(57)【要約】この発明の実施態様は、骨折した骨の骨折片を整合するか、又は骨の位置決めをする装置と方法を含む。或る実施態様において、固定装置と解剖学的特徴が、コンピュータの支援によってモデル化され、そして、そのモデルが実際の固定装置が骨を整合又は位置決めする方法を決定するために使用される。
2005537818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータと共同する整形外科用外部固定装置であって、
骨折した骨の骨折片を整合するための組合せが、
第１骨折片に結合するための第１固定エレメントと、
第２骨折片に結合するための第２固定エレメントと、
第１固定エレメントにその第１端部で結合され、第２固定エレメントにその第２端部で結合された第１の長さ調整可能支柱と、
第１固定エレメントにその第１端部で結合され、第２固定エレメントにその第２端部で結合された第２の調整可能支柱と、
第１固定エレメントにその第１端部で結合され、第２固定エレメントにその第２端部で結合された第３の長さ調整可能支柱と、
第１固定エレメントにその第１端部で結合され、第２固定エレメントにその第２端部で結合された第４の調整可能支柱と、
第１固定エレメントにその第１端部で結合され、第２固定エレメントにその第２端部で結合された第５の調整可能支柱と、
第１固定エレメントにその第１端部で結合され、第２固定エレメントにその第２端部で結合された第６の調整可能支柱を備え、
第１骨折片と第２骨折片とが整合していない時、第１、第２、第３、第４、第５および第６の調整可能支柱の少なくとも２つは長さが異なり、第１、第２、第３、第４、第５および第６の長さ調整可能支柱が全て同じ長さであれば、第１骨折片と第２骨折片とが整合せず；
第１固定エレメントと第１骨折片の相対位置を記憶し、
第１、第２、第３、第４、第５および第６長さ調整可能支柱の第１固定エレメントに対する連結位置を記憶し、
第２固定エレメントと第２骨折片との相対位置を記憶し、
第１、２、第３、第４、第５および第６長さ調節可能支柱の第２固定エレメントに対する連結位置記憶し、
第１固定エレメントの記憶された位置を第２固定エレメントの記憶された位置に空間的に結合し、
第１骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像を、第２骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像に整合させ、
第１、第２、第３、第４、第５および第６長さ調整可能支柱の各々の第１および第２端部間の整合されたコンピュータ生成画像における各距離を取得し、
第１、第２、第３、第４、第５、および第６長さ調整可能な支柱の整合された長さを使用者に提供し、外部整形外科固定装置の長さ調整可能支柱を調整することによって、連結が第１骨折片を第２骨折片に整合させるように作動可能である、骨折した骨の骨折片を整合するための組合せ。
【請求項２】
コンピュータがコンピュータシステムを自律的に作動させる請求項１の組合せ。
【請求項３】
固定エレメントの記憶された位置を空間的に結合することは、コンピュータ支援処理プログラムを用いることによって少なくともその一部が可能になる請求項１の組合せ。
【請求項４】
コンピュータ生成画像を整合させることは、コンピュータ支援処理プログラムを用いることによって、少なくともその一部が可能になる請求項１の組合せ。
【請求項５】
骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像を整合させることが、変換式を用いて整合を計算することを含む請求項１の組合せ。
【請求項６】
骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像を整合させることが、骨折片の表示画像を整合させることを含む請求項１の組合せ。
【請求項７】
骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像が、骨折片が移動する路を特定することを含む請求項１の組合せ。
【請求項８】
骨折片が移動する道を特定することは、第１骨折片の骨折端を、整合の完成直前まで、第２骨折片の骨折端に接触させない道を特定することを含む請求項７の組合せ。
【請求項９】
固定装置の第１固定エレメントを３次元空間に仮想的に画像で表し、
第１骨折片を３次元空間に仮想的に画像で表し、
第１固定エレメントの画像を第１骨折片の画像に空間的に結合し、
固定装置の第２固定エレメントを３次元空間に仮想的に画像で表し、
第２骨折片を３次元空間に仮想的に画像で表し、
第２固定エレメントの画像を第２骨折片の画像に空間的に結合し、
第１骨折片の画像を第２骨折片の画像に空間的に結合し、
第１骨折片の仮想画像を第２骨折片の仮想画像に整合すると共に、第１固定エレメントの画像と第２エレメントの画像の空間的に結合された位置を追跡し、そして、
第１固定エレメントの画像が第２固定エレメントの画像に整合されるときに第１固定エレメントが第２固定エレメントに対して同じ相対位置にあるように、整形外科用固定装置を形成する工程を備えた、骨折した骨の骨折片に連結される整形外科用固定装置の形成方法。
【請求項１０】
固定エレメントの記憶された位置を空間的に結合することは、コンピュータ支援処理プログラムを用いることによって少なくともその一部が可能になる請求項９の方法。
【請求項１１】
骨折片の仮想画像を整合し、かつ、固定エレメントの仮想画像を追跡する行為は、コンピュータ支援処理プログラムを用いることによって、少なくともその一部が実行される請求項９の方法。
【請求項１２】
骨折片の仮想画像を整合する行為が、変換式を用いて整合を計算することを含む請求項９の方法。
【請求項１３】
骨折片の仮想画像を整合する行為が、骨折片の表示画像を整合することを含む請求項９の方法。
【請求項１４】
骨折片の仮想画像を整合する行為は、骨折片が移動する道を特定することを含む請求項９の方法。
【請求項１５】
骨折片が移動する道を特定することは、第１骨折片の骨折端を、整合の完成直前まで、第２骨折片の骨折端に接触させない道を特定することを含む請求項１４の方法。
【請求項１６】
整形外科用固定装置を形成する行為が、第１固定エレメントを第２固定エレメントに連結する支柱の長さを調整することを含む請求項９の方法。
【請求項１７】
整形外科用固定装置を形成する行為が、第１固定エレメントを第２固定エレメントに連結する６本の支柱の長さを調整することを含む請求項９の方法。
【請求項１８】
マザーボードと、
マザーボードに電気的に結合されプログラム指令を実行する中央処理ユニットと、
マザーボードに電気的に結合され固定装置の画像を表示するモニターと、
マザーボードに電気的に結合され、
固定装置の第１固定エレメントを仮想的に３次元空間に表し、
第１骨折片を仮想的に３次元空間に表し、
第１固定エレメントの仮想画像を第１骨折片の仮想画像に空間的に結合し、
固定装置の第２エレメントを仮想的に３次元空間に表し、
第２骨折片を仮想的に３次元空間に表し、
第２固定エレメントの仮想画像を第２骨折片の仮想画像に空間的に結合し、
第１骨折片の仮想画像を第２骨折片の仮想画像に整合させると共に、第１固定エレメントの仮想画像と第２固定エレメントの仮想画像との空間的結合位置を追跡し、そして
第１固定エレメントを第２固定エレメントに相対して配置して第１骨折片と第２骨折片とを整合させる方法を特定するデータを出力することを、コンピュータ装置にさせるプログラム指令を記憶するメモリ装置とを備え、
骨折した骨の骨折片に結合され得る整形外科用固定装置を調整するデータを使用者に提供するようにプログラムされたデジタルコンピュータ装置。
【請求項１９】
コンピュータ装置が、自律的に作動するコンピュータシステムである請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２０】
メモリ装置がランダムアクセスメモリ装置である請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２１】
