JP6784378B1 - 椎間スペーサーを設計する方法およびプログラム - Google Patents
椎間スペーサーを設計する方法およびプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP6784378B1 JP6784378B1 JP2020108383A JP2020108383A JP6784378B1 JP 6784378 B1 JP6784378 B1 JP 6784378B1 JP 2020108383 A JP2020108383 A JP 2020108383A JP 2020108383 A JP2020108383 A JP 2020108383A JP 6784378 B1 JP6784378 B1 JP 6784378B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intervertebral spacer
- plane
- caudal
- end plate
- cranial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 title claims abstract description 174
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 52
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000010339 dilation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 5
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 208000020339 Spinal injury Diseases 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 3
- 241000254032 Acrididae Species 0.000 description 2
- 241000282806 Rhinoceros Species 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 1
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 201000008482 osteoarthritis Diseases 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Prostheses (AREA)
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
Description
ところが、それらの椎間スペーサーは、外国人と体格差がある日本人の脊椎に適合しないサイズ、形状のものが多く、そのため、患者への使用に際し患者の骨を削る等して、患者の身体を椎間スペーサーに合わせる必要があり、患者に対する侵襲が大きいという欠点を有していた。
この従来法によれば、まず、患者の脊椎の三次元X線投影画像に基づき、三次元画像解析ソフトウェアを用いて画像解析がなされ、二値化された三次元X線投影画像から対象となる椎体間に関係する一対の椎体(頭側の椎体および尾側の椎体)のそれぞれの三次元画像が抽出され、抽出された三次元画像のSTLデータが取得される。
自由曲線としては、例えば、スプライン曲線およびベジェ曲線が知られている。
図1は、本発明の1実施例による椎間スペーサー設計法のフロー図である。
図1を参照して、本発明の方法によれば、患者の脊椎の三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系X−Y−Zを、Z軸が正中に平行にのび(一致する場合も含む)、X−Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方(この実施例では、冠状面)に平行にのび(一致する場合も含む)、Y−Z平面が冠状面および矢状面のうちの他方(この実施例では、矢状面)に平行にのびる(一致する場合も含む)ように設定し(図1のステップS1)、次いで、三次元X線投影画像における対象椎体間の椎間板の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報を取得する(図1のステップS2)。
(1)尾側の椎体C6の頭側終板の中心を設定し、当該頭側終板に当該中心を含む第1の基準平面を設定する。また、尾側の椎体C6に第1の補助座標系X1−Y1−Z1を設定して、座標原点が当該中心に位置し、X1−Y1平面が第1の基準平面上に位置し、X1軸およびY1軸がそれぞれX軸およびY軸に平行になるようにする。
(2)頭側の椎体C5の尾側終板の中心を設定し、当該尾側終板に当該中心を含む第2の基準平面を設定する。また、頭側の椎体C5に第2の補助座標系X2−Y2−Z2を設定して、座標原点が当該中心に位置し、X2−Y2平面が第2の基準平面上に位置し、X2軸およびY2軸がそれぞれ当該尾側終板の左右方向の中心および前後方向の中心に位置するようにする。
(3)「第2の基準平面が第1の基準平面に対し平行になり、かつ頭側の椎体C5の尾側終板の中心が、尾側の椎体C6の頭側終板の中心から第1の基準平面に垂直にのばした垂線上に当該頭側終板の中心から所定の間隔をあけて位置するときに、頭側の椎体C5が尾側の椎体C6に対し正常な位置にある」との判定基準、すなわち、「X2軸およびY2軸がそれぞれX1軸およびY1軸と平行になり、Z2軸がZ1軸に一致し、第1および第2の補助座標系の座標原点間の間隔が所定長のときに、頭側の椎体C5が尾側の椎体C6に対し正常な位置にある」との判定基準の下に、X1−Z1平面、Y1−Z1平面およびX1−Y1平面のそれぞれにおいて、第2の基準平面の第1の基準平面に対する傾きと、頭側の椎体C5の尾側終板の中心および尾側の椎体C6の頭側終板の中心間のずれを測定する。
なお、この三次元X線投影画像においては、頭側の椎体C5の尾側終板の中心および尾側の椎体C6の頭側終板の中心間のずれは生じていない。
例えば、X−Z平面に平行な1つの平面において第1の自由曲線L1のベクトル画像データを取得する場合は、コンピュータのディスプレイに表示した三次元X線投影画像の当該1つの平面における断層像において、第1の自由曲線L1の始点、終点および制御点を、ポインティングデバイスを用いて指定する。
第3および第4の自由曲線L3、L4のベクトル画像データの取得の仕方もこれと同様である。
この実施例では、3Dモデリングソフトウェア「Rhinoceros(登録商標)」のプラグイン「Grasshopper(登録商標)」を使用し、「Rhinoceros(登録商標)」および「Grasshopper(登録商標)」がインストールされたコンピュータを用いて実行する。
