JP4025508B2 - 固定手段を何処に配置するかを決定する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寛骨（ヒップ）の骨折に対して固定手段を何処に配置するかを決定するための方法および装置、ならびに上記方法から得られるデータによって制御される上記固定手段の取り付けを行う装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
例えば、寛骨（ヒップ）の骨折の外科的処置（手術）に関する今日の方法には多くの職人の熟練した技能を必要とする。脚部に損傷を受けた患者は骨折処置台上に仰向けに寝かされて、整復処置が施される。損傷を受けた脚の足部（フット）は特別に作られた靴にしっかりと固定される。骨折が整復するまで牽引および回転が加えられる。
【０００３】
通常、損傷を受けた脚は、その脚に相当に大きな力が加えられない限り動かないようにしっかりと固定される。２個の直角をなすＸ線撮影装置すなわち前後方向（ＡＰ）および横方向（Ｌａｔ）の投影装置を備えた可動性のＸ線撮影装置、“Ｃ−アーム”により整復の品質（状態）がチェックされる。整復の結果は上記少なくとも２枚のＸ線写真によってのみ診断することができ、寛骨（ヒップ）の回転状態の変化の修正は不可能である。
【０００４】
骨折した骨の部分を固定するためにネジが挿入される。ネジは、そのネジ用のガイド（案内）孔をあける手持ちのドリルによって挿入され、そのため外科医は上記２枚の直交するＸ線写真からドリルの位置を判断し、そのドリルの位置を３次元的に手動で調整しなければならず、これは非常に困難な作業である。
【０００５】
不幸にして、しばしばネジをくり返し挿入する必要がある。ネジをくり返し挿入すると、大腿骨のネックの骨組織を破壊することになる。
【０００６】
寛骨（ヒップ）骨折の手術を施した後にその品質をチェックすることができるようにするために、手術後の固定手段の位置を測定するための方法が開発された。これは、本発明の発明者によってこの発明者の論文“Internal Fixation of Femoral Neck Fractures（大腿骨のネック部の骨折の内部固定）”、ストックホルム １９９３、ＩＳＢＮ ９１−６２８−０８０４−４、で紹介されている。しかしながら、この方法は手術後の品質のチェックおよび科学的統計のためにのみ使用され、この方法を、固定手段を取り付け且つ大腿骨の骨折を可能な限り最良の方法で容易に治すために、上記大腿骨の骨折部分の何処にどのように孔をあけるかを決定するために使用できるように、上記の方法を修正、変更することは行われなかったし、また上記の修正、変更を行うことは当業者にとって容易ではなかった。
【０００７】
今日、整形外科では、精密技術により移植組織片を手で挿入する精巧な高度先端技術を普及させてきた。移植組織片を手で挿入することは、今日の医療現場で例えば１０年の訓練を積んだ高度に熟練した整形外科医の仕事である。
【０００８】
多くの負傷者が集められる診断分野（グループ）では、施された手術の結果は実現可能なレベルよりも満足できるものではない。寛骨（ヒップ）の骨折もこの診断分野に属し、スエーデンだけで年間約１８０００件の事故が発生しており、そのうちの９０００件は大腿骨頸部（cervical）であり、９０００件は大転子（pertrochanteric）であり、約１０億４千万スエーデンクローネの支出になっている。
【０００９】
この種の骨折に対して開発された１００以上の種々の固定方法があるにもかかわらず、実施された手術の結果は比較的低品質であった。大腿骨頸部骨折全体の約３５％が治癒せず、その２０％が１〜２年以内に再度切開する必要があった。大転子の骨折については、１０％が治癒せず、その４％が再度切開する必要があった。あらゆる再手術に１８５，０００スエーデンクローネを必要とする。
【００１０】
再切開の割合がこのように高い主たる理由は、後の治癒期間中骨折部を一緒に保持する固定用ネジの位置決め（配置）が不適切なためであることは外科医や他の専門家の間で認められている。これについてはレーンバーグ（Rehnberg）氏およびオレルド（Olerud）氏の論文 “Fixation of femoral neck fractures: comparison of the Uppsala and Von Bahr screws（大腿骨頸部骨折の固定：ウブサラおよびフォン バール・ネジの比較）”、Acta Orthop Scand 60、1989年発行、p.579-584を参照されたし。
【００１１】
１回の再手術に１８５，０００スエーデンクローネの費用を考えると、このような再手術の割合を５０％減ずると、年間の手術の費用を１億６千万スエーデンクローネ節約することができる。大きなスエーデンの病院では約８００万スエーデンクローネ節約することができ、骨折患者にとっても安心であることは云うまでもない。
【００１２】
外科手術を支援する周知の装置は所謂ROBODOC（登録商標）手術アシスタント・システムである。ROBODOC（登録商標）ロボットは、セメントを必要としない人工的補充物を配置するための大腿骨チャネル（管）を正確に準備することができる。
【００１３】
骨折に関連する手術で必要とされる手による手術技法、および分析を行うための何らの工具（道具）も使用することなく手術および外科的処置期間中リアルタイムで上記Ｘ線写真によって行われる判断により、手術中の患者および手術に従事する人員に対するＸ線照射量は必要以上に高くなる。
【００１４】
従って、整形外科手術を準備し、支援するに当たって外科医を助けることができる方法および装置を提供することが好都合である。このような方法および装置は特許請求の範囲の独立項に記載されている。本発明の特定の実施例は特許請求の範囲の各従属項に記載されている。従って、本発明の方法および装置、ならびにその細部は上記のような効果をもたらすものである。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は、一般的には寛骨（ヒップ）の骨折について固定手段を何処に配置するかを決定するために使用される方法ならびに外科医を助けるために使用される装置に関するものである。この装置は上記方法から得られたデータにより制御される。上記の方法は、骨折部を見つけるために撮られた通常のＸ線写真からデータを得る。従って、この方法は診断後で何らかの医学的処理が行われる前に適用される。