メモリ装置が不揮発性メモリ装置である請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２２】
第１固定エレメントの仮想画像を処理するプログラム指令が、コンピュータ支援処理プログラム指令を含む請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２３】
第１骨折片の仮想画像を処理するプログラム指令が、コンピュータ支援処理プログラム指令を含む請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２４】
第２固定エレメントの仮想画像を処理するプログラム指令が、コンピュータ支援処理プログラムを含む請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２５】
第２骨折片の仮想画像を処理するプログラム指令が、コンピュータ支援処理プログラム指令を含む請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２６】
骨折片の仮想画像を整合させると共に、固定エレメントの仮想画像を追跡させるプログラム指令は、少なくともその一部が、コンピュータ支援処理プログラム指令である請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２７】
骨折片の仮想画像を整合させると共に、固定エレメントの仮想画像を追跡するプログラム指令は、骨折片が移動する道を特定する指令を含む請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２８】
骨折片が移動する道を特定する指令は、整合完了の直前まで、第１骨折片の骨折端が第２骨折片の骨折端に接触しないようにする道を特定する請求項２７のデジタルコンピュータ装置。
【請求項２９】
第１固定エレメントを第２固定エレメントに相対して配置する方法を特定するデータを出力するプログラム指令は、各々が第１固定エレメントを第２固定エレメントに結合させる６本の支柱を調整する値を特定する請求項１８のデジタルコンピュータ装置。
【請求項３０】
骨折した骨の骨折片に結合可能な整形外科用固定装置を形成する方法を特定するデータをコンピュータに提供させる指令を含むプログラム記憶装置であり、その指令が、固定装置の第１固定エレメントを３次元空間に仮想的に画像で表し、
第１骨折片を３次元に空間に仮想的に画像で表し、
第１固定エレメントの仮想画像を第１骨折片の仮想画像に空間的に結合し、
固定装置の第２固定エレメントを３次元空間に仮想的に画像で表し、
第２骨折片を３次元空間に仮想的に画像で表し、
第２固定エレメントの仮想画像を第２骨折片に空間的に結合し、
第１骨折片の仮想画像を第２骨折片に空間的に結合し、
第１骨折片の仮想画像を第２骨折片の仮想画像に整合すると共に第１固定エレメントの仮想画像と第２固定エレメントの仮想画像の空間的結合位置を追跡し、そして、
骨折片の仮想画像が整合された後に、第１固定エレメントの仮想画像が第２固定エレメントの仮想画像に整合される時、第１固定エレメントが第２固定エレメントの同じ相対位置に存在するように、整形外科用固定装置を形成する方法を特定するデータを提供する  行為を含むプログラム記憶装置。
【請求項３１】
固定エレメントの仮想画像を空間的に結合する指令は、コンピュータ支援処理プログラムを用いて少なくともその一部が実行される請求項３０のプログラム記憶装置。
【請求項３２】
骨折片の仮想画像を整合する指令は、骨折片の表示画像を整合することを含む請求項３０のプログラム記憶装置。
【請求項３３】
骨折片の仮想画像を整合すると共に、固定エレメントの仮想画像を追跡する指令は、コンピュータ支援処理プログラムを使用してその少なくとも一部が実行される請求項３０のプログラム記憶装置。
【請求項３４】
骨折片の仮想画像を整合すると共に、固定エレメントの仮想画像を追跡するプログラム指令は、骨折片が移動する路を特定する指令を含む請求項３０のプログラム記憶装置。
【請求項３５】
骨折片が移動する道を特定する指令は、整合完了の直前まで、第１骨折片の骨折端が第２骨折片の骨折端に接触しないようにする道を特定する請求項３４のプログラム記憶装置。
【請求項３６】
整形外科用固定装置を形成する方法を特定するデータを提供するプログラム指令は、第１固定エレメントを第２固定エレメントに結合する６本の支柱の調整されるべき長さを提供する請求項３０のプログラム記憶装置。
【請求項３７】
固定装置に関連して、コンピュータに解剖学的特徴を図示させる指令を含むプログラム記憶装置であって、その指令は、
固定装置のサイズと方位に関する入力を受入れ、
解剖学的特徴の方位に関する入力を受入れ、
固定装置を画像で表し、そして、
固定装置に対する解剖学的特徴を画像で表す行為を含み、
固定装置に対する解剖学的特徴の画像が、一般的な医療診断図に対応する画像で表されるプログラム記憶装置。
【請求項３８】
解剖学的特徴の方位に関する入力を受入れることが、骨折した骨の骨折片に関する入力を受入れることを含む請求項３７のプログラム記憶装置。
【請求項３９】
解剖学的特徴の方位に関する入力を受入れることが、関節に隣接する少なくとも２つの骨に関する入力を受入れることを含む請求項３７のプログラム記憶装置。
【請求項４０】
解剖学的特徴の方位に関する入力を受入れることが、柔軟組織に関する入力を受入れることを含む請求項３７のプログラム記憶装置。
【請求項４１】
固定装置に対する解剖学的特徴の画像が、医療診断図のAP図の斜視図で与えられる請求項３７のプログラム記憶装置。
【請求項４２】
固定装置に対する解剖学的特徴の画像が、医療診断図の横側斜視図で与えられる請求項３７のプログラム記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願データ
この出願は、「整形外科用固定方法と装置」という名称で、２００２年４月５日に出願された米国特許出願第60/370,201号の特典を主張し、その出願はこの引用によってここに取り込まれる。
【０００２】
技術分野
この発明の実施態様は、骨格骨折を含む筋骨格の疾病を処置することに関する。とくに、骨折した骨の骨折片を所望の部位において関節の両側に固定および配置する装置と方法が開示される。この発明の実施態様には、装置と方法を固定装置と骨又は骨の骨折片とのコンピュータモデルを作るために用いるものがある。そのモデルにおける動作を通して、骨又は骨の骨折片の所望の配置が、固定装置の初期の形態に無関係に迅速、かつ、正確に決定される。骨や骨の骨折片の所望の配置を行うために必要な操作は、筋骨格の疾病を処置するための対応する物理的装置の上で行うことができる。
【０００３】
発明の背景
リング式外部固定構造を用いて骨格骨折を処置する装置と方法は、当該分野でよく知られている。スミス  アンド  ネフュー  インコーポレイテッドは、スチュワートプラットホームの一般的な概念に基づく多くのSPATIAL FLAME（登録商標）ブランドの外部リング式固定具を開発し、販売してきた。スミス  アンド  ネフュー  インコーポレイテッドは、米国特許第5,702,389号、第5,728,095号、第5,891,143号、第5,971,984号、第6,030,386号、および第6,129,727号を所有し、それらは、外部固定具に基づくスチュワートプラットホームの多くの基本概念および改良を開示している。これらの特許の開示は引用によってここに取り込まれる。
【０００４】
当業者であれば認めることであるが、スチュワートプラットホームの部材の相対位置を数学的に求めることは、若干扱いにくい数式を創作することになる。
例えば、米国特許第5,971,984号に詳述された回転マトリックスに留意されたい。この回転マトリックスは、スチュワートプラットホームの１つの固定エレメントを他のエレメントに対して転位させ、臨床試験から通常得られる入力により骨の骨折片を整合する手段である。しかしながら、回転マトリックスを用いるためには、固定エレメントの始めの位置を知らなければならない。従って、従来のシステムでは、通常、スチュワートプラットホーム型リング式固定具は中立姿勢でその転位を開始又は終了することが要求されてきた。
