JP4365302B2 - 骨手術用支援装置 - Google Patents

Description

本発明は骨手術用支援装置に係り、特に、骨に導入されるガイドピンや骨ネジ、骨に対して穿孔を行うドリルやリーマ、その他の各種インプラントなどの骨手術器具を用いて骨手術を行う際に用いることのできる支援装置の構成に関する。

一般に、骨折などの治療を行う際には、骨板、骨ネジ、骨釘などの各種のインプラントが用いられるが、通常、骨手術では骨に対して上記インプラントを正確に導入することが要請されるため、インプラントを骨に導入する際には各種の骨手術用案内装置を用いてインプラントを位置決めするようにしている。また、骨手術の困難性により、上記の骨手術用案内装置だけでなく、Ｘ線撮影装置などの体内透視装置をも用い、この体内透視装置によってインプラントの位置や姿勢を確認しながら手術を行う場合が多い。

上記インプラントの一例としては、骨の髄内に配置される髄内釘がある。この髄内釘には、その軸線と交差する複数の横断孔が形成されており、髄内釘が骨の端部から髄内に挿入された後に、この髄内釘と交差するように上記横断孔を通して骨ねじ（例えば、ラグスクリュウ）などの骨接合具を骨に導入することにより、骨と髄内釘とが完全に固定される。この髄内釘を用いる場合には、髄内釘の横断孔に整合させて骨接合具を導入するために、髄内釘に接続固定されるターゲットデバイスと呼ばれる案内装置が用いられる。

この案内装置は、一般に、髄内釘の基部に接続固定された案内装置本体と、この案内装置本体に接続固定される案内スリーブとを有する。案内装置本体は、髄内釘に接続固定される接続部と、当該接続部に固定され、髄内釘との間に所定の間隔を介在させて髄内釘とほぼ平行に伸びる案内部とを有する。また、案内スリーブは案内装置本体の上記案内部に接続固定され、その案内方向が髄内釘の横断孔に向けられた姿勢となるように、案内装置本体を介して保持固定される。この案内スリーブは、その内部に各種の工具や骨接合具などの骨手術器具を挿通させることにより、骨手術器具の導入方向を規制するように構成されている（例えば、以下の特許文献１及び特許文献２参照）。

また、上記の案内装置を用いる手術においては、骨の内部において正しい方向及び位置に配置されるように骨接合具を導入する必要があるので、通常、上記の案内装置を用いて最初にガイドピンを骨内に刺入し、その後、このガイドピン及び案内装置により案内されたドリルなどの工具で穿孔を行い、さらに、骨接合具をガイドピン及び案内装置により案内しながらねじ込むといった手順で骨接合具の導入が行われる。この場合、上述のガイドピンの刺入工程では、作業前において、案内装置によるガイドピンの案内方向が骨に向けて正しく設定されているか否かをＸ線撮像装置により確認し、作業後にはガイドピンが骨内に正しく刺入されているか否かを再びＸ線撮像装置により確認するといったことが行われている。また、このようなＸ線撮像装置による確認作業は、上述の工具の適用工程及び骨接合具の螺入工程においてもそれぞれ行われることがある。
特開平２−２１８５９号公報 特開平４−３０９３４３号公報

しかしながら、上記従来の案内装置を用いた骨手術においては、手術中に何度もＸ線撮像装置により骨と骨手術器具との位置関係を確認しなければならないので、患者のＸ線被爆量が大きくなり、Ｘ線による副作用が生ずる恐れがあるという問題点がある。特に、ガイドピンが正規の位置に刺入されなかったためにガイドピンを刺入し直さなければならない場合や、手術者が不慣れであるためにＸ線画像を常時確認しながら作業を進める必要がある場合などには、患者にＸ線を照射する時間が長くなるため、さらにＸ線被爆量が増大する。

