WO2016162898A1 - 基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置及び人工関節置換術用のガイド器具 - Google Patents

基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置及び人工関節置換術用のガイド器具 Download PDF

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小川　博之
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小川　博之
株式会社イトー医科器械
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/46—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor

Definitions

  • the present invention relates to an auxiliary display device for inserting a hemispherical cup from the side surface of a base material, or for inserting a stem into the base material, and a guide instrument for artificial joint replacement.
  • Hip replacement is the most common surgical procedure for hip joints deformed due to osteoarthritis of the hip, necrosis of the femoral head, trauma, etc., and is the current mainstream.
  • the installation angle and installation position of the femoral stem and pelvic acetabular cup are important, and the accuracy is greatly affected by postoperative complications (such as dislocation) and the durability of the artificial joint.
  • the navigation method irradiates the human body with laser light, infrared rays, or the like from the outside and performs coordinate measurement using the reflection
  • the apparatus configuration such as an output device, a light receiver, and a dedicated program is large and expensive.
  • it since it is a large-scale device, it takes time to sterilize the device itself.
  • it is necessary to fix a dedicated marker to the femur and pelvis, so that the surgical invasion is high and the burden on the human body is large.
  • a CT scan is required to grasp the shape of the pelvis bone, there are many countries where this is not desired. For the reasons described above, navigation is not widespread although it is highly accurate.
  • various computer support devices have been developed and studied. However, they are rarely used due to complicated procedures and time required for preparation.
  • the present invention has a higher accuracy than conventional angle meters and mechanical guides, and has an accuracy equivalent to or better than other surgical support systems, and inserts a hemispherical cup from the side of the base material that is very simple and uses little preparation It is an object of the present invention to provide an auxiliary display device for inserting a stem into a base material and a guide device for artificial joint replacement suitable for the auxiliary display device.
  • the first solving means of the present invention is an auxiliary display device for inserting a hemispherical cup from the side surface of the base material, or for inserting a stem into the base material, the hemispherical cup or the stem,
  • Each of the base material is provided with a marker, the marker is photographed by photographing means, and the hemispherical cup or the stem, and the base material is obtained by calculating the coordinates of the base material.
  • the angle of insertion of the hemispherical cup into the side surface of the lens or the angle of insertion of the stem into the substrate is calculated from the coordinates by the calculation means, and the insertion angle is displayed on the portable display means. .
  • the second solving means is the first solving means, wherein a probe is provided with a marker, the coordinates of the marker of the probe are obtained, a distance between positions designated by the probe is calculated from the coordinates, and the portable It is characterized by displaying on the display means.
  • a third solving means is the first solving means, wherein a cup handle marker is provided on a cup handle provided with a shaft that supports the hemispherical cup in a radial direction from the inside, and is provided on the base material.
  • a shaft is provided between the bearings, a guide marker that is supported on the shaft so that a normal direction is parallel to the direction of gravity, the coordinates of the cup handle marker and the guide marker are acquired, and the acquired coordinates Then, an outward opening angle and a forward opening angle, which are insertion angles of the hemispherical cup with respect to the front surface of the base material, are calculated and displayed on the portable display means.
  • a fourth solution means is the stem solution guide according to the first solution means, comprising a stem support shaft for supporting the stem, and a handle handle marker provided in parallel with a direction in which the stem support shaft extends.
  • a marker is provided in the extending direction of the base material, the coordinates of the handle marker and the marker provided in the extending direction of the base material are obtained, and the stem relative to the base material is obtained from the acquired coordinates.
  • the insertion angle is displayed on the portable display means.
  • the fifth solving means is characterized in that, in any of the first to fourth solving means, the image taken by the photographing means is superimposed and displayed on the portable display means.
  • the sixth solution means according to the third solution means is that the virtual axis extending to the base material side of the cup handle and the virtual image of the hemispherical cup provided on the cup handle are obtained by the photographing means. It is characterized by being displayed superimposed on the photographed images of the base material and the cup handle.
  • a virtual image of the inserted stem can be displayed superimposed on an image of the base material photographed by the photographing means. It is characterized by.
  • An eighth solution is a guide device for artificial joint replacement for specifying a position coordinate by providing a marker, and is arranged in parallel with a line connecting the upper anterior iliac spines.
  • a rotatable guide marker configured to rotate about the axis and whose normal direction coincides with the direction of gravity, and a support movable in the bilateral superior iliac spine direction
  • a cup handle marker is provided on the shaft of the cup handle including a pelvis installation guide having a portion and a shaft for supporting the hemispherical cup in the radial direction from the inside.
