(57)【要約】  関節鏡器具アセンブリ（１００）は、少なくとも一つの靭帯励起波長を有する光を発生させるように構成された光源（１２２ａ）を含む、術野を照らすための照明システム（１２０）と、関節鏡（１１０）の遠位端（１１２ｂ）の術野の蛍光像を画像表示システム（１５０）に転送するように構成された画像転送システム（１３０）と、画像転送システムを通過してくる蛍光像を処理して、術野に存在する靭帯構造と骨構造との間のコントラストが未処理の蛍光像と比較して増強されている術野の着色蛍光像を提供するように構成された画像処理システム（１４０）と、画像転送システム（１３０）に動作可能に接続され、着色蛍光像を表示するように構成されたディスプレイ（１５２）を含む画像表示システム（１５０）とを備える。
2016502433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節（１０）内部の術野を視るための関節鏡器具アセンブリ（１００）であって、
少なくとも一つの靭帯励起波長を有する光を発生させるように構成された光源（１２２ａ）を含む、術野を照らすための照明システム（１２０）と、
術者側の近位端（１１２ａ）と術野側の遠位端（１１２ｂ）との間で延伸する剛性のチューブ状筐体（１１２）を画定する関節鏡（１１０）と、
前記チューブ状筐体（１１２）に少なくとも部分的に収容され、前記チューブ状筐体（１１２）の遠位端（１１２ｂ）における術野の蛍光像を画像表示システム（１５０）に転送するように構成された画像転送システム（１３０）と、
前記画像転送システム（１３０）に組み込まれ、前記画像転送システムを通過してくる術野の蛍光像を処理して、術野に存在する靭帯構造と骨構造との間のコントラストが未処理の蛍光像と比較して増強されている術野の着色蛍光像を提供するように構成された画像処理システム（１４０）と
前記画像転送システム（１３０）に動作可能に接続され、術野の着色蛍光像を表示するように構成されたディスプレイ（１５２）を含む画像表示システム（１５０）と、を備え、
前記少なくとも一つの靭帯励起波長が、３９５ｎｍ以下、より好ましくは３９４ｎｍ以下の波長を含む、関節鏡器具アセンブリ。
【請求項２】
前記関節鏡（１１０）のチューブ状筐体（１１２）が前記照明システム（１２０）を少なくとも部分的に収容して、前記光源（１２２ａ）が発生させる光が、前記チューブ状筐体（１１２）の遠位端（１１２ｂ）から放出される、請求項１に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項３】
前記少なくとも一つの靭帯励起波長が、２６０〜３００ｎｍの範囲内の波長を含む、請求項１又は２に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項４】
前記少なくとも一つの靭帯励起波長が、３８０〜３９５ｎｍの範囲内、より好ましくは３８０〜３９４ｎｍの範囲内の波長を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項５】
前記画像転送システム（１３０）が、前記関節鏡（１１０）の術野側の遠位端（１１２ｂ）に取り付けられたカメラ（１３２）を含み、前記カメラが、前記画像表示システム（１５０）に動作可能に接続された少なくとも一つのイメージセンサ（１３３）を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項６】
前記少なくとも一つのイメージセンサ（１３３）がＲＧＢイメージセンサを含む、請求項５に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項７】
前記画像処理システム（１４０）が、前記少なくとも一つのイメージセンサ（１３３）に付随する少なくとも一つの光学バンドパスフィルタ（１４２）を含み、前記少なくとも一つの光学バンドパスフィルタ（１４２）が、術野から前記イメージセンサへの光路に沿って前記イメージセンサの上流に配置され、前記光学バンドパスフィルタが、術野に存在する靭帯構造及び骨構造が前記照明システム（１２０）の光源（１２２ａ）からの光の照明の下で異なる発光強度を有する蛍光像から少なくとも一つの発光波長をフィルタリングするように構成されている、請求項５又は６に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項８】