また、骨手術を行う場合、皮膚を大きく切開して骨を露出した状態で骨手術を行うときもあるが、近年では患者の負担を低減するために切開部分を極力小さくすることが多いため、骨を外部にほとんど露出させずに骨手術器具を適用するケースも増えている。したがって、手術者は、患者の体表面や案内器具の状況と、上記のＸ線撮像装置により得られた画像とを比較し、体表面下にある骨の位置を想像しながら手術を行わなければならないので、手術そのものに高度な熟練を要するようになってきており、手術者の受ける精神的負荷も大きくなりつつある。したがって、骨手術器具の導入精度の悪化、導入ミス頻度の増大、手術の長時間化などを招く恐れもある。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、骨手術に際して、骨や骨手術器具の位置、方向、形状などを外部から容易に確認することができる骨手術用支援装置を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の骨手術用支援装置は、骨に適用される骨手術器具の移動経路上の位置を提示して骨手術を支援するための骨手術用支援装置であって、施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定される支持フレームと、前記支持フレームに支持された光源と、前記支持フレームが施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決めされた状態で前記光源の放射する光を患者の体表面上に投射するとともに、その投射位置を前記骨手術器具における前記移動経路の方向及び前記移動経路上の移動量に整合させて移動させる投射制御手段と、を具備することを特徴とする。

この発明によれば、支持フレームが施術部位に対して位置決めされた状態で、光源から光が放射されると、その光は投射制御手段によって患者の体表面上へ投射される。このとき、骨手術器具を移動させると、その移動経路の方向及び移動経路上の移動量に整合した態様で投射制御手段が光の投射位置を移動させるので、当該投射位置を視認することにより、骨手術器具の移動方向及び移動量を体表面上において確認することができる。

本発明において、前記投射制御手段は、前記支持フレームに対して前記光源の放射する光の投射経路を前記骨手術器具と共に移動させるように構成されていることが好ましい。これによれば、光源の放射する光の投射経路そのものを骨手術器具と共に移動させることにより、投射位置を移動させるために光学系の一部を正確かつ微妙に調整するための複雑な調整構造及び高度な制御機能を設けなくても、光学系の少なくとも主要部をそのまま移動させるだけで、骨手術器具の移動方向及び移動量に対して光の投射位置の移動方向及び移動量を容易にしかも正確に整合させることが可能になる。

本発明において、前記投射制御手段は、前記光源から放射される光を偏向させ、前記体表面に向けて導くための光偏向手段を含むことが好ましい。これによれば、光源の放射する光を光偏向手段によって偏向させることにより、光源と骨手術器具との間の位置関係に大きな制約を課すことなしに、光を骨手術器具の導入位置に近い体表面へと導くことが可能になる。したがって、光源と骨手術器具とを近接配置させるなどの方法で支援装置の小型化を図ることが可能になるとともに、光の投射位置を骨手術器具の導入位置に充分に接近させることが可能になるので、骨手術器具の位置をより容易かつ正確に把握することができるように構成できる。

本発明において、前記投射位置は、前記骨手術器具の少なくとも一部を既定方向に向けて前記体表面上に投影した位置に対応していることが好ましい。これによれば、体表面上の投射位置から上記既定方向を逆に辿ると骨手術器具の少なくとも一部に到達するため、骨手術器具の少なくとも一部の位置をより容易かつ正確に外部から把握することができる。ここで、上記の骨手術器具の少なくとも一部としては、骨手術器具の先端が挙げられる。これによって、骨手術器具の先端が体内においてどの程度の深さに達しているかをより容易かつ明確に把握することができる。

本発明において、前記支持フレームに支持された別の光源をさらに具備し、前記支持フレームが施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定された状態で前記別の光源の放射する光を患者の体表面上に投射することにより、前記骨手術器具若しくはその移動経路の位置若しくは方向を表すパターン要素を前記体表面上に投影することが好ましい。

この発明によれば、光源の放射する光が体表面上に投射されることにより骨手術器具若しくはその移動経路の位置若しくは方向を表すパターン要素が投影されるため、例えば、骨手術器具の導入前においては、パターン要素を視認することにより移動経路の位置及び方向が正規に設定されているか否かを確認することが可能になり、骨手術器具の導入後においては、骨手術器具の導入位置及び導入姿勢を容易に確認することが可能になる。ここで、骨手術器具若しくはその移動経路を表すパターン要素は、結果的に骨手術器具若しくは移動経路の位置及び方向が視認できる形状を有するパターンであれば如何なるパターン形状を備えるものであっても構わない。このようなパターン形状としては、以下に説明する線状要素の他に、線分が配列された破線状パターン、スポットが配列された点線状パターン、骨手術器具の輪郭パターン、移動経路を把握できる形状を備えた骨手術器具の画像パターン、骨手術器具の形状をデフォルメしたり、簡略化したりして形成した抽象パターンなどが挙げられる。

