JP4507097B2 - Implant three-dimensional surgical planning system based on optimal balance between morphological and functional evaluation - Google Patents

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Description

本発明は、インプラント三次元手術計画システムに関する。より詳細には、インプラントを用いた手術を行う際に使用するインプラントの選択を容易にし、精密にするための技術に関する。   The present invention relates to an implant three-dimensional surgical planning system. More particularly, the present invention relates to a technique for facilitating and precise selection of an implant to be used when performing an operation using the implant.

従来の手術計画は2次元X線画像上で拡大率を調整し,人工関節部品のテンプレート,型紙を宛がうことで行っているが,これでは奥行きの情報を得られず,3次元的な手術計画を決定することは非常に困難である。   The conventional surgical plan is performed by adjusting the magnification on the 2D X-ray image and assigning the template and pattern of the artificial joint part. It is very difficult to determine a surgical plan.

そのため,より最近の研究では、一般化しつつあるマルチスライスCTから3次元骨形状モデルを構築し、その形状データに基づく客観的評価値と形状特徴から3次元的な設置位置や角度を自動立案するシステムを開発がされつつある(非特許文献1=酒井智仁, 人工股関節手術計画システムにおける形状情報に基づくインプラントの自動設置,第12 回日本コンピュータ外科学会論文集,(2003),pp.47-48;非特許文献2=Kagiyama, Y. et al, Automated preoperative 3D planning ofacetabular cup positioning and size selection in total hip arthroplasty usingCT data, Proceedings of CAOS, (2004), pp.312-313.)。   Therefore, in more recent research, a three-dimensional bone shape model is constructed from the multi-slice CT that is becoming more generalized, and a three-dimensional installation position and angle are automatically drafted from objective evaluation values and shape characteristics based on the shape data. The system is being developed (Non-Patent Document 1 = Tomohito Sakai, Automatic placement of implants based on shape information in the artificial hip surgery planning system, 12th Annual Meeting of the Japan Society for Computer Aided Surgery, (2003), pp.47-48 Non-patent document 2 = Kagiyama, Y. et al, Automated preoperative 3D planning of acetate tabular cup positioning and size selection in total hip arthroplasty using CT data, Proceedings of CAOS, (2004), pp.312-313.).

既にカップおよびステム単体での自動手術計画システムが開発されており、カップでは適用症例の8割がステムでは全症例が専門医から採用可能と判断されたことから、その有用性が確認されている。これらは固定された骨盤および大腿骨に対して個別に設置計画を自動立案しているが、人工股関節手術計画としては骨盤側および大腿骨側双方が接合するように一括して設置計画を立てることが必要とされる。そのため、カップとステムの自動設置計画立案システムの統合を行い、人工関節部品同士の調整を行うシステムを開発した。この技術では、ステムとネックが一体となったFreemanステムを対象としているため,ネック単体での調整は含まれていない。   An automatic surgery planning system with a cup and a stem alone has already been developed, and it has been confirmed that 80% of applicable cases for cups can be adopted by specialists for all cases with stems. These are designed automatically for the fixed pelvis and femur individually, but as an artificial hip joint surgery plan, the installation plan should be made in a lump so that both the pelvis side and the femur side are joined. Is needed. For this reason, an automatic cup planning system for stems and stems was integrated, and a system for adjusting artificial joint parts was developed. In this technique, since a Freeman stem in which the stem and the neck are integrated is targeted, adjustment by the neck alone is not included.

従来のインプラント手術計画システムでは、医用画像から再構成された患者の三次元骨格形状とインプラント三次元形状の空間関係を、グラフィクス計算機により可視化し、可視化された関係に基づき外科医が、患者に最適なインプラントの選択と設置位置・角度の判断を行っていた。2002年に、イタリアのリッツオーリ研究所において、形態適合性を、より定量的に判断するための参考情報として、インプラント表面と患者骨格の表面の距離分布を三次元的に可視化することが提案された(非特許文献3=Testi D, Simeoni M, Zannoni C, Viceconti M. Validation of twoalgorithms to evaluate the interface between bone and orthopaedic implants.Comput Methods Programs Biomed. 2004 May;74(2):143-50)が、外科医の判断に基づくことには変わりはない。さらに最近では、2003年に、大阪大学において、最適なインプラントの選択と、設置位置・角度を計算機に自動決定させる試みが提案された(非特許文献4=NakamotoM, Sato Y, Sugano N, Sasama T, Nishii T, Pak PS, Akazawa K, Tada Y, YoshikawaH, and Tamura S. Automated CT-based 3D surgical planning for total hipreplacement: A pilot study, Computer Assisted Radiology and Surgery: 17thInternational Symposium and Exhibition (Proc. CARS2003), London, 389-394, 2003)。この技術では、歩行機能に関連する脚長の整合性が一部用いられているが、関節可動域および関節周囲軟部組織長などを含む総合的な機能評価は用いていない。また、2000年〜2003年にかけて、大朝大学やカーネギーメロン大学において、関節機能に直接的な影響を及ぼす関節可動範囲の評価が行われている(非特許文献5=JaramazB, Nikou C, Simon DA, DiGioia AM III. Range Of Motion After Total HipArthroplasty: Experimental Verification Of The Analytical Simulator. LectureNotes in Computer Science, 1205 (First Joint Conference of CVRMed II and MRCASIII (Proc. CVRMed-MRCAS'97), Grenoble, France), 573-582, 1997)が、これらも外科医が行う総合判断の参考情報として用いられているのみであり、この結果をさらに計算機により解析を行うことは報告されていない。   In a conventional implant surgery planning system, the spatial relationship between the patient's 3D skeletal shape reconstructed from medical images and the 3D shape of the implant is visualized by a graphics computer, and based on the visualized relationship, the surgeon selects the most appropriate for the patient. The selection of the implant and the determination of the installation position and angle were performed. In 2002, it was proposed at the Ritzori Institute in Italy to visualize the distance distribution between the implant surface and the patient's skeleton three-dimensionally as reference information for more quantitative determination of conformity. (Non-Patent Document 3 = Testi D, Simeoni M, Zannoni C, Viceconti M. Validation of twoalgorithms to evaluate the interface between bone and orthopaedic implants.Comput Methods Programs Biomed. 2004 May; 74 (2): 143-50) There is no change based on the judgment of the surgeon. More recently, in 2003, an attempt was made at Osaka University to select an optimal implant and let the computer automatically determine the installation position and angle (Non-patent Document 4 = NakamotoM, Sato Y, Sugano N, Sasama T , Nishii T, Pak PS, Akazawa K, Tada Y, YoshikawaH, and Tamura S. Automated CT-based 3D surgical planning for total hipreplacement: A pilot study, Computer Assisted Radiology and Surgery: 17th International Symposium and Exhibition (Proc. CARS2003), London, 389-394, 2003). This technique partially uses leg length consistency related to walking function, but does not use comprehensive function evaluation including joint range of motion and peri-joint soft tissue length. In addition, from 2000 to 2003, the joint movable range that directly affects the joint function has been evaluated at the University of Da Cang and Carnegie Mellon University (Non-patent Document 5 = JaramazB, Nikou C, Simon DA). , DiGioia AM III. Range Of Motion After Total HipArthroplasty: Experimental Verification Of The Analytical Simulator. LectureNotes in Computer Science, 1205 (First Joint Conference of CVRMed II and MRCASIII (Proc. CVRMed-MRCAS'97), Grenoble, France), 573 -582, 1997) are also used as reference information for comprehensive judgments made by surgeons, and no further analysis of the results by a computer has been reported.

特許文献1は、整形外科手術計画を立案するためのソフトウェアを記載する。このソフトウェアはコンピュータの演算処理装置により実行されると、演算処理装置に、患者の骨の3D(三次元)テンプレートモデルを定義する処理と、患者の骨の複数のディジタル化2D(二次元)X線像をコンピュータ記憶装置中に格納する処理と、複数のディジタル化2DX線像のそれぞれから患者の骨の2D基準形状を抽出する処理と、患者の骨の2D基準形状を用いて3Dテンプレートモデルを変形して、患者の骨の輪郭と変形した3Dテンプレートモデルの輪郭との誤差を最小にする処理とを行わせる。更に、演算処理装置は、患者の骨の変形3Dテンプレートモデルに関連付けられたデジタルデータを読み込む処理と、変形3Dモデルに関連付けられたデジタルデータの分析に基づいて患者の骨の手術計画を生成する処理も行う。しかし、これらは、関節可動域および関節周囲軟部組織長などを含む総合的な機能評価は用いておらず、外科医が行う総合判断をさらに計算機により解析を行うことは記載されていない。   Patent Literature 1 describes software for creating an orthopedic surgical plan. When the software is executed by a computer processing unit, the processing unit defines a 3D (three-dimensional) template model of the patient's bone and a plurality of digitized 2D (two-dimensional) X of the patient's bone. A process for storing a line image in a computer storage device, a process for extracting a 2D reference shape of a patient's bone from each of a plurality of digitized 2DX line images, and a 3D template model using the 2D reference shape of the patient's bone Deformation is performed to minimize the error between the contour of the patient's bone and the contour of the deformed 3D template model. Further, the arithmetic processing device reads digital data associated with the deformed 3D template model of the patient's bone, and generates a surgical plan for the patient's bone based on analysis of the digital data associated with the deformed 3D model. Also do. However, these do not use comprehensive function evaluation including the range of motion of the joint and the soft tissue length around the joint, and do not describe that the comprehensive judgment made by the surgeon is further analyzed by a computer.

特許文献2は、本発明は、膝義足の理想的な理論位置を決定するためのシステムであって、脛骨義足の位置を決定するために、脛骨の基部の形状およびその位置を、足首関節の中心に対して決定する手段と、脛骨プラトーの高位の点を決定する手段と、以下のパラメータ、すなわち義足の中心を通過する断面に対する垂線が、足首関節の中心も通過すること、断面が、固定される義足の高さに等しい前記高位の点からある距離をおいた位置にあること、義足の大きい脚部が、断面内で脛骨横断面の大きい端部の中心にあること、義足の小さい端部の前縁部が、断面内で脛骨横断面の小さい端部から一定距離の位置にあること、を考慮して、足首の位置、方向、および大きさを、脛骨義足および脛骨義足に対応する断面の脛骨に対して計算する手段と、義足の断面で、義足の大きい端部が膝の水平軸に平行になるように方向を決定する手段と、を備えるシステムに関する。しかし、これらは、関節可動域および関節周囲軟部組織長などを含む総合的な機能評価は用いておらず、外科医が行う総合判断をさらに計算機により解析を行うことは記載されていない。   Patent Document 2 discloses a system for determining an ideal theoretical position of a knee prosthesis. In order to determine the position of a tibial prosthesis, the shape of the base of the tibia and its position are determined based on the ankle joint. Means for determining the center, means for determining the high point of the tibial plateau, and the following parameters: the perpendicular to the cross section passing through the center of the prosthetic leg also passes through the center of the ankle joint, the cross section is fixed Is located at a distance from the higher point equal to the height of the prosthetic leg, the large leg of the prosthetic leg is in the center of the large end of the cross-section of the tibia in the cross section, and the small end of the prosthetic leg The ankle position, orientation, and size correspond to the tibial prosthesis and the tibial prosthesis, taking into account that the front edge of the limb is at a distance from the small end of the tibial cross section within the cross section Calculate for cross-section tibia And stage, in the prosthetic foot of the cross-section, means for large end of the prosthesis to determine the direction to be parallel to the horizontal axis of the knee, to a system comprising a. However, these do not use comprehensive function evaluation including the range of motion of the joint and the soft tissue length around the joint, and do not describe that the comprehensive judgment made by the surgeon is further analyzed by a computer.

特許文献3は、画像データを転送することなく、医療機関ローカルで画像処理を行うことができるようにするためのアプリケーションソフトウェアのサーポートシステムおよびその方法の提供を記載する。この文献では、複数の処理端末と画像処理センターのホストコンピュータとを通信可能に接続した遠隔画像解析システムであって、処理端末のハードウェア並びにソフトウェア構成に関する情報から、処理端末が希望する画像処理を実行するために必要とされる制御コードを含むアプリケーションソフトウェアをホストコンピュータから提供し、画像処理等をローカルで実行させる、画像データの転送不要な遠隔画像解析システムおよびその方法が記載されている。
酒井智仁,人工股関節手術計画システムにおける形状情報に基づくインプラントの自動設置,第12 回日本コンピュータ外科学会論文集,(2003), pp.47−48 Kagiyama, Y. et al, Automated preoperative 3D planning of acetabular cup positioning and size selection in total hip arthroplasty using CT data, Proceedings of CAOS, (2004), pp.312−313 Testi D, Simeoni M, Zannoni C,Viceconti M. Validationof two algorithms to evaluate the interface between bone and orthopaedicimplants. Comput Methods Programs Biomed. 2004 May;74(2):143-50 NakamotoM, Sato Y, Sugano N, Sasama T, Nishii T, Pak PS, Akazawa K, Tada Y, YoshikawaH, and Tamura S. Automated CT-based 3D surgical planning for total hipreplacement: A pilot study, Computer Assisted Radiology and Surgery: 17thInternational Symposium and Exhibition (Proc. CARS2003), London, 389-394, 2003 Jaramaz B, Nikou C, SimonDA, DiGioia AM III. RangeOf Motion After Total Hip Arthroplasty: Experimental Verification Of TheAnalytical Simulator. Lecture Notes in Computer Science, 1205 (First JointConference of CVRMed II and MRCAS III (Proc. CVRMed-MRCAS'97), Grenoble,France), 573-582, 1997 特表2003−530177号 特表2004−512136号 特開2004−334403号
Patent Document 3 describes the provision of a support system for application software and a method thereof for enabling image processing to be performed locally in a medical institution without transferring image data. This document is a remote image analysis system in which a plurality of processing terminals and a host computer of an image processing center are communicably connected, and the image processing desired by the processing terminal is obtained from information on the hardware and software configuration of the processing terminal. A remote image analysis system that does not require transfer of image data and a method therefor are described in which application software including control code required for execution is provided from a host computer and image processing or the like is executed locally.
Tomohito Sakai, Automatic placement of implants based on shape information in an artificial hip surgery planning system, Proceedings of the 12th Japan Computer Surgery Society, (2003), pp. 47-48 Kagiyama, Y .; et al, Automated preferential 3D planning of aceticable cup positioning and size selection in total hippotherapy using CT data, Proceedings OS. 312-313 Testi D, Simeoni M, Zannoni C, Viceconti M. Validationof two algorithms to evaluate the interface between bone and orthopaedicimplants.Comput Methods Programs Biomed. 2004 May; 74 (2): 143-50 NakamotoM, Sato Y, Sugano N, Sasama T, Nishii T, Pak PS, Akazawa K, Tada Y, YoshikawaH, and Tamura S. Automated CT-based 3D surgical planning for total hipreplacement: A pilot study, Computer Assisted Radiology and Surgery: 17th International Symposium and Exhibition (Proc. CARS2003), London, 389-394, 2003 Jaramaz B, Nikou C, SimonDA, DiGioia AM III.RangeOf Motion After Total Hip Arthroplasty: Experimental Verification Of TheAnalytical Simulator. Lecture Notes in Computer Science, 1205 (First Joint Conference of CVRMed II and MRCAS III (Proc. CVRMed-MRCAS'97) , Grenoble, France), 573-582, 1997 Special table 2003-530177 Special table 2004-512136 JP 2004-334403 A

本発明は、インプラント部品の手術計画を、客観的基準などに基づいて自動的に行うことが可能にし、外科医の負担領域を減少させることおよびこれまで技能に頼ってきた外科医によるインプラント手術のレベルを一定以上に保つことを課題とする。   The present invention makes it possible to automatically perform surgical planning of implant parts based on objective criteria and the like, reducing the burden area of surgeons and the level of implant surgery by surgeons that have relied on skills so far. The problem is to keep it above a certain level.

本発明は、形態評価と機能評価の総合評価を行うシステムであり、ここで、形態評価には、患者骨格の三次元的形状とインプラントの三次元形状サイズとの相対的適合性を含み、機能評価には、脚長、関節可動域、関節周囲軟部組織長、応力分布、内壁厚、前壁厚、後壁厚などの骨量評価、骨密度(骨質)評価等が含まれる。   The present invention is a system for comprehensive evaluation of morphological evaluation and functional evaluation, where the morphological evaluation includes the relative compatibility between the three-dimensional shape of the patient skeleton and the three-dimensional shape size of the implant, The evaluation includes leg length, joint range of motion, soft tissue length around the joint, stress distribution, bone mass evaluation such as inner wall thickness, front wall thickness, rear wall thickness, bone density (bone quality) evaluation, and the like.

従って、本発明は、形態評価と機能評価の総合評価、ならびに評価項目のバランス調整および学習機能を行うことが特徴の一つである。   Accordingly, the present invention is characterized by performing comprehensive evaluation of form evaluation and function evaluation, and balance adjustment of an evaluation item and a learning function.

このように、本発明は、以下を提供する。
(1)外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択する方法であって、
A)対象となる患者情報を得る工程;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程;
C)上記患者情報と上記インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程;および
D)上記評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する工程
を包含する、方法。
(2) 上記評価関数は、内部パラメータおよび上記評価関数の評価項目間の重みパラメータを含む、項目1に記載の方法。
(3) 上記インプラント部品の選択において、上記内部パラメータおよび上記重みパラメータを調整することを包含する、項目2に記載の方法。
(4) 上記内部パラメータおよび上記重みパラメータの調整は、修正結果データベースに基づいて調整することを包含する、項目3に記載の方法。
(5) 上記修正結果データベースは、外科医がマニュアルで計画の修正を行った結果の集積データベースである、項目4に記載の方法。
(6) 上記評価関数は、形態評価および機能評価からなる群より選択される少なくとも1つの評価を行うものである、項目1に記載の方法。
(7) 上記評価関数は、形態評価および機能評価を含む評価を行うものである、項目1に記載の方法。
(8)上記形態評価は、上記インプラント部品のうち単一のパラメータに基づいて決定される、項目7に記載の方法。
(9)上記機能評価は、上記インプラント部品の複数のパラメータに基づいて決定される、項目7に記載の方法。
(10)上記機能評価は、脚長、関節可動域、関節周囲軟部組織長および関節周囲軟部組織長の変化からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含む、項目7に記載の方法。
(11)上記形態評価は、患者骨格の三次元形状、インプラント部品の三次元構造、インプラント部品のサイズ、および患者骨格とインプラント部品との相対的適合性からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含む、項目7に記載の方法。
(12) 上記評価関数において出力された評価値から、所望の数の候補を選択する工程をさらに包含する、項目1に記載の方法。
(13) 上記患者情報は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによって得られるか、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって得られる、項目1に記載の方法。
(14) 上記CT画像、MR画像、または2次元X線画像から三次元形状モデルを作成する工程をさらに包含する、項目13に記載の方法。
(15) 上記三次元形状モデルにおいて、関節を形成する複数の骨格は、別個の三次元形状モデルとして作成することを特徴とする、項目14に記載の方法。
(16)上記形態評価は、上記インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルとをコンピュータに入力し、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することを包含する、項目7に記載の方法。
(17)上記機能評価は、複数の上記インプラント部品の情報と複数の上記患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することを包含する、項目7に記載の方法。
(18)上記評価関数は、形態評価および機能評価を評価することを含み、上記形態評価は、上記インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルとをコンピュータに入力し、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することを包含し、上記機能評価は、複数の上記インプラント部品の情報と複数の上記患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することを包含し、上記適合評価関数および上記機能評価関数に関し、個別の線形和、積またはそれらの組み合わせによって全体評価関数を定義することを特徴とする、項目1に記載の方法。
(19)上記選択は、上記全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として選択することを包含する、項目18に記載の方法。
(20)上記選択は、上記全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として上位から所望の数を選択することを包含する、項目18に記載の方法。
(21)上記評価関数は、内部パラメータおよび上記評価関数の評価項目間の重みパラメータを含み、上記全体評価関数において、個別の評価関数内の内部パラメータおよび/または線形和、積もしくはその組み合わせの重みパラメータを調整することを特徴とする、項目18に記載の方法。
(22)上記インプラント部品は、人工股関節の部品である、項目1に記載の方法。
(23)上記人工股関節の部品は、骨盤側カップ、大腿骨側ステムおよびステムを含む、項目22に記載の方法。
(24)外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択するシステムであって、上記システムは、
A)対象となる患者情報を得る手段;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る手段;
C)上記患者情報と上記インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する手段;および
D)上記評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する手段を備える、システム。
(25)外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
上記処理は、
A)対象となる患者情報を得る工程;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程;
C)上記患者情報と上記インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程;および
D)上記評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する工程
を包含する、プログラム。
(26)外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記録媒体であって、
上記処理は、
A)対象となる患者情報を得る工程;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程;
C)上記患者情報と上記インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程;および
D)上記評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する工程
を包含する、記録媒体。
(27) 外科手術において所望の結果を得るための、インプラント部品を生成または選択するための方法であって:
A)インプラント部品xについて、患者情報と、適切な移植後の設置情報とから、評価関数
F(x1,x2,…xm)=Πj{wjfj(x1,x2,…xm;pj)}
を生成する工程であって、x〜xは、i番目のインプラント部品の評価パラメータであり、fj(x1,x2,…xm;pj)は、j番目の各項目別評価関数であり、pjは、j番目の評価関数の内部パラメータであり、そして、wjは、各項目間のバランスを調整する重みパラメータである、生成工程と、
B)上記所望の結果のためのpjおよびwjを決定する決定工程と、
C)上記所望の結果のために決定されたpjおよびwjを工程A)において生成されたΠj{wjfj(x1,x2,…xm;pj)}に入力して、F(x1,x2,…xm)の解を得る工程と
D)上記解に基づいて部品を生成または選択する工程と
を包含する、方法。
(28)上記B)決定工程は、外科医によるマニュアルまたは計算機による自動によって、決定される、項目27に記載の方法。
Thus, the present invention provides the following.
(1) A method of selecting an implant component for obtaining a desired result in a surgical operation,
A) obtaining subject patient information;
B) obtaining information on the implant part to be implanted;
C) generating an evaluation function using the patient information and the implant part information; and D) selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. .
(2) The method according to item 1, wherein the evaluation function includes an internal parameter and a weight parameter between evaluation items of the evaluation function.
(3) The method according to item 2, comprising adjusting the internal parameter and the weight parameter in selecting the implant part.
(4) The method according to item 3, wherein the adjustment of the internal parameter and the weight parameter includes adjustment based on a correction result database.
(5) The method according to item 4, wherein the correction result database is an accumulated database of results obtained by a surgeon manually correcting a plan.
(6) The method according to item 1, wherein the evaluation function performs at least one evaluation selected from the group consisting of form evaluation and function evaluation.
(7) The method according to item 1, wherein the evaluation function performs an evaluation including a form evaluation and a function evaluation.
(8) The method according to item 7, wherein the morphological evaluation is determined based on a single parameter of the implant part.
(9) The method according to item 7, wherein the functional evaluation is determined based on a plurality of parameters of the implant part.
(10) The method according to item 7, wherein the functional evaluation includes one or more items selected from the group consisting of leg length, range of joint motion, periarticular soft tissue length, and periarticular soft tissue length.
(11) The morphological evaluation is one or more selected from the group consisting of the three-dimensional shape of the patient skeleton, the three-dimensional structure of the implant part, the size of the implant part, and the relative compatibility between the patient skeleton and the implant part 8. A method according to item 7, comprising a large number of items.
(12) The method according to item 1, further including a step of selecting a desired number of candidates from the evaluation values output in the evaluation function.
(13) The method according to item 1, wherein the patient information is obtained by taking a CT image or an MR image, or obtained by deforming a general three-dimensional model based on a two-dimensional X-ray image. .
(14) The method according to item 13, further comprising the step of creating a three-dimensional shape model from the CT image, MR image, or two-dimensional X-ray image.
(15) The method according to item 14, wherein, in the three-dimensional shape model, the plurality of skeletons forming the joint are created as separate three-dimensional shape models.
(16) The shape evaluation is performed by inputting a three-dimensional shape model of the implant part and a three-dimensional shape model of patient information to a computer, and matching based on a relative relationship between a single implant model and a single bone model. 8. A method according to item 7, comprising defining an evaluation function.
(17) The function evaluation according to item 7, including defining a function evaluation function reflecting each function based on a relative relationship between the information of the plurality of implant parts and the plurality of patient information. Method.
(18) The evaluation function includes evaluating morphological evaluation and functional evaluation. The morphological evaluation inputs a three-dimensional shape model of the implant part and a three-dimensional shape model of patient information to a computer, and Defining a fitness evaluation function based on a relative relationship between a single implant model and a single bone model, wherein the functional evaluation is based on a relative relationship between a plurality of the implant part information and a plurality of the patient information. And defining a function evaluation function reflecting each function, and defining an overall evaluation function for each of the conformity evaluation function and the function evaluation function by individual linear sums, products, or a combination thereof. The method according to Item 1.
(19) The method according to item 18, wherein the selection includes selecting, as an optimal solution, the size, position, and direction of the implant part to be maximized or minimized in the overall evaluation function.
(20) The method according to item 18, wherein the selection includes selecting a desired number from the top with the size, position, and direction of the implant part to be maximized or minimized as an optimal solution in the overall evaluation function. .
(21) The evaluation function includes an internal parameter and a weight parameter between evaluation items of the evaluation function. In the overall evaluation function, the internal parameter and / or linear sum, product, or a combination weight thereof in each evaluation function Item 19. The method according to Item 18, wherein the parameter is adjusted.
(22) The method according to item 1, wherein the implant part is a part of an artificial hip joint.
(23) The method according to item 22, wherein the components of the artificial hip joint include a pelvic side cup, a femoral side stem, and a stem.
(24) A system for selecting an implant component for obtaining a desired result in a surgical operation, the system comprising:
A) Means for obtaining subject patient information;
B) Means for obtaining information on the implant part to be implanted;
C) means for generating an evaluation function using the patient information and the implant part information; and D) a means for selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function.
(25) A program for causing a computer to execute a process of selecting an implant part for obtaining a desired result in a surgical operation,
The above process
A) obtaining subject patient information;
B) obtaining information on the implant part to be implanted;
C) generating an evaluation function using the patient information and information on the implant part; and D) selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. .
(26) A recording medium storing a program for causing a computer to execute a process of selecting an implant part for obtaining a desired result in a surgical operation,
The above process
A) obtaining subject patient information;
B) obtaining information on the implant part to be implanted;
C) generating an evaluation function using the patient information and the implant part information; and D) selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. Medium.
(27) A method for generating or selecting an implant part for obtaining a desired result in a surgical procedure, comprising:
A) For the implant part x m , an evaluation function is obtained from patient information and appropriate post-transplantation installation information.
F (x 1 , x 2 ,… x m ) = Π j {w j f j (x 1 , x 2 ,… x m ; p j )}
X 1 to x m are evaluation parameters of the i-th implant part, and f j (x 1 , x 2 ,... X m ; p j ) is An evaluation function, p j is an internal parameter of the j-th evaluation function, and w j is a weight parameter for adjusting a balance between items,
B) a determining step for determining p j and w j for the desired result;
C) Input p j and w j determined for the desired result to Π j {w j f j (x 1 , x 2 ,... X m ; p j )} generated in step A). And obtaining a solution of F (x 1 , x 2 ,... X m ) and D) generating or selecting a part based on the solution.
(28) The method according to item 27, wherein the determination step B) is determined manually by a surgeon or automatically by a computer.

本発明は、上記項目27を実現する、システム、プログラム、記録媒体なども提供する。   The present invention also provides a system, a program, a recording medium, and the like that realize the above item 27.

以下に、本発明の好ましい実施形態を示すが、当業者は本発明の説明および当該分野における周知慣用技術からその実施形態などを適宜実施することができ、本発明が奏する作用および効果を容易に理解することが認識されるべきである。   Preferred embodiments of the present invention will be shown below, but those skilled in the art can appropriately implement the embodiments and the like from the description of the present invention and well-known and common techniques in the field, and the effects and effects of the present invention can be easily achieved. It should be recognized to understand.

本発明により、インプラントを用いた手術がより効率化され、さらに、学習機能を用いることによって、従来技能に頼っていた手術を技術的に再現性よく実施することが可能となった。   According to the present invention, an operation using an implant is made more efficient, and further, by using a learning function, it has become possible to technically perform an operation that relied on a conventional skill with high reproducibility.

以下に本発明の好ましい形態を説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。従って、単数形の冠詞(例えば、英語の場合は「a」、「an」、「the」など、および他の言語における対応する冠詞、形容詞など)は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Throughout this specification, it should be understood that the singular forms also include the plural concept unless specifically stated otherwise. Accordingly, singular articles (eg, “a”, “an”, “the” in the case of English, and corresponding articles, adjectives, etc. in other languages) are plural concepts unless otherwise stated. It should be understood to include. In addition, it is to be understood that the terms used in the present specification are used in the meaning normally used in the art unless otherwise specified. Thus, unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In case of conflict, the present specification, including definitions, will control.

(定義)
以下に本明細書において特に使用される用語の定義を列挙する。
(Definition)
Listed below are definitions of terms particularly used in the present specification.

本明細書において「骨」とは、脊椎動物の支持器官であって、内骨格の個々の構成要素をいう。脊椎動物の骨は、円口類および軟骨魚類を除いて主に骨組織からなる。本明細書では、骨には、軟骨が含まれる。本明細書において、脊椎動物の骨格の大部分を形づくる硬い結合組織を特に区別するときは、硬骨と呼ぶ。なお、本明細書では、骨が例示されているが、骨以外の他の身体の一部であっても同様に処置を設計し、実施することができることが理解される。   As used herein, “bone” is a vertebrate support organ and refers to an individual component of the endoskeleton. Vertebrate bones consist mainly of bone tissue, except for crustaceans and cartilaginous fish. As used herein, bone includes cartilage. In this specification, when particularly distinguishing the hard connective tissue that forms the majority of the vertebrate skeleton, it is called a bone. In the present specification, bone is exemplified, but it is understood that the treatment can be similarly designed and performed even on a part of the body other than the bone.

本明細書において「患者情報」とは、患者に関する任意の情報をいい、例えば、骨情報、解剖学的特徴、骨格形状などが含まれる。   In this specification, “patient information” refers to arbitrary information related to a patient, and includes, for example, bone information, anatomical features, skeletal shape, and the like.

本明細書において「骨情報」とは、骨に関する任意の情報をいい、特に、三次元的情報を意味する。本明細書において「三次元」表示は、通常直交系表示を用いて行われるが、三次元を表示することができる系であれば任意の系を用いることができる。「骨情報」には、骨の手術に必要な任意の情報(例えば、三次元形状など)などが含まれる。   In this specification, “bone information” refers to arbitrary information related to bone, and particularly means three-dimensional information. In this specification, “three-dimensional” display is usually performed using orthogonal display, but any system can be used as long as it can display three-dimensional. “Bone information” includes any information necessary for bone surgery (for example, a three-dimensional shape).

本明細書において対象とする骨は、通常異常骨であることが多く、代表的には、骨折を経由した骨、骨欠損を伴う骨が挙げられる。骨折には、完全骨折、不完全骨折があり、皮膚の損傷を伴う開放骨折、閉鎖骨折などがあり、それから治癒した異常骨はすべて対象となり得る。骨折後は、通常6週間〜6ヶ月で治癒するが、その間間隙には、新たな骨が形成されるか、または変形して骨が治癒することが多い。   In this specification, the target bone is usually an abnormal bone in many cases, and representative examples include bones that have passed through a fracture and bones with bone defects. Fractures include complete fractures, incomplete fractures, open fractures with skin damage, closed fractures, etc., and all the abnormal bones healed can be targeted. After a fracture, it usually heals in 6 weeks to 6 months, and in the meantime, a new bone is formed in the gap or the bone is often healed by deformation.

本明細書において骨の「処置」とは、骨に対して物理的に作用を与えることをいい、例えば、回転、切除、切断、移植片(インプラント)の挿入、延長、固定などをいうがそれらに限定されないが、特に、インプラント(部品)の挿入を言うことが多い。   In the present specification, “treatment” of bone refers to physical action on bone, such as rotation, excision, cutting, insertion (extension), fixation, etc. of a graft (implant). Although not limited to this, in particular, it often refers to insertion of an implant (part).

本明細書において「外科手術」とは、通常用いられる意味と同様に用いられ、体の創傷または内臓諸器官の疾病を処置する方法をいい、外科的器械やメスを用いて患部を切開し治療的処置を施すことをいう。例示的に言及される人工股関節全置換術とは,変形性股関節症,大腿骨頸部骨折,大腿骨骨頭壊死症,および関節リウマチの治療法で,変形もしくは外傷を受けた対象部位を人工関節部品に置き換え,股関節機能を回復させるものである。   In this specification, the term “surgery” is used in the same manner as is normally used, and refers to a method for treating diseases of body wounds or internal organs. Incision is performed using a surgical instrument or scalpel to treat the disease. It means to give a special treatment. Illustratively mentioned total hip arthroplasty refers to the treatment of osteoarthritis of the hip, femoral neck fracture, femoral head necrosis, and rheumatoid arthritis. It is replaced with parts to restore hip joint function.

股関節は,先端がボール状になっている大腿骨の先端部,骨頭とそのボールを受けるソケットとなる骨盤の擂鉢状の部分,臼蓋から成り立っており,ステム,ヘッド,カップと呼ばれる人工関節部品に置き換えられる.人工股関節全置換術では,手術前に予め各患者に適した人工関節部品の種類とサイズを選択し,適切な位置.角度に設置することが重要とされる.これらが不適切であった場合,術後短期間で人工関節部品の緩みや脱落が発生し,再手術が必要となることがあるため,手術前にX線画像やCT画像から再構築された3次元骨形状モデル上で各患者に合わせた手術計画を立てる必要がある。従来の手術計画は2次元X線画像上で拡大率を調整し,人工関節部品のテンプレート,型紙を宛がうことで行っているが,これでは奥行きの情報を得られず,3次元的な手術計画を決定することは非常に困難である.そのため,本研究では一般化しつつあるマルチスライスCTから3次元骨形状モデルを構築し,その形状データに基づく客観的評価値と形状特徴から3次元的な設置位置や角度を自動立案するシステムを開発してきた。既にカップ,ステム単体での自動手術計画システムを開発しており,カップでは適用症例の8割が,ステムでは全症例が専門医から採用可能と判断されたことから,その有用性を確認している.これらは固定された骨盤,大腿骨に対して個別に設置計画を自動立案しているが,人工股関節手術計画としては骨盤側,大腿骨側双方が接合するように一括して設置計画を立てることが必要とされる。   The hip joint consists of the tip of the femur, which has a ball shape at the tip, the mortar-shaped portion of the pelvis that serves as the socket that receives the ball head and the ball, and the acetabulum. Is replaced by. In total hip arthroplasty, it is important to select the type and size of prosthetic components suitable for each patient in advance and place them at the appropriate position and angle before surgery. If these were inadequate, the prosthetic joint components may loosen or fall off in a short period of time after surgery, and re-operation may be necessary, so they were reconstructed from X-ray images and CT images before surgery. It is necessary to make a surgical plan tailored to each patient on the three-dimensional bone shape model. The conventional surgical plan is performed by adjusting the magnification on the 2D X-ray image and assigning the template and pattern of the artificial joint part. It is very difficult to determine the surgical plan. Therefore, in this research, a three-dimensional bone shape model is constructed from multi-slice CT, which is becoming common, and a system that automatically plans a three-dimensional installation position and angle from objective evaluation values and shape characteristics based on the shape data is developed. I have done it. We have already developed an automatic surgery planning system with a cup and stem alone, and it has been confirmed that 80% of the applied cases for the cup and all cases for the stem can be adopted by specialists. . These are designed automatically for the fixed pelvis and femur individually, but as an artificial hip joint surgery plan, the installation plan should be made collectively so that both the pelvis side and the femur side are joined. Is needed.

カップ,ステムの自動設置計画を統合するためには、脚長差を考慮する必要がある。脚長差は左右の脚が体軸に揃った状態における差である。一般にCT撮影時には、両脚が揃っていることはないため、人工股関節手術計画システムにおいて基準となる骨盤の体軸と一致させる.そして,脚長差が最小となるよう調整を行う。   In order to integrate the automatic installation plan for cups and stems, it is necessary to consider the difference in leg length. The leg length difference is a difference when the left and right legs are aligned with the body axis. In general, when taking a CT, both legs are not aligned, so the body axis of the pelvis, which is the reference in the artificial hip surgery planning system, is matched. Then, adjustment is made so that the leg length difference is minimized.

前述の通り骨盤が固定されることから,骨盤側のカップ自動計画はそのまま採用することとし,大腿骨側の自動計画を骨盤側に接合させる方法について説明する.まず,ソケットとなる骨盤側のカップに対してボールとなる大腿骨側のヘッドは,そのサイズがカップ側の選択サイズに対応して一意に定まるため自動的に決定される.また,その設置位置はカップの中心座標からカップ天頂方向に対して-3.5mmの位置とする.これによりヘッドと一体となり大腿骨側人工関節を構成しているステムの設置座標についても決定されるが,このままでは大腿骨が基準となる骨盤の体軸と平行にならないため,ステムと大腿骨の位置関係を決定する自動計画を維持した上で,ヘッドと共に回転移動を行う.次はステムのネック長により脚長差を調整する.脚長差の求め方は,手術対象ではない側の大腿骨も骨盤の体軸に揃うよう,骨頭中心を中心とした回転移動を行ったうえで,左右の大腿骨座標系原点の体軸方向のずれを計算することで行う.今回使用しているFreemanステムはネック軸方向に-4mm,0mm,4mmのネック長バリエーションが存在しており,この中から脚長差が最小になるものが自動的に選択される.これにより,人工関節部品が揃った際の最も適切な設置計画を自動的に選ぶことができ,カップとステムの自動設置計画を統合した最終的な自動手術計画が立案される。このような手術計画は、本発明のシステムおよび方法において応用することができる。   Since the pelvis is fixed as described above, the automatic pelvic cup plan is adopted as it is, and the method of joining the femoral side automatic plan to the pelvis side is explained. First, the size of the head on the femur, which is the ball, is determined automatically according to the selected size on the cup side. The installation position is -3.5mm from the cup center coordinate to the cup zenith direction. This also determines the installation coordinates of the stem that is integrated with the head and constitutes the femoral prosthesis. However, since the femur does not become parallel to the body axis of the pelvis as it is, the stem and femur While maintaining the automatic plan for determining the positional relationship, the head is rotated together with the head. Next, the leg length difference is adjusted by the neck length of the stem. The difference in leg length is calculated by rotating the femur on the non-surgical side so that the femoral bone is aligned with the pelvic axis, and then rotating in the body axis direction of the origin of the left and right femoral coordinate systems. This is done by calculating the deviation. The Freeman stem used this time has neck length variations of -4 mm, 0 mm, and 4 mm in the neck axis direction, and the one with the smallest leg length difference is automatically selected from these. As a result, the most appropriate installation plan can be automatically selected when the prosthetic joint parts are prepared, and a final automatic operation plan that integrates the automatic installation plan of the cup and stem is drawn up. Such a surgical plan can be applied in the system and method of the present invention.

本明細書において「移植」とは、体内に物を移入することをいい、特に、インプラントなどの移植片を移入することをいう。   As used herein, “transplantation” refers to the transfer of an object into the body, and particularly refers to the transfer of a graft such as an implant.

本明細書において「移植片」(インプラントまたはグラフト)とは、身体の特定部位に挿入されるべき同種または異種の組織、細胞群または人工物(例えば、リン酸カルシウム構造体)であって、身体への挿入後その一部となるものをいう。移植片としては、例えば、骨(例えば、天然骨(例えば、自家骨、同種骨、異種骨など)の一部、リン酸カルシウム(例えば、ハイドロキシアパタイト)の構造体などが挙げられるがそれらに限定されない。従って、移植片には、ある部分の欠損部に差し込んで欠損を補うために用いられるものすべてが包含される。移植片は、好ましくは、免疫拒絶反応を起こさないものが使用される。移植片としては、そのドナー(donor)の種類によって、自己(自家)移植片(autograft)、同種移植片(同種異系移植片)(allograft)、異種移植片(例えば、ヒトに対するサンゴなど)、あるいは人工合成物(例えば、セラミックス)が挙げら 本明細書において自己移植片(骨、組織、細胞、臓器など)または自家移植片(骨、組織、細胞、臓器など)とは、ある個体についていうとき、その個体に由来する移植片(骨、組織、細胞、臓器など)をいう。本明細書において自己移植片(骨、組織、細胞、臓器など)というときは、広義には遺伝的に同じ他個体(例えば一卵性双生児)からの移植片(骨、組織、細胞、臓器など)をも含み得る。本明細書では、このような「自己」との表現は、「被験体に由来する」と交換可能に使用される。従って、本明細書では、ある「被験体に由来しない」との表現は、「自己ではない(すなわち、非自己)」と同一の意味を有する。   As used herein, a “graft” (implant or graft) is a homogenous or heterogeneous tissue, cell group or artifact (eg, a calcium phosphate structure) to be inserted into a specific site of the body, The one that becomes a part after insertion. Examples of the graft include, but are not limited to, a part of bone (for example, a part of natural bone (for example, autologous bone, allogenic bone, heterogeneous bone, etc.), a structure of calcium phosphate (for example, hydroxyapatite), and the like. Thus, a graft includes all that can be used to make up for a defect by inserting it into a defect in a portion, preferably a graft that does not cause immune rejection. Depending on the type of donor, autograft, allograft (allograft), xenograft (eg, coral for humans), or artificial In the present specification, an autograft (bone, tissue, cell, organ, etc.) or autograft is exemplified. Bone, tissue, cell, organ, etc., when referring to an individual, refers to a graft (bone, tissue, cell, organ, etc.) derived from that individual. In the broad sense, the term “cell, organ, etc.” can also include a graft (bone, tissue, cell, organ, etc.) from another genetically identical individual (eg, monozygotic twin). The expression “self” is used interchangeably with “derived from the subject.” Therefore, in this specification, the expression “not derived from the subject” means “not self ( That is, it has the same meaning as “non-self)”.

本明細書において同種移植片(同種異系移植片)(骨、組織、細胞、臓器など)とは、同種であっても遺伝的には異なる他個体から移植される移植片(骨、組織、細胞、臓器など)をいう。遺伝的に異なることから、同種異系移植片(骨、組織、細胞、臓器など)は、移植された個体(レシピエント)において免疫反応を惹起し得る。そのような移植片(骨、組織、細胞、臓器など)の例としては、親由来の移植片(骨、組織、細胞、臓器など)などが挙げられるがそれらに限定されない。   In this specification, allografts (allogeneic allografts) (bones, tissues, cells, organs, etc.) are transplants (bones, tissues, Cell, organ, etc.). Because of genetic differences, allogeneic grafts (bones, tissues, cells, organs, etc.) can elicit an immune response in the transplanted individual (recipient). Examples of such grafts (bones, tissues, cells, organs, etc.) include, but are not limited to, parent-derived grafts (bones, tissues, cells, organs, etc.).

本明細書において異種移植片(骨、組織、細胞、臓器など)とは、異種個体から移植される移植片(骨、組織、細胞、臓器など)をいう。従って、例えば、ヒトがレシピエントである場合、ブタからの移植片(骨、組織、細胞、臓器など)、サンゴ成分などは、異種移植片(骨、組織、細胞、臓器など)という。   In the present specification, a xenograft (bone, tissue, cell, organ, etc.) refers to a graft (bone, tissue, cell, organ, etc.) transplanted from a xenogeneic individual. Thus, for example, when a human is a recipient, a graft (bone, tissue, cell, organ, etc.) from a pig, a coral component, etc. are referred to as a xenograft (bone, tissue, cell, organ, etc.).

本明細書において「人工」移植片(骨、組織、細胞、臓器など)とは、天然の生物に由来しない部分(例えば、人工のリン酸カルシウムを含む構造体)を有する移植片をいう。人工移植片が人工骨の場合、リン酸カルシウムを含むことが好ましい。より好ましくはこのリン酸カルシウムはハイドロキシアパタイトを含む。   As used herein, “artificial” grafts (bones, tissues, cells, organs, etc.) refer to grafts having portions that are not derived from natural organisms (for example, structures containing artificial calcium phosphate). When the artificial graft is an artificial bone, it preferably contains calcium phosphate. More preferably, the calcium phosphate includes hydroxyapatite.

本明細書において「レシピエント」(受容者)とは、移植片(骨、組織、細胞、臓器など)または移植体(骨、組織、細胞、臓器など)を受け取る個体といい、「宿主」とも呼ばれる。これに対し、移植片(骨、組織、細胞、臓器など)または移植体(骨、組織、細胞、臓器など)を提供する個体は、「ドナー」(供与者)という。   As used herein, a “recipient” (recipient) refers to an individual that receives a graft (bone, tissue, cell, organ, etc.) or a transplant (bone, tissue, cell, organ, etc.), and is also referred to as “host”. be called. In contrast, an individual that provides a graft (bone, tissue, cell, organ, etc.) or transplant (bone, tissue, cell, organ, etc.) is called a “donor”.

本明細書において「被験体(患者)」とは、本発明の処置が適用される生物をいい、「患者」ともいわれる。患者または被験体は好ましくは、ヒトであり得る。   As used herein, “subject (patient)” refers to an organism to which the treatment of the present invention is applied, and is also referred to as “patient”. The patient or subject may preferably be a human.

本発明において使用される移植片は、同系由来(自己(自家)由来)でも、同種異系由来(他個体(他家)由来)でも、異種由来でもよい。拒絶反応が考えられることから、自己由来の細胞が好ましいが、拒絶反応が問題でない場合同種異系由来であってもよい。また、拒絶反応を起こすものも必要に応じて拒絶反応を解消する処置を行うことにより利用することができる。拒絶反応を回避する手順は当該分野において公知であり、例えば、新外科学体系、第12巻、臓器移植(心臓移植・肺移植 技術的,倫理的整備から実施に向けて)(改訂第3版)、中山書店に記載されている。そのような方法としては、例えば、免疫抑制剤、ステロイド剤の使用などの方法が挙げられる。拒絶反応を予防する免疫抑制剤は、現在、「シクロスポリン」(サンディミュン/ネオーラル)、「タクロリムス」(プログラフ)、「アザチオプリン」(イムラン)、「ステロイドホルモン」(プレドニン、メチルプレドニン)、「T細胞抗体」(OKT3、ATGなど)があり、予防的免疫抑制療法として世界の多くの施設で行われている方法は、「シクロスポリン、アザチオプリン、ステロイドホルモン」の3剤併用である。免疫抑制剤は、本発明の移植片と同時期に投与されることが望ましいが、必ずしも必要ではない。従って、免疫抑制効果が達成される限り免疫抑制剤は本発明の方法の前または後にも投与され得る。   The graft used in the present invention may be derived from the same strain (derived from the self (self)), derived from the same species (derived from other individuals (other families)), or derived from different species. Self-derived cells are preferred because rejection is considered, but they may be allogeneic if rejection is not a problem. Moreover, what causes rejection reaction can also be utilized by performing the treatment which eliminates rejection reaction as needed. Procedures for avoiding rejection are well known in the art. For example, the New Surgery System, Vol. 12, Organ Transplantation (From Heart Transplantation / Lung Transplantation Technical and Ethical Development to Implementation) (Revised 3rd Edition) ), Listed in Nakayama Shoten. Examples of such methods include methods such as the use of immunosuppressants and steroids. Immunosuppressants that prevent rejection are currently "cyclosporine" (Sandimune / Neoral), "Tacrolimus" (Prograf), "Azathioprine" (Imlan), "Steroid Hormone" (Predonin, Methylpredonin), "T cells There are “antibodies” (OKT3, ATG, etc.), and the method used in many facilities around the world as preventive immunosuppressive therapy is a combination of three drugs “cyclosporine, azathioprine, steroid hormone”. The immunosuppressive agent is desirably administered at the same time as the graft of the present invention, but it is not necessary. Therefore, the immunosuppressive agent can be administered before or after the method of the present invention as long as an immunosuppressive effect is achieved.

本明細書において「インプラント部品」の情報は、対象物の三次元情報に基づいて得ることができる。ここでは、患者情報と同じ手段を用いても良い。   In this specification, the information of “implant part” can be obtained based on the three-dimensional information of the object. Here, the same means as the patient information may be used.

本明細書において、「使用すべきインプラント部品」とは、本発明のシステムまたは方法によって選択された、目的の手術に適切なインプラント部品をいう。   As used herein, “implant component to be used” refers to an implant component that is selected by the system or method of the present invention and that is appropriate for the intended operation.

本明細書において「評価関数」とは、インプラント部品が外科手術において適しているかどうかを評価するための関数を言う。そのような評価関数としては、例えば、人工関節の固定強度;既存生体構造への適合性;十分な関節機能確保などを観点として評価する関数を挙げることができるがそれらに限定されない。本明細書において使用される評価関数としては、大きく分けると形態評価項目の評価関数および機能評価項目の評価関数が挙げられるがそれらに限定されない。   As used herein, “evaluation function” refers to a function for evaluating whether an implant part is suitable for surgery. Examples of such an evaluation function include, but are not limited to, a function that is evaluated from the viewpoint of fixing strength of an artificial joint; compatibility with an existing biological structure; ensuring sufficient joint function. The evaluation functions used in this specification are broadly classified into, but not limited to, an evaluation function of a form evaluation item and an evaluation function of a function evaluation item.

本明細書において使用される場合、評価関数は、内部パラメータ(例えば、インプラント部品そのもののパラメータであって、例えば、サイズ、位置、角度などを挙げることができる)、および評価項目間の重みパラメータ(例えば、各項目間のバランスを調整する重みパラメータ)を含むことができる。   As used herein, the evaluation function is an internal parameter (for example, a parameter of the implant part itself, which can include, for example, size, position, angle, etc.) and a weight parameter between evaluation items ( For example, a weight parameter for adjusting a balance between items can be included.

形態評価項目の評価関数は、fj(xi;pj)の形で表すことができ、単一のインプラント部品パラメータxiのみ関与する。   The evaluation function of the form evaluation item can be expressed in the form of fj (xi; pj), and only a single implant part parameter xi is involved.

