(57)【要約】外科用ツールを解剖学的特徴部に対して正確に位置決めするために外科手術に用いられる案内ブロックが、患者の組織に直に締結できる固定部分と、ツールが患者の組織に対して適切に配置されるようにするよう外科用ツールに係合する少なくとも１つの構造的特徴部を備えた案内部分とから成る。案内部分は、固定部分に取り付けられる。案内ブロックは、固定部分に対する案内部分の位置を調節して固定部分に対する案内部分の位置を少なくとも２つの自由度で調節できるようにする少なくとも２つの駆動装置を有する。案内ブロックの固定部分は、中空のハウジングを有し、駆動装置は、ハウジング内に配置される。
2005535426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用ツールを解剖学的特徴部に対して正確に位置決めするための外科手術用案内ブロックであって、患者の組織に直に締結できる固定部分と、ツールが患者の組織に対して適切に配置されるように外科用ツールに係合する少なくとも１つの構造的特徴部を備えた案内部分とから成り、案内部分は、固定部分に取り付けられ、案内ブロックは、固定部分に対する案内部分の位置を調節して固定部分に対する案内部分の位置を少なくとも２つの自由度で調節できるようにする少なくとも２つの駆動装置を有することを特徴とする案内ブロック。
【請求項２】
固定部分に対する案内部分の位置を調節して固定部分に対する案内部分の位置を少なくとも３つの自由度で調節できるようにする少なくとも３つの駆動装置を有することを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項３】
案内ブロックの固定部分は、中空のハウジングを有し、駆動装置は、ハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項４】
案内ブロックは、固定部分から案内部分まで延びるコネクタシャフトを有し、コネクタシャフトは、それぞれ対応関係にある駆動装置によって固定部分に対して動かされ、それにより案内部分の位置が調節されることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項５】
固定部分は、ハウジングの外部から接近できる駆動装置の調節手段を有していることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項６】
構造的特徴部は、切断部の適切な位置合わせ具合を定めるよう刃と係合可能な案内面を有していることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項７】
構造的特徴部は、ドリルビットを挿入できる開口部を有していることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項８】
固定部分は、これを貫通して延びる少なくとも１つの開口部を有し、固定部分を患者の組織に固定するために締結具を前記開口部内に配置できることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項９】
固定部分は、これを貫通して延びる複数の開口部を有し、固定部分を患者の組織に固定するために締結具を前記開口部内に配置できることを特徴とする請求項８記載の案内ブロック。
【請求項１０】
駆動装置は、固定部分及び案内部分のうちの一方に設けられた少なくとも１本の螺設シャフト及び固定部分及び案内部分のうち他方に設けられていて、螺設シャフトを受け入れることができる螺設ボアを有し、固定部分に対する案内部分の位置は、シャフトをボアに対して回転させることにより調節できることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項１１】
駆動装置は、シャフトとボアの相対回転を生じさせるよう手動係合可能なノブを有していることを特徴とする請求項１０記載の案内ブロック。
【請求項１２】
シャフトとボアの相対回転を生じさせる電気モータを有していることを特徴とする請求項１０記載の案内ブロック。
【請求項１３】
案内部分に連結できる可撓性駆動シャフトを有し、前記可撓性駆動シャフトにより、回転運動を遠隔場所から案内部分に与えてシャフトとボアの相対回転を生じさせることができることを特徴とする請求項１０記載の案内ブロック。
【請求項１４】
案内部分に対して固定される少なくとも１つの位置表示器及び位置表示器の所在場所を追跡して基準点に対する案内部分の位置を求めることができるようにする少なくとも１つの位置モニタを有していることを特徴とする請求項１記載の案内ブロック。
【請求項１５】
外科手術に用いられる駆動システムであって、請求項１４記載の案内ブロック及び駆動装置に接続されていて、案内部分が固定部分に対して動くようにするよう駆動装置に送られる位置信号を発生させる信号発生器を有していることを特徴とする駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、外科用ツールを正確に位置決めするよう外科手術、特に整形外科手術に用いることができる案内ブロックに関する。
