JP2023021609A - Aid for hip joint surgery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、股関節手術用補助具、股関節手術用補助具の設計方法、及び股関節手術用補助具の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aid for hip joint surgery, a method for designing an aid for hip joint surgery, and a method for manufacturing an aid for hip joint surgery.
股関節手術の治療法として、骨頭等の損傷面を摘出後、人工股関節に置換する技術が知られている。人工股関節置換術としては、股関節の大部分を人工物(インプラント)に置換する全置換型や、大腿骨頭表面のみをインプラントに置換する表面置換型が存在する。表面置換型人工股関節置換術(HRA)は、骨温存が可能であり、かつ脱臼抵抗性が高いといった特徴を有し、近年、比較的若年者に対し良好な術後経過が得られることが報告されている(非特許文献1及び2参照)。
As a therapeutic method for hip joint surgery, a technique is known in which a damaged surface such as a head of a bone is removed and then replaced with an artificial hip joint. Artificial hip joint replacement includes a total replacement type in which the majority of the hip joint is replaced with an artificial material (implant) and a surface replacement type in which only the surface of the femoral head is replaced with an implant. Resurfacing hip arthroplasty (HRA) is characterized by bone preservation and high dislocation resistance, and in recent years, it has been reported that relatively young patients can achieve a favorable postoperative course. (See
人工股関節置換手術では、術後の合併症等のリスクを低減するため、適切な位置にインプラントを設置することが重要となる。表面置換型の手術においては、初めに大腿骨頭へ挿入するガイドピンの位置によって、その後のインプラントの設置位置の決定に大きな影響を与える。
ガイドピンは、X線撮影画像等を用いて、術中に正しい位置に挿入されているか確認することが可能であるが(例えば、特許文献1)、正しい位置に挿入できるか否かは、術者の力量に大きく左右されていた。
In artificial hip joint replacement surgery, it is important to place the implant in an appropriate position in order to reduce the risk of postoperative complications. In resurfacing surgery, the position of the guide pin inserted into the femoral head at the beginning has a great influence on the subsequent placement of the implant.
It is possible to check whether the guide pin is inserted in the correct position during surgery using an X-ray image or the like (for example, Patent Document 1). was greatly influenced by the power of
このような問題に鑑み、患者専用のガイドワイヤのアライメントガイドが開発されている。例えば、特許文献2には、患者の大腿骨頭に適合し、大腿骨頭内への切り込みのための角度及び位置を画定する開口を備えた、ピン配置決定用の装置が開示されている。
また、特許文献3には、頚部と大腿骨頭を覆う部材を有し、患者の大腿骨の形状に合致するように構成されたアライメントガイドが記載されている。
In view of these problems, patient-specific guidewire alignment guides have been developed. For example, U.S. Pat. No. 6,300,000 discloses a device for pin placement that conforms to a patient's femoral head and includes an aperture that defines the angle and location for the cut into the femoral head.
Further,
上記のように、患者固有の形状にカスタマイズした補助具を用いることで、手術中にX線撮影等を行うことなく、ガイドワイヤの挿入位置の決定を行うことができる。
しかしながら、補助具の作製後から手術前の間に、大腿骨頭の壊死が進み、大腿骨頭の形状が測定時から変化してしまう可能性がある。この場合、アライメントガイドの形状が患者の大腿骨頭部と一致せず、適切な位置にガイドを設置できないといった問題があった。
As described above, by using an auxiliary tool customized to a patient-specific shape, it is possible to determine the insertion position of the guide wire without performing X-ray imaging or the like during surgery.
However, there is a possibility that necrosis of the femoral head progresses during the time from the manufacture of the assisting device to the time before surgery, and the shape of the femoral head changes from that at the time of measurement. In this case, there is a problem that the shape of the alignment guide does not match the femoral head of the patient, and the guide cannot be installed at an appropriate position.
また、表面置換型の手術においては、全置換型の手術と比較して患者への侵襲性を最小限とし、可能な限り筋組織を温存させるよう手術を行うため、全置換型手術で従来知られた器具等をそのまま転用するのは困難であるという事情があった。 In addition, in surface replacement surgery, compared to total replacement surgery, the invasiveness to the patient is minimized and the surgery is performed to preserve muscle tissue as much as possible. There was a circumstance that it was difficult to divert the instruments etc.
上記事情に鑑み、本発明は、ガイドピンの挿入時に大腿骨の規定位置から脱離することなく固定される、表面置換型人工股関節置換手術に適した手術用補助具を提供することを課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a surgical aid suitable for surface replacement type artificial hip joint replacement surgery, which is fixed without detachment from a prescribed position of the femur when a guide pin is inserted. do.
また、本発明は、上記手術用補助具を容易に製造するための設計方法及び製造方法を提供することも課題とする。 Another object of the present invention is to provide a design method and a manufacturing method for easily manufacturing the surgical aid.
