(57)【要約】本発明の目的は、元の膝関節を変えることなく、人口膝関節部の移植部位を決めることができるようにすることである。この目的のために、近位膝骨頭又は遠位大腿骨に対する膝関節内補綴具の膝骨部品及び／又は大腿骨部品の位置を決める方法が提供される。この目的のために、膝骨内部の大腿骨の位置がナビゲーション・システムによって監視され、その際に、膝を屈伸させながら、遠位大腿骨と近位膝骨頭を伸延器具によって一定の力で側方及び中央で拡開位置まで移動させ、大腿骨と膝骨の相対位置と両者の間の間隙の寸法を決定する。膝の屈伸時の大腿骨と膝骨の種々の仮想相対位置が、膝関節内補綴具の幾何学的データと膝骨上の膝骨部品及び／又は大腿骨上の大腿骨部品の種々の採用位置に従って計算される。更に、一つの採用位置が選択位置として画定され、この選択位置では膝の屈伸中の大腿骨と膝骨の仮想相対位置が特定方法での拡開位置とは異なっている。
2006504477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位の膝骨頭又は遠位の大腿骨に対する膝関節内補綴具の膝骨部品及び／又は大腿骨部品の位置を決める方法であって、ナビゲーション・システムによって大腿骨及び膝骨の位置を監視し、膝を伸ばしたり曲げたりするときに規定された力によって遠位の大腿骨と近位の膝骨頭を側方及び中央で拡開位置まで移動させ、大腿骨と膝骨の相対位置、そして結果として大腿骨と膝骨との間の間隙の寸法を決定し、大腿骨と膝骨の様々な仮想相対位置を、膝関節内補綴具の幾何学的データと、膝を伸ばしたり曲げたりした場合の膝骨の膝骨部品と大腿骨の大腿骨部品の異なる仮定位置とに従って計算し、かつ膝を伸ばしたり曲げたりした場合の大腿骨と膝骨の仮想相対位置が特定方法による前記拡開位置とは異なる仮定位置を、選択位置として決定する方法。
【請求項２】
選択位置が、大腿骨と膝骨の仮想相対位置が膝を伸ばしたり曲げたりした場合の拡開位置に一致するように決定される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
選択位置が、膝を曲げた及び／又は伸ばした位置における大腿骨と膝骨との間の側方及び中央の間隙の寸法が少なくともほぼ等しいように決定される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
種々の仮想相対位置の計算のために、大腿骨部品の仮定位置を、大腿骨部品を大腿骨に平行に維持しながら、大腿骨の長軸に垂直に移動させることによって変位する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
種々の仮想相対位置の計算のために、大腿骨部品の仮定位置を、それを前後方向に移動することによって変位する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
種々の仮想相対位置の計算のために、大腿骨部品の仮定位置を、それを前後方向に延びる軸を中心に回動させることによって変える請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
種々の仮想相対位置の計算のために、大腿骨部品の仮定位置を、それを中央／側方に延びる軸を中心に回動させることによって変える請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
異なる寸法を有する膝骨部品及び／又は大腿骨部品が、種々の仮想相対位置を計算する基礎として採用される請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
拡開位置を決める場合に、大腿骨と膝骨頭との間の間隙が最大限度まで拡げられる請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
大腿骨と膝骨との間の間隙の寸法を決めるために、近位の膝骨頭の外郭と遠位の大腿骨の外郭とが、これらの外郭上の少なくとも一つの被操縦係合要素との係合によって決められる請求項１〜９に記載のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
係合要素が接触先端を有し、それによって前記外郭の種々の点が感知される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
係合要素が、決められるべき対象である外郭に当接する平らな係合面を有する請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
係合要素が相互に直交する二つの係合面を有し、これらの面は決められるべき対象である外郭に一緒に当接する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
計算された各仮想相対位置における伸ばされたり曲げられたりした膝の位置での中心及び側方間隙の寸法がディスプレー上に示される請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
種々の仮想相対位置を決めるために仮定される大腿骨部品の位置が、大腿骨の幾何学的データと関連してディスプレー上に表示される請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
