(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
悪化した骨モデルから回復済み骨モデルを生成する方法であって、
前記回復済み骨モデルは悪化前の状態における患者の関節の骨の少なくとも一部を表し、前記悪化した骨モデルは悪化した状態における前記患者の関節の骨を表し且つ前記患者の関節の骨の損傷部分及び基準部分を含み、
当該方法は、
前記悪化した骨モデルの前記基準部分から基準情報を決定するステップａ）と、
前記基準情報を使用し、前記悪化した骨モデルの悪化した部分を前記悪化前の状態における前記悪化した部分を表す回復済みの部分に回復させるステップｂ）と、
を有し、
前記基準情報は基準ベクトルであり、
前記ステップｂ）は、
前記基準ベクトルを前記損傷部分に対して適用することと、
前記損傷部分の二次元画像スライスにおいて、少なくとも一つの関節等高線を基準ベクトルに向かって延長させることと
を含み、
前記ステップａ）及びステップｂ）は、完全に自動化され、コンピュータプログラムによって実行される、方法。
【請求項２】
前記基準部分は、前記患者の骨の前記少なくとも一部の悪化していない部分を表す前記悪化した骨モデルの一部と関連する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記基準情報は、前記基準部分と関連する前記少なくとも１つの関節等高線と関連する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記悪化していない部分は、大腿骨顆又は脛骨高原の中の少なくとも１つのものと関連する請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの関節等高線は、骨等高線又は軟骨等高線の中の少なくとも１つのものを表す請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの関節等高線は、骨等高線を表す請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの関節等高線は、ＭＲＩ又はＣＴの中の少なくとも１つのものを介して生成された少なくとも１つの画像から得られる請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記回復済み骨モデルの精度を検証するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記回復済みモデルの前記精度は、前記回復済み骨モデルの滑車溝に沿って延長する軸が、前記回復済み骨モデルと関連する関節線と関連するラインとの垂直状態の約６度以内である場合に、許容可能である請求項８記載の方法。
【請求項１０】
カスタマイズされた関節形成ジグを製造するための製造命令を定義する際に前記回復済み骨モデルを利用するステップを更に有する請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本発明は、２００８年４月２９日付けで出願された「Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｂｏｎｅ  Ｍｏｄｅｌ  Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ  ｏｆ  ａ  Ｐｒｅ−Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｓｔａｔｅ  ａｎｄ  Ｕｓｅａｂｌｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１２／１１１，９２４号の優先権を主張するものであり、この内容は、本引用により、そのすべてが本明細書に完全に記述されているかのように本明細書に包含される。
（技術分野）
本発明は、カスタマイズされた手術用装置を製造するシステム及び方法に関する。更に詳しくは、本発明は、カスタマイズされた関節形成ジグを製造する自動化システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
骨及び関節は、時間と共に、且つ、反復的な使用を通じて、損傷又は損耗した状態になる可能性がある。例えば、骨及び関節に対する（例えば、運動競技活動を通じた）反復的な圧力、外傷的なイベント、及び特定の疾病（例えば、関節炎）により、通常は衝撃緩和効果を提供する関節領域内の軟骨の摩滅が発生可能である。軟骨が摩滅した際には、流体が関節領域内に蓄積し、痛み、硬直、及び移動能力の低下が結果的に生じる可能性がある。
【０００３】
関節形成術を使用し、損傷した関節を修復可能である。代表的な関節形成術においては、関節炎によって又はその他の理由から機能に障害が発生した関節を改造又はリアライメント可能であり、或いは、埋植物を損傷領域内に埋め込むことも可能である。関節形成術は、膝、臀部、肩、又は肘などの身体の多数の異なる領域のいずれかにおいて実行可能である。
【０００４】
関節形成術の１つのタイプは、全膝関節形成術（「ＴＫＡ」）であり、この場合には、損傷した膝関節を人工埋植物によって置換する。この膝関節は、例えば、関節炎（例えば、重度の変形性関節症又は退行性関節症）、外傷、又は希少な破壊的な関節の疾病によって損傷したものであることができる。ＴＫＡ術においては、大腿骨の遠位領域内の損傷部分を除去して金属シェルと交換可能であり、且つ、脛骨の近位領域内の損傷部分を除去して金属ステムを具備したプラスチックの溝を有する断片と交換可能である。いくつかのＴＫＡ術においては、膝蓋骨の状態に応じて、プラスチックボタンを膝蓋骨の表面下方に追加することも可能である。
【０００５】
損傷領域内に埋め込まれる埋植物は、損傷領域に対して支持及び構造を提供可能であり、且つ、損傷領域の回復を支援することにより、その機能を改善可能である。損傷領域内に埋植物を埋植する前に、埋植物を受け入れるように、損傷領域を準備可能である。例えば、膝関節形成術においては、大腿骨及び／又は脛骨などの膝領域内の骨の１つ又は複数のものを加工（例えば、切断、穿孔、リーミング、及び／又は表面再建）して埋植物とアライメント可能な１つ又は複数の表面を提供し、且つ、これにより、埋植物を収容可能である。
【０００６】
埋植物のアライメントの精度は、ＴＫＡ術の成功にとって重要な要因である。１〜２ミリメートルの並進的ミスアライメント、又は１〜２度の回転的ミスアライメントは、不均衡な靭帯を結果的にもたらす可能であり、且つ、これにより、ＴＫＡ術の結果に大きな影響を与える可能性がある。例えば、埋植物のミスアライメントは、許容不能な術後の痛みを結果的にもたらす可能性があり、且つ、患者が、完全な脚の伸張と、安定した脚の屈曲と、を具備することを妨げる可能性もある。
【０００７】
正確な埋植物のアライメントを実現するべく、骨のいずれかの領域を加工（例えば、切断、穿孔、リーミング、及び／又は表面再建）する前に、加工を実行する場所と、加工を方向付ける方法と、を正確に決定することが重要である。いくつかの方法においては、関節形成ジグを使用し、切断、穿孔、リーミング、又は表面再建器具などの仕上げ器具を骨の各領域上において正確に位置決め及び方向付け可能である。例えば、関節形成ジグは、これらの器具を受け入れるべく構成された１つ又は複数のアパーチャ及び／又はスロットを包含可能である。
【０００８】
悪化する前の関節のアライメントを回復する関節形成術を外科医が正確且つ迅速に実行することを許容し、これにより、このような手技の成功率を改善するべく構成されたカスタマイズされた関節形成ジグを製造するシステム及び方法が開発されている。具体的には、カスタマイズされた関節形成ジグは、加工（例えば、切断、穿孔、リーミング、及び／又は表面再建）の対象である骨の領域を整合した状態において受け入れるように、インデクシングされる。又、カスタマイズされた関節形成ジグは、骨の各領域との関係における加工の適切な場所及び向きを提供するべく、インデクシングされる。カスタマイズされた関節形成ジグをインデクシングさせることにより、迅速に、且つ、埋植物が患者の関節をほぼ悪化前の状態に回復できるようにする高度な精度を伴って、骨の領域の加工を実行可能である。しかしながら、カスタマイズされたジグを生成するシステム及び方法は、しばしば、人間に依存して、コンピュータ画面上において骨モデルを「目測」することにより、カスタマイズされたジグの生成に必要な構成を決定している。このコンピュータ画面上における骨モデルの「目測」又は手動による操作は、非効率であり、且つ、カスタマイズされた関節形成ジグの製造に関連する時間、労力、及びコストを無用に増大させる。更には、手作業が介入することの少ない方法により、結果的に得られるジグの精度を改善可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願第１１／６５６，３２３号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／１４６，８６２号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１１／６４２，３８５号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１１／９４６，００２号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１１／９５９，３４４号明細書
【特許文献６】米国特許出願第１１／９４６，００２号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ，  ａｎｄ  Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｋｎｅｅ  ｉｎ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｒｅａｌｉｔｙ」、ＪＢＪＳ（２００５）；８７：７１−８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
当技術分野においては、カスタマイズされた関節形成ジグの生成に関連する労力を低減するシステム及び方法に対するニーズが存在している。又、当技術分野においては、カスタマイズされた関節形成ジグの精度を向上させるシステム及び方法に対するニーズも存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
術前の骨の損失状態の評価は、例えば、人工装具の緩みの可能性を低減すると共に術前の埋植物設計のための信頼性の高い骨の回復法を提供し、これにより、全膝関節形成術（「ＴＫＡ」）及び部分的膝関節形成術（例えば、単顆膝関節形成術）などのこの種の手技の成功率を改善すると共に個々の患者の膝の特性にフィットした患者固有の骨の回復法を提供するべく、人工装具の設計にとって有利である。
【００１３】
膝、足首、臀部、肩、又は肘の関節形成術を含む現在利用可能な関節の再構築及び置換手術は、主には、許容可能な性能のための標準的なガイドライン及び方法に基づいている。従って、関節上における関節形成作業の位置決め及び向きは、屈曲／伸張、内反／外反、及び動作レンジなどの生体機械的な軸との関係における向きのための標準的な値に基づいている。
【００１４】
関節置換／再構築の手術における目的の１つは、負荷軸との関係における特定のアライメントを実現することにあるはずである。しかしながら、従来の標準は、静的な負荷分析に基づいたものであり、且つ、従って、ＯＡ患者の個別の膝の特性を採用するための最適な関節機能を提供することができない可能性がある。本明細書に開示されている方法は、骨の回復のための動的な方法を提供し、これにより、制約されていない関節及びこの関節を取り囲む靭帯を適切に均衡させると共に患者の膝をほぼ悪化前の状態にほぼ回復させる人工埋植物の配置を結果的にもたらす動的な方法を提供する。
【００１５】
一実施例においては、本明細書に開示された骨回復プロセスの結果は、その悪化前の状態が、自然な内反、外反、又は中立であるかどうかを問わず、膝をその悪化前の状態にほぼ回復させるＴＫＡ又は部分的膝関節形成術である。換言すれば、患者の膝が、悪化の前に、自然な内反、外反、又は中立であった場合に、この手技は、結果的に、当技術分野において既知のすべての又は大部分の関節形成術の一般的な焦点及び結果のように、機械的な軸に対応するアライメントを具備した膝を単純に製造するのとは対照的に、その特定の自然な悪化前のアライメントにほぼ回復した膝をもたらすことになる。
【００１６】
本明細書には、悪化前の状態における患者の骨の少なくとも一部を表す回復済みの骨モデルを生成する方法が開示されている。一実施例においては、本方法は、悪化した状態における患者の骨の少なくとも一部を表す悪化した骨モデルの基準部分から基準情報を決定するステップと、この基準情報を使用し、悪化した骨モデルの悪化した部分を悪化前の状態における悪化した部分を表す回復済みの部分に回復させるステップと、を含む。一実施例においては、本方法は、カスタマイズされた関節形成ジグを製造するための製造命令を定義する際に回復済みの骨モデルを利用するステップを更に含む。
【００１７】
又、本明細書には、前述の方法に従って製造されたカスタマイズされた関節形成ジグも開示されている。一実施例においては、カスタマイズされた関節形成ジグは、人工埋植物が患者の関節を自然なアライメントに回復させることを促進するべく構成されている。人工埋植物は、全関節置換術又は部分的関節置換術用であることができる。患者の関節は、限定を伴うことなしに、膝関節を含む様々な関節であることができる。
【００１８】
本明細書には、悪化前の状態における患者の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを生成する方法が開示されている。一実施例においては、本方法は、悪化した状態における患者の骨の少なくとも１つの画像を生成するステップと、患者の骨のほぼ悪化していない部分と関連する基準部分を同定するステップと、患者の骨のほぼ悪化した部分と関連する悪化した部分を同定するステップと、基準部分と関連する少なくとも１つの画像からの情報を使用し、ほぼ悪化した部分と関連する少なくとも１つの画像と関連した少なくとも１つの側面を変更するステップと、を含む。一実施例においては、本方法は、カスタマイズされた関節形成ジグを製造するための製造命令を定義する際に悪化前の状態における患者の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを利用するステップを更に包含可能である。
【００１９】
又、本明細書には、前述の方法に従って製造されたカスタマイズされた関節形成ジグも開示されている。一実施例においては、カスタマイズされた関節形成ジグは、人工埋植物が患者の関節を自然なアライメントに回復させることを促進するべく構成されている。人工埋植物は、全関節置換術又は部分的関節置換術用であることができる。患者の関節は、限定を伴うことなしに、膝関節を含む様々な関節であることができる。
【００２０】
本明細書には、悪化前の状態における患者の第１の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを生成する方法が開示されている。一実施例においては、本方法は、悪化した状態における患者の第１の骨の少なくとも１つの画像を生成するステップと、患者の第２の骨のほぼ悪化していない部分と関連する基準部分を同定するステップと、患者の第１の骨のほぼ悪化した部分と関連する悪化した部分を同定するステップと、基準部分と関連する少なくとも１つの画像からの情報を使用し、ほぼ悪化した部分と関連する少なくとも１つの画像と関連した少なくとも１つの側面を変更するステップと、を含む。一実施例においては、本方法は、カスタマイズされた関節形成ジグを製造するための製造命令を定義する際に悪化前の状態における患者の第１の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを利用するステップを更に包含可能である。
【００２１】
又、本明細書には、前述の方法に従って製造されたカスタマイズされた関節形成ジグも開示されている。一実施例においては、カスタマイズされた関節形成ジグは、人工埋植物が患者の関節を自然なアライメントに回復させることを促進するべく構成されている。人工埋植物は、全関節置換術又は部分的関節置換術用であることができる。患者の関節は、限定を伴うことなしに、膝関節を含む様々な関節であることができる。
【００２２】
本明細書には、悪化前の状態における患者の第１の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを生成する方法が開示されており、この場合に、患者の第１の骨は、患者の第１の関節の一部である。一実施例においては、本方法は、第２の関節の患者の第２の骨を同定するステップであって、第２の骨は、患者の第１の骨のほぼ対称的な鏡像である、ステップと、患者の第２の骨がほぼ悪化していない状態にある際の患者の第２の骨の複数の画像を生成するステップと、複数の画像をミラーリングし、複数の画像の順序を逆転させるステップと、逆転した順序における複数の画像をコンパイルし、患者の第１の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを形成するステップと、を含む。一実施例においては、本方法は、カスタマイズされた関節形成ジグを製造するための製造命令を定義する際に悪化前の状態における患者の第１の骨の少なくとも一部を表すコンピュータ化骨モデルを利用するステップを更に包含可能である。
【００２３】
又、本明細書には、前述の方法に従って製造されたカスタマイズされた関節形成ジグも開示されている。一実施例においては、カスタマイズされた関節形成ジグは、人工埋植物が患者の関節を自然なアライメントに回復させることを促進するべく構成されている。人工埋植物は、全関節置換術又は部分的関節置換術用であることができる。患者の関節は、限定を伴うことなしに、膝関節を含む様々な関節であることができる。
【００２４】
複数の実施例が開示されるが、当業者には、本発明の例示用の実施例を図示及び記述する以下の詳細な説明から、本発明の更にその他の実施例が明らかとなろう。理解されるように、本発明は、いずれも本発明の精神及び範囲に含まれる様々な態様において変更可能である。従って、図面及び詳細な説明は、その特性が、限定を目的としたものではなく、例示を目的としたものであると見なされたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本明細書に開示された自動化ジグ製造方法を利用するシステムの概略図である。
【図１Ｂ】本明細書に開示されたジグ製造方法を概説するフローチャート図である。
【図１Ｃ】本明細書に開示されたジグ製造方法を概説するフローチャート図である。
【図１Ｄ】本明細書に開示されたジグ製造方法を概説するフローチャート図である。
【図１Ｅ】本明細書に開示されたジグ製造方法を概説するフローチャート図である。
【図１Ｆ】例示用のカスタマイズされた関節形成大腿骨ジグの底部斜視図である。
【図１Ｇ】例示用のカスタマイズされた関節形成大腿骨ジグの平面斜視図である。
【図１Ｈ】例示用のカスタマイズされた関節形成脛骨ジグの底部斜視図である。
【図１Ｉ】例示用のカスタマイズされた関節形成脛骨ジグの平面斜視図である。
【図２】３Ｄコンピュータ生成骨モデルを３Ｄコンピュータ生成回復済み骨モデルに回復させる骨回復プロセスを概略的に示す図である。
【図３Ａ】大腿骨回復済み骨モデルの遠位又は膝関節端部の冠状図である。
【図３Ｂ】大腿骨回復済み骨モデルの遠位又は膝関節端部の軸方向の図である。
【図３Ｃ】脛骨回復済み骨モデルの近位又は膝関節端部の冠状図である。
【図３Ｄ】膝関節を形成するべく１つに配置された図３Ａ及び図３Ｃに示されている図の大腿骨及び脛骨回復済み骨モデルを表す。
【図３Ｅ】膝関節を形成するべく１つに配置された図３Ｂ及び図３Ｃに示されている図の大腿骨及び脛骨回復済み骨モデルを表す。
【図３Ｆ】大腿骨内側顆楕円と、更に詳しくは、図３ＡのラインＮ１に沿って採取された大腿骨内側顆楕円のＮ１スライスの矢状図である。
【図３Ｇ】大腿骨外側顆楕円と、更に詳しくは、図３ＡのラインＮ２に沿って採取された大腿骨外側顆楕円のＮ２スライスの矢状図である。
【図３Ｈ】大腿骨内側顆楕円と、更に詳しくは、図３ＢのラインＮ３に沿って採取された大腿骨内側顆楕円のＮ３スライスの矢状図である。
【図３１】大腿骨外側顆楕円と、更に詳しくは、図３ＢのラインＮ４に沿って採取された大腿骨外側顆楕円のＮ４スライスの矢状図である。
【図４Ａ】外側脛骨高原の矢状図であり、図３ＦのＮ１スライスの外側大腿骨顆楕円がその上部に重畳されている。
