス標示とを表示するステップを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1本のピンを前記患者の切除部に装着するステップと、
前記少なくとも1本のピンを使用して前記患者に関して静的切削ガイドを配向するステップと、
前記静的切削ガイドを配向した後に前記静的切削ガイドを前記患者に装着するステップとをさらに含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。 - 少なくとも1本のピンを前記患者の切除部に装着するステップと、
前記少なくとも1本のピンを使用して前記患者に関してガイドフットを配向するステップと、
前記ガイドフットを配向した後に前記ガイドフットを前記患者に装着するステップと、
前記PAMと前記ガイドとの間の前記動作可能な結合を中断するステップと、
前記ガイドを前記ガイドフットに動作可能に結合するステップとをさらに含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。 - 外科手術用機器システムであって、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)であって、患者の解剖学的構造に装着されるように構成されるレファレンスデバイスに装着されるように構成されている、第2の慣性測定ユニット(IMU)と、
単一の配置および配向のみで患者の解剖学的表面と正確に正しく嵌合する表面を備える患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記患者の解剖学的表面に装着されるように構成されている、患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
使用時に前記PAMに動作可能に結合されるように構成されているガイドであって、切削スロットおよびピンオリフィスのうちの少なくとも一方を備え、所定の既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されているガイドとを備える、外科手術用機器システム。 - 前記患者の解剖学的構造の少なくとも1つの仮想解剖学的モデルと、前記患者の解剖学的構造の前記少なくとも1つの仮想解剖学的モデルに関して意図された骨切除の前記位置および配向を示す術前外科手術計画とを事前ロードしたソフトウェアを備えるコントローラをさらに具備し、前記コントローラは前記第1および第2のIMUと通信可能に結合され、IMUデータを受信し、前記受信されたIMUデータを翻訳して、前記患者の解剖学的構造に関する前記ガイドの前記位置および配向を決定し、前記患者の解剖学的構造の前記仮想解剖学的モデルを視覚的に表現して、前記ガイドが前記患者の解剖学的構造に関して前記術前外科手術計画と一致するように位置決めされているかどうかについてのガイダンスを提供し前記意図された骨切除を達成するためのディスプレイ用の命令を出力するように構成されている、請求項18に記載の外科手術用機器システム。
- 前記患者固有の解剖学的マッピング装置は、近位脛骨および遠位大腿骨のうちの少なくとも一方と係合するように構成される、請求項18または19のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記患者固有の解剖学的マッピング装置は、第1の脛骨PAMおよび第2の大腿骨PAMを備える、請求項18または19のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記ガイドを前記PAMに結合するように動作可能な機械的接続部をさらに備え、前記機械的接続部は少なくとも1つの関節を備える、請求項18から21のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記少なくとも1つの関節は、少なくとも2つの関節を含む、請求項22に記載の外科手術用機器システム。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節を含む、請求項23に記載の外科手術用機器システム。
- 前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節を含む、請求項23に記載の外科手術用機器システム。
- 前記機械的接続部は、前記PAMの第1の所定の配置および前記ガイドの第2の所定の配置に同時に装着して、レジストレーション位置および配向をとるように構成される、請求項22に記載の外科手術用機器システム。
- 既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている荷重測定デバイスをさらに備える、請求項18から26のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記荷重測定デバイスは、複数のピエゾ抵抗センサ、複数の容量センサ、および複数の圧電ベースの歪みセンサのうちの少なくとも1つを備える、請求項27に記載の外科手術用機器システム。
- 既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている整形外科用インプラント留置デバイスをさらに備える、請求項18から28のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記整形外科用インプラント留置デバイスは、所定の配置および配向で整形外科用インプラントに結合するように構成され、前記整形外科用インプラントは、整形外科用トライアルおよび最終整形外科用インプラントのうちの少なくとも一方を含む、請求項29に記載の外科手術用機器システム。
- 前記整形外科用インプラントは、膝置換手術または膝再置換手術のうちの少なくとも一方の手術の一部として脛骨インプラントおよび大腿骨インプラントのうちの少なくとも一方を含む、請求項30に記載の外科手術用機器システム。
