JPH01280449A - コンピュータ援用外科医療装置 - Google Patents

コンピュータ援用外科医療装置

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JPH01280449A
JPH01280449A JP1004584A JP458489A JPH01280449A JP H01280449 A JPH01280449 A JP H01280449A JP 1004584 A JP1004584 A JP 1004584A JP 458489 A JP458489 A JP 458489A JP H01280449 A JPH01280449 A JP H01280449A
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    • G05B2219/45123—Electrogoniometer, neuronavigator, medical robot used by surgeon to operate

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はコンピュータ援用外科医療装置（ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒ−ａｉｄｅｄ　ｓｕｒｇｅｒｙ　ａｐｐａｒａｔｕ
ｓ）　に関する。特に、本発明は、外科医が患者に外科
手術を施こす際に外科医療器具の正確な位置決めを助け
る装置に関するものである。
本発明はまた、患者の患部上の固定点（例えば、患者の
足や腕の固定個所）と装置上の固定点を連結し、これに
よって、患者の患部が動いても常に患者の患部と装置と
の間に一定の位置関係を維持できるようにするリンク機
構に関するものである。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］多くの
外科手術においては、特に整形外科や神経外科の分野で
は、各種外科医療器具の中でもプローブ（探針）、切断
器具、ドリル、のこぎりなどの配置や操作に細心の注意
・を要する。
各種の外科手術では、外科医療器具の適正な位置決めを
行なう機械的装置が各種利用されている。こうした位置
決め機構は特定の解剖学的目標点（標認点）を基準にし
て配置されなければならないが、各種の位置決め用治具
の配置時間が外科手術の所要時間全体のかなりの部分を
占めることがある。
例えば、表面に表われない腫瘍などに対して外科手術が
必要となる場合には、外科手術の位置や方向を外科医が
知るためにＸ線透視検査が行なわれる。しかし、この検
査は患者と医師をＸ線にさらすという難点がある。その
上、その精度は外科手術に必要な精密さに劣るものであ
る。
さらに、特に関節矯正や骨折治療、変形補正などを目的
とした骨部切断に関する手術では、所定点から所定点ま
での穴あけ、のこぎりによる切断、他の特定方位面に対
する特定方位面の位置決めなど、器具の方向付けに関す
る問題が生じてくる。とりわけ、外科医療器具の３次元
制御に関する問題は解決が極めて難しい。上に言及した
ように、器具の方向を安全に再現できる治具は、一部の
手術用に限って若干存在する。しかしながら、これらの
治具は、外科手術中に生ずる位置変動に十分対処できな
いという難点がある。ましてや、少々不正確でも十分と
認められているために、現在公認されている外科医療器
具制御技法の中には、外科手術中に支障をきたすものが
多い。
Ｍ　ＲＩ　（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｉｎｅｎｃｅ　
Ｉｍａｇｉｎｇ）およびＣＡ　Ｔ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
　ａｉｄｅｄ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）検査技法などに
見られる３次元撮像分舒では、例えば表面に表われない
腫瘍などの位置検出に関して３次元情報が豊富に提供さ
れているけれど、こうした情報と治療を伴なう外科手術
法をつなぐインターフェースとなる技術は現在まったく
存在しない。
そうした情況の下で現在求められている装置は、３次元
撮像システムで得た情報を、３次元撮像システムの基準
座標系からその装置の基準座標系へ変換できるものであ
る。
１９８４年９月２５日付の米国特許第４，４７３，０７
４号（特許権者ヴアシリアディス（Ｖａｓｓｉｌｉａｄ
ｉｓ）は、微細外科手術時にレーザー・ビームを発射す
る装置を開示している。この特許装置は、３次元撮像シ
ステムで得た３次元情報を表示して外科医にフィードバ
ックするための電子的フィードバック機能を備えていな
いためにフィードバック・ループを形成することができ
ず、高精度の外科手術においては器具を十分活用するこ
とができない。その上、この特許装置は露出した目標に
しかレーザー・ビームを照射することができないため、
表面に露出していない患部の外科手術には適用できない
。
［発明の目的］ したがって、本発明の目的は、現行技術を大幅に改良し
、ドリルによる穴あけ、骨ののこ引き、距離測定、位置
検出（例えば、点間距離、検出しにくい穴の位置検出な
ど）、ステレオタキシツク（５ｔｅｒｅｏｔａｘｉｃ）
な方向と位置検出など、患者に外科処置を施こす際の外
科器具の位置決めを高精度でおこなうコンピュータ援用
外科医療装置を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、コンピュータで駆動する、
精密計器付きリンク機構を外科医療器具に取り付けて、
外科医に器具の３次元方向に関する瞬時情報を連続的に
フィードバックするような装置を提供することにある。
本発明のさらにもう一つの目的は、重要な基準目標点の
位置を検出して外科手術の基準点として使用できるよう
