(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造する方法であって、
コンピュータプロセッサにより、関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階と、
前記コンピュータプロセッサにより、前記放射線画像データ及びトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに依存した画像セグメント化処理において、前記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階であり、前記画像セグメント化処理では、セグメント化処理制御パラメータセットは複数の放射線画像データに対して画像セグメント化処理を繰り返すことによりトレーニング可能であり、
前の画像セグメント化処理で使用されてメモリに格納されたセグメント化処理制御パラメータセットが、初期のセグメント化処理制御パラメータセットとして取得され、
前記第１の３次元表示は、前記セグメント化処理制御パラメータセットに基づいて生成され、品質値を生成することにより評価され、
前記セグメント化処理制御パラメータセットは、前記品質値が予め定義された閾値を超えるまで処理を反復することにより前記品質値に基づいて更新され、前記メモリに格納される、段階と、
前記コンピュータプロセッサにより、前記第１の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、前記幾何オブジェクトは前記第１の表面によって限定されている、段階と、
前記コンピュータプロセッサにより、幾何オブジェクトを表す前記データのセットと、軟骨修復用手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＭシステムを制御する制御ソフトウェアを生成する段階と、
を備える方法。
【請求項２】
前記コンピュータプロセッサにより、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび前記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において前記関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階と、
前記コンピュータプロセッサにより、更に前記第２の３次元表示に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、前記幾何オブジェクトは更に前記第２の表面によって限定されている、段階とを更に備える
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンピュータプロセッサにより、前記放射線画像データに基づいて軟骨損傷境界ＣＤＰ（ＣＤＰ）を生成する段階と、
前記コンピュータプロセッサにより、更に前記ＣＤＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、前記幾何オブジェクトは更に前記ＣＤＰによって限定されている、段階とを更に備える
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記コンピュータプロセッサにより、前記放射線画像データに基づいて手術キット境界ＳＫＰ（ＳＫＰ）を生成する段階と、
前記コンピュータプロセッサにより、更に前記ＳＫＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、前記幾何オブジェクトは更に前記ＳＫＰによって限定されている、段階とを更に備える
請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記コンピュータプロセッサにより、トレーニング可能な画像セグメント化処理において前記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階は、更に、
Ｉ）予め定義された順序付けられた、セグメント化処理制御パラメータインスタンスのセットを取得する段階と、
ＩＩ）前記放射線画像データおよび前記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの第１のインスタンスに基づいて前記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
ＩＩＩ）前記第１の３次元表示をデータバッファに格納する段階と、
ＩＶ）前記放射線画像データおよび前記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの次のインスタンスに基づいて前記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
Ｖ）前記第１の３次元表示をデータバッファに格納する段階と、
ＶＩ）前記予め定義された順序付けられたセットの全てのインスタンスについて段階ＩＶおよび段階Ｖを繰り返す段階と、
ＶＩＩ）第１の３次元表示品質値に基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階であって、前記第１の３次元表示品質値は、前記データバッファに格納された複数の前記第１の３次元表示と、前記予め定義された順序付けられたセットと、予め定められた目的関数とに基づいている、段階とを含む、
請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記コンピュータプロセッサにより、トレーニング可能な画像セグメント化処理において前記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階は、更に、
ＸＩ）初期のセグメント化処理制御パラメータセットを取得する段階と、
ＸＩＩ）トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを前記初期のセグメント化処理制御パラメータセットとして決定する段階と、
ＸＩＩＩ）前記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび前記放射線画像データに基づいて前記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
ＸＩＶ）第１の３次元表示品質値に基づいて差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階であって、前記第１の３次元表示品質値は、前記第１の３次元表示および予め定められた目的関数に基づいている、段階と、
ＸＶ）前記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび前記差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階と、
ＸＶＩ）前記第１の３次元表示品質値が、予め定義された品質値閾値より下または上である場合、段階ＸＩＩＩ−段階ＸＶＩを繰り返す段階とを含む、
請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記コンピュータプロセッサにより、トレーニング可能な画像セグメント化処理において前記関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階は、更に、
ＸＸ）初期の動的モデル処理制御パラメータセットを取得する段階と、
ＸＸＩ）トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを前記初期の動的モデル処理制御パラメータセットとして決定する段階と、
ＸＸＩＩ）前記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび前記放射線画像データに基づいて前記第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階と、
ＸＸＩＩＩ）３次元表示品質値に基づいて差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを決定する段階であって、前記３次元表示品質値は、前記第１の３次元表示に基づいている、段階と、
ＸＸＩＶ）前記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび前記差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットに基づいて、更新されたトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを決定する段階と、
ＸＸＶ）前記３次元表示品質値が予め定義された品質値閾値より下または上である場合、段階ＸＸ−段階ＸＸＶを繰り返す段階とを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記関節の前記第１の表面は、下層の骨の表面であり、前記関節の前記第２の表面は、非損傷軟骨組織の外面に整合される、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記放射線画像データは、Ｘ線、超音波、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核医学、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、および磁気共鳴断層撮影（ＭＲＩ）から選択されたものに基づいている、
