(57)【要約】  空孔を生成し、被ナビゲートツールを用いて被ナビゲート骨盤内に寛骨臼を受容するための方法及びナビゲーションシステムの場合、受容空孔の配置を決定する際の手術医の支援を促進するために、被ナビゲート走査器具によって前記骨盤上に涙痕点が置かれ、前記骨盤の骨盤入口の前記面の位置データから、涙痕面が決定されること、ここで、涙痕面は前記骨盤入口面に対して垂直の状態にあるとともに、２つの上前腸骨棘を接続する線と平行に前記被走査涙痕点を通って延伸するものであり、及び、前記涙痕面の上方の或る規定された高さのところで、前−後方向の或る規定された位置に、前記骨盤の外面から外側−内側方向での或る規定された間隔にて参照点が決定されること、及び、前記ツールが、前記参照点に対する前記ツールの所定の配置に到達するまで前記参照点に対して所望の方向で前記骨盤に差し込まれることが提案される。
2008543390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被ナビゲートツールを用いて被ナビゲート骨盤に寛骨臼を受容するための空孔を生成する方法であって、
被ナビゲート走査器具によって前記骨盤上に涙痕点が置かれ、かつ、前記涙痕点の位置データ及び前記骨盤の骨盤入口面から涙痕面が決定され、かつ、前記涙痕面が、前記骨盤入口面に対して垂直を成すと共に２つの上前腸骨棘を接続する線と平行に前記被走査涙痕点を通って延伸すること、
前記涙痕面の上方の規定された高さに、前−後方向に規定された位置で、前記骨盤の外面から外側−内側方向に規定された間隔で、参照点が決定されること、及び
前記ツールが、前記参照点に対して所望の方向に、前記参照点に対する前記ツールの所定の配置が達せられるまで、前記骨盤に差し込まれること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記骨盤入口面の配置を決定するために、前記骨盤の２つの上前腸骨棘及び恥骨結合が前記被ナビゲート走査器具がにより接近され、かつ、該３つの点の位置データから前記骨盤入口面が計算されることを特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法において、前記受容空孔の下縁が概ね前記涙痕面内に存するよう、前記涙痕面の上方における前記参照点の高さが、前記ツールの寸法、従って前記受容空孔の所望の大きさに応じて選択されることを特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の方法において、前記涙痕面の上方における前記参照点の高さが、該参照点の高さと、一次寛骨臼に対して頭蓋方向に変位した二次寛骨臼の位置との間隔の最大値を超えないよう選択されることを特徴とするもの。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記最大値が40mmであることを特徴とするもの。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記最大値が25mmであることを特徴とするもの。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記最大値が、前記二次寛骨臼の中心点と前記参照点との間で決定されることを特徴とするもの。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記中心点を決定するため、被ナビゲート大腿骨が被ナビゲート骨盤に対して前記二次寛骨臼内で術前に移動され、かつ、前記移動から該移動の中間点が決定され、かつ、前記中間点が前記二次寛骨臼の中心点として使用されることを特徴とするもの。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、
前記中心点を決定するため、前記被ナビゲート走査器具が前記二次寛骨臼の支持面に当てて置かれ、これにより、前記二次寛骨臼の配置が決定されること、及び
前記二次寛骨臼の位置データから、前記中間点が前記二次寛骨臼の中心点として決定されること、
を特徴とするもの。
【請求項１０】
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法において、前記参照点の前−後方向における位置が、前記受容空孔の概ね中心に存するよう選択されることを特徴とするもの。
【請求項１１】
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法において、前記骨盤の一次寛骨臼の領域における背側縁の１つ又はそれ以上の測定点の位置データが、被ナビゲートプローブによって決定され、かつ、前記受容空孔の縁と前記背側縁の前記１つ又はそれ以上の測定点の位置データとの間隔が規定された最小値を下回らないよう、前記受容空孔が位置決めされることを特徴とするもの。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、
前記骨盤の背側縁の複数の測定点の位置データから、選択される測定点が腹側方向において最も遠くに配されるものであること、及び
該選択測定点の位置データから、前記規定の最小値が決定されること、
を特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項１１又は１２のいずれか１項に記載の方法において、前記背側縁の測定点を通って延伸する背側前額面が決定され、かつ、前記受容空孔の縁と該背側前額面との間で前記規定の最小値が決定されることを特徴とするもの。
【請求項１４】
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法において、被ナビゲート走査器具の位置データから、前記参照点と前記骨盤の外面との間隔が決定され、かつ、前記被ナビゲート走査器具が、前記骨盤の一次寛骨臼の領域における人工孔から、前記骨盤を通って前記骨盤の後側まで、内側方向に挿入されることを特徴とするもの。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、前記参照点と前記骨盤の外面との間隔を決定するため、前記走査器具が、軸から横方向に突出する当接面によって、前記骨盤の後側に当てて置かれることを特徴とするもの。
