(57)【要約】  関節面再建形成術など、標的受入れ骨上へのコンピュータ支援によるプロテーゼ構成部品の位置合わせおよび位置決めのためのシステムと方法について論じる。システムは、プロセッサ装置およびユーザインターフェース装置を含むことができる。プロセッサ装置は、標的骨表面を表す第1のデータセットを含む標的骨モデル、およびプロテーゼ表面を表す第2のデータセットを含むプロテーゼモデルを受信することができる。プロテーゼは、標的骨モデルに対して位置決めされるとき、関節表面に少なくとも部分的に置き換わるように構成されている。プロセッサ装置は、プロテーゼモデルが標的骨モデルに対して位置決めされるとき、プロテーゼ表面の1つまたは複数の部分と標的骨表面の1つまたは複数の部分との間の空間的位置ずれを示す関節界面表現を生成することができる。
2017511726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的骨の第1の表面を表す第1のデータセットを含む第1のモデル、およびプロテーゼの第2の表面を表す第2のデータセットを含む第2のモデルを受信することであって、前記第1の表面が、前記標的骨の関節表面を含み、前記プロテーゼが、前記関節表面に少なくとも部分的に置き換わるように構成されている、受信すること、ならびに
前記第2のモデルが前記第1のモデルに対して位置決めされるとき、前記第1の表面の1つまたは複数の各部分と空間的に位置ずれしている前記第2の表面の1つまたは複数の部分を示す関節界面表現を生成すること
を行うように構成されたプロセッサ装置と、
前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の変更の指示を含むユーザ入力を受信するように構成されたユーザ入力モジュール、ならびに
前記ユーザ入力モジュールおよび前記プロセッサ装置に結合されたディスプレイモジュールであって、前記第1のモデル、前記第2のモデル、および前記関節界面表現のうちの1つまたは複数を表示するように構成されている、ディスプレイモジュール
を含むユーザインターフェース装置と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記プロセッサ装置が、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルを受信するように構成され、前記第1のモデルが、前記標的骨の前記第1の表面の第1の三次元グラフィカル表現を含み、前記第2のモデルが、前記プロテーゼの前記第2の表面の第2の三次元グラフィカル表現を含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサ装置が、前記第1のモデル、前記第2のモデル、および前記関節界面表現のうちの少なくとも1つの、複数の指定された角度のビューを生成するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサ装置が、色分け表現を含む前記関節界面表現を生成するように構成され、前記色分け表現が、第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分に関連付けられた第1の色と、第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分に関連付けられた異なる第2の色とを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項５】
前記色分け表現が、第1の指定された量だけ第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分にそれぞれが関連付けられた第1の組の色と、第2の指定された量だけ第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分にそれぞれが関連付けられた第2の組の色とを含む、請求項4に記載のシステム。
【請求項６】
前記色分け表現が、前記第1の色および前記第2の色とは異なる第3の色をさらに含み、前記第3の色が、前記第1の表面の第3の部分に対して相対的な第3の指定された範囲内に配設され、かつ前記第1の表面の前記第3の部分と実質的に位置ずれしていない前記第2の表面の第3の部分に関連付けられている、請求項4に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサ装置が、注釈表現を含む前記関節界面表現を生成するように構成され、前記注釈表現が、第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分に関連付けられた第1のマーキングと、第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分に関連付けられた異なる第2のマーキングとを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサ装置が、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の前記変更の前記指示を含む前記ユーザ入力に応答して、前記関節界面表現を更新するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサ装置が、前記関節界面表現を使用して位置合わせインデックスを計算することと、指定された基準を満たす前記位置合わせインデックスに応答して、前記第1の表面と前記第2の表面との間の望ましい位置合わせを決定することとを行うようにさらに構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ユーザ入力モジュールが、マウス、トラックボール、もしくはタッチ画面を含む1つまたは複数のポインティングデバイスを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ユーザ入力モジュールが、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の移動もしくは回転を含む位置の前記変更の指示を受信するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ユーザ入力モジュールが、前記第1のモデルと前記第2のモデルとの間の選択を受信することと、前記選択されたモデルの、他方のモデルに対する位置の変更を受信することとを行うように構成されたユーザ入力インターフェースを含む、請求項1に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ユーザ入力インターフェースが、前記第1のモデルと前記第2のモデルとの間の保存された相対位置とともに前記第1のモデルと前記第2のモデルの両方の位置の同時変更を受信するように構成されている、請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ディスプレイモジュールが、前記関節界面表現と重ね合わせられた前記第1のモデルまたは前記第2のモデルのうちの少なくとも一方をグラフィカルに表示するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
【請求項１５】
プロテーゼ表面を標的骨表面と位置合わせする方法であって、
標的骨の第1の表面を表す第1のデータセットを含む第1のモデルを受信するステップであって、前記第1の表面が、前記標的骨の関節表面を含む、受信するステップと、
プロテーゼの第2の表面を表す第2のデータセットを含む第2のモデルを受信するステップであって、前記プロテーゼが、前記関節表面に少なくとも部分的に置き換わるように構成されている、受信するステップと、
前記第2のモデルの第2の位置に対する前記第1のモデルの第1の位置の指示を受信するステップと、
前記第2のモデルが前記第1のモデルに対して位置決めされるとき、前記第1の表面の1つまたは複数の各部分と空間的に位置ずれしている前記第2の表面の1つまたは複数の部分を示す関節界面表現を生成するステップと、
前記第1のモデル、前記第2のモデル、および前記関節界面表現のうちの1つまたは複数をディスプレイモジュールに表示するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
前記第1の位置および前記第2の位置の前記指示を受信するステップが、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の変更の指示を含むユーザ入力を受信するステップを含み、前記関節界面表現を生成するステップが、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の前記変更の前記指示を含む前記ユーザ入力に応答して、前記関節界面表現を更新するステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の前記変更の前記指示を受信するステップが、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の移動もしくは回転の指示を受信するステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1のモデル、前記第2のモデル、および前記関節界面表現のうちの1つまたは複数を表示するステップが、前記関節界面表現と重ね合わせられた前記第1のモデルまたは前記第2のモデルのうちの少なくとも一方を表示するステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１９】
前記関節界面表現を生成するステップが、第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分に関連付けられた第1の色と、第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分に関連付けられた異なる第2の色とを含む色分け表現を生成するステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項２０】
前記色分け表現を生成するステップが、第1の指定された量だけ第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分にそれぞれが関連付けられた第1の組の色と、第2の指定された量だけ第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分にそれぞれが関連付けられた第2の組の色とを生成するステップを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記色分け表現を生成するステップが、前記第1の色および前記第2の色とは異なる第3の色を生成するステップを含み、前記第3の色が、前記第1の表面の第3の部分に対して相対的な第3の指定された範囲内に配設され、かつ前記第1の表面の前記第3の部分と実質的に位置ずれしていない前記第2の表面の第3の部分に関連付けられている、請求項19に記載の方法。
【請求項２２】
前記関節界面表現を生成するステップが、第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分に関連付けられた第1のマーキングと、第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分に関連付けられた異なる第2のマーキングとを含む注釈表現を生成するステップを含む、請求項15に記載の方法。