請求項１から８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのシステムであって、
メモリと、
通信用インターフェースと、
プロセッサとを備え、前記プロセッサは、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階、
前記放射線画像データ及びトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに依存した画像セグメント化処理において、前記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階であり、前記画像セグメント化処理では、セグメント化処理制御パラメータセットは複数の放射線画像データに対して画像セグメント化処理を繰り返すことによりトレーニング可能であり、
前の画像セグメント化処理で使用されて前記メモリに格納されたセグメント化処理制御パラメータセットが、初期のセグメント化処理制御パラメータセットとして取得され、
前記第１の３次元表示は、前記セグメント化処理制御パラメータセットに基づいて生成され、品質値を生成することにより評価され、
前記セグメント化処理制御パラメータセットは、前記品質値が予め定義された閾値を超えるまで処理を反復することにより前記品質値に基づいて更新され、前記メモリに格納される、段階、
前記第１の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、前記幾何オブジェクトは前記第１の表面によって限定されている、段階、および
幾何オブジェクトを表す前記データのセットと、軟骨修復用手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＭシステムを制御する制御ソフトウェアを生成する段階を実行する、
システム。
【請求項１１】
関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのシステムであって、
メモリと、
通信用インターフェースと、
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実行するコンピュータプロセッサと、
を備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか一項に記載の方法をコンピュータプロセッサに実行させるプログラム。
【請求項１３】
コンピュータプロセッサにおいて実行されると、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成されたコンピュータ可読コードが格納された非一時的コンピュータ可読メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の複数の実施形態は、概して、医療において患者治療に使用する、放射線撮像に基づいた、カスタマイズされた複数のインプラントの設計および製造の技術分野に関する。
【０００２】
より具体的には、本願の複数の異なる実施形態は、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットの製造のための処理およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
放射線学とは、健康関連問題について、患者を診断し治療すべく撮像を使用する医学的技術である。放射線学では、Ｘ線撮影、超音波、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核医学、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、および磁気共鳴断層撮影（ＭＲＩ）といった数々の撮像技術が使用されている。
【０００４】
患者は、例えばひざ関節の、３次元放射線画像を取り込むことによって放射線撮像技術にさらされる。放射線撮像技術は人体の内部構造情報を提供し得る。このことは、例えば病院の放射線科にある医療設備において起こる。取得された画像および情報は、例えば損傷したヒトのひざの損傷軟骨を、例えば改善または修復すべく、インプラントの設計のためのインプラント設計センタと、結果として生じる制御ソフトウェア（ＣＡＤ／ＣＡＭ）とに転送される。
【０００５】
従来の複数のシステムにおいて、インプラントは、標準サイズの手術キットとして製造され得、インプラント手術を支援する、例えば、インプラントの位置および取り付け角度の決定を支援するための標準ガイドが付けられていることがある。
【０００６】
従来の複数のシステムの課題は、インプラントが患者に対して十分にカスタマイズされておらず、それにより、インプラント上面の、置換される軟骨上面に対する整合の悪さにより非損傷軟骨の不必要に広い面積の置換を引き起こすことがあり、このことは、次に、インプラント手術を受ける人の状態を悪化させる、または改善しないことがある、ということである。
【０００７】
別の課題は、３次元放射線画像に基づいて生成される人体内の複数の表面の３次元表示、例えば、関節の関節接合面の放射線３Ｄ画像から得られる３Ｄ表面が、通常、健康な軟骨組織の表面ほど滑らかではないことである。
【０００８】
更に別の課題は、３Ｄ放射線画像およびセグメント化処理に基づいて、関節の表面の正確な３次元表示を生成するまたは得ることである。セグメント化処理はセグメント化処理制御パラメータセットによって制御される。
【０００９】
さらに別の課題は、患者にカスタマイズされた軟骨修復用手術キットの製造の改善を可能にするであろうセグメント化処理制御パラメータセットを取得することで、損傷軟骨上面を有する領域内の非損傷軟骨上面を推定することである。
【００１０】
従って、軟骨修復用手術キットの製造を改善するためのシステムおよび方法が必要である。
【００１１】
［発明の目的］
本発明の目的は、患者にカスタマイズされた軟骨修復用手術キットの製造を改善することである。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の複数の実施形態は、軟骨修復用手術キットの改善された製造に関する。特定の複数の実施形態は、関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信することと、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成することと、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成することと、上記放射線画像データに基づいて軟骨損傷境界ＣＤＰを生成することと、上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＣＤＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成することと、幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成することとを含み、上記幾何オブジェクトは特定された軟骨損傷を表し、上記幾何オブジェクトは、上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＣＤＰによって限定されている。
【００１３】
本開示の複数の利点の１つは、患者の身体への軟骨インプラントの改善されたカスタム化が達成されることである。
【００１４】
本開示の別の利点は、インプラント手術後に、残りの健康な軟骨組織とよく整合している滑らかな表面が得られることである。
【００１５】
本開示の別の利点は、関節表面の正確な３次元表示が取得されることである。
【００１６】
本開示の別の利点は、改善されたセグメント化処理制御パラメータセットが取得され、それにより、患者にカスタマイズされた軟骨修復用手術キットの製造の改善が可能になることである。
【００１７】
１または複数の実施形態において、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットの製造方法は、
−関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階と、
−トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット（４２０）および上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理における関節の第１の表面（２６０）の第１の３次元表示（３３０，４６０）を生成する段階と、
−上記第１の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは上記第１の表面によって限定されている、段階と、
−幾何オブジェクトを表す上記データのセットおよび上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階とを備える。
【００１８】
１または複数の実施形態において、当該方法は、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面（２３０）の第２の３次元表示（３２０）を生成する段階と、
更に上記第２の３次元表示に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは更に上記第２の表面によって限定されている、段階とを更に備える。
【００１９】
１または複数の実施形態において、当該方法は、上記放射線画像データに基づいて、軟骨損傷境界ＣＤＰを生成する段階と、
更に上記ＣＤＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは更に上記ＣＤＰによって限定されている、段階とを更に備える。
