(57)【要約】【課題】  解剖用構造体に関して外科手術用器具を正確に位置決めするための外科手術用器具とくに外科処置用ガイドを提供する。【解決手段】  外科手術用器具は、アンカー部材と、アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体を有している。少なくとも一つの基準要素が、器具本体に取りつけられていて、コンピュータによるイメージガイダンスシステムに器具本体を記録することを容易にしている。アンカー部材はイメージガイダンスシステムを用いて解剖用構造体に取りつけられることができる。外科手術用器具は、膝関節義肢を埋め込む場合における大腿骨の切除に使用することができる。【選択図】      図１
2004202242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
解剖用構造体に使用する外科手術用器具において、外科手術用器具が：
前記解剖用構造体に取りつけ可能な第一部分を有するアンカー部材と；
前記アンカー部材に対して再位置決め調節可能である器具本体と；
前記器具本体に取りつけ可能であり、かつコンピュータによるイメージガイダンスシステムに記録可能な少なくとも一つの基準要素と；
を具備する外科手術用器具。
【請求項２】
前記少なくとも一つの基準要素が、非線形状に配置された少なくとも三つの基準要素を備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項３】
前記少なくとも一つの基準要素が、前記器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項４】
前記少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいて、前記基準部材は前記器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項５】
前記器具本体が位置決めガイドを形成していて、かつ前記基準部材は前記位置決めガイドに位置決め可能である、請求項４に記載の外科手術用器具。
【請求項６】
前記アンカー部材の前記第一部分が、骨に螺合的に締めつけ可能なねじ山付きシャフトである、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項７】
前記アンカー部材が第一軸を形成し、さらに前記器具本体が、前記第一軸にほぼ直交的に配置された第二軸周囲を調節可能に回動する、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項８】
前記アンカー部材の前記第一部分が、骨に螺合的に締めつけ可能なねじ山付きシャフトである、請求項７に記載の外科手術用器具。
【請求項９】
前記アンカー部材が、前記器具本体に係合可能な球体部分をさらに含んでいる、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項１０】
前記球体部分が、調節可能に回動可能な軸受に着座していて、前記軸受は第二軸周囲を回動可能である、請求項９に記載の外科手術用器具。
【請求項１１】
前記アンカー部材が、第一軸を形成するシャフトと、調節可能に回動可能な軸受に着座した球体部分とを含んでいて、前記軸受は前記第一軸にほぼ直交的に配置された第二軸周囲を回動可能であり、前記外科手術用器具がさらに第一調節部材と第二調節部材とを含んでいて、前記第一調節部材は、前記球体部分に選択的に係合可能であり、前記第一部材の係合が、前記器具本体に対して前記アンカー部材を前記第一軸に関して選択した回転位置に締めつけていて；前記第二部材は、前記回動可能な軸受に選択的に係合可能であり、前記第二調節部材の係合が、前記器具本体に対して前記アンカー部材を前記第二軸に関して選択した回転位置に締めつけている；請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項１２】
前記アンカー部材の前記第一部材が大腿骨に螺合的に締めつけ可能なねじ山付きシャフトであって、かつ前記器具本体が、さらに位置決めガイドを備えている、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの基準要素が、反射構造体である、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの基準要素が、信号を発信する、請求項１に記載の外科手術用器具。
【請求項１５】
解剖用構造体に使用する外科手術用器具であって；アンカー部材と、器具本体と、少なくとも一つの基準要素とを具備する外科手術用器具において：
前記アンカー部材が、前記解剖用構造体に取りつけ可能なシャフトを有していて、前記シャフトは第一軸を形成しており；
前記器具本体が、前記アンカー部材に対し再位置決め調節可能であって、前記器具本体は、前記第一軸に対してほぼ直交的に配置された第二軸周囲を調節可能に回動可能であって；
前記少なくとも一つの基準要素は、前記器具本体に取りつけ可能であり、かつコンピュータによるイメージガイダンスシステムに記録可能であり、前記器具本体の再位置決めが、前記少なくとも一つの基準要素を再位置決めしている；外科手術用器具。
【請求項１６】
前記器具本体に独立的に係合可能な、第一調節部材及び第二調節部材をさらに具備していて、前記第一調節部材の係合が、前記器具本体に対して前記アンカー部材を前記第一軸に関して選択した回転位置に締めつけており、前記第二調節部材の係合が、前記器具本体に対して前記アンカー部材を前記第二軸に関して選択した回転位置に締めつけている、請求項１５に記載の外科手術用器具。
【請求項１７】
前記アンカー部材が、調節可能な回動式軸受に着座している球体部分をさらに備えていて、前記回動式軸受は前記第二軸周囲を回動可能であり、かつ前記第二調節部材が、前記回動式軸受を選択的に締めつけている、請求項１６に記載の外科手術用器具。
【請求項１８】
前記アンカー部材がさらに球体部分を含んでいて、前記球体部分は、前記第二軸周囲を調節可能に回動可能な軸受に配置されている、請求項１５に記載の外科手術用器具。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの基準要素が、非線形状に配置された少なくとも三つの基準要素を含んでいる、請求項１５に記載の外科手術用器具。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいて、前記基準部材は前記器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である、請求項１５に記載の外科手術用器具。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの基準要素が、反射構造体である、請求項１５に記載の外科手術用器具。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの基準要素が、信号を発信する、請求項１５に記載の外科手術用器具。
【請求項２３】
解剖用構造体に対する外科手術用器具位置決め方法において、外科手術用器具位置決め方法が：
アンカー部材と、前記アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している外科手術用器具を準備する段階と；
解剖用構造体に前記アンカー部材を取りつける段階と；
コンピュータによるイメージガイダンスシステムへ、前記解剖用構造体に対する前記器具本体の位置を記録する段階と；
前記アンカー部材を取りつける前記段階と、前記器具本体の位置を記録する前記段階との後で、前記アンカー部材に対する前記器具本体の位置を選択的に調節する段階と；
を含んでいる外科手術用器具位置決め方法。
【請求項２４】
前記器具本体が第一及び第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸は前記第二軸にほぼ直交的に配向されていて、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階が、前記第一及び第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける段階を含んでいる、請求項２３に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項２５】