【請求項２３】
前記関節界面表現を使用して位置合わせインデックスを計算するステップと、指定された基準を満たす前記位置合わせインデックスに応答して、前記第1の表面と前記第2の表面との間の望ましい位置合わせを決定するステップとをさらに含む、請求項15に記載の方法。
【請求項２４】
命令を含むマシン可読記憶媒体であって、前記命令は、マシンによって実行されたとき、前記マシンに、
標的骨の第1の表面を表す第1のデータセットを含む第1のモデルを受信することであって、前記第1の表面が、前記標的骨の関節表面を含む、受信することと、
プロテーゼの第2の表面を表す第2のデータセットを含む第2のモデルを受信することであって、前記プロテーゼが、前記関節表面に少なくとも部分的に置き換わるように構成されている、受信することと、
前記第2のモデルが前記第1のモデルに対して位置決めされるとき、前記第1の表面の1つまたは複数の各部分と空間的に位置ずれしている前記第2の表面の1つまたは複数の部分を示す関節界面表現を生成することと、
前記第1のモデル、前記第2のモデル、および前記関節界面表現のうちの1つまたは複数をディスプレイモジュールに表示することと
を行わせる、マシン可読記憶媒体。
【請求項２５】
前記マシンに、
前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の変更の指示を含むユーザ入力を受信することと、
前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の位置の前記変更の前記指示を含む前記ユーザ入力に応答して、前記関節界面表現を更新することと
を行わせる命令をさらに含む、請求項24に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項２６】
前記マシンに、位置の前記変更の前記指示を受信させる前記命令が、前記マシンに、前記第1のモデルおよび前記第2のモデルのうちの一方または両方の移動もしくは回転の指示を受信させることを含む、請求項25に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項２７】
前記マシンに、前記第1のモデル、前記第2のモデル、および前記関節界面表現のうちの1つまたは複数を表示させる前記命令が、前記マシンに、前記関節界面表現と重ね合わせられた前記第1のモデルまたは前記第2のモデルのうちの少なくとも一方を表示させることを含む、請求項24に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項２８】
前記マシンに、前記関節界面表現を生成させる前記命令が、前記マシンに、第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分に関連付けられた第1の色と、第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分に関連付けられた異なる第2の色とを含む色分け表現を生成させることを含む、請求項24に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項２９】
前記マシンに、前記色分け表現を生成させる前記命令が、前記マシンに、第1の指定された量だけ第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分にそれぞれが関連付けられた第1の組の色と、第2の指定された量だけ第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分にそれぞれが関連付けられた第2の組の色とを生成させることを含む、請求項28に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項３０】
前記マシンに、前記色分け表現を生成させる前記命令が、前記マシンに、前記第1の色および前記第2の色とは異なる第3の色を生成させることを含み、前記第3の色が、前記第1の表面の第3の部分に対して相対的な第3の指定された範囲内に配設され、かつ前記第1の表面の前記第3の部分と実質的に位置ずれしていない前記第2の表面の第3の部分に関連付けられている、請求項28に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項３１】
前記マシンに、前記関節界面表現を生成させる前記命令が、前記マシンに、第1の方向において前記第1の表面の第1の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第1の部分に関連付けられた第1のマーキングと、第2の方向において前記第1の表面の第2の部分と位置ずれしている前記第2の表面の第2の部分に関連付けられた異なる第2のマーキングとを含む注釈表現を生成させることを含む、請求項24に記載のマシン可読記憶媒体。
【請求項３２】
前記マシンに、前記関節界面表現を使用して位置合わせインデックスを計算することと、指定された基準を満たす前記位置合わせインデックスに応答して、前記第1の表面と前記第2の表面との間の望ましい位置合わせを決定することとを行わせる命令をさらに含む、請求項24に記載のマシン可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている2014年3月5日に出願された米国特許仮出願第61/948,102号の優先権の便益を主張するものである。
【０００２】
本願は、一般に、コンピュータ支援による整形外科手術に関し、より詳細には、骨表面上へのコンピュータ支援によるプロテーゼの位置合わせおよび位置決めのためのシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
整形外科手術を支援するためにコンピュータ、ロボット工学、およびイメージングを用いることは、当技術分野においてはよく知られている。手術手技を誘導するのに使用されるコンピュータ支援によるナビゲーションおよびロボット工学システムの研究と開発が多くなされている。たとえば、精密なフリーハンドスカルプタ(sculptor)は、ロボット手術システムを用いて、骨を所望の形状に正確に切断する際に外科医の助けとなる。股関節全置換術などの治療介入においては、手術の正確性および信頼性を向上させるために、コンピュータ支援による手術技法が使用されている。画像によって誘導される整形外科手術はまた、骨折における変位した骨片の正しい解剖学的位置を予めプラニングし、誘導する際に有用であることが見出されており、それにより、骨接合術による優れた固定が可能になる
【０００４】
股関節または膝などの機能不全の関節には、関節炎、阻血性壊死、または他の消耗性の病的状態の事例において、外科的治療が必要な場合がある。関節面再建形成術は、関節置換手技であり、ここでは、関節表面など、関節組織の一部分が、面再建プロテーゼと置き換えられる。関節面再建形成術は、特定の患者、具体的には、相対的に強い骨を有する、より若く、活動的な患者において、膝置換術または股関節全置換術などの従来の関節全置換術に対する実行可能な代替案であることが見出されている。一例として、股関節面再建形成術は、寛骨臼の中の摩耗した軟骨および損傷した骨組織を、寛骨臼の中のカップ形状のプロテーゼライナ(liner)と置き換えるものである。大腿骨頭は、切取りおよび再成形可能であり、大腿骨プロテーゼキャップが、切り取られた大腿骨頭に恒久的に取付け可能である。次いで、プロテーゼがかぶせられた(capped)大腿骨頭、および寛骨臼カップは、股関節の機能を回復させるために再結合され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
関節面再建構成部品の適正な位置決めは、関節面再建形成術などのプロテーゼ移植手技の予後にとって極めて重要なものとなり得る。股関節面再建形成術においては、寛骨臼カップは、寛骨臼カップが、面再建された寛骨臼の中に圧力嵌めされる前に、面再建された寛骨臼の上に適正に位置決めされ、位置合わせされている必要がある。同様に、大腿骨キャップは、大腿骨キャップが、切り取られた大腿骨頭の中にセメント接合され得る前に、切り取られた受入れ(host)大腿骨頭と適正に位置合わせされていなくてはならない。面再建構成部品を各受入れ骨上と適正に位置合わせし、位置決めすることにより、関節動作の望ましい範囲および柔軟性が可能になる。しかしながら、プロテーゼ構成部品の位置決め不良は、結果的に、数多くの合併症の中でも特に、プロテーゼの衝突、脱臼率の増加、摩耗、および不具合をもたらす可能性がある。具体的には、股関節面再建の寛骨臼構成部品に対する大腿骨頸部の衝突は、結果的に、大腿骨頸部骨折および寛骨臼構成部品の緩みをもたらしかねない。
【０００６】
面再建された標的受入れ骨上にプロテーゼを位置決めするには、通常、外科医は、プロテーゼ構成部品および標的骨の形状、向き、および相対位置を心の中でマッピングし、比較する必要がある。コンピュータ支援によるツールは、標的骨に接するようにより良くプロテーゼ構成部品を位置合わせする際に外科医を助けるために使用され得る。しかしながら、これらの方法およびツールは、操作することが困難な可能性があり、信頼性および確実性がないことがある。たとえば、一部の手術エリアは、低侵襲手術および関節鏡視下技法中に特に、見えにくくアクセスしにくい場合がある。プロテーゼ構成部品上のおよび/または受入れ標的骨上の位置ずれ領域の識別は、手術エリア内の周辺組織の干渉により、問題をはらみ、精密でない場合がある。標的骨に対するプロテーゼの正確な位置および向きの決定および可視化は、実際に困難である場合がある。そのため、本発明者らは、プロテーゼを標的骨の上に信頼性をもって位置決めする際に、正確性および一貫性を向上させて、外科医を助けることができるシステムと方法が依然として相当に求められていることを認識している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に説明される様々な実施形態は、受入れ大腿骨または寛骨臼などの標的骨上に、面再建構成部品などのプロテーゼを位置決めする際の正確性および信頼性を向上させることに役立つことができる。本システムおよび方法は、ロボット手術器具内に一体化される、またはロボット手術器具と併せて使用されるとき、整形外科手技を経験する患者予後を向上させることができる。たとえば、プロテーゼ位置決め/位置合わせシステムは、プロセッサ装置およびユーザインターフェース装置を含むことができる。プロセッサ装置は、標的骨表面を表す第1のデータセットを含む標的骨モデル、およびプロテーゼ(prosthesis)表面を表す第2のデータセットを含むプロテーゼモデルを受信することができる。プロテーゼは、標的骨の関節表面に少なくとも部分的に置き換わるように構成されている。標的骨表面表現(target bone surface representation)およびプロテーゼ表面表現(prosthesis surface representation)を使用すると、プロセッサ装置は、プロテーゼモデルが標的骨モデルに対して位置決めされるとき、プロテーゼ表面の1つまたは複数の部分と標的骨表面の1つまたは複数の部分との間の空間的位置ずれを示す関節界面表現(articulation interface representation)を生成することができる。ユーザインターフェースは、標的骨モデルまたはプロテーゼモデルの位置の変更の指示を受信するユーザ入力モジュールを含むことができる。ユーザインターフェースはまた、標的骨モデル、プロテーゼモデル、および関節界面表現のうちの1つまたは複数を表示することができるディスプレイモジュールも含む。
