(57)【要約】【課題】骨部材を高精度に整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラミングシステムを提供する。【解決手段】プログラミングシステム２は、患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラミングシステムであって、前記患部に成型材料を押し当てて、前記患部を型取りする型取り具３と、型取り具３によって型取りしてなる成型体の形状、または、当該成型体および前記骨部材の形状を測定するレーザー測定器４と、レーザー測定器４の測定結果に基づいて、前記骨部材の切削領域を決定し、当該切削領域をＮＣ加工プログラムに記述するプログラミング装置５と、を備える。【選択図】図１
2017196672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラミングシステムであって、
前記患部に成型材料を押し当てて、前記患部を型取りする型取り具と、
前記型取り具によって型取りしてなる成型体の形状、または、当該成型体および前記骨部材の形状を測定する測定器と、
前記測定器の測定結果に基づいて、前記骨部材の切削領域を決定し、当該切削領域をＮＣ加工プログラムに記述するプログラミング装置と、
を備える、プログラミングシステム。
【請求項２】
前記測定器は、前記形状を非接触で測定する、請求項１に記載のプログラミングシステム。
【請求項３】
前記測定結果は、前記形状の三次元位置情報である、請求項１または２に記載のプログラミングシステム。
【請求項４】
患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工する骨部材加工システムであって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のプログラミングシステムと、
前記ＮＣ加工プログラムに基づいて前記骨部材を整形加工するＮＣ加工機と、
を備える、骨部材加工システム。
【請求項５】
患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラム生成方法であって、
前記患部に成型材料を押し当てて、前記患部を型取りする型取り工程と、
前記型取り工程において型取りしてなる成型体の形状を測定する成型体測定工程と、
前記成型体測定工程の測定結果に基づいて、前記骨部材の切削領域を決定する決定工程と、
当該切削領域をＮＣ加工プログラムに記述する記述工程と、
を有するプログラム生成方法。
【請求項６】
前記骨部材の形状を測定する骨部材測定工程をさらに有し、
前記決定工程は、
前記成型体測定工程の測定結果を前記骨部材測定工程の測定結果と照合する照合工程を有し、前記照合工程の結果に基づいて前記骨部材の切削領域を決定する、請求項５に記載のプログラム生成方法。
【請求項７】
前記骨部材を切削する切削工程をさらに有し、
前記骨部材測定工程では、前記切削工程で切削された前記骨部材の形状を測定する、請求項６に記載のプログラム生成方法。
【請求項８】
患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するための骨部材加工方法であって、
請求項５〜７のいずれか１項に記載のプログラム生成方法によって生成されたＮＣプログラムに基づいて、ＮＣ加工機によって前記骨部材を整形加工する整形加工工程を有する、骨部材加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨折等を治療するための骨移植技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
剥離骨折などを治療するための骨接合術においては、チタンなどの金属製の骨接合ねじを骨折部に埋め込んで骨を固定する術式が一般的に行なわれている。一方、生体内に金属製の骨接合ねじを埋め込んだままでは、その金属製ねじが腐食するおそれや感染巣を提供する危険があるため、骨が癒合した後には埋込んだ金属製ねじを体内から取り出すための再手術が必要であった。しかし、再手術をするには、患者に麻酔の危険性や精神的、身体的負担を強いることになる。
【０００３】
そこで、本出願人は、生体内で周囲の骨と一体化して最終的には正常な骨に置換されるような材料、例えば患者本人の骨を切り出し、この骨片を整形加工した骨部材を骨折部に移植する技術を提案した（例えば、特許文献１）。これにより、骨が癒合した後に再手術をして骨折部に埋め込んだ骨部材を除去する必要がなくなるため、患者の負担を大幅に軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７３７５９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現状では、骨部材の整形加工は手作業によって行われている。そのため、加工精度が低いという問題がある。特に、関節部分の骨移植の場合、埋め込まれる骨部材に１ｍｍ程度の形状誤差があっても関節面に不適合を生じ、将来変形性関節症を生じ関節がスムーズに動かなくなるため、手作業による整形加工に相当の熟練を必要とする。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、骨部材を高精度に整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラミングシステム、骨部材加工システムおよび骨部材加工方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るプログラミングシステムは、上記課題を解決するためになされたものであり、患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラミングシステムであって、前記患部に成型材料を押し当てて、前記患部を型取りする型取り具と、前記型取り具によって型取りしてなる成型体の形状、または、当該成型体および前記骨部材の形状を測定する測定器と、前記測定器の測定結果に基づいて、前記骨部材の切削領域を決定し、当該切削領域をＮＣ加工プログラムに記述するプログラミング装置と、を備える。
