(57)【要約】脚の長さおよび大腿骨に対する大腿骨インプラントの方向に応じて、大腿骨インプラント挿入することについてオペレーターを導くＣＡＳシステムおよび方法であって、前記大腿骨対する基準器具、登録器具、骨変更器具、およびセンサ装置を備えている。コントローラーは、i)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置および方向に応じて、前記登録器具により提供された演算した表面情報によって、前記大腿骨の基準フレームを登録し、および／又は前記大腿骨のモデルをデータベースに取り込み、ii)  足の長さに応じて、前記基準フレームに対する所望のインプラント位置を演算し、およびiii)  前記センサ装置により与えられる前記骨変更器具の位置および方向、ならびに、前記データベースにより提供される大腿骨インプラントのデジタルモデルの位置および方向に応じて、前記骨変更器具を用いて前記大腿骨において実行される変更に対する所望インプラントの位置との関係で現在のインプラント位置および方向を演算している。前記データベースは、前記コントローラーの動作に関する情報を記憶し、取り込むため、前記コントローラーに接続される。かかるコンピュータ支援システムは、骨盤に対する骨盤インプラントの方向に応じて、骨盤インプラントを挿入することについて、オペレーターを導くために用いてもよい。
2006509609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚の長さ(limb length)および大腿骨インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの大腿骨インプラントを大腿骨へ挿入することについて、オペレーターを導くため、コンピュータ支援手術における位置追跡システムを用いて外科治療を実行する方法であって、
空間で位置及び方向を追跡可能な、大腿骨の基準フレームを取得するステップ、
大腿骨インプラントのデジタルモデルを提供するステップ、
前記脚の長さに応じて、前記大腿骨の基準フレームに対する前記大腿骨インプラントの所望のインプラント位置を演算するステップ、および
前記所望のインプラント位置に対する現在のインプラントの位置および方向に関する情報を提供することにより、前記大腿骨インプラントの大腿骨への次回の挿入のため、前記大腿骨を変更することについてオペレーターを導くステップであって、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記大腿骨インプラントのデジタルモデル、および、前記大腿骨インプラントを受け入れるために前記大腿骨を変更させる少なくとも一の手術器具の位置及び方向に関するリアルタイムの追跡結果、に応じて演算されるもの、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項２】
請求項１にかかる方法において、前記現在のインプラントの位置および方向に関する情報は、前記大腿骨インプラントの内反／外反角度(varus/valgus angle)、前記大腿骨インプラントの前傾(anteversion)、および前記大腿骨インプラントのオフセットの少なくとも一つを含むこと、
を特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１にかかる方法において、前記大腿骨を変更ついてオペレーターを導くステップは、寛骨臼(acetabular)の回転中心の変更により生じる前記所望のインプラント位置の変更に続いて、繰り返されること、
を特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１にかかる方法において、さらに、前記挿入中の前記大腿骨インプラントの位置及び方向を追跡することにより、前記大腿骨インプラントを脊髄管(intramedullary canal))へ挿入することについて前記オペレーターを導くステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１にかかる方法において、前記大腿骨の前記基準フレームは、手術中に得られること、
を特徴とするもの。
【請求項６】
請求項５にかかる方法において、前記大腿骨の前記基準フレームは、大腿骨頭の中心を含み、大腿骨頭の中心を得るステップは、
空間において位置および方向を追跡可能な基準システムを、前記大腿骨上に位置させるステップ、
前記骨盤から前記大腿骨の位置をずらすステップ、
前記基準システムに応じて、前記大腿骨頭の表面のデジタルモデルを作り出すステップ、および
前記大腿骨頭の表面の前記デジタルモデルに応じて前記大腿骨頭の中心を演算するステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項７】
請求項６にかかる方法において、前記基準フレームは、さらに、大腿骨の矢状面(sagittal)、前額面(frontal plane)および側面(transverse plane)を含み、前記面を得るステップは、
前記大腿骨の解剖学上の軸、上顆の中間点および前記大腿骨に対応する脛骨の中間点、前記矢状面における踝(malleolilying)の解剖学上の軸および中間点、をデジタル化することにより、前記基準システムに対する矢状面を登録するステップ、
前記基準システムに対する前額面であって、当該前額面は、前記矢状面と垂直であり、前記解剖学上の軸を伴うもの、を登録するステップ、および
前記基準システムに対する側面であって、当該側面は、前記矢状面および前記前額面と垂直であるもの、を登録するステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項８】
請求項５にかかる方法において、前記大腿骨の前記基準フレームは、前記大腿骨頭の中心を含み、前記大腿骨頭の中心を得るステップは、
空間において位置および方向を追跡可能な基準システムを、前記大腿骨上および対応する骨盤上に位置させるステップ、
前記基準システム間の相対位置および方向を登録するステップ、
前記骨盤の臼蓋窩(acetabulum)を露出させるために、前記大腿骨を前記骨盤から分離させるステップ、
前記基準システムに応じて、前記臼蓋窩の前記表面のデジタルモデルを作り出すステップ、
前記臼蓋窩の前記表面の前記デジタルモデルに応じて、前記臼蓋窩の回転中心を演算するステップ、および
前記基準システム間の前記相対位置および方向に応じて、前記大腿骨頭の回転中心を演算するステップ、を実行することにより行われ、
前記臼蓋窩の前記回転中心は、前記大腿骨頭の前記回転中心と同じであると仮定されること、
を特徴とするもの。
【請求項９】
請求項８にかかる方法において、前記基準フレームは、さらに、大腿骨の矢状面、前額面および側面を含み、前記面を得るステップは、
前記大腿骨の解剖学上の軸、上顆の中間点および前記大腿骨に対応する脛骨の中間点、前記矢状面における踝の解剖学上の軸および中間点、をデジタル化することにより、前記基準システムに対する矢状面を登録するステップ、
前記基準システムに対する前額面であって、当該前額面は、前記矢状面と垂直であり、前記解剖学上の軸を伴うもの、を登録するステップ、および
前記基準システムに対する側面であって、当該側面は、前記矢状面および前記前額面と垂直であるもの、を登録するステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項２にかかる方法において、前記大腿骨インプラントの内反／外反角度は、前記基準フレームに対する、前記大腿骨インプラントの軸と関連する前記脊髄管の軸に応じて演算され、前記脊髄管の前記軸を得るステップは、
前記大腿骨の切開(opening)を実行するステップ、
空間において位置および方向を追跡可能な器具であって、当該器具は、前記脊髄管の表面に対して所定の方向(predetermined way)で位置させることができる自身の先端を有するもの、を提供するステップ、および
前記器具の前記先端を一定の深さで前記脊髄管に挿入し、前記所定の方で位置する前記先端を有する器具の位置および方向に応じて、前記一定の深さのそれぞれについて前記脊髄管の基準点を演算することによって、前記脊髄管における基準点を演算し、関連づけることで前記基準フレームに対する前記脊髄管の前記軸を得るステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかにかかる方法において、前記方法は、解剖学上の骨モデル上、あるいは、死体(cadaver)上で実行されること、
を特徴とするもの。
【請求項１２】
骨盤に対する骨盤インプラントの位置および方向に応じ、人工股関節インプラントの骨盤インプラントを骨盤の臼蓋窩へ挿入することについて、オペレーターを導くため、コンピュータ支援手術において外科治療を実行する方法であって、
前記骨盤の点を登録することにより、空間において位置および方向を追跡可能な、骨盤の基準フレームを作り出すステップ、
前記基準フレームに応じて、臼蓋窩の表面上の点を登録することにより、前記骨盤の露出した臼蓋窩の表面のデジタルモデルを作り出すステップ、
前記骨盤インプラントのデジタルモデルを提供するステップ、
前記臼蓋窩の表面の前記デジタルモデルに応じて、当初の回転中心を演算するステップ、および
前記臼蓋窩の前記当初の回転中心および前記基準フレームに対する現在のインプラントの位置および方向に関する情報を提供することにより、前記骨盤インプラントの骨盤への次回の挿入のため、前記臼蓋窩を変更することについてオペレーターを導くステップであって、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記骨盤インプラントのデジタルモデル、および、前記骨盤インプラントを受け入れるために前記臼蓋窩を変更させる少なくとも一の手術器具の位置及び方向に関するリアルタイムの追跡結果に応じて演算されるもの、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項１２にかかる方法において、現在のインプラントの位置および方向に関する情報は、前記骨盤インプラントの前傾、および、前記骨盤インプラントの傾斜の少なくとも一つを含むこと、
を特徴とするもの。
【請求項１４】
請求項１２にかかる方法において、さらに、手術中の前記骨盤インプラントの位置および方向を追跡することにより、前記骨盤インプラントを前記臼蓋窩へ挿入することについて前記オペレーターを導くステップ、を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項１５】
請求項１２にかかる方法において、術前に、患者の姿勢を追跡するステップを実行し、当該患者の姿勢を追跡するステップは、前記骨盤の基準フレームを作り出すステップにおいて、前記基準フレームを正しい方向に置くため、前記オペレーターにより選択的に用いられること、
を特徴とするもの。
【請求項１６】
請求項１２にかかる方法において、前記骨盤の基準フレームを作り出すステップにおいて登録された前記点は、前腸骨(anterior iliac crest)上の点と、恥骨結節(pubis tubercle)上の点を含み、当該点は、前記基準フレームの前額面内に存し、側面は、前記前額面に対して垂直であるとともに、前記前腸骨上に前記点を有し、矢状面は、前記前額面および前記側面に対して垂直であること、
