(57)【要約】  骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分の輪郭表現が判定され、この輪郭表現がインプラントマッチングに関連する動作において利用される、個別患者向けインプラント技術。さらに、器具が、遠位大腿骨切除部の外周部を越える大腿骨インプラントのいずれかの側部の上部張出しを防止するために、大腿骨インプラントのポストまたはラグにより大腿骨インプラントが許容精度内で内外方向にセンタリング調整された位置に配置されるように、遠位大腿骨の穴を位置特定するための特徴部により個別患者向け膝インプラントの外周部形状をマッチングするために作製され得る。さらに、2次元輪郭表現が、骨の一部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに対応するセグメントへとセグメント化されてもよく、インプラントマッチングに関連する動作が、これらのセグメントに基づき実施され得る。
2015531253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサにより実行された場合に前記少なくとも1つのプロセッサに動作を実施させる命令が格納された、前記少なくとも1つのプロセッサに結合された少なくとも1つのコンピュータ可読媒体であって、前記動作は、
骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスすること、
前記骨の前記部分の前記3次元モデル、および前記骨の前記部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元骨ボリュームを判定すること、
前記3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の3次元輪郭表現を判定すること、
前記3次元輪郭表現を前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の2次元輪郭表現へと変換すること、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応するセグメントへと前記2次元輪郭表現をセグメント化することであって、各セグメントは、特定の切除カットに対応し、前記特定の切除カットにおける前記骨の輪郭を表すデータを含む、セグメント化すること、および
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応するセグメントに基づきインプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施すること
を含む、少なくとも1つのコンピュータ可読媒体と
を備える、システム。
【請求項２】
インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することは、
各セグメントに関して、前記骨の前記部分に対応する他の骨部分上において前記特定の切除カットに関して判定されたサンプルセグメントを有するデータベースに前記セグメントを格納することと
各切除カットに関して、
前記切除カットに関して前記データベースに格納された前記セグメントの特徴を解析し、
前記解析に基づき、前記切除カットに関して前記データベースに格納された前記セグメントを同様の特徴を有するセグメントをそれぞれ含む複数のグループへとクラスタ化し、
前記複数のグループのそれぞれに関してクラスタ化セグメントの表現を規定することと
を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することは、
各セグメントに関して、前記セグメントが対応する前記特定の切除カットに対応する前記複数のグループのそれぞれに関するクラスタ化セグメントの表現に対して前記セグメントを比較することと、
比較結果に基づき、各切除カットに関するグループを含むマッチンググループを判定することと、
前記マッチンググループに基づきインプラント設計を選択することと
を含む、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することは、
前記切除カットのそれぞれに関して規定された単一のグループに関するクラスタ化セグメントの表現を含むクラスタ化セグメントの表現にアクセスすることと、
前記アクセスされた表現を前記骨の前記部分の2次元輪郭表現へと再アセンブルすることと、
前記骨の前記部分の前記再アセンブルされた2次元輪郭表現に基づきインプラント設計を生成することと、
前記切除カットのそれぞれに関して規定された前記単一のグループを識別するデータとの関連において前記インプラント設計を格納することと
を含む、請求項2に記載のシステム。
【請求項５】
インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することは、
各セグメントに関して、利用可能なインプラント設計に関連付けられかつ前記セグメントが対応する前記特定の切除カットに対応するパラメータに対して、前記セグメントの1つまたは複数のパラメータを比較することと、
比較結果に基づき、利用可能なインプラント設計に関するマッチングを判定することと、
前記利用可能なインプラント設計に関する前記マッチングの前記判定に基づき、前記利用可能なインプラント設計を出力することと
を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項６】
インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することは、前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応する前記セグメントに基づきカスタムインプラントを設計することを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
前記骨の少なくとも前記部分の前記3次元モデルにアクセスすることは、
前記骨の前記部分の1つまたは複数の画像にアクセスすることと、
前記骨の前記部分の前記1つまたは複数の画像に基づき前記骨の前記部分の前記3次元モデルを生成することと
を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
前記骨の前記部分の前記3次元モデル、および前記骨の前記部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき前記3次元骨ボリュームを判定することは、
前記骨の前記部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定することと、
前記3次元解ボリュームに前記骨の前記部分の前記3次元モデルを交差させることにより、3次元で表現される合成骨ボリュームを生成することと
を含み、
前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の少なくとも前記部分の前記3次元輪郭表現を判定することが、前記合成骨ボリュームの外周部の外方表現の少なくとも一部分の輪郭表現を判定することを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項９】
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定することは、前記骨の前記部分に前記インプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づき3次元公差ボリュームを規定することを含み、
前記3次元解ボリュームに前記骨の前記部分の前記3次元モデルを交差させることにより3次元で表現される前記合成骨ボリュームを生成することは、前記3次元公差ボリュームに前記骨の前記部分の前記3次元モデルを交差させることにより3次元で表現される前記合成骨ボリュームを生成することを含む、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記3次元輪郭表現を前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと変換することは、前記骨の前記部分に前記インプラントを配置するための前記インプラント手技に関連する前記1つまたは複数の偏差に関する前記1つまたは複数の公差に対処するための厚さを有する2次元輪郭表現へと前記3次元輪郭表現を変換することを含む、請求項9に記載のシステム。
【請求項１１】
前記骨の前記部分に前記インプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づき前記3次元公差ボリュームを規定することは、前記インプラント手技の実施における外科技術の偏差に関連する公差と、前記インプラント手技の実施において使用される医療器具の偏差に関連する公差と、前記インプラント手技において使用される前記インプラントの製造の偏差に関連する公差と、患者間における同様の骨の解剖学的構造の偏差に関連する公差と、前記骨の前記部分の前記3次元モデルの生成において使用される医用撮像の偏差に関連する公差と、前記骨の前記部分の前記3次元モデルの生成において使用されるファイル変換の偏差に関連する公差との中の少なくとも1つに基づき、前記3次元公差ボリュームを規定することを含む、請求項10に記載のシステム。
【請求項１２】
前記骨の前記部分に前記インプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づき前記3次元公差ボリュームを規定することは、
前記インプラント手技に関連する前記1つまたは複数の偏差に関する前記1つまたは複数の公差を識別することと、
識別された前記1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値を判定することと、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される切除カットの位置を判定することと、
前記切除カットの前記位置、および識別された前記1つまたは複数の公差に対処する前記1つまたは複数の測定値に基づき前記3次元公差ボリュームを規定することと
を含む、請求項10に記載のシステム。
【請求項１３】
前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の少なくとも前記部分の前記3次元輪郭表現を判定することは、前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面から骨表面リボンを生成することを含み、
前記3次元輪郭表現を前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと変換することは、前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと前記骨表面リボンを変換することを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項１４】
前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の少なくとも前記部分の前記3次元輪郭表現を判定することは、前記骨表面リボンに曲線を合致させることを含み、
前記骨表面リボンを前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと変換することは、前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと前記骨表面リボンに合致された前記曲線を変換することを含む、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記3次元輪郭表現を前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと変換することは、前記骨の前記部分に前記インプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に対処するための厚さを有する2次元輪郭表現へと前記3次元輪郭表現を変換することを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項１６】
前記3次元輪郭表現を前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の前記2次元輪郭表現へと変換することは、前記骨の前記部分における前記インプラントの上部張出しの可能性を軽減するために前記2次元輪郭表現をオフセットすることを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項１７】
前記骨の少なくとも前記部分の前記3次元モデルにアクセスすることは、大腿骨の遠位端部の3次元モデルにアクセスすることを含み、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応するセグメントへと前記2次元輪郭表現をセグメント化することは、前記大腿骨の前記遠位端部の遠位面に対応する第1のセグメントと、前記大腿骨の前記遠位端部の前方斜面に対応する第2のセグメントと、前記大腿骨の前記遠位端部の後方斜面に対応する第3のセグメントと、前記大腿骨の前記遠位端部の前方フランジに対応する第4のセグメントと、前記大腿骨の前記遠位端部の後方顆に対応する第5のセグメントとに前記2次元輪郭表現をセグメント化することを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項１８】
インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することは、前記大腿骨の前記遠位端部の前記遠位面に対応する前記第1のセグメントの、遠位面切除カットに関するクラスタ化セグメントの表現に対する第1のマッチングを判定することと、
前記第1のセグメントに関する前記第1のマッチングの判定後に、
前記大腿骨の前記遠位端部の前記前方斜面に対応する前記第2のセグメントの、前方斜面切除カットに関するクラスタ化セグメントの表現に対する第2のマッチングを判定し、
前記大腿骨の前記遠位端部の前記後方斜面に対応する前記第3のセグメントの、後方斜面切除カットに関するクラスタ化セグメントの表現に対する第3のマッチングを判定することと、
前記第2のセグメントに関する前記第2のマッチングの判定および前記第3のセグメントに関する前記第3のマッチングの判定の後に、
前記大腿骨の前記遠位端部の前記前方フランジに対応する前記第4のセグメントの、前方フランジ切除カットに関するクラスタ化セグメントの表現に対する第4のマッチングを判定し、
前記大腿骨の前記遠位端部の後方顆に対応する前記第5のセグメントの、後方顆切除カットに関するクラスタ化セグメントの表現に対する第5のマッチングを判定することと、
前記第1のセグメントに関する前記第1のマッチング、前記第2のセグメントに関する前記第2のマッチング、前記第3のセグメントに関する前記第3のマッチング、前記第4のセグメントに関する前記第4のマッチング、および前記第5のセグメントに関する前記第5のマッチングに基づき利用可能なインプラント設計を選択することと
を含む、請求項17に記載のシステム。
【請求項１９】
骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスするステップと、
前記骨の前記部分の前記3次元モデル、および前記骨の前記部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元骨ボリュームを判定するステップと、
前記3次元骨ボリュームの外周部の少なくとも一部分の外方表面の3次元輪郭表現を判定するステップと、
前記3次元輪郭表現を少なくとも1つのプロセッサにより、前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の2次元輪郭表現へと変換するステップと、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応するセグメントへと前記2次元輪郭表現をセグメント化するステップであって、各セグメントが、特定の切除カットに対応し、前記特定の切除カットにおける前記骨の輪郭を表すデータを含む、ステップと、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応する前記セグメントに基づきインプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
少なくとも1つのプロセッサにより実行される場合に前記少なくとも1つのプロセッサに動作を実施させる実行可能な命令でエンコードされた少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体であって、前記動作は、
骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスすることと、
前記骨の前記部分の前記3次元モデルおよび前記骨の前記部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元骨ボリュームを判定することと、
前記3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の3次元輪郭表現を判定すること、
前記3次元輪郭表現を前記3次元骨ボリュームの前記外周部の前記外方表面の前記部分の2次元表現へと変換することと、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応するセグメントへと前記2次元輪郭表現をセグメント化することであって、各セグメントは、特定の切除カットに対応し、前記特定の切除カットにおける前記骨の輪郭を表すデータを含む、セグメント化することと、
前記骨の前記部分に前記インプラントを取り付ける際に使用される前記切除カットに対応するセグメントに基づきインプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施することと
を含む、少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、2013年3月1日に出願された米国特許出願第61/771,409号および2012年8月31日に出願された米国特許出願第61/696,083号の利益を主張するものである。これらの先行出願の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、個別患者向けインプラント技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
インプラント(例えば膝)システムは、医用撮像、死体解剖、および以前のインプラント設計から学習した知識に基づきサイズ設定されてきた。典型的なインプラント手術(例えば人工膝関節全置換術(TKA))では、骨が、インプラント寸法に合致するように切削される。TKAでは、大腿骨が、前方カット、遠位斜面カット、遠位カット、後方斜面カット、および後方カットにインプラントを合致させるように切削される。関節面再建の場合には、骨カットは、従来のTKAにおける平面カットに比較して、元々の関節表面曲線または形状にある程度倣うように成形され得る。インプラント(例えば膝)システムにおいて実現可能なインプラントのサイズ範囲が限定されるため、切除済みの骨にインプラント外周部を越えてより多く延在させる、またはインプラントに切除済みの骨を越えて上部に張り出させるなど、インプラントの配置において妥協がなされる。インプラントと骨との間の不適合は、患者の転帰にマイナスの影響を与える場合があり、場合によってはさらなる失血、軟組織リスク、および術後疼痛を結果的にもたらす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様においては、システムが、少なくとも1つのプロセッサと、少なくとも1つのプロセッサにより実行された場合に少なくとも1つのプロセッサに動作を実施させる命令が格納された、少なくとも1つのプロセッサに結合された少なくとも1つのコンピュータ可読媒体とを備える。その動作には、骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスすることと、骨のその部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定することと、3次元解ボリュームに骨のその部分の3次元モデルを交差させることにより3次元で表現される合成骨ボリュームを生成することとが含まれる。また、その動作には、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の輪郭表現を判定することと、インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作において輪郭表現を使用することとが含まれる。
【０００５】
実装形態には、以下の特徴の中の1つまたは複数が含まれる。例えば、動作には、骨の部分の1つまたは複数の画像にアクセスすることと、骨の部分の1つまたは複数の画像に基づき骨の部分の3次元モデルを生成することとが含まれてもよい。また、動作には、骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づき3次元公差ボリュームを規定することと、3次元公差ボリュームに骨の部分の3次元モデルを交差させることにより3次元で表現される合成骨ボリュームを生成することとが含まれてもよい。さらに、動作には、インプラント手技の実施における外科技術の偏差に関連する公差と、インプラント手技の実施において使用される医療器具の偏差に関連する公差と、インプラント手技において使用されるインプラントの製造の偏差に関連する公差と、患者間における同様の骨の解剖学的構造の偏差に関連する公差と、骨の部分の3次元モデルの生成において使用される医用撮像の偏差に関連する公差と、骨の部分の3次元モデルの生成において使用されるファイル変換の偏差に関連する公差との中の少なくとも1つに基づき、3次元公差ボリュームを規定することがさらに含まれてもよい。
【０００６】
いくつかの実装形態においては、動作には、インプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差を識別することと、識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値を判定することと、骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットの位置を判定することとが含まれてもよい。これらの実装形態においては、動作には、切除カットの位置および識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値に基づき3次元公差ボリュームを規定することが含まれてもよい。
【０００７】
さらに、動作には、骨の部分に配置される場合にインプラントの関節表面の配置を最適化するように設計された技術を利用して、骨の部分の3次元モデルの一部分に3次元解ボリュームを整列させることが含まれてもよい。動作には、骨の部分へのインプラントの配置に関連する1つまたは複数のルールに関して合成骨ボリュームを評価することが含まれてもよい。
【０００８】
いくつかの例においては、動作には、合成骨ボリュームが、インプラントおよびインプラントの関節表面の許容し得る位置との間に十分な接触をもたらすような様式でインプラントを取り付けるのに十分なものであるか否かを判定することが含まれてもよい。これらの例においては、動作には、合成骨ボリュームがインプラントおよびインプラントの関節表面の許容し得る位置との間に十分な接触をもたらす様式でインプラントを取り付けるのに十分なものであるという判定に基づき、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持することが含まれてもよい。合成骨ボリュームがインプラントの取付けに十分であるか否かの判定は、インプラントが切除済みの骨により残された空間を最適に占めるか否か(例えばしきい値厳密度の範囲内で空間を占めるか否か)の判定であってもよい。
【０００９】
いくつかの実装形態においては、動作には、骨の部分へのインプラントの配置に関連する1つまたは複数のルールに関する合成骨ボリュームの評価に基づき合成骨ボリュームを調節することと、調節後に合成骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の輪郭表現を判定することとが含まれてもよい。これらの実装形態においては、動作には、インプラントの外周部に基づき許容ゾーンを規定することと、許容ゾーンに合成骨ボリュームを交差させることにより許容骨ボリュームを生成することと、許容骨ボリュームに基づき合成骨ボリュームを調節することとが含まれてもよい。さらに、これらの実装形態においては、インプラントのサイズ設定および骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づきインプラント公差ゾーンを規定することと、インプラント公差ゾーンに合成骨ボリュームを交差させることにより重畳骨ボリュームを生成することと、重畳骨ボリュームに基づき合成骨ボリュームを調節することと。
