JP4060264B2 - インプラントの設計方法およびインプラント - Google Patents
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Description
骨欠損部を有する頭蓋骨のCTデータを基に、前記頭蓋骨に相当する形状のモデルを木材等により作製し、このモデルの骨欠損部に、紙粘土等をはめ込み、成形することにより、インプラントの形状(骨欠損部にあったと思われる骨体の形状)を決定する。
(1) 骨欠損部を有する頭蓋骨に適用するインプラントの設計方法であって、
前記骨欠損部は、前記頭蓋骨の外表面側での面積が、前記頭蓋骨の内表面側での面積よりも大きいものであり、
前記頭蓋骨の複数の断層データを基に、前記頭蓋骨の三次元データを作成する工程と、
前記三次元データの実質的な対称面について前記三次元データの骨欠損部と対称な部位の形状データを利用することにより、欠損骨体形状データを得る工程と、
前記対称面についての前記骨欠損部付近の対称部位の軟部組織の形状データを面対称な位置に移動させて得られる反転軟部組織データと、前記欠損骨体形状データとを重ねあわせ、このような状態で、前記反転軟部組織データの外表面と、前記欠損骨体形状データの外表面との距離を求め、その距離に応じて、前記欠損骨体形状データの外表面側の少なくとも一部に所定の厚さを加える補正を行う工程とを有することを特徴とするインプラントの設計方法。
これにより、インプラントと骨欠損部との形状の適合性は、特に優れたものとなる。
予測した前記形状のデータを前記骨切り面の輪郭に合致させた状態において、予測した前記形状のデータから、前記頭蓋骨と重なり合う前記外表面よりも内表面側の部位のデータを削除することにより、前記骨切り面の形状と合致するように設計する上記(3)に記載のインプラントの設計方法。
前記輪郭データを用いて、所定の厚さを有し、かつ厚さ方向にほぼ一定の形状を有する前記欠損骨体の形状を予測し、
その後、予測した前記形状のデータを前記骨切り面の輪郭に合致させた状態において、予測した前記形状のデータから、前記頭蓋骨の前記三次元データと重なり合う前記外表面よりも内表面側の部位のデータを削除することにより、前記骨切り面の形状と合致するように設計する上記(3)に記載のインプラントの設計方法。
これにより、インプラントと骨欠損部との形状の適合性は、特に優れたものとなる。
前記層の少なくとも一部に、反応液を接触させ、前記原料粉末を硬化させる第2の工程とを有し、
前記第1の工程と、前記第2の工程とを繰り返し行うことにより、複数の前記層を積層させ、前記設計方法により得られた三次元パターンに対応する形状のインプラントを製造する方法により製造された上記(10)に記載のインプラント。
これにより、複雑な形状のインプラントであっても、特に優れた寸法精度が得られる。
これにより、インプラントの生体親和性が向上する。
本発明のインプラントの設計方法は、頭蓋骨の複数の断層データを基に、前記頭蓋骨の三次元データを作成する工程と、前記三次元データの実質的な対称面について前記三次元データの骨欠損部と対称な部位の形状データを利用することにより、欠損骨体形状データを得る工程と、前記骨欠損部付近の軟部組織の形状データ、前記対称面についての前記骨欠損部付近の対称部位の軟部組織の形状データのうちの少なくとも一方を利用して、前記欠損骨体形状データについて形状の補正を行う工程とを有する。
まず、図1に示すような、骨欠損部を有する頭蓋骨の三次元データ10を作成する。
頭蓋骨の三次元データ10は、複数の断層データを基に作成したものである。
[欠損骨体の外表面形状の予測]
欠損骨体形状データ13を得るために、まず、上述のようにして得られた三次元データ10を基に、欠損骨体が有していたと予測される外表面の輪郭データ131を得る。
前述のようにして予測された欠損骨体外表面形状データ132を用いて、所定の厚さを有する欠損骨体の形状を予測し、欠損骨体形状データ13を得る。