【図４Ｂ】内側脛骨高原の矢状図であり、図３ＧのＮ２スライスの外側大腿骨顆楕円がその上部に重畳されている。
【図４Ｃ】回復済み脛骨骨モデルの脛骨高原の平面図である。
【図４Ｄ】図４Ｃの回復済み骨モデル２８Ｂの外側脛骨高原を通じた矢状断面であり、図３ＢのＮ３画像スライスに対応している。
【図４Ｅ】図４Ｃの回復済み骨モデルの内側脛骨高原を通じた矢状断面であり、図３ＢのＮ４画像スライスに対応している。
【図４Ｆ】膝関節を形成する大腿骨及び脛骨の骨モデルの後部−外側斜視図である。
【図４Ｇ】膝関節を形成する大腿骨及び脛骨の回復済み骨モデルの後部−外側斜視図である。
【図５Ａ】大腿骨骨モデルの冠状図である。
【図５Ｂ】脛骨骨モデルの冠状図である。
【図５Ｃ１】図５ＡのＮ２ラインに沿って採取された内側顆のＮ２画像スライスである。
【図５Ｃ２】Ｎ２画像スライスの等高線を回復させる前に基準情報のサイズを増大させる必要性を示している点を除いて、図５Ｃ１と同一の図である。
【図５Ｃ３】Ｎ２画像スライスの等高線を回復させる前に基準情報のサイズを低減する必要性を示している点を除いて、図５Ｃ１と同一の図である。
【図５Ｄ】回復後の図５Ｃ１のＮ２画像スライスである。
【図５Ｅ】Ｎ４画像スライスに沿った内側脛骨高原の矢状図であり、この場合には、高原に対する損傷が主に後部領域内に位置している。
【図５Ｆ】Ｎ４画像スライスに沿った内側脛骨高原の矢状図であり、この場合には、高原に対する損傷が主に前部領域内に位置している。
【図５Ｇ】脛骨高原の前部最高地点を通じて延長する基準側部大腿骨顆ベクトルを示している点を除いて、図５Ｅと同一の図である。
【図５Ｈ】脛骨高原の後部最高地点を通じて延長する基準側部大腿骨顆ベクトルを示している点を除いて、図５Ｆと同一の図である。
【図５Ｉ】回復済みの脛骨高原の前部最高地点を示している点を除いて、図５Ｇと同一の図である。
【図５Ｊ】回復済みの脛骨高原の後部最高地点を示している点を除いて、図５Ｈと同一の図である。
【図５Ｋ】Ｕ1とは対照的に基準ベクトルＶ1を利用している点を除いて、図５Ｇと同一の図である。
【図５Ｌ】Ｕ1とは対照的に基準ベクトルＶ1を利用している点を除いて、図５Ｈと同一の図である。
【図５Ｍ】Ｕ1とは対照的に基準ベクトルＶ1を利用している点を除いて、図５Ｉと同一の図である。
【図５Ｎ】Ｕ1とは対照的に基準ベクトルＶ1を利用している点を除いて、図５Ｊと同一の図である。
【図６Ａ】大腿骨回復済み骨モデルを形成する画像スライス（例えば、ＭＲＩスライスやＣＴスライスなど）の順序及び向きを示す大腿骨回復済み骨モデルの矢状図である。
【図６Ｂ】図６Ａの大腿骨回復済み骨モデルの断面ライン１〜５に沿って採取された遠位画像スライス１〜５である。
【図６Ｃ】図６Ａの大腿骨回復済み骨モデルの断面ライン６〜８に沿って採取された冠状画像スライス６〜８である。
【図６Ｄ】大腿骨回復済み骨モデルの遠位端部の斜視図である。
【図７】ＯＡ膝の状態が骨の回復の成功の可能性にどのような影響を及ぼすのかを示す表である。
【図８Ａ】その側部の回復と関連する様々な脛骨高原である。
【図８Ｂ】その側部の回復と関連する様々な脛骨高原である。
【図８Ｃ】その側部の回復と関連する様々な脛骨高原である。
【図８Ｄ】その側部の回復と関連する様々な脛骨高原である。
【図９Ａ】回復済み骨モデルの冠状である。
【図９Ｂ】回復済み骨モデルの矢状図である。
【図１０Ａ】患者の悪化した状態における右膝及びほぼ健康な左膝の状態を示す図である。
【図１０Ｂ】健康な左膝から得た画像スライスから悪化した右膝用の回復済み骨モデルを生成するための２つの選択肢を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本明細書には、カスタマイズされた関節形成ジグ２と、このようなジグ２を製造するシステム４及び方法と、が開示されている。ジグ２は、特定の患者の特定の骨の表面にフィットするべくカスタマイズされている。実施例に応じて、且つ、大なり小なり、ジグ２は、自動的に計画及び生成され、且つ、３件の米国特許出願、即ち、「Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００７年１月１９日付けで出願されたＰａｒｋ他の特許文献１、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ｊｏｉｎｔ  Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の２００２年５月１５日付で出願されたＰａｒｋ他の特許文献２、及び「Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の２００６年１２月１９日付けで出願されたＰａｒｋ他の特許文献３に開示されているものに類似したものであることができる。これらの３つの米国特許出願の開示内容は、本引用により、この発明を実施するための形態にそのすべてが包含される。
【００２７】
ａ．カスタマイズされた関節形成切断ジグを製造するシステム及び方法の概要
【００２８】
カスタマイズされた関節形成ジグ２を製造するシステム４及び方法の概略的な説明のために、図１Ａ〜図１Ｅを参照されたい。図１Ａは、本明細書に開示されている自動化ジグ製造方法を利用するシステム４の概略図である。図１Ｂ〜図１Ｅは、本明細書に開示されているジグ製造方法の概要を示すフローチャート図である。以下の概略的な説明は、２つの節に分割可能である。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｂ〜図１Ｅの［ブロック１００〜１２５］との関連において記述される第１の節は、三次元（「３Ｄ」）コンピュータモデルの環境において、回復済み骨モデル２８と呼ばれる３Ｄコンピュータモデルとの関係において鋸切断及びドリル孔の場所３０、３２を決定する例示用の方法に関する。結果的に得られる「鋸切断及びドリル孔データ」４４を回復済みの骨モデル２８に関連付けることにより、関節形成埋植物が患者の関節をその悪化前の状態にほぼ回復させることを許容する鋸切断及びドリル孔を提供する。換言すれば、患者の関節は、悪化の前のその自然なアライメントに回復することになる。従って、患者の悪化前の関節が特定の程度の外反を具備していた場合には、これらの鋸切断及びドリル孔は、関節形成埋植物が患者の関節をその特定の程度の外反にほぼ回復させることを許容することになる。同様に、患者の悪化前の関節が特定の程度の内反を具備していた場合には、これらの鋸切断及びドリル孔は、関節形成埋植物が患者の関節をその特定の程度の内反にほぼ回復させることを許容することになり、且つ、患者の悪化前の関節が中立であった場合には、これらの鋸切断及びドリル孔は、関節形成埋植物が患者の関節を中立にほぼ回復させることを許容することになる。
【００３０】
図１Ａ及び図１Ｂ〜図１Ｅの［ブロック１００〜１０５及び１３０〜１４５］との関連において記述される第２の節は、患者の関節の骨の３Ｄコンピュータ生成関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２の３Ｄコンピュータ生成表面モデル４０を３Ｄコンピュータ生成ジグモデル３８内にインポートする例示用の方法に関する。結果的に得られる「ジグデータ」４６を使用し、患者の関節の個別の骨の関節形成ターゲットエリアを整合した状態において受け入れるべくカスタマイズされたジグを製造する。
【００３１】
図１Ａ及び図１Ｅの［ブロック１５０〜１６５］との関連において記述される第３の節は、「鋸切断及びドリル孔データ」４４を「ジグデータ」４６と合成又は統合し、結果的に「統合済みジグデータ」４８をもたらす方法に関する。「統合済みジグデータ」４８は、ＣＮＣ装置１０に提供されたジグブランク５０から、カスタマイズされた関節形成ジグ２を製造するべく、ＣＮＣ装置１０に提供される。結果的に得られるカスタマイズされた関節形成ジグ２は、ジグ２が患者の骨の関節形成ターゲットエリアを整合した状態において受け入れた際に、切断スロット及びドリル孔が、関節形成関節埋植物が患者の関節線をその悪化前の状態にほぼ回復させることを許容する方式による関節形成ターゲットエリアの準備を円滑に実行するように、ジグ２内に配置された鋸切断スロット及びドリル孔を含む。換言すれば、カスタマイズされた関節形成ジグ２は、その特定の悪化前のアライメントが内反、外反、又は中立であったかどうかを問わず、関節形成関節埋植物が患者の関節を患者の特定の悪化前のアライメントに対応した自然なアライメントに回復させることを許容する方式による患者の骨の準備を円滑に実行する。
【００３２】
図１Ａに示されているように、システム４は、ＣＰＵ７、モニタ又は画面９、及び操作者インターフェイス制御装置１１を具備するコンピュータ６を含む。コンピュータ６は、ＣＴ又はＭＲＩ装置８などの医療用撮像システム８と、ＣＮＣフライス盤１０などのコンピュータ制御機械加工システム１０と、にリンクされている。
【００３３】
図１Ａに示されているように、患者１２は、完全に置換されるか（例えば、ＴＫＡ）、部分的に置換されるか（例えば、部分的又は単顆置換）、表面再建されるか、又はその他の方法で治療する対象である関節１４（例えば、膝、肘、足首、手首、臀部、肩、頭蓋骨／脊椎又は脊椎／脊椎接触面など）を具備する。患者１２の関節１４を撮像装置８においてスキャンする。撮像装置８は、関節１４のスキャンを複数回にわたって実行し、この場合に、それぞれのスキャンは、関節１４の薄いスライスに関係している。
【００３４】
図１Ｂからわかるように、複数回のスキャンを使用し、関節１４の複数の二次元（「２Ｄ」）画像１６を生成する［ブロック１００］。例えば、関節１４が膝１４である場合には、２Ｄ画像は、大腿骨１８及び脛骨２０のものとなる。撮像は、ＣＴ又はＭＲＩを介して実行される。ＭＲＩを利用する一実施例においては、撮像プロセスは、２００７年１１月２７日付けで出願された「Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ＭＲＩ  Ｉｍａｇｅｓ  Ｕｓａｂｌｅ  Ｆｏｒ  Ｔｈｅ  Ｃｒｅａｔｉｏｎ  Ｏｆ  ３Ｄ  Ｂｏｎｅ  Ｍｏｄｅｌｓ  Ｅｍｐｌｏｙｅｄ  Ｔｏ  Ｍａｋｅ  Ｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄ  Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ  Ｊｉｇｓ」という名称のＰａｒｋの特許文献４に開示されているものであってよく、且つ、この内容は、本引用により、この発明を実施するための形態にそのすべてが包含される。
【００３５】
図１Ａから理解されるように、２Ｄ画像は、コンピュータ生成３Ｄモデルを生成するべく、コンピュータに送信される。図１Ｂに示されているように、一実施例においては、地点Ｐを２Ｄ画像１６内において同定している［ブロック１０５］。一実施例においては、図１Ａの［ブロック１０５］に示されているように、地点Ｐは、患者の関節１４のほぼ内側−外側の中心であって前部−後部の中心であることができる。その他の実施例においては、地点Ｐは、骨１８、２０又は骨１８、２０によって形成された関節１４の上部、この近傍、又はこれから離れたところを含む２Ｄ画像１６内の任意のその他の場所に位置可能である。
【００３６】
この概要において後述するように、地点Ｐを使用し、２Ｄ画像１６から生成されたコンピュータ生成３Ｄモデル２２、２８、３６を配置すると共に３Ｄモデルを介して生成された情報を統合可能である。実施例に応じて、位置及び／又は向きの基準として機能する地点Ｐは、基準Ｐを使用して２Ｄ画像１６を介して生成された３Ｄモデル２２、２８、３６を位置決め及び／又は方向付け可能である限り、単一の地点、２つの地点、３つの地点、地点及びプレーン、ベクトルなどであることができる。
【００３７】
図１Ｃに示されているように、２Ｄ画像１６を利用し、患者の関節１４を形成する骨１８、２０のコンピュータ生成３Ｄ骨のみ（即ち、「骨モデル」）２２を生成する［ブロック１１０］。骨モデル２２は、地点ＰがＸ−Ｙ−Ｚ軸の原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）との関係において座標（Ｘ0-j、Ｙ0-j、Ｚ0-j）に位置するように、配置される［ブロック１１０］。骨モデル２２は、その個別の悪化した関節表面２４、２６と共に、現在の悪化した状態における骨１８、２０を示し、この悪化した状態は、変形性関節症、負傷、これらの組合せなどの結果であることができる。
【００３８】
２Ｄ画像１６から３Ｄコンピュータ生成骨モデル２２を生成するコンピュータプログラムは、カンザス州Ｏｖｅｒｌａｎｄ  Ｐａｒｋに所在するＡｎａｌｙｚｅＤｉｒｅｃｔ，  Ｉｎｃ．社のＡｎａｌｙｚｅ、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｂｒａｒｙ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  Ｉｎｓｉｇｈｔ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｔｏｏｌｋｉｔ  （「ＩＴＫ」）（商標）、ｗｗｗ．ｉｔｋ．ｏｒｇから入手可能なオープンソースソフトウェアであるＩｎｓｉｇｈｔ  Ｔｏｏｌｋｉｔ（商標）、ｗｗｗ．ｓｌｉｃｅｒ．ｏｒｇから入手可能なオープンソースソフトウェアである３Ｄ  Ｓｌｉｃｅｒ（商標）、ミシガン州Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒに所在するＭａｔｅｒｉａｌｉｓｅ社のＭｉｍｉｃｓ（商標）、及びｗｗｗ．ｐａｒａｖｉｅｗ．ｏｒｇにおいて入手可能なＰａｒａｖｉｅｗ（商標）を含む。
【００３９】
図１Ｃに示されているように、３Ｄコンピュータ生成骨モデル２２を利用し、３Ｄコンピュータ生成「回復済み骨モデル」又は「計画骨モデル」２８を生成し、この場合に、悪化した表面２４、２６は、悪化の前のその個別の状態にほぼ変更又は回復される［ブロック１１５］。従って、回復済み骨モデル２８の骨１８、２０は、ほぼ悪化の前のその状態が反映されている。回復済み骨モデル２８は、地点Ｐが原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）に対する座標（Ｘ0-j、Ｙ0-j、Ｚ0-j）に位置するように、配置される。従って、回復済み骨モデル２８は、原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）に対して同一の向きと配置を骨モデル２２と共有している。
【００４０】
一実施例においては、回復済み骨モデル２８は、コンピュータ６の前面に着座し、且つ、コンピュータ画面９上において、３Ｄコンピュータモデルとして骨モデル２２及びその悪化した表面２４、２６を観察している人物により、骨モデル２２から手動で生成される。人物は、悪化した表面２４、２６を視覚的に観察し、これらをその悪化前の状態又はその悪化前の状態の推定又は近似にほぼ回復させるべく、３Ｄコンピュータ骨モデル２２上の悪化した表面２４、２６を、どのように、且つ、どの程度だけ、変更する必要があるのか、を決定する。次いで、この人物は、コンピュータ制御装置１１とやり取りすることにより、３Ｄモデリングコンピュータプログラムを介して３Ｄの悪化した表面２４、２６を手動で操作し、その人物が悪化前の状態を表していると考える状態に表面２４、２６を回復させる。この手動回復プロセスの結果が、コンピュータ生成３Ｄ回復済み骨モデル２８であり、この場合には、表面２４’、２６’が、悪化していない状態において示される。換言すれば、この結果は、悪化前のアライメント及び構成が内反、外反、又は中立であったかどうかを問わず、患者の膝関節の自然な悪化前のアライメント及び構成を表すべく使用可能である回復済み骨モデル２８である。
【００４１】
一実施例においては、前述の骨回復プロセスは、本明細書に開示されている方法を利用するプロセッサを介して実行されるように、全般的に又は完全に自動化されている。換言すれば、コンピュータプログラムは、骨モデル２２及びその悪化した表面２４、２６を分析し、それらをその悪化前の状態又はその悪化前の状態の推定又は近似に回復させるべく、どのように、且つ、どの程度だけ、３Ｄコンピュータ骨モデル２２上の悪化した表面２４、２６を変更する必要があるのか、を決定可能である。次いで、コンピュータプログラムは、３Ｄの悪化した表面２４、２６を操作し、表面２４、２６を悪化前の状態を表すべく意図された状態に回復させる。この自動化回復プロセスの結果が、コンピュータ生成３Ｄ回復済み骨モデル２８であり、この場合に、表面２４’、２６’は、悪化していない状態において示される。コンピュータによって大なり小なり利用される自動化回復プロセスの様々な実施例の説明は、この発明を実施するための形態において後程提供される。
【００４２】
図１Ｃに示されているように、回復済み骨モデル２８を術前計画（「ＰＯＰ」）手順において利用し、全関節関節形成術或いは部分的又は単顆関節関節形成術の文脈におけるものかどうかを問わず、関節形成関節埋植物が患者の関節線をその悪化前の又は自然なアライメントにほぼ回復させることを許容する患者の骨の内部における鋸切断の場所３０及びドリル孔の場所３２を決定する［ブロック１２０］。
【００４３】
一実施例においては、ＰＯＰ手順は、手動プロセスであり、この場合には、コンピュータ生成３Ｄ埋植物モデル２３（例えば、関節が膝である文脈においては、大腿骨及び脛骨埋植物である）及び回復済み骨モデル２８は、コンピュータ６の前に着座し、コンピュータ画面９上において埋植物モデル３４及び回復済み骨モデル２８を視覚的に観察し、且つ、コンピュータ制御装置１１を介してモデル２８、３４を操作する人物により、相互の関係において手動で操作される。回復済み骨モデル２８上に埋植物モデル３４を重畳することにより、又はこの逆により、埋植物モデル３４の関節表面を回復済み骨モデル２８の関節表面とアライメントさせるか又はこれに対応させることが可能である。モデル２８、３４の関節表面をこのようにアライメントさせることにより、埋植物モデル３４は、鋸切断の場所３０及びドリル孔の場所３２を回復済み骨モデル２８との関係において決定することができるように、回復済み骨モデル２８との関係において位置決めされる。
【００４４】
一実施例においては、ＰＯＰプロセスが全般的に又は完全に自動化されている。例えば、コンピュータプログラムは、コンピュータ生成３Ｄ埋植物モデル３４（例えば、関節が膝である文脈においては、大腿骨及び脛骨埋植物）及び回復済み骨モデル又は計画骨モデル８を相互の関係において操作し、回復済み骨モデル２８との関係における鋸切断及びドリル孔の場所３０、３２を決定可能である。埋植物モデル３４を回復済み骨モデル２８上に重畳可能であり、この逆も可能である。一実施例においては、埋植物モデル３４は、原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）との関係において地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）に配置され、且つ、回復済み骨モデル２８は、地点Ｐ（Ｘ0-j、Ｙ0-j、Ｚ0-j）に配置される。モデル２８、３４の関節表面を対応させるべく、コンピュータプログラムは、地点Ｐ（Ｘ0-j、Ｙ0-j、Ｚ0-j）から地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）に回復済み骨モデル２８を移動可能であり、この逆も可能である。モデル２８、３４の関節表面が近接状態になったら、回復済み骨モデル２８の関節表面とアライメント又は対応するように、埋植物モデル３４の関節表面を形状整合可能である。モデル２８、３４の関節表面をこのようにアライメントさせることにより、埋植物モデル３４は、鋸切断の場所３０及びドリル孔の場所３２を回復済み骨モデル２８との関係において決定することができるように、回復済み骨モデル２８との関係において配置される。
【００４５】
図１Ｅに示されているように、一実施例においては、地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）に対する鋸切断及びドリル孔の場所３０、３２に関するデータ４４を「鋸切断及びドリル孔データ」４４としてパッケージ化又は統一している［ブロック１４５］。次いで、「鋸切断及びドリル孔データ」４４を図１Ｅの［ブロック１５０］との関係において後述するように使用する。
【００４６】