【００１０】
いくつかの例においては、動作には、インプラントの外周部に基づき許容ゾーンを規定することと、許容ゾーンに合成骨ボリュームを交差させることにより許容骨ボリュームを生成することとが含まれてもよい。これらの例においては、動作には、インプラントのサイズ設定および骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づきインプラント公差ゾーンを規定することと、インプラント公差ゾーンに合成骨ボリュームを交差させることにより重畳骨ボリュームを生成することとが含まれてもよい。さらに、これらの例においては、動作には、重畳骨ボリュームに許容骨ボリュームを組み合わせることにより複合骨ボリュームを生成することと、複合骨ボリュームを利用することにより3次元で内方公差および外方公差を規定する調節済み骨ボリュームを生成することとが含まれてもよい。
【００１１】
また、動作には、合成骨ボリュームの外周部の外方表面から骨表面リボンを生成することと、インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作において骨表面リボンを使用することとが含まれてもよい。動作には、骨表面リボンに曲線を合致させることと、インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作において骨表面リボンに合致された曲線を使用することとが含まれてもよい。さらに、動作には、輪郭表現に基づきカスタムインプラントを設計することが含まれてもよい。
【００１２】
いくつかの実装形態においては、動作には、データベースに輪郭表現を格納することであって、サンプル輪郭表現が骨の部分に対応する他の骨部分に関して判定される、格納することと、データベースに格納された輪郭表現の特徴を解析することと、解析に基づきデータベースに格納された輪郭表現を同様の特徴を有する輪郭表現をそれぞれ含む複数のグループへとクラスタ化することとが含まれてもよい。これらの実装形態においては、動作には、複数のグループのそれぞれに関してインプラント設計を規定することと、各インプラント設計に関して、患者骨データへのインプラント設計のマッチングを可能にする1つまたは複数のパラメータとの関連においてインプラント設計を格納することとが含まれてもよい。
【００１３】
いくつかの例においては、動作には、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを判定することと、利用可能なインプラント設計に関連付けられたパラメータに対して輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを比較することと、比較結果に基づき輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングすると判定することとが含まれてもよい。これらの例においては、動作には、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングするという判定に基づき、輪郭表現にマッチングするものとして利用可能なインプラント設計を出力することが含まれてもよい。
【００１４】
いくつかの実装形態においては、動作には、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを判定することと、利用可能なインプラント設計に関連付けられたパラメータに対して輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを比較することと、比較結果に基づき輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングしないことを判定することとが含まれてもよい。これらの実装形態においては、動作には、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングしないという判定に基づき、カスタムインプラントが必要とされると判定することと、カスタムインプラントが必要とされることを示すメッセージを出力することとが含まれてもよい。
【００１５】
別の態様においては、方法が、骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスするステップと、骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定するステップと、3次元解ボリュームに骨の部分の3次元モデルを交差させることにより3次元で表現される合成骨ボリュームを生成するステップとを含む。また、この方法は、少なくとも1つのプロセッサにより、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の輪郭表現を判定するステップと、インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作において輪郭表現を利用するステップとを含む。
【００１６】
さらに別の態様においては、少なくとも1つのコンピュータ可読記憶媒体が、少なくとも1つのプロセッサにより実行される場合に少なくとも1つのプロセッサに動作を実施させる実行可能な命令でエンコードされる。その動作には、骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスすることと、骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定することと、3次元解ボリュームに骨の部分の3次元モデルを交差させることにより3次元で表現される合成骨ボリュームを生成することとが含まれる。また、動作には、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の輪郭表現を判定することと、インプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作において輪郭表現を利用することとが含まれる。
【００１７】
別の態様においては、インプラントの内外方向位置を特定するための器具が、遠位カット表面部分と、遠位カット表面部分に連結された前方斜面部分と、前方斜面部分に連結された前方フランジ部分とを備える。また、この器具は、遠位カット表面部分に連結された後方斜面部分と、後方斜面部分に連結された少なくとも1つのパドルと、遠位カット表面部分の少なくとも1つの位置決め穴とを備える。遠位カット表面部分は、外側外周部および内側外周部を有し、外側外周部および内側外周部はそれぞれ、個別患者向け形状を有する。
【００１８】
実装形態は、以下の特徴の中の1つまたは複数を備えてもよい。例えば、器具は、切欠部を備えてもよい。切欠部は、後方安定化ボックス形状であってもよい。後方斜面部分は、後方外側斜面および後方内側斜面を備えてもよい。少なくとも1つのパドルは、後方内側顆および後方外側顆を備えてもよい。
【００１９】
さらに、器具は、外周部を有する個別患者向けインプラントを備えてもよく、少なくとも内側外周部および外側外周部は、個別患者向けインプラント外周部の形状の一部分にマッチングする。また、器具は、少なくとも1つのピン穴を備えてもよい。少なくとも1つのピン穴は、円形であってもよい。
【００２０】
さらに、少なくとも1つの位置決め穴は、円形であってもよい。少なくとも1つの位置決め穴は、穴、スロット、重畳穴、または内外方向および前後方向への可変性をもたらす穴の組合せからなる群より選択されてもよい。器具は、補強部を備えてもよい。器具は、関節表面を備えてもよい。
【００２１】
さらに別の態様においては、全幅を有する大腿骨の遠位部分においてインプラントの内外方向位置を指定するための器具が、最大幅を有する遠位カット表面部分と、遠位カット表面部分に連結された前方斜面部分と、前方斜面部分に連結された前方フランジ部分とを備える。また、この器具は、遠位カット表面部分に連結された後方斜面部分と、後方斜面部分に連結された少なくとも1つのパドルと、遠位カット表面部分の少なくとも1つの位置決め穴とを備える。遠位カット表面部分は、大腿骨の遠位部分の全幅に対してセンタリング調整される。
【００２２】
さらなる一態様においては、インプラントを位置指定するための方法が、大腿骨の遠位端部を調製するステップと、この遠位端部の最大遠位幅を位置指定するステップと、調製された大腿骨に器具を配置するステップとを含む。器具は、遠位カット表面部分と、遠位カット表面部分に連結された前方斜面部分と、前方斜面部分に連結された前方フランジ部分とを備える。また、器具は、遠位カット表面部分に連結された後方斜面部分と、後方斜面部分に連結された少なくとも1つのパドルとを備える。また、この方法は、内外方向に器具を移動させて均等な外周部オフセットを実現するステップと、器具をピン留めするステップと、器具を使用して大腿骨の遠位端部に少なくとも1つのラグ穴を形成するステップとを含む。
【００２３】
実装形態は、以下の特徴の中の1つまたは複数を含んでもよい。例えば、少なくとも1つのラグを形成するステップは、ドリル、リーマ、またはパンチ穿孔機を使用してもよい。さらに、本方法は、器具を除去するステップと、膝プロテーゼを植え込むステップとを含んでもよい。
【００２４】
別の態様においては、器具を製造するための方法が、画像データを取得するステップと、画像データを利用してリボンを生成するステップと、リボンを利用してスプラインを生成するステップとを含んでもよい。また、この方法は、少なくとも1つのラグ位置に関するオフセット距離を生成するステップと、スプラインを器具CADモデルへとインポートするステップとを含む。さらに、この方法は、器具CADモデルにおいてオフセット距離を置くステップと、器具CADモデルをSLAファイルなどのラピッド製造/積層造形生産設備に適した電子フォーマットに出力するステップとを含む。
【００２５】
以下、1つまたは複数の実装形態の詳細が、添付の図面および説明に示される。本開示の他の可能な特徴は、その説明および図面からならびに特許請求の範囲から明らかになる。
【００２６】
本明細書に組み込まれその一部を成す添付の図面は、本発明の実施形態を示し、記載の説明と共に本発明の原理、特徴、および特徴的要素を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】個別患者向けインプラントマッチングを実施するための一例のアプローチを示す図である。
【図２】一例のシステムを示す図である。
【図３】一例のプロセスの流れ図である。
【図４】一例のプロセスの流れ図である。
【図５】一例の界面部を示す図である。
【図６】一例の界面部を示す図である。
【図７】一例のプロセスの流れ図である。
【図８】一例の界面部を示す図である。
【図９】一例の界面部を示す図である。
【図１０】一例の界面部を示す図である。
【図１１】一例の界面部を示す図である。
【図１２】一例の界面部を示す図である。
【図１３】一例の界面部を示す図である。
【図１４】一例の界面部を示す図である。
【図１５】一例の界面部を示す図である。
【図１６】一例のプロセスの流れ図である。
【図１７】一例のプロセスの流れ図である。
【図１８】一例の界面部を示す図である。
【図１９】先行技術の膝ボックスカットの形状およびサイズを示す図である。
【図２０】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２１】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２２】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２３】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２４】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２５】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２６】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２７】インプラント位置決めテンプレートを示す図である。
【図２８】一例の界面部を示す図である。
【図２９】一例のプロセスの流れ図である。
【図３０】3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の一例の3次元輪郭表現を示す図である。
【図３１】3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分の一例の2次元輪郭表現を示す図である。
【図３２】セグメント化された2次元輪郭表現の一例を示す図である。
【図３３】一例のプロセスの流れ図である。
【図３４】一例のプロセスの流れ図である。
【図３５】一例の界面部を示す図である。
【図３６】一例の界面部を示す図である。
【図３７】一例の界面部を示す図である。
【図３８】一例の界面部を示す図である。
【図３９】一例の界面部を示す図である。
【図４０】一例の界面部を示す図である。
【図４１】一例の界面部を示す図である。
【図４２】一例の界面部を示す図である。
【図４３】一例の界面部を示す図である。
【図４４】一例の界面部を示す図である。
【図４５】一例の界面部を示す図である。
【図４６】一例の界面部を示す図である。
【図４７】一例の界面部を示す図である。
【図４８】一例の界面部を示す図である。
【図４９】一例の界面部を示す図である。
【図５０】一例のシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
好ましい実施形態の以下の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本発明、その応用、または使用を限定することを全く意図されない。
【００２９】
外科手技(例えばTKA)時に形成される骨切除部により正確かつ完全に合致するインプラントサイズ(例えば膝インプラントサイズ)セットを規定するための技術が説明される。インプラントサイズセットの規定においては、骨切除部の可変性(例えば外科医および器具の偏差)ならびに製造偏差(例えば製造公差)が考慮され得る。
【００３０】
いくつかの実装形態においては、より広範なインプラントサイズが、より多様な患者集団により厳密に合致するようにインプラントの外周部を変更することによって生成され得る。より広範なサイズが十分な合致をもたらさない場合には、「カスタム」インプラントが、この提供されるより広範なサイズ内の不連続なサイズを生み出すために利用されるのと同一の技術を用いて作製され得る。さらに、いくつかの例では、器具サイズが、外科手技(例えばTKA)時に形成される骨切除部により正確かつ完全に合致するように設計され得る。これらの例においては、器具サイズは、インプラントサイズに関して本願を通して論じられるものと同様の技術を利用して設計され得る。器具サイズは、インプラントサイズに加えて、またはインプラントサイズの代替として設計され得る。
【００３１】
いくつかの例においては、医用撮像(例えば磁気共鳴映像法(MRI)、コンピュータ断層撮影法(CT)、X線、超音波等)が、様々なコンピュータ支援設計(CAD)プロセスを利用した患者の骨の3次元(3D)モデルの作成のために利用される。これらの例では、解析技術(例えば統計的形状解析、3D座標解析、マトリクス数理解析等)および加算プロセス、解剖学的偏差、ならびに外科的偏差(例えば多様なソースからの公差または誤差)を利用することにより、3Dボリュームが、患者の骨モデルと交差するようにモデリングされ、これらの公差を合計して複合公差解空間をもたらす解ボリュームが、生成される。さらに、これらの例では、骨表面リボンが、解ボリュームから生成され、Bスプラインが、骨表面リボン上に重畳される。Bスプラインは、新しい器具外周部サイズを生成するために器具モデルテンプレートへとまたは器具モデルテンプレートから押出成型され得る(例えば加法プロセスおよび/または減法プロセス)1つの新しい3D解曲線を規定する。この解をさらに洗練化するために、同様に形状設定された外周部が、最終的な単一の解サイズが統計的に導出され得るケースのサブセットまたはクラスタへと共にグループ化され得る。
【００３２】
図1は、個別患者向けインプラントマッチングを実施するための一例のアプローチ100を示す。この例のアプローチ100では、システムが、サンプル3次元骨画像データのデータリポジトリ110を維持する。データリポジトリ110は、インプラント手技を受けたかもしくは検討している患者からおよび/または死体研究の一部としての死体から得られた多数の3次元骨画像データサンプルを備え得る。3次元骨画像データは、骨の少なくとも一部分の画像を含み、この画像は、3次元データ、または骨のその部分の3次元骨画像データもしくは他の測定値に基づき生成された3次元骨モデルを含み得る。データリポジトリ110内に含まれる3次元骨画像データの各サンプルは、同一タイプの骨に対応する。
【００３３】
このシステムは、リポジトリ110に格納された3次元骨画像データのサンプルに対して輪郭処理120を実施する。例えば、システムは、3次元骨画像データのサンプルにアクセスし、サンプル内に表される骨の外周部の外方表面の輪郭表現を判定する。この例では、システムは、輪郭表現を判定するために、図3〜図15に関連して以下で説明される技術を利用し得る。
【００３４】
リポジトリ110に格納された3次元骨画像データのサンプルに輪郭処理120を実施した後に、システムは、インプラント設計ライブラリ用に使用されるデータベース130にサンプルの輪郭表現を格納する。かなりの個数の輪郭表現が、データベース130に格納されると、システムは、同様の特徴を有する各グループへとこれらの輪郭表現をクラスタ化する。図1には簡略化のために3つの輪郭表現グループが示されるが、さらに多数の輪郭表現グループが、データベース130に格納された輪郭表現のクラスタ化から得ることができる。システムは、輪郭表現をクラスタ化するために、図16に関連して以下で説明する技術を利用し得る。
【００３５】
複数のグループに輪郭表現をクラスタ化した後に、システムは、各輪郭表現グループごとにインプラント設計を規定し、そのグループに対応するインプラント設計を識別するおよびそのインプラント設計を患者骨データにマッチングさせ得るパラメータを格納する。これらのパラメータは、インプラント設計のサイズおよび形状にマッチングする様々な輪郭表現のサイズ特徴および形状特徴を規定し得る。システムは、各グループごとにインプラント設計を規定し、規定されたインプラント設計に関連付けられたパラメータを格納するために、図16に関連して以下で説明される技術を利用し得る。
【００３６】
いくつかの例においては、データベース130は、集団の比較的大きなパーセンテージ(例えば70パーセント、80パーセント、90パーセント等)に対するしきい値度内でのマッチングをもたらすインプラント設計ライブラリを規定する。これらの例では、データリポジトリ110内の多数のサンプルを考慮し、データベース130内の多数の異なるグループに輪郭表現をクラスタ化することにより、高いカバー度を得ることができる。このカバー度の判定においては、患者は、ライブラリ中のインプラント設計が外周部からのミリメートル間隙、カバーされる表面積のパーセンテージ、または重要標識における不一致など合致タイプに関する患者へのしきい値マッチング内にあることに基づき、インプラント設計ライブラリにカバーされるものとみなされ得る。システムは、データベース内の各グループごとに標準インプラントを製造するコストとインプラント設計ライブラリにより提供されるカバー範囲とのバランスを取るように制御され得る。例えば、システムは、グループ内にその個数の輪郭表現が新規のインプラント設計の規定を正当化するしきい値数字に到達した場合にのみ、特定の輪郭表現グループに対するインプラント設計を規定し得る。時間の経過と共に、インプラント設計ライブラリにより提供されるカバー度は、ますます多くの骨データが収集され解析されるにつれて拡張し続け売る。インプラント設計ライブラリが拡張するにつれて、インプラント設計ライブラリは、ますます多くの患者に対する特定患者向けインプラントマッチング解を提供し得る。
【００３７】
システムは、患者に対するインプラント設計を選択するために、データベース130に格納されたインプラント設計ライブラリを使用し得る。例えば、システムは、患者に関する3次元骨データ140にアクセスし、3次元骨データ140の1つまたは複数のパラメータ150を判定し、データベース130にこの1つまたは複数のパラメータをマッチングする160。この例においては、システムは、3次元骨データ140の輪郭表現を判定し、3次元骨データ140の輪郭表現を利用してデータベース130にマッチングさせ得る。システムは、3次元骨データ140の1つまたは複数のパラメータを判定し150、データベース130にこの1つまたは複数のパラメータをマッチングする160ために、図17に関連して以下で説明される技術を利用し得る。
【００３８】
3次元骨データ140の1つまたは複数のパラメータは、骨に対するインプラントの取付けに関連する3次元骨データ140の任意の態様を含み得る。例えば、1つまたは複数のパラメータは、切削位置、勾配、および上部張出しの可能性に対する感度を含んでもよい。この例においては、システムは、データベース130に対して、切削位置、勾配、および/または上部張出しの可能性に対する感度をマッチングする。
【００３９】
3次元骨データ140の1つまたは複数のパラメータがライブラリに格納されたインプラント設計にマッチングするとシステムが判定した場合には、システムは、マッチングが見られたことを示すメッセージ170を出力する。図1に示す例では、メッセージ170は、第2のインプラント設計が患者骨データにマッチングするものとして選択されたことを示す。これに関して、システムが、しきい値度内で患者骨データにマッチングするインプラント設計を選択することにより、システムは、カスタムインプラントを生成する必要性を伴うことなく標準インプラント設計を使用して個別患者向けインプラント(または個別患者向けに近いインプラント)を提供する。システムが、カスタムインプラントを生成する必要がないため、個別患者向けインプラント(または個別患者向けに近いインプラント)の取得に関するコストおよび時間が、削減され得る。
【００４０】
いくつかの実装形態においては、システムは、上述と同一の技術を利用してカスタムインプラントを規定する。これらの実装においては、システムは、カスタムインプラント解を生成するためにモデリング特徴部を引き出し得る。
【００４１】
また、患者に対するインプラント設計の選択に加えて、システムは、データリポジトリ110に3次元骨データ140を追加する180。したがって、システムは、データベース130に格納されたライブラリ内に含まれるインプラント設計を再規定するために使用し得る追加サンプルデータを収集し続けることが可能である。追加データが収集されると(例えばしきい値個数の新たなサンプルが収集された場合に)、システムは、上記で論じたクラスタ化動作およびインプラント設計規定動作を反復する。これに関して、システムは、新規の患者グループをカバーするように新しいインプラント設計を追加するためにインプラント設計ライブラリを日常的に更新することが、および/または患者グループをより良好にカバーするもしくはより大きな患者グループをカバーするように既存設計を修正することが可能である。これらの更新により、インプラント設計ライブラリは、拡張し、一般集団のより良好なカバーをもたらし得る。
【００４２】
図2は、図1に関連して上記で参照したシステムとして使用され得る、一例のインプラント解析システム200を示す。システム200は、入力モジュール210、データストア220、1つまたは複数のプロセッサ230、1つまたは複数のI/O(入出力)デバイス240、およびメモリ250を備える。入力モジュール220は、インプラントマッチングおよび処理において使用される任意のタイプの情報を入力するために使用され得る。例えば、入力モジュール210は、インプラントマッチングに関連する骨データおよびパラメータを受領するために使用され得る。いくつかの実装形態においては、入力モジュール210からのデータが、データストア220に格納される。データストア220に含まれるデータは、例えば任意のタイプのインプラント関連データ(例えば骨画像、骨の3次元モデル、インプラント設計に関するパラメータ、骨ボリュームの輪郭表現等)を含み得る。
【００４３】
いくつかの例においては、データストア220は、一連のデータベーステーブルへとデータを論理的に体系化する関係データベースであり得る。データストア220内の各データベーステーブルは、一連の列(各列が、データベースに格納されたデータの属性を表す)および行(各行が、属性値を表す)へとデータを配列する。いくつかの実装形態においては、データストア220は、データを一連のオブジェクトへと論理的にまたは物理的に体系化するオブジェクト指向データベースであってもよい。各オブジェクトは、一連の属性値に関連付けられ得る。いくつかの例においては、データストア220は、関係データベースまたはオブジェクト指向データベースでは必ずしもないタイプのデータベース管理システムであってもよい。例えば、一連のXML(拡張マークアップ言語)ファイルまたはドキュメントが使用されてもよく、その場合には、各XMLファイルまたはドキュメントは属性および属性値を備える。データストア220に含まれるデータは、特定のプロセスに関連するデータがデータストア220から検索され得るように固有の識別子により識別され得る。