【請求項１６】
先行する請求項のいずれか１項に記載の方法において、骨を機械加工するために作用する前記ツールの外面と前記参照点との最小間隔が規定された値を下回らないよう、前記ツールが案内されることを特徴とするもの。
【請求項１７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記ツールの中心点と前記参照点との最小間隔が規定された値を下回らないよう、前記ツールが案内されることを特徴とするもの。
【請求項１８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、骨を機械加工するために作用する前記ツールの外面と前記参照点を通って延伸する矢状面との最小間隔が規定された値を下回らないよう、前記ツールが案内されることを特徴とするもの。
【請求項１９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、前記ツールの中心点と前記参照点を通って延伸する矢状面との最小間隔が規定された値を下回らないよう、前記ツールが案内されることを特徴とするもの。
【請求項２０】
被ナビゲート走査器具（９）と、被ナビゲート部分の位置データを処理するためのデータ処理装置（４）とを備えた、被ナビゲート骨盤（６）に寛骨臼を受容する空孔を作るための被ナビゲートツール（２５）用外科的ナビゲーションシステムであって、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記被ナビゲート走査器具（９）によって決定される前記骨盤（６）上の涙痕点（１７）の位置データ及び骨盤入口面（１６）の位置データから、前記骨盤入口面に対して垂直を成すと共に２つの上前腸骨棘（１３、１４）を接続する線と平行に前記被走査涙痕点（１７）を通って延伸する涙痕面（１９）が決定されること、
前記涙痕面（１９）の上方の規定された高さに、前−後方向に規定された配置で、前記骨盤（６）の外面から外側−内側方向に規定された間隔で、参照点（２４，２４’）が決定されること、及び
前記骨盤（６）及び前記参照点（２４，２４）に対する前記ツール（２５）の配置が計算されること。
【請求項２１】
請求項２０に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記走査器具（９）によって決定される前記骨盤（６）の２つの上前腸骨棘（１３，１４）及び恥骨結合（１５）の位置データから前記骨盤入口面（１６）を計算されること。
【請求項２２】
請求項２０又は２１のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記受容空孔の下縁が概ね前記涙痕面（１９）内に存するよう、前記涙痕面（１９）の上方における前記参照点（２４，２４’）の高さが、前記ツール（２５）の寸法、従って前記受容空孔の所望の大きさに応じて計算されること。
【請求項２３】
請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記涙痕面（１９）の上方における前記参照点（２４，２４’）の高さが、該参照点（２４，２４’）の高さと、一次寛骨臼に対して頭蓋方向に変位した二次寛骨臼の位置との間隔の最大値を超えないよう選択されること。
【請求項２４】
請求項２３に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記最大値が40mmであることを特徴とするもの。
【請求項２５】
請求項２３に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記最大値が25mmであることを特徴とするもの。
【請求項２６】
請求項２３〜２５のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記最大値が、前記二次寛骨臼の中心点と前記参照点（２４，２４’）との間で決定されること。
【請求項２７】
請求項２６に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記被ナビゲート骨盤（６）に対して前記二次寛骨臼内で術前に移動される被ナビゲート大腿骨の位置データから、前記大腿骨（７）の移動の中間点が決定され、かつ、前記中間点が前記二次寛骨臼の中心点として使用されること。
【請求項２８】
請求項２６に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
被ナビゲート走査器具（３２）の位置データから前記二次寛骨臼の配置が決定され、かつ、前記被ナビゲート走査器具（３２）が前記二次寛骨臼の支持面に当てて置かれること、及び
前記二次寛骨臼の位置データから、該位置データの中間点が前記二次寛骨臼の中心点として決定されること。
【請求項２９】
請求項２０〜２８のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前−後方向における前記参照点（２４，２４’）の位置が、該位置が概ね前記受容空孔の中心に存するよう計算されること。
【請求項３０】
請求項２０〜２９のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
位置データであって、前記一次寛骨臼の領域における背側縁（３４）の１つ又はそれ以上の測定点（３５）に被ナビゲートプローブ（９）を当てて置くことにより決定されたデータから、前記受容空孔の縁と前記背側縁（３４）の前記１つ又はそれ以上の測定点（３５）との間隔が規定された最小値を下回らないよう、前記受容空孔の位置が決定されること。
【請求項３１】
請求項３０に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記骨盤（６）の背側縁（３４）の複数の測定点（３５）の位置データから、腹側方向において最も遠くに配される測定点が選択されること、及び
該選択測定点（３５）の位置データから、前記規定の最小値が決定されること。
【請求項３２】
請求項３０又は３１のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記背側縁（３４）の測定点（３５）を通って延伸する背側前額面（３６）が決定され、かつ、前記受容空孔の縁と該背側前額面（３６）との間で前記規定の最小値が決定されること。
【請求項３３】
請求項２０〜３２のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
被ナビゲート走査器具（２１）の位置データから、前記参照点（２４）と前記骨盤（６）の外面との間隔が決定され、かつ、前記被ナビゲート走査器具（２１）が、前記骨盤（６）の一次寛骨臼の領域における人工孔（２０）から、前記骨盤（６）を通って前記骨盤（６）の後側（２３）まで、内側方向に挿入されること。
【請求項３４】
請求項３３に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記参照点（２４）と前記骨盤（６）の外面との間隔を決定するため、前記走査器具（２１）が、前記骨盤（６）の後側（２３）に当てて置くための、軸（１１）から横方向に突出する当接面（１２）を有することを特徴とするもの。
【請求項３５】
請求項２０〜３４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
骨を機械加工するために作用する前記ツール（２５）の外面（２６）と前記参照点（２４，２４’）との最小間隔が計算されること。
【請求項３６】
請求項２０〜３４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記ツール（２５）の中心点（２７）と前記参照点（２４，２４’）との最小間隔が計算されること。
【請求項３７】
請求項２０〜３４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
骨を機械加工するために作用する前記ツール（２５）の外面（２６）と前記参照点（２４，２４’）を通って延伸する矢状面との最小間隔が計算されること。
【請求項３８】
請求項２０〜３４のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記ツール（２５）の中心点（２７）と前記参照点（２４，２４’）を通って延伸する矢状面との最小間隔が計算されること。
【請求項３９】
請求項３４〜３８のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記ツール（２５）と、前記参照点（２４，２４’）又は前記参照点（２４，２４’）により規定される矢状面との相対的配置をディスプレイ（５）上に表示されること。
【請求項４０】
請求項２７〜３９のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記ツール（２５）と前記二次寛骨臼との相対的配置がディスプレイ（５）上に表示されること。
【請求項４１】
請求項３０〜３９のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
前記ツール（２５）と、前記骨盤（６）の背側縁（３４）及び／又は背側前額面（３６）の前記測定点（３５）との相対的配置がディスプレイ（５）上に表示されること。
【請求項４２】
請求項２０〜４１のいずれか１項に記載のナビゲーションシステムにおいて、前記データ処理装置（４）が次のようになるようプログラムされることを特徴とするもの。
臨界値を超える又は下回ると直ちに、警告信号が生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被ナビゲートツールを用いて被ナビゲート骨盤に寛骨臼を受容するための空孔を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工股関節の移植の際、骨盤に人工寛骨臼が挿入される。このために、骨盤の解剖学的に規定される場所で、解剖学的に規定される方向において、寛骨臼を受容する空孔を機械加工しなければならない。これらの空孔は通常半球状であり、半球状のフライスによって生成される。受容空孔の正確な配置（即ち、向き及び位置）を決定及び維持し得るよう、外科的ナビゲーションシステムによって、骨盤と、空孔を生成するツールとをナビゲートすることが知られている。このようなナビゲーションシステムにより、ツール及び骨盤の相対的な空間整合を決定及び監視することが可能となる。
【０００３】
欠陥のある寛骨臼を人工寛骨臼に交換する際、寛骨臼は通常、天然の寛骨臼が以前配置されていた場所と略同一の場所に移植される。以下、この位置を一次寛骨臼と称する。
【０００４】
もっとも、天然の寛骨臼が解剖学的に望ましい位置にない場合もある。これは、先天的な欠陥が原因であることもあれば、天然の関節窩が一次寛骨臼の位置から普通は上方に（即ち、頭蓋方向に）変位されることが原因であることもある。この場合、解剖学的に正常な位置（即ち、一次寛骨臼の位置）に挿入されるべき人工関節窩を移植する際、骨盤上でこの位置を決定し、所望の方法で上記ツールを案内可能なようにすることは並外れて困難である。
【特許文献１】US 2002/077540 A1
【特許文献２】DE 20 2005 009 777 U1
【特許文献３】WO 2004/030556 A
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、次のようになるよう、一般的なタイプの方法を発展させることである。即ち、上記骨盤に対し上記ツールを正確に設置及び配向するための補助的配置を外科医に与え、天然の寛骨臼がこのような所望の解剖学的配置に先に設けられていなくとも、上記骨盤の所望の解剖学的場所に所望の方向で、上記寛骨臼の上記受容空孔を前記骨盤に機械加工可能なようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、上述したタイプに方法において、本発明に従い次のようにすることで達成される。即ち、被ナビゲート走査器具によって前記骨盤上に涙痕点が置かれ、かつ、前記涙痕点の位置データ及び前記骨盤の骨盤入口面から該涙痕面が決定され、かつ、前記涙痕面が、前記骨盤入口面に対して垂直を成すと共に２つの上前腸骨棘を接続する線と平行に前記被走査涙痕点を通って延伸すること、前記涙痕面の上方の規定された高さに、前−後方向に規定された位置で、前記骨盤の外面から外側−内側方向に規定された間隔で、参照点が決定されること、及び、前記ツールが、前記参照点に対して所望の方向に、前記参照点に対する前記ツールの所定の配置が達せられるまで、前記骨盤に差し込まれること、である。
