(57)【要約】【課題】大腿骨の形状特性を反映させてフィットアンドフィルの高い外形を備えるカスタムメードステムの提供を実現すること。【解決手段】治療対象の大腿骨からその形状特性、とりわけ曲率の相違を反映させながらも演算処理時間が短くなるモデルを作る。窄孔に挿入するステムを、窄孔から抜き出す手順で挿入可否を演算するモデルを構築し、典型例の幾つかを執刀医に提示する。患者特有のステムとしての挙動特性を認識したうえで、執刀医の要望に見合った変形例を短時間に提供する。ステムはカスタムメード品として患者にマッチすることを事前に確認しておくことができるようにする。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨の骨端領域から骨幹領域に向けて形成した窄孔に挿入され、ボーングロースによって大腿骨との結合力を発生させるようにしたセメントレス型人工股関節用ステムの外形形状を決定する方法において、
補綴すべき大腿骨から取得したＣＴ画像データやＭＲＩデータに基づいて作られた三次元画像に、窄孔壁を形成するにおいて必要とされる骨影濃度の閾値を適用して大腿骨各部における骨質組織部の限界厚みを見い出し、その限界厚みを確保した骨質組織部の内面で形成され骨髄腔に至る三次元仮想窄孔の形状を、その左右方向断面の輪郭を形成する内側縁線および外側縁線の座標、ならびに前後方向断面の輪郭を形成する前側縁線および後側縁線の座標を含めて演算しておき、
大腿骨の長手方向に準ずる方向に沿うよう予め与えておいた参考線を基準にして定める骨端領域側開口の位置と角度とから、上記三次元仮想窄孔における骨端領域側開口の形状とその図心の位置を演算するとともに、当該大腿骨に適用すべきステム長と骨幹領域側開口の角度とから、三次元仮想窄孔における骨幹領域側開口の形状とその図心の位置を演算し、
上記骨端領域側開口の図心と、骨幹領域側開口の図心と、該両図心の中間位置にあって前記内側縁線までの距離と外側縁線までの距離が略等しくなる内外方向基準点とを通過する内外側縁線包含面内基準円弧を演算し、
該内外側縁線包含面内基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より短く、前記内側縁線の骨端領域側端点までの距離より長い半径を持つ内外側縁線包含面内小円弧と、前記基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より長く、前記外側縁線の骨端領域側端点までの距離より短い半径を持つ内外側縁線包含面内大円弧と、前記小円弧が内側縁線と交差する小円弧終了点から内側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの内側縁線と、前記大円弧が外側縁線と交差する大円弧終了点から外側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの外側縁線とで囲まれる前記三次元仮想窄孔内に形成される内外側縁線包含面内暫定窄孔を規定し、
上記骨端領域側開口の図心と、骨幹領域側開口の図心と、該両図心の中間位置にあって前記前側縁線までの距離と後側縁線までの距離が略等しくなる前後方向基準点と、を通過する前後側縁線包含面内基準円弧を演算し、
該前後側縁線包含面内基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より短く、前記前側縁線の骨端領域側端点までの距離より長い半径を持つ前後側縁線包含面内小円弧と、前記基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より長く、前記後側縁線の骨端領域側端点までの距離より短い半径を持つ前後側縁線包含面内大円弧と、前記小円弧が前側縁線と交差する小円弧終了点から前側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの前側縁線と、前記大円弧が後側縁線と交差する大円弧終了点から後側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの後側縁線と、で囲まれる前記三次元仮想窄孔内に形成される前後側縁線包含面内暫定窄孔を規定し、
前記内外側縁線包含面内暫定窄孔を前側縁線と後側縁線となるべき位置に相互が対面するように配置し、前記前後側縁線包含面内暫定窄孔を内側縁線と外側縁線となるべき位置に相互が対面するように配置して四面体を形成するとともに、該四面体の各小円弧終了点および各大円弧終了点から骨幹領域側開口までは、前記三次元仮想窄孔の対応部位と同一形状をなす略円柱形をあてがうことにより、内外側縁線包含面内基準円弧および前後側縁線包含面内基準円弧を内在させた三次元基準暫定ステムを作成し、
前記三次元基準暫定ステムと同じ外形を持つ三次元基準暫定窄孔を作り、この基準暫定窄孔から三次元基準暫定ステムを繰り返し抜き出させるステップごとに三次元基準暫定ステムの位置と姿勢を演算するため、ステップごとに三次元基準暫定窄孔と三次元基準暫定ステムとの重なりのない三次元基準暫定窄孔の骨幹領域側部位を除去した三次元基準暫定窄孔残留部を作るとともにその重心と慣性主軸を演算し、かつ同じく重なりのない三次元基準暫定ステムの骨端領域側部位を除去した三次元基準暫定ステム残留部を作るとともにその重心と慣性主軸を演算し、三次元基準暫定ステム残留部の重心をそのステップにおける姿勢を維持した状態で三次元基準暫定窄孔残留部の抜き出し方向の慣性主軸線上に移し、次いで移された重心を中心にして三次元基準暫定ステム残留部の抜き出し方向の慣性主軸が三次元基準暫定窄孔残留部の抜き出し方向の慣性主軸と一致するように三次元基準暫定ステム残留部を回転させ、ステップごとの三次元基準暫定ステム残留部の内側縁線および前側縁線における骨幹領域側端点と外側縁線および後側縁線における骨幹領域側端点の占拠位置を演算し、
前記三次元仮想窄孔と同じ外形を持つ三次元仮想ステムを作り、この仮想ステムに前記占拠位置の変遷値を適用して三次元仮想窄孔内を移動させ、三次元仮想ステムが三次元仮想窄孔から抜け出るまでに三次元仮想ステムにおける三次元仮想窄孔壁との干渉部位を演算して記憶させておき、
その記憶値に基づいて干渉部位の全てを除去した三次元仮想ステムの干渉なし外形面を演算し、これを滑らかにすべく外形面に内接する面を最終外形とする基準ステムを求め、  次に、前記骨端領域側開口の図心と骨幹領域側開口の図心とを結ぶ直結線分と前記内外方向基準点との間に内外方向代替基準点を定めるとともに、前記直結線分と前記前後方向基準点との間に前後方向代替基準点３４を定め、上記内外方向代替基準点を前記内外方向基準点とみなすとともに前記前後方向代替基準点３４を前記前後方向基準点とみなして、前記内外側縁線包含面内基準円弧の曲率や前後側縁線包含面内基準円弧の曲率とは異なる曲率を持った内外側縁線包含面内代替基準円弧３５および前後側縁線包含面内代替基準円弧３６を内在させた三次元代替基準暫定ステムの作成、ステップごとの前記占拠位置の演算、この占拠位置を用いての三次元仮想ステムにおける三次元仮想窄孔壁との干渉部位の演算と記憶の過程を経ることにより、前記基準ステムに代わる代替ステムの最終外形を求め、
前記最終外形を有した基準ステムおよび代替ステムを前記三次元仮想窄孔へ前記ステップの逆をたどっての各ステムの位置と姿勢の情報を演算することを特徴とするセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項２】
三次元基準暫定窄孔から三次元基準暫定ステムを抜き出すステップ繰り返しの後半では、前記三次元基準暫定ステム残留部の重心と前記三次元仮想窄孔の骨端領域側開口の図心とを結ぶ線に沿って三次元基準暫定ステム残留部の重心をステップごとに姿勢は維持したままで移動させ、その時点の三次元基準暫定ステム残留部の内側縁線および前側縁線における骨幹領域側端点と外側縁線および後側縁線における骨幹領域側端点の占拠位置を演算するようにしたことを特徴とする請求項１に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項３】
前記内外側縁線包含面内小円弧の半径は、前記三次元仮想窄孔の内側縁線上にある骨端領域側端点および骨幹領域側端点と、この両点を結ぶ直線に平行する線が内側縁線と接する内側縁線最内方突出点４２との三点を通る内側縁線擬似円弧の半径に等しく、
前記前後側縁線包含面内小円弧の半径は、前記三次元仮想窄孔の前側縁線上にある骨端領域側端点および骨幹領域側端点と、この両点を結ぶ直線に平行する線が前側縁線と接する前側縁線最内方突出点との三点を通る前側縁線擬似円弧４５の半径に等しくされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項４】
前記内外側縁線包含面内大円弧の半径は、内外方向基準点を通過する内外側縁線包含面内基準円弧の半径と前記内外側縁線包含面内小円弧の半径との差を、内外側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとされ、前記前後側縁線包含面内大円弧の半径は、前後方向基準点を通過する前後側縁線包含面内基準円弧の半径と前記前後側縁線包含面内小円弧の半径との差を、前後側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項５】