この骨手術用支援装置の具体的構成としては、骨に適用される骨手術器具若しくはその移動経路の位置若しくは方向を提示して骨手術を支援するための骨手術用支援装置であって、施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定される支持フレームと、前記支持フレームに支持された光源と、前記光源の放射する光を骨手術用器具若しくは前記移動経路上に向けて体外から投射することにより、前記骨手術器具若しくはその移動経路の位置若しくは方向を表すパターン要素を投影する投射制御手段と、を具備することを特徴とする。

本発明において、前記パターン要素は、前記骨手術器具の軸線若しくは前記移動経路に整合した線状パターンであることが好ましい。骨手術器具の軸線若しくはその移動経路に整合した線状パターンが体表面上に投影されることにより、確実かつ容易に骨手術器具の軸線若しくは移動経路の方向、或いは、位置及び方向を確認することができる。また、簡易な線状要素で移動経路を表すので、他のパターン要素を当該線状パターンに重ねて投影した場合において、当該骨手術器具の軸線若しくは移動経路の位置及び方向が把握し易くなるとともに、他のパターン要素も認識し易くなるという利点がある。

本発明において、前記骨手術器具を前記移動経路に沿って移動可能に案内する案内手段をさらに具備することが好ましい。案内手段によって骨手術器具を移動経路に沿って移動可能に案内することにより、骨手術用支援装置が、骨手術器具に対する案内機能と、骨手術器具の軸線或いは移動経路を提示する提示機能とを同時に発揮できるようになるので、骨手術器具用の案内装置と協働する態様で用いられる場合でも全体構成を小型化できるとともに光投射精度を高めることができ、或いは、骨手術器具用の案内装置を別途必要としない構成とすることさえも可能になる。

本発明において、前記支持フレームに支持された異なる光源をさらに具備し、前記支持フレームが施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定された状態で前記異なる光源の放射する光を患者の体表面上に投射することにより、骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を表すパターン要素を前記体表面上に投影することが好ましい。

この発明によれば、支持フレームを骨に対して位置決め固定し、光源の放射する光が体表面に投射されることで、骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を表すパターン要素が体表面上に投影されるため、骨の位置若しくは形状を容易且つ確実に把握することができる。ここで、骨の少なくとも一部の位置を表すパターン要素は、骨の軸線位置を示す線状パターン、骨の表面位置を示す輪郭パターン、骨の存在範囲を示す骨画像パターン、骨の形状を簡易化して表す抽象パターンなどのように、骨の少なくとも一部の位置や形状を把握することのできるパターンであれば如何なるパターン形状であっても構わない。

この骨手術用支援装置の具体的な構成としては、骨の位置若しくは形状を提示して骨手術を支援するための骨手術用支援装置であって、施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定される支持フレームと、前記支持フレームに支持された光源と、前記光源の放射する光を施術部位に向けて体外から投射することにより、骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を表すパターン要素を投影する投射制御手段と、を具備することを特徴とする。

本発明において、前記パターン要素は、骨の軸線に整合した線状パターンであることが好ましい。これによれば、骨の軸線に整合した線状パターンを体表面上に投影するので、特に長管状の骨部分（大腿骨や上腕骨の管状骨部など）の軸線の方向、或いは、位置及び方向を外部から容易かつ確実に把握することができる。

なお、上記各発明においては、光源から放射される光に基づく実際の投影パターンが上記パターン要素と完全に一致する必要はなく、上記パターン要素を含むものであればよいので、実際の投影パターンに上記パターン要素以外の任意のパターン、例えば、文字、名称、記号、数字、図形などが付加されていてもよく、さらには、上記パターン要素に、色、濃淡、模様などの他の要素が重畳されていても構わない。