又、図１Ｄから理解されるように、図１Ｃの［ブロック１１０］との関係において前述した骨モデル２２を生成するべく利用した２Ｄ画像１６を使用し、患者の関節１４を形成する骨１８、２０のコンピュータ生成３Ｄ骨及び軟骨モデル（即ち、「関節炎モデル」）３６を生成する［ブロック１３０］。前述のモデル２２と同様に、地点ＰがＸ−Ｙ−Ｚ軸の原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）に対して座標（Ｘ0-j、Ｙ0-j、Ｚ0-j）に位置するように、関節炎モデル３６を配置する［ブロック１３０］。従って、骨及び関節炎モデル２２、３６は、原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）に対して同一の場所と向きを共有する。この位置／向きの関係は、一般に、図１Ｂ〜図１Ｅとの関係において前述したプロセスの全体を通じて維持される。従って、骨モデル２２及びその様々な子孫（即ち、回復済み骨モデル２８、骨切断の場所３０、及びドリル孔の場所３２）の原点（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）に対する運動も、関節炎モデル３６及びその様々な子孫（即ち、ジグモデル３８）に適用される。骨モデル２２及び関節炎モデル３６及びそれらの個別の子孫の間の位置／向きの関係を維持することにより、「鋸切断及びドリル孔データ」４４を「ジグデータ」４６に統合し、カスタマイズされた関節形成ジグ２を製造するべくＣＮＣ装置１０が利用する「統合ジグデータ」４８を形成可能である。
【００４７】
２Ｄ画像１６から３Ｄコンピュータ生成関節炎モデル３６を生成するコンピュータプログラムは、カンザス州Ｏｖｅｒｌａｎｄ  Ｐａｒｋに所在するＡｎａｌｙｚｅＤｉｒｅｃｔ，  Ｉｎｃ．社のＡｎａｌｙｚｅ、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｉｂｒａｒｙ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  Ｉｎｓｉｇｈｔ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｔｏｏｌｋｉｔ  （「ＩＴＫ」）（商標）、ｗｗｗ．ｉｔｋ．ｏｒｇから入手可能なオープンソースソフトウェアであるＩｎｓｉｇｈｔ  Ｔｏｏｌｋｉｔ（商標）、ｗｗｗ．ｓｌｉｃｅｒ．ｏｒｇから入手可能なオープンソースソフトウェアである３Ｄ  Ｓｌｉｃｅｒ（商標）、ミシガン州Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒに所在するＭａｔｅｒｉａｌｌｉｓｅ社のＭｉｍｉｃｓ（商標）、及びｗｗｗ．ｐａｒａｖｉｅｗ．ｏｒｇにおいて入手可能なＰａｒａｖｉｅｗ（商標）を含む。
【００４８】
骨モデル２２と同様に、関節炎モデル３６は、その個々の悪化した関節表面２４、２６と共に、現在の悪化した状態における骨１８、２０を示し、これらは、変形性関節症、負傷、これらの組合せなどの結果であることができる。しかしながら、骨モデル２２とは異なり、関節炎モデル３６は、骨のみモデルではなく、骨に加えて、軟骨を含む。従って、関節炎モデル３６は、カスタマイズされた関節形成ジグ２が関節形成手技において関節形成ターゲットエリア４２を整合した状態において受け入れた際のその存在に伴って関節形成ターゲットエリア４２を総合的に示している。
【００４９】
図１Ｄに示されているように、且つ、既に前述したように、骨及び関節炎モデル３６、３６及びそれらの個別の子孫の位置／向きを調整するべく、地点Ｐから地点Ｐ’への回復済み骨モデル２８の任意の運動を追跡し、「関節炎モデル」３６のほぼ同一の変位を生成する［ブロック１３５］。
【００５０】
図１Ｄに示されているように、関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２のコンピュータ生成３Ｄ表面モデル４０をコンピュータ生成３Ｄ関節形成ジグモデル３８にインポートする［ブロック１４０］。従って、ジグモデル３８は、関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２を整合された状態において受け入れるべく構成又はインデクシングされる。この結果、このようなジグモデル３８に整合するべく製造されたジグ２は、関節形成手技において、実際の関節骨の関節形成ターゲットエリアを整合された状態において受け入れることになる。
【００５１】
一実施例においては、ジグモデル３８を関節形成ターゲットエリア４２に対してインデクシングする手順は、手動のプロセスである。３Ｄコンピュータ生成モデル３６、３８は、コンピュータ６の前面に着座し、コンピュータ画面９上においてジグモデル３８及び関節炎モデル３６を視覚的に観察し、且つ、コンピュータ制御装置１１とやり取りすることによってモデル３６、３８を操作する人物により、相互の関係において手動で操作される。一実施例においては、ジグモデル３８（例えば、関節が膝である文脈においては、大腿骨及び脛骨関節形成ジグ）を関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２上に重畳することにより、又はこの逆により、関節形成ターゲットエリア４２の表面モデル４０をジグモデル３８にインポート可能であり、この結果、ジグモデル３８は、関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２を整合した状態において受け入れるべくインデクシングされる。又、地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）をジグモデル３８にインポートすることも可能であり、この結果、ジグモデル３８は、［ブロック１２５］の骨切断及びドリル孔データ４４とのその統合を許容するべく、地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）との関係において位置決め及び方向付けされる。
【００５２】
一実施例においては、ジグモデル３８を関節形成ターゲットエリア４２に対してインデクシングする手順は、２００７年１２月１８日付けで出願された「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ａｒｔｈｒｏｐｌａｓｔｙ  Ｊｉｇｓ」という名称のＰａｒｋの特許文献５に開示されているように、全般的に又は完全に自動化されており、この内容は、本引用により、この発明を実施するための形態にそのすべてが包含される。例えば、コンピュータプログラムは、関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２の３Ｄコンピュータ生成表面モデル４０を生成可能である。次いで、コンピュータプログラムは、表面モデル４０及び地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）をジグモデル３８にインポート可能であり、この結果、ジグモデル３８は、関節炎モデル３６の関節形成ターゲットエリア４２を整合した状態において受け入れるべくインデクシングされる。又、結果的に得られるジグモデル３８も、［ブロック１２５］の骨切断及びドリル孔データ４４とのその統合を許容するべく、地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）との関係において位置決め及び方向付けされる。
【００５３】
一実施例においては、関節炎モデル３６は、Ｐａｒｋによって出願された特許文献５に記述されている閉ループプロセスから生成される３Ｄ容積モデルであることができる。その他の実施例においては、関節炎モデル３６は、Ｐａｒｋによって出願された特許文献５に記述されている開ループプロセスから生成される３Ｄ表面モデルであることができる。
【００５４】
図１Ｅに示されているように、一実施例においては、地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）との関係におけるジグモデル３８及び表面モデル４０に関するデータを「ジグデータ」４６としてパッケージ化又は統合する［ブロック１４５］。次いで、「ジグデータ」４６を図１Ｅの［ブロック１５０］との関係において後述するように使用する。
【００５５】
図１Ｅから理解されるように、「鋸切断及びドリル孔データ」４４を「ジグデータ」４６と統合し、結果的に「統合ジグデータ」４８を得る［ブロック１５０］。前述のように、「鋸切断及びドリル孔データ」４４、「ジグデータ」４６、及びこれらの様々な祖先（例えば、モデル２２、２８、３６、３８）が地点Ｐ及びＰ’との関係において位置及び向きについて相互に整合されるため、「鋸切断及びドリル孔データ」４４は、「ジグデータ」４６への適切な統合のために「ジグデータ」４６との関係において適切に位置決め及び方向付けされる。結果的に得られる「統合ジグデータ」４８は、ＣＮＣ装置１０に提供された際に、（１）患者の骨の関節形成ターゲットエリアを整合した状態において受け入れるべく構成されており、且つ、（２）関節形成関節埋植物が患者の関節線をその悪化前の状態、換言すれば、関節の自然なアライメントにほぼ回復させることを許容する方式で関節形成ターゲットエリアの準備を円滑に実行する切断スロット及びドリル孔を具備したジグ２を結果的にもたらす。
【００５６】
図１Ａ及び図１Ｅから理解されるように、「統合ジグデータ」４４は、コンピュータ６からＣＮＣ装置１０に転送される［ブロック１５５］。ジグブランク５０がＣＮＣ装置１０に提供され［ブロック１６０］、且つ、ＣＮＣ装置１０は、「統合ジグデータ」を利用し、ジグブランク５０から関節形成ジグ２を機械加工する。
【００５７】
前述のプロセスを介して製造可能である例示用のカスタマイズされた関節形成切断ジグ２を説明するべく、図１Ｆ〜図１Ｉを参照されたい。先程指摘したように、前述のプロセスを利用し、膝、肘、足首、手首、臀部、肩、脊椎接触面などを伴う関節形成術（例えば、全関節置換、部分的関節置換、関節表面再建など）のために構成されたジグ２を製造可能であるが、図１Ｆ〜図１Ｉに示されているジグの例は、全膝置換（「ＴＫＲ」）又は部分的膝置換用である。従って、図１Ｆ及び図１Ｇは、それぞれ、例示用のカスタマイズされた関節形成大腿骨ジグ２Ａの底面及び平面斜視図であり、且つ、図１Ｈ及び図１Ｉは、それぞれ、例示用のカスタマイズされた関節形成脛骨ジグ２Ｂの底面及び平面斜視図である。
【００５８】
図１Ｆ及び図１Ｇに示されているように、大腿骨関節形成ジグ２Ａは、内部側部又は部分１００と、外部側部又は部分１０２を包含可能である。大腿骨切断ジグ２ＡがＴＫＲ又は部分的膝置換術において使用される際に、内部側部又は部分１００は、大腿骨下端部の関節形成ターゲットエリア４２に対向し、且つ、これを整合した状態において受け入れ、且つ、外部側部又は部分１０２は、内部部分１００とは反対の大腿骨切断ジグ２Ａの側に位置する。
【００５９】
大腿骨ジグ２Ａの内部部分１００は、患者の大腿骨１８の損傷した下端部（即ち、関節形成ターゲットエリア４２）の表面形状と整合するべく構成されている。従って、ターゲットエリア４２がＴＫＲ又は部分的膝置換手術において大腿骨ジグ２Ａの内部部分１００内に受け入れられた際に、ターゲットエリア４２の表面と内部部分１００は整合する。
【００６０】
大腿骨切断ジグ２Ａの内部部分１００の表面は、選択された大腿骨ジグブランク５０Ａ内に機械加工されるか又はその他の方法で形成され、且つ、これは、患者の大腿骨１８の損傷した下端部又はターゲットエリア４２のターゲットエリア４２の３Ｄ表面モデルに基づいているか又はこれから定義されている。
【００６１】
図１Ｈ及び図１Ｉに示されているように、脛骨関節形成ジグ２Ｂは、内部側部又は部分１０４と、外部側部又は部分１０６と、を包含可能である。脛骨切断ジグ２ＢがＴＫＲ又は部分的膝置換術において使用される際に、外部側部又は部分１０４は、脛骨上端部の関節形成ターゲットエリア４２と対向し、且つ、これを整合した状態において受け入れ、且つ、外部側部又は部分１０６は、内部部分１０４とは反対の脛骨切断ジグ２Ｂの側に位置する。
【００６２】
脛骨ジグ２Ｂの内部部分１０４は、患者の脛骨２０の損傷した上端部（即ち、関節形成ターゲットエリア４２）の表面形状に整合するべく構成されている。従って、ターゲットエリア４２がＴＫＲ又は部分的膝置換手術において脛骨ジグ２Ｂの内部部分１０４内に受け入れられた際に、ターゲットエリア４２及び内部部分４１の表面は整合する。
【００６３】
脛骨切断ジグ２Ｂの内部部分１０４の表面は、選択された脛骨ジグブランク５０Ｂ内に機械加工されるか又はその他の方法によって形成され、且つ、患者の脛骨２０の損傷した上端部のターゲットエリア４２又はターゲットエリア４２の３Ｄ表面モデル４０に基づいているか又はこれから定義されている。
【００６４】
ｂ．３Ｄ骨モデルの損傷領域を回復させて３Ｄ回復済み骨モデルを生成する自動化プロセスの概要
【００６５】
図１Ｃの［ブロック１１５］との関連において前述したように、３Ｄ「骨モデル」２２の損傷領域を回復させて３Ｄ「回復済み骨モデル」２８を生成するプロセスは、大なり小なり、コンピュータによって実行されるべく自動化可能である。以下、この発明を実施するための形態の残りの部分において、このような自動化プロセスの様々な例について説明するが、まずは、様々な自動化骨回復プロセスの概要から始める。
【００６６】
図１Ａ及び図１Ｂの［ブロック１００〜１０５］から理解されるように、患者１２は、置換（例えば、部分的な置換又は完全な置換）又は表面再建の対象である関節１４（例えば、膝、肘、足首、手首、肩、臀部、脊椎接触面など）を具備する。患者１２は、撮像装置１０（例えば、ＣＴやＭＲＩなどの装置）内において関節１４をスキャンしてもらい、患者の関節１４（例えば、膝）を形成する骨（例えば、大腿骨１８及び脛骨２０）の複数の２Ｄスキャン画像１６を生成する。２Ｄスキャン画像又はスライス１６を生成するプロセスは、Ｐａｒｋによって２００７年１１月２７日付けで出願された特許文献４に開示されているように実行可能であり、この内容は、本引用により、この発明を実施するための形態にそのすべてが包含される。それぞれのスキャン画像１６は、ターゲットである１つ又は複数の骨１８、２０の薄いスライス画像である。スキャン画像１６は、ＣＰＵ７に送信され、ＣＰＵは、骨１８、２０のスキャン画像１６のターゲットである形状４２に沿って開ループ又は閉ループ画像分析を利用し、ターゲットである形状４２のプロファイルに沿ってそれぞれのスキャン画像１６について等高線を生成可能である。それぞれのスキャン画像１６の等高線を生成するプロセスは、特許文献５に開示されているように実行可能であり、この内容は、本引用により、この発明を実施するための形態にそのすべてが包含される。
【００６７】
図１Ａ及び図１Ｃの［ブロック１１０］から理解されるように、ＣＰＵ７は、スキャン画像１６と、更に詳しくは、等高線をコンパイルし、患者の関節の骨１８、２０のターゲットである形状４２の３Ｄコンピュータ表面又は容積モデル（「骨モデル」）２２を生成する。全膝置換（「ＴＫＲ」）又は部分的膝置換手術の文脈においては、ターゲットである形状４２は、患者の大腿骨１８の下部又は膝関節部分及び患者の脛骨２０の上部又は膝関節部分であることができる。更に詳しくは、大腿骨骨モデル２２を生成するために、ターゲットである形状４２は、大腿骨の顆部分を包含可能であり、且つ、上方に延長して大腿骨の骨幹の少なくとも一部を包含可能である。同様に、脛骨骨モデル２２を生成するために、ターゲットである部分４２は、脛骨の高原部分を包含可能であり、且つ、下方に延長して脛骨の骨幹の少なくとも一部を包含可能である。
【００６８】
いくつかの実施例においては、「骨モデル」２２は、等高線がそれぞれ開又は閉ループとなるように、それぞれ、開ループ又は閉ループプロセスを介して形成された表面モデル又は容積ソリッドモデルであることができる。いずれにしても、骨モデル２２は、関節形成術の対象である関節の骨の骨のみの３Ｄコンピュータ生成モデルである。骨モデル２２は、骨がその医療用撮像の時点において存在していた悪化した状態における骨を表している。
【００６９】
鋸切断及びドリル孔の場所３０、３２が図１Ｃの［ブロック１２０］との関連において記述したように決定されるＰＯＰ手順を実現するベく、「骨モデル」２２及び／又は画像スライス１６（図１Ｂの［ブロック１００］を参照されたい）を変更し、その悪化の前の患者の骨の状態を近似する３Ｄコンピュータ生成モデルを生成する。換言すれば、結果的に得られる「回復済み骨モデル」２８と呼ばれる３Ｄコンピュータ生成モデルは、悪化していない又は健康な状態における患者の骨を近似しており、且つ、これを使用し、悪化の前のその自然なアライメントにおける患者の関節を表すことができる。
【００７０】
一実施例においては、骨モデル２２又は画像スライス１６から回復済み骨モデル２８を生成するべく利用される骨回復プロセスは、図２に示されたプロセス図に示されているようなものであることができる。図２に示されているように、関節形成術が適用される対象である関節の骨の損傷及び基準側部を３Ｄコンピュータ生成「骨モデル」から同定する［ブロック２００］。損傷側部とは、骨モデル２２内において回復を要する関節の骨の側部又は部分であり、且つ、基準側部とは、損傷側部を回復させるための基準として機能可能であるほぼ損傷していないか又は少なくとも十分に悪化を免れている関節の骨の側部である。
【００７１】
次いで、図２から理解されるように、基準データ又は情報（例えば、楕円、楕円軸、及び／又はライン及び／又はプレーンの形態におけるベクトルの形態におけるもの）を関節の骨の基準側部から決定する［ブロック２０５］。次いで、基準情報又はデータを関節の骨の損傷側部に対して適用する［ブロック２１５］。例えば、第１実施例においては、且つ、膝関節の文脈においては、基準側部の大腿骨顆楕円と関連するベクトルを決定し、且つ、損傷側部の大腿骨顆及び損傷側部の脛骨高原に対して適用する。第２実施例においては、且つ、膝関節の文脈においては、基準側部の脛骨高原の最高前部及び後部地点に関連するベクトルを決定し、且つ、損傷側部の大腿骨顆及び損傷側部の脛骨高原に対して適用する。これらのベクトルは、顆楕円とほぼ平行であり、且つ、膝関節線とほぼ平行である。
【００７２】
図２に示されているように、関節の骨の損傷側部の２Ｄ画像スライスと関連するそれぞれの関節等高線を基準ベクトル又は楕円に対して延長させる［ブロック２２０］。この回復プロセスは、関節の損傷側部と関連するすべての又は大部分の画像スライスの関節等高線についてスライスごとに実行される。次いで、３Ｄ「骨モデル」を回復済み２Ｄ画像スライスから３Ｄ「回復済み骨モデル」に再構築する［ブロック２２５］。
【００７３】
「骨モデル」２２から生成されたら、「回復済み骨モデル」２８を図１Ｃの［ブロック１２０］との関連において説明したＰＯＰプロセスにおいて利用可能である。［ブロック１２５及び１５０］との関連において説明したように、ＰＯＰプロセスの結果として得られる「鋸切断及びドリル孔データ」を「ジグデータ」４６にインデクシングし、「統合ジグデータ」４８を生成する。図１Ｅの［ブロック１５５〜１６５］との関連において説明したように、ＣＮＣ装置１０は、この「統合ジグデータ」４８を利用し、カスタマイズされた関節形成ジグ２を製造する。
【００７４】
本明細書に開示されているシステム４及び方法は、患者の特定の骨の形状に対してカスタマイズされた関節形成ジグ２の効率的な製造を実現する。結果的に得られるそれぞれの関節形成ジグ２は、関節形成の焦点である患者の骨の表面形状に対して固有に寸法設定された内部部分を含む。又、それぞれのジグ２は、ジグを介して患者の骨に施された鋸切断及びドリル孔が、関節埋植物が患者の関節線を悪化前の状態又は少なくとも悪化前の状態に近接した近似に回復させることを許容する切断及び孔を結果的にもたらすことになるように、ジグの内部部分との関係においてインデクシングされた鋸切断スロット及びドリル孔を含む。
【００７５】
関節形成がＴＫＲ又は部分的膝置換手術である場合には、ジグは、大腿骨ジグ及び／又は脛骨ジグとなる。大腿骨ジグは、患者の大腿骨の下部又は関節端部の損傷した表面に整合するべく構成された内部部分特性を具備することになる。脛骨ジグは、患者の脛骨の上部又は関節端部の損傷した表面に整合するべく構成された内部部分特性を具備することになる。
【００７６】
ジグ２及びこのようなジグを製造するシステム４及び方法は、本明細書においては、膝並びにＴＫＲ又は部分的膝置換手術の文脈において例示されている。しかしながら、当業者であれば、ジグ２及びこのようなジグを製造するシステム４及び方法は、例えば、肘、肩、臀部などの手術などのその他の関節及び関節置換又は表面再建手術の文脈において使用するべく容易に適合可能であることを容易に理解するであろう。従って、ジグ２及びこのようなジグを製造するシステム４及び方法に関する本明細書に含まれている開示内容は、膝並びにＴＫＲ又は部分的膝置換手術に限定されるものと見なしてはならず、あらゆるタイプの関節手術を包含するものと見なすことを要する。
【００７７】
