(57)【要約】軸線を位置決めする操縦器具であって、その軸線に基づくかそれとの関連において整形外科処置を行うようになっている器具は、上側部分と下側部分を有する柱状部材を備えている。下側部分は骨に取り付けることができる。上側部分と下側部分は、それらの結合平面に垂直な軸線のまわりに互いに回転し得るように、それらの結合面を互いに接触させた状態で互いに結合させてある。操縦器具は貫通する穴を有するガイドも備えている。そのガイドは、柱状部材の上側部分に対して横に広がってそれに対して動くことができるように柱状部材の上側部分に取り付けてあって、ガイドを柱状部材の上側部分に取り付けてある点と穴との距離を変化させる。
2005520594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を位置決めする操縦器具であって、その軸線に基づくかそれとの関連において整形外科処置を行うようになっている器具において、
ａ．上側部分と下側部分から成る柱状部材であって、下側部分は骨に取り付けることができ、上側部分はその結合平面を画定する結合面をその下端に有し、下側部分はその結合平面を画定する結合面をその上端に有し、上側部分と下側部分はそれらの結合平面に垂直な軸線のまわりに互いに回転し得るようにそれらの結合面が互いに接触した状態で互いに結合し、結合平面に垂直な軸線は上側部分の軸線と下側部分の軸線とに非平行である柱状部材と、
ｂ．貫通する穴を有するガイドであって、柱状部材の上側部分に対して横に広がると共にその上側部材に対して動くことができるようにその上側部分に取り付けることにより、ガイドを柱状部材の上側部分に取り付けてある点と穴との距離を変化させるガイドと、
を備えている器具。
【請求項２】
ガイドは貫通する少なくとも第１の穴と第２の穴を有するプレートから成り、そのプレートを柱状部材の上側部分に取り付けてある点から第１の穴までの距離が、プレートを柱状部材の上側部分に取り付けてある点から第２の穴までの距離よりも大きくなっている請求項１に請求の器具。
【請求項３】
プレートは貫通する複数の穴を有し、これらの穴はプレートを柱状部材の上側部分に取り付けてある点のまわりの螺旋状の線の上に整列させてある請求項２に請求の器具。
【請求項４】
ガイドは、それを柱状部材の上側部分に取り付けてある点を中心として柱状部材の上側部分に対して回転することができる請求項１に請求の器具。
【請求項５】
ガイドを柱状部材の上側部分に対して回転させるモータを備えている請求項４に請求の器具。
【請求項６】
柱状部材の上側部分を柱状部材の下側部分に対して回転させるモータを備えている請求項１に請求の器具。
【請求項７】
柱状部材の下側部分を骨に取り付けることができるコネクタを備えている請求項１に請求の器具。
【請求項８】
コネクタは、柱状部材の下側部分の軸線を中心として柱状部材の下側部分を骨に対して回転させることができる請求項７に請求の器具。
【請求項９】
柱状部材の下側部分を骨に対して回転させるモータを備えている請求項８に請求の器具。
【請求項１０】
器具を患者の骨に対して位置決めすることができる少なくとも１つの印を備えている請求項１に請求の器具。
【請求項１１】
軸線を位置決めする操縦装置であって、その軸線に基づくかそれとの関連において整形外科処置を行うようになっている装置において、請求項１に請求の操縦器具と、この操縦器具によって決定した軸線に沿って骨を切削するために用いることができる切削工具を備えている装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
この発明は、外科用操縦器具に関する。
【０００２】
外科処置においては、骨に穴をあけることが必要になることがある。あける穴は植え込む素子または器具を骨に固定するために利用することができる。あける穴の位置および方位を、例えば周囲の組織を損傷させないように、正確に制御することが重要になることがある。骨に取り付ける予定の素子または器具の適切な位置決め（例えば位置捜しおよび位置合せ）を確実に行うことも重要になることがある。
【０００３】
例えば、茎状構造体にあけた穴に挿入したネジを用いることにより、植え込む素子を患者の脊柱に取り付けることが知られている。この種の素子は、例えば椎骨間の相対運動を制限または抑制するために用いることができる。ネジを用いることは、その他の固定技術、例えばホックを用いることよりも利点がある。その理由は、外科処置の間とその直後の双方において、また長い期間にわたって素子の位置を大いに制御することができるからである。しかしながら、茎状構造体に穴を正確に位置決めすることは、中枢神経系組織の損傷を避けるために根本的に重要となっている。