中立姿勢とは、６本の支柱がすべて同じ長さで、結局、固定具のリングが互いに平行になる姿勢である。図４と５参照。中立姿勢によって、固定エレメントの出発位置を計算で容易に見つけることができる。フレームが中立を越えて移動すると、フレーム要素のデカルト座標を数学的に見つけることが難しい。
この制約によって、スチュワートプラットホームの数学的解法が複雑になる。実際問題として、それは過去において特定の変形を実際に解かなかった想像上の矯正解法が、次に矯正する場合に非常に困難であったということを意味する。この状況は、以下に、「湾曲したフレーム／湾曲した骨」の状況としてさらに詳述される。（湾曲したフレーム／湾曲した骨）の状況のための解法は、「合計残余(total residual)」解法として次に説明される。
【０００５】
現在のSPATIAL FRAME（登録商標）ブランドの外部固定具は、「慢性(chronic)」および「残余(residual)」矯正のための処理モードを備える。慢性矯正は、固定具が与えられた中立位置へ戻る時に変形構造が矯正されるように変形した骨に適合するように変形された固定具フレームによって開始する矯正である。つまり、慢性矯正は骨の変形と同じように変形されたフレームによって開始される。
【０００６】
残余矯正のために、中立の固定具フレームは変形構造に適合し、固定具の支柱は、変形が矯正されるまで調整される。従って、残余矯正の場合には、（真っすぐなフレーム／湾曲した骨）が、（湾曲したフレーム／真っすぐな骨）に対して矯正される。慢性矯正のために、（湾曲したフレーム／湾曲した骨）の状況は、（真っすぐなフレーム／真っすぐな骨）に対して矯正される。なお、「合計残余」の矯正は、残余が中立フレームによって開始されなければならないという点で「残余矯正」と異なる。合計残余は、湾曲した湾曲したフレームにより開始されてもよい。
【０００７】
（湾曲フレーム／湾曲した骨）の複雑性は、矯正の終わりに、骨の構造とフレームとの両方が湾曲している点にある。つまり、フレームと骨の変形は互いに異なる。現在知られている数式は、中立フレームから動く又は出発することに対してのみ正しい。従って、湾曲したフレームがフレームを中立位置に戻すことによって矯正されない湾曲した骨構造の上にある場合、現在の式は単一の工程では問題を解決しないであろう。とくに、式に代入する初期値の中には、決定できないものがある。
この（湾曲したフレーム／湾曲した骨）の状況は、フレームの不正確な設置又は調整、変形パラメータを生成するために用いる不正確なＸ線検査又はＸ線検査の判断、あるいは装置の不正確な適用に帰因することがある。そのような不正確さは、とくに外傷処置室のような環境において、一般的で、予想されることである。
（湾曲したフレーム／湾曲した骨）の状況の場合には、外科医はフレームを中立に戻してリセットし、新しい残余矯正を確立するために用いられる新しいＸ線写真を撮ることができるであろう。
しかし、それは患者にとって最適ではなく、とくにフレームを中立に調整する場合に骨格の変形と苦痛を増大させることになるであろう。
【０００８】
（湾曲したフレーム／湾曲した骨）の中には、フランス国特許第２，５７６，７７４号の図６に示されるもののように変形シミュレータによって解けるものもある。図に示されるように骨のセグメントを表す２本の棒が、２つの軸の回りにヒンジによって接続されている。棒を互いに対してセットすることによって、骨のセグメントが実際に変形される方法、シミュレータの位置に留意すること、棒を再び整合させること、シミュレータの変化に留意すること、実際の装置のために矯正的に設定することが引き出される。しかしながら、このシミュレータ装置は、セグメント間の３つの可能な軸の回りの移行や回転を明らかにしない。変形の両方のモードが一般的に生じる。さらに、ゆるめられたフレームの機械的装置の操作は円滑性に欠ける上、潜在的に複数のオペレータを必要とする。
【０００９】
合計残留解法は、患者の解剖学的構造を有するフレームの要素のさらに正確な整合を必要とする解法に対して非常に有効である。外部固定装置は、初期処置時間を減らすことが患者に有益であるような外傷の状況で用いられることが多い。
合計残留装置は整合にほとんど時間を必要とせず、患者が安定した後に、Ｘ線撮影又は画像化されると共に調整されることが可能である。従って、改良された装置は、（湾曲したフレーム）／（湾曲した骨）の状況を解く方法と装置を提供しなければならない。
【００１０】
必要とされるものは、（湾曲したフレーム／湾曲した骨）の状況を解く支柱設定を迅速、かつ、正確に決定するために有役な方法と装置である。
解法は、代用や実験なしに、最適に得られることができ、骨のセグメントの可能なすべての物理的関係はモデル化できる。改良された方法と装置は、使用者が入力するパラメータが患者にフレームの調整をする前に正しいものとして可視的に立証できるように、フレームの設置と矯正結果の可視画像を使用者に与えることもできる。可視化はまた、フレームに用いられるピンやワイヤが、矯正が行われた時に支柱の位置に干渉するかどうかを、使用者に見せることができる。改良された方法と装置は、分散するコンピュータや中央コンピュータ又はその両者の組合せを使用したネットワーク上で処理され、更新され、置換されるように動作するソフトウェアを介して作動する。
【００１１】
発明の要旨
この発明によれば、コンピュータと組合せた外部整形外科用固定装置が提供される。
この実施態様において、その組合せは、骨折した骨の骨折片を整合するためである。整形外科用固定装置は、第１骨折片に連結する第１固定エレメントと、第２骨折片に連結する第２固定エレメントとを備える。その装置はまた、各第１端部で第１固定エレメントに結合され、各第２端部で第２固定エレメントに結合された６本の長さ調整可能支柱を備える。第１骨折片と第２骨折片が整合されていないときには、第１、第２、第３、第４、第５および第６の長さ調整可能支柱の少なくとも２本は、長さが異なる。そして、同じ実施態様では、第１、第２、第３、第４、第５および第６の長さ調節可能支柱が同じ長さであるとき、第１骨折片と第２骨折片は整合しない。その組合せは、第１固定エレメントと第１骨折片の相対位置を記憶し、第１固定エレメントに対して第１、第２、第３、第４、第５および第６の長さ調整可能支柱の第１端部を結合する位置を記憶し、第２固定エレメントと第２骨折片の相対位置を記憶し、第２固定エレメントに対して第１，第２、第３、第４、第５および第６の長さ調整可能支柱の第２端部を結合する位置を記憶し、第１固定エレメントの記憶された位置を第２固定エレメントの記憶された位置に結合又は相関させ、第１骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像を第２骨折片の記憶された位置のコンピュータ生成画像に対して整合させ、整合されたコンピュータ生成画像における第１、第２、第３、第４、第５および第６長さ調整可能支柱の第１および第２の端部間の各距離を獲得し、使用者が整形外科用外部固定装置の長さ調整可能支柱を調整するための第１、第２、第３、第４、第５および第６の長さ調整可能支柱の整合長さを提供することによって、第１骨折片を第２骨折片と整合させるように作動できる。
【００１２】
骨折した骨の骨折片に結合可能な整形外科用固定装置を形成する方法が、さらに提供される。実施態様の方法は、固定装置の第１固定エレメントを３次元空間に仮想的に画像で表し、第１骨折片を３次元空間に仮想的に画像で表し、第１固定エレメントの画像を第１骨折片の画像に空間的に結合又は相関させることを含む。その方法はまた、固定装置の第２固定エレメントを３次元空間に仮想的に画像で表し、第２骨折片を３次元空間に仮想的に画像で表し、第２固定エレメントの画像を第２骨折片の画像に空間的に結合又は相関されることを含む。第１骨折片の画像はまた、第２骨折片の画像に空間的に結合又は相関される。この方法は、第１骨折片の仮想画像を第２骨折片の仮想画像に整合すると共に第１固定エレメントの画像と第２固定エレメントの画像の空間的に結合又は相関された位置を追跡し、第１固定エレメントの整合された画像が、第２固定エレメントの整合された画像に一致するとき、第１固定エレメントが第２固定エレメントに対して同じ相対位置にあるように整形外科用固定装置を形成することを含む。
