(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節形成術ジグを製造する方法であって，
少なくとも一つの計算機プロセッサが，関節を形成する骨の少なくとも一部の２次元画像から前記関節を形成する骨の前記少なくとも一部の第１の３次元計算機モデルを生成するステップと，
前記少なくとも一つの計算機プロセッサが，前記２次元画像から前記骨の前記少なくとも一部の第２の３次元計算機モデルを生成するステップと，
前記少なくとも一つの計算機プロセッサが，前記第１の３次元計算機モデルと前記第２の３次元計算機モデルとが共通の参照位置を有するようにするステップであって，前記参照位置は，原点に対する位置又は方向のうち少なくとも一つを含むステップと，
前記少なくとも一つの計算機プロセッサが，前記第１の３次元計算機モデルを用いて，３次元計算機インプラントモデルの関節面の少なくとも一部と前記第１の３次元計算機モデルの関節面の対応する部分とを形状合わせすることによって，第１タイプデータを生成するステップと，
前記少なくとも一つの計算機プロセッサが，前記第２の３次元計算機モデルを用いて，第２タイプデータを生成するステップと，
前記少なくとも一つの計算機プロセッサが，前記参照位置を用いて前記第１タイプデータと前記第２タイプデータとを統合ジグデータに統合するステップと，
前記少なくとも一つの計算機プロセッサが，製造機械に，前記統合ジグデータを用いて，前記関節形成術ジグを製造させるステップと，
を有する方法。
【請求項２】
前記第１の３次元計算機モデルは骨単独モデルとし，前記第２の３次元計算機モデルは骨及び軟骨モデルとする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記骨単独モデル並びに前記骨及び軟骨モデルは，前記関節の変性した状態を表す請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の３次元計算機モデルは，変性前の前記骨の少なくとも一部の近似を表し，前記第２の３次元計算機モデルは，前記骨の少なくとも一部及び変性状態の軟骨を表す請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１タイプデータは，鋸切断情報又はドリル穴あけ情報の少なくとも一つを含み，前記第２タイプデータは前記骨の少なくとも一部の曲面輪郭情報を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記鋸切断情報及びドリル穴あけ情報は，提案された関節形成術の鋸切断又はドリル穴あけの少なくとも一つに関する位置，方向又は寸法の少なくとも一つを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の３次元計算機モデルは，前記２次元画像から少なくとも部分的に導出された開ループ輪郭線から少なくとも部分的に生成される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の３次元計算機モデルは，前記２次元画像から少なくとも部分的に導出された閉ループ輪郭線から少なくとも部分的に生成される請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の３次元計算機モデルは，３次元ボリュームモデルとする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の３次元計算機モデルは，３次元サーフェスモデルとする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記２次元画像はＭＲＩ画像とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記２次元画像はＣＴ画像とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記参照位置は，点，複数点，ベクトル，平面，又は平面及び点，のうち少なくとも一つとする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記参照位置は，前記２次元画像内の前記関節の近傍とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記関節は，膝，肘，手，足，肩，腰，又は脊椎の接合部のうち少なくとも一つとする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記の各３次元計算機モデルの一方の原点に対する位置及び方向の変化は，前記の各３次元計算機モデルの他方の原点に対する位置及び方向に均等な変化を生じさせる請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記骨の少なくとも一部の寸法を候補ジグ素材と比較するステップと，
前記候補ジグ素材から，前記骨の少なくとも一部を収容することができる最小寸法のジグ素材を選択するステップと，
前記の選択されたジグ素材を前記製造機械に供給するステップと，
を更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記骨の少なくとも一部の寸法を数学的に修正するステップと，
前記の数学的に修正した寸法を用いて，どの候補ジグ素材を選択するか判定するステップと，
を更に有する請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記骨の少なくとも一部の寸法を，前記２次元画像又は前記３次元計算機モデルのうち少なくとも一つから得る請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，特化した関節形成切断ジグを製造するシステム及び方法に関する。より詳細に言えば，本発明はこのようなジグを自動的に製造するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
時間経過及び反復使用によって，骨及び関節は損傷したり，摩耗したりすることがある。例えば，骨及び関節への繰り返しの負荷（例えば運動によるもの），外傷事故，及びある種の病気（例えば関節炎）が，通常はクッション効果を与える関節領域の軟骨を摩耗させることがある。軟骨が摩耗すると関節部分に液体が蓄積し，痛み，硬直，運動機能の低下をもたらす。
【０００３】
損傷した関節を修復するために，関節形成処置が行われることがある。通常の関節形成処置では，関節炎を起こしたか，又はほかの原因で機能不全になった関節をリモデル，すなわち再調整してもよいし，損傷部位にインプラントを埋め込んでもよい。関節形成処置は，膝，腰，肩又は肘のような，身体の種々の部位のどれにも行うことができる。
【０００４】
関節形成処置の一つに人工膝関節形成術（“ＴＫＡ”）があり，損傷した膝関節を人工のインプラントで置換する。この膝関節は，例えば関節炎（例えば重篤な骨関節症，すなわち変性関節炎），外傷，又はまれな破壊性(destructive)関節症によって損傷した可能性がある。ＴＫＡ処置において，大腿骨の遠位部の損傷部位を除去し，金属殻で置き換えることもあるし，脛骨の近位部の損傷した部分を除去し，金属幹を有する導管状の(channeled)プラスチック片で置換することもある。いくつかのＴＫＡ処置においては，膝蓋骨の状態に応じて，膝蓋骨曲面下にプラスチックのボタンを付加することもある。
【０００５】
損傷部位に埋め込まれるインプラントは，その損傷部位を支持し，組織をなし，また損傷部位の復元を助け，それによって機能性を強化することができる。損傷部位にインプラントを埋め込む前に，損傷部位がインプラントを受容するように調整することがある。例えば膝関節形成処置においては，大腿骨及び／又は脛骨のような膝領域の１又は複数の骨を治療（例えば，切断，穴あけ（drilling），穴さらえ（reaming），及び／又は面再形成）して，１又は複数の面をインプラントに整合するようにし，それによってインプラントが収容されるようにすることがある。
【０００６】
インプラント整合精度は，ＴＫＡ処置を成功させるための重要な要因である。１，２ミリメートルの置き換え(translational)不整合，又は１，２度の回転不整合が靭帯を不釣合いにさせ，それによってＴＫＡ処置の結果に重大な影響を及ぼすことがある。例えば，インプラントの不整合は耐え難い術後の痛みを起こし，また患者が足を完全に延ばし，安定して足をまげることができないことがある。
【０００７】
インプラント整合を正確にするため，骨の任意の部位を治療（例えば，切断，穴あけ，穴さらえ，及び／又は面再形成）する前に，治療を行う位置と，治療を行う方向とを正確に決定することが重要である。いくつかの方法においては，切断器具，穴あけ器具，穴さらえ器具，又は面再形成器具のような仕上げ器具を，骨の部位に対して正確な位置及び方向に置くために，関節形成術ジグを用いることがある。関節形成術ジグは，例えばこれらの器具を受容するように構成された１又は複数の開口部及び／又はスロットを含んでもよい。
【０００８】
外科医が，関節の変性前の整合を復元させる関節形成処置を正確かつ迅速に行うことができるようにし，それによってこのような処置の成功率を改善するように構成された，特化関節形成術ジグを製造するためのシステム及び方法が開発された。特に，特化関節形成術ジグは，治療（例えば切断，穴あけ，穴さらえ及び／又は面再形成）を行う骨の部位を捕捉する(matingly receive）ようにインデクスが付けられている。特化関節形成術ジグはまた，骨の部位に対して治療の正確な位置及び方向を与えるようにインデクスが付けられている。特化関節形成術ジグにインデクスを付けることによって，骨部位の治療が迅速かつ，インプラントが患者の関節を概略変性前の状態に復元させることができる高度な正確さで行えるようになる。しかし，特化ジグを生成するシステム及び方法は，特化ジグの生成に必要な形状を測定するために，計算機画面上の骨モデルを人間が凝視することに頼ることが多い。計算機画面上の骨モデルを凝視すること，すなわち手動操作することは非効率であり，特化関節形成術ジグを生産することに関係する不必要な時間と，人的資源と，費用とが発生する。さらに，手動操作の度合いを少なくすることによって，得られるジグの精度を改善できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
当業においては，特化関節形成術ジグの生成に関係する労力を削減するシステム及び方法が求められている。さらに当業においては，特化関節形成術ジグの精度を向上させるシステム及び方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願は関節形成術ジグを製造する方法を開示している。一つの実施例においては，方法は，関節を形成する骨の少なくとも一部の２次元画像を生成するステップと，上記２次元画像から上記骨の少なくとも一部の第１の３次元計算機モデルを生成するステップと，上記２次元画像から上記骨の少なくとも一部の第２の３次元計算機モデルを生成するステップと，上記第１の３次元計算機モデルと上記第２の３次元計算機モデルとが共通の参照位置を有するようにするステップであって，上記参照位置は，原点に対する位置及び方向のうち少なくとも一つを含むステップと，上記第１の３次元計算機モデルを用いて，第１タイプデータを生成するステップと，上記第２の３次元計算機モデルを用いて，第２タイプデータを生成するステップと，上記参照位置を用いて上記第１タイプデータと上記第２タイプデータとを統合ジグデータに統合するステップと，上記統合ジグデータを用いて，製造機械で上記関節形成術ジグを製造するステップと，を含む。
【００１１】
本願は関節形成術ジグを製造する方法を開示している。一つの実施例においては，方法は，関節を形成する骨の少なくとも一部の２次元画像を生成するステップと，上記２次元画像の少なくともいくつかにおいて，関節形成術対象部位に沿って開ループ輪郭線を延ばすステップと，上記開ループ輪郭線から上記関節形成術対象部位の３次元計算機モデルを生成するステップと，上記３次元計算機モデルから，上記関節形成術対象部位の曲面輪郭データを生成するステップと，上記曲面輪郭データを用いて，製造機械で上記関節形成術ジグを製造するステップと，を含む。
【００１２】
本願は関節形成術ジグを製造する方法を開示している。一つの実施例においては，方法は，骨の一部に関係する少なくとも一つの寸法を画像から測定するステップと，上記少なくとも一つの寸法と，少なくとも二つの候補ジグ素材(blank)サイズの寸法とを比較するステップと，上記少なくとも一つの寸法を収容することができる最小のジグ素材サイズを選択するステップと，上記の選択されたサイズのジグ素材を製造機械に供給するステップと，上記ジグ素材から上記関節形成術ジグを製造するステップと，を含む。
【００１３】
本願は前述の製造方法のいずれかによって製造された関節形成術ジグを開示している。いくつかの実施例においては，関節形成術ジグは，関節骨の関節形成術対象部位を捕捉するようにインデクスを付けてもよい。また関節形成術ジグは，関節形成術対象部位が該関節形成術ジグに捕捉されたとき，鋸切断スロット及びドリル穴ガイドを介して関節形成術対象部位に施される鋸切断及びドリル穴あけによって，関節形成インプラントが関節を変性前の状態に概略復元させることを容易にするため，関節形成術ジグが鋸切断スロット及びドリル穴ガイドの方向を向くようにインデクスを付けてもよい。
【００１４】
本願は，関節を形成する骨の関節形成術対象部位の３次元サーフェスモデルを計算機生成する方法を開示している。一つの実施例においては，方法は，上記骨の少なくとも一部の２次元画像を生成するステップと，上記２次元画像の少なくともいくつかにおいて，上記関節形成術対象部位に沿って開ループ輪郭線を生成するステップと，上記開ループ輪郭線から上記関節形成術対象部位の３次元モデルを生成するステップと，を含む。
【００１５】
本願は，３次元関節形成術ジグ計算機モデルを生成する方法を開示している。一つの実施例においては，方法は，関節の骨の少なくとも一部の寸法を候補ジグ素材サイズの寸法と比較するステップと，上記候補ジグ素材サイズから，上記骨の少なくとも一部の寸法を収容することができる最小のジグ素材サイズを選択するステップと，を含む。
【００１６】
本願は，３次元関節形成術ジグ計算機モデルを生成する方法を開示している。一つの実施例においては，方法は，骨の少なくとも一部の関節形成術対象部位を表わす内側３次元サーフェスモデルを形成するステップと，ジグ素材の外側面を表す外側３次元サーフェスモデルを形成するステップと，上記内側サーフェスモデルと上記外側サーフェスモデルとを結合して，上記３次元関節形成術ジグ計算機モデルの内側面及び外側面をそれぞれ形成するステップと，含む。
【００１７】
本願は関節形成術ジグの製造に関係する生産ファイル生成する方法を開示している。方法は，関節骨の関節形成術対象部位の曲面輪郭に関係する第１データを生成するステップと，関節形成処置の過程で上記関節形成術対象部位に施される鋸切断部及びドリル穴の少なくとも一つに関係する第２データを生成するステップと，上記第１データ及び上記第２データを統合するステップと，を含み，原点に対する上記第１データの位置関係と，上記原点に対する上記第２データの位置関係とが互いに概略一致するように，上記第１データ及び上記第２データそれぞれの生成中に調整される。
【００１８】
複数の実施例が開示されているが，本発明の例示実施例を示し，説明している以降の詳細な説明を読めば，当業者には本発明のほかの実施例も明白であろう。明察のとおり，本発明の精神及び範囲を逸脱することなく，本発明の種々の態様の変形が可能である。したがって，本願の図面及び詳細な説明は，本質的に例示であって制限ではないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本願に開示された自動ジグ生産方法を用いたシステムの概略図である。
【図１Ｂ】本願に開示された自動ジグ生産方法の概要を示すフローチャートである。
【図１Ｃ】本願に開示された自動ジグ生産方法の概要を示すフローチャートである。
【図１Ｄ】本願に開示された自動ジグ生産方法の概要を示すフローチャートである。
【図１Ｅ】本願に開示された自動ジグ生産方法の概要を示すフローチャートである。
【図１Ｆ】例示特化関節形成術大腿骨ジグの下面透視図である。
【図１Ｇ】例示特化関節形成術大腿骨ジグの上面透視図である。
【図１Ｈ】例示特化関節形成術脛骨ジグの下面透視図である。
【図１Ｉ】例示特化関節形成術脛骨ジグの上面透視図である。
【図２Ａ】患者の大腿骨の損傷した下部末端，すなわち膝関節末端の前部‐後部画像スライスであって，損傷した下部末端の対象部位に対応する開ループ輪郭線を含む図である。
【図２Ｂ】対象部位の３Ｄモデルを生成するために累積された開ループ輪郭線セグメントをそれぞれ有する複数の画像スライスである。
【図２Ｃ】図２Ｂに示す開ループ輪郭線セグメントを用いて生成された損傷した下部末端の対象部位の３Ｄモデルである。
【図２Ｄ】患者の大腿骨の損傷した下部末端，すなわち膝関節末端の前部‐後部画像スライスであって，対象部位を含む大腿骨下部末端に対応する閉ループ輪郭線を含む図である。
【図２Ｅ】対象部位を含む大腿骨下部末端の３Ｄモデルを生成するために累積された閉ループ輪郭線セグメントをそれぞれ有する複数の画像スライスである。
【図２Ｆ】図２Ｅに示された閉ループ輪郭線を用いて生成された対象部位を含む大腿骨下部末端の３Ｄモデルである。
【図２Ｇ】大腿骨ジグを製造する方法の概要を示すフローチャートである。
【図３Ａ】所定の寸法を有する左大腿骨切断ジグ素材の上面透視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示されたジグ素材の下面透視図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示されたジグ素材の外側，すなわち外側部分の平面図である。
【図４Ａ】図３Ｃに示した平面図によってそれぞれ示された左大腿骨ジグ素材の複数の利用可能なサイズを示す図である。
【図４Ｂ】図３Ｃに示した平面図によってそれぞれ示された右大腿骨ジグ素材の複数の利用可能なサイズを示す図である。
【図５】患者の左大腿骨の３Ｄサーフェスモデル，すなわち関節モデルを遠位から近位の方向に見た軸の図である。
【図６】図５のモデル大腿骨下部末端に重畳された図３Ｃの選択されたモデルジグ素材を示す図である。
【図７Ａ】患者の大腿骨の下部末端に適したジグ素材サイズを，複数の候補ジグ素材サイズから選択するための例示散布図を示す図である。
【図７Ｂ】適切なサイズのジグ素材を選択する処理の実施例を示すフロー図である。
【図８Ａ】大腿骨ジグ素材外側サーフェスモデルの外側透視図である。
【図８Ｂ】図８Ａの大腿骨ジグ素材外側サーフェスモデルの内側透視図である。
【図９Ａ】抽出された大腿骨サーフェスモデルと結合されようとしている抽出されたジグ素材外側サーフェスモデルの透視図である。
【図９Ｂ】抽出された大腿骨サーフェスモデルと結合された抽出されたジグ素材外側サーフェスモデルの透視図である。
【図９Ｃ】結合されたジグ素材外側サーフェスモデルと，大腿骨サーフェスモデルとの図９Ｂの切断線Ｃ−Ｃに沿って見た断面図である。
【図１０Ａ】得られた大腿骨ジグモデルの外側透視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの大腿骨ジグモデルの内側透視図である。
【図１１】「関節モデル」とかん合した統合ジグモデルの透視図である。
【図１２Ａ】患者の脛骨の損傷した上部末端，すなわち膝関節末端の前面‐後面画像スライスである。
【図１２Ｂ】対象領域の３Ｄモデルを生成するために累積された開ループ輪郭線セグメントをそれぞれ有する複数の画像スライスである。
【図１２Ｃ】図１２Ｂに示した開ループ輪郭線セグメントを用いて生成された損傷した上部末端の対象領域の３Ｄモデルを示す図である。
【図１３Ａ】所定の寸法を有する右脛骨切断ジグ素材の上面透視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａに示したジグ素材の下面透視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａに示したジグ素材５０ＢＲの外側，すなわち外側部分の平面図である。
【図１４Ａ】図１３Ｃに示した平面図によってそれぞれ示された右脛骨ジグ素材の複数の利用可能なサイズを示す図である。
【図１４Ｂ】図１３Ｃに示した平面図によってそれぞれ示された右脛骨ジグ素材の複数の利用可能なサイズを示す図である。
【図１５】患者の右脛骨の３Ｄサーフェスモデル，すなわち関節モデルを近位から遠位の方向に見た軸の図である。
【図１６】図１５のモデル脛骨上部末端に重畳された図１３Ｃの選択されたモデルジグ素材を示す図である。
【図１７Ａ】患者の脛骨の上部末端に適したジグ素材サイズを，複数の候補ジグ素材サイズから選択するための例示散布図を示す図である。
【図１７Ｂ】適切なサイズのジグ素材を選択する処理の実施例を示すフロー図である。
【図１８Ａ】脛骨ジグ素材外側サーフェスモデルの外側透視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの脛骨ジグ素材外側サーフェスモデルの内側透視図である。
【図１９Ａ】抽出された脛骨サーフェスモデルと結合されようとしている抽出されたジグ素材外側サーフェスモデルの透視図である。
【図１９Ｂ】抽出された脛骨サーフェスモデルと結合された抽出されたジグ素材外側サーフェスモデルの透視図である。
【図１９Ｃ】抽出された脛骨サーフェスモデルと結合された抽出されたジグ素材外側サーフェスモデルの透視図である。
【図１９Ｄ】抽出された脛骨サーフェスモデルと結合された抽出されたジグ素材外側サーフェスモデルの透視図である。
【図２０Ａ】得られた脛骨ジグモデルの外側透視図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａの脛骨ジグモデルの内側透視図である。
【図２１】「関節モデル」とかん合した統合ジグモデルの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本願は，特化関節形成術ジグ２と，そのようなジグ２を製造するためのシステム４及び方法を開示している。ジグ２は，特定の患者の特定の骨曲面に合うように特化されている。実施例に応じて，また多かれ少なかれ，ジグ２は自動的に設計・生成され，次の三つの米国特許出願に開示されたものと類似している。