大腿骨と膝骨頭との間の間隙を拡開する前に、膝骨頭の近位関節面を膝骨の長軸に垂直の平面に沿って凹ませる請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
近位膝骨頭（１９）又は遠位大腿骨（２０）に対して膝関節内補綴具の膝骨部品（４０）及び／又は大腿骨部品（４２）を決めるシステムであって、大腿骨（３）と膝骨（４）の位置を大腿骨と膝骨に固定可能なマーキング要素（７、８）によって監視するためのナビゲーション・システム（１２）と、膝が伸ばされたり曲げられたりした場合に、規定された力で遠位の大腿骨（２０）と近位の膝骨頭（１９）を側方および中央で拡開位置へ移動させる伸延器具（２６）と、伸延の際に大腿骨（３）と膝骨（４）との相対位置、その結果として大腿骨（３）と膝骨（４）との間の間隙（３０）の寸法を決定し、膝関節内補綴具の幾何学的データと膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の膝骨（４）上の膝骨部品（４０）及び／又は大腿骨（３）上の大腿骨部品（４２）の異なる仮想位置とに従って大腿骨（３）と膝骨（４）の種々の仮想相対位置を計算するデータ処理システム（１４）とを有するシステム。
【請求項１８】
伸延の際の大腿骨（３）と膝骨（４）の相対位置に対応するデータと仮想相対位置に対応するデータとを比較するために、これらのデータを表示するディスプレー（１５）が前記データ処理システム（１４）と連結されている請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記データ処理システム（１４）が、計算された仮想相対位置において膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の中央及び側方の間隙（３０）の寸法をディスプレー（１５）上に示す請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記データ処理システム（１４）が、大腿骨（３）の幾何学的データに対する種々の仮想相対位置を求めるために仮定された大腿骨部品（４２）の位置をディスプレー（１５）上に表示する請求項１８又は１９に記載のシステム。
【請求項２１】
少なくとも一つの被操縦係合要素（２２、３１、３３）を具え、これらは近位膝骨頭（１９）の外郭と延位大腿骨（２０）の外郭に当接して、大腿骨（３）と膝骨（４）との間の間隙（３０）の寸法を決める請求項１７〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
係合要素（３１）が接触用先端を有し、それによって外郭の種々の部分が感知される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
係合要素（２２、３３）が平らな係合面を有し、該係合面は決められるべき外郭上に当接する請求項２１又は２２に記載のシステム。
【請求項２４】
係合要素（３３）が二つの相互に直交する係合面（３５、３６）を有し、これらは決められるべき外郭上に一緒に当接する請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近位膝骨頭又は遠位大腿骨に対する膝関節内補綴具の膝骨部品及び／又は大腿骨部品の位置を定める方法に関する。更に、本発明は、この方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膝関節内補綴具を移植する場合、例えば脛骨に固定可能な膝骨部品、大腿骨に固定可能な大腿骨部品、及び大腿骨部品と脛骨部品との間に設けられた中間部品等の二つ以上の部品からなる補綴具が用いられることが多い。脛骨部品と大腿骨部品は、元の膝関節の動きができるだけうまく再生されるように、それぞれ、脛骨と大腿骨に接続されなければならない。これを達成するために、脛骨部品と大腿骨部品が脛骨と大腿骨の所望の位置に係合するように、脛骨頭と大腿骨とに鋸によって適宜にくぼみを作る必要がある。この係合位置は膝関節に最適な動きをさせるために重要な役割を有している。
【０００３】
膝関節を移植するために、膝の元の動き及び補綴具の移植後の膝の動きを、公知のナビゲーション・システム等によって大腿骨と膝骨の両者の位置を監視することによってモニターすることは知られている。このようなナビゲーション・システムは、特殊なマーキング要素の空間位置を連続的に決めることができる。このマーキング要素は、例えば赤外線ダイオード等の多数の放射線トランスミッタや、間隔を空けて設置された赤外線等を反射する多数の反射器等である。この自動操縦システムはマーキング要素から発生する放射線を記録して、マーキング要素の空間的位置を決めることができ、その結果、マーキング要素が固定されている本体部分の位置も決めることができる。このタイプのナビゲーション・システムは、膝の手術に規則的に使用されて、大腿骨と膝骨の一連の動きをモニターすると共に、適宜な係合又は接触器具によって大腿骨と膝骨頭の解剖学的データを記録する（DE 100 31 887 a1) 。
【０００４】
膝の手術をうまく行うには、移植片を挿入した後、大腿骨と膝骨とを連結する靱帯によって大腿骨と膝骨が相互に均一に側方及び中央側に引っ張られて、脚の伸ばされた位置と曲げられた位置の両方においてできるだけ正確になることが重要である。これを達成するために、試験用移植片を挿入して、これらの移植片が挿入された後に、大腿骨と膝骨との間の隙間を拡げることによって大腿骨と膝骨とを保持する力を測定する伸延器具等の助けによって、これらの試験移植片のために得られた張力を測定することが知られている。