【０００２】
外科手技の実施中、ツールを正確に位置決めするために一般に外科用器具が用いられている。人工関節（単に「プロテーゼ」という場合がある）の植込みを含む整形外科手技では、これは、プロテーゼの正確な位置合わせ具合を保証する上で重要な場合がある。例えば、一般に、プロテーゼを植え込む手技の際に患者の生まれつき備わっている骨を切除することが必要であり、プロテーゼの信頼性のある性能を発揮するには、骨を正確に切除することが必要である。
【０００３】
ツールの正確な配設場所は、案内ブロックによって達成できる。これは、ツールと係合可能な１以上の構造的特徴部を含む場合がある。案内ブロックは、患者の骨に締結され、ツールを構造的特徴部に対して位置決めできるようにし、かかる構造的特徴部は、ツールを位置決めするための基準点をもたらすことができる。例えば、ツールがのこぎりである場合、構造的特徴部は、スロットを備えた表面又は１対の表面であるのがよく、のこ刃を表面に当てて動かす。ツールがドリルである場合、構造的特徴部は、ドリルビットを挿入できる開口部を有するのがよい。
【０００４】
案内ブロックがツールの正確な配設場所を提供できるようにするため、案内ブロックの構造的特徴部を患者の解剖学的特徴部に対して正確に位置決めすることが極めて重要である。構造的特徴部の所望の配設場所は、術前計画中、患者の解剖学的構造の画像に対して決定できる。これは又、術中であっても露出された骨に基づいて決定できる。患者の骨への案内ブロックの固定は一般に、あらかじめ穴あけされた穴の中に挿入できる骨用スクリュー又はピン、或いはこれら両方を用いて達成される。しかしながら、特に安定化器具、例えば足根関節クランプが無い場合、骨用スクリューの適切な配設場所を求めることが困難な場合があり、骨スクリューの位置決めが不正確であると、案内ブロックの位置決めが不正確になり、したがって関連の構造的特徴部の位置決めも不正確になる。
【０００５】
本発明は、固定部分及び駆動ユニットによって固定部分に対して動くことができる案内部分を有する案内ブロックを提供する。
【０００６】
したがって、本発明は、一特徴において、外科用ツールを解剖学的特徴部に対して正確に位置決めするために外科手術に用いられる案内ブロックであって、患者の組織に直に締結できる固定部分と、外科用ツールが患者の組織に対して適切に配置されるようにするよう外科用ツールに係合する少なくとも１つの構造的特徴部を備えた案内部分とから成り、案内部分が固定部分に取り付けられ、案内ブロックが、案内部分に対する固定部分の位置を調節できる少なくとも１つの割出し駆動装置を有していることを特徴とする案内ブロックを提供する。
【０００７】
本発明の案内ブロックは、患者の組織への案内ブロックの固定とは別個独立に、外科用ツールに係合する構造的特徴部を位置決めできるという利点がある。案内ブロックの固定部分を第１の段階で患者の組織に固定でき、その位置決めの不正確さは、次に行う駆動装置を用いた固定部分に対する案内部分の運動により修正できる。これは、患者の骨又は他の組織への案内ブロックの固定を大幅に単純化するという利点がある。案内ブロックは又、患者の解剖学的構造上のランドマークに対する案内ブロックの構造的特徴部の位置決めの際に著しく高い精度をもたらすことができる。
【０００８】
本発明の案内ブロックでは、構造的特徴部は、切断部の適切な位置合わせ具合を定めるよう切断ツール、例えば刃と係合可能な案内面を有するのがよい。案内面が平らである場合、これは切断平面を定めることになる。しかしながら、これは、湾曲していてもよく、或いは平らでなくてもよく、したがって、患者の組織は湾曲した線に沿って切断される。また、これは交差する場合があるが、そのようにする必要はない別々の切断線を定める２つの部分を有してもよい。構造的特徴部は、１対の密に間隔を置いた案内面を有するのがよく、刃を挿入できるスロットがこれら案内面相互間に形成されている。
【０００９】
構造的特徴部は、ドリルビットを挿入できる開口部を有してもよい。案内ブロックの案内部分は、ドリルビットのための２以上の開口部、例えば２又は３つの開口部を備えるのがよい。本発明の案内ブロックをこのように用いると、例えばスクリューにより患者の骨又は他の組織に締結されるインプラント又は別の外科用ツールの位置を正確に定めることができる。
【００１０】
案内ブロックの固定部分は、少なくとも１つの締結具、一般に２又は３つの締結具により患者の骨又は組織に締結できる。適当な締結具としては、例えば、ピン又はスクリューが挙げられる。したがって、固定部分は、これを貫通して延びる少なくとも１つの開口部、好ましくは複数の開口部を有することが好ましく、固定部分を患者の組織に固定するために１以上の締結具をかかる開口部内に配置することができる。
【００１１】