【００４４】
プロセッサ230は、汎用マイクロプロセッサまたは専用マイクロプロセッサおよび任意の種類のデジタルコンピュータの任意の1つまたは複数のプロセッサなど、コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサであってもよい。いくつかの実装形態においては、システム200は、2つ以上のプロセッサ230を備える。プロセッサ230は、メモリ250から命令およびデータを受領し得る。メモリ250は、システム200の任意のまたは全てのコンポーネントに対応する命令およびデータを格納し得る。メモリ250は、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、またはそれらの両方を備え得る。
【００４５】
I/Oデバイス240は、システム200への入力およびシステム200からの出力を行うように構成される。例えばI/Oデバイス240は、マウス、キーボード、スタイラス、またはデータ入力を可能にする任意の他のデバイスを備え得る。また、I/Oデバイス240は、ディスプレイ、プリンタ、CADファイルから金属パーツをプリントするSLS3D印刷マシンなどの3Dプリンタ、またはデータを出力する任意の他のデバイスを備え得る。
【００４６】
図3は、インプラントマッチングに使用されるプロセス300を示す。プロセス300の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス300の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数のプロセッサによって実施され得る。
【００４７】
システム200は、骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスする(310)。例えば、システム200は、患者の骨の医学的測定に基づき生成された骨の全体または一部分の3次元モデルにアクセスしてもよい。この例においては、システム200は、骨または骨の一部分から取得した医学的測定値を処理することにより3次元モデルを生成する別のシステムから3次元モデルを受領し得る。医学的測定値は、骨の医用撮像または医療器具を使用した骨の他の物理的測定に基づき判定され得る。
【００４８】
いくつかの例においては、システム200は、患者の骨の医学的測定に基づき骨の全体または一部分の3次元モデルを生成する。これらの例において、システム200は、骨の一部分の1つまたは複数の画像にアクセスし、骨の一部分の1つまたは複数の画像に基づき骨の一部分の3次元モデルを生成し得る。骨の一部分の1つまたは複数の画像は、MRI、CT、X線、超音波、または他の医用撮像技術を利用して取り込まれ得る。システム200は、別のシステムからの骨の一部分の1つまたは複数の画像にアクセスし得るか、あるいは撮像デバイスの制御により骨の一部分の1つまたは複数の画像を取り込み得る。
【００４９】
いくつかの実装形態においては、システム200は、骨の一部分の複数のスライスを表示するMRI画像にアクセスし得る。これらの実装形態においては、システム200は、MRIスライスのマスクをデジタル生成し、MRIスライス同士を共に合わせることによりソリッドモデルを作成し得る。さらに、これらの実装形態においては、システム200は、誤差を除去し、骨の一部分のソリッドモデルを表すデータを平滑化し得る。データの平滑化において、システム200は、くぼみまたはしわを含む表面に沿ったより小さな内径の全てを排除するために最小ツール半径を選択し得る。システム200は、骨の一部分の3次元モデルとして骨の一部分のソリッドモデルの平滑化バージョンを使用し得る。3次元モデルの形状、曲線、他のスプライン形状、またはこれらの幾何学形状の交差点の変曲点に対する最小ツール半径の適用は、骨モデルにまたは後にインプラントモデルに対して適用され得る。
【００５０】
本開示を通して説明される技術が膝インプラントにおいて使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、大腿骨および/または脛骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスする。例えば、システム200は、大腿骨もしくは脛骨の全体の3次元モデルにアクセスしてもよく、または膝関節に位置する大腿骨もしくは脛骨の一部分(例えばTKA時にインプラントを受ける大腿骨もしくは脛骨の部分)の3次元モデルにアクセスしてもよい。さらに、本開示を通して説明される技術は、他のタイプのインプラント手技(例えば股関節置換、肩関節置換等)に適用されてもよい。他のタイプのインプラント手技については、システム200は、インプラント手技に関連付けられる関節に位置する骨の一部分など、インプラントを受ける骨の一部分の3次元モデルにアクセスしてもよい。また、いくつかの実装形態においては、脚全体、骨盤、および脊柱などを含むより包括的な解剖学的システムが使用されてもよい。これらの実装形態においては、システム全体の解析により、システム200によってシミュレーションされた大腿骨切除部および脛骨切除部のアラインメントが、解剖学的システム全体からの入力を考慮しつつ、膝関節の動作に対処するものとなるように変更され得る。
【００５１】
システム200は、骨の一部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定する(320)。例えば、システム200は、骨の一部分にインプラントを配置するために必要とされる各切除カットの平面の位置を識別し、切除カットの位置を相対的に表すモデルを規定する。この例においては、切除カットの位置を相対的に表すモデルは、幅成分および高さ成分を有するような切除カットを表す各平面を規定し得る。
【００５２】
いくつかの実装形態においては、骨の一部分にインプラントを配置し切除カットの位置を相対的に表すモデルを規定するために必要とされる各切除カットの平面の位置を識別するために、システム200は、骨の一部分の1つまたは複数のサイズ測定値を判定し、標準インプラントライブラリから骨の一部分の1つまたは複数のサイズ測定値に適した標準インプラントを選択する。これらの実装形態においては、システム200は、選択された標準インプラントのサイズ測定値および形状測定値にアクセスし、アクセスしたサイズ測定値および形状測定値を使用して、骨の一部分にインプラントを配置し切除カットの位置を相対的に表すモデルを規定するために必要とされる各切除カットの平面の位置を識別する。例えば、システム200は、インプラントが骨の一部分に配置された後に骨の一部分に接触する標準インプラントの表面に対応するようにモデルを規定する。
【００５３】
3次元解ボリュームを生成するために、システム200は、各切除カットの周囲の厚さを追加することにより、切除カットを表す各平面が幅成分、高さ成分、および厚さ成分を有する3次元モデルを規定してもよい。ボリュームの形状は、全ての可能な骨切除部セットの少なくとも一部分を表す。これに関して、ボリュームは、長円形または台形であってもよい。また、ボリュームは、管形、球形、もしくは骨形状、または従来の鋸刃切除部におけるように比較的角錐台形であってもよい。3次元モデルは、切除カットが骨の一部分にインプラントを取り付けるために作製されるエリアを包含する3次元幾何学形状を規定し得る。各切除カットの周囲の厚さの追加においては、システム200は、切除カットの各側部に均一に厚さを追加してもよく、または切除カットの側部に対して不均衡に厚さを追加してもよい。システム200は、骨切除部およびインプラント切除部の曲線を考慮することにより、各切除カットに追加される厚さと各切除カットの側部の選択された厚さの分布とを設定する。骨の曲線の考慮においては、システム200は、クラスタ化の一部としておよび/または最終インプラント設計の勾配を部分的にドライブするために、骨の曲線を使用し得る。
【００５４】
いくつかの実装形態においては、システム200は、隣接する骨勾配にマッチングするまたはより厳密にマッチングするようにインプラントの外周部の周囲の抜け勾配を適用し得る。これらの実装形態においては、システム200は、隣接骨/軟骨勾配に、3DCADモデル中のインプラント外周部トリムシートの抜け勾配をマッチングさせようと試みる。例えば、システム200は、骨の特定のクラスタについての抜け勾配を示すデータを格納し、次いで格納された抜け勾配データを使用して骨の特定のクラスタについての抜け勾配をマッチングする。抜け勾配マッチングは、膝インプラント、大腿骨インプラント、脛骨インプラント、および場合によっては膝蓋骨インプラント、他の関節(例えば股関節、足関節、肩関節、肘関節、手首関節等)、脊柱、プレート(例えばトラウマプレート、頭蓋プレート等)、ならびに骨格再建を目的とする人工インプラントデバイス(例えば損傷後の美容復顔術)を含む、様々なアプリケーションに適用可能であり得る。抜け勾配は、隣接する軟組織に悪影響を及ぼし得る上部に張り出した先鋭エッジ特徴部を回避するような様式で使用され得る。本開示を通して説明される複合公差ボリュームアプローチの適用により、先鋭エッジ上部張出しリスクが緩和され得る。このように抜け勾配を利用する利点には、頭蓋プレートまたは美容復顔術インプラントにおけるように、関節においてまたは患者の解剖学的構造物の他のエリアにおいて天然骨のジオメトリにより厳密にマッチングすることによって意図しない靭帯損傷が軽減されることが含まれ得る。軟組織がインプラントのエッジ周囲を覆うエリアでは、骨の天然形状のより厳密なマッチングと、高いインプラント外周部高さおよびコーナ半径(CADモデル「ブレンド」)を最小限に抑えることとが、隣接する軟組織構造物における刺激、アブレーション、または歪みのリスクをさらに軽減させ得る。
【００５５】
いくつかの実装形態においては、システム200は、個別患者向け抜け勾配またはデータベース中の以前の膝ケースの例えばクラスタ化解析などの解析から判定される抜け勾配を使用し得る。システム200は、切除カットの外周部周囲の抜け勾配が改善された、以前の膝インプラントシステムよりも多数のサイズを有する「標準インプラントライブラリ」を使用してもよい。これらの実装形態においては、システム200は、インプラントボリュームに切除済み骨ボリュームをより厳密にマッチングするインプラントに将来患者を合致させ得る。これは、膝関節の軟組織(靭帯)バランスをより厳密にマッチングし、膝関節における可動域(ROM)を維持または改善させることにより患者に利益をもたらし得る。また、外周部に抜け勾配を追加することに加えて、システム200は、インプラント関節表面と抜け勾配外周部表面との間のブレンド半径を増大させ得る。また、ブレンド半径を増大させることは、インプラントボリュームに骨切除部ボリュームをより厳密にマッチングするのを支援し得る。
【００５６】
いくつかの例においては、システム200は、各切除カットの全部分に沿って厚さ(例えば2mm)を適用し得る。これらの例では、システム200は、矩形ボックスとして各切除カットを規定し、相互に隣接するように適切な位置に矩形ボックス同士を配置することにより3次元解ボリュームとして3次元ボックスカットを規定し得る。
【００５７】
例えば、図5は、2ミリメートルの厚さを有する3次元解ボリューム520を示す一例の界面部500を示す。図示するように、3次元解ボリューム520は、3次元ボックスカットに相当し、これは、TKAにおいて大腿骨遠位端部に作製される各切除カットにて規定される矩形ボックスを含む。例えば、3次元解ボリューム520は、前方カットにて規定される第1の矩形ボックスと、遠位斜面カットにて規定される第2の矩形ボックスと、遠位カットにて規定される第3の矩形ボックスと、後方斜面カットにて規定される第4の矩形ボックスと、後方カットにて規定される第5の矩形ボックスとを有する。第1の矩形ボックス、第2の矩形ボックス、第3の矩形ボックス、第4の矩形ボックス、および第5の矩形ボックスは、3次元解ボリューム520として3次元ボックスカットを規定するために相互に隣接した適切な位置に配置される。3次元解ボリューム520は、複合解ボリュームの一構成要素であってもよく、これは、骨モデルボリューム、接触エリアボリューム(例えばインプラントシステム設計からの)、製造公差ボリューム、検査公差ボリューム、外科医偏差ボリューム、および他の可変性因子に相当する他のボリュームを含む。
【００５８】
3次元解ボリューム520を規定する各矩形ボックスは、幅成分、高さ成分、および厚さ成分を有する。例えば、図5に示すように、前方カットに規定された第1の矩形ボックスは、幅成分530、高さ成分540、および厚さ成分550を有する。幅成分530および高さ成分540は、前方カットの平面に基づき規定され、厚さ成分550は、前方カットの平面の周囲に厚さを追加することにより規定される。
【００５９】
さらに、システム200は、矩形ボックス同士がそれぞれ異なる厚さ成分を有する3次元ボックスカットをシステム200が規定するように、個々の切除カットにそれぞれ異なる厚さを適用し得る。さらに、システム200は、ある特定の切除カットに沿って種々の厚さを適用してもよい。これに関して、この特定の切除カットは、矩形ボックス以外の3次元形状により表される。システム200は、骨切除部およびインプラント切除部の曲線に基づき各切除カットの各部分に沿って適用するための厚さを判定し得る。また、追加的にまたは代替的に、システム200は、以下でさらに詳細に論じるように、骨の部分にインプラントを取り付けるための手技に関する公差に基づき各切除カットの各部分に沿って適用するための厚さを規定し得る。
【００６０】
本開示を通じて説明される技術が膝インプラント(例えばTKA)において使用される実装形態においては、システム200は、大腿骨の遠位端部にインプラントを取り付けるために必要とされる前方カット、遠位斜面カット、遠位カット、後方斜面カット、および後方カットのそれぞれについての平面を備えるモデルを規定し得る。前方カット、遠位斜面カット、遠位カット、後方斜面カット、および後方カットのそれぞれについて、システム200は、各側部に厚さ成分を比例的に追加することにより、前方カット、遠位斜面カット、遠位カット、後方斜面カット、および後方カットのそれぞれについて矩形ボックスを備える矩形ボックスカットを規定してもよい。
【００６１】
いくつかの実装形態においては、システム200は、インプラントシステムが必要とするような追加のカットを使用してもよい。例えば、別の膝システムが、複数の前方斜平面を必要としてもよい。また、システム200は、大腿骨の十字間隙ならびにTKAの場合の脛骨および膝蓋骨における解剖学的特徴部における追加的な個別患者向けマッチングを考慮してもよい。
【００６２】
さらに、システム200は、他の関節、脊柱、または他の骨格構造物における対応する解剖学的特徴部を考慮してもよい。システム200は、他の四肢、および髄内釘、トラウマプレート/ねじ、頭蓋プレート、美容外科プロテーゼ等の外科システムに対して本開示を通して説明される技術を適用してもよい。システム200は、システム200が解剖学的構造物のジオメトリを識別し得る任意の外科手技に対して本開示を通して説明される技術を適用してもよく、個別患者向け解を与えるために医療製品設計に対して本開示を通して説明される技術を適用してもよい。
【００６３】
さらに、本開示において言及される「カット」は、実際にはインプラントにより画定される平面であり得る。例えば、外科医が、骨を大きく切削し(結果としてより小さな骨切削形状が得られる)、次いで骨に名目上のサイズ設定がなされたインプラントを押し付けて、表面を押し下げ得る。この例では、インプラント外周部は、圧入カットに合致するように作製され得る。しかし、インプラントは、押し潰された骨の全てと界面を接し、この最終的に押し付けられる箇所にて骨形状にマッチングするように理想的には作製され得る。したがって、本開示において言及される「カット」は、外科手技時に形成される実際のカットではなく、インプラントの平面に相当する。
【００６４】
いくつかの例では、システム200は、骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づき3次元公差ボリュームを規定する。これらの例においては、システム200は、骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に基づき各切除カットに追加するための厚さを選択してもよい。システム200は、外科医の過誤によりインプラント手技時に発生し得る多様な偏差と、インプラント製造における製造公差と、医療器具の偏差と、インプラントの配置の決定時の骨の部分のモデリングにおける偏差とに対応するように厚さを選択してもよい。
【００６５】
さらに、骨曲線が、骨の偏差を表し、特定の公差に影響を及ぼし得る。例えば、比較的急勾配である場合の骨の側部の公差は、比較的平坦な骨特徴部に適用される公差よりもセンシティブなものになる。
【００６６】
図4は、3次元公差ボリュームを規定するためのプロセス400を示す。プロセス400は、参照数字320に関連して上記で言及した骨の部分へのインプラントの取付けにおいて使用される切除カットに基づき3次元解ボリュームを規定する際に使用され得る。プロセス400の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス400の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数のプロセッサにより実施され得る。
【００６７】
システム200は、骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に対して1つまたは複数の公差を識別する(410)。例えば、システム200は、インプラント手技がどの程度正確に実施され得るかを制御する外科的偏差および製造偏差などの偏差の任意の組合せに対して公差を識別してもよい。この例においては、システム200は、インプラント手技の実施における外科技術の偏差に関連する第1の公差(例えば完全な切除および切削を行う外科医の能力の公差)と、インプラント手技の実施において使用される医療器具の偏差に関連する第2の公差(例えば器具製造および摩耗における公差)と、インプラント手技において使用されるインプラントの製造偏差に関連する第3の公差(例えば作製されるインプラントの良し悪しにおける製造公差)と、患者間の同様の骨の解剖学的構造の偏差に関連する第4の公差と、骨の部分の3次元モデルの生成において使用される医用撮像の偏差に関連する第5の公差(例えば撮像デバイスの分解能の限度による偏差)と骨の部分の3次元モデルの生成において使用されるファイル変換の偏差に関連する第6の公差(例えば元の画像ファイルが別のフォーマットに変換される際に伴い得る偏差)とを判定し得る。システム200は、3次元公差ボリュームの規定時に第1の公差、第2の公差、第3の公差、第4の公差、第5の公差、および第6の公差の中の1つまたは複数の任意の組合せを利用し得る。また、医用撮像における偏差に関連する第5の公差は、医用撮像偏差の2つの成分、すなわち(1)データベースソースデータ(例えばインプラントの設計で利用される撮像)および(2)新たな患者データ(例えば個別患者向けインプラントを受ける患者の撮像)を含んでもよい。
【００６８】
いくつかの実装形態においては、システム200は、時間の経過と共に追跡されるインプラント手技に関連する一般的履歴データに基づき偏差の公差を判定し得る。これらの実装形態においては、システム200は、特殊インプラントデバイスもしくはインプラント手技において使用される器具を解析することなく、外科医がインプラント手技を実施することなく、撮像技術が骨の撮像のために使用されることなく、または特殊ファイル変換が骨のモデリングにおいて必要とされることなく、製造公差、外科医の過誤、撮像公差、およびファイル変換公差に一般的に対処し得る。したがって、これらの実装形態においては、システム200は、評価対象となっている各患者に対して同一の調節を適用することによりインプラント手技に関連付けられる偏差に関する公差に対処し得る。さらに、システム200は、民族および他の人口統計学的計量値または生活様式計量値に基づきこれらの目的またはルールがどのように実装されるかの選択を判定し得る。
【００６９】
他の実装形態においては、システム200は、評価対象となっている特定のインプラント手技に対する調節を調整することによりインプラント手技に関連付けられる偏差に関する公差に対処し得る。これらの実装形態においては、システム200は、インプラント手技を実施する特定の外科医の公差と、インプラント手技において使用されることとなる医療器具の製造偏差および摩耗に対処する公差と、医用撮像およびインプラント手技の計画時に実施される画像処理作業における偏差に対処する公差とを考慮する。インプラント手技に固有の公差に対処することにより、システム200は、インプラント手技に関連付けられる潜在的偏差に対してより正確な調節を実現し得る。システム200は、公差を示すユーザ入力を受領することにより、またはインプラント手技の特徴(例えば外科医の氏名、使用される器具、使用される撮像デバイス、計画時に実施されるファイル変換、器具およびインプラントの材料、材料摩耗率、製造プロセス、検査プロセス等)を示すユーザ入力を受領し、インプラント手技の入力された特徴を利用してインプラント手技に固有の公差を判定することにより、具体的な公差を判定し得る。
【００７０】
システム200は、識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値を判定する(420)。システム200は、インプラント手技に関連する公差の連続体全体を捉え、3次元公差ボリュームの生成において使用するために1つまたは複数の測定値の判定においてそれらの全てに対処し得る。そうすることで、システム200は、各公差値に関して認識済みの精度と各公差値に関して認識済みの潜在的偏差度とに基づき種々の公差値を比較検討し得る。さらに、システム200は、3次元公差ボリュームの生成において使用するために1つまたは複数の測定値を判定する際に単一の公差値(または公差値のサブセット)を考慮し得る。単一の公差値(または公差値のサブセット)は、公差値に関連付けられる偏差度に基づき選択され得る。例えば、外科医の過誤に関連する公差は、インプラント手技に関連する他の公差と比較して比較的高い偏差度が外科医の過誤から得られ得るため、選択され得る。
【００７１】
システム200は、公差ボリュームの規定において各切除カットに追加するために厚さを判定することにより識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値を判定し得る。公差ボリュームの規定において各切除カットに追加するための厚さの判定において、システム200は、考慮される各潜在的偏差の公差に対処する厚さを判定し得る。例えば、システム200は、0.2mmの画素サイズを有する1つの画素の公差を有するMRI撮像デバイスに基づき医用撮像に対処するために0.2mmの厚さを判定し得る。別の例においては、システム200は、外科医が切除カットに関して1.0mm以内の精度を平均的に有することを示す術後データおよび/または外科医コメントの点検に基づき外科医の過誤に対処するように1.0mm(例えば+/-1.0mm)の厚さを判定し得る。考慮される各潜在的偏差の公差に対処する厚さの判定後に、システム200は、公差ボリュームの規定における最悪ケースのシナリオに対処するように全ての厚さを合計し得る。代替的には、システム200は、各偏差の発生可能性および偏差の度合いに対処するように厚さを組み合わせ得る。例えば、システム200は、厚さの二乗平均を計算し、公差ボリューム内の切除カットに追加される厚さとしてその結果を利用し得る。また、システム200は、インプラント手技に関連する誤差分布を考慮し、時間の経過と共に収集された特定の偏差に関するサンプル誤差のモンテカルロ解析に基づき特定の偏差に対処する測定値を判定し得る。さらに、各偏差の可能性が、骨のクラスタを含む既述の入力のいずれかの可能性に関係し得る。システム200が、結果的に得られるリボン間で妥協する際に、システム200は、認識済みのおよび未知の骨形状にマッチングする可能性が最も高い妥協を選択する。例えば、システム200は、リボンとそれらのリボンに割り当てられる可能性分布とを重畳し得る。この例においては、リボン間の重畳は、結果的に可能性分布間の重畳にもなる。組み合わされた可能性(例えば合計された)は、個々のグループメンバーにとっては準最適なものであるとしてもそのグループにとってはより良いものとなる目標をシステム200に与える。
【００７２】
システム200は、骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットの位置を判定する(430)。例えば、システム200は、骨の部分にインプラントを配置するために必要とされる各切除カットの平面の位置を判定する。この例においては、システム200は、骨の部分の形状および/または骨の部分にインプラントを取り付けるために必要とされる典型的な切除カットの形状に基づき、切除カットの位置を判定し得る。システム200は、参照数字320に関連して上記で論じたように、標準的なインプラントのサイズおよび形状の測定値を使用して切除カットの位置を判定し得る。