前記内外方向基準点は、前記内側縁線擬似円弧の中心点と内側縁線最内方突出点とを結んだ線が外側縁線と交差する点と内側縁線最内方突出点を結ぶ線の中点で与えられ、
前記前後方向基準点は、前記前側縁線擬似円弧の中心点と前側縁線最内方突出点とを結んだ線が後側縁線と交差する点と前側縁線最内方突出点を結ぶ線の中点で与えられていることを特徴とする請求項４に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項６】
前記直結線分と前記内外方向基準点との間に定められた内外方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から前記内外方向基準点までの距離の比を内外方向面内曲げ比αとし、前記直結線分と前記前後方向基準点との間に定められた前後方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から前記前後方向基準点までの距離の比を前後方向面内曲げ比βとしておき、
α＝０    であり、β＝０    であるケース
α＝０．５であり、β＝０    であるケース
α＝１    であり、β＝０    であるケース
α＝０    であり、β＝０．５であるケース
α＝０．５であり、β＝０．５であるケース
α＝１    であり、β＝０．５であるケース
α＝０    であり、β＝１    であるケース
α＝０．５であり、β＝１    であるケース
α＝１    であり、β＝１    であるケース
の９ケースの全部もしくは一部につき、前記最終外形を有した基準ステムおよび代替ステムと同じ形状同じ寸法とした仮想ラスプを三次元仮想窄孔へ順次押し込んだときの位置と姿勢の変遷を演算することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項７】
仮想ラスプを三次元仮想窄孔に押し込む前記ケースを確認したあと、前記内外方向面内曲げ比αと前後方向面内曲げ比βとを執刀医の所望する値に変更し、
当該αにより得られる内外方向再代替基準点を前記内外方向基準点とみなすとともに当該βにより得られる前後方向再代替基準点を前記前後方向基準点とみなして、前記基準ステムに相当する再代替ステムの最終外形を求め、
該最終外形を有した再代替ステムを前記三次元仮想窄孔へ前記ステップの逆をたどって順次押し込むたびの各ステムの位置と姿勢の情報を演算し、該最終外形を有した再代替ステムと同じ形状同じ寸法とした再仮想ラスプを三次元仮想窄孔へ順次押し込んだときの位置と姿勢の変遷を演算することを特徴とする請求項６に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【請求項８】
前記三次元仮想窄孔に前記基準ステム、代替ステムもしくは再代替ステムを押し込んだ後に、前記参考線に沿って並ぶステムの各断面におけるフィットアンドフィルを演算しておくことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載されたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法に係り、詳しくは、破壊された骨頭に代わる球状ヘッドを支えて、骨盤からの荷重を大腿骨に伝達する人工股関節用ステムの形状を決定する方法に関するものである。これは、手術対象の大腿骨で可能となる幾つかのステムの形状とその窄孔への挿入形態例を手術前に執刀医に提示できるようにすることである。また、ステムがとり得る位置や姿勢の変遷傾向を執刀医に把握させたうえで、大腿骨の現状や執刀医の力量さらにはフィットアンドフィルの高低を考慮してステムを選定しやすくさせる。加えて、提示例から執刀医の新たな要望を喚起させ、その意向を反映させた変形例を短時間で提供できるようにする。これによって、窄孔への挿入開始から終了までのステムの動きを執刀医の方針に沿ったものとし、しかも変遷を念頭に置くことができるがゆえに不安や疑心を抱くことなく手術に臨ませることができるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
大腿骨１は、図２６の（ａ）に示すように、骨頭６１、頸部６２、大転子４２、小転子（図示せず）とからなり、内部の骨幹領域６３には骨髄腔６が形成されている。そして、大腿骨１の表面層は皮質骨６６であり、骨端領域６７では海綿質骨６８が皮質骨６６を内方からバックアップしている。図示しない骨盤の寛骨臼に嵌まって球面継手を形成する骨頭６１が交通事故などによって図２６の（ｂ）のように損壊されたり、大腿骨が骨粗鬆症によって著しく劣化していると、大腿骨１は骨盤から伝達される荷重６９を支えきれなくなる。【０００３】
大腿骨１の残存形状や皮質骨６６の強度によっては、荷重の伝達機能を回復させることの可能なことも多い。その場合、骨頭の機能を果たす球状ヘッド７０が、図２６の（ｃ）に示すように、ステム７１を介して大腿骨１に固定される。通常、ステムの大腿骨への挿入に先立ち、図２６の（ｂ）の一点鎖線で示したごとく骨端領域６７の皮質骨６６が切除される。そして、ステム７１と図２７に示すラスプ２４の操作によって海綿質骨６８を削り取り、窄孔４が形成される。なお、ステム７１は、球状ヘッド７０を支持するネック部７２、窄孔４に挿入するときガイドとなりかつ大腿骨固定後の姿勢を保つノーズ部７３、ステムの表面と窄孔壁との界面に発生するせん断力により荷重の伝達を受け持つボディ部３２からなる。【０００４】
ところで、ステム７１を窄孔４に固定するには、セメントによりステムを接着する方法と、セメントを使用しないで窄孔表面の海綿質骨が自力再生するのを待って界面の隙間を埋める方法とがある。セメントは短期間に固化するが、セメントから未反応モノマーが溶出して肺塞栓症を引き起こすおそれが高い。海綿質骨の自力再生（ボーングロース）は人体にとって理想的であるが、長期の入院が余儀なくされる。しかし、最近では、将来なされるであろうステムの付け替え時のステム引き抜きが容易となることや化学的劣化を伴わないなどの理由で、セメントレス型ステムの研究や開発が盛んになってきている。【０００５】
上記したラスプは執刀医によって大腿骨１の骨端領域６７から骨幹領域６３に向けて打ち込まれ、少しずつ往復動させながら海綿質骨６８を掻き取って窄孔壁が形成される。セメントを使用した固定ではステム７１よりもオーバサイズの窄孔４を形成するラスプが使用され、ボーングロースによって大腿骨との結合力を発生させる固定ではアンダーサイズの窄孔を形成するラスプが使用される。いずれの場合もラスプはステムとおおよそ相似形をなすが、大腿骨１の曲がりや残存する皮質骨６６の厚みは患者によって異なるから、形状や寸法が一遍とおりのステムでは対応させ得ない。【０００６】
セメントを使用した固定では、窄孔４にセメント充填空間を確保しておくから、必ずしもステムの外形に対して厳格に相似形である必要はない。窄孔を形成するために大腿骨のＣＴ画像などから孔壁を予見しておけば、窄孔形成時に皮質骨６６の損傷を抑えられる。ステム７１が図２６の（ｃ）のように曲がりのほとんどないものであれば、予めセメントが充填されている孔に矢印８５のごとく真っ直ぐにステム７１を挿入することができる。ステムの形状や寸法を画一化しやすく、挿入操作も簡単かつ容易となる。ステムのレディーメード品化が促され、未反応モノマー溶出の欠点は伴うものの、治療コストの抑制が図られる利点がある。【０００７】
一方、ボーングロースによる固定の場合には、ステムとラスプは酷似したものであることが要求される。そこで、補綴すべき大腿骨１から非破壊断面撮影装置によって、図２８の（ａ）に示す患者固有のＣＴ画像データ７５やＭＲＩデータを取得する。そのデータに基づいて作られた図２８の（ｂ）に示す三次元画像７６に、窄孔壁を形成するにおいてその患者の大腿骨に必要とされる図２８の（ｃ）に示した骨影７７の濃度（グレースケール）閾値が適用される。執刀医によって決定された閾値は大腿骨の各部における皮質骨の限界厚み線を見い出し、その限界厚みを確保した骨質組織部の内側線を滑面化して得られる内面が、窄孔の形状と寸法を与える。【０００８】
このようにして得られた窄孔に適用するステムをカスタムメードするという考え方がすでにあるが、ステムは通常化学変化を起こさないチタン合金などの金属製品であるため、患者に見合った形状のステムを準備するための治療資金はおおいに嵩む。ステムはキャスティングにより成形されるので、患者ごとに金型製作費が余儀なくされるからである。例えば特開２００１−３３７９２には、幾つもの大腿骨のＣＴ画像から平均的な窄孔形成可能領域を取得し、それに見合ったステムの標準品を幾つも製作しておくことが記載されている。また、ＷＯ２００５／０３４８１８には、手術対象大腿骨のＣＴ画像から執刀医の判断による窄孔形状をコンピュータで作り、それに一致したステムの形を演算し、数値データをＮＣ機に供給して成形型を自動的に製作させる方法が開示されている。【０００９】
残念ながら、コンピュータによるステムの設計や金型の製作は現実のものとはなっておらず、手術現場での実態は以下のとおりである。執刀グループがＣＴ画像を取得し、それをステムメーカに送る。例えば３０種類の代表的な形と寸法のステムとそのためのラスプを予め準備しているメーカは、ＣＴデータにマッチしたりそれに近いと判断される例えば５つのステムとラスプを執刀グループに送る。執刀医はラスプを選んで窄孔しつつそのラスプの使い良さを探る。必要に応じて、他のラスプも使用する。使っているうちに操作性のよいものもしくは患者に適したものを見い出し、窄孔を完成させる。【００１０】