【００２０】
１または複数の実施形態において、当該方法は、上記放射線画像データに基づいて、手術キット境界ＳＫＰを生成する段階と、
更に上記ＳＫＰに基づいて、幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは更に上記ＳＫＰによって限定されている、段階とを更に備える。
【００２１】
１または複数の実施形態において、トレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階は、
Ｉ）予め定義された順序付けられた、セグメント化処理制御パラメータインスタンスのセットを取得する段階と、
ＩＩ）上記放射線画像データおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの第１のインスタンスに基づいて、上記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
ＩＩＩ）データバッファに上記第１の３次元表示を格納する段階と、
ＩＶ）上記放射線画像データおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの次のインスタンスに基づいて、上記第１の表面の第１の３次元表示４６０を生成する段階と、
Ｖ）データバッファに上記第１の３次元表示を格納する段階と、
ＶＩ）上記予め定義された順序付けられたセットの全てのインスタンスについて段階ＩＶおよび段階Ｖを繰り返す段階と、
ＶＩＩ）第１の３次元表示品質値に基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階であって、上記第１の３次元表示品質値は、データバッファに格納された上記複数の３次元表示と、上記予め定義された順序付けられたセットと、予め決められた目的関数とに基づいている、段階とを更に有する。
【００２２】
１または複数の実施形態において、トレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階は、
ＸＩ）初期のセグメント化処理制御パラメータセットを取得する段階と、
ＸＩＩ）トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを上記初期のセグメント化処理制御パラメータセットとして決定する段階と、
ＸＩＩＩ）上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに基づいて上記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
ＸＩＶ）第１の３次元表示品質値に基づいて、差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階であって、上記第１の３次元表示品質値は、上記３次元表示および予め定められた目的関数に基づいている、段階と、
ＸＶ）上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階と、
ＸＶＩ）上記第１の３次元表示品質値が予め定義された品質値閾値より下または上である場合、上記段階ＸＩＩＩ−段階ＸＶＩを繰り返す段階とを更に有する。
【００２３】
１または複数の実施形態において、トレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階は、
ＸＸ）初期の動的モデル処理制御パラメータセットを取得する段階と、
ＸＸＩ）トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを上記初期の動的モデル処理制御パラメータセットとして決定する段階と、
ＸＸＩＩ）上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに基づいて上記第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階と、
ＸＸＩＩＩ）３次元表示品質値に基づいて差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを決定する段階であって、上記３次元表示品質値は上記３次元表示に基づいている、段階と、
ＸＸＩＶ）上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットに基づいて、更新されたトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを決定する段階と、
ＸＸＶ）上記３次元表示品質値が予め定義された品質値閾値より下または上である場合、上記段階ＸＸ−段階ＸＸＶを繰り返す段階とを更に有する。
【００２４】
１または複数の実施形態において、上記放射線画像データは、Ｘ線、超音波、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核医学、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、および磁気共鳴断層撮影（ＭＲＩ）から選択されたものに基づいている。
【００２５】
１または複数の実施形態において、関節の関節接合面内の軟骨修復用手術キットを製造するためのインプラント設計センタシステムは、
メモリ８３０と、
通信用インターフェース８４０と、
プロセッサ８１０とを備え、当該プロセッサ８１０は、
−関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階と、
−トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
−上記第１の表面に基づいて、幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは上記第１の表面によって限定されている、段階と、
−幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階とを実行するよう構成されている。
【００２６】
プロセッサで実行されると、本明細書において記載された方法の複数の段階の何れかまたは全てを実行するよう構成されたコンピュータ可読コードを備えるコンピュータプログラム製品。
【００２７】
プロセッサにおいて実行されると、本明細書において記載された方法の複数の段階のうちの何れかまたは全てを実行するよう構成されたコンピュータ可読コードが格納された非一時的コンピュータ可読メモリ。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
これより、本発明の複数の実施形態が、添付の複数の図面を参照してより詳細に説明される。
【００２９】
【図１ａ】骨および軟骨組織を有する健康な関節を示す。
【図１ｂ】骨および損傷軟骨組織を有する損傷関節を示す。
【図２ａ】本開示の１または複数の実施形態による、関節の第１の表面の生成された第１の３次元表示と、関節の第２の表面の生成された第２の３次元表示と、生成された軟骨損傷境界ＣＤＰと、生成された手術キット境界ＳＫＰとの側面の共通部分を示す。
【図２ｂ】本開示の１または複数の実施形態による、関節の第１の表面の生成された第１の３次元表示と、関節の第２の表面の生成された第２の３次元表示と、生成された軟骨損傷境界ＣＤＰと、生成された手術キット境界ＳＫＰとの上面図を示す。
【図３ａ】関節の第１の表面の第１の３次元表示、関節の第２の表面の第２の３次元表示、および幾何オブジェクトの実施形態の概略図を示す。
【図３ｂ】幾何オブジェクトに基づく手術キットの複数の部品のモデルに含まれる適合したインプラント部品と、幾何オブジェクトに基づく手術キットの複数の部品のモデルに含まれる適合したインプラントガイド部品との実施形態の概略図を示す。
【図４】トレーニング可能な画像セグメント化処理の実施形態の概略図を示す。
【図５】トレーニング可能な画像セグメント化処理の代替的な実施形態の概略図を示す。
【図６】トレーニングされた動的モデル処理の実施形態の概略図を示す。
【図７】軟骨修復用手術キットの製造のためのシステムの実施形態の概略図を示す。
【図８】軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成するよう適合されたインプラント設計センタの実施形態の概略図を示す。
【図９】手術キットを製造するための、コンピュータで実施される方法の実施形態のフローチャートを示す。
【図１０】関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するための、コンピュータで実施される方法の更なる実施形態のフローチャートを示す。
【図１１】関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するための、コンピュータで実施される方法の更なる実施形態のフローチャートを示す。
【図１２】関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法の更なる実施形態のフローチャートを示す。
【図１３】関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法の更なる実施形態のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［導入部］
軟骨インプラント手術を行い軟骨を修復する場合、第１の課題は、インプラントの設計または複数の寸法の決定である。インプラントは通常、ドリルで開けられた孔、例えば骨、にインプラント支持体を挿入することにより、患者の体に連結または取り付けられる。従って、更に別の課題は、軟骨インプラントが正確に配置および位置付されること、すなわち、インプラントの位置および取り付け角度が正確であることを保証し、それにより、インプラントの外面または上面を残りの軟骨組織に整合させることである。