【００７３】
システム200は、切除カットの位置および識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値に基づき3次元公差ボリュームを規定する(440)。例えば、システム200は、切除カットの位置に基づき切除カットのモデルを規定し得る。この例においては、次いで、システム200は、1つまたは複数の測定値を利用して切除カットのモデルの各切除カットの周囲の厚さを追加することにより、各切除カットが幅成分、高さ成分、および厚さ成分を有する切除カットの3次元モデルを規定し得る。これに関して、3次元モデルは、切除カットがインプラント手技に関連する偏差の公差を考慮して実施され得るエリアを包含する3次元幾何学形状を規定し得る。各切除カットの周囲の厚さの追加において、システム200は、切除カットの各側部において厚さを均一に追加してもよい(例えば、完全なカットを前提とし、完全なカットの各側部において3次元公差ボリュームを等距離にわたり拡張する)。さらに、システム200は、切除カットの側部において厚さを不均衡に追加してもよい。システム200は、公差に加えて骨およびインプラントの制限の曲線を考慮することにより、各切除カットに追加される厚さおよび各切除カットの側部における選択された厚さの分布を設定し得る。
【００７４】
いくつかの例においては、公差に対処する際に、システム200は、各切除カットの全部分に沿って同一厚さ(例えば2ミリメートル)を適用してもよい。これらの例においては、システム200は、矩形ボックスとして各切除カットを規定し、相互に隣接する適切な位置に矩形ボックスを配置して切除カットの3次元モデルとして3次元ボックスカットを規定し得る。
【００７５】
さらに、システム200は、矩形ボックスが種々の厚さ成分を有する3次元ボックスカットをシステム200が規定するように、種々の切除カットに対して種々の厚さを適用し得る。例えば、外科医の過誤に関連する公差は、第2の切除カットに比較して第1の切除カットでは低いものとなり得る。この例においては、システム200は、第2の切除カットに使用される第2の厚さよりも小さな第1の切除カットの第1の厚さを使用し得る。
【００７６】
さらに、システム200は、特定の切除カットに沿って種々の厚さを適用し得る。これに関して、特定の切除カットは、矩形ボックス以外の3次元形状により表される。システム200は、偏差に関する公差が切除カットに沿って多様である場合には、特定の切除カットに沿って種々の厚さを使用し得る。例えば、外科医の過誤に関する公差は、特定の切除カットの始点から特定の切除カットの終点まで徐々に増大し得る。この例では、システム200は、特定の切除カットに対応する3次元公差ボリュームの部分が円すい形状を有するように3次元公差ボリュームを規定する際に、特定の切除カットに沿って使用される厚さを徐々に増大させ得る。
【００７７】
システム200は、骨の曲線、インプラント制限、および識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値に基づき各切除カットの各部分に沿って適用するための厚さを判定し得る。これに関して、システム200は、識別された1つまたは複数の公差に対処する1つまたは複数の測定値を調節し得る。なぜならば、1つまたは複数の測定値は、骨の曲線の問題を結果的にもたらす、および/またはインプラントを骨に対してどのように取り付けることが必要であるかに関する制限に抵触するからである。
【００７８】
再び図3を参照すると、システム200は、3次元解ボリュームに骨の部分の3次元モデルを交差させることにより3次元で表される骨ボリュームを結果的に生成する(330)。例えば、システム200は、骨の部分の3次元モデルに対して3次元解ボリュームを比較し、骨の部分にインプラントを配置する際に切除カットが作製されることとなる位置に整列する3次元解ボリュームの適切な位置を判定し得る。
【００７９】
3次元解ボリュームの整列において、システム200は、骨の部分に配置された場合のインプラントの関節表面の配置を最適化するように設計された技術を利用して、骨の部分の3次元モデルの一部分に3次元解ボリュームを整列させ得る。インプラントの関節表面の配置を最適化するような方法で3次元解ボリュームを整列させるための任意のタイプの技術が利用され得る。例えば、システム200は、3次元解ボリュームの整列において6自由度(例えば3つの位置距離および3つの回転)を考慮し、整列の選択においては患者の解剖学的構造物の様々な側面を考慮し得る。この例では、システム200は、骨の部分のサイズおよび形状、インプラント手技に関連する生体力学軸、ならびに骨の部分に関連付けられる関節に関する適切な動作(または可動域)を考慮し得る。骨の部分のサイズおよび形状の考慮において、システム200は、解ボリューム内で解析されることとなる骨片のサイズおよび形状を考慮し得る、および/またはサイズおよび形状を無条件に考慮し得る。例えば、システム200は、骨のサブサンプルの結果的に得られる形状を考慮し得る、および/または初期状態の骨形状または幾何プリミティブを考慮し得る。
【００８０】
本開示を通じて説明される技術が膝インプラントにおいて使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、内外半角度、屈伸角度、回転位置、およびインプラント手技後に膝の使用の最適化を結果としてもたらす骨の部分に対するインプラントの配置に関連する任意の他のパラメータを考慮し得る。本開示を通じて説明される技術が他のタイプのインプラント(例えば球状に形状設定された股関節骨、平坦肩構成要素、または鞍型足関節など)において使用される実装形態においては、システム200は、他のタイプのインプラントの配置に関連する特徴を考慮し得る。
【００８１】
図5に示すように、この例の界面部500は、3次元解ボリューム520に交差する骨510の一部分の3次元モデルを示す。図示するように、3次元解ボリューム520は、骨の部分へのインプラントの取付けの際に切除カットが作製される位置にて、骨510の一部分の3次元モデルに交差する。この例においては、骨510の一部分の3次元モデルは、大腿骨の遠位端部をモデリングし、3次元解ボリューム520は、3次元モデル510によりモデリングされた大腿骨の遠位端部に膝インプラントの大腿骨構成要素を配置するために必要とされる切除カットに対応する。
【００８２】
骨の部分の3次元モデルに3次元解ボリュームを整列させた後に、システム200は、3次元解ボリュームに交差する骨の部分の3次元モデルの部分を抽出し得る。例えば、システム200は、3次元解ボリュームの外部に位置する骨の部分の3次元モデルの部分を除去し、それにより3次元解ボリュームに交差する骨の部分の3次元モデルの部分を残し得る。システム200は、3次元解ボリュームに交差する骨の部分の3次元モデルの部分を、3次元で表される合成骨ボリュームとして利用し得る。
【００８３】
図6は、3次元で表される合成骨ボリュームを示す一例の界面部600を図示する。界面部600において示される合成骨ボリュームは、図5に示すように、骨510の部分の3次元モデルに3次元解ボリューム520を交差させた結果である。界面部600において示される合成骨ボリュームは、公差により骨に対して切除カットが作製された後に骨の外方表面が示す形状(例えば前方フランジプロファイル、斜面切除部プロファイル、遠位切除部プロファイル、および後方切除部プロファイル)をモデリングする。
【００８４】
再び図3を参照すると、システム200は、骨の部分へのインプラントの配置に関連する1つまたは複数のルールに関して合成骨ボリュームを評価し(340)、骨の部分へのインプラントの配置に関連する1つまたは複数のルールに関しての合成骨ボリュームの評価に基づき合成骨ボリュームを調節する(350)。例えば、システム200は、インプラントが好ましい医療行為に適合するためにどのように骨に対して配置されるべきか、どの形状のインプラントが好ましい医療行為に適合するか、および製造制約によるインプラントサイズに対して課せられる制限を規定するルールにアクセスし得る。この例においては、システム200は、アクセスされたルールに対して合成骨ボリュームを評価し、合成骨ボリュームの部分に取り付けられるインプラントがアクセスされたルールの中の1つまたは複数に抵触するかどうかを判定する。合成骨ボリュームの部分に取り付けられたインプラントがアクセスされたルールの全てに適合するという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。
【００８５】
合成骨ボリュームの部分に取り付けられるインプラントがアクセスされたルールの中の1つまたは複数に抵触するという判定に基づき、システム200は、合成骨ボリュームの部分がアクセスされたルールに適合するように調節され得るか否かを判定する。合成骨ボリュームの部分がアクセスされたルールに適合するように調節され得るという判定に基づき、システム200は、アクセスされたルールに適合するように合成骨ボリュームを調節する(例えば合成骨ボリュームの部分を形状修正または除去する)。合成骨ボリュームの部分がアクセスされたルールに適合するように調節できないという判定に基づき、システム200は、合成骨ボリュームがアクセスされたルールの中の1つまたは複数に抵触し、アクセスされたルールに適合するように調節できないことを示す警告を発する。
【００８６】
いくつかの実装形態においては、骨の部分にインプラントを配置することに関連するルールは、好ましい医療行為にしたがって骨にインプラントを固定するのに必要とされる接触量を規定する。これらの実装形態においては、システム200は、骨の部分にインプラントを安定的に固定するために必要とされる最小接触エリアを指定する最小接触ルールにアクセスし得る。システム200は、合成骨ボリュームを最小接触ルールにより規定された最小接触エリアと比較し、この比較に基づき合成骨ボリュームの全部分が最小接触エリアを満たすか否かを判定する。合成骨ボリュームの全部分が最小接触エリアを満たすという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。しかし、合成骨ボリュームの部分が最小接触エリアを満たさないという判定に基づき、システム200は、最小接触エリアを満たさない合成骨ボリュームの部分を除去または形状修正することにより合成骨ボリュームを調節する。
【００８７】
さらに、骨の部分にインプラントを配置することに関連するルールは、好ましい医療行為にしたがってインプラントの関節表面の許容位置を規定する。例えば、システム200は、許容し得る外科的転帰に必要とされるインプラントの関節表面の位置および/または形状を指定するルールにアクセスし得る。この例においては、システム200は、合成骨ボリュームをルールにより規定されたインプラントの関節表面の位置および/または形状と比較し、この比較に基づき合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定されたインプラントの関節表面の位置および/または形状をインプラントが満たすのを可能にするか否かを判定する。合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定されたインプラントの関節表面の位置および/または形状を満たすという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。しかし、合成骨ボリュームの部分がルールにより規定されたインプラントの関節表面の位置および/または形状を満たさないという判定に基づき、システム200は、ルールにより規定されたインプラントの関節表面の位置および/または形状を満たさない合成骨ボリュームの部分を除去または形状修正することによって合成骨ボリュームを調節する。合成骨ボリュームを調節することによりインプラントの関節表面の許容し得る位置および/または形状を実現することは、重要となり得る。なぜならば、骨に対するより良好な取付けが実現され得るとしても、骨は、インプラント手技により補正されつつある問題を有する場合があり、改善された関節表面を有するという利点が、骨に対するより良好な取付けをもたらすという利点よりも重要となり得るからである。
【００８８】
本開示を通じて説明される技術が膝インプラントに使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、許容し得る外科的転帰に必要とされるインプラントの十字間隙の位置および/または形状を指定するルールにアクセスし得る。この例においては、システム200は、合成骨ボリュームをルールにより規定されたインプラントの十字間隙の位置および/または形状と比較し、その比較に基づき合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定されたインプラントの十字間隙の位置および/または形状をインプラントが満たすのを可能にするか否かを判定する。合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定されたインプラントの十字間隙の位置および/または形状を満たすという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。しかし、合成骨ボリュームの部分がルールにより規定されたインプラントの十字間隙の位置および/または形状を満たさないという判定に基づき、システム200は、ルールにより規定されたインプラントの十字間隙の位置および/または形状を満たさない合成骨ボリュームの部分を除去または形状修正することによって合成骨ボリュームを調節する。合成骨ボリュームを調節することによりインプラントの顆幅を保持することは、膝蓋骨構成要素に関する許容し得る関節接合を維持し、外科医によるインプラント手技の容易化の向上を可能にするためには重要となり得る。また、インプラントの十字間隙を保持するために合成骨ボリュームを調節することは、有用となり得る。
【００８９】
いくつかの例においては、骨の部分にインプラントを配置することに関連するルールは、インプラントに認められる上部張出しリスクに対する限度を規定し得る。例えば、システム200は、インプラントが骨のエッジにどの程度近くに位置し得るかを指定するルールにアクセスし得る。ルールは、骨の特定の部分における上部張出しリスクの可能性および程度に基づき骨の個々の部分に対して異なる距離を有し得る(例えば、ルールは、上部張出しリスクがより大きい組織付近の位置においてはより大きな保護距離を規定し得る)。システム200は、合成骨ボリュームをルールにより規定された距離と比較し、この比較に基づき合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定された距離をインプラントが満たすのを可能にするか否かを判定する。合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定された距離を満たすという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。しかし、合成骨ボリュームの部分がルールにより規定された距離を満たさないという判定に基づき、システム200は、ルールにより規定された距離を満たさない合成骨ボリュームの部分を除去または形状修正することによって合成骨ボリュームを調節する。上部張出しリスクを制限するために合成骨ボリュームを調節することは、重要となり得る。なぜならば、上部張出しは、インプラント手技後の患者の不快感を結果的にもたらす場合があり、骨に対するより良好な取付けをもたらす利点よりも重要となり得るからである。
【００９０】
いくつかの実装形態においては、骨の部分にインプラントを配置することに関連するルールは、インプラントの厚さに対する限度を規定し得る。例えば、システム200は、インプラントの最小厚さを指定するルールにアクセスし得る。この例においては、システム200は、最小厚さに対して合成骨ボリュームにマッチングするインプラントの厚さを比較し、この比較に基づき合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定された最小厚さをインプラントが満たすのを可能にするか否かを判定する。合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定された最小厚さを満たすという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。しかし、合成骨ボリュームの部分がルールにより規定された最小厚さを満たさないという判定に基づき、システム200は、ルールにより規定された最小厚さを満たさない合成骨ボリュームの部分を除去または形状修正することによって合成骨ボリュームを調節する。また、システム200は、骨の異なる部分がサンプリングされる(例えば再サンプリング)ように、骨における最終インプラントの位置を変更し得る。最小厚さを満たすように合成骨ボリュームを調節することは、重要となり得る。なぜならば、インプラントの薄い部分を有するというマイナス面(例えば潜在的に先鋭なエッジ、強度の低下等)が、骨のより良好な取付けをもたらすという利点よりも重要となり得るからである。また、骨ボリュームのマッチングが、例えば大腿骨/脛骨/膝蓋骨動作の運動学など関節接合に影響を及ぼす場合には、システム200は、膝関節の安定性を保持するために「安全ゾーン」としていくつかのエリアを保持し得る。例えば、システム200は、膝蓋骨トラッキングのために大腿骨インプラント上に滑車溝を保持し得る。
【００９１】
さらに、骨の部分にインプラントを配置することに関連するルールは、インプラントのエッジの形状に対する制限を規定し得る。例えば、システム200は、インプラントの許容外形を指定するルールにアクセスし得る。この例においては、システム200は、許容外形に対して合成骨ボリュームにマッチングするインプラントの外形を比較し、この比較に基づき合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定された許容外形をインプラントが満たすのを可能にするか否かを判定する。合成骨ボリュームの全部分がルールにより規定された許容外形を満たすという判定に基づき、システム200は、調節を伴わずに合成骨ボリュームを維持する。しかし、合成骨ボリュームの部分がルールにより規定された許容外形を満たさないという判定に基づき、システム200は、ルールにより規定された許容外形を満たさない合成骨ボリュームの部分を除去または形状修正することによって合成骨ボリュームを調節する。許容外形を満たすように合成骨ボリュームを調節することは、重要であり得る。なぜならば、インプラントの先鋭部分を有するというマイナス面が、骨に対するより良好な取付けをもたらすという利点よりも重要となり得るからである。
【００９２】
図7は、調節された骨ボリュームを生成するためのプロセス700を示す。プロセス700は、骨の部分にインプラントを配置することに関連する1つまたは複数のルールに関して合成骨ボリュームを評価し、参照数字340および350に関連して上記で言及した評価に基づき合成骨ボリュームを調節する際に使用され得る。プロセス700の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス700の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数のプロセッサにより実施され得る。
【００９３】
システム200は、インプラントの外周部に基づき許容ゾーンを規定する(710)。例えば、システム200は、インプラント外周部を利用して、既存のインプラントよりも大きくまたは小さくなり得る最小許容ゾーンを規定する。最小許容ゾーンは、好ましい医療行為に適合する許容し得る外科的転帰を実現するために必要とされるインプラントの接触エリアを規定し得る。接触エリアは、大腿骨インプラントと大腿骨との間の接触エリアを指し得る。システム200は、合成骨ボリュームにマッチングされ得る接触エリアボリュームとして最小許容ゾーンを規定し得る。接触エリアボリュームは、インプラントの関節表面の最小サイズに対応するエリアを規定し得る。
【００９４】
システム200は、許容骨ボリュームを生成するために許容ゾーンに合成骨ボリュームを交差させる(720)。例えば、システム200は、許容ゾーンと合成骨ボリュームを比較し、その比較に基づき、合成骨ボリュームに許容ゾーンを整列させ得る。システム200は、合成骨ボリュームの1つまたは複数の表面に許容ゾーンの1つまたは複数の表面をマッチングさせることにより、合成骨ボリュームに許容ゾーンを整列させ得る。
【００９５】
図8は、3次元の合成骨ボリューム810および3次元許容ゾーン820を示す一例の界面部800を図示する。図示するように、3次元許容ゾーン820は、合成骨ボリューム810の表面と整列される許容ゾーン820の表面に3次元の合成骨ボリューム810を交差させる。許容ゾーン820は、インプラントに必要な関節表面を形成するための最小サイズに対応する。したがって、許容ゾーン820の外周部は、許容ゾーン820の外周部が合成骨ボリューム810を越えて延在する場合に、合成骨ボリューム810に追加される。いくつかの例においては、3次元許容ゾーン820は、接触エリア安全ゾーンであり得る。これらの例においては、接触エリアは、脛骨および膝蓋骨が大腿骨インプラントに接触する位置にマッピングされる。これに関して、システム200は、インプラントシステムの運動学および耐久性が変化しないようにこの安全ゾーンを保護する。
【００９６】
再び図7を参照すると、システム200は、インプラントのサイズ設定と、骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差とに基づきインプラント公差ゾーンを規定する(730)。例えば、システム200は、標準インプラントに関するサイズデータおよび形状データにアクセスし、標準インプラントに関するサイズデータおよび形状データに基づきインプラント公差ゾーンを規定する。この例においては、システム200は、骨に接触するインプラントの表面から外方へとインプラント公差ゾーンを拡張し得る。システム200は、3次元公差ボリュームを規定するために上述のものと同様の技術を利用してインプラント公差ゾーンを規定し得る(例えば図4および対応する説明を参照)。システム200は、上述の3次元公差ボリュームと同一のボリュームを有するようにインプラント公差ゾーンを規定し得る。
【００９７】
図9は、製造制約によりインプラントサイズに課せられる最大制限に対応し得るインプラント910の3次元表現と、3次元インプラント公差ゾーン920とを示す一例の界面部900を図示する。図示するように、3次元インプラント公差ゾーン920は、骨に接触するインプラント910の表面から外方に延在し、インプラント910の3次元表現のサイズに関して規定された公差を表す。システム200は、図4における3次元公差ゾーンの規定に関連して上記で説明されたものと同一または同様の技術を利用して3次元インプラント公差ゾーン920を規定し得る。
【００９８】
再び図7を参照すると、システム200は、重畳骨ボリュームを生成するためにインプラント公差ゾーンに合成骨ボリュームを交差させる(740)。例えば、システム200は、インプラント公差ゾーンに対して合成骨ボリュームを比較し、この結果に基づき合成骨ボリュームにインプラント公差ゾーンを整列させる。システム200は、合成骨ボリュームの1つまたは複数の表面にインプラント公差ゾーンの1つまたは複数の表面をマッチングすることにより合成骨ボリュームにインプラント公差ゾーンを整列させ得る。
【００９９】
図10は、3次元の合成骨ボリューム1010および3次元インプラント公差ゾーン1020を示す一例の界面部1000を図示する。図示するように、3次元インプラント公差ゾーン1020は、合成骨ボリューム1010の表面に整列されるインプラント公差ゾーン1020の表面に3次元の合成骨ボリューム1010を交差させる。インプラント公差ゾーン1020は、3次元の合成骨ボリューム1010に対する制限を規定する。システム200は、重畳骨ボリュームの3次元表現を規定するためにインプラント公差ゾーン1020内に含まれるサイズに合成骨ボリューム1010を限定し得る。図10に示す例においては、3次元重畳骨ボリュームは、図9に関連して上述したインプラント公差ゾーン920との図6に関連して上述した合成骨ボリュームの交差を表す。
【０１００】
再び図7を参照すると、システム200は、複合骨ボリュームを生成するために図10の重畳骨ボリュームに図8の許容骨ボリュームを組み合わせる(750)。例えば、システム200は、重畳骨ボリュームに対して許容骨ボリュームを比較し、この比較に基づき重畳骨ボリュームに許容骨ボリュームを整列させて複合骨ボリュームを生成し得る。システム200は、重畳骨ボリュームの1つまたは複数の表面に許容骨ボリュームの1つまたは複数の表面をマッチングすることにより、重畳骨ボリュームに許容骨ボリュームを整列させ得る。
【０１０１】
図11は、許容骨ボリュームが重畳骨ボリュームに整列されている複合骨ボリュームの3次元表現を示す一例の界面部1100を図示する。図11に示す例においては、複合骨ボリュームは、図10に関連して上述した重畳骨ボリュームと図8と関連して上述した3次元許容骨ボリュームとの組合せに基づき規定されている。