ステムは最後に使用したラスプに対応するものが採用され、執刀医は該当するステムを孔壁に合わせるように挿入する。窄孔はアンダーサイズであるから最後のひと押しもしくはひと叩きでステムを計画位置に配置する。この時点でステム表面の幾らかは孔壁に残る海綿質骨に食い込み、大腿骨に密着した状態で納まる。執刀グループはそのラスプとステムを購入することにし、他はメーカに返品する。このことは、執刀医がメーカから提供された数本のラスプでしか窄孔する機会がないことを意味し、手術それ事態がトライアンドエラーの場と化してしまう。【００１１】
もう少し詳しく述べれば、ＣＴ画像からどのような形状や寸法の窄孔としたいかという執刀医の希望をメーカに伝えても、メーカから提供されるラスプは標準品からの抽出物であり、その形状や寸法が執刀医の希望を叶えるものとは限らない。窄孔開始から終了するまでの間のラスプ姿勢の変遷の提示がメーカからあったとしても、ラフな示唆にとどまらざるを得ず、また試行の機会がないまま執刀医は本番に臨むことになる。また、使用中のラスプに対する高い信頼を持てない状態での操作に終始する。執刀医は与えられたラスプで最善を尽くすだけであり、患者ごとの大腿骨に対して自己が理想とする操作は望むべくもない。執刀医が自己の力量や自身の操作癖まで加味したラスプとステムに出会える機会は、残念ながらないと言える。【００１２】
ちなみに、図２６の（ｃ）のように直線的に挿入できるステム７１は、大腿骨１に比べて必然的に細くなる。曲がりのないステムは造形性が高くなる利点はあるが、ボーングロースにより固定する場合、支持力や固定力の弱い海綿質骨６８に頼ることになるから、ステムの姿勢に変化をきたしやすく、また抜けやすくなることは否めない。ところで、繊維強化樹脂製ステムはセラミック製成形型を使用することができるから、カスタムメード品でありながら安価に製作できるはずである。それだけでなく、患者ごとの大腿骨に合わせた曲がりのある外形を持つステムを製造することも容易となり、大腿骨に最もよくフィットするステムを提供できると期待される。【００１３】
ここで問題となるのは、ステムが大腿骨に納まった状態は理想的であっても、ステムをその位置や姿勢にどのようにして持ち込むかである。挿入中にステムのいずれかの箇所が孔壁に当たれば、それ以上押し込んだ時点で窄孔を壊すことになるからである。したがって、窄孔をオーバサイズにするのではなく、ステムの通過にだけ必要な融通空間をどうして確保するかが課題となる。この場合、例えばステムの形状や寸法を予め決めておき、そのステムを運び込むことができる窄孔の形状や寸法を求めるか、その逆で求めることになる。いずれにしても、限界厚みを確保した骨質組織部の内面に当たらないで挿入できる経路が一義的に得ることができるかどうかである。【００１４】
ところで、ステムを窄孔の所定位置に挿入できるということは、ステムを窄孔から抜き出すことができることを意味する。そこで、ステムを窄孔に納めた状態からステムを抜き出す経路を考える。図２９に示すように、所定の納まり姿である影のついたステム８０を、矢印８１のように１ステップ上昇させ、さらに同じ高さずつ上昇する間に符号８２のステムを経て符号８３のステムで抜き出すとする。【００１５】
今、最初のステップすなわち矢印８１だけ窄孔４内で上昇させたときのステム８４の位置と姿勢は、描いてあるだけでも４通りある。窄孔壁によりステムの動きに制約があるにしても、理論的には無限通りあることは言うまでもない。図示しないが、矢印８５のように次のステップに上がれば、先のステップでの一つのステムに対して、これまた無限通り姿勢変化のさせ仕方が存在する。と言うことは、第２ステップでは第１ステップよりも遙に多い位置と姿勢を想定することになり、符号８３のステムとなるまでには無限通りの辿り方がある。もはや、いずれの姿勢変遷がよいかを判断できる準備が整う前に膨大な演算が強いられ、時間は掛かり費用も嵩む。さらには、無限通りの中からそれぞれのフィットアンドフィルの高低を把握したうえで、採用すべき位置と姿勢のステムと窄孔の組み合わせをどうして見つけるかの術もない。【００１６】
これは窄孔にステムの動き代が確保されているからで、ステムの動きを拘束するほどにタイトな窄孔である場合にはステムを最初もしくは途中から上昇させられなくなり、結局は演算しようがない。これは、窄孔の形状や寸法がステムのそれらと全く同じか極めて近似している場合、部位によって曲がりが異なるステムでは窄孔から抜け出させることができないことに基づく。挿入可能なステムの外形すなわち窄孔壁の形状を決定するにあたって、窄孔がステムに対して予めオーバサイズでなければならないことになれば、ステムのとる姿勢の無限化が演算を不可能にするのは上記のとおりである。
【特許文献１】特開２００１−３３７９２
【特許文献２】ＷＯ２００５／０３４８１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的は、手術対象の大腿骨に許容される幾つかの曲率を想定し、それを満たすステムと窄孔のそれぞれの形状と寸法ならびにそれぞれのステム挿入経路における位置と姿勢の演算の一義化を図って、演算すること自体を可能にするとともに演算時間の短縮が図られるようにすること、ステムの典型的な幾つかの曲率の各ケースにつき、それぞれのステムと窄孔の形状と寸法ならびにステムの位置と姿勢さらにはステムの窄孔に対するフィットアンドフィルを例示できること、これらの例示をもとにした治療対象の大腿骨におけるステム挿入傾向に基づき、採用すべきステムを選定しやすくし、また執刀医の要望を反映させた変形例も提示してステムの絞り込みを容易にすること、ステムの窄孔挿入の位置と姿勢の変遷を把握させやすくして、執刀医が不安なく手術に臨める準備（採択されたステムの挿入連続画像の製作と目視確認、模擬品を製作しての実践等）を整えておくことができるようにしたセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、大腿骨の骨端領域から骨幹領域に向けて形成した窄孔に挿入され、ボーングロースによって大腿骨との結合力を発生させるようにしたセメントレス型人工股関節用ステムの外形形状を決定する方法に適用される。その特徴とするところは、
補綴すべき大腿骨から取得したＣＴ画像データやＭＲＩデータに基づいて作られた三次元画像に、窄孔壁を形成するにおいて必要とされる骨影濃度の閾値を適用して大腿骨各部における骨質組織部の限界厚みを見い出し、その限界厚みを確保した骨質組織部の内面で形成され骨髄腔に至る三次元仮想窄孔の形状を、その左右方向断面の輪郭を形成する内側縁線および外側縁線の座標、ならびに前後方向断面の輪郭を形成する前側縁線および後側縁線の座標を含めて演算しておき、
大腿骨の長手方向に準ずる方向に沿うよう予め与えておいた参考線を基準にして定める骨端領域側開口の位置と角度とから、上記三次元仮想窄孔における骨端領域側開口の形状とその図心の位置を演算するとともに、当該大腿骨に適用すべきステム長と骨幹領域側開口の角度とから、三次元仮想窄孔における骨幹領域側開口の形状とその図心の位置を演算し、
上記骨端領域側開口の図心と、骨幹領域側開口の図心と、該両図心の中間位置にあって前記内側縁線までの距離と外側縁線までの距離が略等しくなる内外方向基準点とを通過する内外側縁線包含面内基準円弧を演算し、
該内外側縁線包含面内基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より短く、前記内側縁線の骨端領域側端点までの距離より長い半径を持つ内外側縁線包含面内小円弧と、前記基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より長く、前記外側縁線の骨端領域側端点までの距離より短い半径を持つ内外側縁線包含面内大円弧と、前記小円弧が内側縁線と交差する小円弧終了点から内側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの内側縁線と、前記大円弧が外側縁線と交差する大円弧終了点から外側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの外側縁線とで囲まれる前記三次元仮想窄孔内に形成される内外側縁線包含面内暫定窄孔を規定し、
上記骨端領域側開口の図心と、骨幹領域側開口の図心と、該両図心の中間位置にあって前記前側縁線までの距離と後側縁線までの距離が略等しくなる前後方向基準点と、を通過する前後側縁線包含面内基準円弧を演算し、
該前後側縁線包含面内基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より短く、前記前側縁線の骨端領域側端点までの距離より長い半径を持つ前後側縁線包含面内小円弧と、前記基準円弧と同心をなし、該基準円弧の半径より長く、前記後側縁線の骨端領域側端点までの距離より短い半径を持つ前後側縁線包含面内大円弧と、前記小円弧が前側縁線と交差する小円弧終了点から前側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの前側縁線と、前記大円弧が後側縁線と交差する大円弧終了点から後側縁線上にある骨幹領域側端点に至るまでの後側縁線と、で囲まれる前記三次元仮想窄孔内に形成される前後側縁線包含面内暫定窄孔を規定し、