本発明の骨手術用支援装置によれば、骨手術器具の少なくとも一部の位置や方向、骨手術器具の移動経路、骨の少なくとも一部の位置や形状などを容易に把握することができる。したがって、骨手術の正確性の向上、手術ミスの低減、手術時間の短縮、Ｘ線被爆量の低減、切開範囲の抑制などを図ることができ、これにより、骨手術の効果を高めたり、患者の負担や手術者の負荷を軽減したりすることができるといった優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施形態を図示例と共に説明する。図１は、本実施形態の骨手術用支援装置２００の全体構成を示す概略斜視図である。この支援装置２００は、後述する方法で骨（施術部位）に対して間接的に位置決め固定される支持フレーム２１０と、この支持フレーム２１０に支持される光源２２１，２２２，２２３とを具備している。この支持フレーム２１０は、光源２２１及び骨手術器具１２５（図示例ではガイドピン）を案内する案内部２１１と、この案内部２１１に対して連結部２１２を介して接続固定された延長部２１３とを有している。光源２２１，２２２，２２３は、患者の体表面（皮膚の表面上に密着配置される衣服や手術用シートなどのような患者の皮膚表面と同視できる表面を含む）２に投射されたときにその投射位置が視覚的に視認できるような光を放射する。この光は一般的には可視光線であるが、体表面２に特殊な薬品を塗布することによって初めてその投射位置が視認可能となる可視光領域以外の波長を有する光、例えば赤外線などであってもよい。光源２２１，２２２，２２３はＬＤ（レーザダイオード）などを内蔵したレーザ光源であることが好ましいが、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などを内蔵した非レーザ光源であってもよく、或いはまた、ＬＤやＬＥＤなどの光放出素子を内蔵しない光ファイバーの光出射部などで構成されていても構わない。

この支援装置２００には、光源２２１を支持するとともに骨手術器具１２５を保持し、上記案内部２１１に案内されて移動可能に構成された移動部材２２５が設けられている。この移動部材２２５は、案内部２１１に形成された案内溝２１１ａに嵌合することにより、この案内溝２１１ａに沿って摺動自在となる態様で案内部２１１に係合保持されている。

より具体的には、図示例では、骨手術器具１２５の後端部にアダプタ１２８が固定され、このアダプタ１２８が移動部材２２５に対して軸線方向には固定されているが軸線周りには回転自在となるように取り付け固定されている。アダプタ１２８は図示しないパワーツール（例えば、電動工具の駆動部）に接続可能に構成されており、アダプタ１２８を介して骨手術器具１２５を回転駆動することができるようになっている。また、骨手術器具１２５は、案内溝２１１ａに挿通された状態で、案内部２１１の前方に伸びるように配置される。

連結部２１２の一端は案内部２１１に接続され、連結部２１２は案内部２１１による骨手術器具に対する案内方向（移動経路Ｍの方向）に対して交差（図示例では直交）する方向に伸びている。そして、連結部２１２の他端に接続固定された上記延長部２１３は、上記案内部２１１による骨手術器具１２５の移動経路Ｍと平行に伸びる光偏向部２２６を備えている。光偏向部２２６は、光源２２１から放射される光を受け、この光を常に同じ方向（図示例では移動経路Ｍと直交する方向）に出射するように構成されている。より具体的には、光偏向部２２６には、案内部２１１の上記移動経路Ｍに沿って配列された複数の光反射面が設けられている。これらの光反射面は全て同じ方向を向くように構成されている。

光源２２１は、光偏向部２２６に向けて光を放出するように構成されており、その光は光偏向部２２６の光反射面による反射により偏向されて体表面２に向けて投射される。そして、その光の投射により体表面２上に生ずる投射スポットＰは、案内部２１１による骨手術器具２１５の移動経路Ｍ（すなわち、骨手術器具１２５の軸線方向）を含む既定の仮想平面Ｌ上に位置するようになっている。本実施形態の場合、この仮想平面Ｌは、延長部２１３の軸線、或いは、光源２２１から放出される光の投射経路をも含むように設定されている。ここで、投射スポットＰは、骨手術器具２１５の一部である先端を、上記仮想平面Ｌに沿った既定の方向に向けて体表面２に投影した位置と一致する。このとき、投射スポットＰの投射方向（投影方向）は、上記移動経路Ｍの方向（案内方向）と直交する方向であることが好ましい。

また、延長部２１３には、上記の光源２２２，２２３が支持固定されている。光源２２２は、上記案内部２１１による骨手術器具１２５の移動経路Ｍに沿った線状の投射パターンＴを患者の体表面２上に投影するようになっている。この投射パターンＴは、上記の移動経路Ｍの位置若しくは方向を体表面２上において表すパターン要素である線状パターンであり、本実施形態の場合には上記移動経路Ｍを仮想平面Ｌに沿って（好ましくは案内方向（移動経路Ｍの方向）と直交する方向に）体表面２上に投影したときのパターンと一致する線状パターンである。なお、図示例では、光源２２２の投射位置が上記仮想平面Ｌから外れているが、光源２２２の光投射位置を上記仮想平面Ｌ上に配置し、しかも、その光投射方向が上記仮想平面Ｌに沿った方向となるように構成することが最も望ましい。このようにすれば、光源２２２から体表面２までの距離が変化しても、常に投射パターンＴを上記仮想平面Ｌ上に正確に配置させることができるからである。このようにするには、例えば、光源２２２を延長部２１３の内部に配置し、その光投射口が仮想平面Ｌ上において開口するように構成すればよい。

