【手続補正書】
【提出日】平成16年11月1日(2004.11.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】骨または骨関節の仮想表示
【特許請求の範囲】
【請求項１】  Ａ）表示装置（１９）を有するコンピュータ（１１）；
Ｂ）少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）を取り付けた基準体（１３；１４）；
Ｃ）骨または骨関節の望ましい位置へポインタ先端部（１２）を配置することで生成された地点をデジタル化するために取り付けられた前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）を有する可動ポインタ（７）であり、前記ポインタ（７）に取り付けた前記電磁波または音波発生手段（８）を局在させることにより前記ポインタ先端部（１２）の位置と方向をデジタル化し、前記地点が前記表示装置（１９）で示され；
Ｄ）少なくとも二つのセンサまたは発信機（９）と、前記電磁波または音波発生手段（８）の三次元座標を決定するために用いるデジタル化装置（１８）を含む三次元ローカライザ装置（６）であり、これにより、前記基準体（１３；１４）の位置と方向および前記ポインタ（７）または前記ポインタ先端部（１２）の前記位置と前記方向が決定でき、そしてコンピュータ（１１）の前記表示装置（１９）に表示され；および
Ｅ）画像情報処理装置（１０）；
を含む、骨または骨関節の仮想表示を用いて外科手術を計画するための装置であって、
Ｆ）前記画像情報処理装置（１０）は、前記表示装置（１９）上に仮想三次元表面を生成し、前記表面は、前記ポインタ（７）により予め決定された地点を含み；
Ｇ）装置は更に関節鏡（５）を含み、この前記関節鏡（５）によって前記画像情報処理装置（１０）が前記表示装置（１９）に画像を生成し、この画像は前記関節鏡（５）によって、大腿骨（１）の切断面または脛骨（２）の切断面のような関連要素（２５）として、観察した目的物を表し；そして
Ｈ）前記表示装置（１９）上の決まった地点でまたは地点と地点の間での、仮想の靭帯および／または仮想のドリル穴が、前記関連要素（２５）として前記画像情報処理装置（１０）によって生成される傾向がある
ことを特徴とする、前記装置。
【請求項２】  前記画像情報処理装置（１０）が、異なった視角から、望ましくかつ前もって得られたどのような前記関連要素（２５）またはこれら前記要素（２５）の組み合わせをも表示できることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】  前記画像情報処理装置（１０）が、静止の前記関連要素（２５）または動いている前記関連要素（２５）を表示できることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】  前記画像情報処理装置（１０）が、前記ポインタ（７）を経て予め決定された靭帯取り付け地点（１６；１７）間の関係の三次元表示を示し、これにより膝の屈曲と伸展の間じゅう前記表示装置（１９）上に靭帯（３０）を表すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】  前記三次元ローカライザ装置（６）が、電磁誘導の使用によって前記ポインタ（７）と前記基準体（１３；１４）の、前記位置と方向を局在させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】  前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）が、光学的光源であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】  前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）が、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】  前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）が、赤外発光ダイオード（ＩＲＥＤ）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】  前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）が、光学リフレクタであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】  前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）が、音響送信機であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】  前記少なくとも三つの電磁波または音波発生手段（８）が、マイクロホンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】  