JP2022006246A - Method for designing intervertebral spacer and program - Google Patents

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Abstract

To design a semi-custom-made intervertebral spacer that is always adapted to a patient, regardless of posture of a patient adopted in the X-ray projection mage photographing.SOLUTION: Vertebral body displacement information is acquired on the basis of the X-ray projection image of the spine. Also, vector image data of first and fourth free-form curves adapted to each of a plurality of surfaces parallel to a coronal plane and a line intersection with a head side end plate of the caudal side vertebral body between the target vertebral bodies and a caudal side end plate of the head side vertebral body is acquired along with that of a third free-form curve for determining a cross-sectional contour of the intervertebral spacer. A free curve is repositioned in a three-dimensional coordinate system, first and second surfaces are formed from the first and fourth free-form curves, respectively, and the positional relationship of the first and second surfaces is corrected on the basis of the vertebral body displacement information. The first and second surfaces are made as the caudal side and head side end plate surfaces of the intervertebral spacer, and thereby the side of the intervertebral spacer is formed from the locus at the time when the third free-form curve is moved between the caudal side and head side end plates.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、脊椎固定術において使用される椎間スペーサーを設計する方法およびプログラムに関するものである。 The present invention relates to methods and programs for designing intervertebral spacers used in spinal fusion.

脊椎の損傷には、外傷、変性および腫瘍等の疾患による損傷と、それを治療するための手術手技による損傷(手術の際に、靭帯や関節等がやむなく切除されることによって生じる損傷)とがあるが、かかる脊椎損傷の治療手段の1つとして脊椎固定術がある。 Injuries to the spine include injuries caused by diseases such as trauma, degeneration, and tumors, and injuries caused by surgical techniques for treating them (damage caused by unavoidable excision of ligaments, joints, etc. during surgery). However, spinal fusion is one of the therapeutic means for such spinal injuries.

脊椎固定術は不安定化した2つ以上の椎骨をつなげて固定する外科的手法であり、脊椎固定術においては、椎間スペーサーが用いられる。椎間スペーサーは、不安定な椎体間に挿入され、それらの椎体と癒合することによって当該椎体を互いに固定する。 Spinal fusion is a surgical technique that connects and fixes two or more destabilized vertebrae, and in spinal fusion, intervertebral spacers are used. Intervertebral spacers are inserted between unstable vertebral bodies and fuse with those vertebral bodies to secure them to each other.

そして、従来、我が国においては、椎間スペーサーとして、海外から輸入された既製品が使用されるのが一般的であった。
ところが、それらの椎間スペーサーは、外国人と体格差がある日本人の脊椎に適合しないサイズ、形状のものが多く、そのため、患者への使用に際し患者の骨を削る等して、患者の身体を椎間スペーサーに合わせる必要があり、患者に対する侵襲が大きいという欠点を有していた。
Conventionally, in Japan, ready-made products imported from overseas have been generally used as intervertebral spacers.
However, many of these intervertebral spacers are of a size and shape that do not fit the spine of the Japanese, who have a physical disparity with foreigners. It was necessary to match it with the intervertebral spacer, and it had the disadvantage of being highly invasive to the patient.

そこで、椎間スペーサーをフルカスタムメイドとし、患者毎に専用の椎間スペーサーを設計する方法がこれまでに提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
この従来法によれば、まず、患者の脊椎の三次元X線投影画像に基づき、三次元画像解析ソフトウェアを用いて画像解析がなされ、二値化された三次元X線投影画像から対象となる椎体間に関係する一対の椎体(頭側の椎体および尾側の椎体)のそれぞれの三次元画像が抽出され、抽出された三次元画像のSTLデータが取得される。
Therefore, a method has been proposed in which the intervertebral spacer is fully custom-made and a dedicated intervertebral spacer is designed for each patient (see, for example, Non-Patent Document 1).
According to this conventional method, first, an image analysis is performed using a three-dimensional image analysis software based on a three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine, and a binarized three-dimensional X-ray projection image is used as a target. A three-dimensional image of each of the pair of vertebral bodies (cranial vertebral body and caudal vertebral body) related between the vertebral bodies is extracted, and STL data of the extracted three-dimensional image is acquired.

次に、取得されたSTLデータに基づき、三次元モデリングソフトウェアを用いて、一対の椎体のうちの尾側の椎体における頭側終板面の形状に基づき、椎間スペーサーの横断面の形状が決定され、次いで、この横断面形状を底面とし、対象となる椎体間の間隔に対応する高さの柱状体が形成される。さらに、この柱状体の底面が尾側の椎体の頭側終板面に置き換えられ、この柱状体の上面が頭側の椎体の尾側終板面に置き換えられ、椎間スペーサーが形成され、椎間スペーサーの設計データが取得される。 Next, based on the acquired STL data, using three-dimensional modeling software, the shape of the cross section of the intervertebral spacer based on the shape of the cranial endplate surface in the caudal vertebral body of the pair of vertebral bodies. Then, with this cross-sectional shape as the bottom surface, a columnar body having a height corresponding to the distance between the target vertebral bodies is formed. In addition, the bottom surface of this columnar body is replaced by the caudal endplate surface of the caudal vertebral body, the upper surface of this columnar body is replaced by the caudal endplate surface of the caudal vertebral body, and an intervertebral spacer is formed. , The design data of the intervertebral spacer is acquired.

その後、この椎間スペーサーの設計データと患者の脊椎の元の三次元X線投影画像とに基づき、三次元画像解析ソフトウェアを用いて椎間スペーサーの適合性がチェックされ、必要な場合には、設計データの修正がなされる。 Then, based on the design data of this intervertebral spacer and the original 3D X-ray projection image of the patient's spine, 3D image analysis software is used to check the suitability of the intervertebral spacer, if necessary. The design data is modified.

この設計法によれば、患者一人一人に最適な形状およびサイズの椎間スペーサーを設計(製造)することができ、よって、患者の骨を削る等して患者の身体を椎間スペーサーに合わせる必要がなく、患者に対して低侵襲な施術が行える。 According to this design method, it is possible to design (manufacture) an intervertebral spacer of the optimum shape and size for each patient, so it is necessary to fit the patient's body to the intervertebral spacer by scraping the patient's bones, etc. It is possible to perform a minimally invasive treatment for the patient.

しかし、その一方で、患者の脊椎の三次元X線投影画像から対象となる椎体間に関係する一対の椎体の画像を抽出するのにかなりの手間と時間を要し、そのため、椎間スペーサーの製造コストが高くつき、それに伴って椎間スペーサーを用いた施術が高額になり、患者は多大な費用負担を強いられるという問題があった。 However, on the other hand, it takes a considerable amount of time and effort to extract an image of a pair of vertebral bodies related to the target vertebral bodies from a three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine, and therefore, the intervertebral body. There is a problem that the manufacturing cost of the spacer is high, the treatment using the intervertebral spacer becomes expensive, and the patient is forced to bear a large cost.

また、脊椎に損傷がある患者の中には、椎間板の変形によって、対象椎体間の頭側および尾側の椎体が互いに正常な位置からずれた状態となっている者もおり、このような患者については、対象椎体間の頭側および尾側の椎体が互いに正常な位置からずれた状態の三次元X線投影画像が取得される。 In addition, in some patients with spinal damage, the head and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies are displaced from their normal positions due to the deformation of the intervertebral disc. A three-dimensional X-ray projection image is obtained in which the cranial and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies are displaced from their normal positions.

ところが、上述の設計法においては、このずれの補正が考慮に入れられておらず、そのため、設計された椎間スペーサーを使用しても、対象椎体間の頭側および尾側の椎体が互いに正常な位置関係に修正されない場合があった。 However, the design method described above does not take into account the correction of this deviation, so that even with the designed intervertebral spacers, the cranial and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies are In some cases, they were not corrected to the normal positional relationship with each other.

平成25年度課題解決型医療機器等開発事業「骨関節疾患治療におけるSLM技術を用いたテーラーメード型デバイスの開発」 研究開発成果報告書(要約版)、委託者 経済産業省、委託先 佐川印刷株式会社、平成26年2月、p.18-192013 Problem-solving medical device development project "Development of tailor-made devices using SLM technology in the treatment of osteoarthritis" R & D result report (summary version), consignor Ministry of Economy, Trade and Industry, consignee Sagawa Printing Co., Ltd. , February 2014, p. 18-19

したがって、本発明の課題は、X線投影画像撮影時の患者の姿勢にかかわらず、常に患者に適合したセミカスタムメイドの椎間スペーサーを設計することができる手段を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a means capable of designing a semi-custom-made intervertebral spacer that is always suitable for a patient regardless of the posture of the patient at the time of taking an X-ray projection image.