好ましくは、案内ブロックの固定部分は、中空のハウジングを有し、駆動装置は、ハウジング内に配置される。好ましくは、案内ブロックは、固定部分から案内部分まで延びるコネクタシャフトを有し、コネクタシャフトは、それぞれ対応関係にある駆動装置によって固定部分に対して動かされ、それにより案内部分の位置が調節される。好ましくは、固定部分は、ハウジングの外部から接近できる駆動装置の調節手段を有する。例えば、駆動装置は、外部に取り付けられたノブにより調節され、或いは、ハウジングは、空気圧制御装置用のコネクタ又は外部機械的駆動装置に係合するコネクタを有する。ハウジングは、これを貫通して延びる開口部を有するのがよく、かかる開口部は、ハウジングを骨に締結できるようにする締結具（例えば、スクリュー又はピン）を受け入れることができる。変形例として、ハウジングは、ハウジングを骨に締結できるクランプを有してもよい。
【００１２】
好ましくは、駆動装置は、固定部分及び案内部分のうちの一方に設けられた少なくとも１本の螺設シャフト及び固定部分及び案内部分のうち他方に設けられた螺設ボアを有する。螺設シャフトを螺設ボアに入れ、シャフトをボアに対して回転させることにより固定部分に対する案内部分の位置を調節できるようにするのがよい。一般に、シャフトを固定部分及び案内部分のうちの一方にシャフトをその部分に対して回転できるような仕方で締結し、そして螺設ボアを固定することが好ましい。シャフトは、互いに協働するリブと溝により固定できる。例えば、シャフトは、その周囲に沿ってぐるりと延びる溝を有するのがよく、固定部分又は案内部分に設けられたリブがこの溝の中に突き出る。溝をシャフトの２つの部分によって構成してもよく、これらシャフトの２つの部分は、互いに組み付けられると、対向した表面を構成し、これら表面は、これらの間でリブに係合することができる。シャフトの一方の部分は、シャフトの他方の部分に設けられたボア内に受け入れられるスクリューであるのがよい。
【００１３】
駆動装置は、例えば流体送出しライン及びリザーバを用いて空気圧で動作することができ、流体の量又は流体の圧力をかかるリザーバ内で調節して固定部分及び案内部分の相対的位置を変えることができる。
【００１４】
駆動装置は、シャフトとボアの相対回転を生じさせるよう手動係合できるノブを有するのがよい。
【００１５】
案内ブロックは、案内部分に連結できる可撓性駆動シャフトを有するのがよく、可撓性駆動シャフトにより、回転運動を遠隔場所から案内部分に与えてシャフトとボアの相対回転を生じさせることができる。例えば、回転運動は、外部モータにより提供できる。回転運動は又、手動で提供され、駆動シャフトによって案内ブロックに伝達される。
【００１６】
一般に、案内ブロックは、固定部分に対する案内部分の位置を調節して固定部分に対する案内部分の位置を少なくとも２つの自由度で調節できるようにする少なくとも２つの駆動装置を有することが好ましい。案内ブロックは、固定部分に対する案内部分の位置を３以上の自由度で、例えば４又は５の自由度で調節できるよう少なくとも３つの駆動装置を有することが特に好ましい場合が多い。
【００１７】
案内ブロックは、シャフトとボアの相対回転を生じさせる電気モータを有するのがよい。モータを案内ブロック、例えば固定部分内に設けるのがよい。変形例として、モータは、案内ブロックの外部に位置していてもよい。モータから案内ブロックへの駆動力は、適当な駆動シャフトコネクタによって得ることができる。
【００１８】
好ましくは、案内ブロックは、案内部分に対して固定される少なくとも１つの位置表示器及び位置表示器の所在場所を追跡して基準点に対する案内部分の位置を求めることができるようにする少なくとも１つの位置モニタを有する。案内ブロックは好ましくは、案内部分の位置及び向きを正確に決定できるように３つ（又はそれ以上）の位置表示器を有する。外科手技に用いることができる位置表示器は、公知である。適当な位置表示器としては、反射及び発光表示器である受動式表示器、例えば、１以上の発光ダイオードから成る表示器が挙げられる。１以上の位置表示器を備えた案内ブロックが、位置表示器からの信号を検出し、基準座標系に対する案内部分の位置及び（又は）向きを求めることができる位置検出器を有するシステムに利用可能である。好ましくは、このシステムは、患者の存在場所及び（又は）向きを求めることができる信号を出力する位置検出器を更に有する。
【００１９】
案内ブロックは、これ又、駆動装置に接続されていて、案内部分が固定部分に対して動くようにするよう駆動装置に送られる位置信号を発生させる信号発生器を有する外科手術用駆動システムの一部として提供できる。
【００２０】