光源２２３は、上記の投射パターンＴと交差する方向に伸びる線状の投射パターンＳを体表面２上に投射するように構成されている。この投射パターンＳは、体表面２の下に配置されている骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を体表面２上において示すパターン要素であり、本実施形態の場合には骨１の管状部分の軸線の位置及び方向に対応した線状パターンである。例えば、図示例では、投射パターンＳは、骨１の軸線を含み、上記投射スポットＰの光投射方向と平行な仮想平面Ｋに沿って骨１の上記軸線を体表面２上に投影したパターンと一致するように構成されている。ここで、上記仮想平面Ｋに骨１の軸線が含まれるように構成するために、光源２２３の支持フレーム２１０に対する取り付け位置及び／又は姿勢を調整できるように構成することが望ましい。なお、上記の投射パターンＳを、後述する髄内釘の軸線の位置及び方向に対応したものとなるように構成してもよい。例えば、髄内釘の軸線に整合した線状パターン、髄内釘の輪郭パターン、髄内釘の画像パターンなどである。この場合には、投射パターンＳは、骨手術器具である髄内釘の軸線の方向（姿勢）、或いは、位置及び方向（姿勢）を表すパターン要素になる。

上記の光源２２２，２２３は、線状の投射パターンＳ，Ｔを形成するために、平面状に拡散する光束を放射するように構成されている。このような平面状に拡散する光束は、例えば、レーザ光源から放射されるコヒーレント光や各種ランプやＬＥＤから放射される非コヒーレント光で構成される光束を、シリンドリカルレンズなどの光学素子で特定方向に拡散させるか、或いは、マイクロミラーデバイスやマイクロプリズムなどのような高速で特定方向に反復振動する微小光学素子で走査することによって容易に形成することができる。

図２は、上記の支援装置２００の適用例を示す説明図である。図２には、大腿骨である骨１の近位部に髄内釘１０を導入し、この髄内釘１０に案内装置２０を接続固定した上で、さらに、案内装置２０に対して上記の支援装置２００（図示二点鎖線）を接続固定した様子を示す。ここで、髄内釘１０は、基端部１１と末端部１２とを有し、全体として骨１の髄内に沿って伸びる延長形状を備えている。基端部１１内には、端部に開口し軸線方向に伸びる軸孔１１ａと、軸線と交差する方向に基端部１１を横断する横断孔１１ｂ、１１ｃとが設けられている。これらの横断孔１１ｂ，１１ｃは、大腿骨である骨１の骨頭部１ａに向けて伸びるように斜めに基端部１１を貫通している。また、末端部１２内には、軸線とほぼ直交する方向に貫通した横断孔１２ｂ，１２ｃが形成されている。

髄内釘１０の基端は、案内装置２０の接続部２１に対して、上記軸孔１１ａの内面に形成された雌ネジに螺合するボルト２２を介して接続固定されている。また、案内装置２０は、髄内釘１０の軸線に対してほぼ平行に伸びる案内部２３を有し、この案内部２３は、上記接続部２１を介して髄内釘１０に固定されている。この案内部２３は、髄内釘１０の上記横断孔１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃに対して案内スリーブ２４を向けた姿勢で保持するための案内孔を内蔵している。案内スリーブ２４は案内部２３に挿通された状態で保持固定され、横断孔１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃに向けて骨手術器具であるガイドピン１２５、ラグスクリュウ１３１などを案内するように構成されている。ここで、髄内釘１０の軸線及び案内装置２０の軸線は、図２の紙面と一致する仮想平面Ｖ上に配置される。

図２に示す適用例では、最初に髄内釘１０を骨１の近位端から髄内に導入し、その後、案内装置２０の本体を髄内釘１０に接続固定し、この本体の案内部２３に案内スリーブ２４を位置決め固定する。このとき、支援装置２００に関する上記仮想平面Ｌは、髄内釘１０及び案内装置２０に関する上記仮想平面Ｖと直交する。そして、ガイドピン１２５を案内スリーブ２４に対して位置決めするための補助スリーブ２５を案内スリーブ２４の内部に装着し、図１に示すように、支援装置２００に装着されたガイドピン１２５を案内スリーブ２４（補助スリーブ２５）の内部に挿通させるとともに、支援装置２００の支持フレーム２１０を案内装置２０に固定する。