上記課題を解決するため、第1の発明によれば、椎間スペーサーを設計する方法であって、(1)患者の脊椎の三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系を、Z軸が正中に平行にのび、X-Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方に平行にのび、Y-Z平面が前記冠状面および前記矢状面のうちの他方に平行にのびるように設定するステップと、(2)前記三次元X線投影画像における対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報を取得するステップと、(3)前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線のベクトル画像データと、前記三次元直交座標系のX-Y平面に平行な平面上における設計すべき前記椎間スペーサーの尾側終板の輪郭を決定する第3の自由曲線のベクトル画像データと、前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線のベクトル画像データを取得するステップと、(4)前記三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、前記ベクトル画像データに基づいて、前記第1および/または第2の自由曲線と、前記第3の自由曲線と、前記第4および/または第5の自由曲線とを再配置し、前記第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、前記第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成するステップと、(5)前記椎体ずれ情報に基づき、前記三次元直交座標系において、前記第2の面を前記第1の面に対して変位させ、または前記第1の面を前記第2の面に対して変位させて、前記第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置するステップと、(6)前記第1および第2の面をそれぞれ前記椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、前記三次元直交座標系において、前記第3の自由曲線を前記椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面を形成し、前記椎間スペーサーの前記尾側および頭側終板面と、前記側面とから前記椎間スペーサーを画成するステップと、を順次実行することを特徴とする方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to the first invention, there is a method of designing an intervertebral spacer, in which (1) a three-dimensional orthogonal coordinate system is provided in a three-dimensional X-ray projection image of a patient's spine. The axis extends parallel to the midline, the XX plane extends parallel to one of the coronal and sagittal planes, and the YZ plane extends parallel to the other of the coronal and sagittal planes. And (2) the step of acquiring the vertebral body displacement information regarding the relative displacement of the cranial and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies in the three-dimensional X-ray projection image, and (3) the above. A plurality of first free curves fitted to the intersection of each of the planes parallel to the XX plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system with the cranial end plate of the caudal vertebral body, and / or the cubic. Vector image data of a plurality of second free curves conforming to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the YY plane of the original orthogonal coordinate system and the cranial end plate of the caudal vertebral body, and the above. Vector image data of a third free curve that determines the contour of the caudal end plate of the intervertebral spacer to be designed on a plane parallel to the XY plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system, and the three-dimensional orthogonal coordinate system. A plurality of fourth free curves fitted to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the XZ plane of the cranial vertebral body and / or the three-dimensional orthogonal coordinate system. A step of acquiring vector image data of a plurality of fifth free curves conforming to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the YY plane and the caudal end plate of the cranial vertebral body, and (4). ) The first and / or the second free curve and the third free curve based on the vector image data in a three-dimensional orthogonal coordinate system set independently of the three-dimensional X-ray projection image. , The fourth and / or the fifth free curve is rearranged, and the first plane including the first and / or the second free curve and the fourth and / or the fifth free curve are included. Based on the step of forming the second plane and (5) the vertebral body displacement information, the second plane is displaced with respect to the first plane in the three-dimensional orthogonal coordinate system, or the second plane is formed. The step of dislocating the first plane with respect to the second plane and arranging the first and second planes in a normal relative positional relationship, and (6) the first and second planes, respectively. The caudal and cranial end plates of the intervertebral spacers, and in the three-dimensional orthogonal coordinate system, the third free curve is oriented in the Z-axis direction between the caudal and cranial end plates of the intervertebral spacers. The side of the intervertebral spacer from the locus when moved to Provided is a method comprising forming a surface and sequentially performing the caudal and cranial endplate surfaces of the intervertebral spacer and the step of defining the intervertebral spacer from the side surface. ..

ここで、「自由曲線」とは、コンピュータ・グラフィックスにおいて主として曲線や直線を描くために使用される、始点、終点および少なくとも1つの制御点を有する曲線(制御点が始点または終点に重なる場合は、直線となる)をいい、自由曲線上の点の座標値が1つのパラメータで表される(以下同様)。
自由曲線としては、例えば、スプライン曲線およびベジェ曲線が知られている。
Here, a "free curve" is a curve having a start point, an end point, and at least one control point, which is mainly used in computer graphics to draw a curve or a straight line (when the control points overlap the start point or the end point). , Which is a straight line), and the coordinate values of points on the free curve are represented by one parameter (same below).
As the free curve, for example, a spline curve and a Bezier curve are known.

第1の発明の好ましい実施例によれば、前記第3の自由曲線が、前記尾側の椎体の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または前記対象椎体間の椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分と、前記椎間板の前縁よりも内側において前記前縁に沿ってのびる第2の線分と、前記椎間板の後縁よりも内側において前記後縁に沿ってのびる第3の線分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第2の線分を接続する第1の円弧状部分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第3の線分を接続する第2の円弧状部分と、からなっている。 According to a preferred embodiment of the first invention, the third free curve is along the inner edge of each of the pair of hooked protrusions of the caudal vertebral body or along the bilateral edges of the intervertebral disc between the target vertebral bodies. A first line segment extending along the anterior edge inside the anterior edge of the intervertebral disc, and a third line segment extending along the posterior edge inside the posterior edge of the intervertebral disc. A line segment, a first arcuate portion connecting the first line segment and the second line segment adjacent to each other, and the first line segment and the third line segment adjacent to each other are connected. It consists of a second arcuate portion.

第1の発明の別の好ましい実施例によれば、前記ステップ(6)の実行後に、(7)前記椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、前記冠状面に平行にのびる軸を設定して、前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、前記椎間スペーサーの尾側終板面と、前記椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された前記椎間スペーサーを画成するステップを実行する。 According to another preferred embodiment of the first invention, after performing step (6), (7) an axis extending posterior to the intervertebral spacer at a predetermined distance and parallel to the coronal plane. Is set to form the lateral expansion portion of the intervertebral spacer from the locus when the cranial end plate surface of the intervertebral spacer is rotated by a predetermined angle around the axis, and the intervertebral space after rotation is formed. The cranial end plate surface of the spacer is used as the new cranial end plate surface of the intervertebral spacer, the new cranial end plate surface of the intervertebral spacer, the caudal end plate surface of the intervertebral spacer, and the vertebrae. From the sides and lateral extensions of the interstitial spacer, the step of defining the modified intervertebral spacer is performed.

上記課題を解決するため、また、第2の発明によれば、患者の脊椎の三次元X線投影画像から取得された、対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報と、前記頭側および尾側の椎体に関係する複数の自由曲線のベクトル画像データとを用いて椎間スペーサーを設計するプログラムであって、前記三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系が、Z軸が正中に平行にのび、X-Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方に平行にのび、Y-Z平面が前記冠状面および前記矢状面のうちの他方に平行にのびるように設定され、前記複数の自由曲線が、前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線と、前記三次元直交座標系のX-Y平面に平行な平面上における設計すべき前記椎間スペーサーの尾側終板の輪郭を決定する第3の自由曲線と、前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線とからなるプログラムにおいて、(1)前記椎体ずれ情報、および前記ベクトル画像データの入力を受ける手順と、(2)前記三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、前記ベクトル画像データに基づいて、前記第1および/または第2の自由曲線と、前記第3の自由曲線と、前記第4および/または第5の自由曲線とを再配置し、前記第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、前記第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成する手順と、(3)前記椎体ずれ情報に基づき、前記三次元直交座標系において、前記第2の面を前記第1の面に対して変位させ、または前記第1の面を前記第2の面に対して変位させて、前記第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置する手順と、(4)前記第1および第2の面をそれぞれ前記椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、前記三次元直交座標系において、前記第3の自由曲線を前記椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面を形成し、前記椎間スペーサーの前記尾側および頭側終板面と、前記側面とから前記椎間スペーサーを画成する手順と、を順次コンピュータに実行させることを特徴とするプログラムが提供される。 To solve the above problems, and according to the second invention, the relative displacement of the cranial and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies obtained from the three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine. It is a program for designing an intervertebral spacer using the vertebral body displacement information regarding the above and vector image data of a plurality of free curves related to the cranial and caudal vertebral bodies, and is in the three-dimensional X-ray projection image. In a three-dimensional Cartesian coordinate system, the Z axis extends parallel to the midline, the XX plane extends parallel to one of the coronal and sagittal planes, and the YZ plane extends parallel to the coronal plane and the sagittal plane. Set to extend parallel to the other of the faces, the plurality of free curves are each of the plurality of planes parallel to the XX plane of the three-dimensional Cartesian coordinate system and the cranial side of the caudal vertebral body. A plurality of first free curves adapted to the intersection with the end plate, and / or each of a plurality of planes parallel to the YY plane of the three-dimensional Cartesian coordinate system and the cranial end of the caudal vertebral body. Determines the contours of a plurality of second free curves adapted to the intersection with the plate and the caudal end plate of the intervertebral spacer to be designed on a plane parallel to the XY plane of the three-dimensional Cartesian coordinate system. A third free curve, and a plurality of fourth planes adapted to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the XX plane of the three-dimensional Cartesian coordinate system and the caudal end plate of the cranial vertebral body. And / or a plurality of fifth planes fitted to the intersection of each of the planes parallel to the YY plane of the three-dimensional Cartesian coordinate system and the caudal end plate of the cranial vertebral body. In a program consisting of a free curve, (1) the procedure for receiving the input of the vertebral body displacement information and the vector image data, and (2) the three-dimensional Cartesian coordinate system set independently of the three-dimensional X-ray projection image. The first and / or the second free curve, the third free curve, and the fourth and / or the fifth free curve are rearranged within the vector image data. The procedure for forming the first plane including the first and / or the second free curve and the second plane including the fourth and / or the fifth free curve, and (3) the vertebral body displacement information. Based on, in the three-dimensional Cartesian coordinate system, the second surface is displaced with respect to the first surface, or the first surface is displaced with respect to the second surface, and the first surface is displaced. And the procedure of arranging the second surface in a normal relative positional relationship, and (4) the first and second surfaces are the caudal end plate surface and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer, respectively, and the tertiary. In the original Cartesian coordinate system, the third free curve is the intervertebral spacer. The side surface of the intervertebral spacer is formed from the locus when it is moved in the Z-axis direction between the caudal side and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer, and the caudal side and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer and the side surface thereof. A program is provided which comprises sequentially executing a procedure for defining the intervertebral spacer and a computer.