上記課題を解決する本発明は、表面置換型人工股関節手術に用いる手術用補助具であって、
ガイドピンを挿入する貫通孔を有するガイド部と、
患者固有の大腿骨の一部の形状と合致するように設計された接触領域を有するレファレンス部と、
前記ガイド部及びレファレンス部を接続するアーム部と、
を備え、
前記ガイド部は、大腿骨頭へのガイドピンの挿入位置及び角度を決定し、
前記接触領域は、転子間稜の形状に合致し、前記転子間稜の隆起部分を覆うように設計された第1のエリアと、前記大腿骨の頚部の形状に合致する第2のエリアと、前記転子間稜と前記頚部との間に位置する梨状窩の形状に合致する第3のエリアと、を備える、手術用補助具である。
The present invention for solving the above problems is a surgical aid used in surface replacement type artificial hip joint surgery,
a guide portion having a through hole for inserting the guide pin;
a reference portion having a contact area designed to match the shape of a patient-specific portion of the femur;
an arm portion connecting the guide portion and the reference portion;
with
The guide part determines the insertion position and angle of the guide pin into the femoral head,
The contact area has a first area that conforms to the shape of the intertrochanteric crest and is designed to cover the ridge of the intertrochanteric crest and a second area that conforms to the shape of the neck of the femur. and a third area conforming to the shape of the pyriform fossa located between the intertrochanteric crest and the neck.
上記構成を有する本発明は、患者の大腿骨に安定して固定することができ、ガイド部の貫通孔に従って挿入するだけで、ガイドピンの挿入位置及び方向を容易に決定することができる。また、接触領域は、大腿骨頭ではなく、骨の形状が変化することのない転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状と合致するため、前記3点の形状に沿って確実に器具を固定することができる。 The present invention having the above configuration can be stably fixed to the patient's femur, and the insertion position and direction of the guide pin can be easily determined simply by inserting it along the through hole of the guide portion. Also, the contact area matches the shape of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa rather than the femoral head, where the shape of the bone does not change, thus ensuring that the instrument follows the shape of the three points. can be fixed.
本発明の好ましい形態では、前記第1のエリアは、大転子及び小転子にかけて延びる前記転子間稜の全長に対し、前記転子間稜の中央部分を含む1/4~1/2の範囲の形状と合致する。
上記特徴を有する本発明は、転子間稜の一部のみに前記接触領域を設定する構成を採用するため、手術時に大転子及び小転子に接続する筋線維及び腱を切除することなく手術用補助具を設置することが可能となり、患者の筋線維及び腱を可能な限り温存させることができる。
In a preferred form of the present invention, the first area is 1/4 to 1/2 of the total length of the intertrochanteric ridge extending over the greater trochanter and the lesser trochanter, including the central portion of the intertrochanteric ridge. matches the shape of the range of .
The present invention having the above characteristics adopts a configuration in which the contact area is set only on a part of the intertrochanteric crest, so that muscle fibers and tendons connecting to the greater trochanter and the lesser trochanter are not excised during surgery. Surgical aids can be placed and the patient's muscle fibers and tendons can be preserved as much as possible.
本発明の好ましい形態では、前記レファレンス部は、固定ワイヤを挿入するための複数の固定ワイヤ挿入孔を備え、前記固定ワイヤ挿入孔は、前記第1のエリア及び前記第2のエリアのそれぞれに1以上設けられる。
固定ワイヤ挿入孔を第1のエリア及び第2のエリアに設けることで、頚部及び転子間稜の両面からレファレンス部をワイヤで固定することができ、手術時における手術用補助具の固定安定性を高めることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the reference section includes a plurality of fixed wire insertion holes for inserting fixed wires, and the fixed wire insertion holes are provided in each of the first area and the second area. provided above.
By providing the fixing wire insertion holes in the first area and the second area, the reference part can be fixed with the wire from both sides of the neck and the intertrochanteric crest, and the fixation stability of the surgical aid during surgery is improved. can increase
本発明の好ましい形態では、前記ガイド部は、前記大腿骨頭から離間するよう設けられる。
ガイド部を大腿骨頭から離間させることで、大腿骨頭の状態を確認しつつガイドピンを挿入することができ、ピン挿入スピード等の調整が容易となる。
In a preferred form of the invention, the guide part is provided so as to be spaced apart from the femoral head.
By separating the guide portion from the femoral head, the guide pin can be inserted while confirming the state of the femoral head, and the pin insertion speed and the like can be easily adjusted.
また、本発明は、表面置換型人工股関節手術に用いる手術用補助具の設計方法であって、
患者の大腿骨の3D画像に基づいて、前記大腿骨頭に挿入するガイドピンの挿入位置及び角度を決定し、前記ガイド部を設計するガイド部設計工程と、
前記3D画像の転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状に基づいて、前記レファレンス部を設計するレファレンス部設計工程と、
前記ガイド部及び前記レファレンス部を接続する前記アーム部を設計する工程と、を含む、手術用補助具の設計方法に関する。
The present invention also provides a method for designing a surgical aid used in surface replacement type artificial hip joint surgery, comprising:
a guide portion designing step of determining an insertion position and angle of a guide pin to be inserted into the femoral head based on a 3D image of the patient's femur and designing the guide portion;
a reference part designing step of designing the reference part based on the shapes of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa in the 3D image;
and designing the arm portion connecting the guide portion and the reference portion.
また、本発明は、表面置換型人工股関節手術に用いる手術用補助具の製造方法であって、
患者の大腿骨の3D画像に基づいて、前記大腿骨頭に挿入するガイドピンの挿入位置及び角度を決定し、前記ガイド部を設計するガイド部設計工程と、
前記3D画像の転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状に基づいて、前記レファレンス部を設計するレファレンス部設計工程と、
前記ガイド部及び前記レファレンス部を接続する前記アーム部を設計する工程と、を含む、手術用補助具の製造方法にも関する。
The present invention also provides a method for manufacturing a surgical aid used in surface replacement type artificial hip joint surgery, comprising:
a guide portion designing step of determining an insertion position and angle of a guide pin to be inserted into the femoral head based on a 3D image of the patient's femur and designing the guide portion;
a reference part designing step of designing the reference part based on the shapes of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa in the 3D image;
and designing the arm portion connecting the guide portion and the reference portion.