【０００４】
普通は、患者の組織の画像、例えばコンピュータ断層撮影画像を用いて外科処置を計画している。これは、インプラントまたは器具の固定位置を特定するために用いることができ、例えば患者の骨にあけなければならない穴の位置捜しや方向付けを含んでいる。それに、コンピュータ断層撮影画像からデータを移動させて骨自体に対する固定位置を決定する必要がある。患者の脊柱に固定する場合に、茎状構造体に（例えばドリルビットまたは茎状探針を用いて）パイロット穴を形成することによって固定場所の位置を試すことは、既成の技術となっている。その上に、茎状構造体の壁を突き抜けていないことを確かめるために穴を精査することがある。しかしながら、患者の骨に対して穴を正確に位置決めするには、例えばＸ線または蛍光透視技術を用いて画像データを発生させることを必要とすることがある。
【０００５】
一実施態様において、この発明は軸線の位置を決める器具を提供する。整形外科処理はその軸線に基づくかそれとの関連において行うようになっている。この器具は、
ａ．上側部分と下側部分から成る柱状部材であって、下側部分は骨に取り付けることができ、上側部分はその結合平面を画定する結合面をその下端に有し、下側部分はその結合平面を画定する結合面をその上端に有し、上側部分と下側部分はそれらの結合平面に垂直な軸線のまわりに互いに回転し得るようにそれらの結合面が互いに接触した状態で互いに結合し、結合平面に垂直な軸線は上側部分の軸線と下側部分の軸線とに非平行である柱状部材と、
ｂ．貫通する穴を有するガイドであって、柱状部材の上側部分に対して横に広がると共にその上側部分に対して動き得るようにその上側部分に取り付けることにより、ガイドを柱状部材の上側部分に取り付けてある点と穴との距離を変化させるガイドと、
を備えている。
【０００６】
この発明の操縦器具は、患者の骨に対して軸線の位置を正確かつ容易に決めることができるという利点を有する。柱状部材の２つの部分は、軸線の方位を決めるための簡素な機構を提供する。ガイドを柱状部材の上側部分に対して動かすことにより、柱状部材からの軸線の距離を選択することが可能となる。
【０００７】
なるべくなら、ガイドは貫通する少なくとも第１の穴と第２の穴を有するプレートで構成する。プレートを柱状部材の上側部分に取り付けてある点から第１の穴までの距離は、プレートを柱状部材の上側部分に取り付けてある点から第２の穴までの距離よりも大きくする。例えば、プレートはそれを貫通する複数の穴をもつことができる。これらの穴は、プレートを柱状部材の上側部分に取り付けてある点のまわりの螺旋状の線の上に整列させることができる。上記取付点から最も近い穴までの距離は、好ましくは約１５ｍｍ以下、より好ましくは約１０ｍｍ以下とする。
【０００８】
上記取付点から最も遠い穴までの距離は、好ましくは少なくとも約２０ｍｍ、より好ましくは少なくとも約２５ｍｍ、とりわけ少なくとも約３０ｍｍとする。
【０００９】
プレートは、連続したシート材から形成した結果もたらされる形状とすることができる。しかしながら、プレートはその他の形状、例えば穴を備えた複数のスポークから成る形状とすることができる。スポークは連続したシート材から形成することができる。しかしながら、プレートは複数の片材から形成することができる。例えば、プレートが複数のスポークから成る場合には、それらのスポークは、結合してプレートを形成する個々の片材によって用意することができる。
【００１０】
器具のガイド部品は穴を有するアームとすることができる。好ましくは、アームの長さは、例えば順にはめ込んだ２つの部分によって変化させることができる。アームの長さは、それらの部分を相対的に動かす駆動体によって、例えばステッピングモータによって制御することができる。
【００１１】
好ましくは、ガイドは柱状部材の上側部分に取り付けてある点を中心として柱状部材の上側部分に対して回転させることができる。ガイドを柱状部材の上側部分に対して回転させるモータを器具に設けることは特に好ましい。
【００１２】