第2の発明の好ましい実施例によれば、前記第3の自由曲線が、前記尾側の椎体の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または前記椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分と、前記対象椎体間の椎間板の前縁よりも内側において前記前縁に沿ってのびる第2の線分と、前記椎間板の後縁よりも内側において前記後縁に沿ってのびる第3の線分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第2の線分を接続する第1の円弧状部分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第3の線分を接続する第2の円弧状部分と、からなっている。 According to a preferred embodiment of the second invention, the third free curve extends along the inner edge of each of the pair of hooked protrusions of the caudal vertebral body or the bilateral edges of the intervertebral disc. A second line segment extending along the anterior edge medially to the anterior edge of the intervertebral disc between the subject vertebral bodies, and a third line segment extending along the posterior edge medially to the posterior edge of the intervertebral disc. A line segment, a first arcuate portion connecting the first line segment and the second line segment adjacent to each other, and the first line segment and the third line segment adjacent to each other are connected. It consists of a second arcuate portion.

第2の発明の別の好ましい実施例によれば、前記手順(4)の実行後に、(5)前記椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、前記冠状面に平行にのびる軸を設定して、前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、前記椎間スペーサーの尾側終板面と、前記椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された前記椎間スペーサーを画成する手順を前記コンピュータに実行させる。 According to another preferred embodiment of the second invention, after performing the procedure (4), (5) an axis extending posterior to the intervertebral spacer at a predetermined distance and parallel to the coronal plane. Is set to form the lateral expansion portion of the intervertebral spacer from the locus when the cranial end plate surface of the intervertebral spacer is rotated by a predetermined angle around the axis, and the intervertebral space after rotation is formed. The cranial end plate surface of the spacer is used as the new cranial end plate surface of the intervertebral spacer, the new cranial end plate surface of the intervertebral spacer, the caudal end plate surface of the intervertebral spacer, and the vertebrae. The computer is made to perform a procedure for defining the modified intervertebral spacer from the side surface and the lateral extension portion of the interstitial spacer.

本発明によれば、脊椎の三次元X線投影画像内に三次元直交座標系を設定し、椎体ずれ情報を取得する一方、X-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと対象椎体間の尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/またはY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線のベクトル画像データと、X-Y平面に平行な平面上における椎間スペーサーの輪郭を決定する第3の自由曲線のベクトル画像データと、X-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと対象椎体間の頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/またはY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線のベクトル画像データを取得する。 According to the present invention, a three-dimensional orthogonal coordinate system is set in a three-dimensional X-ray projection image of the spine to acquire vertebral body displacement information, while each of a plurality of planes parallel to the XX plane and a target vertebral body. Multiple first free curves adapted to the intersection with the caudal end plate of the caudal vertebral body between, and / or the head of each of the multiple planes parallel to the YZ plane and the caudal vertebral body. Vector image data of a plurality of second free curves adapted to the intersection with the side end plate, and vector image data of a third free curve that determines the contour of the intervertebral spacer on a plane parallel to the XY plane. And a plurality of fourth free curves adapted to the intersection of each of the planes parallel to the XZ plane and the caudal end plate of the cranial vertebral body between the target vertebrates, and / or Y-. Vector image data of a plurality of fifth free curves conforming to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the Z plane and the caudal end plate of the cranial vertebral body is acquired.

次いで、三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、ベクトル画像データに基づき、第1~第5の自由曲線を再配置し、第1および/または第2の自由曲線を含む第1の曲面を形成し、第4および/または第5の自由曲線を含む第2の曲面を形成し、椎体ずれ情報に基づき、第2の面を第1の面に対して変位させ、または第1の面を第2の面に対して変位させて第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置する。 Next, the first to fifth free curves are rearranged based on the vector image data in the three-dimensional Cartesian coordinate system set independently of the three-dimensional X-ray projection image, and the first and / or the second freedom is performed. A first curved surface containing a curve is formed, a second curved surface including a fourth and / or a fifth free curve is formed, and the second surface is set with respect to the first surface based on the vertebral body displacement information. Displace or displace the first surface with respect to the second surface to place the first and second surfaces in a normal relative position.

そして、第1および第2の面をそれぞれ椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、第3の自由曲線を椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から椎間スペーサーの側面を形成し、椎間スペーサーの尾側および頭側終板面と、側面とから椎間スペーサーを画成し、それによって、椎間スペーサーをセミカスタムメイド化した。 The first and second planes are the caudal and cranial endplate planes of the intervertebral spacer, respectively, and the third free curve is the Z-axis between the caudal and cranial endplate planes of the intervertebral spacer, respectively. The lateral surface of the intervertebral spacer is formed from the locus when moved in the direction, and the intervertebral spacer is defined from the caudal and cranial endplate surfaces of the intervertebral spacer and the lateral surface, thereby forming the intervertebral spacer. Semi-custom made.

このセミカスタムメイドの椎間スペーサーは、患者の脊椎の三次元X線投影画像に基づいて設計され、患者の身体に一定程度(患者の身体を椎間スペーサーに合わせる必要がない程度)まで適合しているので、患者に対して低侵襲な施術が実現できる。 This semi-custom-made intervertebral spacer is designed based on a three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine and fits the patient's body to a certain extent (no need to fit the patient's body to the intervertebral spacer). Therefore, a minimally invasive treatment can be realized for the patient.

また、三次元X線投影画像に基づいて、撮影時の患者の姿勢に関する情報と、第1~第5の自由曲線のベクトル画像データを取得さえすれば、椎間スペーサーの設計が行えるので、フルカスタムメイドの場合に比べて、椎間スペーサーの設計に要するコストおよび時間を大幅に削減することができる。 In addition, the intervertebral spacer can be designed as long as the information on the posture of the patient at the time of imaging and the vector image data of the first to fifth free curves are acquired based on the three-dimensional X-ray projection image. Compared with the custom-made case, the cost and time required for designing the facet spacer can be significantly reduced.

さらには、脊椎に損傷がある患者の一部に生じている対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれを椎間スペーサーの設計段階で修正するので、椎間板の変形を矯正する椎間スペーサーを設計することができる。 In addition, disc deformation is corrected by correcting the relative cranial and caudal vertebral body displacement between target vertebral bodies in some patients with spinal injuries during the intervertebral spacer design phase. Intervertebral spacers to be corrected can be designed.

本発明の1実施例による椎間スペーサー設計法のフロー図である。It is a flow chart of the intervertebral spacer design method according to 1 Example of this invention. 本発明の別の実施例による椎間スペーサー設計法のフロー図である。It is a flow chart of the intervertebral spacer design method by another Example of this invention. 本発明の1実施例による椎間スペーサー設計プログラムのフロー図である。It is a flow chart of the intervertebral spacer design program according to 1 Example of this invention. 本発明の別の実施例による椎間スペーサー設計プログラムのフロー図である。It is a flow chart of the intervertebral spacer design program according to another embodiment of this invention. (A)は患者の脊椎の三次元X線投影画像の一例を示した図であり、(B)は(A)の矢状面に平行な面における断層像であり、(C)は(A)の冠状面における断層像であり、(D)は(A)の正中に直交する面における断層像である。(A) is a diagram showing an example of a three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine, (B) is a tomographic image in a plane parallel to the sagittal plane of (A), and (C) is (A). ) Is a tomographic image on the coronal plane, and (D) is a tomographic image on the plane orthogonal to the midline of (A). 図5の三次元X線投影画像から第1および第3の自由曲線のベクトル画像データを取得するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of acquiring the vector image data of the 1st and 3rd free curves from the 3D X-ray projection image of FIG. 図5の三次元X線投影画像から第4の自由曲線のベクトル画像データを取得するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of acquiring the vector image data of the 4th free curve from the 3D X-ray projection image of FIG. 図6(B)の画像に対応する拡大図である。It is an enlarged view corresponding to the image of FIG. 6B. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system. 三次元直交座標系において、第1、第3および第4の自由曲線に基づいて椎間スペーサーを設計するプロセスを説明する図である。It is a figure explaining the process of designing an intervertebral spacer based on the 1st, 3rd and 4th free curves in a three-dimensional Cartesian coordinate system.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の構成を好ましい実施例に基づいて説明する。
図1は、本発明の1実施例による椎間スペーサー設計法のフロー図である。
図1を参照して、本発明の方法によれば、患者の脊椎の三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系X-Y-Zを、Z軸が正中に平行にのび(一致する場合も含む)、X-Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方(この実施例では、冠状面)に平行にのび(一致する場合も含む)、Y-Z平面が冠状面および矢状面のうちの他方(この実施例では、矢状面)に平行にのびる(一致する場合も含む)ように設定し(図1のステップS1)、次いで、三次元X線投影画像における対象椎体間の椎間板の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報を取得する(図1のステップS2)。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments.
FIG. 1 is a flow chart of an intervertebral spacer design method according to an embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 1, according to the method of the present invention, the three-dimensional orthogonal coordinate system XYZ extends in the three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine with the Z axis parallel to the midline (match). The XX plane extends parallel to one of the coronal and sagittal planes (in this example, the coronal plane) (including the case where they match), and the YY plane is the coronal plane and the sagittal plane. It is set to extend parallel to (including the case of matching) the other of the sagittal planes (in this embodiment, the sagittal plane) (step S1 in FIG. 1), and then the target in the three-dimensional X-ray projection image. Acquire vertebral body displacement information regarding the relative displacement of the cranial and caudal vertebral bodies of the intervertebral disc (step S2 in FIG. 1).

図5(A)には、この実施例で使用する三次元X線投影画像を示した。また、図5(B)は図5(A)の矢状面に平行な面における断層像であり、図5(C)は図5(A)の冠状面における断層像であり、図5(D)は図5(A)の正中に直交する面における断層像である。 FIG. 5A shows a three-dimensional X-ray projection image used in this embodiment. 5 (B) is a tomographic image on the plane parallel to the sagittal plane of FIG. 5 (A), and FIG. 5 (C) is a tomographic image on the coronal plane of FIG. 5 (A). D) is a tomographic image on a plane orthogonal to the midline of FIG. 5 (A).