  • the ninth solving means includes a crus alignment guide having a crus marker provided on the pelvis side of an axis parallel to the extending direction of the crus, and a stem support shaft for supporting the stem. And a stem handle guide provided with a handle marker parallel to the extending direction of the stem support shaft.
  • the pelvic acetabular cup 1 for an artificial hip joint used in the present invention has a hollow hemispherical shape as shown in FIG. 1A and is made of a material such as titanium.
  • the angle at which the cup 1 is inserted from the side of the pelvis serving as the base is the axis that supports the hemispherical cup in the radial direction from the inside (referred to as the Y axis in FIG. 1) and the center of the sphere.
  • the origin is defined by a rotation angle about two axes orthogonal to the origin (the X axis and the Z axis in FIG. 1).
  • the outward opening angle RI (Radiographic Inclination) is a rotation angle around the Z axis, and defines a horizontal angle when inserted from the side of the pelvis.
  • the front opening angle RA (Radiographic Anteversion) is a rotation angle around the X axis, and defines an angle in a direction intersecting with the pelvis when inserted from the side of the pelvis.
  • the outward opening angle is 0 ° in the spine direction and 90 ° in the direction perpendicular to the spine direction.
  • the front opening angle RA is an angle formed by the plane xz and the axis 21 of the hemispherical cup 1 when the pelvic bone 40 is viewed from the front. In this state, the front opening angle RA is 0 °. And in the state shown in FIG.1 (e), the front opening angle RA will be 90 degrees.
  • APP anterior pelvic plane
  • FPP Fluorescenceal pelvic plane
  • FIG. 2 (a) APP is a plane that passes through the superior iliac spines and pubic nodules of the pelvis and is an anatomical reference plane.
  • FIG. 2B the FPP is a plane that is rotated so that the forward / backward inclination of the APP plane is parallel to the horizontal plane.
  • FPP which is a functional reference plane
  • APP which is an anatomical reference plane
  • the outer opening angle RA and the forward opening angle RI of the hemispherical cup 1 are defined based on any of these planes. Although there is no uniform pointer for these angles, it is desirable to install them within a certain range, and it is generally recommended that the outward opening angle RA is 45 ° and the forward opening angle RI is about 15 °. .
  • the body surface reference point (upper anterior iliac spine 2, pelvic bone 40) It is decided to use the pelvic placement guide 4 standing in 3).
  • the pelvis placement guide 4 includes a beam 5 that is parallel to a line connecting the upper anterior iliac spines 2 and 3 above the upper anterior iliac spines 2 and 3.
  • Two bearings 6 and 7 are provided at the center of the beam 5 so as to face each other.
  • a rotary shaft 8 is provided between the bearings 6 and 7, and a flat plate-shaped pelvis guide marker 9 is provided on the rotary shaft 8.
  • a weight 9a is provided at the center of the lower surface of the pelvis guide marker 9 so that the normal direction of the plane of the pelvis guide marker 9 coincides with the direction of gravity. Further, since the length between the superior anterior iliac spines 2 and 3 varies among individuals, the support portions 10 and 11 of the pelvis placement guide 4 move between the grooves 12 and 13 provided in the longitudinal direction of the beam 5. And can be fixed. As shown in FIG. 3 (b), the pelvic placement guide 4 placed on both upper anterior iliac spines 2 and 3 is inclined and cross-sectional (transverse) around the z-axis of the coronal plane of the pelvis bone 40. plane) is reflected around the y-axis.
  • the beam 5 of the pelvis installation guide 4 becomes parallel to the FPP plane of the pelvis bone 40 which is a base material.
  • a pelvic guide marker 9 that rotates about an axis 8 parallel to the XY plane (the zx plane in FIG. 3B) above the pelvis 40, which is the base material, has a sagittal plane. It reflects the inclination around the x axis, and its normal matches the direction of gravity.
  • the hemispherical cup 1 is supported from the inside of the hemispherical cup 1 by a cup handle 20 having a shaft 21 that supports the cup 1 in the radial direction.
  • a cup handle marker 22 is provided on the shaft 21. As shown in the figure, the cup handle marker 22 is configured such that the axis 21 of the hemispherical cup 1 and the plane of the cup handle marker 22 are parallel to each other.
  • the normal vector (n) of the pelvis guide marker 9 and the vector (h) of the axis 21 of the cup handle marker 22 are acquired based on the image acquired by the imaging means.
  • the outer open angle of the hemispherical cup 1 is obtained by calculating the outer product of the normal vector (n) of the pelvis guide marker 9 and the vector (h) of the axis 21 of the cup handle marker 22 by the calculation means.
  • (RI) can be calculated. Specifically, as shown in FIG. 4B, the outer open angle (RI) can be obtained because it matches the angle formed by the X axis and (n ⁇ h).