を特徴とするもの。  
【請求項１７】
請求項１２にかかる方法において、さらに、前記基準フレームに対する前記臼蓋窩の前傾および傾斜の少なくとも一つを演算するステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項１８】
請求項１２から請求項１７のいずれかにかかる方法において、前記方法は、解剖学上の骨モデル上、あるいは、死体(cadaver)上で実行されること、
を特徴とするもの。
【請求項１９】
コンピュータ支援手術において、骨の脊髄管軸(intrameduallary canal axis)をデジタル化する方法であって、
前記骨の脊髄管を露出させるため、骨の切断を実行するステップ、
空間において位置および方向を追跡可能な器具であって、当該器具は、前記脊髄管の表面に対して所定の方向で位置させることができる自身の先端を有するもの、ならびに、前記骨上に基準フレームを提供するステップ、および
前記器具の前記先端を一定の深さで前記脊髄管に挿入し、前記所定の方で位置する前記先端を有する器具の位置および方向に応じて、前記一定の深さのそれぞれについて前記脊髄管の基準点を演算することによって、前記脊髄管における基準点を演算し、関連づけることで前記基準フレームに対する前記脊髄管の前記軸を得るステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項２０】
請求項１９にかかる方法において、前記方法は、解剖学上の骨モデル上、あるいは、死体(cadaver)上で実行されること、
を特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する分野】
【０００１】
本発明は、一般に、コンピュータ支援の人工股関節置換手術に関し、より具体的には、最小の術前処置を伴う人工股関節置換手術に関するものである。
【関連出願の記載】
【０００２】
本出願は、その主題が参照のために取り込まれる、本出願人による、２００２年１０月４日出願の米国特許出願番号６０／４２５、８０９の優先権を主張する。また、本出願は、その主題が参照のために取り込まれる、本出願人による、２００３年４月２８日出願の米国特許出願番号６０／４６５、８０５の優先権を主張する。
【発明の背景】
【０００３】
股関節置換手術は、人口股関節を患者に導入することを含んでいる。かかる人口股関節は、通常、骨盤インプラントおよび大腿骨インプラントから構成される。骨盤インプラントは、臼蓋窩に受け入れられるカップである。大腿骨インプラントは、縦長のインプラント部の端部において受け入れられる球状部から構成されている。大腿骨頭の従前の位置に対してほぼ中央に位置する球状部を有する。かかる縦長のインプラント部は、切除された大腿骨の脊髄管内に導入される。したがって、前記大腿骨頭（すなわち、大腿骨インプラントの球状部）および、前記カップ（すなわち、骨盤インプラント）は、人口股関節を構成するよう協働する。
【０００４】
股関節置換手術においては、異なる出力値が問題である。自然および/または改良された歩行(natural and/or improved gait)ならびに患者の行動範囲を元に戻すため、手術中は、インプラントの位置および方向、大腿骨のずれ、ならびに、脚の長さを考慮しなければならない。股関節置換手術中の執刀医の仕事は、これらの結果(output values)に直接影響を及ぼす。
【０００５】
既知のコンピュータが支援する股関節置換手術に関する技術は、現在、患者の骨格構造に関するデータの読み込みを可能にする術前のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）ステップを含んでいる。このデータは、例えば、インプラントのサイズを決定し、上述の出力値を理想なものにするため、手術中に執刀医を導くため用いられる。
【０００６】
しかし、ＣＴのユーザーにはさまざまな不都合がある。まず、術前のステップを最小にすることが所望される。このことは論理的に好まれるであろうが、股関節置換手術は、術前のステップが不要であることが理想的である。関節置換手術においてステップを簡易化することには、コスト削減の問題が含まれる。また、ＣＴは、健康に悪影響を及ぼすＸ線を用いる。
【０００７】
したがって、術前のステップを最小にしたコンピュータ支援の股関節置換手術についての技術は、執刀医ならびに保健所(health institutions)の管理者に強くアピールすることができると信じられる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、コンピュータが支援する股関節置換手術において、インプラントを挿入することについてオペレーターを導くための、新しい方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、最小の術前ステップで股関節置換手術を実行する方法を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、インプラントを挿入することについてオペレーターを導く、コンピュータ支援の手術システムを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、骨管の中心をデジタル化する装置を提供することにある。
【００１２】
したがって、本発明によると、脚の長さ(limb length)および大腿骨インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの大腿骨インプラントを大腿骨へ挿入することについて、オペレーターを導くため、コンピュータ支援手術における位置追跡システムを用いて外科治療を実行する方法であって、
空間で位置及び方向を追跡可能な、大腿骨の基準フレームを取得するステップ、
大腿骨インプラントのデジタルモデルを提供するステップ、
前記脚の長さに応じて、前記大腿骨の基準フレームに対する前記大腿骨インプラントの所望のインプラント位置を演算するステップ、および
前記所望のインプラント位置に対する現在のインプラントの位置および方向に関する情報を提供することにより、前記大腿骨インプラントの大腿骨への次回の挿入のため、前記大腿骨を変更することについてオペレーターを導くステップであって、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記大腿骨インプラントのデジタルモデル、および、前記大腿骨インプラントを受け入れるために前記大腿骨を変更させる少なくとも一の手術器具の位置及び方向に関するリアルタイムの追跡結果に応じて演算されるもの、を備えたことを特徴とするものが提供される。
【００１３】
また、本発明によると、骨盤に対する骨盤インプラントの位置および方向に応じ、人工股関節インプラントの骨盤インプラントを骨盤の臼蓋窩へ挿入することについて、オペレーターを導くため、コンピュータ支援手術において外科治療を実行する方法であって、
前記骨盤の点を登録することにより、空間において位置および方向を追跡可能な、骨盤の基準フレームを作り出すステップ、
前記基準フレームに応じて、臼蓋窩の表面上の点を登録することにより、前記骨盤の露出した臼蓋窩の表面のデジタルモデルを作り出すステップ、
前記骨盤インプラントのデジタルモデルを提供するステップ、
前記臼蓋窩の表面の前記デジタルモデルに応じて、当初の回転中心を演算するステップ、および
前記臼蓋窩の前記当初の回転中心および前記基準フレームに対する現在のインプラントの位置および方向に関する情報を提供することにより、前記骨盤インプラントの骨盤への次回の挿入のため、前記臼蓋窩を変更することについてオペレーターを導くステップであって、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記骨盤インプラントのデジタルモデル、および、前記骨盤インプラントを受け入れるために前記臼蓋窩を変更させる少なくとも一の手術器具の位置及び方向に関するリアルタイムの追跡結果に応じて演算されるもの、を備えたことを特徴とするものが提供される。
【００１４】
さらに、本発明によると、コンピュータ支援手術において、骨の脊髄管軸をデジタル化する方法であって、
前記骨の脊髄管を露出させるため、骨の切断を実行するステップ、
空間において、位置および方向を追跡可能な器具であって、当該器具は、前記脊髄管の表面に対して所定の方向で位置させることができる自身の先端を有するもの、ならびに、前記骨上に基準フレームを提供するステップ、および
前記器具の前記先端を一定の深さで前記脊髄管に挿入し、前記所定の方で位置する前記先端を有する器具の位置および方向に応じて、前記一定の深さのそれぞれについて前記脊髄管の基準点を演算することによって、前記脊髄管における基準点を演算し、関連づけることで前記基準フレームに対する前記脊髄管の前記軸を得るステップ、を実行することにより行われることを特徴とするものが提供される。
【００１５】
また、本発明によると、露出された脊髄管の軸を得る装置であって、
コンピュータ支援手術において、位置追跡システムを用いて露出した骨の脊髄管の軸を得る装置であって、
空間において、位置および方向を追跡可能な検出装置、
位置および方向を追跡するよう前記検出装置に固定されるステム部であって、当該ステム部は、前記骨における開口を通じて前記骨の脊髄管内に挿入可能な先端を有し、自身の後端により操作されるよう構成されるもの、および
前記ステム部の前記先端におけるチップ部であって、当該チップ部は、前記検出装置の位置および方向に応じて前記脊髄管に対する基準点が演算可能となるよう、前記脊髄管の表面に対して所定の方向で位置させることができ位置することができ、前記基準点は、前記脊髄管の軸の定義するために関連づけられるもの、を備えたことを特徴とするものが提供される。
【００１６】
さらに、本発明によると、大腿骨に対する脚の長さおよび大腿骨インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの大腿骨インプラントを大腿骨へ挿入することについて、オペレーターを導くコンピュータ支援手術システムであって、
前記大腿骨に固定され、空間において、位置および方向を追跡可能な基準器具、
空間において位置および方向を追跡可能であり、表面情報を登録するため、前記オペレーターにより操作される登録器具、
空間において位置および方向を追跡可能な骨変更器具、
いずれかの前記器具の位置および方向を追跡するセンサ装置、
前記センサ装置に接続されるコントローラーであって、当該コントローラーは、
i)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置および方向に応じて、前記登録器具により提供された少なくとも一の演算した表面情報によって、前記大腿骨の基準フレームを登録し、前記大腿骨のモデルをデータベースに取り込み、
ii)  前記脚の長さに応じて、前記基準フレームに対する所望のインプラント位置を演算し、および
iii)  前記センサ装置により与えられる前記骨変更器具の位置および方向、ならびに、前記データベースにより提供される大腿骨インプラントのデジタルモデルの位置および方向に応じて、前記骨変更器具を用いて前記大腿骨において実行される変更に対する所望インプラントの位置との関係で現在のインプラント位置および方向を演算するものを備え、さらに、