図5を参照して、この実施例では、対象椎体間は頚椎の椎体C5および椎体C6間であり、当該対象椎体間の椎間板を代替する椎間スペーサーを設計する。 With reference to FIG. 5, in this embodiment, the intervertebral bodies of the cervical vertebrae are between the vertebral bodies C5 and C6 of the cervical vertebrae, and an intervertebral spacer that replaces the intervertebral disc between the target vertebral bodies is designed.

椎体ずれ情報は、この実施例では、尾側の椎体C6の頭側終板を基準とする頭側の椎体C5の尾側終板のずれの測定値である。 The vertebral body displacement information is, in this embodiment, a measured value of the displacement of the caudal end plate of the caudal vertebral body C5 with respect to the cranial end plate of the caudal vertebral body C6.

このずれの測定は、DICOMデータ(三次元X線投影画像データ)が扱える公知の適当な描画ソフトウェア(VGStudio(登録商標)、VINCENT(登録商標)、ZIOstation(登録商標)等)がインストールされたコンピュータを使用し、コンピュータのディスプレイに表示した三次元X線投影画像に基づき、マウス等のポインティングデバイスを用いて、次のように行う。
(1)尾側の椎体C6の頭側終板の中心を設定し、当該頭側終板に当該中心を含む第1の基準平面を設定する。また、尾側の椎体C6に第1の補助座標系X-Y-Zを設定して、座標原点が当該中心に位置し、X-Y平面が第1の基準平面上に位置し、X軸およびY軸がそれぞれX軸およびY軸に平行になるようにする。
(2)頭側の椎体C5の尾側終板の中心を設定し、当該尾側終板に当該中心を含む第2の基準平面を設定する。また、頭側の椎体C5に第2の補助座標系X-Y-Zを設定して、座標原点が当該中心に位置し、X-Y平面が第2の基準平面上に位置し、X軸およびY軸がそれぞれ当該尾側終板の左右方向の中心および前後方向の中心に位置するようにする。
(3)「第2の基準平面が第1の基準平面に対し平行になり、かつ頭側の椎体C5の尾側終板の中心が、尾側の椎体C6の頭側終板の中心から第1の基準平面に垂直にのばした垂線上に当該頭側終板の中心から所定の間隔をあけて位置するときに、頭側の椎体C5が尾側の椎体C6に対し正常な位置にある」との判定基準、すなわち、「X軸およびY軸がそれぞれX軸およびY軸と平行になり、Z軸がZ軸に一致し、第1および第2の補助座標系の座標原点間の間隔が所定長のときに、頭側の椎体C5が尾側の椎体C6に対し正常な位置にある」との判定基準の下に、X-Z平面、Y-Z平面およびX-Y平面のそれぞれにおいて、第2の基準平面の第1の基準平面に対する傾きと、頭側の椎体C5の尾側終板の中心および尾側の椎体C6の頭側終板の中心間のずれを測定する。
This deviation is measured by a computer on which DICOM data (three-dimensional X-ray projection image data) can be handled by a known appropriate drawing software (VGStudio (registered trademark), VINCENT (registered trademark), ZIOstation (registered trademark), etc.). Based on the three-dimensional X-ray projection image displayed on the display of the computer, using a pointing device such as a mouse, the following is performed.
(1) The center of the cranial end plate of the caudal vertebral body C6 is set, and the first reference plane including the center is set on the cranial end plate. In addition, the first auxiliary coordinate system X1 - Y1-1 - Z1 is set in the vertebral body C6 on the caudal side, the coordinate origin is located at the center, and the X1-1 - Y1 plane is on the first reference plane. So that the X1 and Y1 axes are parallel to the X and Y axes, respectively .
(2) The center of the caudal end plate of the cranial vertebral body C5 is set, and the second reference plane including the center is set on the caudal end plate. Further, a second auxiliary coordinate system X2 - Y2 - Z2 is set in the vertebral body C5 on the cranial side, the coordinate origin is located at the center, and the X2 - Y2 plane is on the second reference plane. The X2 axis and the Y2 axis are located at the center in the left-right direction and the center in the anteroposterior direction of the caudal end plate, respectively.
(3) "The second reference plane is parallel to the first reference plane, and the center of the caudal end plate of the caudal vertebral body C5 is the center of the caudal end plate of the caudal vertebral body C6. The cranial vertebral body C5 is normal with respect to the caudal vertebral body C6 when located at a predetermined distance from the center of the cranial end plate on a perpendicular line extending perpendicular to the first reference plane. Criteria for "being in the same position", that is, "the X2 axis and the Y2 axis are parallel to the X1 axis and the Y1 axis, respectively , and the Z2 axis coincides with the Z1 axis, and the first and second axes are present ." When the distance between the coordinate origins of the auxiliary coordinate system is a predetermined length, the cranial vertebral body C5 is in the normal position with respect to the caudal vertebral body C6. " The tilt of the second reference plane with respect to the first reference plane and the center and tail of the caudal end plate of the cranial vertebral body C5 in each of the 1st plane, the Y1 - Z1 plane and the X1 - Y1 plane. The deviation between the centers of the cranial end plates of the lateral vertebral body C6 is measured.

そして、図5の三次元X線投影画像では、ずれの測定値(椎体ずれ情報)として、前屈5度(Y-Z平面におけるずれ)、左屈10度(X-Z平面におけるずれ)、左回旋10度(X-Y平面におけるずれ)が取得される。
なお、この三次元X線投影画像においては、頭側の椎体C5の尾側終板の中心および尾側の椎体C6の頭側終板の中心間のずれは生じていない。
Then, in the three-dimensional X-ray projection image of FIG. 5, the measured values of the deviation (vertebral body deviation information) are forward bending 5 degrees (deviation in the Y1 - Z1 plane) and left bending 10 degrees (X1 - Z 1 ). The deviation in the plane) and the left rotation of 10 degrees (the deviation in the X1 - Y1 plane) are acquired.
In this three-dimensional X-ray projection image, there is no deviation between the center of the caudal end plate of the cranial vertebral body C5 and the center of the caudal end plate of the caudal vertebral body C6.

この実施例では、椎体ずれ情報として、尾側の椎体C6の頭側終板を基準とする頭側の椎体C5の尾側終板のずれを測定したが、頭側の椎体C5の尾側終板を基準とする尾側の椎体C6の頭側終板のずれを測定して椎体ずれ情報としてもよい。 In this embodiment, as the vertebral body displacement information, the displacement of the caudal end plate of the cranial vertebral body C5 with respect to the cranial end plate of the caudal vertebral body C6 was measured. The deviation of the cranial end plate of the caudal vertebral body C6 with respect to the caudal end plate may be measured and used as vertebral body deviation information.

本発明の方法によれば、さらに、三次元直交座標系X-Y-ZのX-Z平面に平行な複数の平面(X-Z平面を含むこともある)のそれぞれと尾側の椎体C6の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線Lのベクトル画像データ、および/または三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面(Y-Z平面を含むこともある)のそれぞれと尾側の椎体C6の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線Lのベクトル画像データ、および三次元直交座標系のX-Y平面に平行な平面上(X-Y平面上の場合も含む)における設計すべき椎間スペーサーの輪郭を決定する第3の自由曲線Lのベクトル画像データと、X-Z平面に平行な複数の平面(X-Z平面を含むこともある)のそれぞれと頭側の椎体C5の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線Lのベクトル画像データ、および/または三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面(Y-Z平面を含むこともある)のそれぞれと頭側の椎体C5の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線Lのベクトル画像データを取得する(図1のステップS3)。 According to the method of the present invention, each of a plurality of planes (which may include the XX plane) parallel to the XX plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system XYZ and the caudal vertebral body are further obtained. Vector image data of a plurality of first free curves L1 conforming to the intersection with the cranial end plate of C6, and / or a plurality of planes (YZ) parallel to the YZ plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system. Vector image data of a plurality of second free curves L2 conforming to the intersection of each of (which may include a plane) and the cranial end plate of the caudal vertebral body C6, and X of the three-dimensional orthogonal coordinate system. The vector image data of the third free curve L3 that determines the contour of the intervertebral spacer to be designed on a plane parallel to the -Y plane (including the case on the XY plane) and parallel to the XY plane. Vector image data of a plurality of fourth free curves L4 adapted to the intersection of each of the plurality of planes (which may include the XZ plane) and the caudal end plate of the cranial vertebral body C5. And / or fits the intersection of each of multiple planes (which may include the YZ plane) parallel to the YZ plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system with the caudal end plate of the cranial vertebral body C5. The vector image data of the plurality of fifth free curves L5 is acquired (step S3 in FIG. 1).

ここで、「自由曲線」とは、コンピュータ・グラフィックスにおいて主として曲線や直線を描くために使用される、始点、終点および少なくとも1つの制御点を有する曲線(制御点が始点または終点に重なる場合は、直線となる)をいい、自由曲線上の点の座標値が1つのパラメータで表される。 Here, a "free curve" is a curve having a start point, an end point, and at least one control point, which is mainly used in computer graphics to draw a curve or a straight line (when the control points overlap the start point or the end point). , Which is a straight line), and the coordinate values of points on the free curve are represented by one parameter.

自由曲線としては、例えば、スプライン曲線やベジェ曲線が知られている。この実施例ではベジェ曲線を使用する。 As the free curve, for example, a spline curve and a Bezier curve are known. A Bezier curve is used in this embodiment.