【０００７】
このようにして、前記骨盤の比較的少数の隆起点及び一定の解剖学的前提に基づき、前記骨盤上で前記受容空孔が所望の位置及び向きに形成可能なよう、前記ツール（これを用いて前記受容空孔が生成される）の配置を選択することができる。
【０００８】
骨盤の骨盤入口面（一方の側に２つの上前腸骨棘を、他方の側に恥骨結合を設けて広がる平面で、前記涙痕点の位置を決定するものである）から発展させ、涙痕面、即ち、前記涙痕点を通って延伸し参照面を形成する前記骨盤の水平面を決定することが可能であり、この面を発展させて前記受容空孔の位置及び向きを決定することができる。
【０００９】
このために参照点が決定され、前記参照点はこの涙痕面の上方における特定の高さに設けられると共にこの参照点の前−後方向における位置が解剖学的前提に基づいて選択される。
【００１０】
最終的に、この参照点と前記骨盤の外面との間隔も（即ち、外側−内側方向に）決定される。この参照点を決定するため、解剖学的前提も評価される。この点は、例えば前記骨盤の内側に存在し、或いは、別の特に好適な場合には、寛骨臼の領域で骨盤の後側と重なることができる。
【００１１】
この参照点が分かると、前記ナビゲーションシステムは、前記骨盤（特に前記参照点）に対する前記ツールの相対的配置を絶えず監視し、従って、前記ツールの案内を制御する可能性と、これにより達成可能な、前記骨盤における前記受容空孔の解剖学的に正しい配置とを外科医に提供することができる。特に、前記受容空孔を前記骨盤内へと過度に深く機械加工することで、前記寛骨臼の領域に過度に薄い骨壁が残ったり、或いは、前記骨の望ましくない開窓までもが起こるリスクを低減することができる。
【００１２】
前記骨盤入口面の配置を決定するため、前記被ナビゲート走査器具が、前記骨盤の２つの上前腸骨棘及び恥骨結合に接近し、これら３つの点の前記位置データから前記骨盤入口面が計算されると有利である。
【００１３】
従って、これに基づいて前記骨盤の解剖学的特性も活用することができ、言及した前記３つの点のこの走査を体外で行うことができる。
【００１４】
前記受容空孔の下縁が概ね前記涙痕面内に存在するよう、前記涙痕面の上方にある前記参照点の前記高さが、前記ツールの寸法、従って前記受容空孔の所望の大きさに応じて選択されると好ましい。
【００１５】
前記受容空孔は一般的に、前記半球状の受容空孔が、この寸法によりその高さで良好に規定されるよう、半球状のフライスで機械加工される。
【００１６】
術前に前記大腿骨が前記骨盤内に収まっている前記二次寛骨臼の頭蓋方向への変位の場合、解剖学的に正しく置かれた場合に大腿が収まるはずの前記一次寛骨臼内での正常な解剖学的収まりと比較して、術前に患者の脚部は短縮している結果となる。前記一次寛骨臼の領域に新しい寛骨臼が埋め込まれると、このことから必然的に前記脚部が伸びる結果となり、これが正常に許容される。前記脚部が約25mmの寸法までこのように伸びることは問題ないことが分かったが、伸びが大きくなると、特に40mmを超える伸びでは問題が生じ得る。というのも、その場合、筋肉及び神経が過剰に伸長するからである。これは負傷を引き起こし得るため、防止すべきである。
【００１７】
従って、本発明の好適な実施形態によれば、前記涙痕面の上方にある前記参照点の前記高さが、前記参照点の前記高さと、前記一次寛骨臼に対して頭蓋方向に変位した二次寛骨臼の前記位置との間の間隔の最大値を超えないように選択されることが実現される。この最大値は最大で40mm、好ましくは25mmとすべきである。
【００１８】
この場合、前記最大値が、前記二次寛骨臼の中心点と前記参照点との間で決定されると有利である。
【００１９】
好適な実施形態によれば、前記中心点を決定するために、術前に前記二次寛骨臼内で前記被ナビゲート大腿骨を前記被ナビゲート骨盤に対して移動させることができ、前記大腿骨の移動量から移動量の中間点を決定して、移動量の中間点を前記二次寛骨臼の中心点として使用することができる。
【００２０】
代替の手順では、前記中心点を決定するために、被ナビゲート走査器具を前記二次寛骨臼の支持面に当てて置くことができ、この結果として前記二次寛骨臼の前記位置を決定することができ、前記二次寛骨臼の前記配置データから、その中間点が前記二次寛骨臼の中心点として決定される。このような走査器具は、前記支持面の点を走査することができるか、又は、前記走査器具上の概ね半球状の当接面を前記二次寛骨臼に挿入し、従って前記二次寛骨臼の前記支持面の前記位置データを決定することも可能であるかのいずれかである。
【００２１】
前−後方向における前記参照点の前記位置は、概ね前記受容空孔の中心にくるよう選択されるようにすることができる。
【００２２】
前記骨盤の背側縁領域が前記受容空孔の高さで完全に保持されるように、即ち、この背側縁領域が、前記受容空孔を生成する前記ツールにより除去されないように、前記受容空孔を位置決めすることが望ましい。というのも、この背側縁を破壊又は除去すると、前記受容空孔内での前記寛骨臼の固定に悪影響を与え得るからである。この背側縁は、前記骨盤の骨突起であり、三日月形状である。
【００２３】
この目標を達成するために、好適な実施形態によれば、前記一次寛骨臼の領域において前記骨盤の前記背側縁の１つ以上の点の前記位置データが被ナビゲートプローブによって決定され、前記受容空孔の前記縁部の、前記背側縁の前記単数又は複数の測定点の前記位置からの間隔が、規定された最小値を下回らないように、前記受容空孔が位置決めされることが実現できる。前記背側縁の１つの点のみが前記プローブで走査されると、この点と、前記受容空孔の前記縁部との間の間隔が決定される。一方、好適な実施形態によれば、複数の測定点が決定されると、前記骨盤の前記背側縁のこの複数の測定点の前記位置データから選択された測定点が腹側方向で最も遠くに配置されたものであることが実現でき、その場合、この選択済み測定点の前記位置データから前記規定された最小値が決定されると有利である。このようにして、前記背側縁の前記位置データが比較的不正確に取得されたものであっても、前記背側縁からの最大間隔が維持され、しかもこの背側縁が前記受容空孔の生成中に損傷されないことが確実となる。