【０００８】
プロテーゼ表面を標的骨表面と位置合わせするための方法実施形態は、標的骨表面を表すデータセットを含む標的骨モデル、プロテーゼ表面を表すデータセットを含むプロテーゼモデル、およびプロテーゼモデルの位置に対して相対的な標的骨モデルの位置の指示を受信する動作を含むことができる。方法はまた、2つのモデルが特定の場所および向きで互いに対して位置決めされるとき、標的骨表面の1つまたは複数の部分と空間的に位置ずれしているプロテーゼ表面の1つまたは複数の部分を示す関節界面表現を生成するステップも含む。標的骨モデル、プロテーゼモデル、および関節界面表現のうちの1つまたは複数は、ディスプレイモジュールに表示されて、外科医などのシステムユーザにフィードバックを提供すること、およびプロテーゼを標的骨において適正に位置決めする際にシステムユーザを助けることができる。
【０００９】
本願のマシン可読記憶媒体実施形態は、命令を含むことができ、この命令は、マシンによって実行されたとき、マシンに、標的骨表面を表す第1のデータセットを含む標的骨モデル、プロテーゼ表面を表す第2のデータセットを含むプロテーゼモデル、およびプロテーゼモデルの位置に対して相対的な標的骨モデルの位置の指示を受信させる。マシンには、2つのモデルが特定の位置および向きで互いに対して位置決めされるとき、標的骨表面の1つまたは複数の各部分と空間的に位置ずれしているプロテーゼ表面の1つまたは複数の部分を示す関節界面表現を生成させることができる。命令はまた、マシンに、標的骨モデル、プロテーゼモデル、および関節界面表現のうちの1つまたは複数をディスプレイモジュールに表示させて、システムユーザにフィードバックを提供することもできる。
【００１０】
この「発明の概要」は、本願の教示のうちの一部の概説であり、本主題の排他的または包括的な扱いであることを意図するものではない。本主題についてのさらなる詳細は、詳細な説明および添付の特許請求の範囲の中に見出される。本発明の他の態様は、以下の詳細な説明を読み、理解し、その一部を成す図面を見ると、当業者には明らかになるが、そのそれぞれは、限定的な意味において解釈すべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的な均等物によって定義される。
【００１１】
様々な実施形態は、添付の図面の図の中の例として示されている。そのような実施形態は、例証であり、本主題の包括的または排他的な実施形態であることを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プロテーゼ位置合わせ/位置決めシステムの一例を示すブロック略図である。
【図２】プロテーゼ位置合わせ/位置決めシステムの中の関節界面生成器の一例を示すブロック略図である。
【図３Ａ】プロテーゼの、ある位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図３Ｂ】プロテーゼの、ある位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図３Ｃ】プロテーゼの、ある位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図３Ｄ】プロテーゼの、ある位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図４Ａ】プロテーゼの別の位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図４Ｂ】プロテーゼの別の位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図４Ｃ】プロテーゼの別の位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図４Ｄ】プロテーゼの別の位置における大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現の一例を示す図である。
【図５】プロテーゼ表面を標的骨表面と位置合わせするための方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】関節界面表現を生成するための方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】コンピュータシステムに、プロテーゼ位置合わせを行わせるための命令がその中で実行可能であるコンピュータシステムの一例を示すブロック略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
標的骨上へのコンピュータ支援によるプロテーゼ構成部品の位置決めおよび位置合わせのためのシステム、デバイス、ならびに方法が、本明細書において開示される。本明細書において説明される様々な実施形態は、たとえば整形外科移植手術など、骨形成術プラニングにおける有効性および信頼性を向上させるのに役立つことができる。本明細書において説明される方法およびデバイスはまた、様々な他の条件の下、病的骨の手術のプラニングにも適用できる可能性がある。
【００１４】
図1は、標的骨において整形外科手術に使用するためのプロテーゼ位置合わせシステム100の一例を示すブロック略図である。システム100は、プロセッサ装置110およびユーザインターフェース装置120を含む。システム100は、プロテーゼ構成部品を受け入れるように成形された、プロテーゼ構成部品と標的骨との間の関節界面の表現を生成し、システムユーザに提示するように構成可能である。システム100はまた、プロテーゼと標的骨との間の位置合わせの度合いを含む情報をシステムユーザに提供することができる。
【００１５】
プロセッサ装置110は、ユーザ入力受信器111、モデル受信器モジュール112、関節界面生成器113、および位置合わせインデックス計算器114を含むことができる。ユーザ入力受信器111は、標的骨表面を表す第1のデータセットなどの標的骨モデルを受信することができる。標的骨表面は、寛骨臼表面、大腿骨の近位端もしくは遠位端の表面、脛骨の近位端もしくは遠位端の表面、または人体の中の任意の他の骨の表面など、標的骨の関節表面とすることができる。標的骨モデルは、標的骨の医用画像、点群、パラメトリックモデル、または他の形態学的記述(morphological description)を含むことができる。医用画像は、二次元(2D)、または三次元(3D)の画像を含むことができる。医用画像の例には、X線、超音波画像、コンピュータ断層撮影(CT)スキャン、磁気共鳴(MR)画像、ポジトロン放出断層撮影(PET)画像、単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)画像、または関節造影写真が挙げられる。標的骨モデルは、標的骨表面の形状データ、外観データ、または他の形態学的特性を表すデータを含むことができる。形状データは、3D画像オブジェクトのランドマーク、表面、境界などの骨の幾何学的特性を含むことができる。外観データは、骨の幾何学的特性と強度情報の両方を含むことができる。
【００１６】
ユーザ入力受信器111は、標的骨モデルを受信するために、たとえばユーザ入力モジュール121を介して、ユーザインターフェース装置120に結合され得る。ユーザ入力モジュール121は、患者のデータベースから標的骨モデルを受信することができる。ユーザ入力モジュール121は、代替として、システム100内の、またはシステム100の外部のイメージングシステムもしくは他の画像取得モジュールに結合可能である。イメージングシステムまたは画像取得モジュールは、ユーザ入力モジュール121を介してシステム100に標的骨モデル(たとえば、1つまたは複数の画像もしくは点群)を送ることができる。
【００１７】
モデル受信器モジュール112は、プロテーゼ表面を表す第2のデータセットなどのプロテーゼモデルを受信することができる。プロテーゼは、プロテーゼ表面が関節表面と位置合わせされるとき、標的骨の関節表面に少なくとも部分的に置き換わるように構成されている。プロテーゼモデルは、プロテーゼ表面の形状または外観などの情報を含むことができる。プロテーゼモデルは、パラメトリックモデル、統計学的モデル、形状ベースのモデル、容量モデル(volumetric model)、弾性モデル、幾何学的脊椎モデル、または有限要素モデルの形態であってよい。いくつかの実施形態においては、ユーザ入力モジュール121から受信された標的骨モデルは、モデル受信器モジュール112から受信されたプロテーゼモデルと比較可能なデータの形式または様式を有する。たとえば、ユーザ入力モジュール121は、大腿骨頭の表面の医用画像などの3Dグラフィカル表現を受信する。したがって、モデル受信器モジュール112は、プロテーゼ表面のコンピュータシミュレーションによる画像などの3Dグラフィカル表現を受信する。
【００１８】
モデル受信器モジュール112およびユーザ入力受信器111に結合された関節界面生成器113は、標的骨表面表現とプロテーゼ表面表現の両方を使用して、関節界面表現を生成するように構成されている。関節界面表現は、2つのモデルが指定された位置で互いに対して位置決めされるとき、標的骨表面の1つまたは複数の部分と空間的に位置ずれしているプロテーゼ表面の1つまたは複数の部分を示すことができる。関節界面表現は、色分け表現(color-coded representation)、注釈表現(annotative representation)、もしくは他の形式の表現、または2つ以上の異なる表現のオーバレイを含むことができる。関節界面表現は、外科医などのシステムユーザにフィードバックを提供し、プロテーゼを標的骨において適正に位置決めする際にシステムユーザを助ける。関節界面生成器113の例については、たとえば図2を参照して後述する。
【００１９】
位置合わせインデックス計算器114は、関節界面表現を使用して、位置合わせインデックスを計算するように構成可能である。位置合わせインデックスは、標的骨表面とプロテーゼ表面との間の全体的な不一致の測度とすることができる。一例においては、Lは、すべてのセグメント間の二乗領域類似性測度和(sum of squared regional similarity measures)の平方根、つまり、
【００２０】
【数１】
2017511726.tif 000003
【００２１】
として計算可能である。位置合わせインデックスはまた、関節界面表現の様々な領域間の統計学的な不一致測定値も含むことができる。たとえば、位置合わせインデックスは、標的骨表面およびプロテーゼ表面の複数の領域間の不一致の最大値、最小値、平均値、中央値、範囲、ヒストグラム、または空間的分布を含むことができる。位置合わせインデックス計算器114は、位置合わせインデックスが、指定された基準を満たすとき、プロテーゼ表面と標的骨表面との間の望ましい位置合わせが達成されたことをさらに決定することができる。
【００２２】
ユーザインターフェース装置120は、ユーザ入力モジュール121およびディスプレイモジュール122を含むことができる。上述したように、ユーザ入力モジュール121は、標的骨表面の表現を含む標的骨モデルを受信し、その標的骨モデルをユーザ入力受信器111を通してプロセッサ装置110に提供することができる。ユーザ入力モジュール121は、標的骨モデルを生成する、または記憶するための外部モジュールに通信可能に結合され得る。
【００２３】