前記データベースは、前記コントローラーの動作に関する情報を記憶し、取り込むため、前記コントローラーに接続されることを特徴とするものが提供される。
【００１７】
また、本発明によると、骨盤に対する骨盤インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの前記骨盤インプラントを臼蓋窩へ挿入することについて、オペレーターを導くコンピュータ支援手術システムであって、
前記大腿骨に固定され、空間において、位置および方向を追跡可能な基準器具、
空間において位置および方向が追跡可能であり、表面情報を登録するため、前記オペレーターにより操作される登録器具、
空間において位置および方向を追跡可能な骨変更器具、
いずれかの前記器具の位置および方向を追跡するセンサ装置、
前記センサ装置に接続されるコントローラーであって、当該コントローラーは、
i)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置及び方向に応じて前記登録器具によって提供された表面情報を演算することにより、前記骨盤の基準フレームを登録し、
ii)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置および方向に応じ、前記登録器具により提供された表面情報を演算することにより、前記基準フレームに対する前記骨盤の露出した臼蓋窩表面のデジタルモデルを登録し、
iii)  前記デジタルモデルに応じて、前記臼蓋窩の当初の回転中心を演算し、および
iv) 前記センサ装置により与えられる前記骨変更器具の位置および方向、ならびに、前記データベースにより提供される前記臼蓋窩インプラントのデジタルモデルの位置および方向に応じて、前記骨変更器具を用いて前記臼蓋窩において実行された変更に対する、前記臼蓋窩の当初の回転中心および前記基準フレームとの関係から現在のインプラントの位置および方向を演算するもの、を備え、さらに、
前記データベースは、前記コントローラーの動作に関する情報を記憶し、取り込むため、前記コントローラーに接続されることを特徴とするものが提供される。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１８】
本発明の他の特徴、側面およびその効果は、説明ならびに添付した図面を参照することによって、理解がより深まる。
【００１９】
図に基づき、より具体的には図１に基づくと、本発明の人工股関節置換手術に必要な脚の骨は、そのほとんどが図１に示されている。図１は、ここで説明される人工股関節置換手術法の参考として提供されている。これらの骨は、骨盤１０、大腿骨２０、脛骨３０、ならびに、腓骨４０である。以下、これらの骨のそれぞれの部分は、同じ符号によって表される。たとえば、骨盤の一部（例えば、臼蓋窩(acetabulum)１１）は、１１から１９の間の参照符号で表される。
【００２０】
図２を参照すると、コンピュータ支援手術システム（以下、ＣＡＳシステムという）が５０で表され、一般に、センサー装置５４に接続されたＣＡＳコントローラー５２により構成される。かかるセンサー装置５４は、本発明の人工股関節置換手術の説明で詳述される、器具５６の位置および方向を追跡する。前記コントローラー５２は、通常、それにより情報を受け取ったり・送ったりし、かかる情報により人工股関節置換手術中、執刀医が導かれる、ユーザーインターフェースを有するＰＣユニットである。例えば、モニター、キーボードマウス、および足踏みペダルが、コントローラー５２とともに提供可能な、ユーザーコントローラー例である。コントローラー５２のデータベースは、データベース５８として別個に示されており、通常は、コントローラー５２のハードデイスクである。方法１００の説明に続いて、好ましいシステム構成についての説明が行われる。
【００２１】
図３を参照すると、本発明に基づく人工股関節置換手術方法の全体が１００で示されている。かかる方法１００は、単一の方法として示されているが、執刀医には、自身の好みに基づき、以下で説明する様々な選択の余地がある。執刀医の判断に基づき、方法１００から複数の方法を派生させることができる。
【００２２】
ステップ１０２において、手術の準備ステップが行われる。すなわち、患者のカルテ情報を作成するため、一般的な患者情報をＣＡＳシステム５０（図２）に入力することができる。  例えば、名前、誕生日、識別番号、性別等、だけでなく、必要であれば、脚の長さの相違（長い方の脚の識別とともに）等の手術に関するより詳しいデータから構成された、一般的な患者の履歴を入力することができる。例えば、脚の長さの相違は、股関節のＸ線を用いて測定される。より具体的には、脚の長さの相違は、小転子(lesser trochanters)間の縦の比較から測定される。通常、これらのＸ線写真は、手術に先立って行われる診断段階中に撮影されるので、これらは、普通、股関節手術に利用可能である。また使用される様々な手術器具の調節も済んでいる。例えば、Jutras等による国際公開番号ＷＯ  ０１／６７９７９  Ａ１により示された調節ベースならびに方法を、調節に用いることもできる。また、ステップ１０２に含まれる更なる調節ステップにおいて、器具の追跡５６とＣＡＳコントローラー間の対応を認証することが可能である。
【００２３】
一般的な患者情報は、術前に入力可能であることが指摘される。また、一般的な患者情報を入力は、執刀医が関わる必要がないような容易な作業である。しかし、術前の処理を最小化するため、手術の初期段階であって、実際の手術に先立つ短い時間中に、方法１００の全てのステップを実施するようにしてもよい。
【００２４】
ステップ１０２と次の判断１０４の間に、執刀医が股関節を露出させることにより、手術が開始される。ここでは、コンピュータによる支援は、不要である。
【００２５】
判断１０４において、執刀医は、骨盤から大腿骨を離す処置（Ａ）、あるいは、大腿骨から大腿骨頭を切除する処置（Ｂ）のいずれを行うかの選択を与えられる。以下で説明するように、（Ａ）および（Ｂ）のいずれもが、大腿骨および骨盤の両方の基準フレームを取得させるが、（Ａ）と（Ｂ）は互いに他を上回る利点がある。参考例として、図３の方法１００においては、執刀医の選択に基づき、フローチャートの線が、（Ａ）又は（Ｂ）に分けられている。
【００２６】
骨盤から大腿骨を離す処置（Ａ）が好ましい場合、臼蓋窩１１および大腿骨頭２１（図１）の回転の中心は、互いに独立してデジタル化される。（Ｂ）において、大腿骨頭２１を臼蓋窩１１から除去するため、大腿骨２０から大腿骨頭２１を切除しても、大腿骨頭２１は、切断が完了するまで臼蓋窩１１から露出せず、これにより、大腿骨２０の残りに対する、その回転の中心をデジタル化することができない。したがって、仮定に基づく演算は、回転中心の理論上の計算を可能にする。
【００２７】
他方、大腿骨２０を離す処置（Ａ）は、ある程度の困難性を示し、大腿骨２０が破損（ネック２２において）し、靱帯ならびに筋肉に損傷（例えば、過伸展(hyperextension))を与えてしまうというリスクを伴う。処置の安全性から、執刀医によっては（Ｂ）の大腿骨頭２１の切除の方が好まれる。
【００２８】
まず処置（Ａ）を詳述し、その次に、処置（Ｂ）を説明する。図１（骨パーツの参照のための）および図３を参照すると、（Ａ）の選択に続き、ステップ１０６において、骨盤１０から大腿骨２０を離し、臼蓋窩１１から大腿骨頭２１を除去する。したがって、臼蓋窩１１および大腿骨頭２１の両方が露出する。
【００２９】
ステップ１０８において、追跡基準（器具５６に含まれる）が、骨盤１０および大腿骨２０に固定される。したがって、骨盤１０および大腿骨２０の両方について、図２のＣＡＳシステム５０によるそれぞれの追跡基準に応じて、空間における位置と方向を同時に追跡することができる。かかる追跡基準は、手術のコンピュータが支援するステップ中、それぞれの骨に固定されたままである。大腿骨２０の除去により、追跡基準が干渉されないことが好ましいが、処理（Ａ）のステップ１０６の前に、ステップ１０８を実行してもよいことが指摘される。したがって、ＣＡＳシステム５０は、少なくとも２の追跡基準を同時にリアルタイムで追跡するよう構成される。
【００３０】
追跡基準は、骨エレメントのいずれかにマークを施したポイントの形式を採用してもよいことが指摘される。大腿骨２０は、ポイントにより完全にマークされている（例えば、物理的あるいは、視覚的なマーカー）が、例えば、骨エレメントにネジ止めされるタイプの追跡基準は、位置と方向が追跡される骨盤１０に固定することができる。大腿骨２０上のマーク済みポイントを骨盤１０上の追跡基準と関連づけるため、骨盤１０および大腿骨２０が既知かつ再現可能な姿勢である場合には、マーク済みポイントが登録される。その後、手術中の大腿骨２０に関する位置ならびに方向の情報を更新するため、既知かつ再現可能な姿勢が再現され、マーク済みポイントが、登録ポインターによってデジタル化される。
【００３１】
また、再現可能な方法で位置させることが可能なポータブル追跡基準を、骨エレメント上に提供することが考えられる。例えば、マーク済みポイントを一つだけ有する代わりに、その上にポータブル追跡基準を位置させるために用いられる３つの非連続なポイントを大腿骨２０にマークするようにしてもよい。このようなポータブル追跡基準を用いることにより、３つの非連続なポイントに対しポータブル追跡基準を位置させることによって、大腿骨２０に関する位置ならびに方向の情報を得ることができる。ポータブル追跡基準は、骨エレメントにねじ穴を開けることがない点で有益である。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態に基づく大腿骨２０に固定された追跡基準を用いる方法１００を説明する。大腿骨２０に固定された追跡基準に代えて、上述の代替方法が使用可能であることも理解される。
【００３３】
図１から図３を参照すると、ステップ１１０において、大腿骨頭２１の中心のデジタル化が実行される。例えば、空間で追跡される、自身のチップを有する登録ポインター（器具５６から）が、大腿骨頭２１の表面上にポインタを登録するために用いられる。したがって、前記チップおよびある表面間の接触ポイントを、追跡基準に応じて登録することができる（ステップ１０８）。ステップ１０８において、追跡基準が、大腿骨２０および骨盤１０に固定されると、大腿骨頭２１の表面上のポイントは、大腿骨２０の各追跡基準の追跡結果に応じて認識される。ＣＡＳコントローラー５２は、集めたポイントから球形（すなわち、大腿骨頭２１）の中心を演算することを可能にするソフトウエアを備えている。また、中心を演算するソフトウエアは、標準および最大偏差(standarad and maximum deviations)を用いて、中心の演算を確認を実行するためにも適用される。例えば、ステップ１０２におけるパラメーターの設定中の、中心の演算確認に関する排除基準を記録することができる。
【００３４】
上述のステップ１１０は、そこから大腿骨の回転中心が演算される、三次元モデルを入手するためには好ましいが、大腿骨の回転中心を得るため他の同様の方法も想定される。例えば、三次元モデルを迅速に作成するため、写真測定スキャンを用いることができ、あるいは、そこから、大腿骨頭の形状を構築することが可能な、術前のコンピュータ断層撮影画像を収集することもできる。
【００３５】
