JP4398129B2 - 折れた骨の後整復のための整復パラメーター測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、請求項１の前文で特定されているような折れた骨の断片を整復するための、整復装置の後調節のための整復パラメーター測定装置に関する。
【０００２】
（背景技術）
骨接合の分野では、患者の折れた骨の骨断片はしばしば正確に再配置される必要がある。骨断片のこのような正確な再配置（整復）後にのみ、外部または内部固定器具の如き固定装置が、骨断片を固定位置に固定するために適用され得る。その他の適用例えば患者が骨奇形を有する場合において、一つ以上の骨が治療される必要がある。
【０００３】
現在、折れた骨の断片の転位はＸ線映像により測定される必要がある。外部固定器具を設置する場合、夫々のクランプおよびピンまたはネジの調節によりなされる修正はこれらのＸ線像に基づいている。外部固定器具による折れた骨の整復の確認は、その後のＸ線映像により行なわれる必要がある。この操作は、断片調節が多工程の場合には扱いにくい可能性がある。
【０００４】
請求項１前文にかかる装置は、米国特許第5,443,464 号明細書および米国特許第4,920,959 号明細書から知られている。これら公知の装置において、直交基準軸に同軸なピン変位は定められていない。
【０００５】
この点に関して、本発明は改善手段を提供することを目的とする。本発明の目的は、Ｘ線映像を使用しないで患者の体の健全な側の相当する健全な骨と折れた骨の骨輪郭とを比較するという発想に基づいた装置を提供することである。
【０００６】
（発明の開示）
本発明は、請求項１の特徴を与える、折れた骨の断片を整復するための整復装置の後整復のための整復パラメーター測定用装置により上記問題を解決する。
【０００７】
本発明の装置は、下記の工程に従って使用できる。
Ａ）整復パラメーターの測定が、患者の体の左右の側における問題の相当する骨の輪郭を比較することにより行なわれ、それにより
Ｂ）問題の骨の一つにおける少なくとも三つの非共線点の位置が測定され、それにより患者の体に関する三次元座標系を確立し、
Ｃ）前記座標系内でありかつ問題の別の骨における同様な点の位置が測定され、それにより少なくとも三つの点が折れた骨の近位断片に位置されるように点の測定が行なわれ、
Ｄ）夫々の点とその相当する点の間の連結ベクトルを二つの等しい部分に分けて、それにより座標系内にて対称面の三つの点を決定するベクトルの中心点を特定することにより前部−背部軸および近位−遠位軸を含む対称面が確立され、
Ｅ）折れた骨の断片に相当する夫々の断面での折れていない骨における少なくとも三つの非共線点を測定し、かつ対称面に関してこの点に対称である点の測定により鏡像を形成することにより患者の折れていない骨の鏡像が対称面に対称に発生され、
Ｆ）折れていない骨における点に相当しかつ折れた骨の夫々の断片における少なくとも三つの点の位置が測定され、そして
Ｇ）次いで鏡像内の点の座標と折れた骨における点の異なる座標との比較により整復パラメーターが測定される。
【０００８】
前記座標は、工程Ｂ）のもとに特定された座標系内で測定されることが好ましい。次いで整復パラメーターの測定は、折れた骨における点の座標と中間−横方向、前部−背部方向および近位−遠位方向の鏡像内の点の座標との間の差異を計算することにより行なわれることが好ましい。
【０００９】
折れた骨および折れていない骨の表面上の点の位置測定は、これらの点にポインターの先端部で触れることにより行なわれ、前記ポインターはマーカーの位置が光学位置測定装置およびコンピュータによる夫々のデータ処理により現場での三次元座標系内で測定し得る少なくとも三つのマーカーを備えていることが好ましい。
位置測定装置は光学位置測定装置、音響位置測定装置または電磁気位置測定装置であってもよい。
【００１０】
位置測定装置の運転様式に応じて、ポインターに取り付けられたマーカーはエネルギー放出手段、エネルギー受け取り手段またはエネルギー反射手段であってもよい。例えば、エネルギー放出手段として、
−光源、
−光放出ダイオード（ＬＥＤ’ｓ）；
−赤外線放出ダイオード（ＩＲＥＤ’ｓ）；
−音響トランスミッター；若しくは
−磁界を確立するためのコイル；
またはエネルギー受け取り手段として、
−フォトダイオード；
−マイクロフォン；若しくは
−ホール効果素子
が設置されてもよい。
【００１１】
本発明の装置は、以下の工程を含む方法に従って使用されてもよい。
Ａ）一つの基準バーを二つのネジまたはピンにより骨に固定し、そして第三の点をこの基準バーに固定可能な調節自在のピンで測定することによる、複数の骨の一つの骨の表面における少なくとも三つの点の位置測定；
Ｂ）第二の基準バーを二つのネジまたはピンにより別の骨に固定し、そして第三の点をこの基準バーに固定可能な調節自在のピンで測定することによる、別の骨の表面における同様な点の位置測定；および