前記関連要素（２５）が、前記靭帯、ドリル穴および前記大腿骨と前記脛骨それぞれの予めデジタル化された表面を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】  前記基準体（１３；１４）に関する前記ポインタ（７）の前記位置と方向を、機械的リンク装置によって決定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】  Ａ）電磁波または音波発生手段（８）を有する基準体（１３；１４）を大腿骨（１）と脛骨（２）へ取り付け、これにより、前記基準体（１３；１４）へ結合した前記少なくとも三つの手段（８）が、三次元ローカライザ装置（６）によって基準座標システムのコンピュータによる計算を可能にし；
Ｂ）ポインタ先端部（１２）を骨または骨関節の望んだ位置へ配置することで生成された地点をデジタル化するためにポインタ（７）が用いられ、そしてスイッチを押して、前記ポインタ（７）に取り付けた前記電磁波または音波発生手段（８）を局在させることにより前記ポインタ先端部（１２）の位置と方向をデジタル化し、前記地点が、選択した基準システムに関係するコンピュータの表示装置（１５）に示され；そして
Ｃ）画像情報処理装置（１０）が用いられる、
骨または骨関節の仮想表示を用いることにより外科手術を計画する方法であって、
前記画像情報処理装置（１０）によって、
Ｄ）仮想の三次元表面が表示装置（１９）に生成され、これは前記ポインタ（７）により予め決定された地点を含み；そして
Ｅ）関連要素（２５）が、前記表示装置（１９）上の決まった地点でまたは地点間に生成される
ことを特徴とする前記方法。
【請求項１５】  望ましくかつ予め得られたあらゆる前記関連要素（２５）またはこれら前記要素（２５）の組み合わせが、どのような望ましい観察角度およびどのような縮尺ででも表示可能であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】  前記ポインタ（７）によって予め決定した、靭帯取り付け地点（１６；１７）間の結合の三次元表示が、靭帯（３０）を表示しながら生成されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】  膝の屈曲・伸展の間の靭帯三次元シミュレーションが表示装置に示され、前記靭帯取り付け地点（１６；１７）の最適位置とドリル穴の最適位置が外科医により計画されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】  望ましい観察角度を用いることにより、中央側面視野または前後部視野が選択されることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】  観察する角度が異なることによって、外科医が靭帯侵害シミュレーションもまた考慮して外科手術を計画することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】  関節鏡（５）が、前記画像情報処理装置（１０）によって、前記表示装置（１９）に、前記関節鏡（５）によって観察した目的物に相当する画像を生成するのに用いられることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】  前記関連要素（２５）が、前記靭帯（３０）、二つの地点に前記ポインタ（７）を取り付けて、これら前記二つの地点を通った軸を有するシリンダをコンピュータで計算することにより生成したドリル穴、および前記大腿骨と前記脛骨それぞれの予めデジタル化した表面、を含むことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、請求項１の前文による骨または骨関節を仮想的に表示する装置、および請求項１４の前文による骨または骨関節の仮想表示を用いた外科手術を計画する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
コンピュータ使用による膝前部十字靭帯復元の方法は、デッセン(DESSENNE)等による、「コンピュータを使った膝前部十字靭帯復元：第１臨床試験、映像管理手術誌」(Computer-Assisted Knee Anterior Cruciate Ligament Reconstruction:
First Clinical Tests, Journal of Image Guided Surgery) 1:59‐64 (1995) （非特許文献１）から公知である。選択した手段は、膝蓋骨腱自己移植片であり、これによりこの方法は、最小の不等長部位での靭帯移植片の中央部分の位置決めを可能にする。完全な等長性は、大腿骨での靭帯の取り付け位置と脛骨での靭帯の取り付け位置との間に距離差がないことを意味する。不等長性は、膝の屈曲と伸展の間を通じて距離に変化がある時、存在するといわれている。弱い不等長性により、移植片はほぼ一定の張力にさらされる。従って、過度の張力による、伸展または屈曲での破断の危険を減少し、膝の安定性を改善する。このシステムは、ワークステーションと三次元光学ローカライザを利用し、膝の運動学を表すイメージを作り出す。この外科的な手法は、伝統的な開放性外科手術または関節鏡の使用のもとで行うことができる。復元の成功は、関節内移植位置の選択と初期移植張力の選択の両方によって決まる。もし、正常な前部十字靭帯の挿入部位、初期張力、形状寸法および機械的特性が復元手術の間に回復できたら、前部十字靭帯損傷の長期の合併症を大いに低減できる。前部十字靭帯移植片の最適配置を決めるために、「等長性」の概念が多くの著者により提唱されている。このシステムの記載された説明では、外科医はコンピュータシステムを用いることなしに脛骨トンネルへ穴をあけている。このシステムは大腿トンネルのみの配置を最適化するのに用いる。この方法は四段階に分かれる：
１）受動屈曲・伸展が、外科医によって膝へ、最大伸展から最大屈曲まで約２０〜５０に及ぶ膝の位置へ適用される。それぞれの位置において、大腿骨と脛骨に固定した光学体により表される二つの同等システムの場所は、コンピュータで計算され、保存される。
２）第三の光学ポインタが外科医によって用いられ、関節鏡的に表面地点を相互作用的に集める。一度脛骨トンネルが見えてくると、その関節内の端の中心をポインタでデジタル化する。次に外科医は、大腿切痕上の表面地点を得る。大腿結合部位用の全ての可能性のある候補地点に相当する領域において、一組２０〜１００地点がデジタル化される。
３）不等長地図が次にコンピュータで計算される。結果は大腿表面上の「不等長地図」であり、これは外科医に擬似色の画像として提供され得る。
４）この段階は、大腿トンネルの相互作用の配置を終了する。外科医はその時、光学的本体すなわちドリルを備えたいかなる標準の外科的手術用道具を用いても、大腿骨表面上の最少の不等長地点を探し出すことができる。
大腿骨と脛骨で不等長の地点を決定する他の方法は、EP-A 0 603 089 CINQUIN（特許文献１）に開示されている。この公知の方法は、骨に取り付けた基準体の使用を含み、この基準体は光学電子位置発見装置により検出できる標識を含む。その上に、公知の装置は標識もまた有するポインタを含み、その結果ポインタ先端部の位置が計算できる。脛骨の選択した地点のために、大腿骨での一組の地点がポインタによってデジタル化され、次に一組の地点のこの指摘がコンピュータにより計算され、これは膝関節の屈曲と伸展中に脛骨での選択された地点への距離に関する最大の不変性を示す。
【特許文献１】欧州特許第ＥＰ−Ａ−０，６０３，０８９号
【非特許文献１】デッセン他：「コンピュータを使った膝前部十字靭帯復元：第１臨床試験、映像管理手術誌」(DESSENNE  et al.:  Computer-Assisted Knee Anterior
Cruciate Ligament Reconstruction: First Clinical Tests, Journal of Image Guided
Surgery) No.1，p.59‐64 (1995)
【０００３】
（発明の開示）
本発明は、前部十字靭帯復元を計画するのに必要なより多くの情報を提供しようと意図するものであり、特に本発明は、大腿骨の表面断面または脛骨の表面断面、靭帯および設計したドリル穴の表示を可能にする。膝の屈曲および伸展の場合、靭帯の伸展は、いかなる大腿骨結合地点または脛骨結合地点に対してもデジタル化することができ、ドリル穴が外科手術の間を通じてドリルを誘導するものとして用いることができるようにドリル穴を設計することができる。        
【０００４】
本発明は、請求項１の特徴を含む装置および請求項１４の特徴を含む方法によって、この提起された課題を解決する。
【０００５】
本発明に係る装置の好ましい実施態様は、少なくとも三つの電磁波発生手段または音波発生手段を取り付けた基準体、少なくとも三つの電磁波発生手段または音波発生手段を取り付けたポインタ、少なくとも二つのセンサまたは送信機を含む三次元ローカライザ装置、および電磁気手段または音響手段の三次元座標を決定するために用いるデジタル化装置を含み、このことにより、基準体の位置と方向およびポインタまたはポインタ先端部の位置と方向は、三次元ローカライザ装置によりデジタル化でき、かつコンピュータと画像情報処理装置の表示装置に再現させることができる。
【０００６】
画像情報処理装置は、ポインタによって前以ってデジタル化された地点を含む仮想三次元表面を表示装置へ生成する。デジタル化は、三つの直線電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラであり得る少なくとも三つのセンサにより検出された電磁波干渉パターンのコンピュータによる計算と分析に基づく。基準体と地点（ポイント）の位置選定をコンピュータで計算する別の可能性は、前記手段により発せられた電磁波を検出する少なくとも二つのカメラにより受け取った画像のビデオ記録的(videogrammetric)な分析に基づく。画像情報処理装置は、表示装置上の決まった地点でまたは地点と地点の間で、大腿骨の切断面または脛骨の切断面、靭帯または大腿もしくは脛骨トンネルのような関連要素の発生を可能にする。その上に、画像情報処理装置は、いかなる望ましい観察角度からの、望ましくかつ前以って取得したどのような関連要素またはこれら要素の組み合わせをも表示したり、静止した関連要素または動いている関連要素を表示することを可能とし、結果として生じた伸展がデジタル化される間に、膝の屈曲と伸展の間を通じて表示装置に靭帯を表示させることができる。
