JP5564003B2 - Computer-assisted surgery system - Google Patents

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Description

本発明は、コンピュータ支援手術システム及びコンピュータ支援手術システムを動作する方法に関し、具体的には、インプラント又は類似物のような医療装置のより容易な適用をもたらす医療装置の仮想表示を提供するコンピュータ支援手術システム及びコンピュータ支援手術システムを動作する方法に関する。   The present invention relates to computer-assisted surgery systems and methods for operating computer-assisted surgery systems, and in particular, computer-aided to provide a virtual display of a medical device that results in easier application of a medical device such as an implant or the like. The present invention relates to a surgical system and a method for operating a computer-assisted surgical system.

髄内釘打ち法によって、例えば、大腿骨頸部の骨折を治療し得る。そのような治療では、髄内釘打ち法用の釘は、典型的には、骨ネジを受け入れるための少なくとも1つのボア孔を含む。釘は、大腿骨の長手方向に概ね導入され、骨ネジが少なくとも1つのボア孔内に受け入れられるとき、骨ネジは大腿骨の頸部に対して特定の角度で横方向に延びる。外科医の特定の問題は、そのような釘又はインプラント又はそれらの一部の将来的な位置又は移植される位置を予測することである。過去、操作者はインプラントの大体の最適な位置を得るよう試行錯誤を行っていた。しかしながら、これはより長い期間の手術を招き、それは患者により大きなストレスを引き起こし得る。更に、各試行に関して、インプラントの位置を評価するためにインプラントの現在位置を確認するために、少なくとも1つのX線画像(例えば、フルオロショット)が概して必要である。   For example, femoral neck fractures can be treated by intramedullary nailing. In such treatment, intramedullary nailing nails typically include at least one bore hole for receiving a bone screw. The nail is generally introduced in the longitudinal direction of the femur and when the bone screw is received within the at least one bore hole, the bone screw extends laterally at a specific angle with respect to the neck of the femur. A particular problem for the surgeon is predicting the future or implanted location of such nails or implants or parts thereof. In the past, operators have tried and errored to obtain an optimal position for the implant. However, this leads to a longer period of surgery, which can cause greater stress on the patient. Further, for each trial, at least one x-ray image (eg, a fluoroshot) is generally required to ascertain the current position of the implant in order to evaluate the position of the implant.

近年、ダイナミックヒップネジのためのコンピュータ支援手術が、非特許文献1中でAmir Herman et al.によって記載されており、この文献は、三次元距離を測定し、インプラントテンプレートを視覚化し、且つ、標準的なX線透視検査において案内される軌道を見るために画像分析技術を使用する、コンピュータ支援手術システムを記載している。案内システムは、標的、位置決め、及び、基準装置として透明なハードウェアに組み込まれる、一組のX線不伝導性マーカを結合する。この装置は案内ワイヤに取り付けられる。X線透視画像が外科医によって取得され、次に、画像処理エンジンによって処理され、画像処理エンジンは、Cアーム及び画像内のドリル軌道に対する三次元の向きを計算する。   Recently, computer-assisted surgery for dynamic hip screws has been described in Amir Herman et al. This document is a computer-aided method that uses image analysis techniques to measure three-dimensional distances, visualize implant templates, and view trajectories guided in standard fluoroscopy. A surgical system is described. The guidance system combines a set of x-ray non-conductive markers that are incorporated into transparent hardware as a target, positioning and reference device. This device is attached to a guide wire. A fluoroscopic image is acquired by the surgeon and then processed by the image processing engine, which calculates the three-dimensional orientation relative to the C-arm and the drill trajectory in the image.

更に、係止ネジを髄内装置のオリフィス内に挿入することが意図される情報取得のためのプロセスが特許文献1に記載されている。この文献は、髄内装置の遠位係止孔内に係止ネジを挿入するために意図される情報を取得するためのプロセスを記載している。記載されるプロセスは、透視装置を使用して髄内装置の遠位部分の異なる向きの2つの画像を撮ること、髄内装置に固定される基準フレーム及び透視装置に固定される選択的な他の基準フレームを位置決めすることによって、投射パラメータ、特に、X線源及び各画像の投射平面の位置を取得することを含む。そのプロセスは、画像の如何なる歪みをも矯正すること、各画像における髄内装置の遠位部分をセグメント化すること、髄内装置の位置及び孔の位置に関する属性を計算することを更に含み、属性は、少なくとも、髄内装置の輪郭、その重心、及び、その主軸を含む。更に、そのプロセスは、各画像のために髄内装置の遠位部分の投射コーンを構築すること、2つの投射コーンの交差を決定すること、交差に基づき髄内装置をモデリングすること、モデリング及び画像上に決定される孔の重心の助けを受けて係止孔の中心を決定すること、係止オリフィスの向きを反復的に決定すること、及び、ドリル工具を案内することを含む。   Further, Patent Document 1 describes a process for obtaining information intended to insert a locking screw into an orifice of an intramedullary device. This document describes a process for obtaining information intended for inserting a locking screw into the distal locking hole of an intramedullary device. The process described includes taking two images of different orientations of the distal portion of the intramedullary device using a fluoroscope, a reference frame secured to the intramedullary device, and a selective other secured to the fluoroscopic device. To obtain the projection parameters, in particular the position of the X-ray source and the projection plane of each image. The process further includes correcting any distortion of the image, segmenting the distal portion of the intramedullary device in each image, calculating attributes relating to the position of the intramedullary device and the position of the hole, Includes at least the contour of the intramedullary device, its center of gravity, and its principal axis. Further, the process builds a projection cone at the distal portion of the intramedullary device for each image, determines the intersection of the two projection cones, models the intramedullary device based on the intersection, modeling and Including determining the center of the locking hole with the help of the center of gravity of the hole determined on the image, repetitively determining the orientation of the locking orifice, and guiding the drill tool.

The Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, Dec.29, 2008; Volume 5,Pages 45−50The Journal of Medical Robots and Computer Assisted Surgary, Dec. 29, 2008; Volume 5, Pages 45-50 EP1491151B1EP1491151B1

本発明は、例えば、インプラントのような、適用されるべき医療装置の簡単で迅速な位置決めを可能にするコンピュータ支援手術システム及びコンピュータ支援手術システムを動作する方法を提供する。   The present invention provides a computer assisted surgical system and a method of operating a computer assisted surgical system that allow simple and rapid positioning of a medical device to be applied, such as, for example, an implant.

本発明の1つの実施態様によれば、コンピュータ支援手術システムを動作する方法が提供され、当該方法は、解剖学的構造に対して基準体を位置決めすることを含み、基準体は解剖学的構造に適用されるべき医療装置の位置を仮想表示し、解剖学的構造に対する基準体の位置を検出することを含み、解剖学的構造に対する基準体の検出位置に基づき、解剖学的構造を適用されるべき医療装置の仮想表示と重ね合わせることを含み、解剖学的構造に対して医療装置を適用する許容範囲のための規則を提供することを含み、基準体の位置を変更することを含み、許容範囲のための規則に対する最良の適合を得るために、解剖学的構造に対して適用されるべき医療装置の仮想位置を最適化することを含む。   According to one embodiment of the present invention, a method of operating a computer-assisted surgical system is provided, the method comprising positioning a reference body relative to an anatomical structure, the reference body being an anatomical structure Virtual display of the position of the medical device to be applied, and detecting the position of the reference body relative to the anatomical structure, and applying the anatomical structure based on the detected position of the reference body relative to the anatomical structure Including overlaying with a virtual representation of the medical device to be included, including providing rules for the tolerance of applying the medical device to the anatomy, including changing the position of the reference body, To optimize the virtual position of the medical device to be applied to the anatomy to obtain the best fit to the rules for tolerance.

よって、適用されるべき医療装置の仮想表示を使用することによって、医療装置の最終の所望位置を決定する段階中に、この医療装置を挿入することを必要とせずに、現実の医療装置の将来の位置を予測し得る。よって、医療装置を挿入する前に、医療装置の位置を仮想に最適化し得る。これは切開及びX線の衝撃に対する患者のストレスの軽減をもたらし得る。最適化することは、医療装置、即ち、インプラントの最適な場所、向き、及び、幾何を探すことを含む。この最適化することは、コンピュータ装置によって支援されて行われ得る。基準体は、特別なアドオン素子、並びに、撮像中にその位置を特定する特異な幾何を有する医療工具であり得る。   Thus, by using a virtual representation of the medical device to be applied, the future of a real medical device can be obtained without having to insert this medical device during the stage of determining the final desired position of the medical device. Can be predicted. Thus, the position of the medical device can be virtually optimized before inserting the medical device. This can result in a reduction of patient stress to incisions and x-ray impacts. Optimizing involves looking for the optimal location, orientation, and geometry of the medical device, ie, the implant. This optimization can be performed with the aid of a computer device. The reference body can be a special add-on element as well as a medical tool with a unique geometry that identifies its position during imaging.