本発明の案内ブロックは、外科手術に用いられる器具及びプロテーゼコンポーネントの正確な位置決めが極めて重要である整形外科手術に利用される。例えば、本発明の案内ブロックを用いると、切除段階のために解剖学的特徴部に対し、特に骨の上にのこぎりを配置することができる。例えば、かかる案内ブロックを用いると、人工膝関節の植込みの際に脛骨の切除のための平面の配設場所を定めることができる。この手技では、案内ブロックは、のこ刃を当てる表面、特にスロットを構成する１対の表面を有するであろう。案内ブロックは、例えば案内ブロックの固定部分に設けられた固定用穴を通る３本の骨用スクリューによりあらかじめ識別された解剖学的ランドマークに対してほぼ正確な位置で脛骨に締結される。案内ブロックは、案内部分の位置を固定部分に対して調節できるようにする３つの駆動装置を有する。第１の駆動装置は、案内部分の前後方向傾斜度を調節できる。第２の駆動装置は、案内部分の内外方向傾斜度を調節することができる。第３の駆動装置は、所望の軸線、例えば本質的に患者の解剖学的軸線に沿う案内部分と固定部分との間の間隔を調節することができる。
【００２１】
本発明の案内ブロックは好ましくは、例えば外科用器具に従来用いられている金属材料で作られる。適当な材料の例としては、或る幾つかの種類のステンレス鋼が挙げられる。  
【００２２】
次に、添付の図面を参照して本発明の実施形態を例示として説明する。
【００２３】
図面を参照すると、図１は、固定部分４と案内部分６とから成る案内ブロック２を示している。固定部分４は、これを貫通して延びる３つの穴８を有し、これら穴を介して骨用スクリューにより固定部分を患者の脛骨に固定できる。外科手技の術前計画段階で識別された解剖学的ランドマークを参照して、案内ブロックの固定部分を脛骨に固定する位置又は場所を決定することができる。
【００２４】
案内ブロックの案内部分６にはスロット１０が設けられている。スロットは、案内部分を貫通していて、スロットに挿入された刃が案内部分を貫通することができ、そしてかかる刃を用いて案内ブロックが固定されている骨を切断することができるようになっている。スロットは、刃が既存の切断ブロックの場合のように滑り嵌め関係をなすよう寸法決めされる。
【００２５】
切除平面の配設場所及び向きは、患者の骨に対するスロット１０の位置によって定められる。これは、切断ブロックの案内部分６を固定部分４に対して動かすことにより調節できる。
【００２６】
固定部分には３つの操作ノブが設けられている。これら操作ノブは各々、固定部分に対する案内部分の場所及び向きを調節するよう使用できる駆動装置の一部をなす。
【００２７】
第１のノブ１２が、案内部分の前後方向傾斜度を調節するために用いられる。第２のノブ１４が、案内部分の内外方向傾斜度を調節するために用いられる。第３のノブ１６が、本質的に患者の解剖学的軸線に沿う案内部分と固定部分との間の間隔を調節するために用いられる。
【００２８】
駆動装置の遠隔操作は、案内ブロックの案内部分に連結された可撓性駆動シャフトを用いて達成できる。例えば、６角形雌型部分を備えた駆動シャフトを案内ブロックの固定部分に設けられた６角形受け口に嵌め込むのがよい。駆動シャフトを案内ブロックから離れたところで手動操作できる。変形例として、駆動シャフトをモータにより遠隔駆動してもよい。
【００２９】
図２は、図１に示す案内ブロックと類似した案内ブロックを示している。しかしながら、案内部分６に対する固定部分４の運動を制御するためのノブ１２，１４，１６を設ける代わりに、案内ブロックは、３つのモータ２２，２４，２６を有している。信号を信号発生器からモータに送ってモータが案内ブロックの案内部分を動かすようにする。
【００３０】
案内部分は、３つの位置表示器３０を更に有している。位置表示器は各々、外科手技で用いられるナビゲーションシステムで使用可能なものとして知られているアレイ状に配列された発光ダイオードを有するのがよい。他の位置表示器も知られている。
【００３１】
図２に示す案内ブロックは、骨の存在場所及び向きに関する情報を作成できるよう患者の骨に固定できる位置表示器（図示せず）を有するコンピュータ支援外科用ナビゲーションシステムの一部として用いられる。このシステムは、位置表示器からの信号を検出できる位置検出器３２を更に有している。位置検出器を用いて位置表示器から得られたデータを用いると、コンピュータ３４の使用により骨及び案内部分の位置に関する情報を作成することができる。コンピュータは、モータ２２，２４，２６のための駆動信号を発生させることができる信号発生器３６を更に有している。案内部分が骨に対し適切に配置され又は差し向けられていないことが判定されると、信号発生器により信号をモータ２２，２４，２６に提供することによりその位置及び（又は）向きを調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】人工膝関節を植え込むための外科手技において脛骨切除平面の位置を定めるために使用できる本発明の案内ブロックを示す等角図である。
【図２】本発明の案内ブロックの別の実施形態の等角図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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