ｃ．正確な回復済み骨モデルの力学の概要
【００７８】
まず、本明細書に開示されている骨回復術のいずれかのものについて説明する前に、正確な回復済み骨モデル２８の力学の概要について説明することとする。この概要説明は、膝関節１４と、更に詳しくは、大腿骨回復済み骨モデル２８Ａ及び脛骨回復済み骨モデル２８Ｂの文脈において行われるが、この説明は、その他の関節（例えば、肘、足首、手首、臀部、脊椎など）にも適用可能であり、且つ、膝関節１４に限定されるものと見なしてはならず、あらゆる関節を包含するものと見なすことを要することを記憶されたい。
【００７９】
大腿骨回復済み骨モデル２８Ａの遠位又は膝関節端部の冠状図である図３Ａに示されているように、地点Ｄ1、Ｄ2は、それぞれ、大腿骨の外側及び内側顆３００、３０２のそれぞれのものの最も遠位の接線接触点を表す。換言すれば、Ｄ1、Ｄ2は、膝がゼロ度の伸張状態にある際の大腿骨の外側及び内側顆３００、３０２のそれぞれのものの最低接点を表す。２つの接線接触点Ｄ1、Ｄ2に跨って延長させることにより、ラインＤ1Ｄ2を得ることができる。この大腿骨回復済み骨モデル２８Ａにおいては、ラインＤ1Ｄ2は、膝がゼロ度の伸張状態にある際に、膝の関節線に対して平行又はほぼ平行である。
【００８０】
基準ラインＮ１は、地点Ｄ1においてラインＤ1Ｄ2に対して垂直であり、且つ、ラインＮ１に沿って採取された対応する２Ｄ画像スライス１６を表すものと見なすことができる。基準ラインＮ２は、地点Ｄ2においてラインＤ1Ｄ2に対して垂直であり、且つ、ラインＮ２に沿って採取された対応する２Ｄ画像スライス１６を表すものと見なすことができる。Ｎ１、Ｎ２に沿って採取された断面２Ｄ画像スライス１６は、接線Ｄ1Ｄ2及び関節線に対して垂直又はほぼ垂直である。
【００８１】
大腿骨回復済み骨モデル２８Ａの遠位又は膝関節端部の軸方向の図である図３Ｂに示されているように、地点Ｐ1、Ｐ2は、それぞれ、大腿骨外側及び内側顆３００、３０２のそれぞれのものの最も後部の接線接触点を表す。換言すれば、地点Ｐ1、Ｐ2は、膝が９０度の伸張状態にある際の大腿骨外側及び内側顆３００、３０２のそれぞれのものの最低接点を表す。２つの接線接触点Ｐ1、Ｐ2に跨って延長させることにより、ラインＰ1Ｐ2を得ることができる。この大腿骨回復済み骨モデル２８Ａにおいては、ラインＰ1Ｐ2は、膝が９０度の屈曲状態にある際に、膝の関節線に対して平行又はほぼ平行である。
【００８２】
基準ラインＮ３は、地点Ｐ1においてラインＰ1Ｐ2に対して垂直であり、且つ、ラインＮ３に沿って採取された対応する２Ｄ画像スライス１６を表すものと見なすことができる。いくつかの例においては、ラインＮ１、Ｎ３は、大腿骨回復済み骨モデル２８Ａ上においてほぼ同一の空間を占有可能であり、或いは、ラインＮ１、Ｎ３は、膝の関節線に沿って相互に大なり小なりオフセットすることも可能である。基準ラインＮ４は、地点Ｐ2においてラインＰ1Ｐ2に対して垂直であり、且つ、ラインＮ４に沿って採取された対応する２Ｄ画像スライス１６を表すものと見なすことができる。いくつかの例においては、ラインＮ２、Ｎ４は、大腿骨回復済み骨モデル２８上においてほぼ同一の空間を占有することも可能であり、或いは、ラインＮ２、Ｎ４は、膝の関節線に沿って相互に大なり小なりオフセットすることも可能である。ラインＮ３、Ｎ４に沿って採取された断面２Ｄ画像スライス１６は、接線Ｐ1Ｐ2及び関節線に対して垂直又はほぼ垂直である。
【００８３】
脛骨回復済み骨モデル２８Ｂの近位又は膝関節端部の冠状図である図３Ｃに示されているように、地点Ｒ1、Ｒ2は、それぞれ、脛骨外側及び内側高原３０４、３０６のそれぞれのものの最低接線接触点を表す。換言すれば、地点Ｒ1、Ｒ2は、膝がゼロ度の伸張状態にある際の大腿骨顆との間の脛骨高原の接触の最低地点を表す。２つの接線接触点Ｒ1、Ｒ2に跨って延長させることにより、ラインＲ1Ｒ2を得ることができる。この脛骨回復済み骨モデル２８Ｂにおいては、ラインＲ1Ｒ2は、膝がゼロ度の伸張状態にある際に、膝の関節線に対して平行又はほぼ平行である。又、膝関節がゼロ度の伸張状態にある際には、ラインＲ1Ｒ2は、ラインＤ1Ｄ2に対して平行又はほぼ平行である。膝関節が９０度の伸張状態にある際には、ラインＲ1Ｒ2は、ラインＰ1Ｐ2に対して平行又はほぼ平行である。
【００８４】
基準ラインＮ１は、地点Ｒ1においてラインＲ1Ｒ2に対して垂直であり、且つ、ラインＮ１に沿って採取された対応する２Ｄ画像スライス１６を表すものとの見なすことができる。基準ラインＮ２は、地点Ｒ2においてラインＲ1Ｒ2に対して垂直であり、且つ、ラインＮ２に沿って採取された対応する２Ｄ画像スライス１６を表すものとみなすことができる。ラインＮ１、Ｎ２に沿って採取された断面２Ｄ画像スライス１６は、接線Ｒ1Ｒ2及び関節線に対して垂直又はほぼ垂直である。大腿骨及び脛骨回復済み骨モデルの両方２８Ａ、２８Ｂは、悪化又は損傷の前の膝関節１４を表しているため、図１Ａの大腿骨回復済みモデル２８ＡのラインＮ１、Ｎ２は、膝関節がゼロ度の伸張状態にある際には、脛骨回復済み骨モデル２８ＢのラインＮ１、Ｎ２とアライメントし、且つ、これと同一であることができる。従って、地点Ｄ1、Ｄ2は、膝関節がゼロ度の伸張状態にある際には、地点Ｒ1、Ｒ2とアライメントする。
【００８５】
図３Ｄは、膝関節１４を形成するべく１つに位置決めされた図３Ａ及び図３Ｃに示されている図の大腿骨及び脛骨回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂを表す。図３Ｄは、患者の膝関節１４をそのＯＡ前又は悪化前の状態に回復させるべく意図された大腿骨及び脛骨回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂの内反／外反アライメントを示しており、この場合に、膝関節１４は、膝関節が悪化の前に存在していたように、ゼロ度の伸張状態において、且つ、その自然なアライメント（例えば、中立、内反、又は外反）において示されている。図３Ｄには、外側側副靭帯（「ＬＣＬ」）３０８及び内側側副靭帯（「ＭＣＬ」）３１０のそれぞれの場所が破線によって示されており、且つ、これらは、膝関節１４の左右方向の安定のためのスタビライザとして機能している。
【００８６】
図３Ａ、図３Ｃ、及び図３Ｄから理解されるように、膝関節１４がゼロ度の伸張状態にある際には、ラインＮ１、Ｎ２は、ＬＣＬ３０８及びＭＣＬ３１０に対して平行又はほぼ平行である。ギャップｔ１は、大腿骨外側顆３００の接線接触点Ｄ1と脛骨外側高原３０４の接線接触点Ｒ1の間の距離を表す。ギャップｔ２は、大腿骨内側顆３０２の接線接触点Ｄ2と内側脛骨高原３０６の接線接触点Ｒ2の間の距離を表す。適切に回復された膝関節１４の場合には、図３Ｄに示されているように、一実施例においては、内反／外反回転及びアライメントとの関係において、ｔ１は、ｔ１とｔ２の差が１ミリメートル未満（例えば、［ｔ１−ｔ２］＜＜１ｍｍ）になるように、ｔ２に実質的に等しい。従って、ラインＤ1Ｄ2は、関節線及びラインＲ1Ｒ2に対して平行又はほぼ平行である。
【００８７】
図３Ｅは、膝関節１４を形成するべく１つに位置決めされた図３Ｂ及び図３Ｃに示されている図の大腿骨及び脛骨回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂを表す。図３Ｅは、患者の膝関節１４をそのＯＡ前又は悪化前の状態に回復させるべく意図された大腿骨及び脛骨回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂの内反／外反アライメントを示しており、この場合に、膝関節１４は、膝関節が悪化の前に存在していたように、９０度の屈曲状態において、且つ、その自然なアライメント（例えば、中立、内反、又は外反）において示されている。図３Ｅには、外側側副靭帯（「ＬＣＬ」）３０８及び内側側副靭帯（「ＭＣＬ」）３１０のそれぞれの場所が破線によって示されており、且つ、これらは、膝関節１４の左右方向の安定性のためのスタビライザとして機能している。
【００８８】
図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｅから理解されるように、膝関節１４が９０度の屈曲状態にある際には、ラインＮ３、Ｎ４は、ＬＣＬ３０８及びＭＣＬ３１０に対して平行又はほぼ平行である。ギャップｈ１は、大腿骨外側顆３００の接線接触点Ｐ1と脛骨外側高原３０４の接線接触点Ｒ1の間の距離を表す。ギャップｈ２は、大腿骨内側顆３０２の接線接触点Ｐ2と内側脛骨高原３０６の接線接触点Ｒ2の間の距離を表す。適切に回復された膝関節１４の場合には、図３Ｅに示されているように、一実施例においては、内反／外反回転及びアライメントとの関係において、ｈ１は、ｈ１とｈ２の差が１ミリメートル未満（例えば、［ｈ１−ｈ２］＜＜１ｍｍ）になるように、ｈ２に実質的に等しい。従って、ラインＰ1Ｐ2は、関節線及びラインＲ1Ｒ2に対して平行又はほぼ平行である。
【００８９】
図３Ｆは、大腿骨内側顆楕円３００と、更に詳しくは、図３ＡのラインＮ１に沿って採取された大腿骨内側顆楕円３００のＮ１スライスの矢状図である。図３Ｆの等高線Ｎ１は、大腿骨内側顆３００のＮ１画像スライスを表す。Ｎ１画像スライスは、ＭＲＩやＣＴなどの撮像方法を介して生成可能である。内側顆３００の楕円輪郭線３０５を等高線Ｎ1に沿って生成可能である。楕円３０５は、等高線Ｎ1の後部及び遠位領域及び等高線Ｎ1の前部領域の各部分を含むＮ１画像スライスについて、大部分の等高線Ｎ1に対応している。図３Ｆから理解されるように、且つ、更に詳細に後述するように、楕円３０５は、脛骨内側高原に接触すると共にこれに対して変位する大腿骨内側顆表面の領域に対する対象の領域又は接触の領域Ａi内における等高線Ｎ1の相対的に近接した近似を提供する。
【００９０】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｆから理解されるように、楕円３０５を使用し、大腿骨内側顆３００の遠位先端を定義可能であり、この場合に、遠位先端は、Ｎ１スライスの大腿骨内側顆３００の最も遠位の接線接触点Ｄ1である。同様に、楕円３０５を使用し、大腿骨内側顆３００の後部先端を決定可能であり、この場合に、後部先端は、Ｎ１スライスの大腿骨内側顆３００の最も後部の接線接触点Ｐ1’である。楕円原点Ｏ1、楕円長軸Ｐ1’ＰＰ1’、及び楕円短軸Ｄ1ＤＤ1は、楕円の特性を決定するための周知の数学的計算との関連において内側顆３００のＮ１スライスの楕円形状に基づいて得ることができる。
【００９１】
図３Ｆから理解されるように、且つ、前述のように、接触の領域Ａiは、Ｎ１画像スライスに沿った内側脛骨高原３０４と大腿骨内側顆３００の間におけるオーバーラップする表面領域を表しており、且つ、これに対応している。Ｎ１画像スライスの接触の領域Ａiは、最も後部の接線接触点Ｐ1’の直ぐ近くから最も遠位の接線接触点Ｄ1の直ぐ前方まで、Ｎ１画像スライスの楕円３０５のほぼ１２０°である。
【００９２】
図３Ｇは、大腿骨外側顆楕円３０２と、更に詳しくは、図３ＡのラインＮ２に沿って採取された大腿骨外側顆楕円３０２のＮ２スライスの矢状図である。図３Ｇの等高線Ｎ2は、大腿骨外側顆３０２のＮ２画像スライスを表す。Ｎ２画像スライスは、ＭＲＩやＣＴなどの撮像方法を介して生成可能である。外側顆３０２の楕円輪郭線３０５を等高線Ｎ2に沿って生成可能である。楕円３０５は、等高線Ｎ2の後部且つ遠位の領域及び等高線Ｎ2の前部領域の各部分を含むＮ２画像スライスの等高線Ｎ2の大部分と対応している。図３Ｇから理解されるように、且つ、更に詳しく後述するように、楕円３０５は、脛骨外側高原に接触すると共にこれに対して変位する大腿骨外側顆表面の領域に対応する対象の領域又は接触の領域Ａi内における等高線Ｎ2の相対的に近接した近似を提供する。
【００９３】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｇから理解されるように、楕円３０５を使用し、大腿骨外側顆３０２の遠位先端を決定可能であり、この場合に、遠位先端は、Ｎ２スライスの大腿骨外側顆３０２の最も遠位の接線接触点Ｄ2である。同様に、楕円３０５を使用し、大腿骨外側顆３０２の後部先端を決定可能であり、この場合に、後部先端は、Ｎ２スライスの大腿骨外側顆３０２の最も後部の接線接触点Ｐ2’である。楕円原点Ｏ2、楕円長軸Ｐ2’ＰＰ2’、及び楕円短軸Ｄ2ＤＤ2は、楕円の特性を決定するための周知の数学的計算との関連において、外側顆３０２のＮ２スライスの楕円形状に基づいて得ることができる。
【００９４】
図３Ｇから理解されるように、且つ、前述のように、接触の領域Ａiは、Ｎ２画像スライスに沿って外側脛骨高原３０６と大腿骨外側顆３０２の間におけるオーバーラップする表面領域を表していると共に、これに対応している。Ｎ２画像スライスの接触の領域Ａiは、最も後部の接線接触点Ｐ2’の直ぐ近くから最も遠位の接線接触点Ｄ2の直ぐ前部まで、Ｎ２画像スライスの楕円３０５の約１２０°である。
【００９５】
図３Ｈは、大腿骨内側顆楕円３００と、更に詳しくは、図３ＢのラインＮ３に沿って採取された大腿骨内側顆楕円３００のＮ３スライスの矢状図である。図３Ｈの等高線Ｎ3は、大腿骨内側顆３００のＮ３画像スライスを表す。Ｎ３画像スライスは、ＭＲＩやＣＴなどの撮像方法を介して生成可能である。内側顆３００の楕円輪郭線３０５を等高線Ｎ3に沿って生成可能である。楕円３０５は、等高線Ｎ3の後部且つ遠位の領域及び等高線Ｎ3の前部領域の各部分を含むＮ３画像スライスの等高線Ｎ3の大部分と対応している。図３Ｈから理解されるように、且つ、更に詳細に後述するように、楕円３０５は、脛骨内側高原に接触すると共にこれに対して変位する大腿骨内側顆表面の領域に対応する対象の領域又は接触の領域Ａi内における等高線Ｎ3の相対的に近接した近似を提供する。
【００９６】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｈから理解されるように、楕円３０５を使用し、大腿骨内側顆３００の遠位先端を決定可能であり、この場合に、遠位先端は、Ｎ３スライスの大腿骨内側顆３００の最も遠位の接線接触点Ｄ1’である。同様に、楕円３０５を使用し、大腿骨内側顆３００の後部先端を決定可能であり、この場合に、後部先端は、Ｎ３スライスの大腿骨内側顆３００の最も後部の接線接触点Ｐ1である。楕円原点Ｏ3、楕円長軸Ｐ1ＰＰ1、及び楕円短軸Ｄ1’ＤＤ1’は、楕円の特性を決定するための周知の数学的計算との関係において内側顆３００のＮ３スライスの楕円形状に基づいて得ることができる。
【００９７】
図３Ｈから理解されるように、且つ、前述のように、接触の領域Ａiは、Ｎ３画像スライスに沿った内側脛骨高原３０４と大腿骨内側顆３００の間におけるオーバーラップする表面領域を表していると共に、これに対応している。Ｎ３画像スライスの接触の領域Ａiは、最も後部の接線接触点Ｐ1の直ぐ近傍から最も遠位の接線接触点Ｄ1’の直ぐ前部まで、Ｎ３画像スライスの楕円３０５のほぼ１２０°である。
【００９８】
図３Ｉは、大腿骨外側顆楕円３０２と、更に詳しくは、図３ＢのラインＮ４に沿って採取された大腿骨外側顆楕円３０２のＮ４スライスの矢状図である。図３Ｉの等高線Ｎ4は、大腿骨外側顆３０２のＮ４画像スライスを表す。Ｎ４画像スライスは、ＭＲＩやＣＴなどの撮像方法を介して生成可能である。外側顆３０２の楕円輪郭線３０５を等高線Ｎ4に沿って生成可能である。楕円３０５は、等高線Ｎ4の後部及び遠位の領域及び等高線Ｎ４の前部領域の各部分を含むＮ４画像スライスの等高線Ｎ4の大部分と対応している。図３Ｇから理解されるように、且つ、更に詳細に後述するように、楕円３０５は、脛骨外側高原に接触すると共にこれに対して変位する大腿骨外側顆表面の領域に対応する対象の領域又は接触の領域Ａi内における等高線Ｎ4の相対的に近接した近似を提供する。
【００９９】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｉから理解されるように、楕円３０５を使用し、大腿骨外側顆３０２の遠位先端を決定可能であり、この場合に、遠位先端は、Ｎ４スライスの大腿骨外側顆３０２の最も遠位の接線接触点Ｄ2’である。同様に、楕円３０５を使用し、大腿骨外側顆３０２の後部先端を決定可能であり、この場合に、後部先端は、Ｎ４スライスの大腿骨外側顆３０２の最も後部の接線接触点Ｐ2である。楕円原点Ｏ4、楕円長軸Ｐ2ＰＰ2、及び楕円短軸Ｄ2’ＤＤ2’は、楕円の特性を決定するための周知の数学的計算との関連において外側顆３０２のＮ４スライスの楕円形状に基づいて得ることができる。
【０１００】
図３Ｉから理解されるように、且つ、前述のように、接触の領域Ａiは、Ｎ４スライスに沿った外側脛骨高原３０６と大腿骨外側顆３０２の間におけるオーバーラップする表面領域を表していると共に、これに対応している。Ｎ４画像スライスの接触の領域Ａiは、最も後部の接線接触点Ｐ2の直ぐ近くから最も遠位の接線接触点Ｄ2’の直ぐ前部まで、Ｎ４画像スライスの楕円３０５の約１２０°である。
【０１０１】
以上の説明は、画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、及びＮ４の文脈において付与されたが、当然のことながら、患者の関節の撮像の際に生成されると共に画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、及びＮ４に対して平行であるその他の画像スライスについて、類似の楕円等高線、楕円軸、接線接触点、及び接触領域を決定可能である。
【０１０２】
ｄ．関節の基準側部から関節の損傷側部へのベクトルの利用と、これらのベクトルを満足させて損傷側部を回復させるための損傷側部の等高線の延長
【０１０３】
まず、関節の骨の損傷側部を回復させる際に使用する関節の骨の基準側部から基準ベクトルを決定する方法について説明し、その後に、ＭＲＩ画像の文脈における回復プロセスの特定の例について説明する。この概要説明は、膝関節１４と、更に詳しくは、大腿骨及び脛骨骨モデル２２Ａ、２２Ｂが大腿骨及び脛骨回復済み骨モデル２８Ａ、２８ｂに画像スライスごとに変換される文脈において付与されるが、この説明は、その他の関節（例えば、肘、足首、手首、臀部、脊椎など）に適用することも可能であり、且つ、膝関節１４に限定されるものと見なしてはならず、あらゆる関節を包含することを記憶されたい。又、画像スライスがＭＲＩ画像スライスである文脈において説明するが、この説明は、ＣＴスキャニングを含むあらゆるタイプの医療用撮像に対して適用可能であることを記憶されたい。
【０１０４】
膝の運動メカニズムと、更に詳しくは、膝の運動メカニズムと関連する運動ベクトルの説明のために、図４Ａ及び図４ｂを参照されたい。図４Ａは、外側脛骨高原３０４の矢状図であり、その上部に図３ＦのＮ１スライスの外側大腿骨顆楕円３０５が重畳されている。図４Ｂは、内側脛骨高原３０６の矢状図であり、その上部に図３ＧのＮ２スライスの外側大腿骨顆楕円３０５が重畳されている。
【０１０５】
人間の膝関節の運動メカニズムは、次のように動作する。大腿骨顆は、膝の運動に伴って、対応する脛骨高原上において擦れ合い、且つ、歩行の際には、人物の脚が前方に振り出されるのに伴って、大腿骨顆及び対応する脛骨高原に対しては、身体の圧縮負荷が印加されない。従って、膝関節の運動は、同一方向における大腿骨顆上における脛骨高原の転がりと結合された大腿骨顆上における脛骨高原の摺動運動である。大腿骨顆及び脛骨高原がゼロ度の屈曲状態と９０度の屈曲状態の間において相互の関係において運動するのに伴う人間の膝の運動メカニズムは、関連する運動ベクトルを具備する。後述するように、大腿骨顆及び脛骨高原の幾何学的形状を分析し、画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、及びＮ４と関連するベクトルＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4を決定可能である。これらのベクトルＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4は、相互の関係において運動する大腿骨顆及び脛骨高原の運動ベクトルに対応している。関節１４の健康な側部と関連する決定されたベクトルＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4を関節１４の損傷側部に対して適用し、骨モデル２２を回復させて回復済み骨モデル２８を生成可能である。
【０１０６】
本明細書に開示されていると共に直前に説明した骨回復プロセスのいくつかの実施例においては、膝関節運動メカニズムを利用し、回復済み骨モデル２８への骨モデル２２の回復のためのベクトル基準を決定可能である。図３Ｆ及び図３Ｇと図４Ａ及び図４Ｂの比較から理解されるように、Ｕ1及びＵ2ベクトルは、それぞれ、Ｎ１及びＮ２スライスの楕円３０５の長軸Ｐ1’ＰＰ1’及びＰ2’ＰＰ2’に対応している。長軸Ｐ1’ＰＰ1’及びＰ2’ＰＰ2’は、関節線に対してほぼ垂直のプレーンであるＮ１及びＮ２スライス内に存在しているため、Ｕ1及びＵ2ベクトルは、関節線に対して垂直であるベクトルライン及びベクトルプレーンの両方を表すものと見なすことができる。