【０００５】
この方法は非常に面倒であり、関節の表面が手術の後に相互に殆ど引っ張られないか又は引っ張られ過ぎてしまって、結局、手術が行われた後に測定のエラーのために所望の引っ張り状態が得られないリスクがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、手術の際に元の膝関節に何等の変更も加えることなく、補綴具の部品を移植して膝関節における自然の引っ張り状態を再現し、必要な場合にはこれを修正することが可能な、一般的なタイプの方法を発明することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、近位の膝骨頭又は遠位の大腿骨に対する膝関節内補綴具の膝骨部品及び／又は大腿骨部品の位置を決める方法であって、ナビゲーション・システムによって大腿骨及び膝骨の位置が監視され、膝が伸ばされたり曲げられたりした場合に規定された力によって遠位の大腿骨と近位の膝骨頭を側方及び中央で拡開位置へ移動し、大腿骨と膝骨の相対位置、そして結果として大腿骨と膝骨との間の間隙の寸法が測定され、大腿骨と膝骨の種々の仮想相対位置が、膝関節内補綴具の幾何学的データと、膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の膝骨の膝骨部品と大腿骨の大腿骨部品の異なる仮定位置とに従って計算され、膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の大腿骨と膝骨の仮想相対位置が特定方法における拡開位置とは異なる仮定位置が、選択位置として決定される方法を提供する本発明によって達成される。
【０００８】
前述の方法は、膝骨又は大腿骨に変更を加えなくても実行することが可能である。膝関節を露出させ、次いで膝が伸ばされたり曲げられたりした時に膝骨頭と大腿骨との間の間隙を拡げることによって、大腿骨と膝骨の各相対位置、即ち膝骨頭と大腿骨との間の間隙幅を決めることができる。次の工程において、膝骨と大腿骨上の補綴具の選ばれた部品のために意図された位置が確定される。これは、実際には行われず仮想的に行われるだけで、補綴具の部品を大腿骨と膝骨に対して当接させることができる鋸切断面等の係合面が決定される。
【０００９】
このようにして仮定された係合面、即ちこのようにして仮定された大腿骨及び／又は膝骨上の移植片の部品の位置によって、移植片の部品の幾何学的データが計算の基礎として採用された場合には、曲げ運動において大腿骨と膝骨が相互にどのように動くかを計算することが可能となる。これらの幾何学的データは移植片の部品が相互にどのように動くかを特定し、曲げ運動の際に大腿骨と膝骨の仮想相対位置を大腿骨と膝骨上の移植片の部品と移植片相互の相対運動から計算することが可能となる。実際には補綴具の部品は動かされず、純粋に計算によってこの運動が行われるので、これらの位置データは仮想的なものである。
【００１０】
補綴具の部品の特定仮定位置のための仮想的な位置データは、伸延器具の助けによる拡開の際に解剖学的膝関節上に記録された相対位置と引き続き比較される。
【００１１】
好適実施形態によれば、大腿骨と膝骨の仮想相対位置が拡開位置に一致するように選択位置が決められれば、人体自体の運動の最適な再生が得られる。そして、自然な運動のシーケンスに対応する一連の運動が得られ、伸ばされたり曲げられたりした位置における靱帯システムの緊張が自然の状態と同一になる。
【００１２】
しかし、例えば不正位置の矯正等のために外科医が仮想相対位置が実際の相対位置と異なることを特に望んでいる場合には、仮想相対位置が実際の相対位置と違っていてもよいのは勿論である。そして、実際の相対位置から所望の差に対応する仮想相対位置が見出されるまで、移植片の部品の仮定位置を変えることによって仮想相対位置を計算することが続けられる。換言すれば、このために膝骨頭又は大腿骨を動かさなくても、補綴具の部品の種々の仮定位置に応じて、この方法で膝の運動が真似られる。
【００１３】
例えば、選択位置が、膝の曲がった及び／又は伸びた位置における大腿骨と膝骨との間の側方及び中央の間隙の寸法が少なくともほぼ等しいように決められてよい。
【００１４】
補綴具の部品の位置は種々の方法で仮定することが可能である。例えば、第１の好適実施形態においては、種々の仮想相対位置を計算するために、大腿骨部品の仮定位置を、該大腿骨部品を平行に保ったまま大腿骨の長軸に垂直に変位させることによって移動させることができる。
【００１５】
大腿骨の長軸は、この場合、膝関節と股関節を結ぶ大腿骨の機械的軸と同じである。この相対位置の差異は、大腿骨の先端における凹んだ関節面の厚さの差異に対応している。
【００１６】
別の好適実施形態の場合には、種々の仮想相対位置を計算するために、大腿骨部品の仮定位置を、該大腿骨部品を平行に保ったまま大腿骨の前後方向に変位させることによって移動させることが提案されている。このような変位によって、大腿骨部品の後側関節面の距離が変化し、膝が曲げられた場合にこの関節面が膝骨頭から種々の距離に位置決めされる。
【００１７】
大腿骨部品の仮定位置の別の好適例においては、種々の仮想相対位置の計算のために、大腿骨部品の仮定位置が、それを前後方向に延びる軸を中心に回動させることによって変えることが提案されている。この回動によって、膝の内反・外反位置が矯正され、その結果、膝が伸ばされた場合でも大腿骨と膝骨部品との間の間隙幅が側方及び中央に向かって変えられる。
【００１８】
仮定位置を変更する別の可能性は、種々の仮想相対位置を計算するために、大腿骨部品を中央−側方に延びる軸を中心に回動させることによって大腿骨部品の仮定位置を変更することである。これは、大腿骨の長軸に対して関節面を傾斜させるので、或る程度の矯正を行うには重要なことである。
【００１９】
これらの変更は個別に行われてもよいし、組み合わせて行われてもよく、大腿骨部品の位置に対するこれらの各変更は、膝関節の運動学的行動に変化をもたらす。大腿骨と膝骨の対応する仮想相対位置の計算によって得られたこの運動の前述のシミュレーションは、外科医が、それぞれの場合において仮想相対位置を膝の屈伸における拡開位置と比較して、拡開位置との所望する一致が得られ、且つ内反−外反の矯正が達成されるまで、この仮定位置の変更を維持することを可能にする。
【００２０】
異なる仮定位置の他に、異なる寸法の膝骨部品及び／又は大腿骨部品を、本発明の開発によって種々の仮想相対位置の計算の基礎として採用することも可能である。即ち、異なる寸法の膝骨又は大腿骨の部品をこのシミュレーションにおいて仮定して、このシミュレーションにおいてこれらが仮想相対位置に及ぼす効果を計算することが可能である。結果として、膝骨部品又は大腿骨部品の寸法の選択と、これらの部品の位置の変化とによって、外科医は膝の運動学に影響を与える多くの可能な方法を選択することができ、そして、膝骨又は大腿骨に加工を加えなくても、これらの異なるパラメーターの結果を前述のシミュレーションによる作業の際に前もって調べることができる。
【００２１】
拡開位置を決める場合に、大腿骨と膝骨頭との間の間隙が最大限度まで拡げられることが好ましい。靱帯システムは拡げられれる際にだんだんとこわばってきて、或る量まで伸ばされると、実質的にそれ以上は伸ばすことができなくなる。即ち、伸延が飽和に達する。この範囲において得られる伸張は引き延ばし力とはあまり関係はなく、この理由によって、この範囲で伸延することが好ましい。これによって、うまく再現できる結果が得られる。
【００２２】
膝を曲げる際、及び伸延器具を係合させる場合も、大腿骨と膝骨頭のスライド面同士の間の実際の間隙は、大腿骨と膝骨の形状の幾何学的データが補助として利用できる場合に限って、大腿骨と膝骨の位置をモニターすることによって正確に決めることができる。即ち、本発明の一変形によれば、大腿骨と膝骨との間の間隙の寸法を決めるために、近位の膝骨頭の外郭と遠位の大腿骨の外郭とが、これらの外郭上の少なくとも一つの被操縦係合要素との係合によって決められる。これは、外郭を求めるための公知の技術である。被操縦係合要素の係合によって、ナビゲーション・システムは、係合点又は係合線を大腿骨と膝骨に対する係合要素のそれぞれの位置によって正確に位置決めすることができ、これによって膝骨頭及び大腿骨の外郭全体に関する幾何学的データを計算することができる。
【００２３】
例えば、係合要素が接触先端を有し、それによって前記外郭の種々の点が感知されるようにしてもよい。
【００２４】
別の実施形態において、係合要素が、決められるべき対象である外郭に当接する平らな係合面を有してよい。
【００２５】
特に好適な実施形態において、係合要素が相互に直交する二つの係合面を有し、これらの面は決められるべき対象である外郭に一緒に当接する。これは、大腿骨の顎面の外郭を決めるのに有利である。前記二つの係合面は、次に遠位顎面又は背面顎面に当接して、この領域の外郭に関する情報を提供することができる。
【００２６】
このシミュレーションによって計算された拡開位置と仮想相対位置との比較は、ディスプレー・ユニット又は外科医にこれらのデータから得られた情報を表示するディスプレーの助けによって行われることが好ましい。例えば、好適実施形態によれば、計算された各仮想相対位置における膝の屈伸位置での中心及び側方間隙の寸法がディスプレー上に示される。これによって外科医は、間隙の寸法が中央と側方とで同じになるように、そして伸ばされた状態と曲げられた状態とにおいて可能な限り同じになるように、仮定位置を変更することが可能である。
【００２７】
更に、種々の仮想相対位置を決めるために仮定される大腿骨部品の位置、例えば幾何学的データに対応する大腿骨の画像が、大腿骨の幾何学的データと関連してディスプレー上に表示されることが好ましい。次いで、外科医は大腿骨の長軸又はそれに類似の基準に対する大腿骨部品の係合面の傾斜を直接に読み取ることができ、この読み取られたパラメーターが外科医の予想しているものに対応するように、仮定位置を変更することができる。
【００２８】
膝骨頭及び大腿骨を加工しなくても前述の方法を実行すること可能であるが、或る場合には、大腿骨と膝骨頭との間の間隙を拡開する前に、膝骨頭の近位関節面を膝骨の長軸に直交する平面に沿って凹ませることが好ましい。その結果、伸延器具のための係合面が得られ、この係合面が膝骨部品の係合面としても使用でき、膝関節内補綴具を大腿骨部品だけで調整すればよくなる。
【００２９】
本発明は、また、膝関節内補綴具の部品の位置を決定できるシステムを提供することを目的とする。
【００３０】