【０１０２】
再び図7を参照すると、システム200は、複合骨ボリュームを使用して3次元で内方公差および外方公差を規定する調節された骨ボリュームを生成する(760)。例えば、システム200は、許容ゾーンおよびインプラント公差ゾーンを満たさない複合骨ボリュームの部分を除去および/または形状修正する。システム200は、複合骨ボリュームを使用して、特定の領域(例えば大腿骨の遠位端部の前方フランジ)についての内方許容3次元公差および外方許容3次元公差を規定し得るか、またはインプラント全体および全ての関連する面/エッジについての内方許容3次元公差および外方許容3次元公差を規定し得る。必要な場合には、システム200は、骨ボリュームに追加される公差ゾーンの補間を生成し得る。システム200は、許容ゾーンおよびインプラント公差ゾーンを満たさない複合骨ボリュームの部分を除去および/または形状修正する結果として得られる調節された骨ボリュームを生成し得る。
【０１０３】
図12は、調節された骨ボリュームの3次元表現を示す一例の界面部1200を図示する。図12に示す例においては、3次元の調節された骨ボリュームは、図11に関連して上述した複合骨ボリュームにしたがって調節された骨ボリュームを示す。この例においては、システム200は、インプラント公差ゾーンを満たさなかった複合骨ボリュームの部分を除去し、複合骨ボリュームが許容ゾーンを満たさなかった場合には複合骨ボリュームに部分を追加した。
【０１０４】
再び図3を参照すると、システム200は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の輪郭表現を判定する(360)。例えば、システム200は、合成骨ボリューム(例えば上述の調節された骨ボリューム)を解析し、合成骨ボリュームの外周部の外方表面を識別し得る。この例においては、システム200は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面をモデリングする骨表面リボンを生成するために、合成骨ボリュームから合成骨ボリュームの外周部の外方表面を抽出し得る。骨表面リボンは、3次元で表現され、本開示を通して説明される公差およびルールに対処しつつ評価される骨の部分に最も良くマッチングするインプラントの外方表面を表し得る。骨表面リボンは、輪郭表現として使用され得る。
【０１０５】
図13は、骨表面リボンを示す一例の界面部1300を図示する。図13に示す例においては、骨表面リボンは、図12に示す調節された骨ボリュームの外周部の外方表面の3次元表現である。この例においては、システム200は、図12に示される調節された骨ボリュームから骨表面リボンを抽出することにより、本開示を通じて説明される公差およびルールに対処しつつ図12に示す調節された骨ボリュームに最も良くマッチングするインプラントの外周部をモデリングしている。
【０１０６】
いくつかの実装形態においては、システム200は、輪郭表現を規定するために骨表面リボンに曲線を合致させる。これらの実装形態においては、システム200は、インプラントを骨表面リボンに合致させる形状を選択するために統計学または他の適切な技術を利用してもよく、選択された形状に曲線を合致させ得る。例えば、システム200は、骨表面リボンにより表されるシートまたは公差ボリュームに倣う曲線を生成し得る。システム200は、3次元で曲線を規定し得る。
【０１０７】
いくつかの例においては、システム200は、リボンの表面へと曲線を制限することなく骨表面リボンに曲線を合致させ得る。これらの例においては、システム200は、公差値内において(例えば2ミリメートル)骨表面リボンの内部および/または外部に曲線を延在させ、公差値内において骨表面リボンに最も良くマッチングする曲線を導出し得る。システム200は、導出された曲線を使用して生成されるインプラントの上部張出しに関する可能性を制限する、骨表面リボンの側部への公差を規定し得る。例えば、上部張出しを回避するために、システム200は、骨リボンの外部にではなく、骨表面リボンの内部にのみ曲線を配置し得る。
【０１０８】
骨表面リボンに曲線を合致させるために、システム200は、骨表面リボンにBスプライン(または他のタイプのスプライン)を重畳し得る。例えば、システム200は、骨表面リボンを解析し、この解析に基づきスプラインのノードに適した骨表面リボン上の位置を識別し得る。次いで、システム200は、識別されたノード間の骨表面リボンをモデリングする曲線を規定することによりスプラインを生成し得る。
【０１０９】
図14は、曲線1420が骨表面リボン1410上に重畳された状態の骨表面リボン1410を示す一例の界面部1400を図示する。曲線1420は、骨表面リボン1410に対する3次元合致を表し、公差ゾーン内において骨表面リボン1410の内部および外部に延在する部分を含む。曲線1420は、骨表面リボン1410上に重畳されたBスプラインである。
【０１１０】
いくつかの実装形態においては、システム200は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分のみについて輪郭表現を判定する。これらの実装形態においては、システム200は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分に関して部分的骨表面リボンを生成し、この部分的骨表面リボンに曲線を合致させ得る。また、システム200は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面全体に関する完全骨表面リボンを生成し、完全骨表面リボンの一部分のみに曲線を合致させてもよい。さらに、システム200は、合成骨ボリュームの外周部の全外方表面に関する完全骨表面リボンを生成し、完全骨表面リボン全体に対して曲線を合致させ、次いで合成骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分に対応する曲線の部分を選択してもよい。
【０１１１】
システム200は、ユーザの関心対象である合成骨ボリュームの部分を規定するユーザ入力に基づき合成骨ボリュームの外周部の外方表面の部分を選択し得る。例えば、システム200は、結果的に関心対象の得られる骨ボリュームの外周部の外方表面の一部を規定するユーザ入力を受領し得る。この例においては、この部分は、偏差が生じる外周部の外方表面の部分に対応してもよく、外周部の外方表面のこの部分にインプラントを取り付ける利点は、厳密な合致を試みることによる上部張出しのリスクおよびインプラントの関節表面の阻害などの、そうすることのリスクよりも重要となる。これに関して、システム200は、合成骨ボリュームの非関節表面もしくはエッジ、および/または上部張出しによる組織損傷リスクがより低くなる合成骨ボリュームの部分を選択してもよい。
【０１１２】
本開示を通じて説明される技術が膝インプラントにおいて使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、前方フランジに対応する大腿骨の外周部の外方表面の部分を選択し得る。前方フランジに対応する大腿骨の外周部の外方表面の部分は、関心対象となり得る。なぜならば、前方フランジの著しい偏差が、種々の患者の間に存在し、前方フランジへのインプラントの取付けの下側は、前方フランジに取り付けられるインプラントの部分が関節表面ではないことにより制限されるからである。
【０１１３】
図15は、骨表面リボンの一部分をモデリングするために生成された曲線1510の一部分を示す一例の界面部1500を図示する。曲線1510は、大腿骨の前方フランジに位置する骨表面リボンの部分への3次元合致を表す。曲線1510は、大腿骨の前方フランジに位置する骨表面リボンの部分に重畳されたBスプラインである。
【０１１４】
再び図3を参照すると、システム200は、インプラントマッチングに関する1つまたは複数の動作において輪郭表現を利用する(370)。例えば、システム200は、輪郭表現に基づきカスタムインプラントを設計し得る、インプラントライブラリの生成において輪郭表現を利用し得る、および/または輪郭表現を利用してインプラントライブラリからインプラント手技において使用するためのインプラントを選択し得る。カスタムインプラントの設計において、システム200は、インプラント製造アプリケーションに輪郭表現を入力し、インプラント製造アプリケーションは、輪郭表現に対応するインプラントの設計を生成し得る。これに関して、システム200は、輪郭表現を規定するスプラインを入力し、インプラント製造アプリケーションは、カスタムインプラントを展開するために使用される追加のスプラインを生成し得る。
【０１１５】
いくつかの例においては、輪郭表現は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面全体を表し得る。これらの例においては、システム200は、カスタムインプラントの外周部全体が輪郭表現に対応するカスタムインプラントの設計を生成する。他の例においては、輪郭表現は、合成骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分を表し得る。これらの例においては、システム200は、カスタムインプラントの外周部の一部分が輪郭表現に対応し、カスタムインプラントの外周部の残りの部分が標準インプラント設計に対応する、カスタムインプラントの設計を生成する。
【０１１６】
いくつかの実装形態においては、システム200は、インプラントの設計において輪郭表現をオフセットする。これらの実装形態においては、システム200は、輪郭表現の外方表面の延在する度合いを若干軽減させ(例えば輪郭表現を若干収縮させ)、インプラント設計の基礎として軽減されたバージョンの輪郭表現を使用し得る。システム200は、骨の1つまたは複数の部分にてインプラントを上部に張り出させる製造偏差リスクを軽減させるために、インプラント製造公差にしたがって軽減量を規定し得る。例えば、システム200は、骨表面リボン(または骨表面リボンに合致された曲線)を利用する前に2ミリメートルだけ骨表面リボン(または骨表面リボンに合致された曲線)をオフセットすることにより、インプラント設計を生成し得る。骨表面リボンのオフセットは、患者の骨のソースデータおよび実際のサイズとCADモデルとの差に対処するために必要となり得る。骨表面リボンのオフセットにおいて、システム200は、骨モデル外周部の内部に約3.5mmだけインプラントモデル外周部をオフセットし得る。
【０１１７】
図16は、インプラント設計ライブラリを生成するためのプロセス1600を図示する。プロセス1600は、参照数字370に関連して上記で参照したインプラントマッチングに関する1つまたは複数の動作において輪郭表現を利用する際に使用され得る。プロセス1600の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス1600の動作は、1つまたは複数の電子デバイス内に含まれる1つまたは複数のプロセッサにより実施され得る。
【０１１８】
システム200は、サンプル輪郭表現が骨の部分に対応する他の骨部分に関して判定されたデータベース内に輪郭表現を格納する(1610)。例えば、システム200は、特定の骨または骨のサブグループもしくはクラスタ(例えば大腿骨もしくは大腿骨の遠位端部)に関するサンプル輪郭表現のデータベースを維持し、データベースに判定された輪郭表現を追加する。サンプル輪郭表現は、死体研究時に解析された死体の骨に関して判定された輪郭表現を含む、多数の異なる患者に関して判定された輪郭表現を含み得る。サンプル輪郭表現は、特定の骨に関する完全輪郭表現または特定の骨に関する部分輪郭表現(例えば大腿骨の遠位端部の前方フランジプロファイル)であってもよい。また、システム200は、患者に関する他の患者情報(例えば年齢、性別、民族、体重、身長等)および/または特定の骨に関する情報(例えば特定の骨のサイズ測定値)をデータベース内に格納してもよい。システム200は、他の患者情報を利用して、サンプル輪郭表現のグループ化およびサンプル輪郭表現のグループへの新規患者のマッチングを支援してもよい。
【０１１９】
システム200は、データベースに格納された輪郭表現の特徴を解析する(1620)。例えば、システム200は、データベースに格納されたサンプル輪郭表現のサイズ特徴および/または形状特徴を判定し、サンプル輪郭表現の判定されたサイズ特徴および/または形状特徴を相互に比較する。この例においては、システム200は、この比較に基づきサンプル輪郭表現同士の間の類似性レベルを判定する。
【０１２０】
いくつかの実装形態においては、システム200は、解析の実施において全てのサンプル輪郭表現のサイズ特徴および/または形状特徴を利用する。他の実装形態においては、システム200は、解析の実施においてサンプル輪郭表現の一部のサイズ特徴および/または形状特徴を利用する。例えば、システム200は、サンプル輪郭表現に沿って位置サブセットを選択し、解析において各位置サブセットのサイズ特徴および/または形状特徴を利用し得る。本開示を通じて説明される技術が膝インプラントにおいて使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、前方フランジの表現に沿って複数の点を選択し、これらの複数の点のそれぞれの位置情報を判定し、解析においてその位置情報を利用し得る。
【０１２１】
解析に基づき、システム200は、データベースに格納された輪郭表現を、同様の特徴を有する輪郭表現をそれぞれが備える複数のグループにクラスタ化する(1630)。例えば、システム200は、クラスタ化プロセスを利用することにより、同様のサイズ特徴および/または形状特徴を有するサンプル輪郭表現の複数の異なるグループにサンプル輪郭表現をグループ化する。システム200は、サンプル輪郭表現のサイズ特徴および/または形状特徴の比較に基づきクラスタ化を実施し得る。システム200は、サンプル輪郭表現セットを各グループ(クラスタと呼ばれる)へと割り当てることによりクラスタ化を実施してもよく、それにより、同一クラスタ内のサンプル輪郭表現は、他のクラスタ内のものよりも相互により類似した(何らかの意味において)ものとなる。
【０１２２】
任意のタイプの1つまたは複数のクラスタ化プロセスが、同様のサイズ特徴および/または形状特徴を有するグループへとサンプル輪郭表現を整理するために利用されてもよい。例えば、システム200は、同様の特徴を有するサンプル輪郭表現を共にグループ化するために機械学習プロセスを利用してもよい。システム200が利用し得るクラスタ化プロセスの例には、単リンククラスタ化、完全リンククラスタ化、および平均リンククラスタ化などの結合度ベースクラスタ化プロセス(例えば階層クラスタ化プロセス)、k平均クラスタ化、k中央値クラスタ化、およびファジーc平均クラスタ化などの図心ベースクラスタ化プロセス、期待最大化(EM)クラスタ化およびガウスクラスタ化混合などの分布ベースクラスタ化プロセス、ならびにDBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)およびOPTICS(ordering points to identify the clustering structure)などの密度ベースクラスタ化プロセスの中の1つまたは複数が含まれる。
【０１２３】
システム200は、複数グループのそれぞれについてのインプラント設計を規定する(1640)。例えば、サンプル輪郭表現が、同様の特徴を有する複数のグループにクラスタ化された後に、システム200は、特定のグループに含まれるサンプル輪郭表現を利用して特定のグループについてのインプラント設計を判定する。この例においては、システム200は、特定のグループに含まれるサンプル輪郭表現の特徴を解析し、特定のグループに含まれるサンプル輪郭表現についての最も良く合致する輪郭表現を判定し得る。次いで、システム200は、この最も良く合致する輪郭表現を利用して、輪郭表現を利用したカスタムインプラントの規定に関連して上述した技術を利用して特定のグループに関するインプラント設計を規定し得る。特定のグループに関するインプラント設計の規定後に、システム200は、インプラント設計が各グループについて規定されるまで、他のグループの輪郭表現を処理し続ける。
【０１２４】
いくつかの実装形態においては、輪郭表現グループに関するインプラント設計を規定するために、システム200は、グループに含まれる輪郭表現を平均化することにより平均輪郭表現を計算し得る。これらの実装形態においては、システム200は、平均輪郭表現を利用することにより、輪郭表現を利用したカスタムインプラントの規定に関連して上述した技術を利用して特定のグループに関するインプラント設計を規定し得る。
【０１２５】
さらに、輪郭表現グループに関するインプラント設計を規定するために、システム200は、グループに含まれる輪郭表現の最低基準および最高基準を利用し得る。例えば、システム200は、グループに含まれる全ての輪郭表現が組合せ輪郭表現内に合致するように、グループに含まれる各輪郭表現の最小点および最大点に基づき組合せ輪郭表現を規定し得る。
【０１２６】
いくつかの例においては、特定のインプラント設計を生成するために適用されるルールは、インプラント境界部またはインプラント外周部の周囲のどの位置において、境界ゾーンの分だけ骨カット外周部を越えたインプラントの上部張出しおよびインプラント境界部またはインプラント外周部を越えた骨の下部張出しが指定されるかを指定するユーザニーズ制約を含む。これらの境界制約は、軟組織リスク、インプラントから皮質(より高密度の外方骨)への荷重伝達、失血の最小限化、および他の既知のリスクを含むリスクに対応する。設計チーム外科医は、設計を評価および認可し、システム200は、設計チーム外科医の推奨を指定するユーザ入力に基づき設計を適合化し得る。
【０１２７】
複数グループのそれぞれについてのインプラント設計の規定後に、システム200は、各グループに関する規定されたインプラント設計を評価し得る。例えば、システム200が、特定のグループに関するインプラント設計を規定した後に、システム200は、特定グループに含まれる各輪郭表現に対してこのインプラント設計を比較し、この比較に基づきインプラント設計が特定のグループに含まれる各輪郭表現にどの程度厳密にマッチングするかを判定し得る。インプラント設計が特定のグループに含まれる各輪郭表現にどの程度厳密にマッチングするかの判定に基づき、システム200は、インプラント設計がしきい値度内で特定のグループに含まれる各輪郭表現にマッチングするか否かを判定し得る。インプラント設計がしきい値度ないで特定のグループに含まれる各輪郭表現にマッチングするという判断に基づき、システム200は、インプラント設計が特定のグループにとって十分なものであると判定し、その特定のグループにインプラント設計を割り当てる。
【０１２８】
しかし、インプラント設計がしきい値度内において特定のグループに含まれる輪郭表現の中の1つまたは複数にマッチングしないという判定に基づき、システム200は、インプラント設計を拒絶し、インプラント設計が特定のグループに取って不十分であることを示す警告を発し得る。インプラント設計の拒絶後に、システム200は、特定のグループに含まれる輪郭表現に基づき新規のインプラント設計を生成するために別の技術の利用を試みてもよい。システム200は、新規の設計がしきい値度内において特定のグループに含まれる各輪郭表現にマッチングするか否かを判定するために、新規のインプラント設計を評価し得る。システム200は、インプラント設計がしきい値度内において特定のグループに含まれる各輪郭表現にマッチングすることを、および特定のグループに含まれる輪郭表現に基づきインプラント設計を生成するための全ての技術が試みられて失敗に終わったことをシステム200が判定するまで、特定のグループに関して新規のインプラント設計を試み続けてもよい。
【０１２９】
いくつかの例においては、インプラント設計の拒絶後に、または特定のグループに含まれる輪郭表現に基づきインプラント設計を生成するための全ての技術が試みられて失敗に終わったことが判定された後に、システム200は、特定のグループに含まれる輪郭表現に対して追加のクラスタ化を実施して、特定のグループをより小さな輪郭表現グループへと分割することを決定する。これらの例においては、システム200は、グループ内の輪郭表現同士の間のより近い類似度を結果的にもたらすパラメータを用いて上述のクラスタ化動作を反復する。クラスタ化後には、システム200は、各グループに関するインプラント設計の生成と、許容し得るインプラント設計が各グループについて規定されるまでインプラント設計を評価することとに関連して上述した動作を反復する。
【０１３０】
いくつかの実装形態においては、インプラント設計の拒絶後に、または特定のグループに含まれる輪郭表現に基づきインプラント設計を生成するための全ての技術が試みられて失敗に終わったと判定された後に、システム200は、特定のグループから問題となる輪郭表現を除去することにより、インプラント設計がしきい値度内において特定のグループに含まれる残りの各輪郭表現にマッチングするようにし得る。これらの実装形態においては、システム200は、除去された輪郭表現を他のグループ(例えば新規グループ)へとクラスタ化するように試みてもよく、またはライブラリ内に対応するインプラント設計がないまま除去された輪郭表現を残すことを決定してもよい。例えば、システム200は、利用可能なインプラント設計ライブラリがしきい値度内においてしきい値パーセンテージ(例えば80パーセント)のサンプル輪郭表現をカバーする場合には、クラスタ化および新規インプラント設計の規定を停止するように決定してもよい。この例においては、システム200は、ライブラリ内に対応するインプラント設計を有さない除去された輪郭表現と同様の輪郭表現を有する患者に対してカスタムインプラントが必要とされると判定し得る。
【０１３１】
いくつかの例においては、システム200は、新規患者から新規サンプル輪郭表現を受領し得る、および/またはインプラントライブラリから選択されたインプラント合致に関するフィードバックを受領し得る。これらの例においては、システム200は、新規患者からの新規サンプル輪郭表現および/またはインプラントライブラリから選択されたインプラント合致に関するフィードバックを利用して、データベース内のサンプル輪郭表現のクラスタ化を更新し、インプラント設計を規定(または再規定)して、インプラント設計ライブラリのカバー範囲を拡張させ得る。
【０１３２】
システム200は、各インプラント設計について、患者骨データにインプラント設計をマッチングすることを可能にする1つまたは複数のパラメータとの関連においてインプラント設計を格納する。例えば、システム200は、インプラント設計を識別するデータとの関連において、インプラント設計に対応するグループに含まれる輪郭表現に関する最も良く合致する輪郭表現または平均輪郭表現を格納し得る。また、システム200は、インプラント設計を識別するデータとの関連において、インプラント設計に対応するグループ内に合致する輪郭表現をカバーする範囲の輪郭表現データを格納する。さらに、システム200は、インプラント設計を識別するデータとの関連において、骨サイズ測定値と、患者がインプラント設計に合致するか否かの判定において有用であり得る他の患者データ(例えば年齢、性別、民族、体重、身長等)とを格納し得る。システム200は、インプラントライブラリ内のインプラントに患者骨データをマッチングさせ得る任意のタイプのデータを格納し得る。
【０１３３】
図16との関連で上述したプロセス1600は、輪郭表現を利用したクラスタ化に対応するが、同様の技術が、骨の形状およびサイズを記述した他のタイプのデータと共に利用されてもよい。例えば、システム200は、標識セットを使用してクラスタ化を実施し得る。この例においては、システム200は、システム200が同様のサイズおよび形状のケースをクラスタ化する前に骨カット形状を特徴づける第1の段階において、輪郭表現(例えばBスプライン)の代わりに標識を使用する。標識に基づくクラスタ化の後に、システム200は、対応する「高分解能」輪郭表現(例えばBスプライン)を生成して、クラスタケース中の各骨に合致する1つの「高分解能」輪郭表現(例えばBスプライン)を作成する。次いで、システム200は、「高分解能」輪郭表現(例えばBスプライン)に対して認識済みの公差(例えば製造公差、外科医の可変性、検査公差、撮像公差等)を適用し、公差に対処する対応する「低分解能」輪郭表現(例えばBスプライン)を生成する。
【０１３４】
「低分解能」輪郭表現(例えばBスプライン)から、システム200はインプラント設計を生成する。例えば、システム200は、特定のクラスタに関するルールを満たす個別の新規患者向け大腿骨インプラントまたは個別のクラスタ向け大腿骨インプラントを作製するために、既存の大腿骨インプラントモデルから切除するまたはそれに追加する新規境界トリムシートまたは新規外周部トリムシートを生成する。この場合に、各クラスタは、(1)高分解能輪郭表現(例えばBスプライン)、(2)低分解能輪郭表現(例えばBスプライン)、および(3)大腿骨インプラントモデルを有する。輪郭表現(例えばBスプライン)は、コンピュータシステム上で実行されるMatLabプログラムまたはVisual Basicプログラムなどのプログラミングコードを利用して生成され得るユニグラフィックス(UG)Expression Listを利用して規定され得る。(UG)Expression Listは、上述した通り、自動処理にて生成され得る。