- 前記コントローラに通信可能に結合されているディスプレイをさらに備え、前記ディスプレイは前記患者の解剖学的構造の前記仮想解剖学的モデルを視覚的に表現し、前記ガイドが前記患者の解剖学的構造に関して前記術前外科手術計画と一致するように位置決めされるかどうかについてのガイダンスを提供し前記意図された骨切除を達成するように動作可能である、請求項18から31のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記ディスプレイは、複数のディスプレイウィンドウを備える、請求項32に記載の外科手術用機器システム。
- 前記複数のディスプレイウィンドウの各々は、スタンドアロン画面に関連付けられている、請求項33に記載の外科手術用機器システム。
- 最終整形外科用インプラントおよび整形外科用トライアルのうちの少なくとも一方を含む整形外科用インプラントをさらに備える、請求項18から34のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- 前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換術または部分的膝関節置換術のコンポーネントを含む、請求項35に記載の外科手術用機器システム。
- 前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換の患者固有の大腿骨コンポーネントおよび患者固有の脛骨コンポーネントのうちの少なくとも一方を備える、請求項35に記載の外科手術用機器システム。
- 少なくとも1つの骨切削を円滑にするためにガイドフットが前記患者の解剖学的構造に装着されるときに前記ガイドに動作可能に結合されるように構成されている前記ガイドフットをさらに備える、請求項18から37のいずれか一項に記載の外科手術用機器システム。
- コンピュータシステムを介して、慣性測定ユニットを使用して外科手術用道具の3次元追跡を円滑にする方法であって、
第1の慣性測定ユニット(IMU)を第1の哺乳類の組織に装着するステップであって、前記第1のIMUが前記第1の哺乳類の組織に関して再配置可能でないように装着するステップと、
第2の慣性測定ユニット(IMU)を前記第1の哺乳類の組織に動作可能に結合することを、単一の配置および配向のみで前記第1の哺乳類の組織の表面と正確に正しく嵌合する表面を有する患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)を使用することによって、行うステップであって、前記第2のIMUは前記第1の哺乳類の組織に関して再配置可能である、ステップと、
前記第1の哺乳類の組織および前記第1のIMUに関して前記第2のIMUの位置および配向のレジストレーションを、前記PAMが前記第1の哺乳類の組織に装着されている間に実行するステップと、
前記第2のIMUを外科手術用道具に装着するステップと、
3次元内で前記外科手術用道具および第1の哺乳類の組織の位置および配向を追跡することを、前記第2のIMUが前記外科手術用道具に装着され、再配置可能に前記PAMに結合されている間に行うステップとを含む、方法。 - 前記第1および第2のIMUから出力されたデータを使用して前記第1の哺乳類の組織に関する前記外科手術用道具の前記位置および配向に関係するフィードバックを視覚的に表示するステップであって、前記データはコンピュータプログラムによって処理され、前記コンピュータプログラムは視覚的に表示されたフィードバックを指示する、ステップをさらに含む、請求項39に記載の方法。
- 前記フィードバックは、前記第1の哺乳類の組織の仮想モデルと、前記第1の哺乳類の組織に関する前記外科手術用道具の前記相対的な現実世界での位置を示す前記仮想モデル上の第1の標示とを含む、請求項40に記載の方法。
- 前記フィードバックは、所定の計画と一致する前記第1の哺乳類の組織に関する前記外科手術用道具の意図された位置を示す前記仮想モデル上の第2の標示をさらに含む、請求項41に記載の方法。
- 前記PAMは、脛骨および大腿骨の少なくとも一方に装着される、請求項39から42のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の哺乳類の組織は、脛骨および大腿骨の少なくとも一方を含む、請求項39から43のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外科手術用道具は、前記PAMに動作可能に結合される、請求項39から44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外科手術用道具を前記PAMに動作可能に結合するステップは、前記PAMから独立して前記外科手術用道具の再配置を可能にするために少なくとも2つの関節を備える機械的接続部を使用するステップを含む、請求項45に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、請求項46に記載の方法。
- 前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、請求項46に記載の方法。
- 前記第2のIMUは、単一の既知の配置および配向のみで前記外科手術用道具に装着可能である、請求項39から48のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のIMUは、複数の配置および配向で前記第1の哺乳類の組織に装着可能である、請求項39から49のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の哺乳類の組織に関する前記第2のIMUの前記位置および配向は、所定の期間の間、前記第1および第2のIMUを互いに関して静止した状態に保持するステップを含む、請求項39から50のいずれか一項に記載の方法。
- 膝関節の弛緩を評価するために前記第2のIMUに動作可能に結合されている荷重測定デバイスを使用して評価を実行するステップをさらに含む、請求項39から51のいずれか一項に記載の方法。