【００３１】
本明細書において記載される発明概念は、放射線画像データに基づいて、手術キットと称されるインプラントおよび整合するインプラントガイドを提供することによりこの課題を解決する。インプラントガイドは、患者の体、通常は軟骨が付着している骨、に配置および取り付けられてよく、それにより、インプラント支持体を挿入するための正確な位置および取り付け角度に孔がドリルで開けられることを可能にする。
【００３２】
手術キットを特定の患者に対してカスタマイズすべく、手術キットの設計は、インプラント部品およびインプラントガイド部品を含む複数の部品のモデルを適合させることにより得られる。インプラントの外形は、例えば関節の第２の表面上の軟骨損傷の範囲を示す軟骨損傷境界（ＣＤＰ）に基づいて決定される。インプラントガイドの外形は、インプラントガイドを配置すべく特定の患者において利用可能な下層の骨などの関節の第１の表面上の領域を示す手術キット境界（ＳＫＰ）を生成することにより決定される。インプラントの外面または上面は、残りの軟骨組織の外面によって決定され、軟骨外面とインプラント外面との間の滑らかな移行が得られるように適合、すなわち、残りの軟骨組織外面に整合される。次に、複数の部品のモデルは、関節の第１の表面および代替的に関節の第２の表面と、ＣＤＰと、ＳＫＰとに基づいて適合される。
【００３３】
複数のモデル部品を適合させるべく、関節の第１の表面の第１の３次元表示および任意で関節の第２の表面の第２の３次元表示と、ＣＤＰおよび任意でＳＫＰとが放射線画像データに基づいて生成される。
【００３４】
放射線画像データから第１の表面を抽出すべく、第１の表面の第１の３次元表示は、セグメント化処理制御パラメータセットに依存した画像セグメント化処理において生成されてよい。
【００３５】
インプラントの外面または上面は損傷組織に取って代わる。損傷組織の外面または上面は、放射線画像データにおいて特定可能ではない。しかしながら、非損傷組織は特定され、第２の表面の動的モデルを非損傷組織と整合するよう適合させるべく使用されてよい。従って、関節の第２の表面の第２の３次元表示は、動的モデル処理制御パラメータセットに依存した動的モデル処理において生成されてよい。
【００３６】
第１の３次元表示および任意で第２の３次元表示、上記ＣＤＰおよび上記ＳＫＰが生成されると、幾何オブジェクトを表すデータのセットが生成され、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成すべく使用されてよい。
【００３７】
［定義］
本文において、軟骨修復用手術キットは、インプラント手術が予定されている人または患者に適合されたインプラントとインプラントガイドとのカスタマイズされたペアであると理解されよう。インプラントガイドは、インプラント手術を受けている人に、所望の位置に、および正確な取り付け角度でインプラントを案内することにより、インプラント手術で外科医の負担を軽減し支援するよう構成されている。インプラントが意図した位置からずれると、それが関節に対する摩耗または負荷を増す原因になることが考えられる。外科医にとっての困難な仕事はインプラントの配置または位置付けである。従って、よく適合されたインプラントと、インプラント手術で外科医の負担を軽減し支援すべく設計されたツールとが必要である。インプラントおよびガイドの設計、言い換えると手術キットの設計は、患者の関節におけるインプラントの寿命の長短にとって重要である。インプラントの配置または設計の小さな差が、患者の体内のインプラントから受ける恩恵およびインプラントの寿命、患者の回復にかかる時間、手術時間による経済的な価値、インプラント手術の成功率において大きな差となり得る。
【００３８】
本文において、関節表面は、骨につながる軟骨内面、または軟骨外面などの軟骨に関連付けられた表面であると理解されよう。
【００３９】
本文において、関節の３次元画像を表す放射線画像データは、ボクセル若しくはピクセルの３次元配列、または、予め定義された距離で取得された複数の順序付けられた２次元画像で配列されたデータであると理解されよう。ピクセルは例えば８、１６、または３２ビットといった予め定められた解像度のピクセル値を備えてよい。ピクセル値は強度値またはグレースケール値を示してよい。一例では、放射線画像データはボクセルまたはピクセルの３Ｄ配列の形態である。各ボクセルは、例えば、１６ビットピクセルの場合０から６５５３５の範囲の、または８ビットピクセルの場合０から２５５の範囲の強度値またはグレースケール値を有してよい。ほとんどの医学的撮像システムは、１６ビットのグレースケール範囲を使用する画像を生成する。通常、３Ｄ画像は多数のピクセルを有し、セグメント化およびパターン認識などの処理では非常に計算集約的である。複雑さと計算密度（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を低減すべく、例えばセグメント化と呼ばれる処理では第１の表面の３次元表示が生成されてよい。
【００４０】
本文において、３次元表示は、３次元（３Ｄ）表面を表す、配列などのデータ構造で配列されたデータ値であると理解されよう。そのような３Ｄ表面は、３Ｄ放射線画像データ、３次元メッシュ、パラメトリック曲面、表面モデル、または、当業者には既知の３Ｄ表面の任意の他の表示からの複数のボクセルの選択であってよい。
【００４１】
本文において、トレーニング可能な処理は、画像データ、幾何モデル、および制御パラメータなどの関連付けられた入力データ、ならびに、３次元表示などの関連付けられた出力データを有する処理であると理解されよう。当該処理は、品質値を生成し、処理を反復すべく品質値に基づいて入力データを修正することで出力データを評価するよう構成されたトレーニングユニットに適合されている。イタレーションは、品質値が予め定義された閾値を超えるまで継続してよい。
【００４２】
本文において、画像セグメント化処理は、セマンティック上重要な（ｓｅｍａｎｔｉｃａｌｌｙ  ｍｅａｎｉｎｇｆｕｌ）やり方で画像データを分割して３次元表示を生成する、例えば、動的セグメント化処理制御パラメータおよび放射線画像データに基づいて、骨につながる軟骨の内面などの、関節の関節接合面を特定するよう構成された処理であると理解されよう。
【００４３】
本文において、セグメント化処理制御パラメータセットは、画像セグメント化処理、および、従って、画像セグメント化処理によって生成された３次元表示の特性を制御する複数の制御パラメータであると理解されよう。そのようなパラメータの例として、所望の孔半径、複数の異なる領域または組織の種類として特定するためのクラスの数、クラスタリングの誤り耐性、複数の異なるクラスへのグレースケール値、分類された領域の滑らかさの度合い、イタレーション数、ダウンサンプル因子（ｄｏｗｎ  ｓａｍｐｌｅ  ｆａｃｔｏｒ）またはスプライン距離が考えられる。
【００４４】
本文において、動的モデル処理は、表面の動的モデルを、境界に沿った非損傷軟骨組織または非損傷軟骨の推定表面などの放射線画像データの予め定められた特徴と整合するよう適合させて、動的モデルの処理制御パラメータおよび放射線画像データに基づいて第２の３次元表示を生成するよう構成された処理であると理解されよう。
【００４５】
本文において、動的モデル処理制御パラメータセットは、動的モデル処理、および、従って、生成された３次元表示の特性を制御する複数の制御パラメータ、であると理解されよう。
【００４６】
本文において、境界は、３次元表示のサブセットの範囲を定める境界であると理解されよう。
【００４７】
本文において、軟骨損傷境界（ＣＤＰ）は、第１または第２の３次元表示のサブセットの範囲を定める境界であると理解されよう。一例において、これは、製造される手術キットの一部であるインプラントの境界を特定することを備えてよい。
【００４８】
本文において、手術キット境界（ＳＫＰ）は、第１の３次元表示のサブセットの範囲を定める境界であると理解されよう。一例において、これは、製造される手術キットの一部であるガイドの複数の可能な位置の境界を特定することを備えてよい。
【００４９】
本文において、幾何オブジェクトは、底部として第１の３次元表示のサブセット、上部として第２の３次元表示のサブセット、ならびに、幾何オブジェクトの上記上部および幾何オブジェクトの上記底部を相互接続する表面によって範囲を定められた幾何オブジェクトまたは体積であると理解されよう。第１または第２の３次元表示のサブセットは、ＣＤＰまたは手術キット境界ＳＫＰなどの境界によって範囲を定められてよい。
【００５０】
本文において、ＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアは、プロセッサに関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットの表示または製造を実行するよう命令すべく構成された複数のコンピュータプログラムコード部分を備える複数のデータ構造によって表された複数のデータ値であると理解されよう。
【００５１】
本文において、複数の部品の予め定められたモデルは、幾何オブジェクト、放射線画像データ、第１の３次元表示、および第２の３次元表示に基づいて適合されてよいインプラント部品およびインプラントガイド部品を備えるモデルであると理解されよう。一例において、インプラント部品は、損傷軟骨に置き換わるようサイズが適合されており、インプラントガイド部品は、第１および第２の３次元表示に一致するよう適合され、第１の表面または骨への複数の固定点を可能にし、インプラント部品の正確な配置を可能にし、インプラント部品の正確な取り付け角度を可能にする。