Ｃ）基準バー上の特別に特定された点に関する調節自在のピンの先端部の座標が、整復パラメーターを推定するために比較されること。
【００１２】
この方法は要求のありしだい
ａ）一つの基準バーを中間−横面において折れていない骨に取り付け、そして一つの基準バーを中間−横面において折れた骨に取り付けることによる、中間−横面に関する整復パラメーターの測定；
ｂ）一つの基準バーを前部−背部面において折れていない骨に取り付け、そして一つの基準バーを前部−背部面において折れた骨に取り付けることによる、前部−背部面に関する整復パラメーターの測定；または
ｃ）一つの基準バーを中間−横面および前部−背部面において折れていない骨に夫々取り付け、そしてもう一つの基準バーを中間−横面および前部−背部面において折れた骨に夫々取り付けることによる、中間−横面および前部−背部面に関する整復パラメーターの測定
を含む。
【００１３】
本発明の装置を使用する前記方法は、例えば、適切な整復装置および方法、並びに適切な内部固定器具または外部固定器具の選択として、折れた骨の外科治療の計画および準備中の付加的な工程として外科医によって行なわれることが好ましい。
【００１４】
本発明の装置は、請求項１にて規定される特徴を含む。この装置は、調節自在のクランプはピンの先端部が３つの自由度で変位可能であるように構成され、それにより先端部の座標を基準バーに固定された三次元座標系に関して推定することを可能にするという利点を有する。３つの自由度によるこの変位可能性を実現するために、調節自在のクランプはソケット、柱および支持体を含み、それにより支持体が柱の長さ方向の軸の方向に滑走自在であり、かつソケットが基準バーの長さ方向の軸の方向に基準バー上で滑走自在である。
【００１５】
前記柱が基準バーに垂直に配置されていることが好ましく、支持体がピンを受容するためのせん孔を備えかつ支持体が柱および基準バーに垂直に延びる軸を備えていることが好ましい。
【００１６】
本発明の装置の別の実施態様において、基準バーを骨に取り付けるために連結ピンが備えられる。連結ピンは、骨に導入されるその端部においてねじ山を備えていることが好ましい。連結ピンのジョイントとして、１つの自由度を有する回転ナックル、またはボールジョイントが備えられてもよい。連結は弛緩自在に固定可能であることが好ましい。
【００１７】
本発明の利点は、折れた骨の整復パラメーターが、問題の骨のＸ線を必要としないで測定され得ることである。
本発明およびその更なる展開が、概略形態で部分的に示される幾つかの例示となる実施態様に関して以下で説明される。
【００１８】
（発明を実施するための最良の形態）
図１は、患者の体の健全な側の相当する健全な骨と折れた骨との骨輪郭比較の概念を含む本発明の装置を使用する方法を示す。前記方法は、折れた骨５の断片を整復するための整復装置の後調節のための整復パラメーター測定に役立つ。これらの整復パラメーターを得るために、前記方法は下記の工程を含む。
【００１９】
Ａ）整復パラメーターの測定が、患者の体の左右の側における問題の相当する骨５；２７の輪郭を比較することにより行なわれ、それにより
Ｂ）問題の骨５；２７の一つにおける少なくとも三つの非共線点３１；３２の位置が測定され、それにより患者の体に関する三次元座標系３５を確立し、
Ｃ）前記座標系３５内でありかつ問題の別の骨５；２７における同様な点３１；３２の位置が測定され、それにより少なくとも三つの点３２が、折れた骨５の近位断片４２に位置されるように点３１；３２の測定が行なわれ、
Ｄ）夫々の点３１とその相当する点３２の間の連結ベクトルを二つの部分に分けて、それにより座標系３５内にて対称面３４の三つの点を決定するベクトルの中心点を特定することにより対称面３４が確立され、
Ｅ）折れた骨５の断片４０；４１；４２に相当する夫々の断面での折れていない骨２７における少なくとも三つの非共線点３６を測定し、かつ対称面３４に関するこの点３６に対称である点３３の測定により鏡像３０を形成することにより患者の折れていない骨２７の鏡像３０が対称面３４に対称に発生され、
Ｆ）折れていない骨２７における点３６に相当しかつ折れた骨５の夫々の断片４０；４１；４２における少なくとも三つの点３９の位置が測定され、そして
Ｇ）次いで鏡像３０内の点３３の位置と折れた骨５における点３９の異なる位置との比較により整復パラメーターが測定される。
【００２０】
折れた骨５および折れていない骨２７における同様な点３１；３２を測定するために、解剖学的標認点が使用されてもよい。例えば、解剖学的標認点として、近位の大転子および遠位の大腿骨外側顆にある解剖学的隆線が使用されてもよい。
【００２１】