- 膝置換術または再置換術のための外科手術用機器キットであって、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)と、
単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記脛骨PAMは前記脛骨表面に装着されるように構成されている、脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記大腿骨PAMは前記大腿骨表面に装着されるように構成されている、大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)とを備え、
前記第2のIMUは前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に動作可能に結合されるように構成される、外科手術用機器キット。 - 前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に再配置可能に結合されるように構成されている切削ガイドをさらに備え、前記切削ガイドは切削スロットおよびピンオリフィスの少なくとも一方を備え、前記ガイドは所定の既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成される、請求項53に記載のキット。
- 前記切削ガイドを前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMのうちの少なくとも一方に動作可能に結合するための少なくとも2つの関節を備える機械的接続部をさらに具備する、請求項53または54のいずれか一項に記載のキット。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、請求項55に記載のキット。
- 前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、請求項55に記載のキット。
- 膝関節の少なくとも一部を置換するように構成されている整形外科用インプラントをさらに備える、請求項53から57のいずれか一項に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラントは、患者固有のインプラントを含む、請求項58に記載のキット。
- 前記患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、請求項59に記載のキット。
- 前記患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、請求項59に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラントは、マスカスタマイズインプラントを含む、請求項58に記載のキット。
- 前記マスカスタマイズインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、請求項62に記載のキット。
- 前記マスカスタマイズインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、請求項62に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラントは、非患者固有のインプラントを含む、請求項58に記載のキット。
- 前記非患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、請求項65に記載のキット。
- 前記非患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、請求項65に記載のキット。
- 脛骨および大腿骨の少なくとも一方に剛性的に装着されるように構成されているレファレンスハウジングをさらに備え、前記レファレンスハウジングは単一の位置および配向のみで前記第1のIMUに正しく装着されるように構成されている、請求項53から67のいずれか一項に記載のキット。
- 4−in−1静的切削ブロックをさらに含む、請求項53から68のいずれか一項に記載のキット。
- 4−in−1再構成可能切削ブロックをさらに含む、請求項53から68のいずれか一項に記載のキット。
- コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作可能であるコンピュータ可読コードが記憶されている物理メモリデバイスをさらに備える、請求項53から70のいずれか一項に記載のキット。
- コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作する記憶されているコンピュータ可読コードを提供するためにアクセスされ得るインターネットアドレスのコピーをさらに含む、請求項53から70のいずれか一項に記載のキット。
- 膝置換術または再置換術のための外科手術用機器キットであって、
単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記脛骨PAMは前記脛骨表面に装着されるように構成されている、脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記大腿骨PAMは前記大腿骨表面に装着されるように構成される、大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)とを備える、外科手術用機器キット。 - ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)とをさらに備え、
前記第2のIMUは前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に動作可能に結合されるように構成される、請求項73に記載のキット。 - 前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に再配置可能に結合されるように構成されている切削ガイドをさらに備え、前記切削ガイドは切削スロットおよびピンオリフィスの少なくとも一方を備え、前記ガイドは所定の既知の位置および配向で第1のIMUに結合するように構成される、請求項73または74のいずれか一項に記載のキット。