(1)まず、図9に示すように、ベクトル画像データに基づき、三次元直交座標系内に、第1、第3および第4の自由曲線L1、L3、L4を再配置する。
(2)次に、図10に示すように、ソフトウェアのロフトコマンドを用いて、第1の自由曲線L1を含む第1の面(サーフェス)F1と、第4の自由曲線L4を含む第2の面(サーフェス)F2を形成する。
例えば、第1の面F1は、ポインティングデバイスを用いて、ディスプレイ上においてすべての第1の自由曲線L1を選択した後、ロフトコマンドを実行することによって自動的に形成される。
(4)また、第2の面F2の中心を設定し、第2の面F2に当該中心を含む第2の基準平面(図示はしない)を設定する。また、第2の面F2に第2の補助座標系X2−Y2−Z2を設定して、座標原点が当該中心に位置し、X2−Y2平面が第2の基準平面上に位置し、X2軸およびY2軸がそれぞれ第2の基準平面の左右方向の中心および前後方向の中心に位置するようにする。
(6)それによって、第1および第2の面F1、F2が正常な相対位置関係において配置される。そして、このときの第1および第2の面F1、F2をそれぞれ椎間スペーサーMの尾側終板面E2および頭側終板面E1とする。
(6)そして、椎間スペーサーの頭側終板面E1、尾側終板面E2、および側面E3から椎間スペーサーMを画成する(図16参照)。
そして、後傾運動を考慮した修正を行う場合には、図1のステップS1〜S6を順次実行した後、さらに、図17に示すように、椎間スペーサーMの後方に所定の距離離れた点を通り、冠状面に平行にのびる軸(X軸に平行な軸)Vを設定して、椎間スペーサーMの頭側終板面E1を軸Vのまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から椎間スペーサーMの側面拡張部分E4を形成するとともに、回転後の椎間スペーサーMの頭側終板面S1を椎間スペーサーMの新たな頭側終板面E1’として、椎間スペーサーの新たな頭側終板面E1’と、椎間スペーサーの尾側終板面E2と、椎間スペーサーの側面E3および側面拡張部分E4とから、修正された椎間スペーサーM’を画成(設計)する(図2のステップS7)。
本発明の椎間スペーサー設計プログラムは、患者の脊椎の三次元X線投影画像から取得された、対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報と、頭側および尾側の椎体に関係する複数の自由曲線のベクトル画像データとを用いて椎間スペーサーを設計する。
そして、例えば、後傾運動を考慮した修正を行う場合には、手順P1〜P4を順次実行した後、さらに、コンピュータに、椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、冠状面に平行にのびる軸を設定して、椎間スペーサーの頭側終板面を当該軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の椎間スペーサーの頭側終板面を椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、椎間スペーサーの尾側終板面と、椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された椎間スペーサーを画成(設計)させる(図4の手順P5)。
C6 尾側の椎体
d1 鉤状突起の内縁または椎間板の側縁
d2 第2の線分
d3 第3の線分
d4 第1の円弧状部分
d5 第2の円弧状部分
E1 椎間スペーサーの頭側終板面
E1’ 椎間スペーサーの新たな頭側終板面
E2 椎間スペーサーの尾側終板面
E3 椎間スペーサーの側面
E4 椎間スペーサーの拡張側面部分
F1 第1の面
F2 第2の面
L1 第1の自由曲線
L2 第2の自由曲線
L3 第3の自由曲線
L4 第4の自由曲線
L5 第5の自由曲線
M 椎間スペーサー
M’ 修正された椎間スペーサー
V 冠状面に平行にのびる軸(X軸に平行な軸)
Claims (6)
- 椎間スペーサーを設計する方法であって、
(1)患者の脊椎の三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系を、Z軸が正中に平行にのび、X−Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方に平行にのび、Y−Z平面が前記冠状面および前記矢状面のうちの他方に平行にのびるように設定するステップと、
(2)前記三次元X線投影画像における対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報を取得するステップと、
(3)前記三次元直交座標系のX−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線のベクトル画像データと、前記三次元直交座標系のX−Y平面に平行な平面上における設計すべき前記椎間スペーサーの輪郭を決定する第3の自由曲線のベクトル画像データと、前記三次元直交座標系のX−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線のベクトル画像データを取得するステップと、
(4)前記三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、前記ベクトル画像データに基づいて、前記第1および/または第2の自由曲線と、前記第3の自由曲線と、前記第4および/または第5の自由曲線とを再配置し、前記第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、前記第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成するステップと、
(5)前記椎体ずれ情報に基づき、前記三次元直交座標系において、前記第2の面を前記第1の面に対して変位させ、または前記第1の面を前記第2の面に対して変位させて、前記第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置するステップと、