米国特許出願第１１／６５６，３２３号，Parkほか，Arthroplasty Devices and Related Methods，2007年1月19日出願
米国特許出願第１０／１４６，８６２号，Parkほか，Improved Total Joint Arthroplasty System，2002年5月15日出願
米国特許出願第１１／６４２，３８５号，Parkほか，Arthroplasty Devices and Related Methods，2006年12月19日出願
これら三つの米国特許出願はの開示は，本願の明細書において全体が参照される。
【００２１】
ａ．特化関節形成術切断ジグを製造するシステム及び方法の概要
【００２２】
図１Ａ〜１Ｅを参照して，特化関節形成術ジグ２を製造するシステム４及び方法の概要を説明する。図１Ａは，本願によって開示された自動ジグ製造方法を用いるシステム４の概略図である。図１Ｂ〜１Ｅは，本願によって開示されたジグ製造方法の概要を示すフローチャートである。以降の概要説明は３セクションに分かれている。
【００２３】
第１セクションは図１Ａ及び図１Ｂ〜１Ｅのブロック１００〜１２５に関して説明しており，３次元（３Ｄ）計算機モデル環境において，復元骨モデル２８と称する３Ｄ計算機モデルに対して，鋸切断位置３０及びドリル穴あけ位置３２を判定する例示方法に関する。得られる「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４は復元骨モデル２８に参照されて，患者の関節を変性前の状態に復元するための関節形成インプラントを可能にする鋸切断及びドリル穴あけを行う。
【００２４】
第２セクションは図１Ａ及び図１Ｂ〜１Ｅのブロック１００〜１０５及び１３０〜１４５に関して説明しており，３Ｄ計算機生成ジグモデル３８に，患者の関節骨の３Ｄ計算機生成関節モデル３６の関節形成術対象領域４２の３Ｄ計算機生成サーフェスモデル４０を取り込む例示方法に関する。得られる「ジグデータ」４６は，患者の関節の対応する骨の関節形成術対象領域を捕捉するように特化したジグを製造するために用いられる。
【００２５】
第３セクションは図１Ａ及び図１Ｅのブロック１５０〜１６５に関して説明しており，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４を「ジグデータ」４６と結合，すなわち統合して「統合ジグデータ」４８を得る方法に関する。「統合ジグデータ」４８は，ＣＮＣ機械１０に供給されたジグ素材５０から特化した関節形成術ジグ２を製造するためにＣＮＣ機械１０に供給される。得られる特化関節形成術ジグ２は，ジグ２に配置された鋸切断スロット及びドリル穴を含み，ジグ２が患者の骨の関節形成術対象領域を捕捉したとき，関節形成術関節インプラントが患者の関節線を変性前の状態に概略復元することができるように，切断スロット及びドリル穴が関節形成術対象領域を調整するのを容易にする。
【００２６】
図１Ａに示すように，システム４はＣＰＵ８を備える計算機６と，モニタ，すなわち画面９と，操作者インタフェース制御部１１と，を含む。計算機６は，ＣＴ又はＭＲＩ装置８のような医用画像システム８と，ＣＮＣフライス盤(milling machine)１０のような計算機制御機械加工（machining）システム１０と，に接続されている。
【００２７】
図１Ａに示すとおり，患者１２には置換する関節１４（例えば，膝，肘，足，手，腰，肩，頭蓋骨／脊椎又は脊椎／脊椎接合面，等）がある。患者１２は画像化装置８によって関節１４を走査される。画像化装置８は，関節１４の複数の走査データを作成し，各走査データは関節１４の薄いスライスを表わす。
【００２８】
図１Ｂから分かるように，上記複数の走査データは，関節１４の複数の２次元（２Ｄ）画像１６を生成するために用いられる（ブロック１００）。ここで，例えば関節１４は膝１４であり，２Ｄ画像は，大腿骨１８及び脛骨２０のものである。画像化はＣＴ又はＭＲＩで行うことができる。ＭＲＩを用いる一つの実施例においては，画像化処理はParkの米国特許出願第１１／９４６，００２号，Generating MRI Images Usable For The Creation Of 3D Bone Models Employed to Make Customized Arthroplasty Jigs，2007年11月27日出願，に開示されたとおりであってもよく，ここに全体を参照する。
【００２９】
図１Ａから分かるように，２Ｄ画像は計算機６へ送信されて計算機生成３Ｄモデルが生成される。図１Ｂに示すように，一つの実施例においては，点Ｐは２Ｄ画像１６の中に特定される（ブロック１０５）。一つの実施例においては，図１Ａのブロック１０５に示されるように，点Ｐは近似的に患者の関節１４の内側‐外側及び前面‐後面の中心であってよい。別の実施例においては，点Ｐは，骨１８，２０又は骨１８，２０が形成する関節１４の上，近傍，又は遠方の任意の点を含む，２Ｄ画像１６内の任意のほかの位置であってもよい。
【００３０】
この概要の後段で説明するとおり，点Ｐを用いて２Ｄ画像１６から生成された計算機生成３Ｄモデル２２，２８，３６を見付け，３Ｄモデルによって生成された情報を統合することができる。実施例に応じて，点及び／又は原点の参照先の役割をする点Ｐは，２Ｄ画像１６によって生成された３Ｄモデル２２，２８，３６を配置し，及び／又は方向を定めるために用いることができる限り，単独点，２点，３点，点及び平面，ベクトル，等であってもよい。
【００３１】
図１Ｃに示すとおり，２Ｄ画像１６を用いて，患者の関節１４を形成する骨１８，２０の計算機生成３Ｄ骨単体モデル（すなわち「骨モデル」）２２を生成することができる（ブロック１１０）。骨モデル２２は，点ＰがＸ‐Ｙ‐Ｚ軸の原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して座標（Ｘ０−ｊ，Ｙ０−ｊ，Ｚ０−ｊ）に位置するように配置される。（ブロック１１０）。骨モデル２２は，現在の劣化した状態の骨１８，２０を，骨関節症，傷害，それらの合併症，等の結果である可能性のある，対応する変性関節面２４，２６と共に表現する。
【００３２】
２Ｄ画像１６から３Ｄ計算機生成骨モデル２２を生成する計算機プログラムは，次のものを含む。Overland Park, KS，AnalyzeDirect, Inc.社のAnalyze，National Library of Medicine Insight Segmentation and Registration Toolkit ("ITK"), www.itk.orgから取得できるオープンソースソフトウェアであるInsight Toolkit，www.slicer.orgから取得できるオープンソースソフトウェアである3D Slicer，Ann Arbor, MIのMatelialise社のMimics，www.paraview.orgで取得できるParaview。
【００３３】
図１Ｃに示すとおり，３Ｄ計算機生成骨モデル２２を用いて３Ｄ計算機生成「復元骨モデル」すなわち「計画骨モデル」２８を生成することができ，変性した曲面２４，２６は，近似的に変性する前のそれぞれの状態に修正すなわち復元される（ブロック１１５）。このようにして復元骨モデル２８の骨１８，２０は，点Ｐが原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して座標（Ｘ０−ｊ，Ｙ０−ｊ，Ｚ０−ｊ）に位置するように配置される。このようにして復元骨モデル２８は，原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して，骨モデル２２と同一の方向及び位置を共有する。
【００３４】
一つの実施例においては，復元骨モデル２８は，人が計算機６の前に座って骨モデル２２及びその変性した曲面２４，２６を計算機画面９上の３Ｄ計算機モデルとして目で観察することによって，骨モデル２２から手動で生成される。その人は変性した曲面２４，２６を目で観察して，変性する前の状態を復元するために，３Ｄ骨モデル２２の変性した曲面２４，２６をどのように及びどの程度修正する必要があるかを判定する。その人は計算機制御部１１と対話することによって，３Ｄモデリング計算機プログラムによって３Ｄ変性曲面２４，２６を手動で操作し，その曲面を，その人が変性前の状態を表していると信じる状態に復元する。この手動復元処理の結果が計算機生成３Ｄ復元骨モデル２８であり，曲面２４’，２６’は非変性状態を表す。
【００３５】
一つの実施例においては，上述の骨復元処理は概略又は完全に自動化される。換言すれば，計算機プログラムが骨モデル２２及び変性した曲面２４，２６を解析して，変性する前の状態を復元するために，３Ｄ骨モデル２２の変性した曲面２４，２６をどのように及びどの程度修正する必要があるかを判定する。そして計算機プログラムは，３Ｄ変性曲面２４，２６を操作し，その曲面２４，２６を，変性前の状態を表す状態に復元する。この自動復元処理の結果が計算機生成３Ｄ復元骨モデル２８であり，曲面２４’，２６’は非変性状態を表す。
【００３６】
図１Ｃに示すとおり，復元骨モデル２８が手術前計画（“ＰＯＰ”）処置において用いられ，関節形成術関節インプラントが患者の関節線を変性前の状態に概略復元することができるように，患者の骨の鋸切断位置３０及びドリル穴あけ位置３２を決定する（ブロック１２０）。
【００３７】
一つの実施例においてはＰＯＰ処置は手動処理であり，人が計算機６の前に座って計算機画面９上のインプラントモデル３４及び復元骨モデル２８を目で観察し，計算機制御部１１によってモデル２８，３４を操作することによって，計算機生成３Ｄインプラントモデル３４（例えば，関節が膝であるとき，大腿骨及び脛骨のインプラント）及び復元骨モデル２８を相互に手動で操作する。インプラントモデル３４を復元骨モデル２８の上に重畳し，又はその逆を行うことによって，インプラントモデル３４の関節面が揃えられる，すなわち復元骨モデル２８の関節面と対応させることができる。モデル２８，３４の関節面をそのように揃えることによって，鋸切断位置３０及びドリル穴あけ位置３２を復元骨モデル２８に対して決定できるように，インプラントモデル３４が復元骨モデル２８に対して配置される。
【００３８】
一つの実施例においては，ＰＯＰ工程は概略又は完全に自動化される。例えば計算機プログラムが計算機生成３Ｄインプラントモデル３４（例えば，関節が膝であるとき，大腿骨及び脛骨のインプラント）及び復元骨モデル又は計画骨モデル２８を相互に操作して，鋸切断位置３０及びドリル穴あけ位置３２を復元骨モデル２８に対して決定する。インプラントモデル３４は復元骨モデル２８の上に重畳してもよいし，その逆でもよい。一つの実施例においては，インプラントモデル３４は，原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して点Ｐ’（Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）に配置され，復元骨モデル２８は，点Ｐ（Ｘ０−ｊ，Ｙ０−ｊ，Ｚ０−ｊ）に配置される。モデル２８，３４の関節面を対応させるため，計算機プログラムは復元骨モデル２８を点Ｐ（Ｘ０−ｊ，Ｙ０−ｊ，Ｚ０−ｊ）から点Ｐ’（Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）へ，又はその逆に移動させてもよい。モデル２８，３４の関節面が近接すると，インプラントモデル３４の関節面は，復元骨モデル２８の関節面と揃う，すなわち一致するように形状合わせされる。モデル２８，３４の関節面をそのように揃えることによって，鋸切断位置３０及びドリル穴あけ位置３２を復元骨モデル２８に対して決定できるように，インプラントモデル３４が復元骨モデル２８に対して配置される。
【００３９】
図１Ｅに示すとおり一つの実施例においては，点Ｐ’（Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）に対する鋸切断位置３０及びドリル穴あけ位置３２に関するデータ４４が，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４としてパッケージ化，すなわち合併される（ブロック１４５）。そして「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４は，図１Ｅのブロック１５０に関して以降説明するように利用される。
【００４０】
図１Ｄから分かるように，図１Ｃのブロック１１０に関して上述した骨モデル２２を生成するために用いられる２Ｄ画像１６は，患者の関節１４を形成する骨１８，２０の計算機生成３Ｄ骨及び軟骨モデル（すなわち「関節モデル」）３６を生成するためにも用いられる（ブロック１３０）。上述の骨モデル２２と同様に，関節モデル３６は点ＰがＸ‐Ｙ‐Ｚ軸の原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して座標（Ｘ０−ｊ，Ｙ０−ｊ，Ｚ０−ｊ）に位置するように配置される（ブロック１３０）。このようにして骨モデル２２及び関節モデル３６は，原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対して，同一の位置及び方向を共有する。この位置／方向関係は，図１Ｂ〜１Ｅに関して説明する処理を通じて概略維持される。したがって，骨モデル２２及びその種々の下位グループ(descendants）（すなわち，復元骨モデル２８，骨切断位置３０及びドリル穴位置３２）の原点（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対する動きもまた，関節モデル３６及びその種々の下位グループ（すなわちジグモデル３８）に適用される。骨モデル２２及び関節モデル３６並びにそれぞれの下位グループの間の位置／方向関係を維持することによって，「ジグデータ」４６に統合される「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４が，特化関節形成術ジグ２を製造するためにＣＮＣ機械１０が用いる「統合ジグデータ」４８を形成する。
【００４１】
２Ｄ画像１６から３Ｄ計算機生成関節モデル３６を生成する計算機プログラムは，次のものを含む。Overland Park, KS，AnalyzeDirect, Inc.社のAnalyze，National Library of Medicine Insight Segmentation and Registration Toolkit ("ITK"), www.itk.orgから取得できるオープンソースソフトウェアであるInsight Toolkit，www.slicer.orgから取得できるオープンソースソフトウェアである3D Slicer，Ann Arbor, MIのMatelialise社のMimics，www.paraview.orgで取得できるParaview。
【００４２】
骨モデル２２と類似して，関節モデル３６は現在の劣化した状態の骨１８，２０を，骨関節症，傷害，それらの合併症，等の結果である可能性のある，対応する変性関節面２４，２６と共に表現する。しかし骨モデル２２と異なり，関節モデル３６は骨単体モデルではなく，骨に加えて軟骨を含む。したがって関節モデル３６は，関節形成外科処置において，特化関節形成術ジグ２が関節形成術対象領域４２を捕捉するとき，関節モデルが概略存在するであろう関節形成術対象領域４２を表現する。
【００４３】
図１Ｄに示され，既に上述したとおり，骨モデル２２及び関節モデル３６並びにそれぞれの下位グループの位置／方向を調整するため，点Ｐから点Ｐ’への復元骨モデル２８のどの動きも追跡され，「関節モデル」３６に対して概略同じ変位を与える（ブロック１３５）。
【００４４】
図１Ｄに示すとおり，関節モデル３６の関節形成術対象領域４２の計算機生成３Ｄサーフェスモデル４０は，計算機生成３Ｄ関節形成術ジグモデル３８に取り込まれる（ブロック１４０）。このようにしてジグモデル３８が構成される，すなわち関節モデル３６の関節形成術対称領域４２を捕捉するようにインデクスが付けられる。したがって，このようなジグモデル３８に一致するように製造されたジグ２は，関節形成外科処置において実際の関節骨の関節形成術対象領域を捕捉する。
【００４５】
一つの実施例においては，ジグモデル３８を関節形成術対象領域４２にインデクス付けする手順を手動処理である。３Ｄ計算機生成モデル３６，３８は，人が計算機６の前に座ってジグモデル３８及び関節モデル３６を計算機画面９上で目で観察し，計算機制御部１１と対話することによって，モデル３６，３８を操作することによって，互いに手動で操作される。一つの実施例においては，ジグモデル３８（例えば，関節が膝であるとき，大腿骨及び脛骨関節形成術ジグ）を関節モデル３６の関節形成術対象領域４２に重畳し，又はその逆を行うことによって，関節形成術対象領域４２のサーフェスモデル４０をジグモデル３８に取り込むことができ，その結果，ジグモデル３８が関節モデル３６の関節形成術対象領域４２を捕捉するようにインデクス付けされる。点Ｐ’ （Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）もまたジグモデル３８に取り込むことができ，その結果，ジグモデル３８が点Ｐ’ （Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）に対して配置及び方向付けられて，ブロック１２５の鋸切断及びドリル穴あけデータ４４と統合できるようになる。
【００４６】
一つの実施例においては，本明細書の後段で説明するとおり，ジグモデル３８を関節形成術対象領域４２にインデクス付けする手順は，概略又は完全に自動化される。例えば，計算機プログラムが関節モデル３６の関節形成術対象領域４２の３Ｄ計算機生成サーフェスモデル４０を生成してもよい。そして計算機プログラムは，サーフェスモデル４０及び点Ｐ’ （Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）をジグモデル３８に取り込み，その結果，関節モデル３６の関節形成術対象領域４２を捕捉するようにジグモデル３８をインデクス付けしてもよい。また得られるジグモデル３８が点Ｐ’ （Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）に対して配置及び方向付けられて，ブロック１２５の鋸切断及びドリル穴あけデータ４４と統合できるようになる。
【００４７】
一つの実施例においては，関節モデル３６は図２Ｄ〜２Ｆに関して以降説明する閉ループ処理によって生成される３Ｄボリュームモデルであってもよい。別の実施例においては，関節モデル３６は図２Ａ〜２Ｃ及び１２Ａ〜１２Ｃに関して以降説明する開ループ処理によって生成される３Ｄサーフェスモデルであってもよい。
【００４８】
図１Ｅに示すとおり一つの実施例においては，点Ｐ’（Ｘ０−ｋ，Ｙ０−ｋ，Ｚ０−ｋ）に対するジグモデル３８及びサーフェスモデル４０に関するデータが，「ジグデータ」４６としてパッケージ化，すなわち合併される（ブロック１４５）。そして「ジグデータ」４６は，図１Ｅのブロック１５０に関して以降説明するように利用される。
【００４９】
図１Ｅから分かるように，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４が「ジグデータ」４６に統合され「統合ジグデータ」４８となる（ブロック１５０）。上述のとおり，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４，「ジグデータ」４６及びそれらの種々の上位グループ(ancestors)（例えばモデル２２，２８，３６，３８）は，点Ｐ及びＰ’に対して互いに位置及び方向が合わせられるので，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４は「ジグデータ」４６に対して正しく位置合わせ及び方向付けが行われて，「ジグデータ」４６に正しく統合される。得られる「統合ジグデータ」４８はＣＮＣ機械１０に供給されたとき，ジグ２が，（１）患者の骨の関節形成術対象領域を捕捉するように構成され，（２）関節形成術関節インプラントが患者の関節線を変性前の状態に概略復元するように，関節形成術対象領域を調整することを容易にする切断スロット及びドリル穴を有する，ようになる。
【００５０】
図１Ａ及び１Ｅから分かるように，「統合ジグデータ」４８が計算機６からＣＮＣ機械１０へ転送される（ブロック１５５）。ジグ素材５０がＣＮＣ機械１０に供給され（ブロック１６０），ＣＮＣ機械１０は「統合ジグデータ」を用いてジグ素材５０から関節形成術ジグ２を製作する。
【００５１】
上述の工程によって製造される例示特化関節形成術切断ジグ２を説明するために，図１Ｆ〜１Ｉを参照する。上述のとおり，上述の工程を用いて，膝，肘，足，手，腰，肩，脊椎接合部，等を含む関節形成術処置のために構成されたジグ２を製造することができるが，図１Ｆ〜１Ｉに示すジグ例は，人工膝関節置換術（“ＴＫＲ”）処置用である。そして，図１Ｆ及び１Ｇはそれぞれ，例示特化関節形成術大腿骨ジグ２Ａの下面及び上面透視図であり，図１Ｈ及び１Ｉはそれぞれ，例示特化関節形成術脛骨ジグ２Ｂの下面及び上面透視図である。
【００５２】
図１Ｆ及び１Ｇに示すように，大腿骨関節形成術ジグ２Ａは内側すなわち内側部分１００と，外側，すなわち外側部分１０２とを含んでもよい。ＴＫＲ処置において大腿骨切断ジグ２Ａを用いるとき，内側すなわち内側部分１００は大腿骨下部末端の関節形成術対象領域４２に面し，捕捉する。そして外側，すなわち外側部分１０２は大腿骨切断ジグ２Ａの内側部分１００と反対側にある。
【００５３】
大腿骨ジグ２Ａの内側部分１００は，患者の大腿骨１８の損傷した下部末端（すなわち関節形成術対象領域４２）の曲面形状(features)に一致するように構成される。したがって，ＴＫＲ手術の際，対象領域４２は大腿骨ジグ２Ａの内側部分１００に捕捉され，対象領域４２の曲面と，内側部分１００の曲面とが一致する。
【００５４】
大腿骨切断ジグ２Ａの内側部分１００の曲面は，選択された大腿骨ジグ素材５０Ａから機械加工又はほかの方法で製作され，損傷した下部末端の対象領域４２，すなわち患者の大腿骨１８の対象領域４２，の３Ｄサーフェスモデル４０を基準にする，すなわちサーフェスモデルによって定義される。
【００５５】