【００１６】
従って、本発明は、上記骨折部の少なくとも１枚の前後方向および少なくとも１枚の横方向のディジタル化されたＸ線写真を手術前に分析することによって寛骨（ヒップ）の骨折部の何処に固定手段を配置すべきかを３次元的に決定する方法を提供するものである。本発明による方法は次のステップ、すなわち、
上記写真から分析された大腿骨の幹軸（シャフト軸：shaft axis）をこの幹軸上の少なくとも２個の中間点から決定してその中間点を通る線を引くステップと、
大腿骨のネック軸上の少なくとも２個の中間点から上記分析された大腿骨のネック軸を決定してその中間点を通る線を引くステップと、
大腿骨のネックの角度を決定するステップと、
大腿骨の頭部（ヘッド）の周辺全体に円を配置して上記写真から上記大腿骨の頭部の直径を決定するステップと、
大腿骨の頭部の球と大腿骨の中心ネック軸との交点において、大腿骨のネック軸に垂直な線を引くことによって上記Ｘ線写真から上記大腿骨のネック部の直径を決定するステップと、
上記ディジタル化されたＸ線写真で大腿骨の幹軸とＹ軸との間の角度と、ＡＰおよびＬａｔの双方の投影における大腿骨の頭部の上記直径とを使用して、上記Ｘ線写真を予め決められた寸法、位置にスケーリング（縮尺）し、回転させるステップと、
上記頭部の直径から暗黙のうちに（潜在的に、絶対的に）知られる寛骨（ヒップ）の骨折の残留変位（ずれ）を表わす、上記大腿骨のネック軸からこのネック軸に垂直な上記大腿骨の頭部の中心までの距離を測定するステップと、
前後方向の写真から医学的皮質の高さを決定するステップと、
上記大腿骨のネックの角度を表示させるステップと、
大腿骨の頭部とネックの断面を予め決定された精度で構成し、表示させるステップと、
骨折によって受けた寛骨（ヒップ）の回転（デローテーション：derotation）角を決定するために大腿骨の頭部とネックの上記断面を回転させるステップと、
上記前後方向および横方向のＸ線写真で寛骨（ヒップ）の回転角を表示させるステップと、
上記固定手段を取り付けるために３次元的に位置を決定し、その位置で工具を動作させるように事前調整するために装置で上記の各ステップを使用するステップと、
を含んでいる。
【００１７】
一実施例では、大腿骨のネックの角度は上記ディジタル化された写真中で線および数値として表示され、上記の数値が変化すると上記の線は自動的に引き直される。
【００１８】
他の実施例は、上記固定手段用の記号（ symbols ：シンボル）が大腿骨のネック部の断面内に配置されることを含んでいる。
【００１９】
さらに他の実施例は、上記固定手段が上記ディジタル化されたＸ線写真中で頭部またはネックの外に配置されると付勢される警告機能を含んでいる。
【００２０】
取り付け用の固定手段は、本発明の一実施例に従って行われる測定に関連して上記断面中で自動的に表示される。
【００２１】
さらに他の実施例は、ディジタル化されたＸ線写真中で固定手段に対する記号を書込む（記録する）ための手段を具えている。
【００２２】
本発明のさらに他の実施例は、上記の線は少なくとも３個の中間点から引かれた回帰直線であることを含んでいる。
【００２３】
本発明による装置は、上記骨折の少なくとも１枚の前後方向および１枚の横方向のディジタル化されたＸ線写真を分析することによって、寛骨（ヒップ）の骨折部に固定手段を取り付ける。この装置は、
上記写真から大腿骨の幹軸（シャフト軸：shaft axis）をこの幹軸上の少なくとも２個の中間点から決定して上記中間点を通る線を引く測定手段と、
上記ネック軸上の少なくとも２個の中間点から大腿骨のネック軸を決定してその中間点を通る線を引く測定手段と、
大腿骨のネックの角度を測定する測定手段と、
大腿骨の頭部の周辺全体に円を配置して上記写真から上記大腿骨の頭部の直径を測定する測定手段と、
大腿骨の頭部の球と大腿骨の中心ネック軸との交点において、大腿骨のネック軸に垂直な線を引くことによって上記Ｘ線写真から上記大腿骨のネックの直径を測定する測定手段と、
上記ディジタル化されたＸ線写真で大腿骨の幹軸とＹ軸との間の角度と、ＡＰおよびＬａｔの双方の投影における大腿骨の頭部の上記直径とを使用して、上記Ｘ線写真を予め決められた寸法、位置に縮尺（スケーリング）し、回転させるための駆動手段または機能と、
上記大腿骨の頭部の直径から暗黙のうちに（潜在的に、絶対的に）知られる骨折の残留変位（ずれ）を表わす、上記大腿骨のネックの軸からそのネック軸に垂直な上記大腿骨の頭部の中心までの距離を測定する測定手段と、
上記前後方向のＸ線写真から医学的皮質の高さを測定する測定手段と、
上記ネックの角度を表示する表示手段と、
大腿骨の頭部と大腿骨のネックの断面を予め決定された精度で表示する表示手段と、
骨折によって受けた上記頭部とネックとの間の寛骨（ヒップ）の回転（デローテーション：derotation）角を測定するために大腿骨の頭部とネックの上記断面を回転させる駆動手段または機能と、
上記前後方向および横方向のＸ線写真で寛骨（ヒップ）の回転を表示させる表示手段と、を含み、
上記表示手段は、工具手段を具えたロボットに制御入力を供給して、このロボットをその制御入力によって与えられる方向に動作させるものであり、
さらに、Ｘ線歪みを補償する歪み修正手段を含んでいる。
【００２４】
一実施例では、上記表示手段によって大腿骨のネックの角度は上記ディジタル化された写真中で線および数値として表示され、上記の数値が変化すると上記の線はグラフィック手段によって自動的に引き直される。
【００２５】
他の実施例は、上記固定手段用の記号が大腿骨のネック部の断面内に配置され、上記表示手段によって表示されることを含んでいる。
【００２６】
