(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節置換術前に患者の人工関節が取り付けられる予定の骨が撮像された骨基準画像を取得する第１取得手段と、
手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の互いに異なる一部分が経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する第２取得手段と、
前記第２取得手段により取得された複数の骨部分画像を前記第１取得手段により取得された骨基準画像と照合して、手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする手術支援装置。
【請求項２】
前記骨部分画像は、手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の一部分の表面が超音波により経皮的に撮像された画像であることを特徴とする請求項１に記載の手術支援装置。
【請求項３】
前記骨は、骨盤であり、
前記第２取得手段は、手術台上に骨盤固定器を用いて側臥位状態で固定されている患者の骨盤の上前腸骨棘及び恥骨結合が撮像された上前腸骨棘画像及び恥骨結合画像を取得することを特徴とする請求項１又は２に記載の手術支援装置。
【請求項４】
前記上前腸骨棘画像及び前記恥骨結合画像は、前記骨盤固定器に取付けられた超音波探触子を用いて前記骨盤の上前腸骨棘及び恥骨結合が撮像された画像であることを特徴とする請求項３に記載の手術支援装置。
【請求項５】
前記特定手段により特定された前記骨の向き及び位置に基づいて、人工関節の取付け方向及び位置のうち、少なくとも一方を案内する案内手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の手術支援装置。
【請求項６】
前記特定手段により特定された前記骨の向き及び位置に基づいて、前記人工関節置換術にて使用される手術機械の向き及び位置のうち、少なくとも一方を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の手術支援装置。
【請求項７】
手術台上に患者を所定状態で固定する骨盤固定器と、手術支援装置とを備えた手術支援システムであって、
前記骨盤固定器には、超音波探触子が取り付けられ、
前記手術支援装置は、
人工股関節置換術前に患者の人工関節が取り付けられる予定の骨盤が撮像された骨基準画像を取得する第１取得手段と、
手術台上に前記骨盤固定器を用いて固定されている患者の骨盤の互いに異なる一部分が前記超音波探触子を用いて経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する第２取得手段と、
前記第２取得手段により取得された複数の骨部分画像を前記第１取得手段により取得された骨基準画像と照合して、手術台上に前記骨盤固定器を用いて固定されている患者の骨盤の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする手術支援システム。
【請求項８】
手術支援装置のコンピュータを、
人工関節置換術前に患者の人工関節が取り付けられる予定の骨が撮像された骨基準画像を取得する第１取得手段、
手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の互いに異なる一部分が経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する第２取得手段、
前記第２取得手段により取得された複数の骨部分画像を前記第１取得手段により取得された骨基準画像と照合して、手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する特定手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工関節置換術を支援する手術支援装置、手術支援システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、股関節や膝関節などを金属やセラミックス製の人工関節に置き換える置換手術が知られている。例えば、人工股関節置換術では、骨盤固定器を用いて骨盤を挾持して固定した上で、患者の臼蓋及び大腿骨頭部を切除して、臼蓋カップ及び大腿骨ステムを設置するようになっている。
【０００３】
ところで、骨盤は術中に様々な要因から、前後の傾斜・回旋或いは側方回旋等が生じ、臼蓋カップの設置方向の誤差を生じさせる大きな原因となっている。
そこで、術中に骨盤固定器を用いて固定されている骨盤のＸ線撮影を行い、骨盤の角度を確認したり（例えば、特許文献１参照）、コンピュータナビゲーションシステムを用いて、骨盤や大腿骨に固定されたマーカの位置を光学的に追跡することで前骨盤平面（ＡＰＰ平面）の向きを特定したりするようになっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６０８８３号公報
【特許文献２】特開２００５−５１８２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の場合、手術室にＸ線撮影装置を持ち込まなければならず、術中に何度もＸ線撮影を行うと煩雑である。
また、上記特許文献２の場合、マーカが取り付けられた太いロッドを骨の健常部分に複数本刺すため、化膿したり骨折したりする虞がある。さらに、マーカの追跡のために光路を確保する必要があるため、手術の執刀医や助手などの立ち位置や向きが制限されてしまうといった問題がある。加えて、コンピュータナビゲーションシステムは、高額で装置自体も大きいといった問題もある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、手術台上で固定されている患者の骨の向きや位置の特定を無侵襲で簡便に行うことができる手術支援装置、手術支援システム及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の手術支援装置は、
人工関節置換術前に患者の人工関節が取り付けられる予定の骨が撮像された骨基準画像を取得する第１取得手段と、
手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の互いに異なる一部分が経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する第２取得手段と、