【０１３５】
骨のクラスタ化のいくつかの例においては、システム200は、骨によりクラスタ化を行ってもよく(例えば類似形状設定された骨のラインアップ化)、またはシステム200は、あるグローバル基準系に関する特徴部自体のクラスタ化を行ってもよい。例えば、システム200は、既存の外科的プロトコルにしたがって全ての骨をラインアップ化し、複数のクラスタ(50個のクラスタ)のセットから後方顆の半径を抽出し得る。システム200は、前方フランジが集団内でより高い偏差度を有するため、前方フランジに対してより高い分解能を使用してもよい。したがって、システム200は、前方フランジ特徴部に対してより多数のクラスタを使用してもよい(例えばその特徴部の400個のクラスタ)。特徴部ベースクラスタ化においては、使用される特徴部は、インプラント(または器具)をモデリングするためにCADモデルにおいて見受けられる特徴部か、または製造プロセス(例えば第2の動作である研磨動作)における特徴部に対応し得る。
【０１３６】
これらの同一ラインに沿って、システム200は、解スプラインが製造不可能なしわまたはくぼみを有するのを防止するために、最小限だけ含まれるツール半径を含み得る。これは、曲線1420が「リボン」に厳密には倣わずに図示される理由の背後にあるドライビング因子の1つであり得る。
【０１３７】
図17は、インプラントに患者データをマッチングするためのプロセス1700を図示する。プロセス1700は、参照数字370に関連して上記で参照したインプラントマッチングに関する1つまたは複数の動作における輪郭表現の利用の際に使用され得る。プロセス1700の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス1700の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数のプロセッサにより実施され得る。
【０１３８】
システム200は、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを判定する(1710)。例えば、システム200は、輪郭表現のサイズ特徴および/または形状特徴を判定し得る。また、システム200は、ライブラリ内のインプラントへのマッチングを可能にする輪郭表現の部分に関する位置データを判定し得る。システム200は、プロセス1600におけるインプラント設計に関連して格納されるパラメータを含む、インプラントライブラリ内のインプラントへの輪郭表現のマッチングを可能にする任意のタイプのパラメータを判定し得る。システム200は、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータとして輪郭表現自体を利用し得る。
【０１３９】
システム200は、利用可能なインプラント設計に関連付けられたパラメータに対して輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを比較し(1720)、比較結果に基づき輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングするか否かを判定する(1730)。例えば、システム200は、インプラント設計ライブラリ内のインプラント設計との関連において格納されたパラメータにアクセスし、アクセスされたパラメータに対して輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを比較し得る。アクセスされたパラメータに対する輪郭表現の1つまたは複数のパラメータの比較に基づき、システム200は、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内においてアクセスされたパラメータにマッチングするか否かを判定する。
【０１４０】
いくつかの例においては、システム200は、インプラント設計ライブラリに格納されたインプラント設計の外方外周部形状に対して輪郭表現の形状を比較し得る。これらの例においては、インプラント設計ライブラリに格納されたインプラント設計の外方外周部形状に対する輪郭表現の形状の比較に基づき、システム200は、輪郭表現の形状がライブラリに格納されたインプラント設計の外方外周部の形状に厳密にマッチングするか否かを、またはしきい値公差ゾーンの範囲内においてライブラリに格納されたインプラント設計の外方外周部の形状にマッチングする(例えば全ての位置において2ミリメートル以内で外方外周部にマッチングする)か否かを判定する。
【０１４１】
いくつかの実装形態においては、システム200は、骨の部分のサイズ測定値を判定し、ライブラリに格納されたインプラント設計のサイズに対して判定されたサイズ測定値を初めに比較する。これらの実装形態においては、システム200は、この比較に基づき、判定されたサイズ測定値に関して許容し得るライブラリ内のインプラント設計サブセットを選択し得る。各インプラント設計サブセットは、骨の部分のサイズに関して許容し得るが、各インプラント設計サブセットは、インプラント設計の外方外周部に関して異なる形状を有する。したがって、サブセットの選択後に、システム200は、骨の部分の形状に最も良くマッチングするインプラント設計を選択するために第2の比較を実施する。これに関して、システム200は、輪郭表現の形状が任意のインプラント設計サブセットの形状にマッチングするか否かを査定するために、各インプラント設計サブセットに関連付けられるパラメータに対して輪郭表現の1つまたは複数のパラメータを比較する。
【０１４２】
輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングするという判定に基づき、システム200は、輪郭表現にマッチングするものとして利用可能なインプラント設計を出力する(1740)。例えば、システム200は、インプラント手技における使用のために外科医(または他の医療処置提供者)に対してマッチングインプラント設計を表示し得る。システム200が、複数のインプラント設計がしきい値度内において輪郭表現にマッチングすると判定する場合には、システム200は、インプラント手技にとって好ましいインプラント設計を外科医が選択し得るようにするために、複数のインプラント設計のそれぞれを表示し得る。
【０１４３】
輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングしないという判定に基づき、システム200は、カスタムインプラントが必要とされると判定し、カスタムインプラントが必要とされることを示すメッセージを出力する(1750)。例えば、システム200は、インプラントライブラリ内においてマッチングが得られなかったことを示すメッセージを表示し得る。また、システム200は、輪郭表現の1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングしないという判定に基づき、骨の部分に関するカスタムインプラントを規定するためのプロセスを開始し得る。
【０１４４】
図18は、3次元インプラント設計1810と、インプラント設計1810の面に対応する平面1820と、インプラント設計1810の面上に投射された曲線1830とを示す一例の界面部1800を図示する。曲線1830は、大腿骨の遠位端部の前方フランジの3次元輪郭表現である。図示するように、曲線1830は、インプラント設計1810の面に対応する平面1820にてインプラント設計1810の外方外周部にマッチングしない。したがって、システム200は、曲線1830にマッチングする形状を有するようにインプラント設計1810を更新する。システム200は、この更新されたインプラント設計を利用して曲線1830にマッチングする外方周囲部を有するカスタムインプラントを規定し得る。
【０１４５】
図19は、内外(ML)位置決めテンプレート2200を図示する。ML位置決めテンプレート2200は、MLポジショナとしても知られている。ML位置決めテンプレート2200は、内外位置において大腿骨遠位端部に多数の不連続サイズのライブラリからのカスタムインプラントまたはインプラント設計を配置するために使用される。MLポジショナ2200の外周部形状は、インプラントに関して上述したものと同一の方法を利用して決定される。MLポジショナ外周部の形状は、Bスプラインまたは他の3次元曲線規定規則を利用して規定され得る。一例においては、Bスプラインは、新規のインプラント外周部サイズおよび新規のMLポジショナを生成するためにインプラントモデルテンプレートから抽出され得る1つの新規の3D解曲線を規定する。インプラントおよびMLポジショナは共に、外周部形状が同一のBスプラインにより規定された、単一のCADモデルにてまたは別個のCADモデルにて設計され得る。好ましい実施形態においては、MLポジショナ外周部形状は、インプラントの外周部形状とマッチングするが、いくつかの実施形態においては、MLポジショナは、インプラント外周部に対して内方または外方へのオフセットを有し得る。例としては、このオフセットは、1〜4mm、より狭いものでは1〜2mm、または約2mmであってもよい。いくつかの実施形態においては、MLポジショナは、関節表面を備え、したがってMLセンタリング機能および靭帯バランス調整を1つの器具に組み合わせる。いくつかの実施形態においては、MLポジショナの一部分のみが、インプラントの形状にマッチングする。例えば、内側外周部および外側外周部のみが、形状的にマッチングし、それにより各内側外周部および外側外周部は、個別患者向け形状を有する。
【０１４６】
MLポジショナの骨対面側部は、標準ボックスカット形状およびサイズを有する。典型的なボックスカット形状およびサイズが、図23に示される。典型的なボックスカット形状は、前後方向遠位カット表面APDC、後方斜表面PC、前方斜表面AC、後方顆表面PCON、および前方フランジ表面AFを備える。AFは、冠状面に対して角度αで前方に延在する。近位P方向および遠位D方向もまた図示される。MLポジショナに関するボックスカット形状およびサイズの寸法は、選択される特定の膝システムに応じて決定される。
【０１４７】
再び図19をおよびさらには図20〜図22を参照すると、MLポジショナ2200は、位置決め開口2210を有する。位置決め開口2210は、個別患者向け膝インプラントが遠位大腿骨上においてセンタリング調整されるように、大腿骨の遠位端部に穴を形成するために使用される。位置決め開口2210は、穴、スロット、重畳穴、または内外方向および前後方向への可変性をもたらすスロットの組合せの形態をとり得る。図示する実施形態においては、位置決め開口2210は、穴として図示される。いくつかの実施形態においては、MLポジショナは、ピン穴2220を有する。ピン穴2220は、円形穴として図示されるが、これらは、スロットなどの何らかの他の形状を有してもよい。いくつかの実施形態においては、MLポジショナは、リブ補強部2230を備える。MLポジショナは、少なくとも1つのパドル2250、ポジショナ斜面部分2240、遠位カット表面部分2260、前方斜面部分2270、および前方フランジ部分2280を備える。いくつかの実施形態においては、補強部2290が、ラグ開口2210の周囲に延在し、前方斜面部分2270、遠位カット表面部分2260、後方斜面部分2240、および少なくとも1つのパドル2250にわたって延在する。いくつかの実装形態においては、MLポジショナは、切欠部2245を備え、かかる実施形態においては、後方斜面部分は、後方外側斜面および後方内側斜面を備え、少なくとも1つのパドルが、後方内側顆および後方外側顆を備える。
【０１４８】
図24〜図27を参照すると、MLポジショナは、調製された遠位大腿骨上に配置され、位置決め穴2210は、遠位大腿骨にラグ穴を形成するために使用される。いくつかの実施形態においては、MLポジショナは、MLポジショナの外周部が遠位大腿骨の外周部にマッチングするように配置される。いくつかの実施形態においては、MLポジショナ外周部は、遠位大腿骨の外周部に対して内方にオフセットされる。他の実施形態においては、MLポジショナ外周分の一部のみが、遠位大腿骨外周分の一部にマッチングする。さらに他の実施形態においては、MLポジショナの遠位カット部分が、大腿骨の遠位部分の全幅に対してセンタリング調整される。パンチ穿孔機2300の遠位先端部2310が、MLポジショナ2200の位置決め穴2210に挿入されて、インプラントを受ける穴を遠位大腿骨に形成する。代替的には、遠位大腿骨の穴は、ドリル穿孔またはリーマ加工されてもよい。いくつかの実施形態においては、MLポジショナは、穴2220およびピン2400を利用して定位置にピン留めされ得る(図26および図27において最も良く示すように)。また、図27において最も良く示すように、MLポジショナは、AP寸法および斜面カットの斜め方向長さを確認するためのボックスカット形状およびサイズの第1のチェックとしての役割をも果たし得る。MLポジショナを使用して大腿骨インプラントラグ穴を位置決めすることにより、センタリング調整されたインプラント取付けが実現される。
【０１４９】
大腿骨インプラントラフ穴が、MLポジショナの使用によりおよび切除された大腿骨の遠位面にドリル穿孔、リーマ加工、および/またはパンチ穿孔されると、MLポジショナは、除去され、大腿骨関節試験が、靭帯バランスおよび可動域を評価するために大腿骨に課せられる。靭帯バランス調整後に、個別患者向け大腿骨インプラントが、骨セメントまたは代替的な固定方法の利用により遠位大腿骨上の定位置に固定される。
【０１５０】
図28は、大腿骨の遠位端部に配置された個別患者向けインプラントの3つの図1900A、1900B、1900C、1900D、1900E、1900F、および1900Gを示す一例の界面部1900を図示する。個別患者向けインプラントは、本開示を通じて説明される技術を利用して設計されるカスタムインプラントか、または図17に関連して上述した技術を利用してインプラントライブラリからマッチングされたインプラントであってもよい。個別患者向けインプラントは、TKAにおいて大腿骨の遠位端部に配置される大腿骨構成要素である。図示するように、個別患者向けインプラントは、インプラント/骨界面部の外周部の周囲の骨切除部に厳密にマッチングする。
【０１５１】
本開示を通じて説明される例は、膝インプラントおよびTKAにおいて広く適用されるが、本開示を通じて説明される技術は、他のインプラント手技ならびに股関節、足関節、肩関節、および脊柱などの関節に対して適用され得る。カットの例は、鋸刃カットとして示されたが、カットは、シェーバ、リーマ、またはバーにより実現されてもよく、類似技術が利用されてもよい。また、解ゾーンは、この例で図示されるような平坦または何らかの他の形状であってもよい。例えば、このゾーンは、股関節の頭部に関しては中空球形状であってもよい。
【０１５２】
さらに、いくつかの実装形態においては、骨切除部の境界部に厳密にマッチングする個別患者向けインプラント形状を形成するための技術が説明される。この技術は、骨切除境界部の不連続曲線、スプライン、またはセグメントを個別患者向けインプラント外周部形状およびサイズに対応する完全骨切除境界部へとアセンブルすることにより、境界部を生成する。骨切除境界部の不連続曲線、スプライン、またはセグメントを完全骨切除境界部へとアセンブルすることにより、骨切除部偏差を考慮して最小下部張出しが指定されながら、骨切除境界部を越えたインプラントの上部張出しおよび/または個別患者向けインプラント形状およびサイズの境界部を越えた骨の下部張出しを軽減または解消し得る。
【０１５３】
いくつかの例においては、骨切除境界部の不連続セグメントを完全インプラント外周部形状およびサイズへとアセンブルするモジュール式アプローチは、より広範な患者集団に合致することとなるより広範な不連続インプラントサイズセットを可能にする。個々の境界セグメントをローカライズされたスプラインセグメントグループに還元することにより、インプラント製造に必要とされるコンピュータ数値制御(CNC)プログラムの量もまた削減され得ることにより、外科医および患者により多数の不連続サイズを提供しつつ、スプラインセグメントライブラリの格納をより管理しやすいものにし得る。
【０１５４】
さらに、モジュール式個別患者向けインプラントサイズ設定方法および技術は、データをクラスタ化し、選択されたクラスタモジュールすなわち「バケット」を完全インプラント境界部曲線すなわちExpression Listにアセンブルすることを含み得る。任意のクラスタ化技術またはアセンブル技術が利用され得る。さらに、この技術は、個別患者向けインプラント設計に固有のインプラント外周部/境界部形状およびインプラント外周部/境界部サイズを規定する骨カットデータおよび3DCADモデルExpression Listの構造化出力を体系化するための構造化技術であってもよい。
【０１５５】
図29は、インプラントマッチングにおいて利用されるプロセス2900を図示する。プロセス2900の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス2900の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数の電子プロセッサにより実施され得る。
【０１５６】
システム200は、骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスする(2910)。例えば、システム200は、患者の骨の医学的測定に基づき生成された骨の全体または一部分の3次元モデルにアクセスし得る。この例においては、システム200は、骨または骨の一部分から得られた医学的測定値を処理することにより3次元モデルを生成する別のシステムから3次元モデルを受領し得る。医学的測定値は、骨の医用撮像または医療器具を使用した骨の他の物理的測定に基づき判定され得る。
【０１５７】
いくつかの例においては、システム200は、患者の骨の医学的測定に基づき骨の全体または一部分の3次元モデルを生成する。これらの例においては、システム200は、骨の一部分の1つまたは複数の画像にアクセスし、骨の一部分の1つまたは複数の画像に基づき骨の一部分の3次元モデルを生成し得る。骨の一部分の1つまたは複数の画像は、MRI、CT、X線、超音波、または他の医用撮像技術を利用して取り込まれ得る。システム200は、別のシステムからの骨の一部分の1つまたは複数の画像にアクセスし得るか、または撮像デバイスの制御により骨の一部分の1つまたは複数の画像を取り込み得る。
【０１５８】
いくつかの実装形態においては、システム200は、骨の一部分の複数のスライスを表示するMRI画像にアクセスし得る。これらの実装形態においては、システム200は、MRIスライスのマスクをデジタル生成し、MRIスライス同士を共に合わせることによりソリッドモデルを作成する。さらに、これらの実装形態においては、システム200は、誤差を除去し、骨の一部分のソリッドモデルを表すデータを平滑化し得る。データの平滑化において、システム200は、くぼみまたはしわを含む表面に沿ったより小さな内径の全てを排除するために最小ツール半径を選択し得る。システム200は、骨の一部分の3次元モデルとして骨の一部分のソリッドモデルの平滑化バージョンを使用し得る。
【０１５９】
本開示を通じて説明される技術が膝インプラントにおいて使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、大腿骨および/または脛骨の少なくとも一部分の3次元モデルにアクセスする。例えば、システム200は、大腿骨もしくは脛骨の全体の3次元モデルにアクセスしてもよく、または膝関節に位置する大腿骨もしくは脛骨の一部分(例えばTKA時にインプラントを受ける大腿骨もしくは脛骨の部分)の3次元モデルにアクセスしてもよい。さらに、本開示を通して説明される技術は、他のタイプのインプラント手技(例えば股関節置換、肩関節置換等)に適用されてもよい。他のタイプのインプラント手技については、システム200は、インプラント手技に関連付けられる関節に位置する骨の一部分など、インプラントを受ける骨の一部分の3次元モデルにアクセスしてもよい。
【０１６０】
システム200は、骨の一部分の3次元モデルおよび骨の一部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づき3次元骨ボリュームを判定する(2920)。例えば、システム200は、骨の一部分の3次元モデルを解析し、切除カットが骨の一部分へのインプラントの取付けにおいてなされる3次元モデル上における位置を識別する。この例においては、システム200は、3次元骨ボリュームを切除カットの位置に対応する3次元モデルの部分として判定する。システム200は、3次元骨ボリュームの判定において骨の一部分にインプラントを取り付ける際に関係してくる公差および偏差に対処し得る。例えば、システム200は、公差および偏差の範囲内に合致する切除カットについての位置範囲を規定することにより公差および偏差に対処し得る。次いで、システム200は、3次元骨ボリュームを切除カットに関する位置範囲に対応する3次元モデルの部分として判定し得る。いくつかの実装形態においては、図3および図4〜図12で参照数字320〜350に関連して上述したものと同様の技術が、骨の一部分の3次元モデルおよび骨の一部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに基づく3次元骨ボリュームの判定において利用され得る。
【０１６１】
システム200は、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の3次元輪郭表現を判定する(2930)。例えば、システム200は、3次元骨ボリュームを解析し、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面を識別し得る。この例においては、システム200は、3次元骨ボリュームから3次元骨ボリュームの外周部の外方表面を抽出することにより、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面をモデリングする骨表面リボンを生成し得る。骨表面リボンは、3次元で表されてもよく、本開示を通じて説明される公差およびルールに対処しつつ、評価対象となる骨の部分に最も良くマッチングするインプラントの外方表面を表し得る。骨表面リボンは、輪郭表現として使用され得る。いくつかの実装形態においては、図3および図13〜図15で参照数字360に関連して上述したものと同様の技術が、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の部分の3次元輪郭表現を判定する際に使用され得る。
【０１６２】
図30は、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の少なくとも一部分の一例の3次元輪郭表現3000を図示する。この例においては、骨の部分は、大腿骨の遠位端部に対応する。図示するように、図30は、大腿骨の遠位端部における3次元ボックスカットの等角図を示す。3次元ボックスカットは、3次元ボックスカットの判定において使用される切除カットに対応する5つのセグメントに分類されている。例えば、第1のセグメントである「I」は、前方フランジカットセグメントに対応し、第2のセグメントである「II」は、前方斜面カットセグメントに対応し、第3のセグメントである「III」は、遠位カットセグメントに対応し、第4のセグメントである「IV」は、後方斜面カットセグメントに対応し、第5のセグメントである「V」は、後方顆カットセグメントに対応する。この例においては、大腿骨インプラント用の完全骨カット境界形状をアセンブルするために、モジュール式アプローチが骨切除境界形状およびサイズの特徴づけのために採用される。
【０１６３】
再び図29を参照すると、システム200は、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の部分の2次元輪郭表現へと3次元輪郭表現を変換する(2940)。例えば、システム200は、2次元平面上に3次元輪郭表現を平坦化または投影するために3次元輪郭表現を処理する。2次元平面上に3次元輪郭表現を平坦化または投影する際に、システム200は、隣接し合うセグメントのエッジ同士が整列された状態で、3次元輪郭表現の各セグメントを相互に平行に配向する。
【０１６４】
いくつかの例においては、システム200は、骨の部分にインプラントを配置するためのインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に対処するために厚さを有する2次元輪郭表現へと3次元輪郭表現を変換する。これらの例においては、システム200は、1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差に対処するために必要とされる厚さを判定し、判定された厚さを有するように2次元輪郭表現を規定する。この厚さは、偏差に関する公差が2次元輪郭表現の個々の部分で異なり得るため、2次元輪郭表現にわたって多様であってもよい。
【０１６５】