【００５２】
本文において、３次元表示品質値は、３次元表示に基づいて、予め定められた関係について決定された品質値であると理解されよう。一例において、これは、例えばユークリッド空間における複数の表面の間の距離の尺度を生成することによって、３次元表示を基準面と比較することを含んでよい。さらに別の例においては、これは、基準面と比較した、３次元表示の滑らかさまたは３次元表示のずれを評価することを含んでよい。
【００５３】
［図面の説明］
図１ａは、骨１３０および軟骨組織１２０を有する健康な関節１１０を示す。
【００５４】
図１ｂは、骨１５０および損傷軟骨組織１６０を有する損傷関節１４０を示す。
【００５５】
図２ａは、本開示の１または複数の実施形態による、関節の第１の表面２６０の生成された第１の３次元表示と、関節の第２の表面２３０の生成された第２の３次元表示と、生成された軟骨損傷境界ＣＤＰ２５０と、生成された手術キット境界ＳＫＰ２７０との側面の共通部分を示す。図２ａは、更に、関節の第２の表面２３０の上記第２の３次元表示が、どのように残りの軟骨組織外面に整合されるかを示す。
【００５６】
図２ｂは、本開示の１または複数の実施形態による、関節の第１の表面２６０の生成された第１の３次元表示と、生成された軟骨損傷境界ＣＤＰ２５０と、生成された手術キット境界ＳＫＰ２７０との上面図を示す。
【００５７】
図３ａは、関節の第１の表面の生成された第１の３次元表示３３０と、関節の第２の表面の生成された第２の３次元表示３２０と、幾何オブジェクト３５０との実施形態の概略図を示す。１または複数の実施形態において、幾何オブジェクトは、ＣＤＰ、第１の３次元表示、および第２の３次元表示に基づいて生成される。１または複数の実施形態において、上記第１の３次元表示３３０は、放射線画像データ、ポリゴンメッシュ、解剖模型、またはパラメトリック曲面における選択された複数のボクセルの形態で表される。
【００５８】
１つの非限定的例において、インプラント取り付け位置は、ＣＤＰによって含まれる第１の３次元表示上の位置として決定され、インプラント取り付け角度は、第１の３次元表示の法線または表面法線ベクトルとして決定される。上記第１の３次元表示の第１のサブセットは、ＣＤＰに基づいて決定される。ＣＤＰは更に、インプラント取り付け角度によって表された軸に沿って第２の３次元表示に移動させられ、上記第１の３次元表示の第２のサブセットは、移動させられたＣＤＰに基づいて決定される。次に幾何オブジェクトは、第１のサブセットと、第２のサブセットと、上記第１のサブセットおよび上記第２のサブセットを相互接続する表面とに基づいて生成される。
【００５９】
図３ｂは、本開示の方法に従って、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアに基づいて製造された手術キットを示す。上記制御ソフトウェアは、幾何オブジェクトを表すデータのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存している。１または複数の実施形態において、複数の部品の予め定められたモデルは、インプラント部品３５０およびインプラントガイド部品３６０を含む。１または複数の実施形態において、複数の部品の予め定められたモデルは更に、インプラント支持体部品３７０を含む。１または複数の実施形態において、インプラント部品は幾何オブジェクトに基づいて適合される。１または複数の実施形態において、インプラントガイド部品は、幾何オブジェクトおよびＳＫＰに基づいて適合される。
【００６０】
１つの非限定的例において、インプラント部品は、インプラント部品を縮小拡大および回転することで適合され、それにより、インプラント部品は上記幾何オブジェクト内に含まれ、かつ、インプラント部品の上面または外面は幾何オブジェクトと整合され、それにより非損傷軟骨組織ともまた整合する。
【００６１】
関節の関節接合面における軟骨修復用のカスタマイズされた手術キットを設計および製造すべく、軟骨組織の下層の骨などの基準面を特定することが必要である。この基準面は、放射線画像データから第１の表面を抽出することにより、例えば、セグメント化処理制御パラメータセットに依存した放射線画像セグメント化処理において第１の表面の第１の３次元表示を生成することにより特定される。この生成された第１の３次元表示または表面の品質および精度はセグメント化処理制御パラメータセットに依存し、個々の患者について、および、関節の個々の種類、例えばひざ、つま先、ひじ等について異なってよい。この生成された第１の３次元表示の品質および精度を上げるべく、セグメント化処理制御パラメータセットはパラメータトレーニングを通して取得されてよい。パラメータトレーニングは概して、特定のモデル、例えば、目的関数を第１の表面の第１の３次元表示などの観察されたデータに一致させるよう試みることを含む。
【００６２】
図４は、本開示による、トレーニング可能な画像セグメント化処理のための方法の実施形態の概略図を示す。１または複数の実施形態において、関節の第１の表面の第１の３次元表示４６０は、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット４３０および放射線画像データ４１０に依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理４５０において生成される。１または複数の実施形態において、当該方法は更に、
Ｉ）予め定義された順序付けられた、セグメント化処理制御パラメータインスタンスのセットを取得する段階と、
ＩＩ）上記放射線画像データおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの第１のインスタンスに基づいて、上記第１の表面の第１の３次元表示４６０を生成する段階と、
ＩＩＩ）上記第１の３次元表示をメモリまたはデータバッファ４８０に格納する段階と、
ＩＶ）上記放射線画像データおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの次のインスタンスに基づいて上記第１の表面の第１の３次元表示４６０を生成する段階と、
Ｖ）上記第１の３次元表示をデータバッファ４８０に格納する段階と、
ＩＩＩ）上記予め定義された順序付けられたセットの全てのインスタンスについて段階Ｉおよび段階ＩＩを繰り返す段階と、
ＩＶ）第１の３次元表示品質値に基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット４９０を決定する段階であって、上記第１の３次元表示品質値は、データバッファ４８０に格納された上記３次元表示と、上記予め定義された順序付けられたセットと、予め定められた目的関数とに基づいている、段階とを備える。
【００６３】
１つの非限定的例において、セグメント化処理制御パラメータの予め定義されたインスタンス数は、順序付けられたセット、例えば、セグメント化処理において使用された、前に使用された１０個のパラメータセットとして取得される。第１の３次元表示は、複数のセグメント化処理制御パラメータの各インスタンスについて生成され、データバッファまたはメモリに格納される。目的関数、例えば、セグメント化表面がパラメトリック曲面などの基準面からどれくらいずれているかの尺度は、第１の３次元表示品質値を決定するために使用される。次に、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットは、例えば、第１の３次元表示品質値に基づいて、順序付けられたセットからインスタンスを選択することによって、第１の３次元表示品質値に基づいて、順序付けられたセットからの複数のインスタンスを組み合わせることによって、または、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの新たなインスタンスを生成するために決定される。代替的な複数の実施形態において、当業者には既知の、３Ｄ表面／メッシュの粗さの尺度などの任意の目的関数が使用されてよい。
【００６４】
図５は、本開示の方法によるトレーニング可能な画像セグメント化処理の実施形態の概略図を示す。１または複数の実施形態において、トレーニング可能な画像セグメント化処理５５０での関節の第１の表面の第１の３次元表示５６０は、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット５３０および放射線画像データ５１０に依存している。１または複数の実施形態において、当該方法は、更に、
Ｉ）初期のセグメント化処理制御パラメータセット５２０を取得する段階と、
ＩＩ）トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット５３０を上記初期のセグメント化処理制御パラメータセット５２０として決定する段階と、
ＩＩＩ）上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに基づいて上記第１の表面の第１の３次元表示５６０を生成する段階と、
ＩＶ）第１の３次元表示品質値に基づいて、差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット５４０を決定する段階５７０であって、上記第１の３次元表示品質値は、上記３次元表示５６０および予め定められた目的関数に基づいている、段階と、
Ｖ）上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット５２０および上記差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット５４０に基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット５３０を決定する段階と、