さらに他の実施例は、上記固定手段が上記ディジタル化されたＸ線写真中で大腿骨の頭部およびネックの外に配置されると警告機能を付勢する。
【００２７】
さらに他の実施例は、取り付け用の固定手段は、実施された測定に関連して上記写真中に自動的に表示されることを含んでいる。
【００２８】
本発明の一実施例では、ディジタル化されたＸ線写真中に固定手段用の記号を書込む（記録する）ための手段が設けられてる。
【００２９】
本発明の装置のさらに他の実施例は、上記の線は少なくとも３個の中間点から引かれた回帰直線であることを含んでいる。
【００３０】
以下の添付の図面を参考にした詳細な説明を参照することにより本発明ならびに本発明の目的、効果をより完全に理解することができよう。
【００３１】
【好ましい実施の形態】
骨折した部分の何処にネジ、ピン、釘のような固定手段を配置すべきかをより正確に決定するために、本発明はその作業のために特に開発された方法を提案するものである。寛骨（ヒップ）の骨折についてこゝで説明した方法および装置は、単なる説明のためのものであって、本発明をこれに限定することを意図したものではない。
【００３２】
本発明で使用される技術を採用すると、寛骨（ヒップ）骨折の手術に当たって固定用ネジを取り付けるときに±１．０mmの精度を達成することができ、さらにネジの長さ、ネジの固定角、骨折の変位（ずれ）の程度を測定することができる。本発明によれば、上記の方法は実施された手術からディジタル化されたＸ線写真を記録し、また品質のチェックおよび科学的な研究のために患者の記録をデータベースの形で記録するための手段を提供する。
【００３３】
従来技術による大腿骨ネックの骨折のＸ線写真では、分析された大腿骨のネック軸に関連したピンまたはネジの位置は、前後方向（ＡＰ）および横方向（Ｌａｔ）の両方の投影における大腿骨の頭部の中心からピンまたはネジまでの距離と同じ距離に配置された任意の点から分析された大腿骨のネック軸までの距離を測定することによって決定することができる。次の基準が満たされると正確な位置を求めることができる。
【００３４】
１．前後方向および横方向のＸ線極板は大腿骨のネック軸に平行で且つ互いに直交しており、また前後方向のＸ線極板は大腿骨の幹軸に平行になっている。
２．前後方向および横方向の投影における中心Ｘ線ビームの方向は大腿骨のネック軸に垂直である。
３．前後方向および横方向の投影の倍率（拡大率）は等しい。
【００３５】
逆の方法、すなわちピンまたはネジを可能な最良の方法で何処に配置するかを決定する方法が本発明によって提案された。
【００３６】
空間中で大腿骨のネックの位置を調整するためにイメージ増強装置を使用することにより、上記の基準１〜３を満たすことができる。しかしながら、これは時間がかかり、日常の決まりきった診察（試験）では実用的でない。内部で固定された大腿骨のネック部の骨折の通常のＸ線写真では、寛骨（ヒップ）の回転が連続する診断中および連続する露光中に変化し、すなわち、上記の基準１〜３を満たすことができなくなる。上記のＸ線写真からピン／ネジを配置する位置を決定するために、回転された投影は直線状の前後方向（ＡＰ）および横方向（Ｌａｔ）投影になるように回転（derotation）させなければならない。これは決まりきったＸ線写真が分析されるときは直観的に実行されるが、この回転（derotation）は主観的なもので、再現性はない。
【００３７】
しかしながら、回転（derotation）角オメガ（Ω）を決定することによって、寛骨（ヒップ）の回転を再現可能な方法で補償することが可能になる。
【００３８】
図１には数学的計算のために記号が付けられた大腿骨の構成が斜視図の形で概略的に示されている。図１による寛骨（ヒップ）の骨折について実施された手術後に固定手段を何処に配置すべきかを決定するために使用される方法は、前述のように従来技術によるものである。このような方法は、本願発明者の研究論文“Internal Fixation of Femoral Neck Fracture（大腿骨のネックの骨折の内部固定）”、ストックホルム、１９９３年、ＩＳＢＮ ９１−６２８−０８０４−４発行で紹介され、使用されている。それにもかかわらずこの方法は手術後の品質チェックおよび科学的研究のためにのみ使用されている。これについてはスティグ リンデルクイスト（Stig Lindequist）氏およびハンス テルンクヴィスト（Hans Toernkvist）氏の論文“Quality of Reduction and Cortical Screw in Femoral Neck Fractions（大腿骨のネックの骨折における整復の品質および皮質のネジ支持）”、Journal of Orthopaedic Trauma、Vol. 9、No. 3、第２１５頁〜第２２１頁、Raven Press Lid, New York 発行を参照されたい。本発明による反対の方法は、大腿骨の骨折の治療を可能な最良の方法で容易に行うために、上記大腿骨の骨折部の何処にどのように孔をあけるかを決定するために使用することができる。
【００３９】
大腿骨のネック部の骨折における固定手段の位置は施された手術の結果に非常に重要であると考えられているにもかかわらず、周知の精度でこの位置を測定する他の方法は文献には見当たらない。
【００４０】
例えばネジのような固定手段は大腿骨のネック部の骨組織（皮質）１０にできるだけ接近して配置され、骨折したネック部１０が比較的大きい負荷に耐えることができるように大腿骨の頭部１２に中心合わせされることは周知の事実である。１５００Ｎの負荷は普通である。これは骨組織内の骨髄の組織が劣化した（悪化した）年輩者について考慮する必要があり、ネジを皮質に接近させて配置することの重要性を強調するものである。
【００４１】