【０１０７】
Ｕ1及びＵ2ベクトルは、ゼロ度の屈曲（完全な伸張）状態から９０度の屈曲状態への大腿骨と脛骨の間における関節線基準に基づいている。Ｕ1及びＵ2ベクトルは、膝のゼロ度の屈曲状態から最大で９０度の屈曲状態である任意の角度の屈曲状態への瞬間的な摺動運動力を表す。図４Ａ及び図４Ｂから理解されるように、大腿骨顆のベクトルであるＵ1及びＵ2ベクトルは、脛骨高原３２１、３２２のＶ1及びＶ2ベクトルに対してほぼ平行であり、且つ、これと同一の方向に突出している。これらのベクトルＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2と関連するベクトルプレーンは、図３Ｄ及び図３Ｅに示されているものなどの回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂによって表される膝関節１４の関節線に対して平行又はほぼ平行であるものと推定される。
【０１０８】
図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、楕円３０５の遠位部分は、脛骨高原の湾曲した表面３２１、３２２に沿って延長しており、且つ、これにほぼ対応している。楕円３０５の遠位部分とほぼ対応する脛骨高原の湾曲した部分３２１、３２２は、脛骨接触領域Ａkを表しており、これらは、大腿骨顆と接触すると共にこれに沿って変位し、且つ、図３Ｆ〜図３Ｉとの関係において説明した顆接触領域Ａiと対応する領域である。
【０１０９】
脛骨高原と関連する運動ベクトルの説明のために、図４Ｃ〜図４Ｅを参照されたい。図４Ｃは、回復済み脛骨骨モデル２８Ｂの脛骨高原３０４、３０６の平面図である。図４Ｄは、図４Ｃの回復済み骨モデル２８Ｂの外側脛骨高原３０４を通過すると共に図３Ｂの図のＮ３画像スライスに対応する矢状断面である。図４Ｅは、図４Ｃの回復済み骨モデル２８Ｂの内側脛骨高原３０６を通過すると共に図３Ｂの図のＮ４画像スライスに対応する矢状断面である。
【０１１０】
図４Ｃ〜図４Ｅに示されているように、それぞれの脛骨高原３０４、３０６は、前部／後部及び内側／外側に延長する全般的に窪んだ湾曲凹入顆接触表面３２１、３２２を含む。それぞれの湾曲凹入表面３２１、３２２は、形状がほぼ長円であり、且つ、脛骨高原３０４、３０６の顆接触表面３２１、３２２の前部及び後部境界をそれぞれほぼ定義する前部湾曲エッジ３２３、３２４及び後部湾曲エッジ３２５、３２６を含む。患者に応じて、内側脛骨高原３０６は、外側脛骨高原３０４の湾曲エッジ３２３、３２５よりも、わずかに更にはっきりとした湾曲エッジ２３４、３２６を具備可能である。
【０１１１】
前部接線ＴQ3、ＴQ4をそれぞれの前部湾曲エッジ３２３、３２４上において最も前部の場所に接線方向に延長させて前部湾曲エッジ３２３、３２４の最も前部の地点Ｑ３、Ｑ４を同定可能である。後部接線ＴQ3’、ＴQ4’をそれぞれの後部湾曲エッジ３２５、３２６上における最も後部の場所に接線方向に延長させて後部湾曲エッジ３２５、３２６の最も後部の地点Ｑ３’、Ｑ４’を同定可能である。このような前部及び後部の地点は、個別の脛骨高原の前部及び後部部分の最高地点に対応可能である。
【０１１２】
ベクトルラインＶ３は、前部及び後部地点Ｑ３、Ｑ３’を通じて延長しており、且つ、ベクトルラインＶ４は、前部及び後部地点Ｑ４、Ｑ４’を通じて延長している。それぞれのベクトルラインＶ３、Ｖ４は、楕円凹入脛骨高原表面３２１、３２２である前部−後部延長溝／谷の最低地点とアライメント可能である。楕円凹入脛骨高原表面３２１、３２２の前部−後部延長溝／谷の最低地点は、単純な楕円計算法を介して決定可能である。それぞれのベクトルＶ３、Ｖ４は、その個別の楕円凹入脛骨高原表面３２１、３２２の前部−後部延長谷に対してほぼ平行になり、且つ、その個別の接線ＴQ3、ＴQ4、ＴQ3’、ＴQ4’に対してほぼ垂直になる。楕円凹入脛骨高原表面３２１、３２２の前部−後部延長谷及びこれとアライメントされたベクトルＶ３、Ｖ４は、図３Ｂに示されているＮ３及びＮ４画像スライスに対してほぼ平行であってよく、且つ、場合によっては、この内部に存在可能である。
【０１１３】
図４Ａ〜図４Ｅから理解されるように、脛骨高原のベクトルであるＶ3及びＶ4ベクトルは、その他の脛骨高原ベクトルＶ1及びＶ2と、この結果、大腿骨顆ベクトルＵ1、Ｕ2と、に対して平行であり、且つ、これと同一の方向に突出している。これらのベクトルＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、及びＶ４と関連するベクトルプレーンは、図３Ｄ及び図３Ｅに示されているものなどの回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂよって表される膝関節１４の関節線に対して平行又はほぼ平行であると推定される。
【０１１４】
図４Ａ〜図４Ｃに示されているように、Ｎ１及びＮ２画像スライス内の脛骨高原ベクトルＶ1及びＶ2は、Ｎ１及びＮ２画像スライスの大腿骨顆楕円３０５をその個別の脛骨高原に重畳することによって得ることができる。楕円３０５は、脛骨高原３０４、３０６の顆接触領域Ａkに沿って楕円脛骨高原表面３２１、３２２に対応している。楕円脛骨高原表面３２１、３２２の前部及び後部エッジ３２３、３２４、３２５、３２６は、楕円３０５が高原表面３２１、３２２との接触を中止する場所において決定可能である。これらのエッジ３２３、３２４、３２５、３２６は、個別の画像スライスＮ１及びＮ２内における前部及び後部エッジ地点Ｑ１、Ｑ１’、Ｑ２、Ｑ２’としてマーキングされている。ベクトルラインＶ１及びＶ２は、これらの個別のエッジ地点Ｑ１、Ｑ１’、Ｑ２、Ｑ２’を通じて延長することによって定義される。
【０１１５】
図４Ｃから理解されるように、画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、及びＮ４と、その個別のベクトルＶ1、Ｖ2、Ｖ3、及びＶ4は、患者に応じて、大なり小なり、内側−外側に離隔可能である。いくつかの患者の場合には、Ｎ１及びＮ３画像スライス及び／又はＮ２及びＮ４画像スライスは、一般に、内側−外側にほぼアライメント可能である。
【０１１６】
以上の説明は、ベクトルＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、及びＶ4との関係において付与されたが、画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、及びＮ４と関連する接触領域Ａi、Ａk、及び前部及び後部エッジ地点Ｑ１、Ｑ１’、Ｑ２、Ｑ２’、Ｑ３、Ｑ３’、Ｑ４、Ｑ４’、類似のベクトル、接触領域、及び前部及び後部エッジ地点は、３Ｄコンピュータ生成骨モデル２２を生成するべく使用されるその他の画像スライス１６についても決定可能である（図１Ａ〜図１Ｃの［ブロック１００］〜［ブロック１１０］を参照されたい。）
【０１１７】
ＭＲＩスライスとの関係において付与される以下の例を介して例示されるように、図４Ａ〜図４ＥのＵ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4ベクトルに類似したベクトルは、骨モデル２２Ａ、２２Ｂを画像スライスごとに回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂに回復させる際に、利用可能である。例えば、骨モデル２２は、大腿骨骨モデル２２Ａ及び脛骨骨モデル２２Ｂを含む。骨モデル２２Ａ、２２Ｂは、図１Ａ〜図１Ｃの［ブロック１００］〜［ブロック１１０］との関係において説明したように、前述の３Ｄコンピュータプログラムのいずれかを介して、いくつかの画像スライス１６からコンパイルされた３Ｄ骨のみコンピュータ生成モデルである。状況に応じて、且つ、一般的に言えば、骨モデルの内側側部は、一般に、損傷せず、且つ、骨モデルの外側側部が損傷することになり、或いは、この逆である。
【０１１８】
例えば、膝関節１４を形成する大腿骨及び脛骨骨モデル２２Ａ、２２Ｂの後部−外側斜視図である図４Ｆに示されているように、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの内側側部３０２、３０６は、ほぼ悪化していない状態にあり、且つ、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの外側側部３００、３０４は、ほぼ悪化した又は損傷した状態にある。大腿骨及び脛骨骨モデル２２Ａ、２２Ｂの外側側部３００、３０４は、外側脛骨高原及び外側大腿骨顆上における損傷した骨の摩滅を示している。外側側部３００、３０４は、ＯＡの代表的な結果、具体的には、内側関節空間３３２と比較した外側関節空間３３０の狭小化を含む大腿骨外側顆３００と外側脛骨高原３０４の間の矢印の領域Ｌｓ内における関節の悪化を示している。骨モデル２２Ａ、２２Ｂの内側側部３０２、３０６がほぼ損傷していないことから、これらの側部３０２、３０６が、３Ｄ骨モデル２２Ａ、２２Ｂの基準側部として同定されることになる（図２の［ブロック２００］を参照されたい）。又、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの外側側部３００、３０４が損傷しているのに伴って、これらの側部３００、３０４は、３Ｄ骨モデル２２Ａ、２２Ｂの損傷側部として同定され（図２の［ブロック２００］を観察されたい）、且つ、回復のためのターゲットとされることになり、この場合には、骨モデル２２Ａ、２２ｂの損傷側部３００、３０４と関連する画像スライス１６がスライスごとに回復される。
【０１１９】
Ｕ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4ベクトルなどの基準ベクトルは、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの基準側部から決定可能である（図２の［ブロック２０５］を参照されたい）。従って、図４Ｂ及び図４Ｆから理解されるように、内側側部３０２、３０６が基準側部３０２、３０６であるのに伴って、基準ベクトルＵ2、Ｖ2、Ｖ4を損傷側部３００、３０４に適用し、損傷側部３００、３０４を２Ｄ画像スライスごとに回復可能である（図２の［ブロック２１５］〜［ブロック２２０］を参照されたい）。次いで、回復された画像スライスを３Ｄコンピュータ生成モデルにリコンパイルし、結果的に３Ｄコンピュータ生成回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂを得る（図２の［ブロック２２５］を観察されたい）。
【０１２０】
膝関節１４を形成する大腿骨及び脛骨回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂの後部−外側斜視図である図４Ｇに示されているように、回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂの外側側部３００、３０４は、外側及び内側関節空間３３０、３３２がほぼ等しくなるように、回復されている。換言すれば、外側大腿骨顆と外側脛骨高原の間の距離ｔ１は、内側大腿骨顆と内側脛骨高原の間の距離ｔ２とほぼ等しい。
【０１２１】
以上の説明は、内側側部３０２、３０６が基準側部であり、且つ、外側側部３００、３０４が損傷側部であり、損傷側部３００、３０４を回復させるプロセスにおいて、内側側部３０２、３０６の基準ベクトルＵ2、Ｖ2、及びＶ4が損傷側部３００、３０４に適用されるという文脈において実施した。当然のことながら、前述のように、同一のプロセスは、逆の文脈において実施することも可能であり、この場合には、外側側部３００、３０４が、ほぼ損傷しておらず、且つ、基準側部として同定され、且つ、内側側部３０２、３０６が、損傷しており、且つ、損傷側部として同定される。次いで、損傷側部３０２、３０６を回復させるプロセスにおいて、外側側部３００、３０４の基準ベクトルＵ1、Ｖ1、及びＶ3を損傷側部３０２、３０６に適用可能である。
【０１２２】
基準ベクトルを同定し、且つ、基準ベクトルをその回復のために損傷側部に適用するべく、本明細書には、複数の方法が開示される。例えば、内側側部３０２、３０６が損傷していない基準側部３０２、３０４であり、且つ、外側側部３００、３０４が損傷側部３００、３０４である図４Ｂ及び図４Ｆから理解されるように、一実施例においては、基準側部の大腿骨顆３０２と関連する楕円及びベクトル（例えば、Ｎ２スライスの楕円３０５及びベクトルＵ2）を損傷側部の大腿骨顆３００及び損傷側部の脛骨高原３０４に適用し、損傷した顆３００及び損傷した高原３０４を回復可能である。或いは、この代わりに、又はこれに加えて、基準側部の脛骨高原３０６に適用されるように、基準側部の大腿骨顆３０２と関連する楕円及びベクトル（例えば、Ｎ２スライスの楕円３０５及びベクトルＶ2）を損傷側部の大腿骨顆３００及び損傷側部の脛骨高原３０４に適用し、損傷した顆３００及び損傷した高原３０４を回復可能である。別の実施例においては、図４Ｃ、図４Ｅ、及び図４Ｆから理解されるように、基準側部の脛骨高原３０６と関連するベクトル（例えば、ベクトルＶ4）を損傷側部の大腿骨顆３００及び損傷側部の脛骨高原３０４に適用し、損傷した顆３００及び損傷した高原３０４を回復可能である。当然のことながら、側部３００、３０２、３０４、３０６の状態が、図４Ｆにおいて反転した場合には、基準側部、損傷側部、基準ベクトルの同定と、その適用は、この段落において付与された例とは反転されることになろう。
【０１２３】
１．膝関節の基準側部の大腿骨顆からのベクトルを利用した損傷側部の大腿骨顆及び脛骨高原の回復
【０１２４】
内側側部３０２、３０６が損傷側部であり、且つ、外側側部３００、３０４が基準側部である第１シナリオの説明のために、図５Ａ〜図５Ｂを参照されたい。図５Ａは、大腿骨骨モデル２２Ａの冠状図であり、且つ、Ｆ５Ｂは、脛骨骨モデル２２Ｂの冠状図である。
【０１２５】
図５Ａに示されているように、内側大腿骨顆３０２は、内側顆３０２の最も遠位の地点がラインＤ1Ｄ2上の地点Ｄ2に交差しないように、領域４００内において悪化しており、これは、大腿骨骨モデル２２Ａが、図３Ａなどに示されているものなどの回復済み大腿骨骨モデル２８Ａに適切に回復された場合に、矯正されることになる。図５Ｂに示されているように、内側脛骨高原３０６は、内側高原３０６の最低地点がラインＲ1Ｒ2上の地点Ｒ2に交差しないように、領域４０１内において悪化しており、これは、脛骨骨モデル２２Ｂが、図３Ｃに示されているもののような回復済み脛骨骨モデル２８Ｂに適切に回復された場合に、矯正されることになる。骨モデル２２Ａ、２２Ｂの内側顆３０２及び内側高原３０６が悪化しているため、これらが損傷側部として同定され、且つ、回復のためのターゲットとなる（図２の［ブロック２００］）。
【０１２６】
図５Ａに示されているように、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの外側顆３００及び外側高原３０４は、ほぼ悪化していない状態にあり、外側顆３００の最も遠位の地点Ｄ1は、ラインＤ1Ｄ2と交差しており、且つ、外側高原３０４の最低地点Ｒ1は、ラインＲ1Ｒ2と交差している。骨モデル２２Ａ、２２Ｂの外側顆３００及び外側高原３０４は、ほぼ悪化していない状態にあるため、これらは、基準側部と、損傷側部３０２、３０６を回復させるべく使用される情報源と、として同定されることになる（図２の［ブロック２００］）。
【０１２７】
図３Ｆ、図４Ａ、及び図５Ａから理解されるように、外側顆３００の画像スライス１６のすべて又は大部分について、楕円及びベクトルなどの画像スライス情報又はデータを決定可能である。例えば、Ｎ１スライスについて、楕円３０５及びベクトルＵ1を決定可能である（図２の［ブロック２０５］）。外側顆３００の様々なスライス１６の中の１つ又は複数のものと関連するデータ又は情報を内側顆３０２の１つ又は複数の画像スライス１６に適用又は重畳する（図２の［ブロック２１５］）。例えば、図５ＡのＮ２ラインに沿って採取された内側顆３０２のＮ２画像スライスである図５Ｃ１に示されているように、Ｎ１スライスに関するデータ又は情報をＮ２画像スライスに適用又は重畳し、悪化した領域４００内において必要される回復の程度を決定する。例えば、Ｎ１スライスに関するデータ又は情報は、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１、ベクトルＵ1、楕円軸Ｐ1’ＰＰ1’、Ｄ1ＤＤ1などの形態であることができる。楕円３０５−Ｎ１は、本質的に、その長軸及び短軸の情報を包含することになり、且つ、Ｎ１スライスのベクトルＵ1は、脛骨高原との関係における大腿骨顆の３０５−Ｎ１楕円の長軸及び運動ベクトルに対応することになる。３０５−Ｎ１の長軸及びＮ１スライスのベクトルＵ1は、関節線プレーンに対してほぼ平行である。
【０１２８】
第１実施例においては、Ｎ１スライス情報は、Ｎ２スライス又は別の特定のスライスの等高線にのみ適用可能である。換言すれば、特定の基準スライスの情報は、それと共にその特定の基準スライスが手動選択を介して又は自動選択用のアルゴリズムを介して調整される単一の特定の損傷したスライスの等高線に対して適用可能である。例えば、一実施例においては、Ｎ１スライス情報は、Ｎ２スライス等高線に対してのみ適用されるべく、手動又は自動で調整可能であり、且つ、Ｎ３スライス情報は、Ｎ４スライス等高線に対してのみ適用されるべく、手動又は自動で調整可能である。その他の基準側部スライス情報は、同様に、その他の損傷した側部スライス輪郭線と調整され、且つ、同様の方式において、これに対して適用可能である。特定の基準スライスと特定の損傷したスライスの間の調整は、例えば、特定の基準スライス及び特定の損傷したスライスに関する骨の領域の機能及び／又は形状の類似性並びに／或いは特定の基準スライス及び特定の損傷したスライスの精度及び依存性の類似性などの様々な基準によるものであることができる。
【０１２９】
第２実施例においては、Ｎ１スライス情報又は別の特定のスライスのスライス情報は、損傷したスライスのすべて又は大部分のものの等高線用の基準スライスとして使用される唯一の画像スライスであることができる。換言すれば、Ｎ１画像スライス情報は、それぞれの又は大部分の損傷側部の画像スライスの等高線の回復において（即ち、例えば、Ｎ３画像スライス情報を除外して）使用される唯一の基準側部情報であることができる（即ち、Ｎ１画像スライス情報がＮ２及びＮ４画像スライスの等高線に適用され、且つ、Ｎ３画像スライス情報は使用されない）。このような実施例においては、この適切な単一の基準画像スライスを、手動による同定を介して、或いは、例えば、アルゴリズムを介した自動的な同定を介して同定可能である。この同定は、例えば、どの基準画像スライスが最も正確且つ信頼できる基準情報を包含する可能性が高いか、などの特定の基準によるものであることができる。
【０１３０】
第２実施例については、すべての又は大部分の損傷側部の画像スライスの等高線に適用される単一基準画像からの情報との関係において説明したが、その他の実施例においては、損傷した画像スライスの等高線に適用される基準情報は、複数の画像スライスからのものであることができる。例えば、複数の基準画像スライス（例えば、Ｎ１画像スライス及びＮ３画像スライス）からの情報が様々な損傷画像スライスの等高線に対して個々に適用される。一実施例においては、複数の基準画像スライスからの情報を合成（例えば、平均化）可能であり、且つ、次いで、この合成された情報を個々の損傷した画像スライスの等高線に対して適用可能である。
【０１３１】
いくつかの実施例においては、基準側部データ又は情報は、遠位接線ＤＴＬ及び後部接線ＰＴＬを包含可能である。遠位接線ＤＴＬは、基準画像スライスの末端の遠位地点と接線方向において交差可能であり、且つ、基準画像スライス楕円の長軸に対して平行であることができる。例えば、基準側部画像スライスとして機能するＮ１画像スライスとの関係において、遠位接線ＤＴＬは、基準Ｎ１画像スライスの末端の遠位地点Ｄ1と接線方向において交差可能であり、且つ、基準Ｎ１画像スライス楕円３０５−Ｎ１の長軸Ｐ1’ＰＰ1’に対して平行であることができる。
【０１３２】
後部接線ＰＴＬは、基準画像スライスの末端の前部地点と接線方向において交差可能であり、且つ、基準画像スライス楕円の長軸に対して平行であることができる。例えば、基準側部画像スライスとして機能するＮ１画像スライスとの関係において、後部接線ＰＴＬは、基準Ｎ１画像スライスの末端の後部地点Ｐ1と接線方向において交差可能であり、且つ、基準Ｎ１画像スライス楕円３０５−Ｎ１の短軸Ｄ1ＤＤ1に対して平行であることができる。