【００２４】
前記受容空孔の前記位置を決定する際、及びこの受容空孔がそれを用いて生成される前記ツールを案内する際、一方で、前記ツールの外面又は前記ツールの中心点と、他方で、前記選択済み測定点との間の最小間隔を決定することができる。一方、好適な実施形態によれば、前記背側縁の選択済み測定点を通って延伸する背側前額面が決定され、前記受容空孔の前記縁部とこの背側前額面との間で前記規定された最小値が決定されることも実現できる。この背側前額面は、前記骨盤入口面と略平行に、前記選択済み測定点を通って延伸する。前記ツールの前記外面又はツールの中心点が、この背側前額面に関して特定の間隔を維持すると、前記骨盤の前記背側縁の損傷が起こり得ないことも確実となる。
【００２５】
被ナビゲート走査器具の前記位置データから、前記参照点の、前記骨盤の前記外面からの間隔が決定されると特に有利であり、ここで被ナビゲート走査器具は前記骨盤の前記一次寛骨臼の領域で前記骨盤を通って前記骨盤の後側の所まで内側方向に人工孔から挿入される。従って、前記走査器具を前記骨盤の前記後側の所まで前進でき、従って、前記骨の内部で利用可能な最大深度を決定して前記受容空孔を適所で機械加工できるように、ドリル穴又は孔が前記一次寛骨臼から進んで前記骨盤を通して機械加工される。
【００２６】
この場合、前記参照点の、前記骨盤の前記外面からの間隔を決定するために、前記走査器具が、軸から横方向に突出する当接面によって、前記骨盤の後側に当てて置かれると特に好ましい。この当接面は、例えば横方向に突出する前記軸の鉤部により形成することができる。このような走査器具は前記骨盤内の前記孔に押し通して、前記当接面が前記骨盤の後側に接するまで引き戻すことができる。この結果として、この領域において前記骨盤の厚さを決定することができ、この位置が、前記参照点を決定するのに使用される。
【００２７】
前記受容空孔を適所で機械加工する際、好適な第１実施形態によれば、骨を機械加工するように働くツールの外面の、前記参照点からの最小間隔が、規定された値を下回らないように前記ツールを案内することが実現できる。従って、例えば、前記フライスの前記球状の外面が、規定された値を下回るまでのところで前記参照点に接近するにすぎないことが確保される。
【００２８】
更なる好適な実施形態において、ツールの中心点の、前記参照点からの最小間隔が、規定された値を下回らないように前記ツールを案内することが実現できる。このことは、半径の異なる半球状のフライスが連続して使用されるとき特に好ましい。その場合、前記手術医は、これらのフライスの前記中心点が前記参照点に過剰に近接しないことを確実にすることができる。
【００２９】
前記参照点に関して、前記ツールの前記外面又はその中心点の間隔を臨界規模として選択する代わりに、前記外面又は前記中心点の間隔を、この参照点を通って延伸する矢状面に関して選択することも可能であろう。いずれの場合も、前記参照点又はこの矢状面からの間隔が、規定された値から不充分とはならず、前記受け孔の深度を許容寸法まで限定することが確保される。
【００３０】
本発明は、空孔を生成し、被ナビゲート走査器具により被ナビゲート骨盤に寛骨臼を受け入れ、前記被ナビゲート部品の前記位置データをデータ処理装置により処理するための被ナビゲートツール用の外科的ナビゲーションシステムにも関する。
【００３１】
前記受容空孔用の前記機械加工ツールを案内する際、前記手術医に最大支援が提供されるようにこのような外科的ナビゲーションシステムを構成することが本発明の目的である。
【００３２】
この目的は、本発明によれば、前記データ処理装置が、被ナビゲート走査器具によって決定される前記骨盤上の前記涙痕点の前記位置データから、及び前記骨盤入口面の前記位置データから、前記骨盤入口面に対して垂直の状態にあるとともに、前記２つの上前腸骨棘を接続して前記被走査涙痕点を通る線と平行に延伸する涙痕面を決定するようにプログラムされ、及び、前記データ処理装置が、前記涙痕面の上方の或る規定された高さのところで、前−後方向における或る規定された位置に、外側−内側方向での前記骨盤の前記外面からの或る規定された間隔にて参照点を決定するようにプログラムされ、及び、前記データ処理装置が、前記骨盤及び前記参照点に対する前記ツールの前記配置を計算するようにプログラムされるという点において、上述の種類の外科的ナビゲーションシステムにより達成される。
【００３３】
この場合、前記データ処理装置が、前記走査器具によって決定される前記骨盤の前記２つの上前腸骨棘及び前記恥骨結合の前記位置データから、前記骨盤入口面を計算するようにプログラムされると有利である。
【００３４】
好適な実施形態において、前記受容空孔の下縁が概ね前記涙痕面内にくるように、前記データ処理装置が、前記涙痕面の上方にある前記参照点の前記高さを、前記ツールの寸法に応じて、従って前記受容空孔の所望の大きさに応じて計算するようにプログラムされることが実現される。
【００３５】
好適な実施形態によれば、前記涙痕面の上方にある前記参照点の前記高さと、前記一次寛骨臼に対して頭蓋方向に変位した二次寛骨臼の前記位置との間の間隔の最大値を超えないように、前記データ処理装置が前記参照点の前記高さを選択するようにプログラムされると有利である。この最大値は、40mm、好ましくは25mmとすることができる。
【００３６】
この場合、前記データ処理装置は、前記二次寛骨臼の中心点と前記参照点との間で前記最大値が決定されるようにプログラムすることができる。
【００３７】
この場合、前記データ処理装置は、術前に前記二次寛骨臼内で前記被ナビゲート骨盤に対して移動された被ナビゲート大腿骨の前記位置データから、前記大腿骨の移動量の中間点を決定し、移動量の中間点を前記二次寛骨臼の中心点として使用するようにプログラムされることが実現できる。
【００３８】