本発明によれば、手術時に患者の大腿骨の適切な位置に容易且つ迅速に設置可能であり、ガイドピンの挿入時に大腿骨の規定位置から脱離することなく固定される、表面置換型人工股関節置換手術に適した手術用補助具を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a resurfacing prosthesis that can be easily and quickly placed at an appropriate position on a patient's femur during surgery and is fixed without detachment from a prescribed position on the femur when a guide pin is inserted. A surgical aid suitable for hip joint replacement surgery can be provided.
また、本発明によれば、上記手術用補助具を容易に製造するための設計方法及び製造方法を提供することができる。 Moreover, according to the present invention, it is possible to provide a design method and a manufacturing method for easily manufacturing the surgical aid.
以下、本実施例の手術用補助具1、その設計方法及び製造方法について説明するが、本発明は実施例に限定されず、適宜設計変更が可能である。
The
なお、本発明において、「ピン」及び「ワイヤ」とは、例えば、適度な強度を持つ棒状の部材であり、ステンレス等の金属製の部材であることが好ましい。ピン及びワイヤは、目的に応じて、適宜任意の直径のものを選択することができる。 In the present invention, the "pin" and "wire" are, for example, rod-shaped members having appropriate strength, and are preferably metal members such as stainless steel. Pins and wires of any diameter can be selected according to the purpose.
(1)手術用補助具
本実施例の手術用補助具1は、ガイド部2と、患者固有の大腿骨の一部の形状と合致するように設計された接触領域を有するレファレンス部3と、ガイド部2及びレファレンス部3を接続するアーム部4を備える。
以下、本実施形態について、図1~図3を参照しつつ、手術用補助具1の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
(1) Surgery Auxiliary Tool A
A preferred embodiment of the
図1に示す通り、ガイド部2は、ガイド部2の一部を貫通し、ガイドピンを挿入するための貫通孔21を備える。レファレンス部3は、患者固有の大腿骨の形状に合致する接触領域を備える。アーム部4は、レファレンス部3の形状に合わせて手術用補助具1を設置した際、適切な位置及び角度に貫通孔21が設けられるように、ガイド部2及びレファレンス部3を接続する。
術者は、患者の大腿骨の適切な位置に手術用補助具1を固定するだけで、貫通孔21に沿って適切な位置及び角度でガイドピンを挿入することができる。
As shown in FIG. 1, the
The operator can insert the guide pin along the through-
ここで、ガイド部2の形状及び大きさは特に限定されないが、好ましい一形態としては、例えば、円柱、角柱等の筒状の形状が挙げられる。本発明においては、ガイド部2が円柱であることが好ましい。
Here, the shape and size of the
ガイド部2の貫通孔21の長さは、任意の長さとすることができるが、以下に示す範囲とすることが好ましい。
すなわち、貫通孔21の長さの下限値は、好ましくは20mm以上、より好ましくは30mm以上である。貫通孔21の長さの下限値を上記範囲とすることで、ガイドピンの方向を正確に定めることができる。
貫通孔21の長さの上限値は、好ましくは45mm以下、より好ましくは40mm以下である。貫通孔21の長さの上限値を上記範囲とすることで、ガイドピンを挿入する際の抵抗を軽減させることができる。
The length of the through-
That is, the lower limit of the length of through-
The upper limit of the length of through-
レファレンス部3は、大腿骨の形状と合致する接触領域を備える。接触領域は、転子間稜53の形状に合致し、転子間稜53の隆起部分を覆うように設計された第1のエリア311と、大腿骨の頚部52の形状に合致する第2のエリア321と、前記転子間稜53と前記頚部52との間に位置する梨状窩54の形状に合致する第3のエリア322を含む(図1(b)及び(c)参照)。
なお、図2に示す通り、梨状窩54は、前記転子間稜53と前記頚部52の間に位置し、転子間稜53の内側に存在する窪みのことを示す。
The
It should be noted that, as shown in FIG. 2, the
図3は、本実施形態の手術用補助具1を患者の大腿骨近位部5に設置した3D画像を示す。このように、本実施形態の手術用補助具1は、大腿骨側部の限られた一部のみを接触領域とするが、転子間稜53、頚部52、梨状窩54の3点を接触領域とすることで、ガイドピンの挿入等の振動で位置がずれることなく、安定して大腿骨に固定される。
FIG. 3 shows a 3D image of the
また、転子間稜53、頚部52及び梨状窩54は、大腿骨頭51と異なり、病状の悪化と共に形状が変化しにくい領域である。そのため、上記3点をレファレンスとする接触領域の形状は、手術時においても患者の大腿骨の形状と誤差なく一致した形状となり得る。
Further, unlike the
転子間稜53の形状に合致する第1のエリア311は、転子間稜中央531部分に合致する形態であることが好ましい。
本発明の好ましい形態では、第1のエリア311は、転子間稜中央531部分を含む範囲であり、かつ、大転子55及び小転子56にかけて延びる前記転子間稜53の全長(図2(a)のL)に対し、所定の範囲内における転子間稜の形状と合致するよう設けられる。
The
In a preferred form of the present invention, the
前記所定の範囲における下限値は、転子間稜53の全長Lに対し、好ましくは1/4以上、より好ましくは1/3.5以上、より好ましくは1/3以上の範囲である。
上記範囲に第1のエリア311を設定することで、手術用補助具1の固定安定性が向上する。