機能評価項目の評価関数は、fj(x1,x2,…xm;pj)の形で表すことができ、すべて(複数)のインプラント部品x1,x2,…xmが関与する。機能評価では、前後方向、左右方向、脚回りのそれぞれの可動範囲が、ある角度以上の幅をもつこと;左右の脚長差がある範囲以内であること;手術前後の筋肉長差がある範囲以内であること;関節動作時の筋肉長の変化がある範囲内であることなどを評価することができる。   The evaluation function of the function evaluation item can be expressed in the form of fj (x1, x2,... Xm; pj), and all (a plurality of) implant parts x1, x2,. In functional evaluation, each movable range in the front-rear direction, left-right direction, and leg circumference has a width of a certain angle or more; within a range where there is a difference in leg length between left and right; within a range where there is a difference in muscle length before and after surgery It can be evaluated that the change in muscle length during joint movement is within a certain range.

本明細書において「バランス調整」とは、インプラント手術計画の評価に関与するあらゆる評価項目を表現する制約条件式および評価関数における内部パラメータ値の調整および、これら評価項目の重みパラメータ値の調整であって、評価項目間の重みパラメータwi,評価関数の内部パラメータpiを調整することにより、バランスを調整する。   In this specification, “balance adjustment” refers to adjustment of internal parameter values in constraint equations and evaluation functions that express all evaluation items involved in the evaluation of an implant surgery plan, and adjustment of weight parameter values of these evaluation items. The balance is adjusted by adjusting the weight parameter wi between the evaluation items and the internal parameter pi of the evaluation function.

本明細書において、「学習機能」または「自動バランス調整」とは、ある目的のインプラント選択法(例えば、優れた外科医の選択法)について学習する機能またはその調整をいい、自動計画後に、外科医がマニュアルで計画の修正を行った結果を蓄積していき、自動計画の結果が、外科医の修正結果に近づくように、wi,piのパラメータ値を自動調整することをいう。   As used herein, “learning function” or “automatic balance adjustment” refers to a function or adjustment for learning about a target implant selection method (eg, a superior surgeon's selection method). The result of manually correcting the plan is accumulated, and the parameter values of wi and pi are automatically adjusted so that the result of the automatic plan approaches the correction result of the surgeon.

本明細書において「全体評価関数」または「総合評価関数」とは、F(x1,x2,…xm)=Pj{wj fj(x1,x2,…xm;pj)}の形で一般的に記述する。   In this specification, “global evaluation function” or “total evaluation function” is generally described in the form of F (x1, x2,... Xm) = Pj {wj fj (x1, x2,... Xm; pj)}. To do.

本明細書において「パラメータ」とは、対象となる物体(骨、インプラント部品など)の形状などに関するパラメータをいう。パラメータとしては、サイズ、位置、角度などを挙げることができる。   In this specification, “parameter” refers to a parameter related to the shape of a target object (bone, implant part, etc.). Examples of parameters include size, position, and angle.

本明細書において「内部パラメータ」とは、評価関数自体のパラメータであって、以下に掲げるような評価項目を評価関数または制約条件式として表した場合に、その関数に含まれるパラメータをいう。内部パラメータに使用される評価項目としては、例えば、被覆率、臼蓋リム径、CE角、内盤厚、前壁厚、後壁厚、ステム適合度、前捻角、左右脚長差、可動範囲、筋肉長、靭帯長、および応力分泌などを挙げることができる。   In this specification, the “internal parameter” is a parameter of the evaluation function itself and refers to a parameter included in the function when the evaluation items listed below are expressed as an evaluation function or a constraint condition expression. Evaluation items used for internal parameters include, for example, coverage, acetabular rim diameter, CE angle, inner panel thickness, front wall thickness, rear wall thickness, stem fit, front twist angle, left and right leg length difference, movable range , Muscle length, ligament length, and stress secretion.

本明細書において「重みパラメータ」とは、統計の加重法・度数分布において各項のもつ加重値であり、本明細書では、各評価項目に対応する評価関数・制約条件式全体にかけ算する「重み」の値をいい、各項目間のバランスを調整するために使用される。例えば、2数a、bに対して(ka+lb)/(k+l)は、ウェートk、lを付加した平均値などを挙げることができる。   In the present specification, the “weight parameter” is a weight value of each term in the statistical weighting method / frequency distribution, and in this specification, is multiplied by the entire evaluation function / constraint condition expression corresponding to each evaluation item. This value is used to adjust the balance between items. For example, (ka + lb) / (k + 1) with respect to two numbers a and b can include an average value obtained by adding weights k and l.

本明細書において骨を「処置すべき方法」とは、骨の処置において、目的骨モデルへと導くために、骨モデルを有する対象となる骨に施すべき方法およびそれに必要な補助部材(例えば、インプラント)の形状をいう。   In the present specification, the “method for treating bone” refers to a method to be performed on a target bone having a bone model and auxiliary members necessary for the bone (for example, for example) The shape of the implant.

本明細書において、骨に関する三次元方向の「パラメータ」とは、使用する三次元表示において、各次元を表示する要素をいい、例えば、正規直交系で空間を表現したときに、x、yおよびz軸に関する各々の要素(例えば、ベクトルなど)をいう。x、yおよびz軸で表現される空間は、代替的に、回転軸、回転角度および距離で表すことができる。   In this specification, the “parameter” in the three-dimensional direction related to the bone refers to an element that displays each dimension in the three-dimensional display to be used. For example, when space is expressed in an orthonormal system, x, y, and Each element (for example, a vector etc.) regarding the z axis is said. The space represented by the x, y and z axes can alternatively be represented by a rotation axis, a rotation angle and a distance.

本明細書において「補強」とは、意図される生体の部分の機能を改善させることをいう。   In this specification, “reinforcement” refers to improving the function of an intended part of a living body.

本明細書において、骨の「固定」とは、ある骨の処置を行った後に、その処置の状態を実質的に保持させる行為をいう。骨の固定は、一般的に対象となる骨のみで行われ得る。   In the present specification, “fixation” of bone refers to an action of substantially maintaining the state of treatment after treatment of a certain bone. Bone fixation can generally be performed only on the target bone.

本明細書において「近位」とは、骨などにおいて2箇所の部分を比較する場合、心臓に近い方をいう。   In this specification, “proximal” refers to the one closer to the heart when comparing two portions in a bone or the like.

本明細書において「遠位」とは、骨などにおいて2箇所の部分を比較する場合、心臓から遠い方をいう。   In this specification, “distal” refers to the one farther from the heart when comparing two portions of bone or the like.

本明細書において「標準」とは、ある集団において、正常となる範囲内に入る存在をいう。代表的には、標準は、ある集団を統計学的処理した場合に平均から±1偏差以内に収まる範囲をいう。本発明では、標準としては、代替的に、対となる骨がある場合、処置されるべき骨の相手方の骨を採用することができる。   As used herein, “standard” refers to an entity that falls within a normal range in a certain population. Typically, a standard refers to a range that falls within ± 1 deviation from the mean when a population is statistically processed. In the present invention, as a standard, when there is a pair of bones, the bones to be treated can be used.

本明細書において「キット」とは、ある目的のために使用されるべき部材、装置などの組をいう。そのようなキットは、例えば、各種補助部材(例えば、インプラントのセットなど)を備える。キットには、部材をどのように使用するかを記載した指示書が備えられていてもよい。   In this specification, the “kit” refers to a set of members, devices, and the like to be used for a certain purpose. Such a kit includes, for example, various auxiliary members (for example, a set of implants and the like). The kit may be provided with instructions describing how to use the member.

本明細書において「指示書」は、本発明の装置、部材、キットなどを使用する方法または手術方法などを、医師、医療従事者、患者など使用する人(患者本人であり得る)が理解できるように記載したものである。この指示書は、本発明の装置、インプラントのセット、キット、手術方法などを指示する文言が記載されている。この指示書は、本発明が実施される国の監督官庁(例えば、日本であれば厚生労働省、米国であれば食品医薬品局(FDA)など)が規定した様式に従って作成され、その監督官庁により承認を受けた旨が明記される。指示書は、いわゆる添付文書(package insert)であり、通常は紙媒体で提供されるが、それに限定されず、例えば、電子媒体(例えば、インターネットで提供されるホームページ(ウェブサイト)、PDF形態の電子書類、電子メール)のような形態でも提供され得る。   In the present specification, the “instruction” can be understood by a person (possibly a patient) who uses a device, a member, a kit, or the like of the present invention, or a surgical method, such as a doctor, a medical worker, or a patient. It is described as follows. This instruction manual includes words indicating the device, the implant set, the kit, the surgical method, and the like of the present invention. This instruction is prepared in accordance with the format prescribed by the national supervisory authority (for example, the Ministry of Health, Labor and Welfare in Japan and the Food and Drug Administration (FDA) in the United States, etc.) in the country where the present invention is implemented, and is approved by the supervisory authority. It is clearly stated that it has been received. The instruction sheet is a so-called package insert and is usually provided as a paper medium, but is not limited thereto. For example, an electronic medium (for example, a homepage (website) provided on the Internet, a PDF format) It can also be provided in the form of an electronic document (e-mail).

本明細書において「補助部材」および「インプラント」または「インプラント部品」とは、手術において必要とされる補助部材全般を指し、どのような材質によっても作製することができ、例えば、金属(例えば、ステンレス、銅など)、プラスチック、生体適合性高分子、生分解性高分子などを用いることができる。   As used herein, “auxiliary member” and “implant” or “implant component” refer to all auxiliary members required in surgery, and can be made of any material, for example, metal (for example, Stainless steel, copper, etc.), plastic, biocompatible polymer, biodegradable polymer, and the like can be used.

本明細書において「生体適合性」とは、毒性および免疫学的拒絶能がないために生体内で障害なく存在することができる性質をいう。   As used herein, “biocompatibility” refers to the property of being able to exist without any damage in vivo due to lack of toxicity and immunological rejection ability.

本明細書において「生体適合性高分子」とは、生体適合性のよい高分子をいい、具体的には、生体内に残存しても毒性を生じないことをいう。ある高分子がそのような生体適合性を有しているかどうかを判定する方法は、本明細書においては、ラット、ウサギ、イヌ等の実験動物皮下への埋植試験等の試験法を使用する。この試験法では、皮下埋植試験の結果、比較的急性の免疫反応やアレルギー反応等が起き、腫れたり、発赤もしくは発熱したりする場合には肉眼的に生体適合性が低いことが解る。さらに生体適合性ポリマーを動物の血管に移植した場合など、特定の患部に移植した場合には、数日から数ヶ月後に、移植箇所を観察し、組織の生着の有無、移植した生体適合性ポリマー周辺の炎症、癒着、血液凝固による血栓形成などの程度を観察して、生体適合性の判定を行う。この他、移植部位の組織切片を作成してヘマトキシリン・エオシン染色その他の染色法にて細胞を染色・観察し、生体適合性の低さの指標としては免疫系を担当する顆粒性の細胞が多く侵入しているかどうか、もしくは従来組織と移植した生体適合性ポリマーとの間に両者を隔てる瘢痕組織の形成が認められるか否かを判定する。   In the present specification, the “biocompatible polymer” refers to a polymer having good biocompatibility, and specifically means that it does not cause toxicity even if it remains in a living body. In this specification, a method for determining whether or not a certain polymer has such biocompatibility uses a test method such as an implantation test under the skin of a laboratory animal such as a rat, rabbit, or dog. . In this test method, as a result of the subcutaneous implantation test, it is understood that the biocompatibility is low macroscopically when a relatively acute immune reaction, allergic reaction, etc. occurs, and swelling, redness or fever occurs. Furthermore, when a biocompatible polymer is transplanted into a specific blood vessel, such as when transplanted into a blood vessel of an animal, the transplanted site is observed several days to several months later, whether or not the tissue has been engrafted, and the transplanted biocompatible The biocompatibility is determined by observing the degree of inflammation around the polymer, adhesion, and thrombus formation due to blood coagulation. In addition, a tissue section of the transplant site is prepared, and the cells are stained and observed with hematoxylin / eosin staining or other staining methods. As an indicator of poor biocompatibility, many granular cells are responsible for the immune system. It is determined whether it has invaded or whether there is formation of scar tissue separating the conventional tissue and the implanted biocompatible polymer.

本明細書において「生分解性」とは、物質について言及するとき、生体内で,あるいは微生物の作用により分解される性質をいう。生分解性の高分子は、例えば、加水分解により,水,二酸化炭素、メタンなどに分解され得る。本明細書では、生分解性であるかどうかを判定する方法は、生分解性の一部である生体吸収性に関しては、ラット、ウサギ、イヌなど実験動物への数日間から数年間にわたる埋植試験、微生物による分解の試験に関しては、シート状の高分子の土壌中での数日間から数年間にわたる埋入・崩壊試験などの方法を使用する。   As used herein, “biodegradable” refers to the property of being degraded in vivo or by the action of microorganisms when referring to a substance. A biodegradable polymer can be decomposed into water, carbon dioxide, methane, and the like, for example, by hydrolysis. In this specification, the method for determining whether or not biodegradable is performed for several days to several years in a laboratory animal such as a rat, rabbit, or dog with respect to bioabsorbability, which is part of biodegradability. For testing and microbial degradation tests, methods such as embedding / disintegration tests for several days or years in soil of sheet-like polymers are used.

本明細書において「情報を取得する手段」は、対象物の三次元などに関する情報を得ることができる限りどのような手段を用いてもよく、例えば、CCDカメラ、光学カメラ、レントゲン撮影、CT、MRI(磁気共鳴像)などの手段を用いることができるがそれらに限定されない。本発明では特に、患者情報は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによって得られるか、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって得られることが多い。このような三次元モデルへの変形は、2次元X線画像からの3次元モデル作成に関する以下の文献:Jianhua Yao and Russell Taylor, Ninth IEEE International Conference on Computer Vision Volume 2 October 13 − 16, 2003 Nice, France p. 1329 Assessing Accuracy Factors in Deformable 2D/3D Medical Image Registration Using a Statistical Pelvis Modelを参酌することができる。MR画像からの3次元モデル作成は、CT画像からの3次元モデル作成と類似の処理で可能である。   In this specification, as the “means for obtaining information”, any means may be used as long as information on the three-dimensional object can be obtained. For example, a CCD camera, an optical camera, X-ray photography, CT, Means such as MRI (Magnetic Resonance Image) can be used, but are not limited thereto. Particularly in the present invention, patient information is often obtained by taking a CT image or an MR image, or obtained by deforming a general three-dimensional model based on a two-dimensional X-ray image. Such transformation into a three-dimensional model is described in the following documents on the creation of a three-dimensional model from a two-dimensional X-ray image: Jianhua Yao and Russell Taylor, Ninth IEEE International Conference on Computer Vision Volume 2 October, 13-16. France p. 1329 Assessing Accuracy Factors in Deformable 2D / 3D Medical Image Registration Usage a Statistical Pelvis Model. Creating a 3D model from an MR image is possible by a process similar to creating a 3D model from a CT image.

本明細書において「患者情報を取得する手段」は、対象物の三次元形状モデルを取得することができる限りどのような手段を用いてもよく、例えば、CCDカメラ、光学カメラ、レントゲン撮影、CT、MRI(磁気共鳴像)などの手段を用いて得た情報に基づき、コンピュータグラフィクスなどのソフトウェアを用いることができるがそれに限定されない。   In this specification, “means for obtaining patient information” may be any means as long as a three-dimensional shape model of an object can be obtained. For example, a CCD camera, an optical camera, an X-ray photography, a CT Software such as computer graphics can be used based on information obtained by means such as MRI (magnetic resonance image), but is not limited thereto.

本明細書において「三次元形状モデル」とは、骨の形状をコンピュータ情報として記述したものをいう。このような三次元形状モデルは、例えば、CCDカメラ、光学カメラ、レントゲン撮影、CT、MRI(磁気共鳴像)などの手段を用いて得た情報に基づき、コンピュータグラフィクスなどのソフトウェアを用いて作成することができる。三次元形状モデルにおいて、関節を形成する複数の骨格を、別個の三次元形状モデルとして作成してもよく、同一のモデルとして作成してもよい。   In this specification, the “three-dimensional shape model” refers to a description of a bone shape as computer information. Such a three-dimensional shape model is created using software such as computer graphics based on information obtained by using means such as a CCD camera, optical camera, X-ray imaging, CT, and MRI (magnetic resonance image). be able to. In the three-dimensional shape model, a plurality of skeletons forming a joint may be created as separate three-dimensional shape models or may be created as the same model.

(好ましい実施形態の説明)
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。以下に提供される実施形態は、本発明のよりよい理解のために提供されるものであり、本発明の範囲は以下の記載に限定されるべきでないことが理解される。従って、当業者は、本明細書中の記載を参酌して、本発明の範囲内で適宜改変を行うことができることは明らかである。
(Description of Preferred Embodiment)
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. The embodiments provided below are provided for a better understanding of the present invention, and it is understood that the scope of the present invention should not be limited to the following description. Therefore, it is obvious that those skilled in the art can make appropriate modifications within the scope of the present invention with reference to the description in the present specification.