前記少なくとも一つの発光波長が、４００〜４５０ｎｍの範囲内の波長を含む、請求項７に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項９】
前記カメラが、光学バンドパスフィルタ（１４２）がそれぞれ付随した二つのイメージセンサ（１３３）を有する、請求項７に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項１０】
前記二つのイメージセンサ（１３３）のうち第一のイメージセンサに付随する光学バンドパスフィルタ（１４２）が、５００±２０ｎｍの範囲内に含まれる少なくとも一つの発光波長をフィルタリングするように構成され、
前記二つのイメージセンサ（１３３）のうち第二のイメージセンサに付随する光学バンドパスフィルタ（１４２）が、６００±２０ｎｍの範囲内に含まれる少なくとも一つの発光波長をフィルタリングするように構成されている、請求項９に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項１１】
前記画像処理システム（１４０）が、前記少なくとも一つのイメージセンサ（１３３）から受信したデータをスペクトル分離して、着色蛍光像を提供するように構成されている、請求項６又は１０に記載の関節鏡器具アセンブリ。
【請求項１２】
関節（１０）内部の術野内の靭帯構造を位置特定する方法であって、
少なくとも一つの靭帯励起波長を有する光で術野を照らすステップと、
術野の蛍光像を取得して、画像表示システム（１５０）に転送するステップと、
前記画像表示システム（１５０）に転送される術野の取得蛍光像を処理することによって、術野に存在する靭帯構造と骨構造との間のコントラストが未処理の蛍光像と比較して増強されている術野の着色蛍光像を生成するステップと、
前記着色蛍光像を前記画像表示システム（１５０）に表示するステップと、
前記着色蛍光像の術野内に存在する靭帯構造を位置特定するステップと、を備えた方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの靭帯励起波長が、２６０〜３００ｎｍの範囲及び３８０〜３９５ｎｍの範囲の少なくとも一方の範囲内の波長を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記取得蛍光像の処理が、
４００〜４５０ｎｍの範囲内の少なくとも一つの発光波長を蛍光像からフィルタリングして、着色蛍光像を生成することを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記取得蛍光像の処理が、
５００±２０ｎｍの範囲内の第一の発光波長と、６００±２０ｎｍの範囲内の第二の発光波長との少なくとも二つの発光波長を蛍光像からフィルタリングして、少なくとも二つのフィルタリングされた蛍光像を生成すること、及び
４５０〜４９５ｎｍの範囲内の第一の発光波長と、４９５〜５７０ｎｍの範囲内の第二の発光波長と、５９０〜７５０ｎｍの範囲内の第三の発光波長との少なくとも三つの発光波長を蛍光像からフィルタリングして、少なくとも三つのフィルタリングされた蛍光像を生成すること
のうち少なくとも一方を含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記取得蛍光像の処理が、少なくとも二つ又は三つのフィルタリングされた蛍光像をスペクトル分離して、着色蛍光像を得ることを含む、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の関節鏡器具アセンブリ（１００）を用いて行われる請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節鏡器具アセンブリ及び関節鏡手術中の関節の筋骨格組織構造の位置特定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
前十字靭帯（ＡＣＬ，ａｎｔｅｒｉｏｒ  ｃｒｕｃｉａｔｅ  ｌｉｇａｍｅｎｔ）は、膝の最も損傷し易い靭帯である。損傷がＡＣＬの完全な断裂を含む場合には、ＡＣＬを再建するために関節鏡手術が必要となり得る。
【０００３】