- 前記切削ガイドを前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMのうちの少なくとも一方に動作可能に結合するための少なくとも2つの関節を備える機械的接続部をさらに具備する、請求項73から75のいずれか一項に記載のキット。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節のうちの少なくとも一方を含む、請求項76に記載のキット。
- 前記少なくとも2つの関節は、一対の回転関節および球関節を含む、請求項76に記載のキット。
- 膝関節の少なくとも一部を置換するように構成されている整形外科用インプラントをさらに備える、請求項73から78のいずれか一項に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラントは、患者固有のインプラントを含む、請求項79に記載のキット。
- 前記患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、請求項80に記載のキット。
- 前記患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、請求項80に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラントは、マスカスタマイズインプラントを含む、請求項79に記載のキット。
- 前記マスカスタマイズインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、請求項83に記載のキット。
- 前記マスカスタマイズインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、請求項83に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラントは、非患者固有のインプラントを含む、請求項79に記載のキット。
- 前記非患者固有のインプラントは、大腿顆および脛骨トレイインサートを含む、請求項86に記載のキット。
- 前記非患者固有のインプラントは、一対の顆を有する大腿骨インプラントと、一対の顆受部を有する脛骨トレイインサートとを含む、請求項86に記載のキット。
- 脛骨および大腿骨の少なくとも一方に剛性的に装着されるように構成されているレファレンスハウジングをさらに備え、前記レファレンスハウジングは単一の位置および配向のみで前記第1のIMUに正しく装着されるように構成されている、請求項73から88のいずれか一項に記載のキット。
- 4−in−1静的切削ブロックをさらに含む、請求項73から89のいずれか一項に記載のキット。
- 4−in−1再構成可能切削ブロックをさらに含む、請求項73から89のいずれか一項に記載のキット。
- コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作可能であるコンピュータ可読コードが記憶されている物理メモリデバイスをさらに備える、請求項73から91のいずれか一項に記載のキット。
- コンピュータによって実行されたときに、術前計画と一致する外科手術ナビゲーションガイダンスを提供するように動作する記憶されているコンピュータ可読コードを提供するためにアクセスされ得るインターネットアドレスのコピーをさらに含む、請求項73から91のいずれか一項に記載のキット。
- 既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている荷重測定デバイスをさらに備える、請求項74から93のいずれか一項に記載のキット。
- 前記荷重測定デバイスは、複数のピエゾ抵抗センサ、複数の容量センサ、および複数の圧電ベースの歪みセンサのうちの少なくとも1つを備える、請求項94に記載のキット。
- 既知の位置および配向で前記第2のIMUに結合するように構成されている整形外科用インプラント留置デバイスをさらに備える、請求項74から93のいずれか一項に記載のキット。
- 前記整形外科用インプラント留置デバイスは、所定の配置および配向のみで整形外科用インプラントに正しく結合するように構成される、請求項96に記載のキット。
- 外科手術ナビゲーションシステムであって、
単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記脛骨PAMは前記脛骨表面に装着されるように構成されている、脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)であって、前記大腿骨PAMは前記大腿骨表面に装着されるように構成されている、大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)と、
ジャイロスコープ、複数の加速度計、および磁力計を有する第1の慣性測定ユニット(IMU)と、
前記第1のIMUに通信可能に結合されている第1の送信機と、
ジャイロスコープ、複数の加速度計、および磁力計を有する第2の慣性測定ユニット(IMU)と、
前記第2のIMUに通信可能に結合されている第2の送信機と、
前記第1および第2の送信機に通信可能に結合されている第1の信号受信機と、
前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に動作可能に結合されるように構成されている切削ガイドであって、切削スロットおよびピンオリフィスの少なくとも一方を備え、単一の位置および配向のみで前記第1のIMUに正しく結合するように構成されている、切削ガイドと、