前記内外側縁線包含面内暫定窄孔を前側縁線と後側縁線となるべき位置に相互が対面するように配置し、前記前後側縁線包含面内暫定窄孔を内側縁線と外側縁線となるべき位置に相互が対面するように配置して四面体を形成するとともに、その四面体の各小円弧終了点および各大円弧終了点から骨幹領域側開口までは、前記三次元仮想窄孔の対応部位と同一形状をなす略円柱形をあてがうことにより、内外側縁線包含面内基準円弧および前後側縁線包含面内基準円弧を内在させた三次元基準暫定ステムを作成し、
前記三次元基準暫定ステムと同じ外形を持つ三次元基準暫定窄孔を作り、この基準暫定窄孔から三次元基準暫定ステムを繰り返し抜き出させるステップごとに三次元基準暫定ステムの位置と姿勢を演算するため、ステップごとに三次元基準暫定窄孔と三次元基準暫定ステムとの重なりのない三次元基準暫定窄孔の骨幹領域側部位を除去した三次元基準暫定窄孔残留部を作るとともにその重心と慣性主軸を演算し、かつ同じく重なりのない三次元基準暫定ステムの骨端領域側部位を除去した三次元基準暫定ステム残留部を作るとともにその重心と慣性主軸を演算し、三次元基準暫定ステム残留部の重心をそのステップにおける姿勢を維持した状態で三次元基準暫定窄孔残留部の抜き出し方向の慣性主軸線上に移し、次いで移された重心を中心にして三次元基準暫定ステム残留部の抜き出し方向の慣性主軸が三次元基準暫定窄孔残留部の抜き出し方向の慣性主軸と一致するように三次元基準暫定ステム残留部を回転させ、ステップごとの三次元基準暫定ステム残留部の内側縁線および前側縁線における骨幹領域側端点と外側縁線および後側縁線における骨幹領域側端点の占拠位置を演算し、
前記三次元仮想窄孔と同じ外形を持つ三次元仮想ステムを作り、この仮想ステムに前記占拠位置の変遷値を適用して三次元仮想窄孔内を移動させ、三次元仮想ステムが三次元仮想窄孔から抜け出るまでに三次元仮想ステムにおける三次元仮想窄孔壁との干渉部位を演算して記憶させておき、
その記憶値に基づいて干渉部位の全てを除去した三次元仮想ステムの干渉なし外形面を演算し、これを滑らかにすべく外形面に内接する面を最終外形とする基準ステムを求め、  次に、前記骨端領域側開口の図心と骨幹領域側開口の図心とを結ぶ直結線分と前記内外方向基準点との間に内外方向代替基準点を定めるとともに、前記直結線分と前記前後方向基準点との間に前後方向代替基準点３４を定め、上記内外方向代替基準点を前記内外方向基準点とみなすとともに前記前後方向代替基準点３４を前記前後方向基準点とみなして、前記内外側縁線包含面内基準円弧の曲率や前後側縁線包含面内基準円弧の曲率とは異なる曲率を持った内外側縁線包含面内代替基準円弧３５および前後側縁線包含面内代替基準円弧３６を内在させた三次元代替基準暫定ステムの作成、ステップごとの前記占拠位置の演算、この占拠位置を用いての三次元仮想ステムにおける三次元仮想窄孔壁との干渉部位の演算と記憶の過程を経ることにより、前記基準ステムに代わる代替ステムの最終外形を求め、
前記最終外形を有した基準ステムおよび代替ステムを前記三次元仮想窄孔へ前記ステップの逆をたどっての各ステムの位置と姿勢の情報を演算するようにしたことである。【００１９】
三次元基準暫定窄孔から三次元基準暫定ステムを抜き出すステップ繰り返しの後半では、前記三次元基準暫定ステム残留部の重心と前記三次元仮想窄孔の骨端領域側開口の図心とを結ぶ線に沿って三次元基準暫定ステム残留部の重心をステップごとに姿勢は維持したままで移動させ、その時点の三次元基準暫定ステム残留部の内側縁線および前側縁線における骨幹領域側端点と外側縁線および後側縁線における骨幹領域側端点の占拠位置を演算する。【００２０】
前記内外側縁線包含面内小円弧の半径は、前記三次元仮想窄孔の内側縁線上にある骨端領域側端点および骨幹領域側端点と、この両点を結ぶ直線に平行する線が内側縁線と接する内側縁線最内方突出点４２との三点を通る内側縁線擬似円弧の半径に等しく、
前記前後側縁線包含面内小円弧の半径は、前記三次元仮想窄孔の前側縁線上にある骨端領域側端点および骨幹領域側端点と、この両点を結ぶ直線に平行する線が前側縁線と接する前側縁線最内方突出点との三点を通る前側縁線擬似円弧の半径に等しくされる。【００２１】
前記内外側縁線包含面内大円弧の半径は、内外方向基準点を通過する内外側縁線包含面内基準円弧の半径と前記内外側縁線包含面内小円弧の半径との差を、内外側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとされ、前記前後側縁線包含面内大円弧の半径は、前後方向基準点を通過する前後側縁線包含面内基準円弧の半径と前記前後側縁線包含面内小円弧の半径との差を、前後側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとされる。【００２２】
前記内外方向基準点は、前記内側縁線擬似円弧の中心点と内側縁線最内方突出点とを結んだ線が外側縁線と交差する点と内側縁線最内方突出点を結ぶ線の中点で与えられ、
前記前後方向基準点は、前記前側縁線擬似円弧の中心点と前側縁線最内方突出点とを結んだ線が後側縁線と交差する点と前側縁線最内方突出点を結ぶ線の中点で与えられる。【００２３】
前記直結線分と前記内外方向基準点との間に定められた内外方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から前記内外方向基準点までの距離の比を内外方向面内曲げ比αとし、前記直結線分と前記前後方向基準点との間に定められた前後方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から前記前後方向基準点までの距離の比を前後方向面内曲げ比βとしておき、
α＝０    であり、β＝０    であるケース
α＝０．５であり、β＝０    であるケース
α＝１    であり、β＝０    であるケース
α＝０    であり、β＝０．５であるケース
α＝０．５であり、β＝０．５であるケース
α＝１    であり、β＝０．５であるケース
α＝０    であり、β＝１    であるケース
α＝０．５であり、β＝１    であるケース
α＝１    であり、β＝１    であるケース
の９ケースの全部もしくは一部につき、前記最終外形を有した基準ステムおよび代替ステムと同じ形状同じ寸法とした仮想ラスプを三次元仮想窄孔へ順次押し込んだときの位置と姿勢の変遷を演算するようにする。【００２４】
仮想ラスプを三次元仮想窄孔に押し込む前記ケースを確認したあと、前記内外方向面内曲げ比αと前後方向面内曲げ比βとを執刀医の所望する値に変更し、
当該αにより得られる内外方向再代替基準点を前記内外方向基準点とみなすとともに当該βにより得られる前後方向再代替基準点を前記前後方向基準点とみなして、前記基準ステムに相当する再代替ステムの最終外形を求め、
その最終外形を有した再代替ステムを前記三次元仮想窄孔へ前記ステップの逆をたどって順次押し込むたびの各ステムの位置と姿勢の情報を演算し、その最終外形を有した再代替ステムと同じ形状同じ寸法とした再仮想ラスプを三次元仮想窄孔へ順次押し込んだときの位置と姿勢の変遷を演算する。【００２５】
前記三次元仮想窄孔に前記基準ステム、代替ステムもしくは再代替ステムを押し込んだ後に、前記参考線に沿って並ぶステムの各断面におけるフィットアンドフィル（窄孔壁接触率／孔内占有率）を演算しておく。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、手術が施されるべき大腿骨に形成させる三次元仮想窄孔から、部位により変化する曲率を不変の曲率度に置き替えることによって得られる内外側縁線包含面内暫定窄孔と前後側縁線包含面内暫定窄孔を作る。これらでもってボディ部に四面体を形成させ、かつノーズ部に患者の窄孔の該当部形状をあてがった三次元基準暫定ステムを作る。これと同じ外形を持つ三次元基準暫定窄孔も作って三次元仮想窄孔に代替させる。そして、三次元基準暫定ステムを三次元基準暫定窄孔からステップごとに抜き出し方向の慣性主軸を一致させることによって最も高い重なり性を発揮する演算をするようにしたので、三次元基準暫定ステムの抜き出し位置と姿勢は一義的なものにすることができる。これによって、一つの曲率を持つ三次元基準暫定ステムに対する演算が可能となる。得られた三次元基準暫定ステムの位置と姿勢を三次元仮想窄孔と同じ外形を持つ三次元仮想ステムに適用し、三次元仮想ステムが抜き出されるたびに三次元仮想窄孔壁と干渉する部位を見い出し、干渉部位を三次元基準暫定ステムから切除するようにしたので、三次元仮想窄孔の形状を実際の窄孔に当て嵌めても、ボディ部では高いフィル率を、ノーズ部では高いフィット率の基準ステムを得ることができる。【００２７】
内外側縁線包含面内暫定窄孔と前後側縁線包含面内暫定窄孔に異なる曲率をあてて同様の演算をすれば、基準ステムに代わる代替ステムを得ることができ、これを幾種類か得れば、曲率の違いによるステムの位置と姿勢の変遷の傾向を執刀医に提示することができる。執刀医は自己の操作方針に近いステムを選択できるようになる。これによって採用したいステムの曲率の絞り込みが迅速かつ容易になされる。執刀医はステムの位置と姿勢の変遷を静止画や連続画像で視覚的に把握したり、演算データに基づいてステムと大腿骨の模擬品をプラスチック材などで造形すれば、挿入プロセスを触覚的に実践して、手術に臨むことができる。手術におけるラスプは採用ステムと略同形であるから、ラスプ操作上の不安は払拭され、手術時間の短縮も図られる。【００２８】