この目的は、本発明によれば、近位膝骨頭又は遠位大腿骨に対して膝関節内補綴具の膝骨部品及び／又は大腿骨部品を決めるシステムであって、大腿骨と膝骨の位置を大腿骨と膝骨に固定可能なマーキング要素によって監視するためのナビゲーション・システムと、膝が伸ばされたり曲げられたりした場合に、規定された力で遠位の大腿骨と近位の膝骨頭を拡開位置に変位させる伸延器具と、伸延の際に大腿骨と膝骨との相対位置、その結果として大腿骨と膝骨との間の間隙の寸法を決定し、膝関節内補綴具の幾何学的データと膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の膝骨上の膝骨部品及び／又は大腿骨上の大腿骨部品の異なる仮想位置とによって大腿骨と膝骨の種々の仮想相対位置を計算するデータ処理システムとを有するシステムによって達成される。
【００３１】
この場合、伸延の際の大腿骨と膝骨の相対位置に対応するデータと仮想相対位置に対応するデータとを比較するために、これらのデータを表示するディスプレーが前記データ処理システムと連結していてもよい。特に、この場合、前記データ処理システムは、計算された仮想相対位置において膝を屈伸した場合の中央及び側方の間隙の寸法をディスプレー上に示すようにしてもよい。
【００３２】
前記データ処理システムは、大腿骨の幾何学的データに対する種々の仮想相対位置を求めるために仮定された大腿骨部品の位置をディスプレー上に表示することが好ましい。
【００３３】
好適実施形態によれば、このタイプの装置は、少なくとも一つの被操縦係合要素を具え、これらは近位膝骨頭の外郭と延位大腿骨の外郭に当接して、大腿骨と膝骨との間の間隙の寸法を決める。
【００３４】
この場合、係合要素が接触用先端を有し、それによって外郭の種々の部分が感知されるようにしてもよい。
【００３５】
別の実施形態の場合には、係合要素が平らな係合面を有し、該係合面は決められるべき外郭上に当接する。
【００３６】
この係合要素は二つの相互に直交する係合面を有していてよく、これらは決められるべき外郭上に一緒に当接する。
【００３７】
本発明の好適実施形態の以下の記載は、図面を参照することによって更に詳細な説明として役立つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
膝関節を膝関節内補綴具と交換するために、患者１は手術台２に載せられ、膝関節が公知の方法で切開される。骨ねじにねじ込むことによってマーキング要素７、８、９、１０が患者の少なくとも大腿骨３と膝骨４に固定され、好ましくは、更に骨盤５と足６にも固定される。各マーキング要素は三つの相互に離れたエミッタ１１を担持し、これらの送信機は、超音波、赤外線その他の放射線の能動的トランスミッタ、又は衝突したこれらの放射線を反射して放射する受動的反射要素である。これらのマーキング要素は、多数の放射線レシーバ１３を有するナビゲーション・システム１２と共に作動し、該ナビゲーション・システムはマーキング要素の空間的位置と配向を定め、この位置に対応するデータをデータ処理システム１４に供給する。データ処理システム１４は、スクリーン形態のディスプレー１５と補助的なデータを入力するためのキーボード１６とを具えている。
【００３９】
膝関節内補綴具を移植する準備のために、先ず大腿骨３と膝骨４の機械的軸が定められる。大腿骨３のこの機械的軸は、例えば、股関節１７と膝関節１８とを結ぶ線から得られ、これらの関節は、大腿骨と股関節とを相互に動かすことと、大腿骨と膝骨を相互に動かすこととによって、公知の方法でナビゲーション・システム１２の助けによって決めることができ、同様に、膝骨の機械的軸は、大腿骨と膝骨の相対運動と、膝骨と足の相互運動とによって、足関節と膝関節を結ぶ線として決めることができる。この運動によって、大腿骨、膝骨、骨盤及び足に強固に取付けられたマーキング要素も、これらの関節によって形成された経路上を移動し、データ処理システム１４はこれら経路からマーキング要素に対する、したがってマーキング要素が固定されている身体部分に対するこれらの関節の位置を決定することができる。
【００４０】
このようにして、これらの骨の長手方向にほぼ対応する大腿骨の機械的軸と膝骨の機械的軸とが得られる。
手術の最初の工程において、大腿骨と膝骨の機械的軸を求めた後、膝骨頭１９、即ち膝骨の基端が準備される。大腿骨２０に対面する関節面、即ち大腿骨３の先端は平面的な鋸切断によって除去され、得られた鋸切断面２１は前もって求められていた膝骨の機械的軸に対して垂直に延びて、膝骨頭１９の基端の僅か数ミリ下に概ね位置する。
【００４１】
鋸切断面２１の正確な位置は、プレート状係合要素２２を鋸切断面２１上に当接することによって再びチェックされ、係合要素の一部はマーキング要素２３に固く連結され、ナビゲーション・システムが係合要素２２の空間的位置を定め、そして鋸切断面２１の位置も定めることができるようにする（図２）。
【００４２】
次の工程において、伸延器具２６が膝骨頭１９の鋸切断面２１と大腿骨２０の相互に隣り合って離隔した関節面２４、２５との間の中間の空間に押し込まれる。この伸延器具は二つの相互に変位可能な拡開要素２７と２８を有し、下側のウエブ形状の拡開要素２７は鋸切断面２１に当接し、この下側拡開要素に平行に延びる上側の拡開要素２８が、二つの関節面２４、２５の一方に対して設置される。これらの関節面２４、２５のそれぞれは、前記両拡開要素２７と２８が離れる方向に動いた場合に、関節面２４と２５の一方又は他方が鋸切断面２１から一定の距離の所に位置決めできるように、各関節面に当接するそれ自体の伸延器具２６を有する。
【００４３】
伸延器具のこの構造は大幅に変更することができる。このタイプの伸延器具は数多くの種類があり、拡開要素２７、２８に作用する拡開機器２９（図５に非常に模式的に表現されているのみであるが）等によってこれらを相互に変位させることによって、関節面２４、２５と鋸切断面２１との間の空間の寸法とが効率的に大きくなることが重要である。