【００１３】
さらに他の実施態様は、第１端部で第１固定エレメントに第２端部で第２端部に結合された少なくとも３本の支柱によって第２固定エレメントに結合された第１固定エレメントを有する整形外科用固定装置に結合された骨折した骨の骨折片を整合させるのに必要な調整を決定する方法である。この実施態様の方法は、コンピュータの中で第１固定エレメントと第１骨折片を画像で表し、第１固定エレメントの画像を第１骨折片の画像に空間的に結合又は相関させることを含む。この方法はまた、コンピュータの中で第２固定エレメントと第２骨折片を画像で表し、第２固定エレメントの画像を第２骨折片の画像に空間的に結合又は相関させることを含む。さらにこの方法は、第１骨折片の画像を第２骨折片の画像に空間的に結合又は相関させ、第１骨折片の画像を第２骨折片の画像に整合させることを含む。第１固定エレメントの画像の第２固定エレメントの画像に対する位置は、第１骨折片の画像と第２骨折片の画像の整合に続いて決定され、第１固定エレメントの画像と第２固定エレメントの画像への少なくとも３本の支柱の各々の結合距離が決定される。決定された結合距離と等しくなるように、少なくとも３本の支柱の各々の調整量が決定される。
【００１４】
また、この発明によれば、骨折した骨の折片に結合される整形外科用固定装置を調整する使用者にデータを与えるようにプログラムされたデジタルコンピュータ装置が提供される。デジタルコンピュータ装置は、マザーボードと、マザーボードに電気的に結合されプログラム指令を実行するための中央処理ユニットと、マザーボードに電気的に結合され固定装置の画像を表示するためのモニターと、マザーボードに電気的に結合された記憶装置を備える。記憶装置は、コンピュータ装置に固定装置の第１固定エレメントを３次元空間に仮想的に表示させ、第１骨折片を３次元空間に仮想的に表示させ、第１固定エレメントの仮想画像を第１骨折片の仮想画像に空間的に結合又は相関させるプログラム指令を格納する。格納された指令はまた、コンピュータ装置に、固定装置の第２エレメントを３次元空間に仮想的に表示させ、第２の固定エレメントの仮想画像を第２骨折片の仮想画像に空間的に結合又は相関させる。プログラム指令はまた、コンピュータ装置に、第１骨折片の仮想画像を第２骨折片の仮想画像に空間的に結合又は相関させ、第１骨折片の仮想画像を第２骨折片の仮想画像に整合させると共に、第１固定エレメントの仮想画像と第２固定エレメントの仮想画像の空間的に結合又は相関された位置を追跡させ、第１骨折片と第２骨折片とを整合させるために第１固定エレメントが第２固定エレメントに対して配置される方法を特定するデータを出力させる。
【００１５】
この発明によれば、プログラム記憶装置が提供され、その装置は、骨折した骨の骨折片に結合できる整形外科用固定装置を形成する方法を特定するデータをコンピュータに提供させる指令を含む。指令を実行することは、骨の骨折片の仮想画像が整合された後、第１固定エレメントの仮想画像が第２固定エレメントの仮想画像に整合するとき、第１固定エレメントが第２固定エレメントに対して同じ相対位置に存在するように、整形外科用固定装置を形成する方針を特定するデータを提供することになる。
【００１６】
発明のさらに他の実施態様は、骨折した骨の骨折片に結合できる複数支柱の整形外科用固定装置を形成する方法である。その方法は、固定装置の第１固定エレメントを３次元空間に仮想的に少なくも図形で表し、第１骨折片を３次元空間に仮想的に図形で表し、第１固定エレメントの画像を第１骨折片の画像に空間的に結合又は相関させることを含む。この方法はまた、固定装置の第２固定エレメントを３次元空間に仮想的に図形で表し、第２骨折片を３次元空間に仮想的に図形で表し、第２固定エレメントの画像を第２骨折片の画像に空間的に結合又は相関させることを含む。第１骨折片の画像は第２骨折片の画像に空間的に結合又は相関され、複数の支柱の整形外科用固定装置の画像は、固定エレメントと骨折片を追跡する間に、どのような中立フレームに対しても形成される。この方法はまた、中立フレームに仮想的に形成された複数支柱整形外科用固定装置により骨折片の仮想変形パラメータに注目し、骨折片の仮想的に変更された画像の仮想画像を整合させて、空間的に結合又は相関された固定エレメントの画像を追跡し、結果として生じる支柱長さを計算することを含む。
【００１７】
この発明の実施態様は、骨を互いに対して動かすために関節のいずれかの側の骨に結合できる整形外科用固定装置を形成する方法である。
第１固定エレメントと第１の骨の画像が３次元空間に仮想的に表され、空間的に結合又は相関される。第２固定エレメントと第２の骨の画像が３次元空間に仮想的に表され、空間的に結合又は相関される。第１の骨の画像が第２の骨の画像と結合又は相関され、それらの画像は配置され、第１固定エレメントの画像と第２固定エレメントの画像の空間的に結合又は相関された位置を追跡する。
整形外科用固定装置は、第１固定エレメントの配置画像が第２固定エレメントの配置画像に一致するときに、第１固定エレメントが第２固定エレメントに対する同じ相対位置に存在するように、形成される。
【００１８】
この発明によれば、固定装置に関連する解剖学的特徴を、コンピュータに図形で表示させる指令を含むプログラム記憶装置が提供される。その指令は、固定装置のサイズと方位に関する入力を受取ることと、解剖学的特徴の方位に関する入力を受取ることを少なくとも含む。固定装置と固定装置に対する解剖学的特徴は画像で表される。固定装置に対する解剖学的特徴の画像は、一般的な医療診断画像に対応する斜視図で表される。
【００１９】
この発明の実施態様は、複数支柱外部固定装置の適用を計画する方法である。その方法は、複数支柱固定装置のサイズと方位をモデル化すること、複数支柱固定装置の一部である全支柱の最大および最小長さを含むこと、複数支柱固定装置によって操作される解剖学的特徴の方向をモデル化することを少なくとも含む。さらにその方法は、複数支柱固定装置の操作を空間的に行って、操作中に複数支柱固定装置の長さを記録すること、および複数支柱固定装置の空間的な操作中に、最大又は最小長さを越える支柱の記録を表示することを含む。
【００２０】
発明の詳細な説明
図１は、骨折した骨の骨折片を整合させるために有用な外部整形外科用固定装置１００を示す。示された装置はスチュワートプラットホームをベースとするリング式固定装置である。スミス  アンド  ネフュー  インコーポレイテッドは、SPATIAL FRAME（登録商標）又はTAYLOR SPATIAL FRAME（登録商標）という銘柄の外部装置として示される特殊な装置を販売している。固定装置１００は、近位リング、つまり第１固定エレメント１０と、遠位リング、つまり第２固定エレメント２０とを備える。この発明の他の実施態様では、近位リングが第２固定エレメントに、遠位リングが第１固定エレメントになることができる。図１では、第１固定エレメント１０が、６本の長さ調整可能な支柱１〜６によって第２固定エレメント２０に結合される。支柱１〜６の各々は、第１端で第１固定エレメント１０に結合し、第２端で第２固定エレメントに結合している。
【００２１】
図２は、第１骨折片１１に結合された第１固定エレメント１０と、第２骨折片２１に結合された第２固定エレメント２０を示す。
図に示すように、骨折片は片持ち骨ピン１３を用いて固定エレメントに結合されている。
他の実施態様では、ワイヤ、両側ピン、又は固定エレメントに対して骨を固定するために有効な種々の結合装置が使用可能である。図示された固定装置１００は脛骨に結合される。しかしながら、その装置は、それが設置され得る骨であれば実際にどのような骨にでも使用され得る。例えば、制限なしに、その装置は大腿骨や上腕骨にも使用可能である。
【００２２】
図３は、コンピュータ２００と組合せた固定装置１００を示す。そのような組合せは、骨折した骨の骨折片の位置決めをするのに有役である。
コンピュータ２００は、例えば第１コンピュータシステム２０１のような自律作動コンピュータシステムであってもよい。骨折した骨の骨折片を位置決めするために必要なすべての記憶や処理などは第１コンピュータシステム２０１で行うことができる。