【０００８】
上記プログラミングシステムでは、前記測定器は、前記形状を非接触で測定することが好ましい。
【０００９】
上記プログラミングシステムでは、前記測定結果は、前記形状の三次元位置情報であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る骨部材加工システムは、患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工する骨部材加工システムであって、上記プログラミングシステムと、前記ＮＣ加工プログラムに基づいて前記骨部材を整形加工するＮＣ加工機と、を備える。
【００１１】
本発明に係るプログラム生成方法は、患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラム生成方法であって、前記患部に成型材料を押し当てて、前記患部を型取りする型取り工程と、前記型取り工程において型取りしてなる成型体の形状を測定する成型体測定工程と、前記成型体測定工程の測定結果に基づいて、前記骨部材の切削領域を決定する決定工程と、当該切削領域をＮＣ加工プログラムに記述する記述工程と、を有する。
【００１２】
上記プログラム生成方法は、前記骨部材の形状を測定する骨部材測定工程をさらに有し、前記決定工程は、前記成型体測定工程の測定結果を前記骨部材測定工程の測定結果と照合する照合工程を有し、前記照合工程の結果に基づいて前記骨部材の切削領域を決定することが好ましい。
【００１３】
上記プログラム生成方法は、前記骨部材を切削する切削工程をさらに有し、前記骨部材測定工程では、前記切削工程で切削された前記骨部材の形状を測定することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る骨部材加工方法は、患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するための骨部材加工方法であって、上記プログラム生成方法によって生成されたＮＣプログラムに基づいて、ＮＣ加工機によって前記骨部材を整形加工する整形加工工程を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、骨部材を高精度に整形加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る骨部材加工システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るプログラム生成方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、型取り具の平面図、側面図および底面図である。
【図４】（ａ）および（ｄ）はそれぞれ、型取り具の取手部の側面図および底面図であり、（ｄ）および（ｄ）はそれぞれ、型取り具の押当部の側面図および底面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、押当部に形成された突起の側面拡大図、正面拡大図および背面拡大図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、型取り工程の一態様を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、成型体の側面図、上方からの斜視図、下方からの斜視図である。
【図８】レーザー測定器の一例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、成型体をレーザー測定器に設置する態様を説明するための図である。
【図１０】成型体の三次元点群情報である。
【図１１】（ａ）は、切削前の骨部材の斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は、手作業で切削された骨部材の斜視図である。
【図１２】プログラミング装置の機能を示すブロック図である。
【図１３】成型体および骨部材の各三次元点群情報を照合する工程を説明するための図である。
【図１４】ＮＣ加工機の一例を示す斜視図である。
【図１５】ＮＣ加工機によって整形加工を行う手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
（骨部材加工システム１の構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る骨部材加工システム１の全体構成を示す概略図である。骨部材加工システム１は、患者の骨の患部に埋め込むための骨部材を整形加工するシステムであり、骨部材を整形加工するためのＮＣ加工プログラムを生成するプログラミングシステム２と、前記ＮＣ加工プログラムに基づいて前記骨部材を整形加工するＮＣ加工機６と、を備えている。本実施形態において、骨の患部とは、骨関連疾患（骨折、骨腫瘍など）や人工関節置換術において骨が不足している状態である骨欠損を意味する。患部を放置すると、骨癒合不全や不安定性の原因となるため、整形加工した骨部材を患部に補填することが必要となる。
【００１９】
本実施形態に係る骨部材加工システム１では、骨部材を高精度に整形加工するために、プログラミングシステム２によってＮＣプログラムを生成し、生成されたＮＣプログラムに基づき、ＮＣ加工機６が骨部材を加工する。まず、ＮＣプログラムを生成するためのプログラミングシステム２、および、ＮＣ加工プログラムを生成する方法について説明する。