図１Ｈ及び１Ｉに示すように，脛骨関節形成術ジグ２Ｂは内側すなわち内側部分１０４と，外側，すなわち外側部分１０６とを含んでもよい。ＴＫＲ処置において脛骨切断ジグ２Ｂを用いるとき，内側すなわち内側部分１０４は脛骨上部末端の関節形成術対象領域４２に面し，捕捉する。そして外側，すなわち外側部分１０６は脛骨切断ジグ２Ｂの内側部分１０４と反対側にある。
【００５６】
脛骨ジグ２Ｂの内側部分１０４は，患者の脛骨２０の損傷した上部末端（すなわち関節形成術対象領域４２）の曲面形状に一致するように構成される。したがって，ＴＫＲ手術の際，対象領域４２は脛骨ジグ２Ｂの内側部分１０４に捕捉され，対象領域４２の曲面と，内側部分１０４の曲面とが一致する。
【００５７】
脛骨切断ジグ２Ｂの内側部分１０４の曲面は，選択された脛骨ジグ素材５０Ｂから機械加工又はほかの方法で製作され，損傷した上部末端の対象領域４２，すなわち患者の脛骨２０の対象領域４２，の３Ｄサーフェスモデル４０を基準にする，すなわちサーフェスモデルによって定義される。
【００５８】
ｂ．３Ｄ関節形成術ジグモデルを関節形成術対象領域にインデクス付けするための自動処理の概要
【００５９】
図１Ｄのブロック１４０に関して上述したように，３Ｄ関節形成術ジグモデル３８を関節形成術対象領域４２にインデクス付けする処理は自動化できる。このような自動処理の例の説明が自動インデクス付け処理の概要から始まり，本明細書の残りの部分に記載されている。
【００６０】
図１Ａ及び図１Ｂのブロック１００〜１０５から分かるように，患者１２には置換する関節１４（例えば，膝，肘，足，手，肩，腰，脊椎接合面，等）がある。患者１２は画像化装置１０（例えばＣＴ，ＭＲＩ，等の装置）によって関節１４を走査させて，患者の関節１４（例えば膝）を形成する骨（例えば大腿骨１８及び脛骨２０）の２Ｄ走査画像１６を生成する。各走査画像１６は対象となる骨１８，２０の薄いスライス画像である。走査画像１６はＣＰＵ８へ送信され，ＣＰＵは骨１８，２０の走査画像１６の対象となる形状４２に沿って開ループ画像解析を行い，対象となる形状４２の輪郭に沿って走査画像１６ごとに輪郭線を生成する。
【００６１】
図１Ａ及び図１Ｃのブロック１１０から分かるように，ＣＰＵ８は走査画像１６，より詳細に言えば輪郭線をまとめて，患者の関節骨１８，２０の対象となる形状４２の３Ｄ計算機サーフェスモデル（「関節モデル」）３６を生成する。人工膝関節置換術（“ＴＫＲ”）処置の場合，対象となる形状４２は患者の大腿骨１８の下部末端，すなわち膝関節末端と，患者の脛骨２０の上部末端，すなわち膝関節末端であってよい。より詳細に言えば，対象となる形状４２は患者の大腿骨１８の脛骨が接触する関節面と，患者の脛骨２０の大腿骨が接触する関節面と，であってよい。
【００６２】
いくつかの実施例においては，「関節モデル」３６はサーフェスモデルでも，ボリュームソリッドモデルでもよく，各モデルは，輪郭線がそれぞれ開ループ又は閉ループであるように，それぞれ開ループ処理又は閉ループ処理によって形成される。ここで詳細に説明する一つの実施例においては，「関節モデル」３６は開ループ処理によって形成されたサーフェスモデルであってよい。開ループ及びサーフェスモデルの方法を用いることによって，閉ループ及びボリュームソリッドモデルの方法と反対に，計算機モデリング処理はＣＰＵ８の処理能力及び時間を多く必要とせず，結果としてより費用効率がよい。
【００６３】
システム４は，「関節モデル」３６の対象領域４２の前面‐後面長さ及び内側‐外側長さを測定する。前面‐後面長さ及び内側‐外側長さは，対応する骨１８，２０の３Ｄ「関節モデル」３６の縦横比，サイズ及び／又は形状を測定するために用いてもよい。以降に説明するジグ素材グルーピング及び選択方法の一つの実施例においては，対応する骨１８，２０の３Ｄ「関節モデル」３６の縦横比，サイズ及び／又は形状を，以降に説明するジグ素材グルーピング及び選択方法における候補ジグ素材５０の３Ｄ計算機モデルの縦横比，サイズ，及び／又は形状との比較に用いてもよい。以降に説明するジグ素材グルーピング及び選択方法の一つの実施例においては，対応する骨１８，２０の３Ｄ「関節モデル」３６の前部‐後部寸法及び内側‐外側寸法を，候補ジグ素材５０の３Ｄ計算機モデルの前部‐後部寸法及び内側‐外側寸法との比較に用いてもよい。
【００６４】
ＴＫＲの場合，ジグ２は大腿骨及び脛骨関節形成術切断ジグ２Ａ，２Ｂであり，大腿骨及び脛骨ジグ素材５０Ａ，５０Ｂから機械加工で製作又はほかの方法で形成される。複数の候補ジグ素材サイズは，例えばジグ素材ライブラリに存在する。各候補ジグ素材は，前部‐後部寸法及び内側‐外側寸法の一意の組合せを有してもよいが，いくつかの実施例においては，２又はそれ以上の候補ジグ素材が共通の縦横比又は形状を共有してもよい。ライブラリの候補ジグ素材は，縦横比に応じた散布図の斜線に沿ってグループ化してもよい。システム４は，ジグ素材グルーピング及び選択方法を用いて，ジグ素材ライブラリに含まれる複数の利用可能なジグ素材サイズからジグ素材５０を選択する。例えば，脛骨及び大腿骨３Ｄ関節モデル３６の形状，サイズ及び／又は縦横比は，関節モデル３６と候補ジグ素材のモデルとの寸法比較と共に，又は単独で，候補ジグ素材の３Ｄモデルの形状，サイズ及び／又は縦横比と比較される。
【００６５】
代替として一つの実施例においては，患者の大腿骨１８及び脛骨２０の関節モデル３６の対象領域の前面-後面及び内側-外側寸法が数学公式によって増加させられる。得られた数学的に修正された前面-後面及び内側-外側寸法は次に，候補ジグ素材５０Ａ，５０Ｂのモデルの前面-後面及び内側-外側寸法と比較される。一つの実施例においては，選択されたジグ素材５０Ａ，５０Ｂは，患者の骨１８，２０の数学的に修正された寸法を超えない，患者の骨１８，２０の数学的に修正された前面-後面及び内側-外側寸法に最も近いサイズの前面-後面及び内側-外側寸法を有するジグ素材である。一つの実施例においては，ジグ素材選択方法は患者の膝形状に可能な限り近いサイズのジグ素材５０を選択し，それによってジグ素材からジグ２を生成する際に必要な機械加工を最小限にすることになる。
【００６６】
図１Ｆ〜１Ｉに関して説明したように一つの実施例においては，各関節形成術切断ジグ２は内側部分及び外側部分を含む。内側部分は，関節形成術の焦点である患者の骨の曲面形状に特化した寸法を有する。したがって，関節形成術がＴＫＲ手術であるときは，ジグは大腿骨ジグ及び／又は脛骨ジグとなる。大腿骨ジグは，患者の大腿骨の下部末端すなわち関節末端の損傷した曲面に一致するように特化した形状をした内側部分を有することになる。脛骨ジグは，患者の脛骨の上部末端すなわち関節末端の損傷した曲面に一致するように特化した形状をした内側部分を有することになる。
【００６７】
一つの実施例においては，ジグ素材グルーピング及び選択方法によって，各関節形成術切断ジグ２の外側部分は，患者の大腿骨及び脛骨３Ｄ関節モデル３６に実質的に類似するサイズを有する。しかし，切断ジグ２に適切な構造的完全性を与えるためにジグ２の外側部分を数学的に修正してもよく，ジグ２の外側部分が種々の方向で３Ｄ大腿骨及び脛骨モデルを超え，それによって得られる切断ジグ２がジグ２の外側部分と内側部分との間に十分なジグ材料を有し，適切な構造強度を与えるようにしてもよい。
【００６８】
図１Ｄのブロック１４０から分かるように，システム４が，患者の大腿骨及び脛骨計算機関節モデル３６のサイズ及び形状に実質的に類似するサイズ及び形状を有する大腿骨及び脛骨ジグ素材５０を選択すると，システム４は，大腿骨１８及び脛骨２０の対象となる形状４２の３Ｄ計算機サーフェスモデル４０を，選択された大腿骨及び脛骨ジグ３８，又は本発明の一実施例においてはより適切であるジグ素材５０，の対応する３Ｄ計算機モデルの内側部分に重畳する。図１Ｅのブロック１４５から分かるように，結果は「ジグデータ」４６の形態による大腿骨及び脛骨ジグ２の計算機モデルであり，この大腿骨及び脛骨ジグ計算機モデルは，（１）患者の大腿骨及び脛骨の全体サイズ及び形状を厳密に近似する対応する外側部分と，（２）患者の大腿骨１８及び脛骨２０の対象となる形状４２に一致する曲面を有する対応する内側部分と，を有する。
【００６９】
システム４は，ジグ計算機モデル（すなわち「ジグデータ」４６）のデータを用いてＣＮＣ機械１０に実際のジグ素材から実際のジグ２を製作させる。結果は，（１）患者の実際の大腿骨及び脛骨と，サイズ及び全体形状が概略一致する外側部分と，（２）患者の大腿骨及び脛骨の対象となる形状４２の実際の寸法及び形状に対応する患者に特化した寸法及び形状を有する内側部分と，を有する実際の大腿骨及び脛骨ジグ２の自動製造である。ここに開示したシステム４及び方法は，患者に特化した骨形状に特化した関節形成術ジグ２の効率的な製造を可能にする。
【００７０】
このようなジグを製造するジグ２及びシステム４並びに方法は，ここでは膝及びＴＫＲ手術について例示している。しかし当業者であれば， このようなジグを製造するジグ２及びシステム４並びに方法は，肘，肩，腰，等，ほかの関節及び関節置換術に用いるように容易に変更できることが分かるであろう。したがって，このようなジグを製造するジグ２及びシステム４並びに方法に関する本願に含まれる開示は，膝及びＴＫＲ手術に限定されるものではなく，すべての種類の関節手術を包含すると考えるのが望ましい。
【００７１】
ｃ．大腿骨関節形成術切断ジグの内側部分の曲面として用いるための大腿骨下部末端の関節形成術対象領域３Ｄサーフェスモデルの定義
【００７２】
患者の大腿骨１８の損傷した下部末端２０４の対象領域４２の３Ｄモデル４０を生成する方法を説明するために，図２Ａ〜２Ｇを参照する。図２Ａは，患者の大腿骨１８の損傷した下部末端，すなわち膝関節末端２０４の前部-後部（“ＡＰ”）画像スライス２０８であり，画像スライス２０８は損傷した下部末端２０４の対象領域４２に対応する開ループ輪郭線セグメント２１０を含む。図２Ｂは，対応する開ループ輪郭線セグメント（２１０-１，２１０-２，…２１０-ｎ）を有する複数の画像スライス（１６-１，１６-２，…１６-ｎ）であり，開ループ輪郭線セグメント２１０は累積されて，対象領域４２の３Ｄモデル４０を生成している。図２Ｃは，図２Ｂに示した開ループ輪郭線セグメント（２１０-１，２１０-２，…２１０-ｎ）を用いて生成された損傷した下部末端２０４の対象領域４２の３Ｄモデル４０である。図２Ｄ〜２Ｆは，それぞれ図２Ａ〜２Ｃに類似するが，図２Ｄ〜２Ｆは開ループ輪郭線ではなく閉ループ輪郭線に関するものである。図２Ｇは，大腿骨ジグ２Ａを製造する方法の概要を示すフローチャートである。
【００７３】
図１Ａ，１Ｂ及び２Ａから分かるように，画像化装置１２０は患者の大腿骨１８の損傷した下部末端，すなわち膝関節末端２０４の２Ｄ画像スライス１６を生成するために用いられる。図２Ａに示すように，２Ｄ画像１６は大腿骨１８のＡＰ視(view)である。画像化装置１２０がＭＲＩ画像化装置であるかＣＴ画像化装置であるかによって，画像スライス１６はＭＲＩスライス又はＣＴスライスとなる。損傷した下部末端２０４は，後部顆２１２と，前部大腿骨幹曲面２１４と，後部顆２１２から前部大腿骨幹曲面２１４までの関心領域，すなわち対象領域４２と，を含む。大腿骨下部末端の対象領域４２は，脛骨上部末端，すなわち膝関節末端の対応する関節接触面と接触する大腿骨下部末端の関節接触面であってよい。
【００７４】
図２Ａに示すように，画像スライス１６は海綿骨２１６と，海綿骨をとりまく皮質骨２１８と，皮質骨２１８の関節軟骨皮膜部と，を示している。輪郭線２１０は，対象領域４２に沿い，皮質骨及び軟骨に直接隣接して延び，大腿骨下部末端２０４の対象領域４２の輪郭を描く。輪郭線２１０は，対象領域４２に沿って，後部顆２１２上の点Ａから始まって，前部大腿骨幹曲面２１４上の点Ｂまで延びる。
【００７５】
一つの実施例においては，図２Ａに示すように輪郭線２１０は対象領域４２に沿って延び，大腿骨下部末端２０４の曲面の残りの部分には沿っていない。その結果，輪郭線２１０は開ループを形成し，この開ループは，図２Ｂ及び２Ｃに関して以降説明するように，開ループ領域，すなわち３Ｄ計算機モデル４０を形成するために用いることができる。３Ｄ計算機モデルについては，図１Ｄのブロック１４０に関して説明されているとおり，大腿骨下部末端の対象領域４２の３Ｄ曲面に厳密に一致する。このように一つの実施例においては，輪郭線は開ループであり，大腿骨下部末端２０４の皮質骨曲面全体の輪郭は描かない。一つの実施例においてはまた，開ループ処理は２Ｄ画像１６から３Ｄサーフェスモデル３６を形成するために用いられ，３Ｄサーフェスモデルは図１Ｄのブロック１２５〜１４０に説明されている関節モデル３６を概略代替し，図１Ｅのブロック１４５〜１５０に説明されている「ジグデータ」４６の生成に用いるサーフェスモデル４０を生成するために用いられる。
【００７６】
一つの実施例においては，図２Ａ及び２Ｂに示す開ループ輪郭線２１０とは反対に，輪郭線は閉ループ輪郭線２１０’であり，図２Ｄの示すように大腿骨下部末端の皮質骨曲面全体の輪郭を描き，閉ループ領域を形成している。各画像スライス１６-１，…１６-ｎの閉ループ輪郭線２１０’-１，…２１０’-ｎは，図２Ｅに示すように結合される。閉ループ領域は，大腿骨下部末端２０４の曲面部位全体の解析を必要とし，図２Ｆに示すように大腿骨下部末端２０４全体の３Ｄモデルを形成することになる。このように，閉ループ処理から得られる３Ｄサーフェスモデルは，全部ではないにしろ，３Ｄ関節モデル３６の曲面と共通する部分が多い。一つの実施例においては，閉ループ処理は数学的アルゴリズムを適用することによって，２Ｄ画像１６から３Ｄボリューム解剖学的関節ソリッドモデルを得ることができる。1995年12月26日に出願され，ここに全体を参照する米国特許第５，６８２，８８６号明細書は，連続境界，すなわち閉ループを形成するsnakeアルゴリズムを適用している。大腿骨の輪郭が描かれた後，例えばBezierパッチ法によるモデリング処理を用いて３Ｄサーフェスモデルが生成される。ほかの３Ｄモデリング処理，例えば本明細書のほかの部分に列挙したような商業的に利用可能な３Ｄ構築ソフトウェアを，閉ループ，ボリュームソリッドモデリング用の３Ｄサーフェスモデル生成に応用できる。
【００７７】
一つの実施例においては，閉ループ処理が２Ｄ画像１６から３Ｄボリュームソリッドモデル３６を形成するために用いられ，ボリュームモデルは，図１Ｄのブロック１２５〜１４０に説明した関節モデル３６と本質的に同一である。３Ｄボリュームソリッドモデル３６は，図１Ｅのブロック１４５〜１５０に説明した「ジグデータ」４６の生成に用いられたサーフェスモデル４０を生成するために用いられる。
【００７８】
大腿骨下部末端全体の３Ｄボリュームソリッドモデルの形成は，大腿骨下部末端の対象領域４２の３Ｄモデルを生成するために開ループ輪郭線を用いるよりも，メモリ及び時間集中的である。したがって，本願で開示したシステム及び方法には閉ループ法が用いられるが，少なくともいくつかの実施例には，開ループ法の方が閉ループ法よりも好まれる。
【００７９】
閉ループ法の例は，2007年1月17日出願のImproved Total Joint Arthroplasty Systemと題するParkの米国特許出願第１１／６４１，５６９号に開示されている。この出願は全体が本明細書において参照される。
【００８０】
図２Ｂ及び２Ｇから分かるように，画像化装置１２０は反復画像化操作によって，複数の画像スライス（１６-１，１６-２，…１６-ｎ）を生成する（ブロック１０００）。各画像スライス１６は，図２Ａに関して説明したように，対象部位４２に沿って延びる開ループ輪郭線（２１０-１，２１０-２，…２１０-ｎ）を有する（ブロック１００５）。一つの実施例においては，各画像スライスは２ミリメートルの２Ｄ画像スライス１６である。システム４は複数の画像スライス（１６-１，１６-２，…１６-ｎ），より詳細に言えば複数の開ループ輪郭線（２１０-１，２１０-２，…２１０-ｎ）を収集して図２Ｃに示す３Ｄ大腿骨サーフェス計算機モデル４０を作成する（ブロック１０１０）。サーフェスモデル４０の生成に関するこの処理もまた，図１Ｂのブロック１００〜１０５及び図１Ｄのブロック１３０〜１４０に関して概要の章で説明されている。類似の処理を，図２Ｄ〜２Ｆに示した閉ループ輪郭線に関して用いてもよい。
【００８１】
図２Ｃから分かるように，３Ｄ大腿骨サーフェス計算機モデル４０は，大腿骨下部末端の対象部位４２の３Ｄ計算機表現である。一つの実施例においては，対象部位４２の３Ｄ表現は，大腿骨遠位末端の関節脛骨接触面の３Ｄ表現である。開ループ生成３Ｄモデル４０は大腿骨下部末端の対応する脛骨接触部のサーフェスモデルであるから，閉ループ輪郭線の結果である，大腿骨下部末端の曲面全体の３Ｄモデルとは反対に，開ループ生成３Ｄモデル４０は，生成がより時間及びメモリ集中的ではない。
【００８２】
一つの実施例においては，開ループ生成３Ｄモデル４０は，大腿骨下部末端の曲面全体の３Ｄモデルとは反対に，大腿骨下部末端の脛骨に面する末端面のサーフェスモデルである。３Ｄモデル４０は，関心領域，すなわち対象部位４２を特定するために用いることができ，対象部位は前に述べたとおり，大腿骨下部末端の対応する脛骨接触部である。繰り返しになるが，開ループ生成３Ｄモデル４０は，閉ループ輪郭線によって生成される大腿骨遠位末端の曲面全体の３Ｄモデルに比べて，生成がより時間及びメモリ集中的ではない。したがって，本願で開示した少なくともいくつかの実施例では，開ループ輪郭線法が，閉ループ輪郭線法より好まれる。しかし，本願で開示したシステム４及び方法は，開ループ法を用いてもよいし，閉ループ法を用いてもよく，どちらか一方に限定することは望ましくない。
【００８３】
３Ｄモデル４０が対象部位４２のサーフェスモデルである（すなわち，開ループ処理によって生成され，関節モデル３６として機能する３Ｄサーフェスモデル）であるか，大腿骨下部末端の脛骨に面する末端面全体（すなわち閉ループ処理によって生成され，関節モデル３６として機能する３Ｄボリュームソリッドモデル）であるか，に関わらず，輪郭線２１０に関するデータは，前述のParkの米国特許出願のいずれにも開示されているサーフェスレンダリング技法によって，３Ｄ輪郭計算機モデル４０に変換することができる。例えば，用いたサーフェスレンダリング技法は，ポイント-ツ-ポイントマッピング技法と，サーフェス法線ベクトルマッピング技法と，局所サーフェスマッピング技法と，大局サーフェスマッピング技法と，を含む。状況に応じて，各マッピング技法の一つ又は組み合わせを用いることができる。
【００８４】
一つの実施例においては，図２Ｃに示した３Ｄモデル４０の生成は，画像スライス１６を用いて図２Ｂの開ループ部位の一連の間隔をとった曲面点それぞれの位置座標値を測定することによって行ってもよい。そして数学的モデルを用いて，図２Ｃの３Ｄモデル４０を推定，すなわち計算してもよい。使用できるほかの医用画像計算機プログラムの例は，限定するものではないが，Overland, KSのAnalyzeDirect社のAnalyzeと，Kitware Inc.社のParaviewのようなオープンソフトウェアと，www.itk.orgで取得できるInsight Toolkit (“ITK”)と，www.slicer.orgで取得できる3D Slicerと，Ann Arbor, MIのMaterialise社のMimicsと，を含む。
【００８５】
図２Ｃに示した３Ｄモデル４０を生成する上述のシステムの代替，又は追加の，図２Ｃの３Ｄモデル４０を生成するほかのシステムは，非一様有理Ｂスプライン（“ＮＵＲＢ”）プログラム又はBezierプログラムというサーフェスレンダリング技法を含む。これらのプログラムはそれぞれ，複数の輪郭線２１０から３Ｄ輪郭モデル４０を生成するために用いてもよい。
【００８６】
一つの実施例においては，ＮＵＲＢサーフェスモデリング技法が複数の画像スライス１６，より詳細に言えば図２Ｂの複数の開ループ輪郭線２１０，に適用される。ＮＵＲＢソフトウェアは図２Ｃに示す３Ｄモデル４０を生成し，３Ｄモデル４０は，メッシュ及び制御点双方を含む関心領域，すなわち対象部位４２を有する。例えば，ErvinほかのLandscape Modeling，McGraw-Hill，2001年を参照されたい。同文献は本明細書において全体を参照する。
【００８７】
一つの実施例においては，ＮＵＲＢサーフェスモデル技法が次の曲面公式を用いる。
【数１】
0005909787.tif 000002
ここで，P(i,j)はnrows=(k1+1)及びncols=(k2+1)の頂点行列，W(i,j)は頂点ごとの頂点重みの行列，bi(s)は次数M1の多項式の行方向基底，すなわち混合，bj(t)は次数M2の多項式の列方向基底，すなわち混合，sは行方向の結び目のパラメータ配列，tは列方向の結び目のパラメータ配列を表わす。
【００８８】
一つの実施例においては，Bezierサーフェスモデリング技法がBezier公式（1972年，Pierre Bezier）を用いて図２Ｃに示すような３Ｄモデル４０を生成し，モデル４０は関心領域，すなわち対象部位４２を有する。次数(n,m)のBezier曲面は，(n+1)(m+1)個の制御点kijの集合によって定義される。Bezier曲面は，(ki,j)と同一次元の空間内に組み込まれた滑らかで連続の曲面に単位正方形を対応付ける。例えば，kがすべて４次元空間の点のときは，曲面は４次元空間内にある。この関係は，１次元，２次元，５０次元，等の空間にも成り立つ。
【００８９】
２次元Bezier曲面は，パラメトリック曲面として定義することもでき，パラメトリック座標u,vの関数としての点ｐの位置は，単位正方形に対して
【数２】
0005909787.tif 000003
で与えられ，ここで
【数３】
0005909787.tif 000004
はBernstein多項式であり，
【数４】
0005909787.tif 000005
は二項係数である。詳細については，Gruneほか，On Numerical Algorithm and Interactive Visualization for Optimal Control Problems, Journal of Computation and Visualization in Science, Vol. 1, No. 4, 1999年7月を参照されたい。同文献は本明細書において全体を参照する。
【００９０】
種々のほかのサーフェスレンダリング技法がほかの参考文献に開示されている。例えば次に掲げる刊行物に開示されているサーフェスレンダリング技法を参照されたい。
Lorensenほか，Marching Cubes: A high Resolution 3d Surface Construction Algorithm，Computer Graphics，Vol. 21-3，pp. 163-169，1987年