本発明の他の実施態様によれば、医療装置の位置は、医療装置の寸法、場所、及び、向きを含む。   According to another embodiment of the invention, the position of the medical device includes the size, location, and orientation of the medical device.

よって、患者の解剖学的構造に関する全ての関連情報を考慮して、医療装置を仮想的に表示し得る。位置は、具体的には、所定の様々な医療装置からの医療装置の幾何であってもよい。   Thus, the medical device can be virtually displayed in view of all relevant information regarding the patient's anatomy. The location may specifically be the geometry of the medical device from a variety of predetermined medical devices.

本発明の更に他の実施態様によれば、解剖学的構造に対して位置付けられる基準体を検出することは、異なる角度から2つの二次元画像を撮ること、二次元画像に基づき三次元表示を生成すること、及び、三次元画像に基づき解剖学的構造に対する基準体の空間位置を決定することを含む。2つの二次元画像は、医療装置を受け入れる解剖学的構造を含み得る。解剖学的構造に対する医療装置の位置は、三次元表示に基づき得る。   According to yet another embodiment of the present invention, detecting a reference body positioned with respect to an anatomical structure takes two two-dimensional images from different angles, and displays a three-dimensional display based on the two-dimensional image. Generating and determining a spatial position of the reference body relative to the anatomical structure based on the three-dimensional image. The two two-dimensional images can include an anatomical structure that receives the medical device. The position of the medical device relative to the anatomical structure may be based on a three-dimensional display.

よって、適用されるべき医療装置の正しい位置決め及び寸法入れに対する概観をもたらすために、解剖学的構造並びに適用されるべき仮想のインプラント又は仮想の医療装置を三次元的な方法で表示し得る。   Thus, the anatomy and the virtual implant or virtual medical device to be applied can be displayed in a three-dimensional manner to provide an overview of the correct positioning and sizing of the medical device to be applied.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、変更することは、基準体を回転及び/又は移動することを含み得る。   According to yet another embodiment of the present invention, changing may include rotating and / or moving the reference body.

よって、提供される規則内で将来的に位置付けられる医療装置の最適化された位置を探し出すために、医療装置の位置を表示する基準体を解剖学的構造に対して仮想に位置付けることができ、規則は、解剖学的構造に対して医療装置を適用するための許容範囲を提供する。   Thus, in order to find an optimized position of the medical device that will be positioned in the future within the provided rules, a reference body displaying the position of the medical device can be virtually positioned with respect to the anatomy, The rules provide a tolerance for applying medical devices to anatomical structures.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、変更することは、様々な医療装置の所定の群から医療装置を選択することを含み得る。   According to yet another embodiment of the present invention, modifying may include selecting a medical device from a predetermined group of various medical devices.

よって、許容範囲のための規則を満足するために、例えば、移植されるべき最適なインプラントの種類を探し出すよう、医療装置の寸法も所定の群から選択し得る。様々な種類は、様々な幾何、例えば、長さ、傾斜角、及び、様々な解剖学的特性に対応する他の幾何学的特性を有し得る。   Thus, to meet the rules for tolerance, the dimensions of the medical device can also be selected from a predetermined group, for example, to find the optimal implant type to be implanted. Different types may have different geometries, such as length, tilt angle, and other geometric characteristics corresponding to different anatomical characteristics.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、コンピュータ支援手術システムを動作する方法は、解剖学的構造及び挿入されるべき医療装置の仮想表示の重なり合いを撮像することを更に含む。   According to yet another embodiment of the present invention, a method of operating a computer-assisted surgical system further includes imaging an overlap of an anatomy and a virtual display of a medical device to be inserted.

よって、外科医はコンピュータ支援手術システムの進行中のプロセスを現場で制御し且つ監視することが可能であり、それは最適化が十分であるか否かを最終的に決定し且つ外科医による直の最終的な確認を提供するときに関連し得る。   Thus, the surgeon can control and monitor the ongoing process of the computer-assisted surgical system in the field, which ultimately determines whether the optimization is sufficient and the immediate finalization by the surgeon. May be relevant when providing confirmation.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、適用されるべき医療装置の位置は基準体から離れる。好ましくは、医療装置は、インプラントである。好ましくは、基準体は、例えば、標的工具のような医療工具に取り付け可能である。   According to yet another embodiment of the invention, the position of the medical device to be applied is remote from the reference body. Preferably, the medical device is an implant. Preferably, the reference body is attachable to a medical tool such as a target tool.

よって、基準体は、医療装置の直ぐ近傍に提供される必要はない。基準体の直ぐ近傍にないインプラントを仮想に表示し得る。これは切開の開口場所に関する最終の遠隔位置を有するインプラントに特に関連する。更に、基準体を標的工具に提供するとき、例えば、髄内釘の骨ネジのようなサブインプラントも仮想に表示し得る。   Thus, the reference body need not be provided in the immediate vicinity of the medical device. Implants that are not immediately adjacent to the reference body may be virtually displayed. This is particularly relevant for implants having a final remote location with respect to the opening location of the incision. Further, when providing the reference body to the target tool, sub-implants, such as bone screws of intramedullary nails, for example, may also be virtually displayed.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、プロセッサによって実行されるとき、コンピュータ支援手術システムを動作する方法を実施するよう構成されるプログラム要素が提供される。   According to yet another embodiment of the present invention, there is provided a program element configured to implement a method of operating a computer assisted surgical system when executed by a processor.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、発明的なプログラム要素を記憶させるコンピュータ読取り可能な媒体が提供される。   In accordance with yet another embodiment of the present invention, a computer readable medium for storing inventive program elements is provided.

よって、コンピュータ支援手術システムを動作する方法をコンピュータ及びコンピュータプログラム上でそれぞれ実施し得る。   Thus, a method for operating a computer-assisted surgery system can be implemented on a computer and a computer program, respectively.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、コンピュータ支援手術システムが提供され、当該コンピュータ支援手術システムは、解剖学的構造に対する基準体を含み、基準体は解剖学的構造に提供されるべき医療装置の位置を仮想表示し、解剖学的構造に対する基準体の位置を検出するために構成される検出装置を含み、仮想の医療装置情報を含むデータベースを含み、解剖学的構造を検出装置の出力に基づき適用されるべき医療装置の仮想表示と重ね合わせること、基準体の位置を変更すること、及び、解剖学的構造に対して医療装置を適用する許容範囲のための所定の規則に対する最良の適合を得るために、解剖学的構造に対して適用されるべき医療装置の仮想位置を最適化することのために構成される計算装置を含む。   In accordance with yet another embodiment of the present invention, a computer-assisted surgical system is provided, the computer-assisted surgical system includes a reference body for the anatomical structure, and the reference body is provided to the anatomical structure. Detecting an anatomical structure including a detection device configured to virtually display a position of a medical device to be detected and detecting a position of a reference body with respect to the anatomical structure For predetermined rules for overlaying with a virtual representation of the medical device to be applied based on the output of the device, changing the position of the reference body, and tolerance for applying the medical device to the anatomy In order to obtain the best fit, it includes a computing device configured for optimizing the virtual position of the medical device to be applied to the anatomy.

そのようなコンピュータ支援手術システムは、解剖学的構造に対して医療装置を適用する許容範囲のための所定の規則を満足するために外科医の試行錯誤の手法を必要とせずに、例えば、インプラントのような、適用されるべき医療装置の将来的な位置を予測することを可能にし、その規則は、例えば、骨の表面までの所要距離、例えば、大腿骨の長手方向と大腿骨頸部の向きとの間の具体的な傾斜角等の形態で提供され得る。   Such a computer-aided surgical system does not require a surgeon's trial-and-error approach to meet predetermined rules for tolerances for applying medical devices to anatomical structures, for example, for implants It is possible to predict the future position of the medical device to be applied, the rules for example the required distance to the surface of the bone, for example the longitudinal direction of the femur and the orientation of the femoral neck In the form of a specific inclination angle between and the like.

本発明のある実施態様によれば、データベースは、医療装置のための複数のデータセットを含み、データセットは、様々な医療装置を表示する。   According to one embodiment of the invention, the database includes a plurality of data sets for medical devices, the data sets displaying various medical devices.

よって、許容範囲のための所定の規則を満足するために、医療装置の向き及び場所を決定し得るのみならず、医療装置自体の寸法も決定し得る。これは、例えば、髄内釘及びそれぞれの骨ネジの長さ、直径、及び、具体的な角度に関して異なる寸法を要求する広範囲な解剖学的構造を有するときに、特に関連し得る。本発明のある実施態様によれば、医療装置は、インプラントである。   Thus, not only the orientation and location of the medical device can be determined, but also the dimensions of the medical device itself, in order to satisfy the predetermined rules for tolerance. This may be particularly relevant, for example, when having a wide range of anatomical structures that require different dimensions with respect to the length, diameter, and specific angle of the intramedullary nail and each bone screw. According to one embodiment of the invention, the medical device is an implant.