Ogata（オガタ）Ｋ氏およびGoldsand（ゴールドサンド）ＥＭ氏の論文 “A Simple biplanar method of measuring femoral anteversion and neck-shaft-angle（大腿骨の前傾およびネック軸の角度を測定する二平面法）” 、J Bone Joint Surg (Aｍ)、１９７９、６１：８４６−５１発行、およびHerrlin（ハーリン）氏およびEkelund（エケランド）氏の論文“Radiographic measurement of the femoral anteversion（大腿骨の前傾のＸ線写真による測定）”、Acta Orthop Scand、１９８３、５４：１４１−４６発行には、測定された頸部大腿骨（cerovicofemoral）の角度αおよびβ、傾斜角εから前傾角θ（図示せず）およびネック−幹軸間の角δをどのようにして計算することができるかについて開示されている。彼らの方法によれば、前傾角θは、前後方向（ＡＰ）および横方向（Ｌａｔ）投影における０度の前傾角に対する大腿骨の端部に近い部分の仮定された回転（derotation）によって得られる。この回転（derotation）は大腿骨の幹軸１４に沿って生じ、大腿骨の幹軸に沿って配置された横方向のＸ線写真の極板で得られる。しかしながら、前後方向（ＡＰ）および横方向（Ｌａｔ）投影における０度の前傾角に対する大腿骨の端部に近い部分の仮定された回転（derotation）は大腿骨のネック軸１６に沿って生ずる可能性もある。大腿骨のネック軸１６を中心とするこの回転（derotation）角度をΩと定義する。大腿骨のネックの回転角Ω、投影された頸部大腿骨（cerovicofemoral）の角度αおよびβ、傾斜角ε、偏倚角κ、および真の大腿骨のネック−幹軸間の角度δ相互間の関係は次式によって表わされる。
【００４２】
sinΩ=CD／AC=HI／AC
=tanβο^＊（AB+AI）／ tanδ^＊AB
tanκ=AI／AD、およびtanα=AD／AB、
従って、
sinΩ=tanβο^＊(AB+tanα^＊tanκ^＊AB) ／ tanδ^＊AB
sinΩ=tanβο^＊(1+tanα^＊tanκ)／tanδ
tanδ=AC/AB、およびcosΩ=AD/AC、
従って、
tanΩ=tanβο^＊tanκ+tan βο／tanα
【００４３】
ここで、κは、横方向の投影における大腿骨のネック軸に垂直な方向からの中心Ｘ線ビームの偏倚角であり、また、ε=δ±κである。
【００４４】
大腿骨のネック１０にΩ度の回転（derotation）が生じたと仮定すると、この大腿骨のネックの軸に沿って配置されるピンもΩ度回転する。ディジタル化されたＸ線写真中で配置されるピンの位置に対する座標がＸおよびＹであるとすると、直角座標系の座標の変換用マトリックスは、
X′=Y^＊sinΩ＋X^＊cosΩ
Y′=Y^＊cosΩ
であり、これは直線状の前後方向（ＡＰ）および横方向（Ｌａｔ）投影におけるピン／ネジの位置に対する補正された座標Ｘ′およびＹ′を与える。
【００４５】
図１は、さらに距離および角度、ＡＰ投影１５のフィルム面１１に平行なＯＡＤＧ、横方向投影１７のフィルム面１３に平行なＯＡＥＦ、大腿骨のネック１０の中心軸ＯＢ、大腿骨の幹（シャフト）１８の中心軸ＢＣ、ＡＰ投影１５における頸部大腿骨の角度α、中心のＸ線ビームが大腿骨のネック軸１６に直交するときの横方向投影１７の頸部大腿骨の角度β、中心のＸ線ビームが大腿骨のネック軸１６に直交しないときの横方向投影１７の頸部大腿骨の角度βο、横方向投影１７における中心のＸ線ビームの傾斜角ε、横方向投影１７における中心Ｘ線ビームの大腿骨のネック軸１６に直交する方向からの偏倚角κ、真の大腿骨のネック−幹軸間の角度δ、大腿骨のネック回転角度Ωを示している。
【００４６】
大腿骨の頭部１２における変換された座標Ｘ′およびＹ′がデカルト座標系で描かれており、頭部１２はその座標系の原点に配置された中心を持ち、測定点における大腿骨の頭部１２の半径に等しい半径をもった円で囲まれている。得られた図（グラフ）は以下に説明する図２および図３に示すように、測定点のレベルにおける大腿骨の頭部の断面を表わしている。
【００４７】
大腿骨のネック１０については、変換された座標Ｘ′およびＹ′が座標系中で描かれており、大腿骨のネック１０の断面図で囲まれている。
【００４８】
一連のＸ線写真を互いに比較すると、今問題にしているフィルム上で距離を大腿骨の頭部１２の直径で割ることによって測定されたすべての距離をmmから測定単位に変換することができる。ピンの座標値は大腿骨の頭部直径の分数として表わされる。
【００４９】
以下に説明する本発明によれば、すでに適用されているネジを分析するだけの方法とは違って、ＡＰおよびＬａｔのＸ線写真中で上記大腿骨のネック軸１０および上記大腿骨の幹軸（１４）におけるネジの位置を示すためにＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商標）と称される周知の方法が適用され、開発された。この周知の古い方法ＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商標）は、本発明の発明者と同じ発明者によって開発されたもので、その発明者の論文“Internal Fixation of Femoral Neck fracture（大腿骨のネック部の骨折の内部固定）”ストックホルム、ＩＳＢＮ、９１−６２８−０８０４−４発行で引用されている。
【００５０】
原形となる古い方法ＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商法）では、挿入された固定用ピン／ネジの位置は、大腿骨のネック１０および頭部１２の構成された（作図された）断面中で計算されて与えられる。本発明により全く新しいＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商標）方法が開発された。実際には、古い周知のＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商法）法と新しいＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商法）法との共通部分は、図１による構成が必要な計算を可能にするために設けられている点である。新しいＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商法）法は、例えばコンピュータのスクリーン上で大腿骨のネック１０および頭部１２の形状が測定され、構成（作図）され、空白の断面図として表示される本発明の方法に対する補助的な方法である。これによって外科医は固定用のピン／ネジの記号を配置することが可能になり、あるいはこのような記号に対する表示された予め指定された位置を利用することが可能になる。記号の配置は、できる限り皮質に接近させてピン／ネジを配置することの重要性を考慮して個々の患者毎に変化する機能的な（ダイナミックな）仕事であることを理解する必要がある。決定された記号の位置はディジタル化されたＡＰおよびＬａｔのＸ線写真に変換されて、各種の太さ（濃さ）の着色された線の形でこれらのＸ線写真上に重ね書きされる。