に、独立した解剖学的目標点ディジタイザとしても使用
できるリンク機構を提供することにある。
本発明のさらにもう一つの目的は、治具やその他の外科
医療器具案内装置を時間をかけて配置をする必要がなく
、外科手術中にしばしば認められる突然の動きゃ不測の
事態に十分対処できるインテリジェント（知能型）治具
の役割を果たす装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 特許請求の範囲第１項に記載の本発明によれば、患者の
露出患部または非露出患部に外科手術を施こす時に、外
科医療器具（電動式または手動式）の位置決めを行なう
コンピュータ援用外科医療装置が提供される。
［実施例］ 本発明の特徴および利点をさらに明白にするために、添
付図を参照しながら以下にさらに詳しく説明する。
第１図に示すように、本発明に係る装置１は、手術台５
の上に横たわる患者３に手術を施こせるように配置され
ている。この装置には１個の電気式ゴニオメーター（角
度計）７が付いている。このゴニオメーターはできれば
本出願人の米国特許第４，５７１，８３４号に説明され
ているようなものがよい。自由度６の自在電気式ゴニオ
メーター７は、外科手術を行なう患者の患部に容易に近
づけるように設計されている。電気式ゴニオメーター７
の自由端７Ａには、外科医療器具が連結されている。電
気式ゴニオメーター７の他端は１個の基準ブロック９に
連結している。この基準ブロックについては後で詳しく
説明する。
電気式ゴニオメーター７と基準ブロック９を患者の身体
に沿っているいろな位置に昼勤させられるように、基準
ブロック９と電気式ゴニオメーター７は１本の揺動式つ
りあいアーム１１に連結している。このつりあいアーム
１１の他端は、１本の可動式直立スタンド１５の直立柱
１３に連結している。直立柱１３はさらに、１台のモニ
ター、できればカラー・モニター１９を載せて可動とす
る１本のモニター支持アーム１７をも支持している。
揺動式つりあいアーム１１は、互いに枢軸回転する２つ
の部分１０と１２によって構成されるものでもよい。ア
ームの部分１０は直立柱１３を中心に枢軸回転する。同
様に、モニター支持アーム１７も直立柱１３を中心に枢
軸回転し、外科医が見やすいようにその位置を変えるこ
とができる。
モニター１９の表示を制御するために、１個の足踏み式
スイッチ２１が装備されており、遠隔操作式コンピュー
タ２３がモニターに表示するための計算を行なう。
第２図に示す可動式直立スタンド１５は、手術台に沿っ
て本装置をどんな位置にも昼勤できるように、底部に数
個のローラー２５が付いている。電気式ゴニオメーター
７と揺動式つりあいアーム１１は、患者のまわりの無菌
空間域を完全に維持できるように、管状の無菌遮蔽カバ
ー２７で覆われている。電気式ゴニオメーターの自由端
７Ａに取り付けられる器具も、無菌空間域を完全に維持
できるように、オートクレーブ（滅菌用加圧がま）の中
で殺菌できるものである。
第３図に示すのは、電気式ゴニオメーターの自由端７Ａ
に外科医療器具を取り付けるための１種の機構である０
図から明らかなように、この機構は、管状無菌遮蔽カバ
ー２７の中に入っている１個のＶ形ブロック２９である
。器具自体は、このＶ形ブロック２９と咬合する■形ブ
ロック３１を有し、ブロック２９のＶ形凹み部の中にブ
ロック３１のＶ膨突起部が挿入される。咬合した両ブロ
ック２９と３１の中に設けられた１直線の開口部孔に、
１本のピン（３２で示すようなもの）が貫通している。
この種の連結機構により、外科手術中、外科医療器具の
位置と方向は電気式ゴニオメーターに関して一定に保た
れる。
第４図に示す基準ブロック９は、１枚の基準背面板３３
、複数の基準上面３５、複数の穴３７および１個のＶ形
溝ドリル基準３９を有している。基準ブロックのこれら
の要素は、以下に示すように、外科医療器具の各機素の
位置、方向および長さを決定するためと、器具使用時の
安全性を図るために使用される。
その他、第４図には、基準ブロック９が球面支持体４１
を介して揺動式つりあいアーム１１に連結されている様
子も示されている。球面支持体４１は、基準ブロック９
をつりあいアーム１１に関して球面運動させるように１
個の内部球面継手を有している。
上述の米国特許第４，５７１，８３４号から明らかなよ
うに、基準ブロック（もつと正確に言えば、基準ブロッ
ク上の１点）に関する電気式ゴニオメーターの自由端７
Ａの位置は、電気式ゴニオメーターの各部に接続してい
るトランスジューサから入力を受けるコンピュータによ
って絶えず算定される。また、外科医療器具の寸法、特
に電気式ゴニオメーターの自由端７Ａに関する外科医療
器具の有効部の位置は、以下に説明するように、基準ブ
ロック９上でのテストにより検出かつ確認される。した
がって、外科医療器具の有効部の位置は、米国特許第４
，５７１，８３４号に説明されているように、コンピュ
ータ２３によって常に算定されているので、この位置は
、モニター１９に常に表示される。
外科医療器具の位置と方向は基準ブロック９に関して測
定されるので、手術を施こす患者の患部と基準ブロック
９との間に一定の間隔を置いた位置関係を維持するのが
望ましい。外科手術を施こす患部は、手術中に時折移動
することがある。そのため、こうした固定した位置関係
を維持する手段としては、患部が動くとそれに伴なって
、電気式ゴニオメーター７も動くような機械的リンク機
構を使用するのがよい。この目的のために、本発明の特
徴の一つにより、第１図〜第１２図に示す二重自己割出
しねじ付きリンク機構が提供されている。二重自己割出
しねじ（ＤＳＩＳ）（第７図、第８図の４２）は、円筒
形軸部４３と上端頭部４４および下端中央ねじ４５と下
端調心ビン４７と４９によって構成されている。下端中
央ねじ４５と下端調心ビン４７と４９は共に一直線上に
並んでいる。患者の患部にＤＳＩＳを取り付ける方法は