本発明の一層更なる他の実施態様によれば、システムは、インプラントを位置付けるために構成される医療工具を更に含み、基準体は所定の方法で医療工具に取り付け可能である。   According to yet another embodiment of the present invention, the system further includes a medical tool configured to position the implant, and the reference body can be attached to the medical tool in a predetermined manner.

よって、髄内釘の正しい位置並びに髄内釘に挿入される前の将来的に移植される骨ネジの正しい位置を探すために未だ移植されていない髄内釘を表示するために基準体を使用し得る。しかしながら、髄内釘を基準体と考え得る。何故ならば、髄内釘は、挿入されるべき骨ネジの将来の位置も表示する特異な形態を有し得るからである。よって、医療工具に取り付けられる髄内釘を挿入させるとき、髄内釘の幾何から、骨ネジの将来的な位置、即ち、場所、寸法、及び、向きを決定し得る。例えば、骨ネジの将来的な位置を表示する基準体として髄内釘を使用し得ることが付記されなければならない。しかしながら、例えば、髄内釘を表示するために、別個の基準体を使用可能であり、その場合には、髄内釘の将来的な位置を表示し且つ予測するために、そのような基準体を所定位置において医療工具又は釘に固定し得る。髄内釘の幾何及び向きを知るときには、医療工具に取り付けられる基準体を評価することによって、骨ネジの将来的な位置も予測し得る。   Thus, the reference body is used to display the correct location of the intramedullary nail as well as the correct location of the future implanted bone screw prior to insertion into the intramedullary nail. Can do. However, the intramedullary nail can be considered a reference body. This is because the intramedullary nail can have a unique configuration that also indicates the future location of the bone screw to be inserted. Thus, when an intramedullary nail attached to a medical tool is inserted, the future location of the bone screw, ie, location, size, and orientation, can be determined from the geometry of the intramedullary nail. For example, it should be noted that an intramedullary nail can be used as a reference body for indicating the future position of the bone screw. However, for example, a separate reference can be used to display the intramedullary nail, in which case such a reference can be used to display and predict the future position of the intramedullary nail. Can be secured to a medical tool or nail in place. When knowing the geometry and orientation of the intramedullary nail, the future position of the bone screw can also be predicted by evaluating a reference body attached to the medical tool.

本発明の上述の実施態様は、コンピュータ支援手術システムを動作する方法、コンピュータ支援手術システム、プログラム要素、並びに、コンピュータ読取り可能な媒体にも当て嵌まることが付記されなければならない。   It should be noted that the above-described embodiments of the present invention also apply to a method for operating a computer-assisted surgical system, a computer-assisted surgical system, a program element, and a computer-readable medium.

上記の特徴を組み合わせ得ることも付記されなければならない。上記の特徴の組み合わせは、仮に詳細に明記されていないとしても、相乗効果も引き起こし得る。   It should also be noted that the above features can be combined. Combinations of the above features can also cause synergistic effects, even if not specified in detail.

本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載される実施態様を参照して明瞭に解明されるであろう。   These and other features of the invention will be clearly elucidated with reference to the embodiments described below.

本発明は、その非限定的な実施態様に関する後続の詳細な記載を判読した後に、及び、付属の図面を検討した後に、より十分に理解されよう。   The present invention will be better understood after reading the following detailed description of its non-limiting embodiments and after examining the accompanying drawings.

コンピュータ支援手術システムを示す概略図である。It is the schematic which shows a computer-assisted surgery system. その上に固定された基準体を有する医療工具と、髄内釘と骨ネジとを含むインプラントとを示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a medical tool having a reference body fixed thereon and an implant including an intramedullary nail and a bone screw. 図2に示される医療工具から分離された状態のインプラントを示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing the implant separated from the medical tool shown in FIG. 2. 図3に示される基準体を示す正面図である。It is a front view which shows the reference | standard body shown by FIG. 図3に示される基準体を示す端面図である。FIG. 4 is an end view showing the reference body shown in FIG. 3. インプラントの仮想表示を示す側面図である。It is a side view which shows the virtual display of an implant. インプラントの現実の位置を示す側面図である。It is a side view which shows the actual position of an implant. 骨ネジの仮想表示及び釘の現実の位置を示す側面図である。It is a side view which shows the virtual position of a bone screw, and the actual position of a nail. 骨ネジ及び釘の仮想表示を示す側面図である。It is a side view which shows the virtual display of a bone screw and a nail. 提供される矢印によって示されるような仮想の釘及び仮想のネジの第一方向への偏りを示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing the bias in a first direction of a virtual nail and a virtual screw as indicated by the provided arrows. 提供される矢印によって示されるような仮想の釘及び仮想のネジの第二方向への偏りを示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing a bias in a second direction of a virtual nail and a virtual screw as indicated by the provided arrows. 仮想の釘及び仮想のネジの正しい位置を示す側面図である。It is a side view which shows the correct position of a virtual nail and a virtual screw. 仮想の釘及び仮想のネジの最終の位置を示す側面図である。It is a side view which shows the final position of a virtual nail and a virtual screw. 提供される矢印によって示されるような現実の釘及び仮想のネジの第一方向への偏りを示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing the bias in the first direction of a real nail and virtual screw as indicated by the provided arrows. 提供される矢印によって示されるような現実の釘及び仮想のネジの第二方向への偏りを示す側面図である。FIG. 7 is a side view showing the bias in the second direction of the real nail and virtual screw as indicated by the provided arrows. 現実の釘及び仮想のネジの正しい位置を示す側面図である。It is a side view which shows the correct position of an actual nail and a virtual screw | thread. 現実の釘及び仮想のネジの最終の位置を示す側面図である。It is a side view which shows the final position of an actual nail and an imaginary screw. 様々な異なる幾何、即ち、釘に対するネジの傾斜角の仮想表示を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a virtual representation of various different geometries, i.e., the angle of inclination of a screw relative to a nail. 様々な異なる幾何、即ち、釘に対するネジの傾斜角の仮想表示を示す側面図である。FIG. 5 is a side view showing a virtual representation of various different geometries, i.e., the angle of inclination of a screw relative to a nail. 様々な異なる幾何、即ち、現実の釘に対するネジの長さの仮想表示を示す側面図である。FIG. 6 is a side view showing a virtual representation of various different geometries, i.e., screw lengths for real nails. コンピュータ支援手術システムを動作する方法を概略的に示すフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram schematically illustrating a method of operating a computer-assisted surgery system.

図1は、コンピュータ支援手術システム1を例証している。例えば、インプラント(移植片)のような、適用されるべき医療装置の提供を支援し得るよう、コンピュータ支援手術システム内に或いはコンピュータ支援手術システム上に患者2を位置付け得る。図1のコンピュータ支援手術システムは、患者2の大腿骨内への髄内釘の移植のための構造を例証している。この目的のために、インプラントの適用が意図される解剖学的構造の場所からの画像を送るために、画像化装置3が提供される。コンピュータ支援手術システムは、医療装置及びインプラントの正しい位置をそれぞれ計算し且つディスプレイ装置上に表示し得るよう、ディスプレイ装置4と、計算装置5とを更に含む。よって、総切開時間を減少し且つインプラントの位置を向上し得るよう、外科医は髄内釘及びそれぞれの骨ネジを提供する助けを受ける。   FIG. 1 illustrates a computer-assisted surgery system 1. For example, the patient 2 may be positioned in or on a computer assisted surgical system so as to assist in providing a medical device to be applied, such as an implant. The computer-assisted surgery system of FIG. 1 illustrates a structure for implantation of an intramedullary nail into the femur of a patient 2. For this purpose, an imaging device 3 is provided for sending an image from the location of the anatomy where the implant application is intended. The computer-assisted surgical system further includes a display device 4 and a computing device 5 so that the correct position of the medical device and the implant can be calculated and displayed on the display device, respectively. Thus, the surgeon is assisted in providing an intramedullary nail and respective bone screw so that the total incision time can be reduced and the position of the implant can be improved.