Farinほか，NURB Curves & Surfaces: From Projective Geometry to Practical Use，Wellesley，1995年
Kumarほか，Robust Incremental Polygon Triangulation for Surface Rendering，WSCG，2000年
Fleischerほか，Accurate Polygon Scan Conversion Using Half-Open Intervals，Graphics Gems III，pp. 362-365，コード: pp. 599-605，1992年
Foleyほか，Computer Graphics: Principles and Practice，Addison Wesley，1990年
Glassner，Principles of Digital Image Synthesis，Morgan Kaufmann，1995年
これら文献はすべて本明細書において全体を参照する。
【００９１】
ｄ．患者の大腿骨下部末端のサイズに最も類似するサイズ及び／又は形状を有するジグ素材の選択
【００９２】
上述のとおり，大腿骨ジグ２Ａのような関節形成術ジグ２は，内側部分１００及び外側部分１０２を含む。大腿骨ジグ２Ａは，大腿骨ジグ素材５０Ａから形成され，ジグ素材は，一つの実施例においては，有限個数の大腿骨ジグ素材サイズから選択される。大腿骨ジグ素材５０Ａの選択は，患者の大腿骨下部末端２０４と，種々のサイズの大腿骨ジグ素材５０Ａの寸法及び／又は形状とを比較し，サイズ及び／又は形状が患者の大腿骨下部末端２０４に最も厳密に類似する大腿骨ジグ素材５０Ａを選択することによって行われる。このようにして選択された大腿骨ジグ素材５０Ａは，大腿骨ジグ２Ａの外側部分１０２を形成する外部，すなわち外側の側面，すなわち曲面２３２を有する。本明細書の直前の章で説明した３Ｄサーフェス計算機モデル４０は，大腿骨ジグ素材５０Ａの計算機モデルの内側２３０に３Ｄ曲面４０を定義するために用いられる。
【００９３】
患者の下部大腿骨末端２０４にサイズが近い外側部分２３２を有する大腿骨ジグ素材５０Ａを選択することによって，内側部分２３０と患者の大腿骨との間が正確に整合する可能性が高まる。また，ジグ素材５０Ａから加工又はほかの方法で除去する必要のある材料の量が削減され，それによって材料の浪費及び製造時間を削減する。
【００９４】
患者の下部大腿骨末端のサイズ及び／又は形状に最も厳密に対応するジグ素材５０を選択する方法を説明するために，まず図３Ａ〜４Ｂを参照する。図３Ａは，所定の寸法を有する左大腿骨切断ジグ素材５０ＡＬの上面透視図である。図３Ｂは，図３Ａに示されたジグ素材５０ＡＬの下面透視図である。図３Ｃは，図３Ａに示したジグ素材５０ＡＬの外側，すなわち外側部分２３２の平面図である。図４Ａは，複数の利用可能なサイズの左大腿骨ジグ素材５０ＡＬであり，それぞれ図３Ｃと同一の視点で描かれている。図４Ｂは，複数の利用可能なサイズの右大腿骨ジグ素材５０ＡＲであり，それぞれ図３Ｃと同一の視点で描かれている。
【００９５】
図３Ａ〜３Ｃに示された，患者の左大腿骨に使うことができる左大腿骨ジグの生成のための左ジグ素材５０ＡＬのような共通ジグ素材５０は，後辺縁２４０と，前辺縁２４２と，外辺縁２４４と，内辺縁２４６と，外側顆部２４８と，内側顆部２５０と，外側２３２と，内側２３０と，を含む。図３Ａ〜３Ｃのジグ素材５０ＡＬは，限られた数の標準サイズの中で利用可能ないくつかの左大腿骨ジグ素材５０ＡＬのいずれか一つであってよい。例えば図３Ａ〜３Ｃのジグ素材５０ＡＬは，ｉ番目の左大腿骨ジグ素材（ここでi=1，2，3，4，…m，ｍは左大腿骨ジグ素材サイズの最大数）であってよい。
【００９６】
図３Ｃに示すように，ジグ素材５０ＡＬの前面‐後面長さJAiはジグ素材５０ＡＬの前辺縁２４２から後辺縁２４０を測定したものである。ジグ素材５０ＡＬの内側‐外側長さJMiは，ジグ素材５０ＡＬの外辺縁２４４から内辺縁２４６までを測定したものである。
【００９７】
図４Ａから分かるように，限られた数の左大腿骨ジグ素材サイズが，左大腿骨切断ジグ２Ａに機械加工される左大腿骨ジグ素材サイズとして選択できる。例えば一つの実施例においては，９サイズ（m=9）の左大腿骨ジグ素材５０ＡＬが利用できる。図３Ｃから分かるように，各大腿骨ジグ素材５０ＡＬはJAi対JMiとして定義される前面‐後面／内側‐外側縦横比（例えば"JAi/JMi"縦横比）を有する。このように，図４Ａから分かるように，ジグ素材５０ＡＬ‐１は"JA1/JM1"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐２は"JA2/JM2"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐３は"JA3/JM3"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐４は"JA4/JM4"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐５は"JA5/JM5"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐６は"JA6/JM6"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐７は"JA7/JM7"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐８は"JA8/JM8"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＬ‐９は"JA9/JM9"で定義される縦横比，を有する。
【００９８】
ジグ素材縦横比は，患者の左大腿骨形状に特化した寸法の左大腿骨ジグ２Ａを設計するために用いられる。一つの実施例においては，ジグ素材縦横比は左大腿骨ジグ２Ａの外側寸法であってもよい。別の実施例においては，ジグ素材縦横比は，所望の左大腿骨ジグ２Ａの寸法に近いパラメータを有する左ジグ素材５０ＡＬを選択するための左大腿骨ジグ製造手順に適用してもよい。この実施例は，選択したジグ素材５０から所望のジグ２を生成するために必要な機械加工量を減少させることができるので，左大腿骨ジグ製造工程の費用効率を改善することができる。
【００９９】
図４Ａにおいて，方向N-1はジグ５０ＡＬ‐３からジグ５０ＡＬ‐２，ジグ５０ＡＬ‐１へ向かって，ジグ縦横比が増加することを示している。ここで，"JA3/JM3" < "JA2/JM2" < "JA1/JM1"である。各ジグ５０ＡＬの比の増加は，各ジグのJMi値は一定であって対応するJAi値が増加することを表す。換言すれば，JA3 < JA2 < JA1かつJM3 = JM2 = JM1であるから，"JA3/JM3" < "JA2/JM2" < "JA1/JM1"となる。増加レベルの一例は，５％から２０％の増加である。
【０１００】
方向N-2，N-3についても同一の根拠が適用される。例えば方向N-2は，ジグ５０ＡＬ‐６からジグ５０ＡＬ‐５，ジグ５０ＡＬ‐４へ向かって，ジグ縦横比が増加することを示している。ここで，"JA6/JM6" < "JA5/JM5" < "JA4/JM4"である。各ジグ５０ＡＬの比の増加は，各ジグのJMi値は一定であって対応するJAi値が増加することを表す。方向N-3はジグ５０ＡＬ‐９からジグ５０ＡＬ‐８，ジグ５０ＡＬ‐７へ向かって，ジグ縦横比が増加することを示している。ここで，"JA9/JM9" < "JA8/JM8" < "JA7/JM7"である。各ジグ５０ＡＬの比の増加は，各ジグのJMi値は一定であって対応するJAi値が増加することを表す。
【０１０１】
図７に示した散布図３００及び本明細書の後の部分の説明から分かるように，方向E-1はグループ１と，グループ４と，グループ７と，をつなぐ斜線に対応する。類似して方向E-2はグループ２と，グループ５と，グループ８と，をつなぐ斜線に対応する。また，方向E-3はグループ３と，グループ６と，グループ９と，をつなぐ斜線に対応する。
【０１０２】
図４Ａに示すとおり，方向E-2に沿う各ジグ５０ＡＬ−２，５０ＡＬ−５，５０ＡＬ‐８の間でジグ縦横比は一定であり，"JA2/JM2" = "JA5/JM5" = "JA8/JM8"である。しかしジグ５０ＡＬ−２に比べて，５０ＡＬ−５の寸法はジグ５０ＡＬ−２よりも大きくかつ長い。これは，ジグ５０ＡＬ−５のJA5値が，JM5値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているためである。類似して，JA8値が，JM8値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているため，５０ＡＬ−８の寸法はジグ５０ＡＬ−５よりも大きくかつ長い。増加の一例は，５％から２０％のへの増加である。
【０１０３】
方向E-1及びE-3にも同一の根拠が適用される。例えば，方向E-3において，各ジグ５０ＡＬ−３，５０ＡＬ−６，５０ＡＬ‐９の間でジグ縦横比は一定である。ジグ５０ＡＬ−６のJA6値及びJM6値双方がＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向において比例して増加しているため，ジグ５０ＡＬ−３に比べて，５０ＡＬ−６の寸法は大きくかつ長い。ジグ５０ＡＬ−９のJA9値及びJM9値双方がＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向において比例して増加しているため，ジグ５０ＡＬ−６に比べて，５０ＡＬ−９の寸法は大きくかつ長い。
【０１０４】
図４Ｂから分かるように，限られた数の右大腿骨ジグ素材サイズが，右大腿骨切断ジグ２Ａに機械加工される右大腿骨ジグ素材サイズとして選択できる。例えば一つの実施例においては，９サイズ（m=9）の右大腿骨ジグ素材５０ＡＲが利用できる。図３Ｃから分かるように，各大腿骨ジグ素材５０ＡＲはJAi対JMiとして定義される前面‐後面／内側‐外側縦横比（例えば"JAi/JMi"縦横比）を有する。このように，図４Ｂから分かるように，ジグ素材５０ＡＲ‐１は"JA1/JM1"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐２は"JA2/JM2"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐３は"JA3/JM3"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐４は"JA4/JM4"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐５は"JA5/JM5"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐６は"JA6/JM6"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐７は"JA7/JM7"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐８は"JA8/JM8"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＡＲ‐９は"JA9/JM9"で定義される縦横比，を有する。
【０１０５】
ジグ素材縦横比は，患者の右大腿骨形状に特化した寸法の右大腿骨ジグ２Ａを設計するために用いられる。一つの実施例においては，ジグ素材縦横比は右大腿骨ジグ２Ａの外側寸法であってもよい。別の実施例においては，ジグ素材縦横比は，所望の右大腿骨ジグ２Ａの寸法に近いパラメータを有する右ジグ素材５０ＡＲを選択するための右大腿骨ジグ製造手順に適用してもよい。この実施例は，選択したジグ素材５０から所望のジグ２を生成するために必要な機械加工量を減少させることができるので，右大腿骨ジグ製造工程の費用効率を改善することができる。
【０１０６】
図４Ｂにおいて，方向N-1はジグ５０ＡＲ‐３からジグ５０ＡＲ‐２，ジグ５０ＡＲ‐１へ向かって，ジグ縦横比が増加することを示している。ここで，"JA3/JM3" < "JA2/JM2" < "JA1/JM1"である。各ジグ５０ＡＲの比の増加は，各ジグのJMi値は一定であって対応するJAi値が増加することを表す。換言すれば，JA3 < JA2 < JA1かつJM3 = JM2 = JM1であるから，"JA3/JM3" < "JA2/JM2" < "JA1/JM1"となる。増加レベルの一例は，５％から２０％の増加である。
【０１０７】
方向N-2，N-3についても同一の根拠が適用される。例えば方向N-2は，ジグ５０ＡＲ‐６からジグ５０ＡＲ‐５，ジグ５０ＡＲ‐４へ向かって，ジグ縦横比が増加することを示している。ここで，"JA6/JM6" < "JA5/JM5" < "JA4/JM4"である。各ジグ５０ＡＲの比の増加は，各ジグのJMi値は一定であって対応するJAi値が増加することを表す。方向N-3はジグ５０ＡＲ‐９からジグ５０ＡＲ‐８，ジグ５０ＡＲ‐７へ向かって，ジグ縦横比が増加することを示している。ここで，"JA9/JM9" < "JA8/JM8" < "JA7/JM7"である。各ジグ５０ＡＲの比の増加は，各ジグのJMi値は一定であって対応するJAi値が増加することを表す。
【０１０８】
図４Ｂに示すとおり，方向E-2に沿う各ジグ５０ＡＲ−２，５０ＡＲ−５，５０ＡＲ‐８の間でジグ縦横比は一定であり，"JA2/JM2" = "JA5/JM5" = "JA8/JM8"である。しかしジグ５０ＡＲ−２に比べて，５０ＡＲ−５の寸法はジグ５０ＡＲ−２よりも大きくかつ長い。これは，ジグ５０ＡＲ−５のJA5値が，JM5値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているためである。類似して，JA8値が，JM8値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているため，５０ＡＲ−８の寸法はジグ５０ＡＲ−５よりも大きくかつ長い。増加の一例は，５％から２０％のへの増加である。
【０１０９】
方向E-1及びE-3にも同一の根拠が適用される。例えば，方向E-3において，各ジグ５０ＡＲ−３，５０ＡＲ−６，５０ＡＲ‐９の間でジグ縦横比は一定である。ジグ５０ＡＲ−６のJA6値及びJM6値双方がＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向において比例して増加しているため，ジグ５０ＡＲ−３に比べて，５０ＡＲ−６の寸法は大きくかつ長い。ジグ５０ＡＲ−９のJA9値及びJM9値双方がＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向において比例して増加しているため，ジグ５０ＡＲ−６に比べて，５０ＡＲ−９の寸法は大きくかつ長い。
【０１１０】
患者の大腿骨１８の下部末端，すなわち膝関節をなす末端２０４の寸法は，ジグ素材５０に関して説明した方法と類似の方法で３Ｄサーフェスモデル４０，すなわち３Ｄ関節モデル３６を分析することによって判定できる。例えば図５に示すように，遠位から近位の方向に見た患者の左大腿骨１８の３Ｄサーフェスモデル４０，すなわち３Ｄ関節モデル３６の軸方向の図である図５に示すように，サーフェスモデル４０，すなわち関節モデル３６の下部末端２０４は，前辺縁２６０と，後辺縁２６２と，内辺縁２６４と，外辺縁２６６と，内側顆２６８と，外側顆２７０と，を含む。大腿骨寸法は，３Ｄ関節モデル３６の３Ｄサーフェスモデル４０を解析することによって，患者の大腿骨１８の下部末端面，すなわち脛骨関節摺動面２０４に関して測定される。次にこれらの大腿骨寸法が，大腿骨ジグ寸法を設定し，適切な大腿骨ジグを選択するために用いられる。
【０１１１】
図５に示すように，患者の大腿骨１８の下部末端２０４（すなわち，開ループ解析によって形成されたものであれ，閉ループ解析によって形成されたものであれ，関節モデル３６のサーフェスモデル４０の下部末端２０４）の前部‐後部長さfAPは，大腿骨外側溝の前辺縁２６２から，大腿骨外側顆２７０の後辺縁２６０までを測定した長さである。患者の大腿骨１８の下部末端２０４の内側‐外側長さfMLは，内側顆２６８の内辺縁２６４から，外側顆２７０の外辺縁２６６までを測定した長さである。
【０１１２】
一つの実施例においては，大腿骨下部末端２０４の前部‐後部長さfAP及び内側‐外側長さfMLを大腿骨下部末端の縦横比fAP/fMLに用いることができる。多数（例えば数百，数千，数万，等）の患者の膝の縦横比fAP/fMLを収集し，統計的に分析することによって，多数の患者の膝を収容するジグ素材の最も普遍的な縦横比を決定することができる。そしてこの情報を用いて，どの一つ，二つ，三つ，等の縦横比が最大数の患者の膝を収容しそうかを決定することができる。
【０１１３】
システム４は，関節モデル３６（関節モデル３６が開ループ処理によって生成された３Ｄモデルであれ，閉ループ処理によって生成された３Ｄボリュームソリッドモデルであれ）のサーフェスモデル４０によって得られた患者の大腿骨１８の下部末端２０４を解析して，大腿骨下部末端２０４の前部‐後部長さfAP及び内側‐外側長さfMLに関するデータを取得する。図５のモデル大腿骨下部末端２０４に重畳された図３Ｃの選択されたモデルジグ素材５０ＡＬを示している図６から分かるように，大腿骨寸法長さfAP，fMLをジグ素材の寸法長さjAP，jMLと比較して，加工処理の出発点及びジグモデルの外側サーフェスモデルとしてどのジグ素材モデルを選択するかを決定する。
【０１１４】
図６に示すように，予定の左大腿骨ジグ素材５０ＡＬが，サーフェスモデル４０又は関節モデル３６によって表された患者の解剖学モデルの左大腿骨下部末端２０４とかん合するように重畳される。ジグ素材５０ＡＬは内側顆２６８及び外側顆２７０のほとんどを覆い，t1，t2，t3を含む小さな顆状部位は露出されたままである。内側の内側顆状部位t1は，内側顆２６８の内辺縁２６４と，ジグ素材５０ＡＬの内辺縁２４６との間の部位を表す。外側の内側‐外側顆状部位t2は，外側顆２７０の外辺縁２６６と，ジグ素材５０ＡＬの外辺縁２４４との間の部位を表す。後部の前部‐後部部位t3は，外側顆２７０の後辺縁２６０と，ジグ素材５０ＡＬの後辺縁２４０との間の顆状部位を表す。
【０１１５】
ジグ素材５０ＡＬの前辺縁２４２は，前部の前部‐後部オーバハングt4によって示される左大腿骨下部末端２０４の前辺縁２６２を越えて延びる。特に，前部の前部‐後部オーバハングt4は，大腿骨下部末端２０４の外側溝の前辺縁２６２と，ジグ素材５０ＡＬの前辺縁２４２との間の部位を表している。大腿骨前部‐後部fAPデータ及び大腿骨内側‐外側fMLデータを取得して使用することによって，システム４は次の公式によって大腿骨ジグ素材５０ＡＬのサイズを変えることができる。
jFML = fML - t1 - t2， jFAP = fAP - t3 + t4
ここでjFMLは大腿骨ジグ素材５０ＡＬの内側‐外側長さであり，jFAPは大腿骨ジグ素材５０ＡＬの前部‐後部長さである。一つの実施例においては，t1，t2，t3及びt4は次の範囲にある。
2mm ≦ t1 ≦ 6mm，2mm ≦ t2 ≦ 6mm，2mm ≦ t3 ≦ 12mm，15mm ≦ t4 ≦ 25mm
別の実施例においては，t1，t2，t3及びt4は次の値である。
t1 = 3mm，t2 = 3mm，t3 = 6mm，t4 = 20mm
【０１１６】
図７Ａは，患者の大腿骨１８の下部末端２０４に適したジグ素材サイズを，複数の候補ジグ素材サイズから選択するための例示散布図３００である。一つの実施例においては，Ｘ軸は患者の大腿骨内側‐外側長さfMLをミリメートルで表し，Ｙ軸は患者の大腿骨前部‐後部長さfAPをミリメートルで表したものである。一つの実施例においては，散布図はいくつかのジグ素材サイズグループに分割され，各グループは散布図３００の一つの領域を含み，特定候補ジグ素材サイズの特定パラメータJMr，JArと関係している。
【０１１７】
一つの実施例においては，図７Ａに示した例示散布図３００は９個の素材サイズグループを含み，各グループは一つの候補ジグ素材サイズに属する。しかし実施例に応じて，散布図３００はより多くのジグ素材サイズグループを含んでもよいし，より少ないジグ素材サイズグループを含んでもよい。ジグ素材サイズグループの数が多ければ多いほど，候補ジグ素材サイズの数は多くなり，選択された候補ジグ素材サイズは，患者の膝形状及び得られたジグ２に対してより寸法特定になる。選択された候補ジグ素材サイズがより寸法特定であればあるほど，選択された候補ジグ素材５０から所望のジグ２を製造するために必要な機械加工量が少なくなる。
【０１１８】
逆に，ジグ素材サイズグループ数が少なければ少ないほど，候補ジグ素材サイズ数は少なくなり，選択された候補ジグ素材サイズは，患者の膝形状及び得られたジグ２により寸法特定でなくなる。選択された候補ジグ素材サイズがより寸法特定でなければないほど，選択された候補ジグ素材５０から所望のジグ２を製造するために必要な機械加工量が多くなり，ジグ製造手順において余分な荒削りが増える。
【０１１９】
図７Ａから分かるように一つの実施例においては，散布図３００の９個のジグ素材サイズグループは次のようなパラメータJMr，JArを有する。グループ１はパラメータJM1，JA1を有する。JM1は第１大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM1 = 70mmである。JA1は第１大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA1 = 70.5mmである。グループ１は，55mm < fML < 70mmかつ61mm < fAP < 70.5mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２０】
グループ２はパラメータJM2，JA2を有する。JM2は第２大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM2 = 70mmである。JA2は第２大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA2 = 61.5mmである。グループ２は，55mm < fML < 70mmかつ52mm < fAP < 61.5mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２１】