【００５１】
ユーザが大腿骨のネック部の半径の不正確な測定を検出するのを支援するために、本発明によるＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商標）は、大腿骨のネックのＡＰと横方向半径の事前計算のために、標準のネック／頭部比（ＡＰ面＝０．０７、横方向面＝０．５７、Backman（バックマン）氏の論文“The proximal end of the femur（大腿骨の基部端）”、Karolinska Institutet 、ストックホルム １９５７発行、およびHoaglund（ホーグランド）氏およびLow（ロウ）氏の論文“Anatomy of the Femoral Neck and Head with comparative data from Caucasians and Hong Kong Chinese（コーカサスおよび中国香港からの比較データを用いた大腿骨のネックおよび頭部（ヘッド）の解剖）”Clin.Orthop 152、１０〜１６、1980年発行を参照）を使用する。その計算された標準半径が問題にしているフィルム上で測定された半径と異なっておれば、ユーザはその計算された標準半径を変更することができる。
【００５２】
図２は本発明による固定手段、ここでは点線と内部が塗りつぶされた円で示されネジ用の記号を示す変位した寛骨（ヒップ）の骨折断面を表わしている。
【００５３】
頭骨（大腿骨の頭部）１２および頸部大腿骨（大腿骨のネック）１０の図２における断面図は、取り付けられた２本のネジを具えた変位した（ずれた）寛骨（ヒップ）の骨折を表わしている。黒塗りの円２０は頸部大腿骨１０中の上記ネジの位置を表わし、白塗りの円は頭部１２中のネジの位置を表わしている。隣接する円２４、２６はマークされたネジ位置に対する特定の（固有の）不正確さの程度を示している。
【００５４】
さらに、図３は本発明による固定手段、ここでは点線と内部が塗りつぶされた円で示されたネジ用の記号を示す変位（ずれ）のない寛骨（ヒップ）の骨折の断面図を示している。
【００５５】
頭部１２および頸部大腿骨１０に関する図３の断面図は、取り付けられた２本のネジによる変位（ずれ）のない寛骨骨折を表わしている。黒塗りの円２０は頸部大腿骨１０中の上記ネジの位置を表わし、白塗りの円は頭部１２中のネジの位置を表わしている。隣接する円２４、２６はマークが付けられたネジ位置に対する特定の（固有の）不正確さの程度を表わしている。
【００５６】
次に図４および図５を参照する。
図４は本発明によりマークされた２本のネジ３２をもった前後方向の投影１５からの大腿骨の組織３０を表わしている。
図５は本発明によりマークされた２本のネジ３２をもった横方向の投影１７からの大腿骨の組織３０を表わしている。
【００５７】
ＡＰおよびＬａｔのＸ線写真１５、１７中で、大腿骨のネック１０および幹軸１８の中心軸１４、１６がマークされ、大腿骨のネック角αおよびβが測定される。手術が施されるときに、大腿骨のネック軸１６からＬａｔ面１７中のある測定点の何処にネジ３２を配置すべきかを示すマーカーまでの距離がＸ座標を表わすために使用され、ＡＰ面１５における距離がネジ（ピン）に対するＹ座標を表わすために用いられる。図１、図４、および図５に示されている角度は空間中で大腿骨構造を配置するために使用され、従って最終的なネジ３２の挿入方向を表わす。
【００５８】
大腿骨の頭部１２およびネック１０の下半分または後半分の座標には、図２および図３から判るように負の値が与えられている。
【００５９】
大腿骨のネック１０については、大腿骨の頭部の球と大腿骨のネック軸１６との交点が測定点として使用される。図４および図５中に点線で示した大腿骨の頭部１２とネック１０の直径３４、３５はＡＰおよびＬａｔ投影１５、１７の双方の測定点で決定される。
【００６０】
ＡＰおよびＬａｔの拡大率はしばしば異なるので、測定されたすべての距離は、大腿骨の頭部の最大直径と最小直径との比を計算し、次いでその比で最小の直径をもった投影中の距離を逓倍することによって調整される。
【００６１】
従って、本発明は、上記骨折の少なくとも１枚の前後方向および少なくとも１枚の横方向のディジタル化されたＸ線写真を手術前に分析することによって寛骨（ヒップ）の骨折時に固定手段を何処に配置すべきかを３次元的に決定する方法を提供するものである。本発明による方法は次のステップ、すなわち、
上記写真から分析された大腿骨の幹軸１４をその幹軸上の少なくとも２個の中間点から決定してその中間点を通る線を引くステップと、
分析された大腿骨のネック軸上の少なくとも２個の中間点から上記分析された大腿骨のネック軸１６を決定してその中間点を通る線を引くステップと、
大腿骨のネックの角度α、βを測定するステップと、
大腿骨の頭部１２の周辺全体に円を配置して上記写真から上記大腿骨の頭部の直径３４を測定するステップと、
上記ディジタル化されたＸ線写真で大腿骨の幹軸とＹ軸との間の角度と、大腿骨の頭部１２の上記直径３４とを使用して、上記Ｘ線写真を予め決められた寸法、位置にスケーリング（縮尺）し、回転させるステップと、
上記頭部の直径３４から暗黙的に知られる寛骨（ヒップ）の骨折の残留変位（ずれ）を表わす、上記ネックの軸１６と大腿骨の頭部の中心との間の距離を測定するステップと、