前記第２取得手段により取得された複数の骨部分画像を前記第１取得手段により取得された骨基準画像と照合して、手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する特定手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の手術支援装置において、
前記骨部分画像は、手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の一部分の表面が超音波により経皮的に撮像された画像であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の手術支援装置において、
前記骨は、骨盤であり、
前記第２取得手段は、手術台上に骨盤固定器を用いて側臥位状態で固定されている患者の骨盤の上前腸骨棘及び恥骨結合が撮像された上前腸骨棘画像及び恥骨結合画像を取得することを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の手術支援装置において、
前記上前腸骨棘画像及び前記恥骨結合画像は、前記骨盤固定器に取付けられた超音波探触子を用いて前記骨盤の上前腸骨棘及び恥骨結合が撮像された画像であることを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の手術支援装置において、
前記特定手段により特定された前記骨の向き及び位置に基づいて、人工関節の取付け方向及び位置のうち、少なくとも一方を案内する案内手段を更に備えることを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の手術支援装置において、
前記特定手段により特定された前記骨の向き及び位置に基づいて、前記人工関節置換術にて使用される手術機械の向き及び位置のうち、少なくとも一方を制御する制御手段を更に備えることを特徴としている。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、
手術台上に患者を所定状態で固定する骨盤固定器と、手術支援装置とを備えた手術支援システムであって、
前記骨盤固定器には、超音波探触子が取り付けられ、
前記手術支援装置は、
人工股関節置換術前に患者の人工関節が取り付けられる予定の骨盤が撮像された骨基準画像を取得する第１取得手段と、
手術台上に前記骨盤固定器を用いて固定されている患者の骨盤の互いに異なる一部分が前記超音波探触子を用いて経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する第２取得手段と、
前記第２取得手段により取得された複数の骨部分画像を前記第１取得手段により取得された骨基準画像と照合して、手術台上に前記骨盤固定器を用いて固定されている患者の骨盤の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する特定手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
請求項８に記載の発明のプログラムは、
手術支援装置のコンピュータを、
人工関節置換術前に患者の人工関節が取り付けられる予定の骨が撮像された骨基準画像を取得する第１取得手段、
手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の互いに異なる一部分が経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する第２取得手段、
前記第２取得手段により取得された複数の骨部分画像を前記第１取得手段により取得された骨基準画像と照合して、手術台上に所定状態で固定されている患者の前記骨の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する特定手段、
として機能させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、手術台上で固定されている患者の骨の向きや位置の特定を無侵襲で簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した一実施形態の手術支援装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】図１の手術支援装置が用いられる人工股関節置換術を説明するための斜視図である。
【図３】図１の手術支援装置を用いた手術支援処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】変形例１の手術支援装置の機能的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１８】
図１は、本発明を適用した一実施形態の手術支援装置１００の機能的構成を示すブロック図である。また、図２は、手術支援装置１００が用いられる人工股関節置換術を説明するための斜視図であり、手術台２００上に骨盤固定器２１を用いて患者Ｐが側臥位状態で固定されている様子を模式的に表している。
なお、図２には、手術台２００上に固定されている患者Ｐの一部分、骨盤Ｂ１及び大腿骨Ｂ２を二点鎖線で模式的に表している。
【００１９】
手術支援装置１００は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）等から構成され、手術台２００上に患者Ｐを所定状態で固定する骨盤固定器２１とともに手術支援システムを形成している。
具体的には、手術支援装置１００は、図１に示すように、中央制御部１と、メモリ２と、記憶部３と、操作部４と、超音波探触子５と、表示部６とを備えている。また、手術支援装置１００の各部は、バス７を介して接続されている。
【００２０】
中央制御部１は、当該手術支援装置１００の各部を制御するものである。すなわち、中央制御部１は、図示は省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、ＣＰＵは、記憶部３に記憶されているシステムプログラム及びアプリケーションプログラムのうち、指定されたプログラムを読み出し、メモリ２のワークエリアに展開し、当該プログラムに従って各種処理を実行する。その際に、中央制御部１のＣＰＵは、メモリ２内に各種処理結果を格納させ、必要に応じてその処理結果を表示部６に表示させる。
【００２１】
メモリ２は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等により構成され、中央制御部１のＣＰＵにより読み出された各種のプログラムやデータを一時的に格納するワークエリアを有している。
【００２２】
記憶部３は、例えば、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等により構成され、データ及びプログラムを書き込み及び読み出し可能な記憶部である。
