(57)【要約】  ２コンポーメント人工膝関節のために大腿骨の遠位部分及び遠位部分の前方部分を切除する方法は、提供される。該方法は、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示を発生することを含む。仮想的な前方切除平面は、所定の深さで計算され、且つ大腿骨に対して所定の角度で方向付けされる。該方法は、仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点とＡＰラインとを確認する。内反角度／外反角度及び前方―後方距離は、計算される。前方切除ガイド及び遠位切除ガイドは、該方法から計算されるパラメータによってナビゲートされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿骨の遠位部分及び遠位部分の前方部分を切除する方法であって、
前記大腿骨の前記遠位部分の幾何学的表示を発生するステップと、
前記大腿骨の前記遠位部分の前記前方部分に前記所定の深さで、前記大腿骨の前記遠位部分の前記幾何学的表示内に仮想的な前方切除平面を生成し、前記仮想的な前方切除平面が内側回転／外側回転における前記大腿骨に対して所定の角度で方向付けられているステップと、
前記仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点を選択するステップと、
前記大腿骨の前記遠位部分の前記幾何学的表示にＡＰラインを確認するステップと、
前記大腿骨の機械軸に対して垂直な平面と前記横部分の前記最遠位点及び前記ＡＰラインを貫通している平面との間の内反角度／外反角度を計算するステップと、
前記大腿骨の顆状突起の前方部分と交差点との間の前方―後方距離を測定するステップと、
前記大腿骨の前記顆状突起の前記前方部分と前記交差点との間の前記前方―後方距離によって決定される深さで、前記ＡＰラインに対して垂直に前方切除ガイドをナビゲートするステップと、
前記内反角度／外反角度に従って方向付けされた遠位切除ガイドをナビゲートするステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記大腿骨の前記顆状突起は、内側顆状突起とされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記幾何学的表示は、ポイントクラウドから計算されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記幾何学的表示は、ＭＲＩから計算されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記遠位切除の深さは、屈曲―伸展のバランスに従ってさらに調節されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
大腿骨の遠位部分及び遠位部分の前方部分を切除するためのシステムであって、
前記大腿骨の前記遠位部分の幾何学的表示と、
前記大腿骨の前記遠位部分の前方部分に所定の深さで、前記大腿骨の前記遠位部分の前記幾何学的表示内の仮想的な前方切除平面であって、内側回転／外側回転における前記大腿骨に対して所定の角度で方向付けられており、前記仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点と前記大腿骨の前記遠位部分の幾何学的表示に対するＡＰラインと、を含み、前記大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離を有している仮想的な前方切除平面と、
前記大腿骨の機械軸に対して垂直な平面と前記横部分の前記最遠位点及び前記ＡＰラインを貫通している平面との間の内反角度／外反角度を計算するように構成されるコンピュータコードと、
前記大腿骨の前記顆状突起の前記後方部分と前記交差点との間の前記前方―後方距離によって決定される深さで、前記ＡＰラインに対して垂直にナビゲートされる前方切除ガイドと、
前記内反角度／外反角度に従ってナビゲートされる遠位切除ガイドと、
を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項７】
前記大腿骨の前記顆状突起は、内側顆状突起とされることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記幾何学的表示は、ポイントクラウドから計算されることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記幾何学的表示は、ＭＲＩから計算されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記遠位切除の深さは、屈曲―伸展のバランスに従ってさらに調節されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記前方切除ガイド及び前記遠位切除ガイドに取り付けられる基準点及び前記大腿骨に取り付けられる基準点をさらに備えていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００７年２月１４日付で提出された、米国特許仮出願第６０／８８９，８７６号の利益を主張する。