前後方向の写真から医学的皮質１９の高さを測定するステップと、
上記大腿骨のネックの角度α、βを表示するステップと、
大腿骨の頭部１２とネック１０の断面（図２および図３）を予め決定された精度で表示させるステップと、
骨折によって受けた寛骨（ヒップ）の回転（derotation）角を測定するために大腿骨の頭部１２とネック１０の上記断面を回転させるステップと、
上記前後方向および横方向のＸ線写真中で寛骨（ヒップ）の回転角度Ωを表示するステップと、
一実施例では、上記固定手段３２を取り付けるために３次元的に位置を決定し、その位置で工具を動かすように事前調整するために装置で上記の各ステップを使用するステップと、
を含んでいる。
【００６２】
好ましくは大腿骨のネック−幹軸の角度α、βは上記ディジタル化された写真中で線および数値の両方で表示され、上記の数値が変化すると上記の線は自動的に引き直される。
向に孔をあける工具を具えた装置（４０）を制御するために適用される。
【００６３】
本発明における線は２個の中間点を使用して決定することが可能であるが、上記軸上の少なくとも３点から回帰直線を引くことによってより正確な線を得ることができることを理解すべきである。
【００６４】
上記固定手段用の記号２０、２２が大腿骨のネック１０の断面内に配置され、上記固定手段が上記ディジタル化されたＸ線斜写真中で大腿骨の頭部１２またはネック１０の外に配置されると、警告機能が付勢される。
【００６５】
写真手段自体は周知であるが、取り付け用の固定手段３２は実施された測定に関して上記写真上で自動的に表示される。また、ディジタル化された写真中で固定手段３２に対する記号２０、２２を書込む（記録する）ことは可能である。
【００６６】
本発明によれば、すべての外科的手術の前にＸ線写真が分析され、測定され、計算された値が、骨折固定手段３２の挿入用ガイド、例えば孔をあける装置４０に制御入力として供給される。この装置４０については以下で説明する。
【００６７】
図６は本発明による装置４０の側面図を示す。
図７は本発明による装置４０の平面図を示す。
図８は本発明による装置４０の正面図を示す。
【００６８】
図６乃至８に概略的に示した実施例による装置４０は、車輪４４と、必要時に安定化させるためのバーやポール（棒状体）４６のような可調整脚を具えた可動台４２上に配置されたロボット（自動装置）である。さらに、装置にはケーブルリンク５０を有する制御ボックス４８が設けられており、このケーブルリンク４８はサーボモータまたはステップモータ５４を具えた関節機構を有するロボットアーム５２に接続されている。変成器５６は各部に電力を分配する。制御ボックス４８は、制御および通信用のＩ／Ｏポートを具えたコンピュータ、表示装置、プリンタ、スキャナ、フレーム・グラバ、その他の周知のコンピュータ機器のような周辺機器に接続されるように適合されている。
【００６９】
また、ロボットアーム５２には、例えばドリル（孔あけ）用機械を保持するために使用される工具ホルダ５８が取り付けられている。
【００７０】
本発明においては、ロボットを制御するための上記制御ボックス４８は、ハードウエア装置、プロセッサによって制御されるファームウエアおよびソフトウエアを含み、これらの各装置そのものは周知であるが、本発明による装置に対する特有のエンティティ（実体）を形成している。本発明の好ましい実施例では、測定を行うための１個の測定手段についてのみ説明されているが、測定手段／機能を多数の手段で構成することも可能であるし、以下に説明するように本発明に従って１あるいはそれ以上の手段／機能に一体化することも可能なことは明らかである。
【００７１】
従って、好ましい一実施例は、
上記写真から大腿骨の幹軸１４を、この幹軸上の少なくとも２個の中間点から測定して、上記中間点を通る線を計算し、その線を引く測定手段または機能、
さらに、上記ネック軸１６上の少なくとも２個の中間点から分析された大腿骨のネック軸１６を測定して、その中間点を通る線を計算し、その線を引く装置または機能、
大腿骨のネック角α、βを測定する手段、
さらに、上記前後方向の写真から皮質１９の高さを測定する手段、
また、大腿骨の頭部１２の周辺全体に円を配置して上記写真から上記大腿骨の頭部の直径３４を測定し、計算し、決定する手段、
上記大腿骨の頭部の直径３４から暗黙的に（潜在的に、絶対的に）知られる骨折の残留変位（ずれ）を表わす、上記大腿骨のネック軸１６から大腿骨の頭部１２の中心までの距離を測定し、計算し、決定し、これによって大腿骨の頭部の球と大腿骨のネック軸１６の交点において、上記大腿骨のネック軸に垂直な線を引くことによって、上記写真から大腿骨のネックの直径３５を測定し、計算し、決定する手段、
上記ディジタル化されたＸ線写真と共に座標軸を表示するディスプレイ中で大腿骨の幹軸とＹ軸との間の角度と上記大腿骨の頭部の直径３４とを使用して、上記Ｘ線写真を予め設定された寸法、位置にスケーリングし、回転させスケーリング機能、
例えば、ディジタル化されたＸ線写真、ネック角α、寛骨（ヒップ）の回転Ω、断面（図２および図３）、計算された図、線１６，１４等の寛骨（ヒップ）の骨折の手術に必要な（関心のある）データを表示する表示手段、
上記大腿骨の頭部１２および大腿骨のネック１０の上記断面を表示する機能、
骨折によって生じた上記頭部とネックとの間の寛骨（ヒップ）の回転角度を決定するために大腿骨の頭部１２とネック１０の上記断面を回転させる駆動手段、
スタンド手段４６を具えたロボットに制御入力を供給して、このロボット上の工具手段を上記制御入力によって与えられる方向に動作させる手段、
Ｘ線歪みを補償する歪み修正手段（図示せず）、
のような手段および／または機能を含んでいる。歪み補償手段は本発明用に特に設計されたものまたは従来技術によって提供されるものであることが好ましい。
【００７２】