図２は、本発明の装置を使用する方法の好ましい現実化を示し、それにより骨５；２７の一つにおける少なくとも三つの点３１の位置測定および別の骨５；２７における同様な点３２の位置測定が、骨５；２７の表面上の点３１；３２をポインター５２の先端部２６で触れることにより行なわれ、前記ポインターは、マーカーの位置が光学位置測定装置５６およびコンピュータ５７による夫々のデータ処理により現場での三次元座標系５４内で測定し得る少なくとも三つのマーカー５３を備えている。
【００２２】
本発明の装置を使用する方法のこの現実化は、コンピュータ援助手術システム（ＣＡＳ）と一緒に使用されることが好ましい。例えば、位置測定装置５６はオプトエレクトロニック・ナビゲーション・システム（オプトトラック３０２０（Optotrak 3020)、ノーザン・デジタル、ＣＡＮ. ）であってもよい。それに応じて、マーカー５３は位置測定装置５６により検出される赤外線放出ダイオード（ＩＲＥＤ’ｓ）であってもよく、それにより三次元座標系５４内のポインター先端部２６の位置を計算することを可能にする。
【００２３】
図３は本発明の装置の好ましい実施態様を示す。折れた骨５における整復パラメーター測定用のこの装置１は
Ａ）長さ方向の軸１０および正方形の断面を有する角柱状の基準バー４；
Ｂ）基準バー４上で長さ方向の軸１０の方向に変位可能でありかつネジ１４により基準バー４に固定可能な二つのクランプ９であって、前記ネジはクランプ９内の内部ねじ山を含む穴にねじ込まれ、そして締め付けられた場合に基準バー４に押し進む前記クランプ；
Ｃ）クランプ９内の内部ねじ山を含む穴にねじ込まれ締め付けられた場合に、基準バー４に押し進むネジ１５により、クランプ９内で基準バー４を横切って弛緩自在に固定できる、軸１３を有する二つのネジ２；３またはピンであって、それによりネジ２；３が骨５にねじ込み可能であり、それにより基準バー４を骨５に取り付ける前記ネジまたはピン；および
Ｄ）先端部２６で骨５の表面上の所望の点に固定し得るピン１１を弛緩自在に固定するための一つの調節自在のクランプ１２
を含む。
【００２４】
ピン１１の先端部２６が３つの自由度で変位可能であるように、調節自在のクランプ１２は構成される。このクランプはソケット２１、ソケット２１上で基準バー４の長さ方向の軸１０に直交して取り付けられた中心軸２３を有する柱１７および支持体１８を含み、それにより支持体１８が柱１７上で中心軸２３の方向に滑走自在であり、かつソケット２１が基準バー４上で長さ方向の軸１０の方向に滑走自在である。支持体１８はピン１１を受容するためのせん孔２５を備えており、そして柱１７の中心軸２３に垂直かつ基準バー４の長さ方向の軸１０に垂直に延びる軸２６を有する。
【００２５】
図４および図５は、折れていない大腿骨２７に１回取り付けられ、かつまた折れた大腿骨５に１回取り付けられた本発明の装置１を示す。装置１は夫々一つのピン１１を備えた二つの調節自在のクランプ１２を含む。両方の装置１は患者の横−中間面において骨５；２７に取り付けられ、図１に記載されているような特定された面に対称である。ピン１１の先端部２６の点の座標は基準バー４に対して測定され、そして比較されてもよい。更に、図５に示された装置１は連結ピン２８を備えている。
【００２６】
整復パラメーター、特に骨の長さおよび折れた骨断片の角度の修正尺度が一旦測定されると、修正は整復装置によって行なわれてもよい。骨断片の位置の修正は、骨の長さの修正（通常伸延(distraction) ）に始まり、続いて水平面および遠位面の両方における骨断片の角度の修正が行われることが好ましい。これらの修正は、同じパラメーター、特に基準座標系内の相当する座標が得られるまで行なわれる。この修正中に、折れていない骨から得られそして対称面（鏡）により変換されたパラメーターデータが使用される。
【００２７】
最後に、クランプ２１は、一つは水平面においてそして一つは垂直面において骨折レベルにまで作動される。ピンの先端部は水平面および垂直面で骨折領域の正確な位置を評価する。特に過伸延(overdistraction) の評価が行なわれ、これに続いて骨断片の小さい転位の微細な修正が行なわれる。微粉砕された骨折部が手術中である場合、上記ピンによる最終整復は行なわれない。
【００２８】
続いて、測定装置が除去され、骨の固定を行なうことができる。外部固定器具が適用されることが意図される場合、高移動性外部固定器具のフレームが、整復装置による整復を行なう場合に既に使用されたこれらのピンの骨から離れた端部に固定される。内部固定が行なわれる場合、最小侵入性の骨接合方法が推奨される。
【００２９】
整復装置がコンピュータ制御される場合、特別なソフトウェアプログラムが整復パラメーターデータを患者の折れていない骨から受け取り、対称面（鏡）を介してこれらのデータを整復尺度に変換し、そして既に取り付けられた整復装置のモーターを制御するために使用されてもよい。このモーターにより、骨断片の必要な修正が行なわれる。再度、骨の長さの修正（伸延）が最初に行なわれる。基準バー、クランプおよびピンにあるセンサーは、修正が完結されるまでデジタル信号をコンピュータに伝達する。一つのピンを夫々の骨断片に導入することができ、クランプに導入できる。一層容易な自動整復を提供するために、ピンは骨の表面に直角に取り付けられるべきである。