別法として、前記データ処理装置は、被ナビゲート走査器具の前記位置データから前記二次寛骨臼の前記配置を決定するように、ここで被ナビゲート走査器具は前記二次寛骨臼の前記支持面に当てて置かれるものであり、及び、前記二次寛骨臼の前記位置データから、その中間点を前記二次寛骨臼の中心点として決定するように、プログラムされることが実現できる。さらなる好適な実施形態によれば、前記データ処理装置は、前−後方向における前記参照点の前記位置が概ね前記受容空孔の中心にくるようにこれを選択するようプログラムされることが実現される。
【００３９】
位置データから、前記受容空孔の前記縁部の、前記背側縁の前記単数又は複数の測定点の前記位置データからの間隔が、規定された最小値を下回らないように前記受容空孔の位置を決定するように、前記データ処理装置がプログラムされると更に有利であり、位置データは前記一次寛骨臼の領域において被ナビゲートプローブを前記骨盤の前記背側縁の１つ以上の測定点に置くことにより決定されるものである。
【００４０】
前記データ処理装置は、前記骨盤の前記背側縁の複数の測定点の前記位置データから、腹側方向で最も遠くに配置された測定点を選択するように、また、この選択済み測定点の前記位置データから前記規定された最小値を決定するようにプログラムできるのが好ましい。
【００４１】
更に、前記データ処理装置は、前記背側縁の測定点を通って延伸する背側前額面を決定し、前記受容空孔の前記縁部又は前記受容空孔の前記中心点と、この背側前額面との間で前記規定された最小値を決定するようにプログラムすることができる。
【００４２】
更に、前記データ処理装置は、被ナビゲート走査器具の前記位置データから、前記参照点の、前記骨盤の前記外面からの間隔を決定するようにプログラムされることが実現でき、被ナビゲート走査器具は前記骨盤の前記一次寛骨臼の領域で前記骨盤を通って前記骨盤の後側の所まで中間方向に人工孔から挿入される。
【００４３】
この場合、前記参照点の、前記骨盤の前記外面からの間隔を決定するために、前記走査器具が、前記骨盤の後側に当てて置くための、軸から横方向に突出する当接面を有すると好ましい。
【００４４】
好適な第１実施形態において、前記データ処理装置は、骨を機械加工するように働く前記ツールの前記外面の、前記参照点からの最小間隔を計算するようにプログラムされることが実現できる。
【００４５】
前記ツールの前記外面と前記参照点との間の最小間隔の代わりに、前記ツールの前記中心点と前記参照点との間の最小間隔を決定することもできる。
【００４６】
場合によって、これらの間隔は、前記参照点に関してではなく、前記参照点を通って延伸する矢状面に関して決定される。
【００４７】
前記データ処理装置が、前記ツールと、前記参照点又は前記参照点を通過する前記矢状面との相対位置をディスプレイ上に表示するようにプログラムされると更に有利である。
【００４８】
更に、前記データ処理装置は、前記規定された値を超えるか又はこれを下回るとすぐに警告信号を生成するようにプログラムされると前記手術医にとって有益である。これにより、前記ツールが前記骨内に過度に深く進まないことが確保される。
【００４９】
上述の手段は、相互に組み合わせて特に有利な方法にして使用することができる。一方、対応する手術の準備中、これらのステップのうちの或るものだけを使用することも可能である。このことは特に、前記涙痕面の上方の高さに関して、前記二次寛骨臼に対する前記受容空孔の頭蓋方向での間隔に関して、前記受容空孔の、前記骨盤の前記背側縁からの間隔に関して、及び、前記骨盤内又は前記骨盤の後側で参照点を位置決めすることによる前記受容空孔の入り込み深さの決定に関して、前記受容空孔の前記配置を決定することに関連している。有利には、これらの手段の各々は個々に使用することができるが、これらの手段の幾つか又は全てを一緒に適用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
より詳細な説明のため、本発明の好適な実施形態を図面と関連させつつ以下に述べる。
【００５１】
患者１への股関節移植を行うため、マーキング要素２の位置及び向き（合わせて配置と称する）を空間的に決定可能なナビゲーションシステムが使用される。これらのマーキング要素２は、身体部分や器具等に固定的に接続可能であり、これらの身体部分及び器具の配置を空間的に決定することを許容する。この場合、次のような固定式送信器３によって前記決定が達成される。即ち、互いから離間され、同時に受信器として構成され、自らが発する放射線（マーキング要素２の離間した反射器にて反射される）を受信する送信器である。
【００５２】
マーキング要素２の位置データ、従ってこれらマーキング要素に剛性接続される身体部分及び器具の位置データは、データ処理装置４に記録され、更に処理される。これら身体部分及び器具は、データ処理装置４により制御される画面５上で、互いに対する配置において表すことができる。
【００５３】
図４は、骨盤６を大腿骨７の上部と共に概略的に示す。大腿骨は、大腿骨頭８が天然の寛骨臼（更には図示していない）に入り込む。図４に示す例において、この寛骨臼は、正常な解剖学的位置に対して上方に（即ち、頭蓋方向に）変位している。この上方に変位した寛骨臼の輪郭が点線で識別される。
【００５４】
股関節の交換中、股関節は、骨盤内で解剖学的に正しい配置をとるよう下方に（即ち、尾側方向に）変位されるべきである。この解剖学的に正しい配置を、図４に破線の曲線で示す。それ故、この解剖学的に正しい配置を骨盤上に見つけて決定するという課題が生じる。このために、天然の寛骨臼を参照することはできない。というのも、病的変化のため、理想の解剖学的位置からは明確に規定できないくらい除かれているからである。
【００５５】
従って、骨盤上の特定の隆起点によって参照系を構築する必要がある。この参照系を基礎に、人工寛骨臼を受容する受容空孔の配置を規定することができる。
【００５６】
この目的のため、一旦、骨盤６はマーキング要素２に剛性接続される。例えば、マーキング要素は骨ねじによって骨盤にねじ込み可能である。
【００５７】
更に、次のような走査器具９が使用される。即ち、同じくマーキング要素２を担持し、基本的に、把手１０と、先端１２を上に保持した細長い軸１１とを有する走査器具である（図３）。
【００５８】