三次元基準暫定窄孔から三次元基準暫定ステムを繰り返し抜き出させるステップ繰り返しの後半では、三次元基準暫定ステム残留部の重心と三次元仮想窄孔の骨端領域側開口の図心とを結ぶ線に沿って三次元基準暫定ステム残留部の重心をステップごとに姿勢は維持したままで移動させるようにした。したがって、ステップごとの三次元基準暫定ステム残留部の内側縁線および前側縁線における骨幹領域側端点と外側縁線および後側縁線における骨幹領域側端点の占拠位置の変遷値を三次元仮想ステムに適用して三次元仮想窄孔内を移動させると、三次元仮想ステムは三次元仮想窄孔から抜け出るとき三次元仮想ステムの先端は必ず骨端領域側開口の図心を通ることになる。したがって、執刀医は違和感なくラスプを骨端領域側開口の略中心に臨ませてから窄孔を始めることができる。【００２９】
内外側縁線包含面内小円弧の半径を、三次元仮想窄孔の内側縁線上にある骨端領域側端点および骨幹領域側端点と、この両点を結ぶ直線に平行する線が内側縁線と接する内側縁線最内方突出点との三点を通る内側縁線擬似円弧の半径に等しくし、前後側縁線包含面内小円弧の半径を、三次元仮想窄孔の前側縁線上にある骨端領域側端点および骨幹領域側端点と、この両点を結ぶ直線に平行する線が前側縁線と接する前側縁線最内方突出点との三点を通る前側縁線擬似円弧の半径に等しくしておけば、内外側縁線包含面内基準円弧と前後側縁線包含面内基準円弧の曲率を最大にしておくことができる。それ以上に曲率の大きい基準円弧の作成が排除されるから、三次元基準暫定ステム以降における対象大腿骨から逸脱した演算の無駄を予め取り除いておくことができる。【００３０】
内外側縁線包含面内大円弧の半径を、内外方向基準点を通過する内外側縁線包含面内基準円弧の半径と内外側縁線包含面内小円弧の半径との差を、内外側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとし、前後側縁線包含面内大円弧の半径を、前後方向基準点を通過する前後側縁線包含面内基準円弧の半径と前後側縁線包含面内小円弧の半径との差を、前後側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとしておけば、三次元基準暫定ステムの位置と姿勢の変遷値を演算する際に、ステムが形成される余地のない大転子内の空間を含めた演算を予め排除して、演算の無駄を省くようにしておくことができる。【００３１】
内外方向基準点は、内側縁線擬似円弧の中心点と内側縁線最内方突出点とを結んだ線が外側縁線と交差する点と内側縁線最内方突出点を結ぶ線の中点で与えられ、前後方向基準点は、前側縁線擬似円弧の中心点と前側縁線最内方突出点とを結んだ線が後側縁線と交差する点と前側縁線最内方突出点を結ぶ線の中点で与えるようにしておくと、骨端領域側開口の図心と骨幹領域側開口の図心との中間位置にあって内側縁線までの距離と外側縁線までの距離が略等しくなる内外方向基準点、および骨端領域側開口の図心と骨幹領域側開口の図心との中間位置にあって前側縁線までの距離と後側縁線までの距離が略等しくなる前後方向基準点を容易に与えることができる。しかも、対象大腿骨から演算上大転子を排除しておくことが容易となる。【００３２】
直結線分と内外方向基準点との間に定められた内外方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から内外方向基準点までの距離の比を内外方向面内曲げ比αとし、直結線分と前後方向基準点との間に定められた前後方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から前後方向基準点までの距離の比を前後方向面内曲げ比βとしておけば、０≦α≦１、０≦β≦１内の数値の選択によって、曲率０のステムから曲率最大のステムまでを、基準ステムや代替ステムとして例示したい曲率ごとに作成することができる。ステムの典型的な幾つかの曲率の各ケースにつき、それぞれのステムと窄孔の形状と寸法ならびにステップごとのステムの挿入位置と姿勢を例示して執刀医に提供することになるから、押し込み時の挙動の傾向を把握したうえで執刀医は自己の要望の方向性を定めやすく、それを踏まえた要望を促してそれを反映させた変形例を得る機会を作る。【００３３】
仮想ラスプを三次元仮想窄孔に押し込む各ケースから内外方向面内曲げ比αや前後方向面内曲げ比βの違いによるステムの挙動傾向を確認したあと、執刀医は自己の技量や大腿骨の現状を勘案した操作方針に近いステムを参考にしてαやβを少し変え、執刀医が理想としまたは理想に近づけた再代替ステムを得ることができる。ステップごとのそのステムの位置や姿勢の変遷を手術前に得ておくこともできるから、理想への近づき方の善し悪しも熟知して手術に臨むことができる。
ステムの典型的な幾つかの曲率の各ケースにつき、それぞれのステムと窄孔の形状と寸法ならびにステムのステップごとの挿入位置と姿勢を例示して執刀医に提供することになるから、押し込み時の挙動の傾向を把握したうえで執刀医は自己の要望の方向性を定めやすくなり、それを踏まえた要望を反映させた変形例を得やすくする。【００３４】
三次元仮想窄孔に基準ステム、代替ステムもしくは再代替ステムを押し込んだ後に、参考線に沿って並ぶステムの各断面におけるフィットアンドフィル（窄孔壁接触率／孔内占有率）を演算しておけば、各押し込みケースの位置と姿勢に加えて、ボーングロースによる固定期間の長短や、荷重伝達部位でのフィットアンドフィルの高低を知っておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法により得られるステムの挿入または抜き出し形態、およびステムに与える位置と姿勢の情報群
【図２】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図３】演算用の窄孔およびステムのダミー
【図４】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図５】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図６】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図７】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図８】窄孔とステムの演算モデル
【図９】窄孔とステムの演算モデル
【図１０】窄孔とステムの演算モデル
【図１１】窄孔とステムの演算モデル
【図１２】ステムの成形データ取得図。
【図１３】図１２に続く成形データ取得図。
【図１４】図１３に続く成形データ取得図。
【図１５】ステムの処理図。
【図１６】ステムの外形決定図。
【図１７】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図１８】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図１９】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図２０】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図２１】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図２２】曲率を違えたステムの提示一覧。
【図２３】フィットアンドフィルの説明図。
【図２４】ステムの移動要領図。
【図２５】大腿骨からの窄孔取得準備のための座標どり説明図。
【図２６】ステムの移動要領図。
【図２７】ラスプ操作図。
【図２８】大腿骨のＣＴ画像処理手順説明図。
【図２９】大腿骨からのステム抜き出し説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１…大腿骨、２…骨端領域、３…骨幹領域、４…窄孔、５…ステム、６…骨髄腔、７…三次元仮想窄孔、８…内側縁線、９…外側縁線、１０…前側縁線、１１…後側縁線、１３…骨端領域側開口、１４…骨幹領域側開口、１５…三次元基準暫定窄孔、１６…内外側縁線包含面内暫定窄孔、１７…前後側縁線包含面内暫定窄孔、１８…三次元基準暫定ステム、１９…内外側縁線包含面内基準円弧、２０…前後側縁線包含面内基準円弧、２１…内側縁線擬似円弧、２２…前側縁線擬似円弧、２５…ラスプ、２５…内外側縁線包含面内小円弧、２６…内外側縁線包含面内大円弧、２７…前後側縁線包含面内小円弧、２８…前後側縁線包含面内大円弧、２９…四面体、３０…略円柱形、３１…三次元仮想ステム、３２…ボディ部、３３…ノーズ部、３４…骨幹領域側部位、３５…三次元基準暫定ステム残留部、３６…慣性主軸、３７…骨幹領域側部位、３８…三次元基準暫定窄孔残留部、３９…慣性主軸、４０…矢印、４１…変遷値、４２…大転子、４３…逸脱部、４４…基準ステム、４５…完成ステム、４６…ラスプ、４６ａ…ノーズ部、４７…連続画像、５１…直結線分、５２…内外側縁線包含面内代替基準円弧、５３…内外側縁線包含面内代替小円弧、θｍ…開口角度、θｎ…開口角度、Ｈ…図心、Ｊ…図心、Ｌs …ステム長さ、Ｆ…内外方向基準点、Ｆｒ…前後方向基準点、Ｇｓ…重心、Ｇｈ…重心、