【００３０】
自動整復装置は、骨と整復装置との連結間の起こり得る過度の強さ（over strength)を測定するためのセンサーを含む制御システムを備えていることが好ましい。この強さが許容レベルを超える場合、コンピュータがモーターをオフに切換え、または整復装置を以前の位置に戻すことができ、こうして骨および軟組織を損傷から保護し得る。この情報を受けた後に、コンピュータが骨断片の位置を再度分析し、更なる伸延を行なうかまたは骨断片の衝突を防止するためにモーターが制御され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置を使用する方法を示す図である。
【図２】 位置測定装置およびコンピュータを含む本発明の装置を使用する方法の現実化を示す図である。
【図３】 本発明の装置の好ましい実施態様を示す図である。
【図４】 折れていない骨に取り付けられた本発明の装置の実施態様を示す図である。
【図５】 折れた骨に取り付けられた本発明の装置の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
１：測定用装置、２，３：ネジ、４：基準バー、５：折れた骨、９：クランプ、１０：長さ方向の軸、１１：調節自在のピン、１２：調節自在のクランプ、１３：弛緩自在に固定できる軸、１４，１５：ネジ、１７：柱、１８：支持体、２１：ソケット、２３：中心軸、２５：せん孔、２６：先端部、２７：折れていない骨、２８：連結ピン、３０：鏡像、３１，３２：非共線点、３３：鏡像内の点、３４：対称面、３５：三次元座標系、３６：非共線点、３９：折れた骨における点、４０，４１，４２：折れた骨の断片、５０，５１：基準マーカー、５２：ポインター、５３：マーカー、５４：三次元座標系、５６：光学位置測定装置、５７：コンピュータ、６０：回転ナックル。

Claims (7)

1. Ａ）長さ方向の軸（１０）を有する円筒状または角柱状の基準バー（４）；
   Ｂ）基準バー（４）上で長さ方向の軸（１０）の方向に変位可能でありかつ基準バー（４）に固定可能な少なくとも二つのクランプ（９）；
   Ｃ）クランプ（９）内で基準バー（４）を横切って弛緩自在に固定できる、軸（１３）を有する少なくとも二つのネジ（２；３）またはピンであって、それによってネジ（２；３）が骨（５）にねじ込み可能であり、それにより基準バー（４）を骨（５）に取り付ける前記ネジまたはピン；および
   Ｄ）先端部（２６）で前記骨（５）の表面上の所望の点に固定し得る、弛緩自在に固定可能なピン（１１）を備えた少なくとも一つの調節自在のクランプ（１２）
   を含む、折れた骨（５）における整復パラメーター測定装置であって、
   Ｅ）前記調節自在のクランプ（１２）がソケット（２１）、柱（１７）および支持体（１８）を含み、それにより支持体（１８）が柱（１７）上で中心軸（２３）の方向に滑走自在であり、かつソケット（２１）が基準バー（４）上で長さ方向の軸（１０）の方向に滑走自在であり、
   Ｆ）前記中心軸（２３）が長さ方向の軸（１０）およびネジ（２；３）の軸（１３）に垂直に配置されており、
   Ｇ）前記先端部（２６）が３つの自由度で変位可能である
   ことを特徴とする前記整復パラメーター測定装置。
2. 支持体（１８）がピン（１１）を受容するためのせん孔（２５）を備え、かつ中心軸（２３）に垂直かつ長さ方向の軸（１０）に垂直に延びる軸（２６）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 連結ピン（２８）が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 連結ピン（２８）が骨に導入されるその端部にねじ山を備えていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 連結ピン（２８）が、１つの自由度を有する回転ナックル（６０）を備えていることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 連結ピン（２８）がボールジョイントを備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 連結ピン（２８）の連結が弛緩自在に固定可能であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の装置。

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