他の実施態様では、２つ以上のコンピュータがネットワーク上で連結されて、骨折片を位置決めするのに必要な仕事を行ってもよい。図示するように、コンピュータシステム２０１と２０２は、ネットワーク２０３上で連結されている。ネットワークはローカルエリアネットワーク又はインターネットのようなワイドエリアネットワークであってもよい。実施態様によっては、仕事を行うために走るプログラムの全てが１つ以上のコンピュータシステム上を走ってもよいし、他のコンピュータシステムがデータを表示するためだけに用いられてもよい。また、プログラムのランは複数のコンピュータシステム上を部分的に走り、データと命令がネットワーク上を伝えられる。
【００２３】
例えば、実施態様によっては、第１コンピュータシステム２０１がワールドワイドウェブブラウザー(World Wide Web browser)を走らせ、ワールドワイドウェブブラウザーは命令を実行してネットワーク２０３を介してデータをサーバーである第２コンピュータに伝える。これは、大きいコンピュータシステムが、さらに複雑な、又はメモリ集約的なプログラムを走らせることが必要とされるような情況では、好都合である。
コンピュータ支援処理プログラムは、そのようなプログラムの一例である。この発明の或る実施態様においては、サーバーコンピュータは、コンピュータ支援処理プログラムを走らせ、ワールドワイドウェブサイト(World Wide Web site)をサーブ又はホストするために用いられる。タームコンピュータ支援処理プログラムは伝統的なコンピュータ支援ドラフティング（ＣＡＤ）プログラムと、ドラフティングのみならず設計的解法や、プロジェクトを実行するのに役立つ他のデータを与える。例えば、或る構造の要素の負荷容量と動的な関係は、そのようないくつかのプログラムを備える。この発明において有役な１つのコンピュータ支援処理プログラムは、イーディーエス(EDS)コーポレーションにより提供されるユニグラフィックプログラムである。コンピュータ支援工学とウェブホスティング機能は、或る実施態様においてマシンを分離するために提供されてもよい。提供されるプログラムの構成はまた、配置のような支持プログラムか中央コンピュータにおけるプログラムを単に更新することによって更新されるので、有役である。従って、ソフトウェアによる更新はきわめて単純化され大きく低価格化される。
【００２４】
前述のように、この発明によって解決される特に複雑な状況は、（湾曲フレーム／湾曲骨）の状況である。（湾曲フレーム／湾曲骨）の状況を説明する他の方法は、２つの骨の骨折片が固定装置の中で結合され、骨折片が位置合わせされずに、第１、第２、第３、第４、第５および第６の長さ調整可能な支柱が異なる長さを有し、同じ長さになるまで支柱が調整されても、骨の骨折片はまだ位置決めされないだろうと説明することである。他の方法を説明すると、（湾曲フレーム／湾曲骨）の状況は、フレームと取り付けられた骨との両方が中立でない、又は整列していないときに生じ、骨はフレームが中立位置に持ってこられない場合には整合しない。
【００２５】
図４〜８は固定装置１００の幾何学的特性を示す。図に示される物は、コンピュータ支援処理プログラムなどの援助で生成された、装置の仮想表現である。これらの特性のさらに詳細な説明によって、後述の装置の適用の説明が容易になる。空間システムを規定する場合には、システムの要素の配置を参照するために任意の参照点が確立されなければならない。
図４に示すように、支柱１と２の基端が結合される穴の間の穴が主タブ１５として参照される。主タブ１５は、固定エレメント１０の平面における原点を規定している。この点は遠位方向に延びて後方に投影され、フレーム中心線１６を規定する。図５は中立的なフレーム高さの規定を、支柱１〜６が中立的である時の第１固定エレメント１０と第２固定エレメント２０との間の距離として示している。図６は原点１７を示す。原点１７は、第１固定エレメントに直角に結合する骨折片の骨折端の中心に位置する。デカルト座標システムでは、原点１７は（０、０、０）として定義される。
【００２６】
図１と図４は、また、各支柱１〜６の端の近くにＵ継手を示す。図１は各支柱１〜６の端の近くに実際に見えるＵ継手を示している。
図４は、各Ｕ継手の回転中心に中心を有する球で仮想的に表される各支柱を示している  。
例えば、支柱１と２は近位Ｕ継手１ａと２ａ、および遠位Ｕ継手１ｂと２ｂを有するように示されている。図７と８に示されるように、近位Ｕ継手１ａ〜６ａは平面Ａを規定し、遠位Ｕ継手１ｂ〜６ｂは平面Ｂを規定する。
【００２７】
図３に示す組合せは、第１の骨折片を第２の骨折片に整合させるために作動することができる。
整合を行うために、使用者は、使用する固定装置１００の特性に関するパラメータを与えなければならない。さらに、矯正すべき変形部の特性と装置１００が搭載される方法が入力されなければならない。この情報が使用者から与えられると、この発明の実施態様は、支柱が整合を達成するように形成され得る長さを与える。
【００２８】
図９〜２１は、使用者からパラメータを受取って支柱長さの設定値を出力するプログラムを用いて到達した整合の解の例を示す。図９は、プログラムに安全で機密のアクセスを与えるようにデザインされた使用者ログイン画面を表す。
【００２９】
使用者は図１０〜１２に示される欄を満たし、プログラムに矯正すべき変形部に関する情報を与える。図１０において、「Anatomy」の次に、使用者は左右の肢の内、いずれを矯正すべきかを入力する。この例では、左（left）の肢が矯正すべき肢である。
【００３０】
図１１と１２は、変形部の方位と大きさに関して、使用者によって満たされるべき空欄を示している。骨の近位又は遠位のいずれかの骨折片が参照骨折片(Reference Fragment)であるかを規定する選択が求められる。参照骨折片として規定された骨折片が固定状態を維持するように示され、他の骨折片が参照骨折片に整合させられる。この例では近位（Proximal）が選択されている。入力すべきパラメータの残りは、医療専門家になじみの一般的な臨床パラメータである。
示された例では、APから見た変形が、１５．０度の外反角形成と１５．０mmの内側移動によって規定されている。外側から見たときには２５．０度の頂点前方角形成と３０．０mmの前方移動がある。軸については、変形は１０度の外回転を有し、１５．０mmの短縮された軸移動を示している。通常、そのようなパラメータはＸ線撮像機から、観察と物理的計測によって得られる。
【００３１】
「左AP図（Left AP View）」，「左外側図（Left Lateral View）」，および「左軸図（Left Axial View）」と名付けられた、この発明の図形表現は非常に有役である。
それは、それらが使用者に、正しいパラメータが入力されたか否かについて即座にフィードバックするからである。左AP図（Left AP View）および左外側図（Left Lateral View）は特によく知られており、かつ、有効である。というのは、それらは、使用者がおそらく利用可能である一般のＸ線写真に対応するからである。図示した実施態様は、骨を円筒状の対象物として表し、遠位骨折片上の足を、対象物の自由端にノブを有する垂直円筒状対象物として表している。この発明の他の実施態様は、実際の解剖学上の姿や形を有する骨を表す。そのような表現は、入力されたデータや生成された解の正しさを証明する手段をさらに使用者に与えるために役立つことができる。ある実施態様では、実際の解剖学上の形状を用いることが全整合工程を通じて進められる。
さらに、ある実施態様では、筋、皮膚、管、動脈および神経のような、しかしこれらに限定されない柔軟組織が図で表される。
【００３２】
図１３は、その場合に使用される固定エレメント、つまり、リングと、支柱とを選択するために用いる入力画面を表す。リングと支柱は在庫品であるので、プルダウンメニューが与えられ、それによってのみ使用者は限られた数の在庫品から選択することができる。