この実施例では、説明を簡略化するために、第1の自由曲線Lおよび第3の自由曲線Lおよび第4の自由曲線Lのベクトル画像データのみを取得し、第2の自由曲線Lおよび第5の自由曲線Lのベクトル画像データは取得しない。 In this embodiment, in order to simplify the explanation, only the vector image data of the first free curve L 1 , the third free curve L 3 and the fourth free curve L 4 is acquired, and the second free curve is obtained. The vector image data of L 2 and the fifth free curve L 5 are not acquired.

三次元X線投影画像から第1および第3の自由曲線L、Lのベクトル画像データを取得するプロセスをそれぞれ図6(A)および図6(B)に示した。また、同画像から第4の自由曲線Lのベクトル画像データを取得するプロセスを図7に示した。 The process of acquiring the vector image data of the first and third free curves L1 and L3 from the three-dimensional X-ray projection image is shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), respectively. Further, FIG. 7 shows a process of acquiring vector image data of the fourth free curve L4 from the same image.

第3の自由曲線Lは、図8に示すように、尾側の椎体C6の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分d、dと、椎間板の前縁よりも内側において前縁に沿ってのびる第2の線分dと、椎間板の後縁よりも内側において後縁に沿ってのびる第3の線分dと、互いに隣接する第1の線分dおよび第2の線分dを接続する第1の円弧状部分d、dと、互いに隣接する第1の線分dおよび第3の線分dを接続する第2の円弧状部分d、dと、からなっている。 The third free curve L3 is, as shown in FIG. 8, a first line segment d 1 , d extending along the inner edge of each of the pair of hooked protrusions of the caudal vertebral body C6 or the bilateral edges of the intervertebral disc. 1 and a second line segment d 2 extending along the anterior edge medial to the anterior edge of the intervertebral disc, and a third line segment d 3 extending along the posterior edge medial to the posterior edge of the intervertebral disc. The first arcuate portions d4 and d4 connecting the adjacent first line segment d1 and the second line segment d2, and the first line segment d1 and the third line segment d adjacent to each other. It is composed of a second arcuate portion d5 and d5 connecting the three .

この場合、第3の自由曲線L、特に、第2および第3の線分dおよびdは、椎間スペーサーと、椎体を取り巻く神経および血管との接触が確実に回避されるエリアに位置するように決定される。なお、第3の自由曲線Lによって画成される図形の形状はこの実施例に限定されない。 In this case, the third free curve L3, in particular the second and third line segments d2 and d3, is an area where contact between the intervertebral spacer and the nerves and blood vessels surrounding the vertebral body is reliably avoided. Determined to be located in. The shape of the figure defined by the third free curve L5 is not limited to this embodiment.

三次元X線投影画像からの自由曲線L、LおよびLのベクトル画像データの取得は次のように行う。
例えば、X-Z平面に平行な1つの平面において第1の自由曲線Lのベクトル画像データを取得する場合は、コンピュータのディスプレイに表示した三次元X線投影画像の当該1つの平面における断層像において、第1の自由曲線Lの始点、終点および制御点を、ポインティングデバイスを用いて指定する。
The vector image data of the free curves L 1 , L 3 and L 4 from the three-dimensional X-ray projection image is acquired as follows.
For example, when acquiring the vector image data of the first free curve L1 in one plane parallel to the XZ plane, the tomographic image of the three-dimensional X-ray projection image displayed on the computer display in the one plane. In, the start point, the end point, and the control point of the first free curve L1 are designated by using a pointing device.

それによって、第1の自由曲線Lのベクトル画像データとして、始点、終点および制御点のそれぞれの座標値と、第1の自由曲線L上の点の座標値を決定する関数(第1の自由曲線Lを表すパラメトリック方程式)が自動的に取得される。
第3および第4の自由曲線L、Lのベクトル画像データの取得の仕方もこれと同様である。
As a result, as the vector image data of the first free curve L1, the coordinate values of the start point, the end point, and the control point and the coordinate values of the points on the first free curve L1 are determined (first). A parametric equation representing the free curve L 1 ) is automatically acquired.
The method of acquiring the vector image data of the third and fourth free curves L3 and L4 is the same as this.

本発明の方法によれば、さらに、三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、ベクトル画像データに基づき、第1および/または第2の自由曲線L、Lと、第3の自由曲線Lと、第4および/または第5の自由曲線L、Lとを再配置し、第1および/または第2の自由曲線L、Lを含む第1の面Fと、第4および/または第5の自由曲線L、Lを含む第2の面Fとを形成する(図1のステップS4)。 According to the method of the present invention, further, the first and / or the second free curves L 1 , L based on the vector image data in the three-dimensional Cartesian coordinate system set independently of the three-dimensional X-ray projection image. 2 , the third free curve L3, and the fourth and / or fifth free curves L4, L5 are rearranged to include the first and / or second free curves L1, L2. A first surface F1 and a second surface F2 including the fourth and / or fifth free curves L4, L5 are formed (step S4 in FIG. 1).

この実施例では、ステップS3において第2および第5の自由曲線L、Lのベクトル画像データを取得しないので、ステップS4では、第2および第5の自由曲線L、Lは省かれる。 In this embodiment, since the vector image data of the second and fifth free curves L2 and L5 are not acquired in step S3, the second and fifth free curves L2 and L5 are omitted in step S4. ..

次いで、椎体ずれ情報に基づき、三次元直交座標系において、第2の面Fを第1の面Fに対して変位させて、第1および第2の面F、Fを正常な相対位置関係において配置する(図1のステップS5)。 Next, based on the vertebral body displacement information, the second surface F 2 is displaced with respect to the first surface F 1 in the three-dimensional Cartesian coordinate system, and the first and second surfaces F 1 and F 2 are normal. Arrange in a relative positional relationship (step S5 in FIG. 1).

この場合、第2の面Fを第1の面Fに対して変位させる代わりに、第1の面Fを第2の面Fに対して変位させてもよい。 In this case, instead of displacing the second surface F 2 with respect to the first surface F 1 , the first surface F 1 may be displaced with respect to the second surface F 2 .

本発明の方法によれば、さらに、第1および第2の面F、Fをそれぞれ椎間スペーサーMの尾側終板面Eおよび頭側終板面Eとし、三次元直交座標系において、第3の自由曲線Lを椎間スペーサーMの尾側および頭側終板面E、E間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から椎間スペーサーMの側面Eを形成し、椎間スペーサーMの尾側および頭側終板面E、Eと、側面Eとから椎間スペーサーMを画成する(図1のステップS6)。 According to the method of the present invention, the first and second surfaces F 1 and F 2 are further set as the caudal end plate surface E 2 and the cranial end plate surface E 1 of the intervertebral spacer M, respectively, and have three-dimensional Cartesian coordinates. In the system, the side surface E 3 of the intervertebral spacer M from the locus when the third free curve L 3 is moved in the Z-axis direction between the caudal and cranial endplate surfaces E 2 and E 1 of the intervertebral spacer M. Is formed, and the intervertebral spacer M is defined from the caudal and cranial end plate surfaces E 2 , E 1 and the side surface E 3 of the intervertebral spacer M (step S6 in FIG. 1).

ステップS4~S6は、公知の適当な3Dモデリングソフトウェアを用いて実行することができる。
この実施例では、3Dモデリングソフトウェア「Rhinoceros(登録商標)」のプラグイン「Grasshopper(登録商標)」を使用し、「Rhinoceros(登録商標)」および「Grasshopper(登録商標)」がインストールされたコンピュータを用いて実行する。
Steps S4 to S6 can be performed using any known and suitable 3D modeling software.
In this embodiment, the plug-in "Grasshopper (registered trademark)" of the 3D modeling software "Rhinoceros (registered trademark)" is used, and a computer on which "Rhinoceros (registered trademark)" and "Grasshopper (registered trademark)" are installed is installed. Run with.

以下に、ステップS4およびS5を具体的に説明する。
(1)まず、図9に示すように、ベクトル画像データに基づき、三次元直交座標系内に、第1、第3および第4の自由曲線L、L、Lを再配置する。
(2)次に、図10に示すように、ソフトウェアのロフトコマンドを用いて、第1の自由曲線Lを含む第1の面(サーフェス)Fと、第4の自由曲線Lを含む第2の面(サーフェス)Fを形成する。
例えば、第1の面Fは、ポインティングデバイスを用いて、ディスプレイ上においてすべての第1の自由曲線Lを選択した後、ロフトコマンドを実行することによって自動的に形成される。
Hereinafter, steps S4 and S5 will be specifically described.
(1) First, as shown in FIG. 9, the first, third, and fourth free curves L 1 , L 3 , and L 4 are rearranged in the three-dimensional Cartesian coordinate system based on the vector image data.
(2) Next, as shown in FIG. 10, using the loft command of the software, the first surface (surface) F 1 including the first free curve L 1 and the fourth free curve L 4 are included. A second surface (surface) F 2 is formed.
For example, the first surface F1 is automatically formed by using a pointing device to select all the first free curves L1 on the display and then executing a loft command.

ロフトコマンドによって形成される面(サーフェス)はNURBS曲面と呼ばれ、NURBS曲面はパラメトリック曲面の一種であり、NURBS曲面に含まれるパラメータ値と三次元直交座標系の点の座標値とが対応関係を有している。そして、このパラメータ値を変化させることによって、NURBS曲面を三次元直交座標系上に表すことができる。 The surface formed by the loft command is called a NURBS curved surface, and the NURBS curved surface is a kind of parametric curved surface. Have. Then, by changing this parameter value, the NURBS curved surface can be represented on the three-dimensional Cartesian coordinate system.

