JP7229926B2 - 患者特有の3d対話型全関節モデル及び外科手術計画システム - Google Patents
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Description
本出願は、名称「PATIENT SPECIFIC 3-D INTERACTIVE SHOULDER MODEL AND SURGICAL PLANNING SYSTEM」の2016年10月7日出願の米国特許仮特許第62/405,814号及び名称「PATIENT SPECIFIC 3-D INTERACTIVE SHOULDER MODEL AND SURGICAL PLANNING SYSTEM」の2016年11月23日出願の米国特許仮特許第62/426,081号に対する優先権を主張し、これらは引用により全体が本明細書に組み込まれる。
Andreas Kontaxis, Julien Berhouet,及びLawrence Gulottaによる「How Computer Models Can Help Prosthesis(補綴具) Implantation With The Best Mobility and Minimum Impingement」;
Andreas Kontaxis, Julien Berhouet, Daniel Choi, Xiang Chen, David Dines, Russell Warren及びLawrence Gulottaによる、「Pre-operative planning) and Accurate Implantation Can Increase Free Range of motion in Reverse Shoulder Arthroplasty;Cadaveric Validation」;
Andreas Kontaxis, Julien Berhouet, Daniel Choi, Xiang Chen, David Dines, Russell Warren及びLawrence Gulottaによる、「Humeral Version in Reverse Shoulder Arthroplasty Affects Impingement in Activities of Daily living」;
Andreas Kontaxis, Julien Berhouet, Daniel Choi, Xiang Chen, David Dines, Russell Warren及びLawrence Gulottaによる、Humeral(上腕骨) Version Affects Impingement in Reverse Shoulder Arthroplasty (RSA)」;
X. Chen, A. Reddy, A. Kontaxis, D. Choi, T. Wright, D. Dines, R. Warren及びL. Gulottaによる、「Version Correction Compromises Remaining Bone quality After Eccentric Reaming in B2 Glenoids」;
J. D. Wylie及びR. Z. Tashjanによる、「Planning Software and Patient-Specific Instruments in Shoulder Arthroplasty」;及び
C. Tempelaere, J. Pierrant, M. Lefevre-Colau, V. Vuillemin, C. Cuenod, U. Hansen, O. Mir, W. Skalli及びT. Gregoryによる、「Dynamic Three-Dimensional Shoulder MRI During Active Motion For Investigation of Rotator cuff Diseases」
に記載されており、これらの各々は、引用により全体が本明細書に組み込まれ、付随書A~Fとして既に明らかにされている。更にまた、外科手術計画システムの実施形態の上記及び種々の態様の追加の詳細は、米国特許出願公開第2016/0270854号明細書及び米国特許出願公開第2010/0125336号明細書に更に記載されており、これらの各々は、引用により全体が本明細書に組み込まれる。
整形外科インプラント、ツール、コンピュータ支援計画システム並びに患者特有ガイド、器具及び構成要素の例示的な製造業者及び供給業者が以下でリストアップされている。図8Aに示すように、全体システム800並びに例示的なデータセット808(図8Bを参照)において、1又は2以上の構成要素製造業者が含まれるように選択することができ(全関節外科手術計画システムにおいて使用するのに好適なデジタルモデルデータを能動的に提供するように)、この場合、データは、選択された処置計画又は査定セッションの間に、外科医の選択に基づいて製造業者からシステム内に流れて使用される。任意選択的に、製造業者からの構成要素の1又は2以上又は全ては、適切な形態で且つ十分な詳細事項を有してスキャン、レンダリング、又はモデル化され、本明細書で記載されるシステムを用いて計画及び査定のため使用することができる。1つの態様において、リストアップされた構成要素を有する製造業者はまた、計画システムと共に使用するためのダイレクトオーダー又はリンクを提供し、選択された計画が承認されると、外科医又は指定代表者は、製造業者によって推奨され又は提供される、構成要素、インプラント、ガイド、Patient specific Instrument(患者特有器具:PSI)、又は他のツール又は補助具をオーダーすることができるようになる。任意選択的に、計画時には、製造業者は、査定及び選択された処置の患者のスケジューリングに外科医又は供給者又はプランナーを更に支援するために、何らかの計画した要素の利用率又は配送のリードタイムを示すことができる。図8A、8B、及び8Cに例示されるように、計画及び査定計画システムの出力により、ユーザは、特定の患者に対する優先した選択基準の下で当該患者について種々の評価基準を協働して比較することが可能となる。このようにして、外科医は、本明細書で検討した要因に基づいて解剖学的及びリバース型肩関節処置の何れが最も良好に所望の転帰を提供することになるかを患者特有ベースで評価するために、製造業者とは無関係に異なる処置並びにインプラントの比較において信頼度を向上させることができる。