好ましくは、柱状部材の上側部分と下側部分の各結合面は平面である。しかしながら、それらの面は、例えば柱状部材の上側部分と下側部分をより確実に係合させるために非平面であってもよい。例えば、結合面の一方に窪みを形成し、この窪みに嵌合する突起を結合面の他方に持たせてもよい。それらの結合面が画定する結合平面は、全体的に結合面の縁部が画定し、上側部分と下側部分が相対回転する軸線と直角を成す。
【００１３】
好ましくは、相対回転の軸線と柱状部材の上側部分の軸線との角度は、相対回転の軸線と柱状部材の下側部分の軸線との角度と同じである。相対回転の軸線と柱状部材の下側部分の軸線との角度は、好ましくは少なくとも約５°、より好ましくは少なくとも約１０°、例えば約１５°である。
【００１４】
好ましくは、柱状部材の高さは少なくとも約２５ｍｍ、より好ましくは少なくとも約４０ｍｍ、特に少なくとも約６０ｍｍである。
【００１５】
なるべくなら、器具には柱状部材の上側部分を柱状部材の下側部分に対して回転させるモータを設ける。
【００１６】
なるべくなら、器具には柱状部材の下側部分を骨に固定することができるコネクタを設ける。例えば、コネクタは骨構造にうまく取り付く形状のクランプ部品から構成することができる。その代りに、コネクタは、例えば脊柱に使用する場合には脊柱突起内に挿入することによって骨構造に固定してあるワイヤに取り付けることができる。患者の脊柱またはその他の骨構造に取り付けるのに適したクランプ部品は周知となっている。柱状部材の下側部分は、なるべく骨に対して柱状部材の下側部分の軸線のまわりに回転することができるように、コネクタに取り付けることができる。なるべくなら、器具には骨に対して柱状部材の下側部分を回転させるモータを設ける。
【００１７】
なるべくなら、この発明の器具には患者の骨に対して器具を位置決めすることができる少なくとも１つの印を設ける。普通、器具には複数の印、例えば２つ、３つ、又は４つの印を設ける。これらの印は、患者の骨の解剖標識構造に対して、または患者の骨に植え込んである印に対して器具を位置決めするために用いることができる。印の種類は、器具を位置決めするために用いる監視装置の種類によって決まる。例えば、印は蛍光透視技術を用いて見ることができるように選択することができる。あるいは、器具は蛍光透視画像内に一意に識別することができる影を得ることができる。
【００１８】
なるべくなら、器具のガイド部品は、患者の骨の画像の生成を妨げないように、放射線透過性材料で製造する。器具のその他の部品も放射線透過性材料で製造することができる。しかしながら、その他の部品は時として金属で製造するのが好ましいことがある。適切な金属の例として、ある種のステンレス鋼やチタン合金などを含めることができる。
【００１９】
なるべくなら、１つ以上のモータを器具に組み込み、そのモータを適切なコンピュータ装置を用いて制御する。例えば、モータはステッピングモータとすることができ、それらのステッピングモータはコンピュータが生成する適切なパルス駆動信号によって制御する。
【００２０】
もう一つの実施態様において、この発明は上述の操縦器具を備えて軸線を位置決めする操縦装置を提供する。整形外科処置はその軸線に基づくかそれとの関連において行うようになっている。その操縦装置にはその他の部品を含めることができる。例えば、その操縦装置には、操縦器具が決めた軸線に沿って骨を切削するために使用することができる切削工具を含めることができる。切削工具はドリルとすることができる。切削工具は、患者の骨に穴をあけるため、骨に対して適切に整合したときのガイドの穴に通し嵌めすることができる。その代りに、この発明の操縦器具を用いて別のガイドを位置決めすることができる。そのガイドは後でドリルまたはその他の切削工具を整合させるために用いる。
【００２１】
この発明の操縦装置には、操縦器具を制御するため、例えば操縦器具の部品を相対的に動かすモータに駆動信号を提供するために用いるコンピュータを含めることができる。操縦装置には、操縦器具の位置を求めるためのセンサを含めることができる。
【００２２】
さて、添付の図面を参照しながらこの発明の実施の形態を例として説明する。
【００２３】
図面の図１は操縦器具２を示している。この操縦器具２は、上側部分４と下側部分６を有する柱状部材を備えている。下側部分６はクランプ８に固定することができ、クランプ８は患者の骨に取り付けることができる。
【００２４】
操縦器具２はガイドプレート１０を備えている。
【００２５】