(3)さらに、図11に示すように、第1の面Fの中心を設定し、第1の面Fに当該中心を含む第1の基準平面(図示はしない)を設定する。また、第1の面Fに第1の補助座標系X-Y-Zを設定して、座標原点が当該中心に位置し、X-Y平面が第1の基準平面上に位置し、X軸およびY軸がそれぞれX軸およびY軸に平行になるようにする。
(4)また、第2の面Fの中心を設定し、第2の面Fに当該中心を含む第2の基準平面(図示はしない)を設定する。また、第2の面Fに第2の補助座標系X-Y-Zを設定して、座標原点が当該中心に位置し、X-Y平面が第2の基準平面上に位置し、X軸およびY軸がそれぞれ第2の基準平面の左右方向の中心および前後方向の中心に位置するようにする。
(3) Further, as shown in FIG. 11, the center of the first surface F1 is set, and the first reference plane (not shown) including the center is set on the first surface F1. Further, the first auxiliary coordinate system X1 - Y1-1 - Z1 is set on the first surface F1, the coordinate origin is located at the center, and the X1 - Y1 plane is on the first reference plane. So that the X1 and Y1 axes are parallel to the X and Y axes, respectively .
(4) Further, the center of the second surface F 2 is set, and the second reference plane (not shown) including the center is set on the second surface F 2 . Further, a second auxiliary coordinate system X2 - Y2 - Z2 is set on the second surface F2, the coordinate origin is located at the center thereof, and the X2 - Y2 plane is on the second reference plane. The X2 axis and the Y2 axis are located at the center in the left-right direction and the center in the front-back direction of the second reference plane, respectively.

(5)椎体ずれ情報「前屈5度(Y-Z平面におけるずれ)、左屈10度(X-Z平面におけるずれ)、左回旋10度(X-Y平面におけるずれ)」に基づき、第2の基準平面(第2の面F)をX軸に関し時計回りに5度回転させ(図12参照、前屈5度の修正)、次いで、第2の基準平面(第2の面F)をY軸に関し時計回りに10度回転させ(図13参照、左屈10度の修正)、さらに、第2の基準平面(第2の面F)をZ軸関し時計回りに10度回転させる(図14参照、左回旋10度の修正)。
(6)それによって、第1および第2の面F、Fが正常な相対位置関係において配置される。そして、このときの第1および第2の面F、Fをそれぞれ椎間スペーサーMの尾側終板面Eおよび頭側終板面Eとする。
(5) Spinal body displacement information "Forward bending 5 degrees (deviation in the Y1 - Z1 plane), left flexion 10 degrees (deviation in the X1 - Z1 plane), counterclockwise rotation 10 degrees (deviation in the X1 - Y1 plane) Based on "deviation)", the second reference plane ( second plane F2) is rotated 5 degrees clockwise with respect to the X2 axis (see FIG . 12, corrected by 5 degrees forward bending), and then the second reference. Rotate the plane (second plane F 2 ) 10 degrees clockwise with respect to the Y2 axis (see FIG . 13, modified by 10 degrees to the left), and then rotate the second reference plane (second plane F 2 ). Rotate 10 degrees clockwise with respect to the Z 2 -axis (see Fig. 14, correction of 10 degrees left rotation).
(6) Thereby, the first and second surfaces F 1 and F 2 are arranged in a normal relative positional relationship. Then, the first and second surfaces F 1 and F 2 at this time are designated as the caudal end plate surface E 2 and the cranial end plate surface E 1 of the intervertebral spacer M, respectively.

(7)その後、図15に示すように、第3の自由曲線Lを椎間スペーサーMの尾側および頭側終板面E、E間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から椎間スペーサーMの側面Eを形成する。
(6)そして、椎間スペーサーの頭側終板面E、尾側終板面E、および側面Eから椎間スペーサーMを画成する(図16参照)。
(7) After that, as shown in FIG. 15, the locus when the third free curve L 3 is moved in the Z-axis direction between the caudal and cranial endplate surfaces E 2 and E 1 of the intervertebral spacer M. Form the side surface E3 of the intervertebral spacer M from.
(6) Then, the intervertebral spacer M is defined from the cranial end plate surface E 1 , the caudal end plate surface E 2 , and the side surface E 3 of the intervertebral spacer (see FIG. 16).

そして、椎間スペーサーMの画成(設計)の完了後は、得られた設計データを、このソフトウェアによって三次元造形データ(例えば、STLデータ)に変換し、ファイル出力する。 Then, after the image formation (design) of the intervertebral spacer M is completed, the obtained design data is converted into three-dimensional modeling data (for example, STL data) by this software and output as a file.

こうして、本発明によれば、椎間スペーサーをセミカスタムメイド化することができる。そして、このセミカスタムメイドの椎間スペーサーは、患者の脊椎の三次元X線投影画像に基づいて設計され、患者の身体に一定程度(患者の身体を椎間スペーサーに合わせる必要がない程度)まで適合しているので、患者に対して低侵襲な施術が実現できる。 Thus, according to the present invention, the intervertebral spacer can be semi-custom-made. And this semi-custom-made intervertebral spacer is designed based on the three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine, to a certain extent on the patient's body (to the extent that the patient's body does not need to be fitted to the intervertebral spacer). Since it is compatible, a minimally invasive procedure can be realized for the patient.

また、三次元X線投影画像に基づいて、撮影時の患者の姿勢に関する情報と、第1~第5の自由曲線のベクトル画像データを取得さえすれば、椎間スペーサーの設計が行えるので、フルカスタムメイドの場合に比べて、椎間スペーサーの設計に要するコストおよび時間を大幅に削減することができる。 In addition, the intervertebral spacer can be designed as long as the information on the posture of the patient at the time of imaging and the vector image data of the first to fifth free curves are acquired based on the three-dimensional X-ray projection image. Compared with the custom-made case, the cost and time required for designing the facet spacer can be significantly reduced.

さらには、脊椎に損傷がある患者の一部に生じている対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれを椎間スペーサーの設計段階で修正するので、椎間板の変形を矯正する椎間スペーサーを設計することができる。 In addition, disc deformation is corrected by correcting the relative cranial and caudal vertebral body displacement between target vertebral bodies in some patients with spinal injuries during the intervertebral spacer design phase. Intervertebral spacers to be corrected can be designed.

なお、設計した椎間スペーサーMを、対象椎体間の前後傾運動を考慮して、さらに修正したい場合がある。
そして、後傾運動を考慮した修正を行う場合には、図1のステップS1~S6を順次実行した後、さらに、図17に示すように、椎間スペーサーMの後方に所定の距離離れた点を通り、冠状面に平行にのびる軸(X軸に平行な軸)Vを設定して、椎間スペーサーMの頭側終板面Eを軸Vのまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から椎間スペーサーMの側面拡張部分Eを形成するとともに、回転後の椎間スペーサーMの頭側終板面Sを椎間スペーサーMの新たな頭側終板面E’として、椎間スペーサーの新たな頭側終板面E’と、椎間スペーサーの尾側終板面Eと、椎間スペーサーの側面Eおよび側面拡張部分Eとから、修正された椎間スペーサーM’を画成(設計)する(図2のステップS7)。
It should be noted that the designed intervertebral spacer M may be further modified in consideration of the anteroposterior tilting motion between the target vertebral bodies.
Then, in the case of making a correction in consideration of the backward tilting motion, after sequentially executing steps S1 to S6 in FIG. 1, a point further separated behind the intervertebral spacer M by a predetermined distance as shown in FIG. When the axis (axis parallel to the X-axis) V extending parallel to the coronal plane is set and the cranial end plate surface E1 of the intervertebral spacer M is rotated by a predetermined angle around the axis V. The lateral expansion portion E4 of the intervertebral spacer M is formed from the locus, and the cranial end plate surface S1 of the intervertebral spacer M after rotation is designated as a new cranial end plate surface E 1'of the intervertebral spacer M. Modified intervertebral space from the new cranial end plate surface E 1'of the intervertebral spacer, the caudal end plate surface E 2 of the intervertebral spacer, and the side surface E 3 and lateral dilation portion E 4 of the intervertebral spacer. The spacer M'is defined (designed) (step S7 in FIG. 2).

この場合、軸Vの設定位置および軸Vの回りの回転角度は、例えば椎間板軸面上の20~60mm後方の位置において30度回転させる等、必要とされる修正の程度(個々の患者の対象椎体の状態等に依存する)に応じて適当に決定される。 In this case, the set position of the axis V and the rotation angle around the axis V are the degree of modification required (individual patient subject), for example, rotating 30 degrees at a position 20 to 60 mm posterior to the disc axis. It depends on the condition of the vertebral body, etc.).

図3は、本発明の1実施例による椎間スペーサー設計プログラムのフロー図である。
本発明の椎間スペーサー設計プログラムは、患者の脊椎の三次元X線投影画像から取得された、対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報と、頭側および尾側の椎体に関係する複数の自由曲線のベクトル画像データとを用いて椎間スペーサーを設計する。
FIG. 3 is a flow chart of an intervertebral spacer design program according to an embodiment of the present invention.
The intervertebral spacer design program of the present invention includes vertebral body displacement information regarding the relative displacement of the cranial and caudal vertebral bodies between target vertebral bodies obtained from a three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine. Intervertebral spacers are designed using vector image data of multiple free curves related to the cranial and caudal vertebral bodies.

この場合、三次元X線投影画像からの椎体ずれ情報の取得、および自由曲線のベクトル画像データの取得は、上述した本発明の椎間スペーサー設計方法のステップS1~S3を順次実行することによってなされる。 In this case, the acquisition of the vertebral body displacement information from the three-dimensional X-ray projection image and the acquisition of the vector image data of the free curve are performed by sequentially executing steps S1 to S3 of the intervertebral spacer design method of the present invention described above. Will be done.