これによって、誤りの可能性が減少し、整合精度が向上する。図示された実施態様では、遠位リング(Distal Ring)および近位リング(Proximal Ring)は共に１８０mmリングである。選択された支柱は標準の中型支柱(Standard Medium Struts)であり、１１６mmと１７８mmの間で調整できる。
【００３３】
図１４は、使用者がフレームの第１固定エレメント、つまり参照リングを第１骨折片に搭載した、又は搭載する方法を選択する入力画面である。これはまた、使用者が作動モードつまり、合計残余モード、慢性モード又は残余モードを規定する画面である。
上述したように、残余および慢性の解は、一般的に当該分野で公知であり、中立のフレームへ行くか中立のフレームから来ることを要求する。従って、残余および慢性モードのために、中立フレームの高さ又は中立支柱の長さが規定されなければならない。
合計残余モードは、（屈曲フレーム／屈曲骨）の情況を含むどのような情況においても、骨折片を整合させるのに有役である。原点が第１骨折片の骨折端の中心として規定され、フレームの位置がその原点に対して規定される。
フレームの第１固定エレメント上の参照点は、外側およびAP観察用の固定エレメントの中心と、軸が原点に最も近い第１固定エレメントのエッジと、回転フレーム角に対してマスタータブを固定エレメントの中心に規定する平面である。調整はまた、APと外側に非直交的に搭載することに対して修正するために与えられる。示される例では、APオフセット又は角形成はなく、外側非直交角形成はなく、原点より後方に２０．０mmのフレームオフセットがある。
軸については、フレームの回転角形成はないが、原点より近位に１００．０mmのフレームオフセットがある。
変形の定義については、搭載された第１固定エレメントと第１骨折片の画像表示が、使用者がデータの適当な入力をチェックできるように提供される。
前述のステージへデータを入力することによって、第１固定エレメントと第１骨折片がコンピュータに記憶される。
【００３４】
図１５は初期フレーム支柱の長さの入力画面を示す。通常、これらの支柱長さは、第２固定エレメントが第２骨折片に結合された後に６本の支柱から読み取られる。図示される例では、支柱１は１２２mm、支柱２は１４０mm、支柱３は１４７mm、支柱４は１３２mm、支柱５は１７８mm、支柱６は１５０mmの長さを有するように観察された。入力されると、プログラムは固定と骨折片の図を表示するので、使用者はプログラムに入力されたデータを確かめることができる。
【００３５】
図１６は図１５で生成された左AP図（Left AP View）の拡大図である。この発明の或る実施態様では、そのような拡大図は、選択することによって図１５の図の各々に対して利用可能である。
このデータが入力されることにより、第１固定エレメントと第１骨折片の相対的な位置が、コンピュータに格納される。さらに、第１〜第６の長さ調整可能支柱の第１と第２端部の第１および第２固定エレメントに対する結合位置が各々、固定装置の方位が第２固定エレメントと支柱の配置によって規定された後に、格納される。
第１固定エレメントと第２固定エレメントの格納された位置の間の空間的な結びつきは、共通座標システム上に２つのエレメントの位置を格納することによって成し遂げられる。
【００３６】
最終フレーム、つまり、空間的な結合と整合に対する解の結果は図１７に示される。この例では、結果として得られる支柱長さは、支柱１（strut１）が１２２mm、支柱２（strut２）が１６１mm、支柱３（strut３）が１７６mm、支柱４（strut４）が２１１mm、支柱５（strut５）が２４１mm、そして支柱６（strut６）が１３６mmである。図示した結果に到達するために、発明の実施態様は、第１骨折片の格納された位置のコンピュータ生成表示と第２骨折片の格納された位置のコンピュータ生成表示とを整合する。
空間的な結びつきと整合は、コンピュータ支援処理プログラムの使用によって少なくとも一部において可能となる。例えば、従来技術には、スチュワートプラットホームの１つの固定エレメントをそのプラットホームの他の固定エレメントに対して変換して各固定エレメントに結合される骨折片の整合を行うための式が存在する。
スミスアンドネフューの米国特許第5,971,984号および多くのスチュワートプラットホーム操作アルゴリズムは、そのような変換式を与える。しかしながら、式を解くためには、両固定エレメント用の座標が知られなければならない。（屈曲フレーム／屈曲骨）の状況では、固定エレメントに結びついて骨の骨折片を整合させる受け入れ可能な方法が、以前には存在しなかった。コンピュータ支援処理プログラムは、支柱の長さが既知のスチュワートプラットホームの第２固定エレメントに対して第１固定エレメントの座標を与えるために使用できる。従って、コンピュータ支援処理システムにおいてスチュワートプラットホームのモデルを作ることによって支柱長さを知ることは、両固定エレメントの相対的座標を知ることと均等になる。第１固定エレメントおよび第２固定エレメントの座標と、フレームパラメータ、変形パラメータおよび搭載パラメータが与えられると、既知の変換方程式が或る実施態様において用いられ、骨折片を整合させるに必要な支柱長さを決定する。
他の実施態様では、骨折片の図形を処理することによって整合を行うことができる。図１７に示されるような最終フレーム支柱長さを解くさらに特定の例は、図２２〜２８に関連して以下に与えられる。
【００３７】
コンピュータ支援処理プログラムにおける最近の改良によって、プログラムが第１および第２固定エレメントと全６本の支柱との両方を同時に追跡できるようになった。
そのようなコンピュータ支援処理プログラムを用いることによって、予め適用された変換式を直接使用することが無視されるかも知れない。従って、これらの改良プログラムは、使用者の介入をほとんど必要とせずに、構造の図形操作や測定を可能にした。
【００３８】
支柱長さはまた、試行錯誤又は類似の反復方法を用いるために解かれてもよい。
試行錯誤法を行うことは、骨がフレーム上に搭載される方法を規定するパラメータが不変で正しいという仮定と共に始まる。実際の屈曲したフレームの支柱の長さが達成されるまで、変形パラメータは残りのモードの修正の既知の数式、つまり変換式に置換される。
適正な置換が見出された場合、骨が残余の修正によって修正されたときには、実際の屈曲フレームの支柱長さと骨の変形パラメータは既知である。
しかしながら、置換された変形パラメータが実際の変形パラメータが実際の変形パラメータでないので、実際の骨の残余の修正によって修正されないだろう。
実際の変形を決定するためには、他の組のＸ線写真をとらなければならない。Ｘ線写真で観察された実際の変形パラメータは、置換によって得られた変形パラメータから差し引かれる。結果として生じる変形パラメータは、残余修正モードにおいて数式に置換され、最終的な支柱の設定が出力される。その数式は、コンピュータプログラムの中で具体化される。
【００３９】
支柱の長さは、第１および第２骨折片が整合されたときに、図１７の出力の中に与えられる。
さらに、解が図によって表示されるので、使用者は整合の経過と精度をチェックすることができる。図１８は、図１７で生成された「左側図（Left lateral View）」の拡大図である。この発明の或る実施態様では、このような拡大は、図を選択することによって図１７の各図に対して利用可能である。
【００４０】
図１９〜２１は、１０日間にわたって骨折片を整合するための処方を示している。整合の速度は、与えられた時間内に動かされる或る距離を越えないように調整されるか、又は与えられた時間内に完了するように設定されることが可能である。整合速度を決定するのに重要とされることの多い要因は、整合中に神経、管、筋、皮膚、動脈又は他の組織のような、危険な状態にある組織が存在するか否かである。危険な状態にある組織とは、速すぎる整合によって損傷をうける組織である。従って、整合速度は状況に応じて制御される。
【００４１】