Ｄ…中心点、Ｃ…内側縁線最内方突出点、Ｅ…交差する点、Ｄｒ…中心点、Ｃｒ…前側縁線最内方突出点、Ｅｒ…交差する点、Ａ…骨端領域側端点、Ｂ…骨幹領域側端点、Ｇｒ…骨端領域側端点、Ｅrr…交差する点、Ｌ…小円弧終了点、Ｍ…大円弧終了点、Ｂ，Ｂｒ，Ｉ，Ｉｒ…骨幹領域側端点（占拠位置）、Ｆａ，Ｆｂ…内外方向代替基準点、  
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に、本発明に係るセメントレス型人工股関節用ステムの形状決定法を、図面に基づいて詳細に説明する。図１の（ａ）は、大腿骨１の骨端領域２から骨幹領域３に向けて形成した窄孔４に、ボーングロースによって大腿骨との結合力を発生させるにふさわしいセメントレス型人工股関節用ステム５を挿入している様子もしくは抜き出している様子の連続画である。【００３８】
補綴すべき大腿骨１からは、図３０のところで述べた要領によって三次元画像を得る。この画像から大腿骨に窄孔を形成するための骨質組織部の限界厚みを見い出す。これをもとにして、骨髄腔６に至る図２に示した三次元仮想窄孔７の形状を演算する。その際に、図２の（ａ）に示す仮想窄孔７の左右方向断面の輪郭を形成する内側縁線８および外側縁線９の座標、および図２の（ｂ）に示す前後方向断面の輪郭を形成する前側縁線１０および後側縁線１１の座標も求めておく。【００３９】
次に、図２６で説明したように損壊した箇所を切除すべく骨切り位置を定め、そこにステムの挿入を可能にする開口を形成する。そのために、図２の（ａ）に示すように、大腿骨１の長手方向に準ずる方向に沿う参考線１２が設定される。これを基準にして定めた骨端領域側開口１３の位置と開口角度θｍとから、三次元仮想窄孔７における開口１３の形状とその図心Ｈの位置を演算する。さらに、この大腿骨１に適用すべきステム長さＬs と骨幹領域側の開口角度θｎとから、三次元仮想窄孔７における骨幹領域側開口１４の形状とその図心Ｊの位置も演算する。なお、参考線１２としては、例えば直立したときの身体の上下に延びる軸線で与えられる。【００４０】
ここで、図３の（ｆ）に示す三次元基準暫定窄孔１５を作成すべく、図３の（ａ）に示す内外側縁線包含面内暫定窄孔１６と図３の（ｂ）に示す前後側縁線包含面内暫定窄孔１７とが予め規定される。三次元基準暫定窄孔１５とは、部位によって違った曲率を持つ複雑な形状の三次元仮想窄孔７を、窄孔の全体形状の特性を残したうえで曲率が単一に置き替えられてたものであり、抜き出しステップごとのステムの位置と姿勢の一義化を図ることができるようにした演算上の代用窄孔である。ちなみに、図３の（ｆ）は三次元基準暫定窄孔１５のみならず、それと同形の三次元基準暫定ステム１８をも表している。【００４１】
上記の内外側縁線包含面内暫定窄孔１６は、図３の（ｄ）に示すように、三次元基準暫定窄孔１５の左右方向における内側縁線８Ａと外側縁線９Ａを含む面で切った窄孔の断面図であり、前後側縁線包含面内暫定窄孔１７は前後方向における前側縁線１０Ａと後側縁線１１Ａを含む面で切った窄孔の断面図である。これを後述するように配置すれば、三次元基準暫定窄孔１５を形成させることができる。この三次元基準暫定窄孔を代用することによって、演算自体を実行可能なものにし、かつパソコンでも数時間程度で完了させることができる演算にとどめておくことができるようになる。【００４２】
内外側縁線包含面内暫定窄孔１６および前後側縁線包含面内暫定窄孔１７を作るために、図４の（ａ）に示した内外方向基準点Ｆｉを通過する内外側縁線包含面内基準円弧１９と、図５の（ａ）に示した前後方向基準点Ｆｒを通過する前後側縁線包含面内基準円弧２０とが演算される。なお、内外方向基準点Ｆｉには、図６の（ａ）に示すように、骨端領域側開口１３と骨端領域側開口１４との上下方向の中間位置にあって内側縁線８までの距離と外側縁線９までの距離ａが略等しくなる位置があてられる。前後方向基準点Ｆｒには、図７に示すように、骨端領域側開口１３と骨端領域側開口１４との上下方向の中間位置にあって前側縁線１０までの距離と後側縁線１１までの距離が略等しくなる位置があてられる。【００４３】
本例では窄孔の曲がりを反映させておくため、内外方向基準点Ｆは、図６の（ｂ）にあるように、次に詳しく述べる内側縁線擬似円弧２１の中心点Ｄと内側縁線最内方突出点Ｃとを結んだ線が外側縁線９と交差する点Ｅと内側縁線最内方突出点Ｃを結ぶ線の中点で与えられる。前後方向基準点Ｆｒは、図５の（ａ）にあるように、前側縁線擬似円弧２２の中心点Ｄｒと前側縁線最内方突出点Ｃｒとを結んだ線が後側縁線１１と交差する点Ｅｒと前側縁線最内方突出点Ｃｒを結ぶ線の中点で与えられる。ただし、点Ｅｒが小転子２３内に位置する場合は前後方向基準点Ｆｒは後側に寄りすぎるため、前側縁線１０上にある骨端領域側端点Ａおよび骨幹領域側端点Ｂとを結ぶ直線に平行して後側縁線１１上の骨端領域側端点Ｇｒを通る線が、後側縁線１１と交差する点Ｅrrで代用しておくことが好ましい。この小転子２３の存在を無視させるためにはやむを得ないが、前後側縁線包含面内暫定窄孔１７の曲がり特性を残しておく意味で却って好ましいと言える。【００４４】
上記の内側縁線擬似円弧２１とは、図６の（ａ）に示すごとく、三次元仮想窄孔７の内側縁線８上にある骨端領域側端点Ａおよび骨幹領域側端点Ｂと、この両点を結ぶ直線に平行する線が内側縁線８と接する内側縁線最内方突出点Ｃとの三点を通るものである。前側縁線擬似円弧２２とは、図７に示すごとく、三次元仮想窄孔７ｒの前側縁線１０上にある骨端領域側端点Ａおよび骨幹領域側端点Ｂと、この両点を結ぶ直線に平行する線が前側縁線１０と接する前側縁線最内方突出点Ｃｒとの三点を通るものである。これらの擬似円弧は大腿骨の曲率が最も大きい箇所のところにあるもので、これ以上の曲率は内外側縁線包含面や前後側縁線包含面に存在しないから、窄孔に曲率を最も大きく与えるとしても、この内側縁線擬似円弧２１や前側縁線擬似円弧２２を伴う三次元基準暫定窄孔１５（図３の（ｆ）を参照）までを演算の対象にしておけばよいことになる。【００４５】
上記した内外側縁線包含面内暫定窄孔１６は図４の（ｂ）に示すもので、図４の（ａ）に表したように、内外側縁線包含面内基準円弧１９と同心をなし、この基準円弧の半径より短く、内側縁線８の骨端領域側端点Ａまでの距離より長い半径Ｒｏを持つ内外側縁線包含面内小円弧２５と、基準円弧１９と同心をなし、その基準円弧の半径より長く、外側縁線９の骨端領域側端点Ｇまでの距離より短い半径Ｒｏ＋２ｂを持つ内外側縁線包含面内大円弧２６と、小円弧２５が内側縁線８と交差する小円弧終了点Ｌから内側縁線８上にある骨幹領域側端点Ｂに至るまでの内側縁線８と、大円弧２６が外側縁線９と交差する大円弧終了点Ｍから外側縁線９上にある骨幹領域側端点Ｉに至るまでの外側縁線９と、で囲まれる三次元仮想窄孔７内に形成される。【００４６】
上記した前後側縁線包含面内暫定窄孔１７は図５の（ｂ）に示すもので、図５の（ａ）に表したように、前後側縁線包含面内基準円弧２０と同心をなし、その基準円弧の半径より短く、前側縁線１０の骨端領域側端点Ａｒまでの距離より長い半径を持つ前後側縁線包含面内小円弧２８と、基準円弧２０と同心をなし、その基準円弧の半径より長く、後側縁線１１の骨端領域側端点Ｇｒまでの距離より短い半径を持つ前後側縁線包含面内大円弧２９と、小円弧２８が前側縁線１０と交差する小円弧終了点Ｌｒから前側縁線１０上にある骨幹領域側端点Ｂｒに至るまでの前側縁線１０と、大円弧２９が後側縁線１１と交差する大円弧終了点Ｍから後側縁線１１上にある骨幹領域側端点Ｉｒに至るまでの後側縁線１１と、で囲まれる三次元仮想窄孔７内に形成される。【００４７】
図４の（ａ）では、内外側縁線包含面内小円弧２５の半径は内側縁線擬似円弧２１の半径に等しく与えられ、図５の（ａ）では、前後側縁線包含面内小円弧２７の半径は前側縁線擬似円弧２２の半径に等しくされる。なお、内外側縁線包含面内小円弧２５の半径はＲ０としておき、それゆえ内外側縁線包含面内基準円弧１９の半径をＲ０＋ｂ、内外側縁線包含面内大円弧２６の半径をＲ０＋２ｂと与えている。したがって、点Ｆは依然として内外方向基準点となっている。【００４８】
一方、内外側縁線包含面内大円弧２６の半径は、図４に示すように、内外方向基準点Ｆを通過する内外側縁線包含面内基準円弧の半径と内外側縁線包含面内小円弧２５の半径との差を、内外側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとされる。図５に示すように、前後側縁線包含面内大円弧２８の半径も、前後方向基準点Ｆｒを通過する前後側縁線包含面内基準円弧の半径と前後側縁線包含面内小円弧１８の半径との差を、前後側縁線包含面内基準円弧の半径に加えた長さとされる。このようにしておけば、三次元基準暫定ステム１８の位置と姿勢の変遷値を演算する際に、ステムが形成される余地のない大転子内の空間を含めた演算を予め排除して、演算の無駄を省くことができる。【００４９】
ちなみに、内外側縁線包含面内大円弧２６は外側縁線９の骨端領域側端点Ｇまでの距離より短い半径としているが、その円弧２６が外側縁線９の骨端領域側端点Ｇを通る円弧とすることもできる。その場合の内外側縁線包含面内暫定窄孔１６は図４の（ｃ）のようになる。図中の点ＯＭＰＧで囲まれる領域が付加された窄孔となるが、後述する各ステップにおける演算時間が長くならないようにしておくためには、図４の（ｂ）に示した暫定窄孔１６を使用すればよい。曲率一定として演算する趣旨からすれば、点ＯＭＰＧで囲まれる領域の付加はほとんど影響しないからである。【００５０】