図2は、標的工具の形態の医療適用工具10を例証している。標的工具は、摘み11と、適用されるべき医療装置200を結合するための結合部15とを含む。図2のこの医療装置は、髄内釘200である。この髄内釘は、上方部201を有し、上方部201は、髄内釘を医療工具10の結合部15に結合するための結合部205も含む。図2に示される実施態様において、髄内釘200は、髄内釘の上方シャフト部201に提供されるオリフィス202を含む。このオリフィス202は、骨ネジ210を受け入れる働きをする。髄内釘200は、下方シャフト部203を更に含み、下方シャフト部は、遠位固定ネジ220を受け入れるための更なるオリフィス204を含む。骨ネジ210は、大腿骨の頸部内に延びるよう設計される。この目的のために、骨ネジ210は、骨材料内での固定のためのギアシャフト211を備える。更に、骨ネジ210は、骨ネジを髄内釘200内に固定し得るよう、固定構成216を備える。この固定は、髄内釘200に対する骨ネジ210の位置を固定するよう上方シャフト部201内の髄内釘の長手方向延長に沿う内部ネジによって行われ得る。更に、骨ネジ210は、骨ネジ210を回転して骨、例えば、大腿骨頸部内に入れるために、それぞれの工具、例えば、ネジ回しを受け入れるための受け部215を備え得る。   FIG. 2 illustrates a medical application tool 10 in the form of a target tool. The target tool includes a knob 11 and a coupling part 15 for coupling the medical device 200 to be applied. This medical device in FIG. 2 is an intramedullary nail 200. The intramedullary nail has an upper portion 201, and the upper portion 201 also includes a coupling portion 205 for coupling the intramedullary nail to the coupling portion 15 of the medical tool 10. In the embodiment shown in FIG. 2, the intramedullary nail 200 includes an orifice 202 provided in the upper shaft portion 201 of the intramedullary nail. The orifice 202 serves to receive the bone screw 210. The intramedullary nail 200 further includes a lower shaft portion 203 that includes a further orifice 204 for receiving a distal fixation screw 220. Bone screw 210 is designed to extend into the neck of the femur. For this purpose, the bone screw 210 comprises a gear shaft 211 for fixation in the bone material. Further, the bone screw 210 includes a fixation configuration 216 so that the bone screw can be secured within the intramedullary nail 200. This fixation can be done by internal screws along the longitudinal extension of the intramedullary nail in the upper shaft portion 201 to fix the position of the bone screw 210 relative to the intramedullary nail 200. Further, the bone screw 210 may include a receiving portion 215 for receiving a respective tool, eg, a screwdriver, for rotating the bone screw 210 into a bone, eg, the femoral neck.

図2では、基準体100が医療工具10上に所定の方法で固定されている。基準体は、基準体のより容易な固定及び位置決めのために摘み101を含む。基準体は、複数の基準マーカ102を更に含む。これらのマーカは、単一のフロオロショット画像が基準体100の特異な三次元位置を決定するのに十分であり得るよう、あらゆる二次元投射において特異な表示をもたらす所定の方法で基準体に亘って配置される。基準体100は、所定の方法で医療工具10に固定され、髄内釘200に対しても固定されるので、基準体100の既知の向き、場所、及び、一般的には、位置は、髄内釘200の位置を同時に表示する。髄内釘200の幾何が既知である場合には、骨ネジ210及び遠位係止ネジ220の位置も、少なくともそれらの長手方向延長の方向のために予め定められる。よって、医療工具10の位置決めは、基準体100と共に、例えば、フロオロショット画像における髄内釘の可視性と無関係に、髄内釘200の位置、並びに、少なくとも骨ネジ210及び遠位係止ネジ220の長手延長方向を決定することを可能にする。基準体10が医療工具10に対して正しく位置決めされているか否かを決定するために、単一のフロオロショット画像を評価することによって医療工具10に対する基準体の正しい位置を決定し得るよう、医療工具10は複数の基準マーカ12も備え得る。   In FIG. 2, the reference body 100 is fixed on the medical tool 10 by a predetermined method. The reference body includes a knob 101 for easier fixing and positioning of the reference body. The reference body further includes a plurality of reference markers 102. These markers are applied to the reference body in a predetermined manner that provides a unique display in every two-dimensional projection so that a single fluoroshot image may be sufficient to determine the unique three-dimensional position of the reference body 100. It is arranged over. Since the reference body 100 is fixed to the medical tool 10 in a predetermined manner and is also fixed to the intramedullary nail 200, the known orientation, location, and generally position of the reference body 100 is determined by the marrow. The position of the inner nail 200 is displayed simultaneously. If the geometry of the intramedullary nail 200 is known, the positions of the bone screw 210 and the distal locking screw 220 are also predetermined for at least the direction of their longitudinal extension. Thus, the positioning of the medical tool 10 along with the reference body 100, for example, the position of the intramedullary nail 200, and at least the bone screw 210 and the distal locking screw, regardless of the visibility of the intramedullary nail in the fluoroshot image. 220 makes it possible to determine the longitudinal extension direction. In order to determine whether the reference body 10 is correctly positioned relative to the medical tool 10, the correct position of the reference body relative to the medical tool 10 can be determined by evaluating a single fluoroshot image. The medical tool 10 can also include a plurality of fiducial markers 12.

図3は、単一素子のインプラント部と、図2に示される工具部とを例証している。図3は、医療工具10に対して解放された状態の髄内釘200を例証している。医療工具10は、例えば、髄内釘206,205のそれぞれの対応物を受け入れるための鼻部の形態の特異な整合パターン16を有する結合部15を含む。よって、髄内釘200を事前に明確に表示するために基準体10を使用し得ることを保証し得るよう、医療工具10に対する髄内釘200の特異な整合位置を提供し得る。   FIG. 3 illustrates a single element implant and the tool shown in FIG. FIG. 3 illustrates the intramedullary nail 200 in a released state with respect to the medical tool 10. The medical tool 10 includes a coupling portion 15 having a unique alignment pattern 16 in the form of a nose for receiving the counterpart of each of the intramedullary nails 206, 205, for example. Thus, a unique alignment position of the intramedullary nail 200 relative to the medical tool 10 may be provided to ensure that the reference body 10 can be used to clearly display the intramedullary nail 200 in advance.

図3aは、基準体100の正面図を例証している。単一のフロオロショットが基準体の空間位置の特異な決定を可能にするよう、基準マーカ202は、基準体100上に不規則ではあるが所定の方法で配置されている。図3bは、医療工具10から分離された基準体の側面図を例証している。   FIG. 3 a illustrates a front view of the reference body 100. The fiducial markers 202 are arranged in a predetermined but irregular manner on the fiducial body 100 so that a single fluoro shot allows a unique determination of the spatial position of the fiducial. FIG. 3 b illustrates a side view of the reference body separated from the medical tool 10.

基準体に対する髄内釘200の位置を知っているときには、髄内釘が医療工具10に取り付けられていないとしても、ここでは医療工具10に取り付けられる基準体の位置の変動を、髄内釘の将来の位置を決定するために使用し得る。これは図4aから分かり、図4aは、大腿骨頭330、大腿骨頸部320、及び、大腿骨骨幹部310を有する大腿骨の形態の解剖学的構造300を例証している。その上に基準体100が取り付けられた医療工具10を位置付けるときには、髄内釘200’の仮想表示を視覚化することによって、髄内釘の将来の位置を決定し得る。以下の記載のために、アポストロフィ表示を伴う参照番号は、提供されるべき医療装置、例えば、インプラントの仮想位置を表示し、アポストロフィを伴わない参照番号は現実の医療装置を表し、適用済みの医療装置も表すことが付記されなければならない。   When the position of the intramedullary nail 200 with respect to the reference body is known, even if the intramedullary nail is not attached to the medical tool 10, the variation in the position of the reference body attached to the medical tool 10 will be described here. Can be used to determine future positions. This can be seen from FIG. 4 a, which illustrates an anatomical structure 300 in the form of a femur having a femoral head 330, a femoral neck 320, and a femoral shaft 310. When positioning the medical tool 10 with the reference body 100 mounted thereon, the future position of the intramedullary nail can be determined by visualizing a virtual representation of the intramedullary nail 200 '. For purposes of the following description, a reference number with an apostrophe indication indicates the virtual position of the medical device to be provided, e.g., an implant, and a reference number without an apostrophe represents an actual medical device, and the applied medical device It must be noted that it also represents the device.

医療工具10を大腿骨の頂部上に位置付けるとき、医療工具の位置の修正は、基準体100と共に、後に適用される医療装置の仮想表示を決定する。図4aに示されるように、移植されるべき医療装置の正しい位置が発見されたときには、進入地点を固定するために、それぞれの案内ワイヤ400を大腿骨に適用可能であり、進入地点は、適用されるべき医療装置の最適な位置に属する。次に、案内ワイヤ400を大腿骨300に維持しながら医療工具10を取り外し得る。よって、大腿骨のそれぞれの進入地点を開口するために穿孔装置又は突き錐を提供するために、進入地点は固定される。穿孔後、髄内釘を大腿骨300、具体的には、図4bから分かるように、大腿骨骨幹部310内に挿入するために、現実の髄内釘200を医療工具10に結合し得る。   When positioning the medical tool 10 on the top of the femur, the correction of the position of the medical tool, along with the reference body 100, determines a virtual representation of the medical device to be applied later. As shown in FIG. 4a, when the correct position of the medical device to be implanted is found, each guide wire 400 can be applied to the femur to fix the entry point, Belongs to the optimal position of the medical device to be done. The medical tool 10 can then be removed while maintaining the guide wire 400 on the femur 300. Thus, the entry points are fixed to provide a drilling device or awl to open each entry point in the femur. After drilling, the actual intramedullary nail 200 can be coupled to the medical tool 10 for insertion into the femur 300, specifically the femoral shaft 310, as can be seen in FIG. 4b.