欠損骨体の厚さは、通常、無欠損部105の厚さを基に予測する。
ところで、骨欠損部を有する頭蓋骨の骨切り面は、一般に、微小な凹凸を有しており、頭蓋骨の厚さ方向に一定の形状を有さないことが多い。通常、骨欠損部の面積は、頭蓋骨の外表面側で大きく、内表面側で小さくなる傾向を示す。
ところで、頭蓋骨に骨欠損部を生じた場合には、前述したように、骨欠損部付近の軟部組織が、萎縮したり、切断されたり、あるいは、硬膜と癒着(癒合)する等、骨欠損部付近の軟部組織において、骨欠損部を生じる前の状態から大きな変化を生じることが多い。このように軟部組織の状態の変化を生じると、適用されるインプラントが、骨欠損を生じる以前に骨欠損部に存在していた骨体の形状を忠実に再現したものであったとしても、骨欠損部再建術後に、例えば、上記のような軟部組織の状態の変化を生じた部位に対応する部位で、外観上、明らかな凹み等を生じることがあり、患者のQOL(Quality of Life)の観点から好ましくない。
以下、軟部組織の形状データを用いた補正について、詳細に説明する。
骨欠損部付近の軟部組織が少なくとも一部が萎縮または欠損している場合、前記のような欠損骨体形状データ13(骨切り面104の形状に合致するように補正を加えられた欠損骨体形状データ13)を、そのままインプラント製造用のデータとして用いると、インプラントを適用した際に、上記萎縮または欠損を生じた部位に対応する部位で、外観上明らかな凹みを生じることが多い。
骨欠損部付近の筋組織が硬膜に癒着している場合、前記のような欠損骨体形状データ13(骨切り面104の形状に合致するように補正を加えられた欠損骨体形状データ13)を、そのままインプラント製造用のデータとして用いると、インプラントを適用する際に、前記筋組織を本来あるべき部位、すなわち、頭蓋骨(インプラント)より外表面側に配置しないと、インプラントと頭蓋骨とを確実に嵌合させるのが困難となる。言い換えると、前記筋組織を硬膜から剥離しないと、インプラントと頭蓋骨とを確実に嵌合させるのが困難となる。しかしながら、筋組織と硬膜とが癒着している場合、筋組織を硬膜から剥離しようとすると、硬膜等に損傷を与えるおそれがある。
本発明のインプラントは、上述の設計を基に製造されたものである。上述したように、本発明においては、骨欠損部付近の軟部組織の状態を考慮してインプラントを設計するため、得られるインプラントは、骨欠損部との形状の適合性に優れ、かつ、骨欠損部に適用した際に、適用部付近における外観上の違和感が生じ難いものとなる。
まず、原料粉末供給槽2中の原料粉末6を用いて、インプラント形成ステージ3上に原料粉末6の層61を形成する。
次に、上述のようにして形成した層61の少なくとも一部に、反応液7を接触させる。
本実施形態では、反応液7は、給液ヘッド5から液滴として噴出される。
その後、図10に示すように、原料粉末供給槽2の底部21を上方に移動させることにより、原料粉末供給槽2内の原料粉末6の上面の高さを調節する。また、インプラント形成ステージ3を下方に移動させることにより、層61の上面の高さを調整する(図10参照)。
<原料粉末>
本実施形態では、原料粉末6として、例えば、α−リン酸三カルシウムと、リン酸四カルシウムと、リン酸水素カルシウムとを含有する粉末を用いることができる。
原料粉末6は、後に詳述する反応液7と接触することにより化学反応し、硬化する。
反応液7としては、原料粉末6と化学反応し、原料粉末6を硬化させるものであればいかなるものであってもよいが、水または水を主とするものであるのが好ましい。
2 原料粉末供給槽
21 底部
3 インプラント形成ステージ
31 ピストン
4 ローラー
41 軸
5 給液ヘッド
6 原料粉末
61 層
62 硬化部
7 反応液
8 原料粉末回収槽
9 インプラント
10 三次元データ
101 骨欠損部
102 実質的な対称面
103 欠損対称部
104 骨切り面
105 無欠損部
11 半体