【０００２】
本願発明は、コンピュータ支援外科手術に関する。より具体的には、部分的な人工膝関節のためのコンピュータ支援外科手術に関する
【背景技術】
【０００３】
人工膝関節手術システム及び人工膝単顆置換術システムのためのコンピュータ支援外科手術のためのシステムは、周知である。同様に３コンポーネント膝関節手術として周知である人工膝関節手術は、大腿骨の内側顆状突起及び外側顆状突起の両方と、滑車溝として周知である、膝蓋骨が大腿骨と接触する大腿骨の顆間領域と、を置換する。膝蓋骨はまた、この人工膝関節手術システムで置換されることができる。人工膝関節手術の外科手術中に、膝靭帯は、膝が外科医のためにアクセス可能とされるように、移植より前に一般的に切断される。人工膝単顆置換術システムは、顆状突起の１つ（単顆人工関節）又は滑車溝（膝蓋大腿の人工関節）の一方を置換する。
【０００４】
顆状突起のいずれか及び滑車溝を置換している２コンポートメント膝関節移植手術は、解剖的な顆状突起の一方が手術を通じて無傷のままであることを可能にする。さらに、２コンポーメント膝関節移植は、人工膝関節手術に対して代替的に残している靭帯となる場合がある。人工膝関節移植手術のための手術方法は、大腿骨及び脛骨の髄内のカナルを通じて、大腿骨及び脛骨に対して取り付けられ、且つ位置付けられたジグ及びガイドを使用する。髄内のカナルに入り込むガイドは、骨に対して切断しているジグを位置付けるために、コンピュータ支援外科手術を使用している外科的処置より観血的とされる場合があり、且つ脂肪塞栓症の危険性を増加する場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の実施形態において、大腿骨の遠位部分及び遠位部分の前方部分を切除する方法は、提供される。該方法は、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示を発生することを含む。他のステップは、遠位の大腿骨の前方部分に、所定の深さで大腿骨の遠位部分の幾何学的表示内に仮想的な前方切除平面を生成する。仮想的な前方切除平面は、内側回転／外側回転における大腿骨に対して所定の角度で方向付けられる。該方法は、仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点を選択する。他のステップは、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示にＡＰラインを確認する。該方法は、大腿骨の機械軸（mechanical axis）に対して垂直な平面と、横部分の最遠位点及びＡＰラインを通過する平面と、の間の内反角度／外反角度を計算する。ステップは、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離を測定する。他のステップは、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離によって決定される深さで、ＡＰラインに対して垂直な前方切除ガイドをナビゲートする。該方法は、内反角度／外反角度に従って方向付けされた遠位切除ガイドをナビゲートするステップを含む。
【０００６】
代替的な実施形態において、大腿骨の顆状突起は、内側顆状突起とされる場合がある。
【０００７】
該方法の代替的な実施形態において、幾何学的表示は、ポイントクラウドから計算される場合がある。
【０００８】
代替的には、幾何学的表示は、ＭＲＩから計算される場合がある。
【０００９】
さらに別の代替的な実施形態は、遠位切除の深さが屈曲―伸展のバランスに従って、さらに調節される方法を含む。
【００１０】
代替的な実施形態は、大腿骨の遠位部分及び遠位部分の前方部分を切除するためのシステムを提供する。システムは、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示を含む。遠位の大腿骨の前方部分に所定の深さで、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示内の仮想的な前方切除平面は、提供される。仮想的な前方切除平面は、内側回転／外側回転における大腿骨に対して所定の角度で方向付けられることができる。仮想的な前方切除平面は、仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点と、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示にＡＰラインと、を含む。幾何学的表示は、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離を有している。コンピュータコードは、大腿骨の機械軸に対して垂直な平面と横部分の最遠位点及びＡＰラインを貫通する平面との間の内反角度／外反角度を計算するように構成されることができる。前方切除ガイドは、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離によって決定される深さで、ＡＰラインに対して垂直にナビゲートされることができる。遠位切除ガイドは、内反角度／外反角度に従ってナビゲートされることができる。