グループ３はパラメータJM3，JA3を有する。JM3は第３大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM3 = 70mmである。JA3は第３大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA3 = 52mmである。グループ３は，55mm < fML < 70mmかつ40mm < fAP < 52mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２２】
グループ４はパラメータJM4，JA4を有する。JM4は第４大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM4 = 85mmである。JA4は第４大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA4 = 72.5mmである。グループ４は，70mm < fML < 85mmかつ63.5mm < fAP < 72.5mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２３】
グループ５はパラメータJM5，JA5を有する。JM5は第５大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM5 = 85mmである。JA5は第５大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA5 = 63.5mmである。グループ５は，70mm < fML < 85mmかつ55mm < fAP < 63.5mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２４】
グループ６はパラメータJM6，JA6を有する。JM6は第６大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM6 = 85mmである。JA6は第６大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA6 = 55mmである。グループ６は，70mm < fML < 85mmかつ40mm < fAP < 55mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２５】
グループ７はパラメータJM7，JA7を有する。JM7は第７大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM7 = 100mmである。JA7は第７大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA7 = 75mmである。グループ７は，85mm < fML < 100mmかつ65mm < fAP < 75mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２６】
グループ８はパラメータJM8，JA8を有する。JM8は第８大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM8 = 100mmである。JA8は第８大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA8 = 65mmである。グループ８は，85mm < fML < 100mmかつ57.5mm < fAP < 65mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２７】
グループ９はパラメータJM9，JA9を有する。JM9は第９大腿骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，JM9 = 100mmである。JA9は第９大腿骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，JA9 = 57.5mmである。グループ９は，85mm < fML < 100mmかつ40mm < fAP < 57.5mmの範囲の患者の大腿骨fML及びfAPデータを包含する。
【０１２８】
適切なサイズのジグ素材を選択する処理の実施例を示すフローチャートである図７Ｂから分かるように，骨の前部‐後部長さfAP及び内側‐外側長さfMLは，関節モデル３６のサーフェスモデル４０の下部末端２０４に関して測定される（ブロック２０００）。下部末端２０４の骨の長さfAP，fMLは，上述のjFML公式及びjFAP公式によって数学的に修正され，最小大腿骨ジグ素材前部‐後部長さjFAP及び内側‐外側長さjFMLになる（ブロック２０１０）。数学的に修正された骨の長さfAP，fML，すなわちより詳細に言えば最小大腿骨ジグ素材前部‐後部長さjFAP及び内側‐外側長さjFMLは，図７Ａの散布図３００のジグ素材寸法に対して参照される（ブロック２０２０）。散布図３００は，ジグ素材ライブラリを形成する候補大腿骨ジグ素材の長さを図で表すことができる。大腿骨ジグ素材５０Ａは，最小大腿骨ジグ素材前部‐後部長さjFAP及び内側‐外側長さjFMLを収容するのにまだ十分大きな最小長さを有するジグ素材サイズが選択される（ブロック２０３０）。
【０１２９】
一つの実施例においては，選択されたジグ素材サイズの外側は次に説明するように，ジグモデルの外側サーフェスモデルとして用いられる。一つの実施例においては，選択されたジグ素材サイズは，ＣＮＣ機械に置かれて最小大腿骨ジグ素材前部‐後部長さjFAP及び内側‐外側長さjFMLに削られ，大腿骨ジグ２Ａの外側面に機械加工され，又はほかの方法で形成される実際のジグ素材に対応する。
【０１３０】
図７Ｂに概要を示し，図７Ａの散布図３００に関する方法は，次の例によって更に理解することができる。患者の大腿骨１８の下部末端２０４に関する図６において，測定された患者の大腿骨の長さは次のとおりである。fML = 79.2mmかつfAP = 54.5mm（ブロック２０００）。前述のとおり，下部末端２０４は関節モデル３６のサーフェスモデル４０の一部であってもよい。fML及びfAPの測定値が下部末端２０４から測定されると，対応するジグjFMLデータ及びジグjFAPデータが上述のjFML公式及びjFAP公式によって次のように決定できる（ブロック２０１０）。
jFML = fML - t1 - t2，ここでt1 = 3mm，t2 = 3mm
jFAP = fAP - t3 + t4，ここでt3 = 6mm，t4 = 20mm
jFML公式及びjFAP公式による計算結果は，jFML = 73.2mm及びjFAP = 68.5mmである。
【０１３１】
図７Ａの散布図３００から分かるように，測定されたジグデータ（すなわち，jFML = 73.2mm及びjFAP = 68.5mm）は散布図３００のグループ４に含まれる。グループ４は，所定の大腿骨ジグ素材パラメータ（JM4，JA4），すなわちJM4 = 85mm及びJA4 = 72.5mmを有する。この所定大腿骨ジグ素材パラメータは，種々のグループのうち最小のものであるが，それでも最小大腿骨素材長さjFAP，jFMLに対しては十分大きい。（ブロック２０２０）。この所定大腿骨ジグ素材パラメータ（JM4 = 85mm及びJA4 = 72.5mm）を，適切な大腿骨ジグ素材サイズとして選択してもよい（ブロック２０３０）。
【０１３２】
一つの実施例においては，図３Ｃに示すように所定大腿骨ジグ素材パラメータ（85mm，72.5mm）を，大腿骨外側ジグ寸法に適用してもよい。換言すれば，ジグ素材外側部分は，図８Ａ〜９Ｃに関して説明するようにジグモデル外側部分として用いられる。したがって，大腿骨ジグ素材５０Ａの外側部分は機械加工しなくてもよく，所定ジグ素材パラメータ（85mm，72.5mm）を有するジグ素材５０Ａの未修正外側部分を，完成した大腿骨ジグ２Ａの外側部分として使用することができる。
【０１３３】
別の実施例においては，大腿骨ジグ素材パラメータ（85mm，72.5mm）を機械加工処理によるジグ製造用に選択してもよい。したがって，所定パラメータ（85mm，72.5mm）を有する大腿骨ジグ素材５０Ａが機械加工処理に供給され，大腿骨ジグ素材５０Ａの外側部分が所定パラメータ（85mm，72.5mm）から所望の大腿骨ジグパラメータ（73.2mm，68.5mm）に加工されて，大腿骨ジグ２Ａの完成した外側部分となる。所定パラメータ（85mm，72.5mm）が所望の大腿骨ジグパラメータ（73.2mm，68.5mm）に相対的に近く選択することによって，加工時間及び材料浪費が削減される。
【０１３４】
加工時間及び材料浪費を削減するために，上述したジグ素材選択方法を用いるのが有利であるが，いくつかの実施例においては，ジグ素材は，単にすべての患者の骨長さfAP，fMLに適用可能な十分大きいものが提供される。そしてこのようなジグ素材が所望のジグ素材長さjFAP，jFMLに加工されて，完成したジグ２Ａの外側面として用いられる。
【０１３５】
一つの実施例においては，散布図３００に表された候補ジグ素材サイズグループ数は，ジグ素材製造事業者が提供するジグ素材サイズ数の関数である。例えば第１散布図３００は，９種のジグ素材サイズを提供するＡ社が製造したジグ素材だけに関係する。したがって散布図３００は，９個のジグ素材サイズグループを有する。第２散布図３００は，１２種のジグ素材サイズを提供するＢ社が製造したジグ素材だけに関係する。したがって散布図３００は，１２個のジグ素材サイズグループを有する。
【０１３６】
図７Ａの散布図３００に表すように，例えばジグ素材ライブラリには複数の候補ジグ素材サイズがある。候補ジグ素材はそれぞれ，前部‐後部寸法サイズ及び内側‐外側寸法サイズの一意な組合せを有してもよいが，２又はそれ以上の候補ジグ素材が共通の縦横比jAP/jML，すなわち形状を共有してもよい。ライブラリの候補ジグ素材は，その縦横比jAP/jMLによって，散布図３００の斜線に沿ってグループ化される。
【０１３７】
一つの実施例においては，ジグ素材縦横比jAP/jMLを用いて，加工できるジグ素材形状を選択してより大きな，又はより小さい個人に合うように加工してもよい。
【０１３８】
図７Ａから分かるように，大腿骨ジグ設計研究の一部として，膝に傷害のある９８人の骨関節症（ＯＡ）患者が，散布図３００に入れられた。各患者の大腿骨fAP及びfMLデータが測定され，上述のjFML及びjFAP公式によって修正され，患者のジグ素材データ（jFML，jFAP）となった。そして患者のジグ素材データが，散布図３００内に点として入れられた。図７Ａから分かるように，利用可能なグループのパラメータ以外には患者の点はない。このような処理を，グループパラメータ及び必要なグループの数を設定するために用いることができる。
【０１３９】
一つの実施例においては，選択されたジグ素材パラメータは，患者の膝形状に特化した大腿骨ジグ外側寸法であってよい。別の実施例においては，選択されたジグ素材パラメータは製造工程中に選択してもよい。
【０１４０】
ｅ．３Ｄ大腿骨ジグモデルの形成
【０１４１】
図１Ｅのブロック１５０について説明した「統合ジグデータ」４８に概略対応する３Ｄ大腿骨ジグモデル３４６を生成する方法の実施例を説明するために，図３Ａ〜３Ｃと，８Ａ〜８Ｂと，９Ａ〜９Ｃと，１０Ａ〜１０Ｂと，を参照する。図３Ａ〜３Ｃは大腿骨ジグ素材５０Ａの種々の図である。図８Ａ〜８Ｂはそれぞれ，大腿骨ジグ素材外側サーフェスモデル２３２Ｍの外側透視図及び内側透視図である。図９Ａ及び９Ｂは，結合された大腿骨ジグ素材外側サーフェスモデル２３２Ｍ及び骨サーフェスモデル４０の外側透視図であり，図９Ｃは図９Ｂの切断線９Ｃ‐９Ｃに沿った結合モデル２３２Ｍ，４０の断面図である。図１０Ａ及び１０Ｂはそれぞれ，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４をジグモデル３４６に統合して，図１Ｅのブロック１５０に関して説明した「統合ジグデータ」４８に概略対応する統合ジグモデル，すなわち完全ジグモデル３４８になった後の得られた大腿骨ジグモデル３４６の外側及び内側透視図である。
【０１４２】
図３Ａ〜３Ｃから分かるように，図７Ｂに関して説明した選択された所定寸法を有するジグ素材５０Ａは内側面２３０及び外側面２３２を含む。図８Ａ及び８Ｂに示した外側サーフェスモデル２３２Ｍは，ジグ素材モデル５０Ａの外側面２３２から抽出又はほかの方法で生成される。したがって，外側サーフェスモデル２３２Ｍは図７Ｂに関して説明したように選択した大腿骨ジグ素材５０Ａのジグ素材縦横比を基準にしており，患者の膝形状に特化した寸法をしている。大腿骨ジグサーフェスモデル２３２Ｍは，上述の任意の計算機サーフェスレンダリング技法を用いて，図３Ａ〜３Ｃのジグ素材モデル５０Ａから抽出又はほかの方法で生成できる。
【０１４３】
図９Ａ〜９Ｃから分かるように，外側サーフェスモデル２３２Ｍは大腿骨サーフェスモデル４０と結合されて，それぞれ大腿骨ジグモデル３４６の外側面及び内側面をなす。大腿骨サーフェスモデル４０は，大腿骨ジグ２Ａの内側面，すなわち捕捉面を表し，大腿骨関節形成術対象領域４２に対応する。このようにしてモデル４０は得られた大腿骨ジグ２Ａが患者の大腿骨１８の関節形成術対象領域４２にインデクス付けされるようにし，それによって得られた大腿骨ジグ２Ａが関節形成処置中，関節形成術対象領域４２を捕捉するようにする。二つのサーフェスモデル２３２Ｍ，４０は結合されて，大腿骨ジグ２Ａを製造するための患者に特化したジグモデル３４６となる。
【０１４４】
図９Ｂ及び９Ｃから分かるように，モデル２３２Ｍ，４０を適切にそろえると，二つのモデル２３２Ｍ，４０の間にギャップができる。そろえられたモデル２３２Ｍ，４０に画像縫合法，すなわち画像縫合ツールを施して二つのサーフェスモデルを一つに結合し，図９Ｂの３Ｄ計算機生成ジグモデル３４６を，図１０Ａ及び１０Ｂに示した統合ジグモデル３４８に外観が類似した単体の，一つに結合された，すき間を埋めた（filled-in），図９Ｂのジグモデル３４６にする。一つの実施例においては，ジグモデル３４６は，図１Ｅのブロック１４５に関して説明した「ジグデータ」４６の記載に概略対応するものであってもよい。
【０１４５】
図９Ｂ及び９Ｃから分かるように二つのモデル２３２Ｍ，４０の間の幾何学的ギャップは，そのうちのいくつかを厚みP1，P2及びP3について以降説明するが，ＴＫＡ手術の際に切断器具を受け入れて誘導するスロットの幅及び長さ，並びにドリルビットの長さのために，二つのモデル２３２Ｍ，４０の間に一定の空間を与えることができる。図１０Ａ及び１０Ｂに示す得られた大腿骨ジグモデル３４８は３Ｄサーフェスモデル２３２Ｍ，４０から生成された３Ｄボリュームモデルであってもよいので，３Ｄサーフェスモデル２３２Ｍ，４０の間に空間，すなわちギャップが設けられる。これによって得られる３Ｄボリュームジグモデル３４８を，実際の物理的３Ｄボリューム大腿骨ジグ２Ａを生成するために用いることができる。
【０１４６】
いくつかの実施例においては，画像処理手順に，二つのモデル２３２Ｍ，４０の整合の後にジグモデル３４６を修正するモデル修正手順を含んでもよい。例えば，限定するものではないが，モデル修正の種々の方法には次に掲げる文献に記載されたような，ユーザ誘導修正と，裂け目（crack）識別及び充てんと，多様体接続性生成と，を含む。
Nooruddinほか，Simplification and Repair of Polygonal Models Using Volumetric Techniques，IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics，Vol. 9，No.2，2003年4月〜6月
Erikson，C.，Error Correction of a Large Architectural Model: The Henderson County Courthouse，技術報告TR95-013，Dept. of Computer Science，Univ. of North Carolina at Chapel Hill，1995年
Khorramabdi，D.，A Walk through the Planned CS Building，技術報告UCB/CSD 91/652，Computer Science Dept.，Univ. of California at Berkeley，1991年
Morvanほか，IVECS: An Interactive Virtual Environment for the Correction of .STL files，Proc. Conf. Virtual Design，1996年8月
Bohnほか，A Topology-Based Approach for Shell-Closure，Geometric Modeling for Product Realization，P.R. Wilsonほか編，pp. 297-319，North-Holland，1993年
Barequetほか，Filling Gaps in the Boundary of a Polyhedron，Computer Aided Geometric Design，Vol. 12，No. 2，pp.207-229，1995年
Barequetほか，Repairing CAD Models，Proc. IEEE Visualization '97，pp. 363-370，1997年10月
Gueziecほか，Converting Sets of Polygons to Manifold Surfaces by Cutting and Stitching，Proc. IEEE Visualization '98，pp. 383-390，1998年10月
これら文献はいずれも全体が本明細書に組み込まれる。
【０１４７】
図１０Ａ及び１０Ｂから分かるように，統合ジグモデル３４８は外科医の要望によるいくつかの特徴を含んでもよい。例えばジグモデル３４８は，骨鋸を受け入れ，誘導するためのスロット３０と，骨ドリルビットを受け入れ，誘導するためのドリル穴３２と，を含んでもよい。図９Ｂ及び９Ｃから分かるように，得られた大腿骨ジグ２Ａが関節形成処置の際にゆがむ，すなわち変形しないで，適切に骨鋸及びドリルビットを支持し，誘導するようにするために十分な構造的完全性を有するように，モデル２３２Ｍ，４０の間のギャップ３５０が次のオフセットP1，P2及びP3を有してもよい。
【０１４８】
図９Ｂ〜１０Ｂから分かるように一つの実施例においては，厚みP1はモデル２３２Ｍ，４０の間の前部ドリル穴３２Ａの長さ方向に沿って延び，関節形成処置の際に受け入れた骨ドリルを支持し，誘導する。厚みP1は，少なくとも約４ｍｍ又は少なくとも約５ｍｍの厚さであってよい。前部ドリル穴３２Ａの直径は，少なくとも０．８５ｍｍ（１／３インチ）の切断器具を受け入れるように構成してもよい。
【０１４９】
厚みP2はモデル２３２Ｍ，４０の間の鋸スロット３０の長さ方向に沿って延び，関節形成処置の際に受け入れた骨鋸を支持し，誘導する。厚みP2は，少なくとも約１０ｍｍ又は少なくとも約１５ｍｍの厚さであってよい。
【０１５０】
厚みP3はモデル２３２Ｍ，４０の間の後部ドリル穴３２Ｐの長さ方向に沿って延び，関節形成処置の際に受け入れた骨ドリルを支持し，誘導する。厚みP3は，少なくとも約５ｍｍ又は少なくとも約８ｍｍの厚さであってよい。ドリル穴３２の直径は，少なくとも０．８５ｍｍ（１／３インチ）も切断器具を受け入れるように構成してもよい。
【０１５１】
受け入れたドリルビット又は鋸を誘導するために十分長い表面を提供することに加えて，種々の厚みP1，P2及びP3は，大腿骨ジグ２ＡがＴＫＲ手術の際の大腿骨の切断と，穴あけと，穴さらえと，の強力な処置に耐えるように構造的に設計される。
【０１５２】
図１０Ａ及び１０Ｂに示すように，統合ジグモデル３４８は次のものを含む。
・患者の内側顆軟骨の遠位部分に一致する形状４００
・患者の外側顆軟骨の遠位部分に一致する形状４０２
・接点すなわち鉤の形状をしており，ＴＫＲ手術の際に得られたジグ２Ａを患者の前部大腿骨関節表面にしっかりとかみ合うことができる突起（projection）４０４
・患者，外科医及び／又は外科処置に関する情報を列挙する空白ラベルエリアを提供する平面４０６
また上述のとおり，統合ジグモデル３４８は，鋸切断スロット３０及びドリル穴３２を含んでもよい。ジグモデル３４８の内側部分すなわち内側１００（及び得られる大腿骨ジグ２Ａ）は大腿骨サーフェスモデル４０であり，関節形成処置の際に患者の大腿骨１８の関節形成術対象領域４２を捕捉する。
【０１５３】
図１Ｂのブロック１０５及び図２Ａ〜２Ｆを参照すれば分かるように，一つの実施例においては，画像走査データ１６を累積してモデル４０，２２を生成するとき，モデル４０，２２は点Ｐを参照し，点Ｐは，図１Ｃに関して説明した，ＰＯＰに用いられるモデル２２，２８に対してモデル４０，２２を参照し，方向付けする単一点，一連の点，等であってよい。ＰＯＰのために点Ｐに対してモデル２２，２８に反映されたどんな変更（例えば点Ｐが点Ｐ’になること）も，モデル４０，２２と関係する点Ｐに反映される（図１Ｄのブロック１３５参照）。したがって，図１Ｄのブロック１４０及び図９Ａ〜９Ｃから分かるように，ジグ素材外側サーフェスモデル２３２Ｍをサーフェスモデル４０（すなわち，関節モデル２２から作られたサーフェスモデル）と結合してジグモデル３４６を生成するとき，ジグモデル３４６は点Ｐ’に対して参照され，方向付けられ，図１Ｅのブロック１４５に関して説明した「ジグデータ」４６に概略均等である。
【０１５４】
ジグモデル３４６は点Ｐ’に対して適切に参照され，方向付けられているので，図１Ｅのブロック１２５に関して説明した「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４はジグモデル３４６に適切に統合されて，図１０Ａ〜１０Ｂに示した統合ジグモデル３４８となる。統合ジグモデル３４８は，鋸切断スロット３０と，ドリル穴３２と，サーフェスモデル４０と，を含む。したがって統合ジグモデル３４８は，図１Ｅのブロック１５０に説明した「統合ジグデータ」４８に概略均等である。
【０１５５】