前記器具本体の位置を記録する前記段階が、前記コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を前記器具本体に取りつける段階を含んでいる、請求項２３に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項２６】
前記少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいて、前記基準部材は前記器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である、請求項２５に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一つの基準要素が、反射構造体である、請求項２５に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項２８】
前記少なくとも一つの基準要素が、信号を発信する、請求項２５に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項２９】
前記アンカー部材を取りつける前記段階が、骨に前記アンカー部材を螺合的に係合する段階を含んでいる、請求項２３に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３０】
前記器具本体が第一及び第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸は、前記アンカー部材により規定され、かつ前記第二軸にほぼ直交的に位置決めされていて、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階が、前記第一及び第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける段階を含んでいる、請求項２９に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３１】
前記解剖用構造体が大腿骨であって、前記アンカー部材が前記大腿骨に係合可能なシャフトを含んでおり、前記シャフトが第一軸を形成していて、前記シャフトを前記大腿骨の機械構造体的軸とほぼ同軸に取りつけるために、前記アンカー部材を締めつける前記段階は、前記コンピュータによるイメージガイダンスシステムを使用する段階を含んでいる、請求項２３に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３２】
前記シャフトが前記大腿骨と螺合的に係合するねじ山付きシャフトである、請求項３１に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３３】
前記器具本体が前記第一及び第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸は、前記第二軸にほぼ直交的に位置決めされていて、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階が、前記第一及び第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける段階を含んでいる、請求項３１に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３４】
前記シャフトが前記大腿骨と螺合的に係合するねじ山付きシャフトである、請求項３３に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３５】
前記アンカー部材が回動式軸受に着座した球体部分をさらに備えていて、前記回動式軸受が前記第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける前記段階が、前記球体部分を第一調節部材に係合する段階を備えていて、前記第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける前記段階が、前記回動式軸受を第二調節部材に係合する段階を備えている、請求項３４に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３６】
解剖用構造体に対する外科手術用器具位置決め方法において、外科手術用器具位置決め方法が：
アンカー部材と、前記アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している外科手術用器具を準備する段階と；
コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、前記解剖用構造体に対して前記アンカー部材を位置決めする段階、及び前記解剖用構造体へ前記アンカー部材を選択した位置に取りつける段階と；
前記アンカー部材を前記解剖用構造体に取りつける前記段階の後で、前記アンカー部材に対する前記器具本体の位置を選択的に調節する段階と；
を含んでいる外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３７】
前記器具本体の位置を選択的に調節する前段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムへ、前記解剖用構造体に対する前記器具本体の位置を記録する段階をさらに含んでいる、請求項３６に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３８】
前記器具本体の位置を記録する前記段階が、前記コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を前記器具本体に取りつける段階を含んでいる、請求項３７に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項３９】
前記アンカー部材が第一軸を形成するシャフトを含んでいて、前記アンカー部材を取りつける前記段階が、大腿骨へ前記シャフトを前記大腿骨の機械構造体的軸にほぼ同軸に取りつける段階を含んでいる、請求項３６に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項４０】
前記シャフトが前記大腿骨と螺合的に係合するねじ山付きシャフトである、請求項３９に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項４１】
前記器具本体が前記第一及び第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸は、前記第二軸にほぼ直交的に位置決めされていて、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階が、前記第一及び第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける段階を含んでいる、請求項３９に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項４２】
前記シャフトが前記大腿骨と螺合的に係合するねじ山付きシャフトである、請求項４１に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項４３】
前記アンカー部材が回動式軸受に着座した球体部分をさらに備えていて、前記回動式軸受が前記第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける前記段階が、前記球体部分を第一調節部材に係合する段階を備えていて、前記第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける前記段階が、前記回動式軸受を第二調節部材に係合する段階を備えている、請求項４２に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項４４】
インプラント用に大腿骨を準備する方法において、準備方法が：
アンカー部材を有する外科手術用器具を準備する段階であって、前記アンカー部材が第一軸を形成するシャフトと、前記アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している、外科手術用器具を準備する段階と；
コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、前記大腿骨の機械構造的軸とほぼ同軸に、前記アンカー部材の前記シャフトを前記大腿骨へ取りつける段階と；
前記アンカー部材を前記大腿骨へ取りつける前記段階の後で、前記アンカー部材に対する前記器具本体の位置を選択的に調節する段階と；
を含んでいる準備方法。
【請求項４５】
前記器具本体の位置を選択的に調節する前段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムへ、前記解剖用構造体に対する前記器具本体の位置を記録する段階をさらに含んでいる、請求項４４に記載の準備方法。
【請求項４６】
前記器具本体の位置を記録する前記段階が、前記コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を前記器具本体に取りつける段階を含んでいる、請求項４５に記載の準備方法。
【請求項４７】
前記器具本体が前記第一及び第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸は、前記第二軸にほぼ直交的に位置決めされていて、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階が、前記第一及び第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける段階を含んでいる、請求項４４に記載の準備方法。
【請求項４８】
前記シャフトが前記大腿骨と螺合的に係合するねじ山付きシャフトである、請求項４７に記載の準備方法。
【請求項４９】
前記アンカー部材が回動式軸受に着座した球体部分をさらに備えていて、前記回動式軸受が前記第二軸周囲を回動可能であり、前記第一軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける前記段階が、前記球体部分を第一調節部材に係合する段階を備えていて、前記第二軸に関して選択した回転位置に前記器具本体を締めつける前記段階が、前記回動式軸受を第二調節部材に係合する段階を備えている、請求項４８に記載の準備方法。
【請求項５０】
前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階の後で、さらに前記器具本体を用いて切除用ガイドを位置決めする段階、及び切刃の位置決めにより規定される位置へ、前記器具本体を用いて前記切除用ガイドを大腿骨へ取りつける段階を含んでいる、請求項４４に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項５１】
解剖用構造体に使用する外科手術用器具において、外科手術用器具が：
前記解剖用構造体に取りつけ可能な第一部分を有するアンカー部材と；
前記アンカー部材に対して再位置決め調節可能である器具本体と；
少なくとも二つの調節部材であって、前記調節部材の各々が、六自由度の一つに関連して選択した位置に前記器具本体を独立的かつ確実に締めつけていて、前記六自由度は、お互いにほぼ直交している三つの並進軸に沿った並進運動と、お互いにほぼ直交している三つの回転軸周囲での回転運動とにより規定されている、少なくとも二つの調節部材と；
前記器具本体に取りつけ可能であり、かつコンピュータによるイメージガイダンスシステムに記録可能な少なくとも一つの基準要素と；
を具備する外科手術用器具。
【請求項５２】
前記少なくとも二つの調節部材各々が、ほぼ直交している二つの回転軸の一方に沿って選択した回転位置に、前記器具本体を独立かつ確実に締めつけている、請求項５１に記載の外科手術用器具。
【請求項５３】
前記調節部材の一つが、並進軸に沿って選択した並進位置に前記器具本体を独立かつ確実に締めつけていて、前記調節部材の一つが、回転軸周囲で選択した回転位置に前記器具本体を独立かつ確実に締めつけている、請求項５１に記載の外科手術用器具。
【請求項５４】
前記外科手術用器具が、少なくとも三つの調節部材を含んでいて、前記調節部材各々が、前記六自由度の一つに関連する選択した位置に前記器具本体を独立かつ確実に締めつけている、請求項５１に記載の外科手術用器具。
【請求項５５】
前記調節部材の一つが、並進軸に沿って選択した並進位置に前記器具本体を独立かつ確実に締めつけていて、前記調節部材の二つが、ほぼ直交している二つの回転軸周囲で選択した回転位置に前記器具本体を独立かつ確実に締めつけている、請求項５４に記載の外科手術用器具。
【請求項５６】
前記アンカー部材が、シャフトを含んでいて、さらに前記調節部材の一つを備えており、前記アンカー部材が、前記シャフトにより規定される軸に沿って選択した並進位置に前記器具本体を選択的に締めつけている、請求項５４に記載の外科手術用器具。
【請求項５７】
前記調節部材各々がねじ山付きシャフトを含んでいる、請求項５４に記載の外科手術用器具。
【請求項５８】
解剖用構造体に対する外科手術用器具位置決め方法において、外科手術用器具位置決め方法が：
アンカー部材と、前記アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している外科手術用器具を準備する段階と；
前記解剖用構造体にアンカー部材を取りつける段階と；
コンピュータによるイメージガイダンスシステムに前記器具本体の位置を記録する段階と；
六自由度の第一自由度に関する前記アンカー部材に対して、前記器具本体の位置を選択的に調節する段階であって、前記六自由度は、お互いにほぼ直交している三つの並進軸に沿った並進運動と、お互いにほぼ直交している三つの回転軸周囲での回転運動とにより規定されている、前記器具本体の位置を選択的に調節する段階と；
六自由度の第一自由度に関する前記アンカー部材に対して、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階と独立的に、前記六自由度の第二自由度に関する前記アンカー部材に対して、前記器具本体の位置を選択的に調節する段階であって；前記アンカー部材に対して、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記段階の各々が、前記アンカー部材を取りつける前記段階及び前記器具本体の位置を記録する前記段階の後に行なわれる、器具本体の位置を選択的に調節する段階と；
を含んでいる外科手術用器具位置決め方法。
【請求項５９】
前記六自由度の第一自由度が、第一回転軸周囲の回転運動を規定していて、前記六自由度の第二自由度が、第二回転軸周囲の回転運動を規定していて、前記第一及び第二回転軸はほぼ直交している、請求項５８に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項６０】
前記六自由度の前記第一自由度が、回転軸周囲の回転運動を規定していて、前記六自由度の前記第二自由度が、並進軸に沿った並進運動を規定している、請求項５８に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項６１】
前記アンカー部材を取りつける前記段階及び前記器具本体の位置を記録する段階の後で、
六自由度の前記第一自由度及び第二自由度に関する前記アンカー部材に対して、前記器具本体の位置を選択的に調節する前記両段階と独立的に、前記六自由度の第三自由度に関する前記アンカー部材に対して、前記器具本体の位置を選択的に調節する段階をさらに含んでいる、請求項５８に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項６２】
前記器具本体の位置を記録する前記段階が、前記コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を前記器具本体に取りつける段階を含んでいる、請求項５８に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項６３】
前記少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいて、前記基準部材は前記器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である、請求項６２に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【請求項６４】