ユーザ入力モジュール121は、ユーザインターフェース装置120に接続される、マウス、トラックボール、またはタッチ画面などの1つまたは複数のポインティングデバイスを含むことができる。ポインティングデバイスは、システムユーザが、システム100にユーザコマンドを発行することを可能にする。たとえば、ユーザ入力モジュール121は、標的骨モデルの1つまたは複数のプロパティ、あるいはプロテーゼモデルの1つまたは複数のプロパティを選択的に修正するユーザコマンドを受信することができる。ユーザコマンドの例には、標的骨モデルもしくはプロテーゼモデルのうちの一方または両方にわたって移動させる、回転させる、反転させる、拡大縮小させる、伸張させる、収縮させる、または任意の他の操作もしくは操作の組合せを実行することが挙げられる。ユーザコマンドはまた、標的骨モデル、プロテーゼモデル、もしくは関節界面表現の複数の指定された角度のビューまたは投影も含むことができる。ユーザコマンドはさらに、標的骨モデルおよびプロテーゼモデルのどちらかまたは両方の選択、選択解除、位置の変更、あるいは向きの変更を含むことができる。一例においては、一方のモデルのみ(標的骨モデルまたはプロテーゼモデルのどちらか)が選択され、再位置決めされるとき、ユーザ入力モジュール121は、選択されたモデルの、他方のモデルに対して相対的な位置の変更を受信することができる。別の例においては、標的骨モデルとプロテーゼモデルの両方が選択される場合、ユーザ入力モジュール121は、2つのモデル間の保存された相対位置とともに両方のモデルの位置の同時変更を受信することができる。ユーザコマンドに応答して、プロセッサ装置110は、標的骨モデル表現、プロテーゼモデル表現、または関節界面表現を更新することができる。一例においては、関節界面生成器113は、標的骨表面表現とプロテーゼ表面表現との間の相対位置または向きの変更がある場合、関節界面表現を再生成することができる。別の例においては、関節界面生成器113は、モデルを移動させる、もしくは回転させる、または異なる指定された角度からモデルを投影するユーザコマンドに応答して、関節界面表現の空間的変換を実行することができる。
【００２４】
いくつかの例においては、ユーザ入力モジュール121は、標的骨モデル、プロテーゼモデル、または関節界面表現の画像シーケンスをアニメーション化するコマンドを受信することができる。アニメーションのコマンドは、モデルのうちの一方または両方の動きの速さ(たとえば、フレームレート)、方向、および効果を調節するパラメータを含むことができる。アニメーションは、一方のモデル(たとえば、標的骨モデル)の、他方のモデル(たとえば、プロテーゼモデル)に対する相対的な位置または向きを示すことができる。
【００２５】
ユーザ入力モジュール121およびプロセッサ装置110に結合されたディスプレイモジュール122は、標的骨モデル、プロテーゼモデル、および関節界面表現を表示するように構成可能である。一例においては、ディスプレイモジュール122は、標的骨モデル、プロテーゼモデルのうちの一方または両方と重ね合わせられた関節界面表現を生成することができる。ディスプレイモジュール122の例については、たとえば図3A〜図3Dおよび図4A〜図4Dを参照して後述する。
【００２６】
図2は、関節界面生成器113の一例を示すブロック略図である。関節界面生成器113は、位置ずれ計算器210および関節界面表現生成器220を含むことができる。ユーザ入力受信器111およびモデル受信器モジュール112に結合された位置ずれ計算器210は、プロテーゼモデルが、指定された位置で標的骨モデルに対して位置決めされるとき、標的骨表面表現(X)とプロテーゼ表面表現(Y)との間の領域位置ずれ測度(Δ)を計算することができる。
【００２７】
位置ずれ計算器210は、セグメント化モジュール211および領域類似性計算モジュール212を含むことができる。セグメント化モジュール211は、標的骨表面表現(X)を複数のセグメント{X(i)}(i=1、2、…、N)に分割することができる。同様に、セグメント化モジュール211は、プロテーゼ表面表現(Y)を複数のセグメント{Y(i)}(i=1、2、…、N)に分割することができる。セグメントX(i)とY(i)との間の対応は、それらの各表面表現におけるそれらの類似する場所または形態に基づいて確立され得る。
【００２８】
セグメント{X(i)}および{Y(i)}は、標的骨表面またはプロテーゼ表面の解剖学的もしくは形態学的な構造に関係なく、所定のサイズおよび形状により作成可能である。標的骨モデル(X)およびプロテーゼモデル(Y)が、デジタル画像によってそれぞれ表される例においては、セグメントは、各デジタル画像の指定された数の画素を含むようにサイズ決めされ得る。セグメントのサイズは、2つの表面表現XとYとの間の位置ずれの空間的分解能を決定することができる。セグメントが小さければ小さいほど、表面表現XまたはYにおいて作成されるセグメントは多くなり、そのため、XとYとの間の位置ずれの空間的分解能はより精細になる。いくつかの例においては、セグメント{X(i)}および{Y(i)}は、標的骨表面Xまたはプロテーゼ表面Yの解剖学的または形態学的構造を含む情報を使用して作成可能である。こうして作成されたセグメントは、非均一なサイズまたは形状を有することができ、そのため、位置ずれは、同様に、非均一な空間的位置ずれの非均一な空間的分解能を有することができる。
【００２９】
領域類似性計算モジュール212は、領域類似性測度D(X(i), Y(i))を計算することができる。D(X(i), Y(i))は、セグメントX(i)とY(i)との間の形状、形態、または立体形状における領域位置ずれの定量的測度である。D(X(i), Y(i))は、セグメントX(i)およびY(i)から抽出されたフィーチャを使用して計算され得る。フィーチャの例には、座標系の座標などの場所、向き、曲率、輪郭、形状、面積、体積、または他の幾何学的もしくは容量的パラメータを挙げることができる。フィーチャはまた、1つまたは複数の強度ベースのパラメータを含むことができる。フィーチャは、空間ドメイン、周波数ドメイン、または空間周波数ドメインにおいて抽出され得る。様々な例においては、フィーチャは、平均値、中央値、最頻値、変動値、共分散値、および他の二次以上の高次統計値など、幾何学的パラメータまたは強度ベースのパラメータから導出された統計学的測定値を含むことができる。
【００３０】
フィーチャまたはフィーチャを表す(イメージング様式、または画像タイプなどの)データ形式のタイプに応じて、異なる領域類似性測度D(X(i), Y(i))が使用可能である。一例においては、抽出されたフィーチャは、共通の座標系における座標X(i)およびY(i)である。領域類似性測度D(X(i), Y(i))は、ノルム付きベクトル空間(normed vector space)におけるL1ノルム、L2ノルム(ユークリッド距離)、無限大ノルム、または他の距離測定値のうちの1つとして計算され得る。領域類似性測度D(X(i), Y(i))はまた、座標系の中の特定の方向に沿うX(i)とY(i)との間の符号付き距離として計算され得る。D(X(i), Y(i))の符号は、X(i)に対するY(i)の相対位置を示すことができる。たとえば、Y(i)が少なくとも指定された量だけX(i)の上にある場合、距離は正であり、またはY(i)が少なくとも指定された量だけX(i)の下にある場合、距離は負である。いくつかの例においては、抽出されたフィーチャは、強度ベースのフィーチャであり、類似性測度D(X(i), Y(i))は、相関係数、相互情報、または画像均一比(ratio image uniformity)として計算され得る。
【００３１】
関節界面表現生成器220は、領域類似性測度D(X(i), Y(i))を使用して、関節界面表現(S)を生成することができる。関節界面表現(S)は、サイズが標的骨表面のサイズもしくはプロテーゼ表面のサイズと比較可能なコンピュータ生成による2Dまたは3D画像とすることができる。関節界面表現(S)は、標的骨表面およびプロテーゼ表面のセグメント化に類似する方式でセグメント化され得る。たとえば、関節界面表現(S)は、i=1、2、…、Nに関して複数のセグメント{S(i)}にセグメント化可能であり、ただし、セグメントS(i)は、標的骨表面表現のセグメントX(i)およびプロテーゼ表面表現のセグメントY(i)に対応する。
【００３２】
関節界面表現(S)は、色分け表現221もしくは注釈表現222のどちらか一方、またはそれらの組合せとすることができる。色分け表現221においては、指定された色C(i)は、たとえばD(X(i), Y(i))が、指定された閾値を超える、または指定された範囲内に入るとき、類似性測度D(X(i), Y(i))に従って関節界面表現のセグメントS(i)にレンダリング可能である。1つの実施形態においては、色分け表現221は、少なくとも第1の色Caおよび異なる第2の色Cbを含むことができる。一例においては、CaおよびCbは、緑および赤など、色相が異なる2つの色とすることができる。色Caは、プロテーゼ表面の部分と標的骨表面の対応する部分との間の第1の方向における位置ずれを指示するために使用可能である。色Cbは、プロテーゼ表面の部分と標的骨表面の対応する部分との間の異なる第2の方向における位置ずれを指示するために使用可能である。類似性測度D(X(i), Y(i))が座標系における特定の方向に沿うX(i)とY(i)との間の符号付き距離として計算される例においては、プロテーゼ表面のセグメントY(i)が、少なくとも指定された量だけ標的骨表面の対応するセグメントX(i)の上にあることを示す、D(X(i), Y(i))が正である場合、Caは、セグメントS(i)にレンダリングされ、プロテーゼ表面のセグメントY(j)が、少なくとも指定された量だけ標的骨表面の対応するセグメントX(j)の下にあることを示す、D(X(j), Y(j))が負である場合、Cbは、セグメントS(j)にレンダリングされる。
【００３３】
色分け表現221は、追加として、色相がCaまたはCbと異なる色など、第1の色Caおよび第2の色Cbとは異なる第3の色C0を含むことができる。C0は、プロテーゼ表面のセグメントY(k)が、標的骨表面のセグメントX(k)に対して相対的な指定された範囲内にあり、かつそのセグメントX(k)と実質的に位置ずれしていない場合、関節界面表現のセグメントS(k)にレンダリング可能である。たとえば、||D(X(k), Y(k))||が、指定された閾値よりも小さいとき、セグメントX(k)およびY(k)は、実質的に互いと位置合わせされていると見なされ、色C0は、関節界面セグメントS(k)に適用され得る。
【００３４】
別の例においては、色分け表現221は、第1の組の色{Ca1、Ca2、…、CaP}、および異なる第2の組の色{Cb1、Cb2、…、CbQ}を含むことができる。第1の組{Ca1、Ca2、…、CaP}は、色相などのいくつかの容易に識別できる特性によって、第2の組{Cb1、Cb2、…、CbQ}とは異なっていることできる。1つの組の中での色は、色相が同じであるなど、共通の、かつ容易に識別できる特性を共有するが、彩度または輝度などの少なくとも1つの色パラメータにおいて互いとは異なっていることができる。一例においては、第1の組は、彩度または輝度が異なる緑色{G1、G2、…、GQ}を含み、第2の組は、彩度または輝度が異なる赤色{R1、R2、…、RP}を含む。
【００３５】