(6)前記第1および第2の面をそれぞれ前記椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、前記三次元直交座標系において、前記第3の自由曲線を前記椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面を形成し、前記椎間スペーサーの前記尾側および頭側終板面と、前記側面とから前記椎間スペーサーを画成するステップと、を順次実行することを特徴とする方法。 - 前記第3の自由曲線が、前記尾側の椎体の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または前記対象椎体間の椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分と、前記椎間板の前縁よりも内側において前記前縁に沿ってのびる第2の線分と、前記椎間板の後縁よりも内側において前記後縁に沿ってのびる第3の線分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第2の線分を接続する第1の円弧状部分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第3の線分を接続する第2の円弧状部分と、からなっていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ(6)の実行後に、
(7)前記椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、前記冠状面に平行にのびる軸を設定して、前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、前記椎間スペーサーの尾側終板面と、前記椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された前記椎間スペーサーを画成するステップ
を実行することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。 - 患者の脊椎の三次元X線投影画像から取得された、対象椎体間の頭側および尾側の椎体の相対的なずれに関する椎体ずれ情報と、前記頭側および尾側の椎体に関係する複数の自由曲線のベクトル画像データとを用いて椎間スペーサーを設計するプログラムであって、
前記三次元X線投影画像内に、三次元直交座標系が、Z軸が正中に平行にのび、X−Z平面が冠状面および矢状面のうちの一方に平行にのび、Y−Z平面が前記冠状面および前記矢状面のうちの他方に平行にのびるように設定され、
前記複数の自由曲線が、前記三次元直交座標系のX−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第1の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記尾側の椎体の頭側終板との交線に適合した複数の第2の自由曲線と、前記三次元直交座標系のX−Y平面に平行な平面上における設計すべき前記椎間スペーサーの輪郭を決定する第3の自由曲線と、前記三次元直交座標系のX−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第4の自由曲線、および/または前記三次元直交座標系のY−Z平面に平行な複数の平面のそれぞれと前記頭側の椎体の尾側終板との交線に適合した複数の第5の自由曲線とからなるプログラムにおいて、
(1)前記椎体ずれ情報、および前記ベクトル画像データの入力を受ける手順と、
(2)前記三次元X線投影画像とは独立に設定した三次元直交座標系内に、前記ベクトル画像データに基づいて、前記第1および/または第2の自由曲線と、前記第3の自由曲線と、前記第4および/または第5の自由曲線とを再配置し、前記第1および/または第2の自由曲線を含む第1の面と、前記第4および/または第5の自由曲線を含む第2の面とを形成する手順と、
(3)前記椎体ずれ情報に基づき、前記三次元直交座標系において、前記第2の面を前記第1の面に対して変位させ、または前記第1の面を前記第2の面に対して変位させて、前記第1および第2の面を正常な相対位置関係において配置する手順と、
(4)前記第1および第2の面をそれぞれ前記椎間スペーサーの尾側終板面および頭側終板面とし、前記三次元直交座標系において、前記第3の自由曲線を前記椎間スペーサーの尾側および頭側終板面間においてZ軸方向に移動させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面を形成し、前記椎間スペーサーの前記尾側および頭側終板面と、前記側面とから前記椎間スペーサーを画成する手順と、を順次コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 前記第3の自由曲線が、前記尾側の椎体の一対の鉤状突起のそれぞれの内縁または前記対象椎体間の椎間板の両側縁に沿ってのびる第1の線分と、前記椎間板の前縁よりも内側において前記前縁に沿ってのびる第2の線分と、前記椎間板の後縁よりも内側において前記後縁に沿ってのびる第3の線分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第2の線分を接続する第1の円弧状部分と、互いに隣接する前記第1の線分および前記第3の線分を接続する第2の円弧状部分と、からなっていることを特徴とする請求項4に記載のプログラム。
- 前記手順(4)の実行後に、
(5)前記椎間スペーサーの後方に所定の距離離れた点を通り、前記冠状面に平行にのびる軸を設定して、前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記軸のまわりに所定の角度回転させたときの軌跡から前記椎間スペーサーの側面拡張部分を形成するとともに、回転後の前記椎間スペーサーの頭側終板面を前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面として、前記椎間スペーサーの新たな頭側終板面と、前記椎間スペーサーの尾側終板面と、前記椎間スペーサーの側面および側面拡張部分とから、修正された前記椎間スペーサーを画成する手順
を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項4または請求項5に記載のプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020108383A JP6784378B1 (ja) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 椎間スペーサーを設計する方法およびプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020108383A JP6784378B1 (ja) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 椎間スペーサーを設計する方法およびプログラム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6784378B1 true JP6784378B1 (ja) | 2020-11-11 |
JP2022006246A JP2022006246A (ja) | 2022-01-13 |