手術医は、先端１２が骨盤６の様々な隆起点上に直接着座するよう、走査器具９をこれらの隆起点に当てて置く。これは、これらの場所で骨盤上に直に横たわる皮膚を通して可能である。このことは、骨盤６の上側にある２つの上前腸骨棘１３，１４と、骨盤６の下側中央にある恥骨結合１５とに関係する。これら３つの隆起点の位置データが被ナビゲート走査器具９によってデータ処理装置４に供給される。データ処理装置４は、これら３つの点から、平面、即ち、いわゆる骨盤入口面１６を計算する（図２）。
【００５９】
後続のステップにおいて、股関節近傍の小さな突起、即ちいわゆる涙痕点１７が、走査器具９を用いて、骨盤のインプラント挿入側で走査される。この点は比較的正確に走査可能であり、非常に小さいことから、この点の位置データを高精度で決定しデータ処理装置に供給することが可能である。
【００６０】
上記データ処理装置は、２つの上前腸骨棘の接続線と平行に走りかつ被走査涙痕点１７を通る線を計算する。こうして生成される線は涙痕線１８と呼ばれ、骨盤６の両側にある２つの涙痕点１７を接続する。
【００６１】
骨盤入口面１６の位置データ及び涙痕線１８の位置データから、データ処理装置４は今度は涙痕面１９を計算する。涙痕面１９は骨盤入口面１６と垂直を成し、その面内に涙痕線１８がある。骨盤入口面１６は骨盤６の直立時には略垂直の前額面であり、涙痕面１９は略水平に走り、２つの涙痕点１７を通過する。
【００６２】
後続のステップにおいて、骨盤６に内側方向にドリル穴が設けられ、このドリル穴を通って骨盤６が外から内に向かって穿孔される。このドリル穴２０は、涙痕線１８と略平行に、涙痕面１９の上方の高さ位置であって、設けられた受容空孔２１の略中央にある位置を走行する。この高さ位置は、使用されるツールによって概算可能である。このツールは半球状のフライスヘッドとして概ね構成されるため、特定のフライスヘッドを選択することで受容空孔の大きさも規定される。
【００６３】
従って、手術医は、涙痕面１９上方におけるドリル穴２０の高さを一定の範囲内で概算することができる。
【００６４】
涙痕面１９上方におけるドリル穴２０の高さを概算する際、二次寛骨臼（術前に大腿骨７が着座されるところ）の位置も場合によっては考慮すべきである。一次寛骨臼（術後に大腿骨が着座されるべきところ）と二次寛骨臼との頭蓋方向における間隔が規定された値を超えると、骨盤に対する大腿骨の変位が起こり得る。この場合、筋肉組織及び神経が、過度の伸長により、損傷を受ける可能性がある。これを防ぐため、本発明の好適な実施形態によれば、骨盤上の二次寛骨臼の位置、特に涙痕面からの間隔が決定されるようになっている。これはプローブ９によって達成可能である。このプローブにより、二次寛骨臼の支持面の点が走査される。これらの位置データ、及びこの支持面が略球状の形態であるという前提から、上記データ処理装置は二次寛骨臼の中心点、更にはこの中心点から、一次寛骨臼の中心点と二次寛骨臼の中心点との間隔を計算することができる。この変位は図８の参照３１により識別される。
【００６５】
この変位の値は、最大値、即ち、例えば手術医自身により予め設定された25〜40mmの間の値を超えてはならない、というようにすることができる。これにより、涙痕面上方の一次寛骨臼の高さがより大きくなるように、つまり、一次寛骨臼の縁がもはや涙痕面内にはなくその上方に存在するように、一次寛骨臼の配置を矯正することができる。
【００６６】
図７に示すように、二次寛骨臼の配置も、球状の当接面を備えた被ナビゲート試験インプラント又は被ナビゲートプローブにより決定することができる。このようなプローブ３２は、球状の当接面３３において二次寛骨臼に挿入される。続いて、上記データ処理装置はその経路から球状当接面３３の中心点を決定し、一次寛骨臼からの間隔を決定するため、この中心点の位置データを二次寛骨臼の中心として使用することができる。ドリル穴２０は、同じく生成すべき受容空孔の略中心を走るよう、前−後方向に配置される。これも同じく概算可能であるため、手術医はドリル穴２０の入口点及び方向を決定することができる。これは走査器具９により支援されるのが好ましい。つまり、手術医は、前記走査器具（ナビゲートされる）を対応する配置にし、その後、ドリル穴２０の入口点を例えばライトハンマーのタップによりマーキングすることができる。
【００６７】
上記受容空孔は、次のようになるよう位置決めされるべきである。即ち、上記受容空孔を生成する際、骨突起として構成される三日月状の背側縁３４（図６）が損傷しないよう位置決めされるべきである。これを達成するため、次のようにすることができる。即ち、手術医が、背側縁３４上の１つ又はそれ以上の測定点３５を走査器具９により走査し、その位置データを上記データ処理装置に転送する、ということである。この走査は、状況によっては、余り正確ではない。というのも、背側縁３４は一定の膨張部を有し、外科創傷内でその膨張部全体を越えて背側縁に到達することが困難な場合があるからである。
【００６８】
このため、特定の数の測定点３５を走査する際、腹側方向に最もシフトされた測定点を選択するよう、上記データ処理装置をプログラムすることができる。
【００６９】
１つの測定点だけが決定されるか、或いは、上述した方法で複数の測定点から最も腹側の測定点が選択された場合、上記データ処理装置は、この測定点を通って骨盤入口面と平行に走る背側前額面３６を設置し、前−後方向において上記受容空孔の位置を決定するため、この背側前額面３６を使用することができる。つまり、上記受容空孔は、その縁又はこの背側前額面３６の中心点が最小値を下回ってはならないよう位置決めされる。いずれにせよ、上記受容空孔は背側縁３４を損傷しないよう選択される。
【００７０】
原則として、次のようにすることもできる。即ち、同じ方法で骨盤４の腹側縁上で測定点を決定し、そこに腹側前額面３７を決定することで上記受容空孔が延伸しなければならない領域が制限されるようにすること、である。これにより、上記受容空孔を生成するために使用されるツールの大きさ、それ故、移植されるソケットの大きさを限定することが可能となる。
【００７１】