1つの局面において、本発明は、外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択する方法であって、A)対象となる患者情報を得る工程;B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程;C)該患者情報と該インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程;およびD)該評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する工程を包含する、方法を提供する。   In one aspect, the present invention is a method for selecting an implant component for obtaining a desired result in a surgical operation, comprising A) obtaining subject patient information; B) information on an implant component to be implanted. C) generating an evaluation function using the patient information and information on the implant part; and D) selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. A method of including is provided.

別の側面では、本発明は、外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択するシステムであって、該システムは、A)対象となる患者情報を得る手段;B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る手段;C)該患者情報と該インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する手段;およびD)該評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する手段を備える、システムを提供する。   In another aspect, the present invention is a system for selecting an implant component for obtaining a desired result in a surgical procedure, which system A) means for obtaining subject patient information; B) to be implanted Means for obtaining information on implant parts; C) means for generating an evaluation function using the patient information and information on the implant parts; and D) an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. A system is provided comprising means for selecting.

インプラント部品の選択は、従来は経験および勘に頼っており、担当する外科医によるばらつきも多かった。しかも、外科医に技能に依存することから、その技能が他の医師には伝わらないことから、技術の発展上問題があった。本発明は、優れた技能を有する外科医の能力を保存し、しかも他の外科医に対しても技能を伝達することができることから、優れた技術の発展が期待できる。この処理の模式図を図1に示す。ここでは、患者情報として、骨格形状も出る(解剖学的座標系)および解剖学的特徴に関する情報が例示されている。これらと、インプラントの形状モデルをインプラントデータベースから抽出して、本発明の手術計画システムまたは方法において実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択することができる。   The selection of implant parts has traditionally relied on experience and intuition, and was highly variable by the surgeon in charge. Moreover, since the surgeon depends on the skill, the skill cannot be transmitted to other doctors, and there has been a problem in the development of the technology. Since the present invention preserves the ability of surgeons having excellent skills and can transmit skills to other surgeons, the development of excellent techniques can be expected. A schematic diagram of this process is shown in FIG. Here, as patient information, information on anatomical features and skeleton shape (anatomical coordinate system) are illustrated. These and the shape model of the implant can be extracted from the implant database to select the implant parts to be actually used in the surgery in the surgical planning system or method of the present invention.

上記方法において、A)対象となる患者情報を得る工程は、すでに存在する患者情報を利用するか、または新たに骨に関する三次元情報を入手することによって、実施することができる。そのような新たな三次元情報の入手は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによって、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって実行することができる。   In the above method, A) the step of obtaining target patient information can be performed by using already existing patient information or newly obtaining three-dimensional information about bone. Such acquisition of new three-dimensional information can be performed by taking a CT image or an MR image, or by deforming a general three-dimensional model based on a two-dimensional X-ray image.

本発明の方法において、B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程もまた、すでに存在するインプラント部品の情報を利用するか、または新たにインプラント部品に関する三次元情報を入手することによって、実施することができる。そのような新たな三次元情報の入手は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによって、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって、あるいはインプラント部品の設計図または型などからモデルを作成することによって実行することができる。   In the method of the present invention, the step of B) obtaining the information of the implant part to be implanted is also performed by utilizing the information of the existing implant part or newly obtaining three-dimensional information about the implant part. can do. Such new 3D information can be obtained by taking a CT or MR image, or by deforming a general 3D model based on a 2D X-ray image, This can be done by creating a model from the type.

本発明の方法において、C)該患者情報と該インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程は、所定の評価関数に、患者情報およびインプラント部品の情報を対応させ、入力することによっておこなうことができる。ここで、種々のパラメータを設定することが可能である。   In the method of the present invention, the step of C) generating the evaluation function using the patient information and the implant part information is performed by associating and inputting the patient information and the implant part information to a predetermined evaluation function. Can be done. Here, various parameters can be set.

本発明の方法において、D)該評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する工程は、評価関数について、所定の処理をして、外科種々に使用すべきインプラントを選択することによって実施することができる。   In the method of the present invention, the step of D) selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function performs predetermined processing on the evaluation function to select an implant to be used for various surgical operations. Can be implemented.

好ましくは、評価関数は、内部パラメータおよび評価関数の評価項目間の重みパラメータを含む。   Preferably, the evaluation function includes an internal parameter and a weight parameter between evaluation items of the evaluation function.

本発明の方法において、評価関数は、形態評価および機能評価からなる群より選択される少なくとも1つの評価を行うことを包含する。好ましくは、評価関数は、形態評価および機能評価を含む評価を行う。   In the method of the present invention, the evaluation function includes performing at least one evaluation selected from the group consisting of morphological evaluation and functional evaluation. Preferably, the evaluation function performs an evaluation including a form evaluation and a function evaluation.

項目別評価関数の形式としては、例えば、形態評価項目の評価関数および機能評価項目の評価関数を挙げることができる。このような形態評価項目としては、例えば、fj(xi;pj)の形が挙げられ、単一のインプラント部品パラメータxiのみ関与する。形態評価は、例えば、インプラント部品のうち単一のパラメータに基づいて決定され得る。形態評価の項目としては、例えば、患者骨格の三次元形状、インプラント部品の三次元構造、インプラント部品のサイズ、および患者骨格とインプラント部品との相対的適合性からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含んでいてもよい。   Examples of the evaluation function for each item include an evaluation function for a form evaluation item and an evaluation function for a function evaluation item. Such a form evaluation item includes, for example, the form of fj (xi; pj), and only a single implant part parameter xi is involved. The morphological evaluation can be determined, for example, based on a single parameter of the implant part. For example, the morphological evaluation item is one or more selected from the group consisting of the three-dimensional shape of the patient skeleton, the three-dimensional structure of the implant component, the size of the implant component, and the relative compatibility between the patient skeleton and the implant component. More items may be included.

機能評価項目の評価関数は、例えば、fj(x1,x2,…xm;pj)の形で表すことができ、すべて(複数)のインプラント部品x1,x2,…xmが関与する。機能評価は、例えば、インプラント部品の複数のパラメータに基づいて決定され得る。そのような評価項目としては、例えば、脚長、関節可動域、関節周囲軟部組織長および関節周囲軟部組織長の変化からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含んでいてもよい。   The evaluation function of the function evaluation item can be expressed, for example, in the form of fj (x1, x2,... Xm; pj), and all (a plurality of) implant parts x1, x2,. The functional evaluation can be determined, for example, based on a plurality of parameters of the implant part. Such evaluation items may include, for example, one or more items selected from the group consisting of leg length, joint range of motion, periarticular soft tissue length, and change in periarticular soft tissue length.

本発明の方法において、インプラント部品の選択は、これらの内部パラメータおよび重みパラメータを調整することによって行うことができる。   In the method of the present invention, the selection of the implant part can be made by adjusting these internal and weight parameters.

1つの好ましい実施形態では、内部パラメータおよび重みパラメータの調整は、修正結果データベースに基づいて調整することを包含し得る。ここで、修正結果データベースとは、目標となる手術結果を考慮して、得られたデータベースを修正したものをいう。例えば、そのような修正結果データベースとしては、例えば、外科医がマニュアルで計画の修正を行った結果の集積データベース、外科医の技能のデータ記録から自動的に修正を加えたデータベース等を挙げることができるが、それらに限定されない。   In one preferred embodiment, the adjustment of the internal parameter and the weight parameter may include adjusting based on a modification result database. Here, the correction result database refers to a database obtained by correcting a target surgery result. For example, such a correction result database may include, for example, an accumulated database of results of manual correction of a plan by a surgeon, a database automatically corrected from a surgeon's skill data record, and the like. , But not limited to them.

本発明の方法において、評価関数において出力された評価値から、所望の数の候補を選択する工程をさらに含ませることができる。最良の候補が一つに決まる場合もあるが、必ずしもそうではないからである。従って、そのような所望の数としては、例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、または任意の6以上の整数等を挙げることができるがそれらに限定されない。あるいは、この候補数は1つであってもよい。最良の候補が決定できる場合には、1つのみを選択することが可能であるからである。   The method of the present invention can further include a step of selecting a desired number of candidates from the evaluation values output in the evaluation function. The best candidate may be determined as one, but this is not always the case. Accordingly, examples of such a desired number include, but are not limited to, 2, 3, 4, 5, or an integer of 6 or more. Alternatively, the number of candidates may be one. This is because if the best candidate can be determined, only one can be selected.

1つの実施形態では、患者情報は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによって得られるか、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって得られる。このような情報は、予め得られた情報であってもよく、あるいは、手術時にCT画像、MR画像、または2次元X線画像から三次元形状モデルを作成してもよい。   In one embodiment, patient information is obtained by taking a CT or MR image, or obtained by deforming a generic 3D model based on a 2D X-ray image. Such information may be information obtained in advance, or a three-dimensional shape model may be created from a CT image, MR image, or two-dimensional X-ray image at the time of surgery.

1つの実施形態において、三次元形状モデルにおいて、関節を形成する複数の骨格を、別個の三次元形状モデルとして作成してもよい。あるいは、このような関節を形成する複数の骨格は、同一の三次元形状モデルとして作成してもよい。   In one embodiment, in the three-dimensional shape model, a plurality of skeletons that form joints may be created as separate three-dimensional shape models. Alternatively, a plurality of skeletons that form such a joint may be created as the same three-dimensional shape model.

1つの特定の実施形態では、形態評価は、インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルとをコンピュータに入力し、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することによって行うことができる。相対関係は、例えば、人工股関節部品のステム形状と大腿骨の髄腔形状の適合度を評価することで関連づけることができ、そのようなことを実現させるソフトウェアとしては、例えば、例えば、非特許文献1、非特許文献2 で示されたソフトウェアを挙げることができるがそれらに限定されない。   In one specific embodiment, the morphological evaluation inputs the 3D shape model of the implant part and the 3D shape model of the patient information to a computer, and the relative relationship between the single implant model and the single bone model. This can be done by defining a fitness evaluation function based on. The relative relationship can be correlated by, for example, evaluating the degree of fit between the stem shape of the artificial hip joint component and the medullary cavity shape of the femur. For example, as software that realizes such a relationship, for example, non-patent literature Although the software shown by 1 and nonpatent literature 2 can be mentioned, it is not limited to them.

1つの特定の実施形態では、機能評価は、複数の前記インプラント部品の情報と複数の前記患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することによって実施することができる。相対関係は、例えば、関節可動域を評価することで関連づけることができ、そのようなことを実現させるソフトウェアは、本明細書の記載に基づいて、当業者は適切なものを選択または作成することができる。   In one specific embodiment, the function evaluation may be performed by defining a function evaluation function reflecting each function based on a relative relationship between information on the plurality of implant parts and information on the patient. it can. The relative relationship can be related by, for example, evaluating the range of motion of the joint, and software for realizing such a selection can be selected or created by those skilled in the art based on the description in this specification. Can do.

別の好ましい特定の実施形態では、評価関数は、形態評価および機能評価を評価することを含み、該形態評価は、前記インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルとをコンピュータに入力し、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することを包含し、該機能評価は、複数の前記インプラント部品の情報と複数の前記患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することを包含し、該適合評価関数および該機能評価関数に関し、個別の線形和、積またはそれらの組み合わせによって全体評価関数を定義することによって実施することができる。ここでもまた、相対関係は、例えば、カップ被覆率、ステム適合度、関節可動域、左右脚長差などを総合的に評価することで関連づけることができ、そのようなことを実現させるソフトウェアは、当業者が本明細書の記載に基づいて、適切なものを作成または選択することができる。1つの実施形態では、上記選択は、全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として選択することを包含する。あるいは、選択は、全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として上位から所望の数を選択することによって達成することができる。   In another preferred specific embodiment, the evaluation function comprises evaluating a morphological evaluation and a functional evaluation, wherein the morphological evaluation is a computerized three-dimensional shape model of the implant part and a three-dimensional shape model of patient information. And defining a fitness evaluation function based on a relative relationship between a single implant model and a single bone model, wherein the functional evaluation includes a plurality of pieces of implant part information and a plurality of pieces of patient information. And defining a function evaluation function reflecting each function based on the relative relationship between the overall evaluation function and the function evaluation function by using individual linear sums, products, or a combination thereof. It can be implemented by defining. Again, relative relationships can be related by, for example, comprehensive evaluation of cup coverage, stem fit, range of motion, left and right leg length differences, etc. A trader can make or select an appropriate one based on the description of the present specification. In one embodiment, the selection includes selecting, as an optimal solution, the size, position and orientation of the implant part to maximize or minimize in the overall evaluation function. Alternatively, the selection can be achieved by selecting the desired number from the top in the overall evaluation function with the size, position and orientation of the implant part to be maximized or minimized as the optimal solution.

全体評価関数または総合評価関数F(x,x,…x)の形式としては、F(x,x,…x)=P{w(x,x,…x;p)}の形で一般的に記述されるものを挙げることができる。 The overall evaluation function or the comprehensive evaluation function F (x 1 , x 2 ,... X m ) has the form F (x 1 , x 2 ,... X m ) = P j {w j f j (x 1 , x 2 ,... X m ; p j )}.

は、i番目のインプラント部品のサイズ、位置、角度など求めたいパラメータ。F(x,x,…x)を最大にするx1,x2,…xmを求めることができる。f(x,x,…x;p)は、j番目の各項目別評価関数であり、pは、j番目の評価関数の内部パラメータである。wは、各項目間のバランスを調整する重みパラメータである。 x i is a parameter to be obtained such as the size, position, and angle of the i-th implant part. Xm that maximizes F (x 1 , x 2 ,..., X m ) can be obtained. f j (x 1 , x 2 ,... x m ; p j ) is a j-th evaluation function for each item, and p j is an internal parameter of the j-th evaluation function. w j is a weight parameter for adjusting the balance between the items.

,x,…xの説明は、図3に記載される。図3に示されているように、部品1、2,3...mには、それぞれのパラメータx、x、x…xが割り当てられる。 An explanation of x 1 , x 2 ,... x m is described in FIG. As shown in FIG. 3, the respective parameters x 1 , x 2 , x 3 ... X m are assigned to the parts 1 , 2 , 3 .

1つの実施形態では、本発明で用いられる評価関数は、内部パラメータおよび該評価関数の評価項目間の重みパラメータを含み、本発明において用いられる全体評価関数において、個別の評価関数内の内部パラメータおよび/または線形和、積もしくはその組み合わせの重みパラメータを調整することを特徴とすることができる。   In one embodiment, the evaluation function used in the present invention includes an internal parameter and a weight parameter between evaluation items of the evaluation function. In the overall evaluation function used in the present invention, the internal parameter in the individual evaluation function and Adjusting the weight parameter of the linear sum, product or combination thereof may be characterized.

本発明の方法では、インプラント部品は、人工股関節の部品(例えば、骨盤側カップ、大腿骨側ステムおよびステムなど)、人工膝関節の部品、脊椎スクリュー、骨折治療における髄内釘やプレート、大腿骨頚部骨折治療における人工骨頭等を挙げることができるがそれらに限定されない。   In the method of the present invention, the implant component is an artificial hip joint component (for example, a pelvic cup, a femoral stem and stem, etc.), an artificial knee joint component, a spinal screw, an intramedullary nail or plate in fracture treatment, a femur Examples include, but are not limited to, artificial bone heads in the treatment of cervical fractures.

バランス調整および学習機能w,pの調整は例えば、以下のようにして行うことができる。ここで、バランス調整では、評価項目間の重みパラメータw,評価関数の内部パラメータpを調整することにより、バランスを調整することができる。学習機能(自動バランス調整)では、自動計画後に、外科医がマニュアルで計画の修正を行った結果を蓄積していき、自動計画の結果が、外科医の修正結果に近づくように、w,pのパラメータ値を自動調整することができる。 The balance adjustment and adjustment of the learning functions w i and p i can be performed as follows, for example. Here, in the balance adjustment, the balance can be adjusted by adjusting the weight parameter w i between the evaluation items and the internal parameter p i of the evaluation function. In the learning function (automatic balance adjustment), after the automatic planning, the results of the manual correction of the plan by the surgeon are accumulated, and the results of the automatic planning approach the correction result of the surgeon w i , p i The parameter value can be automatically adjusted.

各項目の具体例が図4に例示されている:形態評価f(x;p)。この評価例では、ステム(インプラント部品)の形態適合性が評価される。ステムと皮質骨が充分に固着され、皮質骨の掘削は最小限にすることが目標とされる。 A specific example of each item is illustrated in FIG. 4: morphological evaluation f j (x i ; p j ). In this evaluation example, the conformability of the stem (implant part) is evaluated. The goal is to have the stem and cortical bone well anchored and to minimize cortical bone excavation.

ここで、評価は、   Here, the evaluation is

として表現することができる。評価関数は、g(d;a,b,c)である。 Can be expressed as Evaluation function, g; a (d n a, b, c ).