Ｘ線の歪みは本発明の目的を達成する本発明の新規な方法および装置によって補償される。この装置は、正方形のパターンをなして配置されて取り付けられた４個の鉛のボールを具えたプレキシガラスを含んでいる。ＡＰおよびＬａｔ投影中にボールのパターンを平行に透過投影する間、２個のボールは投影フィールドの中心に配置されるように調整され、それによってそれらは互いに完全に重なり合うようになる。従って、残っている２個のボール間の距離を測定することにより、Ｘ線放射管とプレキシガラスとの間の予め設定された距離が保たれておれば、歪みの絶対量（拡大率）が決定される。この距離は、距離が測定されたときの作動距離に相当する。最後にロボットアームを調整するために百分率で計算が行われる。
【００７３】
大腿骨のネック角α、βが上記ディジタル化された写真中で線および数値として上記ディスプレイによって表示される。数値が変化すると、好ましくはソフトウエアおよび／またはグラフィック手段で制御されて線は自動的に引き直される。
【００７４】
上記固定手段用の記号２０、２４は大腿骨のネックの断面内に配置されたて、上記のディスプレイによって表示される。
【００７５】
もし、固定手段３２が上記ディジタル化されたＸ線写真中で大腿骨の頭部またはネックの外に配置されると、警告機能を付勢する装置または機能が含まれている。
【００７６】
さらに、取り付け用の固定手段が、実施された測定に関連して上記ディジタル化されたＸ線写真中でソフトウエアによって自動的に表示されることが含まれている。
【００７７】
固定手段２０、２４、３２用の記号を本発明のディジタル化されたＸ線写真中で書込むためのグラフィック・ドライバ（駆動手段）のような手段を設けることができる。
【００７８】
ここで説明した方法は、好ましくはロボットをその工具を使用した状態で正しい方向に動作させるように制御して、ネジ、ピン、釘等の固定手段を挿入するための準備をするために適用される。
【００７９】
次に本発明の方法で実施される、制御情報として装置に適用されるステップ９００〜９８０を表わすフローチャートを示す図９を参照する。
【００８０】
ステップ９００で、Ｃ−アームＸ線透視法によってＡＰおよびＬａｔのＸ線写真が得られる。ステップ９１０で、上記Ｘ線写真はそれぞれの目的に合った駆動手段によってディジタル化され、回転され、スケーリングされる。それに続いてステップ９２０で、上述の手段または機能を用いて寛骨（ヒップ）骨折のＸ線写真に関して必要な測定操作が実施される。
【００８１】
測定を行うことによって、ステップ９３０においてソフトウエアにより大腿骨のネックおよび頭部の断面写真構成が得られ、それらはスクリーン上に表示される。ステップ９４０で、表示された断面にピン／ネジのマーカーがマークされる。このマーカーはソフトウエアにより変更可能である。これによってステップ９５０で、ディジタル化されたＸ線斜写真中にマークされたピン／ネジの位置を示す概略図（アウトライン）が描かれる。
【００８２】
ステップ９００〜９５０は、ステップ９６０で上記の位置に孔をあけるようにロボットを配置するために適用される。これに続いて決定された位置の最終チェックが行われる。ステップ９７０で、手術期間中、最終的に外科医がピン／ネジを挿入する。
【００８３】
従って、ＰＩＮＴＲＡＣＥ（登録商標）法またはこれに類する方法は上記のフローチャートに従って説明した方法に適応されることを理解すべきである。
【００８４】
本発明の動作ならびに構成は以上の説明から明確であると信じる。しかし、ここに開示し、説明した方法および装置は好ましいとされる特徴を具えたもので、特許請求の範囲で特定されている本発明の考え方、範囲から逸脱しない範囲で各種の変更、修正が可能なことは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による数学的計算のための記号を示す、大腿骨の構造を斜視図の形で概略的に示した図である。
【図２】 本発明による固定手段用の記号を示す変位した（ずれた）寛骨（ヒップ）骨折の断面を示す図である。
【図３】 本発明による固定手段用の記号を示す変位（ずれ）のない寛骨（ヒップ）骨折の断面を示す図である。
【図４】 本発明によるマークされたネジ位置を有する前後方向の投影から大腿骨の構造を示した図である。
【図５】 本発明によるマークされたネジ位置を有する横方向の投影から大腿骨の構造を示した図である。
【図６】 本発明による装置の側面図である。
【図７】 本発明による装置の上面平面図である。
【図８】 本発明による装置の正面図である。
【図９】 本発明の方法で実行されるステップを示すフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１０ 大腿骨のネック
１２ 大腿骨の頭部
１４ 大腿骨の幹軸（シャフト軸）
１６ 大腿骨のネック軸
１９ 医学的皮質
２０ 固定手段用の記号
３０ 寛骨（ヒップ）骨折組織
３２ 固定手段
３４ 大腿骨の頭部の直径
３５ 大腿骨のネックの直径
α 大腿骨のネックの角度
β 大腿骨のネックの角度
Ω 寛骨（ヒップ）の回転角

Claims (14)

1. 寛骨の骨折部の少なくとも１枚の前後方向および少なくとも１枚の横方向のディジタル化されたＸ線写真を手術前に分析することによって、上記寛骨の骨折組織（３０）中の何処に固定手段（３２）を配置すべきかを３次元的に決定する方法であって、
   上記写真から分析された大腿骨の幹軸（１４）をこの幹軸上の少なくとも２個の中間点から決定してこの中間点を通る線を引くステップと、
   分析された大腿骨のネック軸（１６）をこのネック軸上の少なくとも２個の中間点から決定してこの中間点を通る線を引くステップと、
   大腿骨のネックの角度（α、β）を測定するステップと、
   大腿骨の頭部（１２）の周囲全体に円を配置して上記写真から上記大腿骨の頭部の直径（３４）を決定するステップと、
   上記ディジタル化されたＸ線写真における上記大腿骨の幹軸（１４）とＹ軸の間の角度と、上記大腿骨の頭部（１２）の上記直径（３４）とを使用して、上記Ｘ線写真を予め決定された寸法および位置に縮尺し回転させるステップと、
   上記大腿骨の頭部（１２）の球と大腿骨の中心ネック軸（１６）の交点において、この大腿骨のネック軸（１６）に垂直な線を引くことによって、上記Ｘ線写真から上記大腿骨のネック部の直径（３５）を測定するステップと、