【００１１】
代替的なシステムは、大腿骨の顆状突起が、内側顆状突起とされることができることを提供する。
【００１２】
他の実施形態において、幾何学的表示は、ポイントクラウドから計算される。
【００１３】
他の実施形態において、幾何学的表示は、ＭＲＩから計算されることができる。
【００１４】
代替的には、遠位切除の深さは、屈曲―伸展のバランスに従ってさらに調節される。
【００１５】
さらなる他の実施形態において、前方切除ガイド及び前記遠位切除ガイドに取り付けられる基準点及び大腿骨に取り付けられる基準点が、設けられる。
【００１６】
本願明細書内に組み込まれ、且つ本願明細書の一部を形成する添付している図面は、本願発明の原理、特性、及び特徴を説明するために役立つ、記載された説明とともに本願発明の実施形態を図示する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】２コンパートメント人工膝関節の例を示す図である。
【図２】大腿骨のための前方切除ガイドの例を示す図である。
【図３】大腿骨のための遠位切除ガイドの例を示す図である。
【図４】本願発明の態様による大腿骨を切断するためのステップのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
好ましい実施形態の以下の説明は、実際は、単なる例示であり、且つその発明、その用途又は使用を制限するように意図されたものではない。
【００１９】
図示している図面を次に参照して、図１は、２コンパートメント人工膝関節１０の例を示す。人工膝関節１０は、大腿骨コンポーネント１２と、脛骨コンポーネント１４と、含む。大腿骨コンポーネント１２は、顆状突起部分１６と、滑車溝部分（trochlear groove portion）１８と、を含む。脛骨コンポーネント１４は、接合面２０と、脛骨トレイ２２と、を含む。
【００２０】
大腿骨コンポーネント１２は、大腿骨顆状突起及び滑車溝の上に置くように構成される。図１の人工膝関節１０が内側顆状突起の２コンパートメント人工膝関節として示される一方、外側顆状突起の２コンパートメント人工膝関節は、同様に大腿骨の顆状突起及び滑車溝の一方の上に置くであろう。内側顆状突起の２コンパートメント人工膝関節の形状は、外側顆状突起の２コンパートメント人工膝関節と異なる場合がある。いずれの実施形態において、大腿骨の人工膝関節１０は、大腿骨の本来の形状に略近似するように構成される。
【００２１】
脛骨コンポーネント１４は、接合面２０と、脛骨トレイ２２と、を含む。脛骨トレイ２２は、脛骨に取り付け、且つ接合面２０を支持するように構成される。接合面２０は、大腿骨コンポーネント１２の顆状突起部分１６に合うように略形成される。接合面２０は、例えば、ポリエチレン材料からなることができ、該ポリエチレン材料は、接合面２０と大腿骨コンポーネント１２との間の最小限の摩擦的な干渉を促進することができる。接合面２０は、大腿骨コンポーネント１２から脛骨コンポーネント１４へ力の成分を伝達するための表面を提供する一方、脛骨コンポーネント１４に対して大腿骨コンポーネント１２の回転を可能にする。
【００２２】
大腿骨コンポーネント１２及び脛骨コンポーネント１４が本来の大腿骨及び脛骨に配置されるために、骨は、大腿骨及び脛骨から取り除かれなければならない。骨が取り除かれる場合に、大腿骨コンポーネント１２及び脛骨コンポーネント１４は、大腿骨コンポーネント１２及び脛骨コンポーネント１４を囲んでいる本来の骨に対して平坦に窪ませることができる。骨の幾何学的形状は、非常に複雑であり、且つ人によって変化する。大腿骨及び脛骨から離隔して骨を切断する場合に、切断深さ、切断角度（全方向における）、及び切断長さなどの変化量は、考慮されなければならない。図２及び図３に示されるように、切除ガイドは、コンピュータ支援外科システムにおいて実施される場合に、それらの切断変化量を設定する。
【００２３】
図２を次に参照して、図２は、大腿骨３２のための前方切除ガイド３０の例である。ピン３４及びパドル３６などの、保持しているコンポーネントは、大腿骨３２に対して前方切除ガイド３０を位置付け、且つ配置する。遠位ピン３８はまた、大腿骨３２に対して切除ガイドを位置付け、且つ配置することができる。位置付け、且つ配置しているコンポーネント３４−３８は、ナイフガイド４０が大腿骨３２の前方面から大腿骨３２の凹み部分４２を得るように配置する位置で、前方切除ガイド３０を配置するように構成される。位置付け、且つ配置しているコンポーネント３４−３８は、前方切断の角度方向を設定する。ナイフガイド４０に取り付けられた深さゲージ４４は、前方切断の深さを設定する。
【００２４】
図３を次に参照して、図３は、大腿骨３２のための遠位切除ガイド５０の例である。コンピュータ支援外科システムによって画定される転移点５２は、遠位切断が該点から生じる点である。前方切断に対するパドル５４は、前方切断に対して遠位切除ガイド５０を方向付ける。外反コレット５６は、遠位切除ガイド５０の位置合わせガイド６０に関してその方向５８によって画定された角度シフトを方向付ける。遠位切除ガイド５０は、切断が前方面から後方面へ移動するにつれて、外側に延在している転移点５２からの所定の角度で、大腿骨３２の遠位部分を切断するように位置付けられる。外反コレット５６は、切断の外反位置合わせを方向づける。同時に、前方切除及び遠位切除の相互作用は、人工膝関節と本来の骨との間で移行区域を決定する。