この情報が、大腿骨インプラントの選択段階において執刀医を導くことが可能であるため、球形（すなわち、大腿骨頭２１）の直径を表示することができる。ＣＡＳコントローラー５２上の表示を修正するため、大腿骨の回転中心および大腿骨頭２１の直径を用いることが可能である。ＣＡＳコントローラー５２のデイスプレイユニット上にＣＴ画像を表示させることができるが、前記方法１００は、ＣＴ画像を用いないことが好ましい。したがって、骨盤１０および大腿骨２０の全体の視覚画像は、一般的な参照のために表示可能であるが、これらの画像は、処置（Ａ）における大腿骨２０に関するステップ１１０において演算され、骨盤１０に関するステップ１１４において演算される、回転中心および直径に応じて測定される。
【００３６】
ステップ１１２において、処置（Ａ）で識別された大腿骨頭２１の中心を追跡基準（ステップ１０８）に応じて用いることにより、大腿骨頭２１の切除が実行される。
【００３７】
図１から図３を参照すると、ステップ１１４においては、臼蓋窩１１の表面上の基準点をとるとともに、臼蓋窩の回転の中心を見つけるため、ステップ１１０で述べたＣＡＳコントローラー５２の中心演算ソフトウエアを用いることにより、寛骨臼(acetabular)の回転中心のデジタル化が行われる。したがって、臼蓋窩の回転の中心は、骨盤１０上の追跡基準に応じて認識される。処置（Ａ）において、寛骨臼(acetabular)の回転中心のデジタル化（ステップ１１４）は、大腿骨頭２１の回転中心のデジタル化（ステップ１１０）とは独立して行われることに注意すべきである。
【００３８】
ステップ１１６は、臼蓋窩および大腿骨座標系(femoral coordinare system)、すなわち、基準の臼蓋窩および大腿骨フレームをデジタル化したものから構成される。
【００３９】
臼蓋窩座標系(acetabular coordinate system)は、登録ポインタを用いてデジタル化される。本発明の好ましい実施形態において、臼蓋窩座標系を作り出すため、骨盤１０上の３つのポイントが取られる。図１を参照すると、手術側の腸骨稜(iliac crest)１２上に１つのポイント、逆側面の腸骨稜１３上に１つのポイント、ならびに、骨盤１０の２の一般節(public tubercles)１４のいずれかの上に１つのポイントがある。おおまかに位置あわせを行うため、腸骨稜１２、１３の最外部の前方のポイントにおいては、腸骨稜１２、１３上にデジタル化されたポイントが取られる。その上では軟組織が比較的薄いので、腸骨稜１２、１３上にデジタル化されたポイントは、骨盤を覆う軟組織上で直接取られることが好ましい。一般節１４上のポイントにより、第一面である前額面が完成する。第二面である側面は、前額面に対して垂直であり、腸骨稜上のポイントを含んでいる。第二面である矢状面は、前額面および側面に対して垂直である。
【００４０】
前額面に関する補足情報は、患者の様々な姿勢について入手することができる。例えば、座る、立つ、および歩く、姿勢に関する情報を収集するため、追跡可能基準を用いることができる。これらの姿勢が、手術中に患者がその姿勢にある通常の寝ている姿勢からは得られない情報を提供することができるので、この情報は、前額面の方向を調節するために用いることができる。また、この情報は、インプラントの前傾位置決め(anteversion positoning)に影響を及ぼすことができる。
【００４１】
後に、手術において、基準（例えば、比較ベース）として用いられる、患者の臼蓋窩の前傾および／又は傾斜値を入手することができる。これを行うため、ポイントは、臼蓋窩１１のほぼ円形の端部上でデジタル化され（器具５６から登録ポインターを用いて）、これらのポイントから、ある平面が定義される。この平面に対する法線は、寛骨臼の前額面と側面との交角を有する前傾角度を与えるため寛骨臼側面（ステップ１１６において定義された）上に突出している。この平明面に対する法線は、寛骨臼の矢状面上に頭方−尾方軸(cranial-caudal)(y)を有する傾斜角度を与えるため、寛骨臼の矢状面（ステップ１１６において定義された）上に突出している。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態においては、脚上の５つの基準ポイントを、大腿骨座標系を作成するソフトウエアを備える、ＣＡＳコントローラー５２に提供することにより、ステップ１１６において大腿骨座標系 がデジタル化される。図１を参照すると、最初のポイントは、大腿骨２０の大きい方の転節(greater trochanter)２３のチップ上で取られ、大腿骨２０の軸の構造上の始点として定義される。次に、大腿骨２０の大腿骨内側および外側上顆２４、２５上で、それぞれポイントが取られる。それとの取り付けにおける内側上顆と外側上顆間の中間点が、大腿骨の構造上の終点として定義される。膝で脚が曲げられた状態において、四番目および五番目のポイントが、脛骨３０のくるぶし(malleolus)３１および腓骨４０の脛骨果４１上で取られる。脚を膝で曲げることにより、脛骨３０は、大腿骨２０の後顆(posterior condyles)２６上に立つことになる。したがって、外果窩ポイント(malleoli points)の内側および外側の配列された中間点が、構造上の軸を有する平面（すなわち、矢状面）を定義し、当該矢状面に対する膝の軸が法線となるものと推測される。前額面は、その中に伸びる構造上の軸を有する、前記矢状面に対して垂直である。側面は、矢状面および前額面に対して垂直であり、どのような高さに位置することが可能である。構造上の軸およびデジタル化された外果窩領域の中間点を用いることにより、大腿骨座標系、すなわち、基準大腿骨フレーム、が完成する。外果窩領域の中間点を得るため、二つのポイントを測定する必要がないことに注意すべきである。前記矢状面に、この後者のポイントが存在するので、外果窩領域の中間点でポイントを取ることのみが要求され、オペレーターによって、おおよその位置に置くようにしてもよい。
【００４３】
ここで説明された突出値（例えば、傾斜、前傾等）は、臼蓋窩および大腿骨座標系に基づくことが指摘される。ステップ１１６の好ましい方法に加え、寛骨臼および大腿骨座標系をデジタル化する別の方法を用いることが予想されるので、前記突出値は、他の臼蓋窩および大腿骨座標系と関連する。
【００４４】
ここでは、処置（Ａ）が説明されたので、移動なしで大腿骨２０の切除を伴う処理（Ｂ）について説明する。図３を見るとすぐに判るように、処理（Ａ）において説明されたいくつかのステップは、処置（Ｂ）においても実行されることが理解される。したがって、特に述べない限り、対応するステップは、同じ特徴を有しており、ステップ（Ｂ）においてその詳細を説明することはない。図１および図３に示すように、切除（Ｂ）を続行する判断に続く手術の最初のステップは、追跡基準が骨盤１０および大腿骨２０に固定される、ステップ１０８である。
【００４５】
図１および図３を参照すると、ステップ２００は、それぞれの追跡基準に応じて追跡骨盤１０と大腿骨２０間の相対位置の登録を構成する。脚は、単にまっすぐな部分として残され、それぞれ対応する骨に固定された追跡基準間の相対位置が取り込まれる。
【００４６】
処理（Ｂ）において、大腿骨から大腿骨頭２１を切除するステップ１１２は、ステップ２００に続いて行われる。したがって、骨盤１０の臼蓋窩１１が露出し、寛骨臼の回転中心のデジタル化が行われるステップ１１４が、それに続く。前述のように、寛骨臼の回転中心のデジタル化は、骨盤１０に固定された追跡基準に応じて行われる。
【００４７】
ステップ２０２は、大腿骨の回転中心の演算を含んでいる。この演算において、処理（Ｂ）の前のステップ１１４において演算された寛骨臼の回転中心は、大腿骨の回転中心と一致するという仮定がなされる。しかし、骨盤１０および大腿骨２０は、ステップ１１２の大腿骨頭２１の切除のために分離されているので、大腿骨の回転中心の位置は、ステップ２００において得られる骨盤１０および大腿骨２０間の相対位置に応じて演算される。
【００４８】
ステップ１１６は、臼蓋窩および大腿骨座標系、すなわち、基準の臼蓋窩および大腿骨フレーム、のデジタル化から構成される。
【００４９】
したがって、ここで、処置（Ａ）および（Ｂ）は、同じデータを収集している。この時点で、まず骨盤へインプラントを挿入する（Ｃ）か、あるいは、大腿骨インプラントを挿入するため大腿骨の準備をする（Ｄ）か、について執刀医に選択肢を与える判断１５０に続く。
【００５０】
再度述べるが、処置（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれの利点を有する。処置（Ｃ）は、好ましい実施形態であり、ステップ数が少なくとも一つ少ない可能性が高い。自身の大腿骨頭２１を除去するために切除されたばかりの大腿骨への作業を伴うので、一部の執刀医は、処置（Ｄ）を好むであろう。
【００５１】
まず処置（Ｃ）について説明し、続いて処置（Ｄ）につい手説明を行う。
【００５２】
ステップ１５２は、処置（Ｃ）の最初のステップであり、骨盤へインプラントを挿入するための臼蓋窩の準備を構成する。通常、臼蓋窩の準備は、（ＣＡＳシステム５０の器具５６中の）リーマー(reamer)により実行される。前の臼蓋窩の回転中心は、それが前のステップ１１４において入手されていたので、骨盤１０に固定された追跡基準に応じて認識されている。前記リーマーは、リーマーの上のカップ器具の作動軸がＣＡＳコントローラー５２上に表示されるよう、その位置ならびに方向について追跡することが好ましい。
【００５３】
ステップ１５２において、デジタル化された寛骨臼の回転中心と比較した新たな寛骨臼の回転中心の位置を表示するため、執刀医により選ばれた骨盤用インプラントの直径が用いられる（ステップ１１４）。例えば、回転中心間の距離は、前のステップ１１６においてデジタル化された臼蓋窩座標系に応じて、数字で表示させる（例えば、mmで）ことも可能である。また、リーミングにおいて執刀医を導くため、リーマーの作動軸の前傾および勾配を、臼蓋窩座標系に応じて数字で示すことができる。より正確には、前記の前傾は、寛骨臼の前額面および側面と寛骨臼の側面上のリーマーの突起の軸との間の角度として演算され、前記傾斜は、リーマー軸と、臼蓋窩座標系の矢状面上の頭方−尾方軸(ｙ）の角度である（ステップ１１６）。
【００５４】
ステップ１５４は、骨盤インプラントの臼蓋窩１１への挿入から構成される。（器具５６中の）追跡された衝撃部材(tracked impactor)を用いることが好ましい。骨盤インプラントのサイズが選択されると、当該骨盤インプラントの前傾ならびに傾斜を求めるため、衝撃部材を追跡するためにその直径および衝撃部材と骨盤インプラント間の既知の関係が用いられる。また、現在およびデジタル化された回転中心間の距離を表示することも可能である。したがって、執刀医は、衝撃部材の使用中、骨盤インプラントが、その回転中心の一定箇所であって、［前傾および傾斜に対する（ステップ１５２）］脚の動きならびに安定性が最大になるような方向に位置するよう導かれる。
【００５５】