【００２０】
（プログラミングシステム２の構成）
図１に示すように、プログラミングシステム２は、型取り具３と、レーザー測定器４と、プログラミング装置５と、を備えている。本実施形態では、これらの各構成要素を用いて、ＮＣ加工プログラムを生成するプログラム生成方法の各工程を実行する。
【００２１】
図２は、本実施形態に係るプログラム生成方法の手順を示すフローチャートである。概略的には、
Ｓ１：型取り具３を用いて、患部を型取りする工程（型取り工程）
Ｓ２：レーザー測定器４を用いて、成型体の形状を測定して三次元点群情報を生成する工程（成型体測定工程）
Ｓ３：骨部材を手作業で切削する工程（切削工程）
Ｓ４：レーザー測定器４を用いて、切削した骨部材を測定して三次元点群情報を生成する工程（骨部材測定工程）
Ｓ５：プログラミング装置５を用いて、成型体および骨部材の各三次元点群情報を照合する工程（照合工程）
Ｓ６：プログラミング装置５を用いて、骨部材の切削領域を決定する工程（決定工程）
Ｓ７：プログラミング装置５を用いて、切削領域をＮＣ加工プログラムに記述する工程（記述工程）
を実行することにより、ＮＣ加工プログラムを生成する。これらの工程の具体的内容は、骨部材加工システム１の各部材の構成とともに、順次説明する。
【００２２】
（型取り具３の構成）
型取り具３は、上述の工程Ｓ１を実行するために用いられる部材であり、具体的には、図６（ｃ）に示すように、患部Ｂに成型材料７を押し当てて、患部Ｂを型取りするための部材である。まず、図３〜図５を参照して、型取り具３の構成について説明する。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、型取り具３の平面図、側面図および底面図である。型取り具３は、全体的に円柱形状を呈しており、本実施形態では、型取り具３の成型材料７を押し当てる面を底面とする。
【００２４】
型取り具３は、取手部３１と、押当部３２とを備えている。取手部３１は、患部Ｂを型取りする際に、術者が手で握る部分で主に構成されている。また、押当部３２は、患部Ｂを型取りする際に、成型材料７を患部Ｂに押し当てるための部材であり、取手部３１の底面側に取り外し可能に取り付けられている。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、取手部３１には、その中心部を長手方向に貫通する貫通穴３１１が形成されている。貫通穴３１１の直径は、本実施形態では１．８ｍｍである。
【００２５】
図４（ａ）および（ｄ）はそれぞれ、取手部３１の側面図および底面図であり、図４（ｄ）および（ｄ）はそれぞれ、押当部３２の側面図および底面図である。
【００２６】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、取手部３１は、本体部３１２と、ネジ部３１３と、突出部３１４と、を備えている。本体部３１２は、本実施形態では、長さ１００ｍｍ、直径２０ｍｍの円柱形の部材である。本体部３１２の形状は特に限定されず、手で握りやすい形状であればよい。例えば、本体部３１２の平面視の形状が矩形あるいは多角形であってもよい。
【００２７】
ネジ部３１３は、本体部３１２の底面中心から垂直に伸びる円柱形の部分であり、側面にネジ溝が形成されている。ネジ部３１３の形状は、本体部３１２よりも一回り小さく、本実施形態では、長さ１０ｍｍ、直径６ｍｍである。後述するように、ネジ部３１３に押当部３２のネジ穴３２２（図４（ｃ）および（ｄ））が螺合することにより、取手部３１に押当部３２が取り付けられる。
【００２８】
突出部３１４は、ネジ部３１３の先端（本体部３１２と反対側の端部）からネジ部３１３の軸方向に延伸するテーパー円柱状の部材である。突出部３１４は、ネジ部３１３側の一端から他端にかけて断面が小さくなっており、本実施形態では、前記一端の直径は６ｍｍであり、前記他端の直径は４ｍｍである。なお、突出部３１４の形状は、テーパー状に限定されず、前記一端の断面がネジ部３１３の断面と等しいか、一回り小さければよい。すなわち、押当部３２のネジ穴３２２をネジ部３１３に螺合させるときに、突出部３１４がネジ穴３２２を通過できればよい。後述するように、突出部３１４によって、型取り後の成型体７０に凹部７１（図７）が形成される。凹部７１の役割については後述する。
【００２９】
なお、本体部３１２、ネジ部３１３および突出部３１４の各中心軸は一致しており、当該中心軸に沿って貫通穴３１１が形成されている。貫通穴３１１の役割についても後述する。
【００３０】
押当部３２は、図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、円板形状の部材である。本実施形態では、押当部３２は、厚さが１０ｍｍ、直径が４０ｍｍであるが、成型材料７を患部Ｂに押し当てる際に、押当部３２が変形しない限り、押当部３２の形状は特に限定されない。
【００３１】
また、押当部３２の一方面（図４（ｃ）では底面）には、突起３２１が形成されている。突起３２１は、成型材料７が硬化してなる成型体７０（図６（ｃ））を患部Ｂから取り外す際に、押当部３２の底面と成型体７０との接着力を高めることにより、押当部３２から成型体７０が脱落しないようにする役割を果たす。突起３２１の個数は、特に限定されない。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、突起３２１の側面拡大図、正面拡大図および背面拡大図である。本実施形態では、図４（ｄ）に示す押当部３２の底面の円周方向を、突起３２１の正面方向および背面方向としている。
【００３３】