前記解剖用構造体に前記アンカーボルトを取りつける前記段階の前に、コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、前記構造体に対し前記アンカー部材を位置決めする段階を含んでいる、請求項５８に記載の外科手術用器具位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術用器具、より詳しくは外科手術用ガイド、及び解剖用構造体に対して外科手術用器具を正確に位置決めするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御された外科手術用器具の位置決めは、外科的処置において非常に重要なものであって、種々の方法とガイド用器具が、外科手術用器具を正確に位置決めするために開発されてきた。そのような方法が、外科手術用ガイドの使用を含んでいて、そのガイドはドリルあるいは切削具に整列するための機械式ガイドとして機能している。そのような外科手術用ガイドの使用は、整形外科的処置において一般的なものであって、骨に人工関節のようなインプラントを受け入れる準備をする場合、そのようなガイドは、骨に対してドリルあるいは切削具を正確に整列させるために使用することができる。外科手術用器具のイメージガイダンスを含んだコンピュータによる外科的処置も公知なものである。一般にイメージガイダンス方法は、手術前の解剖用構造体のイメージを取得することと、解剖用構造体の三次元モデルを表示するデータベースを生成することを含んでいる。一般に専用の外科的手術器具は、手術前に規定できる既知で確定した幾何学的形状を有している。外科的処置中に、使用している器具の位置は、構造体座標系を用いて記録され、器具と解剖用構造体との相対位置を示すグラフディスプレーはリアルタイムで計算され外科医用に表示され、外科手術用器具を解剖用構造体に対して正確に位置決めし処置する際に、外科医を補助している。
【０００３】
イメージガイダンスを用いた処置において、ロボットアームが器具を位置決めし調節するために使用されてもよいし、あるいは外科医が器具を位置決めしてもよいし、さらに器具を位置決めする場合、器具と解剖用構造体との相対位置のディスプレーを使用してもよい。
【０００４】
外科手術用器具を正確に位置決めするために使用される、公知の方法と器具とは、満足する結果、を提供するけれども、イメージガイダンスによる外科手術方法を用いて得られる正確度は高価あるいは扱いにくい装置の使用を伴い、そのような方法の使用が制限されている。
【特許文献１】米国特許第５７４３９１５号明細書
【特許文献２】米国特許第５４７４５５９号明細書
【特許文献３】米国特許第５５９３４１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、アンカー部材と器具本体とを含んでいる外科手術用器具を提供するものであって、アンカー部材は、解剖用構造体に取りつけ可能であり、器具本体は、アンカー部材が解剖用構造体に取りつけられた後で、アンカー部材と解剖用構造体に対して選択的に再位置決めできるものである。コンピュータによるイメージガイダンスシステムは、アンカー部材を解剖用構造体に取りつける場合におけるアンカー部材の位置決めのために使用してもよいし、及び／又は解剖用構造体へのアンカー部材の取りつけ後における、解剖用構造体に対する器具本体の位置を調節する場合に使用してもよい。そのような外科手術用器具は、整形外科処置において、骨を切除するために、大腿骨のような骨に、切断用ガイドあるいはフライス切削用ガイドを位置決めするために有用なものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その一つの実施態様において、解剖用構造体に使用するための外科手術用器具を含んでいる。
外科手術用器具が：解剖用構造体に取りつけ可能な第一部分を有するアンカー部材と；アンカー部材に対して再位置決め調節可能である器具本体と；器具本体に取りつけ可能であり、かつコンピュータによるイメージガイダンスシステムに記録可能な少なくとも一つの基準要素と；を具備する。
【０００７】
別の実施態様において、少なくとも一つの基準要素が、非線形状に配置された少なくとも三つの基準要素を備えている。少なくとも一つの基準要素が、器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である。少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいて、基準部材は器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である。一つ以上の基準要素は、反射構造体であってもよいし、又は信号を発信してもよい。器具本体が位置決めガイドを形成していて、かつ基準部材は位置決めガイドに位置決め可能である。
【０００８】
アンカー部材の第一部分が、骨に螺合的に締めつけ可能なねじ山付きシャフトである。骨は大腿骨であってもよくて、器具本体はさらに位置決めガイドを含んでいてもよい。アンカー部材が第一軸を形成し、さらに器具本体が、第一軸にほぼ直交的に配置された第二軸周囲を調節可能に回動する。アンカー部材が、器具本体に係合可能な球体部分をさらに含んでいる。球体部分が、調節可能に回動可能な軸受に着座していてもよい。
【０００９】
一つの実施態様において、アンカー部材が、第一軸を形成するシャフトと、調節可能に回動可能な軸受に着座した球体部分とを含んでいる。軸受は第一軸にほぼ直交的に配置された第二軸周囲を回動可能である。外科手術用器具がさらに第一調節部材と第二調節部材とを含んでいる。第一調節部材は、球体部分に選択的に係合可能であり、第一部材の係合が、器具本体に対してアンカー部材を第一軸に関して選択した回転位置に締めつけている。第二部材は、回動可能な軸受に選択的に係合可能であり、第二調節部材の係合が、器具本体に対してアンカー部材を第二軸に関して選択した回転位置に締めつけている。
【００１０】
本発明は、他の態様において、解剖用構造体に使用するための外科手術用器具を含んでいる。
外科手術用器具がアンカー部材と、器具本体とを具備している。アンカー部材が、解剖用構造体に取りつけ可能なシャフトを有していて、シャフトは第一軸を形成している。器具本体が、アンカー部材に対し再位置決め調節可能であって、器具本体は、第一軸に対してほぼ直交的に配置された第二軸周囲を調節可能に回動可能である。少なくとも一つの基準要素は、器具本体に取りつけ可能であり、かつコンピュータによるイメージガイダンスシステムに記録可能であり、器具本体の再位置決めが、少なくとも一つの基準要素を再位置決めしている。
【００１１】
外科手術用器具が、器具本体に独立的に係合可能な、第一調節部材及び第二調節部材をさらに具備していて、第一調節部材の係合が、器具本体に対してアンカー部材を第一軸に関して選択した回転位置に締めつけており、第二調節部材の係合が、器具本体に対してアンカー部材を第二軸に関して選択した回転位置に締めつけている。アンカー部材が、調節可能な回動式軸受に着座している球体部分をさらに備えていて、軸受は第二軸周囲を回動可能であり、かつ第二調節部材が、回動式軸受を選択的に締めつけている。
【００１２】
本発明が、他の実施態様において、解剖用構造体に対する外科手術用器具位置決め方法を含んでいる。外科手術用器具位置決め方法が：アンカー部材と、アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している外科手術用器具を準備する段階と；解剖用構造体にアンカー部材を取りつける段階と；コンピュータによるイメージガイダンスシステムへ、解剖用構造体に対する器具本体の位置を記録する段階と；アンカー部材を取りつける段階と、器具本体の位置を記録する前段階との後で、アンカー部材に対する器具本体の位置を選択的に調節する段階と；を含んでいる。
【００１３】
器具本体が第一及び第二軸周囲を回動可能であり、第一軸は第二軸にほぼ直交的に配向されていて、器具本体の位置を選択的に調節する段階が、第一及び第二軸に関して選択した回転位置に器具本体を締めつける段階を含んでいてもよい。
【００１４】
器具本体の位置を記録する段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を器具本体に取りつける段階を含んでいてもよくて、少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいて、基準部材は器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である。