【０１３３】
図３Ｆ〜図３Ｉから理解されるように、すべての又は大部分の大腿骨顆画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、それぞれのスライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の顆表面を記述又は定義するべく使用される楕円３０５と関連する原点Ｏ1、Ｏ2、Ｏ3、Ｏ4を具備することになる。これらの画像スライスを１つに合成して３Ｄコンピュータ生成骨モデル２２を形成した際に、様々な原点Ｏ1、Ｏ2、Ｏ3、Ｏ4は、図５Ａに示されているように、ほぼアライメントし、大腿骨骨モデル２２Ａを通じて内側−外側に延長する大腿骨軸ＡＯFを形成することになる。この軸ＡＯFは、損傷側部の画像スライス（この例においては、Ｎ２画像スライス）上に重畳される際に、基準側部データ（例えば、この例においては、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１及びベクトルＵ1）を適切に方向付けするべく使用可能である。基準側部のデータ又は情報の向きは、データ又は情報が損傷側部の画像スライスに重畳又はその他の方法で適用される際に、変化しない。例えば、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１及びベクトルＵ1の向きは、基準情報が、Ｎ２スライスに重畳又はその他の方法で適用される際に、大腿骨軸ＡＯFとの関係における向き又は空間比率との関係において変化しないように、Ｎ２スライス上への基準情報の重畳の際に、一定に維持又は保持される。従って、更に詳しく後述するように、基準側部の情報が、軸ＡＯFを介して損傷側部の画像スライスに対してインデクシングされ、且つ、基準側部の情報の向きが、損傷側部の画像スライスに適用されるプロセスにおいて変化しないため、基準側部情報は、必要に応じて、且つ、図５Ｃ２及び図５Ｃ３を参照して後述されるように、損傷側部の画像スライスの回復を支援するべく、サイズとの関係において単純に調節可能である。
【０１３４】
基準側部の情報は、損傷側部の画像スライスに適用される際に、大腿骨基準軸ＡＯFを介して損傷側部の画像スライスとの関係において位置的にインデクシング可能であるが、個々の画像スライス楕円の原点を通じて又はその近傍を延長するＡＯ軸以外に、その他の軸をインデクシングに使用可能である。例えば、大腿骨基準軸ＡＯFに類似すると共に内側−外側に延長する基準軸は、大腿骨骨モデル２２Ａのその他の部分を又は大腿骨骨モデル２２Ａの外側を通過可能であり、且つ、基準側部の情報を個別の損傷側部の画像スライスに対して位置的にインデクシングするべく使用可能である。
【０１３５】
Ｎ２画像スライスの等高線Ｎ2は、任意の大腿骨又は脛骨の画像スライスの任意の等高線と同様に、Ｎ２画像スライス内の内側顆３０２の皮質骨の開又は閉ループコンピュータ分析を介して生成可能であり、これにより、皮質骨の輪郭が開又は閉ループ等高線Ｎ2によって描かれる。等高線が閉ループである場合には、結果的に得られる３Ｄモデル２２、２８は、３Ｄ容積モデルとなる。等高線が開ループである場合には、結果的に得られる３Ｄモデル２２、２８は、３Ｄ表面モデルとなる。
【０１３６】
いくつかのケースにおいては、基準画像スライスからの基準情報は、等高線に対して単純に適用されるように、損傷した画像スライスの等高線に特性（例えば、サイズ及び／又は比率）が実質的に類似している場合があるが、多くのケースにおいては、基準情報は、図５Ｃ１及び図５Ｄとの関係において本明細書に記述されているように、損傷側部の等高線を回復させるべく基準情報を使用する前に、サイズ及び／又は比率との関係において調節する必要があろう。例えば、基準情報が損傷側部の等高線との関係において小さ過ぎることを示している点を除いて、図５Ｃ１と同一の図である図５Ｃ２に示されているように、基準情報は、損傷側部の等高線を回復させるべく使用される前に、増大させる必要がある。換言すれば、Ｎ１情報（例えば、Ｎ１楕円、ベクトル、及び接線ＰＴＬ、ＤＴＬ）は、前述のＡＯ軸に基づいてＮ２画像スライスの等高線に適用される際に、最も遠位又は後部の部分において損傷した等高線の少なくともいくつかのものと整合するには、基準情報の少なくともいくつかについて小さ過ぎる。従って、図５Ｃ１と図５Ｃ２の比較から理解されるように、Ｎ１情報は、必要に応じて、Ｎ１情報がＮ２画像スライスの等高線の境界と整合し始める時点まで、その比率（例えば、相互の関係における楕円の長軸／短軸の比率及び原点又はＡＯ軸からのＰＴＬ、ＤＴＬのオフセットの比率）を維持しつつ、増大可能である。例えば、図５Ｃ２に示されているように、Ｎ１楕円は、Ｎ２画像上に重畳され、且つ、ＡＯ軸を介してＮ２画像スライスと位置的に調整される。Ｎ１楕円は、Ｎ２画像スライスの等高線に整合するために必要なものよりも小さく、従って、一部（例えば、Ｎ１楕円のＰＴＬ及びＰ1’）がＮ２画像スライスの楕円等高線の一部（例えば、最も後部の地点）に整合する時点まで、そのサイズが拡大される。又、ＡＯ軸との関係においてＰＴＬ及びＤＴＬの比率を維持しつつ、類似のプロセスをＰＴＬ及びＤＴＬにも適用可能である。図５Ｃ１に示されているように、Ｎ１情報は、いまや、損傷画像側部の等高線の少なくとも一部に対応しており、且つ、いまや、図５Ｄとの関係において後述するように、等高線を回復させるべく使用可能である。
【０１３７】
基準情報が損傷側部の等高線との関係において大き過ぎることを示している点を除いて図５Ｃ１に示されているものと同一である図５Ｃ３に示されているように、基準情報は、損傷側部の等高線を回復させるべく使用される前に、低減する必要がある。換言すれば、Ｎ１情報（例えば、Ｎ１楕円、ベクトル、又は接線ＰＴＬ、ＤＴＬ）は、前述のＡＯ軸に基づいてＮ２画像スライスの等高線に適用される際に、最も遠位又は後部の位置において損傷した等高線の少なくともいくつかのものと整合するには、基準情報の少なくともいくつかのものについて、大き過ぎる。従って、図５Ｃ１と図５Ｃ３の比較から理解されるように、Ｎ１情報は、必要に応じて、その比率（例えば、相互の楕円の長軸／短軸の比率及び原点又はＡＯ軸からのＰＴＬ、ＤＴＬのオフセットの比率）を維持しつつ、Ｎ１情報がＮ２画像スライスの等高線の境界に整合し始める時点まで、低減可能である。例えば、図５Ｃ３に示されているように、Ｎ１楕円は、Ｎ２画像スライス上に重畳され、且つ、ＡＯ軸を介してＮ２画像スライスと位置的に調整される。Ｎ１楕円は、Ｎ２画像スライスの等高線と整合するために必要なものよりも大きく、従って、一部（例えば、Ｎ１楕円のＰＴＬ及びＰ1’）がＮ２画像スライスの楕円等高線の一部（例えば、最も後部の地点）に整合する時点まで、そのサイズが低減される。又、ＡＯ軸との関係におけるＰＴＬ及びＤＴＬの比率を維持しつつ、類似のプロセスをＰＴＬ及びＤＴＬに適用可能である。図５Ｃ１に示されているように、Ｎ１情報は、いまや、損傷した画像の側部の等高線の少なくとも一部に対応しており、且つ、いまや、図５Ｄとの関係において説明するように、等高線を回復させるべく使用可能である。
【０１３８】
回復の後の図５Ｃ１のＮ２画像スライスである図５Ｄから理解されるように、Ｎ２画像スライスの等高線Ｎ2は、回復済みの領域４０２内において、楕円３０５−Ｎ１の境界に向かって外向きに拡張されている（図２の［ブロック２２０］）。この基準側部からの情報（例えば、楕円３０５及びベクトル）を損傷側部に対して適用するプロセスは、大腿骨骨モデル２２Ａの損傷側部を形成するすべての又は大部分の画像スライス１６についてスライスごとに反復される。損傷側部の画像スライス１６のすべて又は大部分のものが回復されたら、最近回復された画像スライスを含む大腿骨骨モデル２２Ａを形成するべく使用された画像スライスを、３Ｄコンピュータモデリングプログラムを介して、図３Ａに示されているものに類似した３Ｄ大腿骨回復済み骨モデル２８Ａにリコンパイルする（図２の［ブロック２２５］）。
【０１３９】
図５Ｃ１及び図５Ｄから理解されるように、一実施例においては、Ｎ２画像スライスの損傷した等高線Ｎ2を基準側部の短軸Ｄ1ＤＤ1に対する基準側部の長軸Ｐ1’ＰＰ1’の比率に基づいて調節している。一実施例においては、Ｎ２画像スライスの損傷した等高線Ｎ2を基準側部楕円３０５−Ｎ１に基づいて調節している。従って、損傷側部の画像スライスの損傷した等高線を評価し、基準側部の画像スライスの楕円に関係する比率に従って拡大可能である。
【０１４０】
基準側部の情報又はデータから得られた比率との関係における損傷側部の画像スライスの関節等高線の関係に応じて、関節等高線がその長軸及び／又はその短軸に沿って増大されるように、損傷側部の画像スライスの関節等高線を操作可能である。患者の膝の形状に応じて、顆楕円の長軸及び短軸は、個人ごとに異なる。損傷していない顆において長軸が短軸に近接している場合には、その損傷していない顆の曲率は、丸い形状に近い。このような構成の顆においては、回復手順において、損傷した顆の輪郭線を評価し、且つ、これを長軸及び短軸の両方において一定の半径において増大可能である。損傷していない顆がその短軸と比べて相当に長い長軸を有する楕円輪郭線を示すなど、その他の構成の顆の場合には、骨の回復において、損傷した顆の輪郭線を変更するべく、長軸の長さを増大可能である。
【０１４１】
又、損傷側部の脛骨高原は、基準側部の大腿骨顆からのデータ又は情報を損傷側部の脛骨高原に適用することによって回復可能である。この継続する例においては、損傷側部の脛骨高原が内側脛骨高原３０６となり、且つ、基準側部の大腿骨顆が外側大腿骨顆３００となる。一実施例においては、損傷側部の脛骨高原３０６を回復させるプロセスは、損傷側部の脛骨高原３０６を分析して損傷側部の脛骨高原３０６の最高前部地点又は最高後部地点の中の少なくとも１つのものを決定することによって開始される。
【０１４２】
一実施例においては、Ｎ４画像スライスに沿って観察されたものであって、且つ、内側脛骨高原３０６がそれほどひどくなく、最高前部又は後部地点Ｑ４、Ｑ４’の中の少なくとも１つのものが依然として存在すると仮定している図４Ｃから理解されるように、損傷した脛骨高原３０６を接線を介して分析し、存続している高い地点Ｑ４、Ｑ４’を同定可能である。例えば、内側脛骨高原３０６に対する損傷が、後部最高地点Ｑ４’がもはや存在しないように、後部領域に集中している場合には、接線ＴQ4を使用し、前部最高地点Ｑ４を同定可能であろう。同様に、内側脛骨高原３０６への損傷が、前部最高地点Ｑ４がもはや存在しないように、前部領域に集中している場合には、接線ＴQ4’を使用し、後部最高地点Ｑ４’を同定可能である。いくつかの実施例においては、最高地点Ｑ４、Ｑ４’の間に延長するベクトルは、接線ＴQ4、ＴQ4’に対してほぼ垂直であることができる。
【０１４３】
別の実施例においては、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷した内側脛骨高原３０６に適用し、Ｎ４画像スライスに沿った最高前部又は後部地点Ｑ４、Ｑ４’の中の少なくとも１つのものを決定可能である。このプロセスは、内側脛骨高原３０６への損傷が、それほどひどくなく、最高前部又は後部地点Ｑ４、Ｑ４’の中の少なくとも１つのものが依然として存在していると仮定することによって実行可能である。例えば、高原３０６に対する損傷が主に後部領域に位置しているＮ４画像スライスに沿った内側脛骨高原３０６の矢状図である図５Ｅに示されているように、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷した内側脛骨高原３０６に対して適用し、脛骨高原３０６の前部最高地点Ｑ４を同定可能である。同様に、高原３０６に対する損傷４０１が主に前部領域内に位置しているＮ４画像スライスに沿った内側脛骨高原３０６の矢状図である図５Ｆに示されている別の例においては、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷した内側脛骨高原３０６に対して適用し、脛骨高原３０６の後部最高地点Ｑ４’を同定可能である。
【０１４４】
一実施例においては、図５Ｃ２及び図５Ｃ３との関係において前述したものに類似した方式により、例えば、Ｑ４又はＱ４’であることができる最高地点を見出すべく、Ｎ１楕円が損傷した等高線の一部に整合する時点まで、ＡＯ軸を介して基準情報（例えば、Ｎ１楕円などのＮ１情報）を損傷した等高線に対して適用可能であり、且つ、そのサイズを調節（例えば、縮小又は拡大）可能である。図５Ｃ２及び図５Ｃ３との関係において前述したように、基準情報のサイズの調節は、Ｎ１情報の比率を維持しつつ、実行可能である。
【０１４５】
最高地点が、図４Ｃ、図５Ｅ、及び図５Ｆとの関係において説明した前述の方法のいずれかのものを通じて決定されたら、基準側部の大腿骨顆ベクトルを損傷側部の脛骨高原に適用し、脛骨高原等高線３２２の回復を要する程度を決定可能である（図２の［ブロック２１５］）。例えば、それぞれ、図５Ｅ及び図５Ｆと同一の図である図５Ｇ及び図５Ｈに示されているように、基準側部の外側大腿骨顆３００からのベクトル（例えば、Ｎ１画像スライスからのベクトルＵ1）を、ベクトルＵ1が既存の最高点と交差するように、損傷側部の内側脛骨高原３０６に対して適用する。従って、既存の最高地点が前部地点Ｑ４である図５Ｇに示されているように、ベクトルＵ1は、前部地点Ｑ４を通じて延長することになり、且つ、脛骨高原等高線３２２の後部領域内において、脛骨高原等高線３２２の後部領域の回復を要する距離だけ、損傷４０１から離隔することになる。同様に、既存の最高地点が後部地点Ｑ４’である図５Ｈに示されているように、ベクトルＵ1は、後部地点Ｑ４’を通じて延長することになり、且つ、脛骨高原等高線３２２の前部領域の回復を要する距離だけ、脛骨高原等高線３２２の前部領域の損傷４０１から離隔することになる。
【０１４６】
それぞれ、図５Ｇ及び図５Ｈと同一の図である図５Ｉ及び図５Ｊに示されているように、脛骨高原等高線３２２の損傷した領域４０１は上方に拡張されて基準ベクトルＵ1と交差し、これにより、図５Ｉの場合には、消失した後部の高い地点Ｑ４’を、そして、図５Ｊの場合には、前部の高い地点Ｑ４を回復させ、この回復により、回復された領域４０３が得られる。図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｉ、図５Ｊから理解されるように、一実施例においては、回復された領域４０３の既存の高い地点（即ち、図５ＩのＱ４及び図５ＪのＱ４’）と新たに回復された高い地点（即ち、図５ＩのＱ４’及び図５ＪのＱ４）の間の適切なオフセット距離Ｌ4を見出すためのガイドとして機能するべく、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷側部の脛骨高原３０６に対して適用可能である。又、一実施例においては、脛骨高原等高線３２２の適切な曲率を実現するためのガイドとして機能するべく、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷側部の脛骨高原３０６に対して適用可能である。脛骨高原等高線３２２の曲率は、前部及び後部の高い地点Ｑ４，Ｑ４’の間の中間点近傍の等高線３２２が、距離ｈ4だけ、基準ベクトルＵ1からオフセットされるようなものであることができる。いくつかの実施例においては、回復後の距離ｈ4／Ｌ4の比率は、約０．０１未満であることができる。前述したように、基準楕円は、楕円が、損傷した等高線の一部と整合する時点まで、比率を維持しつつ、損傷した等高線に対して適用可能であり、且つ、そのサイズを調節可能である。
【０１４７】
大腿骨基準軸ＡＯFを介して相互に位置的に関係付けられる大腿骨顆の画像スライスとの関係において前述したように、且つ、図５Ｂから理解されるように、それぞれの脛骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、大腿骨基準軸ＡＯFと同一又は異なるものであることができる脛骨基準軸ＡＯTとの関係おいて生成されることになる。脛骨基準軸ＡＯTは、内側−外側に延長することになり、且つ、それぞれの脛骨の画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の等高線によって定義されたそれぞれのエリアの中心点を通過可能である。脛骨基準軸ＡＯTは、脛骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４のその他の領域を通過して延長可能であり、或いは、例えば、場合によっては、個々の大腿骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の原点Ｏ1、Ｏ2、Ｏ3、Ｏ4を通じてなど、脛骨画像スライスの外部を延長することも可能である（この場合には、脛骨基準軸ＡＯF及び大腿骨基準軸ＡＯFは、同一であるか又は同一の場所を共有可能である）。
【０１４８】
軸ＡＯTを使用し、損傷側部の画像スライス（例えば、この例においては、Ｎ４画像スライス）上に重畳される際に、基準側部のデータ（例えば、この例においては、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１及びベクトルＵ1）を適切に方向付け可能である。基準側部のデータ又は情報の向きは、データ又は情報が損傷側部の画像スライスに重畳又はその他の方法で適用される際に、変化しない。例えば、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１及びベクトルＵ1の向きは、基準情報がＮ４スライスに重畳又はその他の方法で適用される際に変化しないように、Ｎ４スライス上への基準情報の重畳の際に一定に維持又は保持される。従って、基準側部の情報が軸ＡＯTを介して損傷側部の画像スライスに対してインデクシングされ、且つ、基準側部の情報の向きが、損傷側部の画像スライスへの適用のプロセスにおいて変化しないため、基準側部の情報は、損傷側部の画像スライスの回復を支援するべく、サイズとの関係において単純に調節可能である。
【０１４９】
任意の大腿骨又は脛骨の画像スライスの任意の等高線と同様に、Ｎ４画像スライスの等高線Ｎ4は、Ｎ４画像スライス内の内側脛骨高原３０６の皮質骨の開又は閉ループコンピュータ分析を介して生成可能であり、これにより、皮質骨の輪郭が開又は閉ループ等高線Ｎ4によって描かれる。等高線が閉ループである場合には、結果的に得られる３Ｄモデル２２、２８は、３Ｄ容積モデルとなる。等高線が開ループである場合には、結果的に得られる３Ｄモデル２２、２８は、３Ｄ表面モデルとなる。
【０１５０】
図５Ａ〜図５Ｊとの関係において説明した以上の例は、基準側部として機能する外側大腿骨顆３００及び損傷側部である内側大腿骨顆３０２及び内側脛骨顆３０６の文脈において付与されている。具体的には、外側大腿骨顆３００からの基準データ又は情報（例えば、楕円、ベクトルなど）をその回復のために内側大腿骨顆３０２及び内側脛骨高原３０６に対して適用する。損傷側部の大腿骨顆３０２及び損傷側部の脛骨高原３０６の回復プロセスは、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの損傷側部を形成する画像スライス１６についてスライスごとに実行される（図２の［ブロック２２０］。次いで、回復された画像スライス１６は、３Ｄコンピュータモデリングプログラムが画像スライス１６をリコンパイルして回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂを生成する際に、利用される（図２の［ブロック２２５］）。
【０１５１】
内側大腿骨顆３０２が基準側部として機能し、且つ、外側大腿骨顆３００及び外側脛骨顆３０４が損傷側部である逆転された状況を示すべく、特定の例が付与されてはいないが、方法は、図５Ａ〜図５Ｊとの関係において前述したものと同一であり、従って、詳細に記述する必要はないであろう。内側大腿骨顆３０２からの基準データ又は情報（例えば、楕円、ベクトルなど）をその回復のために外側大腿骨顆３００及び外側脛骨高原３０４に対して適用することを知るだけで十分であり、且つ、このプロセスは、図５Ａ〜図５Ｊとの関係において説明したものと同一である。
【０１５２】
２．膝関節の基準側部の脛骨高原からのベクトルを利用した損傷側部の脛骨高原の回復
【０１５３】
損傷側部の脛骨高原も、基準側部の脛骨高原からのデータ又は情報を損傷側部の脛骨高原に対して適用することにより、回復可能である。この例においては、損傷側部の脛骨高原が内側脛骨高原３０６となり、且つ、基準側部の脛骨高原が外側脛骨高原３０４となる。
【０１５４】