また、記憶部３は、２次元断層画像データＩ、術前計画用プログラム３ａ、第１画像取得プログラム３ｂ、第２画像取得プログラム３ｃ、特定プログラム３ｄを記憶している。
【００２３】
２次元断層画像データＩは、例えば、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging system）装置などの医療用断層画像診断装置（図示略）により患者Ｐの人工関節により置換される患部が撮像された画像データである。すなわち、２次元断層画像データＩは、例えば、人工股関節置換術前に、医療用断層画像診断装置により患者Ｐの人工股関節が取り付けられる予定の骨盤Ｂ１の少なくとも左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１を含み、大腿骨Ｂ２の遠位端側（膝関節側）までが撮像された画像データである。
なお、上記した２次元断層画像データＩは、一例であってこれに限られるものではなく、患者Ｐの患部（例えば、膝関節等）に応じて適宜任意に変更可能である。
【００２４】
術前計画用プログラム３ａは、人工股関節置換術の術前計画処理に係る機能を実現させるプログラムである。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から術前計画用プログラム３ａを読み出して、この術前計画用プログラム３ａに従って、取付け予定の人工股関節（臼蓋カップや大腿骨ステム等）の形状や寸法、骨盤Ｂ１の臼蓋のリーミング位置やリーミング量、大腿骨Ｂ２の骨切り位置等をシミュレーションにより特定する。
【００２５】
なお、術前計画処理については、本出願人により出願されて公開済みの国際公開第２０１１／０６５３７８号に記載されているため、詳細な説明は省略するが、例えば、中央制御部１のＣＰＵは、上記した２次元断層画像データＩから患者Ｐの骨盤Ｂ１や大腿骨Ｂ２（図２参照）の３次元形状を表す画像データを生成する。また、中央制御部１のＣＰＵは、表示部６に表示された骨盤Ｂ１及び大腿骨Ｂ２の３次元モデル上で参照点から座標系をそれぞれ構築し、臼蓋カップ及び大腿骨ステムの設置位置等をシミュレーションして特定する。
また、中央制御部１のＣＰＵは、手術支援用治具２２（図２参照）のベース治具２２１の３次元画像データを記憶部３から読み出して、側臥位状態の患者Ｐの左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１と恥骨結合Ｂ１２で構成される前骨盤平面（ＡＰＰ平面）を基準としてベース治具２２１を設置した画像を表示部６に表示させる。ここで、骨盤固定器２１の左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１が骨盤Ｂ１の左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１に接触し、且つ、恥骨結合接触部２１２が骨盤Ｂ１の恥骨結合Ｂ１２に接触する位置に調整することで、ＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを決定する。
また、中央制御部１のＣＰＵは、手術支援用治具２２の方向指示治具２２２の３次元画像データを記憶部３から読み出して、ベース治具２２１の平面の法線ベクトルと臼蓋法線ベクトルとの関係から、手術支援用治具２２の方向指示治具２２２の指示方向、すなわち、臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向を決定する。さらに、中央制御部１のＣＰＵは、方向指示治具２２２の第１角設定器２２２ａ及び第２角設定器２２２ｂの各々の角度をパラメータとして算出する。
【００２６】
第１画像取得プログラム３ｂは、骨基準画像を取得する第１取得処理に係る機能を実現させるプログラムである。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から第１画像取得プログラム３ｂを読み出して、この第１画像取得プログラム３ｂに従って、第１取得処理を行う。ここで、中央制御部１のＣＰＵは、第１画像取得プログラム３ｂとの協働により、第１取得手段として機能する。
具体的には、中央制御部１のＣＰＵは、人工股関節置換術前に医療用断層画像診断装置により撮像された２次元断層画像データＩを記憶部３から取得し、患者Ｐの人工股関節が取り付けられる予定の骨盤Ｂ１や大腿骨Ｂ２の３次元形状を表す骨基準画像の画像データを生成して取得する。
【００２７】
第２画像取得プログラム３ｃは、複数の骨部分画像を取得する第２取得処理に係る機能を実現させるプログラムである。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から第２画像取得プログラム３ｃを読み出して、この第２画像取得プログラム３ｃに従って、第２取得処理を行う。ここで、中央制御部１のＣＰＵは、第２画像取得プログラム３ｃとの協働により、第２取得手段として機能する。
具体的には、中央制御部１のＣＰＵは、手術台２００上に所定状態（例えば、側臥位状態等）で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の互いに異なる一部分が経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得する。例えば、人工股関節置換術中に、手術台２００上に骨盤固定器２１を用いて側臥位状態で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２のそれぞれが超音波探触子５を用いて経皮的に撮像されると、各超音波探触子５は、患者Ｐの内部での反射波の受信データを中央制御部１に出力する。中央制御部１のＣＰＵは、超音波探触子５から出力されて入力された反射波の受信データから左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２の表面形状を表す左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像（骨部分画像）を生成して取得する。
なお、超音波のデータから画像を生成する手法は、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。また、第２取得処理では、必ずしも左右両方の上前腸骨棘画像を取得する必要はなく、例えば、何れか一方の上前腸骨棘画像と恥骨結合画像とを取得するようにしても良い。
【００２８】