次に、図３の（ｆ）に示す三次元基準暫定ステム１８を作成する。これは、図３の（ａ）の内外側縁線包含面内暫定窄孔１６を図３の（ｄ）の前側縁線１０Ａと後側縁線１１Ａとなるべき位置に相互が対面するように配置し、図３の（ｂ）の前後側縁線包含面内暫定窄孔１７を内側縁線８Ａと外側縁線９Ａとなるべき位置に相互が対面するように配置した四面体２９として形成される。ただし、図３の（ｅ）のように、四面体２９の各小円弧終了点Ｌ，Ｌｉおよび各大円弧終了点Ｍ，Ｍｉから骨端領域側開口１４までは、三次元仮想窄孔７の対応部位と同一形状をなす略円柱形３０があてがわれ、図３の（ｆ）のような外形とされる。【００５１】
三次元基準暫定ステム１８は内外側縁線包含面内基準円弧１９（図４を参照）および前後側縁線包含面内基準円弧２０（図５を参照）を内在させているから、ステムの内外方向のみならず前後方向における曲がり特性を維持したものであり、三次元仮想窄孔７や三次元仮想ステム３１（図示せず）の代用をさせるとしても、この三次元基準暫定ステム１８を三次元基準暫定窄孔１５から抜き出すときのステムの位置と姿勢の変遷はほとんど同じ傾向を呈する。このような三次元基準暫定ステム１８ではボディ部３２が四面体となり、ノーズ部３３には窄孔の該当部形状があてがわれているので、ボディ部では高いフィル率が、ノーズ部では高いフィット率が後述するする基準ステムに付与できることになる。【００５２】
次に、三次元基準暫定ステム１８と同じ外形を持つ三次元基準暫定窄孔１５を作る。この基準暫定窄孔１５から三次元基準暫定ステム１８を、図８の（ａ）や図９の（ｄ）に示すように、Ｌｓ／４０の同一量で繰り返し抜き出させるステップごとに三次元基準暫定ステム１８の位置と姿勢を演算する。詳しく述べれば、図８のような経緯を踏む。まず、三次元基準暫定ステム１８を三次元基準暫定窄孔１５から抜き出し、以下の処理を行う。なお、抜き出しステップ数を例えば４０とすれば、三次元基準暫定ステム１８を三次元基準暫定窄孔１５内でＬs ／４０ずつ抜き出すことになる。ステム長Ｌs が１００ｍｍであれば、１ステップで２．５ｍｍ上昇する。なお、１ステップごとの三次元基準暫定ステム１８の上昇経路については後述する。【００５３】
三次元基準暫定ステム１８が三次元基準暫定窄孔１５内に納まっている図３の（ｆ）の状態からスタートする。この時点での三次元基準暫定ステム１８における内側縁線８Ａおよび前側縁線１０Ａにおける骨幹領域側端点Ｂ，Ｂｒ、外側縁線９Ａおよび後側縁線１１Ａにおける骨幹領域側端点Ｉ，Ｉｒの四つの占拠位置は三次元基準暫定窄孔１５と重なっている。図８の（ａ）は抜き出し高さがＬs ／４０となるように三次元基準暫定ステム１８を上昇させている。そこで、図８の（ｂ）のように、三次元基準暫定窄孔１５と三次元基準暫定ステム１８との重なりのない三次元基準暫定ステム１８に影を施している骨幹領域側部位３４を除去して、図８の（ｃ）のごとくの三次元基準暫定ステム残留部３５を作る。それとともに図９の（ａ）に示すごとく、三次元基準暫定ステム残留部３５の重心Ｇｓと慣性主軸３６を演算する。三次元基準暫定窄孔１５と三次元基準暫定ステム１８との重なりのない三次元基準暫定窄孔１５に影を施している図８の（ｃ）に示す骨幹領域側部位３７を除去した三次元基準暫定窄孔残留部３８を図９の（ｄ）のように作る。この状態で、図９の（ａ）に示すごとくの三次元基準暫定窄孔残留部３８の重心Ｇｈと慣性主軸３９を演算する。なお、慣性主軸は抜き出し方向のみを表記して、他の向きのものは割愛している。【００５４】
次に、図９の（ｂ）に示すように、三次元基準暫定ステム残留部３５の重心Ｇｓを、そのステップにおける姿勢を維持した状態で三次元基準暫定窄孔残留部３８の慣性主軸３９の線上に移すべく、三次元基準暫定ステム残留部３５を三次元基準暫定窄孔残留部３８に寄せる。図９の（ｃ）に示すように、三次元基準暫定ステム残留部３５の抜き出し方向の慣性主軸３６が三次元基準暫定窄孔残留部３８の慣性主軸３９と一致するように、移された重心Ｇｓを中心にして三次元基準暫定ステム残留部３５を矢印４０方向に回転させる。これによって三次元基準暫定ステム残留部３５と三次元基準暫定窄孔残留部３８とが最もよく重なった状態となる。【００５５】
このように、三次元基準暫定ステム残留部３５が三次元基準暫定窄孔残留部３８からのはみ出しの少ない姿勢が抜き出されれば、相互干渉は最小に止めめれることになる。したがって、フィル率を大きくしておくことができる。それはとりわけ四面体となっているボディ部３２で発揮される。ちなみに、四面体より骨幹領域側は先に述べたように三次元基準暫定窄孔１５の該当部に合わされているから、フィル率が高くなるものの荷重の伝達機能を発揮しない箇所であるから意義は薄い。注目すべきはフィット率が増加して、ステムの姿勢維持能力が大幅に向上する。以上の挙動を二次元的に示したものが図１０である。再び三次元基準暫定ステム残留部３５の下部に着目し、この時点の骨幹領域側端点Ｂ，Ｂｒおよび骨幹領域側端点Ｉ，Ｉｒの四つの占拠位置を取得しておく。【００５６】
ところで、ステップの後半部では、三次元基準暫定窄孔残留部３８も三次元基準暫定ステム残留部３５も図１１に示すように短くなってくる。慣性主軸を求めて方向性を見極める演算は、三次元基準暫定窄孔残留部３８と三次元基準暫定ステム残留部３５が抜き出し方向に長い物体として把握できる間に限られる。それゆえ、ステップの後半部では慣性主軸のずれを修正する数学的な処理は不可能となる。ところが、幸いにして、その時点では三次元基準暫定ステム残留部３５が三次元基準暫定窄孔残留部３８の骨端領域側開口１３に向かって拡大する空間を移動する。そこで、残留部の縦横比が２程度にまで落ちてくれば、以下の演算に切り替える。【００５７】
図１１の（ｂ）を参照して、三次元基準暫定ステム残留部３５の重心Ｇｓと三次元仮想窄孔７の骨端領域側開口１３の図心Ｈとを結ぶ線に沿って、三次元基準暫定ステム残留部３５の重心Ｇｓを骨端領域側開口１３に到達するまで姿勢は維持したままでステップごとに移動させる。もちろん、ステップごとに三次元基準暫定ステム残留部３５の占拠位置として骨幹領域側端点Ｂ，Ｂｒおよび骨幹領域側端点Ｉ，Ｉｒの四つを取得する。最終ステップでの占拠位置は必ず骨端領域側開口１３の図心Ｈを中央にして覆うことになる。これは、執刀医が違和感なくラスプを骨端領域側開口１３の略中心に臨ませてから窄孔を始められることを意味する。そして、しばらくは姿勢を維持したままラスプを押し込むことになるから、押し込みの後半すなわち抜き出しステップの前半部に至るまではラスプの操作がシンプルとなる。姿勢を変化させながら海綿質骨を掻きとる操作が必要となる時点ではラスプすでに窄孔に深く進出しているから、ラスプに無用の力を加えたとしても押し込み経路からの逸脱は可及的に少なくなる。【００５８】
三次元基準暫定窄孔１５内を上昇する三次元基準暫定ステム残留部３５の占拠位置を表す四点のＢ，Ｂｒ，Ｉ，Ｉｒは、三次元基準暫定ステム１８のそれらの動きを教えるものとなる。図８の（ｄ），図９の（ｄ），図１０および図１１の全てからデータが蓄積される。四点の占拠位置の変遷は、三次元基準暫定ステム１８の位置と姿勢の変化を特定することが明らかである。Ｌs ／４０の上昇を順次たステップ順に積み上げれば、図１の（ａ）に示した一連の情報となる。図では点ＢとＩだけの二次元表示となっているが、１ステップで３点以上の占拠データを提供しているから、これに基づいてステムを三次元的に動かすことができる。なお、図１０中の上段は第１ステップを表し、下段は第２ステップを表す。下段の（ｇ）は上段の（ｆ）と同じもので、下段の変遷を上段から続きとして把握しやすくしている。なお、三次元基準暫定窄孔１５を内外側縁線包含面内暫定窄孔１６で表し、三次元基準暫定ステム１８は内外側縁線包含面内暫定窄孔１６でもって描かれている。【００５９】
図１２から図１４は、三次元仮想ステム３１に占拠位置の変遷値４１を適用して三次元仮想窄孔７から１ステップずつ抜き出している状態を表している。なお、表記は単純化させるため二次元としている。図１２の（ａ）は、骨影濃度の閾値から定まった骨質組織部の限界厚みならびに患者に適用すべきステム長さや骨端領域側開口と骨幹領域側開口の位置から得られた三次元仮想窄孔７である。図１２の（ｂ）は、三次元仮想窄孔７と同じ外形を持つ三次元仮想ステム３１である。この仮想ステムに占拠位置の変遷値を適用して三次元仮想窄孔７内を１ステップ移動させたものが図１２の（ｃ）である。同様にして、三次元仮想ステム３１が三次元仮想窄孔７内を移動する間に干渉しあうことが当然起こる。図１２の（ｃ）から図１３の（ｂ）までに三次元仮想ステム３１の一部が三次元仮想窄孔７から逸脱している。あくまでも演算上であるが。【００６０】
図１５には図１２の（ｃ）から図１３の（ｃ）までと、図１４の（ｃ）の６つのステップが並べられている。このように切除の必要な箇所が全て分かると、三次元仮想ステム３１から計算上除去することができる。記憶値に基づいて干渉部位の全てを除去した三次元仮想ステムの干渉なし外形面を演算し、これを滑らかにすべく外形面裏面に内接する面を最終外形とする基準ステム４４を求める。図１６の（ａ）の太い実線部分は干渉部位が除去された三次元仮想ステム３１の形状である。大転子４２の箇所だけが切除が目立つが、ボディ部３２もノーズ部３３も少しであるが切除されていることは、図１５からも分かる。図１６の（ｂ）は最終外形の基準ステム４４である。図１６の（ｃ）は球状ヘッドを支えるネック、ショルダ、ノーズキャップが取りつけられた完成ステム４５の外形である。なお、ネックの方向や長さは骨盤に取りつけられたソケットの位置関係で決められる。