関節窩インプラントの前縁を関節窩骨の前縁と整列させるステップ、
関節窩インプラントの後傾を調整するステップ、
関節窩インプラントの増強を調整するステップ、
関節窩インプラントの下方傾斜を調整するステップ、
関節窩インプラントの骨支持を査定するステップであって、骨によって又はその接触によって支持される関節窩インプラントの裏面の量が評価されるステップ、
インプラント接合部に対する骨を最適化するために、リーミングによって除去される必要がある骨の容積量又は必要なリーミングの全最小距離を評価することにより、関節窩インプラントの正中固定術を調整するステップ、
円蓋を内側に貫通する中央ペグが存在しないときに固定支持体を分析するステップ、
当初のジョイントラインと新しいジョイントラインとを比較することを含む、ジョイントラインを分析するステップであって、新しいジョイントラインが当初のジョイントラインと実質的に類似している、ステップ、
リーミングして、関節窩インプラントと骨の下側軸と上側軸を整列させた後、関節窩インプラントの幅と関節窩骨の幅を測定し照合するステップ、
関節窩インプラントの厚さ/高さを必要に応じて評価し調整するステップ、
関節窩の深さを必要に応じて評価し調整するステップ、
グラフトの厚みを必要に応じて評価し調整するステップ、
上腕頭の直径を決定するステップ、
上腕頭の高さを決定するステップ、
上腕骨インプラントのサイズを決定するステップ、及び/又は
製造業者設計及びサイズの範囲からインプラントの最良適合サイズを決定するステップであって、サイズの範囲は、ステムの長さ、上腕骨ステムのサイズ、ステムの直径、頭のサイズ直径、頭の高さ、及び上腕骨ステムの面の中心と比べた中央丸頭のオフセットからなるグループから選択される、ステップ、
の1又は2以上を含むことができる。
術前全関節又は部分関節手術分析をモデル化及び仮想的にシミュレーションするのに使用可能な特定用途のコンピュータデバイスを含むことができる点に留意されたい。
Shoulder:肩
Knee:膝
Hip:股関節
Elbow:肘
Ankle:足首
Hand:手
910:骨、ランドマーク、及び軟組織を有する関節特有の運動学的モデル
915:患者特有条件への関節特有の運動学的モデルの修正のための患者適合エンジン
920:補綴具試験エンジン
925:患者特有モデル及びインプラント試験の補綴具試験エンジン出力
930:患者-外科医相談:最良適合の補綴具の選択
935:患者特有ナビゲーション/ガイダンスツール、補綴具、ツール、及び/又は患者特有ガイド、インプラント又はツールの製品を含む、患者特有処置のためのマテリアルに対する要件又はマテリアルを取得する要件を出力する
940:患者関節置換術を実施する
Claims (14)
- コンピュータに実装された対話型患者特有の外科手術計画システムのための術前計画方法であって、前記外科手術計画システムを実行する前記コンピュータのプロセッサは、
部分的又は全関節置き換えの術前計画を実施するステップと、
複数の関節インプラントの一つの最良適合サイズを決定するステップと、
前記関節インプラントの患者特有運動学的モデルにおいて評価中の前記複数の関節インプラントの各々を仮想的に位置付けることを含む可動域分析を実施するステップと、
仮想的に位置付けられた前記関節インプラントに関する前記患者特有運動学的モデルを用いて軟組織分析を実施するステップと、
日常生活の選択された活動に対する患者が指定する術後運動に適合する可動域を優先するために、前記患者特有運動学的モデル内で前記複数の関節インプラントの各々の特徴を評価及び調整するステップと、
前記実施するステップに関する術前計画分析に基づいて選択された前記関節インプラントと共に使用する患者特有手術ガイドを選択するステップと、
を実行する、コンピュータに実装された対話型患者特有の外科手術計画システムのための術前計画方法。 - 前記コンピュータのプロセッサによる前記術前計画を実施するステップは、
ジョイントラインを分析すること、
当初のジョイントラインと、当該当初のジョイントラインと位置及び方向に関して類似する新しいジョイントラインとを比較すること、
肩胛骨と比較される上腕骨の結節の再配置の距離を測定するため、前記肩胛骨及び上腕頭を含む前記上腕骨での腱への挿入距離及びその方向並びに筋肉への挿入距離及びその方向のそれぞれを表す3次元のベクトルを比較すること、
前記上腕頭の直径を決定すること、
前記上腕頭の高さを決定すること、
デジタル画像から上腕骨インプラントのサイズを決定すること、
の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記コンピュータのプロセッサによる前記可動域分析を実施するステップは、最大の可動域を考慮して仮想的にインプラントされた関節の運動をシミュレーションして、インピンジの位置を測定し、必要な機能的可動域を補償することを含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記コンピュータのプロセッサによる前記軟組織分析を実施するステップは更に、主要な軟組織への挿入位置を決定し、術前状態と比較するため前記軟組織を3次元測定し、最大の可動域での前記軟組織の長さを評価することにより、前記軟組織の長さの変化又は縮小が解剖学的範囲内に実質的に維持されて、日常生活の最も一般的な活動を実質的に得るようにすることを含む、請求項1~3の何れか1項に記載の方法。