The lower limit of the predetermined range is preferably 1/4 or more, more preferably 1/3.5 or more, and more preferably 1/3 or more of the total length L of the
By setting the
また、前記所定の範囲における上限値は、転子間稜53の全長Lに対し、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/2.5以下、より好ましくは1/3以下の範囲である。
上記範囲に第1のエリア311を設定することで、手術時に患者への侵襲性を最小限とすることができる。
The upper limit of the predetermined range is preferably 1/2 or less, more preferably 1/2.5 or less, and more preferably 1/3 or less of the total length L of the
By setting the
具体的には、第1のエリア311は、転子間稜の全長Lに対し、転子間稜中央531部分を含む約1/3の範囲の形状と合致することが好ましい。
Specifically, the
頚部52の形状に合致する第2のエリア321は、頚部52の全領域、すなわち頚部52の全周囲を占めるものではなく、頚部52の一部のみの形状に合致するよう設けられることが好ましい。本実施形態においては、第2のエリア321は、転子間稜53を有する頚部52後面の一部の形状に合致する形態であることが好ましい。
The
梨状窩54の形状に合致する第3のエリア322は、梨状窩54の有する窪みの形状に合致するよう設けられており、本実施形態においては、接触領域の他のエリアと異なり、突起状の形状を有する(図1参照)。
手術用補助具1は、第3のエリア322を有することで、梨状窩54の位置を目印にして設置位置を容易に認識することができ、手術中において器具の設置時間を短縮することができる。
The
Since the
また、図1に示す通り、本実施形態に係る手術用補助具1は、大腿骨後面の一部の領域に接触するようにレファレンス部3が設けられているため、頚部52の大部分を覆う既存のアライメントガイドよりも、大腿骨への着脱が容易となるといった利点を有する。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、本実施形態においては、図1に示すように、梨状窩54の付近に第2のエリア321を設け、頚部52の形状に合致する第2のエリア321と、梨状窩54の形状に合致する第3のエリア322を近接させた位置に設定することが好ましい。このような形態とすることで、第2のエリア321と第3のエリア322を1つのブロック(第2のブロック32)に設けることができ、レファレンス部3の大きさを最小限に抑えることができる。
Moreover, in the present embodiment, as shown in FIG. It is preferable to set a
また、レファレンス部3は、固定ワイヤを挿入するための固定ワイヤ挿入孔を有することが好ましい。固定ワイヤ挿入孔は、レファレンス部3の複数の場所に設けることができ、好ましくは、転子間稜53の形状に一致する第1のエリア311と、頚部52の形状に一致する第2のエリア321にそれぞれ設けられることが好ましい。本実施形態においては、手術用補助具1は、第1のエリア311に設けられた固定ワイヤ挿入孔311aと、第2のエリア321に設けられた固定ワイヤ挿入孔321aを備える(図1(b))。
第1のエリア311及び第2のエリア321に固定ワイヤ挿入孔を設けることで、手術用補助具1を転子間稜53と頚部52の2方面から固定することができ、手術用補助具1の固定安定性を高めることができる。
Moreover, the
By providing fixing wire insertion holes in the
また、図1に示す通り、アーム部4は、ガイド部2及びレファレンス部3を接続する。本実施形態においては、アーム部4は、ガイド部2が大腿骨頭51から離間するように、ガイド部2とレファレンス部3を接続する。
このようにガイド部2と大腿骨頭51を離間させることで、大腿骨頭51の状態を確認しつつガイドピンを挿入することができ、手術時におけるピン挿入スピード等の調整が容易となる。
Further, as shown in FIG. 1 , the
By separating the
アーム部4の形状は、ガイド部2及びレファレンス部3を、両部品の位置関係が変化しないように固定可能であれば特に限定されることはなく、例えば、図1に示すような曲線を有する立体形状とすることができる。
The shape of the
本実施形態に係る手術用補助具1は、耐久性があり、アルコール等の殺菌処理に耐性のある素材からなることが好ましい。具体的には、ABS樹脂、PLA樹脂、ASA樹脂、PET樹脂、PETG樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性アクリル樹脂、金属、石膏等を用いることができる。本発明においては、取得が容易でありかつ成型加工性に優れるといった点から、光硬化樹脂、ABS樹脂、PLA樹脂、PETG樹脂を用いることが好ましい。
The
(2)手術用補助具の設計方法
以下、本発明の手術用補助具1の設計方法(以下、単に設計方法という)について、さらに説明を加える。なお、上記(1)手術用補助具にて説明した手術用補助具の構成、寸法及び材料等に係る説明は、本発明の設計方法において援用するものとする。
(2) Method for Designing Surgery Auxiliary Tool Hereinafter, the method for designing the
本発明の設計方法は、患者の大腿骨の3D画像に基づいてガイド部を設計するガイド部設計工程S1と、3D画像の大腿骨の形状に基づいて、レファレンス部を設計するレファレンス部設計工程S2と、ガイド部及びレファレンス部を接続するアーム部を設計するアーム部設計工程S3と、を含む(図4)。 The design method of the present invention includes a guide portion designing step S1 for designing a guide portion based on a 3D image of a patient's femur, and a reference portion designing step S2 for designing a reference portion based on the shape of the femur in the 3D image. and an arm portion design step S3 for designing an arm portion connecting the guide portion and the reference portion (FIG. 4).