案内装置２０と支持フレーム２１０との固定方法としては、例えば、図１に示す支持フレーム２１０の案内部２１１の先端に設けられた係合部２１１ｂを案内装置２０の案内部２３（案内スリーブ２４でもよい。）の後端部に係合させ、止めねじ２１１ｃなどの固定手段によって固定することにより、案内装置２０によるガイドピン１２５の案内方向と、支持フレーム２１０の案内部２１１による案内方向とを正確に一致させる方法が挙げられる。なお、本実施形態では、案内部２３と案内部２１１とを別々に設け、案内装置２０と支持フレーム２１０とを固定したときに両者の案内方向が一致するように構成しているが、予め両案内部を一体構造としてもよく、或いは、いずれか一方の案内部のみを設けるようにしてもよい。

そして、図１に示すように、光源２２１，２２２，２２３から放射される光によって投射スポットＰ、投射パターンＴ，Ｓを患者の体表面２上に投影し、アダプタ１２８を図示しないパワーツールに接続してガイドピン１２５を大腿骨１の内部に刺入していく。このとき、投射スポットＰは、上記仮想平面Ｌ上におけるガイドピン１２５の先端位置の投影点を体表面２上において表しているので、手術者は、ガイドピン１２５の先端位置がほぼどのくらいの深さまで到達しているかを、Ｘ線撮像装置などの体内透視装置を用いなくても把握することができる。

この場合に、予め骨１の位置をＸ線撮像装置などの体内透視装置で確認しておき、骨１と投射パターンＴ，Ｓとの相対的位置関係を把握しておくことで、投射スポットＰによるガイドピン１２５の先端の位置をより精密に把握することができる。例えば、体表面２上の投射パターンＴとＳの交点位置から骨頭部１ａの皮質部（表面）までの投射パターンＴの延長方向に沿った距離を、予め体表面２上において確認しておくことで、投射スポットＰによりガイドピン１２５の先端が骨頭部１ａの皮質部（表面）にどれだけ近づいたかをさらに正確に把握できる。また、上記の投射パターンＳの代わりに、骨１の輪郭パターンや画像パターンを体表面２上に投影するように構成すれば、投影スポットＰとこの輪郭パターン若しくは画像パターンとの位置関係を体表面２上において確認することで、更に容易にガイドピン１２５の先端の到達位置を明瞭に把握することができる。この場合、上記輪郭パターン若しくは画像パターンは、上記投射パターンＳと同様に、骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を表すパターン要素である。

上記のようにして、ガイドピン１２５の先端が骨１の正規の位置（骨頭部１ａの内部）に導入されると、次に、案内スリーブ２４から補助スリーブ２５を取り外し、ガイドピン１２５を挿通させた図示しないドリルやリーマなどの穿孔器具を、案内スリーブ２４を通して骨１に作用させ、ガイドピン１２５に沿って骨１を穿孔する。その後、ラグスクリュウ１３１を案内スリーブ２４の内部に挿通させ、工具１３２によってラグスクリュウ１３１をガイドピン１２５に沿って骨１にねじ込んでいく。そして、最終的に図示のようにラグスクリュウ１３１の先端が正規の位置（骨頭部１ａの内部）において係合固定された状態とする。

上記の穿孔器具やラグスクリュウ１３１を骨１に適用する際にも、上記の支援装置２００を用いることができる。この場合には、移動部材２２５をガイドピン１２５やアダプタ１２８から取り外し、その代わりに、穿孔器具や上記工具１３２に連結固定することで、穿孔器具の一部（例えば、先端）やラグスクリュウ１３１の一部（例えば、先端）に対応する体表面２上の位置を投射スポットＰが示すようにする。これにより、穿孔器具による穿孔深さやラグスクリュウ１３１のねじ込み深さをきわめて容易に把握することができる。このとき、移動部材２２５が穿孔器具や工具１３２に適合しない場合には、穿孔器具や工具１３２に適合した別の移動部材に交換すればよい。