第５図〜第８図に示すとおりである。ここで再び第５図
を参照する。ＤＳＩＳを、例えば足５１に取り付けるこ
とにする。外科手術中の軟質組織の外傷を最小限に抑え
るために関節鏡検査法を用いる最近の外科技術では、わ
ずか２０＋ｎｍ程度切開するたけてＤＳＩＳの取り付け
を行なえる。図に示すように、足５１をそのように切開
し、皮膚弁５３を持ち上げて骨５５を露出させる。ドリ
ル５９を使って骨５５に最初の穴５７をあける。次に、
−直線上に並んだ２つの穴６３と６５と案内ビン６７を
有する１本のドリル案内６１を操作してビン６７を穴５
７の中へ挿入する。さらに、例えばドリル案内６１の穴
６５にドリル５９を通して骨５５に第２の穴をあける。
次に、第６図に示すように、ドリル案内６１の穴６５を
通して基準ビン６９（第６図を参照）を第２のドリル穴
の中に挿入する。
さらに、穴６３を通して骨に第３の穴をあける。、２つ
の穴６３と６５および案内ビン６７は一直線上に並んで
いるので、ドリルであけた穴（第７図の７３．５７．７
１）も−直線上に並ぶ。
次に、穴５７にねじ部４５、穴７３にビン４７、穴７１
にビン４９を挿入してＤＳＩＳと骨を連結する。ねじ部
４５だけを回転させるねじ用ハンドル７５を回わして、
穴５７の中へねじ部４５をねじ込む、第８図に示すよう
にＤＳＩＳが取り付けられると、ＤＳＩＳと骨はしっか
りと連結された上に、ビン４７と４９がそれぞれ穴７３
と７１の中に挿入されているので、ＤＳＩＳはその長手
方向軸を中心に回転しなくなる。
時には、ＤＳＩＳの取り付け穴７１と７３をあけると都
合が悪くなる場合や、これらの穴をあけない方が良い場
合もある。したがって、そうした場合には、ＤＳＩＳに
代る手段を使用する。そうした手段としては、特に、の
こぎり歯付き自己割出しねじがある。
一直線上に並んだ２本のビン４７と４９は使用せず、第
８Ａ図に示すようにその代りに円筒形軸部１４３の下端
にのこぎり歯列１５０が付いている。第８図に示す円筒
形軸部４３は真直ぐであるのに対して、第８Ａ図に示す
円筒形軸部１４３は下端部が屈曲している。この軸部１
４３の屈曲部には、ねじ１４５を通す開口部１４７が設
けられている。したがフて、第７図の穴５７のような穴
にねじ１４５をねじ込むと、骨のなかにのこぎり歯が埋
め込まれ、自己割出しねじはその長手方向軸を中心に回
転運動しなくなる。
ＤＳＩＳから基準ブロックまでの第１リンクは、第９図
に示すように、線形球面ＤＳＩＳクランプ７７から成る
。このＤＳＩＳクランプ７７は１個の球面継手部７９と
１本のクランプ部材８１によって構成されている。
第１０図に示すように、完全なリンクは複数のクランプ
部材８１と複数の軸８５が互いに連結したものである。
各クランプ部材には、軸８５を通すための通し六８３が
少なくとも１個ずつ設けられている。クランプ部材には
、クランプ部材８１ａに示すように２本の横方向通し穴
８３を設けることもできる。さらに、クランプ部材は、
クランプ部材ａｔｂに示すように、軸を下方から通すよ
うに加工したものでもよい。各クランプ材８１にはハン
ドル８７が１本ずつ付いており、軸８５ｂは基準ブロッ
ク９に取り付けたＴ形部材８７の開口部の中に挿入でき
るようになっている。
第１１図を参照すると、クランプ部材８１には、ハンド
ル８７により回転してクランプ部材の内部で上下に移動
できる１本のねじ８９が挿入されている。このねじの上
下移動により、クランプ部材８１の内部にあるＶ形ブロ
ック９３と対置する■形ブロック９１も同じように上下
移動する。第１１図に示す■形ブロック９１および９３
に合わせて、各軸８５の横断面はダイヤモンド形に形成
されているので、ねじ８９を締め付けると、軸８５は■
形ブロック９１と９３の間にしっかりと締め付けられる
。■形ブロック９１および９３の形が変われば、当然軸
８５の横断面の形も変わってくる。
第１２図を参照すると、球面継手装置７９のなかに、割
りＱリング９５を有する１個の球面玉軸受継手が組み込
まれている。ＤＳＩＳ４３の頭部４４（第７図および第
８図を参照）が球面継手装置７９の開口部８０（第９図
を参照）の中に挿入される。球面継手により、ＤＳＩＳ
４３は球面継手装置７９に対して球面回転することがで
きる。ハンドル８７を回転させてねじ８９を下方へ移動
させると、ブロック９３にも下方圧力がかかり、それに
件なりて割りＯリングも閉じる。その結果、ＤＳ　Ｉ　
Ｓ４３の頭部４４は球面継手装置７９の中にしっかりと
締め付けられる。
したがって、第１０図に示すリンク機構を使用すること
により、例えば患者の足の上の１点と基準ブロック９と
の間に一定不変の位置関係が形成される。そのため、患
者の足に伝わったいかなる運動も、そのまま基準ブロッ
クにも伝わる０例えば、膝にドリルで穴をあけたり、原
画をのこぎりで切断している時に外科医が患者の足を持
ち上げても、こうしたどんなに小さな動きに対しても基
準面は骨に応じて自由に従動するので、骨に関する基準
面の方位は変動しない、そのため、外科医は外科医療器
具の精度や性能を損なうことなく、いつもの習慣通りに
外科手術を実施できる。
本発明に係る装置はコンピュータ・プログラムのメニュ
ーに従がって操作され、本装置の操作法は各種のメニュ
ーに記載される。以下においては本装置の使用法を示す
メニュー例数例について説明する。
下の第１表に示すメイン・メニューは、穴あけメニュー
、のこ引きメニュー、測定メニュー、各種ステレオタキ
シック・メニューという４種のサブ・メニュー選択項目
に分けられている。
第１表 メニューの選択は、足踏み式スイッチ２１の右側ペダル
を押した後、確認用の左側ペダルを押して行なう。右側
ペダルを１回押すたびに、ポインタは１行ずつ下方へ移
動する。ポインタが希望のメニュー項目に達したら、左
側ペダルを押す。例えば、穴あけメニューという項目を
選択すると、穴あけメニューが表示される。
ここで、下に示す第２表にあるような、穴あけメニュー
を採り上げてみよう。穴あけ作業は、人口／出口点の数