本発明の設計方法では、患者の大腿骨の3D画像に基づいて、手術用補助具の各パーツを設計する。患者の3D画像は、X線装置、磁気共鳴画像法(MRI)装置、コンピュータ断層撮影(CT)装置で撮影することにより取得することができる。本発明においては、骨の輪郭が明瞭な画像を用いるため、CT装置による撮像画像を用いることが好ましい。 In the design method of the present invention, each part of the surgical aid is designed based on the 3D image of the patient's femur. A 3D image of a patient can be obtained by imaging with an X-ray machine, a magnetic resonance imaging (MRI) machine, a computed tomography (CT) machine. In the present invention, it is preferable to use an image picked up by a CT apparatus, since an image with a clear contour of the bone is used.
患者の大腿骨頭は部分的に軟骨で覆われている場合があり、大腿骨頭の形状に合致した接触領域を設定する場合には、軟骨の形状も考慮して接触領域の形状を特定する必要がある。しかし、上記転子間稜、頚部及び梨状窩は軟骨で覆われておらず、軟骨を検出できない単純X線装置やCTスキャナー等の画像であっても適切に利用できる。すなわち、本発明の設計方法では、軟骨が検出されていなくとも、骨の形状を特定できる画像であれば利用できるといった利点がある。 A patient's femoral head may be partially covered with cartilage, and when setting a contact area that matches the shape of the femoral head, it is necessary to specify the shape of the contact area by considering the shape of the cartilage as well. be. However, the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa are not covered with cartilage, and images obtained by a simple X-ray device, CT scanner, or the like, which cannot detect cartilage, can be used appropriately. In other words, the design method of the present invention has the advantage that even if cartilage is not detected, any image that can identify the shape of the bone can be used.
ガイド部設計工程S1では、貫通孔を備えるガイド部を設計する。該貫通孔は、ガイドピンの位置及び角度をガイドするものである。
ガイド部の形状は特に限定されないが、好ましくは、円柱型である。
In the guide portion designing step S1, a guide portion having a through hole is designed. The through hole guides the position and angle of the guide pin.
Although the shape of the guide portion is not particularly limited, it is preferably cylindrical.
レファレンス部設計工程S2では、患者の大腿骨の3D画像のうち、転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状に基づいて、レファレンス部を設計する。具体的には、転子間稜、頚部、及び梨状窩の各領域について、レファレンスとする部分を設定し、該レファレンス部分と合致する形状となるように、本発明における接触領域を設計する。
転子間稜、頚部、及び梨状窩の各接触領域の設定範囲については、上記(1)手術用補助具の記載を援用する。
In the reference part designing step S2, the reference part is designed based on the shapes of the intertrochanteric crest, the neck, and the pyriform fossa in the 3D image of the patient's femur. Specifically, reference portions are set for each region of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa, and the contact region in the present invention is designed so as to have a shape that matches the reference portions.
Regarding the set ranges of the contact areas of the intertrochanteric crest, the neck, and the pyriform fossa, the above description of (1) Surgery aid is used.
接触領域の設計は、転子間稜、頚部、及び梨状窩の部位について独立して行ってもよいし、複数の部位をまとめて設計してもよい。例えば、転子間稜に対する接触領域(第1のエリア)を含むブロック(第1のブロック)と、頚部に対する接触領域(第2のエリア)及び梨状窩に対する接触領域(第3のエリア)を含むブロック(第2のブロック)をそれぞれ設計する形態とすることができる(図1参照)。 The contact area may be designed independently for the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa, or multiple sites may be designed collectively. For example, a block (first block) containing a contact area (first area) for the intertrochanteric crest, a contact area (second area) for the neck, and a contact area (third area) for the pyriform fossa It is possible to adopt a form in which each block (second block) including the block is designed (see FIG. 1).
次いで、アーム部設計工程S3では、ガイド部とレファレンス部が適切な配置となるように、両部品を接続するアーム部を設計する。具体的には、レファレンス部の形状に合わせて手術用補助具を固定した際、ガイド部がガイドピンの正しい挿入位置及び角度を示すように、ガイド部及びレファレンス部をアーム部で接続する。
また、アーム部の形状は特に限定されず、任意の形状とすることができるが、アーム部が大腿骨頭と接触しないように、曲線を有する立体形状とすることが好ましい。
Next, in the arm portion designing step S3, an arm portion that connects the two parts is designed so that the guide portion and the reference portion are appropriately arranged. Specifically, when the surgical aid is fixed in accordance with the shape of the reference portion, the arm portion connects the guide portion and the reference portion so that the guide portion indicates the correct insertion position and angle of the guide pin.
The shape of the arm portion is not particularly limited and may be any shape, but it is preferable to have a three-dimensional shape with curved lines so that the arm portion does not come into contact with the femoral head.
なお、本発明の設計方法において、ガイド部設計工程S1とレファレンス部設計工程S2の作業順序は限定されるものではない。すなわち、本発明の設計方法は、ガイド部設計工程S1、レファレンス部設計工程S2を順に行った後、アーム部設計工程S3を行う形態であってもよいし、レファレンス部設計工程S2、ガイド部設計工程S1を順に行った後に、アーム部設計工程S3を行う形態であってもよい。 In the design method of the present invention, the work order of the guide portion designing step S1 and the reference portion designing step S2 is not limited. That is, the design method of the present invention may perform the arm designing step S3 after sequentially performing the guide designing step S1 and the reference designing step S2. The arm portion designing step S3 may be performed after performing the step S1 in order.