柱状部材の上側部分４は結合平面１２を画定する下面を有し、結合平面１２は上側部分４の軸線１４に関して１５°の角度で傾斜している。同様に、柱状部材の下側部分６は、下側部分６の軸線１８に関して１５°の角度で傾斜した上面を有している。上側部分４の下面と下側部分６の上面とは、結合平面１２上で互いに面面接触している。
【００２６】
器具が備えているガイドプレート１０は、柱状部材の上側部分４の上端（側）に取り付けてある。図２に示すように、ガイドプレート１０はそれを貫通する一連の穴２０を有している。これらの穴２０は、ガイドプレート１０の表面でその中心のまわりの螺旋路を辿る線２４の上に整列させてある。
【００２７】
柱状部材の下側部分６は、クランプ８に対して回転することができる。ガイドプレート１０は、柱状部材の上側部分４に対して回転することができる。柱状部材の上側部分４は、結合平面１２上で下側部分６に対して回転することができる。柱状部材の上側部分４と下側部分６の相対回転により、軸線１４と軸線１８との角度は図１に示す０°と上側部分４が下側部分６に対して１８０°回転した際の３０°との間で変化する。柱状部材の内部には、操縦器具の隣り合った部分の相対回転を制御することができるモータを設けてある。柱状部材内のモータを作動させるための信号は、適当なソフトウェアを有するコンピュータを用いて生成することができる。例えば、モータがステッピングモータである場合には、制御装置はモータを作動させるためのパルス信号を生成することができる。
【００２８】
図３は、患者の椎骨４２に取り付けてあるクランプ４０を示している。このクランプ４０は、この発明の操縦器具を取り付けることができる台４４を備えている。クランプ４０の正確な形状は操縦器具の機能にとって重要ではない。クランプ４０は、椎骨４２に対して安定した位置を保つしっかりした取付台を備えている必要がある。この種のクランプ４０は公知となっている。
【００２９】
図４は脊椎の軸線に沿って視た椎骨５０を示している。この発明に係る操縦器具は、患者の茎状構造体に穴をあけることができるように穴あけ用軸線を特定するために、椎骨５０との関連で保持させてある。
【００３０】
患者の骨（例えば脊椎茎）に穴をあけるための軸線を特定するためにこの発明の器具を使用することには、次に述べる順番の工程を含んでいる。
【００３１】
１．術前計画において、患者の骨の適当な画像を用いてドリルの軸線の位置を決定する。これにより、患者の骨の上の基準点に関する軸線の位置が分かる（それらの基準点は植え込んである印によって、または解剖学上の標識構造によって与えることができる）。
【００３２】
２．患者の骨に接近することを可能とする小さな切り口を作る。
【００３３】
３．操縦器具用のクランプ４０を、例えば骨組織に直接係合させることによって、または予め取り付けてあるワイヤを介することによって、骨に取り付ける。
【００３４】
４．操縦器具を標準構成で配置する。
【００３５】
５．適当な検査または走査手段によって、患者の骨の上の植え込んである印か解剖学上の標識構造に対する操縦器具の位置および方位を決定する。例えば、蛍光透視画像形成装置を用いれば、２つの較正した立体同期画像を生成して、ドリルのガイド１０とそれを取り付けた骨の三次元空間内での位置を特定することができる。ドリルの軌道はその後に計画することができ、結果として生じるガイド１０の軸線と方向はその計画から調整することができる。ガイド１０の方位は以下に説明するように決めることができる。
【００３６】
６．（ａ）柱状部材の上側部分４と下側部分６、（ｂ）柱状部材の下側部分６とクランプ４０、および（ｃ）柱状部材の上側部分４とガイドプレート１０の相対運動を含む駆動信号をこの発明の操縦器具に供給する。これにより、ガイドプレート１０の１つの穴２０の位置と方位を適切に決めて、患者の骨に至るドリルの軸線を術前計画で特定したものと一致させるように特定する。
【００３７】
７．ガイドプレート１０の穴２０によって特定した軸線に沿って延びるドリルを用いて、骨に穴を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の操縦器具の側面図である。
【図２】図１に示す操縦器具の平面図である。
【図３】操縦器具を患者の脊柱に固定するために使用し得るクランプの等角投影図である。
【図４】茎状構造体に穴をあける工程の軸線を説明するために、患者の脊柱に関して位置決めしたこの発明の操縦器具の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2005520594.tif 000008