【００２５】
同時に、前方切除ガイド３０及び遠位切除ガイド５０は、前方切除及び遠位切除に位置付け、且つ方向付ける。それらの切除は、人工関節を配置するための基本的な切断を形成する。前方切除ガイド３０及び遠位切除ガイド５０は、移植片の表面から大腿骨３２の本来の骨への移行が略連続的であるように、寸法決めされる。人工関節の略連続性を形成するために、切除ガイドは、大腿骨３２の幾何学形状に従って配置されなければならない。幾何学形状は、ＣＴスキャン、ＭＲＩ、又は他のスキャン技術を通じて発生した表面のポイントクラウド画像（point cloud representation）によって決定されることができる。幾何学形状はまた、ＣＴスキャン、ＭＲＩ、又は他のスキャン技術から参照される特定の基準点によって示されることができる。コンピュータ支援外科システム内で分割され、且つ大腿骨の物理的な幾何学形状に移行される場合に、例えば、大腿骨の物理的な幾何学形状に取り付けられ、且つガイド３０及び５０に取り付けられる基準点を通じて、計算された幾何学形状は、大腿骨３２の前方切除が生じる切除ガイドの適切な配置を可能にする。基準点は、大腿骨に対して切除ガイド３０及び５０を適切に方向づけ、且つ配置するために、コンピュータ支援外科システム内に記録されることができる。骨の切除された前方部分及び遠位部分が取り除かれた場合に、次いで、大腿骨の切断ブロックは、骨を人工関節１０の内側に一致させる追加の切断をなすように構成されることができる。
【００２６】
図４を次に参照して、図４は、本発明の態様による大腿骨を切断するためのステップのフローチャートである。該方法は、ステップ７０で始まる。仮想的な前方切除平面は、ステップ７２で生成される。ステップ７４は、遠位の交差点を決定する。ＡＰラインは、ステップ７６で生成される。交差点及びＡＰラインを貫通している平面は、ステップ７８で発生する。ステップ８０は、交差点と後方基準フレームとの間の距離を報告する。ステップ８２は、シフト効果を報告する。ステップ７２−８２の計算から、前方切除及び遠位切除は、ステップ８４でナビゲートされる。ステップ８６において、大腿骨の処理は、完了される。該方法は、ステップ８８で終了する。
【００２７】
ステップ７２において、仮想的な前方切除平面は、前方表層に接して生成される。該平面は、前方切除が大腿骨の表面を交差するであろう表面の点を決定するために使用される。ステップ７４における交差点は、ステップ７２の仮想的な前方切除平面から計算され、且つ関節のポイントクラウドは、関節のポイントクラウド及び仮想的な前方切除平面の最遠位の交差点を決定するように大腿骨の幾何学的形状から計算される。ＡＰラインはまた、ステップ７６におけるポイントクラウドから計算される。ＡＰラインは、最近位点で滑車溝に接して計算される。
【００２８】
交差点及びＡＰラインはともに、ステップ７８における平面を画定するために使用される。この平面と機械軸との間の角度は、報告される。この平面は、外反角度を決定するために使用されることができ、且つ遠位のポイントクラウドの最遠位点で、遠位の顆状突起のポイントクラウド基準フレームによって決定される遠位点に対して、所定の角度を決定するために使用されることができる。この遠位の基準フレームは、交差点に対する前方―後方距離を決定するために使用される。ステップ８２において、外反角度及び遠位切除に対する前方又は後方のシフト効果は、報告される。全ての計算は、切除のための前方及び遠位の切除ガイドを位置付け、且つ配置するように使用される。ガイドは、移植片と大腿骨の横の遠位の軟骨組織との間に、滑らかな移行区域を形成するように、ステップ８４でナビゲートされる。前方切除及び遠位切除に対する大腿骨の切断ブロックの仕上げの切断は、ステップ８６でなされ、且つ大腿骨の処理は、完成される。方法は、ステップ８８で終了する。
【００２９】
上述された方法及び装置は、脂肪塞栓症の危険性を増加する場合があるＩＭロッドを使用する必要がなく、完成されるように大腿骨の処理を可能にする。前方切除及び遠位切除の配置の正確さは、切除が両方の切除をなすより前に計算されるので、増加されることができる。これはまた、骨とインプラントとの間の移行区域における装置の適切な配置及び転移点の適切な計算を可能にする。
【００３０】
システム及び方法は、大腿骨コンポーネントに対して記載される一方、同様に、方法及びシステムは、脛骨の切除を計算するために使用されることができ、且つ大腿骨の処理に対する脛骨の切除を計算することができる。さらに、超音波などの追加のイメージング方法は、切除のための幾何学的な計算を行うのに役に立つことができる。
【００３１】