- 前記コンピュータのプロセッサによる前記複数の関節インプラントの各々の特徴を評価及び調整するステップは、
関節窩インプラントの厚さ/高さを評価及び調整すること、
関節窩の深さを評価及び調整すること、
グラフトの厚さを評価及び調整すること、
を含む、請求項1~4の何れか1項に記載の方法。 - 解剖学的又はリバース型肩関節手術インプラント又はガイドの比較のために必要な指示を受信することを更に含む、請求項1~5の何れか1項に記載の方法。
- 前記コンピュータのプロセッサによる前記可動域分析を実施するステップは、極度の可動域を介してインプラントを仮想的に位置付けて、衝突位置を測定し必要な機能的可動域を補償することを含む、ある範囲の可動域の分析を実施することを更に含む、請求項1~6の何れか1項に記載の方法。
- 前記コンピュータのプロセッサは、
前記患者の骨と関心の当該骨の統計的形状モデルとの間の位置合わせを構築するステップと、
前記患者の骨を表す原理モードを抽出するステップと、
対応する前記原理モードに従って固定構成、位置、又は寸法を定義するステップと、
衝突検出を適用して、前記骨の固定構成を確認するステップと、
に従って、前記患者の3次元(3D)骨構造と、統計的形状ベースアトラスとの間の対応するマトリクスを用いて、関節窩インプラントの固定要素の寸法を最適化するステップを更に実行する、請求項1~7の何れか1項に記載の方法。 - 前記部分的又は全関節手術置き換えは肩関節手術を含み、
前記コンピュータのプロセッサは、
関節窩面のカバレージが最大化されたかどうか、前記関節窩面の突出が最小にされたかどうか、前記関節窩面上で除去された骨が最小限にされたかどうか、関節窩の後傾が約5~約10度未満であるかどうか、関節窩インプラントの着座が、インプラントカバレージ区域の約80%よりも大きいかどうか、前記関節窩の皮質壁の前方へ貫通が最小化されているかどうか、前記関節窩の後方に約3mmよりも大きい骨厚さが存在するかどうか、生来の関節窩とインプラント上/下軸との間の配向オフセットが約5度未満であるかどうか、上方又は下方傾斜と生来の関節窩が5度未満であるかどうか、上腕骨の切断面又は調製面と比較した上腕頭の突出が欠如しているかどうか、解剖学的構造とインプラントの間の上腕頭直径の差異が約3mm未満であるかどうか、解剖学的構造とインプラントとの間の上腕頭高さの差異が約1mm未満であるかどうか、解剖学的構造と比較して正中頭縁部に対して約2mm未満大きい結束が存在するかどうか、を決定して、これにより処置リスクが識別されて、選択された肩関節手術においての補綴具インプラントの選択が、識別された前記処置リスクに部分的に基づくことによって、選択されたリバース型又は解剖学的肩関節処置との間の処置リスクを識別し比較することを更に実行する、請求項1~8の何れかに記載の方法。 - 前記関節窩インプラントは、解剖学的又はリバース型肩関節処置の術前計画が実施された患者に適合させるように用いられ、
前記関節窩インプラントの深さ、前記関節窩インプラントのサイズ、及び/又は前記関節窩インプラントの半径方向位置が、選択された前記解剖学的又はリバース型肩関節処置の術前計画に応じて変化する、請求項5又は9の何れか1項に記載の方法。 - 前記部分的又は全関節手術置き換えは肩関節手術を含み、
前記コンピュータのプロセッサは、
選択された解剖学的又はリバース型外科手術法のステップに基づいて、患者特有肩関節手術ガイドを得るステップと、
肩関節手術ガイド又は選択された解剖学的又はリバース型肩関節処置をもたらすステップとを実行することを更に含み、前記肩関節手術ガイドをもたらすステップが、3Dプリンティングデバイスを用いることを含む、請求項1~10の何れか1項に記載の方法。 - 前記部分的又は全関節手術置き換えは肩関節手術を含み、
選択された解剖学的又はリバース型外科手術法のために、関節窩インプラントのサイズ、増強深さ、増強位置、6自由度における位置決め、固定タイプ、固定サイズ、リーミング深さ、リーミング直径、リーミング角度、及び/又はこれらの組み合わせにおける調整からなるグループから選択された補綴具肩インプラント及び配置位置を推奨するステップを更に実行する、請求項1~11の何れか1項に記載の方法。 - 前記コンピュータのプロセッサによる、関節特有の運動学的モデルにおける骨、軟組織又はランドマークのうちの少なくとも1つを修正して前記軟組織分析を実施するステップは、患者適合エンジンを動作させて、1又は2以上の患者特有条件を含めるように前記関節特有の運動学的モデルを適合させることにより、患者特有運動学的モデルをレンダリングすることを含み、
前記複数の関節インプラントの各々の特徴を評価及び調整するステップは、補綴具試験エンジンを動作させて、全関節又は部分関節手術を電子的に実施して、前記患者特有運動学的モデルにおいて選択されたインプラントを位置付け、日常生活活動を実施しながら、選択されたインプラントを有する前記患者の関節の運動をシミュレーションすることを含み、さらに、
前記患者に対して実施される計画された外科処置のための実際のインプラントを選択するステップを含む、請求項1~12の何れか1項に記載の方法。
を含む。 - 前記コンピュータのプロセッサによって実行されたときに、請求項1~13の何れか1項に記載の方法を実行するよう制御する実行可能命令を格納したコンピュータ可読媒体。
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