また、本発明の設計方法は、レファレンス部に固定ワイヤを挿入するための固定ワイヤ挿入孔を設ける工程を備えてもよい。固定ワイヤ挿入孔は、レファレンス部の複数の場所に設けることができ、好ましくは、第1のエリアと、第2のエリアにそれぞれ設計されることが好ましい。 Moreover, the design method of the present invention may comprise a step of providing a fixed wire insertion hole for inserting a fixed wire in the reference portion. The fixed wire insertion holes can be provided at multiple locations in the reference part, and are preferably designed in the first area and the second area, respectively.
また、本発明の設計方法は、好ましくは、患者の大腿骨の3D画像を用いてソフトウェア上で3Dモデルを構築し、手術用補助具のモデリングを行う。モデリングは、既存のComputer Aided Design(CAD)/Computer Aided Manufacturing(CAM)/Computer Aided Engineering(CAE)ソフト(例えば、AUTODESK社のFUSION360)等を用いて行うことができる。
3Dモデルを構築し手術用補助具の設計を行うことで、3Dモデルにより決定した手術プランに合致するようにシュミレーションしつつ、患者固有の手術用補助具を容易に設計することができる。
Also, in the design method of the present invention, preferably, a 3D image of the patient's femur is used to construct a 3D model on software to model the surgical aid. Modeling can be performed using existing computer aided design (CAD)/computer aided manufacturing (CAM)/computer aided engineering (CAE) software (for example, AUTODESK's FUSION360).
By constructing a 3D model and designing a surgical aid, it is possible to easily design a patient-specific surgical aid while simulating a surgical plan determined by the 3D model.
以下、3Dモデルを用いた本発明の実施形態について、詳細に説明する。なお、ソフトウェアの基本的な操作等は、不明確とならない範囲で適宜省略する。 Embodiments of the invention using 3D models are described in detail below. Note that the basic operation of the software will be omitted as appropriate to the extent that it is not unclear.
初めに、ガイド部設計工程S1において、大腿骨頭を含む患者の大腿骨近位部の3Dモデル(以下、大腿骨モデルという)を構築する。
続いて、得られた大腿骨モデルを用いて、手術時における大腿骨頭の骨切りプランの決定及びガイド部の設計を行う。ガイド部の設計は、3Dモデルを用いて大腿骨頭の骨切りの位置及び角度を決定し、当該骨切りの位置及び角度を再現できるガイド部のモデル(以下、ガイド部モデルという)を作製することにより行う。
First, in the guide portion designing step S1, a 3D model of the patient's proximal femur including the femoral head (hereinafter referred to as the femur model) is constructed.
Subsequently, using the obtained femoral model, an osteotomy plan for the femoral head at the time of surgery is determined and a guide portion is designed. For the design of the guide part, a 3D model is used to determine the osteotomy position and angle of the femoral head, and a model of the guide part (hereinafter referred to as the guide part model) that can reproduce the osteotomy position and angle is produced. done by
ガイド部モデルの具体的な設計は、以下の手順で行うことができる。
まず、大腿骨頭の骨切りに使用する円柱リーマーのモデル(以下、円柱モデルという)を作製する。通常、術者は、円柱リーマーの中心部に有する貫通孔にガイドピンを挿入し、ガイドピンの誘導に従って円柱リーマーを大腿骨頭に押し当て、骨切りを行う。そのため、円柱モデルは、円柱リーマーと同一の直径、及び同一の位置に貫通孔を有するように設計されることが好ましい。
円柱モデルの作製後、大腿骨頭の骨切りにおける円柱リーマーの位置及び角度を、該円柱モデル及び大腿骨モデルを用いて決定する。この時、円柱モデルを大腿骨モデルの大腿骨頭に接触させることで、円柱モデルの位置及び角度を決定する。その後、円柱モデルを、同一中心軸に沿って大腿骨頭から離間した位置に移動させ、円柱モデルの直径を任意の大きさに調整し、本発明に係るガイド部モデルとする。
このようにして、円柱リーマーの中心軸と同一中心軸を有する、円柱型のガイド部モデルを設計することができる。
A specific design of the guide part model can be performed by the following procedure.
First, a cylindrical reamer model (hereinafter referred to as a cylindrical model) used for osteotomy of the femoral head is produced. Usually, an operator inserts a guide pin into a through hole provided in the center of the cylindrical reamer, and presses the cylindrical reamer against the femoral head according to the guidance of the guide pin to perform osteotomy. Therefore, the cylinder model is preferably designed to have the same diameter and the same location of the through hole as the cylinder reamer.
After creating the cylinder model, the position and angle of the cylinder reamer in the osteotomy of the femoral head are determined using the cylinder model and the femur model. At this time, the position and angle of the cylindrical model are determined by bringing the cylindrical model into contact with the femoral head of the femur model. After that, the cylindrical model is moved along the same central axis to a position away from the femoral head, and the diameter of the cylindrical model is adjusted to an arbitrary size to obtain a guide part model according to the present invention.
In this way, a cylindrical guide part model can be designed that has the same central axis as that of the cylindrical reamer.
さらに、ガイド部モデルの中心軸に沿って、ガイド部モデルの2つの底面を貫通するように、ガイドピンを挿入するための貫通孔を作製する。該貫通孔の作製は、ガイド部モデルの作製時に行ってもよいし、各部品を結合した後に行ってもよい。 Furthermore, a through-hole for inserting a guide pin is made along the central axis of the guide part model so as to penetrate through the two bottom surfaces of the guide part model. The through-holes may be produced when the guide part model is produced, or may be produced after connecting the parts.
次いで、レファレンス部設計工程S2において、大腿骨と接触する接触領域を有するレファレンス部のモデル(以下、レファレンス部モデルという)を設計する。3Dモデルを作製する本実施形態においては、転子間稜に対する接触領域(第1のエリア)を含むブロック(第1のブロック)と、頚部に対する接触領域(第2のエリア)及び梨状窩に対する接触領域(第3のエリア)を含むブロック(第2のブロック)とを備える2ブロック構造とすることが好ましい。 Next, in the reference part designing step S2, a reference part model (hereinafter referred to as a reference part model) having a contact area that contacts the femur is designed. In this embodiment of creating a 3D model, a block (first block) containing the contact area (first area) for the intertrochanteric crest and a contact area (second area) for the neck and for the pyriform fossa A two-block structure comprising a block (second block) containing the contact area (third area) is preferred.
具体的には、初めに、所定の大きさに設定した第1のブロックのモデル及び第2のブロックのモデルを作製し、該ブロックのモデルを大腿骨モデルの適切な位置に配置する。その後、各ブロックモデルにおいて、大腿骨モデルとの接触部分について大腿骨モデルの形状に沿って不要部分を切り出すことで、患者固有の形状を有する接触領域を備えた、ブロックモデルを作製することができる。
このように2つのブロックに分けて設計を行うことで、上記3点の接触領域を素早く決定することができ、レファレンス部を容易に設計することができる。
Specifically, first, a first block model and a second block model set to a predetermined size are produced, and the block models are placed at appropriate positions on the femur model. After that, in each block model, by cutting out an unnecessary portion along the shape of the femur model for the contact portion with the femur model, a block model having a contact area having a patient-specific shape can be produced. .
By dividing the design into two blocks in this manner, the contact areas of the three points can be quickly determined, and the reference portion can be easily designed.
なお、接触領域の各エリアの設定位置の詳細な説明は、(1)手術用補助具の記載を援用する。 The detailed description of the set positions of the respective areas of the contact area is referred to the description of (1) Surgery assisting device.
次いで、アーム部設計工程S3において、大腿骨頭上部に適切な位置及び角度で固定されたガイド部モデルと、大腿骨モデルの適切な位置に固定されたレファレンス部モデルの間を接続するように、アーム部のモデル(以下、アーム部モデルという)を配置する。アーム部モデルを配置後、ガイド部モデル、レファレンス部モデル、及びアーム部モデルを結合させることで、一体型モデルを作製する。 Next, in the arm part designing step S3, the arms are designed to connect between the guide part model fixed at the appropriate position and angle on the upper part of the femoral head and the reference part model fixed at the appropriate position of the femoral model. A model of the arm (hereinafter referred to as an arm model) is arranged. After arranging the arm model, the guide model, the reference model, and the arm model are combined to produce an integrated model.
上述のように3Dモデルを作製して手術用補助具の設計を行うことで、ガイド部及びレファレンス部の位置を容易に決定することができ、設計の負担を軽減しつつも患者固有性の高い手術用補助具を設計することができる。 By creating a 3D model and designing the surgical aid as described above, it is possible to easily determine the positions of the guide part and the reference part. Able to design surgical aids.
(3)手術用補助具の製造方法
また、本発明は、手術用補助具1の製造方法(以下、単に製造方法という)にも関する。
本発明の製造方法は、患者の大腿骨の3D画像に基づいてガイド部を設計するガイド部設計工程S1と、3D画像の大腿骨の形状に基づいて、レファレンス部を設計するレファレンス部設計工程S2と、ガイド部及びレファレンス部を接続するアーム部を設計するアーム部設計工程S3と、を含み、レファレンス部は、3D画像の転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状に基づいて設計される。
(3) Manufacturing method of surgical aid The present invention also relates to a manufacturing method of the surgical aid 1 (hereinafter simply referred to as manufacturing method).
The manufacturing method of the present invention includes a guide portion designing step S1 for designing a guide portion based on a 3D image of a patient's femur, and a reference portion designing step S2 for designing a reference portion based on the shape of the femur in the 3D image. and an arm portion design step S3 for designing an arm portion connecting the guide portion and the reference portion, wherein the reference portion is designed based on the shape of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa in the 3D image. be.
本発明の製造方法では、上記(2)手術用補助具の設計方法によって得られた設計データを用いて、手術用補助具を製造することができる。本発明に係る手術用補助具は、得られた設計データに基づき作製した金型を用いて製造することもできるし、3Dの設計データを作製後、三次元積層造形法により製造することもできる。
本発明においては、3Dプリンタ等を用いて、三次元積層造形法により手術用補助具を製造することが好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, the surgical aid can be manufactured using the design data obtained by the method (2) for designing the surgical aid. The surgical aid according to the present invention can be manufactured using a mold manufactured based on the obtained design data, or can be manufactured by a three-dimensional additive manufacturing method after preparing 3D design data. .
In the present invention, it is preferable to manufacture a surgical aid by a three-dimensional layered manufacturing method using a 3D printer or the like.
3Dプリンタを用いた製造方法は、既存の製法を採用することができるが、例えば、得られた3Dの設計データを適切なファイル形式(STLファイル等)に変換した後、既存のスライスソフト等を用いてプリント用のスライスファイルを作成し、該スライスファイルを3Dプリンタに読み込ませることで三次元立体形状を造形することができる。 The manufacturing method using a 3D printer can adopt an existing manufacturing method, but for example, after converting the obtained 3D design data into an appropriate file format (STL file etc.), existing slice software etc. A three-dimensional solid shape can be formed by creating a slice file for printing using it and reading the slice file into a 3D printer.