機能評価の各項目の具体例としては、例えば、前後方向、左右方向、脚回りのそれぞれの可動範囲が、ある角度以上の幅をもつこと;左右の脚長差がある範囲以内であること;手術前後の筋肉長差がある範囲以内であること;関節動作時の筋肉長の変化がある範囲内であることなどを行うことができる。   Specific examples of each item of function evaluation include, for example, that the movable range in the front-rear direction, the left-right direction, and the leg circumference has a width of a certain angle or more; It can be performed within a certain range of the difference in muscle length before and after; it can be within a certain range of changes in muscle length during joint movement.

外転方向可動域に関する評価関数の例を図5に示す。
[数2]
fj(x1,x2,…xm;pj)
外転方向可動域に関する評価関数は、例えば、以下のようにして実行することができる。
(x,x,…x,qmax)=1 if 外転方向可動域 >qmax
0 それ以外
例えば、qmax=40度のように設定される。この場合、内部パラメータは1つである。また、外転方向可動域は、q(x,x,…x)のように、すべての人工関節部品のサイズ、位置、角度パラメータx,x,…xの関数として表すことができる。
An example of the evaluation function related to the abduction direction movable range is shown in FIG.
[Equation 2]
f j (x 1 , x 2 , ... x m ; p j )
The evaluation function related to the abduction direction movable range can be executed as follows, for example.
f i (x 1 , x 2 ,... x m , q max ) = 1 if abduction direction movable range> q max
0 Other than that For example, q max = 40 degrees is set. In this case, there is one internal parameter. The range of motion in the abduction direction is a function of the size, position, and angle parameters x 1 , x 2 ,... X m of all artificial joint parts, such as q i (x 1 , x 2 ,... X m ). Can be represented.

次に、手術前後の筋肉長差に関する評価関数の例を図6に示す。
[数3]
fj(x1,x2,…xm;pj)
この例では、手術前後の筋肉長差に関する評価関数の例
(x,x,…x,d)=1 if Lpre−Lpost(x,x,…x)|<d
0 それ以外
と表現することができ、ここで、術前筋肉長Lpre,術後筋肉長Lpost(x,x,…x)であり、dは、術前後の許容差である。
Next, FIG. 6 shows an example of an evaluation function related to the muscle length difference before and after the operation.
[Equation 3]
f j (x 1 , x 2 , ... x m ; p j )
In this example, an example of an evaluation function relating to a difference in muscle length before and after the operation f i (x 1 , x 2 ,... X m , d) = 1 if L pre −L post (x 1 , x 2 ,... X m ) | <D
0 Other than that, where pre- operative muscle length L pre and post-operative muscle length L post (x 1 , x 2 ,... X m ), d is the tolerance before and after surgery. .

(システム構築例)
次に、本発明は、ホストコンピュータであるアプリケーション提供サーバを中心として構成させることができ、症例画像を記録した記録媒体チェンジャーと、磁気共鳴断層撮影装置やコンピュータ断層撮影装置といった医用画像生成装置と、さらに各専門医等の操作端末であるところのPC端末と通信回線によって結合しており、LANを形成している。
(System construction example)
Next, the present invention can be configured around an application providing server that is a host computer, a recording medium changer that records case images, a medical image generation apparatus such as a magnetic resonance tomography apparatus or a computer tomography apparatus, Furthermore, it connects with the PC terminal which is an operation terminal of each specialist etc. by the communication line, and forms LAN.

一方、このアプリケーション提供サーバは、構外の端末ともインターネット等の公衆通信回線等によって結合しており、病院といった機関の垣根を超えてアプリケーションを提供できる。アプリケーション提供サーバの構成については、保管サーバユニットとデータコントロールユニットの2つのユニットから構成される。   On the other hand, the application providing server is connected to an off-premises terminal through a public communication line such as the Internet, and can provide an application beyond the boundaries of an organization such as a hospital. The configuration of the application providing server is composed of two units, a storage server unit and a data control unit.

保管サーバユニットは、収集医用画像データ、症例別画像データ、目的別ソフトウェア、参照用3次元および4次元画像データ、登録ユーザデータ、バグレポート管理データの6つのデータ群から構成されている。なお、医用画像診断装置で撮影された画像データ等は保管サーバユニットに送信され、関係のデータ群をリアルタイムで更新し保管される。   The storage server unit is composed of six data groups: collected medical image data, case-specific image data, purpose-specific software, reference three-dimensional and four-dimensional image data, registered user data, and bug report management data. Note that image data and the like captured by the medical image diagnostic apparatus are transmitted to the storage server unit, and related data groups are updated and stored in real time.

一方、データコントロールユニットは、必要とされるコマンド群を選択して送信するためのユニットで、画像処理・解析対象選択機能、ヘルプ・ガイダンス機能、新規・登録ユーザ認証機能、目的別ソフトウェアダウンロード機能、コマンドベース画像処理・解析機能、対象症例データベース参照機能の6つの機能を備えている。   On the other hand, the data control unit is a unit for selecting and sending the required command group. Image processing / analysis target selection function, help / guidance function, new / registered user authentication function, purpose-specific software download function, It has six functions: command-based image processing / analysis function and target case database reference function.

アプリケーション提供サーバにリクエストがあった場合、例えば、画像解析および解析支援メニューのメッセージ画面が、リクエストのあった端末に対して出力される。   When there is a request to the application providing server, for example, a message screen of an image analysis and analysis support menu is output to the requested terminal.

この事例では、まず、画像処理の対象となる患部領域を特定し、その患部領域において提供可能なメニューとそのガイダンスが表示される。プルダウン型の表示が望ましい。そして、アクセスのあった端末のソフトウェア構成を入手し、そのメニューの実行に際して更にインストールの必要なアプリケーションソフト等が検出される。   In this case, first, an affected area targeted for image processing is specified, and a menu that can be provided in the affected area and its guidance are displayed. A pull-down display is desirable. Then, the software configuration of the accessed terminal is obtained, and application software that needs further installation is detected when executing the menu.

そして、その該当項目のガイダンスに従って所望のメニュー項目をクリックするだけで、処理の実行に必要とされる制御コードやアプリケーション送付とがインストールされ、画像処理や解析処理が実行できる環境が整う。   Then, by simply clicking on a desired menu item according to the guidance of the corresponding item, the control code and application delivery necessary for executing the processing are installed, and an environment in which image processing and analysis processing can be executed is prepared.

好ましくは、本発明のシステムでは、既に用意されている処理・解析メニューでは、手術計画設計等に不十分である場合には、対象症例データベースを参照して、補完する機能を備えている。対象症例データベースに検索可能に記録された各データ項目の中からアクセス者が必要とするデータ項目について、検索し、そのデータを統計処理して必要とするデータを入手することができ、このカスタマイズされたデータを用いて、処理・解析が実行できるように構成されている。   Preferably, in the system of the present invention, when the prepared processing / analysis menu is insufficient for the operation plan design or the like, the system includes a function of referring to the target case database and complementing it. This customized data item can be searched for data items required by the accessor from among the data items recorded in the target case database so as to be searchable, and statistically processed to obtain the required data. It is configured so that processing and analysis can be executed using the collected data.

実際に使用可能なシステム構成具体例を以下に示す。まず、本システムに加入する端末は、DICOM(Digital Imaging and Communicationin Medicine)と称される医用画像通信の標準規格に準拠しており、各機関の端末およびホストコンピュータは、QR機能(Query and Retrieveの略)という画像の送受信機能を標準装備している。本実施例のシステムでは、以下のようなコマンド群およびアプリケーションが用意されており、各種サービスの提供が可能となっている。   Specific examples of system configurations that can actually be used are shown below. First, the terminals that join this system comply with a medical image communication standard called DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine), and the terminals and host computers of each organization have QR functions (Queries and Retrieves). The image transmission / reception function is a standard feature. In the system of this embodiment, the following command group and application are prepared, and various services can be provided.

(DICOM Print)
DICOMプリントは、DICOM規格によるPrint(フィルミング)機能の統一規格である。
(DICOM Print)
DICOM printing is a unified standard for a print (filming) function according to the DICOM standard.

(データ保存(静止画;jpeg,bmp,xpm)(動画;avi))
DICOM規格画像をJpegやWindows(登録商標)用のBitmapおよびxpmフォーマットに変換して保存が可能であり、動画に対してはAVIファイル出力機能も装備している。
(Data storage (still image; jpeg, bmp, xpm) (moving image; avi))
DICOM standard images can be converted to and saved in Bitmap and xpm formats for Jpeg and Windows (registered trademark), and an AVI file output function is also provided for moving images.

(VIEWER機能(モダリティ別画像比較、マルチ表示ディスプレイ、シネ表示、複数患者連続表示および解析))
画像表示法については、画面を複数分割して連続画像表示したり、過去画像を並べる表示したり、または別サンプルもしくは別患者との比較画像表示など、読影の効率を上げるさまざまな表示法が用意されている。
(VIEWER function (image comparison by modality, multi-display display, cine display, multiple patient continuous display and analysis))
For image display methods, various display methods are available to increase the efficiency of image interpretation, such as splitting the screen into multiple images, displaying images in sequence, displaying images in comparison with another sample, or another patient. Has been.

(RESLICE機能、スタックリコン機能、画像ページング)
一度作った画像から別の画像をその位置情報から推定して再表示する機能や画像を束ねて少なくして表示する方法または、自動的に画像が切り替わり順次表示する機能が用意されている。
(RESLICE function, stack recon function, image paging)
There are provided a function for estimating and redisplaying another image from an image created once, a method for displaying the image by bundling and reducing the number of images, or a function for automatically switching and sequentially displaying images.

(計測(ROI、面積、体積、プロファイル、ヒストグラム、タイムデンシティ))
ROIとは、Region of Interest(関心領域)の略で、画像のある特定の部分だけの画像上のピクセル(画素:画像を構成する最小単位)の数字の分布を測定できるほか、面積、体積などを測定することができる機能が用意されている。
(Measurement (ROI, area, volume, profile, histogram, time density))
ROI is an abbreviation of Region of Interest (ROI). It can measure the distribution of numbers of pixels on the image of only a specific part of the image (pixel: the smallest unit composing the image), as well as area, volume, etc. The function that can measure is prepared.

(カーブドMPR、任意断面クリップ)
MPRとは、Multi Planer Reformat(多断面断層表示)の略で、CTは一般的に体の輪切りの画像を表示するが、MPR処理をすれば、体の冠状断面や矢状断面なども表示することができる機能が用意されている。
(Curved MPR, arbitrary cross-section clip)
MPR is an abbreviation for Multi Planar Format (multi-section tomographic display), and CT generally displays an image of a round body, but if MPR processing is performed, it also displays coronal and sagittal sections of the body. There are functions that can be used.

(スラブMIP,VR MPR,RAY sum)
MIP とは、Maximum Intensity Projectionの略で最大値投影法のことであり、コンピュータグラフィックスの一手法の「レイトレーシング」という方法における、「レイ」の方向の最大値を表示する方法で、造影剤を使った血管の表示などに使用可能である。またVRは、ボリュームレンダリング、さらにRAY−SUMは、MIPと異な り、最大値ではなく、「レイ」の加算平均値を表示する方法で、この処理によってX線写真のような画像が作成できる。本実施例には、これらの機能が用意されている。
(Slab MIP, VR MPR, RAY sum)
MIP is an abbreviation of Maximum Intensity Projection, which is a maximum value projection method, and is a method for displaying the maximum value in the direction of “ray” in a method called “ray tracing”, which is a method of computer graphics. It can be used to display blood vessels using. In addition, VR is a volume rendering method, and RAY-SUM is different from MIP in that it displays not the maximum value but the average value of “rays”. This process can create an image like an X-ray photograph. In this embodiment, these functions are prepared.

(リアルタイムボリュームレンダリング3D)
リアルタイムボリュームレンダリング(VR)とは、VRに関して非常に演算効率を高めた処理コードによって、ストレス無く3Dを表示する方法のことで、本実施例では、このリアルタイムVR機能も用意されている。
(Real-time volume rendering 3D)
Real-time volume rendering (VR) is a method of displaying 3D without stress using a processing code that greatly increases the calculation efficiency of VR. In this embodiment, this real-time VR function is also provided.

(マルチボリューム表示(FUSION)、MPR重ね機能付)
異なる医用画像モダリティ(例えばPETとCT、PETとMRIなど)のスライス像を重ねあわせる処理や、スライスのような2D上だけでなく、3次元画像同士を合成表示したりする機能が用意されている。
(Multi-volume display (FUSION) with MPR overlap function)
Processing to superimpose slice images of different medical image modalities (for example, PET and CT, PET and MRI, etc.) and a function to synthesize and display 3D images as well as 2D like slices .

(画像作成テンプレート機能(2D,3D))
3D画像表示には、骨、軟骨など、目的にあった表示法が必要となるが、それらについてあらかじめ目的の臓器を表示するようなデフォルトのセッティングをするテンプレート機能が用意されている。
(Image creation template function (2D, 3D))
The 3D image display requires a display method suitable for the purpose, such as bone and cartilage, and a template function is provided for performing default settings for displaying the target organ in advance.

(3D ROI抽出、3D連結部位抽出)
3D上で必要なところだけを抽出する処理や、同じような色や濃度の臓器だけを抽出する機能が用意されている。
(3D ROI extraction, 3D connection site extraction)
Processing for extracting only necessary parts on 3D and a function for extracting only organs of similar color and density are provided.

(オブリーク、無限オブリーク)
オブリークはMPR法について、通常は、横断面、冠状断面、矢状断面がそれぞれ直交するような垂直表示が基本であるが、斜め方向に任意に、再スライスするオブリーク機能が用意されている。
(Oblique, Infinite Oblique)
Oblique is generally based on the MPR method, with vertical display such that the transverse, coronal, and sagittal sections are orthogonal to each other, but an oblique function is provided for arbitrary re-slicing in an oblique direction.

(CT骨自動抽出機能)
骨特有の特徴を生かして、骨のみを抽出する画像処理法が用意されている。軟骨など他の臓器を利用する場合は、骨に代えてその臓器を利用することができる。
(CT bone automatic extraction function)
An image processing method for extracting only the bone by utilizing the characteristic features of the bone is prepared. When other organs such as cartilage are used, the organs can be used instead of bones.

本発明にかかる画像処理に必要とされるハードウェアスペックは次のとおりである。256MB以上の物理メモリ(512MB以上が望ましい。)。なお、必要メモリ量は処理したいスライス数に依存する。1,280x1,024以上の解像度で24ビットカラー以上の表示が可能なビデオボードとディスプレイ(ビデオボードとディスプレイドライバがWindows(登録商標)の標準に従っていること。)。80GB程度の任意のハードディスク、ホイール付マウスおよびキーボード、イーサネット(登録商標)インターフェース、Windows(登録商標)XPProfessional、Windows(登録商標)XP Home Edition、Windows(登録商標)2000(いずれも日本語版)、OS付属のTCP/IPプロトコルソフトウェア。但し、特にこれに制限されるものではない。   The hardware specifications required for image processing according to the present invention are as follows. 256 MB or more of physical memory (512 MB or more is desirable). The required memory amount depends on the number of slices to be processed. A video board and display capable of displaying 24-bit color or higher with a resolution of 1,280 × 1,024 or higher (the video board and the display driver must comply with the Windows® standard). Arbitrary hard disk of about 80 GB, mouse and keyboard with wheel, Ethernet (registered trademark) interface, Windows (registered trademark) XP Professional, Windows (registered trademark) XP Home Edition, Windows (registered trademark) 2000 (all in Japanese), TCP / IP protocol software attached to the OS. However, it is not particularly limited to this.

ハードウェア構成例としては、DELLプレシジョンワークステーション530(ミドルタワー型)相当、CPU/XEON 2GHz(Dual)、memory/2.0GB、HDD/80GB、OS/Windows(登録商標)2000・XP、CD−RW付を使用することができる。   Examples of hardware configurations include a DELL Precision Workstation 530 (middle tower type), CPU / XEON 2 GHz (Dual), memory / 2.0 GB, HDD / 80 GB, OS / Windows (registered trademark) 2000 XP, CD- With RW can be used.

以下、本発明の一実施形態を、図面を必要に応じて参照して説明する。以下に提供される実施形態は、本発明のよりよい理解のために提供されるものであり、本発明の範囲は以下の記載に限定されるべきでないことが理解される。従って、当業者は、本明細書中の記載を参酌して、本発明の範囲内で適宜改変を行うことができることは明らかである。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary. The embodiments provided below are provided for a better understanding of the present invention, and it is understood that the scope of the present invention should not be limited to the following description. Therefore, it is obvious that those skilled in the art can make appropriate modifications within the scope of the present invention with reference to the description in the present specification.

(実施例1:外科医によるマニュアルバランス調整)
まず、本発明を用いて外科医によるマニュアルバランス調整の手法を説明する。図7に示すように、患者の情報、例えば、骨格形状モデル(解剖学的座標系)および解剖学的特徴(例えば、臼蓋縁)を入手する。
(Example 1: Manual balance adjustment by a surgeon)
First, a method of manual balance adjustment by a surgeon using the present invention will be described. As shown in FIG. 7, patient information, for example, skeletal shape model (anatomical coordinate system) and anatomical features (eg acetabular border) are obtained.