突起３２１は、高さが２ｍｍの四面体であり、突起３２１の底面は、幅４ｍｍ、高さ２ｍｍである。また、突起３２１の正面側の面と押当部３２の前記底面とのなす角θが鋭角となっている。これにより、突起３２１が硬化後の成型体７０（図６（ｃ））に、押当部３２の底面に対して斜め方向に食い込んだ状態となるため、成型体７０が押当部３２から脱落しにくくなる。なお、突起３２１の形状は、成型体７０に食い込むことにより、成型体７０と押当部３２の底面との接着力を高めるものであれば、特に限定されない。
【００３４】
また、図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、押当部３２の平面視の中心部には、一方面から他方面に貫通するネジ穴３２２が形成されている。本実施形態において、ネジ穴３２２は、長さ１０ｍｍ、直径６ｍｍであり、図４（ａ）に示す取手部３１のネジ部３１３の長さおよび直径にそれぞれ等しい。ネジ穴３２２をネジ部３１３に螺合させることにより、押当部３２を取手部３１に取り外し可能に取り付けることができる。図３（ｂ）に示すように、押当部３２を取手部３１に取り付けた状態では、突出部３１４が押当部３２の底面から突出している。
【００３５】
なお、取手部３１および押当部３２を一体化してもよいが、本実施形態のように、押当部３２を取り外し可能とすることが好ましい。また、サイズ（底面の面積）の異なる押当部３２を複数用意することが好ましい。本実施形態では、直径が４０ｍｍの押当部３２の他に、直径が２０ｍｍ、３０ｍｍおよび５０ｍｍの３種類の押当部３２が用意されており、それらは、いずれも取手部３１に取り付け可能となっている。これにより、患部の大きさに応じたサイズの押当部３２を選択することができる。
【００３６】
また、押当部３２の平面形状も、円形に限定されず、例えば、矩形や多角形等であってもよい。様々な形状の押当部３２を用意することにより、患部の形状に応じて、適切な押当部３２を取手部３１に取り付けることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、ネジ止めによって押当部３２を取手部３１に取り付けていたが、押当部３２を取手部３１に取り付ける態様は、特に限定されない。例えば、プラグ・ソケットコネクタを用いて、押当部３２を取手部３１に取り付けてもよい。
【００３８】
（型取り工程）
以上のような構成を有する型取り具３を用いて、患部を型取りする型取り工程を行う。（図２の工程Ｓ１）。本実施形態では、患部Ｂから血液やその他の付着物を除去した後、図６（ａ）に示すように、患部Ｂに対し任意の軸（Ｚ軸）を設定し、Ｚ軸に沿って鋼線３３を刺入する。Ｚ軸の位置は、特に限定されないが、患部Ｂの平面視の中心またはその付近であることが好ましい。鋼線３３は、本実施形態では、キルシュナー鋼線（Ｋ−ｗｉｒｅ）などのステンレス製の鋼線であり、医療用リーマーを用いて人手によって刺入される。鋼線３３の直径は、人体に影響がなく、かつ、型取り具３の取手部３１の貫通穴３１１に挿入可能な大きさであれば、特に限定されない。また、刺入の深さも、人体に影響がなく、かつ、鋼線３３が患部Ｂに安定して固定できる深さであれば、特に限定されない。
【００３９】
続いて、図６（ｂ）に示すように、患部Ｂに適量の成型材料７を供給する。成型材料７は、人体に無害な硬化性材料であれば特に限定されないが、例えば、ボーンワックスやボーンセメントを使用することができる。その後、押当部３２の底面を患部Ｂに向けながら鋼線３３を貫通穴３１１に挿入し、鋼線３３に沿って型取り具３を患部Ｂに接近させる。このとき、鋼線３３がガイドの役割を果たすので、型取り具３と患部Ｂとの位置合わせが容易になる。
【００４０】
なお、鋼線３３は本発明において必須ではない。熟練を要するが、鋼線３３を患部Ｂに刺入することなく、人手のみによって型取り具３を患部Ｂに接近させてもよい。この場合、型取り具３の貫通穴３１１は不要となる。
【００４１】
続いて、図６（ｃ）に示すように、押当部３２によって、成型材料７を患部Ｂに押し当てる。これにより、成型材料７が患部Ｂの内面に圧着される。この状態で所定時間、型取り具３を保持することにより、成型材料７が成型体７０となる。
【００４２】
その後、型取り具３を患部Ｂから引き離すことにより、成型体７０が患部Ｂから取り外される。このとき、押当部３２の突起３２１によって、成型体７０が押当部３２から脱落しにくくなっているので、容易に成型体７０を取り外すことができる。
【００４３】
なお、成型材料７を患部Ｂに押し当てる前に、患部Ｂの内面に離型処理を施すことが好ましい。離型材としては、例えば、医療用薄型フィルム、またはハイドロキシアパタイト粉末を用いることができる。離型処理を施すことにより、押当部３２に突起３２１が形成されていない場合であっても、容易に成型体７０を取り外すことができる。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、取り外した成型体７０において、患部Ｂに接触していなかった部分（外周縁部等）が存在する場合は、当該部分を切除する。このようにして、図７（ｂ）および（ｃ）に示すような、型取りされた成型体７０が得られる。成型体７０のうち、患部Ｂに接触していた部分の表面形状は、患部Ｂの内面形状と同一となる。なお、成型体７０の底面には、型取り具３の突出部３１４、および鋼線３３によって、凹部７１および貫通穴７２がそれぞれ形成される。そのため、凹部７１の深さおよび形状は、突出部３１４と同一である。
【００４５】
以上により、型取り工程（図２の工程Ｓ１）が完了する。
【００４６】
なお、本実施形態における型取り具３は、患部Ｂの型取りに適した部材の一例であり、そのような部材は本発明において特に限定されない。
【００４７】
（レーザー測定器４の構成）