値化、ドリルの取り付け、ドリル・ビットの取り付け、
ドリルによる穴あけという４つの基本段階から成る。第
１および第２段階では、ドリルおよびドリル・ビットの
配置、心合わせ、寸法が決定される。
第２表 数値化段階（第１項目）を実施するには、電気式ゴニオ
メータの自由端７Ａに数値化チップを取り付ける。次に
、数値化チップを基準ブロックの２つの穴３７の中に挿
入して数値化チップの軸線（方向）を確認する検定を行
なう。その場合、数値化チップを２つの穴に挿入するの
で、再現性も確認されることに注目されたい。
次に、希望の入口点に数値化チップの先端を置くことに
より、希望の入口点を数値化する。
希望の出口点も同じようにして数値化する。
電気式ゴニオメーターの自由端７Ａには各種のドリル器
具など、各種の外科医療器具を取り付けられることは、
言うまでもない。そこで自由端７Ａに遭定した穴あけ器
具を取り付ける。
次に、ドリル・ビットに基準ピンを取り付け、基準ブロ
ック９の２つの穴３７の中に挿入する。この場合も、基
準ピンの軸線（方向）ならびに電気式ゴニオメーターに
取り付けるドリルの位置の安全性が再度確認される。ド
リルの軸方向が測定されたら、基準ピンを希望のドリル
・ビットに付け換え、ドリル・ビットを基準ブロック９
の溝３９の中に入れ、基準ブロック９の背面板３３にド
リル・ビットの自由端を押し当てる。これにより、ドリ
ル・ビットの方向と長さが測定される。
第２表の第４項目を選択すると、第１３図に示すように
、穴あけ目標と侵入深さ棒グラブがモニター１９に表示
される。第１３図では侵入深さ棒グラフは９７で示され
ている。目標部位は大きな円形９９で示され、目標部位
の中心１０１は直交直径線、つまり十字線１０３と１０
５の交点として表わされる。
ドリルは２つの図形１０７および１０９によって表わさ
れる。正方形はドリルの先端を表わし、円形１０９はド
リルの軸線に沿ったドリル先端後方の個所、例えばトリ
ル先端から１２０ｍｍ後方の１個所を表わす。深さ棒グ
ラフはドリル・ビットの侵入深さを表わすように縮尺で
表示され、その実寸法は上述の手順で数値化された入口
点と出口点間の距離を表わす。
ドリルで穴あけを開始する際には、正方形１０７の中心
と中心点１０１が合致するまで患者の患部表面上でドリ
ル・ビットを移動させなければならない。次に、円形９
９の中心と正方形１０７の中心が合致するまで、ドリル
の方向を操作する。正方形１０７の中心が中心点１０１
と合致し、円形１０９の中心が正方形１０７の中心と合
致したら、ドリルは正しい位置と正しい方向に配置され
、数値化された入口点から出口点まで進むことができる
ようになる。つまり、第１４図に示す通りになる。
入口穴を形成する表面は、希望侵入軸線に対して鋭角を
成しているのが普通である。そのために、入口点の穴を
あけ始める時に、正しい方向に穴を形成するのが難しく
なる。この点を考慮して、ドリル作業では再基準化方式
を採用できる。つまり、人口点においてはまず不適正な
方向に穴あけを開始し、入口点の表面に対して垂直方向
に約３〜５ｖｎの深さの開始穴を形成する。こうすれば
、ドリルのすべり問題を未然に防止できる。
開始穴を形成し終ったら、第１４図に示す表示になるま
でドリルを希望の穴あけ方向に向は直す。その後は、出
口点に達するまで穴あけ作業を続ける。この方法は、穴
あけ開始時のドリルのすべりによる穴あけ作業の心合わ
せ誤差を補正する？Ｊｌ−で効果的な方式である。
第１表に示すメイン・メニューから第２項目を選択する
と、モーター１９にのこ引きメニューが表示される。こ
ののこ引きメニューは下の第３表に示すとおりである。
第３表 この表から明らかなように、このメニューからは２　ｆ
！ののこ引き方法を選定できる。メニューの第１項目で
は、面の周辺上の３点を選定することによって１つの面
が決定される。第２項目では、所定の軸線に対する垂直
面としての面が決定される。のこ引き作業の用途として
は、脛骨骨切断術から関節形成表面前処理にいたるさま
ざまの用途がある。本出願の装置を使用して器具制御と
数値フィードバックを同時に行なえば、骨切断術に伴な
う多面体問題は簡単かつ効果的に処理できる。
のこ引きメニューから第１項目を選択すると、希望の切
断面の周辺上のいくつかの点を数値化するための指示メ
ツセージがモニター１９の画面上に表示される。穴あけ
作業の場合と同様、これらの点の数値化は基準穴に挿入
した数値化チップの測定の後に行なわれる。次に、これ
ら３点に関する指示メツセージが表示される０次に、こ
の３点から、のこ引きを行なう切断面が決定される。
のこ引きメニューから第２項目を選択すると、希望の面
に対する垂直軸線を限定する２点を数値化するための指
示メツセージが表示される。例えば、脛骨積上の２点を
数値化すると脛骨の軸線に対して垂直なのご引き面が決
定される。のこ引きメニューから第３項目を選択すると
、モニター１９の画面上にいくつかの指示メツセージが
表示され、のこぎりとのこ刃を取り付けて基準ブロック
９の表面３５上に照合させるように、ユーザーに指示す
る。数値化チップを取り付けた場合と同様に、のこ刃の
２つの位置が照合され、つまり１回に片面ずつ照合が行
なわれ、再現性と安全な取り付け方が検査される。
のこ引きメニューから第４項目を選択すると、第１５図
および第１６図に示すようなのこ引き画面が表示される
。のこ引き画面は穴あけ画面と同じような目標部位を示
すが、のこ刃が穴あけ画面上の正方形と円形ではなく、
のこ刃の平らな上面を表わす三角形面１１１として表示
される。円形１１７の中の十字線１１３と１１５は希望
ののこ引き位置を表わし、のこ刃を表わす三角形１１１
の方向は十字線の横線１１５と一致して、のこ刃面では
なく、たった１本の線として表わされる（第１６図に示
す通りである）。この表示により、のこ刃が希望ののこ
引き面と同一面上に平行に配置されていることを確認で
きる。
のこ引き深さ棒グラフｌ’ｌ　９は、のこ刃の最初の入