この発明の実施態様は、整合を行う速度を制御することによって危険な状態にある組織を守ることができるのみならず、整合を行うためにたどる道を制御することができる。危険な状態にある組織上のストレスを最小にする道が選ばれる。また、使用者は、第１骨折片の骨折端が整合完了の直前まで第２骨折片の骨折端に接触しないように骨の骨折片を移動させる道を特定することができる。「直前」という用語は、修正の期間の後の部分を意味する。例えば、骨の骨折片には、それらの端が互いに接触して端に損傷を潜在的に与えることを防止する道が予定される。しかしながら、整合が完了に近づいた時、骨の骨折片は骨を適切にいやすために接触させることが必要になる。
他の実施態様では、骨の端は、最初に適所に持っていかれて回転させられ整合期間中に接触を維持する。
【００４２】
図２０は、整合の経過を図で表す拡大図の例を示す。そのような図は（図１９）に示される処方箋の右端の「View」欄を選択することによって整合の各日に対して利用可能である。この特徴は経過と精度をチェックするために有役である。
【００４３】
この発明の或る実施態様において、図１５と１７に示されるようなフレームの形態および「View」を選択することによって利用可能な経過画像は、ピンやワイヤのような結合構造が整合の進行中に支柱や固定エレメントに干渉しそうか否かを決定するのに有役である。画像を目で見ることは、或る情況における干渉を決定するのに有役である。さらに、この発明のある実施態様では、ピンやワイヤ自体がモデル化されて追跡されてもよい。
【００４４】
脚注「ａ」と「ｂ」（図１９と２１）は、支柱が物理的に限界を越えて長くなるか短くなることを必要とする支柱により、支柱が変化しなければならないときを表す。
この発明のある実施態様では、固定装置の形態と支柱の選択は、プログラム自体によって最適化される。例えば、手術前又は手術中の計画の進行中に、提案された整合が決定され、整合が行われる前に支柱パラメータを越えることになると、第２固定エレメントの配置を変えて支柱の変換を回避することができる。このような実施態様は交換支柱の追加コストを回避する。
【００４５】
図２２−２８は、骨折した骨の骨折片に結合可能な整形外科固定装置を形成する方法の観点を示す。このような方法は骨折片を整合させるに必要とする調整を決定するのに有役である。図２２〜２５と２６〜２８はそれぞれこの発明の実施例を実施する２つの方法を示している。上述したように、使用者は、フレームパラメータ、搭載パラメータ、および、支柱の設定を入力して、３次元空間で固定装置と骨折片とを仮想的に表すことができる。発明の或る実施態様では、固定装置と骨折片の表現は、コンピュータ内に格納されたデータによって行われる。
【００４６】
既知の固定エレメントと骨折片の画像に関する情報（例えば、フレームパラメータ、搭載パラメータおよび支柱設定）により、固定エレメントと骨折片の画像間の空間的関連が決定可能である。このような結定は、デカルト座標システムと固定装置部品の結合構造を用いるか、又はコンピュータ支援処理プログラムにおけるようにエレメントを図形で表すことにより、数値的に行われることが可能である。図２２は、３次元空間内に表され互いに空間的に結合した第１固定エレメント１０、第２固定エレメント２０、および第１骨折片１１の画像を示す。
図２３に示すように、さらにこの発明のこの実施態様は、近位のＵ継手１ａ〜６ａを有する第１固定エレメント１０と、遠位のＵ継手１ｂ〜６ｂを有する第２固定エレメント２０との画像に関する。従って、第１固定エレメント１０と近位Ｕ継手１ａ〜６ａのデカルト座標は、搭載パラメータから決定可能である。次に、支柱設定を知り、そして、変換式を用いるか、又はコンピュータ支援処理プログラムにおいてモデル化することによって、遠位のＵ継手１ｂ〜６ｂのデカルト座標が決定可能である。第１固定エレメントとそれらの各Ｕ継手との間に一定の所定の空間関係があるので、Ｕ継手の位置を追跡することは、固定エレメントの位置を追跡することに等しい。
【００４７】
図２４は、第２固定エレメント２０（図２２）を備える外部固定装置の他の表現されたエレメントと空間的に結合する第２骨折片２１の画像を示す。入力変形パラメータは、第２骨折片２１の結合を可能にする。
空間的な結合もまた、第１骨折片１１と第２骨折片２１の画像間で行われる。
【００４８】
図２５は第２骨折片２１の画像に空間的に結合される第２固定エレメント２０の画像を示す。第２骨折片２１の画像を変換して第１骨折片１１の画像に整合させ、第２固定エレメント２０の画像を第２骨折片２１の画像と共に働くように追跡することによって、第２固定エレメント２０の新しい座標が決定され得る。
【００４９】
第１および第２固定エレメント１０と２０の画像の空間的結合は、図示されるこの発明の実施態様において知られているので、デカルト座標が、固定エレメントおよび結合されたＵ継手のために導かれることが可能となる。
この発明の或る実施態様において、コンピュータ支援処理プログラムが、これらの座標を決定するために用いられる。その座標は、骨の変形についてのデータと、支柱１〜６が骨折片を整合するために調整されなければならない量を決定する既知の変換式とに関連して使用されてもよい。
変換式は、事実上、第１固定エレメント１０と第２固定エレメント２０の画像の空間的に結合された位置を追跡して骨の骨折片の整合を行う支柱長さを与える。
【００５０】
第１骨折片１１と第２骨折片２１の仮想画像の整合は、コンピュータ支援処理プログラムによって表される画像を操作するようにして骨折片の仮想画像を整合することにより行われてもよい。
【００５１】
さらに別の例では、第１骨折片１１の先端と基端の点によって規定される直線に沿って設置される第１骨折片１１を考える。第１固定エレメント１０は、第１骨折片がそれに沿って設置される直線に対して空間的に結合される。同様に、第２骨折片２１は、骨折片の基端と先端の点で規点される直線によって設置されるように規定されてもよい。第２固定エレメント２０は、第２骨折片がそれに沿って設置される直線に対して空間的に結合されてもよい。コンピュータ支援処理プログラムは、固定エレメント間の支柱長さが与えられるとき、第１固定エレメント１０と第２固定エレメント２０の相対位置を確立するために使用されてもよい。第１骨折片１１と第２骨折片２１の画像を整合させるために、第２骨折片２１の基端は第１骨折片１１の先端に一致するように仮想的に動かされる。第２骨折片２１の先端は、その先端が第１骨折片１１によって規定される直線上に配置されるまで、第２骨折片２１の基端の周りを回転してもよい。
第２骨折片２１を動かすために必要な変換の距離、方向、回転が、第２固定エレメント２０に適用される。このタイプの変換は、機械的に、又はコンピュータ支援処理プログラムによって表示される画像を操作することによって行うことができる。なお、本願の従来技術において、これらの変換は固定エレメントおよび支柱について可能ではなかった。というのは、第２固定エレメント２０の第１固定エレメント１０に対する位置が、フレームが中立フレームでないと決定されないからである。第１固定エレメント１０に対して知られた、変換された第２固定エレメント２０により、支柱の長さは数学的に又は図形的に容易に決定可能である。
【００５２】
図２６〜２８は、この発明の実施態様において、整合を行う他の方法を示す。図２６は、第１固定エレメント１０、第２固定エレメント２０、第１骨折片１１、および第２骨折片２１の画像を示す。前の実施態様におけるように、固定エレメントと骨折片は仮想的に表現されるかモデル化され、使用者によって与えられるフレームパラメータ、搭載パラメータ、および支柱設定に基づいて互いに結合される。しかしながら、整合の他の方法が、図２７と２８に示される。エレメントと骨折片のすべてが、モデル化され、固定装置１００は仮想的に中立フレーム（図２７）に戻ることができる。固定エレメントと骨折片は、仮想的に追跡され続ける。仮想変形パラメータが観察される。
図１５に示すような、AP図(AP View)、外側図(Lateral View)、軸図(Axial View)のような一般の臨床図が仮想骨折片において観察され、仮想変形パラメータを決定する。次に、仮想変形パラメータは、既知の変換式に用いられ、図２８に示されるような整合用の支柱長さを決定する。他の方法としては、仮想変形パラメータが決定されると（図２７）、「合計残余」ではなく「残余」が作動し、骨折片の整合に必要な最終的な支柱設定を決定することができる。
【００５３】