【００４４】
大腿骨と膝骨とを接続する側方靱帯による抵抗が、この寸法の増大を妨げる。これらの側方靱帯は大腿骨の先端と膝骨の基端の間に張力を加える。大腿骨と膝骨頭との間の空間は、これらの靱帯の力に打ち勝って拡開され、図４と５に表されているように膝が曲げられた場合、及び膝が伸ばされた場合に両者を精密に位置決めする。側方靱帯は伸張の初期においてはほぼ弾性的挙動を示す。しかし、この伸張性は飽和値に達し、或る値を越える力が加わると、いずれにしても側方靱帯は最大値まで伸び、その結果、大腿骨と膝骨頭と間に最大間隙が得られる。
【００４５】
この最大間隙３０は、膝を曲げた場合には図６に模式的に示され、膝を伸ばした場合には図７に示されている。間隙幅は鋸切断面２１から大腿骨３の二つの関節面２４、２５までの距離によって画定される。図６と７の表現においては、この間隙幅は両方の関節面２４、２５の場合にほぼ同じである。しかし、すべての場合にそのようにする必要はなく、位置異常や発育障害等の理由によって、両関節面２４、２５における間隙幅を変えて、膝が曲げられている場合と膝が伸ばされている場合の両方において両者を正確に位置決めすることが可能である。
【００４６】
伸延器具２６が拡開した後に膝が曲げられた時と膝が伸ばされた時の両方において、大腿骨と膝骨の相対位置はナビゲーション・システム１２によって決められ、これに対応するデータ、したがって置き換えられるべき膝関節の運動学を表すデータはデータ処理システム１４に記憶され、このようにして得られた間隙幅は、両方の側方靱帯の緊張状態の情報を提供する。
【００４７】
この調査によって、側方靱帯の緊張が非常に異なった値になっていることが判った場合には、外科医は、この段階において、小さな切り口を作ることによって一方の側方靱帯の緊張行動を変えることが可能であり、したがって、所望の矯正が行われ、各矯正の後に、大腿骨と膝骨頭の相対位置の伸延と決定が更新され、この矯正の結果を直ちに確立することができる。
【００４８】
引き続く処置のために、大腿骨の形状の幾何学的データも必要である。これらデータは、それぞれマーキング要素を具えた係合要素である被操縦型係合要素の助けによって得られる。このような係合要素は、例えば、マーキング要素３２（図３）を有する接触先端部３１であってもよく、この接触先端部３１によって、大腿骨２０の外郭が点状に求められる。もう一つの係合要素は、マーキング要素３４を有するＬ字状型材３３によって形成されている。このＬ字状型材は、その内側に二つの平面状係合面３５と３６を有し、これらの面は相互に直交して、それぞれ、大腿骨の先端と後端に接触し、先端に係合する係合面３５は大腿骨３の以前に求められた機械的軸に対して直交する（図３）。このようにして、大腿骨３の関節面２４と２５の延長部が求められる。
【００４９】
このようにして求められた外郭のデータから、鋸切断面２１からの関節面２４と２５までの距離が大腿骨と膝骨の各相対位置に対して計算され、中央及び側方の両方に正確に位置決めされる。
【００５０】
大腿骨に予め何等の変化も加えることなく、特定幾何学形状の関節内補綴具を仮定された特定位置に移植した場合に、膝の関節に得られる一連の運動が次の作業工程に現される。即ち、膝骨部品、中間部品及び大腿骨部品を含む特定タイプの膝関節内補綴具が、基礎として最初に取り入れられる。これらの部品の寸法は、関節内補綴具の幾何学形状に基づいて決定できる関節内補綴具の部品相互に対する部品の相対位置として知られている。これらのデータは、キーボード１６等によって記録データの形でデータ処理システムへ入力される。
【００５１】
膝骨部品が鋸切断面２１に密接する対応係合面に係合していると仮定すると、関節内補綴具が運動する際に、大腿骨部品の対応係合面がどのように動くかをこうして計算することができる。大腿骨部品のこれらの係合面は、大腿骨部品に対して大腿骨を適合させるように設けられた大腿骨上の鋸切断面に対応している。鋸切断面の位置に対応して、大腿骨は大腿骨部品とは異なって位置決めされ、これによって、当然、膝関節内補綴具の一連の動きの際に、大腿骨と膝骨の相対位置も異なるものとなる。
【００５２】
大腿骨に対する大腿骨部品の位置は、大腿骨部品を大腿骨の機械的軸の方向に異なって位置決めすること等によって変えることができる（図９）。大腿骨部品は大腿骨に対して、前後方向に延びる中心軸（図１０）或いは中央・側方向に延びる中心軸（図１１）を中心に傾斜することができる。大腿骨部品は前後方向にも変位することができる（図１２）。これによって、対応して準備された大腿骨に対する大腿骨部品の係合面の対応する変化が生じる。これらの係合面の異なる位置は一点鎖線で図９〜１２に表されている。
【００５３】
大腿骨に対する大腿骨部品のそれぞれの相対位置に対して、データ処理システム１４は、膝が伸びている場合と膝が曲がっている場合とにおける大腿骨と膝骨の相対位置を計算することができ、その結果、膝が伸びている場合と膝が曲がっている場合とにおける中央関節面と側方関節面上の間隙３０の幅も計算することができる。
【００５４】
その結果、外科医は、大腿骨に対する大腿骨部品の異なる相対位置を想定し、この仮定位置によって大腿骨と膝骨相互の位置決めに及ぼす影響を計算することができ、これに基づいて大腿骨に対する大腿骨部品の全く特定の仮定位置に対する間隙３０の幅等も計算することができる。
【００５５】