前記第1の信号受信機に通信可能に結合されているコントローラであって、患者の解剖学的構造の仮想モデルおよび前記仮想モデルに関して意図された切除切削を示す術前外科手術計画にアクセスできるソフトウェアを備える、コントローラとを具備する、外科手術ナビゲーションシステム。 - 前記コントローラに通信可能に結合されている視覚的ディスプレイをさらに備え、コントローラソフトウェアは、前記第1および第2のIMUからのデータを処理して、前記患者の解剖学的構造に関する前記切削ガイドの前記位置および配向を決定し、前記患者の解剖学的構造の前記仮想モデルを視覚的に表現して、前記切削ガイドが前記患者の解剖学的構造に関して前記術前外科手術計画と一致するように位置決めされているかどうかについてのガイダンスを提供し前記意図された切除切削部を形成するための前記視覚的ディスプレイ用の命令を出力するように構成されている、請求項98に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記脛骨PAMは脛骨の近位部分と係合するように構成され、前記大腿骨PAMは大腿骨の遠位部分と係合するように構成される、請求項98または99のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記切削ガイドを前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMの少なくとも一方に結合するように動作する機械的接続部をさらに備え、前記機械的接続部は少なくとも1つの関節を含む、請求項98から100のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記少なくとも1つの関節は、少なくとも2つの関節を含む、請求項101に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節および球関節を含む、請求項102に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記少なくとも2つの関節は、回転関節の対を含む、請求項102に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記機械的接続部は、前記脛骨PAMおよび前記大腿骨PAMのうちの少なくとも一方の第1の所定の配置および前記切削ガイドの第2の所定の配置に同時に装着して、レジストレーション位置および配向をとるように構成される、請求項101に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている荷重測定デバイスをさらに備える、請求項98から105のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記荷重測定デバイスは、複数のピエゾ抵抗センサ、複数の容量センサ、および複数の圧電ベースの歪みセンサのうちの少なくとも1つを備える、請求項106に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 既知の位置および配向で前記第1のIMUに結合するように構成されている整形外科用インプラント留置デバイスをさらに備える、請求項98から107のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記整形外科用インプラント留置デバイスは、所定の配置および配向で整形外科用インプラントに結合するように構成され、前記整形外科用インプラントは、整形外科用トライアルおよび最終整形外科用インプラントのうちの少なくとも一方を含む、請求項108に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記整形外科用インプラントは、膝置換手術または膝再置換手術のうちの少なくとも一方の手術の一部として脛骨インプラントおよび大腿骨インプラントのうちの少なくとも一方を含む、請求項109に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記視覚的ディスプレイは、複数のディスプレイウィンドウを備える、請求項99から110のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記複数のディスプレイウィンドウの各々は、スタンドアロン画面に関連付けられている、請求項111に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 最終整形外科用インプラントおよび整形外科用トライアルのうちの少なくとも一方を含む整形外科用インプラントをさらに備える、請求項98から112のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換術または部分的膝関節置換術のコンポーネントを含む、請求項113に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 前記最終整形外科用インプラントは、人工膝関節置換の患者固有の大腿骨コンポーネントおよび患者固有の脛骨コンポーネントのうちの少なくとも一方を備える、請求項113に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 少なくとも1つの骨切削を円滑にするためにガイドフットが前記患者の解剖学的構造に装着されるときに前記切削ガイドに動作可能に結合されるように構成されている前記ガイドフットをさらに備える、請求項98から115のいずれか一項に記載の外科手術ナビゲーションシステム。
- 外科手術を実施する方法であって、