いくつかの実装形態においては、システム200は、骨の部分におけるインプラントの上部張出しの可能性を軽減するために2次元輪郭表現をオフセットする。これらの実装形態においては、システム200は、上部張出しの可能性を軽減するために骨のエッジから離れるように2次元輪郭表現をオフセットする。システム200は、2ミリメートルのオフセットを使用することにより、適切な合致をもたらしつつ上部張出しの可能性を軽減させてもよい。
【０１６６】
図31は、3次元骨ボリュームの外周部の外方表面の一部分の一例の2次元輪郭表現3100を図示する。この例においては、骨の部分は、大腿骨の遠位端部に対応する。図示するように、図31は、単一平面上の2次元に変換された図30からの3次元ボックスカットを図示する。この平面は、骨切除の偏差に対処するために平面を3次元複合ボリュームにするための厚さを有し得る。2次元ボックスカット(潜在的厚さを有する)は、2次元ボックスカットの判定において使用される切除カットに対応する5つのセグメントに分類されている。例えば、第1のセグメントである「I」は、前方フランジカットセグメントに対応し、第2のセグメントである「II」は、前方斜面カットセグメントに対応し、第3のセグメントである「III」は、遠位カットセグメントに対応し、第4のセグメントである「IV」は、後方斜面カットセグメントに対応し、第5のセグメントである「V」は、後方顆カットセグメントに対応する。さらに、2次元ボックスカット上の十字間隙中心の位置が図示されている。
【０１６７】
再び図29を参照すると、システム200は、骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに対応するセグメントへと2次元輪郭表現をセグメント化する(2950)。例えば、システム200は、2次元輪郭において隣接し合う切除カットのエッジの位置を識別し、位置特定されたエッジにおいて2次元輪郭を分離する。この例においては、各セグメントは、特定の切除カットに対応し、特定の切除カットにおける骨の輪郭を表すデータを備える。切除カットに関する輪郭データは、連続ラインであってもよく、または複数の異なるラインに破断されてもよい。例えば、各切除カットに関して、輪郭データは、外方側部にて骨の第1の輪郭を、および内側側部にて骨の第2の輪郭を表す。切除カット境界部を表すデータは、2次元輪郭表現のセグメントの一部として格納されてもよくまたはされなくてもよい。
【０１６８】
骨の部分が大腿骨の遠位端部である実装形態においては、システム200は、2次元輪郭表現を5つの異なるセグメントにセグメント化する。これに関して、システム200は、2次元輪郭表現を、大腿骨の遠位端部の遠位面に対応する第1のセグメントと、大腿骨の遠位端部の前方斜面に対応する第2のセグメントと、大腿骨の遠位端部の後方斜面に対応する第3のセグメントと、大腿骨の遠位端部の前方フランジに対応する第4のセグメントと、大腿骨の遠位端部の後方顆に対応する第5のセグメントとにセグメント化する。
【０１６９】
図32は、セグメント化された2次元輪郭表現3200の一例を図示する。この例においては、骨の部分は、大腿骨の遠位端部に対応する。図示するように、図32は、スプラインセグメントの5つの「バケット」に分離された図31の2次元ボックスカットを、すなわちボックスカットの各面ごとに1つのグループを示す。セグメント化された2次元ボックスカット(潜在的厚さを有する)は、分離された5つのセグメントに分類されている。例えば、第1のセグメントである「I」は、前方フランジカットセグメントに対応し、第2のセグメントである「II」は、前方斜面カットセグメントに対応し、第3のセグメントである「III」は、遠位カットセグメントに対応し、第4のセグメントである「IV」は、後方斜面カットセグメントに対応し、第5のセグメントである「V」は、後方顆カットセグメントに対応する。さらに、セグメント化された2次元ボックスカット上の十字間隙中心の位置が図示されている。
【０１７０】
再び図29を参照すると、システム200は、骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに対応するセグメントに基づくインプラントマッチングに関する1つまたは複数の動作を実施する(2960)。例えば、システム200は、セグメントに基づきカスタムインプラントを設計し、インプラントライブラリの生成においてセグメントを利用し、および/またはセグメントを利用することにより、インプラントライブラリからインプラント手技において使用するためのインプラントを選択し得る。カスタムインプラントの設計において、システム200は、インプラント製造アプリケーションに各セグメントの輪郭データを入力し、インプラント製造アプリケーションは、輪郭データに対応するインプラントの設計を生成し得る。これに関して、システム200は、輪郭データを規定する複数のスプラインセグメントを入力し、インプラント製造アプリケーションは、カスタムインプラントを展開するために使用される追加のスプラインを生成し得る。インプラント製造アプリケーションは、インプラントがセグメント上で最良の合致を得るために最良の合致を必要とするセグメントで開始され、次いで良好な合致を必要としないかまたは合致が最良の合致を必要とするセグメントに依存しないセグメントへと外方に作用し得る。例えば、膝インプラントのカスタム大腿骨構成要素の設計において、システム200は、遠位面に対応するセグメント内で開始され、遠位面に関するインプラントの部分を規定し、次いで前方斜面および後方斜面に関するインプラントの部分を規定し、最後に前方フランジおよび後方顆に関するインプラントの部分を規定し得る。
【０１７１】
いくつかの実装形態においては、システム200は、インプラントの設計においてセグメントをオフセットする。これらの実装形態においては、システム200は、セグメントに関する輪郭データの外方表面が延在する度合いを若干軽減し(例えば輪郭データを若干縮小し)、インプラントを設計するための基礎として輪郭データの軽減バージョンを利用し得る。システム200は、インプラント製造公差にしたがって軽減量を規定することにより、骨の1つまたは複数の部分にてインプラントを上部に張り出させる製造偏差リスクを軽減させ得る。例えば、システム200は、インプラント設計を生成するために輪郭データを使用する前に2ミリメートルだけ輪郭データをオフセットし得る。輪郭データのオフセットは、患者の骨のソースデータおよび実際のサイズとCADモデルとの差に対処するために必要となり得る。輪郭データのオフセットにおいて、システム200は、骨モデル外周部の内部に約3.5mmだけインプラントモデル外周部をオフセットし得る。
【０１７２】
骨の部分が大腿骨の遠位端部である実装形態においては、5つのバケットまたはセグメントのそれぞれが、同様の形状およびサイズまたはサイズとは無関係な形状のグループへとクラスタ化される。次いで、新規患者に合致させるために、完全インプラント骨カット境界部が、最良マッチング遠位面(バケットIII)で開始され、次いで遠位面に最良マッチング前方斜面および後方斜面を追加し、最後に前方フランジおよび後方顆を追加することにより再アセンブルされる。骨カット境界の周囲全体において可能な限り最良の合致を実現するために、例えばバケット「I」についてはx1、バケット「II」についてはx2、バケット「III」についてはx3、バケット「IV」についてはx4、バケット「V」についてはx5などの、各バケットの内外方向幅「x」が、患者の遠位大腿骨内外サイズに最も良くマッチングするように変更され得る。大腿骨の十字間隙にインプラントの十字間隙を整列させるためには、「十字間隙中心」(C.G.Ctr)が標識付けされる。完全骨カット境界部がアセンブルされた後に、それは、個別患者向け膝インプラントシステムについて指定された下部張出し制約および上部張出し制約を満たすために解析的に確認される。確認されると、骨カット境界部全体についてのCNCコードが、前方表面、ボックスカット特徴部、ラグ、および他の幾何学特徴部についての標準CNCコードライブラリとコンパイルされ、インプラントは、標準Legion(登録商標)大腿骨インプラントが機械加工されるのとほぼ同じようにCNC工作機械を使用して機械加工される。例えばMLポジショナなどの内外方向位置決め器具が、大腿骨インプラント同一の骨カット境界部形状およびサイズを使用して作製され得る。
【０１７３】
いくつかの例においては、「事前プログラミングされた」CNCファイルの合計数を例えばボックスカットサイズ当たりのバケットごとに10〜20プログラムなどのより小さなセットへと削減することにより、プログラム管理がより効率的になり得ると共に、可能な不連続インプラントサイズの合計数が、大幅により多くなり、それによって、例えばバケット当たり20個のスプライン対×5個のバケット×5個のボックスカットサイズ×2個の手(左右)×2個のインプラントファミリ(CR&PS)=合計2000個のサイズおよび500個のCMCプログラムなど、より大きな患者集団に関する合致が改善される。この例は、プログラムが同一のベースプログラムから左右の手のサイズを行うための「ミラー」特徴部を備え得ることを前提とする。
【０１７４】
図33は、インプラント設計ライブラリを生成するためのプロセス3300を図示する。プロセス3300は、参照数字2960に関連して上記で参照した骨の部分にインプラントを取り付ける際に使用される切除カットに対応するセグメントに基づきインプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作を実施する際に使用され得る。プロセス3300の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス3300の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数のプロセッサにより実施され得る。
【０１７５】
システム200は、データベースに各セグメントを格納し、サンプルセグメントは、セグメントに関連付けられる骨の部分に対応する他の骨部分上の特定の切除カットに関して判定される(3310)。例えば、システム200は、特定の骨に関する特定の切除カットに対応するセグメントに関するサンプル輪郭データのデータベースを維持し(例えば大腿骨の遠位端部の前方フランジに関する第1のセグメントバケット、大腿骨の遠位端部の前方斜面に関する第2のセグメントバケット、大腿骨の遠位端部の遠位面に関する第3のセグメントバケット、大腿骨の遠位端部の後方斜面に関する第4のセグメントバケット、および大腿骨の遠位端部の後方顆に関する第5のセグメントバケット)、データベースの適切な部分に各セグメントを追加する(例えば適切なバケット)。サンプル輪郭データは、死体研究時に解析された死体の骨に関して判定された輪郭データを含む、多数の異なる患者に関して判定された輪郭データを含み得る。サンプル輪郭データは、特定の骨のセグメントに対応し得る(例えば大腿骨の遠位端部の前方フランジプロファイル)。また、システム200は、患者に関する他の患者情報(例えば年齢、性別、民族、体重、身長等)および/または特定の骨に関する情報(例えば特定の骨のサイズ測定値)をデータベース内に格納してもよい。システム200は、他の患者情報を利用して、各切除カットに関するサンプル輪郭データのグループ化およびサンプルセグメントのグループへの新規患者のマッチングを支援してもよい。
【０１７６】
システム200は、各切除カットに関して、切除カットに関するデータベースに格納されたセグメントの特徴を解析する(3320)。例えば、システム200は、データベースに格納されたサンプルセグメントのサイズ特徴および/または形状特徴を判定し、サンプルセグメントの判定されたサイズ特徴および/または形状特徴を相互に比較する。この例においては、システム200は、この比較に基づきサンプルセグメント同士の間の類似性レベルを判定する。
【０１７７】
いくつかの実装形態においては、システム200は、解析の実施において全てのサンプルセグメントのサイズ特徴および/または形状特徴を利用する。他の実装形態においては、システム200は、解析の実施においてサンプルセグメントの一部のサイズ特徴および/または形状特徴を利用する。例えば、システム200は、サンプルセグメント沿って位置サブセットを選択し、解析において各位置サブセットのサイズ特徴および/または形状特徴を利用し得る。本開示を通じて説明される技術が膝インプラントにおいて使用される(例えばTKA)実装形態においては、システム200は、前方フランジの表現に沿って複数の点を選択し、これらの複数の点のそれぞれの位置情報を判定し、解析においてその位置情報を利用し得る。
【０１７８】
解析に基づき、システム200は、切除カットに関するデータベースに格納されたセグメントを、同様の特徴を有するセグメントをそれぞれが備える複数のグループにクラスタ化する(3330)。例えば、システム200は、クラスタ化プロセスを利用することにより、同様のサイズ特徴および/または形状特徴を有するサンプルセグメントの複数の異なるグループにサンプルセグメントをグループ化する。システム200は、サンプルセグメントのサイズ特徴および/または形状特徴の比較に基づきクラスタ化を実施し得る。システム200は、サンプルセグメントセットを各グループ(クラスタと呼ばれる)へと割り当てることによりクラスタ化を実施してもよく、それにより、同一クラスタ内のサンプルセグメントは、他のクラスタ内のものよりも相互により類似した(何らかの意味において)ものとなる。
【０１７９】
任意のタイプの1つまたは複数のクラスタ化プロセスが、同様のサイズ特徴および/または形状特徴を有するグループへとサンプルセグメントを整理するために利用されてもよい。例えば、システム200は、同様の特徴を有するサンプルセグメントを共にグループ化するために機械学習プロセスを利用してもよい。システム200が利用し得るクラスタ化プロセスの例には、単リンククラスタ化、完全リンククラスタ化、および平均リンククラスタ化などの結合度ベースクラスタ化プロセス(例えば階層クラスタ化プロセス)、k平均クラスタ化、k中央値クラスタ化、およびファジーc平均クラスタ化などの図心ベースクラスタ化プロセス、期待最大化(EM)クラスタ化およびガウスクラスタ化混合などの分布ベースクラスタ化プロセス、ならびにDBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)およびOPTICS(ordering points to identify the clustering structure)などの密度ベースクラスタ化プロセスの中の1つまたは複数が含まれる。
【０１８０】
クラスタ化後に、各切除カットに関する各セグメントバケットは、バケットに整理された複数のセグメントグループを有する。例えば、骨の部分が大腿骨の遠位端部である実装形態においては、前方フランジに対応する第1のバケット内のセグメントが、複数のグループにクラスタ化され、前方斜面に対応する第2のバケット内のセグメントが、複数のグループにクラスタ化され、遠位面に対応する第3のバケット内のセグメントが、複数のグループにクラスタ化され、後方斜面に対応する第4のバケット内のセグメントが、複数のグループにクラスタ化され、後方顆に対応する第5のバケット内のセグメントが、複数のグループにクラスタ化される。
【０１８１】
システム200は、各切除カットに関して、複数のグループのそれぞれに関してクラスタ化されたセグメントの表現を規定する(3340)。例えば、サンプルセグメントが、同様の特徴を有する複数のグループにクラスタ化された後に、システム200は、各グループに関してクラスタ化されたセグメントの表現を判定する。この例においては、システム200は、各グループの特徴を解析し、特定のグループに含まれるサンプルセグメントに関して最も良く合致する表現を判定し得る。特定のグループに関する表現の規定後に、システム200は、表現が各切除カットに関する各グループに関して規定されるまで、他のセグメントグループの処理を継続する。
【０１８２】
いくつかの実装形態においては、セグメントグループに関する表現を規定するために、システム200は、グループに含まれるセグメントを記述するデータを平均化することにより平均表現を計算し得る。さらに、セグメントグループに関する表現を規定するために、システム200は、グループに含まれるセグメントの最低基準および最高基準を利用し得る。例えば、システム200は、グループに含まれる全てのセグメントが組み合わされた表現内に合致するように、グループに含まれる各セグメントの最小点および最大点に基づき組み合わされた表現を規定し得る。
【０１８３】
複数のグループのそれぞれに関して表現を規定した後に、システム200は、各グループに関して規定された表現を評価し得る。例えば、システム200が、ある特定のグループに関して表現を規定した後に、システム200は、その特定のグループに含まれる各セグメントに対してインプラント設計を比較し、この比較に基づきその特定のグループに含まれる各セグメントに表現がどの程度厳密にマッチングするかを判定し得る。特定のグループに含まれる各セグメントに表現がどの程度厳密にマッチングするかの判定に基づき、システム200は、表現がしきい値度内においてその特定のグループに含まれる各セグメントにマッチングするか否かを判定し得る。表現がしきい値度内において特定のグループに含まれる各セグメントにマッチングするという判定に基づき、システム200は、表現がその特定のグループにとって十分なものであると判定し、特定のグループに表現を割り当てる。
【０１８４】
しかし、表現がしきい値度内において特定のグループに含まれるセグメントの中の1つまたは複数にマッチングしないという判定に基づき、システム200は、表現を拒絶し、表現がその特定のグループに関して不十分であることを示す警告を発し得る。表現の拒絶後に、システム200は、特定のグループに含まれるセグメントに基づき新規の表現を生成するために別の技術の利用を試みてもよい。システム200は、新規の表現がしきい値度内において特定のグループに含まれる各セグメントにマッチングするか否かを判定するために、新規の表現を評価し得る。システム200は、表現がしきい値度内において特定のグループに含まれる各セグメントにマッチングすることを、および特定のグループに含まれるセグメントに基づき表現を生成するための全ての技術が試みられて失敗に終わったことを、システム200が判定するまで、特定のグループに関して新規の表現を試み続けてもよい。
【０１８５】
いくつかの例においては、表現の拒絶後に、または特定のグループに含まれるセグメントに基づき表現を生成するための全ての技術が試みられて失敗に終わったことが判定された後に、システム200は、特定のグループに含まれるセグメントに対して追加のクラスタ化を実施して、特定のグループをより小さなセグメントグループへと分割することを決定する。これらの例においては、システム200は、グループ内のセグメント同士の間のより近い類似度を結果的にもたらすパラメータを用いて上述のクラスタ化動作を反復する。再クラスタ化後には、システム200は、各グループに関する表現の生成と、許容し得る表現が各グループについて規定されるまで表現を評価することとに関連して上述した動作を反復する。
【０１８６】
いくつかの実装形態においては、表現の拒絶後に、または特定のグループに含まれるセグメントに基づき表現を生成するための全ての技術が試みられて失敗に終わったと判定された後に、システム200は、特定のグループから問題となるセグメントを除去することにより、インプラント設計がしきい値度内において特定のグループに含まれる残りのセグメントそれぞれにマッチングするようにし得る。これらの実装形態においては、システム200は、除去されたセグメントを他のグループ(例えば新規グループ)へとクラスタ化するように試みてもよく、またはライブラリ内に対応する表現がないまま除去されたセグメントを残すことを決定してもよい。例えば、システム200は、ライブラリがしきい値度内においてしきい値パーセンテージ(例えば80パーセント)のサンプルセグメントをカバーする場合には、クラスタ化および新規表現の規定を停止するように決定してもよい。
【０１８７】
いくつかの例においては、システム200は、新規患者から新規サンプルセグメントを受領し得る。これらの例においては、システム200は、新規患者からの新規サンプルセグメントを使用することにより、データベース内のサンプルセグメントのクラスタ化を更新し、表現を規定(または再規定)して、ライブラリのカバー範囲を拡張させ得る。
【０１８８】
システム200は、各切除カットに関して規定された単一グループに関するクラスタ化されたセグメントの表現を含むクラスタ化されたセグメントの表現にアクセスする(3350)。例えば、システム200は、インプラントに必要とされる全てのセグメントに対応する表現セットにアクセスするように、システム200は、各切除カットに関する1つの表現にアクセスする。システム200は、インプラント設計を設計する際にクラスタ化されたセグメントのグループの各組合せにアクセスし得るか、または可能な組合せのサブセットにアクセスし得る。可能な組合せのサブセットへのアクセスにおいて、システム200は、クラスタ化されたセグメントの表現の特徴を考慮し、適度に有用なインプラント設計を生成するのに十分な類似性を有する表現のみを利用し得る。例えば、システム200は、表現の内外方向幅を考慮し、全ての表現がしきい値度内に含まれる内外方向幅を有する組合せを利用し得る。
【０１８９】
システム200は、アクセスされた表現を骨の部分の2次元輪郭表現へと再アセンブルする(3360)。例えば、システム200は、骨の部分の2次元輪郭表現をセグメント化するために利用されるプロセスを逆転させ、アクセスされた表現に基づき2次元輪郭表現を再生成する。いくつかの例においては、システム200は、隣接し合う切除カットに対応するセグメントのエッジの位置を識別し、位置特定されたエッジおいてセグメント同士を接合する。これらの例においては、システム200は、隣接し合うセグメント同士の幅を可能な限り最良に整列させ、セグメントの幅の若干の相違により引き起こされる不連続点において結果的に得られる2次元輪郭表現を平滑化し得る。システム200は、アクセスされた表現の最良の合致を表す再アセンブルされた2次元輪郭表現を判定し得る。
【０１９０】
いくつかの実装形態においては、本願において言及される2次元輪郭表現は、完全輪郭ではなく不連続標識点を指し得る。これらの実装形態においては、3次元骨表面リボンおよび不連続標識点は、例えばZ座標を無視することなどにより2次元データベースへと還元され得る。3次元骨表面リボンから還元された2次元(x、y)データは、本開示を通じて説明されるモジュール式クラスタ化およびインプラントマッチングに対するアプローチに適用され得る。
【０１９１】
システム200は、骨の部分の再アセンブルされた2次元輪郭表現に基づきインプラント設計を生成する(3370)。例えば、サンプルセグメントが、各切除カットに関して同様の特徴を有する複数のグループにクラスタ化された後に、システム200は、特定のグループセットに関する再アセンブルされた2次元輪郭表現を利用して特定のグループセットに関するインプラント設計を判定する。次いで、システム200は、再アセンブルされた2次元輪郭表現を利用することにより、輪郭表現を利用してカスタムインプラントを規定することに関連して上述した技術を利用して特定のグループセットに関するインプラント設計を規定し得る。特定のグループセットに関するインプラント設計の規定後に、システム200は、インプラント設計が、グループの各可能な組合せまたは、適度に有用なインプラント設計を生成するのに十分な類似性を有するグループの各可能な組合せに関して規定されるまで、セグメントの他のグループセットを処理し続ける。
【０１９２】
いくつかの例においては、ある特定のインプラント設計を生成するために適用されるルールは、インプラント境界部またはインプラント外周部の周囲のどの位置において、境界ゾーンの分の骨カット外周部を越えたインプラントの上部張出しおよびインプラント境界部またはインプラント外周部を越えた骨の下部張出しが指定されるかを指定するユーザニーズ制約を含む。これらの境界制約は、軟組織リスク、インプラントから皮質(より高密度の外方骨)への荷重伝達、失血の最小限化、および他の既知のリスクを含むリスクに対応する。設計チーム外科医は、設計を評価および認可し、システム200は、設計チーム外科医の推奨を指定するユーザ入力に基づき設計を適合化し得る。
【０１９３】
システム200は、各切除カットに関して規定された単一グループを識別するデータとの関連においてインプラント設計を格納する(3380)。例えば、システム200は、インプラント設計を識別するデータとの関連において、インプラント設計に対応するグループの組合せを識別するデータを格納し得る。さらに、システム200は、インプラント設計を識別するデータとの関連において、骨サイズ測定値と、患者がインプラント設計にマッチングするか否かの判定の際に有用であり得る他の患者データ(例えば年齢、性別、民族、体重、身長等)とを格納し得る。システム200は、インプラントライブラリ内のインプラントに患者骨データをマッチングさせ得る任意のタイプのデータを格納し得る。
【０１９４】