色の組における複数の色は、特定の方向における様々な度合いの位置ずれを差別化するために使用可能である。Capなど、第1の組の色のそれぞれは、Y(i)が、指定された量だけ第1の方向においてX(i)と位置ずれしていることを示している。同様に、Cbqなど、第2の組の色のそれぞれは、Y(i)が、指定された量だけ第2の方向においてX(i)と位置ずれしていることを示している。位置ずれの度合いは、D(X(i), Y(i))の大きさ、つまり、||D(X(i), Y(i))||によって表すことができる。D(X(i), Y(i))が正であり、かつ||D(X(i), Y(i))||が第1の指定された範囲内にある場合、色Capが、セグメントS(i)にレンダリングされる。同様に、D(X(j), Y(j))が負であり、かつ||D(X(i), Y(i))||が第2の指定された範囲内にある場合、色Cbqが、セグメントS(j)にレンダリングされる。
【００３６】
注釈表現222においては、指定された注釈A(i)が、類似性測度D(X(i), Y(i))に従って関節界面表現のセグメントS(i)に適用可能である。A(i)は、符号、ラベル、線、テキスト、もしくは任意の他のマーキングを含む異なる形態のうちの1つまたはそれらの組合せとすることができる。一例においては、関節界面表現の中の領域では、第1の注釈Aaは、プロテーゼ表面の部分が第1の方向において標的骨表面の対応する部分と位置ずれしている場合にその中に適用可能であり、または第2の異なる注釈Abは、プロテーゼ表面の部分が第2の方向において標的骨表面の対応する部分と位置ずれしている場合に適用可能である。たとえば、色分け表現211と同様に、類似性測度D(X(i), Y(i))が、座標系における特定の方向に沿うX(i)とY(i)との間の符号付き距離として計算される場合には、プロテーゼ表面Y(i)が少なくとも指定された量だけ標的骨表面の対応するセグメントX(i)の上にあることを示す、D(X(i), Y(i))が正である場合、Aaが、セグメントS(i)に適用可能である。プロテーゼ表面Y(j)が標的骨表面の対応するセグメントX(j)の下にあることを示す、D(X(j), Y(j))が負である場合、Abが、セグメントS(j)に適用可能である。色の組と同様に、注釈表現222は、特定の方向における様々な度合いの位置ずれを差別化するために、第1の組の注釈{Aa1、Aa2、…、AaP}、および異なる第2の組の注釈{Ab1、Ab2、…、AbQ}を含むことができる。第1の組{Aa1、Aa2、…、AaP}は、ラベルまたは符号などのいくつかの容易に識別できる特性によって、第2の組{Ab1、Ab2、…、AbQ}とは異なっていることができる。
【００３７】
1つの組の中での注釈は、ラベルまたは符号が同じ(たとえば、「+」ラベル)であるなど、共通の、かつ容易に識別できる特性を共有するが、ラベルのフォント、サイズ、または重みなどの少なくとも1つの特性において互いとは異なっていることができる。注釈は、第1の組または第2の組から選択され、D(X(i), Y(i))に従ってセグメントS(i)に適用され得る。たとえば、注釈Aap(たとえば、サイズ10「+」ラベル)は、D(X(i), Y(i))が正であり、かつ||D(X(i), Y(i))||が指定された範囲内にある場合、セグメントS(i)にレンダリング可能である。同様に、異なる注釈Abq(たとえば、サイズ8「-」ラベル)は、D(X(j), Y(j))が負であり、かつ||D(X(i), Y(i))||が指定された範囲内にある場合、セグメントS(j)にレンダリング可能である。同じ注釈は、セグメントS(i)の全領域、またはS(i)とその隣接セグメントとの間のS(i)のボーダなど、S(i)の部分領域に適用可能である。いくつかの例においては、注釈は、正の位置ずれ(すなわち、プロテーゼ表面が、標的骨表面の上にある)の領域と、負の位置ずれ(すなわち、プロテーゼ表面が、標的骨表面の下にある)の隣接領域との間のボーダなど、位置ずれの方向が相異なる領域間のボーダに適用される。
【００３８】
様々な例においては、セグメントS(i)は、色分け表現221と注釈表現222との混合がレンダリング可能である。たとえば、セグメントS(i)は、S(i)のボーダに注釈的マーキング「+」を付した緑とすることができる。別の例においては、セグメントS(i)は、S(i)の全体に緑色をしたラベル「+」で埋めることができる。
【００３９】
関節界面表現生成器220が、図2の中に例示されている色分け表現221および注釈表現222のうちの一方または両方を含むように示されているが、他の視覚的表現も、セグメントY(i)とX(i)との間の様々な空間的関係を差別化する目的として、関節界面表現の中に含まれてもよい。たとえば、色分け表現221は、パターン、テクスチャ、または色合い、エッジ強調、電光、もしくは勾配などの効果により増補あるいは置換され得る。
【００４０】
図3A〜図3Dは、プロテーゼモデル320が第1の位置で遠位大腿骨モデル310に対して位置決めされるとき、大腿骨表面とプロテーゼ表面との間の関節界面表現350の例を示している。遠位大腿骨モデル310は、大腿骨表面表現312を含み、プロテーゼモデル320は、プロテーゼ表面表現322を含む。モデル310および320、表面表現312および322、ならびに関節界面表現350は、手術前および手術中、ならびにプロテーゼ配置前およびプロテーゼ配置中に生成され、たとえばプロテーゼ位置合わせシステム100または本願の中に論じられるその様々な実施形態を使用することによってモニタに表示され得る。
【００４１】
図3Aは、2つのモデルが互いに対して位置決めされるとき、大腿骨モデル310に対して相対的なプロテーゼモデル320の位置および向きを例示している。大腿骨モデル310および大腿骨表面表現312はそれぞれ、遠位大腿骨もしくは大腿骨表面それぞれの形状データ、外観データ、または他の形態学的特性を表すデータのデータセットを含む。形状データは、三次元画像オブジェクトのランドマーク、表面、境界などの幾何学的特性を含むことができる。外観データは、幾何学的特性と強度情報の両方を含むことができる。
【００４２】
プロテーゼモデル320およびプロテーゼ表面表現322はそれぞれ、遠位大腿骨モデル310および大腿骨表面表現312と比較可能なデータの形式または様式を有するデータセットデータを含む。図3Aの中に例示されているように、大腿骨モデル310および大腿骨表面表現312は、遠位大腿骨および大腿骨表面のコンピュータでシミュレーションされた2D輪郭モデルとして表される。同様に、プロテーゼモデル320およびプロテーゼ表面表現322は、コンピュータシミュレーションによる2D輪郭モデルとして表される。
【００４３】
大腿骨モデル310に対して相対的なプロテーゼモデル320の位置、または大腿骨表面表現312に対して相対的なプロテーゼ表面表現322の位置は、屈曲角度または伸展角度を使用して説明され得る。より広い角度は、プロテーゼ表面表現322の様々な部分と、大腿骨表面表現312の対応する部分との間のより高い度合いの位置ずれを示す。図3Aの中に例示されているように、3つの位置ずれ領域、すなわち、プロテーゼ表面表現の部分322Aが大腿骨表面表現の対応する部分312Aの上にある、または「外側に」ある領域340Aと、プロテーゼ表面表現の部分322Bが大腿骨表面表現の対応する部分312Bの下にある、または「内側に」ある領域340Bと、プロテーゼ表面表現の部分322Cが、大腿骨表面表現の部分312Cと実質的に位置合わせされている、または「適合している」領域340Cとが識別可能である。
【００４４】
図3B〜図3Dは、遠位大腿骨モデル310、遠位大腿骨モデル310に対して位置決めされたプロテーゼモデル320、およびプロテーゼモデル320にわたって配設された関節界面表現350の異なる角度のビューを例示している。具体的には、図3Bは、上面ビューを例示し、図3Cは、側面ビューを例示し、図3Dは、指定された角度におけるビューを例示している。図3B〜図3Dの中に例示されているように、関節界面表現350は、プロテーゼ表面表現322の様々な部分と大腿骨表面表現312の対応する部分との間の3つのタイプの相対位置を表すために3つの基調色を含む色分け表現である。代替として、関節界面表現350は、白黒またはグレースケール表現とすることができる。グレースケール表現においては、様々な色合いのグレーが、関節界面表現を示すために使用されることになる。
【００４５】
図3B〜図3Dは、見やすくするためにグレースケールにおいて示されている。領域340Aに対応して、第1の色は、プロテーゼ表面表現の部分322Aが大腿骨表面表現の対応する部分312Aの上にある、または「外側に」あることを示すために、領域354にレンダリングされる。図3B〜図3Dの中に示されているように、第1の色は、濃い色合いパターンを含むことができる。別の例においては、第1の色は、緑を含むことができる。領域340Bに対応して、第2の色は、プロテーゼ表面表現の部分322Bが大腿骨表面表現の対応する部分312Bの下にある、または「内側に」あることを示すために、領域352にレンダリングされる。図3B〜図3Dの中に示されているように、第2の色は、斑点付きパターンを含むことができる。別の例においては、第2の色は、赤を含むことができる。領域340Cに対応して、第3の色は、プロテーゼ表面表現の部分322Cが大腿骨表面表現の対応する部分312Cと実質的に位置合わせされていることを示すために、領域356にレンダリングされる。図3B〜図3Dの中に示されているように、第3の色は、ドット付きパターンを含むことができる。別の例においては、第3の色は、グレーを含むことができる。さらなる別の例においては、相異なる色、色合い、テクスチャ表現、グレー、または白黒の色付けなどが、相異なる領域を表すために使用され得る。
【００４６】
352、354、または356などの特定の色付けされた領域では、その領域にレンダリングされた基調色の変化は、座標系における特定の方向に沿う関節表面の部分と大腿骨表面の部分との間の距離などの領域類似性における変化を差別化するために、色付けされた領域内の準領域に適用可能である。たとえば、図3Aの中に例示されているように、領域340Aの範囲内で、異なる準領域での322Aと312Aとの間の距離は、変動する。したがって、図3B〜図3Dの中に示されているように、彩度がより高く、または輝度がより低い(たとえば、より暗い)第1の色は、322Aと312Aとの間の非類似性または距離が他のエリア354よりも大きい領域354の準領域にレンダリング可能である。
【００４７】
関節界面表現350は、プロテーゼ表面表現322の様々な部分と大腿骨表面表現312の対応する部分との間の3つのタイプの相対位置を表す3つの注釈を含む。図3B〜図3Dに例示されているように、3つの注釈付き領域352、354、および356は、プロテーゼ表面表現が、大腿骨表面表現の対応する部分の下にある、上にある、またはその対応する部分と実質的に位置合わせされていることをそれぞれ示す。
【００４８】
図4A〜図4Dは、プロテーゼモデル320が、図3A〜図3Dの中に示されている第1の位置とは異なる第2の位置で遠位大腿骨モデル310に対して位置決めされるとき、大腿骨表面312とプロテーゼ表面322との間の関節界面表現450の例を示している。図3A〜図3Dの中に示されている位置から図4A〜図4Dの中に示されている異なる位置への変更は、たとえばユーザ入力モジュール121を介して、ユーザコマンドを処理することによって達成され得る。ユーザコマンドはまた、標的骨モデル310およびプロテーゼモデル320のうちの一方または両方にわたって、選択的に、拡大縮小させる、移動させる、回転させる、あるいは操作の任意の組合せを実行することができる。
【００４９】
図3Aの中のものと比較すると、図4Aの中に示されている屈曲角は、より広く、プロテーゼ表面表現322は、大腿骨表面表現312とさらに位置ずれしている。そのため、結果的に生じる3つの位置ずれ領域440A〜440Cは、領域340A〜340Cとはサイズおよび形状が異なっている。たとえば、領域340Aの中の表面322Aと312Aとの間よりも高い度合いの位置ずれが、領域440Aの中の表面422Aと412Aとの間の「上」方向において存在する。同様に、領域340Bの中の表面322Bと312Bとの間よりも高い度合いの位置ずれが、領域440Bの中の表面422Bと412Bとの間の「下」方向において存在する。加えて、実質的位置合わせ領域440Cは、領域340Aよりもサイズが小さい。
