JP7288670B2 - 医療用インプラントの安定性を測定および評価するための方法およびシステム - Google Patents
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Description
本出願は2017年3月10日に出願された米国仮特許出願第62/469,854号に対する優先権を主張し、その内容は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態例は、医療用インプラントの動的特性を測定するための方法および装置を含む。多くの実施形態では、本装置は電気機械(EM)装置である。動的特性は、自然周波数、線形剛性、および角度剛性を含む。これらの量の高い値は、歯科インプラントなどの、医療用インプラントの安定性を示す。しかし、これらの量は、正確かつ厳密に測定するのは困難であり得る。例えば、自然周波数および線形剛性は、アバットメントの存在または測定位置に起因して、著しく変わり得る。結果として、それらは、インプラントの安定性の良い指標としては役に立たない可能性がある。同様に、角度剛性は、既存の技術で直接測定するのが困難であり得る。その上、医療用インプラントの自然周波数を測定する既存の装置は、修復/アバットメント/インプラント複合体全体の分解を必要とする。これは多くの場合、達成できないタスクである。
図1は、実施形態例に従った、システム100の簡略化ブロック図である。かかるシステム100は、患者内の医療用インプラントの安定性を検出するために医療従事者によって使用され得る。本システムは、コンピューティング装置102およびプローブ104を含む。プローブ104は、医療用インプラントまたは医療用インプラントがその中に移植されている骨の表面に機械力または変位を加えるために使用され得る。プローブ104は、例えば、1つ以上の圧電トランスデューサを用いて、プローブ104の遠位端に向かって、例えば、プローブ104の遠位端に近接して位置付けられた医療用インプラントの領域または範囲の特性を検出するために、機械力を伝達するように構成され得る。加えて、プローブ104は、例えば、1つ以上の光学または圧電センサーを用いて、さらなる処理のために機械的な動きを検出するように構成され得る。プローブ104は、医療用インプラントに加えられた力に応答して医療用インプラントの振動と関連付けられた応答信号を検出するように構成され得る。プローブ104の追加の詳細は、図22~図27に関連して以下で説明される。
図2は、医療用インプラントの安定性を検出するための方法200を例示する簡略化流れ図である。図2のブロックは順番に示されているが、これらのブロックは、並行して、および/または本明細書で説明されているものとは異なる順番でも実行され得る。また、様々なブロックがもっと少ないブロックに統合されるか、追加のブロックに分割されるか、かつ/または所望の実施態様に基づいて除去され得る。
例1
材料および方法:
k=F/x (1)
である。
kθ=M/θ (2)
である。角度剛性係数は、歯科インプラントの安定性の理想的な表現である。理論上は、アバットメントの基部にモーメントが印加される場合、モーメントはアバットメントを弾性的に変形させない。応答は完全に骨-インプラント界面剛性およびインプラントの弾性からである。角度剛性は、アバットメントの影響を完全に除去するので、歯科インプラントの安定性を定量化するための優れた方法である。かかる配置が図4に示されている。
1.標準プラットフォームインプラントに対する実験モード解析結果
HAをもつBranemark(登録商標)RPインプラントに関して、図5は、測定された第1の自然周波数対インプラント長を示す。測定された自然周波数は、高密度ブロックに対して2848~2888Hz、ハイブリッドブロックに対して2112~2176Hz、および低密度ブロックに対して1936~2036Hzであった。測定された自然周波数は、インプラント長と有意な相関関係を有していなかった。
(a)自然周波数:FEAによって予測された自然周波数が比較のために図5に示されている。3本の実線は、ハイブリッド、高密度、および低密度ブロックに対する自然周波数のFEA予測を表す。一般に、予測された自然周波数は、測定された自然周波数と10%以内で良く合致する。高密度ブロックは、低密度およびハイブリッドブロックよりも良好な合致を示した。その上、FEA予測およびEMA測定は同じ傾向を示した。例えば、自然周波数はインプラント長に対する相関関係は示さなかった。また、ハイブリッドブロックおよび低密度ブロックの自然周波数は略同じであった。
上で展開したEMAおよびFEA手順は、WPインプラントに適用してそれらの安定性を判断することができる。その上、安定性は、評価のためにRPインプラントのそれと比較できる。WPインプラントは低密度ブロックにおいてのみ測定されることに留意されたい。従って、比較は、同様に低密度ブロックにおいてRPインプラントと行われる。
材料および方法:
Ostell ISQ(登録商標)測定:平均MD示度は、図16に示すように、高密度ブロックに対して75~81、ハイブリッドブロックに対して74~79.5、および低密度ブロックに対して60~67.5であった。ハイブリッドおよび高密度ブロックに対するISQ値は同じ範囲内であり、他方、低密度ブロックに対するISQ値は低い。言い換えれば、ハイブリッドブロックに対するISQ値は、低密度ブロックのそれよりも高密度ブロックの値に近い。測定されたISQ示度は、製造業者に従ったインプラントの安定性を表す。しかし、データを良く見ると、いくつかの微妙な所見が明らかになる。まず、ハイブリッドおよび高密度ブロックに関して、平均ISQ示度は、長さが13mm以下のインプラントに対して略同じである。その後ISQ示度は、インプラント長が13mmを超えると散乱し始める。低密度ブロックに関して、ISQ示度は非常に散乱している。
図1に関連して前述したように、医療用インプラントの安定性を検出するためのシステムは、(i)医療用インプラントに加えられた力に応答して医療用インプラントの振動と関連付けられた応答信号を検出するように構成されたプローブ、および(ii)プローブと通信するコンピューティング装置を含み得、コンピューティン装置は、図2に関連して前述した方法ステップの1つ以上を実行するように構成される。図22~図27は、医療用インプラントに加えられる力を生成し、加えられた力に応答して医療用インプラントの振動と関連付けられた応答信号を検出するために使用され得る様々なプローブを例示する。図22~図26に示す実施形態では、医療用インプラントは、患者の骨304内に設置された歯科インプラント302を含む。アバットメント306は、ねじ308によって歯科インプラント302に結合される。歯科クラウン310が次いで、アバットメント306の上に位置付けられる。本明細書で説明する方法のいずれかを使用して歯科インプラント302の安定性を判断することは、歯科インプラント302に力を直接加えること、アバットメント306に力を加えること、および/または歯科クラウン310に力を加えることを含み得る。図22~図26に例示する医療用インプラントは制限することを意図せず、本明細書で説明する実施形態は、例えば、限定されない例として、歯科インプラント、歯科クラウン、歯科修復、骨スクリュー、プレート、股関節インプラント、または膝インプラントなどの、任意の医療用インプラントに適用する。
図28は、実施形態例に従って構成されたコンピュータ可読媒体を示す。実施形態例では、システム例は、1つ以上のプロセッサ、1つ以上の形式のメモリ、1つ以上の入力装置/インタフェース、1つ以上の出力装置/インタフェース、および1つ以上のプロセッサによって実行される場合に、システムに、前述した、様々な関数、タスク、機能などを実行させる、機械可読命令を含み得る。
上の詳細な説明は、開示するシステム、装置、および方法の様々な特徴および機能を、添付の図を参照して記述する。図中、文脈で別段の指示がない限り、同様の記号は典型的には、同様の構成要素を識別する。詳細な説明、図、およびクレームで記述する例示的な実施形態は、制限することを意図していない。本明細書で提示する主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用でき、他の変更を行うことができる。本開示の態様は、本明細書で大まかに説明して、図面で例示するように、多種多様な構成で配置、置換、統合、分離、および設計でき、その全部が本明細書で明示的に企図されることが容易に理解されるであろう。
Claims (17)
- 医療用インプラントの安定性を検出するための方法であって、前記方法は、コンピュータソフトウェアにより指令されるコンピューティング装置の1つ以上のプロセッサによって自動的に実行され、前記方法は、
プローブで前記医療用インプラントに加えられた力に基づいて、振動センサーを介して前記医療用インプラントの振動を測定することと、
測定された振動に基づく自然周波数値または線形剛性係数を、前記医療用インプラントの有限要素モデルによって予測された自然周波数値または線形剛性係数と照合することにより、前記角度剛性係数を判断することと、
前記判断に基づいて、前記角度剛性係数から前記医療用インプラントの安定性を判断することであって、前記角度剛性係数は、前記医療用インプラントの中心線に垂直な軸の周りの回転の剛性に対応することと、
を含む、方法。 - 前記医療用インプラントは、前記医療用インプラントの第1の表面から、前記第1の表面の反対側の第2の表面まで延出する縦軸を含み、前記医療用インプラントの中心線は、前記縦軸に平行である、請求項1に記載の方法。
- 前記医療用インプラントの前記第2の表面は骨内に移植され、前記医療用インプラントの前記第1の表面は露出されて、前記骨に直接連結されていない、請求項2に記載の方法。
- 前記医療用インプラントは、歯科インプラント、骨スクリュー、プレート、股関節インプラント、および膝インプラントの1つを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法は、