【０００７】
また、画像情報処理装置および関節鏡を用いることにより、動的な視野の表示も可能である。
【０００８】
本発明に係る好ましい方法は、以下の段階の実行を含む：
ａ）大腿骨および脛骨へ、電磁波発生手段または音波発生手段を有する基準体を取り付け、これにより、基準体に取り付けた手段は、三つの直線電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラであり得る少なくとも三つのセンサにより検出された電磁波干渉パターンのコンピュータによる計算と分析に基づくデジタル化により、基準同等システムのコンピュータ計算を可能にする。基準体と地点の位置選定を計算するもう一つの可能性は、前記手段が発生した電磁波を検出する少なくとも二つのカメラよって受け取った画像のビデオ記録的な分析に基づいており；
ｂ）ポインタが、地点をデジタル化するために用いられ、この地点は、ポインタ先端部を骨または骨関節の望んだ位置へ配置することで生成され、そしてスイッチを押して、ポインタに取り付けた電磁波発生手段または音波発生手段を局在させることによりポインタ先端部の位置と方向をデジタル化し、前記地点は、選択した基準システムに関連したコンピュータの表示装置に示され；
ｃ）画像情報処理装置によって、表示装置に仮想の三次元表面が生成され、これはポインタによって予め決定した地点を含み；
ｄ）靭帯の三次元表示は、ポインタによって予め決定した地点により生成され；
ｅ）膝の屈曲・伸展の間における靭帯の三次元シミュレーションは、表示装置に示され、靭帯取り付け地点の最適位置とドリル穴の最適位置が、外科医により計画され；
ｆ）望ましい観察角度によって、中央側面視野(medio-lateral view)または前後部視野を選ぶことができ；そして
ｇ）異なった観察角度は、靭帯侵害シミュレーションをも考えた外科手術を外科医が計画することを可能にする。
【０００９】
本発明の更なる有利な実施態様は、従属請求項において特徴付けられている。
【００１０】
本発明と本発明の実施を、添付の図面に関連してより詳細に開示する。
本発明の一つの実施に係る装置を図１で説明する。装置と方法は前部十字靭帯復元に適用される。大腿骨１と脛骨２において、手段８として発光ダイオードを有する光学基準体１３；１４がそれぞれ取り付けられ、光学三次元ローカライザ装置６と共に用いる基準システムを作り出す。この三次元ローカライザ装置６は、センサ９としての三つの直線電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラと、基準８の三次元座標を決定するのに用いるデジタル化装置１８を含む。基準体１３；１４とポインタ７に取り付けた手段８としての少なくとも三つのＬＥＤが存在するので、基準体１３；１４の位置と方向およびポインタ７またはポインタ先端部１２の位置と方向は、三次元ローカライザ装置（６）によって決定でき、そしてコンピュータ１１の表示装置１９に三次元的に表示される。本発明に係る装置にもまた含まれる画像情報処理装置（１０）は、表示装置１９で仮想三次元表面の生成を可能とし、これはポインタ７によって予め決定された地点を含む。ポインタ７、関節鏡５および映像情報処理装置１０を用いることにより、外科医は表示装置１９上のある地点でまたは地点間で、関連要素２５（例えば大腿骨１の切断面、脛骨２の切断面、靭帯、ドリル穴等）を決定する。画像情報処理装置１０の使用により、望ましくかつ前もって入手したどのような関連要素２５またはこれら要素の組み合わせをも、表示装置１９上でどのような望ましい観察角度ででも表示することができる。例えば、中央側面視野または前後部視野を選択できる。その上に、画像情報処理装置１０は静止関連要素２５または動いている関連要素２５の表示を可能にし、関節鏡５を用いることにより動的な視野を可能にする。更に、画像情報処理装置は、表示装置１９に、膝の屈曲と伸展の間じゅう、靭帯の表示を可能にし、結果として生じた靭帯の伸展はデジタル化される。前後部視野への切り替えは、また外科医に膝の屈曲と伸展の間じゅう、靭帯を観察させることおよび靭帯侵害のシミュレーションを実行可能にする。靭帯（３０）用のみならず靭帯（３０）の取り付け用トンネル１６；１７は次に表示装置１９で決定される。表示装置１９でのドリル穴によって、次にまた基準８をも備えなければならないドリルを、外科手術の間、誘導できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  前部十字靭帯復元の場合の本発明に係る装置の適用を示す。