型取り工程の完了後、成型体７０の形状を測定して、三次元点群情報を生成する成型体測定工程を行う（工程Ｓ２）。この成型体測定工程を実行するために、図１に示すプログラミングシステム２のレーザー測定器４が用いられる。まず、レーザー測定器４の構成について説明する。
【００４８】
図８は、レーザー測定器４の斜視図である。レーザー測定器４は、対象物にレーザー光を照射することにより、当該対象物の形状を測定する機器である。本実施形態では、レーザー測定器４として公知のものを使用することができる。図８に示すように、レーザー測定器４は、対象物設置台４１、測定台４２、センサヘッド４３および上下移動機構４４を備えている。
【００４９】
対象物設置台４１は、測定対象物を設置するための平板で構成される。本実施形態では、測定対象物である成型体７０を固定するための突起４１１が、対象物設置台４１上に設けられている。突起４１１の形状はテーパー円柱状であり、凹部７１を形成するための突出部３１４（図３（ｂ）等）の形状と同一である。
【００５０】
測定台４２は、対象物設置台４１を支持するものである。測定台４２には、図示しない駆動機構が内蔵されており、対象物設置台４１を水平方向に移動させることができる。
【００５１】
なお、測定対象物を清潔に保つため、対象物設置台４１は、測定台４２から着脱可能となっており、減菌処理（オートクレーブ減菌等）が可能である。また、測定台４２は、既存の減菌済オイフ等で覆うことにより、清潔環境を確保することが好ましい。
【００５２】
センサヘッド４３は、対象物設置台４１の上方に設けられており、対象物設置台４１に向けてレーザー光を照射する照射部（図示せず）と、反射したレーザー光を受光する受光部（図示せず）とを備えている。対象物設置台４１上に測定対象物を設置し、対象物設置台４１を水平移動させながら、レーザー光の照射および反射レーザー光の受光を行うことにより、センサヘッド４３と測定対象物の照射点との距離が順次測定され、測定対象物の形状を示す三次元点群情報が測定結果として生成される。
【００５３】
上下移動機構４４は、センサヘッド４３を上下方向に移動させる機構である。これにより、測定対象物の大きさに応じて、対象物設置台４１とセンサヘッド４３との距離を調整することができる。
【００５４】
（成型体測定工程）
本実施形態では、レーザー測定器４によって、成型体７０の形状を非接触測定し、成型体７０の三次元点群情報を生成する（図２に示す工程Ｓ２）。
【００５５】
まず、成型体７０を対象物設置台４１に設置する前に、図９（ａ）に示すように、貫通穴７２に沿った軸をＺ軸として決定し、さらにＺ軸に対して直交する２軸（Ｘ軸およびＹ軸）を決定する。図示していないが、Ｘ軸およびＹ軸の位置を確認するための目印を、マーカー等で成型体７０にマーキングしてもよい。
【００５６】
続いて、図９（ｂ）に示すように、成型体７０の凹部７１に突起４１１が嵌るように、成型体７０を対象物設置台４１に設置する。上述のように、突起４１１の形状は、凹部７１を形成するための突出部３１４の形状と同一であるため、突起４１１は凹部７１にほぼ隙間なく嵌合し、成型体７０を対象物設置台４１上で安定させることができる。
【００５７】
なお、突起４１１の形状は、凹部７１に嵌合する形状であれば、特に限定されない。また、成型体７０にＸ軸およびＹ軸を設定した場合は、例えば、図９（ｂ）の左右方向がＸ軸に一致し、手前から奥行き方向がＹ軸に一致するように、成型体７０の向きを調整する。
【００５８】
なお、図９（ｂ）では、成型体７０単体を対象物設置台４１に設置しているが、押当部３２が接合したまま成型体７０を対象物設置台４１に設置してもよい。この場合、突起４１１が押当部３２のネジ穴３２２（図４（ｃ）および（ｄ））に嵌るようにする。さらに、突起４１１の形状を円柱形としてもよく、円柱形の突起４１１の側面にネジ溝を設けてもよい。これにより、成型体７０をさらに安定して対象物設置台４１に設置することができる。
【００５９】
続いて、対象物設置台４１を水平移動させながら、レーザー光の照射および反射レーザー光の受光を行う。これにより、図１０に示すような成型体７０の三次元点群情報が測定結果として生成される。本実施形態における三次元点群情報は、５０μｍ四方の格子状点群情報である（すなわち、図１０に示す△Ｘ＝△Ｙ＝５０μｍ）。格子の間隔は、特に限定されないが、骨部材を高精度に整形加工する観点から、なるべく小さいことが好ましい。
【００６０】
上述のように、成型体７０の表面形状は、患部Ｂの内面形状と同一であるので、成型体７０から得られる三次元点群情報は、患部Ｂの内面形状と高精度に対応したものとなる。
【００６１】
なお、成型体７０に急勾配の部分が存在する場合、当該部分にレーザー光が照射されず、欠損部分として誤測定されるおそれがある。そのため、成型体７０のセンサヘッド４３に対する角度を変えながら、複数回、成型体７０の形状を測定し、複数の三次元点群情報を生成することが好ましい。この場合、当該複数の三次元点群情報を照合し、ある三次元点群情報において欠損扱いになっている部分を、他の三次元点群情報で補完することにより、誤測定部分のない、正確な三次元点群情報が生成される。
【００６２】
以上により、成型体測定工程（図２の工程Ｓ２）が完了する。成型体７０の三次元点群情報は、図１に示すプログラミング装置５に送信される。
【００６３】
なお、成型体７０の形状を測定するための機器は、レーザー測定器４に限定されず、成型体７０の正確な三次元情報が得られる機器であればよい。そのような機器として、例えば、投影機、超音波測定器、画像寸法測定器などの非接触測定器や、輪郭形状測定器などの接触測定器を用いることができる。
【００６４】
（切削工程および骨部材測定工程）
続いて、骨部材を切削する切削工程、および切削した骨部材を測定して三次元点群情報を生成する骨部材測定工程を行う（図２の工程Ｓ３および工程Ｓ４）。
【００６５】