この発明の実施態様では、骨折片が移動する道が特定され、整合の好ましいモードが上述のように行われてもよい。
ここで特に詳述したこの発明の実施態様は、
【００５４】
６本の支柱リング外部固定構造を備えるが、この発明の装置と方法は多くのタイプの外部固定装置に適用可能であることに留意することが重要である。スミス  アンド  ネフューインコーポレイテッドのスチュワートプラットホームに基づく外部固定装置の多くの変形が、前述の引用することによって取り込まれた特許や文献の中に記載されている。この発明の方法や装置は、単一の部分的なリング、少数の支柱を有するか、又は外部固定装置から分離して組み込まれるか組み立てられたクランプとバー構造を備えるこれらの変形に有役である。この発明と装置と方法は、片側整形外科外部固定装置を形成する場合に同じく有役である。そのような種々の片側装置は、米国特許第５，７０２，３８９号の図２８と２９に示されている。示された装置はまた、６支柱のスチュワートプラットホームを組み込んでいる。
しかしながら、この発明の請求の範囲の中の片側整形外科用外部固定装置は、必ずしもスチュワートプラットホームを備えていない。この発明の請求の範囲の装置は、今までに詳述した装置の移行や回転の程度の一部又は全部を装置に模倣させる調整の組合せを備える。
【００５５】
図２９は、使用者にデータを供給して整形外科固定装置１００を調整するようにプログラムされたデジタルコンピュータ装置を示す。中央処理ユニット２２が示され、電気的にマザーボード２３に結合されている。中央処理ユニット２２は、プログラムの指令を実行する。モニター２４はまた、電気的にマザーボード２３に結合されている。モニター２４は固定装置１００の画像を表示する。ＲＡＭ装置２５は電気的にマザーボード２３と結合されている。
ハードディスクドライブ２６は電気的にマザーボード２３に結合されている。取りはずし可能なメディアディスクドライブ２７は電気的にマザーボード２３に結合されている。
ＲＡＭ装置の各々、ハードディスクドライブ２６、および取りはずし可能なメディアディスクドライブ２６、および取りはずし可能なメディアディスクドライブ２７は、整形外科用固定装置を調整する動作を可能にするプログラム指令を格納することができる。この発明の或る実施態様では、２つ以上の中央処理ユニット２２、マザーボード２３、モニター２４、ＲＡＭ装置２５、ハードディスクドライブ２６、および取りはずし可能なメディアディスクドライブ２７が、単一の構成要素に一体化されてもよい。そのような構成要素はワンチップシステムと呼ばれる。
【００５６】
図２９のデジタルコンピュータ装置によって実行される指令は、上記装置と方法の実施態様と一致する。デジタルコンピュータ装置は、図３に示されるコンピュータシステム２０１のような単一のコンピュータシステムであってもよい。また、デジタルコンピュータ装置は、ネットワーク２０３を介して接続されたコンピュータシステム２０１と２０２のような２つ以上のコンピュータシステムであってもよい。
【００５７】
この発明の他の実施態様は、骨折した骨の骨折片に結合され得る整形外科用固定装置を形成する方法を特定するデータをコンピュータに提供させる指令を含むプログラム記憶装置２８（図２９）である。
プログラム記憶装置２８に格納される指令は、上記装置と方法の実施態様に一致する。
【００５８】
この装置の実施態様の他の使用は、関節拘縮や、関節の運動又は接合のような他のものである。患者が関節の近くにおいて経験する外傷、萎縮やその他の異常がある例では、柔軟組織が損傷していることがある。
柔軟組織の損傷とは、筋肉、皮膚、腱、靱帯、軟骨等に対する損傷を含む。損傷の結果として、関節の十分な屈伸ができなくなることがある。
この発明の実施態様は、関節のいずれかの側の骨に固定エレメントを結合し、固定装置を用いて関節を中心に肢を曲げたり伸ばしたりすることに有役である。骨の整合に関して、固定エレメントを互いに別の部位に移動させる処方を作ることができる。関節の周りを移動させる実施態様では、関節の中立中心は、一般的に固定装置がそれを中心に動作する回転点として設定される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】整形外科用固定装置の斜視図である。
【図２】脛骨に結合された整形外科用固定装置の斜視図である。
【図３】コンピュータと共同する整形外科用固定装置のシステム図である。
【図４】整形外科用固定装置の仮想画像の斜視図である。
【図５】整形外科用固定装置の仮想画像の斜視図である。
【図６】整形外科用固定装置の仮想画像の斜視図である。
【図７】整形外科用固定装置の仮想画像の斜視図である。
【図８】簡明のためにいくつかエレメントを除去した整形外科用固定装置の仮想画像の斜視図である。
【図９】使用者がプログラムにログインできる場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１０】ケース情報が使用者によって入力される場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１１】変形の定義が使用者によって入力される場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１２】変形の定義が使用者によって入力される場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１３】固定装置のパラメータが使用者によって入力される場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１４】固定装置搭載パラメータが使用者によって入力される場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１５】初期フレーム支柱長さが使用者によって入力される場合にウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面である。
【図１６】ウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面であり、拡大された初期フレームのAP図を表示する。
【図１７】ウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面であり、最終フレーム支柱の長さと形態を表示する。
【図１８】ウェブブラウザー上で実施されるこの発明の実施態様を示す画面であり、拡大された最終フレームの側面図を表示する。
【図１９】ウェブブラウザー上で実施される発明の実施態様を示す画面であり、整合用の処方を表示する。
【図２０】ウェブブラウザー上で実施される発明の実施態様を示す画面であり、整合用の処方中の一点における固定装置、支柱および骨折片の仮想画像の拡大図を表示する。
【図２１】ウェブブラウザー上で実施される発明の実施態様を示す画面であり、整合用の処方を表示する。
【図２２】骨の骨折片の仮想画像を有する固定装置の仮想画像の斜視図である。
【図２３】簡明のためにいくつかのエレメントを除去した固定装置の仮想画像の斜視図であり、骨折片の仮想画像を有する。
【図２４】簡明のためにいくつかのエレメントを除去した固定装置の仮想画像の斜視図であり、２つの骨折片の仮想画像を有する。
【図２５】簡明のために追加エレメントを除去した図２４と同様の斜視図であり、結合を示す。
【図２６】固定装置の仮想画像の斜視図であり、２つの骨折片の仮想画像を有する。
【図２７】中立位置の固定装置の仮想画像の斜視図であり、２つの骨折片の仮想画像の斜視図であり、２つの骨折片の仮想画像を有する。
【図２８】固定装置の仮想画像の斜視図であり、整合された２つの骨折片の仮想画像を有する。
【図２９】デジタルコンピュータ装置のシステム図である。
【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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【国際調査報告】
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