すなわち、本発明の椎間スペーサー設計プログラムにおいては、上記の第1~第5の自由曲線のベクトル画像データが用いられる。 That is, in the intervertebral spacer design program of the present invention, the vector image data of the first to fifth free curves described above is used.

図3を参照して、本発明によれば、コンピュータに、椎体ずれ情報、および第1~第5の自由曲線のベクトル画像データの入力を受けさせる(図3の手順P1)。 With reference to FIG. 3, according to the present invention, a computer is made to receive input of vertebral body displacement information and vector image data of the first to fifth free curves (procedure P1 of FIG. 3).

次に、コンピュータに、三次元直交座標系を三次元X線投影画像とは独立に設定させ、三次元直交座標系内に、ベクトル画像データに基づいて、第1および/または第2の自由曲線と、第3の自由曲線と、第4および/または第5の自由曲線とを再配置させ、第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成させる(図3の手順P2)。 Next, the computer is made to set the three-dimensional Cartesian coordinate system independently of the three-dimensional X-ray projection image, and the first and / or second free curve is set in the three-dimensional Cartesian coordinate system based on the vector image data. And, the third free curve and the fourth and / or the fifth free curve are rearranged, and the first surface including the first and / or the second free curve, and the fourth and / or the fifth. A second surface including the free curve of is formed (procedure P2 in FIG. 3).

そして、コンピュータに、椎体ずれ情報に基づき、三次元直交座標系において、第2の面を第1の面に対して変位させて、第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置させる(図3の手順P3)。 Then, based on the vertebral body displacement information, the second surface is displaced with respect to the first surface in the three-dimensional Cartesian coordinate system, and the first and second surfaces are arranged in a normal relative positional relationship on the computer. (Procedure P3 in FIG. 3).

この場合、第2の面を第1の面に対して変位させる代わりに、第1の面を第2の面に対して変位させてもよい。 In this case, instead of displacing the second surface with respect to the first surface, the first surface may be displaced with respect to the second surface.

さらに、コンピュータに、第1および第2の面をそれぞれ椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、三次元直交座標系において、第3の自由曲線を椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から椎間スペーサーの側面を形成し、椎間スペーサーの尾側および頭側終板面と、椎間スペーサーの側面とから椎間スペーサーを画成させる(図3の手順P4)。 Further, in the computer, the first and second planes are the caudal and cranial endplate planes of the intervertebral spacer, respectively, and in the three-dimensional Cartesian coordinate system, the third free curve is the caudal side of the intervertebral spacer. And the lateral surface of the intervertebral spacer is formed from the locus when moved in the Z-axis direction between the cranial endplate surfaces, and the caudal and cranial endplate surfaces of the intervertebral spacer and the lateral surface of the intervertebral spacer are used as vertebrae. The inter-spacer is defined (procedure P4 in FIG. 3).

なお、コンピュータによって設計された椎間スペーサーを、対象椎体間の前後傾運動を考慮して、さらに修正したい場合がある。
そして、例えば、後傾運動を考慮した修正を行う場合には、手順P1~P4を順次実行した後、さらに、コンピュータに、椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、冠状面に平行にのびる軸を設定して、椎間スペーサーの頭側終板面を当該軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の椎間スペーサーの頭側終板面を椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、椎間スペーサーの尾側終板面と、椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された椎間スペーサーを画成(設計)させる(図4の手順P5)。
In addition, it may be desired to further modify the intervertebral spacer designed by the computer in consideration of the anterior-posterior tilting motion between the target vertebral bodies.
Then, for example, in the case of making corrections in consideration of the backward tilting motion, after performing the procedures P1 to P4 in sequence, the computer further passes through a point behind the facet spacer at a predetermined distance and forms a coronal surface. By setting an axis that extends in parallel, the lateral extension of the intervertebral spacer is formed from the trajectory when the cranial end plate surface of the intervertebral spacer is rotated by a predetermined angle around the axis, and the post-rotation vertebrae. The cranial end plate surface of the intervertebral spacer is used as the new cranial end plate surface of the intervertebral spacer, the new cranial end plate surface of the intervertebral spacer, the caudal end plate surface of the intervertebral spacer, and the intervertebral spacer. A modified intervertebral spacer is defined (designed) from the lateral surface and the lateral extension portion (procedure P5 in FIG. 4).

この場合、軸の設定位置および軸の回りの回転角度は、例えば椎間板軸面上の20~60mm後方の位置において30度回転させる等、必要とされる修正の程度(個々の患者の対象椎体の状態等に依存する)に応じて適当に決定される。 In this case, the set position of the axis and the rotation angle around the axis are the degree of modification required (individual patient's target vertebral body), for example, rotating 30 degrees at a position 20 to 60 mm posterior to the disc axial plane. It depends on the state of)).

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の構成は上記実施例に限定されず、当業者が本願の特許請求の範囲に記載した構成の範囲内で種々の変形例を案出し得ることは言うまでもない。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the configuration of the present invention is not limited to the above embodiment, and those skilled in the art devise various modifications within the scope of the configuration described in the claims of the present application. Needless to say, you will get it.

例えば、上記実施例では、頚椎の1つの椎体間を対象椎体間として、椎間スペーサーを設計したが、本発明によれば、上記実施例と同様にして、脊椎の他の構成部分(胸椎、腰椎等)の椎体間の椎間スペーサーを設計することができる。 For example, in the above embodiment, the intervertebral spacer was designed with one interbody of the cervical vertebra as the target interbody, but according to the present invention, other components of the spine (as in the above embodiment). Intervertebral spacers between the vertebral bodies of the thoracic spine, lumbar spine, etc.) can be designed.

また、上記実施例では、本発明を、頭側の椎体の尾側終板の中心と尾側の椎体の頭側終板の中心の間にずれがなく、頭側の椎体の尾側終板の当該尾側終板の中心に関する傾きのずれのみが生じている場合に適用したが、本発明は、頭側の椎体の尾側終板の中心および尾側の椎体の頭側終板の中心間のずれと、頭側の椎体の尾側終板の当該尾側終板の中心に関する傾きのずれの両方が生じている場合にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the present invention is based on the present invention with no deviation between the center of the caudal end plate of the cranial vertebral body and the center of the caudal end plate of the caudal vertebral body, and the tail of the cranial vertebral body. Although applied when only the tilt deviation of the lateral end plate with respect to the center of the caudal end plate occurs, the present invention applies to the center of the caudal end plate of the cranial vertebral body and the head of the caudal vertebral body. It is also applicable when both the center-to-center shift of the lateral end plate and the tilt deviation of the caudal end plate of the cranial vertebral body with respect to the center of the caudal end plate occur.

C5 頭側の椎体
C6 尾側の椎体
鉤状突起の内縁または椎間板の側縁
第2の線分
第3の線分
第1の円弧状部分
第2の円弧状部分
椎間スペーサーの頭側終板面
’ 椎間スペーサーの新たな頭側終板面
椎間スペーサーの尾側終板面
椎間スペーサーの側面
椎間スペーサーの拡張側面部分
第1の面
第2の面
第1の自由曲線
第2の自由曲線
第3の自由曲線
第4の自由曲線
第5の自由曲線
M 椎間スペーサー
M’ 修正された椎間スペーサー
V 冠状面に平行にのびる軸(X軸に平行な軸)
C5 Cranial vertebral body C6 Caudal vertebral body d 1 Inner edge of hooked protrusion or side edge of intervertebral disc d 2 Second line segment d 3 Third line segment d 4 First arcuate part d 5 Second Arc-shaped part E 1 Cranial end plate surface of the intervertebral spacer E 1'New cranial end plate surface of the intervertebral spacer E 2 Caudal end plate surface of the intervertebral spacer E 3 Side surface of the intervertebral spacer E 4 vertebrae Extended side surface portion of interspacer F 1 First surface F 2 Second surface L 1 First free curve L 2 Second free curve L 3 Third free curve L 4 Fourth free curve L 5 Fifth Free curve M Intervertebral spacer M'Modified intervertebral spacer V Axis parallel to coronal plane (axis parallel to X axis)

Claims (6)