まず、図１１（ａ）に示すような骨部材８を用意する。本実施形態において、骨部材８は人工骨であるが、患者から採取された骨片（自家骨）、または他人から採取された骨片（同種骨）であってもよい。
【００６６】
なお、骨部材８が自家骨または同種骨である場合、骨部材８の採取は、骨移植手術の直前が好ましく、骨片の採取部位は、脛骨、腸骨などが好ましい。また、骨部材８をあらかじめヒアルロン酸水溶液に浸しておくことが望ましい。これにより、骨部材の粗密な部分の強度が向上するため、整形加工中に骨部材が破損することを防止することができる。
【００６７】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、骨部材８を人手等で切削する（切削工程）。このとき、作業者（術者）は、成型体７０を参考に、成型体７０を包括する形状となるように、骨部材８を切削する。なお、骨部材８の切削は、人手に限らず、加工機器等を用いて行ってもよい。また、本明細書では、手作業で切削された骨部材の符号を８０とする。
【００６８】
続いて、図１１（ｃ）に示すように、骨部材８０の底面にテーパー状の凹部８１を形成する。凹部８１の形状は、図８に示す突起４１１が嵌合する形状であることが好ましい。また、凹部８１の深さ方向をＺ軸方向として決定し、Ｚ軸に対して直交する２軸（Ｘ軸およびＹ軸）を決定する。
【００６９】
続いて、図８に示すレーザー測定器４を用いて骨部材８０の形状を測定する（骨部材測定工程）。骨部材８０の測定方法は、上述の成型体７０の測定方法と同様である。すなわち、骨部材８０の凹部８１に突起４１１が嵌るように、骨部材８０を対象物設置台４１に設置し、対象物設置台４１を水平移動させながら、レーザー光の照射および反射レーザー光の受光を行う。これにより、骨部材８０の三次元点群情報が生成される。
【００７０】
以上により、切削工程および骨部材測定工程（図２の工程Ｓ３およびＳ４）が完了する。骨部材８０の三次元点群情報は、図１に示すプログラミング装置５に送信される。
【００７１】
なお、これらの切削工程および骨部材測定工程は、上述の成型体測定工程の前に実行してもよい。
【００７２】
また、切削工程は、本発明において必須ではない。すなわち、図１１（ａ）に示す骨部材８を人手等で切削することなく、その形状の測定を行ってもよい。ただし、骨部材８をあらかじめ人手等で切削しておくことにより、後のＮＣ加工機６による整形加工における切削領域が小さくなるので、加工時間を短縮することができる。
【００７３】
また、骨部材測定工程も、本発明において必須ではない。この場合、骨部材８または８０の三次元点群情報は生成されず、プログラミング装置５には、成型体７０の三次元点群情報のみが送信される。
【００７４】
また、レーザー測定器４の突起４１１は、測定対象物を安定して設置するための部材であるが、本発明において必須ではない。突起４１１を設けない場合、成型体７０の凹部７１および骨部材８０の凹部８１を形成する必要はなく、型取り具３の突出部３１４も不要となる。
【００７５】
また、骨部材８０の形状を測定するための機器も、レーザー測定器４に限定されず、上述の非接触測定器および接触測定器を用いることができる。ただし、骨部材８０を清潔に保つため、非接触測定器を用いることが好ましい。
【００７６】
また、成型体７０の測定範囲は、成型体７０の底面を含む必要はなく、少なくとも、型取り工程において患部Ｂと接触していた部分を含む範囲であればよい。
【００７７】
また、本実施形態では、レーザー測定器４は、三次元点群情報を測定結果として生成しているが、測定対象物の形状を示す情報（データ）であって、かつ、プログラミング装置５がこれに基づいてＮＣ加工プログラムを生成可能な情報であれば、測定結果のデータ形式等は特に限定されない。例えば、測定結果は、測定対象物のサーフェイスデータのような三次元位置情報であってもよい。
【００７８】
また、本明細書において、レーザー測定器４等の測定器が測定する対象物（成型体および骨部材）の「形状」は、大きさも含む概念である。すなわち、「２つの対象物の形状が同一である」とは、「２つの対象物の外形が一致する」ことを意味しており、また、大きさの異なる互いに相似の２つの対象物について、それらの形状は互いに同一ではない。
【００７９】
（プログラムミング装置５の構成）
図２に示す工程Ｓ２〜Ｓ４の完了後、成型体７０および骨部材８０の各測定結果に基づいて、骨部材の切削領域を決定し、当該切削領域をＮＣ加工プログラムに記述することにより、ＮＣプログラムが生成される。本実施形態では、成型体７０および骨部材８０の各三次元点群情報を照合する照合工程（Ｓ５）、骨部材８０の切削領域を決定する決定工程（Ｓ６）、および切削領域をＮＣ加工プログラムに記述する記述工程（Ｓ７）を、図１に示すプログラミングシステム２のプログラミング装置５を用いて実行する。プログラミング装置５の機能について、図１２を参照して説明する。
【００８０】
図１２は、プログラミング装置５の機能を示すブロック図である。プログラミング装置５は、例えば汎用のパーソナルコンピュータで構成され、レーザー測定器４から入力された三次元点群情報に基づいて、ＮＣ加工プログラムを生成する機能を有している。この機能を実現するために、プログラミング装置５は、切削領域決定部５１、サイズ調整部５２およびプログラム記憶部５３を備えている。
【００８１】
切削領域決定部５１は、レーザー測定器４から成型体７０および骨部材８０の各三次元点群情報を取得し、図１３に示すように、両者を照合する。図１３において、濃線は成型体７０の外周を示しており、薄線は骨部材８０の外周を示している。これにより、切削領域決定部５１は、骨部材８０と成型体７０との差分領域を抽出する。
【００８２】