骨盤インプラントは、このような点において骨盤に固定されるが、骨盤インプラントの位置および方向を調節することも可能である。まず、追跡された衝撃部材を有する骨盤インプラントを操作するためのレバーとして機能させるため追跡された衝撃部材を、骨盤インプラントに再接続するようにしてもよく、衝撃部材を追跡することにより、位置および方向情報（例えば、前傾および傾斜）を演算することが可能になる。これに代え、骨盤インプラントの円形端部上のポイントは、ある平面を定義するためデジタル化してもよく、前に示唆したように、寛骨臼についての情報を得るため、この面に対する法線が、前傾および傾斜を演算するために用いられる。この代替アプローチは、更なる固定ためのねじ穴であって、それを通じて、インプラントが位置及び方向を変更可能なものを有する骨盤インプラントに非常に適している。
【００５６】
ステップ１５６は、大腿骨ターゲットの高さを作り出すステップから構成される。かかるターゲット高さは、大腿骨の回転中心に関する所望の位置であり、以下のようにして演算される：
(target height)=(ΔPELVIC COR)- (initial ΔLL)
ここで、(ΔPELVIC COR)は、頭方−尾方（ｙ）方向（正の値を有する頭方の変位）における、デジタル化された寛骨臼の回転中心（すなわち、ステップ１１４）に対する、インプラントの回転中心の変位（すなわち、ステップ１５４）であり、(initial ΔLL)は、当初取得された脚の長さ(initially acquired limb length)の相違（ステップ１０２）である。
【００５７】
図１および図３を参照すると、ステップ１５８は、大腿骨インプラントを挿入するための大腿骨２０の準備から構成される。より正確には、髄内管(intramedullary canal)２７の軸が、前記管における関連するポイントにより、大腿骨２０に固定された追跡基準に応じてデジタル化される。前記髄内管２７は、ステップ１１２において実行された大腿骨頭２１の切除により露出する。本発明のある実施形態において、管２７の複数のポイントは、（器具５６中の）ポインターを様々な深さに挿入し、追跡することによりデジタル化される。空間において位置と方向を追跡可能であり、かかる追跡に関する軸が既知となる、千枚通し(awl)のような器具を用いることも想定できる。髄内管の内径が、千枚通しとほぼ等しい深さで、髄内管内に前記千枚通しを挿入することができる。かかる深さにおいて、千枚通しは、髄内管のほぼ中心に位置するので、千枚通しの仮想軸を、髄内管の仮想軸として登録することができる。
【００５８】
図４を参照すると、本発明の好ましい実施形態に基づく管デジタイザー(canal digitizer)が、３００で示される。かかる管デジタイザー３００は、そのチップを、髄内管２７の中心に正確に位置させるため用いることができ、これにより、管２７の中央に位置する仮想軸をデジタル化することが可能となる。管デジタイザー３００の詳細については、以下で説明する。
【００５９】
また、ステップ１５８は、その中に大腿骨インプラントを挿入することを考慮した上で、髄内管２７に石目やすりをかけること(rasping)を含んでいる。石目やすり(rasp)は、ＣＡＳシステム５０器具５６の一部であるので、その位置ならびに方向が追跡される。髄内管２７に変更を加える前記石目やすりの器具部分および大腿骨インプラントの両方は、所定形状を有している。石目やすりは、それぞれが、大腿骨インプラントの骨係合部分とほぼ同じ形状の工具端を有することが好ましい。また、前記やすりは、当該やすりの各サイズごとに同様の大腿骨インプラントを有した、異なるサイズに設けてもよい。したがって、管の変更中の、大腿骨座標系に対する前記やすりの位置および方向の追跡結果が、大腿骨インプラントの現在の位置および方向の演算に用いられる。大腿骨インプラントの現在の位置および方向を数字で表すため、複数のガイドパラメーターが、執刀医に表示され、その下に記載される。
【００６０】
追跡されたやすりから演算された大腿骨インプラントの前傾は、ステップ１１６で演算された大腿骨座標系に基づいて、数値的に（例えば、角度で）表示される。かかる前傾は、前額面および側面の交点と、前記側面上（ステップ１１６）にある首の仮想軸の突起（大腿骨インプラントに関して予想されたもの）との間の角度によって表される。
【００６１】
執刀医に提供される他のガイドパラメーターは、追跡されたやすりの内反／外反角度と等しい、大腿骨インプラントの内反／外反角度である。かかる角度は、髄内管の仮想軸の突起と、前記側面上（ステップ１１６）にあるヤスリの長手方向の仮想軸の突起との間で測定され、執刀医に対し、角度で表示される。
【００６２】
また、執刀医に提供される他のガイドパラメーターは、大腿骨の回転中心［すなわち、ステップ１０６において、分離処置（Ａ）のためにデジタル化され、あるいは、ステップ２０２において、切除処置（Ｂ）のために演算された］と、大腿骨の現在の回転中心との間の距離である。大腿骨の現在の回転中心は、大腿骨インプラントの形状（たとえば、球頭のサイズ）およびヤスリの追跡結果に応じて演算される。かかる距離は、大腿骨座標系（ステップ１１６）に基づいてＸ、Ｙ、およびＺ値で（例えば、mm）で表すことが可能である。
【００６３】
さらに、執刀医に提供される他のガイドパラメーターは、現在の脚の長さの相違である。現在の脚の長さの相違（current ΔLL)は、以下のように演算される：（current ΔLL)=（initialΔ LL）−（ΔPELVIC COR）＋（ΔFEMUR COR）
ここで、（ΔFEMUR COR）は、上記ステップ１５８で演算されたＹの値であり、（ΔPELVIC COR）および（initialΔ LL)は、ステップ１５６で演算されている。現在の脚の長さの相違は、脚全体の長さ、あるいは、値が０の場合に脚の長さが等しいことを表すよう脚の長さの相対値としてＣＡＳシステム５０により表示可能である。
【００６４】
執刀医に提供される他のガイドパラメーターは、大腿骨インプラントのオフセットである。かかるオフセットは、寛骨臼の回転中心と、側面上のインプラントの仮想軸（すなわち、以前定義した大腿骨の構造的な仮想軸）間の距離である。上述の方法１００に用いられることが想定される大腿骨インプラントのタイプは、様々なサイズで提供されても良く、大腿骨インプラントのサイズは、インプラントのネックに沿って回転する、様々な大腿骨の回転中心を有しても良いことが指摘される。ただし、オフセットおよび脚の長さ(limb length)の両方に影響を及ぼすので、大腿骨インプラントのサイズについて正しい識別番号が与えられなくてはならない。
【００６５】
また、測定された大腿骨と寛骨臼の距離の合計がＸ軸に表示されることも望ましい。
【００６６】
処置（Ｃ）において、執刀医が、やすりがけされた髄内管２７に満足すると、大腿骨インプラントが挿入される。ステップ１６０は、髄内管２７に大腿骨インプラントを挿入するステップから構成される。大腿骨インプラントは、髄内管を変更した器具５６の追跡結果から演算された位置および方向に存在することが予想される。しかし、位置および方向を求めるため、大腿骨インプラントの追跡結果に応じ、ＣＡＳコントローラー５２により演算されたインプラントの回転中心を用いて大腿骨インプラントを追跡することも推測される。かかるステップは、インプラントが正確な位置に存することを促進する。ＣＡＳコントローラー５２は、大腿骨インプラントが挿入されると大腿骨２０について、あるいは、骨盤インプラントが挿入されると骨盤１０について、自身の表示を変更することが可能である（ステップ１５４）。
【００６７】
ステップ１６２は、股関節の動作範囲を分析するステップから構成される。かかる動作範囲は、以下のパラメーターにより算定することができる：内転(aduction)／外転(abduction)の屈曲／伸長、および、脚の内部回転／外部回転の角度。これらの角度は、ステップ１１６においてデジタル化された両方の座標系に基づいて測定され、最小および最大角度の値を、患者の履歴とともに記録することができる。
【００６８】
ステップ１６４は、人工股関節置換手術について、コンピュータの支援が終了することを合図する。
【００６９】
このようにして、処置（Ｃ）の詳細を説明したが、ここでは、骨盤インプラントを挿入する前に、大腿骨の準備を行う処置（Ｄ）を説明する。処置（Ｄ）において、ステップ２５０は、判断１５０に続き、ステップ１５８と同じ動作によって構成される。すなわち、骨盤インプラントを挿入するため、大腿骨の準備が行われる。しかし、実際の骨盤インプラントの回転中心は、デジタル化された臼蓋窩の回転中心（ステップ１１４）と同じであると仮定される。したがって、かかるデジタル化された臼蓋窩の回転中心は、執刀医に対し、様々なガイドパラメーターを提供するのに用いられる。
【００７０】
ステップ２５０に続き、処置（Ｄ）は、処置（Ｃ）において実行されるステップ１５２、１５４ならびに１５６を備えている。ステップ１５４においては、実際の骨盤インプラントの回転中心が得られることが指摘される。
【００７１】
２５２の判断においては、実際の骨盤インプラントの回転中心と、ステップ２５０において大腿骨の準備に用いられたデジタル化された臼蓋窩の回転中心との間で比較がなされる。これらの値の間に相違がある場合、ステップ１５８で示すように、大腿骨の補正が必要となる。相違がない場合、骨盤インプラントを骨盤に挿入することができる。
【００７２】
その後、ステップ１６２および１６４が続き、処置（Ｄ）が終了する。
【００７３】
方法１００の詳細が説明されたが、ここでは、本発明の好ましい実施形態に基づくＣＡＳシステム５０を説明する。
【００７４】
図２を参照すると、オペレーター（例えば、執刀医）は、Ｓで示され、ＣＡＳシステム５０により手術を行うよう導かれる。より具体的には、オペレーターＳは、コントローラー５２のインターフェース（例えば、マウス、デイスプレイユニット、キーボード、音声発生装置）を用いてＣＡＳシステム５０のコントローラー５２と通信する。図２に示すように、コントローラー５２は、方法１００において、オペレーターＳに対してＣＡＳを介してガイド情報を提供する。ガイド情報は、例えば、データベース５８からコントローラー５２により取り込まれ、オペレーターＳが器具５６を操作するよう導く。
【００７５】
各器具５６は、与えられたそのコンポーネントの位置および／又は方向を演算するよう、センサ装置５４により、空間において位置および方向を追跡可能である。骨の基準となるフレームを生成するため、器具５６は、骨に固定可能で追跡可能な器具等の基準器具を含むことが、一般的で基本的な条件である。必要とされる他の器具５６の一つに、骨についての表面情報（ステップ１１０、１１４、１１６等）を収集することを可能にする登録器具がある。前述のように、かかる登録器具は、登録ポインター、追跡された写真測定センサー等であってもよい。最後に、必要な器具５６には、ステップ１５２および１５８で、その使用についてそれぞれ説明がなされた、リーマーおよびやすり等の骨変更器具が含まれる。また、器具５６は、挿入中に、オペレーターを導くため、位置および方向を追跡可能な骨盤（衝撃部材）および大腿骨インプラントを含んでいる。器具に関する情報（例えば、形状、チップの位置）は、コントローラー５２によって知られ（又は、データベース５８から取り込み可能であり）、あるいは、様々な校正を用いて決定可能であることが指摘される。
【００７６】
センサ装置５４は、コントローラー５２に接続され、位置および方向の追跡結果をコントローラー５２に転送する。かかる位置および方向の追跡結果は、ＣＡＳに関するパラメーターを演算するためコントローラー５２によって用いられる。より正確には、基準器具および登録器具の位置および方向の追跡結果は、ステップ１１０、１１４ならびに１１６で説明したように、骨盤および大腿骨の基準フレームを作り出すために用いられる。図２に示すように、基準情報のフレームは、例えば、コントローラー５２のデイスプレイユニットを用いてオペレーターＳに提供される。