  • the forward opening angle (RA) of the cup can be calculated from the angle (inner product) between the normal vector (n) of the pelvis guide marker 9 and the vector (h) of the axis 21 of the cup handle marker 22.
  • These values are displayed on the portable display means MD which is a portable information terminal such as a smartphone or a wearable device.
  • the respective marker coordinates and inclination are acquired by the camera, and the relative angles (RA and RI) of the hemispherical cup 1 with respect to the coordinates of the pelvic marker 9 are calculated and displayed.
  • the hemispherical cup 1 is installed using the displayed angle as an index.
  • FIG. 5 shows a state in which the hemispherical cup of the present invention is actually displayed on an auxiliary display device for inserting into the base material, and a virtual axis extending toward the pelvis bone 40 side that becomes the base material of the cup handle 20.
  • 23 and the virtual image of the hemispherical cup 1 provided on the cup handle 20 are superimposed on the pelvis bone 40 and the cup handle 20, and the outward opening angle RI and the forward opening angle RA are displayed.
  • surgery can be performed while confirming RI and RA even at an angle that cannot be adjusted with a large monitor or the like attached in advance in the operating room.
  • existing display means can be used as the display means, and other guides and the like are small and light, they can be used even in an operating room without large-scale equipment.
  • the femur is positioned in the central axis direction of the hemispherical cup 1 installed on the pelvis bone 40, but the neck portion 42 of the femur 41 is cut as shown in FIG. It is necessary to insert the stem 24 into.
  • the hemispherical cup 1 is inserted into the femur 41 in the axial direction, that is, at an angle formed by the neck shaft 43 and the femoral condyle horizontal axis 44 (anterior twist angle 45).
  • this angle can also be displayed on the screen for surgery. Specifically, as shown in FIG.
  • a crus alignment guide 27 in which a flat crus axis marker 26 is provided at the tip of the bar 25 so as to be perpendicular to the axial direction of the bar 25 is used.
  • the rod-like member 25 of the crus alignment guide 27 is arranged along the tibia ridge 46 from above the skin.
  • a stem 24 is provided at the tip of the crank-shaped member 28, and the stem 24 is installed using a stem handle guide 30 provided with a stem handle marker 29 parallel to the axial direction of the crank-shaped member 28. With the stem handle marker 29 as the coordinate center, the coordinates and inclination of the lower leg axis marker 26 are measured, and the angle (anterior twist angle) of the stem handle guide 30 with respect to the axis of the lower leg bone 47 is measured.
  • the angle between the stem 24 and the axis of the crus 47 when viewed from the axial direction of the femur 41 is measured, and as shown in FIG. 9, an anteversion angle 45 is placed on the portable display means MD. (In FIG. 9, “a: 15 °” is displayed.) Is displayed. In addition, an AR image showing the stem 24 and its axial direction is displayed. Using these as indicators, the stem 24 can be installed while checking the angle and directionality.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a probe 33 having a flat probe marker 32 on the side surface of the pointing rod 31 and a pelvis guide coordinate system.
  • the position coordinates in the coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) defined by the pelvis installation guide 4 at the location touched by the pointing rod 31 of the probe 33 can be acquired.
  • the excavation position (height and depth) of the pelvis bone 40 for installing the hemispherical cup 1, the osteotomy position of the femur 41 and the depth of the stem 24 can be grasped.
  • the probe 33 is used to acquire the coordinates in the coordinate system defined by the pelvic placement guide 4 at the tip, and measure the distances (x-axis, y-axis, z-axis) to obtain a sagittal shape in the pelvis bone 40. Position measurement in plane, coronal plane and cross section is possible.
  • it is possible to easily grasp the installation of the hemispherical cup 1 by marking the excavation position (excavation center, upper excavation edge, front and rear edges) on the pelvis bone 40 in advance. it can.
  • the axis of the femur 41 generally coincides with the y-axis component of the coordinate system defined by the pelvis installation guide 4. By comparing and measuring this, the axial distance of the femur 41 can be measured. By measuring the distance in the femoral axis direction from the greater trochanter fossa, the osteotomy position of the femur can be recognized. Further, when the stem 24 is inserted into the femur 41, the stem 24 depth can be measured by comparing and measuring the axial distance of the femur 41 between the greater trochanter top and the stem 24 top. In addition, the probe extension 33 can be used to measure the amount of leg extension due to a surgical operation.
  • Two points are marked in advance on the pelvis bone 40 and the femur 41 in each state before the osteotomy and after the artificial joint is installed (A and B).
  • the y-axis component CB of the distance AB between the two points is measured, and the leg extension amount is measured by comparing before and after.
  • a program technique capable of displaying a three-dimensional image on a monitor by recognizing the above-described dedicated marker called a marker by a photographing means such as a camera is used.
  • This technique itself is publicly known.
  • the three-dimensional position coordinates and inclination of the marker are acquired, and a three-dimensional image is displayed by computer processing.
  • the photographing means in the present invention is a photographing instrument such as a camera, and the computing means is constituted by a CPU or the like.
  • the portable display means in this invention shall mean portable information terminals, such as a smart phone and a wearable computer.
  • the guide marker 9 is used as the guide marker 9, the lower leg axis marker 26, the stem handle marker 29, and the probe marker 32.
  • the guide marker 9 is used, the normal direction can be acquired.
  • the shape may be flat or spherical. Other markers are not limited to flat ones, and spherical markers can also be used.

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Abstract

　基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置であって、前記半球状カップ又は前記ステムと、前記基材とのそれぞれにマーカを設け、前記マーカを撮影手段により撮影して、前記半球状カップ又は前記ステム、及び、前記基材の座標を演算手段により演算することにより取得し、前記基材の側面への前記半球状カップの挿入角度、或いは、前記基材への前記ステムの挿入角度を前記座標から演算手段により算出し、前記挿入角度を携帯用表示手段に表示することを特徴とする。

Description

基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置及び人工関節置換術用のガイド器具
　本発明は、基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置及び人工関節置換術用のガイド器具に関する。
　変形性股関節症や大腿骨頭壊死、外傷などにより変形した股関節に対する手術治療としては人工股関節置換術が最も一般的であり、現在の主流である。当手術においては、大腿骨ステムと骨盤臼蓋カップの設置角度及び設置位置が重要であり、その精度が術後の合併症（脱臼など）や人工関節の耐久性に大きく影響される。
　人工股関節置換術におけるステム及びカップの設置において、現在主流であるのは、従来からの角度計（機械式）やメカニカルガイド（カップ側）と呼ばれる簡易指標器具を用いた手法である。これらの手法は主観的計測法であり、使用者の視線（角度計を見る方向）や人体の体勢（傾き）などに大きく影響されるため、正確性に欠けていた。
　これらの精度を向上させるために、近年ナビゲーション及びコンピュータ支援装置が開発乃至利用されている（特許文献１参照）。
　しかしながら、ナビゲーション手法は、人体に外部よりレーザー光や赤外線などを照射し、その反射を利用して座標計測を行うため、出力機や受光器、専用プログラムなどの装置構成が大がかりで高額となる。また、大がかりな装置であるため、装置自体の滅菌の作業にも時間がかかる。また、人体の骨における位置座標を取得するためには、専用のマーカを大腿骨及び骨盤に固定する必要があるため、手術侵襲が高く、人体の負担が大きい。また、骨盤骨の形状を把握するためにＣＴスキャンが必要となるため、これを望まない患者が多い国もある。
　上記のような理由から、ナビゲーションは高精度でありながら、ほとんど普及していない。また、ナビゲーション以外にも、様々なコンピュータ支援装置が開発研究されているが、手技が煩雑、あるいは準備に時間がかかるなどとして、ほとんど普及していない。
特開２０１３－１６９３９８号公報
　本発明は、従来からの角度計やメカニカルガイドに比べ高精度かつ、他の手術支援システムと同等以上の精度を持ち、非常に簡便で準備をほとんど使用しない基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置、及び、この補助表示装置に適した人工関節置換術用のガイド器具を提供することを目的とする。
　本発明の第１の解決手段は、基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置であって、前記半球状カップ又は前記ステムと、前記基材とのそれぞれにマーカを設け、前記マーカを撮影手段により撮影して、前記半球状カップ又は前記ステム、及び、前記基材の座標を演算手段により演算することにより取得し、前記基材の側面への前記半球状カップの挿入角度、或いは、前記基材への前記ステムの挿入角度を前記座標から演算手段により算出し、前記挿入角度を携帯用表示手段に表示することを特徴とする。
　また、第２の解決手段は、第１の解決手段において、プローベにマーカを設け、前記プローベのマーカの座標を取得し、前記プローベで指示した位置間の距離を前記座標から算出し、前記携帯用表示手段に表示することを特徴とする。
　また、第３の解決手段は、第１の解決手段において、前記半球状カップを内側から半径方向に支持する軸を備えたカップハンドルに、カップハンドルマーカを設け、前記基材上に設けられた軸受け間に軸を設け、前記軸に法線方向が重力方向と平行となるように軸支されたガイドマーカを設け、前記カップハンドルマーカ及び前記ガイドマーカの座標を取得し、前記取得された座標から、前記基材の正面に対する前記半球状カップの挿入角度となる外方開角及び前方開角を算出し、前記携帯用表示手段に表示することを特徴とする。
　また、第４の解決手段は、第１の解決手段において、前記ステムを支持するためのステム支持軸を備え、前記ステム支持軸の延在する方向と平行にハンドルマーカを備えたステムハンドルガイドと、前記基材の延在する方向にマーカを設け、前記ハンドルマーカ及び前記基材の延在する方向に設けられたマーカの座標を取得し、前記取得された座標から、前記基材に対する前記ステムの挿入角度を前記携帯用表示手段に表示することを特徴とする。
　また、第５の解決手段は、第１乃至第４の何れかの解決手段において、前記携帯用表示手段に、前記撮影手段により撮影された画像を重畳表示することを特徴とする。
　また、第６の解決手段は、第３の解決手段において、前記カップハンドルの前記基材側に延在する仮想軸及び前記カップハンドルに設けられた半球状カップの仮想画像を、前記撮影手段により撮影された前記基材及び前記カップハンドルの画像に重畳して表示することを特徴とする。
　また、第７の解決手段は、第４の解決手段において、前記撮影手段により撮影された前記基材の画像に対して、挿入された前記ステムの仮想画像を重畳して表示できるようにしたことを特徴とする。
　また、第８の解決手段は、マーカを設けることにより位置座標を特定させるための人工関節置換術用のガイド器具であって、両上前腸骨棘間を結ぶ線と平行に配置されることになる軸を備え、前記軸まわりに回転し、且つ、その法線方向が重力方向と一致するように構成された回転可能なガイドマーカと、前記両上前腸骨棘方向に移動可能な支持部を備えた骨盤設置ガイドと、半球状カップを内側から半径方向に支持する軸を備えたカップハンドルの前記軸にカップハンドルマーカを備えたことを特徴とする。
　また、第９の解決手段は、下腿骨の延在方向と平行する軸の骨盤側に設けられることになる下腿骨マーカを備えた下腿骨アライメントガイドと、ステムを支持するためのステム支持軸を備え、前記ステム支持軸の延在する方向と平行にハンドルマーカを備えたステムハンドルガイドとを含むことを特徴とする。
　本発明によれば、従来からの角度計やメカニカルガイドに比べ高精度かつ、他の手術支援システムと同等以上の精度を持ち、非常に簡便な装置とすることができる。
本発明の一実施の形態の半球状カップの説明図 基材の基準面の説明図 本発明の一実施の形態の骨盤設置ガイド及びカップハンドルの説明図 本発明の一実施の形態の外方開角及び前方開角の求め方の説明図 本発明の一実施の形態の携帯用表示手段の表示例を説明するための写真 大腿骨に挿入されるステムの説明図 前捻角の説明図 本発明の第２の実施の形態の説明図 本発明の第２の実施の形態の携帯用表示手段の表示例を示す説明図 本発明の応用例を示す説明図
　本発明において使用される人工股関節用の骨盤臼蓋カップ１は、図１（ａ）に示す通り、中空の半球形状をしており、チタン等の材料から構成されている。このカップ１を基材となる骨盤側方から挿入する角度は、図示される通り、半球状カップを内側から半径方向に支持する軸（図１においてはＹ軸とする。）と球の中心を原点として、これと直交する２軸（図１においてはＸ軸とＺ軸）のそれぞれの軸を中心とした回転角度で規定される。外方開角ＲＩ（Radiographic Inclination）は、Ｚ軸を中心とした回転角度であり、骨盤の側方からの挿入時に水平方向の角度を規定する。前方開角ＲＡ（Radiographic Anteversion）は、Ｘ軸を中心とした回転角度であり、骨盤の側方からの挿入時に骨盤と交わる方向の角度を規定する。
　次に、基材となる骨盤骨４０を正面から見た図１（ｂ）を参照して説明する。ｘｚ平面内において規定される骨盤骨４０への半球状カップ１の挿入角度（半球状カップ１の半径方向である軸２１の方向）が外方開角ＲＩである。背骨方向をｚ軸として外方開角は背骨方向が０°であり、背骨方向と直交する方向が９０°となる。
　次に、前方開角ＲＡは、図１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、骨盤骨４０を正面から見て平面ｘｚと、半球状カップ１の軸２１とが成す角度であり、図示した状態では前方開角ＲＡは０°となる。そして、図１（ｅ）で示す状態では前方開角ＲＡは９０°となる。
　上記角度は基材となる骨盤の基準面に対するもので、この基準面について、図２を参照して説明する。
　骨盤基準面としては、ＡＰＰ（Anterior pelvic plane）とＦＰＰ（Functional pelvic plane）という２つの基準面が一般的にある。ＡＰＰは、図２（ａ）に示す通り、骨盤の両上前腸骨棘と恥骨結節を通る平面であり解剖学的な基準面である。ＦＰＰは、図２（ｂ）に示す通り、ＡＰＰ平面の前後傾を水平面と平行になるように回転した平面である。
　骨盤の前後傾は個人差が大きいため、半球状カップ１の挿入に際して一般的には、解剖学的な基準面であるＡＰＰよりも機能的な基準面であるＦＰＰが推奨されている。これらの平面の何れかを基準として、半球状カップ１の外方開角ＲＡ及び前方開角ＲＩを規定する。これらの角度の統一された指針等はないが、ある程度の範囲において設置することが望ましいとされ、一般的に外方開角度ＲＡは４５°、前方開角ＲＩは１５°程度として推奨されている。
　上記骨盤基準面を決めるために、本発明では、骨への影響を避けるために、図３（ａ）に示すように、人体の体表参照点（骨盤骨４０の上前腸骨棘２，３）に立設される骨盤設置ガイド４を使用することにしている。骨盤設置ガイド４は、上前腸骨棘２，３上方に上前腸骨棘２，３間を結ぶ線と平行となる梁５を備えている。梁５の中央部には対向するように２枚の軸受け６，７が設けられる。この軸受け６，７間に回転軸８を設けて、この回転軸８に平板状の骨盤ガイドマーカ９を設けた。尚、骨盤ガイドマーカ９の下面の中央部には錘９ａが設けられており、骨盤ガイドマーカ９平面の法線方向が重力方向と一致するようにしている。また、上前腸骨棘２，３間の長さは個体差があるため、骨盤設置ガイド４の支持部１０，１１は、梁５の長手方向に設けられた溝１２，１３間を移動して固定できるように構成される。
　両上前腸骨棘２，３に設置された骨盤設置ガイド４は、図３（ｂ）に示すように、骨盤骨４０の冠状面（Coronal plane）のｚ軸周りの傾斜及び横断面（Transverse plane）のｙ軸周りの傾斜を反映している。これにより、骨盤設置ガイド４の梁５は、基材である骨盤骨４０のＦＰＰ平面と平行になる。
　この基材である骨盤４０の上方でＸ－Ｙ平面（図３（ｂ）ではｚ－ｘ平面）と平行な軸８を中心に回転する骨盤ガイドマーカ９は、矢状面（Sagittal plane）のｘ軸周りの傾斜を反映しており、その法線が重力方向と一致する。
　半球状カップ１は、半球状カップ１の内側から同カップ１を半径方向に支持する軸２１を備えたカップハンドル２０により支持される。前記軸２１には、カップハンドルマーカ２２が設けられる。カップハンドルマーカ２２は図示のように、半球状のカップ１の軸２１とカップハンドルマーカ２２の平面とが平行になるように構成されている。
　骨盤ガイドマーカ９の法線ベクトル（ｎ）と、カップハンドルマーカ２２の軸２１のベクトル（ｈ）とを、撮影手段により取得した画像を基準に取得する。
　図４に示すように、骨盤ガイドマーカ９の法線ベクトル（ｎ）とカップハンドルマーカ２２の軸２１のベクトル（ｈ）の外積を演算手段により求めることで、半球状カップ１の外方開角（ＲＩ）が計算できる。詳細には、図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸と（ｎ・ｈ）とが成す角度に一致するので外方開角（ＲＩ）を求めることができる。
　また、骨盤ガイドマーカ９の法線ベクトル（ｎ）とカップハンドルマーカ２２の軸２１のベクトル（ｈ）との角度（内積）からカップの前方開角（ＲＡ）が計算できる。
　これらの値を、スマートフォンやウェアラブルデバイス等の携帯用情報端末である携帯用表示手段ＭＤ上に表示する。カメラでそれぞれのマーカ座標・傾きを取得し、骨盤マーカ９の座標に対する半球状カップ１の相対角度（ＲＡ及びＲＩ）を計算・表示する。表示された角度を指標として、半球状カップ１の設置を行う。
　図５では、実際に本発明の半球状カップを基材に挿入するための補助表示装置に表示した状態を示すもので、カップハンドル２０の基材となる骨盤骨４０側に延在する仮想軸２３及びカップハンドル２０に設けられた半球状カップ１の仮想画像を、骨盤骨４０及びカップハンドル２０に重畳して表示し、且つ、外方開角ＲＩ及び前方開角ＲＡを表示している。
　このように予め手術室内に取り付けられた大型のモニタ等では調整できないようなアングルでも、ＲＩやＲＡを確認しながら手術を行うことができる。また、表示手段としては既存のものを利用でき、その他のガイド等も小型で軽量であるので、大掛かりな設備のない手術室でも利用することができる。
　次に、骨盤骨４０に設置された半球状カップ１の中心軸方向には、大腿骨が位置するようになるが、図６に示すように大腿骨４１の頸部４２を切断して骨幹方向にステム２４を挿入する必要がある。その際に、図７に示すように、半球状カップ１の軸方向、即ち、頸部軸４３と大腿骨顆部横軸４４とが成す角度（前捻角４５）で、大腿骨４１に挿入する必要がある。
　本発明の補助表示装置では、この角度も画面上に表示して確認をしながら手術を行うことができる。具体的には、図８に示すように、棒状部材２５の先端部に棒状部材２５の軸方向と垂直になるように平板状の下腿軸マーカ２６を設けた下腿骨アライメントガイド２７を使用する。この下腿骨アライメントガイド２７の棒状部材２５を皮膚の上から脛骨稜４６に沿わせて配置する。
　そして、クランク状部材２８の先端部にステム２４が設けられ、クランク状部材２８の軸方向と平行にステムハンドルマーカ２９を設けたステムハンドルガイド３０を使用してステム２４の設置を行う。ステムハンドルマーカ２９を座標中心として、下腿軸マーカ２６の座標及び傾きを計測し、下腿骨４７の軸に対するステムハンドルガイド３０の角度（前捻角）を計測する。図７に示すように大腿骨４１の軸方向から見た際のステム２４と下腿骨４７の軸との角度を計測し、図９に示すように、携帯用表示手段ＭＤ上に前捻角４５（図９では、「ａ：１５°」と表示している。）を表示する。また、ステム２４やその軸方向を示すＡＲ映像を表示する。これらを指標とし、角度や方向性を確認しながらステム２４の設置を行うことができる。
　図１０は、指示棒３１の側面に平板状のプローベ用マーカ３２を備えたプローベ３３と、骨盤ガイド座標系を説明するための図である。プローベ３３の指示棒３１でタッチした箇所の骨盤設置ガイド４で規定される座標系（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）における位置座標を取得することができる。
　この座標を用いて、半球状カップ１を設置するための骨盤骨４０の掘削位置（高さや深さ）、大腿骨４１の骨切り位置やステム２４の深度を把握することができる。
　プローベ３３を用いて、その先端部の骨盤設置ガイド４で規定される座標系における座標を取得し、それぞれの距離（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）を計測することで骨盤骨４０における矢状面、冠状面及び横断面における位置計測ができる。
　また、半球状カップ１を設置する際に、その掘削位置（掘削中心や掘削上縁、前後縁）をあらかじめ骨盤骨４０にマーキングすることで、半球状カップ１の設置を容易に把握することができる。
　また、大腿骨４１をベッドに水平に置いたとき、大腿骨４１の軸はおおむね、骨盤設置ガイド４で規定される座標系のｙ軸成分と一致する。これを比較計測することで、大腿骨４１の軸方向の距離を計測することができる。大転子窩からの大腿骨軸方向の距離を計測することで、大腿骨の骨切り位置を認識できる。
　また、大腿骨４１にステム２４を挿入した際に、大転子頂部とステム２４頂部との大腿骨４１の軸方向距離を比較計測することで、ステム２４深度が計測できる。
　また、プローベ３３を用いて、手術操作による脚延長量を計測可能である。骨切り前及び人工関節設置後それぞれの状態において、骨盤骨４０及び大腿骨４１に予め２点をマークする（Ａ及びＢ）。２点間距離ＡＢのｙ軸成分ＣＢを計測し、前後で比較することで脚延長量を計測する。
　本発明では、上記説明したマーカと呼ばれる専用の標識をカメラ等の撮影手段で認識することで、モニタ上に３次元映像を表示することができるプログラム技術を使用する。この技術自体は公知のものであり、具体的には、マーカの３次元的な位置座標や傾きを取得し、コンピュータ処理により、３次元映像を表示する。
　本発明における撮影手段は、カメラ等の撮影器具であり、演算手段はＣＰＵ等により構成される。また、本発明における携帯用表示手段は、スマートフォンやウェアラブルコンピューター等の携帯用情報端末をいうものとする。
　また、本発明では、スマートフォンやウェアラブルコンピュータ等の携帯用情報端末で、撮影手段や演算手段を備えるものであれば、１つの携帯用情報端末で実施することができる。
　尚、上記説明した実施の形態では、ガイドマーカ９、下腿軸マーカ２６、ステムハンドルマーカ２９、プローベ用マーカ３２として平板状のものを使用したが、ガイドマーカ９であれば法線方向を取得できるのであれば、形状は、平板状、球状等を問わない。その他のマーカについても平板状のものに限定されるものではなく、球状等のマーカも使用することができる。
　　１　骨盤臼蓋カップ（半球状カップ）
　　２　両上前腸骨棘
　　３　両上前腸骨棘
　　４　骨盤設置ガイド
　　５　梁
　　６　軸受け
　　７　軸受け
　　８　回転軸
　　９　ガイドマーカ
　　９ａ錘
　１０　支持部
　１１　支持部
　１２　溝
　１３　溝
　２０　カップハンドル
　２１　軸（半球状カップを支持する）
　２２　カップハンドルマーカ
　２３　仮想軸
　２４　ステム
　２５　棒状部材
　２６　下腿軸マーカ
　２７　下腿骨アライメントガイド
　２８　クランク状部材
　２９　ステムハンドルマーカ
　３０　ステムハンドルガイド
　３１　指示棒
　３２　プローベ用マーカ
　３３　プローベ
　４０　骨盤骨
　４１　大腿骨
　４２　頸部
　４３　頸部軸
　４４　大腿骨顆部横軸
　４５　前捻角
　４６　脛骨稜
　４７　下腿骨
　ＭＤ　携帯用表示手段

Claims (9)

  1. 　基材の側面から半球状カップを挿入するため、或いは、基材にステムを挿入するための補助表示装置であって、
    　前記半球状カップ又は前記ステムと、前記基材とのそれぞれにマーカを設け、
    　前記マーカを撮影手段により撮影して、前記半球状カップ又は前記ステム、及び、前記基材の座標を演算手段により演算することにより取得し、
    　前記基材の側面への前記半球状カップの挿入角度、或いは、前記基材への前記ステムの挿入角度を前記座標から演算手段により算出し、
    　前記挿入角度を携帯用表示手段に表示することを特徴とする補助表示装置。
  2. 　プローベにマーカを設け、前記プローベのマーカの座標を取得し、前記プローベで指示した位置間の距離を前記座標から算出し、前記携帯用表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載の補助表示装置。
  3. 　前記半球状カップを内側から半径方向に支持する軸を備えたカップハンドルに、カップハンドルマーカを設け、
    　前記基材上に設けられた軸受け間に軸を設け、前記軸に法線方向が重力方向と平行となるように軸支されたガイドマーカを設け、
    　前記カップハンドルマーカ及び前記ガイドマーカの座標を取得し、
    　前記取得された座標から、前記基材の正面に対する前記半球状カップの挿入角度となる外方開角及び前方開角を算出し、前記携帯用表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載の補助表示装置。
  4. 　前記ステムを支持するためのステム支持軸を備え、前記ステム支持軸の延在する方向と平行にハンドルマーカを備えたステムハンドルガイドと、前記基材の延在する方向にマーカを設け、
    　前記ハンドルマーカ及び前記基材の延在する方向に設けられたマーカの座標を取得し、
    　前記取得された座標から、前記基材に対する前記ステムの挿入角度を前記携帯用表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載の補助表示装置。
  5. 　前記携帯用表示手段に、前記撮影手段により撮影された画像を重畳表示することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の補助表示装置。
  6. 　前記カップハンドルの前記基材側に延在する仮想軸及び前記カップハンドルに設けられた半球状カップの仮想画像を、前記撮影手段により撮影された前記基材及び前記カップハンドルの画像に重畳して表示することを特徴とする請求項３に記載の補助表示装置。
  7. 　前記撮影手段により撮影された前記基材の画像に対して、挿入された前記ステムの仮想画像を重畳して表示できるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の補助表示装置。
  8. 　マーカを設けることにより位置座標を特定させるための人工関節置換術用のガイド器具であって、
    　両上前腸骨棘間を結ぶ線と平行に配置されることになる軸を備え、前記軸まわりに回転し、且つ、その法線方向が重力方向と一致するように構成された回転可能なガイドマーカと、前記両上前腸骨棘方向に移動可能な支持部を備えた骨盤設置ガイドと、
    　半球状カップを内側から半径方向に支持する軸を備えたカップハンドルの前記軸にカップハンドルマーカを備えたことを特徴とする人工関節置換術用のガイド器具。
  9. 　下腿骨の延在方向と平行する軸の骨盤側に設けられることになる下腿骨マーカを備えた下腿骨アライメントガイドと、
    　ステムを支持するためのステム支持軸を備え、前記ステム支持軸の延在する方向と平行にハンドルマーカを備えたステムハンドルガイドとを含むことを特徴とする人工関節置換術用のガイド器具。
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