視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して切削ガイドを再配置するステップを含み、前記切削ガイドは第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記切削ガイドは単一の配置および配向のみで大腿骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの仮想モデルおよび患者大腿骨の仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者大腿骨に関する前記切削ガイドの3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、術前外科手術計画と一致する大腿骨切削を行えるように前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、方法。 - 前記視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して前記切削ガイドを再配置するステップをさらに含み、前記切削ガイドは前記第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記切削ガイドは単一の配置および配向のみで脛骨表面と正確に正しく嵌合する表面を備える脛骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルおよび患者脛骨の仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者脛骨に関する前記切削ガイドの前記3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、前記術前外科手術計画と一致する脛骨切削を行えるように前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、請求項117に記載の方法。
- 前記大腿骨PAM表面を前記患者の大腿骨表面に前記正しい単一の配置および配向で装着するステップと、
第2の慣性測定ユニット(IMU)を前記患者の大腿骨に結合するステップと、
前記第1のIMUおよび第2のIMUの互いに関するレジストレーションを実行するステップとをさらに含む、請求項117または118のいずれか一項に記載の方法。 - 前記脛骨PAM表面を前記患者の脛骨表面に前記正しい単一の配置および配向で装着するステップと、
第2の慣性測定ユニット(IMU)を前記患者の脛骨に結合するステップと、
前記第1のIMUおよび第2のIMUの互いに関するレジストレーションを実行するステップとをさらに含む、請求項117または118のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルのみを含む、請求項117から120のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナビゲーションガイダンスは、前記患者大腿骨の前記仮想モデルのみを含む、請求項117から120のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記現実世界位置を表す第1の切断線ならびに前記大腿骨切削および前記脛骨切削の少なくとも一方を行うための前記切削ガイドの意図された術前計画位置を表す第2の切断線に加えて前記患者大腿骨の前記仮想モデルおよび前記患者脛骨の前記仮想モデルのうちの少なくとも一方を含む、請求項118から120のいずれか一項に記載の方法。
- 前記切削ガイドによって誘導される外科手術用鋸を使用して前記大腿骨切削を行うステップと、
前記視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して前記切削ガイドを再配置するステップであって、前記切削ガイドは前記第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルおよび前記患者大腿骨の前記仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者大腿骨に関する前記切削ガイドの前記3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、前記術前外科手術計画と一致するその後の大腿骨切断を行えるように前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、ステップとをさらに含む、請求項118から123のいずれか一項に記載の方法。 - 前記切削ガイドによって誘導される外科手術用鋸を使用して前記大腿骨切削を行うステップであって、前記大腿骨切削は遠位切除である、ステップと、
前記視覚的ディスプレイ上に表示されているナビゲーションガイダンスを使用して前記切削ガイドを再配置するステップであって、前記切削ガイドは前記第1の慣性測定ユニット(IMU)を備え、前記大腿骨患者固有の解剖学的マッピング装置(PAM)に動作可能に結合され、前記ナビゲーションガイダンスは、前記切削ガイドの前記仮想モデルおよび前記患者大腿骨の前記仮想モデルの少なくとも一方、さらには前記第1のIMUからのデータを使用する前記患者大腿骨に関する前記切削ガイドの前記3次元位置に関する指示を含み、前記ナビゲーションガイダンスは、前記術前外科手術計画と一致する前記切除された大腿骨内にドリルで穴を開けるために前記切削ガイドを再配置するためのガイダンスも含む、ステップをさらに含む、請求項118から123のいずれか一項に記載の方法。 - 前記切削ガイドによって誘導される外科手術用ドリルを使用して前記切除された大腿骨の大腿骨内に穴を開けるステップと、
前記ドリル穴に外科手術用ピンを挿入するステップと、
位置合わせのために前記挿入された外科手術用ピンを使用して前記切除された大腿骨に対して4−in−1切削ガイドを再配置するステップと、
前記4−in−1切削ガイドからの誘導を使用して少なくとも1つの大腿骨切除切削を行うステップとをさらに含む、請求項125に記載の方法。 - 前記切削ガイドによって誘導される外科手術用ドリルを使用して前記切除された大腿骨の大腿骨内に穴を開けるステップと、
前記ドリル穴に外科手術用ピンを挿入するステップと、
位置合わせのために前記挿入された外科手術用ピンを使用して前記切除された大腿骨に対して固定位置切削ガイドを再配置するステップと、
前記固定位置切削ガイドからの誘導を使用して少なくとも1つの大腿骨切除切削を行うステップとをさらに含む、請求項125に記載の方法。
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