いくつかの実装形態においては、システム200は、組み合わされたエッジをクラスタ化するために本開示を通じて説明されるクラスタ化技術(例えばプロセス3300)を利用し得る。例えば、システム200は、1つのクラスタ化セグメントグループとしてインプラントの側部(例えば遠位カットおよび斜面カット)をクラスタ化し、次いで別個の要素として後方先端部および前方先端部をクラスタ化し得る。同様に、システム200は、側部を内側と外側とで別個に、しかし各側部を「サイズ」ライブラリの独立部材としてクラスタ化し得る。組み合わされたエッジのクラスタ化セグメントは、次いで本開示を通じて説明される個々のクラスタ化セグメントと同様にマッチングされ一般的に使用され得る。
【０１９５】
図34は、インプラントに患者データをマッチングするためのプロセス3400を図示する。プロセス3400は、参照数字2960に関連して上記で参照した骨の部分へのインプラントの取付けにおいて使用される切除カットに対応するセグメントに基づくインプラントマッチングに関連する1つまたは複数の動作の実施において利用され得る。プロセス3400の動作は、システム200により実施されるものとして一般的に説明される。いくつかの実装形態においては、プロセス3400の動作は、1つまたは複数の電子デバイスに含まれる1つまたは複数のプロセッサにより実施され得る。
【０１９６】
システム200は、各セグメントに関して、利用可能なインプラント設計に関連付けられ、セグメントが対応する特定の切除カットに対応するパラメータに対してセグメントの1つまたは複数のパラメータを比較し(3410)、比較結果に基づき1つまたは複数のパラメータがしきい値度内において利用可能なインプラント設計にマッチングするか否かを判定する(3420)。例えば、特定の切除カットに関して、システム200は、特定の切除カットに関するライブラリ内に格納されたクラスタ化セグメントのグループとの関連において格納されたパラメータにアクセスし、アクセスされたパラメータに対して特定の切除カットに関するセグメントの1つまたは複数のパラメータを比較し得る。アクセスされたパラメータに対する特定の切除カットに関するセグメントの1つまたは複数のパラメータの比較に基づき、システム200は、特定の切除カットに関するセグメントの1つまたは複数のパラメータがしきい値度内においてアクセスされたパラメータにマッチングするか否かを判定する。
【０１９７】
いくつかの例においては、システム200は、インプラント設計ライブラリに格納された表現の外方外周部の形状に対してセグメントの形状を比較し得る。これらの例においては、ライブラリに格納された表現の外方外周部の形状に対するセグメントの形状の比較に基づき、システム200は、セグメントの形状がライブラリに格納された表現の外方外周部の形状に正確にマッチングするか否かを、またはしきい値公差ゾーン内においてライブラリに格納された表現の外方外周部の形状にマッチングする(例えば全ての箇所において2ミリメートル以内で外方外周部にマッチングする)か否かを判定する。
【０１９８】
いくつかの実装形態においては、システム200は、セグメントのサイズ測定値を判定し、初めにライブラリに格納された表現のサイズに対して判定されたサイズ測定値を比較する。これらの実装形態においては、システム200は、この比較に基づき、判定されたサイズ測定値に対して許容し得る表現サブセットをライブラリにおいて選択し得る。各表現サブセットがセグメントのサイズに関して許容し得るが、各表現サブセットは、表現の外方外周部に関して異なる形状を有する。したがって、サブセットの選択後に、システム200は、セグメントの形状に最も良くマッチングする表現を選択するための第2の比較を実施する。これに関して、システム200は、セグメントの形状が表現サブセットのいずれかの形状にマッチングするか否かを査定するために、各表現サブセットに関連付けられるパラメータに対してセグメントの1つまたは複数のパラメータを比較する。
【０１９９】
例えば、システム200は、セグメントのサイズ特徴および/または形状特徴を判定し得る。また、システム200は、ライブラリ内の表現へのマッチングを可能にするセグメントの部分に関して位置データを判定し得る。システム200は、プロセス3300において表現との関連において格納されるパラメータを含む、インプラントライブラリ内の表現に対するセグメントのマッチングを可能にする任意のタイプのパラメータを判定し得る。システム200は、1つまたは複数のパラメータとしてセグメント自体を利用し得る。
【０２００】
いくつかの実装形態においては、システム200は、各セグメントを処理し、各セグメントに関してクラスタ化セグメントのマッチンググループを判定し得る。これらの実装形態においては、システム200は、並行的に、連続的に、または連続的かつ並行的にセグメントを処理し得る。例えば、骨の部分が大腿骨の遠位端部である実装形態においては、システム200は、大腿骨の遠位面に対応する第1のセグメントで開始され、第1のセグメントに関して遠位面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループを判定し得る。遠位面に関してマッチングするという判定後に、システム200は、大腿骨の前方斜面に対応する第2のセグメントと大腿骨の後方斜面に対応する第3のセグメントとの解析を開始する。第2のセグメントおよび第3のセグメントの解析において、システム200は、遠位面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループに適合するグループのみを考慮する。システム200は、第2のセグメントに関して、前方斜面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループを判定し、第3のセグメントに関して、後方斜面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループを判定するか、またはマッチングが見られないと判定する。第2のセグメントおよび第3のセグメントに関するマッチングが見られる場合には、システム200は、大腿骨の前方フランジに対応する第4のセグメントと大腿骨の後方顆に対応する第5のセグメントとの解析を開始する。第4のセグメントおよび第5のセグメントの解析において、システム200は、遠位面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループ、前方斜面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループ、および後方斜面に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループに適合するグループのみを考慮する。システム200は、第4のセグメントに関して、前方フランジに対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループを判定し、第5のセグメントに関して、後方顆に対応するクラスタ化セグメントのマッチンググループを判定するか、またはマッチングが見られないと判定する。次いで、システム200は、5つの全てのセグメントがマッチングされたか否かに基づき、利用可能なインプラント設計がセグメントにマッチングするか否かを判定する。5つの全てのセグメントがマッチングされた場合には、システム200は、マッチングされたグループの組合せに関して設計された利用可能なインプラント設計を識別する。5つの全てのセグメントがマッチングされなかった場合には、システム200は、利用可能なインプラント設計がしきい値度内においてマッチングしないと判定する。
【０２０１】
セグメントが並行的に処理される実装形態においては、システム200は、初めにクラスタ化セグメントのマッチンググループが各セグメントに関して見いだされたか否かを判定する。クラスタ化セグメントのマッチンググループが、各セグメントに関して見いだされなかった場合には、システム200は、利用可能なインプラント設計がしきい値度内においてマッチングしないと判定する。クラスタ化セグメントのマッチンググループが、各セグメントに関して見いだされた場合には、システム200は、利用可能なインプラント設計がマッチンググループの組合せに関して規定されているか否かを判定する。例えば、グループのある特定の組合せが、珍しいものである場合があり、したがってインプラント設計は、その特定の組合せに関してライブラリ内で規定されない場合があり、したがってライブラリ内のインプラント設計は、クラスタ化セグメントのマッチンググループが各セグメントに関して見いだされた場合でも利用できない。利用可能なインプラント設計が、マッチンググループの組合せに対して規定されている場合には、システム200は、マッチングされたグループの組合せに関して設計された利用可能なインプラント設計を識別する。利用可能なインプラント設計が、マッチンググループの組合せに関して規定されていない場合には、システム200は、利用可能なインプラント設計がしきい値度内においてマッチングしないと判定する。
【０２０２】
システム200は、マッチングするとの判定に基づき、セグメントのマッチングとして利用可能なインプラント設計を出力する(3430)。例えば、システム200は、インプラント手技において利用するために外科医(または他の医療処置提供者)に対してマッチングインプラント設計を表示し得る。システム200が、複数のインプラント設計がしきい値度内においてセグメントにマッチングしないと判定する場合には、システム200は、複数のインプラント設計のそれぞれを表示することにより、外科医がインプラント手技に関して好ましいインプラント設計を選択するのを可能にし得る。
【０２０３】
マッチングするとの判定においては、システム200は、「完全な」マッチングでは必ずしもない「最良の」マッチングを位置特定し、例えばシステム200は、「完全な」マッチングであるとみなされることが必要である全ての制約を満たさないにしても、「最良」に合致するサイズまたは複数のサイズをインプラントライブラリから選択し得る。したがって、システム200は、新規患者に合致するようにマッチングされた既存のライブラリから不連続サイズの最良マッチングを選択する。システム200は、最良マッチングがしきい値度内において新規患者に合致する限りは、最良マッチングを利用し得る。
【０２０４】
システム200は、しきい値度内においてマッチングが存在しないという判定に基づき、カスタムインプラントが必要とされると判定し、カスタムインプラントが必要とされることを示すメッセージを出力する(3440)。例えば、システム200は、マッチングがインプラントライブラリにおいて見いだせなかったことを示すメッセージを表示し得る。また、システム200は、マッチングがしきい値度内において存在しないという判定に基づき、骨の部分に関するカスタムインプラントを規定するためのプロセスを開始し得る。
【０２０５】
いくつかの例においては、システム200は、外形クラスタに加えてまたはその代替として骨クラスタを構築する。これらの例においては、システム200は、骨が各クラスタへとグループ化された後に、骨のソリッド同士を最小骨および最大骨へと組み合わせ得る。次いで、システム200は、その複合骨からリボンの外形上にシードインプラントスプラインを配置し得る。
【０２０６】
図35〜図49は、個別患者向け膝インプラントを選択または作製するためにモジュール式プロセスを利用する一例を図示する例示の界面部である。これらの例示の界面部は、図29に関連して上述したプロセス2900の実施において生成および使用され得る。図35は、3次元骨ボリュームへのインプラントの取付けにおいて使用される切除カットの位置に基づき3次元公差ボリュームと交差される3次元骨ボリュームの表現3500を示す。図36は、3次元公差ボリュームの外部の3次元骨ボリュームの部分が除去された、図35の3次元骨ボリュームおよび3次元公差ボリュームの表現3600を示す。図37は、3次元公差ボリュームとの交差後の図35の3次元骨ボリュームの残りの部分の表現3700を示す。図38は、インプラントの外周部に関する安全ゾーンに対処するように修正された後の、図37の3次元骨ボリュームの残りの部分の表現3800を示す。図39は、インプラントのサイズ設定とインプラント手技に関連する1つまたは複数の偏差に関する1つまたは複数の公差とに基づき規定されたインプラント公差ゾーンに対処するように修正された後の、図38の3次元骨ボリュームの修正済み部分の表現3900を示す。図40は、図39に示すボリュームから生成された骨表面リボンと、骨表面リボンに合致するスプラインに関する制御点との表現4000を示す。
【０２０７】
図41〜図48は、図39および図40に示される骨データから生成された骨データのセグメントを図示する。図41は、前方フランジに対応する図39に示す骨データの部分の表現4100を示す。図42は、前方フランジに対応する図40に示す骨表面リボンおよび制御点の部分の表現4200を示す。図43は、前方斜面カットに対応する図39に示す骨データの部分の表現4300を示す。図44は、前方斜面カットに対応する図40に示す骨表面リボンおよび制御点の部分の表現4400を示す。図45は、遠位斜面カットおよび後方斜面カットに対応する図39に示す骨データの部分の表現4500を示す。図46は、遠位斜面カットおよび後方斜面カットに対応する図40に示す骨表面リボンおよび制御点の部分の表現4600を示す。図47は、後方顆に対応する図39に示す骨データの部分の表現4700を示す。図48は、後方顆に対応する図40に示す骨表面リボンおよび制御点の部分の表現4800を示す。
【０２０８】
図49は、図41〜図48に示す骨セクションに基づく個別患者向けインプラントの表現4900を示す。個別患者向けインプラントは、図34に関連して上述した技術を利用して利用可能なインプラント設計のライブラリから選択されたインプラントであってもよい。個別患者向けインプラントは、図41〜図48に示す骨セクションに基づき設計されたカスタムインプラントであってもよい。
【０２０９】
図50は、一般的なコンピュータシステム2000の一例を示す。システム2000は、いくつかの実装形態によれば、アプローチ100ならびにプロセス300、400、700、1600、1700、2900、3300、および3400と関連において説明された動作に対して使用され得る。システム2000は、システム200に含まれてもよい。
【０２１０】
システム2000は、プロセッサ2010、メモリ2020、記憶デバイス2030、および入出力デバイス2040を備える。構成要素2010、2020、2030、および2040はそれぞれ、システムバス2050を使用して相互接続される。プロセッサ2010は、システム2000内における実行のための命令を処理することが可能である。一実装形態においては、プロセッサ2010は、シングルスレッドプロセッサである。別の実装形態においては、プロセッサ2010は、マルチスレッドプロセッサである。プロセッサ2010は、メモリ2020内にまたは記憶デバイス2030上で命令を処理することにより、入出力デバイス2040上のユーザインターフェースにグラフィック情報を表示することが可能である。
【０２１１】
メモリ2020は、システム2000内に情報を格納する。一実装形態においては、メモリ2020は、コンピュータ可読媒体である。一実装形態においては、メモリ2020は、揮発性メモリユニットである。別の実装形態においては、メモリ2020は、非揮発性メモリユニットである。
【０２１２】
記憶デバイス2030は、システム1000に大容量記憶装置を与えることが可能である。一実装形態においては、記憶デバイス2030は、コンピュータ可読媒体である。様々な異なる実装形態において、記憶デバイス2030は、フロッピ(登録商標)ディスクデバイス、ハードディスクデバイス、光ディスクデバイス、またはテープデバイスであってもよい。
【０２１３】
入出力デバイス2040は、システム1000に入出力動作をもたらす。一実装形態においては、入出力デバイス2040は、キーボードおよび/またはポインティングデバイスを備える。別の実装形態においては、入出力デバイス2040は、グラフィカルユーザインターフェースを表示するためのディスプレイユニットを備える。
【０２１４】
説明される特徴部は、デジタル電子回路に、またはコンピュータハードウェア、コンピュータファームウェア、コンピュータソフトウェア、もしくはそれらの組合せにおいて実装され得る。この装置は、プログラマブルプロセッサにより実行されるように、例えば機械可読記憶デバイスにおいてなど情報キャリアにおいて有形的に具現化されるコンピュータプログラム製品において実装され得る。さらに、方法ステップは、入力データを実施し出力を生成することにより既述の実装形態の機能を実施するために、命令プログラムを実行するプログラマブルプロセッサによって実行され得る。説明される特徴部は、有利には、データ記憶システム、少なくとも1つの入力デバイス、および少なくとも1つの出力デバイスからデータおよび命令を受領するためにならびにそれらにデータおよび命令を送出するために結合された少なくとも1つのプログラマブルプロセッサを備えるプログラマブルシステム上において実行可能である1つまたは複数のコンピュータプログラムにおいて実装され得る。コンピュータプログラムは、コンピュータにおいてあるアクティビティを実施するかまたはある結果をもたらすために直接的または間接的に利用され得る命令セットである。コンピュータプログラムは、コンパイラ型言語またはインタープリタ型言語を含む任意の形態のプログラミング言語において記述することが可能であり、スタンドアロンプログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくはコンピューティング環境における使用に適した他のユニットとしてを含む任意の形態で展開され得る。
【０２１５】
命令プログラムの実行に適したプロセッサには、例として、汎用マイクロプロセッサおよび専用マイクロプロセッサの両方、ならびに任意の種類のコンピュータの単独プロセッサまたは複数プロセッサの中の1つが含まれる。一般的には、プロセッサは、読み取り専用メモリまたはランダムアクセスメモリまたはその両方から命令およびデータを受領する。コンピュータの要素は、命令を実行するためのプロセッサ、ならびに命令およびデータを記憶するための1つまたは複数のメモリである。また、一般的には、コンピュータは、データファイルを記憶するための1つまたは複数の大容量記憶デバイスを備えるか、または大容量記憶デバイスとの間で作動的に通信状態に結合される。かかるデバイスには、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、および光ディスクが含まれる。コンピュータプログラム命令およびデータを有形的に具現化するのに適した記憶デバイスには、例としてEPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内蔵ハードディスクおよびリムーバブルディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびにCD-ROMディスクおよびDVD-ROMディスクを含む、あらゆる形態の非揮発性メモリが含まれる。プロセッサおよびメモリは、ASIC(特定用途向け集積回路)により補足され得るかまたはASIC内に組み込まれ得る。
【０２１６】
ユーザとの交信を実現するために、これらの特徴部は、ユーザに情報を表示するためのCRT(ブラウン管)モニタまたはLCD(液晶ディスプレイ)モニタなどのディスプレイデバイスと、ユーザがコンピュータに入力し得るようにするためのキーボードならびにマウスまたはトラックボールなどのポインティングデバイスとを有するコンピュータ上に実装され得る。
【０２１７】
これらの特徴部は、データサーバなどのバックエンドコンポーネントを備えるか、またはアプリケーションサーバもしくはインターネットサーバなどのミドルウェアコンポーネントを備えるか、またはグラフィカルユーザインターフェースもしくはインターネットブラウザを有するクライアントコンピュータなどのフロントエンドコンポーネントを備える、あるいはそれらの任意の組合せであるコンピュータシステムにおいて実装され得る。システムの構成要素は、通信ネットワークなどのデジタルデータ通信の任意の形態または媒体により接続され得る。通信ネットワークの例には、例えばLAN、WAN、ならびにインターネットを形成するコンピュータおよびネットワークなどが含まれる。
【０２１８】
コンピュータシステムは、クライアントおよびサーバを備え得る。クライアントおよびサーバは、一般的には相互に離れており、典型的には説明したものの中の1つなどのネットワークを介して交信する。クライアントとサーバとの関係は、各コンピュータ上で実行されクライアント-サーバ相互関係を有するコンピュータプログラムにより発生する。
【０２１９】
本開示を通じて説明される有形コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読媒体と呼ばれる場合がある。非一時的コンピュータ可読媒体には、任意のタイプのハードウェア記憶デバイスが含まれ、非一時的という用語は、プログラミング信号などの無形情報キャリアと区別するために使用され得る。
【０２２０】
また、インプラントを位置指定するための方法が提供される。この方法は、大腿骨の遠位端部を調製するステップと、この遠位端部の最大遠位幅を位置指定するステップと、調製された大腿骨に器具を配置するステップと、内外方向に器具を移動させて均等な外周部オフセットを実現するステップと、器具をピン留めするステップと、器具を使用して大腿骨の遠位端部に少なくとも1つのラグ穴を形成するステップとを含む。この器具は、遠位カット表面部分と、遠位カット表面部分に連結された前方斜面部分と、前方斜面部分に連結された前方フランジ部分と、遠位カット表面部分に連結された後方斜面部分と、後方斜面部分に連結された少なくとも1つのパドルとを備える。少なくとも1つのラグを形成するステップは、ドリル、リーマ、またはパンチ穿孔機を使用する。いくつかの実施形態においては、方法は、器具を除去するステップと、膝プロテーゼを植え込むステップとを含む。
【０２２１】
ポジショナ器具を製造するための方法が提供される。この方法は、画像データを取得するステップと、画像データを利用してリボンを生成するステップと、リボンを利用してスプラインを生成するステップと、少なくとも1つのラグ位置に関するオフセット距離を生成するステップと、スプラインを器具CADモデルへとインポートするステップと、器具CADモデルをSLAファイルに出力するステップとを含む。
【０２２２】
対応する図を参照として上述したように本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更が例示の実施形態に対して可能であるため、前述の説明に含まれるおよび添付の図面に示される全ての事項は、限定的なものではなく例示的なものとして解釈されるべきものとして意図される。したがって、本発明の範囲は、上述の例示の実施形態のいずれによっても限定されず、添付の特許請求の範囲およびその均等物にしたがってのみ定義される。
【符号の説明】
【０２２３】
100  アプローチ
110  データリポジトリ
120  輪郭処理
130  データベース
140  3次元骨データ
150  パラメータ
160  データベース130に1つまたは複数のパラメータをマッチングする
170  メッセージ
180  データリポジトリ110に3次元骨データ140を追加する
200  システム
210  入力モジュール
220  データストア
230  プロセッサ
240  I/O(入出力)デバイス
250  メモリ
500  界面部
510  骨
520  3次元解ボリューム
530  幅成分
540  高さ成分
550  厚さ成分
600  界面部
800  界面部
810  骨ボリューム
820  3次元許容ゾーン
900  界面部
910  インプラント
920  3次元インプラント公差ゾーン
1000  界面部
1010  骨ボリューム
1020  3次元インプラント公差ゾーン
1100  界面部
1200  界面部
1300  界面部
1400  界面部
1410  骨表面リボン
1420  曲線
1500  界面部
1510  曲線
1800  界面部
1810  3次元インプラント設計
1820  平面
1830  曲線
2000  コンピュータシステム
2010  プロセッサ
2020  メモリ
2030  記憶デバイス
2040  入出力デバイス
2050  システムバス
2200  内外(ML)位置決めテンプレート
2210  位置決め開口、ラグ開口
2220  ピン穴
2230  リブ補強部
2240  ポジショナ斜面部分
2245  切欠部
2250  パドル
2260  遠位カット表面部分
2270  前方斜面部分
2280  前方フランジ部分
2290  補強部
2300  パンチ穿孔機
2310  遠位先端部
2400  ピン
3000  3次元輪郭表現
3100  2次元輪郭表現
3200  2次元輪郭表現
3500  表現
3600  表現
3700  表現
3800  表現
3900  表現
4000  表現
4100  表現
4200  表現
4300  表現
4400  表現
4500  表現
4600  表現
4700  表現
4800  表現
4900  表現
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【国際調査報告】
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