Family
ID=73043613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020108383A Active JP6784378B1 (ja) | 2020-06-24 | 2020-06-24 | 椎間スペーサーを設計する方法およびプログラム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6784378B1 (ja) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5514180A (en) * | 1994-01-14 | 1996-05-07 | Heggeness; Michael H. | Prosthetic intervertebral devices |
US8394142B2 (en) * | 2005-06-13 | 2013-03-12 | Synthes Usa, Llc | Customizing an intervertebral implant |
AU2007265472B2 (en) * | 2006-06-28 | 2011-08-11 | Pacheco, Hector O | Templating and placing artifical discs in spine |
US20130131486A1 (en) * | 2010-02-26 | 2013-05-23 | Spontech Spine Intelligence Group Ag | Computer program for spine mobility simulation and spine simulation method |
US11660196B2 (en) * | 2017-04-21 | 2023-05-30 | Warsaw Orthopedic, Inc. | 3-D printing of bone grafts |
-
2020
- 2020-06-24 JP JP2020108383A patent/JP6784378B1/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022006246A (ja) | 2022-01-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220226130A1 (en) | System for designing and fabricating a customised device | |
US20240016614A1 (en) | Systems and methods for orthopedic implants | |
CN108289660B (zh) | 全局脊柱对齐方法 | |
US10722309B2 (en) | Methods to assist with medical procedures by utilizing patient-specific devices | |
US11141221B2 (en) | Method of preoperative planning to correct spine misalignment of a patient | |
Novelli et al. | Virtual surgery simulation in orbital wall reconstruction: integration of surgical navigation and stereolithographic models | |
CN103096819B (zh) | 病人匹配的外科导向件及其使用方法 | |
KR20190049733A (ko) | 컴퓨터 지원 악교정 수술 계획을 위한 시스템 및 방법 | |
CN104619283A (zh) | 改进的外科模板 | |
EP4049609A1 (en) | Cross-modality planning using feature detection | |
JP2024523903A (ja) | 患者固有の前方プレートインプラント | |
CN105476707A (zh) | 一种个性化枕颈融合螺钉进钉导航模板的制作方法 | |
JP6737461B1 (ja) | 椎間スペーサーを設計する方法、システムおよびプログラム | |
JP6784378B1 (ja) | 椎間スペーサーを設計する方法およびプログラム | |
JP2011206148A (ja) | 三次元人体モデル生成装置、三次元人体モデル生成方法及び三次元人体モデル生成プログラム | |
AU2023100050A4 (en) | Integrally formed medical devices | |
US20240366271A1 (en) | Integrally formed medical devices | |
KR102529776B1 (ko) | 경추 인공 디스크 및 그 구성 방법 | |
CN112419475B (zh) | 植入螺钉的椎骨与螺钉的位置关系的展示方法及装置 | |
US20240277487A1 (en) | Interbody device incorporating lattice structure and related systems and methods | |
Clijmans et al. | Computer Supported pre-operative planning of craniosynostosis surgery: A MIMICS-Integrated approach | |
Min et al. | Surface smoothing and template partitioning for cranial implant CAD |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200624 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200624 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20200925 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201007 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201015 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6784378 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |