WO2018158962A1 - 取付位置確認部材、骨切断補助キット、及び位置検出プログラム - Google Patents

取付位置確認部材、骨切断補助キット、及び位置検出プログラム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an attachment position confirmation member, a bone cutting assistance kit, and a position detection program that are used when a bone deformed by a fracture or the like is corrected by cutting or drilling.
  • the bone treatment assisting member can accurately cut a bone deformed into an abnormal mode at a target position and divide it into each bone fragment, and reliably secure each bone fragment obtained by the cutting at a position constituting a bone in a normal mode. It is intended to be movable.
  • the bone treatment assisting member has a fitting surface that fits the surface of the bone to be treated, and the bone treatment assisting member is attached at a position where the fitting surface matches the shape of the bone surface.
  • the auxiliary member is attached at a position corresponding to the cut surface.
  • the bone treatment auxiliary member is attached to the target position of the bone by the rod sticking into a feature point in the bone to be treated. You can confirm that.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and it is possible to determine how accurately the bone treatment auxiliary member is attached to the target position in the bone to be treated while reducing the influence on the bone.
  • the purpose is to enable grasping with a small workload.
  • An attachment position confirmation member is attached to a bone treatment auxiliary member used for assisting treatment such as bone cutting or drilling, and is used for confirming the attachment position of the bone treatment auxiliary member with respect to the bone
  • a position confirmation member A feature point indicating rod in which a tip is applied to a feature point that is a predetermined specific portion of the bone;
  • a rod support member that supports the feature point indicating rod in a posture in which a tip portion thereof can point to the feature point of the bone, and a shape extending in a long shape from the rod support member, and differing in the extending direction.
  • a rod support having a long member having a plurality of scales at a position;
  • a second support member that supports the rod support portion movably in the extending direction in a state of being attached to the bone treatment auxiliary member attached to the bone, and indicates one of the plurality of scales. .
  • the bone cutting assist kit is a bone cutting assist kit having the attachment position confirmation member and a bone treatment assisting member
  • the bone treatment auxiliary member is A cutting slit that is formed at a position corresponding to a cutting surface on which the cutting division is performed and guides a cutting jig toward the cutting surface in a state where the bone treatment auxiliary member is attached to the surface of the bone; , In a state where the bone treatment auxiliary member is attached to the surface of the bone, the first rod to be inserted into the bone is positioned in a normal manner with respect to each bone fragment obtained by cutting the bone at the cutting surface. A guide hole that guides the first rods stabbed into the bone fragments in a posture that is in a predetermined positional relationship, An attachment portion to which the second support member of the attachment position confirmation member is attached.
  • the position detection program acquires three-dimensional data of a bone to be treated, and based on the acquired three-dimensional data, a three-dimensional bone model representing the bone to be treated
  • a bone model creation unit for creating A bone fragment model in which a cutting plane for correction is set with respect to the bone model and the bone model is cut at the cutting plane, and a target bone model indicating a bone targeted for correction of the bone to be treated
  • a bone fragment model creation unit for creating each bone fragment model that can be moved or rotated to a target correction position that approximates
  • a first rod model position calculator that calculates the position of each first rod model in the case of A cutting slit formed at a position corresponding to the cutting surface and guiding a cutting jig toward the cutting surface, and the first rod model formed at the calculated position of the first rod model can be inserted.
  • a bone treatment assisting member model position calculating unit for calculating a position at which a bone treatment assisting member model indicating a bone treatment assisting member having a guide hole is attached to the bone model;
  • the rod support portion model in a state of supporting the feature point indicating rod model in a state where the tip portion is assigned to the feature point which is a predetermined specific portion in the bone model is attached to the bone model.
  • the computer functions as a position detection unit that detects the distance to the bone treatment auxiliary member model attached to the position.
  • the present invention it is possible to grasp how accurately the bone treatment auxiliary member is attached to the target position in the bone to be treated with a small work load while reducing the influence on the bone. Become.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the bone treatment assistance member with which the bone cutting assistance kit which concerns on one Embodiment of this invention is equipped. It is a perspective view which shows the fitting surface side of the back surface of a bone treatment auxiliary member. It is a perspective view which shows the bone used as treatment object. It is a perspective view which shows the state which cut
  • FIG. 1A is a perspective view showing a bone treatment assisting member provided in a bone cutting assisting kit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a perspective view showing the fitting surface side of the back surface of the bone treatment auxiliary member.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a bone to be treated.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a bone to be treated is cut and divided into bone fragments.
  • the bone cutting assist kit includes a bone treatment assisting member 1 and an attachment position confirmation member 3 (FIG. 4).
  • the bone treatment assisting member 1 is a bone treatment assisting member used for cutting and dividing the bone B deformed into an abnormal form at a predetermined cut surface.
  • the bone treatment assisting member according to the present invention is not intended to be limited to the bone treatment assisting member, and the bone treatment assisting member according to the present invention includes an assisting member used when drilling or inserting a K-wire into the bone. Is also included.
  • the bone B is cut and divided by the bone treatment assisting member 1 to form bone fragments BP1 and BP2.
  • the bone treatment assisting member 1 is created by rapid prototyping such as stereolithography, a 3D printer, or the like based on three-dimensional three-dimensional model data created and output by a bone treatment assisting member creation program described later.
  • the bone treatment auxiliary member 1 is made of, for example, a resin.
  • the bone treatment auxiliary member 1 includes a main body 11, a fitting surface 12, cutting slits 131 and 132, and a first guide hole 15.
  • the main body 11 is formed in a shape along the shape of the surface of the bone to be treated.
  • a fitting surface 12 is formed on a side surface of the main body 11 that faces the bone B to be treated (a surface on the back side of the main body 11 shown in FIG. 1).
  • the fitting surface 12 has a shape that matches the surface shape of the bone B.
  • the fitting surface 12 is formed based on the three-dimensional three-dimensional data of the bone B obtained by photographing the bone B with CT or the like.
  • Any device can be used as a device for acquiring the three-dimensional three-dimensional data of the bone B as long as a three-dimensional model of the object can be obtained.
  • means such as a CCD camera, an optical camera, X-ray photography, CT, and MRI (magnetic resonance image) can be used. However, it is not limited to these.
  • the slits 131 and 132 for cutting use a predetermined cutting tool when the fitting surface is fitted to the surface of the bone and the bone treatment auxiliary member 1 is attached to the bone B. It is a slit to guide toward the surface.
  • the slits 131 and 132 for cutting are formed in the side surface part (surface part) of the main body 11.
  • the cutting jig is an electric saw or the like.
  • the cut surface is, for example, a flat surface, and is specified by a position on the surface of the bone B and an angle with respect to the surface of the bone B. This cut surface is set in advance by the operator before the operation of the bone B to be treated.
  • the slits 131 and 132 for cutting are made into a shape which can insert the tooth
  • Each of the cutting slits 131 and 132 guides the teeth of an electric saw, which is a cutting jig, to the cutting surface specified by the position and angle with respect to the bone B.
  • the first guide hole 15 is a first rod to be inserted into the bone B when the fitting surface is fitted to the surface of the bone and the bone treatment auxiliary member 1 is attached to the bone B. (Illustration will be described later) is shaped to guide to a predetermined piercing position.
  • the first rod is made of, for example, a metal that can be inserted by being pierced into a bone with a sharpened tip.
  • the first rod has the same diameter as the first guide hole 15 or a slightly smaller diameter.
  • the first guide hole 15 has convex portions 151 to 156 extending in the path through which the first rod passes when the first rod is inserted into the bone B.
  • the first rods pierced by the bone fragments BP1 and BP2 are set to positions that have a predetermined positional relationship (an example is shown in FIG. 20 described later). That is, the first guide hole 15 has a first rod inserted into a bone when the fitting surface is fitted to the surface of the bone and the bone treatment auxiliary member 1 is attached to the bone B. After correcting each bone fragment obtained by cutting the bone at the cut surface to a normal positional relationship, the first rods pierced by the bone fragments have the predetermined positional relationship. Guide with posture.
  • the convex portions 151 to 156 of the first guide hole 15 are formed so as to protrude from the side surface portion 11 in a direction in which the first rod can be guided in the posture.
  • three first guide holes 15 are provided in the main body 11 for the bone piece BP1 in order to pierce the bone piece BP1 with the three first rods and insert the three first rods into the bone piece BP2. Is formed.
  • three first guide holes 15 are formed in the main body 11 for the bone fragment BP2.
  • the number of first guide holes 15 formed for each bone fragment BP1, BP2 is not particularly limited.
  • the attachment position confirmation member 3 includes a first rod 31, a rod support portion 32, and a second support member 33.
  • the first rod 31 is a rod whose tip is assigned to a feature point V that is a predetermined specific portion of the bone B.
  • the feature point V is a part of the bone B determined in advance by the operator.
  • the surgeon determines, as a feature point V, a target portion to which the tip of the first rod 31 is applied in the bone B before the operation.
  • a shape portion that is easily recognized by the operator in the bone B is selected.
  • the feature point V is preferably the tip of the stalk process, the intrahumeral epicondyle, or the like.
  • the feature point V is an anatomical name that is characteristic of bones that any human being has such as the styloid process in the case of the ulna and radius, and the medial epicondyle in the case of the humerus. It is a point of shape.
  • the feature point V does not indicate the shape of each patient.
  • a location that is characteristic in shape and easy to be a landmark as position information in the bone is defined as the feature point V.
  • the feature point V indicates that the distal end of the first rod 31 has reached and pointed to the feature point V, and the bone treatment auxiliary member 1 is arranged at a planned position with respect to the bone B to be treated. Used by the surgeon to confirm that
  • the rod support part 32 includes a rod support member 321 and a long member 322.
  • the rod support member 321 is formed with a cylindrical hollow 325 penetrating the inside.
  • the hollow 325 has the same diameter as the first rod 31 or a slightly larger diameter.
  • the first rod 31 has the same diameter as the hollow 325 or a slightly smaller diameter.
  • the hollow 325 is formed in a shape that allows the first rod 31 to be inserted when the first rod 31 is inserted.
  • the rod support portion 32 holds the first rod 31 in a state where the tip end portion of the first rod 31 is exposed from the rod support member 321 in a state where the first rod 31 is inserted into the hollow 325 and penetrated. In this state, the exposed tip of the first rod 31 can be directed to the feature point V of the bone B. That is, the rod support member 321 supports the first rod 31 so that the distal end of the first rod 31 faces the feature point V of the bone B so that it can be inserted and removed.
  • the end portion 3211 of the rod support member 321 exposes the tip end portion of the first rod 31 and is disposed to face the feature point V of the bone B, and has a tapered shape as shown in FIG.
  • the tapered shape of the end portion 3211 makes it easy for the operator to identify the distal end portion of the first rod 31 exposed from the rod support member 321.
  • the long member 322 has a shape extending in a long shape from the rod support member 321.
  • the long member 322 is coupled to the rod support member 321 and extends, for example, in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the rod support member 321.
  • the long member 322 is provided with a plurality of scales M in the extending direction.
  • As the scale M a plurality of scales M1 to M5 are provided at regular intervals in the extending direction.
  • the scales M1 to M5 are formed in the long member 322 by cutting or the like. Note that the number of the scales is not particularly limited.
  • the second support member 33 supports the long member 322 of the rod support portion 32 so as to be movable in the extending direction.
  • the second support member 33 includes, for example, a rectangular parallelepiped main body 331 and a support portion 332 that receives and supports the long member 322 of the rod support portion 32.
  • the rectangular parallelepiped main body 331 is provided integrally with the support portion 332.
  • the width dimension W of the main body 331 is a distance between the outer edge portion of the convex portion 151 and the outer edge portion of the convex portion 153 of the bone treatment auxiliary member 1.
  • a concave portion 3312 is formed in the side surface portion 3311 of the main body 331.
  • the concave portion 3312 has the same size as the diameter of the convex portion 152 of the first guide hole 15 and has a size that allows the convex portion 152 to be fitted therein.
  • the main body 331 can be fitted between the convex portion 151 and the convex portion 153 in a state where the convex portion 152 is fitted in the concave portion 3312.
  • the second support member 33 is fixed to the main body 11 of the bone treatment auxiliary member 1 by fitting the concave portion 3312 and the convex portion 152 and fitting the main body 331 to the convex portions 151 and 153.
  • the support portion 332 has a protruding portion 3321 and a through hole 3322.
  • the support portion 332 is provided on the outer surface 3313 side of the main body 331.
  • the protrusion 3321 and the through hole 3322 extend in the width W direction.
  • a through hole 3322 is formed in the main body 331 so as to extend in the width W direction.
  • the internal shape of the through-hole 3322 is the same size as the outer shape of the long member 322 of the rod support portion 32, and has a size that allows the long member 322 to be fitted in a state in which the long member 322 can move in the width W direction. Has been.
  • the scales M1 to M5 provided on the long member 322 are formed to extend in a direction orthogonal to the extending direction, and are provided in parallel with the upper edge portion 3321A of the protruding portion 3321.
  • the position of the upper edge portion 3321A can be made to coincide with any of the scales M1 to M5. That is, the upper edge portion 3321A of the protruding portion 3321 of the support portion 332 indicates one of the scales M1 to M5.
  • the surgeon determines the above-described feature point V as a part of the bone B that is attached to the tip of the first rod 31 supported by the rod support member 321 before the operation.
  • the bone treatment assisting member 1 is attached to the bone B in a state where the fitting surface 12 matches the surface of the bone B.
  • the attachment position confirmation member 3 is a bone treatment auxiliary member in which the second support member 33 is attached to the bone B in this manner by fitting the concave portion 3312 and the convex portion 152 and fitting the main body 331 to the convex portions 151 and 153. 1 is fixed to the main body 11.
  • the long member 322 of the rod support portion 32 is inserted into the through hole 3322 of the second support member 33 fixed to the bone treatment auxiliary member 1 as described above and is supported by the second support member 33. . Then, during the operation, the surgeon moves the position of the elongated member 322 relative to the support portion 332 so that the distal end portion of the first rod 31 points to the feature point V while being supported by the rod support portion 32. The amount by which the long member 322 enters the second support member 33 is adjusted. When adjusted in this way, the upper edge portion 3321A of the protruding portion 3321 can indicate any of the scales M1 to M5.
  • the bone pieces BP1 and BP2 pierced by the first rod are moved, and the first rod pierced by one bone piece and the first rod pierced by the other bone piece are determined in advance.
  • the surgeon can visually confirm that the obtained positional relationship is reached (details will be described later), it can be determined that the bone fragments BP1 and BP2 are at the target correction position. .
  • the bone treatment auxiliary member creation program used for manufacturing the bone treatment auxiliary member 1 will be described.
  • the bone treatment assisting member 1 is created by rapid prototyping such as stereolithography using the three-dimensional three-dimensional model data created and output by the bone treatment assisting member creating program.
  • the bone treatment auxiliary member creating program is used by being installed in the information processing apparatus.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an information processing apparatus in which a bone treatment auxiliary member creating program is installed.
  • the information processing apparatus 10 includes a control unit 100, a ROM 110, a RAM 111, a memory 113, a display unit 114, a communication interface 115, an input unit 116, and an HDD 117. These units can transmit / receive data or signals to / from each other via a CPU bus.
  • the control unit 100 includes a CPU and the like.
  • the ROM 110 stores an operation program for basic operations of the information processing apparatus 10.
  • the RAM 111 is used as an operation area for the control unit 100.
  • the memory 113 is a storage medium for storing data such as three-dimensional 3D model data sent from the imaging apparatus for creating the bone treatment auxiliary member 1.
  • HDD 117 is a storage area in which the bone treatment auxiliary member creation program is installed.
  • the control unit 100 includes a control unit 101, a bone model creation unit 102, a first rod model position calculation unit 103, a bone fragment model creation unit 104, a position detection unit 106, and a bone treatment auxiliary member model creation unit 107. And a creation data output unit 108.
  • the control unit 100 operates in accordance with the bone treatment auxiliary member creation program installed in the HDD 117, so that the control unit 101, the bone model creation unit 102, the first rod model position calculation unit 103, and the bone It functions as a one-model creation unit 104, a position detection unit 106, a bone treatment auxiliary member model creation unit 107, and a creation data output unit 108, and includes these units.
  • control unit 101 the bone model creation unit 102, the first rod model position calculation unit 103, the bone fragment model creation unit 104, the position detection unit 106, the bone treatment auxiliary member model creation unit 107, and the creation
  • the data output unit 108 may be configured by a hard circuit, regardless of the operation based on the bone treatment auxiliary member creation program. The same applies to each embodiment unless otherwise specified.
  • the control unit 101 is responsible for overall operation control of the information processing apparatus 10. For example, the control unit 101 performs display control of the display unit 114.
  • the bone model creation unit 102 acquires the three-dimensional three-dimensional data of the bone via the communication interface 115 from an image photographing device such as a CT that photographs the bone B to be treated.
  • the bone model creation unit 102 creates a three-dimensional bone model representing the bone B based on the acquired three-dimensional data.
  • the bone model is a three-dimensional image shown by computer graphics.
  • the bone fragment model creation unit 104 creates each bone fragment model obtained by cutting the bone model with the cutting plane for correction set for the bone model.
  • the control unit 101 has a graphic image showing the bone model on the display unit 114 and a plurality of cuts arranged at a certain angle with respect to an axis in the length direction of the bone model and arranged in the length direction of the bone model.
  • a graphic image showing the surface is displayed. Note that the certain angle is set according to an instruction from the operator input to the input unit 116.
  • the operator designates a graphic image showing a cut surface at a desired position with respect to the bone model among the displayed graphic images showing the plurality of cut surfaces by operating the input unit 116.
  • the bone fragment model creation unit 104 acquires coordinate position information of the coordinate position where the cut surface indicated by the designated graphic image is displayed. The operator sets the cutting plane for the bone model so that each bone fragment model created by cutting can be moved to a target correction position that approximates the target bone model indicating the bone to be corrected by the above operation. To do.
  • Each bone fragment model will have a different shape depending on the angle or position at which the cut surface is cut.
  • the control unit 101 causes the display unit 114 to display each model such as each bone fragment model created by the cutting, and in this state, according to an instruction from the operator input to the input unit 116, on the graphic, The position of each bone fragment model is changed and displayed. Thereby, the operator can simulate whether the created bone fragment model can be moved to the target correction position, and can set the cut surface to the most suitable position.
  • the first rod model position calculation unit 103 acquires the position of each first rod model in a state where the first rod model is attached to each bone fragment model at the target correction position, and based on this position. Then, the position of each first rod model with respect to the corresponding bone fragment model when each bone fragment model moves to the position constituting the bone model (before correction) is calculated. For example, in the first rod model, a plurality of first rod models are attached to each bone fragment model at the target correction position. However, a single first rod model may be attached to each bone fragment model. When a plurality of first rod models are attached to each bone fragment model, the plurality of first rod models attached to each bone fragment model may be attached in parallel.
  • the first rod model is a three-dimensional image by computer graphics showing the shape of the first rod.
  • the position detection unit 106 has three-dimensional data indicating the first rod model.
  • the bone treatment assisting member model creation unit 107 includes basic image data indicating the bone treatment assisting member, the created bone model, the position of the set cutting plane, and the calculated position of the first rod model. Are used to generate a bone treatment assisting member model.
  • This bone treatment auxiliary member model is a three-dimensional image showing the bone treatment auxiliary member 1 as a graphic image.
  • the bone treatment auxiliary member model includes a main body model showing the main body 11 of the bone treatment auxiliary member 1, a fitting surface model showing a fitting surface, a cutting slit model showing a cutting slit 13, and the first rod model.
  • a first guide hole model indicating a first guide hole for inserting the first rod model, and the first rod model inserted at the calculated position of the first rod model.
  • a guide hole model indicating a guide hole for performing the above operation.
  • the creation data output unit 108 uses the three-dimensional data indicating the bone treatment auxiliary member model generated by the bone treatment auxiliary member model creation unit 107 as three-dimensional data for creation of the bone treatment auxiliary member 1 via the communication interface 115. Output to a USB memory, another information processing device, or an NC machine tool. Using the three-dimensional data for creation, it is possible to create a bone treatment auxiliary member, a die for creating the bone treatment auxiliary member, and the like.
  • the position detection unit 106 supports the bone treatment in a state where the rod support unit model in a state in which the feature point indicating rod model in a state where the tip portion is assigned to the feature point V in the bone model is attached to the bone model.
  • the portion showing the fitting surface from the location showing the feature point in the bone model matches the surface shape of the bone model before correction A distance to the attached bone treatment auxiliary member model is detected.
  • the position detection unit 106 includes a second scale among the plurality of scales provided at different positions in the extending direction in the long member model that is elongated from the rod support unit model.
  • the scale pointed by the part corresponding to the upper edge part of the said protrusion part in a support member model is demonstrated as what detects as said distance.
  • the display unit 114 includes an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and displays the above-described image, the contents of various data, operation guidance for the user who operates the information processing apparatus 10, and the like by display control by the control unit 101.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • the communication interface 115 has, for example, a USB interface, and the above-mentioned bone treatment auxiliary member creation data and block body creation data are connected to an external memory connected to the information processing apparatus 10, another information processing apparatus, an NC machine tool or the like. Is output.
  • the communication interface 115 functions as an interface for acquiring the three-dimensional data from an imaging device such as a CT or a USB memory.
  • the input unit 116 includes a keyboard and mouse pointer provided in the information processing apparatus 10, a touch panel mechanism provided in the display screen portion of the display unit 114, and the like, and various operation instructions are input from the operator.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the creation processing of the bone treatment auxiliary member creation data by the information processing apparatus 10.
  • the bone B portion to be treated in a patient undergoing corrective surgery is imaged with an imaging device such as CT or MRI.
  • an imaging device such as CT or MRI.
  • the imaging apparatus uses position information on the tomographic image obtained by the imaging (position information in the X direction and the Y direction) and each in the patient's height direction (Z direction). Three-dimensional data consisting of a set of shooting positions is obtained.
  • a normal bone portion of the patient for example, a bone portion on the healthy side, that is, a bone portion having a shape intended to correct the bone to be treated
  • the imaging apparatus is imaged by the imaging apparatus, and the three-dimensional Get the data.
  • the above-described bone treatment auxiliary member creation program is activated, and the control unit 100 functions as each unit from the bone model creation unit 102 to the creation data output unit 108 described above.
  • the operator obtains the three-dimensional data obtained by photographing the bone B portion to be treated and acquired by the photographing apparatus, and the three-dimensional data obtained by photographing a normal bone portion via a USB memory or by USB connection.
  • the bone model creation unit 102 acquires the three-dimensional data from the imaging apparatus via the communication interface 115 (S1).
  • the bone model creation unit 102 creates a bone model BM representing the bone B using the acquired three-dimensional data of the bone B to be treated (S2).
  • the control unit 101 of the information processing apparatus 10 displays the created bone model BM on the display unit 114 (S3).
  • An example of the display screen on the display unit 114 at this time is shown in FIG.
  • the control unit 101 displays the bone model BM with different display angles and display positions in accordance with instructions from the operator input to the input unit 116.
  • the control unit 101 displays on the display unit 114 in addition to the first rod model LM1, the bone model BM, and the target bone model TBM, as shown in FIG. Similarly, the plurality of cut surface images CM1 and CM2 indicating the cut surface are displayed (S4).
  • the control unit 101 displays the cut surface images CM1 and CM2 at desired positions with respect to the bone model BM.
  • the bone model The creation unit 102 acquires the coordinate position information of the positions (see FIG. 9) with respect to the bone model BM on which the designated cut plane images CM1 and CM2 are displayed as the respective positions of the cut plane images CM1 and CM2. (S5).
  • the bone fragment model creation unit 104 creates an image obtained by cutting and dividing the bone model BM at the positions indicated by the plurality of cut surface images CM, and the created images are referred to as bone fragment models BPM1 and BPM2, respectively. Create (S6).
  • the control unit 101 further displays the generated bone fragment models BPM1 and BPM2 on the display unit 114 instead of the bone model BM as shown in FIG. 10 (S7).
  • FIG. 10 shows an example in which the control unit 101 displays a state in which a bone part cut by the cut surface images CM1 and CM2 and sandwiched between the cut surface images CM1 and CM2 is removed.
  • the control unit 101 displays the bone fragment models BPM1 and BPM2 with different display angles and display positions in accordance with instructions from the operator input to the input unit 116.
  • the control unit 101 shows a shape that is a combination of the bone fragment models BPM1 and BPM2 as a correction target shape.
  • the bone fragment models BPM1 and BPM2 are moved to the position indicating the bone model TBM (S8), and the state is displayed on the display unit 114.
  • the bone treatment auxiliary member model creation unit 107 displays the coordinate position on the graphic where the bone fragment models BPM1 and BPM2 at this time are displayed. Is obtained as a target correction position for moving the bone fragment models BPM1 and BPM2, and the coordinate position information of the bone fragment models BPM1 and BPM2 is acquired (S9).
  • the target correction position acquisition method shown here is merely an example, and other methods may be used to acquire the target correction position.
  • the control unit 101 displays the first rod model LM1 on the display unit 114 based on an instruction from the operator input to the input unit 116 (here, three per bone model BPM1). , An example of displaying three lines per BPM2).
  • the control unit 101 changes and displays the position of each first rod model LM1 on the graphic in accordance with an instruction from the operator.
  • the control unit 101 determines that the first rod model LM1 is in a position desired by the operator with respect to each bone fragment model BPM1, BPM2, for example, each first rod model LM1 Displayed in a state of being stabbed (inserted) in each of bone fragment models BPM1 and BPM2 (S10).
  • control part 101 displays the image which shows the state by which the 1st rod model was stabbed in each said bone fragment model as it is.
  • a plurality of first rod models LM1 are displayed in a state of being stabbed into the bone fragment models BPM1 and BPM2.
  • the operator operates the input unit 116 so that the plurality of first rod models LM1 are pierced in alignment with each bone fragment model BPM1 and BPM2 in a parallel state as shown in FIG.
  • the first rod model LM1 is arranged so as to be in a state, and this state is displayed on the control unit 101.
  • each first rod model LM1 When the operator inputs a position information acquisition instruction when each first rod model LM1 is displayed in a state where it is stabbed into each bone fragment model BPM1, BPM2, the position detection unit 106 As for the position of each first rod model LM1 with respect to each bone fragment model BPM1, BPM2 at the target correction position, the coordinate position on the graphic where each first rod model LM1 is displayed is the position of each first rod model LM1.
  • the coordinate position information is acquired (S11).
  • the position detection unit 106 configures the bone model BM described above from the position of each first rod model LM1 with respect to each bone model BPM1, BPM2 at the target correction position. Coordinate position information indicating the position of each first rod model LM1 with respect to each bone fragment model BPM1, BPM2 when moved to the position is calculated (S12).
  • the bone treatment assisting member model creation unit 107 creates a bone treatment assisting member model (S13).
  • the bone treatment assisting member model creation unit 107 uses the three-dimensional data of the bone model BM before correction, and a fitting surface model showing a fitting surface having a shape along the surface shape of the bone model BM. Is created (S131).
  • the bone treatment assisting member model creation unit 107 creates a body part model indicating a portion corresponding to the body 11 of the bone treatment assisting member 1 having the fitting surface model in accordance with an instruction from the operator (S132). .
  • the bone treatment auxiliary member model creation unit 107 includes a cutting slit having a predetermined thickness, width, and length at the position and angle indicated by the position information of the cutting surface acquired in S5 in the main body model. Is generated (S133). In this case, the bone treatment auxiliary member model creating unit 107 creates a support unit having a predetermined thickness outside the slit model.
  • the bone treatment assisting member model creation unit 107 uses the position information of the first rod model acquired in S12 to generate a guide hole model indicating a guide hole for inserting the first rod model at this position. It is created on the main body model (S134).
  • the bone treatment auxiliary member model creation unit 107 has a predetermined diameter that is the same as or slightly larger than the first rod model at the position in the main body model indicated by the position information of the first rod model acquired in S12. A guide hole model indicating the length is generated.
  • the bone treatment auxiliary member model creating unit 107 creates a model having a hole having the above diameter and a support having a predetermined thickness around the hole as a guide hole model.
  • the bone treatment assisting member model creation unit 107 includes the main body 11 with the fitting surface, the cutting slit 13, and the first guide hole 15 as illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • a bone treatment auxiliary member model M showing the member 1 is created.
  • the control unit 101 matches the bone treatment auxiliary member model M with the surface shape of the bone model BM before correction at the portion indicating the fitting surface 12 thereof.
  • the bone treatment assisting member model M is displayed at a position where it is attached to the bone model BM (S14).
  • An example of the display screen on the display unit 114 at this time is shown in FIG.
  • the control unit 101 displays the feature point indicating rod 31, the rod support unit 32, and the second support member 33 on the display unit 114.
  • a feature point indicating rod model 31M, a rod support part model 32M, and a second support member model 33M are displayed on each (S15).
  • the control unit 101 converts the second support member model 33M into the main body 11 of the bone treatment auxiliary member model M,
  • the image indicating the portion 152 is displayed at the position where the image corresponding to the concave portion 3312 in the second support member model 33M is aligned with the position where the image is displayed (S16).
  • the control unit 101 changes and displays the positions of the feature point indicating rod model 31M and the rod support unit model 32M.
  • the control unit 101 inserts the feature point indicating rod model 31M into the rod support unit model 32M as shown in FIG.
  • the display unit 114 is displayed with the tip of the rod model 31M exposed from the rod support unit model 32M (S17).
  • the control unit 101 causes the distal end portion of the feature point indicating rod model 31M inserted in the rod support unit model 32M to be in the bone model BM.
  • the rod support part model 32M and the feature point indicating rod model 31M are moved in the direction in which the image of the part corresponding to the long member extends to the position indicating the image showing the part corresponding to the feature point V, and the display unit 114 To display.
  • the scale indicated by the image of the part corresponding to the upper edge 3321A of the second support member model 33M (any one of the scales M1 to M5 is indicated) Information)
  • this is detected from the feature point V in the bone model M, and the bone treatment auxiliary is attached at a position where the portion showing the bone fitting surface 12 matches the surface shape of the bone model BM before correction. Obtained as the distance to the member model M (S18).
  • the position detection unit 106 may detect the information indicating the distance as it is instead of detecting the indicated scale (S18).
  • the operator causes the control unit 101 to display an image showing the portion corresponding to the feature point V at the tip of the feature point indicating rod model 31M inserted into the rod support unit model 32M.
  • the scale pointed by the image corresponding to the upper edge portion 3321A of the second support member model 33M when the state moved to the pointed position is displayed on the display unit 114 is visually checked based on the display. And the operator may store the scale.
  • the creation data output unit 108 generates creation three-dimensional data indicating the bone treatment auxiliary member model generated by the bone treatment auxiliary member model creation unit 107 in S131 to S134.
  • the data is output to a USB memory, another information processing apparatus, or an NC machine tool via the communication interface 115 (S19).
  • the operator uses the generated three-dimensional data indicating the bone treatment auxiliary member model and the block body model output to the NC machine tool, as shown in FIG. 1 or the bone treatment auxiliary member 1 is formed by rapid prototyping such as stereolithography.
  • the bone treatment assisting member 1 may be formed by resin molding using a mold generated according to each of the three-dimensional data.
  • the operator creates the bone treatment auxiliary member 1 by molding a material (for example, metal, plastic, ceramic, etc.) by an arbitrary molding method such as stereolithography based on the three-dimensional data for creation.
  • a material for example, metal, plastic, ceramic, etc.
  • stereolithography means that a liquid UV curable resin (liquid that reacts and cures with UV rays) is cured using the UV laser of the stereolithography equipment and laminated to create a precise three-dimensional object that is almost identical to 3D data. It is a technology to create in a short time.
  • a custom-made bone treatment auxiliary member 1 corresponding to the patient and the bone can be easily created, and optimal bone correction can be performed according to each patient. become.
  • the bone treatment assisting member 1 is fitted and brought into close contact with a portion where the fitting surface can be fitted on the surface of the bone B to be treated. Thereby, on the surface of the bone B to be treated, the bone treatment assisting member 1 is attached to a target position that matches the cut surface.
  • the surgeon fits the second support member 33 of the attachment position confirmation member 3 and the convex portion 152 provided in the main body 11 of the bone treatment auxiliary member 1 into the concave portion 3312,
  • the second support member 33 is attached to the bone treatment auxiliary member 1 by fitting the main body 331 between the convex portions 151 and 153.
  • the surgeon inserts the feature point indicating rod 31 into the rod support member 321 of the rod support portion 32, and the feature point indicating rod 31 is exposed from the rod support portion 32 so that the feature point indicating rod 31 is exposed. 31 is supported by the rod support member 321.
  • the surgeon attaches the long member 322 to the bone treatment auxiliary member 1 from the distal end portion of the rod support member 321 in a state of supporting the feature point indicating rod 31. It is inserted into the through hole 3322 of the second support member 33. Accordingly, the rod support portion 32 in a state where the feature point indicating rod 31 is supported is held on the second support member 33.
  • the operator increases the position of the rod support portion 32 relative to the second support member 33.
  • the length member 322 By moving the length member 322 in the length direction, the feature point indicating rod 31 and the rod support are supported until the tip of the feature point indicating rod 31 exposed from the rod support portion 32 points to the feature point V of the bone B.
  • the part 32 is moved.
  • any of the scales M1 to M5 on the long member 322 indicated by the upper edge portion 3321A of the second support member 33 is in S18.
  • the information acquired as the distance that is, the scale indicated by the information indicating which of the scales M1 to M5 is indicated, is confirmed.
  • the operator visually confirms the scale pointed by the image corresponding to the upper edge portion 3321A of the second support member model 33M. If it is stored, the surgeon confirms whether the stored scale is the same as the scale indicated at the time of surgery.
  • the distal end portion 31 secures a state in which the feature point V of the bone B is pointed to the assumed accurate position.
  • the operator The position of the bone treatment assisting member 1 relative to the bone B is moved to a position where the scale on the long member 322 indicated by 3321A is the same as the scale indicated by the information acquired in S19. Thereby, it becomes possible to attach the bone treatment auxiliary member 1 to the target position accurately with respect to the bone B. Thereafter, the surgeon removes the attachment position confirmation member 3 from the bone treatment auxiliary member 1.
  • the operator places the first rod 31 in the first guide hole 15 (convex portions 151 to 156) of the bone treatment auxiliary member 1 attached to the bone B as described above. Insert and pierce the target bone B.
  • the surgeon inserts the first rod 31 into the bone treatment assisting member 1 at a depth to which the first rod 31 is fixed in the bone B.
  • the operator is guided by the first guide hole 15 (convex portions 151 to 156) by inserting the tip of the electric drill into the first guide hole 15 (convex portions 151 to 156) in advance.
  • a hole for piercing the first rod 31 is formed in the bone B at a certain angle and position.
  • three first rods 31 are inserted at positions corresponding to one of the bone fragments obtained by cutting the treatment target bone B, and three at the position corresponding to the other bone fragment.
  • the operator inserts and operates a cutting jig such as an electric saw in the slits 131 and 132 for cutting, and cuts and separates the bone B.
  • a cutting jig such as an electric saw in the slits 131 and 132 for cutting
  • the first rod 31 is removed from the bone B and the bone treatment assisting member 1 before the cutting, and the piercing in (3) is performed.
  • the first rod 31 may be inserted into the bone B again after being cut into the hole formed in the bone B.
  • the bone treatment assisting member 1 is removed from the bone B with the first rod 31 remaining.
  • the treatment target bone B is divided into the bone fragments BP1 and BP2, and the first rods 31 are stuck into the bone fragments BP1 and BP2, respectively.
  • the operator moves the bone fragments BP1 and BP2 to the target correction position set in advance by visual measurement (FIG. 20).
  • the surgeon determines that the first rods 31 pierced by the bone fragments BP1 and BP2 are in the positional relationship set in S11 (here, the first rods 31 are parallel to each other). It is possible to confirm that the bone fragments BP1 and BP2 have moved to the target correction position by visually confirming that they are aligned in a proper state.
  • the operator removes the first rods 31 from the bone fragments BP1 and BP2, and connects and fixes the bone fragments BP1 and BP2 at the target correction position to each other using a block body (not shown). Thereby, the relative relational position between the bone fragments BP1 and BP2 is corrected to the positional relation indicated by the target correction position.
  • the step of joining the bone fragments BP1 and BP2 can be performed using any means known in the art.
  • Bone fragments are joined by an internal fixation material such as a plate, screw, wire, or intramedullary nail, and the gap, which is a bone defect portion, can be supplemented with calcium phosphate or bone grafted.
  • the filling can be performed using a biocompatible material such as calcium phosphate (for example, hydroxyapatite), ⁇ TCP, or calcium phosphate paste.
  • the bone defect can be compensated by bone graft.
  • bone by using the bone treatment assisting member 1, in this type of orthopedic osteotomy, bone can be cut along an appropriate cutting plane calculated in advance by computer simulation.
  • the bone fragment can be easily moved to an appropriate target correction position set by computer simulation. Therefore, it is possible to perform a correct and easy osteotomy without relying on the experience, skill and skill of a doctor as in the past.
  • the bone treatment assisting member 1 is a feature point of the bone B for the purpose of confirming whether or not the bone treatment auxiliary member 1 is attached to the target position in the bone B to be treated. Since there is no need to pierce V, an extra load is not applied to the bone, and the rod is used as a feature point in order to check whether the bone treatment auxiliary member 1 is attached to the target position of the bone B. There is no need for the troublesome work of piercing. Furthermore, according to the above-described embodiment, the bone treatment auxiliary member with respect to the target position in the bone B to be treated based on the scale on the long member 322 indicated by the upper edge portion 3321A of the second support member 33. The surgeon can objectively grasp whether 1 is attached correctly or how much it is displaced.
  • the present embodiment it is possible to grasp how accurately the bone treatment auxiliary member is attached to the target position in the bone to be treated with a small work load while reducing the influence on the bone. .
  • the bone to be treated is usually a limb, but is not limited thereto, and any bone can be targeted in the present invention.
  • all about 200 bones existing in the human body are objects.
  • a long bone for example, limbs
  • a short bone short bone
  • a flat bone flat bone
  • a sternum a rib
  • Scapula iliac
  • iliac flat bone
  • seed bone sesameid bone
  • irregular bone irregular bone
  • correction of long bones eg, limbs
  • the subject of treatment of the present invention is typically deformed and healed bone.
  • the bone treatment auxiliary member creation program can be provided to the user in any form.
  • the program may be provided to the user in the form of distributing a recording medium in which the program is recorded, or the program may be provided to the user in a form of downloading the program from a server to a terminal device via a network. Also good. It does not matter whether the program for creating a bone treatment auxiliary member is paid or free.
  • Any recording medium such as a flexible disk, an MO disk, or a DVD can be used as a recording medium for recording the program.
  • Any network such as the Internet can be used as the network.
  • bone is a vertebrate support organ and refers to an individual component of the endoskeleton. Vertebrate bones are mainly composed of bone tissue, except for crustaceans and cartilaginous fish. As used herein, “bone” includes cartilage. In this specification, when particularly distinguishing the hard connective tissue that forms the majority of the vertebrate skeleton, it is referred to as the “bone”. In the present specification, bone is exemplified, but it is understood that the treatment can be similarly designed and performed even on a part of the body other than the bone.
  • treatment refers to physical action on bone, such as, but not limited to, rotation, excision, cutting, graft insertion, extension, and fixation. .
  • the “patient” refers to a living organism to which the treatment shown in the present embodiment is applied.
  • the patient or subject may preferably be a human.
  • cutting a bone means performing a treatment that divides the bone into two or more parts.
  • bone cutting is performed using an osteotomy device (eg, a bone saw).
  • a portion where bone cutting is performed is also referred to as a “bone cutting portion”.
  • fixation of a bone (bone fragment) refers to an act of substantially maintaining the state of treatment after treatment of a certain bone. Bone fixation can generally be performed only on the target bone.

Abstract

処置対象とする骨において骨処置補助部材が目標位置にどの程度正確に取り付けられているかを、当該骨に与える影響を低減しつつ、小さな作業負荷で把握可能にする。骨切断補助キット1Aは骨処置補助部材1及び取付位置確認部材3を有する。取付位置確認部材3は、骨の特徴点に先端部が宛がわれる特徴点指示ロッド31と、特徴点指示ロッド31をその先端部が骨の特徴点を指し示す姿勢で抜き差し可能に支持するロッド支持部32と、ロッド支持部32を移動自在に支持し、ロッド支持部32の目盛りのいずれかを指し示す第2支持部材33とを備える。骨処置補助部材1は、切断用スリット131,132と、第1ロッドを予め定められた位置関係となる姿勢で案内する第1ガイド孔15(凸部151~156)とを備える。取付位置確認部材3の第2支持部材33は、骨処置補助部材1の凸部152に取り付けられる。

Description

取付位置確認部材、骨切断補助キット、及び位置検出プログラム
 本発明は、骨折等により変形した骨を切断又は穿孔等して矯正する際に用いられる、取付位置確認部材、骨切断補助キット、及び位置検出プログラムに関する。
 人体における骨折変形等の治療では、矯正のために必要な骨切り行程と、骨切り後の各骨片を目標矯正位置に移動又は回転させる行程とがあるが、当該各行程を精度よく行うため、下記特許文献1に示される骨処置補助部材を用いた骨切断が提案されている。当該骨処置補助部材は、異常態様に変形した骨を目標位置で正確に切断して各骨片に分割可能とし、当該切断により得た各骨片を、正常態様の骨を構成する位置に確実に移動可能にするものである。当該骨処置補助部材は、処置対象とする骨の表面に嵌合する嵌合面を有し、当該嵌合面が骨表面の形状に適合する位置に骨処置補助部材を取り付けることで、骨処置補助部材が切断面に対応する位置に取り付けられる。そして、骨処置補助部材のガイド孔にロッドが挿入されたときに、当該ロッドが、処置対象とする骨における特徴点に突き刺さることをもって、骨処置補助部材が当該骨の目標位置に取り付けられていることが確認できるようになっている。
国際公開2015-072187号公報
 しかしながら、上記特許文献1に示される骨処置補助部材の場合、術時に、処置対象とする骨における目標位置に取り付けられているか否かを確認するには、上記ロッドを上記ガイド孔に挿入して、上記ロッドを実際に上記特徴点に突き刺さす必要がある。このため、当該骨に負荷を与えることになり、また、骨処置補助部材が目標位置に取り付けられているかを確認するために、ロッドを特徴点に突き刺すという面倒な作業が必要である。さらには、ロッドを特徴点に突き刺した場合、ロッドの先端が上記特徴点に対して正確に突き刺さっているのか、どの程度ずれているのかを、術者が客観的に把握することが困難である。すなわち、処置対象とする骨における目標位置に対して、骨処置補助部材が正確に取り付けられているか、或いは、どの程度ずれているのかを、術者が客観的に把握することが困難である。
 本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、処置対象とする骨において骨処置補助部材が目標位置にどの程度正確に取り付けられているかを、当該骨に与える影響を低減しつつ、小さな作業負荷で把握可能にすることを目的とする。
 本発明の一局面に係る取付位置確認部材は、骨の切断又は穿孔といった処置の補助に用いる骨処置補助部材に取り付けられ、前記骨に対する前記骨処置補助部材の取付位置を確認するために用いる取付位置確認部材であって、
 前記骨の予め定められた特定部分である特徴点に先端部があてがわれる特徴点指示ロッドと、
 前記特徴点指示ロッドをその先端部が前記骨の前記特徴点を指し示すことが可能な姿勢で支持するロッド支持部材と、前記ロッド支持部材から長尺状に延びる形状とされ、当該延びる方向において異なる位置に複数の目盛りを有する長尺部材とを有するロッド支持部と、
 前記骨に取り付けられた前記骨処置補助部材に装着された状態で、前記ロッド支持部を前記延びる方向に移動自在に支持し、前記複数の目盛りのいずれかを指し示す第2支持部材と、を備える。
 本発明の一局面に係る骨切断補助キットは、前記取付位置確認部材と、骨処置補助部材とを有する骨切断補助キットであって、
 前記骨処置補助部材は、
 前記骨処置補助部材が前記骨の表面に取り付けられている状態において、前記切断分割が行われる切断面に対応する位置に形成され、切断治具を当該切断面に向けて案内する切断用スリットと、
 前記骨処置補助部材が前記骨の表面に取り付けられている状態において、当該骨に挿入する第1ロッドを、当該骨が前記切断面で切断されてなる各骨片を正常な態様での位置関係に矯正した後に、当該各骨片に突き刺された前記第1ロッド同士が予め定められた位置関係となる姿勢で案内するガイド孔と、
 前記取付位置確認部材の前記第2支持部材が取り付けられる取付部と、を備える。
 また、本発明の一局面に係る位置検出プログラムは、処置対象とする骨の三次元データを取得し、当該取得した三次元データに基づいて、当該処置対象とする骨を表す三次元の骨モデルを作成する骨モデル作成部と、
 前記骨モデルに対して矯正用の切断面を設定し、当該切断面で前記骨モデルを切断した各骨片モデルであって、前記処置対象とする骨の矯正目的とする骨を示す目的骨モデルに近似する目標矯正位置まで移動又は回転可能となる各骨片モデルを作成する骨片モデル作成部と、
 前記目標矯正位置にあるとした前記各骨片モデルのそれぞれに第1ロッドモデルを取り付けた状態にある当該各第1ロッドモデルの位置から、当該各骨片モデルが前記骨モデルの位置にあるとした場合における当該各第1ロッドモデルの位置を算出する第1ロッドモデル位置算出部と、
 前記切断面に対応する位置に形成されて切断治具を当該切断面に向けて案内する切断用スリットと、前記算出された第1ロッドモデルの位置に形成された当該第1ロッドモデルを挿入可能なガイド孔とを有する骨処置補助部材を示す骨処置補助部材モデルが前記骨モデルに取り付けられた状態となる位置を算出する骨処置補助部材モデル位置算出部と、
 前記骨モデルにおける予め定められた特定部分である特徴点に先端部を宛がった状態の特徴点指示ロッドモデルを支持した状態のロッド支持部モデルが、前記骨モデルに取り付けられた状態の前記骨処置補助部材モデルに装着された第2支持部材モデルに取り付けられたときにおける、前記骨モデルにおける特徴点を示す箇所から、前記嵌合面を示す部分が矯正前の骨モデルの表面形状に合致する位置に取り付けられた骨処置補助部材モデルまでの距離を検出する位置検出部と、してコンピューターを機能させるものである。
 本発明によれば、処置対象とする骨において骨処置補助部材が目標位置にどの程度正確に取り付けられているかを、当該骨に与える影響を低減しつつ、小さな作業負荷で把握することが可能になる。
本発明の一実施形態に係る骨切断補助キットに備えられる骨処置補助部材を示す斜視図である。 骨処置補助部材の裏面の嵌合面側を示す斜視図である。 処置対象とされる骨を示す斜視図である。 処置対象とされる骨を切断して各骨片に分割した状態を示す斜視図である。 取付位置確認部材の各部を示す図である。 処置対象の骨に取り付けられた骨処置補助部材に取付位置確認部材を装着した状態を示す図である。 骨処置補助部材作成用プログラムがインストールされた情報処理装置の構成を示すブロック図である。 情報処理装置による骨処置補助部材作成用データの作成処理を示すフローチャートである。 作成した骨モデルを表示する表示画面の例を示す図である。 骨モデル及び切断面を示す画像を表示する表示画面の例を示す図である。 各骨片モデルを骨モデルに代えて表示した状態を表示する表示画面の例を示す図である。 各骨片モデルが目標矯正位置まで移動した状態を表示する表示画面の例を示す図である。 複数の第1ロッドモデルが各骨片モデルのそれぞれに突き刺された状態を表示する表示画面の例を示す図である。 骨処置補助部材モデルが骨モデルに取り付けられた状態を表示する表示画面の例を示す図である。 骨処置補助部材モデルに取付位置確認部材モデルを装着した状態を表示する表示画面の例を示す図である。 処置対象骨の施術手順を示す図であり、骨処置補助部材をその嵌合面が、処置対象とする骨の表面において嵌合可能となる部分に嵌め合わせて密着させた状態を示す図である。 処置対象骨の施術手順を示す図であり、骨処置補助部材モデルに第2支持部材を装着した状態を表示する表示画面の例を示す図である。 処置対象骨の施術手順を示す図であり、骨処置補助部材モデルに取付位置確認部材モデルを装着した状態を表示する表示画面の例を示す図である。 処置対象骨の施術手順を示す図であり、骨処置補助部材の第1ガイド孔に第1ロッドを挿入し、処置対象骨に突き刺した状態を示す図である。 処置対象骨の施術手順を示す図であり、各骨片に第1ロッドが突き刺さっている状態を示す図である。 処置対象骨の施術手順を示す図であり、目標矯正位置まで各骨片を移動させた状態を示す図である。
 以下、本発明の一実施形態に係る取付位置確認部材、骨切断補助キット、及び位置検出プログラムについて図面を参照して説明する。
 図1Aは本発明の一実施形態に係る骨切断補助キットに備えられる骨処置補助部材を示す斜視図である。図1Bは骨処置補助部材の裏面の嵌合面側を示す斜視図である。図2は、処置対象とされる骨を示す斜視図である。図3は、処置対象とされる骨を切断して各骨片に分割した状態を示す斜視図である。
 骨切断補助キットは、骨処置補助部材1及び取付位置確認部材3(図4)を備える。本実施形態では、骨処置補助部材1は、異常態様に変形した骨Bを予め定められた切断面で切断して分割するために用いられる骨処置補助部材である。但し、本発明に係る骨処置補助部材を骨処置補助部材に限定する趣旨ではなく、本発明に係る骨処置補助部材には、骨に対するドリリング又はKワイヤー刺入等を行う際に用いられる補助部材も含まれる。また、骨処置補助部材1により骨Bが切断分割されて各骨片BP1,BP2とされる。各骨片BP1,BP2は、術者により、いずれか又は両方が、正常な態様を示す目標矯正位置に移動又は/及び回転(以下、単に移動という)される。骨処置補助部材1は、後述する骨処置補助部材作成用プログラムにより作成されて出力される立体三次元モデルデータに基づいて、光造形などのラピッドプロトタイピング、又は3Dプリンター等により作成される。骨処置補助部材1は、例えば樹脂により形成される。
 骨処置補助部材1は、本体11と、嵌合面12と、切断用スリット131,132と、第1ガイド孔15とを有する。
 本体11は、処置対象となる骨の表面の形状に沿った形状に形成されている。本体11の側面部であって、処置対象となる骨Bに対向する面(図1に示す本体11の裏側となる面)に嵌合面12が形成されている。嵌合面12は、骨Bの表面形状に合致する形状とされている。嵌合面12は、当該骨BをCT等により撮影して得た骨Bの立体三次元データに基づいて形成される。
 当該骨Bの立体三次元データを取得するデバイスとしては、対象物の三次元モデルを得ることができる限りどのようなデバイスを用いても可能である。例えば、CCDカメラ、光学カメラ、レントゲン撮影、CT、MRI(磁気共鳴像)などの手段を用いることができる。但し、これらに限定されない。
 切断用スリット131,132は、上記嵌合面が上記骨の表面に嵌合した状態とされて骨処置補助部材1が骨Bに取り付けられているときに、切断治具を予め定められた切断面に向けて案内するスリットである。切断用スリット131,132は、本体11の側面部(表面部)に形成される。なお、切断治具は、電気ノコギリ等である。上記切断面は、例えば平面とされ、骨Bの表面上における位置と、当該骨Bの表面に対する角度により特定される。この切断面は、処置対象となる骨Bの術前に、術者により予め設定される。切断用スリット131,132は、切断治具を電気ノコギリとした場合、その歯部分を挿入可能な形状とされる。切断用スリット131,132はそれぞれ、上記骨Bに対して上記位置及び角度で特定された切断面に、切断治具である電気ノコギリの歯を案内する。
 第1ガイド孔15は、上記嵌合面が上記骨の表面に嵌合した状態とされて骨処置補助部材1が骨Bに取り付けられているときに、骨Bに挿入するための第1ロッド(図示は後述)を、予め定められた突き刺し位置に案内する形状とされている。第1ロッドは、例えば、先端部を尖らせて骨に突き刺して挿入することが可能とされた金属製とされる。第1ロッドは、第1ガイド孔15と同径又は僅かに小さい径を有している。第1ガイド孔15は、第1ロッドを骨Bに突き刺す場合に、第1ロッドの通る道筋において延びる凸部151~156を有している。
 この第1ロッドの突き刺し位置は、処置対象とされる骨Bを上記切断面で切断した各骨片BP1,BP2を、正常な態様での骨を構成する目標矯正位置まで移動させたときに、当該各骨片BP1,BP2に突き刺された第1ロッド同士が予め定められた位置関係(一例を後述の図20に示す)となる位置に設定されている。すなわち、第1ガイド孔15は、嵌合面が上記骨の表面に嵌合した状態とされて骨処置補助部材1が骨Bに取り付けられているときに、当該骨に挿入する第1ロッドを、当該骨が上記切断面で切断されてなる各骨片を正常な態様での位置関係に矯正した後に、当該各骨片に突き刺された第1ロッド同士が上記予め定められた位置関係となる姿勢で案内する。第1ガイド孔15の凸部151~156は、第1ロッドを当該姿勢で案内可能な方向に側面部11から突出して形成されている。
 本実施形態では、骨片BP1に3本の第1ロッドを突き刺し、骨片BP2に3本の第1ロッドを挿入するために、骨片BP1用に3つの第1ガイド孔15が本体11に形成されている。また、骨片BP2用に3つの第1ガイド孔15が本体11に形成されている。但し、各骨片BP1,BP2用に形成される第1ガイド孔15の数は特に限定されない。
 次に、図4及び図5を用いて、取付位置確認部材3を説明する。取付位置確認部材3は、第1ロッド31と、ロッド支持部32と、第2支持部材33とを備える。
 第1ロッド31は、骨Bの予め定められた特定部分である特徴点Vに先端部が宛がわれるロッドである。
 当該特徴点Vは、予め術者によって定められる骨Bの一部分である。術者は、術前に、骨Bにおいて第1ロッド31の先端を宛がう対象とする部分を、特徴点Vとして決定する。特徴点Vとしては、骨Bにおいて操作者にとって認識しやすい形状部分が選択される。特徴点Vとする箇所は、例えば上肢領域では茎状突起先端・上腕骨内上顆などが好適である。また、特徴点Vは、解剖学的名称として、尺骨・橈骨の場合は茎状突起(styloid process)、上腕骨の場合は内側上顆(medial epicondyle)といった人間誰もが有する骨の特徴的な形状のポイントのことである。当該特徴点Vは、患者個別に有する形状を示さない。骨において、形状的に特徴的で、かつ位置情報としてランドマークにし易い場所が当該特徴点Vとされる。
 当該特徴点Vは、第1ロッド31の先端が特徴点Vに到達して指し示していることをもって、骨処置補助部材1が、処置対象とされる骨Bに対して、計画通りの位置に配置されていることを術者が確認するために用いられる。
 ロッド支持部32は、ロッド支持部材321と、長尺部材322とを備えている。ロッド支持部材321には、内部を貫通する円筒状の中空325が形成されている。この中空325は、第1ロッド31と同径又は僅かに大きい径を有している。
 第1ロッド31は、中空325と同径又は僅かに小さい径を有している。中空325は、第1ロッド31が挿入された場合に、第1ロッド31が挿通可能となる形状に形成されている。ロッド支持部32は、第1ロッド31が中空325に挿入されて貫通された状態で、第1ロッド31の先端部を、ロッド支持部材321から露出させた状態で第1ロッド31を保持する。この状態で、第1ロッド31の当該露出した先端部を骨Bの上記特徴点Vに宛がうことが可能とされている。すなわち、ロッド支持部材321は、第1ロッド31をその先端部が骨Bの特徴点Vに向く姿勢で抜き差し可能に支持する。
 また、ロッド支持部材321の端部3211は、第1ロッド31の先端部を露出させ、骨Bの特徴点Vに対向して配置され、図4に示すように先細りの形状とされている。端部3211についての当該先細りの形状により、ロッド支持部材321から露出した第1ロッド31の先端部を術者が識別し易くなっている。
 長尺部材322は、ロッド支持部材321から長尺状に延びる形状を有する。長尺部材322は、ロッド支持部材321に結合されており、例えば、ロッド支持部材321の長手方向に対して直交する方向に延びる。長尺部材322は、当該延びる方向に複数の目盛りMが設けられている。目盛りMとして、当該延びる方向においては、複数の各目盛りM1~M5が一定間隔で設けられている。当該目盛りM1~M5は、長尺部材322に、切り込み等により形成されている。なお、当該目盛りの数は特に限定されない。
 第2支持部材33は、ロッド支持部32の長尺部材322を、上記延びる方向に移動自在に支持する。第2支持部材33は、例えば直方体状の本体331と、ロッド支持部32の長尺部材322を受け入れて支持する支持部332とを備えている。直方体状の本体331は、支持部332と一体的に設けられている。本体331の幅寸法Wは、骨処置補助部材1の凸部151の外縁部と凸部153の外縁部との間の距離とされている。
 また、本体331の側面部3311には、凹部3312の開口が形成されている。凹部3312は、第1ガイド孔15の凸部152の直径と同寸法であって、凸部152の嵌入が可能な大きさの孔とされている。これにより、図5に示すように、凹部3312に凸部152を嵌入させた状態で、凸部151及び凸部153の間に本体331を嵌め入れることが可能とされている。この状態では、凹部3312と凸部152との嵌入と、凸部151及び153に対する本体331の嵌入とにより、骨処置補助部材1の本体11に対して第2支持部材33が固定される。
 また、支持部332は、突出部3321と貫通孔3322を有する。支持部332は、本体331の外側面3313側に設けられている。突出部3321と貫通孔3322は上記幅Wの方向に延びる。本体331の内部には、貫通孔3322が上記幅Wの方向に延びて形成されている。この貫通孔3322の内部形状は、ロッド支持部32の長尺部材322の外形と同寸法であって、長尺部材322を上記幅Wの方向への移動が自在な状態で嵌入可能な大きさとされている。
 長尺部材322に設けられている目盛りM1~M5は、上記延びる方向に直交する方向に延びて形成され、突出部3321の上縁部3321Aに並行に設けられている。長尺部材322が上記貫通孔3322に嵌入されて上記延びる方向に移動したとき、上縁部3321Aの位置が、目盛りM1~M5のいずれかに一致させることが可能とされている。すなわち、支持部332の突出部3321における上縁部3321Aは、目盛りM1~M5のいずれかを指し示す。
 術者は、術前に、骨Bにおける、ロッド支持部材321に支持された状態の第1ロッド31の先端部を宛がう部分として、上述した特徴点Vを決定する。骨処置補助部材1は、上記嵌合面12が骨Bの表面に合致した状態で骨Bに取り付けられる。取付位置確認部材3は、第2支持部材33が凹部3312と凸部152との嵌入と、凸部151及び153に対する本体331の嵌入とにより、このように骨Bに取り付けられた骨処置補助部材1の本体11に対して固定される。
 ロッド支持部32の長尺部材322は、上記のようにして骨処置補助部材1に固定された第2支持部材33の貫通孔3322に挿入されて第2支持部材33に支持された状態となる。そして、術者は、術時に、第1ロッド31の先端部が、ロッド支持部32に支持された状態で上記特徴点Vを指し示すように、支持部332に対する長尺部材322の位置を移動させ、長尺部材322が第2支持部材33に入り込む量を調整する。このように調整したときに、突出部3321の上縁部3321Aが、目盛りM1~M5のいずれかを指し示すことが可能になる。
 本実施形態では、第1ロッドをそれぞれ突き刺した各骨片BP1,BP2を移動させ、一方の骨片に突き刺された第1ロッドと、他方の骨片に突き刺された第1ロッドとが予め定められた位置関係(詳細は後述)になったことを術者が目視で確認できたときに、これをもって、各骨片BP1,BP2同士が目標矯正位置にあると判断できるように構成されている。
 次に、骨処置補助部材1の製造に用いる骨処置補助部材作成用プログラムを説明する。骨処置補助部材1は、骨処置補助部材作成用プログラムにより作成されて出力される立体三次元モデルデータを用いて、光造形などのラピッドプロトタイピングで作成される。骨処置補助部材作成用プログラムは、情報処理装置にインストールされて用いられる。
 図6は、骨処置補助部材作成用プログラムがインストールされた情報処理装置の構成を示すブロック図である。
 情報処理装置10は、制御ユニット100と、ROM110と、RAM111と、メモリ113と、表示部114と、通信インターフェイス115と、入力部116とHDD117とを備える。これら各部は、互いにCPUバスによりデータ又は信号の送受信が可能とされている。
 制御ユニット100は、CPU等からなる。ROM110は、情報処理装置10の基本動作についての動作プログラムを記憶する。RAM111は、制御ユニット100の動作領域等として使用される。
 メモリ113は、上記撮影装置から骨処置補助部材1の作成用に送られてくる立体三次元モデルデータ等のデータを記憶するための記憶媒体である。
 HDD117は、上記骨処置補助部材作成用プログラムがインストールされる記憶領域である。
 制御ユニット100は、制御部101と、骨モデル作成部102と、第1ロッドモデル位置算出部103と、骨片モデル作成部104と、位置検出部106と、骨処置補助部材モデル作成部107と、作成用データ出力部108とを備える。
 なお、制御ユニット100は、上記HDD117にインストールされている骨処置補助部材作成用プログラムに従って動作することにより、制御部101と、骨モデル作成部102と、第1ロッドモデル位置算出部103と、骨片モデル作成部104と、位置検出部106と、骨処置補助部材モデル作成部107と、作成用データ出力部108として機能し、これら各部を備える。
 但し、制御部101と、骨モデル作成部102と、第1ロッドモデル位置算出部103と、骨片モデル作成部104と、位置検出部106と、骨処置補助部材モデル作成部107と、作成用データ出力部108とは、当該骨処置補助部材作成用プログラムに基づく動作によらず、それぞれハード回路により構成されるものとしてもよい。以下、特に触れない限り、各実施形態について同様である。
 制御部101は、情報処理装置10の全体的な動作制御を司る。例えば、制御部101は、表示部114の表示制御を行う。
 骨モデル作成部102は、処置対象とされる上記の骨Bを撮影するCT等の画像撮影装置から、通信インターフェイス115を介して、当該骨の立体三次元データを取得する。骨モデル作成部102は、当該取得した三次元データに基づいて、当該骨Bを表す三次元の骨モデルを作成する。当該骨モデルは、コンピューターグラフィックにより示される立体画像である。
 骨片モデル作成部104は、上記骨モデルに対して設定された矯正用の切断面で当該骨モデルを切断した各骨片モデルを作成する。例えば、制御部101が表示部114に、上記骨モデルを示すグラフィック画像と、当該骨モデルの長さ方向における軸に対して一定の角度を有し、骨モデルの長さ方向に並ぶ複数の切断面を示すグラフィック画像を表示させる。なお、当該一定の角度は、入力部116に入力される操作者からの指示に従って設定される。操作者は、当該表示されている複数の切断面を示すグラフィック画像の内、骨モデルに対して所望の位置にある切断面を示すグラフィック画像を、入力部116の操作により指定する。この指定が入力されると、骨片モデル作成部104は、当該指定されたグラフィック画像の示す切断面が表示されている座標位置の座標位置情報を取得する。操作者は、上記操作により、切断により作成される各骨片モデルが、矯正目的とする骨を示す目的骨モデルに近似する目標矯正位置まで移動可能となるように、骨モデルに対する切断面を設定する。各骨片モデルは、どのような角度又は位置での切断面により切断されるかに応じて形状が異なることになる。
 制御部101は、表示部114に、上記切断によって作成された各骨片モデル等の各モデルを表示させ、この状態で、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、グラフィック上において、各骨片モデルの位置を変更して表示させる。これにより、操作者は、作成された骨片モデルを上記目標矯正位置まで移動可能となるかをシミュレートでき、上記切断面を最も好適な位置に設定することが可能とされている。
 第1ロッドモデル位置算出部103は、上記目標矯正位置にある各骨片モデルのそれぞれに、第1ロッドモデルを取り付けた状態にある各第1ロッドモデルの位置を取得し、この位置に基づいて、当該各骨片モデルが上述した骨モデル(矯正前)を構成する位置まで移動した場合における、対応する骨片モデルに対する各第1ロッドモデルの位置を算出する。例えば、第1ロッドモデルは、上記目標矯正位置にある各骨片モデルのそれぞれに複数の第1ロッドモデルが取り付けられる。但し、各骨片モデルのそれぞれに取り付けられる第1ロッドモデルは、単数であってもよい。また、各骨片モデルのそれぞれに複数の第1ロッドモデルが取り付けられる場合には、各骨片モデルに取り付けられる複数の第1ロッドモデルは平行に取り付けられてもよい。第1ロッドモデルとは、上記第1ロッドの形状を示すコンピューターグラフィックによる立体画像である。第1ロッドモデルを示す三次元データは、位置検出部106が保有している。
 骨処置補助部材モデル作成部107は、骨処置補助部材を示す基本の画像データと、上記作成された骨モデルと、上記設定された切断面の位置と、上記算出された第1ロッドモデルの位置とを用いて、骨処置補助部材モデルを生成する。この骨処置補助部材モデルは、上記骨処置補助部材1をグラフィック画像により示した三次元画像である。骨処置補助部材モデルは、上記骨処置補助部材1の本体11を示す本体モデルと、嵌合面を示す嵌合面モデルと、切断用スリット13を示す切断用スリットモデルと、上記第1ロッドモデルの位置に配置されて当該第1ロッドモデルを挿入するための第1ガイド孔を示す第1ガイド孔モデルと、上記算出された第1ロッドモデルの位置に配置されて当該第1ロッドモデルを挿入するためのガイド孔を示すガイド孔モデルとを有する。
 作成用データ出力部108は、骨処置補助部材モデル作成部107で生成された骨処置補助部材モデルを示す三次元データを、骨処置補助部材1の作成用三次元データとして、通信インターフェイス115を介して、USBメモリ、他の情報処理装置、又はNC工作機械等に出力する。当該作成用三次元データを用いて、骨処置補助部材や当該骨処置補助部材作成用の金型等の作成が可能になる。
 位置検出部106は、骨モデルにおける上記特徴点Vに先端部を宛がった状態の特徴点指示ロッドモデルを支持した状態のロッド支持部モデルが、骨モデルに取り付けられた状態の骨処置補助部材モデルに装着された第2支持部材モデルに取り付けられたときにおける、前記骨モデルにおける特徴点を示す箇所から、前記嵌合面を示す部分が矯正前の骨モデルの表面形状に合致する位置に取り付けられた骨処置補助部材モデルまでの距離を検出する。
 なお、本実施形態では、位置検出部106は、ロッド支持部モデルから長尺状に延びる形状とされた長尺部材モデルにおいて当該延びる方向に異なる位置に設けられた複数の目盛りのうち、第2支持部材モデルにおける上記突出部の上縁部に相当する部分により指し示される目盛りを、上記距離として検出するものとして説明する。
 表示部114は、LCD(Liquid Crystal Display)等からなり、制御部101による表示制御により、上述した画像の表示や、各種データの内容、情報処理装置10を操作するユーザに対する操作案内等が表示される。
 通信インターフェイス115は、例えばUSBインターフェイス等を有し、情報処理装置10に接続される外部メモリ、他の情報処理装置、NC工作機械等に、上記骨処置補助部材作成用データ及びブロック体作成用データを出力する。また、通信インターフェイス115は、CT等の撮影装置又はUSBメモリ等から、上記三次元データを取得するインターフェイスとして機能する。
 入力部116は、情報処理装置10に設けられたキーボードやマウスポインタ、表示部114の表示画面部分に設けられたタッチパネル機構等から構成され、操作者から各種の操作指示が入力される。
 次に、上記骨処置補助部材作成用プログラムがインストールされた情報処理装置10による、骨処置補助部材作成用データの作成方法を説明する。図7は情報処理装置10による骨処置補助部材作成用データの作成処理を示すフローチャートである。
 最初に、矯正手術を受ける患者における処置対象とする骨B部分をCT、MRI等の撮影装置により撮影する。例えば、CTによる断層撮影の場合、撮影装置は、当該撮影により得られる断層画像上の位置情報(X方向及びY方向の位置情報とする)と、患者の背丈方向(Z方向とする)における各撮影位置の組からなる三次元データが得られる。また、当該患者の正常な骨部分(例えば、健側の骨部分、すなわち、上記処置対象とする骨を矯正する目的とする形状を有する骨部分)も当該撮影装置により撮影して、その三次元データを取得する。
 情報処理装置10においては、上記の骨処置補助部材作成用プログラムを起動し、制御ユニット100を上述した骨モデル作成部102から作成用データ出力部108までの各部として機能させる。操作者は、上記撮影装置で取得した上記処置対象とする骨B部分を撮影した三次元データと、正常な骨部分を撮影した三次元データとを、USBメモリを介して、又はUSB接続により、通信インターフェイス115から情報処理装置10に入力する。骨モデル作成部102は、通信インターフェイス115を介して、上記撮影装置から上記三次元データを取得する(S1)。
 骨モデル作成部102は、当該取得した処置対象とする骨Bの三次元データを用いて、当該骨Bを示す骨モデルBMを作成する(S2)。
 情報処理装置10の制御部101は、上記作成した骨モデルBMを表示部114に表示させる(S3)。このときの表示部114における表示画面の例を図8に示す。制御部101は、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、骨モデルBMの表示角度及び表示位置を異ならせて表示させる。
 そして、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、制御部101は、表示部114に、上記第1ロッドモデルLM1、骨モデルBM、及び目的骨モデルTBMに加えて、図9に示すように、更に切断面を示す上記複数の切断面画像CM1,CM2を表示させる(S4)。操作者による入力部116の操作により、制御部101が、骨モデルBMに対する所望の位置に、切断面画像CM1,CM2を表示させる。このように操作者により指定された位置に切断面画像CM1,CM2が表示されているときに、操作者による入力部116の操作で、操作者から位置情報取得指示が入力されると、骨モデル作成部102は、当該指定された切断面画像CM1,CM2が表示されている骨モデルBMに対する位置(図9参照)を、切断面画像CM1,CM2のそれぞれの位置としてその座標位置情報を取得する(S5)。
 続いて、骨片モデル作成部104は、骨モデルBMを複数の切断面画像CMの示す位置で切断して分割した画像を作成し、当該作成した各々の画像をそれぞれ骨片モデルBPM1,BPM2として作成する(S6)。
 制御部101は、上記作成した各骨片モデルBPM1,BPM2を、図10に例を示すように、骨モデルBMに代えて、表示部114に更に表示させる(S7)。なお、図10では、上記切断面画像CM1,CM2で切断され、当該切断面画像CM1,CM2で挟まれている骨部分は切除された状態を制御部101が表示させる例を示している。
 続いて、制御部101は、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、骨片モデルBPM1,BPM2の表示角度及び表示位置を異ならせて表示させる。操作者による入力部116の操作に応じて、制御部101は、図11に例を示すように、各骨片モデルBPM1,BPM2が組み合わされてなる形状を、矯正の目標とする形状を示す目的骨モデルTBMを示す位置まで各骨片モデルBPM1,BPM2を移動させ(S8)、その状態を表示部114に表示させる。
 この時点で、操作者が位置情報取得指示を入力部116に入力すると、骨処置補助部材モデル作成部107は、この時点での各骨片モデルBPM1,BPM2が表示されているグラフィック上の座標位置を、各骨片モデルBPM1,BPM2を移動させる目標矯正位置として、各骨片モデルBPM1,BPM2についてその座標位置情報を取得する(S9)。但し、ここに示した目標矯正位置の取得方法は単なる一例であり、目標矯正位置の取得に他の方法を用いることも可能である。
 ここで、例えば、制御部101は、入力部116に入力される操作者からの指示に基づいて、表示部114に、第1ロッドモデルLM1を表示させる(ここでは、骨片モデルBPM1につき3本,BPM2につき3本を表示する例を示す)。制御部101は、操作者からの指示に従って、グラフィック上で、各第1ロッドモデルLM1の位置を変更して表示させる。操作者による入力部116の操作に基づいて、制御部101は、第1ロッドモデルLM1が各骨片モデルBPM1,BPM2に対して操作者所望の位置、例えば、各第1ロッドモデルLM1が、各骨片モデルBPM1,BPM2のそれぞれに突き刺された(挿入された)状態で表示する(S10)。なお、制御部101は、当該各骨片モデルに第1ロッドモデルが突き刺された状態を示す画像を、このまま表示させておく。例えば、図12に示すように、複数の第1ロッドモデルLM1が各骨片モデルBPM1,BPM2のそれぞれに突き刺された状態で表示される。例えば、操作者は、入力部116を操作して、複数の第1ロッドモデルLM1が各骨片モデルBPM1,BPM2に対して、図12に示すように、平行な状態で整列して突き刺された状態となるように第1ロッドモデルLM1を配置し、この状態を制御部101に表示させる。
 このように各第1ロッドモデルLM1が各骨片モデルBPM1,BPM2のそれぞれに突き刺された状態で表示されている時に、操作者が位置情報取得指示を入力すると、位置検出部106は、この時点での各第1ロッドモデルLM1が表示されているグラフィック上の座標位置を、目標矯正位置にある各骨片モデルBPM1,BPM2に対する各第1ロッドモデルLM1の位置として、各第1ロッドモデルLM1についてその座標位置情報を取得する(S11)。
 続いて、位置検出部106は、上記目標矯正位置にある各骨片モデルBPM1,BPM2に対する各第1ロッドモデルLM1の位置から、当該各骨片モデルBPM1,BPM2が上述した骨モデルBMを構成する位置まで移動した場合における、各骨片モデルBPM1,BPM2に対する各第1ロッドモデルLM1の位置を示す座標位置情報を算出する(S12)。
 そして、骨処置補助部材モデル作成部107は、骨処置補助部材モデルを作成する(S13)。S13においては、まず、骨処置補助部材モデル作成部107は、矯正前の骨モデルBMの三次元データを用いて、骨モデルBMの表面形状に沿う形状を有する嵌合面を示す嵌合面モデルを作成する(S131)。
 更に、骨処置補助部材モデル作成部107は、操作者からの指示に従って、上記嵌合面モデルを有する、骨処置補助部材1の本体11に対応する部分を示す本体部モデルを作成する(S132)。
 そして、骨処置補助部材モデル作成部107は、上記本体部モデルにおいて、上記S5で取得した切断面の位置情報が示す位置及び角度で、予め定められた厚み、幅及び長さを有する切断用スリットを示す切断用スリットモデルを生成する(S133)。この場合、骨処置補助部材モデル作成部107は、当該スリットモデルの外側に予め定められた厚さからなる支持部を作成する。
 さらに、骨処置補助部材モデル作成部107は、S12で取得された第1ロッドモデルの位置情報を用いて、この位置にある第1ロッドモデルを挿入するためのガイド孔を示すガイド孔モデルを、上記本体モデル上に作成する(S134)。例えば、骨処置補助部材モデル作成部107は、上記S12で取得した第1ロッドモデルの位置情報が示す本体モデルにおける位置に、第1ロッドモデルと同一の径又は若干大きい径と、予め定められた長さを示すガイド孔モデルを生成する。骨処置補助部材モデル作成部107は、ガイド孔モデルとして、上記径を有する孔部と、当該孔部の周囲に予め定められた厚みを有する支持部とを有するモデルを作成する。
 これにより、骨処置補助部材モデル作成部107は、図1及び図2に示したような、本体11に、嵌合面と、切断用スリット13と、第1ガイド孔15とを備える骨処置補助部材1を示す骨処置補助部材モデルMを作成する。
 ここで、制御部101は、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、骨処置補助部材モデルMを、その嵌合面12を示す部分が矯正前の骨モデルBMの表面形状に合致する位置に配置して、骨処置補助部材モデルMが骨モデルBMに取り付けられた状態を表示させる(S14)。このときの表示部114における表示画面の例を図13に示す。
 更に、入力部116に操作者から取付位置確認部材3の表示指示が入力されると、制御部101は、表示部114に、特徴点指示ロッド31、ロッド支持部32、及び第2支持部材33を示す特徴点指示ロッドモデル31M、ロッド支持部モデル32M、及び第2支持部材モデル33Mをそれぞれに表示させる(S15)。
 そして、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、図14に示すように、制御部101は、第2支持部材モデル33Mを、骨処置補助部材モデルMの本体11であって、凸部152を示す画像を表示する位置に、第2支持部材モデル33Mにおける凹部3312に相当する部分を示す画像の位置を合わせた位置に表示させる(S16)。
 更に、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、制御部101は、特徴点指示ロッドモデル31M及びロッド支持部モデル32Mの位置を変更して表示させる。ここでは、入力部116に入力される操作者からの指示に従って、制御部101は、上記図14に示すように、特徴点指示ロッドモデル31Mがロッド支持部モデル32M内に挿通され、特徴点指示ロッドモデル31Mの先端部がロッド支持部モデル32Mから露出した状態で表示部114に表示させる(S17)。
 この状態で更に、操作者から入力部116に入力される指示に従って、制御部101は、上記ロッド支持部モデル32Mに挿通された状態の特徴点指示ロッドモデル31Mの先端部が、骨モデルBMの上記特徴点Vに相当する部分を示す画像を指し示す位置に、ロッド支持部モデル32M及び特徴点指示ロッドモデル31Mを、長尺部材に相当する部分の画像の延びる方向に移動させて、表示部114に表示させる。
 この状態で操作者から位置情報取得指示が入力部116に入力されると、位置検出部106が、ロッド支持部モデル32Mに指示された状態で表示される特徴点指示ロッドモデル31Mの長尺部材に相当する部分の画像に設けられている複数の目盛りのうち、第2支持部材モデル33Mの上縁部3321Aに相当する部分の画像により指し示される目盛り(目盛りM1~M5のいずれが指し示されているかの情報)を検出し、これを、骨モデルMにおける特徴点Vから、骨嵌合面12を示す部分が矯正前の骨モデルBMの表面形状に合致する位置に取り付けられた骨処置補助部材モデルMまでの距離として取得する(S18)。なお、位置検出部106は、上記指し示されている目盛りを検出するのではなく、上記距離を示す情報を、そのまま検出するようにしてもよい(S18)。
 更には、操作者は、上記のように、制御部101により、上記ロッド支持部モデル32Mに挿通された状態の特徴点指示ロッドモデル31Mの先端部が特徴点Vに相当する部分を示す画像を指し示す位置に移動した状態が表示部114に表示されているときにおける、第2支持部材モデル33Mの上縁部3321Aに相当する部分の画像により指し示されている目盛りを、当該表示に基づいて目視で確認し、操作者が当該目盛りを記憶しておくようにしてもよい。
 続いて、操作者からの指示に基づいて、作成用データ出力部108は、S131~S134により骨処置補助部材モデル作成部107で生成された骨処置補助部材モデルを示す作成用三次元データを、通信インターフェイス115を介して、USBメモリ、他の情報処理装置、又はNC工作機械等に出力する(S19)。
 この後、操作者は、上記出力された骨処置補助部材モデル及びブロック体モデルを示す各作成用三次元データを用いて、NC工作機械に、図1に例を示したような骨処置補助部材1を形成させ、又は、骨処置補助部材1を光造形などのラピッドプロトタイピングで形成する。或いは、上記各三次元データに従って生成した金型を用いた樹脂成形等により骨処置補助部材1を形成してもよい。
 例えば、操作者は、各作成用三次元データに基づいて、光造形などの任意の成型方法により素材(例えば、金属、プラスチック、セラミックなど)を成型することによって骨処置補助部材1を作製することができる。光造形とは、液状の紫外線硬化樹脂(紫外線に反応し、硬化する液体)を光造形装置の紫外線レーザーを使用して硬化させ、積層することで3Dのデータとほぼ同一の精密な立体物を、短時間で作成する技術である。
 上記に示した骨処置補助部材の作成により、患者及びその骨に応じたカスタムメイドの骨処置補助部材1を簡単に作成することができ、各患者に応じた最適な骨矯正を行うことが可能になる。
 次に、上記のようにして形成した骨処置補助部材1を含む骨切断補助キット1Aを用いた処置対象骨の施術を説明する。
 (1)まず、患者の患部を切開し、処置対象とする骨の切断対象部分を露出させる。
 (2)続いて、図15に示すように、骨処置補助部材1を、その嵌合面が、処置対象とする骨Bの表面において嵌合可能となる部分に嵌め合わせて密着させる。これにより、処置対象とする骨Bの表面において、骨処置補助部材1を上記切断面に合わせた狙いの位置に取り付けられることになる。
 そして、術者は、図16に示すように、取付位置確認部材3の第2支持部材33を、凹部3312に骨処置補助部材1の本体11に設けられている凸部152を嵌め入れると共に、凸部151及び153の間に本体331を嵌め入れることにより、骨処置補助部材1に第2支持部材33を装着する。
 そして、術者は、特徴点指示ロッド31を、ロッド支持部32のロッド支持部材321に挿入して、特徴点指示ロッド31の先端部がロッド支持部32から露出した状態として、特徴点指示ロッド31をロッド支持部材321に支持させる。
 更に、術者は、図17に示すように、特徴点指示ロッド31を支持した状態のロッド支持部材321であって、その長尺部材322をその先端部から、骨処置補助部材1に装着した第2支持部材33の貫通孔3322に挿入する。これにより、第2支持部材33に、特徴点指示ロッド31を支持した状態のロッド支持部32が保持される。
 このように、第2支持部材33に、特徴点指示ロッド31を保持した状態のロッド支持部32が保持された状態で、術者が、第2支持部材33に対するロッド支持部32の位置を長尺部材322の長さ方向に移動させることで、ロッド支持部32から露出した特徴点指示ロッド31の先端部が、骨Bの上記特徴点Vを指し示す位置まで、特徴点指示ロッド31及びロッド支持部32を移動させる。
 このように移動させた後、術者は、この時点で、第2支持部材33の上縁部3321Aにより指し示されている長尺部材322上の目盛りM1~M5のいずれかが、上記S18において上記距離として取得された情報、すなわち、目盛りM1~M5のいずれが指し示されているかの情報により示される目盛りと同一であるかを確認する。なお、上述したように、上記表示部114の表示に基づいて、上記操作者が目視で、第2支持部材モデル33Mの上縁部3321Aに相当する部分の画像により指し示されている目盛りを確認して記憶している場合は、術者は、当該記憶されている目盛りと、術時に指し示されている上記目盛りとが同一であるかを確認する。
 この時点で上縁部3321Aにより指し示されている長尺部材322上の目盛りと、上記S18で取得された位置情報が示す目盛りとが同一であることが術者により確認できれば、特徴点指示ロッド31の先端部が、骨Bの上記特徴点Vを、想定した正確な位置を指し示す状態を確保していることになる。
 一方、この時点で上縁部3321Aにより指し示されている長尺部材322上の目盛りと、上記S18で取得された情報が示す目盛りとが異なる場合は、術者は、この時点で上縁部3321Aにより指し示されている長尺部材322上の目盛りが、上記S19で取得された情報が示す目盛りと同一になる位置まで、骨Bに対する骨処置補助部材1の位置を移動させる。これにより、骨Bに対して骨処置補助部材1を目標の位置に正確に取り付けることが可能になる。この後、術者は、取付位置確認部材3を骨処置補助部材1から取り外す。
 (3)そして、術者は、図18に示すように、上記のようにして骨Bに取り付けた骨処置補助部材1の第1ガイド孔15(凸部151~156)に第1ロッド31を挿入し、処置対象骨Bに突き刺す。術者は、骨Bにおいて第1ロッド31が固定される程度の深さで骨処置補助部材1に第1ロッド31を挿し入れる。このとき、術者は、例えば、前もって、電気ドリルの先端部等を第1ガイド孔15(凸部151~156)に挿し入れて、第1ガイド孔15(凸部151~156)によって案内される角度及び位置で骨Bに、第1ロッド31突き刺し用の孔を形成しておく。本実施形態では、第1ロッド31は、処置対象骨Bを切断して得られる各骨片の一方に相当する位置に3本、他方の骨片に相当する位置に3本が挿し入れられる。
 (4)次に、術者は、切断用スリット131,132にそれぞれ電動のこぎり等の切断治具を挿し入れて動作させ、骨Bを切断分離する。このとき、第1ロッド31が切断に支障を生じる位置に存在するようであれば、この切断前に、第1ロッド31を骨B及び骨処置補助部材1から取り外し、(3)での突き刺しにより骨Bにできた孔に、当該切断後に再度第1ロッド31を骨Bに挿し差し込んでもよい。
 (5)上記切断後、図19に示すように、第1ロッド31を残したままで骨Bから骨処置補助部材1を取り外す。本実施形態では、この時点で、処置対象骨Bは、各骨片BP1,BP2に分割され、各骨片BP1,BP2にはそれぞれ第1ロッド31が突き刺さっている状態となる。
 (6)次に、術者は目測で、予め定めておいた上記目標矯正位置まで上記各骨片BP1,BP2を移動させる(図20)。この移動後、術者は、当該図20に示すように、各骨片BP1,BP2に突き刺されている第1ロッド31が、S11で設定した位置関係(ここでは、各第1ロッド31が平行な状態で整列している)となっていることを目視で確認することにより、上記目標矯正位置まで上記各骨片BP1,BP2が移動したことを確認できる。
 そして、術者は、各第1ロッド31を各骨片BP1,BP2から取り外し、図略のブロック体を用い、この目標矯正位置にある各骨片BP1,BP2を互いに連結及び固定する。これにより、各骨片BP1,BP2同士の相対的な関係位置が、目標矯正位置の示す位置関係に補正される。
 各骨片BP1,BP2を接合する工程は、当該分野において周知の任意の手段を用いて実施することができる。骨片の接合は、プレート、スクリュー、ワイヤー、髄内釘などの内固定材料により行われ、骨欠損部である上記隙間には、リン酸カルシウムを補填したり、骨移植を行うことができる。例えば、補填は、リン酸カルシウム(例えば、ハイドロキシアパタイト)、βTCP、リン酸カルシウムペーストのような生体適合性の材料を用いて行うことができる。あるいは、骨欠損部は、骨移植により補填され得る。
 各骨片BP1,BP2を接合した後は、その状態を長期間保持することが好ましい。矯正した状態が保持され、矯正効果が確実なものとなるからである。
 本実施形態によれば、骨処置補助部材1を用いることにより、この種の矯正骨切手術において、予めコンピュータシミュレートにより算出された適切な切断面に沿って骨を切断でき、さらに切断後の骨片をコンピュータシミュレートにより設定した適切な目的矯正位置に移動させることが容易にできる。従って、従来のように医師の経験、熟練性や技術に頼ることなく、確実かつ容易な矯正骨切手術が可能となる。
 また、本実施形態によれば、術時に、骨処置補助部材1が、処置対象とする骨Bにおける目標位置に取り付けられているか否かを確認するためだけの目的でロッドを骨Bの特徴点Vに突き刺さす必要がないので、当該骨に余計な負荷を与えることがなく、また、骨処置補助部材1が骨Bの目標位置に取り付けられているかを確認するために、ロッドを特徴点に突き刺すという面倒な作業が必要とされることもない。さらには、上記実施形態によれば、第2支持部材33の上縁部3321Aにより指し示す長尺部材322上の目盛りに基づいて、処置対象とする骨Bにおける目標位置に対して、骨処置補助部材1が正確に取り付けられているか、或いは、どの程度ずれているのかを、術者が客観的に把握することが可能である。
 従って本実施形態によれば、処置対象とする骨において骨処置補助部材が目標位置にどの程度正確に取り付けられているかを、当該骨に与える影響を低減しつつ、小さな作業負荷で把握可能である。
 また、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。
 なお、図1乃至図20を用いて上記各実施形態に示した構成及び処理は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の構成及び処理はこれに限定されるものではない。
 本実施形態において処置の対象とする骨は、四肢のものであることが通常であるが、それに限定されず、本発明では、任意の骨を対象とすることができる。人体であれば、人体内に存在する200個程度の骨すべてが対象であり、例えば、長骨(long bone;例えば、四肢)、短骨(short bone)、扁平骨(flat bone;胸骨、肋骨、肩甲骨、腸骨など)、種子骨(sesamoid bone;膝蓋骨)、不規則骨(irregular bone;顔面頭蓋、椎骨)などが挙げられるがそれらに限定されない。長骨(例えば、四肢)の矯正が本発明の矯正において適切である。本発明の治療対象は、代表的に変形治癒した骨である。
 なお、骨処置補助部材作成用プログラムは、任意の形態でユーザに提供され得る。例えば、そのプログラムを記録した記録媒体を配布する形態でそのプログラムをユーザに提供してもよいし、ネットワークを介してサーバから端末装置にそのプログラムをダウンロードする形態でそのプログラムをユーザに提供してもよい。骨処置補助部材作成用プログラムの提供は、有償であるか無償であるかを問わない。そのプログラムを記録する記録媒体としては、フレキシブルディスク、MOディスク、DVDなどの任意の記録媒体が使用され得る。ネットワークとしては、インターネットなどの任意のネットワークが使用され得る。
 本明細書において「骨」とは、脊椎動物の支持器官であって、内骨格の個々の構成要素をいう。脊椎動物の骨は、円口類及び軟骨魚類を除いて主に骨組織からなる。本明細書では、「骨」には、軟骨が含まれる。本明細書において、脊椎動物の骨格の大部分を形づくる硬い結合組織を特に区別するときは、「硬骨」と呼ぶ。なお、本明細書では、骨が例示されているが、骨以外の他の身体の一部であっても同様に処置を設計し、実施することができることが理解される。
 本明細書において骨の「処置」とは、骨に対して物理的に作用を与えることをいい、例えば、回転、切除、切断、移植片の挿入、延長、固定などをいうがそれらに限定されない。
 本明細書において「患者」とは、被験体であり、本実施形態で示した処置が適用される生物をいう。患者または被験体は、好ましくは、ヒトであり得る。
 本明細書において、骨の「切断」とは、骨を2以上の部分に分けるような処置を行うことをいう。代表的には、骨の切断は、骨切デバイス(例えば、ボーンソーなど)を用いて行われる。本明細書において、骨の切断が行われる部分は、「骨切り部」とも称される。
 本明細書において、骨(骨片)の「固定」とは、ある骨の処置を行った後に、その処置の状態を実質的に保持させる行為をいう。骨の固定は、一般的に対象となる骨のみで行われ得る。
1    骨処置補助部材
3    取付位置確認部材
15   第1ガイド孔
151~156 凸部
31   特徴点指示ロッド
31M  特徴点指示ロッドモデル
32   ロッド支持部
321  ロッド支持部材
322  長尺部材
325  中空
32M  ロッド支持部モデル
33   支持部材
331  本体
3311 側面部
3312 凹部
3313 外側面
332  支持部
3321 突出部
3321A 上縁部
3322 貫通孔
33M  支持部材モデル
100  制御ユニット
101  制御部
102  骨モデル作成部
103  第1ロッドモデル位置算出部
104  骨片モデル作成部
106  位置検出部
107  骨処置補助部材モデル作成部
108  作成用データ出力部
131,132 切断用スリット
CM1,CM2 切断面画像
LM1  ロッドモデル
M    骨処置補助部材モデル
TBM  目的骨モデル
V    特徴点

Claims (6)

  1.  骨の切断又は穿孔といった処置の補助に用いる骨処置補助部材に取り付けられ、前記骨に対する前記骨処置補助部材の取付位置を確認するために用いる取付位置確認部材であって、
     前記骨の予め定められた特定部分である特徴点に先端部があてがわれる特徴点指示ロッドと、
     前記特徴点指示ロッドをその先端部が前記骨の前記特徴点を指し示すことが可能な姿勢で支持するロッド支持部材と、前記ロッド支持部材から長尺状に延びる形状とされ、当該延びる方向において異なる位置に複数の目盛りを有する長尺部材とを有するロッド支持部と、
     前記骨に取り付けられた前記骨処置補助部材に装着された状態で、前記ロッド支持部を前記延びる方向に移動自在に支持し、前記複数の目盛りのいずれかを指し示す第2支持部材と、を備える取付位置確認部材。
  2.  請求項1に記載の前記取付位置確認部材と、骨処置補助部材とを有する骨切断補助キットであって、
     前記骨処置補助部材は、
     前記骨処置補助部材が前記骨の表面に取り付けられている状態において、前記切断分割が行われる切断面に対応する位置に形成され、切断治具を当該切断面に向けて案内する切断用スリットと、
     前記骨処置補助部材が前記骨の表面に取り付けられている状態において、当該骨に挿入する第1ロッドを、当該骨が前記切断面で切断されてなる各骨片を正常な態様での位置関係に矯正した後に、当該各骨片に突き刺された前記第1ロッド同士が予め定められた位置関係となる姿勢で案内するガイド孔と、
     前記取付位置確認部材の前記第2支持部材が取り付けられる取付部と、を備える骨切断補助キット。
  3.  前記骨処置補助部材の前記ガイド孔はそれぞれ、前記第1ロッドを前記姿勢で案内可能な方向に前記骨処置補助部材の表面から突出する凸部を有し、
     前記取付位置確認部材の前記第2支持部材には、前記ガイド孔の前記凸部が嵌入される凹部が形成されており、
     前記第2支持部材に形成されている前記凹部に、前記ガイド孔の前記凸部のいずれかが嵌入されることで、前記凸部を前記取付部として、前記取付位置確認部材が前記骨処置補助部材に装着される請求項2に記載の骨切断補助キット。
  4.  前記骨処置補助部材は、前記骨に対向する部分に形成され、当該骨の表面に嵌合する嵌合面を更に備える請求項2又は請求項3に記載の骨切断補助キット。
  5.  処置対象とする骨の三次元データを取得し、当該取得した三次元データに基づいて、当該処置対象とする骨を表す三次元の骨モデルを作成する骨モデル作成部と、
     前記骨モデルに対して矯正用の切断面を設定し、当該切断面で前記骨モデルを切断した各骨片モデルであって、前記処置対象とする骨の矯正目的とする骨を示す目的骨モデルに近似する目標矯正位置まで移動又は回転可能となる各骨片モデルを作成する骨片モデル作成部と、
     前記目標矯正位置にあるとした前記各骨片モデルのそれぞれに第1ロッドモデルを取り付けた状態にある当該各第1ロッドモデルの位置から、当該各骨片モデルが前記骨モデルの位置にあるとした場合における当該各第1ロッドモデルの位置を算出する第1ロッドモデル位置算出部と、
     前記切断面に対応する位置に形成されて切断治具を当該切断面に向けて案内する切断用スリットと、前記算出された第1ロッドモデルの位置に形成された当該第1ロッドモデルを挿入可能なガイド孔とを有する骨処置補助部材を示す骨処置補助部材モデルが前記骨モデルに取り付けられた状態となる位置を算出する骨処置補助部材モデル位置算出部と、
     前記骨モデルにおける予め定められた特定部分である特徴点に先端部を宛がった状態の特徴点指示ロッドモデルを支持した状態のロッド支持部モデルが、前記骨モデルに取り付けられた状態の前記骨処置補助部材モデルに装着された第2支持部材モデルに取り付けられたときにおける、前記骨モデルにおける特徴点を示す箇所から、前記嵌合面を示す部分が矯正前の骨モデルの表面形状に合致する位置に取り付けられた骨処置補助部材モデルまでの距離を検出する位置検出部と、してコンピューターを機能させる位置検出プログラム。
  6.  前記位置検出部が、前記骨モデルにおける予め定められた特定部分である特徴点に先端部を宛がった状態の特徴点指示ロッドモデルを支持した状態のロッド支持部モデルが、前記骨モデルに取り付けられた状態の前記骨処置補助部材モデルに装着された第2支持部材モデルに取り付けられたときに、前記ロッド支持部モデルから長尺状に延びる形状とされた長尺部材モデルにおいて当該延びる方向に異なる位置に設けられた複数の目盛りのうち、前記第2支持部材モデルにより指し示される目盛りを、前記距離として検出するように、前記コンピューターを更に機能させる請求項5に記載の位置検出プログラム。
PCT/JP2017/008630 2017-03-03 2017-03-03 取付位置確認部材、骨切断補助キット、及び位置検出プログラム WO2018158962A1 (ja)

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