【００１５】
解剖用構造体が大腿骨であってもよくて、アンカー部材が大腿骨に係合可能なシャフトを含んでおり、シャフトが第一軸を形成している。シャフトを大腿骨の機械構造体的軸とほぼ同軸に取りつけるために、アンカー部材を締めつける段階は、コンピュータによるイメージガイダンスシステムを使用する段階を含んでいてもよい。
アンカー部材が回動式軸受に着座した球体部分をさらに備えていてもよくて、回動式軸受は第一軸にほぼ直交している第二軸周囲を回動可能である。球体部分を第一調節部材に係合することにより、器具本体が、第一軸に関して選択した回転位置に締めつけられてもよくて、かつ回動式軸受を第二調節部材に係合することにより、器具本体が、第二軸に関して選択した回転位置に締めつけられてもよい。
【００１６】
本発明が、他の実施態様において、解剖用構造体に対する外科手術用器具位置決め方法を含んでいる。外科手術用器具位置決め方法が：アンカー部材と、アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している外科手術用器具を準備する段階と；コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、解剖用構造体に対してアンカー部材を位置決めする段階、及び解剖用構造体へアンカー部材を選択した位置に取りつける段階と；を含んでいる。アンカー部材を解剖用構造体に取りつける段階の後で、アンカー部材に対する器具本体の位置が選択的に調節される。
【００１７】
器具本体の位置を選択的に調節する前段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムへ、解剖用構造体に対する器具本体の位置を記録する段階をさらに含んでいてもよい。器具本体の位置を記録する段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を器具本体に取りつける段階を含んでいてもよい。
【００１８】
本発明が、他の実施態様において、インプラント用に大腿骨を準備する方法を含んでいる。準備方法が：アンカー部材を有する外科手術用器具を準備する段階であって、アンカー部材が第一軸を形成するシャフトと、アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している、外科手術用器具を準備する段階と；コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、大腿骨の機械構造的軸とほぼ同軸に、アンカー部材のシャフトを大腿骨へ取りつける段階と；を含んでいる。アンカー部材を大腿骨へ取りつける段階の後で、アンカー部材に対する器具本体の位置が選択的に調節される。
【００１９】
器具本体の位置を選択的に調節する前段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムへ、解剖用構造体に対する器具本体の位置を記録する段階をさらに含んでいてもよい。器具本体の位置を記録する段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を器具本体に取りつける段階を含んでいてもよい。
【００２０】
器具本体が第一及び第二軸周囲を回動可能であり、第一軸は、第二軸にほぼ直交的に位置決めされていて、器具本体の位置を選択的に調節する段階が、第一及び第二軸に関して選択した回転位置に器具本体を締めつける段階を含んでいてもよい。シャフトが大腿骨と螺合的に係合するねじ山付きシャフトであってもよい。アンカー部材が回動式軸受に着座した球体部分をさらに備えていて、回動式軸受が第二軸周囲を回動可能であり、第一軸に関して選択した回転位置に器具本体を締めつける段階が、球体部分を第一調節部材に係合する段階を備えていて、第二軸に関して選択した回転位置に器具本体を締めつける段階が、回動式軸受を第二調節部材に係合する段階を備えていてもよい。準備方法が、器具本体の位置を選択的に調節する段階の後で、さらに器具本体を用いて切除用ガイドを位置決めする段階、及び切刃の位置決めにより規定される位置へ、器具本体を用いて切除用ガイドを大腿骨へ取りつける段階とを含んでいてもよい。
【００２１】
本発明が他の実施態様において、解剖用構造体に使用する外科手術用器具を含んでいる。外科手術用器具が、解剖用構造体に取りつけ可能な第一部分を有するアンカー部材と；アンカー部材に対して再位置決め調節可能である器具本体と；を含んでいる。外科手術用器具が、少なくとも二つの調節部材を含んでいて、調節部材の各々が、六自由度の一つに関連して選択した位置に器具本体を独立的かつ確実に締めつけている。六自由度は、お互いにほぼ直交している三つの並進軸に沿った並進運動と、お互いにほぼ直交している三つの回転軸周囲での回転運動とにより規定されている。少なくとも一つの基準要素は、器具本体に取りつけ可能であり、かつコンピュータによるイメージガイダンスシステムに記録可能である。
【００２２】
少なくとも二つの調節部材各々が、ほぼ直交している二つの回転軸の一方に沿って選択した回転位置に、器具本体を独立かつ確実に締めつけているか、又は調節部材の一つが、並進軸に沿って選択した並進位置に器具本体を独立かつ確実に締めつけていて、調節部材の一つが、回転軸周囲で選択した回転位置に器具本体を独立かつ確実に締めつけている。
【００２３】
外科手術用器具が、少なくとも三つの調節部材を含んでいて、調節部材各々が、六自由度の一つに関連する選択した位置に器具本体を独立かつ確実に締めつけている。調節部材の一つが、並進軸に沿って選択した並進位置に器具本体を独立かつ確実に締めつけていて、調節部材の二つが、ほぼ直交している二つの回転軸周囲で選択した回転位置に器具本体を独立かつ確実に締めつけている。アンカー部材が、シャフトを含んでいてもよくて、さらに調節部材の一つを備えており、アンカー部材が、シャフトにより規定される軸に沿って選択した並進位置に器具本体を選択的に締めつけている。
【００２４】
本発明が、他の実施態様において、解剖用構造体に対する外科手術用器具位置決め方法を含んでいる。外科手術用器具位置決め方法が：アンカー部材と、アンカー部材に対して再位置決め調節可能な器具本体とを有している外科手術用器具を準備する段階と；解剖用構造体にアンカー部材を取りつける段階と；コンピュータによるイメージガイダンスシステムに器具本体の位置を記録する段階と；を含んでいる。外科手術用器具位置決め方法が、六自由度の第一自由度に関するアンカー部材に対して、器具本体の位置を選択的に調節する段階を含んでいて、六自由度は、お互いにほぼ直交している三つの並進軸に沿った並進運動と、お互いにほぼ直交している三つの回転軸周囲での回転運動とにより規定されていて；かつ外科手術用器具位置決めの方法が、六自由度の第一自由度に関するアンカー部材に対して、器具本体の位置を選択的に調節する段階と独立的に、六自由度の第二自由度に関するアンカー部材に対して、器具本体の位置を選択的に調節する段階を含んでいる。アンカー部材に対して、器具本体の位置を選択的に調節する段階の各々が、アンカー部材を取りつける段階及び器具本体の位置を記録する段階の後に行なわれる。
【００２５】
六自由度の第一自由度が、第一回転軸周囲の回転運動を規定していて、六自由度の第二自由度が、第二回転軸周囲の回転運動を規定していて、第一及び第二回転軸はほぼ直交しているか、又は六自由度の第一自由度が、回転軸周囲の回転運動を規定していて、六自由度の第二自由度が、並進軸に沿った並進運動を規定している。外科手術用器具位置決め方法が、アンカー部材を取りつける段階及び器具本体の位置を記録する段階の後で、
六自由度の第一自由度及び第二自由度に関するアンカー部材に対して、器具本体の位置を選択的に調節する両段階と独立的に、六自由度の第三自由度に関するアンカー部材に対して、器具本体の位置を選択的に調節する段階をさらに含んでいる。
【００２６】