椎間スペーサーを設計する方法であって、
(1)患者の脊椎の三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系を、Z軸が正中に平行にのび、X-Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方に平行にのび、Y-Z平面が前記冠状面および前記矢状面のうちの他方に平行にのびるように設定するステップと、
(2)前記三次元X線投影画像における対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報を取得するステップと、
(3)前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線のベクトル画像データと、前記三次元直交座標系のX-Y平面に平行な平面上における設計すべき前記椎間スペーサーの輪郭を決定する第3の自由曲線のベクトル画像データと、前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線のベクトル画像データを取得するステップと、
(4)前記三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、前記ベクトル画像データに基づいて、前記第1および/または第2の自由曲線と、前記第3の自由曲線と、前記第4および/または第5の自由曲線とを再配置し、前記第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、前記第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成するステップと、
(5)前記椎体ずれ情報に基づき、前記三次元直交座標系において、前記第2の面を前記第1の面に対して変位させ、または前記第1の面を前記第2の面に対して変位させて、前記第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置するステップと、
(6)前記第1および第2の面をそれぞれ前記椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、前記三次元直交座標系において、前記第3の自由曲線を前記椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面を形成し、前記椎間スペーサーの前記尾側および頭側終板面と、前記側面とから前記椎間スペーサーを画成するステップと、を順次実行することを特徴とする方法。
A method of designing intervertebral spacers,
(1) In the 3D X-ray projection image of the patient's spine, the 3D orthogonal coordinate system extends parallel to the midline of the Z axis, and the XX plane is parallel to one of the coronal plane and the sagittal plane. The step of setting the extension and the YY plane to extend parallel to the other of the coronal plane and the sagittal plane, and
(2) A step of acquiring vertebral body displacement information regarding the relative displacement of the cranial and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies in the three-dimensional X-ray projection image, and
(3) A plurality of first free curves conforming to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the XX plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system and the cranial end plate of the caudal vertebral body, and a plurality of first free curves. / Or a vector image of a plurality of second free curves adapted to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the YZ plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system and the cranial end plate of the caudal vertebral body. Data, vector image data of a third free curve that determines the contour of the intervertebral spacer to be designed on a plane parallel to the XY plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system, and the three-dimensional orthogonal coordinate system. A plurality of fourth free curves adapted to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the XX plane and the caudal end plate of the cranial vertebral body, and / or Y of the three-dimensional orthogonal coordinate system. -A step of acquiring vector image data of a plurality of fifth free curves conforming to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the Z plane and the caudal end plate of the cranial vertebral body.
(4) In the three-dimensional Cartesian coordinate system set independently of the three-dimensional X-ray projection image, the first and / or the second free curve and the third freedom are based on the vector image data. The curve and the fourth and / or the fifth free curve are rearranged, and the first surface including the first and / or the second free curve and the fourth and / or the fifth free curve are rearranged. And the steps to form the second surface, including
(5) Based on the vertebral body displacement information, in the three-dimensional Cartesian coordinate system, the second surface is displaced with respect to the first surface, or the first surface is displaced with respect to the second surface. And the step of arranging the first and second surfaces in a normal relative positional relationship.
(6) The first and second surfaces are the caudal end plate surface and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer, respectively, and in the three-dimensional Cartesian coordinate system, the third free curve is the intervertebral spacer. The side surface of the intervertebral spacer is formed from the locus when moved in the Z-axis direction between the caudal side and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer, and the caudal side and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer and the side surface thereof. A method characterized by sequentially executing the steps of defining the intervertebral spacer from and to the step.
前記第3の自由曲線が、前記尾側の椎体の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または前記対象椎体間の椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分と、前記椎間板の前縁よりも内側において前記前縁に沿ってのびる第2の線分と、前記椎間板の後縁よりも内側において前記後縁に沿ってのびる第3の線分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第2の線分を接続する第1の円弧状部分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第3の線分を接続する第2の円弧状部分と、からなっていることを特徴とする請求項1に記載の方法。 The third free curve extends along the inner edge of each of the pair of hooks of the caudal vertebral body or along the bilateral edges of the intervertebral disc between the target vertebral discs, and the anterior segment of the intervertebral disc. A second line segment extending along the anterior edge on the medial side of the edge, a third line segment extending along the posterior edge on the medial side of the posterior edge of the intervertebral disc, and the first line segment adjacent to each other. It is composed of a first arc-shaped portion connecting the segment and the second line segment, and a second arc-shaped portion connecting the first line segment and the third line segment adjacent to each other. The method according to claim 1, wherein the method is characterized by the above. 前記ステップ(6)の実行後に、
(7)前記椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、前記冠状面に平行にのびる軸を設定して、前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、前記椎間スペーサーの尾側終板面と、前記椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された前記椎間スペーサーを画成するステップ
を実行することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。
After executing the step (6),
(7) An axis extending behind the intervertebral spacer at a predetermined distance and extending parallel to the coronal surface is set, and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer is set around the axis. The lateral expansion portion of the intervertebral spacer is formed from the locus when rotated at an angle, and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer after rotation is used as a new cranial end plate surface of the intervertebral spacer. Steps to define the modified intervertebral spacer from the new cranial endplate surface of the intervertebral spacer, the caudal endplate surface of the intervertebral spacer, and the lateral and lateral dilations of the intervertebral spacer. The method according to claim 1 or claim 2, wherein the method is performed.
患者の脊椎の三次元X線投影画像から取得された、対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報と、前記頭側および尾側の椎体に関係する複数の自由曲線のベクトル画像データとを用いて椎間スペーサーを設計するプログラムであって、
前記三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系が、Z軸が正中に平行にのび、X-Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方に平行にのび、Y-Z平面が前記冠状面および前記矢状面のうちの他方に平行にのびるように設定され、
前記複数の自由曲線が、前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線と、前記三次元直交座標系のX-Y平面に平行な平面上における設計すべき前記椎間スペーサーの輪郭を決定する第3の自由曲線と、前記三次元直交座標系のX-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY-Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線とからなるプログラムにおいて、
(1)前記椎体ずれ情報、および前記ベクトル画像データの入力を受ける手順と、
(2)前記三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、前記ベクトル画像データに基づいて、前記第1および/または第2の自由曲線と、前記第3の自由曲線と、前記第4および/または第5の自由曲線とを再配置し、前記第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、前記第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成する手順と、
(3)前記椎体ずれ情報に基づき、前記三次元直交座標系において、前記第2の面を前記第1の面に対して変位させ、または前記第1の面を前記第2の面に対して変位させて、前記第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置する手順と、
(4)前記第1および第2の面をそれぞれ前記椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、前記三次元直交座標系において、前記第3の自由曲線を前記椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面を形成し、前記椎間スペーサーの前記尾側および頭側終板面と、前記側面とから前記椎間スペーサーを画成する手順と、を順次コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
Vertebral displacement information regarding the relative displacement of the cranial and caudal vertebral bodies between the target vertebral bodies obtained from a three-dimensional X-ray projection image of the patient's spine, and the cranial and caudal vertebral bodies. A program for designing intervertebral spacers using vector image data of multiple related free curves.
In the three-dimensional X-ray projection image, the three-dimensional orthogonal coordinate system extends parallel to the midline of the Z axis, the XX plane extends parallel to one of the coronal plane and the sagittal plane, and the YZ plane extends. Is set to extend parallel to the other of the coronal plane and the sagittal plane.
The plurality of first free curves are adapted to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the XX plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system and the cranial end plate of the caudal vertebral body. A free curve and / or a plurality of second freedoms adapted to the intersection of each of the planes parallel to the YZ plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system and the cranial end plate of the caudal vertebral body. A third free curve that determines the contour of the intervertebral spacer to be designed on a plane parallel to the XY plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system, and the XX plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system. A plurality of fourth free curves adapted to the intersection of each of the plurality of planes parallel to the cranial vertebral body and / or the YZ plane of the three-dimensional orthogonal coordinate system. In a program consisting of a plurality of fifth free curves adapted to the intersection of each of the parallel planes with the caudal end plate of the cranial vertebral body.
(1) A procedure for receiving input of the vertebral body displacement information and the vector image data, and
(2) In the three-dimensional Cartesian coordinate system set independently of the three-dimensional X-ray projection image, the first and / or the second free curve and the third freedom are based on the vector image data. The curve and the fourth and / or fifth free curve are rearranged, the first surface including the first and / or second free curve, and the fourth and / or fifth free curve. And the procedure for forming the second surface, including
(3) Based on the vertebral body displacement information, in the three-dimensional Cartesian coordinate system, the second surface is displaced with respect to the first surface, or the first surface is displaced with respect to the second surface. And the procedure of arranging the first and second surfaces in a normal relative positional relationship.
(4) The first and second surfaces are the caudal end plate surface and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer, respectively, and in the three-dimensional Cartesian coordinate system, the third free curve is the intervertebral spacer. The side surface of the intervertebral spacer is formed from the locus when it is moved in the Z-axis direction between the caudal side and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer, and the caudal side and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer and the side surface thereof. A program characterized in that the procedure for defining the intervertebral spacer is sequentially executed by a computer.
前記第3の自由曲線が、前記尾側の椎体の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または前記対象椎体間の椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分と、前記椎間板の前縁よりも内側において前記前縁に沿ってのびる第2の線分と、前記椎間板の後縁よりも内側において前記後縁に沿ってのびる第3の線分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第2の線分を接続する第1の円弧状部分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第3の線分を接続する第2の円弧状部分と、からなっていることを特徴とする請求項4に記載のプログラム。 The third free curve extends along the inner edge of each of the pair of hooks of the caudal vertebral body or along the bilateral edges of the intervertebral disc between the target vertebral discs, and the anterior segment of the intervertebral disc. A second line segment extending along the anterior edge on the medial side of the edge, a third line segment extending along the posterior edge on the medial side of the posterior edge of the intervertebral disc, and the first line segment adjacent to each other. It is composed of a first arc-shaped portion connecting the segment and the second line segment, and a second arc-shaped portion connecting the first line segment and the third line segment adjacent to each other. The program according to claim 4, wherein the program is characterized by the above. 前記手順(4)の実行後に、
(5)前記椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、前記冠状面に平行にのびる軸を設定して、前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、前記椎間スペーサーの尾側終板面と、前記椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された前記椎間スペーサーを画成する手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のプログラム。
After executing the above procedure (4),
(5) An axis extending behind the intervertebral spacer at a predetermined distance and extending parallel to the coronal surface is set, and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer is set around the axis. The lateral expansion portion of the intervertebral spacer is formed from the locus when rotated at an angle, and the cranial end plate surface of the intervertebral spacer after rotation is used as a new cranial end plate surface of the intervertebral spacer. A procedure for defining a modified intervertebral spacer from a new cranial endplate surface of the intervertebral spacer, a caudal endplate surface of the intervertebral spacer, and lateral and lateral dilations of the intervertebral spacer. The program according to claim 4 or 5, wherein the computer is executed.
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