一実施例においては、損傷側部の脛骨高原３０６を回復させるプロセスは、基準側部の脛骨高原３０４を分析して基準側部の脛骨高原３０４の最高前部地点及び最高後部地点を決定することにより、開始される。次いで、これらの最高地点を使用し、基準ベクトルを決定可能である。
【０１５５】
一実施例においては、Ｎ３画像スライスに沿って観察された図４Ｃから理解されるように、基準側部の脛骨高原３０４を接線を介して分析し、最高地点Ｑ３、Ｑ３’を同定可能である。例えば、接線ＴQ3を使用し、前部最高地点Ｑ３を同定可能であり、且つ、接線ＴQ3’を使用し、後部最高地点Ｑ３’を同定可能である。いくつかの実施例においては、最高地点Ｑ３、Ｑ３’の間に延長するベクトルは、接線ＴQ3、ＴQ3’に対してほぼ垂直であることができる。
【０１５６】
別の実施例においては、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を基準側部の外側脛骨高原３０４に対して適用し、Ｎ３画像スライスに沿った最高前部又は後部地点Ｑ３、Ｑ３’を決定可能である。例えば、図４Ａから理解されるように、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１（又は、Ｎ３画像スライスにおいて分析される場合には、楕円３０５−Ｎ３）を基準側部の外側脛骨高原３０４に対して適用し、脛骨高原３０４の前部最高地点Ｑ１を同定可能であり、且つ、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１（又は、Ｎ３画像スライスにおいて分析される場合には、楕円３０５−Ｎ３）を基準側部の外側脛骨高原３０４に対して適用し、脛骨高原３０６の後部最高地点Ｑ１’を同定可能である。Ｎ３画像スライスの楕円３０５−Ｎ３が利用される場合には、最高脛骨高原地点は、Ｑ３，Ｑ３’であることができる。
【０１５７】
図４Ａから理解されるように、最高地点が決定されたら、これらの地点を通じてベクトルを延長させることにより、基準ベクトルを決定可能である。例えば、ベクトルＶ1は、Ｎ１スライス内においてベクトルを最高脛骨高原地点Ｑ１、Ｑ１’を通じて延長させることにより、見出すことができる。
【０１５８】
一実施例においては、損傷側部の脛骨高原３０６を回復させるプロセスは、損傷側部の脛骨高原３０６を分析し、損傷側部の脛骨高原３０６の最高前部地点又は最高後部地点の中の少なくとも１つのものを決定することにより、継続される。
【０１５９】
一実施例においては、Ｎ４画像スライスに沿って観察されると共に内側脛骨高原３０６に対する損傷がそれほどひどくなく、最高前部又は後部地点Ｑ４、Ｑ４’の中の少なくとも１つのものが依然として存在すると仮定している図４Ｃから理解されるように、損傷した脛骨高原３０６を接線を介して分析し、存続する高い地点Ｑ４、Ｑ４’を同定可能である。例えば、内側脛骨高原３０６に対する損傷が、後部最高地点Ｑ４’がもはや存在しないように、後部領域内に集中している場合には、接線ＴQ4を使用し、前部最高地点Ｑ４を同定可能であろう。同様に、内側脛骨高原３０６への損傷が、前部最高地点Ｑ４がもはや存在しないように、前部領域に集中している場合には、接線ＴQ4’を使用し、後部最高地点Ｑ４’を同定可能であろう。
【０１６０】
別の実施例においては、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷した内側脛骨高原３０６に適用し、Ｎ４画像スライスに沿った最高前部又は後部地点Ｑ４、Ｑ４’の中の少なくとも１つのものを決定可能である。このプロセスは、内側脛骨高原３０６に対する損傷がそれほどひどくなく、最高前部又は後部地点Ｑ４、Ｑ４’の中の少なくとも１つが依然として存在していると仮定することによって実行可能である。例えば、高原３０６に対する損傷４０１が主に後部領域内に位置しているＮ４画像スライスに沿った内側脛骨高原３０６の矢状図である図５Ｅに示されているように、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷した内側脛骨高原３０６に対して適用し、脛骨高原３０６の前部最高地点Ｑ４を同定可能である。同様に、別の例においては、高原３０６に対する損傷４０１が主に前部領域内に位置しているＮ４画像スライスに沿った内側脛骨高原３０６の矢状図である図５Ｆに示されているように、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷した内側脛骨高原３０６に対して適用し、脛骨高原３０６の後部最高地点Ｑ４’を同定可能である。
【０１６１】
一実施例において、図５Ｃ２及び図５Ｃ３との関係において前述したものと類似した方式により、基準情報（例えば、Ｎ１楕円などのＮ１情報）を損傷した等高線に対してＡＯ軸を介して適用可能であり、且つ、Ｎ１楕円が、例えば、Ｑ４又はＱ４’であることができる最高地点を見出すべく、損傷した等高線の一部に整合する時点まで、そのサイズを調節（例えば、縮小又は拡大）可能である。図５Ｃ２及び図５Ｃ３との関係において前述のように、基準情報のサイズの調節は、Ｎ１情報の比率を維持しつつ、実行可能である。
【０１６２】
図４Ｃ、図５Ｅ、及び図５Ｆとの関係において説明した前述の方法の中のいずれかのものを通じて最高地点が決定されたら、基準側部の脛骨高原ベクトルを損傷側部の脛骨高原に対して適用し、脛骨高原等高線３２２の回復を要する程度を決定可能である（図２の［ブロック２１５］）。例えば、それぞれ、図５Ｇ及び図５Ｈと同一の図である図５Ｋ及び図５Ｌから理解されるように、基準側部の外側脛骨高原３０４からのベクトル（例えば、Ｎ１画像スライスからのベクトルＶ1）を、ベクトルＶ1が既存の最高地点と交差するように、損傷側部の内側脛骨高原３０６に対して適用する。従って、既存の最高地点が前部地点Ｑ４である図５Ｋに示されているように、ベクトルＶ1は、前部地点Ｑ４を通じて延長することになり、且つ、脛骨高原等高線３２２の後部領域の回復を要する距離だけ、脛骨高原等高線３２２の後部領域内の損傷４０１から離隔することになる。同様に、既存の最高地点が後部地点Ｑ４’である図５Ｌに示されているように、ベクトルＶ1は、後部地点Ｑ４’を通じて延長することになり、且つ、脛骨高原等高線３２２の前部部分の回復を要する距離だけ、脛骨高原等高線３２２の前部領域の損傷４０１から離隔することになる。
【０１６３】
それぞれ、図５Ｉ及び図５Ｊと同一の図である図５Ｍ及び図５Ｎに示されているように、脛骨高原等高線３２２の損傷した領域４０１を上方に拡張して基準ベクトルＶ1に交差させ、これにより、図５Ｍの場合の消失した後部の高い地点Ｑ４’と、図５Ｎの場合の前部の高い地点Ｑ４と、を回復させ、これにより、回復によって回復された領域４０３が結果的に得られる。図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｍ、及び図５Ｎから理解されるように、一実施例においては、回復された領域４０３の既存の高い地点（即ち、図５ＭにおけるＱ４及び図５ＮにおけるＱ４’）と新しく回復された高い地点（即ち、図５ＭにおけるＱ４’と図５ＮにおけるＱ４）の間の適切なオフセット距離Ｌ4を見出すためのガイドとして機能するべく、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷側部の脛骨高原３０６に対して適用可能である。又、一実施例においては、脛骨高原等高線３２２の適切な曲率を実現するためのガイドとして機能するべく、基準側部の大腿骨顆楕円３０５−Ｎ１を損傷側部の脛骨高原３０６に対して適用可能である。脛骨高原等高線３２２の曲率は、前部及び後部の高い地点Ｑ４、Ｑ４’の間の中間点近傍の等高線３２２が、距離ｈ4だけ、基準ベクトルＵ1からオフセットされるようなものであることができる。いくつかの実施例においては、回復の後の距離ｈ4／Ｌ4の比率は、約０．０１未満である。前述のように、基準楕円を損傷した等高線に対して適用可能であり、且つ、楕円が損傷した等高線の一部と整合する時点まで、比率を維持しつつ、そのサイズを調節可能である。
【０１６４】
大腿骨基準軸ＡＯFを介して相互に位置的に関連付けられる大腿骨顆の画像スライスとの関係において前述したように、且つ、図５Ｂから理解されるように、それぞれの脛骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、大腿骨基準軸ＡＯFと同一又は異なってよい脛骨基準軸ＡＯTとの関係において生成されることになる。脛骨基準軸ＡＯTは、内側−外側に延長することになり、且つ、それぞれの脛骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の等高線によって定義されたそれぞれのエリアの中心点を通過可能である。脛骨基準軸ＡＯTは、脛骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４のその他の領域を通じて延長可能であり、或いは、例えば、場合によっては、個別の大腿骨画像スライスＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の原点Ｏ1、Ｏ2、Ｏ3、Ｏ4を通じてなど、脛骨画像スライスの外側を延長することも可能である（このような場合には、脛骨基準軸ＡＯF及び大腿骨基準軸ＡＯFは、同一であるか又は同一の場所を共有可能である）。
【０１６５】
軸ＡＯTを使用し、損傷側部の画像スライス（例えば、この例においては、Ｎ４画像スライス）上に重畳される際に、基準側部のデータ（例えば、この例においては、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１及びベクトルＶ1）を適切に方向付け可能である。基準側部のデータ又は情報の向きは、データ又は情報が損傷側部の画像スライスに重畳又はその他の方法で適用されるのに伴って、変化しない。例えば、Ｎ１スライスの楕円３０５−Ｎ１及びベクトルＶ1は、基準情報が、Ｎ４スライスに重畳又はその他の方法で適用される際に、変化しないように、基準情報のＮ４スライス上への重畳の際に、一定に維持又は保持される。従って、基準側部の情報が、軸ＡＯTを介して損傷側部の画像スライスに対してインデクシングされ、且つ、基準側部の情報の向きが、損傷側部の画像スライスに対して適用されるプロセスにおいて変化しないため、基準側部の情報は、損傷側部の画像スライスの回復を支援するべく、サイズとの関係において単純に調節可能である。
【０１６６】
任意の大腿骨又は脛骨の画像スライスの任意の等高線と同様に、Ｎ４画像スライスの等高線Ｎ4は、Ｎ４画像スライス内の内側脛骨高原３０６の皮質骨の開又は閉ループコンピュータ分析を介して生成可能であり、これにより、皮質骨の輪郭が開又は閉ループ等高線Ｎ4によって描かれる。等高線が閉ループである場合には、結果的に得られる３Ｄモデル２２、２８は、３Ｄ容積モデルとなる。等高線が開ループである場合には、結果的に得られる３Ｄモデル２２、２８は、３Ｄ表面モデルとなる。
【０１６７】
図５Ｋ〜図５Ｎとの関係において説明したこの例においては、基準側部の脛骨高原３０４からの情報を利用し、損傷側部の脛骨高原３０６を回復している。しかしながら、基準側部の大腿骨顆３００からの情報を依然として使用し、前述の例において図５Ａ〜図５Ｄとの関係において前述したように、損傷側部の大腿骨顆３０２を回復させる。
【０１６８】
図５Ｋ〜図５Ｎとの関係において説明した前述の例は、基準側部として機能する外側脛骨高原３０４及び外側大腿骨顆３００並びに損傷側部である内側大腿骨顆３０２及び内側脛骨顆３０６の文脈において付与されている。具体的には、基準データ及び情報（例えば、外側脛骨高原３０４からのベクトル及び外側大腿骨顆３００からの楕円やベクトルなど）をその回復のために内側大腿骨顆３０２及び内側脛骨高原３０６に対して適用する。損傷側部の大腿骨顆３０２及び損傷側部の脛骨高原３０６の等高線の回復プロセスが、骨モデル２２Ａ、２２Ｂの損傷側部を形成する画像スライス１６についてスライスごとに実行される（図２の［ブロック２２０］）。次いで、回復された画像スライス１６は、３Ｄコンピュータモデリングプログラムが画像スライス１６をリコンパイルして回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂを生成する際に、利用される（図２の［ブロック２２５］）。
【０１６９】
内側脛骨高原３０６及び内側大腿骨顆３０２が基準側部として機能し、且つ、外側大腿骨顆３００及び外側脛骨顆３０４が損傷側部である逆転された状況を示すべく、特定の例が付与されてはいないが、方法は、図５Ａ〜図５Ｄ及び図５Ｋ〜図５Ｎとの関係において説明したものと同一であり、且つ、詳細に説明する必要はないであろう。内側脛骨高原３０６及び内側大腿骨顆３０２からの基準データ又は情報（例えば、楕円やベクトルなど）をその回復のために外側大腿骨顆３００及び外側脛骨高原３０４に対して適用することを知れば十分であり、且つ、このプロセスは、図５Ａ〜図５Ｄ及び図５Ｋ〜図５Ｎとの関係で説明したものと同一である。
【０１７０】
ｅ．回復済み骨モデルの精度の検証
【０１７１】
以上の節において記述したように、骨モデル２２Ａ、２２Ｂを回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂに回復したら、骨回復プロセスの精度をチェックする（図２の［ブロック２３０］）。このような精度チェックを実施する例示用の方法の説明の前に、まず、膝関節を取り巻く動力学について説明する。
【０１７２】
遠位大腿骨の形態学的形状と、その近位脛骨及び膝蓋骨との関係は、膝の動力学を示唆している（例えば、Ｅｃｋｈｏｆｆ他による非特許文献１を参照されたい）。膝関節において発生する運動は、屈曲と伸張であって、曲がった位置にけるわずかな量の回転を伴う。運動の際には、大腿骨の脛骨との接触点が常に変化している。従って、屈曲した位置（９０°の膝の伸張状態）においては、脛骨の関節表面の後部部分は、大腿骨顆の丸くなった後部部分との接触状態にある。準屈曲位置においては、脛骨面の中央部分が、大腿骨顆の前部の丸くなった部分と関節結合する。十分に伸張した位置（０°の膝の伸張状態）においては、脛骨面の前部及び中央部分が、大腿骨顆の前部の平らになった部分との接触状態にある。
【０１７３】
膝蓋骨との関係においては、極端な屈曲状態においては、内側の関節面が、大腿骨の内部顆の外側部分上において休止する。屈曲状態においては、面の上部部分が、大腿骨の滑車表面の下部部分上において休止する。中間屈曲状態においては、中央のペアが、滑車表面の中央部分上において休止する。しかしながら、伸張状態においては、膝蓋骨上の面の下部のペアが、大腿骨の滑車表面の上部部分上において休止する。相違点は、関節表面の接触点のシフトであると表現可能である。
【０１７４】
伝統的な膝置換の研究は、主に脛骨−大腿骨の関節の周辺に合焦している。本明細書に開示されている方法は、膝の膝蓋骨溝を見出すことにより、三顆関節研究（ｔｒｉ−ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔａｌ  ｊｏｉｎｔ  ｓｔｕｄｙ）における膝蓋骨を利用している。膝蓋骨の後部表面は、垂直の隆線によって２つの面に分割された滑らかな楕円形の関節エリアを有し、これらの面は、同一表面の内側及び外側部分を形成している。
【０１７５】
後部膝蓋骨の垂直隆線は、大腿骨の滑車溝に対応している。膝の屈曲／伸張動作運動においては、膝蓋骨は、通常、垂直隆線に沿って大腿骨の滑車溝内を上下運動し、且つ、脛骨に対する大腿四等筋力を生成する。膝蓋骨大腿骨関節と大腿骨顆の運動は、この関節に跨る主要な構造／力学において主要な役割を演じている。膝が運動しており、且つ、十分に伸張していない際には、大腿骨顆の表面は、非常に大きな負荷又は力に耐えている。正常な膝においては、膝蓋骨の垂直隆線が大腿骨の滑車溝に沿って適切にアライメントされ、この結果、このアライメントが、摺動運動において容易な力の生成を提供する。膝蓋骨が滑車溝に沿って適切にアライメントされないか又は特定の角度に傾斜している場合には、摺動運動を開始することが困難であり、従って、歩行との関係において問題が発生する。更には、滑車溝に沿ってミスアライメントされた軸は、滑車溝上における膝蓋骨の脱臼と、膝蓋骨上における不均等な負荷による損傷と、を生成可能である。
【０１７６】
骨回復プロセスの精度を検証するための本明細書に開示される方法は、後述するように、「滑車溝軸」又は「滑車溝基準プレーン」を利用している。この軸又は基準プレーンは、膝の十分に伸張した状態及び９０°の伸張状態の両方において滑車溝の最低先端に跨って延長している。更には、関節線との関係において、滑車溝軸は、膝の関節線に対して垂直又はほぼ垂直である。
【０１７７】
後部膝蓋骨の垂直隆線は、摺動運動においてほぼ真っ直ぐ（垂直）であるため、対応する滑車溝軸も、真っ直ぐであるべきである。膝の関節線は地面に対して平行であるという理論に滑車溝軸を適用する。適切にアライメントされた膝又は正常な膝においては、滑車溝軸は、関節線に対して垂直又はほぼ垂直であると推定される。
【０１７８】
ＯＡの場合には、滑車溝内に骨の損傷が存在することは珍しく、通常は、軟骨の損傷のみである。従って、骨モデル２２を回復済み骨モデル２８に回復させる際には、大腿骨の滑車溝が、骨の回復の精度を検証するための信頼性の高い骨軸の基準として機能可能である。
【０１７９】
骨回復プロセスの精度を検証する方法の詳細な説明のために、図６Ａ〜図６Ｄを参照されたい。図６Ａは、大腿骨の回復済み骨モデル２８Ａを形成する撮像スライス１６（例えば、ＭＲＩスライスやＣＴスライスなど）の順序及び向きを示す大腿骨の回復済み骨モデル２８Ａの矢状図である。図６Ｂは、図６Ａにおける大腿骨の回復済み骨モデル２８Ａの断面ライン１〜５に沿って採取された遠位画像スライス１〜５である。図６Ｃは、図６Ａの大腿骨の回復済み骨モデル２８Ａの断面ライン６〜８に沿って採取された冠状画像スライス６〜８である。図６Ｄは、大腿骨の回復済み骨モデル２８Ａの遠位端部の斜視図である。
【０１８０】
図６Ａに示されているように、多数の画像スライスを、大腿骨の骨モデル２２Ａを元々形成している画像スライス及び前述の方法を介して変更された回復済み画像スライスからなる大腿骨の回復済み骨モデル２８Ａにコンパイルする。画像スライスは、画像スライス１〜５などの大腿骨の長手方向の軸に対して垂直のプレーン内において内側−外側に延長可能である。画像スライスは、画像スライス６〜８などのように大腿骨の長手方向の軸に対して平行なプレーン内において内側−外側に延長可能である。画像スライスの数は、１〜５０において変化可能であり、且つ、２ｍｍの間隔で離隔可能である。
【０１８１】
図６Ｂに示されているように、スライス１〜５のそれぞれのものは、滑車溝に沿って垂直にアライメント可能であり、この場合に、地点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５は、それぞれ、個々のスライス１〜５の滑車溝の最低先端を表す。様々な地点Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５を接続することにより、地点Ｏを得ることができる。図３Ｂ及び図６Ｄから理解されるように、結果的に得られるラインＧＯは、接線Ｐ1Ｐ2に対して垂直又はほぼ垂直である。図３Ｂの９０°の膝の伸張状態において、ラインＧＯは、膝の関節線及びラインＰ1Ｐ2に対して垂直又はほぼ垂直である。
【０１８２】
図６Ｃに示されているように、スライス６〜８のそれぞれのものは、滑車溝に沿って垂直にアライメント可能であり、この場合に、地点Ｈ６、Ｈ７、Ｈ８は、それぞれ、個々のスライス６〜８の滑車溝の最低先端を表す。様々な地点Ｈ６、Ｈ７、Ｈ８を接続することにより、地点Ｏを再び得ることができる。図３Ａ及び図６Ｄから理解されるように、結果的に得られるラインＨＯは、接線Ｄ1Ｄ2に対して垂直又はほぼ垂直である。図３Ａの０°の膝の伸張状態において、ラインＨＯは、膝の関節線及びラインＤ1Ｄ2に対して垂直又はほぼ垂直である。
【０１８３】
図６Ｄに示されているように、回復プロセスの精度の検証は、基準ラインＧＯ及びＨＯが特定のラインに対して平行であると共に特定のラインに対して垂直であるという点との関係において、特定の許容値内にあるかどうかを決定するステップを含む。大腿骨の滑車溝の最も遠位先端に跨り、且つ、９０°の膝の伸張状態における基準としてのラインＧＯは、接線Ｄ1Ｄ2に対して垂直であることを要する。大腿骨の滑車溝の最も後部先端に跨り、且つ、０°の膝の伸張における基準としてのラインＨＯは、接線Ｐ1Ｐ2に対して垂直であることを要する。
【０１８４】