基準体を突き錐又は穿孔工具に或いは突き錐を表示するための標的工具にも取り付け得る。突き錐が基準体を備えるときには、突き錐の軌道に基づき釘の将来の位置を予測し得る。よって、例えば、突き錐又は穿孔工具によってボア孔を生成するときには、釘の将来の位置を決定し得る。換言すれば、釘のための孔を穿孔するときには、将来の釘の位置を現場で決定することが可能である。   The reference body can also be attached to the awl or drilling tool or to the target tool for displaying the awl. When the awl has a reference body, the future position of the nail can be predicted based on the trajectory of the awl. Thus, for example, when generating a bore hole with an awl or drilling tool, the future position of the nail may be determined. In other words, when drilling holes for nails, it is possible to determine the location of future nails in the field.

髄内釘の既知の幾何及び所定の結合構成205,206,15,16を介した医療工具10への髄内釘200の所定の結合によれば、骨ネジ210の方向も遠位係止ネジ220の方向と共に定められる。   Due to the known geometry of the intramedullary nail and the predetermined coupling of the intramedullary nail 200 to the medical tool 10 via the predetermined coupling configurations 205, 206, 15, 16, the direction of the bone screw 210 is also the distal locking screw. Defined with 220 directions.

図5は、現実の髄内釘200を挿入させた図4bから始めて、骨ネジ210’及び係止ネジ220’の仮想表示を例証している。骨ネジ及び係止ネジの正確な位置は異なり得るが、それらの長手方向及び向きは、髄内釘200のオリフィス202,204によって予め定められる。よって、髄内釘を挿入させるとき、髄内釘の長手軸に対する長手方向の平行移動及び回転に対する髄内釘の正しい位置を決定するために、骨ネジ210’の仮想表示を使用し得る。髄内釘200は、髄内釘の位置、即ち、その場所、寸法、及び、向きの所定の決定を許容する特異な幾何を備え得ることも理解されなければならない。換言すれば、現実の髄内釘200を基準体として使用するとき、医療工具の頂部上の追加的な基準体100を省略し得る。何故ならば、その場合には、髄内釘は、適用されるべき骨ネジ210’及び適用されるべき遠位係止ネジ220’のための基準体として働き得るからである。   FIG. 5 illustrates a virtual representation of bone screw 210 'and locking screw 220', starting with FIG. 4b with a real intramedullary nail 200 inserted. Although the exact location of the bone screw and the locking screw can vary, their longitudinal direction and orientation are predetermined by the orifices 202, 204 of the intramedullary nail 200. Thus, when inserting an intramedullary nail, a virtual representation of the bone screw 210 'can be used to determine the correct position of the intramedullary nail with respect to longitudinal translation and rotation relative to the longitudinal axis of the intramedullary nail. It should also be understood that the intramedullary nail 200 may have a unique geometry that allows for a predetermined determination of the location of the intramedullary nail, ie, its location, size, and orientation. In other words, when using an actual intramedullary nail 200 as a reference body, the additional reference body 100 on the top of the medical tool may be omitted. This is because in that case the intramedullary nail can serve as a reference for the bone screw 210 'to be applied and the distal locking screw 220' to be applied.

図6は、骨ネジ210’及び遠位係止ネジ220’の仮想表示と共に、髄内釘200’の仮想表示を例証している。骨ネジ210’の位置は髄内釘200’に対するその向きによって定められるので、髄内釘及び骨ネジの正しい位置を探すために、医療工具の位置を使用し得る。医療工具の位置変更によって、骨ネジ210’と共に髄内釘200’の仮想表示は異なるので、髄内釘の正しい位置のみならず、骨ネジの正しい位置も決定し得る。これは、例えば、骨ネジと大腿骨頸部320の骨表面との間の特定の距離を維持するよう仮想骨ネジ210’の正しい位置を探すために、仮想髄内釘200’の正しい軸方向変位を決定することを可能にする。これは後続の図面に関連してより詳細に記載される。   FIG. 6 illustrates a virtual representation of the intramedullary nail 200 'along with a virtual representation of the bone screw 210' and the distal locking screw 220 '. Since the position of the bone screw 210 'is determined by its orientation relative to the intramedullary nail 200', the position of the medical tool can be used to find the correct position of the intramedullary nail and bone screw. The virtual display of the intramedullary nail 200 ′ along with the bone screw 210 ′ varies depending on the position change of the medical tool, so that not only the correct position of the intramedullary nail but also the correct position of the bone screw can be determined. This is the correct axial orientation of the virtual intramedullary nail 200 ′, for example, to find the correct position of the virtual bone screw 210 ′ to maintain a specific distance between the bone screw and the bone surface of the femoral neck 320. Makes it possible to determine the displacement. This will be described in more detail in connection with subsequent figures.

図7aは、骨ネジ210の仮想表示と共に、髄内釘200の仮想位置を例証している。しかしながら、インプラント、髄内釘、及び、骨ネジの仮想表示は、髄内釘及び骨ネジの最終的な挿入にとって十分ではない位置を例証している。何故ならば、大腿骨骨幹部310の表面に対する髄内釘の距離及び大腿骨頸部320の表面に対する骨ネジの距離は狭すぎるからである(矢印を参照)。よって、より良好な位置決めを探すために、医療工具10の位置は変更されなければならない。   FIG. 7 a illustrates the virtual position of the intramedullary nail 200 with a virtual representation of the bone screw 210. However, virtual representations of implants, intramedullary nails, and bone screws illustrate locations that are not sufficient for final insertion of intramedullary nails and bone screws. This is because the distance of the intramedullary nail to the surface of the femoral shaft 310 and the distance of the bone screw to the surface of the femoral neck 320 are too small (see arrows). Thus, in order to look for better positioning, the position of the medical tool 10 must be changed.

しかしながら、図7bはこの位置もインプラントの最終的な挿入に適さないことを例証している。何故ならば、髄内釘200’の仮想表示及び骨ネジ210’の仮想表示は、やはり、大腿骨骨幹部310及び大腿骨頸部320のそれぞれの表面に対して狭すぎるからである。図7cに従った更なる位置決めの後、仮想髄内釘200’及び骨ネジ210’の仮想表示の正しい位置が達成されるので、例えば、案内ワイヤ400を適用することによって、正しい位置を固定し得る。正しい進入地点を固定させた後、全体的な現実のインプラント、即ち、前に決定された位置において髄内釘200及び骨ネジ210を大腿骨300に適用し得る。基準体100の特異な表示、髄内釘及び骨ネジの方向を特異に表示することに従って、図7aと図7cとの間で更なるフロオロショットは必要とされない。図7dに例証されるように、その成功裏な移植を確認するために、最終的なインプラント位置を制御することが望ましいならば、他のフロオロショットを撮り得る。   However, FIG. 7b illustrates that this position is also not suitable for the final insertion of the implant. This is because the virtual representation of the intramedullary nail 200 ′ and the virtual representation of the bone screw 210 ′ are still too narrow for the respective surfaces of the femoral shaft 310 and the femoral neck 320. After further positioning according to FIG. 7c, the correct position of the virtual representation of the virtual intramedullary nail 200 ′ and the bone screw 210 ′ is achieved, so that the correct position is fixed, for example by applying a guide wire 400. obtain. After fixing the correct entry point, the entire real implant, i.e., intramedullary nail 200 and bone screw 210, can be applied to the femur 300 in a previously determined location. In accordance with the unique indication of the reference body 100, the unique indication of the intramedullary nail and bone screw direction, no further fluoro shots are required between FIGS. 7a and 7c. As illustrated in FIG. 7d, other fluoro shots may be taken if it is desirable to control the final implant position to confirm its successful implantation.

図7cに示されるように、正しい進入位置が決定される場合には、髄内釘200を医療工具10に結合し、次に、大腿骨骨幹部310内に挿入し得る。骨ネジ210’及び遠位係止ネジ220’を仮想に表示するために、髄内釘200又は基準体100の一方、或いは、基準体100及び髄内釘200の双方を基準体100として使用し得る。髄内釘200と共に医療工具10を位置変更することによって、骨ネジ210’の正しい更なる位置を決定し得る。   If the correct entry location is determined, as shown in FIG. 7 c, the intramedullary nail 200 can be coupled to the medical tool 10 and then inserted into the femoral shaft 310. To virtually display the bone screw 210 ′ and the distal locking screw 220 ′, either the intramedullary nail 200 or the reference body 100 or both the reference body 100 and the intramedullary nail 200 are used as the reference body 100. obtain. By repositioning the medical tool 10 with the intramedullary nail 200, the correct further position of the bone screw 210 'can be determined.