切削領域決定部５１は、この差分領域を骨部材８０の切削領域として決定してもよいが、本実施形態では、骨部材８０が成型体７０よりも一回り大きく（例えば１ｍｍ）整形加工されるように、サイズ調整部５２が、骨部材８０の切削領域を補正する。これにより、切削領域決定部５１は、切削後の骨部材８０が成型体７０よりも一回り大きくなるように、骨部材８０の切削領域を決定する。すなわち、決定された切削領域は、骨部材８０と成型体７０との差分領域よりも小さくなる。
【００８３】
プログラム記憶部５３は、メモリ等の記憶媒体で構成され、加工対象物の送り速度やＮＣ加工機６のスピンドル（後述）の回転数等の初期設定値があらかじめ記述されたデフォルトのＮＣ加工プログラムを記憶している。デフォルトのＮＣ加工プログラムには、切削領域の座標は記述されておらず、上述の切削領域決定部５１が、決定された骨部材８０の切削領域の座標をデフォルトのＮＣ加工プログラムに記述する。
【００８４】
以上により、照合工程、決定工程および記述工程（図２の工程Ｓ５〜Ｓ７）が完了し、ＮＣ加工機６を制御可能なＮＣ加工プログラムが生成される。
【００８５】
生成されたＮＣ加工プログラムは、プログラム記憶部５３に記憶されるとともに、有線通信、無線通信、またはＵＳＢメモリなどの記憶媒体によってＮＣ加工機６に送信される。なお、ＮＣ加工プログラムの他、成型体７０の三次元点群情報に対応する骨部材８０の最適加工形状を示すデータ等も、ＮＣ加工機６に送信してもよい。
【００８６】
また、切削領域決定部５１およびサイズ調整部５２の各部は、論理回路等を用いてハードウェア的に実現してもよいし、ＣＰＵを用いてソフトウェア的に実現してもよい。これらの各部をソフトウェア的に実現する場合、コンピュータであるプログラミング装置５が外部からインストールされたＮＣ生成用ソフトウェアを実行することによって各部が実現される。当該ソフトウェアは、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよいし、プログラミング装置５を通信ネットワークと接続し、通信ネットワークを介してダウンロードしてもよい。
【００８７】
なお、骨部材測定工程（図２の工程Ｓ４）が実行されなかった場合、すなわち、骨部材８または８０の形状の測定が行われなかった場合は、プログラミング装置５は、成型体７０の三次元点群情報のみに基づいて骨部材８または８０の切削領域（加工座標）を決定してもよい。
【００８８】
（ＮＣ加工機６の構成）
本発明に係る骨部材加工方法では、上述した本発明に係るプログラム生成方法によって生成されたＮＣプログラムに基づいて、ＮＣ加工機によって前記骨部材を整形加工する整形加工工程をさらに実行する。この整形加工工程を実行するために、本実施形態では、図１に示すプログラミングシステム２のＮＣ加工機６が用いられる。まず、ＮＣ加工機６の構成について説明する。
【００８９】
ＮＣ加工機６は、ＮＣ加工プログラムに基づいて加工対象物を整形加工する装置であり、本実施形態では、公知のものを使用することができる。図１４に示すように、ＮＣ加工機６は、固定台６１、位置決め機構６２、上下移動機構６３およびスピンドル６４を備えている。また、ＮＣ加工機６には、刻印用ディスペンサ６５およびカメラ６６が取り付けられている。なお、骨部材加工システム１の加工対象物は破損しやすい材質であるため、精密な送り精度を必要とし、各位置決め機構は５μｍ以下の繰り返し位置決め制度、２μｍ以下のバックラッシであり、スピンドル６４の回転の振れ精度は約５μｍ以下であることが好ましい。
【００９０】
固定台６１には、加工対象物である骨部材８０が固定される。骨部材８０は、整形加工中に動かないように複数の針６１１等で固定台６１に押さえつけられる。
【００９１】
位置決め機構６２は、直交する水平２軸方向に固定台６１を移動させる機構であり、２つのテーブル６２１，６２２を備える。テーブル６２１は、ＮＣ加工機６の台座６０上に設けられており、Ｘ方向（ＮＣ加工機６の正面視で左右方向）に移動可能である。テーブル６２２は、テーブル６２１上に設けられており、Ｙ方向（ＮＣ加工機６の正面視で手前から奥行き方向）に移動可能である。固定台６１は、テーブル６２２上に設けられている。各テーブル６２１，６２２は、図示しないモータなどの移動用駆動装置により駆動され、当該移動用駆動装置は、ＮＣ加工機６の図示しない制御装置により移動量や移動速度などが制御されている。
【００９２】
上下移動機構６３は、スピンドル６４を上下方向に移動させる機構であり、台座６０上にＺ方向（ＮＣ加工機６の上下方向）に移動可能に設けられた架台６３１を備える。架台６３１にスピンドル６４が取り付けられており、架台６３１の上下動に伴いスピンドル６４は上下方向に移動する。架台６３１は、図示しないモータなどの移動用駆動装置により駆動され、当該移動用駆動装置は、ＮＣ加工機６の図示しない制御装置により移動量や移動速度などが制御されている。
【００９３】
スピンドル６４は、スチールバー等の回転工具で構成されており、図示しないモータなどの回転用駆動装置により回転駆動される。当該回転用駆動装置は、ＮＣ加工機６の図示しない制御装置により回転速度などが制御されている。スピンドル６４が上下方向に移動しかつ回転しながら骨部材８０に当接することにより、骨部材８０が整形加工される。
【００９４】
ＮＣ加工機６の前記制御装置は、ＮＣ加工機６に入力されたＮＣ加工プログラムに記述された加工対象物の送り速度、スピンドル６４の回転数、加工対象物の切削領域などに基づいて、テーブル６２１，６２２および架台６３１の移動制御、並びに、スピンドル６４の回転制御を行う。
【００９５】
なお、衛生上、少なくとも固定台６１およびスピンドル６４は、ＮＣ加工機６から取り外して滅菌処理可能となっている。
【００９６】