【００７７】
骨盤インプラントについては、ステップ１１４で説明したように、基準フレームに基づいて最初の回転中心が演算される。寛骨臼の回転中心は、その中へ骨盤インプラントを挿入することを考慮して、臼蓋窩を変更することの基準としての基準骨盤フレームと共に用いられる。骨盤インプラントが所望される位置は、ステップ１５６に基づいてコントローラー５２によって演算され、その中へ大腿骨インプラントを挿入することを考慮して、髄内管を変更する基準として用いられる。データベース５８は、演算を行うため、コントローラー５２により取り込まれた情報を記憶する。
【００７８】
現在の骨盤および大腿骨インプラントの位置ならびに方向は、骨変更器具の位置および方向の追跡結果、ならびに、各インプラントの位置及び方向の追跡結果に応じて演算される。これは、方法１００のステップ１５４および１５８／２５２に基づいて実行される。コントローラー２５２は、オペレーターＳを導くために表示される演算を行うため、センサー装置５４の出力およびデータベース５８に記憶された情報を再び用いる。
【００７９】
ＣＡＳシステム５０は、動的あるいは静的な追跡のいずれによっても動作可能である。本発明の好ましい実施形態において、センサー装置５４は、コントローラー５２内に適切なソフトウエアを有する、ＮＤＩ社のポラリス（商標）光学追跡装置である。ポラリス（商標）光学追跡装置を用いることにより、従来の反射式球体等の静的な検出装置が、位置及び方向を求めるために空間で追跡されるパターンにおいて用いられる。追跡されることが要求される各器具５６が、固有の検出パターンを有する。
【００８０】
ＣＡＳシステム５０は、方法１００を通じて執刀医を導かなければならず、執刀医が正しいステップに従って処置を行う事を促進するため、関連情報が表示される。例えば、脚の長さの相違値が与えられた場合、入手した測定値(the reading obtained)を説明するために、頭方−尾方の約束事(crania-caudal convention)を表示することができる。執刀医を導くため、例えば、様々な骨の上で、与えられた順序、あるいは、正しい位置において基準点を取る等のアニメーションを自動的に開始するようにしてもよい。
【００８１】
図４、図５Ａおよび５Ｂを参照すると、伸長シャフト３０２、ハンドル部３０４、ピストン３０６、検出装置ベース３０８、ならびに、センタリング機構３０９、を有する管デジタイザー３００が示されている。
【００８２】
前記シャフト３０２は、中空であり、外表面３１０および自由解放端３１２を有している。前記シャフト３０２は、デジタイザー３００が管内に挿入される際、器具ハンドラーがデジタイザー３００の挿入深さの表示を有するよう、目盛りが付けられている。図５Ａに示すように、自由解放端３１２にスプリッター３１４が設けられ、一対の拡張部の間に保持されている。
【００８３】
ハンドル部３０４は、一対のラジアルフランジ３２０を有している。検出装置ベース３０８は、ラジアルフランジ３２０の一の端部から外側に突出している。かかる隣接フランジ３２０は、ピストン３０６に近接し、ピストン３０６を内側に押すため、器具ハンドラーによってレバレッジとして用いられる。裾広がりのチップ３２２がフランジ３２０に隣接し、伸長シャフト３０２が管内に完全に挿入された場合に、管の壁に対して接すると、デジタイザー３００が中心に位置することを可能とする。また、以下で説明する目的のため、ハンドル部３０４は、隣接フランジ３２０に近接するガイドチャネル３２５を有する、内部孔３２４を定義する。
【００８４】
図４に示すよう、裾広がりのアダプター３２３は、選択的に、シャフト３０２上にスライド係合するよう設けることが可能である。かかる裾広がりのアダプター３２３は、ハンドル部３０４の裾広がりのチップ３２２と同じ役割を果たすが、シャフト３０２を、様々な深さで管内に挿入できるよう、シャフト３０２から取り除くことが可能である。
【００８５】
センタリング機構３０９は、シャフト３０２内に同心的に配置された細いロッド３２６を有している。かかるロッド３２６は、その端部においてピストン３０６に接続され、図６において最もよく示されているように、その端部においてそれに対して旋回可能に設けられた一対のフィンガー３２８および３３０を有している。  図５Ａおよび５Ｂに戻って、バネ３３２は、ロッド３２６の近接部分を取り囲み、ロッド３２６が近接する方向に付勢される、すなわち、ピストン３０６が、ハンドル部３０４から離れて保持されるよう、ハンドル部３０４の内部孔３２４の表面と接触する。したがって、器具を操作するものによってピストン３０４が押されると、ロッド３２６は、端の方向へ移動するが、ピストン３０６を離すと端部に復帰する。バネ３３２は、その近接端部において、例えば、その間に溶接することによりピストン３０６に固定される。
【００８６】
ピストン３０６は、その近接端部においてピン３２７を有する。かかるピン３２７は、ハンドル部３０４の孔３２４のガイドチャネル３２５と協力して係合する。したがって、ピン３２７がガイドチャネル３２５から外れるまで、後者を前者へとガイドすることにより、ピストン３０６／センタリング機構３０９のアセンブリを、シャフト３０２／ハンドル部３０４のアセンブリから迅速に取り外すことができる。かかるガイドチャネル３２５は、ピン３２７が孔３２４内の肘部３２５’を通り過ぎると、ピストン３０６／センタリング機構３０９のアセンブリが捕らえられ、直線部分３２５’’における移動は自由となるような、ハンドル部３０４に対して固定された肘部３２５’（図５Ｂ）および直線部３２５’’を有している。このアセンブリは、内部キャビテイー３２４およびシャフト３０２内部の殺菌を促進することが好ましい。
【００８７】
図６から図８を参照すると、ロッド３２６の端部におけるフィンガー３２８および３３０は、フィンガーから突出するストッパー３３４により互いに分離された、それぞれのチップ３２９および３３１を保持する。これにより、フィンガー３２８および３３０は、スロット３３６を定義する。かかるフィンガー３２８および３３０は、ピボット３３８により保持される。前記チップ３２９および３３１の双方は、旋回ポイント３３８から同じ距離にある。
【００８８】
ピストン３０６が内側に押されると、ロッド３２６は、スプリッター３１４がスロット３３６に係合するよう、シャフト３０２の自由解放端３１２に向かって移動する。図８で最もよく表されているように、その際、フィンガー３２８および３３０は、互いに離れるよう導かれる。デジタイザー３００が、図８で３４０として示された管内に存在する場合、フィンガー３２８および３３０が、デジタイザー３００を管内の中央に位置させる。また、他の構成を採ることも可能である。例えば、フィンガー３２８および３３０が、固く屈曲する共通の素材から突出する２のブレードであって、スプリッター３１４と係合すると、ブレードが離れるよな構成の場合、旋回ポインを設けない解決策も考えられる。髄内管中で膨張することにより、自らセンタリングを行う膨張可能な端部を有する伸長シャフト３０２を備えることも考えられる。
【００８９】
ロッド３２６は、ピストン３０６／センタリング機構３０９（ロッド３２６を含む）のアセンブリが、シャフト３０２／ハンドル部３０４にねじ込み挿入された場合に、その端において、フィンガー３２８および３３０がスプリッターの邪魔をしないよう、一定の長さに設けられている。かかる妨害は、ピン３２７が、内部孔３２４において、ガイドチャネル３２５の肘部３２５’を通り過ぎることを阻止する。他の可能な構成としては、ピストン３０６とロッド３２６との間に軸の回転自由度(axial rotational degree of freedom)を設けることである。したがって、フィンガー３２８および３３０と、スプリッター３１４の係合が、内部孔３２４のガイドチャネル３２５におけるピストン３０６のピン３２７の係合を邪魔することがない。これは、ロッド３２６の端部に環状の溝を設け、溝３３９とピストン３０６間に対応する係合ピン３４１を設けることにより達成される。
【００９０】
デジタイザー３００は、ＣＡＳシステム５０（図２）等の追跡システムと共に用いられる。ＣＡＳシステム５０が、光学追跡システムを備えているのが好ましいので、デジタイザー５０は、検出装置の支柱から構成される検出装置ベース３０８を有するよう表されている。より正確には、前記検出装置ベース３０８は、その自由端において、支持プレート３４４を伴うアーム３４２を有している。スナップ式フィンガー(snap-fit fingers)３４６は、自身とのスナップ止め係合を行う検出装置を受けるために設けられる。例えば、前記検出装置は、その一つが、図４において、フィンガー３４６の1つにスナップ止めされる、ふちの上に３４８として示されている、従来の反射式球体であってもよい。追跡装置が、そのために構成されている場合、デジタイザー３００が、動的な検出装置を備えるようにしてもよいことは明らかである。
【００９１】
デジタイザー３００とともに用いられる追跡システムは、ベース３０８上の検出装置とシャフト３０２のチップ間の関係を認識していなければならない。かかる関係は、校正ベース（図２の器具５６に関して前に説明したように）を用いて、校正段階において決定することができる。したがって、管内でデジタイザー３００が安定すると、検出装置の位置および方向を登録することができ、その後、シャフト３０２のチップが位置する、管の中心点を演算することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、本発明に基づく人工股関節置換方法に用いられる脚の骨の正面図である。
【図２】図２は、本発明に基づくコンピュータ支援手術システムのブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明に基づく人工股関節置換方法のフローチャートである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明に基づく人工股関節置換方法のフローチャートである。
【図４】図４は、本発明に基づく管デジタイザーの正面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、管デジタイザーの長手方向の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、管デジタイザーのハンドル部分の側面図である。
【図６】図６は、管デジタイザーのフィンガーの正面図である。
【図７】図７は、ストッパーを有する、あるフィンガーの正面図である。
【図８】図８は、管デジタイザーを中央に位置させる管デジタイザーのフィンガーの正面図である。
【図１】
2006509609.tif 000003
【図２】
2006509609.tif 000004
【図３Ａ】
2006509609.tif 000005
【図３Ｂ】
2006509609.tif 000006
【図４】
2006509609.tif 000007
【図５Ａ】
2006509609.tif 000008
【図５Ｂ】
2006509609.tif 000009
【図６】
2006509609.tif 000010
【図７】