口点からの侵入深さを表わす。実施例の一つでは、深さ
棒グラフの全寸を１００ｍｍとしている。希望の深さは
測定不能か判明しない場合が極めて多いので、のこ引き
深さの棒グラフは希望の深さの縮尺で表わしているわけ
ではない。
希望ののこ引き面に関するのこ刃の方向は三角形１１１
により図形的に表示され、目標部位に関する３つの表示
値により数値表示される。希望の線から上方または下方
へ（つまり、外科医から遠い方または近い方へ）ののこ
刃の垂直移動方向は円形１１７の中の最上部に表示され
、ピッチは垂直昼勤距離の下に表示され、ロールは横線
１１５の下に表示される。これらの記号により、測定済
み切断面に対比した新しい切断面を精確に限定できる。
骨切断術でよく経験することだが、前の切口に対して特
定の角度をもつ切口を精確に形成できるかどうかが成否
を決する。−殻内な骨切断術を成功させるには、既知の
切断面を３本の軸線で表わせることが不可欠となる。
最初の切断面に対して平行な第２の切断面を形成する場
合は、所定ののこ引き面からのこ引き目標部位上に示す
設定済みの距離りまでのこ刃を上下に移動させれば、の
こぎりの垂直位置を基準化できる。こうした場合には、
横線１１５に対して平行な第２の線１１１Ａが表示され
る。垂直移動表示とともにその数値もＤに変更される。
のこぎりが作動されると、第１の切断面に対して平行な
切断面が第１切断面から距１１ｉＤの位置に形成される
。
第１表のメイン・メニューから第３項目を選択すると、
測定メニューが表示される。この測定メニューは第４表
に示すとおりである。
第４表 測定メニューには、各種の外科手術において一般的に使
用されている一般測定と特殊測定を記載することができ
る。第４表では、点間距離とらせん曲率という２種の測
定が記載されている。測定メニューから第１項目を選択
すると、モニター１９の画面上に点間距離画面が表示さ
れる。この測定方法の第１段階は、穴あけ作業に関して
説明した通り、基準ブロック９の基準穴３７の中に数値
化チップを挿入して数値化チップの検定を行なう段階で
ある。
第１点が数値化されると、（基準ブロック１９の）元の
基準点から現在点（第１点）までのベクトル距離の実測
数値表示がモニター１９の画面上に表示される。足踏み
スイッチ２１の左手部を押すだけでチップの再基準化を
行なえ、その時の数値化チップの現在位置が基準点とな
る。その後、画面には第２点の数値化に関する指示メツ
セージか表示される。
測定メニューの第２項目を選択すると、らせん曲率測定
に関する指示メツセージが画面に表示される。脊柱側前
の弯曲矯正に関する外科手術ではこの測定方式が採用さ
れ、弯曲度と矯正結果に関するデータを外科医に直接フ
ィードバックする。この場合でも、数値化チップを取り
付けて検定を行なう指示メツセージが、まず最初に表示
される。次に、第１７図に示す画面を使用して開始を椎
骨と終了を椎骨を選定し、所定の長さの脊柱に沿って走
査を行なう。
この手順が終了すると、患者の正面と方向かすてに判明
しているので、希望の測定を行なう分節の開始椎骨と終
了椎骨を決めるよう外科医に指示メツセージが表示され
る。特定の分節だけを直接測定するには、脊柱の一部だ
けを露出すればよいので、この段階は不可欠である。開
始椎骨と終了椎骨を指定すると、外科医に脊柱の走査を
続行するよう指示メツセージが表示される。この走査は
、各椎骨体の中心を結んだ線に沿って数値化チップを移
動させて行なう。この走査結果は、第１８図に示すよう
に、脊柱の全体図と数値化点ごとの算定曲率として画面
表示される。列記されている数値は、各椎骨の算定角度
を表わす。
第１図のメイン・メニューから第４項目を選択すると、
ステレオタキシック・メニューが表示される。ステレオ
タキシック・メニューの主な用途は、潜伏性腫瘍などの
非露出部位の位置検出と識別、ならびに油漬器具に関す
る各部位の位置検出である。ステレオタキシック・メニ
ューは第５表に示すとおりである。
第５表 ステレオタキシック・メニューの第１項目を選択すると
、第６表に示すような対象位置検出メニューが表示され
る。
第６表 このメニューは、ＣＡＴ走査などの撮像装置を使って３
次元で認定された隠れた対象の位置を検出するための第
５項目の手順を示すものである。撮像データを収録した
データ・ファイルは、対象位置検出メニューの第１項目
を選択することによって、１売み出される。
対象位置検出メニューの第１項目を選択すると、コンピ
ュータ２３の患者ディスケットから対象ファイルが読み
出される。対象ファイルに収録されている情報は、通常
ＣＡＴ走査またはＭＲＩ走査により収集したもので、患
者の身体の上に付けた３個の所定の放射線不透過性マー
カー（標識）に関する非露出部位の位置を示す情報であ
る。
対象位置検出メニューの第２項目を選択すると、３個の
放射線不透過性標認点を数値化するための指示メツセー
ジが表示されるので、ユーザーは本装置の座標系に関す
る各標認点の方位座標系を定義できる。つまり、上述の
ように読み出された対象ファイルに収録されている情報
が、本装置の座標系に関する新しい方位に変換されるの
である。次に、非露出部位に接近するための人口点を識
別するようユーザーに指示メツセージが表示される。
対象位置検出メニューの第３項目を選択すると、電気式
ゴニオメーター７の自由端７Ａにプローブ・ホルダーを
取り付ける指示メツセージが表示される。さらに、第４
項目を選択すると、プローブ・ホルダーにプローブを取
り付ける指示メツセージが表示される。この場合も、基
準ブロック９の２つの穴３７にプローブを挿入して、プ
ローブの方向と再現性を検定、試験する。
対象位置検出メニューの第５項目を選択すると、モニタ
ー１９の画面上に目標部位画面が表示される。この画面
は第１３図に示す穴あけ目標部位の表示画面と同じよう
なものだが、正方形と円形の目標図形は別々の色になっ
ている。