刻印用ディスペンサ６５は、骨部材８０にインクを吐出するマーキング装置であり、固定台６１の上方に設けられている。具体的には、刻印用ディスペンサ６５は、成型体７０の三次元点群情報に対応する最適加工形状を示すデータに基づいて、骨部材８０の上記最適加工形状に対応する位置にマーキングを施す。
【００９７】
カメラ６６は、固定台６１の上方に設けられており、骨部材８０を至近距離から任意の角度で撮影することができる。これにより、骨部材８０の立体的な画像を取得することができる。また整形加工中に、術者は、骨部材８０の加工状態の確認や骨部材８０の位置補正を行うことができる。
【００９８】
（整形加工工程）
本実施形態では、上述のＮＣ加工機６が、ＮＣプログラムに基づいて骨部材８０を整形加工する。図１５は、骨部材８０を整形加工するための手順を示すフローチャートである。まず、骨部材８０をＮＣ加工機６の固定台６１に固定する（Ｓ８）。
【００９９】
続いて、ＮＣ加工機６がＮＣ加工プログラムに基づいて、骨部材８０を整形加工する（Ｓ９）。ここで、ＮＣ加工プログラムに記述されている切削領域は、切削後の骨部材８０が成型体７０よりも一回り大きくなるように決定されている。そのため、ＮＣ加工機６は、成型体７０に対応する最適加工形状よりも一回り大きい形状に骨部材８０を整形加工する。
【０１００】
整形加工が完了すると、術者は、骨部材８０を実際に患部に嵌め込む（Ｓ１０）。骨部材８０が患部に適合する場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、骨移植手術は終了する。
【０１０１】
骨部材８０が患部に適合しない場合（Ｓ１１においてＮＯ）、ＮＣ加工プログラムを修正する（Ｓ１２）。具体的には、整形加工後の骨部材８０のサイズが一回り小さくなるように（例えば、０．１ｍｍだけ小さいサイズ）、ＮＣ加工プログラムに記述されている切削領域を縮小する。その後、修正したＮＣ加工プログラムに基づいてＮＣ加工機６に骨部材８０を整形加工させ（Ｓ１３）、再度、骨部材８０を実際に患部に嵌め込む（Ｓ１０）。そして、骨部材８０が患部に適合するまで（Ｓ１１においてＹＥＳ）、Ｓ１２、Ｓ１３およびＳ１０の工程を繰り返す。なお、ＮＣ加工プログラムの修正を行わずに、再度の整形加工を術者の手作業で行ってもよい。
【０１０２】
このように、本実施形態では、いったん骨部材８０を成型体７０よりも一回り大きい形状に整形加工し、骨部材８０が患部に適合するまで、整形加工を繰り返す。これにより、骨部材８０の変形等に起因して、骨部材８０を成型体７０よりも小さく加工してしまうことを防止できる。よって、加工失敗による骨部材８０の損失を抑えることができる。
【０１０３】
なお、ＮＣ加工プログラムを生成する際に、プログラミング装置５のサイズ調整部５２（図１２）による切削領域の補正が行われていない場合は、上述の工程Ｓ１２および工程Ｓ１３は省略してもよい。
【０１０４】
また、切削工程（図２の工程Ｓ３）を実行していない場合、すなわち、骨部材８（図１１（ａ））をあらかじめ手作業で切削していない場合は、ＮＣ加工機６によって骨部材８を整形加工してもよい。
【０１０５】
（総括）
以上のように、本発明の実施形態では、患部の型取りしてなる成型体の形状を測定し、その測定結果に基づいて、ＮＣ加工プログラムを生成し、当該ＮＣ加工プログラムに基づいてＮＣ加工機によって骨部材を整形加工する。成型体のうち、患部に接触していた部分の表面形状は、患部の内面形状と同一となるので、成型体の形状の測定結果も、患部の内面形状と高精度に対応している。よって、従来では不可能であった、リアルタイムでの正確な患部形状の情報の取得が可能となり、当該測定結果に基づいて生成されたＮＣ加工プログラムによって、骨部材を高精度に整形加工することが可能となる。これにより、骨移植手術をさらに円滑かつ正確に行うことができる。
【０１０６】
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０７】
１    骨部材加工システム
２    プログラミングシステム
３    型取り具
４    レーザー測定器
５    プログラミング装置
６    ＮＣ加工機
７    成型材料
８    骨部材
３１    取手部
３２    押当部
３３    鋼線
４１    対象物設置台
４２    測定台
４３    センサヘッド
４４    上下移動機構
５１    切削領域決定部
５２    サイズ調整部
５３    プログラム記憶部
６０    台座
６１    固定台
６２    機構
６３    上下移動機構
６４    スピンドル
６５    刻印用ディスペンサ
６６    カメラ
７０    成型体
７１    凹部
７２    貫通穴
８０    骨部材
８１    凹部
３１１  貫通穴
３１２  本体部
３１３  ネジ部
３１４  突出部
３２１  突起
３２２  ネジ穴
４１１  突起
６２１  テーブル
６２２  テーブル
６３１  架台
Ｂ    患部
【図１】
2017196672.tif 000003
【図２】
2017196672.tif 000004
【図３】
2017196672.tif 000005
【図４】
2017196672.tif 000006
【図５】
2017196672.tif 000007
【図６】
2017196672.tif 000008
【図７】
2017196672.tif 000009
【図８】
2017196672.tif 000010
【図９】
2017196672.tif 000011
【図１０】
2017196672.tif 000012
【図１１】
2017196672.tif 000013
【図１２】
2017196672.tif 000014
【図１３】
2017196672.tif 000015
【図１４】
2017196672.tif 000016
【図１５】
2017196672.tif 000017