【００５０】
代替として、図4B〜図4Dの中に例示されているように、関節界面表現450は、白黒またはグレースケールの表現とすることができる。図4B〜図4Dは、見やすくするためにグレースケールにおいて示されている。図4Aの中に示された領域位置ずれの変更と合致して、図4B〜図4Dはそれぞれ、領域440Bに対応する第2の色付けされた領域452、領域440Aに対応する第1の色付けされた領域454、および領域440Cに対応する第3の色付けされた領域456のサイズならびに形状の変更を表す。図4B〜図4Dの中に示されているように、第1、第2、および第3の色は、濃い色合いパターン、斑点付きパターン、およびドット付きパターンをそれぞれ含むことができる。別の例においては、第1、第2、および第3の色は、緑、赤、およびグレーをそれぞれ含むことができる。さらなる別の例においては、相異なる色、色合い、テクスチャ表現、グレー、または白黒の色付けなどが、相異なる領域を表すために使用され得る。図4B〜図4Dは、関節界面表現450の相異なる角度からのビューであり、それぞれが、プロテーゼ表面表現322の様々な部分と、大腿骨表面表現312の対応する部分との間の3つのタイプの相対位置(上、下、または実質的に位置合わせ)を表す3つの注釈を含む。
【００５１】
基調色の変化は、位置合わせにおける領域内差異を差別化するために、領域452、454、または456の準領域に適用可能である。図3B〜図3Dおよび図4B〜図4Dの中に例示されているように、彩度または輝度の量が異なる基調色が、座標系における特定の方向に沿う表面312の部分と表面322の対応する部分との間の距離などの類似性に従って使用可能である。たとえば、領域340Aの中の322Aと312Aとの間の距離と比較して、領域440Aの中の422Aと412Aとの間のより大きい距離に対応して、領域454内のより広い準領域は、彩度がより高く、または輝度がより低い(たとえば、より暗い)第1の色がレンダリング可能である。同様に、領域340Bの中の322Bと312Bとの間の距離と比較して、領域440Bの中の422Bと412Bとの間のより大きい距離に対応して、領域452内のより広い準領域は、彩度がより低く、または輝度がより高い(たとえば、より明るい)第2の色がレンダリング可能である。代替として、関節界面表現350または450が白黒表現であるとき、注釈の変化は、位置合わせにおける領域内差異を差別化するために、領域452、454、または456の準領域に適用可能である。たとえば、図3B〜図3Dおよび図4B〜図4Dの中に例示されているように、より濃い色、または密度がより高いマーキング(たとえばドット)付きのパターンが、座標系における特定の方向に沿う表面312の部分と表面322の対応する部分との間のより大きい距離を示すために使用可能である。
【００５２】
図5は、プロテーゼ表面を標的骨表面と位置合わせするための方法500の一例を示すフローチャートである。方法500は、関節面再建形成術などの整形外科手術において使用可能である。一実施形態においては、本願において論じられるその様々な実施形態を含むシステム100は、本願において論じられるその様々な実施形態を含む方法500を行うことができる。
【００５３】
方法500は、たとえばモデル受信器モジュール112を使用することによって、510において、標的骨モデルを受信することから開始する。標的骨モデルは、標的骨の関節表面を含むことができる。標的骨の例には、寛骨臼、大腿骨の近位端もしくは遠位端、脛骨の近位端もしくは遠位端、または人体の中の任意の他の骨を挙げることができる。標的骨は、プロテーゼ構成部品を受け入れるために外科的に準備され得る。関節表面など、標的骨の少なくとも一部分は、プロテーゼが、標的骨に対してしっかりと配置されて標的骨の関節表面に置き換わることが可能になるように、外科的な修正、修復、または切除を受ける。
【００５４】
標的骨モデルは、標的骨表面の位置、形状、輪郭、または外観を含む幾何学的特性を特徴付けるデータセットを含むことができる。データセットはまた、強度情報も含むことができる。様々な例においては、標的骨モデルは、2Dまたは3Dの画像の中でも特に、X線、超音波画像、コンピュータ断層撮影(CT)スキャン、磁気共鳴(MR)画像、ポジトロン放出断層撮影(PET)画像、単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)画像、または関節造影写真などの少なくとも1つの医用画像を含むことができる。標的骨モデルは、患者のデータベースから、またはイメージングシステムもしくは画像取得システムから受信可能である。一例においては、標的骨モデルは、光学追跡スタイラス(optically tracked stylus)(ポインタ)または類似のデバイスを使用して標的骨から点群を収集することによって手術中に計算される。この例においては、標的骨の表面は、コンピューティングシステムが、収集された点から標的骨モデルを計算できるようになるのに先立って、外科医によって取得される。いくつかの例においては、収集された点を使用して、データベースモデルを実際の骨に合わせるなど、標的骨モデルを作成する複数の方法が組合せ可能である。
【００５５】
520において、プロテーゼモデルは、たとえばユーザ入力モジュール121を使用することによって受信可能である。プロテーゼモデルは、標的骨の関節表面に少なくとも部分的に置き換わるようにサイズ決めされ、成形され、または構成されているプロテーゼの表面を表すデータセットを含む。プロテーゼモデルは、パラメトリックモデル、統計学的モデル、形状ベースのモデル、容量モデル、弾性モデル、幾何学的脊椎モデル、または有限要素モデルの形式であってよい。いくつかの実施形態においては、プロテーゼモデルは、標的骨モデルと比較可能なデータの形式または様式を有する。
【００５６】
530において、標的骨モデルとプロテーゼモデルとの間の相対位置の情報は、システムユーザが、標的骨モデルもしくはプロテーゼモデルのうちの一方または両方を対話的に選択する、あるいは選択解除すること、およびその1つまたは複数のプロパティを修正することを可能にする、たとえばユーザ入力モジュールを介して受信される。受信された相対位置は、プロテーゼ表面が標的骨表面に対して位置決めされるとき、標的骨表面表現に対して相対的なプロテーゼ表面表現の位置の指示を含むことができる。一例においては、標的骨表面表現の位置およびプロテーゼ表面表現の位置は、共通の座標系におけるそれらの各座標によって特徴付けられ得る。いくつかの例においては、標的骨表面表現およびプロテーゼ表面表現のうちの一方または両方の位置の変更の指示が受信可能である。位置変更の指示に加えて、修正され得るモデルの他のプロパティは、標的骨モデルおよびプロテーゼモデルのうちの一方または両方にわたる移動、回転、反転、拡大縮小、伸張、収縮、または任意の他の操作もしくは操作の任意の組合せを含む。いくつかの例においては、拡大縮小、伸張、または収縮など、プロテーゼモデルの操作は、移植に利用可能な実際のプロテーゼに基づいて制限される。
【００５７】
540において、関節界面表現は、たとえば関節界面生成器113を使用することによって生成される。関節界面表現は、2つのモデルが指定された方向に沿って互いに対して位置決めされるとき、プロテーゼ表面の1つまたは複数の部分と標的骨表面の1つまたは複数の各部分との間の空間的位置ずれを示す。関節界面表現(S)は、標的骨表面表現(X)またはプロテーゼ表面表現(Y)と類似するデータ形式を有することができる。一例においては、関節界面表現(S)は、サイズが標的骨表面表現のサイズもしくはプロテーゼ表面表現のサイズと比較可能なコンピュータ生成による2Dまたは3D画像とすることができる。関節界面表現は、プロテーゼを標的骨の上に信頼性をもって位置決めする際に、正確性および一貫性を向上させて、外科医を助けるために、色分け表現、注釈表現、もしくは他のマークアップ表現、または2つ以上の異なる表現のオーバレイを含むことができる。位置合わせインデックスもまた、関節界面表現を使用して計算され得る。関節界面表現を生成する例示的な方法については、たとえば図6を参照して後述する。
【００５８】
550において、標的骨モデル、プロテーゼモデル、および関節界面表現のうちの1つまたは複数は、たとえばモニタまたは他のディスプレイモジュールに表示され得る。標的骨モデルもしくはプロテーゼモデルのうちの一方または両方のグラフィカル表現には、関節界面表現が重ね合わせられ得る。ディスプレイモジュールまたはモニタはまた、標的骨モデル、プロテーゼモデル、もしくは関節界面表現のうちの1つまたは複数にわたる選択、位置決め、拡大縮小、移動、回転、反転、伸張、収縮、または任意の他の操作もしくは操作の任意の組合せなどのユーザコマンドを対話的に表示することができる。また、表示は、標的骨モデル、プロテーゼモデル、もしくは関節界面表現の複数の指定された角度のビューまたは投影を含むことができる。計算された位置合わせインデックスも表示可能であり、それは、所望の位置合わせを達成するためにプロテーゼ表面表現および標的骨表面表現の相対位置を調整するためにシステムユーザによって使用可能である。
【００５９】
図6は、関節界面表現を生成し、プロテーゼモデルと標的骨モデルとの間の望ましい位置合わせを決定するための方法600の一例を示すフローチャートである。方法600は、図5の中に例示された関節界面生成方法540の一例とすることができる。
【００６０】
510〜530の中に与えられたものなど、受信された標的骨表面表現(X)、プロテーゼ表面表現(Y)、および2つの表面表現間の相対位置の指示を使用して、2つの表面の様々な領域間の領域位置ずれ(Δ)が、たとえば位置ずれ計算器210を使用することによって、610において、計算され得る。領域位置ずれ(Δ)は、標的骨表面表現(X)、およびプロテーゼ表面表現(Y)において作成された複数の領域の形状間、形態間、または立体形状間の相違の定量化された表現とすることができる。一実施形態においては、領域位置ずれ(Δ)は、標的骨表面表現(X)を複数のセグメント{X(i)}(i=1、2、…、N)に分割することによって、かつプロテーゼ表面表現(Y)を複数のセグメント{Y(i)}(i=1、2、…、N)に分ける類似の方式で計算され得る。セグメント{X(i)}および{Y(i)}は、標的骨表面またはプロテーゼ表面の解剖学的構造もしくは形態学的構造に関係なく、所定のサイズおよび形状により作成され得る。たとえば、標的骨モデル(X)およびプロテーゼモデル(Y)は、デジタル画像によってそれぞれ表されるとき、セグメント{X(i)}および{Y(i)}は、各デジタル画像の指定された数の画素を含むようにサイズ決めされ得る。幾何学的フィーチャ、形態学的フィーチャ、統計学的フィーチャ、または強度ベースのフィーチャなどのフィーチャが、標的骨表面セグメントX(i)および対応するプロテーゼ表面セグメントY(i)それぞれから抽出可能であり、セグメントX(i)とY(i)との間の領域類似性測度D(X(i), Y(i))が計算され得る。D(X(i), Y(i))の例には、ベクトル空間におけるL1ノルム、L2ノルム、(ユークリッド距離)、無限大ノルム、もしくは他の距離ベースの測度、相関係数、相互情報、または画像均一比を挙げることができる。D(X(i), Y(i))はまた、座標系における特定の方向に沿うX(i)とY(i)との間の符号付き距離として計算され得る。D(X(i), Y(i))の符号は、Y(i)およびX(i)が互いに対して位置決めされるとき、X(i)に対するY(i)の相対位置を示すことができる。たとえば、Y(i)が少なくとも指定された量だけX(i)の上にある場合、距離は正であり、かつY(i)が少なくとも指定された量だけX(i)の下にある場合、距離は負である。