「関節モデル」２２とかん合する統合ジグモデル３４８の透視図である図１１から分かるように，ジグモデル３４８の内側面４０は，大腿骨下部末端２０４の関節形成術対象領域４２を捕捉し，それによってジグモデル３４８は当該領域４２とかん合するようにインデクスが付けられる。処置全体を通じて点Ｐ，Ｐ’に対して種々のモデルの参照し，方向付けることによって，鋸切断スロット３０及びドリル穴３２は，得られる大腿骨ジグ２Ａが患者の関節を変性前の状態に回復させることができる鋸切断及びドリル穴あけになるよう適切に方向付けられる。
【０１５６】
図１１に示すように，統合ジグモデル３４８は，ジグ本体５００と，ジグ本体５００の一方の側の突起５０２と，他方の側の二つの突起５０４，５０６と，を含む。突起５０４，５０６は内側及び外側の顆軟骨と一致する。突起５０２，５０４，５０６は，ジグ本体５００の二つの反対の末端から一体的に延びる。
【０１５７】
図１Ｅのブロック１５５〜１６５から分かるように，統合ジグ３４８，又はより詳細に言えば統合ジグデータ４８はＣＮＣ機械１０に送信されて，選択されたジグ素材５０Ａから大腿骨ジグ２Ａを加工することができる。例えば統合ジグデータ４８は，前に参照した種々のParkの特許出願に記載されているように，高速生産機械１０へ自動ジグ製造命令を与える生産ファイルを作成するために用いてもよい。そして高速生産機械１０は，命令に従って大腿骨ジグ素材５０Ａから患者に特化した関節形成術大腿骨ジグ２Ａを製造する。
【０１５８】
得られる大腿骨ジグ２Ａは，統合ジグモデル３４８の形状を有していてもよい。したがって図１１から分かるように，外科医の要望によって，得られる大腿骨ジグ２Ａは突起５０２，５０４，５０６の上に形成されたスロット３０及びドリル穴３２を有してもよい。ドリル穴３０は，ＴＫＲ処置の遠位大腿骨切断の際に，大腿骨切断ジグ２Ａと，患者の損傷した関節面との間に生じることがあるＩＲ／ＥＲ（内側／外側）回転軸不整合を防ぐように開けられる。スロット３０は，ＴＫＲの遠位大腿骨切断の際に，横断切断用往復鋸刃のような切断器具を受け入れるように開けられる。
【０１５９】
ｆ．脛骨関節形成術切断ジグの内側部分の曲面として用いるための脛骨上部末端の関節形成術対象領域の３Ｄサーフェスモデルの定義
【０１６０】
患者の脛骨２０の損傷した上部末端６０４の対象領域４２の３Ｄモデル４０を生成する方法を説明するために，図１２Ａ〜１２Ｃを参照する。図１２Ａは，患者の脛骨２０の損傷した上部末端，すなわち膝関節末端６０４の前部‐後部（“ＡＰ”）画像スライス６０８であって，画像スライス６０８は損傷した上部末端６０４も対象領域４２に対応する開ループ輪郭線セグメント６１０を含む。図１２Ｂは，対応する開ループ輪郭線セグメント（６１０‐１，６１０‐２，…６１０‐ｎ）を有する複数の画像スライス（１６‐１，１６‐２，…１６‐ｎ）であり，開ループ輪郭線セグメント６１０が累積されて対象領域４２の３Ｄモデル４０が生成される。図１２Ｃは，図１２Ｂに示した開ループ輪郭線セグメント（６１０‐１，６１０‐２，…６１０‐ｎ）を用いて生成された，損傷した上部末端６０４の対象領域４２の３Ｄモデル４０である。
【０１６１】
図１Ａ，１Ｂ及び１２Ａから分かるように，画像化装置１２０は，患者の脛骨２０の損傷した上部末端，すなわち膝関節末端６０４の２Ｄ画像スライス１６を生成するために用いられる。図１２Ａに示すように，２Ｄ画像１６は脛骨２０のＡＰ視(view)である。画像化装置１２０がＭＲＩ画像化装置であるかＣＴ画像化装置であるかによって，画像スライス１６はＭＲＩスライス又はＣＴスライスとなる。損傷した上部末端６０４は，脛骨高平部６１２と，前部脛骨幹曲面６１４と，外側脛骨高平部曲面の一部から前部脛骨幹曲面６１４までの脛骨メニスカスに沿って延びる関心領域，すなわち対象領域４２と，を含む。脛骨上部末端の対象領域４２は，大腿骨下部末端，すなわち膝関節末端の対応する関節接触面と接触する脛骨上部末端の関節接触面であってよい。
【０１６２】
図１２Ａに示すように，画像スライス１６は海綿骨６１６と，海綿骨をとりまく皮質骨６１８と，皮質骨６１８の関節軟骨皮膜部と，を示している。輪郭線６１０は，対象領域４２に沿い，皮質骨及び軟骨に直接隣接して延び，脛骨上部末端６０４の対象領域４２の輪郭を描く。輪郭線６１０は，対象領域４２に沿って，（画像スライスが脛骨の外側部分又は内側部分を通って広がっているかどうかによって）外側又は内側脛骨高平部６１２上の点Ｃから始まって，前部脛骨幹曲面６１４上の点Ｄまで延びる。
【０１６３】
一つの実施例においては，図１２Ａに示すように輪郭線６１０は対象領域４２に沿って延び，脛骨上部末端６０４の曲面の残りの部分には沿っていない。その結果，輪郭線６１０は開ループを形成し，この開ループは，図１２Ｂ及び１２Ｃに関して以降説明するように，開ループ領域，すなわち３Ｄ計算機モデル４０を形成するために用いることができる。３Ｄ計算機モデルについては，図１Ｄのブロック１４０に関して説明されているとおり，脛骨上部末端の対象領域４２の３Ｄ曲面に厳密に一致する。このように一つの実施例においては，輪郭線は開ループであり，脛骨上部末端６０４の皮質骨曲面全体の輪郭は描かない。一つの実施例においてはまた，開ループ処理は２Ｄ画像１６から３Ｄサーフェスモデル３６を形成するために用いられ，３Ｄサーフェスモデルは図１Ｄのブロック１２５〜１４０に説明されている関節モデル３６を概略代替し，図１Ｅのブロック１４５〜１５０に説明されている「ジグデータ」４６の生成に用いるサーフェスモデル４０を生成するために用いられる。
【０１６４】
一つの実施例においては，大腿骨の代わりに脛骨に属する平ループ輪郭線を除いて，図１２Ａ及び１２Ｂに示す開ループ輪郭線６１０とは反対に，輪郭線は図２Ｄ〜２Ｅに関して説明した閉ループ輪郭線２１０’と概略同一である。図２Ｄに関して説明した大腿骨閉ループ輪郭線のように脛骨閉ループ輪郭線は脛骨上部末端の皮質骨曲面全体の輪郭を描き，閉ループ領域を形成している。脛骨閉ループ輪郭線は，図２Ｅに示す大腿骨輪郭線に関して説明したものに類似する方法で結合される。その結果，脛骨閉ループ領域は脛骨上部末端６０４の曲面部位全体の解析を必要とし，図２Ｆに示す大腿骨上部末端２０４に類似した方法で，脛骨上部末端６０４全体の３Ｄモデルを形成することになる。このように，閉ループ処理から得られる３Ｄサーフェスモデルは，全部ではないにしろ，３Ｄ脛骨関節モデル３６の曲面と共通する部分が多い。一つの実施例においては，閉ループ処理は数学的アルゴリズムを適用することによって，２Ｄ画像１６から３Ｄボリューム解剖学的関節ソリッドモデルを得ることができる。1995年12月26日に出願され，ここに全体を参照する米国特許第５，６８２，８８６号明細書は，連続境界，すなわち閉ループを形成するsnakeアルゴリズムを適用している。脛骨の輪郭が描かれた後，例えばBezierパッチ法によるモデリング処理を用いて３Ｄサーフェスモデルが生成される。ほかの３Ｄモデリング処理，例えば本明細書のほかの部分に列挙したような商業的に利用可能な３Ｄ構築ソフトウェアを，閉ループ，ボリュームソリッドモデリング用の３Ｄサーフェスモデル生成に応用できる。
【０１６５】
一つの実施例においては，閉ループ処理が２Ｄ画像１６から３Ｄボリュームソリッドモデル３６を形成するために用いられ，ボリュームモデルは，図１Ｄのブロック１２５〜１４０に説明した関節モデル３６と本質的に同一である。３Ｄボリュームソリッドモデル３６は，図１Ｅのブロック１４５〜１５０に説明した「ジグデータ」４６の生成に用いられたサーフェスモデル４０を生成するために用いられる。
【０１６６】
脛骨上部末端全体の３Ｄボリュームソリッドモデルの形成は，脛骨上部末端の対象領域４２の３Ｄモデルを生成するために開ループ輪郭線を用いるよりも，メモリ及び時間集中的である。したがって，本願で開示したシステム及び方法には閉ループ法が用いられるが，少なくともいくつかの実施例には，開ループ法の方が閉ループ法よりも好まれる。
【０１６７】
閉ループ法の例は，2007年1月17日出願のImproved Total Joint Arthroplasty Systemと題するParkの米国特許出願第１１／６４１，５６９号に開示されている。この出願は全体が本明細書において参照される。
【０１６８】
図１２Ｂ及び２Ｇから分かるように，画像化装置１２０は反復画像化操作によって，複数の画像スライス（１６-１，１６-２，…１６-ｎ）を生成する（ブロック１０００）。各画像スライス１６は，図１２Ａに関して説明したように，対象部位４２に沿って延びる開ループ輪郭線（６１０-１，６１０-２，…６１０-ｎ）を有する（ブロック１００５）。一つの実施例においては，各画像スライスは２ミリメートルの２Ｄ画像スライス１６である。システム４は複数の画像スライス（１６-１，１６-２，…１６-ｎ），より詳細に言えば複数の開ループ輪郭線（６１０-１，６１０-２，…６１０-ｎ）を収集して図１２Ｃに示す３Ｄ大腿骨サーフェス計算機モデル４０を作成する（ブロック１０１０）。サーフェスモデル４０の生成に関するこの処理もまた，図１Ｂのブロック１００〜１０５及び図１Ｄのブロック１３０〜１４０に関して概要の章で説明されている。類似の処理を，脛骨閉ループ輪郭線に関して用いてもよい。
【０１６９】
図１２Ｃから分かるように，３Ｄ脛骨サーフェス計算機モデル４０は，脛骨上部末端の対象部位４２の３Ｄ計算機表現である。一つの実施例においては，対象部位４２の３Ｄ表現は，脛骨近位末端の関節大腿骨接触面の３Ｄ表現である。開ループ生成３Ｄモデル４０は脛骨上部末端の対応する大腿骨接触部のサーフェスモデルであるから，閉ループ輪郭線の結果である，脛骨上部末端の曲面全体の３Ｄモデルとは反対に，開ループ生成３Ｄモデル４０は，生成がより時間及びメモリ集中的ではない。
【０１７０】
一つの実施例においては，開ループ生成３Ｄモデル４０は，脛骨上部末端の曲面全体の３Ｄモデルとは反対に，脛骨上部末端の大腿骨に面する末端面のサーフェスモデルである。３Ｄモデル４０は，関心領域，すなわち対象部位４２を特定するために用いることができ，対象部位は前に述べたとおり，脛骨上部末端の対応する大腿骨接触部である。繰り返しになるが，開ループ生成３Ｄモデル４０は，閉ループ輪郭線によって生成される脛骨近位末端の曲面全体の３Ｄモデルに比べて，生成がより時間及びメモリ集中的ではない。したがって，本願で開示した少なくともいくつかの実施例では，開ループ輪郭線法が，閉ループ輪郭線法より好まれる。しかし，本願で開示したシステム４及び方法は，開ループ法を用いてもよいし，閉ループ法を用いてもよく，どちらか一方に限定することは望ましくない。
【０１７１】
３Ｄモデル４０が対象部位４２のサーフェスモデルである（すなわち，開ループ処理によって生成され，関節モデル２２として機能する３Ｄサーフェスモデル）であるか，脛骨上部末端の大腿骨に面する末端面全体（すなわち閉ループ処理によって生成され，関節モデル２２として機能する３Ｄボリュームソリッドモデル）であるか，に関わらず，輪郭線６１０に関するデータは，前述のParkの米国特許出願のいずれにも開示されているサーフェスレンダリング技法によって，３Ｄ輪郭計算機モデル４０に変換することができる。例えば，用いたサーフェスレンダリング技法は，ポイント-ツ-ポイントマッピング技法と，サーフェス法線ベクトルマッピング技法と，局所サーフェスマッピング技法と，大局サーフェスマッピング技法と，を含む。状況に応じて，各マッピング技法の一つ又は組み合わせを用いることができる。
【０１７２】
一つの実施例においては，図１２Ｃに示した３Ｄモデル４０の生成は，画像スライス１６を用いて図１２Ｂの開ループ部位の一連の間隔をとった曲面点それぞれの位置座標値を測定することによって行ってもよい。そして数学的モデルを用いて，図１２Ｃの３Ｄモデル４０を推定，すなわち計算してもよい。使用できるほかの医用画像計算機プログラムの例は，限定するものではないが，Overland, KSのAnalyzeDirect社のAnalyzeと，Kitware Inc.社のParaviewのようなオープンソフトウェアと，www.itk.orgで取得できるInsight Toolkit (“ITK”)と，www.slicer.orgで取得できる3D Slicerと，Ann Arbor, MIのMaterialise社のMimicsと，を含む。
【０１７３】
図１２Ｃに示した３Ｄモデル４０を生成する上述のシステムの代替，又は追加の，図１２Ｃの３Ｄモデル４０を生成するほかのシステムは，非一様有理Ｂスプライン（“ＮＵＲＢ”）プログラム又はBezierプログラムというサーフェスレンダリング技法を含む。これらのプログラムはそれぞれ，複数の輪郭線６１０から３Ｄ輪郭モデル４０を生成するために用いてもよい。
【０１７４】
一つの実施例においては，ＮＵＲＢサーフェスモデリング技法が複数の画像スライス１６，より詳細に言えば図１２Ｂの複数の開ループ輪郭線６１０，に適用される。ＮＵＲＢソフトウェアは図１２Ｃに示す３Ｄモデル４０を生成し，３Ｄモデル４０は，メッシュ及び制御点双方を含む関心領域，すなわち対象部位４２を有する。例えば，ErvinほかのLandscape Modeling，McGraw-Hill，2001年を参照されたい。同文献は本明細書において全体を参照する。
【０１７５】
一つの実施例においては，ＮＵＲＢサーフェスモデル技法が次の曲面公式を用いる。
【数５】
0005909787.tif 000006
ここで，P(i,j)はnrows=(k1+1)及びncols=(k2+1)の頂点行列，W(i,j)は頂点ごとの頂点重みの行列，bi(s)は次数M1の多項式の行方向基底，すなわち混合，bj(t)は次数M2の多項式の列方向基底，すなわち混合，sは行方向の結び目のパラメータ配列，tは列方向の結び目のパラメータ配列を表わす。
【０１７６】
一つの実施例においては，Bezierサーフェスモデリング技法がBezier公式（1972年，Pierre Bezier）を用いて図１２Ｃに示すような３Ｄモデル４０を生成し，モデル４０は関心領域，すなわち対象部位４２を有する。次数(n,m)のBezier曲面は，(n+1)(m+1)個の制御点kijの集合によって定義される。Bezier曲面は，(ki,j)と同一次元の空間内に組み込まれた滑らかで連続の曲面に単位正方形を対応付ける。例えば，kがすべて４次元空間の点のときは，曲面は４次元空間内にある。この関係は，１次元，２次元，５０次元，等の空間にも成り立つ。
【０１７７】
２次元Bezier曲面は，パラメトリック曲面として定義することもでき，パラメトリック座標u,vの関数としての点ｐの位置は，単位正方形に対して
【数６】
0005909787.tif 000007
で与えられ，ここで
【数７】
0005909787.tif 000008
はBernstein多項式であり，
【数８】
0005909787.tif 000009
は二項係数である。詳細については，Gruneほか，On Numerical Algorithm and Interactive Visualization for Optimal Control Problems, Journal of Computation and Visualization in Science, Vol. 1, No. 4, 1999年7月を参照されたい。同文献は本明細書において全体を参照する。
【０１７８】
種々のほかのサーフェスレンダリング技法がほかの参考文献に開示されている。例えば次に掲げる刊行物に開示されているサーフェスレンダリング技法を参照されたい。
Lorensenほか，Marching Cubes: A high Resolution 3d Surface Construction Algorithm，Computer Graphics，Vol. 21-3，pp. 163-169，1987年
Farinほか，NURB Curves & Surfaces: From Projective Geometry to Practical Use，Wellesley，1995年
Kumarほか，Robust Incremental Polygon Triangulation for Surface Rendering，WSCG，2000年
Fleischerほか，Accurate Polygon Scan Conversion Using Half-Open Intervals，Graphics Gems III，pp. 362-365，コード: pp. 599-605，1992年
Foleyほか，Computer Graphics: Principles and Practice，Addison Wesley，1990年
Glassner，Principles of Digital Image Synthesis，Morgan Kaufmann，1995年
これら文献はすべて本明細書において全体を参照する。
【０１７９】
ｇ．患者の脛骨上部末端のサイズに最も類似するサイズ及び／又は形状を有するジグ素材の選択
【０１８０】
上述のとおり，脛骨ジグ２Ｂのような関節形成術ジグ２は，内側部分１０４及び外側部分１０６を含む。脛骨ジグ２Ｂは，脛骨ジグ素材５０Ｂから形成され，ジグ素材は，一つの実施例においては，有限個数の脛骨ジグ素材サイズから選択される。脛骨ジグ素材５０Ｂの選択は，患者の脛骨上部末端６０４と，種々のサイズの脛骨ジグ素材５０Ｂの寸法及び／又は形状とを比較し，サイズ及び／又は形状が患者の脛骨上部末端６０４に最も厳密に類似する脛骨ジグ素材５０Ｂを選択することによって行われる。このようにして選択された脛骨ジグ素材５０Ｂは，脛骨ジグ２Ｂの外側部分６３２を形成する外部，すなわち外側の側面，すなわち曲面６３２を有する。本明細書の直前の章で説明した３Ｄサーフェス計算機モデル４０は，脛骨ジグ素材５０Ｂの計算機モデルの内側に３Ｄ曲面６３０を定義するために用いられる。
【０１８１】
患者の上部脛骨末端６０４にサイズが近い外側部分６３２を有する脛骨ジグ素材５０Ｂを選択することによって，内側部分６３０と患者の脛骨との間が正確に整合する可能性が高まる。また，ジグ素材５０Ｂから加工又はほかの方法で除去する必要のある材料の量が削減され，それによって材料の浪費及び製造時間を削減する。
【０１８２】
患者の上部脛骨末端のサイズ及び／又は形状に最も厳密に対応するジグ素材５０を選択する方法を説明するために，まず図１３Ａ〜１４Ｂを参照する。図１３Ａは，所定の寸法を有する左脛骨切断ジグ素材５０ＢＲの上面透視図である。図１３Ｂは，図１３Ａに示されたジグ素材５０ＢＲの下面透視図である。図１３Ｃは，図１３Ａに示したジグ素材５０ＢＲの外側，すなわち外側部分６３２の平面図である。図１４Ａは，複数の利用可能なサイズの左脛骨ジグ素材５０ＢＲであり，それぞれ図１３Ｃと同一の視点で描かれている。図１４Ｂは，複数の利用可能なサイズの右脛骨ジグ素材であり，それぞれ図１３Ｃと同一の視点で描かれている。
【０１８３】
図１３Ａ〜１３Ｃに示された，患者の右脛骨に使うことができる右脛骨ジグの生成のための右ジグ素材５０ＢＲのような共通ジグ素材５０は，内側脛骨高平部とかん合する内側脛骨足突起６４８と，外側脛骨高平部とかん合する外側脛骨足突起６５０と，後辺縁６４０と，前辺縁６４２と，外辺縁６４４と，内辺縁６４６と，外側６３２と，内側６３０と，を含む。図１３Ａ〜１３Ｃのジグ素材５０ＢＲは，限られた数の標準サイズの中で利用可能ないくつかの右脛骨ジグ素材５０ＢＲのいずれか一つであってよい。例えば図１３Ａ〜１３Ｃのジグ素材５０ＢＲは，ｉ番目の右脛骨ジグ素材（ここでi=1，2，3，4，…m，ｍは右脛骨ジグ素材サイズの最大数）であってよい。
【０１８４】
図１３Ｃに示すように，ジグ素材５０ＢＲの前面‐後面長さTAiはジグ素材５０ＢＲの前辺縁６４２から後辺縁６４０を測定したものである。ジグ素材５０ＢＲの内側‐外側長さTMiは，ジグ素材５０ＢＲの外辺縁６４４から内辺縁６４６までを測定したものである。
【０１８５】
図１４Ａから分かるように，限られた数の右脛骨ジグ素材サイズが，右脛骨切断ジグ２Ｂに機械加工される右脛骨ジグ素材サイズとして選択できる。例えば一つの実施例においては，３サイズ（m=3）の右脛骨ジグ素材５０ＢＲが利用できる。図１３Ｃから分かるように，各脛骨ジグ素材５０ＢＲはTAi対TMiとして定義される前面‐後面／内側‐外側縦横比（例えば"TAi/TMi"縦横比）を有する。このように，図１４Ａから分かるように，ジグ素材５０ＢＲ‐１は"TA1/TM1"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＢＲ‐２は"TA2/TM2"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＢＲ‐３は"TA3/TM3"で定義される縦横比，を有する。
【０１８６】
ジグ素材縦横比は，患者の右脛骨形状に特化した寸法の右脛骨ジグ２Ｂを設計するために用いられる。一つの実施例においては，ジグ素材縦横比は右脛骨ジグ２Ｂの外側寸法であってもよい。別の実施例においては，ジグ素材縦横比は，所望の右脛骨ジグ２Ｂの寸法に近いパラメータを有する右ジグ素材５０ＢＲを選択するための右脛骨ジグ製造手順に適用してもよい。この実施例は，選択したジグ素材５０から所望のジグ２を生成するために必要な機械加工量を減少させることができるので，右脛骨ジグ製造工程の費用効率を改善することができる。
【０１８７】
図１４Ａに候補脛骨ジグ素材サイズ用の一つのジグ素材縦横比が示されている。候補脛骨ジグ素材サイズ用に多くのジグ素材縦横比がある実施例においては，図１４Ａは図４Ａに類似し，ジグ縦横比が増加することを示す方向N-1，及び恐らく方向N-2及びN-3を有する。種々の脛骨ジグ素材縦横比の間の関係は，大腿骨ジグ素材縦横比に関する図４Ａに関して説明したものと類似するであろう。
【０１８８】
図１７に示した散布図９００及び本明細書の後の部分の説明から分かるように，方向E-1は散布図９００内のグループ１と，グループ２と，グループ３と，をつなぐ斜線に対応する。
【０１８９】
図１４Ａに示すとおり，方向E-1に沿う各ジグ５０ＢＲ−１，５０ＢＲ−２，５０ＢＲ‐３の間でジグ縦横比は一定であり，"TA1/TM1" = "TA2/TM2" = "TA3/TM3"である。しかしジグ５０ＢＲ−１に比べて，５０ＢＲ−２の寸法はジグ５０ＢＲ−１よりも大きくかつ長い。これは，ジグ５０ＢＲ−２のTA2値が，TM2値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているためである。類似して，TA３値が，TM３値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているため，５０ＢＲ−３の寸法はジグ５０ＢＲ−２よりも大きくかつ長い。増加の一例は，５％から２０％のへの増加である。大腿骨ジグ素材サイズに関して図４Ａに示したように，候補脛骨ジグ素材サイズ用に追加のジグ素材縦横比がある実施例においては，種々の脛骨ジグ素材サイズの間の関係は，図４Ａ及び１４Ａに関して説明したものと類似するであろう。