器具本体の位置を記録する段階が、コンピュータによるイメージガイダンスシステムにより検知可能な少なくとも一つの基準要素を器具本体に取りつける段階を含んでいる。少なくとも一つの基準要素が、基準部材に配置された、非線形状に位置決めされた少なくとも三つの基準要素を含んでいてもよくて、基準部材は器具本体に取りはずし可能に取りつけ可能である。外科手術用器具位置決め方法が、解剖用構造体にアンカーボルトを取りつける段階の前に、コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、構造体に対しアンカー部材を位置決めする段階を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の利点は、ある実施態様において、解剖用構造体に取りつけることができ、かつ取りつけ後に解剖用構造体に対して再位置決め調節出来る外科手術用器具を提供することであって、外科手術用器具の再位置決め調節は、コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いてガイドすることもできる。
【００２８】
本発明の他の利点は、ある実施態様において、アンカー部材と器具本体とを有する外科手術用器具を提供することであって、アンカー部材は、コンピュータによるイメージガイダンスシステムを用いて、解剖用構造体に取りつけることができるようになっていて、器具本体は、アンカー部材が取りつけられた後に、イメージガイダンスシステムを用いるか、あるいは用いることなく再位置決め調節可能になっている。本外科手術用器具は、膝関節義肢の大腿骨コンポーネントを埋め込むために使用される場合、アンカー部材が大腿骨の機械構造的軸と同軸に取りつけられることを可能にしている。
【００２９】
本発明における前述した及び他の特徴及び目的と、その解決手段とが、以下の実施態様の説明と図面とを参照することにより、より良く理解されるであろう。
【００３０】
図面において同一符号は同一部品を表わしている。ここに例示しているものは本発明の一つの実施態様を説明しているものであって、以下に開示している実施態様は、本発明の範囲を限定することを意図しているものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明における外科手術用器具２０を図１に示す。外科手術用器具２０はアンカー部材２２を含んでいる。アンカー部材２２が、ねじ山付きシャフト２４により形成された第一部分を有していて、その第一部分は、骨のような解剖用構造体に取りつけ可能である。シャフト２４は従来形の骨用ねじの、ねじ山付きシャフトと同一の形状である。アンカー部材２２は球体部分２６も含んでいる。ねじ山付きシャフト２４のねじと、球体部分２６との間にカラー２８が配置されていて、そのカラー２８は、カラー２８と球体部分２６との間に環状凹部３０を形成している。六角柱状シャフト３２が、ねじ山付きシャフト２４と同軸に、球体部分２６の反対側に配置されている。アンカー部材２２をシャフト２４により形成された軸３４の周囲で回転し、かつシャフト２４を解剖用構造体と螺合的に係合するために、六角柱シャフト３２は、回転駆動装置に係合可能である。
【００３２】
アンカー部材２４は器具本体３６へ調節可能に取りつけられている。器具本体３６が、部分的に球体の凹部３８を形成していて、その凹部は、対向的に配置された開口部４０，４２を有している。開口部４０は、開口部４２より大きな直径である。回動式軸受４４が凹部３８に取りつけられている。軸受４４は部分的に球体のシェル部分４６を有していて、そのシェル部分４６は対向的に配置された開口部４８及び５０を備えている。開口部４８は、開口部５より大きな直径である。アンカー部材２２の球体部分２６は、軸受４４に着座していて、かつ軸受４４の内面５２に係合的に接触している。軸受４４の外面５４は凹部３８の表面に係合的に接触している。
【００３３】
外科手術用器具２０を組立てるために、ねじ山付きシャフト２４が軸受４４の開口部４８，５０に挿嵌され、球体部分２６が、保持クランプ５６を環状凹部３０に取りつけることにより、シェル部分４６に保持され、シャフト２４が開口部５０を介して引き抜かれることを防止している。軸受４４は、開口部６０を備えたタブ５８を含んでいて、かつ、調節部材６２の径の小さな先端６４を開口部６０に挿入することにより器具本体３６に回動可能に取りつけられる。軸受４４は、取りつけられると、調節部材６２により形成された軸６６周囲を回動する。調節部材６２（一つだけが図示されている）はねじ部分６８とグリップ部分７０とを有している。ねじ部分６８は器具本体３６におけるねじ穴７２及び７４に係合している。調節部材２６が比較的ゆるく締めつけられている場合、軸受４４はチップ６４において回動する。調節部材６２の一方あるいは両方が締めつけられると、軸受４４は、調節部材６２の間にしっかりと係合され、従って軸６６に対して選択した回転位置に締めつけ可能である。
【００３４】
調節部材７６が、器具本体３６において凹部３８近傍に位置決めされた突起８０に配置されたねじ穴７８に取りつけられている。ねじ穴７８がある角度で突起８０に位置決めされているので、調節部材７６の先端８２はアンカー部材２２の球体部分２６に係合可能である。調節部材７６も、ねじ山付きシャフト８４とグリップ部分８６を含んでいる。部材７６の先端８２は、先端８２と球体部分２６との間のより広い接触面積を提供するために、球体部分２６と同一半径である表面部分を有していてもよい。部材７６が比較的ゆるく締めつけられる場合、球体部分２６は先端８２に対して回転する。部材７６をきつく締めつけることにより、先端は球体部分２６に係合し、アンカー部材２２が器具本体３６に対して選択した位置に締めつけられる。
【００３５】
器具本体３６は、凹部９０を備えたベース部分８８を含んでいる。器具本体３６は中央部分９２も含んでいる。スロット９４が、ベース部分８８と中央部分９２との間に形成されている。開口部９６は、ねじ山付きシャフト２０がベース部分８８を貫通することを可能にしている。対向しているスロット９８と、ボアーホール１０２，１０４，１０６及び１０８とが器具本体３６に形成されている。
【００３６】
基準部材１００を図４、５に示す。基準部材は、フォーク状の取付部分１１０及び位置決め部分１１２を含んでいる。複数の基準要素１１４が位置決め部分１１２に取りつけられている。開示された実施態様において、三つの非直線状に位置決めされた基準要素１１４が、基準部材１００に取りつけられていて、かつポスト１１８に取りつけられた球体部分１１４を有している。球体部分１１６が反射構造体であって、その反射構造体は、光を反射し、基準要素１１４のコンピュータによるイメージガイダンスシステムへの読取ることと記録することを容易にしている。詳細を以下に示す。
【００３７】
基準部材１００は、取付部分１１０をスロット９４と位置決めすることにより、器具本体３６に取りはずし可能に取りつけることができる。取付部分１１０は、スロット９４にぴったりと取付けられるべく形成されているので、基準部材１００の取付けが、基準要素１１４を器具本体３６に対して既知の相対位置及び方向に位置決めする。基準部材１００が、基準部材１００を器具本体３６に対して既知で再現可能な位置へ取りつけることを容易にするために突起１２０を選択的に含んでいてもよくて、その突起１２０は、フォーク状取付部分１１０の長手方向に横断的に延在していて、凹部９０に合うようになっている。
【００３８】
別の実施態様において、基準要素１１４は、器具本体３６に永久的に取りつけられていてもよいし、器具本体３６に独自に取りはずし可能にボアーホール１０２，１０４，１０６及び／又は１０８へ取りつけられていてもよい。別の基準要素が、赤外発光のような信号を発する要素を含んでいてもよくて、その信号は、コンピュータによるイメージガイダンスシステム、又は無線を通さない基準要素により検知可能なものである。もし無線を通さない要素を使用する場合、基準部材１００は無線を通す要素で形成されてもよくて、利点のあることに、無線を通さない基準要素の検出との干渉の可能性を制限するために、基準要素１１４を器具本体３６から距離をおいて位置決めしてもよい。例示の実施態様において、器具本体３６は、無線を通さない材料であるステンレス鋼で作られていて、その無線を通さない材料は、器具本体３６に近接して位置決めされた無線を通さない基準要素の検出を妨害するかも知れない。例示の実施態様において、基準部材１００はアルミニウム製構造体である。同一の物理的形状を有しているが、異なるタイプの基準要素を備えた異なる基準部材を共通の器具構造で使用することにより、基準要素１１４を有している取りはずし可能に取りつけられた基準部材１００の使用は、異なるタイプのイメージガイダンスシステムを用いた器具本体３６の使用を容易なものにしている。
【００３９】
外科手術用器具２０の寸法と、基準部材１００が器具本体３６に取りつけられる場合の、基準要素１１６の器具本体３６に対する位置とは、事前に決めることができ、かつこのデータはイメージガイダンスシステムに入力されていてもよい。外科的処置の主題である解剖学的構造体に関する寸法データも、外科的処置に先立ってイメージガイダンスシステムに入力されていてもよい。