次に、例えば第１４図に示すように、プローブを操作し
て目標部位画面上の目標図形と十字線の心合わせな行な
う。そうすれば、第１３図の深さ棒グラフ９７で示され
ている深さまで、希望の軸線に沿ってプローブを挿入す
ることができる。目標部位にプローブが達したら、この
処理を終了することができる。
対象位置検出メニューの第６項目を選択すれば、位置検
出器データ・ファイルを作成できる。
第５表にあるステレオタキシック・メニューの第２項目
を選択すると、次の第７表に示すような隠れた穴の位置
検出手順メニューが表示される。
第７表 憾れた大の位置検出は、第２項目で実施する。第１項目
では、例えば末端に十字穴かある。大腿骨固定釘のよう
な整形外科医療部品を使用する前に、第７表のメニュー
から第１項目を選択し、基準部品を使用して穴の方向と
位置を測定する。外科手術が完了したら、第７表のメニ
ューから第２項目を選択し、同じ基準部品を使用して穴
の再測定を行なう。便宜上、穴あけメニューの場合と同
じように、このメニューにもこの穴の穴あけ作業の項目
を記入しておく。
第５表のステレオタキシック・メニュー上の第３項目お
よび下に示す第８表の移植組織方位メニューは、例えば
全関節形成術による前部交換前および手術後の移植組織
の現在位置における骨格特性の測定に必要な位置検出手
順が列記されている。しかしながら、このメニューは特
に−殻内なものであり、先部全体の寛骨臼の表示用とし
て作成されたものである。移植組織の種類ごとにそれぞ
れ特有のプロトコルを作成でき、外科手術および移植組
織の種類を記載したライブラリから各プロトコルを選択
できることは、言うまでもない。例えば、特に骨接合剤
の残留物を除去する場合には、専用ルーチンを使用して
修正手術の特殊属性を考慮することができる。本出願の
装置は、それを使用する分野に応じて学習し、成長でき
るという点で、極めて独創的ｔｔものである。
第８表 第８表から第１項目を選択すると、ＤＳＩｓ部品を使用
する基準治具を取り付けて身体の基準化が実施される。
次に、骨格上の数箇所が数値化される。
外科手術が８植位置の手前まで進むと、基準治具が再数
値化される。この段階は、手術中に発生する患者の身体
の姿勢変化に対応するために実施されるものである。こ
の段階を省けるのは、第１０図に示すように、基準装置
を直接骨に取り付けられる場合に限られる。
第８表から第３項目を選択すると、移植組織を移植でき
る。専用の移植組織ホルダーを使用して、移植組織の方
向付けを行なう。この段階では、第１図に示す電気式ゴ
ニオメーターに関して移植器具の方位を定める。
第８表から第４項目を選択すると、移植組織の方向付け
段階となる。この段階では、第１９図に示すような、モ
ニター１９の表示を使用して移植組織の方向付けを行な
える。表示されている傾斜角度と移動距離の数値を見れ
ば、数値化された元の骨格形態に対する特定の方位が得
られる。
上述のメイン・メニューおよびサブ・メニューは本発明
の装置の操作法を説明するために使用したメニュー例に
すぎないことを、ここであらためて強調する。メイン・
メニューおよびそのサブ・メニューには、実施する外科
手術に応じてさらに多くの項目を付け加えることができ
る。その上、そうした外科手術上の変更事項も考慮して
、これらのメニューに変更を加えることもできる。した
がって、本発明の装置は極めて融通性のあるもので、外
科手術に応じて追加機能や変更を加えることができるも
のと言える。
ここでは特定の実施例について説明したが、それらは本
発明の説明上使用したにすぎず、本発明は、これらの実
施例のみに限定されるものではない。技術上付け加える
ことのできるいかなる変更も、添付の特許請求の範囲に
説明した本発明の範囲を越えるものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る装置と手術台上の患者との関係
を示す斜視図である。 第２図は、可動式直立スタンド、モニターおよび電気式
ゴニオメーターを示す斜視図である。 第３図は、外科医療器具を電気式ゴニオメーターに連結
する１手段を示す概略図である。 第４図は基準ブロックの詳細図である。 第５図、第６図、第７図および第８図は、二重自己割出
しねしくＤＳＩＳ）を患者の骨に取り付ける方法を示す
説明図である。 第８Ａ図はＤＳＩＳの代替部品を示す概略図である。 第９図はＤＳＩＳに連結した第１リンクを示す斜視図で
ある。 第１０図はＤＳＩＳと本装置の基準ブロックを連結する
リンク機構の全体図である。 第１１図は、第９図の刈−Ｍ線による横断面図（軸を取
りはずした場合）である。 第１２図は、第９図の■−■線による横断面図（軸を取
りはずした場合）である。 第１３図と第１４図は、穴あけ作業に使用されるモニタ
ー画面の表示例を示す。 第１５図と第１６図は、のこ引き作業に使用されるモニ
ター画面表示例を示す。 第１７図と第１８図は、らせん曲率測定作業に使用され
るモニター画面表示例を示す。 第１９図は、６植組織配置作業に使用されるモニター画
面表示例を示す。 １・・・本発明に係る装置 ３・・・患者　　　　　　５・・・手術台フ・・・電気
式ゴニオメーター ７Ａ・・・電気式ゴニオメーター７の自由端９・・・基
準ブロック １１・・・つりあいアーム １０．１２・・・つりあいアーム１１の部分１３・・・
直立柱 １５・・・可動式直立スタンド １７・・・モニター支持アーム １９・・・モニター ２１・・・足踏み式スイッチ ２３・・・コンピュータ ２５・・・ローラー ２７・・・無菌遮蔽カバー ２９．３１・・・■形ブロック ３２・・・ピン　　　　　３３・・・背面板３５・・・
基準上面　　　３７・・・基準穴３９・・・■形溝ドリ
ル基準 ４１・・・球面支持体 ４２・・・二重自己割出しねじ（ＤＳＩＳ）４３・・・
円筒形軸部　　４４・・・頭部４５・・・下端中央ねじ ４７．４９・・・下端調心ピン ５１・・・足　　　　　　５３・・・皮膚弁５５・・・