特定プログラム３ｄは、患者Ｐの骨の向きや位置を特定する特定処理に係る機能を実現させるプログラムである。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から特定プログラム３ｄを読み出して、この特定プログラム３ｄに従って、特定処理を行う。ここで、中央制御部１のＣＰＵは、特定プログラム３ｄとの協働により、特定手段として機能する。
具体的には、中央制御部１のＣＰＵは、第２取得処理にて取得された複数の骨部分画像（例えば、左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像等）を第１取得処理にて取得された骨基準画像（例えば、骨盤Ｂ１を表す骨基準画像等）と照合して、手術台２００上に所定状態で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定する。例えば、中央制御部１のＣＰＵは、左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１の表面形状を表す左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合Ｂ１２の表面形状を表す恥骨結合画像の各々が、骨盤Ｂ１の３次元形状を表す骨基準画像内で合致する部分を探索する。そして、中央制御部１のＣＰＵは、探索結果から、左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２に対応する各々の超音波探触子５の３次元空間内での位置を特定し、その結果から骨盤Ｂ１の向き及び３次元空間内での位置を特定する。
なお、骨部分画像と骨基準画像とを照合する手法は、公知の技術であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２９】
案内プログラム３ｅは、人工関節の取付け方向及び位置のうち、少なくとも一方を案内する案内処理に係る機能を実現させるプログラムである。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から案内プログラム３ｅを読み出して、この案内プログラム３ｅに従って、案内処理を行う。
具体的には、中央制御部１のＣＰＵは、特定処理にて特定された骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きの補正データを算出する。すなわち、手術台２００に骨盤固定器２１を用いて側臥位状態で患者Ｐを固定する場合、実際の患者Ｐの骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面と、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面とにズレが生じている場合がある。また、例えば、術中にトライアル用の臼蓋カップや大腿骨ステムを設置して、患者Ｐの足を動かして臼蓋カップと大腿骨ステムとのインピンジメント（干渉）や動作を確認する際に、患者Ｐの骨盤Ｂ１の位置がズレてしまい、結果として、患者Ｐの骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面と、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面とにズレが生じる虞もある。
そこで、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを補正する必要があるため、中央制御部１のＣＰＵは、例えば、補正データとして、後述する手術支援用治具２２の第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂ並びに第２スライダ部材２２１ｄの前後方向の位置を表す位置補正データを算出する。また、中央制御部１のＣＰＵは、補正後の骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを基準として、術前計画処理にて決定された臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向を補正し、補正後の臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向（後述する方向指示ロッド２２２ｃの延在方向）を表示部６に表示させる。このとき、術前計画処理にて臼蓋カップの取付け位置が決定されている場合には、中央制御部１のＣＰＵは、臼蓋カップの取付け位置を補正し、補正後の臼蓋カップの取付け位置を表示部６に表示させても良い。
ここで、中央制御部１のＣＰＵ及び表示部６は、特定された骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、人工股関節の取付け方向及び位置のうち、少なくとも一方を案内する案内手段を構成している。
【００３０】
なお、上記した案内処理では、例えば、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器等の手術機械の向きや３次元空間内での位置をナビゲーションするようにしても良い。すなわち、例えば、当該手術支援装置１００と、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器とを所定の通信回線（例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）やBluetooth（登録商標）等）を介して通信可能に接続するとともに、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器に位置検出用センサ（図示略）を搭載する。そして、案内処理にて、中央制御部１のＣＰＵは、補正後の臼蓋カップの取付け位置に臼蓋カップが取り付けられるように、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器の向きや３次元空間内での位置をナビゲーションする。
【００３１】
操作部４は、例えば、数値、文字等を入力するためのデータ入力キーや、データの選択、送り操作等を行うための上下左右移動キーや各種機能キー等によって構成されるキーボードやマウス等を備え、これらの操作に応じて所定の操作信号を中央制御部１に出力する。
【００３２】
超音波探触子５は、患者Ｐの内部に超音波を照射し、内部での反射波（エコー）を受信して、受信データを中央制御部１に出力するものである。この超音波探触子５は、手術台２００の骨盤固定器２１に取付けられている（図２参照）。
【００３３】