例えば、大腿骨の処理は、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示を発生させることを含むことができる。他のステップは、遠位の大腿骨の前方部分に対する所定の深さで、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示内に仮想的な前方切除平面を生成する。仮想的な前方切除平面は、内側回転／外側回転において、大腿骨に対して所定の角度で方向付けられる。該方法は、仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点を選択する。他のステップは、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示にＡＰラインを確認する。該方法は、大腿骨の機械軸に対して垂直な平面と横部分の最遠位点及びＡＰラインを貫通している平面との間の内反角度／外反角度を計算する。ステップは、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離を測定する。他のステップは、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離によって決定される深さで、ＡＰラインに対して垂直な後方切除ガイドをナビゲートする。該方法は、内反角度／外反角度に従って方向付けられた遠位の切除ガイドをナビゲートすることを含む。
【００３２】
特定の実施形態において、大腿骨の顆状突起は、内側顆状突起とされることができ、且つ幾何学的表示は、ポイントクラウド又はＭＲＩから計算されることができる。遠位切除の深さは、屈曲―伸展のバランスに従って、さらに調節されることができる。
【００３３】
代替的な実施形態は、大腿骨の遠位部分及び大腿骨の遠位部分の前方部分を切除するためのシステムを提供する。システムは、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示を含む。遠位の大腿骨の前方部分に対する所定の深さで、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示内の仮想的な前方切除平面は、提供される。仮想的な前方切除平面は、内側回転／外側回転における大腿骨に対する所定の角度で方向付けされることができる。仮想的な前方切除平面は、仮想的な前方切除平面の横部分の最遠位点と、大腿骨の遠位部分の幾何学的表示にＡＰラインと、を含む。幾何学的表示は、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離を有する。コンピュータコードは、大腿骨の機械軸に対して垂直な平面と横部分の最遠位点及びＡＰラインを貫通している平面との間の内反角度／外反角度を計算するように構成されることができる。前方切除ガイドは、大腿骨の顆状突起の後方部分と交差点との間の前方―後方距離によって決定される深さで、ＡＰラインに対して垂直にナビゲートされることができる。遠位切除ガイドは、内反角度／外反角度に従ってナビゲートされることができる。
【００３４】
特定の実施形態は、大腿骨の顆状突起が内側顆状突起とされることを提供することができる。幾何学的表示は、ポイントクラウド又はＭＲＩから計算されることができる。遠位切除は、屈曲―伸展のバランスに従ってさらに調節されることができる。基準点は、前方切除ガイド及び遠位切除ガイドに取り付けられることができ、且つ基準点は大腿骨に取り付けられることができる。
【００３５】
様々な改良は、本願発明の技術的範囲を逸脱することなく、対応する図面を参照して上述されるような、例示的な実施形態に対してなされることができ、前述の説明に含まれ、且つ添付された図面に図示される全ての事項は、制限ではなく、図解として解釈されるであろうことは、理解される。それ故に、本願発明の技術的広さ及び技術的範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによって制限されないべきであるが、本願明細書に添付された以下の特許請求項の範囲及びそれらの相当物を参照してのみ画定されるべきである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ２コンポーメント膝義足
１２  大腿骨コンポーネント
１４  脛骨コンポーネント
１６  顆状突起部分
１８  滑車溝
２０  接合面
２２  脛骨トレイ
３０  前方切除ガイド
３２  大腿骨
３４  ピン
３６  パドル
３８  遠位ピン
４０  ナイフガイド
４２  ナイフガイド
４４  深さゲージ
５０  遠位切除ガイド
５２  転移点
５４  パドル
５６  バルガスコレット
５８  方向
６０  位置合わせガイド
７０  開始ステップ
７２  仮想的な前方切除平面を生成するステップ
７４  遠位の交差点を決定するステップ
７６  ＡＰラインを生成するステップ
７８  交差点及びＡＰラインを貫通している平面を生成するステップ
８０  交差点と後方顆状突起の距離基準フレームとの間のＡＰ距離を報告するステップ
８２  シフト効果を報告するステップ
８４  前方切除ガイド及び遠位切断ガイドを操縦するステップ
８６  大腿骨の処理を完了するステップ
８８  終了ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2010534077.tif 000008
2010534077.tif 000009