次に、提供可能なインプラントの形状モデルを入手する。これは、バーチャルデータベースから入手してもよく、実物を測定したデータベースを使用してもよい。これらから、実際の手術に使用するインプラントを選択する。ここで、本発明の手術計画モデルを用いる。このモデルは、以下の実施例で実際のGUIと共に説明する。   Next, a shape model of the implant that can be provided is obtained. This may be obtained from a virtual database, or a database that measures the real thing may be used. From these, an implant to be used for actual surgery is selected. Here, the surgical planning model of the present invention is used. This model is described along with the actual GUI in the examples below.

外科医は、調整項目として、例えば、被覆率、臼蓋リム径、CE角、内盤厚保、ステム適合度、前捻角、左右脚長差、可動範囲、筋肉、靭帯長などを調整する。ここで、外科医は、wi,piなどの調整項目を調整して、本発明の手術計画システムにフィードバックすることができる。   The surgeon adjusts, for example, coverage, acetabular rim diameter, CE angle, inner thickness, stem fit, front twist angle, left and right leg length difference, movable range, muscle, and ligament length as adjustment items. Here, the surgeon can adjust the adjustment items such as wi and pi and feed back to the operation planning system of the present invention.

本実施例において、マニュアルバランス調整に関しては、調整項目の各パラメータを外科医が、GUI(Graphic User Interface)を使って、調整することが好ましい。また、外科医が考慮不要と考える調整項目の重みを0にするなどを、GUIで行なうことも可能である。これに関しては、バランス調整というより、「重みおよびパラメータ調整」といえる。これは、例えば、http://www004.upp.so-net.ne.jp/take-dr/biomechanics/biomechanics.htm
に示されている股関節の正常可動域を参照して、これらの適切な値を、外科医に応じて変更させる。これらの値は、外科医が自分でGUIを用いて調整し、評価関数内のパラメータに反映されるようにすればよいことになる。
In the present embodiment, regarding manual balance adjustment, it is preferable that the surgeon adjust each parameter of the adjustment item using a GUI (Graphic User Interface). It is also possible to use the GUI to reduce the weight of adjustment items that the surgeon considers unnecessary to consider. In this regard, it can be said that “weight and parameter adjustment” rather than balance adjustment. This is, for example, http://www004.upp.so-net.ne.jp/take-dr/biomechanics/biomechanics.htm
These appropriate values are changed according to the surgeon with reference to the normal range of motion of the hip joint shown in FIG. These values may be adjusted by the surgeon himself using the GUI and reflected in the parameters in the evaluation function.

(実施例2:学習機能(自動バランス調整))
次に、学習機能を利用して、自動バランス調整を達成させる。
(Example 2: Learning function (automatic balance adjustment))
Next, automatic balance adjustment is achieved using a learning function.

図8に学習機能による例が示されている。このシステムでは、多数の患者情報が骨格形状モデルの情報として格納されており、同様にインプラントの形状モデルに関する情報が蓄積されている。所定のパラメータを与えることによって、計算機により手術計画を変更した後、執刀する外科医が修正を加え新たな手術計画を作成する。この修正手術計画を本発明の手術計画システムにフィードバックし、調整項目に関するパラメータを格納する。格納されたパラメータは、次に自動調整するときに反映される。   FIG. 8 shows an example using a learning function. In this system, a large amount of patient information is stored as information on the skeletal shape model, and similarly, information on the shape model of the implant is accumulated. By giving predetermined parameters, the surgical plan is changed by the computer, and then the surgeon performing the operation modifies and creates a new surgical plan. This corrected surgical plan is fed back to the surgical planning system of the present invention, and parameters relating to adjustment items are stored. The stored parameters are reflected at the next automatic adjustment.

このように、自動バランス調整(学習機能)に関しては、「重みおよびパラメータ調整」と考えられる。ここでは、外科医がマニュアルで作成、あるいは、修正した手術計画結果から、各調整項目の値を算出して、これらの値の統計値(平均や分散など)から、評価関数内のパラメータ値を調整する。評価項目によっては、外科医自身が、適切なパラメータの範囲について、明確な方針をもっておらず、人工関節と患者骨格の関係をグラフィックスで可視化し、これを直観的に観察して、適切性を判断する場合もあることから、そのような場合、外科医が直観的に適切と考える配置を、計算機により分析し、パラメータ値の範囲を調整する「自動パラメータ調整」が有効になると考えられる。また、これにより、外科医の好みを反映することが、ある程度可能になる。   Thus, the automatic balance adjustment (learning function) can be considered as “weight and parameter adjustment”. Here, the value of each adjustment item is calculated from the surgical plan result created or corrected manually by the surgeon, and the parameter value in the evaluation function is adjusted from the statistical value (average, variance, etc.) of these values. To do. Depending on the evaluation item, the surgeon himself does not have a clear policy on the appropriate parameter range, and visualizes the relationship between the artificial joint and the patient's skeleton with graphics, and intuitively observes this to determine the appropriateness. In such a case, it is considered that in such a case, “automatic parameter adjustment” in which the arrangement that the surgeon intuitively considers appropriate is analyzed by a computer and the range of parameter values is adjusted becomes effective. This also makes it possible to some extent reflect the surgeon's preferences.

(実施例3:マニュアル調整の例)
マニュアル調整のGUIを図9に示す。この例では、股関節の必要な可動域(Range of Motion)として、屈曲(Flection)・伸展(Extension)、外転(Abduction)・内展(Adduction)の各角度の範囲を設定するGUIが示されている。この操作方法を以下に説明する。
(Example 3: Example of manual adjustment)
The manual adjustment GUI is shown in FIG. In this example, the GUI that sets the range of each angle of flexion / extension, abduction / adduction is shown as the required range of motion of the hip joint. ing. This operation method will be described below.

外科医が、屈曲方向、伸展方向に関して、最低限必要と考える可動範囲をGUIのスライダーを調整することにより指定する。同様に、外転方向、内転方向に関しても、指定する。これにより、これらの情報がシステムに入力され、それぞれの可動範囲に対応する評価関数の内部パラメータが設定される。   The surgeon designates the minimum movable range regarding the bending direction and the extending direction by adjusting the GUI slider. Similarly, the abduction direction and the inversion direction are also specified. Thus, these pieces of information are input to the system, and internal parameters of the evaluation function corresponding to the respective movable ranges are set.

(実施例4:自動調整(学習)の応用例)
次に、本実施例では、ステム形態適合性の評価関数の内部パラメータ学習(自動調整)の例を提供する。その具体例は図10に示す。
(Example 4: Application example of automatic adjustment (learning))
Next, in this embodiment, an example of internal parameter learning (automatic adjustment) of an evaluation function for stem form compatibility is provided. A specific example is shown in FIG.

ステムは、大腿骨の髄腔(皮質骨に囲まれた部分)に挿入するインプラントである。ステムが、髄腔の形に最適にフィットするよう、ステムのサイズ、位置、方向を選ぶ必要がある。形状が適合しない部分では、ステムと髄腔の間に隙間ができたり、あるいは、逆に、ステムが髄腔をはみ出し、挿入するために髄腔の皮質骨の一部を削る必要がある。当然ながら、各患者の髄腔形状と(既製品の)ステム形状は完全に一致しないので、隙間、あるいは、はみ出しは避けられない。ステム形態適合性の評価関数は、できるだけ隙間とはみ出しの両方が許容範囲内に収まる場合に、高い評価値を持つように設定する必要がある。しかし、そのバランスポイントは、外科医により好みがあるので、評価関数を決定する内部パラメータの調整を、外科医がマニュアルで計画したステム設置計画により決定する。考え方としては、外科医の設置例を多数用意して、外科医が設置した位置・角度・サイズのときに、それらの設置例における評価関数の総和が極大値となるように、内部パラメータを決定する。最大値となるようにすべきであるが、問題の非線形性により、最大値を求めることは困難であるので、極大値を求める。実用上、内部パラメータの値として、そこそこ良い値があれば、それを初期値として、繰り返し法で、極大値探索をすることで、初期値のパラメータよりも外科医の好みに近いパラメータを得ることが可能になる。以降に、本実施例において使用する具体例を示す。   The stem is an implant that is inserted into the medullary cavity (a portion surrounded by cortical bone) of the femur. The stem size, position and orientation must be chosen so that the stem fits optimally into the shape of the medullary canal. Where the shape does not fit, there is a gap between the stem and the medullary canal, or conversely, the stem needs to cut off a portion of the cortical bone in the medullary canal for insertion and insertion. Naturally, the medullary cavity shape of each patient and the (off-the-shelf) stem shape do not completely match, so a gap or protrusion is unavoidable. The evaluation function for stem form compatibility needs to be set to have a high evaluation value when both the gap and the protrusion are within the allowable range as much as possible. However, since the balance point is preferred by the surgeon, the adjustment of the internal parameter that determines the evaluation function is determined by the stem installation plan that is manually planned by the surgeon. The idea is to prepare a large number of installation examples of surgeons, and determine the internal parameters so that the sum of the evaluation functions in the installation examples becomes maximum when the positions, angles, and sizes are set by the surgeons. Although it should be set to the maximum value, it is difficult to obtain the maximum value due to the nonlinearity of the problem, so the maximum value is obtained. In practice, if there is a reasonably good value as an internal parameter value, it is possible to obtain a parameter closer to the surgeon's preference than the initial value parameter by searching for the maximum value using the iterative method as an initial value. It becomes possible. Hereinafter, specific examples used in this embodiment will be shown.

図10には、ステム形態適合性の評価関数および内部パラメータ学習(自動調整)が示されている。   FIG. 10 shows an evaluation function of stem form compatibility and internal parameter learning (automatic adjustment).

図10では、ステム形態適合性の評価関数g(x,y,z,a,b,g;s ; i,a,b,c)が用いられる。入力データは、専門医によるステム設置計画例(多数)であり、出力データは、評価関数内部パラメータa,b,cの最適値である。他の変数x,y,z,a,b,g,sは、外科医が設置したステムの位置(x,y,z)・角度(a,b,g)・サイズ(s)からの変位を示す。Uiは患者iの髄腔形状である。   In FIG. 10, an evaluation function g (x, y, z, a, b, g; s; i, a, b, c) for stem form compatibility is used. The input data is a system installation plan example (many) by a specialist, and the output data is the optimum values of the evaluation function internal parameters a, b, and c. The other variables x, y, z, a, b, g, and s indicate the displacement from the position (x, y, z), angle (a, b, g), and size (s) of the stem installed by the surgeon. Show. Ui is the medullary cavity shape of patient i.

図10の左図は、ステム形態適合性評価関数と内部パラメータ例が示されている。ここで、x軸はステムと骨との間の距離であり、左に行けば行くほどはみだしが生じ、右に行けば行くほど隙間が生じることになる。y軸は、評価関数の値である。   The left diagram in FIG. 10 shows a stem form compatibility evaluation function and an example of internal parameters. Here, the x-axis is the distance between the stem and the bone, and the more the line goes to the left, the larger the gap, the more the line goes to the right. The y-axis is the value of the evaluation function.

図10の中央の図は、はみだしおよび隙間の生じる代表例を示している。ここでは、皮膚骨および海綿骨にステムをはめ込んだ例を示す。右は、専門医による設置計画例である。   The center diagram of FIG. 10 shows a representative example in which protrusions and gaps occur. Here, an example in which a stem is fitted to skin bone and cancellous bone is shown. On the right is an installation plan example by a specialist.

図11には、ステム形態適合性の評価関数の内部パラメータ学習(自動調整)が示されている。計算機によるステム設置計画を行った後、外科医による修正設置計画を行う。これを繰り返して、外科医がマニュアルで修正したステム設置計画結果を入力として、ステム形態適合性評価関数の内部パラメータa, b, c の最適値を推定する。   FIG. 11 shows internal parameter learning (automatic adjustment) of the evaluation function for stem form compatibility. After planning a stem installation by a computer, a correction installation plan by a surgeon is performed. By repeating this, the stem installation plan result manually corrected by the surgeon is input, and the optimum values of the internal parameters a, b, c of the stem form suitability evaluation function are estimated.

このようにして、本発明は、外科医による修正を反映させることができる。   In this way, the present invention can reflect corrections by the surgeon.

(実施例5:学習(自動調整)の具体的定式化)
本実施例では、学習(自動調整)の具体的定式化の例を提供する。ステム形態適合性の評価関数をg(x,y,z,a,b,g;s ; Ui,a,b,c)とする。各変数の説明は以下のとおりである。
(Example 5: Specific formulation of learning (automatic adjustment))
In this embodiment, an example of specific formulation of learning (automatic adjustment) is provided. Assume that the evaluation function of stem form compatibility is g (x, y, z, a, b, g; s; Ui, a, b, c). The explanation of each variable is as follows.

x,y,z,a,b,g,s:外科医が設置したステムの位置・角度・サイズからの変位
Ui:患者iの髄腔形状
a,b,c:自動調整(学習)すべき評価関数の内部パラメータ

外科医が設置した全患者の評価関数の総和 G を以下のように定義する。
x, y, z, a, b, g, s: displacement from the position, angle, and size of the stem installed by the surgeon Ui: shape of the medullary cavity of patient i a, b, c: evaluation to be automatically adjusted (learned) Function internal parameters

The total sum G of evaluation functions for all patients set by the surgeon is defined as follows.

G(x,y,z,a,b,g;s;a,b,c)=Sig(x,y,z,a,b,g;s;Ui,a,b,c)

∇G,∇G,∇G,∇を以下のように定義する。
G (x, y, z, a, b, g; s; a, b, c) = Sig (x, y, z, a, b, g; s; Ui, a, b, c)

∇G, ∇G 0, ∇ 2 G , is defined as follows ∇ 2 G 0.

∇G:Gをx,y,z,a,b,g;sの関数とみたときの7次元グラディエントベクトル
∇G:(x,y,z,a,b,g;s)=0における7次元グラディエントベクトルの値

上記のように定義された数式において、外科医が設置した位置・角度・サイズ、すなわち、(x,y,z,a,b,g;s)=0で、Gが極大値をとるように評価関数の内部パラメータa,b,cを設定することが必要である。極大値をとる条件は、|∇G|=0である。よって、|∇G|=0となるように、評価関数の内部パラメータa,b,cを決定することが必要である。ここで、∇Gは、a,b,cの関数である。すなわち、∇G(a,b,c)とかける。
∇G: 7-dimensional gradient vector when G is regarded as a function of x, y, z, a, b, g; s G 0 : (x, y, z, a, b, g; s) = 0 7-dimensional gradient vector value

In the mathematical expression defined above, the position, angle, and size set by the surgeon, that is, (x, y, z, a, b, g; s) = 0, and evaluation is performed so that G takes a maximum value. It is necessary to set the internal parameters a, b, c of the function. The condition for taking the maximum value is | ∇G 0 | = 0. Therefore, it is necessary to determine the internal parameters a, b, and c of the evaluation function so that | ∇G 0 | = 0. Here, ∇G 0 is a function of a, b, and c. That is, ∇G 0 (a, b, c) is applied.


(実施例6:学習(自動調整)の具体的定式化)
本実施例では、学習(自動調整)の具体的定式化の例を提供する。ここでは、a,b,cの現在の値をa,b,cとし、外科医の好みを考慮して、これを修正することを考える。

(Example 6: Specific formulation of learning (automatic adjustment))
In this embodiment, an example of specific formulation of learning (automatic adjustment) is provided. Here, it is assumed that the current values of a, b, and c are a 0 , b 0 , and c 0 and are corrected in consideration of the surgeon's preference.

|∇G(a,b,c)|=0
が必要条件であり、これを満たし、現在の値a,b,cに最も近いa,b,cの値に修正する。この問題は、以下の制約条件付き最適化問題に帰着できる。
| ∇G 0 (a, b, c) | = 0
Is a necessary condition and is corrected to the values of a, b, and c that satisfy this condition and are closest to the current values a 0 , b 0 , and c 0 . This problem can be reduced to the following constrained optimization problem.

制約条件|∇G(a,b,c)|=0を満足するという条件の下で評価関数F(a,b,c)=(a−a)2+(b−b)2+(c−c)2を最小にするa,b,cを求める。 The evaluation function F (a, b, c) = (a−a 0 ) 2+ (b−b 0 ) 2+ () under the condition that the constraint condition | ∇G 0 (a, b, c) | = 0 is satisfied. c-c 0) a to 2 in a minimum, b, and c seek.


制約条件付き最適化問題の解法は、例えば、応用数値計算ライブラリ 非線形計画法 ISBN:4254114893朝倉書店 (1999−06−10出版)・矢部 博・八巻 直一著に述べられている方法を用いることができる。

For solving the optimization problem with constraints, for example, a method described in Applied Numerical Library Nonlinear Programming ISBN: 4254114893 Asakura Shoten (published 1999-06-10), Hiroshi Yabe and Naoichi Yamaki it can.