具体的には、図２に示すように、手術台２００には、側臥位状態の患者Ｐの骨盤Ｂ１を経皮的に前後から挾持する骨盤固定器２１が取り付けられている。この骨盤固定器２１は、骨盤Ｂ１の左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１に経皮的に接触する左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１と、骨盤Ｂ１の恥骨結合Ｂ１２に経皮的に接触する恥骨結合接触部２１２と、骨盤Ｂ１の仙骨部に経皮的に接触する仙骨接触部２１３とを備えている。
左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１並びに恥骨結合接触部２１２の各々は、前後上下左右に位置調整自在に設けられ、各接触部が接触する位置や仙骨接触部２１３とともに骨盤Ｂ１を挾持した状態での押圧の強度を調整自在となっている。
また、左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１並びに恥骨結合接触部２１２の皮膚との接触面の各々には、超音波探触子５が取り付けられている。これにより、患者Ｐの骨盤Ｂ１が骨盤固定器２１により挾持された状態で、患者Ｐの皮膚の左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２に対応する位置の各々に超音波探触子５が接触した状態となる。
なお、患者Ｐの皮膚と超音波探触子５との接触は、皮膚と超音波探触子５との間の空気を少なくして身体の中に超音波が伝わり易くなるようにゼリーを介在させて行われても良い。また、前後上下左右の各方向は、解剖学的正位を基準としたものである。
【００３４】
また、骨盤固定器２１には、臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向を指示する手術支援用治具２２が取り付けられている。この手術支援用治具２２は、ベース治具２２１と、臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向を表す方向指示治具２２２とを備えている。
【００３５】
ベース治具２２１は、左右方向に延在する第１レール部材２２１ａの両端側に、移動及び固定自在な第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂがそれぞれ配設され、これら第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂは、左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１に接続されたピン部２１ａにその軸方向に沿って前後方向に移動及び固定自在に取付けられている。
また、第１レール部材２２１ａの略中央から上下方向に延在する第２レール部材２２１ｃが第１レール部材２２１ａに直交するように取付けられている。第２レール部材２２１ｃには、移動及び固定自在な第２スライダ部材２２１ｄが設けられ、この第２スライダ部材２２１ｄは、恥骨結合接触部２１２に接続されたピン部２１ａにその軸方向に沿って移動及び固定自在に取付けられている。
そして、患者Ｐの左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１の間隔に対応させて骨盤固定器２１の左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１を移動させることに伴って、第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂが第１レール部材２２１ａに沿って左右方向に移動し、左右方向の位置が調整される。また、患者Ｐの左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１を結んだ線から恥骨結合Ｂ１２上部までの距離に対応させて骨盤固定器２１の恥骨結合接触部２１２を移動させることに伴って、第２スライダ部材２２１ｄが第２レール部材２２１ｃに沿って上下方向に移動し、上下方向の位置が調整される。
また、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きとなるように、第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂ並びに第２スライダ部材２２１ｄの各々をピン部２１ａの軸方向に沿って移動させることで前後方向の位置が調整される。
【００３６】
なお、第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂ並びに第２スライダ部材２２１ｄの位置調整は、例えば、手動で行われても良いし、中央制御部１のＣＰＵの制御によりモータや歯車等の動力伝達機構（図示略）を介して自動的に行われても良い。
【００３７】
方向指示治具２２２は、略半円形状の第１角設定器２２２ａの径方向に沿って、扇形状の第２角設定器２２２ｂが立設されている。この第２角設定器２２２ｂに対して、その径方向が任意に調整できるように方向指示ロッド２２２ｃが当該第２角設定器２２２ｂの周側面から延在している。
そして、ベース治具２２１に対して第１角設定器２２２ａを取付けた上で、術前計画処理にて算出された第１角設定器２２２ａに対する第２角設定器２２２ｂの第１角度αと、第２角設定器２２２ｂに対する方向指示ロッド２２２ｃの第２角度βを再現することで、方向指示ロッド２２２ｃによって臼蓋法線ベクトルと平行な方向が再現される。
ここで、方向指示治具２２２は、特定された骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、臼蓋カップの取付け方向を案内する案内手段を構成している。
【００３８】
なお、第１角設定器２２２ａ及び第２角設定器２２２ｂの位置調整は、例えば、手動で行われても良いし、中央制御部１のＣＰＵの制御によりモータや歯車等の動力伝達機構（図示略）を介して自動的に行われても良い。
【００３９】
表示部６は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等から構成されている。また、表示部６には、中央制御部１のＣＰＵから出力されて入力される表示信号の指示に従って、各種画面を表示する。
具体的には、表示部６は、例えば、特定処理にて特定された骨盤Ｂ１の向き及び３次元空間内での位置や、案内処理にて補正された臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向等を表示する。
【００４０】
＜手術支援処理＞
以下に、人工股関節置換術における手術支援処理について、図３を参照して説明する。
図３は、手術支援装置１００を用いた手術支援処理に係る動作の一例を示すフローチャートである。