このような特定の位置を仮定することを可能にするために、大腿骨に対して鋸切断用テンプレートを取付け、次いで該鋸切断用テンプレートを大腿骨の最適な調節箇所に位置決めすることが好ましい。この鋸切断用テンプレートによって画定された平面は、大腿骨の先端の鋸切断面を形成する。この形成された鋸切断面は、鋸切断用テンプレートを調節することによって大腿骨に対して移動又は回動することができる。この鋸切断用テンプレートが同じようにマーキング要素にも接続されている場合には、この仮定鋸切断面は空間的に決められる。即ち、ナビゲーション・システムは大腿骨に対するこの仮定鋸切断面の位置を決める。
【００５６】
これによって、外科医は大腿骨に対する種々の異なる相対位置にこの鋸切断面を移動させ、内補綴具の運動学に基づいて、大腿骨と膝骨が湾曲位置から伸長位置まで相互に如何に動くかをこの仮定位置によって計算することができる。各仮定鋸切断面、したがって大腿骨に対する大腿骨部品の各仮定位置に対して、膝が伸びている場合と膝が曲がっている場合の間隙の側方及び中央の幅に関するデータがこれによって得られる。これらのデータは、図８に模式的に示されているように、ディスプレー１５に表示される。ここで、間隙幅は、曲がった膝及び伸びた膝の両方に対して矩形の形状で、中央関節面の場合には一方の側に、側方関節面の場合には他方の側に隣り合って正確に表されている。伸びた位置は符号３７で示され、間隙幅は垂直バー３８で示され、その高さは間隙幅に対応している。この高さは更に数字で示される。
【００５７】
仮定鋸切断面の位置が重ねられる大腿骨の画像が、ディスプレー１５上に補助的に表され、使用者はこの仮定鋸切断面がどのように大腿骨に対して設けられているかを直ちに見ることができる。これは、特に鋸切断面が傾斜している場合には重要である。そして、大腿骨の機械的軸に垂直の面に対する傾斜角が直ちに読み取られる。これによって、外科医は、内反・外反を矯正するためにどの仮定面を選択すべきかをチェックすることができる。
【００５８】
したがって、外科医が鋸切断用テンプレートの調節によって大腿骨上の大腿骨部品の或る仮定位置を特定する場合、膝を動かさなくても、伸びた膝及び曲がった膝の両方に対して、側方関節面と中央関節面に関する間隙幅が直ちにディスプレー上に現れる。そして、外科医は、このようにして得られた間隙幅を彼が希望する間隙幅と比較して、これらの間隙幅を伸延器具２６の助けによって患者自身の膝から以前に求めた間隙幅に正確に対応させるか、或いは例えば相互に近似した別の中央及び側方間隙幅にするために、精確に画定した方法でこれらの値と異なるようにするかを決めることができる。
【００５９】
外科医はこの機会に、膝の特殊な異常位置、例えば内反・外反等を矯正しようとする彼の希望によって、側方靱帯の緊張行動に及ぼす効果をチェックすることもできる。その結果、彼は位置の矯正と側方靱帯の緊張行動との妥協点を見出して、この目的のために大腿骨に何等かの種類の加工を行わなくても、前もって大腿骨に対する大腿骨部品の最適位置を決めることができる。
【００６０】
更に、外科医は、勿論、この方法を異なる寸法又は運動学的行動を有する補綴具に対して実行することも可能である。これによって、大腿骨と膝骨との相互間に別の動きを与えることもできる。即ち、対応する記録データをデータ処理システム１４に入力すれば、補綴具の別の部品とそれが一連の運動に及ぼす効果をシュミレートでき、一方で補綴具の部品の選択、他方で大腿骨及び／又は膝骨に対する補綴具の部品の仮定位置によって、予測される運動の全シーケンスをシミュレートできかつ所望の結果と比較できる。
【００６１】
原理的には、膝骨頭に対する膝骨部品の異なる仮定位置のための対応する計算を実行することも可能であるが、膝骨部品の特定位置のための指示された鋸切断面２１を前述の基礎として採用することが有利であり、補綴具自体及び／又は大腿骨に対する大腿骨部品の仮定位置を実質的に変えることによって変化が生じる。
【００６２】
鋸切断面の最適位置が見出されると直ぐに、鋸切断用テンプレートの助けによって大腿骨がこれに対応して切断される。例えば、遠位切断面が形成され、次いで別の切断面、例えば前記遠位切断面に垂直な背部切断面が形成される。その位置は、切断面の別の位置を仮定し、次にこの異なる位置決めの運動学上の効果を計算することによって、全く同じ方法で決められる。例えば、背部切断面の変位によって、大腿骨部品は大腿骨に対して前後方向に異なる箇所に位置決めされる。
【００６３】
切断が行われると、それらの正確な位置が、例えば、被操縦係合要素２２を切断面に当接させることによって再び確かめられ、形成された切断面も鋸切断面の選ばれた仮定位置に実際に対応していることが確認される。
【００６４】
上述の方法工程は図１４に模式的にまとめられている。特に、外科医が、最適位置が見つかるまで、大腿骨に対する大腿骨部品の異なる仮定位置によって、シミュレーション・プロセスを複数回繰り返すことが図１４の工程から理解できる。
【００６５】
図１３には、移植が行われると膝関節内補綴具の膝骨部品４０、中間部品４１及び大腿骨部品４２がどのように膝骨と大腿骨上に配置されるかを模式的に示している。この図は、膝骨と大腿骨が側方靱帯３９によって相互にどのように引っ張られているかも模式的に示している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】患者の膝内補綴具の部品の位置を定めるためのシステムの模式的全体図を示す。
【図２】凹んだ膝骨面上の被操縦大腿骨、被操縦膝骨及び被操縦係合プレートと共に曲げられた膝の模式的正面図を示す。