【００４０】
技術的に公知なように、対象例えば大腿骨の解剖用構造体に関する寸法データは、解剖用構造体のモデルを表わすデータベースを生成するべく、解剖用構造体のイメージから得られたデータを用いて決定されてもよい。解剖用構造体のモデルは、一連の解剖用構造体の二次元イメージを得ることにより、展開された三次元モデルであってもよい。代りに解剖用構造体のモデルは、既知の空間的関係のある二次元イメージのセット、又は解剖用構造体の三次元形状に関する情報を展開するために使用することのできる他のデータ構成であってもよい。解剖用構造体のモデルは、種々の面から見た、手術前の計画目的と手術中のナビゲーション目的とのための、解剖用構造体のディスプレーを生成するために使用することができる。そのような解剖用構造体の三次元モデルを生成するために、広範な技術を使用することができて、その技術には、コンピュータ断層撮影（ＣＲＴ）、磁気共鳴撮影（ＭＲＩ）、陽電子射出断層撮影（ＰＥＴ）、超音波スキャン及びＸ線透視法を含んでいる。
【００４１】
そのような透視技術により得られた解剖用構造体のモデルは、実際の解剖用構造体に関連する、外科手術用具の相対位置及び方向の決定と表示とを容易にすることにより、手術中における外科手術用具のガイダンスに使用することができる。例えば、もし解剖用構造体のモデルが、既知の空間関係を有する二次元イメージのセットであるなら、その数枚のイメージは、外科手術処置中に同時的に表示することができる。イメージに用具の位置を表示し、かつ異なった面から撮影したイメージ、−あるイメージはｘｙ座標軸における用具の運動の表示を容易にするものであり、他のイメージはｚ軸における用具の運動の表示を容易にする−、を表示することにより、個々のイメージが、一体になって用具の運動を三次元で表示することができる。
【００４２】
説明の目的のために、対象の主題である解剖用構造体により規定される座標系を構造体座標系と呼び、解剖用構造体の三次元モデルにより規定される座標系をイメージ座標系と呼ぶ。外科的用具あるいはそれに関連する部分の三次元モデルを得るために、外科的用具あるいはそれに関連する部分の、一定のサイズ及び形状に関するデータも、手術前に決定される。なお、そのデータはイメージガイド式処置に使用される。
【００４３】
骨格要素のような剛な解剖用構造体が、イメージガイド式外科手術法にふさわしいものであって、個々の骨格要素は独立座標系を規定するために使用されてもよい。異なる剛な解剖用構造体、例えば骨格要素が、相対運動にさらされるかも知れなくて、例えば、患者の大腿骨と脛骨とは外科手術処置中に相対的に運動するかも知れなくて、したがって独立した三次元モデルと座標系とが、異なる骨格要素のために生成されてもよい。例えば、膝の交換処置中に、第一座標系を規定している脛骨の三次元モデルが、脛骨の切除中に利用されてもよくて、一方大腿骨の三次元モデルにより規定された独立座標系が、大腿骨の切除中に利用されてもよい。
【００４４】
イメージガイド式外科手術法を実施する場合、イメージの座標系は、構造体座標系を用いて記録され、外科手術用具の位置は、イメージの座標系を用いて記録される。実際の解剖用構造体と外科手術用具との両方の記録後に、解剖用構造体と用具との三次元モデルにもとづく、解剖用構造体と用具との事前に得たイメージを共に表示することにより、外科手術用具の相対位置と方向とを外科医に通報することができる。
【００４５】
コンピュータによるイメージガイダンスシステムは、公知な技術であって、三次元モデルを用いた実際の解剖用構造体の記録を、外科手術用具の記録あるいは位置と共に、イメージ座標系に表示することを提供していて、外科手術用具と実際の解剖学的構造体との相対位置の表示を容易にしている。イメージ座標系を用いて解剖用構造体を記録する公知の方法は、一つ以上の撮影方法により識別可能な、埋込式基準マーカの使用を含んでいる。インプラントは、座標読取りプローブあるいは同様の装置を、インプラントに対して接触させあるいは既知の方向に、物理的に位置決めすることにより配置したものであってもよい。インプラントを使用するかわりに、解剖用ランドマーク形状を整列させることにより、二つの座標系を規定することも可能である。
【００４６】
構造体座標系に関する、外科手術用具及び用具の運動軌跡の、位置決めあるいは局所限定化、−イメージ座標系を用いて位置決めされてきていた−、を可能にしている種々の方法を使用したトラッキング装置も公知である。例えば、反射対象物から反射された光、あるいは用具に対して既知の方向に取りつけられた局所エミッタにより発光された光、のどちらかを検出する光学式トラッキング装置は、解剖用構造体の三次元モデルを表示するイメージ座標系において、外科手術用具の位置を測定し、用具の位置を位置決めすることで知られている。例えば、そのようなトラッキング装置が、一つ以上のレンズを有しているセンサユニットから構成されていてもよくて、レンズ各々は、赤外光にセンシティブな荷電結合ディバイス（ＣＣＤ）各々に焦点が合わせてある。センサユニットは、用具に相対的に取りつけられた三つ以上の非直線状に位置決めされた発光ダイオード（ＬＥＤ）により発光された赤外光を検出する。プロセッサがセンサユニットによりとらえたイメージを分析し、用具の位置と方向とを計算する。イメージ座標系におけるセンサユニットの位置を位置決めすることにより、用具が解剖用構造体に対して移動するとき、解剖用構造体に対する用具の位置、−イメージ座標系を用いて位置決めされてきた−を測定し追跡することができる。
【００４７】
別の位置決め装置は、無線周波数における電磁気的信号を発する、又は可視光線を発する位置決めエミッタを使用していてもよい。用具の位置を位置決めするために、用具における所定位置において用具と物理的に接触するようになっている、座標読取り用の物理的なプローブを使用することも可能である。
【００４８】
開示した実施態様において、位置決め装置は、光源と光を反射する基準要素１１４とを含んでいる。位置決め装置は、反射された光を検出し、個々の基準要素１１４の位置を公知の方法で計算する。基準要素１１４はカナダ国、Ｎ２Ｖ１Ｃ５、オンタリオ州ウォータールー（Waterloo, Ontario）、ランドールドライブ（Randall Dr）１０３のノーザンデジタル（Northern Digital Inc.）社から入手可能である。信号を発信あるいは無線を通さない反射要素を使用しているような本発明に、他のタイプの位置決め装置が使用されてもよい。ねじ山付きシャフト２４のような識別可能な形状を有している、無線を通さない構造体の相対位置を決定するために、公知なコンピュータによるイメージガイダンスシステムの位置決め装置が使用されてもよい。ノーザンデジタル社は、Ｏｐｔｏｔｒａｌｚ（登録商標）及びＰｏｌａｒｉｓ（登録商標）のブランド名でイメージガイダンスシステムを提供していて、それらが本発明に使用されてもよい。
【００４９】
大腿骨先端の切除における外科手術用器具２０の使用について説明する。膝関節義肢を埋め込む場合、大腿骨先端が大腿部インプラントを受容するべく準備されねばならない。大腿骨先端の準備は、選択した大腿部コンポーネントの内面に一致する数個の交差平面を形成するために、一般に大腿骨先端の切除を含んでいる。図６は大腿骨１２０と脛骨１２２とを含んでいる。大腿骨１２０の解剖構造体的軸１２４は、大腿骨１２０の内部骨髄導管により規定される。大腿骨１２０の機械構造的軸１２６は、大腿骨基端における大腿部ヘッドの中心から、大腿骨末端における内部関節ノッチの中心へ延伸している。多くの個体において、解剖構造体的軸１２４と機械構造的軸１２６との間の角度はほぼ６°である。
【００５０】
大腿骨基端を切除するために使用する、フライス削り器具あるいは切削器具を正確にガイドするために、切削用ガイドあるいはフライス削り用ガイドのような切除用ガイドを大腿骨基端に位置決めする場合、大腿骨の内部骨髄導管が基準構造体として使用することが一般的である。しかしながら、大腿骨基端に形成されるべき切除面の最もよい位置を決定するのは、大腿骨の機械的構造軸における位置である。従って、基準構造体として内部骨髄導管を使用する場合、機械的構造軸と解剖構造的軸との間の差を調整しなければならない。しかしながら、本発明のアンカー部材２２は、大腿骨１２０の機械構造的軸１２６とほぼ同軸に、大腿骨へ取りつけることができる。
【００５１】