骨 ５７．７１．７３・・・穴 ５９・・・ドリル　　　　６１・・・ドリル案内６３．
６５・・・穴　　　６７・・・案内ピン６９・・・基準
ピン ７５・・・ねじ用ハンドル ７７・・・ＤＳＩＳクランプ ７９・・・球面継手部　　８０・・・開口部８１、Ｂｌ
ａ、Ｂ　ｌ　ｂ　・・・クランプ部材８３・・・横方向
通し穴　８５．８５ｂ・・・軸８７・・・ハンドルある
いはＴ形部材 ８９・・・ねじ ９１．９３・・・Ｖ形ブロック ９５・・・割りＯリング ９７・・・侵入深さ棒グラブ ９９・・・目標部位を示す円形 １０１゛・・・目標部位の中心 １０３・・・十字線の横線 １０５・・・十字線の縦線 １０７・・・ドリル先端を示す正方形 １０９・・・ドリルの所定部を示す円形１１１・・・の
こ刃面を示す三角形 １１１ａ・・・のこ刃面　　　１１３・・・十字線の縦
線１１５・・・十字線の横線 １１７・・・目標部位を示す円形 １４３・・・のこぎり歯付き自己割出しねじの円筒形軸
部 １４５・・・ねじ　　　　　１４７・・・ねじ用開口部
１５０・・・のこぎり歯列 ’）Ｑ’７−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １　外科医が患者の身体部位に外科手術を施こす際に身
    体に差し込む外科医療器具の位置決めを行なうための３
    次元座標系を有するコンピュータ援用外科医療装置であ
    って、上記部位を示す上記患者の身体上の位置と方向を
    、上記装置を使用して上記座標系上で物理的に測定する
    ことにより若しくは外部撮影源または３次元情報源から
    上記装置へ伝送することにより決定し、かつ上記測定ま
    たは伝送によって上記座標系における上記部位の位置と
    方向に関する３次元目標データを決定し この目標データによって外科手術を施こす 部位の位置と方向を特定し、 上記外科医療器具の位置と方向を操作する ための操作手段であって、上記座標系上の上記医療器具
    の位置と方向を検知し、かつ上記医療器具の上記位置と
    方向に比例する３次元の医療器具のデータを生成するた
    めの検知手段を有する操作手段と、 表示手段と、 上記表示手段上に目標表示を行なうために 上記目標データを目標信号に変換する手段 と、 上記表示手段上に上記医療器具の位置と方 向を表示するために上記器具データを医療器具の信号に
    変換する手段と によって構成され、これによって、該医療器具の位置と
    方向の両方を上記目標と合致させるために外科医の上記
    医療器具の操作を案内するコンピュータ援用外科医療装
    置。 ２　上記操作手段が、 取り付け端と器具用取り付け端を有する電 気式ゴニオメーター手段と、 基準ブロックと、 を含んでおり、 上記電気式ゴニオメーター手段が上記基準 ブロックの基準点を中心に回転できるよう に、上記電気式ゴニオメーターの上記取り付け端が上記
    基準点に取り付けられており、 上記外科医療器具が上記電気式ゴニオメー ター手段の上記器具用取り付け端に回転可能なように取
    り付けられている、 請求項１に記載の装置。 ３　上記電気式ゴニオメーター手段と上記医療器具をし
    っかりと連結し、その両者間に一定不変の方位関係を維
    持するために上記電気式ゴニオメーター手段の上記器具
    取り付け端に外科医療器具を取り付ける手段を備えた請
    求項２に記載の装置。 ４　上記基準ブロックが外科医療器具の位置、方向およ
    び長さを測定する器具位置測定手段を有し、 上記器具位置測定手段が、 上記基準点に関して固定した方向と所定の 長さを有する複数の穴と、 上記基準点に関して固定した方向を有する 複数の基準面と、 上記基準点に関して固定した方向を有する １本のＶ形溝ドリル基準と を有している請求項２に記載の装置。 ５　さらに、該装置が １本の取付柱と、 上記取付柱を中心に揺動できるように上記 取付柱に取り付けられている複数の揺動アームとを備え
    、 上記基準ブロックが上記揺動アームを介し て上記取付柱に連結され、 上記基準ブロックが上記取付柱に関して移 動可能である、 請求項２に記載の装置。 ６　さらに、 １本の自己割出しねじと１個の機械的リン ク機構によって構成された上記基準ブロックと患者上の
    １点との間に固定した物理的関係を設ける手段をも備え
    ている請求項５に記載の装置。 ７　上記自己割出しねじが１本の二重自己割出しねじか
    ら成り、二重自己割出しねじが、 １本の細長い円筒形軸部と、 上記円筒形軸部の一端から中心に伸びてい るねじ部と、 上記円筒形軸部の上記一端から伸び、上記 ねじ部と同一線上に並んでいる２本の調心ピンと、 上記円筒形軸部を回転させずに上記ねじ部 のみを回転させる手段と、 によって構成されている請求項６に記載の装置。 ８　上記機械的リンク機構が複数の軸と相互連結した複
    数のクランプ部材によって構成さ れ、 各クランプ部材が上記軸を１本ずつ通す少 なくとも１個の横方向開口部、および上記クランプ部材
    に上記軸を通して締め付けて固定する締め付け手段を有
    している、 請求項７に記載の装置。 ９　１個の球面継手および１個のクランプ部材から成る
    １個の線形球面二重自己割出しねじクランプを介して、
    上記二重自己割出しねじが上記機械的リンク機構に連結
    され、 上記二重自己割出しねじの自由端が上記球 面継手の中に挿入され、 上記機械的リンク機構の１本の軸が上記ク ランプ部材の中に挿入されている、 請求項８に記載の装置。 １０　外科医が患者の身体部位に外科手術を施こす際に
    移植用外科医療器具の位置決めを行なうための、３次元
    座標系を有する、コン ピュータ援用外科医療装置を使用して外科医療器具の位
    置決めを行なう方法であって、 上記部位となる上記患者の身体上の位置と 方向を、上記装置を使用して上記座標系上で物理的に測
    定することにより、若しくは外部撮影源または３次元情