図１６の（ｄ）には、完成ステム４５を模写したラスプ４６が表されている。ボディ部は少し小さく、ノーズ部４６ａは細くされている。ラスプを海綿質骨に進入させやすくしていることもあるが、ラスプを取り去った窄孔に若干の海綿質骨を残し、最後の一押しによりステムの密着性を高め、座りの向上が図られる。【００６１】
最後に、最終外形を有した基準ステム４４を三次元仮想窄孔７へステップの逆をたどっての各ステムの位置と姿勢の情報を演算し、図１の（ａ）に示す三次元挿入連続画像４７を製作して目視確認したり、演算データに基づいてステムと大腿骨の模擬品をプラスチック材などで造形すれば、挿入プロセスを指や手で触覚的に経験してから、手術に臨むことができる。手術におけるラスプは採用ステムと略同形であるから、ラスプ操作上の不安は払拭され、手術時間の短縮も図られる。【００６２】
ちなみに、三次元仮想ステム３１を三次元仮想窄孔７から抜き出すにあたっては、上昇経路を図２３の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したように骨端領域側開口の図心と骨幹領域側開口の図心とを結ぶ線に平行とすればよい。これに代えて（ｄ），（ｅ），（ｆ）のように絶対垂直としてもよいし、（ｇ），（ｈ），（ｉ）のようにの基準円弧に沿うものであってもよい。な慣性主軸でもって姿勢を制御することになるので、上昇時の経路に違いが生じても、その都度自ずと修正されることになるからである。【００６３】
以上は、図４や図５における内外方向基準点Ｆ，Ｆｒを通過する内外側縁線包含面内基準円弧１９と前後側縁線包含面内基準円弧２０をもとにした内外側縁線包含面内暫定窄孔１６と前後側縁線包含面内暫定窄孔１７から形づくられた三次元基準暫定ステム１８に従ったステムの外形決定について述べた。しかし、図１７から分かるように内外方向基準点Ｆより内側にずれた位置の点Ｆａを上記した内外方向基準点Ｆと見立てて、基準ステムを作ることができる。この図１７からも分かるように点Ｆａを通る円弧の曲率は小さくなっている。【００６４】
以下に詳しく見る。骨端領域側開口１３の図心Ｈと骨端領域側開口１４の図心Ｊとを結ぶ直結線分５１と内外方向基準点Ｆとの間に内外方向代替基準点Ｆａを定める。そして、直結線分５１と前後方向基準点Ｆｒとの間に前後方向代替基準点も定める。内外方向代替基準点Ｆａを内外方向基準点Ｆとみなすとともに前後方向代替基準点を前後方向基準点Ｆｒとみなせば、上記と同様の要領で、内外側縁線包含面内基準円弧１９の曲率や前後側縁線包含面内基準円弧２０の曲率とは異なる曲率を持った内外側縁線包含面内代替基準円弧５２および前後側縁線包含面内代替基準円弧を作ることができる。これらを内在させた三次元代替基準暫定ステムの作成は三次元基準暫定ステム１８の場合と同じである。その後のステップごとの占拠位置の演算、この占拠位置を用いての三次元仮想ステム３１における三次元仮想窄孔壁との干渉部位の演算と記憶の過程を経れば、基準ステム４４に代わる代替ステムの最終外形を求めることができる。【００６５】
例えば執刀医が内外方向基準点Ｆを使用したステムでは窄孔挿入時の曲がりが激しいので、緩やかな曲がりのステムを希望した場合には有用なステムとなる。なお、この三次元代替基準暫定ステムを得るにおいては、曲率が小さくなる傾向にあるから、内側縁線擬似円弧２１や前側縁線擬似円弧２２を導入するに及ばない。したがって、内外側縁線包含面内代替基準円弧５２と同心をなす内外側縁線包含面内代替小円弧５３は内外側縁線包含面内代替基準円弧５２の半径より短く、内側縁線８の骨端領域側端点Ａまでの距離より長い半径を持つ円弧としておけばよい。【００６６】
ちなみに、図１８と図１９は、例えば内外方向代替基準点Ｆｂを内外方向基準点Ｆの反対側に設けた例である。この場合、当然ながら内外側縁線包含面内代替基準円弧５２および前後側縁線包含面内代替基準円弧の大腿骨の曲がり特性を無視した大きな曲率を与えることになり、代用ステムの窄孔内での対称性が崩れ、執刀医にとっては扱いにくいステムを生み出してしまうことになる。したがって、内外方向代替基準点は内外方向基準点Ｆにおけるよる曲率が大きくなる範囲で代替ステムを考えるぶきであることが分かる。ましてや、図１９の例では曲がりすぎていて挿入不可なステムになっている。【００６７】
ところで、内外方向代替基準点Ｆｃを図２０の（ａ）のように直結線分５１の上に置いたとすると、内外側縁線包含面内基準円弧を形成するための三点は直線となり、曲率は０となる。すなわち、ステムは図２０の（ａ）に示したように直線状となる。これを図２０の（ｂ）のようにしたステムを考えると、背景技術の項の図２６の（ｃ）で述べたステムであることが分かる。図２１は内外側縁線包含面内代替基準円弧が内外側縁線包含面内基準円弧とどの程度違えば内外側縁線包含面内暫定窄孔１６の形がどのように変化するかを見たものである。そこで、直結線分５１と内外方向基準点Ｆとの間に定められた内外方向代替基準点Ｆａの直結線分５１からの距離に対する直結線分５１から内外方向基準点Ｆまでの距離の比を内外方向面内曲げ比αとし、直結線分５１と前後方向基準点Ｆｒ（図７を参照）との間に定められた前後方向代替基準点の直結線分からの距離に対する直結線分から前後方向基準点Ｆｒまでの距離の比を前後方向面内曲げ比βとする。
α＝０    であり、β＝０    であるケース
α＝０．５であり、β＝０    であるケース
α＝１    であり、β＝０    であるケース
α＝０    であり、β＝０．５であるケース
α＝０．５であり、β＝０．５であるケース
α＝１    であり、β＝０．５であるケース
α＝０    であり、β＝１    であるケース
α＝０．５であり、β＝１    であるケース
α＝１    であり、β＝１    であるケース
の９ケースにつき、基準ステム４４および代替ステムと同じ形状同じ寸法とした仮想ラスプを三次元仮想窄孔へ順次押し込んだときの位置と姿勢の違いを図２２によって見ることができる。左下の（ｆ）ではα＝０、β＝０であり、直線的なステムである。右上の（ｇ）はα＝１、β＝１．０であり、最も曲がったステムとなる。それ以外は曲率が中間となる。執刀医はこの９ケースのステムの抜き出し時の位置と姿勢の連続図（例えば図１の（ａ）を参照）を見るなどすれば、自己の方針や流儀に近いものを見いだすことができる。気に入りのものがあればそれを選択すればよい。希望に近い例はあるが、黒い丸点を施したα＝０．７５，β＝０．７５といったケースも見たいということであれば、再計算させることができる。執刀医は操作方針に近いステムを選択するか、異なる曲率を提案して操作方針に合致する再代替ステムを得ることもできるようになる。これによってバラエティの豊富な中から採用したいステムの絞り込みが迅速かつ容易になされるようになる。なお、執刀医の特別希望のステムであっても上記したαやβで指定することができま限りは上記の説明に準じてステムを演算することができる。その場合は、途中からの演算のし直しということもあり、また再代替品が一つということでもあると、２０分ないし３０分もあれば提示することができるほどのものである。【００６８】
例えば、内外側縁線包含面内暫定窄孔を作るために、基準円弧と同心の小円弧と大円弧を採用することにしているが、図２５に表したように円弧を選定してもよい。すなわち、基準円弧は少なくとも骨端領域側開口１３の図心Ｈと骨端領域側開口１４の図心Ｊとを通すことにするが、小円弧や大円弧は基準円弧と同心であれば半径の選定は、図２５の（ｂ）ないし（ｅ）のいずれを採用することにしてもよい。【００６９】
以上の説明から分かるように、大腿骨に形成させる三次元仮想窄孔から、部位により変化する曲率を不変の曲率度に置き替えることによって得られる内外側縁線包含面内暫定窄孔と前後側縁線包含面内暫定窄孔を作る。これらでもってボディ部に四面体を形成させかつノーズ部には患者窄孔の該当部の形状をあてがった三次元基準暫定ステムを作る。これと同じ外形を持つ三次元基準暫定窄孔も作って三次元仮想窄孔に代替させる。そして、三次元基準暫定ステムを三次元基準暫定窄孔からステップごとに抜き出し方向の慣性主軸を一致させることによって最も高い重なり性を発揮する演算をするようにしたので、三次元基準暫定ステムの抜き出し位置と姿勢は一義的なものにすることができる。これによって、一つの曲率を持つ三次元基準暫定ステムに対する演算が可能となる。得られた三次元基準暫定ステムの位置と姿勢を三次元仮想窄孔と同じ外形を持つ三次元仮想ステムに適用し、三次元仮想ステムが抜き出されるたびに三次元仮想窄孔壁と干渉する部位を見い出し、干渉部位を三次元基準暫定ステムから切除するようにしたので、三次元仮想窄孔の形状を実際の窄孔に当て嵌めても、ボディ部では高いフィル率を、ノーズ部では高いフィット率の基準ステムを得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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