12 半体
13 欠損骨体形状データ
131 輪郭データ
132 欠損骨体外表面形状データ
133 重なり部
14 インプラント形状データ
Claims (12)
- 骨欠損部を有する頭蓋骨に適用するインプラントの設計方法であって、
前記骨欠損部は、前記頭蓋骨の外表面側での面積が、前記頭蓋骨の内表面側での面積よりも大きいものであり、
前記頭蓋骨の複数の断層データを基に、前記頭蓋骨の三次元データを作成する工程と、
前記三次元データの実質的な対称面について前記三次元データの骨欠損部と対称な部位の形状データを利用することにより、欠損骨体形状データを得る工程と、
前記対称面についての前記骨欠損部付近の対称部位の軟部組織の形状データを面対称な位置に移動させて得られる反転軟部組織データと、前記欠損骨体形状データとを重ねあわせ、このような状態で、前記反転軟部組織データの外表面と、前記欠損骨体形状データの外表面との距離を求め、その距離に応じて、前記欠損骨体形状データの外表面側の少なくとも一部に所定の厚さを加える補正を行う工程とを有することを特徴とするインプラントの設計方法。 - 前記軟部組織の形状データは、前記断層データを基に作成したものである請求項1に記載のインプラントの設計方法。
- 前記インプラントの周方向の少なくとも一部において、前記頭蓋骨の骨切り面の形状と合致するように設計する請求項1または2に記載のインプラントの設計方法。
- 前記頭蓋骨の外表面における前記骨切り面の輪郭の形状と合致し、かつ所定の厚さを有する欠損骨体の形状を予測した後、
予測した前記形状のデータを前記骨切り面の輪郭に合致させた状態において、予測した前記形状のデータから、前記頭蓋骨と重なり合う前記外表面よりも内表面側の部位のデータを削除することにより、前記骨切り面の形状と合致するように設計する請求項3に記載のインプラントの設計方法。 - 前記頭蓋骨の外表面における前記骨切り面の輪郭の形状に合致するように、欠損骨体の外表面の輪郭データを作成し、
前記輪郭データを用いて、所定の厚さを有し、かつ厚さ方向にほぼ一定の形状を有する前記欠損骨体の形状を予測し、
その後、予測した前記形状のデータを前記骨切り面の輪郭に合致させた状態において、予測した前記形状のデータから、前記頭蓋骨の前記三次元データと重なり合う前記外表面よりも内表面側の部位のデータを削除することにより、前記骨切り面の形状と合致するように設計する請求項3に記載のインプラントの設計方法。 - 前記骨切り面の形状と合致するように処理が施された前記形状データに対して、前記軟部組織の形状データを用い、厚さの補正を加える請求項4または5に記載のインプラントの設計方法。
- 前記頭蓋骨の厚さ方向のほぼ全体にわたって、前記インプラントと前記頭蓋骨とが嵌合するように設計する請求項1ないし6のいずれかに記載のインプラントの設計方法。
- 前記インプラントは、頬骨弓の周辺、頬骨弓があるべき部位またはその周辺に適用されるものである請求項1ないし7のいずれかに記載のインプラントの設計方法。
- 前記三次元データの作成に用いられる前記断層データのスライス間隔は、0.1〜5mmである請求項1ないし8のいずれかに記載のインプラントの設計方法。
- 請求項1ないし9のいずれかに記載のインプラントの設計方法により設計し、その設計を基に製造されたものであることを特徴とするインプラント。
- 原料粉末で構成された層を形成する第1の工程と、
前記層の少なくとも一部に、反応液を接触させ、前記原料粉末を硬化させる第2の工程とを有し、
前記第1の工程と、前記第2の工程とを繰り返し行うことにより、複数の前記層を積層させ、前記設計方法により得られた三次元パターンに対応する形状のインプラントを製造する方法により製造された請求項10に記載のインプラント。 - 空孔率が10〜90vol%である請求項10または11に記載のインプラント。
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