従って、涙痕面と、場合により背側前額面と、場合により腹側前額面とが設けられることで、幾何学的データが手術医にとって利用可能となる。このデータにより、手術医は、正確に上記受容空孔の位置決めを事前に計画した後、これを実現することができる。この処置は、境界条件に訂正することができる。二次寛骨臼と一次寛骨臼との間隔は、この境界条件に従い規定される値を超えてはならない。
【００７２】
上述した方法で上記データが決定されると、思いがけない突破、従って骨盤内の軟組織の損傷を防ぐため、図示しないドリルによりドリル穴２０が骨盤内に注意深く作られる。
【００７３】
ドリル穴２０は、ドリル穴２０の領域における骨盤６の厚さを決定するために使用される。このために、同じくマーキング要素２を担持し、従ってナビゲート可能な更なる走査器具２１がドリル穴２０から挿入される。この走査器具は、走査器具９と同様の方法で構成される。従って、同じ部分には同じ参照番号を与える。先端１２だけは直角に曲げられるため、屈曲した先端１２の内側には当接面２２が構成される。走査器具２１をドリル穴２０から挿入する際、更には、後程この走査器具を取り除く際に、この当接面を骨盤６の後側２３に当てて置くことができる（図４）。これにより、同時に骨盤６の厚さ寸法となる後側２３の位置を決定することができる。
【００７４】
こうして得られる後側２３でのドリル穴２０の出口点が、以下の処理のための参照点２４として選択される。
【００７５】
更に詳細には説明しない僅かに変更された方法では、上記点（ドリル穴２０の入口点として上記のように規定される）に被ナビゲート走査器具により接近することにより、僅かに変更されたやり方で、このような参照点２４’が得られる。骨盤６内にあるこのような点は、例えば次のようにして決定される、即ち、走査器具９を、ドリル穴２０と同じ位置に生成される上記受容空孔の領域で内側方向に、但し、この走査器具が骨盤に入り込まない程度まで前進させることにより決定される。
【００７６】
従って、この場合、参照点２４’は骨盤６内に存在する。
【００７７】
いずれの場合も、この参照点２４又は２４’は手術医に次のような手段を提供するために役立つ。即ち、例えば、骨盤６内の所望の位置に所望の深さで上記受容空孔を生成するために、手術医がツール２５（即ち、図５に示す半球状のフライスヘッド）をどのように前進させなければならないかに関する手段である。
【００７８】
上記データ処理装置は、上記マーキング要素（骨盤６にねじ込まれる）から骨盤の配置に関する情報を受信し、この情報から参照点２４又は２４’の配置を計算することができる。被ナビゲートツール２５も同様に、自らに接続されるマーキング要素によってその位置データを上記データ処理装置に送信する。それ故、ツール２５を骨盤６に対してどのように前進させるか、画面１５に表示することができる。必要であれば、涙痕面１９及び／又は涙痕線１８もディスプレイに写すことができる。
【００７９】
当然、他のデータ、例えば、一次及び二次寛骨臼の配置、測定点３５の位置、背側前額面３６の配置、場合により腹側前額面３７の配置、更には頭蓋方向における一次及び二次寛骨臼間の間隔３１のデータも画面に表示することができる。
【００８０】
ツール２５が前進する際、このツールが、これらの面、従って骨盤に対してどのような向きを成すか、更に、ツールが骨盤にどの程度深く入り込んでいるかが、手術医には分かる。
【００８１】
上記データ処理装置は、更に、ツール２５の外面２６又はツール２５の中心点２７と、参照点２４又は２４’との間隔を決定することができ、従ってツール２５の入り込み深さの測定手段を入手する。データ処理装置は、参照点２４，２４’に対する間隔を直接決定するのではなく、矢状面（参照点２４又は参照点２４’を通って延伸する）を決定することもできる。この矢状面は、基本的に、骨盤入口面及び涙痕面の双方に対して垂直を成す面である。
【００８２】
いずれの場合も、上記データ処理装置は、上記ツール（外面又は中心点）と上記幾何学的平面又は点との間の限界値に対する遵守を監視する。この幾何学的平面又は点は、上述した方法で決定されている。極値からの逸脱が起こると直ちに、上記データ処理装置が警告を発し、これにより手術医が望ましくない方法で上記ツールを向けること、即ち、例えば、ツールを骨盤内に過度に深く押し込むこと、背側縁３４に過度に近接させて作業すること、又は二次寛骨臼からの間隔を過度に大きく得ようとすること、が防がれる。
【００８３】
上記骨空孔を尾側方向に変位させる際、状況によっては、より深いレベルに設けられる位置で完全に骨材料内に配された受容空孔を生成し得る可能性を提供するために、二次寛骨臼の天然の空孔の一部を骨インプラントで満たすことが必要な場合もある。このことは、通常、本来の天然の受容空孔の領域に骨インプラントを挿入することにより達成される。これを図５に、骨盤６上で骨ねじ２８により保持される骨インプラント２９により示す。これは、例えば、対応して機械加工されて切除された大腿骨頭から形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ナビゲーションシステム、患者、及び手術器具を備えた手術室の図。手術器具にはナビゲーションシステム用のマーキング要素が設けられている。
【図２】マーキング要素を備えた骨盤、及び骨盤入口面を決定するために使用される走査点の概略図。
【図３】涙痕点の走査時における骨盤及び被ナビゲート走査器具の概略図。
【図４】寛骨臼の領域において人工孔から被ナビゲート走査器具が挿入された骨盤の概略側面図。
【図５】半球状のフライスによる受容空孔の機械加工時における骨盤の側面図。
【図６】骨盤の背側縁上に測定点を備えた骨盤の側面図であり、涙痕面、腹側及び背側前額面の配置、並びに一次及び二次寛骨臼の配置を示す。
【図７】二次寛骨臼の位置データを決定するために走査器具が二次寛骨臼に挿入された骨盤の概略図。
【図８】一次及び二次寛骨臼を備えた骨盤の概略部分図であり、頭蓋方向におけるその間隔を示す。
【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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【国際調査報告】
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