ＶＩ）上記第１の３次元表示品質値が、予め定義された品質値閾値より下または上である場合、上記段階ＩＩＩ−段階ＶＩを繰り返す段階とを備える。
【００６５】
１つの非限定的例において、初期のセグメント化処理制御パラメータセットは、例えば、前に使用され格納されたセグメント化処理制御パラメータセットとして取得される。初期のセグメント化処理制御パラメータセットは、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットとして決定され、関節を描写する受信された放射線画像データと共に、トレーニングされたセグメント化処理において使用されて第１の３次元表示が生成される。生成された第１の３次元表示は、予め定められた目的関数、例えば、セグメント化表面が基準面からどれくらいずれているかの尺度によって評価され、第１の３次元表示品質値が取得される。差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットは、例えば、上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに、予め定められたデルタ値を適用することによって、または、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび第１の３次元表示品質値を備える予め定められたテーブル内で検索を実行することによって、第１の３次元表示品質値に基づいて決定される。更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットは、更に、上記差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに基づいて決定される。次に、方法の複数の段階は、上記第１の３次元表示品質値が、予め定義された品質値閾値より下、それより上またはそれに等しいと決定されるまで繰り返されてよい。
【００６６】
図６は、本開示の方法によるトレーニング可能な動的モデル処理の実施形態の概略図を示す。１または複数の実施形態において、トレーニング可能な動的モデル処理６５０での関節の第２の表面の第２の３次元表示６６０は、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセット６３０および放射線画像データ６１０に依存している。１または複数の実施形態において、当該方法は、更に、
Ｘ）初期の動的モデル処理制御パラメータセット６２０を取得する段階と、
ＸＩ）トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセット６３０を上記初期の動的モデル処理制御パラメータセット６２０として決定する段階と、
ＸＩＩ）上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データ６１０に基づいて、上記第２の表面の第２の３次元表示６６０を生成する段階と、
ＸＩＩＩ）３次元表示品質値に基づいて、差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセット６４０を決定する段階６７０であって、上記３次元表示品質値は上記３次元表示６６０に基づいている、段階と、
ＸＩＶ）上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセット６２０および上記差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセット６４０に基づいて、更新されたトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセット６３０を決定する段階と、
ＸＶ）上記３次元表示品質値が、予め定義された品質値閾値より下または上である場合、上記段階Ｘ−段階ＸＶを繰り返す段階とを備える。
【００６７】
１または複数の実施形態において、第２の３次元表示を生成する段階は、更に、解剖模型またはパラメトリック曲面などの動的モデルに基づいている。
【００６８】
１つの非限定的例において、初期の動的モデル処理制御パラメータセットは、例えば、前に使用され格納された動的モデル処理制御パラメータセットとして取得される。初期の動的モデル処理制御パラメータセットは、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットとして決定され、関節を描写する受信された放射線画像データと共にトレーニングされた動的モデル処理において使用されて第２の３次元表示が生成される。生成された第２の３次元表示は、予め定められた目的関数、例えば、生成された第２の３次元表示が基準面からどれくらいずれているかの尺度によって評価されて第２の３次元表示品質値が取得される。差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットは、例えば、予め定められたデルタ値を上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットに適用することによって、または、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび第２の３次元表示品質値を備える予め定められたテーブル内で検索を実行することによって、第２の３次元表示品質値に基づいて決定される。更新されたトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットは、更に、上記差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットに基づいて決定される。次に、方法の複数の段階は、上記第２の３次元表示品質値が予め定義された品質値閾値より下、それより上またはそれに等しいと決定されるまで繰り返されてよい。
【００６９】
図７は、軟骨修復用手術キットを製造するためのシステムの実施形態の概略図を示す。１または複数の実施形態において、システムは、ユーザ入出力デバイス７１１を介して、ユーザの指示を軟骨損傷を示す診断データおよび患者７１４関連情報として受け入れるよう構成された診断プロセッサ７１３を有する診断センタ７１０を備える。診断プロセッサ７１３は、更に、通信ネットワーク７４０を介して診断データを放射線撮像センタ７２０に送信するよう構成されている。更に放射線撮像センタ７２０は、ユーザに診断データを提示し、放射線画像デバイス７２４、例えば、ＣＴまたはＭＲスキャナから放射線画像データを取得し、通信ネットワーク７４０を介して診断データおよび放射線画像データを信号としてインプラント設計センタに送信するよう構成された撮像プロセッサ７２３を含む。インプラント設計センタは、診断データおよび放射線画像データを受信し、任意で、上記診断データおよび放射線画像データをメモリ７３２に格納するよう構成されたプロセッサ７３３を含む。プロセッサ７３３は、更に、トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成し、トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成し、上記放射線画像データに基づいて軟骨損傷境界ＣＤＰ生成し、上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＣＤＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成し、幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成するよう構成されている。上記幾何オブジェクトは特定された軟骨損傷を表し、上記幾何オブジェクトは、上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＣＤＰによって限定されている。プロセッサ７３３は更に、上記制御ソフトウェアをインプラント製造センタ７４０に送信するよう構成されている。インプラント製造センタ７４０は、制御ソフトウェアを受信し、任意で、上記診断データおよび放射線画像データをメモリ７４２に格納するよう構成されたプロセッサ７４３を含む。プロセッサ７４３は更に、上記受信された制御ソフトウェアに基づいて、軟骨修復用手術キットを製造する製造ラインを制御するよう構成されている。
【００７０】
図８は、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成するよう適合されたインプラント設計センタの実施形態の概略図を示す。１または複数の実施形態において、インプラント設計センタは、例えば、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、またはデスクトップコンピュータの形態である。上記インプラント設計センタは、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成するよう構成されている。設計センタは更に、処理ユニット８１０を制御して、本明細書に記載された複数の方法の実施形態の複数の段階および複数の機能を実行するよう適合された、特別に設計されたプログラミングまたはプログラムコード部分が提供されたプロセッサ／処理ユニット８１０を含む。コンピュータシステムは更に、プロセッサ８１０から受信された複数のデータ値または複数のパラメータを格納する、または、複数のデータ値または複数のパラメータを読み出しプロセッサ８１０に送信するよう構成された少なくとも１つのメモリ８３０を含む。１または複数の実施形態において、設計センタは更に、プロセッサ８１０から信号を受信し、受信された信号を表示画像として、例えば設計センタのユーザに対して表示するよう構成されたディスプレイを含む。１または複数の実施形態において、設計センタは更に、ユーザからの複数の指示を受信し、ユーザ入力を示すデータを生成し、それによりユーザがインプラント設計センタと連係可能にするよう構成されたユーザ入力デバイス８２５を含む。ユーザ入力デバイス８２５は更に、生成されたデータを信号として上記プロセッサ８１０に送信するよう構成されている。１または複数の実施形態において、コンピュータシステムは更に、複数のデータ値または複数のパラメータを通信用インターフェース８４０を介してプロセッサ８１０と外部ユニットとの間でやり取りするよう構成された通信用インターフェース８４０を含む。１または複数の実施形態において、通信用インターフェース８４０は通信ネットワークを介して通信するよう構成されている。