【００４１】
図３に示すように、手術支援処理では、中央制御部１のＣＰＵは、事前に骨盤Ｂ１の骨基準画像を取得し（ステップＳ１；第１取得処理）、人工股関節置換術の術前計画処理を行う（ステップＳ２）。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から第１画像取得プログラム３ｂを読み出して、この第１画像取得プログラム３ｂに従って、医療用断層画像診断装置により撮像された２次元断層画像データＩを記憶部３から取得し、患者Ｐの人工股関節が取り付けられる予定の骨盤Ｂ１や大腿骨Ｂ２の３次元形状を表す骨基準画像の画像データを生成して取得する。なお、取得された骨基準画像の画像データは、メモリ２に出力されて一時的に格納されても良い。
そして、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から術前計画用プログラム３ａを読み出して、この術前計画用プログラム３ａに従って、骨盤Ｂ１の臼蓋のリーミング方向やリーミング位置やリーミング量、臼蓋カップの取付け方向及び取付け位置、大腿骨Ｂ２の骨切り位置、大腿骨ステムの取付け方向等をシミュレーションにより特定する。また、中央制御部１のＣＰＵは、臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向を表す方向指示治具２２２の第１角設定器２２２ａ及び第２角設定器２２２ｂの各々の角度をパラメータとして算出する。
【００４２】
その後、手術台２００上に骨盤固定器２１を用いて患者Ｐを側臥位状態で固定した後（ステップＳ３）、左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１並びに恥骨結合接触部２１２の各々の超音波探触子５が、患者Ｐの骨盤Ｂ１の左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２を経皮的に撮像して、患者Ｐの内部での反射波の受信データを中央制御部１に出力する（ステップＳ４）。中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から第２画像取得プログラム３ｃを読み出して、この第２画像取得プログラム３ｃに従って、超音波探触子５から出力されて入力された反射波の受信データから左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２の表面形状を表す左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像を生成して取得する（ステップＳ５；第２取得処理）。
【００４３】
続けて、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から特定プログラム３ｄを読み出して、この特定プログラム３ｄに従って、第２取得処理にて取得された左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像を第１取得処理にて取得された骨盤Ｂ１の骨基準画像と照合して、手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び３次元空間内での位置を特定する（ステップＳ６）。
次に、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から案内プログラム３ｅを読み出して、この案内プログラム３ｅに従って、人工股関節である臼蓋カップの取付け方向及び位置を案内する（ステップＳ７；案内処理）。具体的には、中央制御部１のＣＰＵは、例えば、手術支援用治具２２の第１スライダ部材２２１ｂ、２２１ｂ並びに第２スライダ部材２２１ｄの前後方向の位置を表す位置補正データを算出して、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを補正する。そして、中央制御部１のＣＰＵは、補正後の骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを基準として、術前計画処理にて決定された臼蓋のリーミング方向、臼蓋カップの取付け方向及び取付け位置を補正した後、補正後の臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向としての方向指示ロッド２２２ｃの延在方向を表示部６に表示させたり、臼蓋カップの取付け位置を表示部６に表示させたりする。
【００４４】
以上のように、本実施形態の手術支援装置１００によれば、手術台２００上に側臥位状態で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の互いに異なる一部分の表面形状が超音波により経皮的に撮像された複数の骨部分画像を取得し、取得された複数の骨部分画像を人工股関節置換術前に患者Ｐの骨盤Ｂ１が撮像された骨基準画像と照合して、手術台２００上に側臥位状態で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置を特定するので、従来のように、Ｘ線撮影装置やコンピュータナビゲーションシステムを必要とせず、実際に手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の互いに異なる一部分を複数撮像するだけで、当該骨盤Ｂ１の向きや位置を簡便に特定することができる。具体的には、手術台２００上に骨盤固定器２１を用いて側臥位状態で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の左右の上前腸骨棘Ｂ１１、Ｂ１１並びに恥骨結合Ｂ１２を骨盤固定器２１に取付けられている超音波探触子５を用いて撮像することで左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像を取得して、取得された左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像を骨盤Ｂ１の骨基準画像と照合して、患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置を特定することができる。
このように、人工股関節置換術前にて、手術台２００上で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置の特定を無侵襲で簡便に行うことができる。
【００４５】