    報源から上記装置へ伝送することにより検出し、 上記測定または伝送により上記部位の位置 と方位に関する３次元目標データを上記座標系上に決定
    し、 これによって、外科手術を施こす上記部位 の位置と方位を識別し、 上記装置が、 上記座標系上の上記医療器具の位置と方向 を検知して上記器具の上記位置と方向に比例する３次元
    の器具データを生成する検知手段を有し、上記外科医療
    器具の位置と方向を操作する操作手段と、 表示手段と、 上記表示手段上に目標表示を行なうために 上記目標データを目標信号に変換する手段 と、 上記表示手段上に上記医療器具の位置と方 向を表示するために上記器具データを器具信号に変換す
    る手段と によって構成され、 これによって、上記医療器具の位置と方向 の両方を上記目標と合致させるために上記外科医の上記
    医療器具の操作を案内し、 上記方法が、 上記表示手段上に複数のサブ・メニューか らなるメイン・メニューを表示する段階と、必要なサブ
    ・メニューを選択する段階と、 上記サブ・メニュー上に表示された手順を 実施する段階と からなる 外科医療器具の位置決めを行なう方法。 １１　穴あけ作業を行うために、上記サブ・メニューと
    して穴あけメニューを含み、上記方法が、 入口点と出口点を数値化する段階と、 上記操作手段上に１本のドリルを取り付け る段階と、 上記ドリルに１本のドリル・ビットを取り 付ける段階と、 穴あけを行なう段階と からなる 請求項１０に記載の方法。 １２　のこ引き作業を行なうために上記サブ・メニュー
    としてのこ引きメニューを含み、上記方法が、 面周辺を数値化する段階と、 上記面に対する垂直線を数値化する段階 と、 上記操作手段上にのこぎりとのこ刃を取り 付ける段階と、 上記面に沿ってのこ引きを行なう段階と からなる 請求項１０に記載の方法。 １３　測定作業を行なうために上記サブ・メニューとし
    て測定メニューを含み、 上記方法が、上記測定メニューのサブ・メ ニューを選択することからなる請求項１０に記載の方法
    。 １４　第１点から第２点までの距離を測定する作業を行
    なうために上記サブ・メニューとして点間距離メニュー
    を含み、上記方法が、 上記２点の一方を数値化する段階と、 上記２点の他方を数値化する段階と、 上記距離を算定する段階と、 からなる請求項１３に記載の方法。 １５　らせん曲率測定作業を行なうために上記サブ・メ
    ニューとしてらせん曲率メニューを含み、上記方法が、 上記表示手段上に患者の背柱の開始椎骨と 終了椎骨を表示し、上記表示手段上に表示された開始椎
    骨と終了椎骨を選択することによって決定された所定の
    長さの患者を柱に沿って走査を行なう段階と、 脊柱全体を画面上に図形表示するとともに 数値化された各点ごとに算定された曲率を表示する段階
    と からなる 請求項１３に記載の方法。 １６　ステレオタキシック作業を行なうために上記サブ
    ・メニューとしてステレオタキシック・メニューを含み
    、上記方法が上記ステレオタキシック・メニューのサブ
    ・サブ・メ ニューを選択することからなる請求項１０に記載の方法
    。 １７　対象位置検出作業を行なうために、上記サブ・サ
    ブ・メニューとして対象位置検出メニューを含み、上記
    方法が、 ＣＡＴ走査などの撮影装置により３次元 データとして得た上記対象に関するデータを提供する段
    階と、 上記データとして、上記患者の身体上の放 射線不透過性標認点３点を提供する段階と、上記データ
    を上記装置の３次元座標系に変 換する段階と、 上記操作手段上にプローブを取り付ける段 階と、 上記対象に上記プローブを配置する段階 と、 上記対象に上記プローブが達した時に提供 されたデータを使って位置検出器ファイルを作成する段
    階と、 からなる請求項１６に記載の方法。 １８　隠れた穴の位置検出作業を行なうために上記サブ
    ・サブ・メニューとして隠れた穴位置検出メニューを含
    み、上記方法が、 整形外科装置を使用する前に、隠れた穴の 位置と方向を測定する段階と、 外科手術を終了した後に、隠れた穴を再検 出する段階と、 からなる請求項１６に記載の方法。 １９　移植組織方位づけ作業を行なうために上記サブ・
    サブ・メニューとして移植組織方向メニューを含み、上
    記方法が、 上記患者に基準治具を取り付け、上記患者 の骨格上の数個点を数値化する段階と、 上記操作手段に取り付けた専用移植組織ホ ルダーに上記移植組織を取り付ける段階と、上記表示手
    段上に表示された画面を使って 上記移植組織を配置する段階と からなる請求項１６に記載の方法。 ２０　上記自己割出しねじとして １本の細長い円筒形軸部と、 上記円筒形軸部の一端から中心に伸びた１ 本のねじと、 上記円筒形軸部の上記一端を形成するのこ ぎり歯列と、 上記円筒形軸部を保持せずに上記ねじだけ を保持する手段と、 によって構成されたのこぎり歯付自己割出しねじを使用
    する請求項６に記載の装置。 ２１　上記機械的リンク機構が複数の軸と相互連結した
    複数のクランプ部材からなり、 各クランプ部材が１本の軸を通す少なくと も１個の横方向穴、および上記クランプ部材に上記軸を
    通してしっかりと締め付ける締め付け手段からなる、 請求項２０に記載の装置。 ２２　１個の球面継手および１個のクランプ部材からな
    る１個の線形球面自己割出しねじクランプを介して、上
    記自己割出しねじが上記機械的リンク機構に連結され、 上記自己割出しねじの自由端が上記球面継 手の中に挿入され、 上記機械的リンク機構の１本の軸が上記ク ランプ部材の中に挿入されている 請求項２１に記載の装置。
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