図３は、上記骨手術器具１２５と、光源２２１及び光偏向部２２６によって形成される光投射経路Ｑと、上記投射スポットＰとの関係を示す概略説明図である。ここで、骨手術器具１２５は案内経路Ｍに沿って移動するように構成されており、光投射経路Ｑ及び移動経路Ｍは、図３の紙面と一致する仮想平面Ｌ上に共に配置される。また、投射スポットＰは、光偏向部２２６から仮想平面Ｌ上を上記移動経路Ｍに直交する投射方向に向けて体表面２上に投射されたものであり、この投射スポットＰから当該投射方向に向けてさらに体表面２下を直進すると、骨手術器具１２５の先端に到達するようになっている。

本実施形態では、骨手術器具１２５が上記移動経路Ｍに沿って移動するとき、それと全く同様の移動方向及び移動量で上記光投射経路Ｑが移動するように構成されている。例えば、骨手術器具１２５が骨１に到達する前における光投射経路Ｑと、骨１に到達した後における光投射経路Ｑ′とは、全く同一の方向及び長さを有する経路であり、光投射経路Ｑを移動経路Ｍに沿って骨手術器具１２５の移動量だけ並進移動させることによって光投射経路Ｑ′に完全に一致するようになっている。したがって、骨１に到達する前の骨手術器具１２５と光投射経路Ｑとの位置関係は、骨１に到達した後の骨手術器具１２５と光投射経路Ｑ′との位置関係と全く同一である。なお、図３において骨手術器具１２５は図示の都合上、移動の前後においてやや上下方向にずらして描いてあるが、実際には、その軸線は移動の前後に亘って常に移動経路Ｍ上に存在している。

図１に示した支援装置では、移動部材２２５及び光偏向手段である光偏向部２２６によって光偏向手段が構成される。ここで、本実施形態の場合、骨手術器具１２５の移動と共に光源２２１を移動させる一方、光偏向部２２６を固定しているが、この光偏向部２２６は案内方向（移動経路Ｍ）に沿って配列された、同一方向を向いた複数の光反射面を備えているため、光偏向部２２６を移動させなくても、上記のように光投射経路ＱとＱ′の整合性は実質的に保たれる。ただし、光偏向部を光源と共に骨手術器具の移動方向及び移動量と整合した移動方向及び移動量を有するように移動させても構わない。

図４は、上記の光源２２３による体表面２上の投射パターンＳ及びこれとは異なる態様の投射パターンＲと、骨１との関係を示す概略説明図である。上述のように、投射パターンＳは、骨１の軸線１ｘを含み、投射スポットＰの光投射方向と平行な仮想平面Ｋに沿って、軸線１ｘを体表面２上に投影したパターンと一致する。したがって、投射パターンＳは、投射スポットＰと同じ方向に投影されたパターンであるので、投射スポットＰが移動しても、投射スポットＰと投射パターンＳとの位置関係は、常に骨手術器具１２５と骨１の軸線１ｘとの位置関係に対応したものとなる。ここで、上記仮想平面Ｋと仮想平面Ｖとは相互に直交する。

投影パターンＳを上記のように設定するには、予めＸ線撮像装置などの体内透視装置によって患者の骨１を撮影し、その撮影画像から骨１の軸線１ｘの位置を割り出し、光源２２３の位置及び姿勢を調整することにより、投射パターンＳ及びその光投射方向を含む上記仮想平面Ｋが軸線１ｘを含むように設定すればよい。また、患者自身の骨１ではなく、典型的な骨１の軸線１ｘの位置及び姿勢データを予め用意し、これを体表面上に投影するようにしても構わない。

この場合、骨１の軸線１ｘに対応する投射パターンＳの代わりに、骨１の輪郭又は画像を投影してなる投射パターンＲを形成するように構成してもよい。この場合には、予めＸ線撮像装置などの体内透視装置によって患者の骨若しくは典型的な骨を撮影し、その撮影画像から骨１の輪郭形状又は画像形状を抽出するとともに、上述と同様にして光源を調整することで、その投射方向及び位置を骨１に整合させる。このときの光源としては、液晶プロジェクタ、デジタルミラーデバイスプロジェクタなどの画像投射装置を用いることができる。このようにすると、投射パターンＲは骨１の輪郭形状や画像形状そのものを表現しているので、より正確かつ明瞭に骨１の位置及び形状を把握することができるとともに、上記の投射スポットＰや投射パターンＴとの相対的な位置関係をもさらに精密に把握することができる。