図8a乃至8dは、現実の釘200を位置付けさせたときの骨ネジ210’の仮想表示の配置を例証している。図8aは、仮想の骨ネジ210’と大腿骨頸部320との間の低い距離に関する不十分な位置(矢印)を例証しているのに対し、図8bは、大腿骨頸部320の他方の側に関する反対に位置付けられた不十分な位置決め(矢印)を例証している。図8cは、骨ネジ210’の仮想表示に対する髄内釘200のより良好な位置を例証しているので、現実の骨ネジ210を図8dに示されるように挿入し得る。穿孔処理中に1枚のフロオロショット画像も必要とせずに、穿孔プロセス中に穿孔機の正しい位置を監視し得るよう、例えば、大腿骨頸部320の根幹部内にボア孔を提供するために穿孔工具を提示するために基準体100を使用し得ることも付記されなければならない。後に釘を受け入れるための孔を穿孔するときに釘の正しい位置決めを監視し得るよう、基準体はボア孔を穿孔するときの釘200’も表示し得る。穿孔処理のこの監視は図8a乃至8cの例証と類似し、その場合には、髄内釘200は穿孔機によって交換されるのに対し、骨ネジ210の正しい位置を保証するために骨ネジ210’の仮想表示を維持し得る。   FIGS. 8a-8d illustrate the virtual display arrangement of the bone screw 210 'when the actual nail 200 is positioned. FIG. 8 a illustrates an inadequate position (arrow) for the low distance between the virtual bone screw 210 ′ and the femoral neck 320, whereas FIG. Illustrates the poorly positioned (arrow) positioned oppositely with respect to the sides. FIG. 8c illustrates a better position of the intramedullary nail 200 relative to the virtual representation of the bone screw 210 'so that a real bone screw 210 can be inserted as shown in FIG. 8d. For example, to provide a bore hole in the root of the femoral neck 320 so that the correct position of the drilling machine can be monitored during the drilling process without requiring a single fluoro-shot image during the drilling process. It should also be noted that the reference body 100 can be used to present a drilling tool. The reference body may also display the nail 200 'when drilling the bore hole so that the correct positioning of the nail can be monitored when drilling a hole for receiving the nail later. This monitoring of the drilling process is similar to the illustration of FIGS. 8a-8c, in which case the intramedullary nail 200 is replaced by the drilling machine, while the bone screw 210 is used to ensure the correct position of the bone screw 210. You can maintain a virtual display of '.

コンピュータ支援手術システムは基準体100,200のより良好な位置又は向きを探すのも助けることが付記されなければならない。これは外科医に詳細な指示を与えることによって起こり得る。その場合には、正しい位置を探すために標的工具方向は移動されなければならない。例えば、どの方向に標的工具を移動すべきかを外科医が直接的に認識し得るよう、標的工具の取手に触覚的フィードバックを与えることも可能である。この目的のために、それぞれの作用主体をハンドル又はグリップに配置し得る。   It should be noted that the computer assisted surgical system also helps to find a better position or orientation of the reference body 100,200. This can happen by giving detailed instructions to the surgeon. In that case, the target tool direction must be moved to find the correct position. For example, tactile feedback can be provided to the target tool handle so that the surgeon can directly recognize in which direction the target tool should be moved. For this purpose, each actor can be arranged on a handle or grip.

図9aは、異なる幾何のオリフィス202を有する髄内釘の仮想表示の視覚化を例証している。それぞれの仮想髄内釘200’を選択することによって、骨ネジ210’の傾斜をより急勾配の位置210a’又はより少ない傾きの位置210b’に変更し得る。よって、骨ネジ210’の異なる傾斜角を可能にする様々な可能な髄内釘を仮想表示することによって、後に移植される骨ネジ210の正しい位置決めを達成するために、正しい種類の髄内釘を選択し得る。データベース内の最適な幾何を調査し、それぞれの種類のインプラントを提案するとき、コンピュータ支援手術システムによってこの選択を実施し得る。   FIG. 9 a illustrates the visualization of a virtual display of an intramedullary nail having different geometric orifices 202. By selecting each virtual intramedullary nail 200 ', the slope of the bone screw 210' can be changed to a steeper position 210a 'or a less inclined position 210b'. Thus, the correct type of intramedullary nail is achieved in order to achieve correct positioning of the bone screw 210 to be implanted later by virtually displaying the various possible intramedullary nails that allow different tilt angles of the bone screw 210 '. Can be selected. This selection may be performed by a computer-aided surgical system when examining the optimal geometry in the database and proposing each type of implant.

実際には、術中X線撮像を伴う定位固定が使用され、その場合には、図9bに例証されるように、釘用のボア孔を穿孔するために、基準体100を備える突き錐9を使用し得る。システムは突き錐9の基準体100を検出することができ、よって、インプラント200’の軸、例えば、三次元空間内のガンマ釘/髄内釘の軸を知る。特定距離に亘って骨を進入させるとき、突き錐9の軌道は実質的に決定される。しかしながら、突き錐の深さに依存して、僅かな矯正を行い得る。2つの二次元画像、例えば、AP方向にある1つの二次元画像及びML方向にある1つの二次元画像を生成することによって、既に進入させられた突き錐と共に解剖学的構造を視覚化し得る。ML視像では、システムは大腿骨頭をセグメント化し、よって、大腿骨頭の中心を知り、よって、ML視像におけるインプラントの正しい回転を計算することができる。AP視像では、システムはMLにおいて計算されたような正しい軸回転を用いてインプラントをオーバーレイし、大腿骨頭の自動セグメント化を行い、よって、大腿骨頭の中心(又は尖部)を計算する。釘の仮想表示は、釘の最適化された位置を探すために基準体を回転及び/又は平行移動することを可能にする。次に、システムは、初期値としての釘200と骨ネジ210との間の125°の傾斜角に亘って骨ネジの軌道まで釘軸に対応する軌道に沿ってインプラント、例えば、釘を仮想に移動可能であり、大腿骨頭の中心(又は尖部)を通過し、初期設定の種類に加えて、全ての他の利用可能な種類のインプラントを表示する。これをソフトウェアツールによって実施し得る。データベースの利用可能なデータセットに基づき計算装置によって最適な釘の位置及び最適な釘の種類を自動的に決定し得るので、外科医は、釘の位置及び釘の種類、並びに、対応する骨ネジ及び/又は遠位係止ネジに関する提案を受け取り得る。選択的に、釘の進入深さを採用するよう、使用者はシステムと相互作用し得る。選択的に、システムは全シーンの三次元再構成を提示し得る。既に導入された突き錐は骨内に安定的な位置をもたらすので、髄内釘の将来の位置を提供し得る。更に、突き錐の剛的な位置は、手術プロセス中にその位置を維持するのを可能にする。換言すれば、コンピュータ支援手術システムを使用するとき、手術の仕事の流れの全体は妨げられない。図2乃至10の例証はAP方向における例証であること、並びに、計算装置5で供給されるべきML方向においても対応する例証を得ることができることが付記されなければならない。   In practice, stereotaxic with intraoperative X-ray imaging is used, in which case, as illustrated in FIG. 9b, an awl 9 with a reference body 100 is used to drill a bore hole for a nail. Can be used. The system can detect the reference body 100 of the awl 9 and thus know the axis of the implant 200 ', for example the axis of the gamma nail / intramedullary nail in three-dimensional space. When the bone is advanced over a certain distance, the trajectory of the awl 9 is substantially determined. However, depending on the depth of the awl, a slight correction can be made. By generating two two-dimensional images, for example one two-dimensional image in the AP direction and one two-dimensional image in the ML direction, the anatomical structure can be visualized along with the already entered awl. In the ML view, the system segments the femoral head, thus knowing the center of the femoral head and thus calculating the correct rotation of the implant in the ML view. For AP views, the system overlays the implant with the correct axis rotation as calculated in the ML, performs automatic segmentation of the femoral head, and thus calculates the center (or apex) of the femoral head. The virtual representation of the nail allows the reference body to be rotated and / or translated to look for an optimized position of the nail. The system then virtually inserts an implant, eg, a nail, along the trajectory corresponding to the nail axis to the trajectory of the bone screw over the 125 ° inclination angle between the nail 200 and the bone screw 210 as an initial value. It is movable and passes through the center (or apex) of the femoral head and displays all other available types of implants in addition to the default type. This can be done by a software tool. Since the computing device can automatically determine the optimal nail position and optimal nail type based on the available data set in the database, the surgeon can determine the nail position and nail type and the corresponding bone screw and A suggestion regarding the distal locking screw may be received. Optionally, the user can interact with the system to employ the nail penetration depth. Optionally, the system may present a 3D reconstruction of the entire scene. Already introduced awls provide a stable position in the bone and may provide a future position for the intramedullary nail. Furthermore, the rigid position of the awl makes it possible to maintain its position during the surgical process. In other words, when using a computer-assisted surgical system, the entire surgical workflow is not hindered. It should be noted that the illustrations of FIGS. 2 to 10 are illustrations in the AP direction, and that corresponding illustrations can also be obtained in the ML direction to be supplied by the computing device 5.

図10は、大腿骨頭330の表面に対する骨ネジの所要距離を維持し得るよう、様々な骨ネジから正しい骨ネジ210を選択する類似の方法を例証している。図10は、骨ネジ210’及び210c’の2つの可能な長さを例証しており、許容範囲に関する規則に基づくシステムは、位置210’を選択しなければならない。何故ならば、より長い骨ネジ210cは大腿骨頭330の表面までの所要距離を維持しないからである。   FIG. 10 illustrates a similar method of selecting the correct bone screw 210 from the various bone screws so that the required distance of the bone screw to the surface of the femoral head 330 can be maintained. FIG. 10 illustrates two possible lengths of bone screws 210 'and 210c', and a system based on tolerance rules must select a position 210 '. This is because the longer bone screw 210 c does not maintain the required distance to the surface of the femoral head 330.