ラインＨＯ及びラインＰ1Ｐ2は、プレーンＳを形成可能であり、且つ、ラインＧＯ及びラインＤ1Ｄ2は、プレーンＳに対して垂直であると共にこれと共にラインＳＲを形成するプレーンＰを形成可能である。ラインＨＯ及びラインＧＯは、相互に平行又はほぼ平行である。ラインＰ1Ｐ2、Ｄ1Ｄ2、及びＳＲは、相互に平行又はほぼ平行である。ラインＰ1Ｐ2、Ｄ1Ｄ2、及びＳＲは、ラインＨ０及びＧ０に対して垂直又はほぼ垂直である。
【０１８５】
図６Ｄから理解されるように、一実施例においては、ラインＨＯ及びＧＯは、ラインＰ1Ｐ2及びＤ1Ｄ2との垂直状態のほぼ３度以内になければならず、さもなければ、回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂは、拒絶されることになり、且つ、回復プロセスは、結果的に得られる回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂが前述の許容値を満足するか、又は許容値を満足するための試みが多数回にわたって失敗する時点まで、反復されることになる（図２の［ブロック２３０］〜［ブロック２４０］）。或いは、この代わりに、図６Ｄから理解されるように、別の実施例においては、ラインＨＯ及びＧＯは、ラインＰ1Ｐ2及びＤ1Ｄ2との垂直状態のほぼ６度以内になければならず、さもなければ、回復済みモデル２８Ａ、２８Ｂは、拒絶されることになり、且つ、回復プロセスは、結果的に得られる回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂが前述の許容値を満足するか、又は許容値を満足するための多数回の試みが失敗する時点まで、反復されなければならない（図２の［ブロック２３０］〜［ブロック２４０］）。許容値を満足する回復済み骨モデル２８Ａ、２８Ｂを提供する多数回の試みが成功することなしに実行された場合には、十分に悪化を免れている別の類似の関節から骨の回復基準データを入手可能である。例えば、膝の文脈において、右膝外側側部から得た基準情報から右膝内側大腿骨顆及び脛骨高原を回復させるべく成功することなしに試みが反復された場合には、回復プロセスにおいて使用するべく左膝外側又は内側側部から基準データを前述のものと同様の方式によって得ることができよう。
【０１８６】
いくつかの実施例においては、図７に示されている表に記載されているように、いくつかのＯＡ膝状態は、回復対象のものと同一の膝から基準データを得る際には、その他の状態と比べて、その基準データを介して本明細書に記述されている方法によって回復する可能性が高い。例えば、膝の損傷側部は、軽度（例えば、骨損傷が存在しないか又は１ｍｍ未満の骨損傷）、中程度（例えば、約１ｍｍの骨損傷）、又は重度（例えば、１ｍｍを上回る骨損傷）であることができる。図７から理解されるように、前述の実施例のいくつかのものを介して提供される骨の回復は、軽度損傷の膝及び中程度損傷の膝及び重度損傷の膝を具備するいくつかのＯＡ患者を含む大部分のＯＡ患者に対して適用可能であり、この場合に、回復データは、回復対象の損傷側部を具備する膝の基準側部から得られる。しかしながら、重度の損傷を具備する大部分のＯＡ患者及び中程度の損傷の膝を具備するいくつかのＯＡ患者の場合には、後述するいくつかの実施例においては、骨の回復の分析は、患者の不良な第２膝への適用のために、並びに、その回復のために、患者の良好な第１膝から回復データを入手するステップを伴う。
【０１８７】
図７の表に示されている標識は、いくつかの患者との関係における本明細書に開示されているいくつかの実施例のための一般的な考え方であり、且つ、本明細書に開示されている実施例の中の１つ又は複数のものを図７の表に反映されている状態（軽度、中程度、重度）のいずれか１つのものを具備する個別の患者に対して成功裏に適用可能であるかどうかとの関係における成功又は失敗の絶対的な標識と見なすべきではないことを理解されたい。従って、図７の表は、本明細書に開示されている実施例のいずれかを限定するものと見なすべきではない。
【０１８８】
ｆ．骨モデルの回復方法の更なる説明
【０１８９】
骨モデルの回復方法の実施例に関する更なる説明のために、図８Ａ〜図８Ｄを参照されたい。図８Ａは、脛骨高原の内側部分における基準ラインＳＱの構築を示す。一実施例においては、基準ラインＳＱは、損傷していない大腿骨顆楕円を内側脛骨高原に重畳して２つの接点Ｑ及びＳを得ることにより、決定可能である。別の実施例においては、接点Ｑ及びＳは、内側脛骨高原の後部及び前部エッジにおいて最高点を同定することにより、画像スライスから見出すことができる。接点Ｓ及びＱを同定すれば、接点Ｑ及びＳのそれぞれのものに跨ってラインを延長させることにより、接線ＱＰ及びＳＲを決定可能であり、この場合に、接線ＱＰ及びＳＲは、それぞれ、内側脛骨高原の前部及び後部曲線に接している。基準ラインＳＱは、接線ＱＰが基準ラインＳＱに対して垂直又はほぼ垂直であり、且つ、接線ＳＲが基準ラインＳＱに対して垂直又はほぼ垂直であるところに得ることができる。
【０１９０】
図８Ｂは、外側脛骨高原の損傷した前部部分の回復を示す。基準ベクトルライン又はベクトルプレーンは、ラインＳＱ又はプレーンＳＱとして図８Ａから得られる。内側側部からの基準ベクトルプレーンＳＱを脛骨高原表面の損傷した外側側部内の基準プレーンとして適用可能である。図８Ｂにおいて、損傷していない内側側部からの基準ベクトルプレーンＳＱの近傍に接するように、外側脛骨高原の損傷した前部部分の輪郭線を調節可能である。即ち、プレーンＳＱの近傍に到達するように、地点Ｓ’及びＱ’を調節する。地点Ｓ’及びＱ’の間のアウトラインを調節し、且つ、基準プレーンＳＱに向かって上昇させる。この調節を実行することにより、このベクトルプレーンＳＱ基準を介して、回復済みの接点Ｑ’を得ることができる。
【０１９１】
図８Ｄに示されているように、内側側部内の基準ベクトルプレーンＳＱは、外側側部内の回復済みのベクトルプレーンＳ’Ｑ’に対して平行又はほぼ平行である。図８Ｂにおいて、長さＬ”は、ラインＳ’Ｑ’の長さを表す。長さｌ”は、回復の後の脛骨高原の凹入表面領域からプレーンＳ’Ｑ’までのオフセットである。骨回復の評価において、０．０１未満になるようにｌ”／Ｌ’の比率を制御可能である。
【０１９２】
図８Ｃは、０°の膝の伸張モデルに伴う３Ｄ再構築後の回復済みの脛骨の冠状図である。地点Ｕ及びＶは、それぞれ、外側及び内側脛骨高原のそれぞれのものの上部における接線接触点の最低先端を表す。一実施例においては、接点Ｕ及びＶは、脛骨突起と脛骨高原の内側及び外側上顆の間の領域内に配置され、ここでは、この領域内の接線のスロープは、安定し、且つ、一定である。一実施例においては、外側高原内の接点Ｕは、外側顆間結節の外側側部と外側側副靭帯の付着部の間のエリアＩ内に位置する。内側部分については、接点Ｖは、図８Ｃに示されているように、内側顆間結節の内側側部と脛骨の内側顆の間のエリアＩＩ内にある。
【０１９３】
前述のように、図８Ｃは、回復済み脛骨モデルを表し、且つ、従って、膝が０°の伸張状態にある際に、基準ラインＮ１及びＮ２を図８Ｃの回復済み脛骨モデルに対して適用可能である。図８Ｃから理解されるように、ラインＮ１は、地点Ｕに跨って延長した場合に、ラインＵＶに対して垂直又はほぼ垂直であり、ラインＮ２は、地点Ｖに跨って延長した場合に、ラインＵＶに対して垂直又はほぼ垂直である。回復済み脛骨モデルにおいては、ラインＵＶは、膝の関節線に対して平行又はほぼ平行であることができる。これらのすべての基準ライン内において、一実施例においては、ほぼ垂直又はほぼ平行なライン又はプレーンの間における鋭角の許容レンジは、絶対６度の角度以内であることができる（｜Ｘ−Ｘ’｜＜６°）。図８からの鋭角差が６°未満である場合には、その大腿骨及び／又は脛骨回復用の数値データは許容可能である。このデータは、膝モデルの内反／外反アライメントの更なる評価に送付可能である。
【０１９４】
図９Ａは、膝の０°の伸張状態に伴う近位大腿骨及び遠位脛骨の回復済み膝モデルの冠状図である。ラインａｂは、遠位大腿骨モデルの滑車溝の最低先端に跨って延長している。基準ラインＮ１及びＮ２は、内反／外反アライメントの回復済み膝モデルに対して適用され、ここで、ラインＮ１は、ラインＮ２及びラインａｂに対して平行又はほぼ平行である。実施例に応じて、これらのラインの間の鋭角は、３度のレンジ又は５度のレンジ内に制御可能である。接点Ｄ及びＥは、回復済み近位大腿骨モデルの最低先端を表す。接点Ｕ及びＶは、回復済み遠位脛骨高原表面から得られる。内側部分において、ｔ１’は、内側顆と内側脛骨高原の間の接線のオフセットを表す。外側部分においては、ｔ２’は、外側顆と外側脛骨高原の間の接線のオフセットを表す。内反／外反回転及びアライメントにおいて、ｔ１’は、実質的にｔ２’に等しい（｜ｔ１’−ｔ２’｜＜＜１ｍｍ）。従って、ラインＤＥは、膝の関節線に対してほぼ平行であってよく、且つ、ラインＵＶに対してもほぼ平行である。
【０１９５】
図９Ｂは、回復済み膝モデルの矢状図である。ライン３４８は、関節の外側側部上に位置する外側側副靭帯の付着場所を表す。ライン３４２は、外側大腿骨顆の後部先端部分を表す。ライン３４４は、外側顆の遠位先端部分を表す。この回復済み膝モデルにおいては、ライン３４４は、ラインＬに対して平行又はほぼ平行であることができる。即ち、プレーン３４４は、プレーンＬに対して平行又はほぼ平行であり、且つ、膝の関節プレーンに対して平行又はほぼ平行である。一実施例においては、これらのプレーンの間の鋭角の許容レンジは、絶対６度以内に制御可能である。角度が絶対６度未満である場合には、その大腿骨及び脛骨モデルの情報は、埋植物モデリングのために術前設計に送付されることになる。鋭角が絶対６度以上である場合には、それらの画像及び３Ｄモデルは、拒絶されることになる。この状況においては、手順は、最初に戻り、基準ライン／プレーンの評価手順から始めることになる。
【０１９６】
ｇ．正常な関節からの基準情報を使用した損傷関節の回復済み骨モデルの生成
【０１９７】
図７のテーブルとの関係において前述したように、関節形成術のターゲットである膝は、いずれの側部ももう１つの側部を回復させるための基準側部として十分に機能することができないほどに、内側及び外側側部の両方がひどく損傷している場合がある。第１実施例においては、且つ、図２〜図６Ｄとの関係において前述したものに類似した方式により、しばしば、健康な膝であるか又は基準情報を入手するための健康な側部を少なくとも具備している患者のもう１つの膝から、ターゲットである膝の悪化した側部の回復のための基準データを入手可能である。第２実施例においては、患者の２つの膝が、それらが両方とも健康であった際に、相互のほぼ鏡像であったと仮定することにより、健康な膝の画像スライスをミラーリングされた向きにおいて逆転させ、且つ、悪化の前における悪化した膝を表す回復済み骨モデルにコンパイルする。更に詳しく後述するこれら２つの実施例は、関節形成のターゲットである膝が、図２〜図６Ｄとの関係において前述したものに類似する方式によっては回復が不可能であるほどにひどく損傷している際に、利用可能である。但し、後述する２つの実施例は、関節形成のためのターゲットである膝が、利用対象である図２〜図６Ｄとの関係において前述した方法を許容するべく十分に健康な側部を具備している場合にも、図２〜図６Ｄとの関係において前述した方法の代わりに、又はこれに加えて、使用可能であることに留意されたい。
【０１９８】
健康な膝から得られた画像スライスから関節形成のターゲットである悪化した膝の回復済み骨モデルを生成する２つの実施例の説明のために、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照されたい。図１０Ａは、患者の悪化した状態にある右膝とほぼ健康である左膝の状態を示す図である。図１０Ｂは、２つの実施例を示す図である。図１０Ａ及び図１０Ｂ並びに以下の説明においては、患者７００の右膝７０２が、悪化した膝７０４として表記され、且つ、患者７００の右膝７０４が、健康な膝７０４として表記されるが、当然のことながら、このような表記は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、膝の状態は、逆のものであってもよい。
【０１９９】
図１０Ａに示されているように、患者７００は、大腿骨７０３及び脛骨７０４から形成されると共に１つ又は両方の側部が悪化した状態にある悪化した右膝７０２を具備する。この例においては、右膝７０２の外側側部７０５は、ほぼ健康であり、且つ、右膝７０２の内側側部７０６は、右内側顆７０８及び右内側脛骨高原７１０が、なんらかの結果的に得られる骨モデル２８において回復されることを必要とするように、悪化している。又、図１０Ａから理解されるように、患者は、こちらも大腿骨７１１及び脛骨７１２から形成されると共に内側側部７１３及び外側側部７１４を具備する左膝７０４をも具備する。図１０Ａにおいて、左膝７０４の両方の側部７１３、７１４は、ほぼ健康であり、単一の健康な側部は、以下の実施例の中の１つのものにおいて、右膝７０２用の回復済み骨モデル２８を生成するために十分なものである。
【０２００】
図１０Ｂに示されているように、悪化した右膝７０２及び健康な左膝７０４の画像スライス１６を図１Ａ及び図１Ｂとの関係において前述したように生成する。同一の膝の悪化した側部及び健康な側部とは対照的に、悪化した膝及び健康な膝を伴ってプロセスが実行される点を除いて、図２〜図６Ｄとの関係において前述したプロセスに類似している第１実施例においては、基準情報（例えば、図２〜図６Ｄとの関係において前述したベクトル、ライン、プレーン、楕円など）７２０を健康な左膝７０４の健康な側部から入手する［図１０Ｂのブロック１０００］。健康な左膝７０４の画像スライス１６から得られた基準情報７２０を右膝７０２の悪化した側部に対して適用する［図１０Ｂのブロック１００５］。具体的には、適用対象の基準情報７２０を使用し、右膝７０２の悪化した側部の画像スライス１６の等高線を変更し、この後に、変更済みの等高線をコンパイルし、図１Ｃとの関係において記述したように利用可能である回復済み骨モデル２８を結果的に得る。健康な左膝画像スライス１６から得られた基準情報７２０は、大腿骨滑車溝又は脛骨高原突起の地点又は軸などの膝の間においてほぼ同一であると共に骨の悪化を伴わないそれぞれの膝関節上の類似した場所又は形状を同定することにより、悪化した右膝画像スライス１６の等高線との間において、位置及び向きとの関係において調整可能である。
【０２０１】
第２実施例においては、図１Ｂとの関係において前述したように、画像スライス１６を悪化した右膝７０２と健康な左膝７０４の両方から生成している。悪化した右膝７０２の画像スライス１６を使用し、図１Ｄとの関係において前述したように、関節炎モデル３６を生成可能である。健康な左膝７０４の画像スライス１６を内側／外側方向においてミラーリングし、画像スライス１６の順序を逆転させる［図１０Ｂのブロック２０００］。健康な左膝７０４のミラーリング／逆転された順序の画像スライス１６をコンパイルし、左膝７０４の画像スライス１６から形成される右膝７０２用の回復済み骨モデル２８を結果的に得る［図１０Ｂのブロック２０００］。換言すれば、［ブロック２０００］及び図１０Ｂのその関連する図から理解されるように、両方が悪化していない状態にあった際に右及び左膝７０２、７０４が相互にほぼ対称的な同一の鏡像であったと仮定することにより、左膝７０４の画像スライス１６を内側／外側方向においてミラーリングしてそれらの順序を内側／外側方向において逆転させ、次いで、このような逆転された順序においてそれらをコンパイルすることにより、左膝７０４の画像スライス１６を回復済みの状態における右膝７０２の骨モデルと考えられる骨モデルに形成可能である。
【０２０２】
図１Ｅとの関係において前述したように回復済みの骨モデル２８及び関節炎モデル２８からそれぞれ決定された情報（例えば、鋸切断及びドリル孔データ４４及びジグデータ４６）をマージすることができるように、健康な左膝７０４のミラーリングされた画像スライス１６から生成された回復済み骨モデル２８を、悪化した右膝７０２の画像スライス１６から生成された関節炎モデル３６との間において、位置及び向きとの関係において調整可能である。一実施例においては、このモデル２８、３６の間における調整は、大腿骨滑車溝又は脛骨高原突起の地点又は軸などの膝の間においてほぼ同一であると共に骨の悪化を伴っていないそれぞれの膝関節上における類似の場所又は形状を同定することにより、実現可能である。このような地点は、図１Ｅとの関係において記述した座標又は基準地点Ｐ’（Ｘ0-k、Ｙ0-k、Ｚ0-k）として機能可能である。
【０２０３】
直前に示したこれら２つの実施例については、膝関節の文脈において説明したが、これらの実施例は、この発明を実施するための形態の全体を通じて開示されている実施例の残りのものと同様に、足首関節、臀部関節、手首関節、肘関節、肩関節、指関節、足指関節など、並びに、脊椎／脊椎接触面及び脊椎／頭蓋骨接触面を含むその他のタイプの関節に対して容易に適用可能である。従って、この詳細な説明の内容は、膝に限定されるものと解釈してはならず、限定を伴うことなしに、あらゆるタイプの関節及び骨接触面を包含するものと見なすことを要する。
【０２０４】
本発明は、好適な実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲を逸脱することなしに、形態及び詳細において変更を実施可能であることを認識するであろう。
【図１Ａ】
0005681098.tif 000002
【図１Ｂ】
0005681098.tif 000003
【図１Ｃ】
0005681098.tif 000004
【図１Ｄ】
0005681098.tif 000005
【図１Ｅ】
0005681098.tif 000006
【図１Ｆ】
0005681098.tif 000007
【図１Ｇ】
0005681098.tif 000008
【図１Ｈ】
0005681098.tif 000009
【図１Ｉ】
0005681098.tif 000010
【図２】
0005681098.tif 000011
【図３Ａ】
0005681098.tif 000012
【図３Ｂ】
0005681098.tif 000013
【図３Ｃ】
0005681098.tif 000014
【図３Ｄ】
0005681098.tif 000015
【図３Ｅ】
0005681098.tif 000016
【図３Ｆ】
0005681098.tif 000017
【図３Ｇ】
0005681098.tif 000018
【図３Ｈ】
0005681098.tif 000019
【図３Ｉ】
0005681098.tif 000020
【図４Ａ】
0005681098.tif 000021
【図４Ｂ】
0005681098.tif 000022
【図４Ｃ】
0005681098.tif 000023
【図４Ｄ】
0005681098.tif 000024
【図４Ｅ】
0005681098.tif 000025
【図４Ｆ】
0005681098.tif 000026
【図４Ｇ】
0005681098.tif 000027
【図５Ａ】
0005681098.tif 000028
【図５Ｂ】
0005681098.tif 000029
【図５Ｃ１】
0005681098.tif 000030
【図５Ｃ２】
0005681098.tif 000031
【図５Ｃ３】
0005681098.tif 000032
【図５Ｄ】
0005681098.tif 000033
【図５Ｅ】
0005681098.tif 000034
【図５Ｆ】
0005681098.tif 000035
【図５Ｇ】
0005681098.tif 000036
【図５Ｈ】
0005681098.tif 000037
【図５Ｉ】
0005681098.tif 000038
【図５Ｊ】
0005681098.tif 000039
【図５Ｋ】
0005681098.tif 000040
【図５Ｌ】
0005681098.tif 000041
【図５Ｍ】
0005681098.tif 000042
【図５Ｎ】
0005681098.tif 000043
【図６Ａ】
0005681098.tif 000044
【図６Ｂ】
0005681098.tif 000045
【図６Ｃ】
0005681098.tif 000046
【図６Ｄ】
0005681098.tif 000047
【図７】
0005681098.tif 000048
【図８Ａ】
0005681098.tif 000049
【図８Ｂ】
0005681098.tif 000050
【図８Ｃ】
0005681098.tif 000051
【図８Ｄ】
0005681098.tif 000052
【図９Ａ】
0005681098.tif 000053
【図９Ｂ】
0005681098.tif 000054
【図１０Ａ】
0005681098.tif 000055
【図１０Ｂ】
0005681098.tif 000056