外科手術用器具２０を大腿骨１２０へ取りつける場合、基準部材１００が、器具本体３６に取りつけられ、かつ前述したようにコンピュータによるガイダンスシステムに記録される。同様に、大腿骨１２０がイメージガイダンスシステムに記録される。続いて、アンカー部材２２を大腿骨の機械構造的軸と同軸に位置決めするために、コンピュータによるイメージガイダンスシステムが使用される。機械構造的軸は手術前に決定される。例えば、外科医は、大腿骨のイメージにおける機械構造的軸の二点の位置を表示することにより、機械構造的軸の位置をイメージガイダンスシステムに入力してもよい。イメージガイダンスシステムに対して、大腿骨を表わすモデルデータを用いて、機械構造的軸の位置を自動的に決定することも可能である。アンカー部材２２は、機械構造的軸と同軸に設定されると、大腿骨１２０へ取りつけられる。アンカー部材２２を大腿骨１２０に対して位置決めする場合、アンカー部材２２は、器具本体３６と、大腿骨１２０に対するアンカー部材２２の位置を追跡するために使用される、器具本体３６に取りつけた基準要素１４とに対するデフォールト位置に設定されてもよい。代わりに、アンカー部材２２は、イメージガイダンスシステムにより直接的に検知され追跡されてもよい。
【００５２】
アンカー部材２２が大腿骨１２０に取りつけられた後に、イメージガイダンスシステムは、器具本体３６が大腿骨１２０に対して所望する位置にあるかどうかを決定するために使用される。器具本体３６の所望する位置は手術前に決定され、そしてイメージガイダンスシステムに入力されている。続いて、器具本体３６を所望する位置に整列させるために、器具本体３６がアンカー部材２２と大腿骨１２０とに対して調節される。最初に、器具本体３６は、所望する内反／外反の整列、すなわち横断軸１２８に平行となるべく、回動軸受４４の軸６６周囲を回動される。器具本体３６が所望する内反／外反方向にある場合、調節部材６２は、軸受４４の回動運動を防止するために締めつけられる。次に、器具本体３６の所望する“外向き回転”は、イメージガイダンスシステムを用いてチェックされ、必要に応じて調節される。器具本体３６の外向き回転は、アンカー部材２２により規定される軸３４に対する器具本体３６の回転方向を表わしていて、その回転方向は、大腿骨１２０の機械構造的軸１２６と同軸に位置決めされているものである。軸３４に対して所望する方向に器具本体３６を位置決めした後に、調節部材７６は、球体部分２６にしっかりと係合され、器具本体３６をアンカー部材２２に対して所望する位置に締めつける。続いて、アンカー部材２４は、大腿骨１２０の内側あるいは外側に回転され、大腿骨基端の切除深さが設定される。
【００５３】
従って器具本体３６は、アンカー部材２２を大腿骨に取りつけたあとに、三自由度に関して調節可能のである。即ち、器具本体３６は、軸６６の周囲で回転することができ、かつ調節部材６２を回転軸受４４にしっかりと係合することにより、軸６６の周囲で選択した回転位置に締めつけることができる。器具本体３６は、軸３４の周囲で回転することができ、かつ調節部材７６を球体部分２６にしっかりと係合することにより、軸６６にほぼ直交している軸３４の周囲で選択した位置に締めつけることができる。さらにアンカー部材２２を大腿骨１２０へ最初取りつけた後で、器具本体３６は軸３４に沿って並進することができ、かつ並進調節部材を回転することにより、軸３４に沿って選択した位置に、すなわち、アンカー部材２２を、大腿骨のさらに内側又は外側に設定することができる。例示の実施態様は、器具本体３６を軸６６周囲で選択した回転位置に確実に締めつけるために二つの調節部材６２を使用し、かつ器具本体３６を軸３４周囲で選択した回転位置に確実に締めつけるために二つの調節部材７６を使用しているけれども、別の実施態様は、器具本体３６を軸６６及び３４周囲で選択した回転位置に独立的かつ確実に締めつけるために二つの個々の調節部材を使用している。
【００５４】
他の三自由度に関して、アンカー部材２２とシェル部分４６へのインターフェースと軸受４４における開口部５０とクランプ５６との間における厳しい公差を相対的に維持することにより、アンカー部材２２が両軸３４及び３６にほぼ直交している軸周囲で回動することを防止することができる。この第三軸に対する回転と、この第三軸及び軸６６に沿った器具本体３６の並進位置とは、アンカー部材２２が解剖用構造体すなわち大腿骨１２０に係合する、位置と方向とによりすべて決定される。本発明における別の実施態様において、アンカー部材２２に対して器具本体３６を、これらの残りの三自由度の一つ以上に沿って、選択的に調節することも可能となっている。ここで基準とした六自由度は、お互いにほぼ直交している三つの並進軸周囲における並進運動と、お互いにほぼ直交している三つの回転軸周囲における回転運動とにより規定されていて、従って並進座標点と回転座標点とを規定している。並進軸と回転軸とは、平行あるいは一致しているけれど、平行あるいは一致している必要はない。
【００５５】
大腿骨基端において所望する方向に位置決めされた後で、器具本体３６は、大腿骨基端の側面と中央面とにおけるベース構造体１３０を位置決めするために使用されてもよい。続いて、外科手術用器具２０は大腿骨基端から取りはずされ、図７に示すように、切削用ガイド１３２がベース構造体１３０に取りつけられ、そして大腿骨基端は、切削用ガイド１３２により形成された種々の切削用スロットを介して挿入された切刃を用いて切除される。器具本体２０に使用できる、大腿骨用ベースと切削用ガイドとは、米国インディアナ州ワーソー（Warsaw）のZimmer社から５−ｉｎ−１の商品名で入手可能であり、特許文献１に開示されていて、ここに参考として包括するものです。ベース構造体１３０は、ベース構造体１３０を器具本体３６に位置決め接触して配置し、続いてベース構造体１３０を大腿骨に直接取りつけることにより、大腿骨基端に位置決めされる。器具本体３６における、凹部９０、スロット９４、開口部１０２，１０４，１０６、若しくは１０８、スロット９８、又は他の所定の表面は、ベース構造体を位置決めし、大腿骨にベース構造体を正しく位置決めするために使用されてもよい。代りに、中間部品が器具本体３６に取りはずし可能に器具本体３６におけるスロット又は開口部に挿入することにより取りつけられてもよくて、ベース構造体は中間部品を用いて位置決めされる。切断用ガイド又はフライス切削用ガイド又は他の外科手術用器具が器具本体３６に直接形成されてもよい。器具本体３６に使用するのに適したフライス切削用器具及び切断用器具が特許文献２及び３に開示されていて、ここに参考として包括するものです。
【００５６】
外科手術用器具２０を用いて膝関節義肢を埋め込む場合における、脛骨を切除するために使用してもよい。選択的に調節可能な外科手術用器具が、本出願と同一日に出願された、James E. Grimm等による特許事務所ドケット番号ＺＩＭ０１６３の“外科手術用器具及びその位置決め方法”と題する米国特許出願に説明されていて、ここに参考として包括するものです。
【００５７】
本発明を例示の構造を有するものとして説明してきたけれども、本発明は本開示の精神と範囲とを逸脱することなく修正されてもよい。従って本出願は、普遍的な原理を用いている本発明におけるいずれの変更、使用あるいは適用をも保護することを意図しているものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明における外科手術用器具の分解斜視図である。
【図２】図２は、図１における外科手術用器具のもう一つの分解斜視図である。
【図３】図３は、図１における外科手術用器具の平面図である。
【図４】図４は、基準部材が配置されている基準要素の図である。
【図５】図５は、図４における基準部材の側面図である。
【図６】図６は、大腿骨及び脛骨の図である。
【図７】図７は、図１の外科手術用器具に使用することのできるベース構造体及び切削用ガイドの図である。
【符号の説明】
【００５９】
２０…外科手術用器具
２２…アンカー部材
３６…器具本体
１００…基準部材
１１４…基準要素
【図１】
2004202242.tif 000003
【図２】
2004202242.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004202242.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004202242.tif 000009
【外国語明細書】
2004202242000001.pdf