【図３】二つの相互に直交する係合面を有する被操縦係合要素と接触先端の形状の被操縦係合要素とを具えた被操縦大腿骨の側面図を示す。
【図４】大腿骨と膝骨頭との間に挿入された伸延器具を具えた図２に類似の図を示す。
【図５】図４の曲げた膝の側面図を示す。
【図６】伸延器具が表現されていない、伸延位置にある膝関節の場合の図４に類似の図を示す。
【図７】伸ばした膝の場合における図６に類似の図を示す。
【図８】膝が曲げられたり伸ばされたりしている時の中央及び側方間隙幅を表示するディスプレーを示す。
【図９】大腿骨の長軸方向に変位した内補綴具の大腿骨部品の仮定位置の正面図を示す。
【図１０】前後軸を中心に回動した係合面と共に図９に類似の図を示す。
【図１１】中央・側方軸を中心に回動した係合面と共に大腿骨の側面図を示す。
【図１２】前後方向に変位した係合面と共に図１１に類似の図を示す。
【図１３】挿入された内補綴具と共に膝関節の模式的側面図を示す。
【図１４】膝骨と大腿骨に対する内補綴具の部品の位置を決める場合の方法の一連のステップを説明するフローチャートを示す。
【図１】
2006504477.tif 000003
【図２】
2006504477.tif 000004
【図３】
2006504477.tif 000005
【図４】
2006504477.tif 000006
【図５】
2006504477.tif 000007
【図６】
2006504477.tif 000008
【図７】
2006504477.tif 000009
【図８】
2006504477.tif 000010
【図９】
2006504477.tif 000011
【図１０】
2006504477.tif 000012
【図１１】
2006504477.tif 000013
【図１２】
2006504477.tif 000014
【図１３】
2006504477.tif 000015
【図１４】
2006504477.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月8日(2005.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位膝骨頭（１９）又は遠位大腿骨（２０）に対して膝関節内補綴具の膝骨部品（４０）及び／又は大腿骨部品（４２）を決めるシステムであって、大腿骨（３）と膝骨（４）の位置を大腿骨と膝骨に固定可能なマーキング要素（７、８）によって監視するためのナビゲーション・システム（１２）と、膝が伸ばされたり曲げられたりした場合に、規定された力で遠位の大腿骨（２０）と近位の膝骨頭（１９）を側方および中央で拡開位置へ移動させる伸延器具（２６）と、伸延の際に大腿骨（３）と膝骨（４）との相対位置、その結果として大腿骨（３）と膝骨（４）との間の間隙（３０）の寸法を決定し、膝関節内補綴具の幾何学的データと膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の膝骨（４）上の膝骨部品（４０）及び／又は大腿骨（３）上の大腿骨部品（４２）の異なる仮想位置とに従って大腿骨（３）と膝骨（４）の種々の仮想相対位置を計算するデータ処理システム（１４）とを有するシステム。
【請求項２】
伸延の際の大腿骨（３）と膝骨（４）の相対位置に対応するデータと仮想相対位置に対応するデータとを比較するために、これらのデータを表示するディスプレー（１５）が前記データ処理システム（１４）と連結されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記データ処理システム（１４）が、計算された仮想相対位置において膝が伸ばされたり曲げられたりした場合の中央及び側方の間隙（３０）の寸法をディスプレー（１５）上に示す請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記データ処理システム（１４）が、大腿骨（３）の幾何学的データに対する種々の仮想相対位置を求めるために仮定された大腿骨部品（４２）の位置をディスプレー（１５）上に表示する請求項２又は３に記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも一つの被操縦係合要素（２２、３１、３３）を具え、これらは近位膝骨頭（１９）の外郭と延位大腿骨（２０）の外郭に当接して、大腿骨（３）と膝骨（４）との間の間隙（３０）の寸法を決める請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
係合要素（３１）が接触用先端を有し、それによって外郭の種々の部分が感知される請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
係合要素（２２、３３）が平らな係合面を有し、該係合面は決められるべき外郭上に当接する請求項５又は６に記載のシステム。
【請求項８】
係合要素（３３）が二つの相互に直交する係合面（３５、３６）を有し、これらは決められるべき外郭上に一緒に当接する請求項７に記載のシステム。
【国際調査報告】
2006504477.tif 000017
2006504477.tif 000018
2006504477.tif 000019
2006504477.tif 000020
2006504477.tif 000021
2006504477.tif 000022
2006504477.tif 000023
2006504477.tif 000024