上記の図４を参照して説明した投射パターンＳ，Ｒに関する記述内容は、骨１の代わりに、骨１に適用されたインプラントなどの骨手術器具、例えば上記の髄内釘１０の位置、方向、形状などを提示する投射パターンを形成する場合にも全く同様に該当する。この場合、髄内釘１０などの骨手術器具の位置を予め透視装置などを用いてその投射パターンと整合させておくことが好ましい。

尚、本発明の骨手術用支援装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の実施形態では、骨手術用支援装置を大腿骨の骨手術に適用した例を示したが、本発明の骨手術用支援装置は、大腿骨以外の他の骨、例えば、上腕骨などにも適用することができる。また、上記実施形態では、案内装置に対して支援装置を固定するように構成されているが、本発明の支援装置を、髄内釘のようなインプラントに対して直接に接続固定されるように構成してもよく、或いは、骨１に対して直接に接続固定されるように構成しても構わない。さらに、本発明の支援装置は、上記適用例における案内装置２０と一体化されるなどの構成により、案内装置２０と同様の案内機能をも備えた装置として構成されていてもよい。なお、本発明に係る骨手術器具には、患者の体内に設置されるプレート、髄内釘、ラグスクリュウその他の骨ねじのようなインプラントに限らず、骨手術の過程で用いられるガイドピン、穿孔器具、レンチその他の各種工具など、骨手術に際して骨に対して何らかの態様で直接若しくは間接的に適用される各種の器具がすべて包含される。

骨手術用支援装置の実施形態の概略構造を示す概略斜視図。 実施形態を大腿骨近位部の骨手術に適用した例を示す概略側面図。 実施形態における骨手術器具の位置・方向に整合した光投射経路を示す概略説明図。 実施形態における骨の位置・形状に整合した投射パターンを示す概略斜視図。

符号の説明

２００…骨手術用支援装置、２１０…支持フレーム、２１１…案内部、２１２…連結部、２１３…延長部、２２１，２２２，２２３…光源、２２５…移動部材、２２６…光偏向部、１２５…ガイドピン、１２８…アダプタ、１３１…ラグスクリュウ、１３２…工具、１０…髄内釘、２０…案内装置

Claims (9)

1. 骨に適用される骨手術器具の移動経路上の位置を提示して骨手術を支援するための骨手術用支援装置であって、
   施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定される支持フレームと、
   前記支持フレームに支持された光源と、
   前記支持フレームが施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定された状態で前記光源の放射する光を患者の体表面上に投射するとともに、その投射位置を前記骨手術器具における前記移動経路の方向及び前記移動経路上の移動量に整合させて移動させる投射制御手段と、
   を具備することを特徴とする骨手術用支援装置。
2. 前記投射制御手段は、前記支持フレームに対して前記光源の投射する光の投射経路を前記骨手術器具と共に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の骨手術用支援装置。
3. 前記投射制御手段は、前記光源の放射する光を偏向させ、前記体表面に向けて導くための光偏向手段を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の骨手術用支援装置。
4. 前記投射位置は、前記骨手術器具の少なくとも一部を既定方向に向けて前記体表面上に投影した位置と対応していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の骨手術用支援装置。
5. 前記支持フレームに支持された別の光源をさらに具備し、
   前記支持フレームが施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定された状態で前記別の光源の放射する光を患者の体表面上に投射することにより、前記骨手術器具若しくはその移動経路の位置若しくは方向を表すパターン要素を前記体表面上に投影することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の骨手術用支援装置。
6. 前記骨手術器具若しくはその移動経路の位置若しくは方向を表すパターン要素は、前記骨手術器具の軸線若しくは前記移動経路に整合した線状パターンであることを特徴とする請求項５に記載の骨手術用支援装置。
7. 前記骨手術器具を前記移動経路に沿って移動可能に案内する案内手段をさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の骨手術用支援装置。
8. 前記支持フレームに支持された異なる光源をさらに具備し、
   前記支持フレームが施術部位に対して直接若しくは間接的に位置決め固定された状態で前記異なる光源の放射する光を患者の体表面上に投射することにより、骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を表すパターン要素を前記体表面上に投影することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の骨手術用支援装置。
9. 前記骨の少なくとも一部の位置若しくは形状を表すパターン要素は、骨の軸線に整合した線状パターンであることを特徴とする請求項８に記載の骨手術用支援装置。

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