【０１９０】
図１４Ｂから分かるように，限られた数の右脛骨ジグ素材サイズが，右脛骨切断ジグ２Ｂに機械加工される右脛骨ジグ素材サイズとして選択できる。例えば一つの実施例においては，３サイズ（m=3）の左脛骨ジグ素材５０ＢＬが利用できる。図１３Ｃから分かるように，各脛骨ジグ素材５０ＢＬはTAi対TMiとして定義される前面‐後面／内側‐外側縦横比（例えば"TAi/TMi"縦横比）を有する。このように，図１４Ｂから分かるように，ジグ素材５０ＢＬ‐１は"TA1/TM1"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＢＬ‐２は"TA2/TM2"で定義される縦横比，ジグ素材５０ＢＬ‐３は"TA3/TM3"で定義される縦横比，を有する。
【０１９１】
ジグ素材縦横比は，患者の左脛骨形状に特化した寸法の左脛骨ジグ２Ｂを設計するために用いられる。一つの実施例においては，ジグ素材縦横比は左脛骨ジグ２Ｂの外側寸法であってもよい。別の実施例においては，ジグ素材縦横比は，所望の左脛骨ジグ２Ｂの寸法に近いパラメータを有する左ジグ素材５０ＢＬを選択するための左脛骨ジグ製造手順に適用してもよい。この実施例は，選択したジグ素材５０から所望のジグ２を生成するために必要な機械加工量を減少させることができるので，左脛骨ジグ製造工程の費用効率を改善することができる。
【０１９２】
図１４Ｂに，候補脛骨ジグ素材サイズ用の一つのジグ素材縦横比が示されている。候補脛骨ジグ素材サイズ用に多くのジグ素材縦横比がある実施例においては，図１４Ｂは図４Ｂに類似し，ジグ縦横比が増加することを示す方向N-1，及び恐らく方向N-2及びN-3を有する。種々の脛骨ジグ素材縦横比の間の関係は，大腿骨ジグ素材縦横比に関する図４Ｂに関して説明したものと類似するであろう。
【０１９３】
図１４Ｂに示すように，方向E-1に沿う各ジグ５０ＢＬ−１，５０ＢＬ−２，５０ＢＬ‐３の間でジグ縦横比は一定であり，"TA1/TM1" = "TA2/TM2" = "TA3/TM3"である。しかしジグ５０ＢＬ−１に比べて，５０ＢＬ−２の寸法はジグ５０ＢＬ−１よりも大きくかつ長い。これは，ジグ５０ＢＬ−２のTA2値が，TM2値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているためである。類似して，TA3値が，TM3値の増加に比例してＸ，Ｙ，Ｚ軸すべての方向においてある程度増加しているため，５０ＢＬ−３の寸法はジグ５０ＢＬ−２よりも大きくかつ長い。増加の一例は，５％から２０％のへの増加である。候補脛骨ジグ素材サイズ用に追加の縦横比がある実施例においては，大腿骨ジグ素材サイズに関して図４Ｂに示したように，種々の脛骨ジグ素材サイズの間の関係は，図４Ｂ及び１４Ｂに関して説明したものと類似するであろう。
【０１９４】
患者の脛骨２０の上部末端，すなわち膝関節をなす末端６０４の寸法は，ジグ素材５０に関して説明した方法と類似の方法で３Ｄサーフェスモデル４０，すなわち３Ｄ関節モデル３６を分析することによって判定できる。例えば，近位から遠位の方向に見た患者の右脛骨２０の３Ｄサーフェスモデル４０，すなわち３Ｄ関節モデル３６の軸方向の図である図１５に示すように，サーフェスモデル４０，すなわち関節モデル３６の上部末端６０４は，前辺縁６６０と，後辺縁６６２と，内辺縁６６４と，外辺縁６６６と，を含む。脛骨寸法は，３Ｄ関節モデル３６の３Ｄサーフェスモデル４０を解析することによって，患者の脛骨２０の上部末端面，すなわち大腿骨関節摺動面６０４に関して測定される。次にこれらの脛骨寸法が，脛骨ジグ寸法を設定し，適切な脛骨ジグを選択するために用いられる。
【０１９５】
図１５に示すように，患者の脛骨２０の上部末端６０４（すなわち，開ループ解析によって形成されたものであれ，閉ループ解析によって形成されたものであれ，関節モデル３６のサーフェスモデル４０の上部末端６０４）の前部‐後部長さtAPは，脛骨高平部の前辺縁６６０から，脛骨高平部の後辺縁６６２までを測定した長さである。患者の脛骨２０の上部末端６０４の内側‐外側長さtMLは，内側脛骨高平部の内辺縁６６４から，外側脛骨高平部の外辺縁６６６までを測定した長さである。
【０１９６】
一つの実施例においては，脛骨上部末端６０４の前部‐後部長さtAP及び内側‐外側長さtMLを脛骨上部末端の縦横比tAP/tMLに用いることができる。多数（例えば数百，数千，数万，等）の患者の膝の縦横比tAP/tMLを収集し，統計的に分析することによって，多数の患者の膝を収容するジグ素材の最も普遍的な縦横比を決定することができる。そしてこの情報を用いて，どの一つ，二つ，三つ，等の縦横比が最大数の患者の膝を収容しそうかを決定することができる。
【０１９７】
システム４は，関節モデル３６（関節モデル３６が開ループ処理によって生成された３Ｄモデルであれ，閉ループ処理によって生成された３Ｄボリュームソリッドモデルであれ）のサーフェスモデル４０によって得られた患者の脛骨２０の上部末端６０４を解析して，脛骨上部末端６０４の前部‐後部長さtAP及び内側‐外側長さtMLに関するデータを取得する。図１５のモデル脛骨上部末端６０４に重畳された図１３Ｃの選択されたモデルジグ素材５０ＢＲを示している図１６から分かるように，脛骨寸法長さtAP，tMLをジグ素材の寸法長さTA，TMと比較して，加工処理の出発点及びジグモデルの外側サーフェスモデルとしてどのジグ素材モデルを選択するかを決定する。
【０１９８】
図１６に示すように，予定の右脛骨ジグ素材５０ＢＲが，サーフェスモデル４０又は関節モデル３６によって表された患者の解剖学モデルの右脛骨上部末端６０４とかん合するように重畳される。一つの実施例においては，ジグ素材５０ＢＲは脛骨高平部の前部約２／３を覆い，脛骨の後部約１／３は露出されたままである。脛骨高平部の露出された部分には，図１６の領域q1及びq2でそれぞれ表される脛骨高平部の外側及び内側露出部位が含まれる。特に露出領域q1は，脛骨外辺縁６６６とジグ素材外辺縁６４６との間の露出した脛骨高平部の領域であり，露出領域q2は脛骨内辺縁６６４とジグ素材内辺縁６４４との間の露出された脛骨高平部の領域である。
【０１９９】
脛骨前部‐後部tAPデータ及び脛骨内側‐外側tMLデータを取得して使用することによって，システム４は次の公式によって脛骨ジグ素材５０ＢＲのサイズを変えることができる。
jTML = tML - q1 - q2
ここでjTMLは脛骨ジグ素材５０ＢＲの内側‐外側長さである。一つの実施例においては，q1及びq2は次の範囲にある。
2mm ≦ q1 ≦ 4mm，2mm ≦ q2 ≦ 4mm
別の実施例においては，q1は約3mmであり，q2は約3mmである。
【０２００】
図１７Ａは，患者の脛骨２０の上部末端６０４に適したジグ素材サイズを，複数の候補ジグ素材サイズから選択するための例示散布図９００である。一つの実施例においては，Ｘ軸は患者の脛骨内側‐外側長さtMLをミリメートルで表し，Ｙ軸は患者の脛骨前部‐後部長さtAPをミリメートルで表したものである。一つの実施例においては，散布図９００はいくつかのジグ素材サイズグループに分割され，各グループは散布図９００の一つの領域を含み，特定候補ジグ素材サイズの特定パラメータTMrと関係している。
【０２０１】
一つの実施例においては，図１７Ａに示した例示散布図９００は３個の素材サイズグループを含み，各グループは一つの候補ジグ素材サイズに属する。しかし実施例に応じて，散布図９００はより多くのジグ素材サイズグループを含んでもよいし，より少ないジグ素材サイズグループを含んでもよい。ジグ素材サイズグループの数が多ければ多いほど，候補ジグ素材サイズの数は多くなり，選択された候補ジグ素材サイズは，患者の膝形状及び得られたジグ２に対してより寸法特定になる。選択された候補ジグ素材サイズがより寸法特定であればあるほど，選択された候補ジグ素材５０から所望のジグ２を製造するために必要な機械加工量が少なくなる。
【０２０２】
逆に，ジグ素材サイズグループ数が少なければ少ないほど，候補ジグ素材サイズ数は少なくなり，選択された候補ジグ素材サイズは，患者の膝形状及び得られたジグ２により寸法特定でなくなる。選択された候補ジグ素材サイズがより寸法特定でなければないほど，選択された候補ジグ素材５０から所望のジグ２を製造するために必要な機械加工量が多くなり，ジグ製造手順において余分な荒削りが増える。
【０２０３】
脛骨前部‐後部長さtAPは，図１３Ｃ〜１４Ｂ及び１７Ａに関して説明したような脛骨ジグ素材５０Ｂの縦横比TAi/TMiを決定する値として用いられるので関係することがある。これにもかかわらずいくつかの実施例においては，候補ジグ素材の脛骨前部‐後部長さTAiは，いくつかの実施例における実践的な設定においては脛骨ジグ前部‐後部長さは脛骨ジグ内側‐外側長さよりも重要性が低いので，図１７Ａに示す散布図９００又は図１６に示す関係には反映されないことがある。例えば，患者の脛骨前部‐後部距離は膝形状に応じて異なるが，脛骨ジグ２Ｂの足突起８００，８０２（図２０Ａ参照）の長さが単に増加され，脛骨前部‐後部長さTAに対応するように特化したジグ素材又はジグを生成する必要はない。換言すれば，いくつかの実施例においては，種々の脛骨ジグの間の前部‐後部長さの唯一の差は，対応する足突起８００，８０２の前部‐後部長さの差である。
【０２０４】
いくつかの実施例においては，図１６及び２１から分かるように，足突起８００，８０２を有する脛骨ジグ２Ｂの前部‐後部長さは，脛骨高平部の約半分にわたる。部分的には患者ごとにわずか数ミリメートルから数センチメートル異なるこの「半」距離の包含のために，一つの実施例においては，ジグの前部‐後部長さは重要なものではない。しかし，ジグは脛骨高平部の内側‐外側長さの大部分にわたることがあるので，ジグの内側‐外側長さは，前部‐後部長さに比べて非常に重要なものである。
【０２０５】
いくつかの実施例においては，脛骨ジグ２Ｂの前部‐後部長さは内側‐外側長さに比べて非常に重要ではないことがあるが，いくつかの実施例においては，脛骨ジグの前部‐後部長さは重要である。このような実施例においては，TMiだけではなく縦横比TAi/TMiによってジグサイズを図１７Ａに示してもよい。換言すれば，ジグサイズは図７Ａに示したものと類似する方法で図１７Ａに示してもよい。更にいくつかの実施例においては，図１４Ａ及び１４Ｂに，図４Ａ及び４Ｂに示したものと類似する追加ジグ素材縦横比が含まれる。その結果，図１７Ａの散布図９００は，図７Ａの散布図３００に示したものと類似の方法で各ジグ素材縦横比のジグ素材サイズを接続する追加の斜線を含んでもよい。また図１７Ａにおいて，図７Ａに示したものと類似の方法で，種々のジグ素材サイズの境界を表すために，前部‐後部長さによって散布図９００を分割する追加の水平線を設けてもよい。
【０２０６】
図１７Ａから分かるように一つの実施例においては，散布図９００の３個のジグ素材サイズグループは次のようなパラメータTMr，TArを有する。グループ１はパラメータTM1，TA1を有する。TM1は第１脛骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，TM1 = 70mmである。TA1は第１脛骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，TA1 = 62mmである。グループ１は，55mm < tML < 70mmかつ45mm < tAP < 75mmの範囲の患者の脛骨tML及びtAPデータを包含する。
【０２０７】
グループ２はパラメータTM2，TA2を有する。TM2は第２脛骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，TM2 = 85mmである。TA2は第２脛骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，TA2 = 65mmである。グループ２は，70mm < tML < 85mmかつ45mm < tAP < 75mmの範囲の患者の脛骨tML及びtAPデータを包含する。
【０２０８】
グループ３はパラメータTM3，TA3を有する。TM3は第３脛骨ジグ素材サイズの内側‐外側長さを表し，TM3 = 100mmである。TA3は第３脛骨ジグ素材サイズの前部‐後部長さを表し，TA3 = 68.5mmである。グループ３は，85mm < tML < 100mmかつ45mm < tAP < 75mmの範囲の患者の脛骨tML及びtAPデータを包含する。
【０２０９】
いくつかの実施例においては，図３Ａ〜７Ｂに関して説明した大腿骨ジグ素材の選択処理とは異なり，図１３Ａ〜１７Ｂに関して説明した脛骨ジグ素材選択処理は，内側‐外側脛骨ジグ値jTML及び関連する内側‐外側値TM, tMLだけを考慮，すなわち用いてもよい。したがっていくつかの実施例においては，前部‐後部脛骨ジグ値jTAP及び脛骨ジグ及び脛骨高平部の関係する前部‐後部値TA, tAPは考慮されない。
【０２１０】
適切なサイズのジグ素材を選択する処理の実施例を示すフローチャートである図１７Ｂから分かるように，骨の内側‐外側長さtMLは，関節モデル３６のサーフェスモデル４０の上部末端６０４に関して測定される（ブロック３０００）。上部末端６０４の内側‐外側長さtMLは，上述のjTML公式によって数学的に修正され，最小脛骨ジグ素材内側‐外側長さjTMLになる（ブロック３０１０）。数学的に修正された骨の内側‐外側tML，すなわちより詳細に言えば最小脛骨ジグ素材内側‐外側長さjTMLは，図１７Ａの散布図９００のジグ素材寸法に対して参照される（ブロック３０２０）。散布図９００は，ジグ素材ライブラリを形成する候補脛骨ジグ素材の長さを図で表すことができる。脛骨ジグ素材５０Ｂは，最小脛骨ジグ素材内側‐外側長さjTMLを収容するのにまだ十分大きな最小長さを有するジグ素材サイズが選択される（ブロック３０３０）。
【０２１１】
一つの実施例においては，選択されたジグ素材サイズの外側は次に説明するように，ジグモデルの外側サーフェスモデルとして用いられる。一つの実施例においては，選択されたジグ素材サイズは，ＣＮＣ機械に置かれて最小脛骨ジグ素材前部‐後部長さjTAP及び内側‐外側長さjTMLに削られ，脛骨ジグ２Ｂの外側面に機械加工され，又はほかの方法で形成される実際のジグ素材に対応する。
【０２１２】
図１７Ｂに概要を示し，図１７Ａの散布図９００に関する方法は，次の例によって更に理解することができる。患者の脛骨２０の上部末端６０４に関する図１６において，測定された患者の脛骨の長さは次のとおりである。tML = 85.2mm（ブロック３０００）。前述のとおり，上部末端６０４は関節モデル３６のサーフェスモデル４０の一部であってもよい。tMLの測定値が上部末端６０４から測定されると，対応するジグjTMLデータが上述のjTML公式によって次のように決定できる（ブロック３０１０）。
jTML = tML -q1 - q2，ここでq1 = 3mm，q2 = 3mm
jTML公式による計算結果は，jTML = 79.2mmである。
【０２１３】
図１７Ａの散布図９００から分かるように，測定されたジグデータ（すなわち，jTML = 79.2mm）は散布図９００のグループ２に含まれる。グループ２は，所定の脛骨ジグ素材パラメータ（TM2），すなわちTM2 = 85mmを有する。この所定脛骨ジグ素材パラメータは，種々のグループのうち最小のものであるが，それでも最小脛骨素材長さjTMLに対しては十分大きい。（ブロック３０２０）。この所定脛骨ジグ素材パラメータ（TM2 = 85mm）を，適切な脛骨ジグ素材サイズとして選択してもよい（ブロック３０３０）。
【０２１４】
一つの実施例においては，図１３Ｃに示すように所定脛骨ジグ素材パラメータ（85mm）を，脛骨外側ジグ寸法に適用してもよい。換言すれば，ジグ素材外側部分は，図１８Ａ〜１９Ｃに関して説明するようにジグモデル外側部分として用いられる。したがって，脛骨ジグ素材５０Ｂの外側部分は機械加工しなくてもよく，所定ジグ素材パラメータ（85mm）を有するジグ素材５０Ｂの未修正外側部分が，完成した脛骨ジグ２Ｂの外側部分として使用することができる。
【０２１５】
別の実施例においては，脛骨ジグ素材パラメータ（85mm）を機械加工処理によるジグ製造用に選択してもよい。したがって，所定パラメータ（85mm）を有する脛骨ジグ素材５０Ｂが機械加工処理に供給され，脛骨ジグ素材５０Ｂの外側部分が所定パラメータ（85mm）から所望の脛骨ジグパラメータ（79.2mm）に加工されて，脛骨ジグ２Ｂの完成した外側部分となる。所定パラメータ（85mm）が所望の脛骨ジグパラメータ（79.2mm）に相対的に近く選択することによって，加工時間及び材料浪費が削減される。
【０２１６】
加工時間及び材料浪費を削減するために，上述したジグ素材選択方法を用いるのが有利であるが，いくつかの実施例においては，ジグ素材は，単にすべての患者の骨長さtMLに適用可能な十分大きいものが提供される。そしてこのようなジグ素材が所望のジグ素材長さjTMLに加工されて，完成したジグ２Ｂの外側面として用いられる。
【０２１７】
一つの実施例においては，散布図９００に表された候補ジグ素材サイズグループ数は，ジグ素材製造事業者が提供するジグ素材サイズ数の関数である。例えば第１散布図９００は，３種のジグ素材サイズを提供するＡ社が製造したジグ素材だけに関係する。したがって散布図９００は，３個のジグ素材サイズグループを有する。第２散布図９００は，６種のジグ素材サイズを提供するＢ社が製造したジグ素材だけに関係する。したがって散布図９００は，６個のジグ素材サイズグループを有する。
【０２１８】
図１７Ａの散布図９００に表すように，例えばジグ素材ライブラリには複数の候補ジグ素材サイズがある。候補ジグ素材はそれぞれ，前部‐後部寸法サイズ及び内側‐外側寸法サイズの一意な組合せを有してもよいが，２又はそれ以上の候補ジグ素材が共通の縦横比tAP/tML，すなわち形状を共有してもよい。ライブラリの候補ジグ素材は，その縦横比tAP/tMLによって，散布図９００の斜線に沿ってグループ化される。
【０２１９】
一つの実施例においては，ジグ素材縦横比tAP/tMLを用いて，加工できるジグ素材形状を選択してより大きな，又はより小さい個人に合うように加工してもよい。
【０２２０】
図１７Ａから分かるように，脛骨ジグ設計研究の一部として，膝に傷害のある９８人の骨関節症患者が，散布図９００に入れられた。各患者の脛骨tAP及びtMLデータが測定された。各患者の脛骨tMLデータは，上述のjTML公式によって修正され，患者のジグ素材データ（jTML）となった。そして患者のジグ素材データが，散布図９００内に点として入れられた。図１７Ａから分かるように，利用可能なグループのパラメータ以外には患者の点はない。このような処理を，グループパラメータ及び必要なグループの数を設定するために用いることができる。
【０２２１】
一つの実施例においては，選択されたジグ素材パラメータは，患者の膝形状に特化した脛骨ジグ外側寸法であってよい。別の実施例においては，選択されたジグ素材パラメータは製造工程中に選択してもよい。
【０２２２】
ｈ．３Ｄ脛骨ジグモデルの形成
【０２２３】
図１Ｅのブロック１５０について説明した「統合ジグデータ」４８に概略対応する３Ｄ脛骨ジグモデル７４６を生成する方法の実施例を説明するために，図１３Ａ〜１３Ｃと，１８Ａ〜１８Ｂと，１９Ａ〜１９Ｄと，２０Ａ〜２０Ｂと，を参照する。図１３Ａ〜１３Ｃは脛骨ジグ素材５０Ｂの種々の図である。図１８Ａ〜１８Ｂはそれぞれ，脛骨ジグ素材外側サーフェスモデル６３２Ｍの外側透視図及び内側透視図である。図１９Ａ〜１９Ｄはそれぞれ，結合された脛骨ジグ素材外側サーフェスモデル６３２Ｍ及び骨サーフェスモデル４０の外側透視図である。図２０Ａ及び２０Ｂはそれぞれ，「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４をジグモデル７４６に統合して，図１Ｅのブロック１５０に関して説明した「統合ジグデータ」４８に概略対応する統合ジグモデル，すなわち完全ジグモデル７４８になった後の得られた脛骨ジグモデル７４６の外側及び内側透視図である。
【０２２４】
図１３Ａ〜１３Ｃから分かるように，図１７Ａ及び１７Ｂに関して説明した選択された所定寸法を有するジグ素材５０Ｂは内側面６３０及び外側面６３２を含む。図１８Ａ及び１８Ｂに示した外側サーフェスモデル６３２Ｍは，ジグ素材モデル５０Ｂの外側面６３２から抽出又はほかの方法で生成される。したがって，外側サーフェスモデル６３２Ｍは図１７Ａ及び１７Ｂに関して説明したように選択した脛骨ジグ素材５０Ｂのジグ素材縦横比を基準にしており，患者の膝形状に特化した寸法をしている。脛骨ジグサーフェスモデル６３２Ｍは，上述の任意の計算機サーフェスレンダリング技法を用いて，図１３Ａ〜１３Ｃのジグ素材モデル５０Ｂから抽出又はほかの方法で生成できる。
【０２２５】
図１９Ａ〜１９Ｃから分かるように，外側サーフェスモデル６３２Ｍは脛骨サーフェスモデル４０と結合されて，それぞれ脛骨ジグモデル７４６の外側面及び内側面をなす。脛骨サーフェスモデル４０は，脛骨ジグ２Ｂの内側面，すなわち捕捉面を表し，脛骨関節形成術対象領域４２に対応する。このようにしてモデル４０は得られた脛骨ジグ２Ｂが患者の脛骨２０の関節形成術対象領域４２にインデクス付けされるようにし，それによって得られた脛骨ジグ２Ｂが関節形成処置中，関節形成術対象領域４２を捕捉するようにする。二つのサーフェスモデル６３２Ｍ，４０は結合されて，脛骨ジグ２Ｂを製造するための患者に特化したジグモデル７４６となる。
【０２２６】
図１９Ｂ及び１９Ｃから分かるように，モデル６３２Ｍ，４０を適切にそろえると，二つのモデル６３２Ｍ，４０の間にギャップができる。そろえられたモデル６３２Ｍ，４０に画像縫合法，すなわち画像縫合ツールを施して二つのサーフェスモデルを一つに結合し，図１９Ｂの３Ｄ計算機生成ジグモデル７４６を，図２０Ａ及び２０Ｂに示した統合ジグモデル７４８に外観が類似した単体の，一つに結合された，すき間を埋めた，ジグモデル７４６にする。一つの実施例においては，ジグモデル７４６は，図１Ｅのブロック１４５に関して説明した「ジグデータ」４６の記載に概略対応するものであってもよい。
【０２２７】