また、特定された骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、臼蓋カップの取付け方向や取付け位置を案内することができる。すなわち、実際に手術台２００に骨盤固定器２１を用いて側臥位状態で固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面と、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面とにズレが生じている場合であっても、特定された骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを補正することができる。そして、補正後の骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面に対するベース治具２２１の平面の傾きを基準として、術前計画処理にて決定された臼蓋のリーミング方向や臼蓋カップの取付け方向や取付け位置を補正し、補正後の臼蓋のリーミング方向や臼蓋カップの取付け方向を方向指示ロッド２２２ｃで表したり、補正後の臼蓋のリーミング方向、臼蓋カップの取付け方向や取付け位置を表示部６に表示させたりする。これにより、術者は、方向指示ロッド２２２ｃや表示部６に表示されている情報を確認しながら、人工股関節置換術を適正に行うことができる。
さらに、例えば、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器等の手術機械の向きや３次元空間内での位置をナビゲーション（案内）することもでき、これにより、人工股関節置換術における術者にかかる負担をより軽減することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
以下に、手術支援装置１００の変形例について説明する。
【００４７】
＜変形例１＞
図４は、変形例１の手術支援装置１００Ａの機能的構成を示すブロック図である。
なお、以下に説明する以外の点は、上記実施形態の手術支援装置１００と略同様の構成及び機能をなし、その具体的な説明は省略する。
【００４８】
変形例１の手術支援装置１００Ａは、特定処理にて特定された骨の向き及び位置に基づいて、人工関節置換術にて使用される手術機械（例えば、ロボットアーム等；図示略）の向き及び位置を制御する。
具体的には、図４に示すように、変形例１の手術支援装置１００Ａの記憶部３には、２次元断層画像データＩ、術前計画用プログラム３ａ、第１画像取得プログラム３ｂ、第２画像取得プログラム３ｃ、特定プログラム３ｄ、案内プログラム３ｅに加えて、制御プログラム３ｆが記憶されている。
【００４９】
制御プログラム３ｆは、手術機械（例えば、ロボットアーム等）の向き及び位置のうち、少なくとも一方を制御する制御処理に係る機能を実現させるプログラムである。
すなわち、中央制御部１のＣＰＵは、記憶部３から制御プログラム３ｆを読み出して、この制御プログラム３ｆに従って、制御処理を行う。ここで、中央制御部１のＣＰＵは、制御プログラム３ｆとの協働により、制御手段として機能する。
具体的には、中央制御部１のＣＰＵは、特定処理にて特定された患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面を特定し、特定されたＡＰＰ平面を基準として、例えば、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器が取り付けられたロボットアームの向きや位置を調整するためのモータや歯車等の動力伝達機構（図示略）を制御する。例えば、術前計画処理にて臼蓋のリーミング方向、臼蓋カップの取付け方向及び取付け位置等が決定されている場合には、中央制御部１のＣＰＵは、特定されたＡＰＰ平面を基準として、術前計画処理にて決定された臼蓋のリーミング方向、臼蓋カップの取付け方向及び取付け位置を補正し、モータ等を制御してロボットアームの向き及び位置を調整する。
このとき、中央制御部１のＣＰＵは、例えば、手術台２００や骨盤固定器２１やロボットアーム自体に取り付けられた位置検出用センサ（図示略）からの出力信号も利用して、ロボットアームの向き及び位置を調整するためのモータ等を制御しても良い。
【００５０】
従って、変形例１の手術支援装置１００Ａによれば、実際に手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、例えば、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器が取り付けられたロボットアームの向きや位置を調整することができ、人工股関節置換術における術者にかかる負担を大幅に軽減することができる。
【００５１】
なお、上記変形例１にあっては、記憶部３に記憶されている案内プログラム３ｅに従って中央制御部１のＣＰＵが案内処理を実行可能に構成された手術支援装置１００Ａを例示したが、必ずしも案内処理を行う必要はない。すなわち、記憶部３に案内プログラム３ｅを記憶するか否かは適宜任意に変更可能である。
【００５２】
また、上記実施形態にあっては、手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置の特定に、骨盤固定器２１に取付けられた超音波探触子５を用いるようにしたが、一例であってこれに限られるものではなく、例えば、上記した変形例１のロボットアームに超音波探触子（図示略）を取り付けても良い。すなわち、事前に手術台２００に対するロボットアームの３次元的な位置をキャリブレーションしておき、術中にロボットアームに取り付けられている超音波探触子を用いて患者Ｐの骨盤Ｂ１周辺、例えば、腸骨稜や仙骨周辺等を経皮的に探索して複数の骨部分画像（例えば、左右の腸骨稜画像や仙骨画像等）を取得し、これらの骨部分画像を骨基準画像と照合することで、患者Ｐの体内における骨盤Ｂ１の向きや位置を３次元的に特定するようにしても良い。
【００５３】
さらに、上記実施形態にあっては、人工股関節置換術において、手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置を特定するようにしたが、一例であってこれに限られるものではなく、例えば、大腿骨Ｂ２の向きや位置を特定するようにしても良い。すなわち、例えば、大腿骨Ｂ２の遠位端側（膝関節側）に超音波探触子（図示略）を装着し、大腿骨Ｂ２の３次元的な位置を把握するようにしても良い。ここで、上記した変形例１と同様に、中央制御部１のＣＰＵは、大腿骨ステムの設置位置の調整の際にロボットアームの向き及び位置を制御しても良い。
【００５４】
また、上記実施形態にあっては、臼蓋のリーミング方向及び臼蓋カップの取付け方向を手術支援用治具２２の方向指示ロッド２２２ｃの延在方向により表すようにしたが、一例であってこれに限られるものではなく、例えば、指向性の高いレーザー光を用いて表しても良いし、拡張現実（augmented reality:ＡＲ）技術を用いて仮想的に方向を指示するようにしても良い。