【００７１】
［更なる実施形態］
図９は、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法のフローチャートを示す。１または複数の実施形態において当該方法は、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階９１０と、
トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階９２０と、
上記第１の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階９５０であって、上記幾何オブジェクトは上記第１の表面によって限定されている、段階と、
幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階９７０とを備える。
【００７２】
図１０は、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法のフローチャートを示す。１または複数の実施形態において、当該方法は、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階１０１０と、
トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階１０２０と、
トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階１０３０と、
上記第１の表面および上記第２の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階１０６０であって、上記幾何オブジェクトは、上記第１の表面および上記第２の表面によって限定されている、段階と、
幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階１０７０とを備える。
【００７３】
図１１は、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法のフローチャートを示す。１または複数の実施形態において、当該方法は、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階１１１０と、
トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階１１２０と、
トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階１１３０と、
上記放射線画像データに基づいて軟骨損傷境界ＣＤＰを生成する段階１１４０と、
上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＣＤＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階１１６０であって、上記幾何オブジェクトは特定された軟骨損傷を表し、上記幾何オブジェクトは、上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＣＤＰによって限定されている、段階と、
幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階１１７０とを備える。
【００７４】
図１２は、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法のフローチャートを示す。１または複数の実施形態において、当該方法は、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階１２１０と、
トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階１２２０と、
トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階１２３０と、
上記放射線画像データに基づいて手術キット境界ＳＫＰを生成する段階１２５０と、
上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＳＫＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階１２６０であって、上記幾何オブジェクトは特定された軟骨損傷を表し、上記幾何オブジェクトは、上記第１の表面、上記第２の表面、および上記ＳＫＰによって限定されている、段階と、
幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階１２７０とを備える。
【００７５】
図１３は、関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのコンピュータで実施される方法のフローチャートを示す。１または複数の実施形態において、当該方法は、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階１３１０と、
トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階１３２０と、
トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階１３３０と、
上記放射線画像データに基づいて軟骨損傷境界ＣＤＰを生成する段階１３４０と、
上記放射線画像データに基づいて手術キット境界ＳＫＰを生成する段階１３５０と、
上記第１の表面、上記第２の表面、上記ＳＫＰ、および上記ＣＤＰに基づいて、幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階１３６０であって、上記幾何オブジェクトは特定された軟骨損傷を表し、上記幾何オブジェクトは、上記第１の表面、上記第２の表面、上記ＳＫＰ、および上記ＣＤＰによって限定されている、段階と、
幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階１３７０とを備える。
【００７６】
１または複数の実施形態において、インプラント設計センタシステムは、プロセッサユニット（例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ、または、様々な処理動作を実行するための複数の命令を実行可能な他の回路若しくは集積回路）を備える。
【００７７】
１または複数の実施形態において、インプラント設計センタは、遠隔検査システムのプロセッサによって実行されると、プロセッサに本明細書において記載された複数の方法を実行させる機械可読コードが格納されている非一時的機械可読媒体を備える。
【００７８】
１または複数の実施形態において、コンピュータプログラム製品は、プロセッサにおいて実行されると、本明細書において記載された方法の複数の段階のうちの何れかまたは全てを実行するよう構成されたコンピュータ可読コードを備える。
【００７９】
適用可能な場合、本開示によって提供された様々な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの複数の組み合わせを使用して実施され得る。加えて、適用可能な場合、本明細書において述べられた様々なハードウェアコンポーネントおよび／またはソフトウェアコンポーネントは、本開示の主旨から逸脱することなく、ソフトウェア、ハードウェア、および／またはその両方を備える複数の複合部品に組み合わされ得る。適用可能な場合、本明細書において述べられた様々なハードウェアコンポーネントおよび／またはソフトウェアコンポーネントは、本開示の主旨から逸脱することなく、ソフトウェア、ハードウェア、またはその両方を備える複数の従属部品に分けられ得る。加えて、適用可能な場合、複数のソフトウェアコンポーネントは複数のハードウェア部品として実施されること、およびその逆が考えられ得る。
【００８０】
本開示による、非一時的命令、プログラムコード、および／またはデータなどのソフトウェアは、１または複数の非一時的機械可読媒体に格納され得る。本明細書において特定されたソフトウェアが、ネットワーク化されたおよび／または他の方法による１または複数の汎用コンピュータ若しくは特定用途向けコンピュータ、および／またはコンピュータシステムを使用して実施され得ることもまた考えられる。適用可能な場合、本明細書において記載された様々な段階の順序は、本明細書において記載された複数の特徴を提供すべく、変更させられ、複数の複合段階に組み合わされ、および／または、複数の副段階に分けられ得る。
【００８１】
上記において記載された複数の実施形態は本発明を説明はするが限定はしない。本発明の複数の原理に従って、数々の変形形態および変更形態が可能であることもまた理解されるべきである。従って、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ定義される。
［項目１］
関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造する方法であって、
関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階と、
トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセット（４２０）および上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において上記関節の第１の表面（２６０）の第１の３次元表示（３３０，４６０）を生成する段階と、
上記第１の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは上記第１の表面によって限定されている、段階と、
幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用の上記手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階とを備える
方法。
［項目２］
トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な動的モデル処理において上記関節の第２の表面（２３０）の第２の３次元表示（３２０）を生成する段階と、
更に上記第２の３次元表示に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは更に上記第２の表面によって限定されている、段階とを更に備える
項目１に記載の方法。
［項目３］
上記放射線画像データに基づいて軟骨損傷境界ＣＤＰを生成する段階と、
更に上記ＣＤＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは更に上記ＣＤＰによって限定されている、段階とを更に備える
項目１に記載の方法。
［項目４］
上記放射線画像データに基づいて手術キット境界ＳＫＰを生成する段階と、
更に上記ＳＫＰに基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは更に上記ＳＫＰによって限定されている、段階とを更に備える
項目１に記載の方法。
［項目５］
トレーニング可能な画像セグメント化処理において上記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階は、更に、
Ｉ）予め定義された順序付けられた、セグメント化処理制御パラメータインスタンスのセットを取得する段階と、
ＩＩ）上記放射線画像データおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの上記第１のインスタンスに基づいて上記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
ＩＩＩ）上記第１の３次元表示をデータバッファに格納する段階と、
ＩＶ）上記放射線画像データおよび上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットの次のインスタンスに基づいて上記第１の表面の第１の３次元表示４６０を生成する段階と、
Ｖ）上記第１の３次元表示をデータバッファに格納する段階と、
ＶＩ）上記予め定義された順序付けられたセットの全てのインスタンスについて段階ＩＶおよび段階Ｖを繰り返す段階と、
ＶＩＩ）第１の３次元表示品質値に基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階であって、上記第１の３次元表示品質値は、上記データバッファに格納された複数の上記３次元表示と、上記予め定義された順序付けられたセットと、予め定められた目的関数とに基づいている、段階とを含む、
項目１に記載の方法。
［項目６］
トレーニング可能な画像セグメント化処理において上記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階は、更に、
ＸＩ）初期のセグメント化処理制御パラメータセットを取得する段階と、
ＸＩＩ）トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを上記初期のセグメント化処理制御パラメータセットとして決定する段階と、
ＸＩＩＩ）上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに基づいて上記第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階と、
ＸＩＶ）第１の３次元表示品質値に基づいて差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階であって、上記第１の３次元表示品質値は、上記３次元表示および予め定められた目的関数に基づいている、段階と、
ＸＶ）上記トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記差分のトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットに基づいて、更新されたトレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットを決定する段階と、
ＸＶＩ）上記第１の３次元表示品質値が、予め定義された品質値閾値より下または上である場合、段階ＸＩＩＩ−段階ＸＶＩを繰り返す段階とを含む、
項目１に記載の方法。
［項目７］
トレーニング可能な画像セグメント化処理において上記関節の第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階は、更に、
ＸＸ）初期の動的モデル処理制御パラメータセットを取得する段階と、
ＸＸＩ）トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを上記初期の動的モデル処理制御パラメータセットとして決定する段階と、
ＸＸＩＩ）上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに基づいて上記第２の表面の第２の３次元表示を生成する段階と、
ＸＸＩＩＩ）３次元表示品質値に基づいて差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを決定する段階であって、上記３次元表示品質値は、上記３次元表示に基づいている、段階と、
ＸＸＩＶ）上記トレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットおよび上記差分のトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットに基づいて、更新されたトレーニングされた動的モデル処理制御パラメータセットを決定する段階と、
ＸＸＶ）上記３次元表示品質値が予め定義された品質値閾値より下または上である場合、段階ＸＸ−段階ＸＸＶを繰り返す段階とを含む、
項目２に記載の方法。
［項目８］
上記放射線画像データは、Ｘ線、超音波、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、核医学、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）、および磁気共鳴断層撮影（ＭＲＩ）から選択されたものに基づいている、
項目１に記載の方法。
［項目９］
関節の関節接合面における軟骨修復用手術キットを製造するためのインプラント設計センタシステムであって、
メモリ８３０と、
通信用インターフェース８４０と、
−関節の３次元画像を表す放射線画像データを受信する段階、
−トレーニングされたセグメント化処理制御パラメータセットおよび上記放射線画像データに依存したトレーニング可能な画像セグメント化処理において上記関節の第１の表面の第１の３次元表示を生成する段階、
−上記第１の表面に基づいて幾何オブジェクトを表すデータのセットを生成する段階であって、上記幾何オブジェクトは上記第１の表面によって限定されている、段階、および
−幾何オブジェクトを表す上記データのセットと、上記手術キットの複数の部品の予め定められたモデルとに依存した、軟骨修復用手術キットを製造すべくＣＡＤシステムまたはＣＡＭシステムを制御するよう適合された制御ソフトウェアを生成する段階を実行するよう構成されたプロセッサ８１０とを備える
インプラント設計センタシステム。
［項目１０］
上記プロセッサ８１０は、更に、項目２−８の複数の段階の何れかを実行するよう構成されている、
項目９に記載のインプラント設計センタシステム。
［項目１１］
プロセッサにおいて実行されると、項目１−８に記載の方法の複数の段階の何れかまたは全てを実行するよう構成されたコンピュータ可読コードを備えるコンピュータプログラム製品。
［項目１２］
プロセッサにおいて実行されると、項目１−８に記載の方法の複数の段階の何れかまたは全てを実行するよう構成されたコンピュータ可読コードが格納された非一時的コンピュータ可読メモリ。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ−２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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