2006509609.tif 000011
【図８】
2006509609.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月16日(2004.12.16)
【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】
脚の長さ(limb length)および大腿骨インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの大腿骨インプラントを大腿骨へ挿入することについて、オペレーターを導くため、コンピュータ支援手術における位置追跡システムを用いて外科治療を実行する方法であって、
空間で位置及び方向を追跡可能な、大腿骨の基準フレームを取得するステップ、
大腿骨インプラントのデジタルモデルを提供するステップ、
前記脚の長さに応じて、前記大腿骨の基準フレームに対する前記大腿骨インプラントの所望のインプラント位置を演算するステップ、および
前記所望のインプラント位置に対する現在のインプラントの位置および方向に関する情報を提供することにより、前記大腿骨インプラントの大腿骨への次回の挿入のため、前記大腿骨を変更することについてオペレーターを導くステップであって、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記大腿骨インプラントのデジタルモデル、および、前記大腿骨インプラントを受け入れるために前記大腿骨を変更させる少なくとも一の手術器具の位置及び方向に関するリアルタイムの追跡結果、に応じて演算されるもの、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項２】
請求項１にかかる方法において、前記現在のインプラントの位置および方向に関する情報は、前記大腿骨インプラントの内反／外反角度(varus/valgus angle)、前記大腿骨インプラントの前傾(anteversion)、および前記大腿骨インプラントのオフセットの少なくとも一つを含むこと、
を特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１にかかる方法において、前記大腿骨を変更ついてオペレーターを導くステップは、寛骨臼(acetabular)の回転中心の変更により生じる前記所望のインプラント位置の変更に続いて、繰り返されること、
を特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１にかかる方法において、さらに、前記挿入中の前記大腿骨インプラントの位置及び方向を追跡することにより、前記大腿骨インプラントを脊髄管(intramedullary canal))へ挿入することについて前記オペレーターを導くステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１にかかる方法において、前記大腿骨の前記基準フレームは、手術中に得られること、
を特徴とするもの。
【請求項６】
請求項５にかかる方法において、前記大腿骨の前記基準フレームは、大腿骨頭の中心を含み、大腿骨頭の中心を得るステップは、
空間において位置および方向を追跡可能な基準システムを、前記大腿骨上に位置させるステップ、
前記骨盤から前記大腿骨の位置をずらすステップ、
前記基準システムに応じて、前記大腿骨頭の表面のデジタルモデルを作り出すステップ、および
前記大腿骨頭の表面の前記デジタルモデルに応じて前記大腿骨頭の中心を演算するステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項７】
請求項６にかかる方法において、前記基準フレームは、さらに、大腿骨の矢状面(sagittal)、前額面(frontal plane)および側面(transverse plane)を含み、前記面を得るステップは、
前記大腿骨の解剖学上の軸、上顆の中間点および前記大腿骨に対応する脛骨の中間点、前記矢状面における踝(malleolilying)の解剖学上の軸および中間点、をデジタル化することにより、前記基準システムに対する矢状面を登録するステップ、
前記基準システムに対する前額面であって、当該前額面は、前記矢状面と垂直であり、前記解剖学上の軸を伴うもの、を登録するステップ、および
前記基準システムに対する側面であって、当該側面は、前記矢状面および前記前額面と垂直であるもの、を登録するステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項８】
請求項５にかかる方法において、前記大腿骨の前記基準フレームは、前記大腿骨頭の中心を含み、前記大腿骨頭の中心を得るステップは、
空間において位置および方向を追跡可能な基準システムを、前記大腿骨上および対応する骨盤上に位置させるステップ、
前記基準システム間の相対位置および方向を登録するステップ、
前記骨盤の臼蓋窩(acetabulum)を露出させるために、前記大腿骨を前記骨盤から分離させるステップ、
前記基準システムに応じて、前記臼蓋窩の前記表面のデジタルモデルを作り出すステップ、
前記臼蓋窩の前記表面の前記デジタルモデルに応じて、前記臼蓋窩の回転中心を演算するステップ、および
前記基準システム間の前記相対位置および方向に応じて、前記大腿骨頭の回転中心を演算するステップ、を実行することにより行われ、
前記臼蓋窩の前記回転中心は、前記大腿骨頭の前記回転中心と同じであると仮定されること、
を特徴とするもの。
【請求項９】
請求項８にかかる方法において、前記基準フレームは、さらに、大腿骨の矢状面、前額面および側面を含み、前記面を得るステップは、
前記大腿骨の解剖学上の軸、上顆の中間点および前記大腿骨に対応する脛骨の中間点、前記矢状面における踝の解剖学上の軸および中間点、をデジタル化することにより、前記基準システムに対する矢状面を登録するステップ、
前記基準システムに対する前額面であって、当該前額面は、前記矢状面と垂直であり、前記解剖学上の軸を伴うもの、を登録するステップ、および
前記基準システムに対する側面であって、当該側面は、前記矢状面および前記前額面と垂直であるもの、を登録するステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項１０】
請求項２にかかる方法において、前記大腿骨インプラントの内反／外反角度は、前記基準フレームに対する、前記大腿骨インプラントの軸と関連する前記脊髄管の軸に応じて演算され、前記脊髄管の前記軸を得るステップは、
前記大腿骨の切開(opening)を実行するステップ、
空間において位置および方向を追跡可能な器具であって、当該器具は、前記脊髄管の表面に対して所定の方向(predetermined way)で位置させることができる自身の先端を有するもの、を提供するステップ、および
前記器具の前記先端を一定の深さで前記脊髄管に挿入し、前記所定の方で位置する前記先端を有する器具の位置および方向に応じて、前記一定の深さのそれぞれについて前記脊髄管の基準点を演算することによって、前記脊髄管における基準点を演算し、関連づけることで前記基準フレームに対する前記脊髄管の前記軸を得るステップ、を実行することにより行われること、
を特徴とするもの。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかにかかる方法において、前記方法は、解剖学上の骨モデル上、あるいは、死体(cadaver)上で実行されること、
を特徴とするもの。
【請求項１２】
骨盤に対する骨盤インプラントの位置および方向に応じ、人工股関節インプラントの骨盤インプラントを骨盤の臼蓋窩へ挿入することについて、オペレーターを導くため、コンピュータ支援手術において外科治療を実行する方法であって、
前記骨盤の点を登録することにより、空間において位置および方向を追跡可能な、骨盤の基準フレームを作り出すステップ、
前記基準フレームに応じて、臼蓋窩の表面上の点を登録することにより、前記骨盤の露出した臼蓋窩の表面のデジタルモデルを作り出すステップ、
前記骨盤インプラントのデジタルモデルを提供するステップ、
前記臼蓋窩の表面の前記デジタルモデルに応じて、当初の回転中心を演算するステップ、および
前記臼蓋窩の前記当初の回転中心および前記基準フレームに対する現在のインプラントの位置および方向に関する情報を提供することにより、前記骨盤インプラントの骨盤への次回の挿入のため、前記臼蓋窩を変更することについてオペレーターを導くステップであって、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記骨盤インプラントのデジタルモデル、および、前記骨盤インプラントを受け入れるために前記臼蓋窩を変更させる少なくとも一の手術器具の位置及び方向に関するリアルタイムの追跡結果に応じて演算されるもの、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項１３】
請求項１２にかかる方法において、現在のインプラントの位置および方向に関する情報は、前記骨盤インプラントの前傾、および、前記骨盤インプラントの傾斜の少なくとも一つを含むこと、
を特徴とするもの。
【請求項１４】
請求項１２にかかる方法において、さらに、手術中の前記骨盤インプラントの位置および方向を追跡することにより、前記骨盤インプラントを前記臼蓋窩へ挿入することについて前記オペレーターを導くステップ、を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項１５】
請求項１２にかかる方法において、術前に、患者の姿勢を追跡するステップを実行し、当該患者の姿勢を追跡するステップは、前記骨盤の基準フレームを作り出すステップにおいて、前記基準フレームを正しい方向に置くため、前記オペレーターにより選択的に用いられること、
を特徴とするもの。
【請求項１６】
請求項１２にかかる方法において、前記骨盤の基準フレームを作り出すステップにおいて登録された前記点は、前腸骨(anterior iliac crest)上の点と、恥骨結節(pubis tubercle)上の点を含み、当該点は、前記基準フレームの前額面内に存し、側面は、前記前額面に対して垂直であるとともに、前記前腸骨上に前記点を有し、矢状面は、前記前額面および前記側面に対して垂直であること、
を特徴とするもの。  
【請求項１７】
請求項１２にかかる方法において、さらに、前記基準フレームに対する前記臼蓋窩の前傾および傾斜の少なくとも一つを演算するステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項１８】
請求項１２から請求項１７のいずれかにかかる方法において、前記方法は、解剖学上の骨モデル上、あるいは、死体(cadaver)上で実行されること、
を特徴とするもの。
【請求項１９】
コンピュータ支援手術において、骨の脊髄管軸(intrameduallary canal axis)をデジタル化する方法であって、
前記骨の脊髄管を露出させるため、骨の切断を実行するステップ、
空間において位置および方向を追跡可能な器具であって、当該器具は、前記脊髄管の表面に対して所定の方向で位置させることができる自身の先端を有するもの、ならびに、前記骨上に基準フレームを提供するステップ、および