ここで、人工股関節置換術においては、術者によっては臼蓋のリーミング方向と臼蓋カップの取付け方向とが必ずしも同一方向となるとは限らない。すなわち、骨盤Ｂ１の臼蓋をリーミングする際に、臼蓋カップの取付け方向と同一方向から行うと、臼蓋リーマが滑ってしまったり、皮質骨を貫通しないように調整するのが困難な場合がある。そこで、例えば、術前計画処理にて、臼蓋のリーミング方向と臼蓋カップの取付け方向とを互いに異なる方向として決定した場合には、手術支援用治具２２の方向指示ロッド２２２ｃの延在方向により臼蓋カップの取付け方向を表し、且つ、指向性の高いレーザー光や拡張現実技術等を用いて臼蓋のリーミング方向を表すようにしても良いし、方向指示ロッド２２２ｃを用いることなく、指向性の高いレーザー光や拡張現実技術等を用いて互いに異なる臼蓋のリーミング方向と臼蓋カップの取付け方向とをそれぞれ表すようにしても良い。
【００５５】
さらに、上記実施形態にあっては、左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像（骨部分画像）の各々を骨盤Ｂ１の３次元形状を表す骨基準画像と照合するようにしたが、一例であってこれに限られるものではなく、人工関節が取り付けられる予定の骨の表面形状を特徴的に表す部分の画像であれば適宜任意に変更可能である。ここで、骨盤Ｂ１の３次元形状を表す骨基準画像との照合では、例えば、超音波探触子５から出力された反射波のデータから骨部分画像を生成することなく、当該反射波のデータを直接用いて照合しても良い。
【００５６】
また、上記実施形態にあっては、股関節を例示して人工関節置換術を説明したが、一例であってこれに限られるものではない。例えば、膝関節を置換する人工膝関節置換術の場合、仰臥位で膝を屈曲させた状態で大腿骨を固定し、大腿骨や脛骨の向きや位置を特定して、大腿骨や脛骨の骨切り平面を案内したり、人工膝関節の回旋方向を制御したりしても良い。このとき、例えば、大腿骨を固定するための骨固定器（図示略）に超音波探触子を取り付けて、患者Ｐの大腿骨を経皮的に撮像しても良いし、上記したロボットアームに超音波探触子を取り付けて、患者Ｐの大腿骨や脛骨を経皮的に撮像しても良い。
【００５７】
さらに、上記実施形態にあっては、手術台２００上にて側臥位状態で固定されている患者Ｐを例示したが、一例であってこれに限られるものではなく、手術台２００上における患者Ｐの状態は適宜任意に変更可能である。例えば、患者Ｐは手術台２００上に仰臥位状態で固定されていても良く、この場合、手術台２００上の所定位置に超音波探触子５を設置し、その上に患者Ｐの骨盤Ｂ１が載るような形態としても良い。
【００５８】
また、上記実施形態や変形例１にあっては、特定処理にて特定された手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、臼蓋カップの取付け方向や取付け位置を案内したり、臼蓋リーマや臼蓋カップ打ち込み器等の手術機械の向きや３次元空間内での位置をナビゲーションしたり、ロボットアームの向きや位置を制御したりするようにしたが、一例であってこれに限られるものではない。
すなわち、例えば、トライアル用の臼蓋カップと大腿骨ステムとのインピンジメントや動作を確認する際に、患者Ｐの骨盤Ｂ１の位置が大きくズレてしまった場合等には、手術台２００上での骨盤固定器２１による患者Ｐの骨盤Ｂ１の固定位置を調整しても良い。具体的には、特定処理にて特定された手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び位置に基づいて、患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置のズレを補正するように骨盤固定器２１の左右の上前腸骨棘接触部２１１、２１１や恥骨結合接触部２１２を患者Ｐの骨盤Ｂ１に接触させる位置を特定して案内したり、術前計画処理にて決定された骨盤Ｂ１のＡＰＰ平面の傾きとなるように、骨盤固定器２１を用いて固定されるべき患者Ｐの骨盤Ｂ１の向きや位置を案内したりしても良い。
【００５９】
また、上記実施形態にあっては、左右の上前腸骨棘画像並びに恥骨結合画像等の骨部分画像を超音波により撮像するようにしたが、一例であってこれに限られるものではなく、経皮的に無侵襲で撮像可能なものであれば適宜任意に変更可能である。
【００６０】
さらに、上記実施形態にあっては、手術台２００上に固定されている患者Ｐの骨盤Ｂ１の向き及び位置の両方を特定するようにしたが、一例であってこれに限られるものではなく、例えば、骨盤Ｂ１の向き及び位置のうち、少なくとも一方を特定すれば良い。
【００６１】
加えて、上記した手術支援装置１００の構成は、一例であってこれらに限られるものではない。
例えば、手術支援装置１００にあっては、第１取得手段、第２取得手段及び特定手段としての機能が、中央制御部１のＣＰＵにより所定のプログラム等が実行されることにより実現されるようにしたが、所定のロジック回路により実現されても良い。
【００６２】
さらに、上記の各処理を実行するためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な媒体として、ＲＯＭやハードディスク等の他、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記憶媒体を適用することも可能である。また、プログラムのデータを所定の通信回線を介して提供する媒体としては、キャリアウェーブ（搬送波）も適用される。
【００６３】
加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６４】
１００、１００Ａ  手術支援装置
１      中央制御部（第１取得手段、第２取得手段、特定手段、制御手段）
３      記憶部
３ａ    術前計画用プログラム
３ｂ    第１画像取得プログラム
３ｃ    第２画像取得プログラム
３ｄ    特定プログラム
３ｅ    案内プログラム
３ｆ    制御プログラム
５      超音波探触子
６      表示部（案内手段）
２００  手術台
２１    骨盤固定器
２１１  上前腸骨棘接触部
２１２  恥骨結合接触部
２２    手術支援用治具
２２１  ベース治具
２２２  方向指示治具（案内手段）
Ｂ１    骨盤
Ｂ１１  上前腸骨棘
Ｂ１２  恥骨結合
Ｂ２    大腿骨
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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