【００６１】
620において、関節界面の視覚表現が、計算された領域位置ずれを使用して生成され得る。視覚表現は、色分け表現、注釈表現、または色付き注釈などの2つの組合せを含むことができる。関節界面表現(S)は、サイズおよび形状が標的骨表面表現(X)もしくはプロテーゼ表面表現(Y)と比較可能なコンピュータ生成による2Dまたは3D画像とすることができる。類似のセグメント化処理を使用することによって、関節界面表現(S)は、i=1、2、…、Nに関しての複数のセグメント{S(i)}にセグメント化可能であり、ただし、セグメントS(i)は、標的骨表面表現のセグメントX(i)およびプロテーゼ表面表現のセグメントY(i)に対応する。
【００６２】
色分け表現においては、指定された色C(i)は、類似性測度D(X(i), Y(i))が、指定された閾値を超える、または指定された範囲内に入るなど、指定された基準を満たす場合、関節界面表現S(i)のセグメントにレンダリング可能である。類似性測度D(X(i), Y(i))が座標系における特定の方向に沿うX(i)とY(i)との間の符号付き距離として計算される例においては、少なくとも指定された量だけX(i)の上に位置決めされるなど、セグメントY(i)が、対応するセグメントX(i)に対して相対的な第1の方向において位置ずれしていることを示す、D(X(i), Y(i))が正である場合、第1の色Ca(たとえば、緑色)が、セグメントS(i)にレンダリング可能である。セグメントY(j)が、少なくとも指定された量だけX(j)の下に位置決めされるなど、対応するセグメントX(j)に対して相対的な異なる第2の方向にあることを示す、D(X(j), Y(j))が負である場合、異なる第2の色Cb(たとえば、赤色)が、セグメントS(j)にレンダリング可能である。加えて、プロテーゼ表面セグメントY(k)が、対応する標的骨表面セグメントX(k)と実質的に位置合わせされていることを示す、D(X(j), Y(j))の大きさ||D(X(i), Y(i))||が、指定された閾値を下回る場合、CaおよびCbとは異なる第3の色C0(たとえば、グレー色)が、セグメントS(k)にレンダリング可能である。
【００６３】
いくつかの例においては、色の組{Ca1、Ca2、…、CaP}は、Y(i)がX(i)の上に位置決めされるときなどのX(i)とY(i)との間の第1の方向における様々な度合いの位置ずれを表すために使用され得る。同様に、異なる色の組{Cb1、Cb2、…、CbQ}は、Y(i)がX(i)の下に位置決めされるときなどのX(i)とY(i)との間の第2の方向における様々な度合いの位置ずれを表すために使用され得る。色の組の中の複数の色とD(X(j), Y(j))の値範囲との間に、ルックアップテーブルなどの対応付けが確立され得る。セグメントS(i)についての類似性測度D(X(i), Y(i))は、複数の閾値の値または範囲値と比較され得、1つの色が色の組{Ca1、Ca2、…、CaP}または{Cb1、Cb2、…、CbQ}から選択され、セグメントS(i)にレンダリングされ得る。様々な例においては、色分け表現は、パターン、テクスチャ、または色合い、エッジ強調、電光、もしくは勾配などの効果を有するスタイルによって増補あるいは置換され得る。
【００６４】
注釈表現においては、符号、ラベル、線、テキスト、もしくは任意の他のマーキングを含む異なる形態の注釈のうちの1つまたはそれらの組合せなど、指定された注釈が、類似性測度D(X(i), Y(i))に従って関節界面表現セグメントS(i)にレンダリング可能である。色分け表現と同様に、プロテーゼ表面セグメントY(i)が、少なくとも指定された量だけ、対応する標的骨表面セグメントX(i)の上にあることを示す、D(X(i), Y(i))が正である場合、第1の注釈Aaが、セグメントS(i)にレンダリング可能である。セグメントY(j)が、少なくとも指定された量だけセグメントX(j)の下にあることを示す、D(X(j), Y(j))が負である場合、異なる第2の注釈Abが、異なるセグメントS(j)にレンダリング可能である。加えて、プロテーゼ表面セグメントY(k)が、標的骨表面セグメントと実質的に位置合わせされていることを示す、||D(X(i), Y(i))||が、指定された閾値を下回る場合、第3の注釈A0が、セグメントS(k)にレンダリング可能である。注釈の組の中の複数の注釈は、色分け表現における上述した類似の方法で、たとえばD(X(i), Y(i))を複数の閾値の値または範囲値と比較することによって、セグメントY(i)とX(i)との間の様々な度合いの位置ずれを差別化するために使用され得る。
【００６５】
630において、ユーザ入力が、たとえばユーザ入力モジュールを介して受信され得る。ユーザ入力は、標的骨表面表現、プロテーゼ表面表現、もしくは関節界面表現のうちの1つまたは複数を選択する、あるいは選択解除する指示を含むことができる。ユーザ入力はまた、標的骨表面表現、プロテーゼ表面表現、もしくは関節界面表現のうちの1つまたは複数の位置の変更も含むことができる。
【００６６】
次いで、標的骨モデルとプロテーゼモデルとの間の相対位置変更が、640において、検出される。一例においては、標的骨モデルとプロテーゼモデルの両方が選択され、それにより、その相互間の相対位置または向きが保存される一方、それらの位置は同時に変更される。別の例においては、標的骨モデルまたはプロテーゼモデルのうちの一方のみが選択され、再位置決めされ、相対位置変更が、640において、検出される。モデル間の相対的変更が、640において、検出される場合には、関節界面の少なくともいくつかのセグメントは、相異なる領域類似性測度D(X(i), Y(i))を有し得る。次いで、領域位置ずれが、610において再計算され得る。しかしながら、相対的変更が、640において、全く検出されない場合には、位置合わせインデックスが、650において、計算される。位置合わせインデックスは、標的骨表面表現とプロテーゼ表面表現との間の全体的な不一致の測度とすることができる。一例においては、Lは、すべてのセグメント間の二乗領域類似性測度和の平方根として計算可能である。位置合わせインデックスはまた、標的骨表面および関節界面の複数の領域間の不一致の最大値、最小値、平均値、中央値、範囲、ヒストグラム、または他の分布表現など、不一致の統計学的測定値も含むことができる。
【００６７】
630において検出されたユーザ入力はまた、標的骨モデル、プロテーゼモデル、もしくは関節界面表現のビュー角度または投影角度の指示も含むことができる。たとえば、図3A〜図3Dおよび図4A〜図4Dの中に例示されているように、遠位大腿骨モデルおよび関連の大腿骨表面表現のコンピュータ生成による3D画像の複数の角度のビューが、上面ビュー、側面ビュー、正面ビューを含んで、またはおよび指定された回転後に得られる任意の視点で生成され、表示され得る。ビューイング角度の変更が、660において、全く検出されない場合には、生成された関節界面表現は、550において、表示され得る。しかしながら、(たとえば、モデルを回転させることによる)ビューイング角度の変更が、660において、検出される場合には、関節界面表現は、ビューの角度の変更に従って、670において変換され得る。変換された関節界面は、550において、表示され得る。
【００６８】
図7は、コンピュータシステム700の形態においてマシンの一例を示すブロック略図であり、その中では、コンピュータシステムに、本明細書において論じられる方法のうちのいずれか1つまたは複数を行わせるための命令が実行され得る。様々な実施形態においては、マシンは、スタンドアロンデバイスとして動作することができ、または他のマシンに接続され(たとえば、ネットワーク接続され)てもよい。ネットワーク接続型の展開においては、マシンは、サーバ、もしくはサーバクライアントネットワーク環境の中のクライアントマシンの能力において、またはピアツーピア(もしくは分配型)ネットワーク環境の中のピアマシンとして動作することができる。マシンは、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、セットトップボックス(STB)、PDA、セルラ電話、ウェブアプライアンス、ネットワークルータ、スイッチもしくはブリッジ、またはそのマシンによって取られることになるアクションを指定する(連続的あるいは別の形の)命令を実行する性能がある任意のマシンとすることができる。さらには、単一のマシンしか例示されていないが、用語「マシン」はまた、本明細書に論じられる方法論のうちのいずれか1つまたは複数を行うために命令の組(もしくは複数の組)を個々にあるいは一緒に実行するマシンの任意の集合体を含むと解釈するものとする。
【００６９】
例示的なコンピュータシステム700は、(中央処理装置(CPU)、グラフィックス処理装置(GPU)、または両方などの)プロセッサ702、メインメモリ704、およびスタティックメモリ706を含み、それらは、バス708を介して互いと通信する。コンピュータシステム700は、さらに、(液晶ディスプレイ(LCD)、または陰極線管(CRT)などの)ビデオディスプレイ装置710、(キーボードなどの)英数字入力デバイス712、(マウスなどの)ユーザインターフェース(UI)ナビゲーションデバイス(またはカーソル制御デバイス)714、ディスクドライブ装置716、信号生成デバイス718(たとえば、スピーカ)、およびネットワークインターフェースデバイス720を含むことができる。
【００７０】
ディスクドライブ装置716は、本明細書において説明される方法もしくは機能のうちのいずれか1つまたは複数を具現化する、あるいはそれらのうちのいずれか1つまたは複数によって使用される1つまたは複数の組の命令およびデータ構造体(たとえば、ソフトウェア)724が記憶されているマシン可読記憶媒体722を含む。命令724はまた、コンピュータシステム700、メインメモリ704、およびマシン可読媒体をやはり構成するプロセッサ702によるその実行中、メインメモリ704、スタティックメモリ706内、および/またはプロセッサ702内に完全にあるいは少なくとも部分的に常駐することができる。一例においては、マシン可読記憶媒体722の中に記憶された命令724は、コンピュータシステム700に、標的骨表面を表す第1のデータセットなどの標的骨モデルを受信させ、プロテーゼ表面を表す第2のデータセットなどのプロテーゼモデルを受信させる命令を含む。プロテーゼ構成部品は、たとえば標的骨の関節表面に部分的に置き換わるように、標的骨に対して位置決めされるように構成され得る。命令724はまた、コンピュータシステム700に、色分け表現、注釈表現、もしくは他のマークアップ表現、または標的骨表面表現とプロテーゼ表面表現の両方を使用する2つ以上の異なる表現のオーバレイのうちの1つあるいはそれらの組合せなどの関節界面表現を生成させ、標的骨表面と関節界面との間の全体的な不一致を表す位置合わせインデックスを計算させる命令724を記憶することができる。
【００７１】