図11は、コンピュータ支援手術システムを動作する方法を例証している。本方法は、解剖学的構造300に対する基準体100,200の位置決めすることS10を含み、基準体は解剖学的構造300に適用されるべき医療装置200,210,220の位置を仮想に表示している。本方法は、更に、解剖学構造300に対する基準体の位置を検出することS20、解剖学的構造に対する基準体の検出位置に基づき、解剖学的構造を、適用されるべき医療装置の仮想表示200,210,220と重ね合わせることS30、解剖学的構造に対して医療装置を適用するための許容範囲に関する規則を提供することS40、基準体の位置を変更することS50、及び、許容範囲に関する規則に関する最良の適合を得るために、解剖学的構造に対して適用されるべき医療装置の仮想位置を最適化することS60を含む。解剖学的構造に対して位置決められた基準体100;200を検出することS20は、異なる角度から2つの二次元画像を撮ることS21、2つの二次元画像に基づき三次元表示を生成することS22、及び、三次元表示に基づき解剖学的構造に対する基準体の空間位置を決定することS23を更に含み得る。変更することS50は、基準体100;200を回転することS51及び/又は移動することS52、並びに、様々な医療装置の所定の群から医療装置200;210;220を選択することS53を含み得る。   FIG. 11 illustrates a method of operating a computer-assisted surgery system. The method includes positioning S10 of the reference body 100, 200 relative to the anatomical structure 300, wherein the reference body virtually displays the position of the medical device 200, 210, 220 to be applied to the anatomical structure 300. ing. The method further includes detecting a position of the reference body relative to the anatomical structure 300 S20, based on the detected position of the reference body relative to the anatomical structure, the virtual display 200 of the medical device to which the anatomical structure is to be applied. , 210, 220 and S30, providing rules relating to tolerances for applying medical devices to anatomical structures S40, changing the position of the reference body S50, and rules relating to tolerances In order to obtain the best fit with respect to, including S60, optimizing the virtual position of the medical device to be applied to the anatomy. Detecting the reference body 100; 200 positioned relative to the anatomical structure S20, taking two two-dimensional images from different angles S21, generating a three-dimensional display based on the two two-dimensional images S22 And determining a spatial position of the reference body relative to the anatomical structure based on the three-dimensional display. Changing S50 may include rotating S51 and / or moving S52 of the reference body 100; 200, and selecting S53 of the medical device 200; 210; 220 from a predetermined group of various medical devices. .

本発明の他の実施態様では、適切なシステム上で前述の実施態様のうちの1つに従った方法の方法ステップを実行するよう構成されることを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。   In another embodiment of the present invention there is provided a computer program or computer program element configured to perform the method steps of the method according to one of the preceding embodiments on a suitable system. Is done.

従って、コンピュータプログラム要素を本発明の実施態様の一部でもあり得る計算装置上に記憶し得る。この計算装置は上述された方法のステップを遂行し或いは遂行を引き起こすよう構成され得る。その上、この計算装置は上述された装置の構成部品を動作するよう構成され得る。計算装置は使用者の指令を自動的に作動し且つ/或いは実行するよう構成され得る。コンピュータプログラムはデータプロセッサの作動メモリ内にロードされ得る。よって、データプロセッサは本発明の方法を実施するよう装備され得る。   Accordingly, computer program elements may be stored on a computing device that may also be part of an embodiment of the present invention. The computing device may be configured to perform or cause execution of the method steps described above. Moreover, the computing device can be configured to operate the components of the device described above. The computing device may be configured to automatically activate and / or execute a user command. The computer program can be loaded into the working memory of the data processor. Thus, the data processor can be equipped to carry out the method of the invention.

本発明のこの実施態様は、開始から直ちに本発明を使用するコンピュータプログラム、及び、アップデートを用いて既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに転換するコンピュータプログラムの両方をカバーする。   This embodiment of the invention covers both computer programs that use the invention immediately from the start and computer programs that use updates to convert existing programs to programs that use the invention.

更に、コンピュータプログラム要素は、上述されるような方法の実施態様の手順を充足する全ての必要なステップを提供し得る。   Further, the computer program element may provide all necessary steps that satisfy the procedure of the method embodiment as described above.

本発明の更なる実施態様によれば、CD−ROMのようなコンピュータ読取り可能な媒体が提示され、コンピュータ読取り可能な媒体は、その上に記憶されるコンピュータプログラム要素を有し、そのコンピュータプログラム要素は先行部分に記載される。   According to a further embodiment of the present invention, a computer readable medium such as a CD-ROM is presented, the computer readable medium having computer program elements stored thereon, the computer program elements Is described in the preceding part.

しかしながら、ワールドワイドウェブのようなネットワーク上にもコンピュータプログラムを提示し得るし、そのようなネットワークからデータプロセッサの作動メモリ内にダウンロードし得る。本発明の更なる実施態様によれば、コンピュータプログラム要素をダウンロード可能にする媒体も提供され、そのコンピュータプログラム要素は、本発明の前述された実施態様のうちの1つに従った方法を遂行するよう配置される。   However, the computer program can also be presented on a network such as the World Wide Web and downloaded from such a network into the working memory of the data processor. According to a further embodiment of the present invention, there is also provided a medium for enabling download of a computer program element, which performs the method according to one of the aforementioned embodiments of the present invention. Arranged so that.

本発明の実施態様は異なる主題を参照して記載されることが付記されなければならない。具体的には、一部の実施態様は方法の種類の請求項を参照して記載されるのに対し、他の実施態様は装置の種類の請求項を参照して記載される。しかしながら、当業者は、特段の断りのない限り、1つの種類の主題に属する特徴のあらゆる組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴間のあらゆる組み合わせも本出願に開示されていると考えられることを上記及び後続の記載から推測するであろう。しかしながら、全ての特徴は組み合わされて、それらの特徴の単純な合計よりも多くの相乗効果をもたらし得る。   It should be noted that embodiments of the invention are described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments are described with reference to method type claims, while other embodiments are described with reference to apparatus type claims. However, those skilled in the art will recognize that, unless otherwise specified, in addition to any combination of features belonging to one type of subject matter, any combination between features on different subject matter is considered to be disclosed in this application. And will be inferred from the following description. However, all features can be combined to produce more synergies than a simple sum of those features.

本発明の実施態様は異なる主題を参照して記載されることが付記されなければならない。具体的には、一部の実施態様は装置の種類の請求項を参照して記載されるのに対し、一部の実施態様は方法の種類の請求項を参照して記載される。しかしながら、当業者は、特段の断りのない限り、1つの種類の主題に属する特徴のあらゆる組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴間の、具体的には、装置の種類の請求項の特徴と方法の種類の請求項の特徴との間のあらゆる組み合わせも本出願中に開示されると考えられることを上記及び後続の記載から推測するであろう。   It should be noted that embodiments of the invention are described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments are described with reference to apparatus type claims, whereas some embodiments are described with reference to method type claims. However, unless otherwise indicated, those skilled in the art will recognize, in addition to any combination of features belonging to one type of subject matter, between features on different subject matters, in particular the features and methods of the device type claims. It will be inferred from the above and the following description that any combination between the features of the claims of this type is considered to be disclosed in this application.

請求項において、「含む」という用語は、他の素子又はステップを排除せず、不定冠詞の使用は、複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他の装置は、請求項中に列挙される幾つかの品目の機能を満足し得る。特定の手段が相互に異なる従属項において列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用し得ないことを示さない。   In the claims, the term “comprising” does not exclude other elements or steps, and the use of the indefinite article does not exclude a plurality. A single processor or other device may fulfill the functions of several items recited in the claims. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measured cannot be used to advantage.

他のハードウェアと共に或いはその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体上にコンピュータプログラムを記憶し且つ/或いは配置し得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線の通信システムを介してなどのような他の形態でも配置し得る。   The computer program may be stored and / or located on a suitable medium such as an optical storage medium or solid state medium supplied with or as part of other hardware, but may also be internet or other wired or wireless communication Other forms such as through a system may also be arranged.