本発明の製造方法に用いる製法は特に限定されず、例えば、FDM(Fused Deposition Modeling:熱溶解積層)方式、光造形方式、材料噴射法、粉末接着方式等を適宜選択することができる。また、三次元積層造形の際に用いる原材料も特に限定されず、既存の熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等を用いることができる。
本発明においては、取得が容易でありかつ成型加工性に優れるといった点を踏まえ、光硬化性樹脂を用いた光造形型方式、あるいはFDM方式により手術用補助具全体を造形することが好ましい。
The manufacturing method used in the manufacturing method of the present invention is not particularly limited, and for example, an FDM (Fused Deposition Modeling) method, a stereolithography method, a material injection method, a powder bonding method, or the like can be appropriately selected. In addition, the raw material used for three-dimensional layered manufacturing is not particularly limited, and existing thermosetting resins, photocurable resins, and the like can be used.
In the present invention, it is preferable to shape the surgical aid as a whole by a stereolithography method using a photo-curing resin or an FDM method, considering that it is easy to obtain and excellent in molding processability.
本発明の製造方法によれば、患者固有の手術用補助具を、簡便かつ容易に製造することができる。 According to the production method of the present invention, a patient-specific surgical aid can be produced simply and easily.
なお、本発明の製造方法に係る手術用補助具の具体的な設計方法は、(1)手術用補助具及び(2)手術用補助具の設計方法の記載を援用する。 For the specific design method of the surgical aid according to the manufacturing method of the present invention, the descriptions of (1) the surgical aid and (2) the design method of the surgical aid are used.
本発明は、人工股関節置換手術等の医療器具、及びその製造に応用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to medical instruments such as artificial hip joint replacement surgery and the manufacture thereof.
1 手術用補助具
2 ガイド部
21 貫通孔
3 レファレンス部
31 第1のブロック
311 第1のエリア
311a 固定ワイヤ挿入孔
32 第2のブロック
321 第2のエリア
321a 固定ワイヤ挿入孔
322 第3のエリア
4 アーム部
5 大腿骨近位部
51 大腿骨頭
52 頚部
53 転子間稜
531 転子間稜中央
54 梨状窩
55 大転子
56 小転子
L 転子間稜の全長
S1 ガイド部設計工程
S2 レファレンス部設計工程
S3 アーム部設計工程
1
Claims (6)
ガイドピンを挿入する貫通孔を有するガイド部と、
患者固有の大腿骨の一部の形状と合致するように設計された接触領域を有するレファレンス部と、
前記ガイド部及びレファレンス部を接続するアーム部と、
を備え、
前記ガイド部は、大腿骨頭へのガイドピンの挿入位置及び角度を決定し、
前記接触領域は、転子間稜の形状に合致し、前記転子間稜の隆起部分を覆うように設計された第1のエリアと、前記大腿骨の頚部の形状に合致する第2のエリアと、前記転子間稜と前記頚部との間に位置する梨状窩の形状に合致する第3のエリアと、を備える、手術用補助具。 A surgical aid used in surface replacement type artificial hip joint surgery,
a guide portion having a through hole for inserting the guide pin;
a reference portion having a contact area designed to match the shape of a patient-specific portion of the femur;
an arm portion connecting the guide portion and the reference portion;
with
The guide part determines the insertion position and angle of the guide pin into the femoral head,
The contact area has a first area that conforms to the shape of the intertrochanteric crest and is designed to cover the ridge of the intertrochanteric crest and a second area that conforms to the shape of the neck of the femur. and a third area conforming to the shape of a pyriform fossa located between the intertrochanteric crest and the neck.
前記固定ワイヤ挿入孔は、前記第1のエリア及び前記第2のエリアのそれぞれに1以上設けられる、請求項1又は2に記載の手術用補助具。 The reference part has a plurality of fixed wire insertion holes for inserting fixed wires,
The surgical aid according to claim 1 or 2, wherein one or more fixing wire insertion holes are provided in each of the first area and the second area.
患者の大腿骨の3D画像に基づいて、前記大腿骨頭に挿入するガイドピンの挿入位置及び角度を決定し、前記ガイド部を設計するガイド部設計工程と、
前記3D画像の転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状に基づいて、前記レファレンス部を設計するレファレンス部設計工程と、
前記ガイド部及び前記レファレンス部を接続する前記アーム部を設計する工程と、を含む、手術用補助具の設計方法。 A method for designing a surgical aid according to any one of claims 1 to 4,
a guide portion designing step of determining an insertion position and angle of a guide pin to be inserted into the femoral head based on a 3D image of the patient's femur and designing the guide portion;
a reference part designing step of designing the reference part based on the shapes of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa in the 3D image;
and designing the arm portion connecting the guide portion and the reference portion.
患者の大腿骨の3D画像に基づいて、前記大腿骨頭に挿入するガイドピンの挿入位置及び角度を決定し、前記ガイド部を設計するガイド部設計工程と、
前記3D画像の転子間稜、頚部、及び梨状窩の形状に基づいて、前記レファレンス部を設計するレファレンス部設計工程と、
前記ガイド部及び前記レファレンス部を接続する前記アーム部を設計する工程と、を含む、手術用補助具の製造方法。
A method for manufacturing the surgical aid according to any one of claims 1 to 4,
a guide portion designing step of determining an insertion position and angle of a guide pin to be inserted into the femoral head based on a 3D image of the patient's femur and designing the guide portion;
a reference part designing step of designing the reference part based on the shapes of the intertrochanteric crest, neck, and pyriform fossa in the 3D image;
and designing the arm portion connecting the guide portion and the reference portion.
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