アバットメントを前記医療用インプラントに取り外し可能に連結することであって、前記力は前記アバットメントによって受けられ、それにより、前記力は前記医療用インプラントによって間接的に受けられること
をさらに含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 - 前記方法は、前記医療用インプラントが安定しているか否の二値指標を提供することをさらに含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記方法は、前記医療用インプラントの前記判断された角度剛性係数に基づき前記医療用インプラントの安定性の程度の通知を提供することをさらに含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 命令がその上に格納されている持続性コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、コンピューティング装置の1つ以上のプロセッサによって実行される場合に、前記コンピューティング装置に、請求項1~7のいずれか1項の方法ステップを含む機能を実行させる、持続性コンピュータ可読媒体。
- 医療用インプラントの安定性を検出するためのシステムであって、前記システムは、
前記医療用インプラントに加えられた力を、および、前記加えられた力に基づいて前記医療用インプラントの振動を測定するように構成されたプローブと、
前記プローブと通信するコンピューティング装置であって、前記コンピューティング装置は、
測定された振動に基づく自然周波数値または線形剛性係数を、前記医療用インプラントの有限要素モデルによって予測された自然周波数値または線形剛性係数と照合することにより、前記角度剛性係数を判断することと、
前記判断に基づいて、前記角度剛性係数から前記医療用インプラントの安定性を判断することであって、前記角度剛性係数は、前記医療用インプラントの中心線に垂直な軸の周りの回転の剛性に対応することと、
を行うように構成される、コンピューティング装置と、
を備える、システム。 - 前記コンピューティング装置は、前記医療用インプラントを励起して振動させるために前記プローブによって前記医療用インプラントに加えられる駆動信号を生成するように構成され、かつ前記医療用インプラントの振動は、前記駆動信号に応答した前記医療用インプラントの前記励起された振動に基づく、請求項9に記載のシステム。
- プローブは、負荷センサーおよび振動センサーを含む、請求項9~10のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記負荷センサーは圧電センサーであり、かつ/または前記振動センサーは光学センサーである、請求項11に記載のシステム。
- 前記プローブは、
前記プローブの遠位端における第1の表面上のトランスデューサと、
前記プローブに物理的に連結されて、前記第1の表面から間隙を空けて向かい合う第2の表面を提供する支持構造であって、前記プローブは、前記第1の表面と第2の表面との間に前記医療用インプラントを受け入れるようにさらに成形される、支持構造と、
を備える、請求項9~12のいずれか1項に記載のシステム。 - 前記プローブは、少なくとも2つの部分を有する角度トランスデューサを含み、各部分は、約70度~約110度の間の角度で別の部分に連結されて、前記医療用インプラントが連結された部分の間に受け入れられ得るようになる、請求項9~13のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記プローブは、前記プローブの遠位端における第1の表面上にトランスデューサを含み、前記トランスデューサは、機械力を前記医療用インプラントに印加して、前記機械力に応答した前記医療用インプラントの動きを検出し、前記医療用インプラントの振動は、前記検出された動きに基づいて判断される、請求項9~14のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記プローブは、前記プローブの遠位端における前記プローブの第1の表面上に位置付けられた第1のトランスデューサおよび第2のトランスデューサを含み、前記コンピューティング装置は、前記医療用インプラントの振動を生成するために前記第1のトランスデューサおよび前記第2のトランスデューサを位相を異にして駆動するようにさらに構成される、請求項9~15のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記コンピューティング装置は、請求項1~7のいずれか1項の方法ステップを含む機能を実行するように構成される、請求項9~16のいずれか1項に記載のシステム。
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