図１９Ｂ〜１９Ｄ並びに図２０Ａ及び２０Ｂから分かるように二つのモデル６３２Ｍ，４０の間の幾何学的ギャップは，そのうちのいくつかを厚みV1，V2及びV3について以降説明するが，ＴＫＡ手術の際に切断器具を受け入れて誘導するスロットの幅及び長さ，並びにドリルビットの長さのために，二つのモデル６３２Ｍ，４０の間に一定の空間を与えることができる。図２０Ａ及び２０Ｂに示す得られた脛骨ジグモデル７４８は３Ｄサーフェスモデル６３２Ｍ，４０から生成された３Ｄボリュームモデルであってもよいので，３Ｄサーフェスモデル６３２Ｍ，４０の間に空間，すなわちギャップが設けられる。これによって得られる３Ｄボリュームジグモデル７４８を，実際の物理的３Ｄボリューム脛骨ジグ２Ｂを生成するために用いることができる。
【０２２８】
いくつかの実施例においては，画像処理手順に，二つのモデル６３２Ｍ，４０の整合の後にジグモデル７４６を修正するモデル修正手順を含んでもよい。例えば，限定するものではないが，モデル修正の種々の方法には次に掲げる文献に記載されたような，ユーザ誘導修正と，裂け目（crack）識別及び充てんと，多様体接続性生成と，を含む。
Nooruddinほか，Simplification and Repair of Polygonal Models Using Volumetric Techniques，IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics，Vol. 9，No.2，2003年4月〜6月
Erikson，C.，Error Correction of a large Architectural Model: The Henderson County Courthouse，技術報告TR95-013，Dept. of Computer Science，Univ. of North Carolina at Chapel Hill，1995年
Khorramabdi，D.，A Walk through the Planned CS Building，技術報告UCB/CSD 91/652，Computer Science Dept.，Univ. of California at Berkeley，1991年
Morvanほか，IVECS: An Interactive Virtual Environment for the Correction of .STL files，Proc. Conf. Virtual Design，1996年8月
Bohnほか，A Topology-Based Approach for Shell-Closure，Geometric Modeling for Product Realization，P.R. Wilsonほか編，pp. 297-319，North-Holland，1993年
Barequetほか，Filling Gaps in the Boundary of a Polyhedron，Computer Aided Geometric Design，Vol. 12，No. 2，pp.207-229，1995年
Barequetほか，Repairing CAD Models，Proc. IEEE Visualization '97，pp. 363-370，1997年10月
Gueziecほか，Converting Sets of Polygons to Manifold Surfaces by Cutting and Stitching，Proc. IEEE Visualization '98，pp. 383-390，1998年10月
これら文献はいずれも全体が本明細書に組み込まれる。
【０２２９】
図２０Ａ及び２０Ｂから分かるように，統合ジグモデル７４８は外科医の要望によるいくつかの特徴を含んでもよい。例えばジグモデル７４８は，骨鋸を受け入れ，誘導するためのスロット３０と，骨ドリルビットを受け入れ，誘導するためのドリル穴３２と，を含んでもよい。図１９Ｂ及び１９Ｃから分かるように，得られた脛骨ジグ２Ｂが関節形成処置の際にゆがむ，すなわち変形しないで，適切に骨鋸及びドリルビットを支持し，誘導するようにするために十分な構造的完全性を有するように，モデル６３２Ｍ，４０の間のギャップが次のオフセットV1，V2及びV3を有してもよい。
【０２３０】
図１９Ｂ〜２０Ｂから分かるように一つの実施例においては，厚みV1はモデル６３２Ｍ，４０の間の前部ドリル穴３２Ｐの長さ方向に沿って延び，関節形成処置の際に受け入れた骨ドリルを支持し，誘導する。厚みV1は，少なくとも約４ｍｍ又は少なくとも約５ｍｍの厚さであってよい。前部ドリル穴３２Pの直径は，少なくとも０．８５ｍｍ（１／３インチ）の切断器具を受け入れるように構成してもよい。
【０２３１】
厚みV2は，内側面４０及び外側面モデル６３２Ｍの間のジグ足８００，８０２の厚みである。この厚みは，製造及び使用の際のジグのゆがみ及び変形に抗するため，ジグ足８００，８０２の適切な構造強度を与える。厚みV2は，少なくとも約５ｍｍ又は少なくとも約８ｍｍの厚さであってよい。
【０２３２】
厚みV3はモデル６３２Ｍ，４０の間の鋸スロット３０の長さ方向に沿って延び，関節形成処置の際に受け入れた骨鋸を支持し，誘導する。厚みV3は，少なくとも約１０ｍｍ又は少なくとも約１５ｍｍの厚さであってよい。
【０２３３】
受け入れたドリルビット又は鋸を誘導するために十分長い表面を提供することに加えて，種々の厚みV1，V2及びV3は，脛骨ジグ２ＢがＴＫＲ手術の際脛骨の切断と，穴あけと，穴さらえと，のの強力な処置に耐えるように構造的に設計される。
【０２３４】
図２０Ａ及び２０Ｂに示すように，統合ジグモデル７４８の外側部分，すなわち外側１０６は次のものを含む。
・患者の脛骨高平部の内側部を覆い，一致する形状８００
・患者の脛骨高平部の外側部を覆い，一致する形状８０２
・ジグ２Ｂの上部外側面６３２から下方に延びる突起８０４
・患者，外科医及び／又は外科処置に関する情報を列挙する空白ラベルエリアを提供する外側面６３２の平坦部
また上述のとおり，統合ジグモデル７４８は，鋸切断スロット３０及びドリル穴３２を含んでもよい。ジグモデル７４８の内側部分すなわち内側１０４（及び得られる脛骨ジグ２Ｂ）は脛骨サーフェスモデル４０であり，関節形成処置の際に患者の脛骨２０の関節形成術対象領域４２を捕捉する。
【０２３５】
図１Ｂのブロック１０５及び図１２Ａ〜１２Ｃを参照すれば分かるように，一つの実施例においては，画像走査データ１６を累積してモデル４０，２２を生成するとき，モデル４０，２２は点Ｐを参照し，点Ｐは，図１Ｃに関して説明した，ＰＯＰに用いられるモデル２２，２８に対してモデル４０，２２を参照し，方向付けする単一点，一連の点，等であってよい。ＰＯＰのために点Ｐに対してモデル２２，２８に反映されたどんな変更（例えば点Ｐが点Ｐ’になること）も，モデル４０，２２と関係する点Ｐに反映される（図１Ｄのブロック１３５参照）。したがって，図１Ｄのブロック１４０及び図１９Ａ〜１９Ｃから分かるように，ジグ素材外側サーフェスモデル６３２Ｍをサーフェスモデル４０（すなわち，関節モデル２２から作られたサーフェスモデル）と結合してジグモデル７４６を生成するとき，ジグモデル７４６は点Ｐ’に対して参照され，方向付けられ，図１Ｅのブロック１４５に関して説明した「ジグデータ」４６に概略均等である。
【０２３６】
ジグモデル７４６は点Ｐ’に対して適切に参照され，方向付けられているので，図１Ｅのブロック１２５に関して説明した「鋸切断及びドリル穴あけデータ」４４はジグモデル７４６に適切に統合されて，図２０Ａ〜２０Ｂに示した統合ジグモデル７４８となる。統合ジグモデル７４８は，鋸切断スロット３０と，ドリル穴３２と，サーフェスモデル４０と，を含む。したがって統合ジグモデル７４８は，図１Ｅのブロック１５０に説明した「統合ジグデータ」４８に概略均等である。
【０２３７】
「関節モデル」２２とかん合する統合ジグモデル７４８の透視図である図２１から分かるように，ジグモデル７４８の内側面４０は，脛骨下部末端６０４の関節形成術対象領域４２を捕捉し，それによってジグモデル７４８は当該領域４２とかん合するようにインデクスが付けられる。処置全体を通じて点Ｐ，Ｐ’に対して種々のモデルの参照し，方向付けることによって，鋸切断スロット３０及びドリル穴３２は，得られる脛骨ジグ２Ｂが患者の関節を変性前の状態に回復させることができる鋸切断及びドリル穴あけになるよう適切に方向付けられる。
【０２３８】
図２１に示すように，統合ジグモデル７４８は，ジグ本体８５０と，内側脛骨高平部を覆う突起８５２と，外側脛骨高平部を覆う突起８５４と，本体８５０から延びる下部８５６と，後部ドリル穴３２Ｐと，前部ドリル穴３２Ａと，鋸スロット３０と，患者と，手術と，医師とのデータを受け入れる上部平坦部８５６を含む。突起８５２，８５４は，対応する内側及び外側脛骨高平部の上に延びる。突起８５２，８５４，８５６は，ジグ本体８５０から一体的に延びる。
【０２３９】
図１Ｅのブロック１５５〜１６５から分かるように，統合ジグ７４８，又はより詳細に言えば統合ジグデータ４８はＣＮＣ機械１０に送信されて，選択されたジグ素材５０Ｂから脛骨ジグ２Ｂを加工することができる。例えば統合ジグデータ４８は，前に参照した種々のParkの特許出願に記載されているように，高速生産機械１０へ自動ジグ製造命令を与える生産ファイルを作成するために用いてもよい。そして高速生産機械１０は，命令に従って脛骨ジグ素材５０Ｂから患者に特化した関節形成術脛骨ジグ２Ｂを製造する。
【０２４０】
得られる脛骨ジグ２Ｂは，統合ジグモデル７４８の形状を有していてもよい。したがって図２１から分かるように，外科医の要望によって，得られる脛骨ジグ２Ｂは突起８５２，８５４，８５６の上に形成されたスロット３０及びドリル穴３２を有してもよい。ドリル穴３０は，ＴＫＲ処置の近位脛骨切断の際に，脛骨切断ジグ２Ｂと，患者の損傷した関節面との間に生じることがあるＩＲ／ＥＲ（内側／外側）回転軸不整合を防ぐように開けられる。スロット３０は，ＴＫＲの近位脛骨切断の際の横断切断用往復鋸刃のような切断器具を受け入れるように開けられる。
【０２４１】
本発明を好ましい実施例について説明したが，当業者であれば，本発明の精神及び範囲から逸脱することなく，形式及び詳細の変更が可能であることを理解するであろう。
なお，本発明は以下の態様も含む。
［請求項１］
関節形成術ジグを製造する方法であって，
関節を形成する骨の少なくとも一部の２次元画像を生成するステップと，
前記２次元画像から前記骨の少なくとも一部の第１の３次元計算機モデルを生成するステップと，
前記２次元画像から前記骨の少なくとも一部の第２の３次元計算機モデルを生成するステップと，
前記第１の３次元計算機モデルと前記第２の３次元計算機モデルとが共通の参照位置を有するようにするステップであって，前記参照位置は，原点に対する位置及び方向のうち少なくとも一つを含むステップと，
前記第１の３次元計算機モデルを用いて，第１タイプデータを生成するステップと，
前記第２の３次元計算機モデルを用いて，第２タイプデータを生成するステップと，
前記参照位置を用いて前記第１タイプデータと前記第２タイプデータとを統合ジグデータに統合するステップと，
前記統合ジグデータを用いて，製造機械で前記関節形成術ジグを製造するステップと，
を有する方法。
［請求項２］
前記第１の３次元計算機モデルは骨単独モデルとし，前記第２の３次元計算機モデルは骨及び軟骨モデルとする請求項１に記載の方法。
［請求項３］
前記骨単独モデル並びに前記骨及び軟骨モデルは，前記関節の変性した状態を表す請求項２に記載の方法。
［請求項４］
前記第１の３次元計算機モデルは，前記変性状態の前記骨の少なくとも一部の近似を表し，前記第２の３次元計算機モデルは，前記骨の少なくとも一部及び変性状態の軟骨を表す請求項１に記載の方法。
［請求項５］
前記第１タイプデータは，鋸切断情報及びドリル穴あけ情報の少なくとも一つを含み，前記第２タイプデータは前記骨の少なくとも一部の曲面輪郭情報を含む請求項１に記載の方法。
［請求項６］
前記鋸切断情報及びドリル穴あけ情報は，提案された関節形成術の鋸切断及びドリル穴あけの少なくとも一つに関する位置，方向及び寸法の少なくとも一つを含む請求項５に記載の方法。
［請求項７］
前記第２の３次元計算機モデルは，前記２次元画像から少なくとも部分的に導出された開ループ輪郭線から少なくとも部分的に生成される請求項１に記載の方法。
［請求項８］
前記第２の３次元計算機モデルは，前記２次元画像から少なくとも部分的に導出された閉ループ輪郭線から少なくとも部分的に生成される請求項１に記載の方法。
［請求項９］
前記第１の３次元計算機モデルは，３次元ボリュームモデルとする請求項１に記載の方法。
［請求項１０］
前記第２の３次元計算機モデルは，３次元サーフェスモデルとする請求項１に記載の方法。
［請求項１１］
前記２次元画像はＭＲＩ画像とする請求項１に記載の方法。
［請求項１２］
前記２次元画像はＣＴ画像とする請求項１に記載の方法。
［請求項１３］
前記参照位置は，点，複数点，ベクトル，平面，平面及び点，のうち少なくとも一つとする請求項１に記載の方法。
［請求項１４］
前記参照位置は，前記２次元画像内の前記関節の近傍とする請求項１に記載の方法。
［請求項１５］
前記関節は，膝，肘，手，足，肩，腰，脊椎の接合部のうち少なくとも一つとする請求項１に記載の方法。
［請求項１６］
前記の各３次元計算機モデルの一方の原点に対する位置及び方向の変化は，前記の各３次元計算機モデルの他方の原点に対する位置及び方向に均等な変化を生じさせる請求項１に記載の方法。
［請求項１７］
前記骨の少なくとも一部の寸法を候補ジグ素材と比較するステップと，
前記候補ジグ素材から，前記骨の少なくとも一部を収容することができる最小寸法のジグ素材を選択するステップと，
前記の選択されたジグ素材を前記製造機械に供給するステップと，
を更に有する請求項１に記載の方法。
［請求項１８］
前記骨の少なくとも一部の寸法を数学的に修正するステップと，
前記の数学的に修正した寸法を用いて，どの候補ジグ素材を選択するか判定するステップと，
を更に有する請求項１７に記載の方法。
［請求項１９］
前記骨の少なくとも一部の寸法を，前記２次元画像及び前記３次元計算機モデルのうち少なくとも一つから得る請求項１７に記載の方法。
［請求項２０］
請求項１に記載の方法で製造される関節形成術ジグ。
［請求項２１］
関節形成術ジグを製造する方法であって，
関節を形成する骨の少なくとも一部の２次元画像を生成するステップと，
前記２次元画像の少なくともいくつかにおいて，関節形成術対象部位に沿って開ループ輪郭線を延長するステップと，
前記開ループ輪郭線から前記関節形成術対象部位の３次元計算機モデルを生成するステップと，
前記３次元計算機モデルから，前記関節形成術対象部位に属する曲面輪郭データを生成するステップと，
前記曲面輪郭データを用いて，製造機械で前記関節形成術ジグを製造するステップと，
を有する方法。
［請求項２２］
前記３次元計算機モデルは，骨及び軟骨モデルとする請求項２１に記載の方法。
［請求項２３］
前記骨及び軟骨モデルは，前記関節の変性した状態を表わす請求項２２に記載の方法。
［請求項２４］
前記第２の３次元計算機モデルは，３次元サーフェスモデルとする請求項２１に記載の方法。
［請求項２５］
前記２次元画像はＭＲＩ画像とする請求項２１に記載の方法。
［請求項２６］
前記２次元画像はＣＴ画像とする請求項２１に記載の方法。
［請求項２７］
前記関節は，膝，肘，手，足，肩，腰，脊椎の接合部のうち少なくとも一つとする請求項２１に記載の方法。
［請求項２８］
前記骨の少なくとも一部の寸法を候補ジグ素材と比較するステップと，
前記候補ジグ素材から，前記骨の少なくとも一部を収容することができる最小寸法のジグ素材を選択するステップと，
前記の選択されたジグ素材を前記製造機械に供給するステップと，
を更に有する請求項２１に記載の方法。
［請求項２９］
前記骨の少なくとも一部の寸法を数学的に修正するステップと，
前記の数学的に修正した寸法を用いて，どの候補ジグ素材を選択するか判定するステップと，
を更に有する請求項２８に記載の方法。
［請求項３０］
前記骨の少なくとも一部の寸法を，前記２次元画像及び前記３次元計算機モデルのうち少なくとも一つから得る請求項２９に記載の方法。
［請求項３１］
前記開ループ輪郭線は，前記関節形成術対象部位に直接隣接する皮質骨及び軟骨まで延びる請求項２１に記載の方法。
［請求項３２］
請求項２１に記載の方法で製造された関節形成術ジグ。
［請求項３３］
関節を形成する骨の関節形成術対象部位の３次元サーフェスモデルを計算機生成する方法であって，
前記骨の少なくとも一部の２次元画像を生成するステップと，
前記２次元画像の少なくともいくつかにおいて，前記関節形成術対象部位に沿って開ループ輪郭線を生成するステップと，
前記開ループ輪郭線から前記関節形成術対象部位の３次元モデルを生成するステップと，
を有する方法。
［請求項３４］
前記３次元モデルは，骨及び軟骨モデルとする請求項３３に記載の方法。
［請求項３５］
前記骨及び軟骨モデルは，前記関節の変性した状態を表わす請求項３４に記載の方法。
［請求項３６］
前記２次元画像はＭＲＩ画像とする請求項３３に記載の方法。
［請求項３７］
前記２次元画像はＣＴ画像とする請求項３３に記載の方法。
［請求項３８］
前記関節は，膝，肘，手，足，肩，腰，脊椎の接合部のうち少なくとも一つとする請求項３３に記載の方法。
［請求項３９］
前記開ループ輪郭線は，前記関節形成術対象部位に直接隣接する皮質骨及び軟骨まで延びる請求項３３に記載の方法。
［請求項４０］
関節形成術ジグを製造する方法であって，
骨の一部に関係する少なくとも一つの寸法を画像から判定するステップと，
前記少なくとも一つの寸法と，少なくとも二つの候補ジグ素材サイズの寸法とを比較するステップと，
前記少なくとも一つの寸法を収容することができる最小のジグ素材サイズを選択するステップと，
前記の選択されたサイズのジグ素材を製造機械に供給するステップと，
前記ジグ素材から前記関節形成術ジグを製造するステップと，
を更に有する方法。
［請求項４１］
前記画像は２次元ＭＲＩ画像とする請求項４０に記載の方法。
［請求項４２］
前記画像は２次元ＣＴ画像とする請求項４０に記載の方法。
［請求項４３］
前記画像は，３次元計算機生成サーフェスモデルとする請求項４０に記載の方法。
［請求項４４］
前記画像は，３次元計算機生成ボリュームモデルとする請求項４０に記載の方法。
［請求項４５］
前記少なくとも一つの寸法は，大腿骨関節形成術対象部位の前面から後面までの長さとする請求項４０に記載の方法。
［請求項４６］
前記少なくとも一つの寸法は，大腿骨関節形成術対象部位の内側から外側までの長さとする請求項４０に記載の方法。
［請求項４７］
前記少なくとも一つの寸法は，脛骨関節形成術対象部位の内側から外側までの長さとする請求項４０に記載の方法。
［請求項４８］
前記の，骨の一部に関係する少なくとも一つの寸法を画像から測定するステップ（１）と，前記少なくとも一つの寸法と，少なくとも二つの候補ジグ素材サイズの寸法とを比較するステップ（２）とが，前記少なくとも一部の寸法を数学的に修正するステップと，前記の数学的に修正した寸法を前記の比較に用いるステップと，を更に有する請求項４０に記載の方法。
［請求項４９］
請求項４０に記載の方法で製造される関節形成術ジグ。
［請求項５０］
３次元関節形成術ジグの計算機モデルを生成する方法であって，
関節の骨の少なくとも一部の寸法を候補ジグ素材サイズの寸法と比較するステップと，
前記候補ジグ素材サイズから，前記骨の少なくとも一部の寸法を収容することができる最小のジグ素材サイズを選択するステップと，
を有する方法。
［請求項５１］
前記最小のジグ素材サイズのモデルの外側面から外側３次元サーフェスモデルを形成するステップを更に有する請求項５０に記載の方法。
［請求項５２］
前記骨の少なくとも一部の関節形成術対象部位から，内側３次元サーフェスモデルを形成するステップと，
前記外側サーフェスモデルと前記内側サーフェスモデルとを結合して，前記３次元関節形成術ジグ計算機モデルの外側面及び内側面をそれぞれ形成するステップと，
を更に有する請求項５１に記載の方法。
［請求項５３］
３次元関節形成術ジグ計算機モデルを生成する方法であって，
骨の少なくとも一部の関節形成術対象部位を表わす内側３次元サーフェスモデルを形成するステップと，
ジグ素材の外側面を表す外側３次元サーフェスモデルを形成するステップと，
前記内側サーフェスモデルと前記外側サーフェスモデルとを結合して，前記３次元関節形成術ジグ計算機モデルの内側面及び外側面をそれぞれ形成するステップと，
を有する方法。
［請求項５４］
前記内側サーフェスモデル及び前記外側サーフェスモデルは，結合したとき互いに間隔を隔てる請求項５３に記載の方法。
［請求項５５］
前記内側サーフェスモデルと前記外側サーフェスモデルとを接続するステップを更に有する請求項５４に記載の方法。
［請求項５６］
前記の接続処理は，前記３次元関節形成術ジグ計算機モデルの３次元ボリュームモデルを出力する請求項５５に記載の方法。
［請求項５７］
関節形成術ジグの製造に関係する生産ファイルを生成する方法であって，
関節骨の関節形成術対象部位の曲面輪郭に関係する第１データを生成するステップと，
関節形成処置の過程で前記関節形成術対象部位に施される鋸切断及びドリル穴あけの少なくとも一つに関係する第２データを生成するステップと，
前記第１データ及び前記第２データを統合するステップと，
を有し，
原点に対する前記第１データの位置関係と，前記原点に対する前記第２データの位置関係が互いに概略一致するように，前記第１データ及び前記第２データそれぞれの生成中に調整される方法。
［請求項５８］
前記位置関係は，前記原点に対する位置及び方向のうち少なくとも一つを含む請求項５７に記載の方法。
［請求項５９］
前記骨の２次元画像を生成するステップと，
前記２次元画像から前記骨の３次元モデルを計算機生成するステップと，
前記原点に対する前記２次元画像の少なくとも一つと前記３次元モデルとの関係から，前記原点に対する前記第１データと前記第２データとの位置関係を設定するステップと，
を更に有する請求項５７に記載の方法。
［請求項６０］
前記関節骨は，膝，肘，腰，肩，手，足又は脊椎の接合部の一部とする請求項５７に記載の方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0005909787.tif 000020
【図２Ｃ】
0005909787.tif 000021
【図２Ｄ】
0005909787.tif 000022
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
0005909787.tif 000043
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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