関節界面表現を生成するようにコンピュータシステム700に指図するために、マシン可読記憶媒体722は、コンピュータシステム700に、プロテーゼ表面モデルもしくは標的骨表面モデルのうちの一方または両方の位置の変更の指示を含むユーザ入力を受信させ、プロテーゼ表面モデルと標的骨表面モデルとの間の相対位置の変更の指示を含むユーザ入力に応答して、関節界面表現を更新させる命令724をさらに記憶することができる。マシン可読記憶媒体722の中の命令はまた、コンピュータシステム700に、標的骨モデル、プロテーゼモデル、および関節界面表現のうちの1つまたは複数を示す表現を生成させることもできる。
【００７２】
マシン可読媒体722は、単一の媒体であるように例示的な実施形態においては示されているが、用語「マシン可読媒体」は、1つまたは複数の命令もしくはデータ構造体を記憶する単一の媒体あるいは複数の媒体(たとえば、中央集中型もしくは分散型のデータベース、ならびに/または関連のキャッシュおよびサーバ)を含むことができる。用語「マシン可読記憶媒体」はまた、マシンによる実行のための命令を記憶する、符号化する、または搬送する性能がある、およびマシンに、本発明の方法のうちのいずれか1つまたは複数を行わせる、あるいはそのような命令によって使用される、もしくはそのような命令に関連付けられているデータ構造体を記憶する、符号化する、または搬送する性能がある、任意の有形媒体を含んでいると解釈するものとする。したがって、用語「マシン可読記憶媒体」は、固体メモリ、ならびに光学および磁気媒体を含んでいると解釈するものとするが、それらに限定されない。マシン可読媒体の具体的な例には、例として半導体メモリデバイス(たとえば、消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ(EPROM)、電気的に消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM)、およびフラッシュメモリデバイスを含む不揮発性メモリ、内部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、磁気光学ディスク、ならびにCD-ROMおよびDVD-ROMディスクが挙げられる。「マシン可読記憶媒体」はまた、中でも特に、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびRAMなど、一時的と解釈され得るデバイスを含むものとする。マシン可読媒体およびマシン可読記憶媒体の本明細書において与えられる定義は、マシン可読媒体が、「非一時的」であるとさらに特徴付けられる場合であっても適用可能である。たとえば、非一時的マシン可読記憶媒体など、「非一時的」のいずれの追加も、メモリデバイスの中でも特に、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびRAMを引き続き包含すると意図されている。
【００７３】
様々な例においては、命令724は、さらには、伝送媒体を使用して、通信ネットワーク726を介して送信または受信され得る。命令724は、ネットワークインターフェースデバイス720およびいくつかのよく知られている転送プロトコルのうちのいずれか1つ(たとえば、HTTP)を使用して送信され得る。通信ネットワークの例には、LAN、WAN、Internet、モバイル電話ネットワーク、旧来の電話(POTS)ネットワーク、およびワイヤレスデータネットワーク(たとえば、Wi-FiおよびWiMAXネットワーク)が挙げられる。用語「伝送媒体」は、マシンによる実行のための命令を記憶する、符号化する、または搬送する性能がある、およびデジタルもしくはアナログ通信信号、またはそのようなソフトウェアの通信を容易にするための他の無形媒体を含む任意の無形媒体を含むと解釈するものとする。
【００７４】
上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を成す添付の図面に対する参照を含む。図面は、本発明が実施され得る具体的な実施形態を例として示している。これらの実施形態はまた、「例」と本明細書においては称される。そのような例は、図示または説明されたものに加えて要素を含むことができる。しかしながら、本発明者らはまた、図示または説明されたそれらの要素しか与えられていない例を企図する。その上、本発明者らはまた、具体的な例(またはその1つもしくは複数の態様)か、あるいは本明細書において図示または説明された他の例(またはその1つもしくは複数の態様)かのいずれかに関して、図示または説明されるそれらの要素(またはその1つもしくは複数の態様)の任意の組合せ形態あるいは変形形態を使用する例を企図する。
【００７５】
万一、本願と参照によってそのように組み込まれている任意の文献との間の使用に矛盾が生じた場合においては、本願における使用が優先される。
【００７６】
本願においては、特許文献においては一般的である用語「a」または「an」は、任意の他の事例、または「少なくとも1つ(at least one)」、もしくは「1つまたは複数(one or more)」の使用とは関係なく、1つ以上を含むために使用される。本願においては、別段の示されていない限り、用語「または(or)」は、「AまたはB」が、「AであるがBではない」、「BであるがAではない」、および「AおよびB」を含むように、非排他的なまたは(or)を示すために使用される。本願においては、用語「including(含む)」および「in which(これにおいて)」は、用語「comprising (備える)」および「wherein (ここでは)」それぞれの平易な英語の均等物として使用される。また、以下の特許請求の範囲においては、用語「含む」および「備える」は、オープンエンドであり、つまり、ある請求項の中のそのような用語の後、列挙されたものに加えて要素を含むシステム、デバイス、品目、化合物、製剤、または処理は、依然としてその請求項の範囲内に入ると見なされる。その上、添付の特許請求の範囲においては、用語「第1の」、「第2の」、および「第3の」などは、単にラベルとして使用されているにすぎず、それらの対象物に数字的な要件を課すと意図するものではない。
【００７７】
本明細書において説明された方法の例は、少なくとも一部においてマシンまたはコンピュータ実装され得る。いくつかの例は、上記例において説明される方法を行うよう電子デバイスを構成するように動作可能な命令により符号化されたコンピュータ可読媒体またはマシン可読媒体を含むことができる。そのような方法の実装形態は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、または高次言語コードなどのコードを含むことができる。そのようなコードは、様々な方法を行うためのコンピュータ可読命令を含むことができる。コードは、コンピュータプログラム製品の部分を形成することができる。さらには、一例においては、コードは、たとえば実行中または他の時間において、1つまたは複数の揮発性、非一時的、もしくは不揮発性の有形のコンピュータ可読媒体において有形に記憶され得る。これらの有形のコンピュータ可読媒体の例には、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク、リムーバブル光学ディスク(たとえば、コンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク)、磁気カセット、メモリカードまたはスティック、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ならびに読取り専用メモリ(ROM)などを挙げることができるが、それらに限定されない。
【００７８】
上記説明は、制限的ではなく、例示的であると意図されている。たとえば、上述の例(あるいはその1つまたは複数の態様)は、互いとの組合せにおいて使用され得る。他の実施形態は、上記説明を検討すると、たとえば当業者によって使用可能である。「要約書」は、37C.F.R.§1.72(b)に準拠し、技術的な開示の本質を読者が速やかに解明することを可能にするために与えられている。要約書は、それが特許請求の範囲の範囲もしくは意味を解釈する、または限定するためには使用されないことを理解した上で提出される。また、上記「発明を実施するための形態」においては、様々な特徴を、本開示を合理化するために一緒にまとめることができる。これは、特許請求されていない開示の特徴が、いずれの請求項にも必要不可欠であるということを意図するものとは解釈すべきではない。むしろ、本発明の主題は、具体的な開示された実施形態のすべての特徴よりも少ない特徴に存在し得る。したがって、以下の特許請求の範囲は、例または実施形態として「発明を実施するための形態」の中に本明細書によって組み込まれており、各請求項は、個別の実施形態として自立し、そのような実施形態は、様々な組合せ形態または置換形態において互いと組合せ可能であることが企図される。本発明の範囲は、そのような特許請求の範囲が与えられる均等物の全範囲に沿って、添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【符号の説明】
【００７９】
100  プロテーゼ位置合わせシステム、システム
110  プロセッサ装置
111  ユーザ入力受信器
112  モデル受信器モジュール
113  関節界面生成器
114  位置合わせインデックス計算器
120  ユーザインターフェース装置
121  ユーザ入力モジュール
122  ディスプレイモジュール
210  位置ずれ計算器
211  セグメント化モジュール
212  領域類似性計算モジュール
220  関節界面表現生成器
221  色分け表現
222  注釈表現
310  遠位大腿骨モデル
312  大腿骨表面表現
312A、312B、312C  大腿骨表面表現の部分
320  プロテーゼモデル
322  プロテーゼ表面表現
322A、322B、322C  プロテーゼ表面表現の部分
340A、340B、340C  領域
350  関節界面表現
352、354、356  領域
412A、412B、422A、422B  表面
440A、440B  位置ずれ領域
440C  位置ずれ領域、実質的位置合わせ領域
450  関節界面表現
452、454、456  色付けされた領域
500、600  方法
540  関節界面生成方法
700  コンピュータシステム
702  プロセッサ
704  メインメモリ
706  スタティックメモリ
708  バス
710  ビデオディスプレイ装置
712  英数字入力デバイス
714  ユーザインターフェース(UI)ナビゲーションデバイス(またはカーソル制御デバイス)
716  ディスクドライブ装置
718  信号生成デバイス
720  ネットワークインターフェースデバイス
722  マシン可読記憶媒体
724  命令の組およびデータ構造体、命令
726  通信ネットワーク
X  標的骨表面
Y  プロテーゼ表面
【図１】
2017511726.tif 000004
【図２】
2017511726.tif 000005
【図３Ａ】
2017511726.tif 000006
【図３Ｂ】
2017511726.tif 000007
【図３Ｃ】
2017511726.tif 000008
【図３Ｄ】
2017511726.tif 000009
【図４Ａ】
2017511726.tif 000010
【図４Ｂ】
2017511726.tif 000011
【図４Ｃ】
2017511726.tif 000012
【図４Ｄ】
2017511726.tif 000013
【図５】
2017511726.tif 000014
【図６】
2017511726.tif 000015
【図７】
2017511726.tif 000016
【国際調査報告】
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