1 コンピュータ支援手術システム(computer assisted
surgery system)
2 患者(patient)
3 画像化装置 (imaging device)
4 ディスプレイ装置 (display unit)
5 計算装置 (computation unit)
9 突き錐 (awl)
10 医療工具 (medical tool)
11 摘み (finger grip)
15 結合部 (coupling portion)
16 整合パターン (matching pattern)
100 基準体 (reference body)
101 摘み (finger grip)
102 基準マーカ (fiducial marker)
200 髄内釘 (intramedullary nail)
200’ 仮想の髄内釘 (virtual intramedullary nail)
201 上方シャフト部 (upper shaft portion)
202 オリフィス (orifice)
203 下方シャフト部 (lower shaft portion)
204 オリフィス (orifice)
205 髄内釘 (intramedullary nail)
206 髄内釘 (intramedullary nail)
210 骨ネジ (bone screw)
210’ 仮想の骨ネジ (virtual bone screw)
211 ギアシャフト (gear shaft)
215 受け部 (receptacle)
216 固定構成 (fixation arrangement)
220 遠位係止ネジ (distal locking screw)
220’ 仮想の遠位係止ネジ (virtual distal locking
screw)
300 大腿骨 (femur)
310 大腿骨骨幹部 (femur shaft)
320 大腿骨頸部 (femur neck)
330 大腿骨頭 (femur head)
400 案内ワイヤ (guide wire)
1 Computer assisted surgery system
surgery system)
2 patients
3 Imaging device
4 display unit
5. Computation unit
9 Awl
10 Medical tool
11 finger grip
15 coupling portion
16 matching pattern
100 reference body
101 finger grip
102 fiducial marker
200 intramedullary nail
200 'virtual intramedullary nail
201 upper shaft portion
202 orifice
203 lower shaft portion
204 Orifice
205 intramedullary nail
206 intramedullary nail
210 bone screw
210 'virtual bone screw
211 gear shaft
215 Receptacle
216 fixation arrangement
220 Distal locking screw
220 'virtual distal locking screw
screw)
300 femur
310 femur shaft
320 femur neck
330 femur head
400 guide wire

Claims (10)

プロセッサによって実行されるときに、前記プロセッサに以下のステップを実施させるプログラム要素であって、
前記ステップは、
解剖学的構造としての大腿骨に対する基準体の位置を検出するステップを含み、前記基準体は、前記大腿骨に適用されるべき髄内釘と該髄内釘の骨ネジとの位置を仮想的に表示し、
前記大腿骨に対する前記基準体の前記検出位置に基づき、前記大腿骨を、適用されるべき前記髄内釘及び前記骨ネジの仮想表示と重ね合わせるステップを含み、
前記大腿骨に対して前記髄内釘及びその骨ネジを適用する許容範囲のための規則を提供するステップを含み、
前記許容範囲のための規則に対する最良の適合を得るよう、前記大腿骨に対して適用されるべき前記髄内釘及びその骨ネジの前記仮想位置を最適化するために、前記基準体の前記位置を仮想的に変更するステップを含み、
該仮想的に変更するステップは、様々な髄内釘及び骨ネジの所定の群から前記髄内釘及びその骨ネジを選択するステップを含み、前記髄内釘は、前記髄内釘及びその骨ネジの選択が前記骨ネジの異なる傾斜角を可能にするよう、前記骨ネジを受け入れるために前記髄内釘の長手軸に対して特定の傾きを備えるオリフィスを有する、
プログラム要素。
A program element that, when executed by a processor, causes the processor to perform the following steps:
The step includes
Detecting a position of a reference body relative to the femur as an anatomical structure, wherein the reference body virtually determines a position of an intramedullary nail to be applied to the femur and a bone screw of the intramedullary nail Displayed on the
Superimposing the femur with a virtual representation of the intramedullary nail and the bone screw to be applied based on the detected position of the reference body relative to the femur;
Providing rules for the tolerance to apply the intramedullary nail and its bone screw to the femur;
To optimize the virtual position of the intramedullary nail and its bone screw to be applied to the femur to obtain the best fit to the rules for the tolerance, the position of the reference body A step of virtually changing
The virtually changing step includes selecting the intramedullary nail and its bone screw from a predetermined group of various intramedullary nails and bone screws, the intramedullary nail comprising the intramedullary nail and its bone as the selection of the screw to allow different tilt angles of the bone screw, having an orifice with a certain inclination with respect to the longitudinal axis of the front Kizui nail for receiving the bone screw,
Program element.
前記髄内釘及びその骨ネジの前記仮想位置は、前記髄内釘及びその骨ネジの寸法、場所、及び、向きを含む、請求項1に記載のプログラム要素。   The program element of claim 1, wherein the virtual position of the intramedullary nail and its bone screw includes the size, location, and orientation of the intramedullary nail and its bone screw. 前記大腿骨に対する前記基準体の前記位置を検出する前記ステップは、
異なる角度から2つの二次元画像を撮るステップと、
該二次元画像に基づき三次元表示を生成するステップと、
該三次元画像に基づき前記大腿骨に対する前記基準体の空間位置を決定するステップとを含む、
請求項1又は2に記載のプログラム要素。
Detecting the position of the reference body relative to the femur;
Taking two two-dimensional images from different angles;
Generating a three-dimensional display based on the two-dimensional image;
Determining a spatial position of the reference body relative to the femur based on the three-dimensional image.
The program element according to claim 1 or 2.
前記基準体の前記位置を仮想的に変更する前記ステップは、前記基準体を仮想的に回転するステップ及び/又は移動するステップを含む、請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載のプログラム要素。   4. The method according to claim 1, wherein the step of virtually changing the position of the reference body includes a step of virtually rotating and / or moving the reference body. 5. Program element. 前記大腿骨と挿入されるべき前記髄内釘及びその骨ネジの前記仮想表示との重なり合いを撮像するステップを更に含む、請求項1乃至4のうちのいずれか1項に記載のプログラム要素。   The program element according to claim 1, further comprising the step of imaging an overlap of the femur with the intramedullary nail to be inserted and the virtual representation of the bone screw. 適用されるべき前記髄内釘及びその骨ネジの前記位置は、前記基準体から離れる、請求項1乃至5のうちのいずれか1項に記載のプログラム要素。   6. The program element according to claim 1, wherein the position of the intramedullary nail and its bone screw to be applied is away from the reference body. 前記基準体は、医療工具に取り付け可能である、請求項1乃至6のうちのいずれか1項に記載のプログラム要素。   The program element according to any one of claims 1 to 6, wherein the reference body is attachable to a medical tool. 請求項1乃至7のうちのいずれか1項に記載の前記プログラム要素を記憶させるコンピュータ読取り可能な媒体。   A computer readable medium storing the program element according to any one of claims 1 to 7. 大腿骨に対する基準体と、
前記大腿骨に対する前記基準体の位置を検出するよう構成される検出装置と、
データベースと、
計算装置とを含む、
コンピュータ支援手術システムであって、
前記基準体は、前記大腿骨に適用されるべき髄内釘及びその骨ネジの位置を仮想的に表示し、
前記データベースは、仮想の髄内釘及び骨ネジの複数のデータセットと、前記大腿骨に対して1つの髄内釘及びその骨ネジを適用する許容範囲のための規則とを含み、前記データセットは、様々な髄内釘及び骨ネジを表示し、前記髄内釘の各々は、前記骨ネジの1つを受け入れるために、前記髄内釘の長手軸に対して特定の傾きを備えるオリフィスを有し、
前記計算装置は、前記大腿骨を、前記検出装置の出力に基づき適用されるべき前記髄内釘及びその骨ネジの仮想表示と重ね合わせるよう構成され、且つ、前記大腿骨に対して前記髄内釘及びその骨ネジを適用する許容範囲のための所定の規則に対する最良の適合を得るよう、前記大腿骨に対して適用されるべき前記髄内釘及びその骨ネジの前記仮想位置を最適化するために、前記基準体の位置を変更するよう構成され、該変更は、前記髄内釘及びその骨ネジの選択が前記骨ネジの異なる傾斜角を可能にするよう、前記データベースから前記髄内釘及びその骨ネジを選択することを含む、
コンピュータ支援手術システム。
A reference body for the femur;
A detection device configured to detect a position of the reference body relative to the femur;
A database,
Including a computing device,
A computer-assisted surgery system,
The reference body virtually displays the position of the intramedullary nail to be applied to the femur and its bone screw;
The database includes a plurality of data sets of virtual intramedullary nails and bone screws, and rules for tolerance to apply one intramedullary nail and bone screws to the femur, the data set Displays various intramedullary nails and bone screws, each of the intramedullary nails having an orifice with a specific inclination with respect to the longitudinal axis of the intramedullary nail for receiving one of the bone screws. Have
The computing device is configured to superimpose the femur with a virtual representation of the intramedullary nail and its bone screw to be applied based on the output of the detection device, and the intramedullary to the femur Optimize the virtual position of the intramedullary nail and its bone screw to be applied to the femur to obtain the best fit for a given rule for the tolerance to apply the nail and its bone screw Therefore, the position of the reference body is configured to be changed, the change being made from the database so that the selection of the intramedullary nail and its bone screw allows different tilt angles of the bone screw. And selecting the bone screw,
Computer-assisted surgery system.
前記髄内骨を位置付けるよう構成される医療工具を更に含み、前記基準体は、所定の方法で前記医療工具に取り付け可能である、請求項9に記載のコンピュータ支援手術システム。
The computer-aided surgical system of claim 9, further comprising a medical tool configured to position the intramedullary bone, wherein the reference body is attachable to the medical tool in a predetermined manner.
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