前記器具の前記先端を一定の深さで前記脊髄管に挿入し、前記所定の方で位置する前記先端を有する器具の位置および方向に応じて、前記一定の深さのそれぞれについて前記脊髄管の基準点を演算することによって、前記脊髄管における基準点を演算し、関連づけることで前記基準フレームに対する前記脊髄管の前記軸を得るステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項２０】
請求項１９にかかる方法において、前記方法は、解剖学上の骨モデル上、あるいは、死体(cadaver)上で実行されること、
を特徴とするもの。
【請求項２１】
コンピュータ支援手術において、位置追跡システムを用いて露出した骨の脊髄管の軸を得る装置であって、
空間において位置および方向を追跡可能な追跡装置、
位置および方向を追跡するよう前記追跡装置に固定されるステム部であって、当該ステム部は、前記骨における開口を通じて前記骨の脊髄管内に挿入可能な先端を有し、自身の後端(following end)により操作されるよう構成されるもの、および
前記ステム部の前記先端におけるチップ部であって、当該チップ部は、前記脊髄管内で前記ステム部を中央に位置させるよう前記ステム部から半径方向に旋回させるため、前記ステム部の前記後端から作動可能な２のフィンガーを有し、前記脊髄管に対する基準点が、前記追跡装置の前記位置および方向に応じて、演算可能となり、当該基準点は、前記脊髄管の軸の定義に関連するもの、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項２２】
請求項２１にかかる装置において、前記フィンガーは、互いに旋回可能に設けられること、
を特徴とするもの。
【請求項２３】
請求項２１にかかる装置において、前記フィンガーは、前記脊髄管への前記ステム部の挿入を促進するよう、半径方向に復帰するように付勢される(biased)こと、
を特徴とするもの。
【請求項２４】
請求項２１にかかる装置において、さらに、前記ステム部にスライド可能に取り付けられた裾広がりのアダプター(flared adapter)であって、当該裾広がりアダプターは、前記脊髄管の前記開口において当該脊髄管の表面と係合し、前記ステム部を当該脊髄管内の中央に位置させるため、前記ステム部の前記後端に向かって広がっているもの、を備えること、
を特徴とするもの。
【請求項２５】
請求項２１にかかる装置において、前記ステム部は、前記脊髄管への当該ステム部の挿入の深さを表示するため、その表面上に目盛りが付けられていること、
を特徴とするもの。
【請求項２６】
大腿骨に対する脚の長さおよび大腿骨インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの大腿骨インプラントを大腿骨へ挿入することについて、オペレーターを導くコンピュータ支援手術システムであって、
前記大腿骨上に位置決めされ、空間において、位置および方向を追跡可能な基準器具、
空間において位置および方向が追跡可能であり、表面情報を登録するため、前記オペレーターにより操作される登録器具、
空間において位置および方向を追跡可能な骨変更器具、
いずれかの前記器具の位置および方向を追跡するセンサ装置、
前記センサ装置に接続されるコントローラーであって、当該コントローラーは、
i)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置および方向に応じて、前記登録器具により提供された少なくとも一の演算した表面情報によって、前記大腿骨の基準フレームを登録し、前記大腿骨のモデルをデータベースに取り込み、
ii)  足の長さに応じて、前記基準フレームに対する所望のインプラント位置を演算し、および
iii)  前記センサ装置により与えられる前記骨変更器具の位置および方向、ならびに、前記データベースにより提供される大腿骨インプラントのデジタルモデルの位置および方向に応じて、前記骨変更器具を用いて前記大腿骨において実行される変更に対する所望インプラントの位置との関係で現在のインプラント位置および方向を演算するもの、を備え、さらに、
前記データベースは、前記コントローラーの動作に関する情報を記憶し、取り込むため、前記コントローラーに接続されること、
を特徴とするもの。
【請求項２７】
請求項２６にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記現在のインプラントの位置および方向は、前記基準フレームに応じて、前記大腿骨インプラントの内反／外反角度、前記大腿骨インプラントの前傾、および、前記大腿骨インプラントのオフセットの少なくとも一つとして提供されること、
を特徴とするもの。
【請求項２８】
請求項２６にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記ステップiii)は、寛骨臼の回転中心の変更により生じる前記所望のインプラント位置の変更に続いて、前記コントローラーにより繰り返されること、
を特徴とするもの。
【請求項２９】
請求項２６にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記コントローラーは、さらに、iv)前記大腿骨インプラントの位置および方向の追跡結果に応じて、前記大腿骨インプラントの位置および方向を演算する、動作を実行すること、
を特徴とするもの。
【請求項３０】
請求項２６にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記大腿骨の前記基準フレームは、前記大腿骨頭の回転中心を含み、前記表面情報は、前記大腿骨頭の表面であり、前記大腿骨頭の回転中心は、前記大腿骨頭の前記表面情報に応じて、前記コントローラーによって演算されること、
を特徴とするもの。
【請求項３１】
請求項２６にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記大腿骨の前記基準フレームは、前記大腿骨頭の回転中心を含み、前記表面情報は、対応する臼蓋窩の表面を含み、前記大腿骨頭の前記回転中心は、前記大腿骨および前記骨盤間の相対位置および方向に応じて、前記コントローラーにより演算され、前記臼蓋窩の前記回転中心は、前記大腿骨頭の前記回転中心と同じであると仮定されること、
を特徴とするもの。
【請求項３２】
請求項３０および請求項３１のいずれかにかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記基準フレームは、さらに、大腿骨の矢状面、前額面および側面を含み、前記表面情報は、さらに、前記大腿骨の解剖学上の軸、上顆の中間点および踝の中間点を含み、前記矢状面は、前記解剖学上の軸および前記踝の中間点を含むものとして前記コントローラーにより登録され、前記前額点は、前記解剖学上の軸を含み、前記矢状面と垂直なものとして前記コントローラーにより登録され、前記側面は、前記矢状面および前記前額面と垂直なものとして前記コントローラーにより登録される、こと
を特徴とするもの。
【請求項３３】
請求項２７にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記内反／外反角度は、前記基準フレームに対し、前記大腿骨インプラントと前記大腿骨の脊髄管との間で演算され、前記脊髄管は、当該脊髄管における基準点を関連づけることによって登録されること、
を特徴とするもの。
【請求項３４】
コントローラー用コンピュータプログラム製品であって、コンピュータ可読のメモリ内に記憶され、請求項２６から請求項３３で定義されたいずれかの方法を実行するコード手段、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【請求項３５】
骨盤に対する骨盤インプラントの方向に応じ、人工股関節インプラントの前記骨盤インプラントを臼蓋窩へ挿入することについて、オペレーターを導くコンピュータ支援手術システムであって、
前記骨盤に固定され、空間において、位置および方向を追跡可能な基準器具、
空間において位置および方向が追跡可能であり、表面情報を登録するため、前記オペレーターにより操作される登録器具、
空間において位置および方向を追跡可能な骨変更器具、
いずれかの前記器具の位置および方向を追跡するセンサ装置、
前記センサ装置に接続されるコントローラーであって、当該コントローラーは、
i)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置及び方向に応じて前記登録器具によって提供された表面情報を演算することにより、前記基準器具に対する前記骨盤の基準フレームを登録し、
ii)  前記センサ装置により提供された前記登録器具の位置および方向に応じ、前記登録器具により提供された表面情報を演算することにより、前記基準フレームに対する前記骨盤の露出した臼蓋窩表面のデジタルモデルを登録し、
iii)  前記デジタルモデルに応じて、前記臼蓋窩の当初の回転中心を演算し、および
iv) 前記センサ装置により与えられる前記骨変更器具の位置および方向、ならびに、前記データベースにより提供される前記臼蓋窩インプラントのデジタルモデルの位置および方向に応じて、前記骨変更器具を用いて前記臼蓋窩において実行された変更に対する、前記臼蓋窩の当初の回転中心および前記基準フレームとの関係から現在のインプラントの位置および方向を演算するもの、を備え、さらに、
前記データベースは、前記コントローラーの動作に関する情報を記憶し、取り込むため、前記コントローラーに接続されること、
を特徴とするもの。
【請求項３６】
請求項３５にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記現在のインプラント位置および方向は、少なくとも、前記骨盤インプラントの前傾および前記骨盤インプラントの傾斜のいずれかとして提供されること、
を特徴とするもの。
【請求項３７】
請求項３５にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記コントローラーは、さらに、v)  前記骨盤インプラントの位置及び方向についての追跡結果に応じて、前記骨盤インプラントの位置及び方向を演算するステップ、を実行すること、
を特徴とするもの。
【請求項３８】
請求項３５にかかるコンピュータ支援手術システムにおいて、前記コントローラーにより前記骨盤の基準フレームを登録するステップにおいて演算された前記表面情報は、各前腸骨上の点と、恥骨結節上の点を含み、前額面は、前記点を含むものとして前記コントローラーにより登録され、側面は、前記前額面に対して垂直で、前腸骨上の点を含むものとし前記コントローラーにより登録され、矢状面は、前記額面および前記側面と垂直なものとして前記コントローラーにより記憶されること、
を特徴とするもの。
【請求項３９】
コントローラー用コンピュータプログラム製品であって、コンピュータ可読のメモリ内に記憶され、請求項３５から請求項３８で定義されたいずれかの方法を実行するコード手段、を備えたこと、
を特徴とするもの。
【国際調査報告】
2006509609.tif 000013
2006509609.tif 000014
2006509609.tif 000015
2006509609.tif 000016
2006509609.tif 000017
2006509609.tif 000018
2006509609.tif 000019