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range from the description of specific preferred embodiments of the present invention based on the description of the present invention and common general technical knowledge. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明により、インプラントを用いた手術がより効率化され、さらに、学習機能を用いることによって、従来技能に頼っていた手術を技術的に再現性よく実施することが可能となった。従って、医療品などの製造業、ソフトウェア開発などにおいて本発明は産業状の利用可能性を有する。   According to the present invention, an operation using an implant is made more efficient, and further, by using a learning function, it has become possible to technically perform an operation that relied on a conventional skill with high reproducibility. Therefore, the present invention has industrial applicability in the manufacturing industry for medical products and software development.

本発明の手術計画システムの模式的処理スキームを示す。患者情報(骨格形状モデル、解剖学的特徴など)と、インプラントの形状モデルとを本発明の手術計画システムにて処理して、各患者に適切なインプラントの選択および設置を計画することができる。1 shows a schematic processing scheme of a surgical planning system of the present invention. Patient information (such as skeletal shape models, anatomical features, etc.) and implant shape models can be processed by the surgical planning system of the present invention to plan the appropriate implant selection and placement for each patient. 本発明を人工股関節の場合において実現した例を示す。形態評価(ステップ1)において、人工関節の固定強度および既存生体構造への適合性を判断する。ステップ1Aにおいて、非副率、臼蓋リム径、CE角、内盤厚などによりカップサイズおよび設置位置の決定を行う。ステップ1Bにおいて、ステム適合度および前捻角などにより、ステムサイズ、位置および角度の決定を行う。次に、機能評価(ステップ2)を行い、十分な関節機能の確保を担保する。ステップ2では、左右脚長差、可動範囲および筋肉長および靭帯長などにより、ヘッドオフセット、ステムネック長の決定を行い、手術計画を完成させることができる。The example which implement | achieved this invention in the case of an artificial hip joint is shown. In the morphological evaluation (step 1), the fixation strength of the artificial joint and the adaptability to the existing anatomy are determined. In step 1A, the cup size and installation position are determined based on the non-secondary ratio, the acetabular rim diameter, the CE angle, the inner plate thickness, and the like. In step 1B, the stem size, position, and angle are determined based on the stem suitability, the forward twist angle, and the like. Next, functional evaluation (step 2) is performed to ensure sufficient joint function. In Step 2, the head offset and the stem neck length are determined based on the difference between the left and right leg lengths, the movable range, the muscle length, the ligament length, and the like, and the surgical plan can be completed. 本発明のパラメータ指定におけるx,x,…xの説明を示す。 X 1, x 2 in the parameter specification of this invention, showing a description of ... x m. 本発明において使用される各項目の具体例:形態評価f(x;p)の評価関数(真ん中)を示す。左は、骨のグラフィックモデル、および右は、評価したときの評価モデルを示す。Specific example of each item used in the present invention: an evaluation function (middle) of the form evaluation f j (x i ; p j ) is shown. The left shows the graphic model of the bone, and the right shows the evaluation model when evaluated. 本発明を実施した1実施形態の機能評価関数の具体例(外転方向可動域)を示す。左パネルは、下方向に伸ばしたとき、右パネルは上昇させたときを示す。The specific example (external rotation direction movable range) of the function evaluation function of one Embodiment which implemented this invention is shown. The left panel shows when extended downward and the right panel shows when raised. 本発明を実施した1実施形態の機能評価関数の具体例(手術前後の筋肉長差)を示す。左は手術前および右は手術後を示す。The specific example (muscle length difference before and behind an operation) of the function evaluation function of one Embodiment which implemented this invention is shown. The left shows before surgery and the right shows after surgery. 本発明に従う外科医によるマニュアルバランス調整のスキーム例を示す。患者情報(骨格形状モデル、解剖学的特徴など)と、インプラントの形状モデルとを本発明の手術計画システムにて処理して、各患者に適切なインプラントの選択および設置を計画することができる。ここでは、外科医によるw,pの調整を行い、手術計画システムの改善を行い、バランス調製をマニュアルで行うことができる。調整項目は、上記のほかにも応力分布、前壁厚、後壁厚、骨密度など、種々挙げられる。Fig. 4 shows an exemplary scheme for manual balance adjustment by a surgeon according to the present invention. Patient information (such as skeletal shape models, anatomical features, etc.) and implant shape models can be processed by the surgical planning system of the present invention to plan the appropriate implant selection and placement for each patient. Here, w i and p i can be adjusted by the surgeon, the surgical planning system can be improved, and the balance can be adjusted manually. In addition to the above, there are various adjustment items such as stress distribution, front wall thickness, rear wall thickness, and bone density. 本発明に従う学習機能(自動バランス調整)のスキーム例を示す。患者情報(骨格形状モデル、解剖学的特徴など)と、インプラントの形状モデルとを本発明の手術計画システムにて処理して、各患者に適切なインプラントの選択および設置を計画することができる。この場合は、外科医による修正計画は、計算機によって自動的に行われ、フィードバックされる。2 shows an exemplary scheme of a learning function (automatic balance adjustment) according to the present invention. Patient information (such as skeletal shape models, anatomical features, etc.) and implant shape models can be processed by the surgical planning system of the present invention to plan the appropriate implant selection and placement for each patient. In this case, the correction plan by the surgeon is automatically performed by the computer and fed back. 本発明を実施したGUIの例を示す。外科医により、評価関数の内部パラメータ調整を行なう具体例を示す。ここでは、屈曲方向、伸展方向、外転方向、内転方向の最低限必要な可動範囲を指定する。An example of a GUI implementing the present invention is shown. A specific example in which the surgeon adjusts the internal parameter of the evaluation function will be described. Here, the minimum necessary movable range of the bending direction, the extending direction, the abduction direction, and the inversion direction is designated. 本発明に従って、ステム形態適合性の評価関数の内部パラメータ学習(自動調整)を行った例を示す。左には、ステム形態適合性評価関数および内部パラメータ例が近位および遠位において示されている。中の模式図は、骨とインプラントとの間の相互関係を示し、皮質骨、海綿骨、とステムとの間の係合が示される。これらのデータをもとに、専門医による修正が行われる(右)。The example which performed the internal parameter learning (automatic adjustment) of the evaluation function of stem form compatibility according to this invention is shown. On the left, stem shape suitability evaluation functions and internal parameter examples are shown proximally and distally. The middle schematic shows the interrelationship between the bone and the implant, showing the engagement between the cortical bone, cancellous bone and the stem. Based on these data, corrections are made by specialists (right). 本発明に従って、ステム形態適合性の評価関数の内部パラメータ学習(自動調整)を行った例を示す。本発明の手術計画システムから計算機によるステム設置計画を設置し、外科医による修正設置計画を立て、計算機によるステム形態適合性評価関数における内部パラメータの調整を行い、本発明の手術計画システムにフィードバックする。ここでは、外科医がマニュアルで、修正したステム設置計画結果を入力として、ステム形態適合性評価関数の内部パラメータの最適値を推定する。The example which performed the internal parameter learning (automatic adjustment) of the evaluation function of stem form compatibility according to this invention is shown. A stem installation plan by a computer is set from the operation planning system of the present invention, a correction installation plan by a surgeon is made, an internal parameter in the stem form compatibility evaluation function is adjusted by the computer, and fed back to the operation planning system of the present invention. Here, the surgeon manually estimates the optimum value of the internal parameter of the stem form compatibility evaluation function using the corrected stem installation plan result as an input.

Claims (3)

外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択するシステムであって、該システムは、
A)対象となる患者情報を得る手段であって、該手段は、CT画像もしくはMR画像を撮影する手段か、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させる手段であり、該三次元形状モデルにおいて、関節を形成する複数の骨格が、別個の三次元形状モデルとして作成される、手段;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る手段;
C)該患者情報と該インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する手段;および
D)該評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択する手段を備え、ここで、
該評価関数は、形態評価および機能評価を含む評価を行うものであり、該形態評価は、該インプラント部品のうち単一のインプラントのパラメータに基づいて決定され、該機能評価は、該インプラント部品のうち複数のインプラントのパラメータに基づいて決定されるものであり、
該機能評価は、脚長、関節可動域、関節周囲軟部組織長および関節周囲軟部組織長の変化からなる群より選択される1より多い項目を含み、複数の該インプラント部品の情報と複数の該患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することを包含し、
該形態評価は、患者骨格の三次元形状、インプラント部品の三次元構造、インプラント部品のサイズ、および患者骨格とインプラント部品との相対的適合性からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含み、該形態評価は、該インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルにおいて、複数のモデルのうち、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することを包含し、
該適合評価関数および該機能評価関数に関し、個別の線形和、積またはそれらの組み合わせによって全体評価関数を定義し、該選択は、該全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として選択することを包含することを特徴とする、システム。
A system for selecting an implant component for obtaining a desired result in a surgical procedure, the system comprising:
A) Means for obtaining target patient information, the means being a means for taking a CT image or an MR image, or a means for deforming a general three-dimensional model based on a two-dimensional X-ray image, Means in which a plurality of skeletons forming joints are created as separate three-dimensional shape models in the three-dimensional shape model;
B) Means for obtaining information on the implant part to be implanted;
C) means for generating an evaluation function using the patient information and information on the implant part; and D) means for selecting an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function, ,
The evaluation function performs evaluation including morphological evaluation and functional evaluation, and the morphological evaluation is determined based on parameters of a single implant among the implant parts, and the functional evaluation is performed on the implant parts. Of which is determined based on the parameters of multiple implants,
The functional evaluation includes more than one item selected from the group consisting of leg length, range of motion, peri-articular soft tissue length and peri-articular soft tissue length, and includes information on a plurality of the implant parts and a plurality of the patients. Including defining a function evaluation function reflecting each function based on the relative relationship with the information,
The morphological evaluation comprises one or more items selected from the group consisting of the three-dimensional shape of the patient skeleton, the three-dimensional structure of the implant part, the size of the implant part, and the relative compatibility between the patient skeleton and the implant part. Including the three-dimensional shape model of the implant part and the three-dimensional shape model of patient information, and the conformity evaluation is based on a relative relationship between a single implant model and a single bone model among a plurality of models. Including defining an evaluation function,
With respect to the fitness evaluation function and the function evaluation function, an overall evaluation function is defined by individual linear sums, products, or combinations thereof, and the selection is the size of the implant part that is maximized or minimized in the overall evaluation function, A system comprising selecting a position and direction as an optimal solution.
外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
該処理は、
A)対象となる患者情報を得る工程であって、該患者情報は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによるか、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって得られたものであり、該三次元形状モデルにおいて、関節を形成する複数の骨格が、別個の三次元形状モデルとして作成される、工程;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程;
C)該患者情報と該インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程;および
D)該評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択して表示する工程を包含し、
該評価関数は、該評価関数は、形態評価および機能評価を含む評価を行うものであり、該形態評価は、該インプラント部品のうち単一のインプラントのパラメータに基づいて決定され、該機能評価は、該インプラント部品のうち複数のインプラントのパラメータに基づいて決定されるものであり、
該機能評価は、脚長、関節可動域、関節周囲軟部組織長および関節周囲軟部組織長の変化からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含み、複数の該インプラント部品の情報と複数の該患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することを包含し、
該形態評価は、患者骨格の三次元形状、インプラント部品の三次元構造、インプラント部品のサイズ、および患者骨格とインプラント部品との相対的適合性からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含み、該形態評価は、該インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルにおいて、複数のモデルのうち、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することを包含し、
該適合評価関数および該機能評価関数に関し、個別の線形和、積またはそれらの組み合わせによって全体評価関数を定義し、該選択は、該全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として選択することを包含することを特徴とする、プログラム。
A program for causing a computer to execute a process of selecting an implant part for obtaining a desired result in a surgical operation,
The process is
A) Obtaining target patient information, which is obtained by taking a CT image or MR image, or by deforming a general three-dimensional model based on a two-dimensional X-ray image Obtained, wherein in the three-dimensional shape model, a plurality of skeletons forming joints are created as separate three-dimensional shape models;
B) obtaining information on the implant part to be implanted;
C) generating an evaluation function using the patient information and the information of the implant part; and D) selecting and displaying an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. And
The evaluation function is an evaluation function including an evaluation including a morphological evaluation and a functional evaluation, and the morphological evaluation is determined based on parameters of a single implant among the implant parts. , Determined based on parameters of a plurality of implants among the implant parts,
The functional evaluation includes one or more items selected from the group consisting of leg length, range of motion, periarticular soft tissue length, and periarticular soft tissue length change, Including defining a function evaluation function reflecting each function based on the relative relationship with the patient information;
The morphological evaluation comprises one or more items selected from the group consisting of the three-dimensional shape of the patient skeleton, the three-dimensional structure of the implant part, the size of the implant part, and the relative compatibility between the patient skeleton and the implant part. Including the three-dimensional shape model of the implant part and the three-dimensional shape model of patient information, and the conformity evaluation is based on a relative relationship between a single implant model and a single bone model among a plurality of models. Including defining an evaluation function,
With respect to the fitness evaluation function and the function evaluation function, an overall evaluation function is defined by individual linear sums, products, or combinations thereof, and the selection is the size of the implant part that is maximized or minimized in the overall evaluation function, A program comprising selecting a position and direction as an optimal solution.
外科手術において所望の結果を得るためのインプラント部品を選択する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納した記録媒体であって、
該処理は、
A)対象となる患者情報を得る工程であって、該患者情報は、CT画像もしくはMR画像を撮影することによるか、または2次元X線画像に基づいて一般的三次元モデルを変形させることによって得られたものであり、該三次元形状モデルにおいて、関節を形成する複数の骨格が、別個の三次元形状モデルとして作成される、工程;
B)移植されるべきインプラント部品の情報を得る工程;
C)該患者情報と該インプラント部品の情報とを用いて評価関数を生成する工程;および
D)該評価関数に基づいて実際に外科手術に使用すべきインプラント部品を選択して表示する工程を包含し、
該評価関数は、該評価関数は、形態評価および機能評価を含む評価を行うものであり、該形態評価は、前記インプラント部品のうち単一のインプラントのパラメータに基づいて決定され、該機能評価は、前記インプラント部品のうち複数のインプラントのパラメータに基づいて決定されるものであり、
該機能評価は、脚長、関節可動域、関節周囲軟部組織長および関節周囲軟部組織長の変化からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含み、複数の該インプラント部品の情報と複数の該患者情報との相対関係に基づき、それぞれの機能を反映した機能評価関数を定義することを包含し、
該形態評価は、患者骨格の三次元形状、インプラント部品の三次元構造、インプラント部品のサイズ、および患者骨格とインプラント部品との相対的適合性からなる群より選択される1またはそれより多い項目を含み、該形態評価は、該インプラント部品の三次元形状モデルと、患者情報の三次元形状モデルにおいて、複数のモデルのうち、単一のインプラントモデルと単一の骨モデルとの相対関係に基づく適合評価関数を定義することを包含し、
該適合評価関数および該機能評価関数に関し、個別の線形和、積またはそれらの組み合わせによって全体評価関数を定義し、前記選択は、前記全体評価関数において、最大化または最小化するインプラント部品のサイズ、位置および方向を最適解として選択することを包含することを特徴とする、記録媒体。
A recording medium storing a program for causing a computer to execute a process of selecting an implant part for obtaining a desired result in a surgical operation,
The process is
A) Obtaining target patient information, which is obtained by taking a CT image or MR image, or by deforming a general three-dimensional model based on a two-dimensional X-ray image Obtained, wherein in the three-dimensional shape model, a plurality of skeletons forming joints are created as separate three-dimensional shape models;
B) obtaining information on the implant part to be implanted;
C) generating an evaluation function using the patient information and the information of the implant part; and D) selecting and displaying an implant part to be actually used for surgery based on the evaluation function. And
The evaluation function is an evaluation function including an evaluation including a morphological evaluation and a functional evaluation, and the morphological evaluation is determined based on parameters of a single implant among the implant parts, and the functional evaluation is , Determined based on a plurality of implant parameters among the implant parts,
The functional evaluation includes one or more items selected from the group consisting of leg length, range of motion, periarticular soft tissue length, and periarticular soft tissue length change, Including defining a function evaluation function reflecting each function based on the relative relationship with the patient information;
The morphological evaluation comprises one or more items selected from the group consisting of the three-dimensional shape of the patient skeleton, the three-dimensional structure of the implant part, the size of the implant part, and the relative compatibility between the patient skeleton and the implant part. Including the three-dimensional shape model of the implant part and the three-dimensional shape model of patient information, and the conformity evaluation is based on a relative relationship between a single implant model and a single bone model among a plurality of models. Including defining an evaluation function,
With respect to the fitness evaluation function and the function evaluation function, an overall evaluation function is defined by individual linear sums, products or combinations thereof, and the selection is the size of the implant part to be maximized or minimized in the overall evaluation function, A recording medium comprising selecting a position and direction as an optimal solution.
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