   上記大腿骨の頭部の直径（３４）から暗黙のうちに知られる寛骨の骨折の残留変位を表す、上記大腿骨のネック軸（１６）からそのネック軸（１６）に垂直な上記大腿骨の頭部の中心までの距離を測定するステップと、
   上記前後方向の写真から医学的皮質（１９）の高さを測定するステップと、
   上記大腿骨のネックの角度（α、β）を表示させるステップと、
   上記大腿骨の頭部（１２）とネック（１０）の断面を予め決定された精度で表示させるステップと、
   骨折によって受けた寛骨の回転角度を決定するために上記大腿骨の頭部（１２）とネック（１０）の上記断面を回転させるステップと、
   上記前後方向および横方向のＸ線写真で寛骨の回転角度を表示させるステップと、
   上記固定手段（３２）を取り付けるための位置を３次元的に決定するために上記の各ステップを使用するステップと、
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 大腿骨のネック−幹軸間の角度（α、β）は上記ディジタル化された写真中で線および数値として表示され、上記の数値が変化すると上記線は自動的に引き直されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 上記固定手段（３２）に対する記号（２０）が大腿骨のネック（１０）の断面内に配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 上記固定手段（３２）が上記ディジタル化されたＸ線写真中で大腿骨の頭部（１２）およびネック（１０）の外に配置されると警告機能が付勢されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 取り付け用固定手段（３２）は、実施された測定に関連して上記写真中で自動的に表示されることを特徴とする、請求項３または４に記載の方法。
6. 上記ディジタル化されたＸ線写真中に固定手段に対する記号を書込むための手段が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 上記の線は少なくとも３個の中間点から引かれた回帰直線であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 寛骨の骨折組織（３０）の少なくとも１枚の前後方向および少なくとも１枚の横方向のディジタル化されたＸ線写真を分析することによって、上記寛骨の骨折組織（３０）中に固定手段（３２）を取り付けるための装置（４０）であって、
   上記写真から大腿骨の幹軸（１４）をこの幹軸上の少なくとも２個の中間点から決定してこの中間点を通る線を引く測定手段と、
   大腿骨のネック軸（１６）をこのネック軸（１６）上の少なくとも２個の中間点から決定してこの中間点を通る線を引く測定手段と、
   大腿骨のネックの角度（α、β）を測定する測定手段と、
   大腿骨の頭部（１２）の周辺全体に円を配置して上記写真から上記大腿骨の頭部の直径（３４）を測定する測定手段と、
   上記大腿骨の頭部の球と大腿骨の中心ネック軸（１６）の交点において、この大腿骨のネック軸（１６）に垂直な線を引くことによって、上記Ｘ線写真から上記大腿骨のネックの直径（３５）を測定する測定手段と、
   上記ディジタル化されたＸ線写真中で上記大腿骨の幹軸とＹ軸の間の角度と、上記大腿骨の頭部の上記直径（３４）とを使用して、上記Ｘ線写真を予め決定された寸法および位置に縮尺し回転させるための駆動手段と、
   上記大腿骨の頭部の直径（３４）から暗黙のうちに知られる骨折の残留変位を表す、上記大腿骨のネック軸（１６）からそのネック軸（１６）に垂直な上記大腿骨の頭部（１２）の中心までの距離を測定する測定手段と、
   上記前後方向の写真から医学的皮質（１９）の高さを測定する測定手段と、
   上記ネックの角度（α、β）を表示する表示手段と、
   上記大腿骨の頭部（１２）と大腿骨のネック（１０）の断面を予め決定された精度で表示する表示手段と、
   骨折によって受けた上記頭部（１２）とネック（１０）の間の寛骨の回転角度（Ω）を測定するために上記大腿骨の頭部（１２）とネック（１０）の上記断面を回転させる駆動手段と、
   上記前後方向および横方向のＸ線写真において上記寛骨の回転を表示させる表示手段であって、制御入力によって与えられた方向に動作する工具手段を具えたロボットに、上記制御入力を供給する表示手段と、
   Ｘ線歪みを補償する歪み修正手段と、
   を含むことを特徴とする、装置。
9. 上記表示手段によって大腿骨のネック（１０）の角度（α、β）が上記ディジタル化された写真中の線および数値として表示され、上記数値が変化すると上記の線は自動的に引き直されることを特徴とする、請求項８に記載の装置（４０）。
10. 上記固定手段（３２）用の記号（２０）が大腿骨のネック（１０）の断面内に配置され、上記表示手段によって表示されることを特徴とする、請求項８または９に記載の装置。
11. 上記固定手段（３２）が上記ディジタル化されたＸ線写真中で上記大腿骨の頭部（１２）またはネック（１０）の外に配置されると警告機能が付勢されることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 取り付け用の固定手段（３２）は、実施された測定に関連して上記写真中で自動的に表示されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
13. 上記ディジタル化されたＸ線写真中で固定手段用の記号（２０）を書込むための手段が設けられていることを特徴とする、請求項８乃至１２のいずれかに記載の装置。
14. 上記線は少なくとも３個の中間点から引かれた回帰直線であることを特徴とする、請求項８乃至１３のいずれかに記載の装置。

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