手術での再建中に、破断したＡＣＬが、移植腱等の移植片に取り換えられて、膝に挿入され得る。痛み、不安定性、及び／又は、悪化の進行がなく、以前の膝の機能を完全に復活させるためには、移植片を、脛骨及び大腿骨に対して、特にＡＣＬの元々の付着部位において適切に取り付けることが非常に重要である。ＡＣＬの解剖学的位置が多様な研究において、幾何学的に説明されており、脛骨及び大腿骨の関節鏡で視認可能な目印に対して図解されているが、移植片の正確な取り付けは依然として困難なものである。このことは、少なくとも部分的には、関節鏡の制限された二次元像に因るものであり得て、関節鏡手術中に移植片を正確に位置決めするには上述の説明及び図解が不十分なものになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一課題は、関節鏡手術中に膝関節内のＡＣＬの元々の付着部位を位置特定することを促進する関節鏡器具アセンブリを提供することである。
【０００５】
本発明の他の課題は、関節鏡手術中に膝関節等の関節内のＡＣＬの元々の付着部位等の靭帯構造を位置特定する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明の第一の態様は、関節内の術野を視るための関節鏡器具アセンブリを対象とする。本アセンブリは術野を照らすための照明システムを備え得て、その照明システムは、少なくとも一つの靭帯励起波長を有する光を発生させるように構成された光源を含む。また、本アセンブリは、術者側の近位端と術野側の遠位端との間で延伸する剛性チューブ状筐体を画定する関節鏡と、画像転送システムとを含み得て、その画像転送システムは、少なくとも部分的にチューブ状筐体に収容され、チューブ状筐体の遠位端における術野の蛍光像を画像表示システムに転送するように構成される。本アセンブリは画像処理システムを更に含み得て、その画像処理システムは、画像転送システムに組み込まれ、画像転送システムを通過した術野の蛍光像を処理して、術野に存在する靭帯構造と骨構造との間のコントラストが未処理の蛍光像と比較して増強された術野の着色蛍光像を提供するように構成され、場合によっては、靭帯構造及び骨構造のうち一方のみ、好ましくは靭帯構造が視認可能とされる。画像表示システムが画像転送システムに動作可能に接続され得て、術野の着色蛍光像を表示することができるように構成されたディスプレイを含み得る。
【０００７】
本発明の第二の態様は、少なくとも靭帯組織と骨組織とを区別して、関節内の術野内にある靭帯構造を位置特定するための方法を対象とする。本方法は、少なくとも一つの靭帯励起波長を有する光で術野を照らすステップと、術野の蛍光像を取得して画像表示システムに転送するステップとを含み得る。また、本方法は、画像表示システムに転送される取得した術野の蛍光像を処理して、術野に存在する靭帯構造と骨構造との間のコントラストが未処理の画像と比較して増強された着色蛍光像を発生させるステップを含み得て、場合によっては、靭帯構造と骨構造のうち一方のみ、好ましくは靭帯構造が視認可能となるようにする。本方法は、着色蛍光像を画像表示システムに表示するステップと、着色蛍光像における術野内に存在する靭帯構造を位置特定するステップとを更に含み得る。
【０００８】
本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、本発明を例示するものであり限定するものではない添付図面と共に、以下の本発明の特定の実施形態の詳細な説明からより完全に理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】人間の膝の構造を概略的に示す。
【図２】２８０ｎｍの励起波長に対するウシ膝関節のＡＣＬ組織及び骨組織の発光スペクトルを概略的に示すグラフである。
【図３】本発明に係る関節鏡器具アセンブリの例示的な実施形態を概略的に示す。
【図４】ＡＣＬの発光スペクトルで割った骨の発光スペクトル間の正規化した差を励起波長の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、略９０°に曲げた状態における人間の膝１０を概略的に示す。膝１０は、大腿骨１２、脛骨１４、腓骨１６、膝蓋骨１８の四つの主な骨で構成される。腓骨１６は比較的細い骨であり、脛骨１４の外側にあり、足関節に向けて真下に下っている。他の三つの骨は、二つの関節を定め、一つは大腿骨１２と脛骨１４との間の関節、一つは大腿骨１２と膝蓋骨１８との間の関節である。このため、大腿骨１２の下端は、中間（内側）大腿顆３０と側方（外側）大腿顆３２の二つの顆（関節丘）を定め、脛骨プラトー、つまり略平坦な脛骨１４の上部と関節接合する。前方において、大腿顆３０、３２は、僅かに前方に突き出し、膝蓋面３４と称される平滑で浅い関節の窪みによって互いに分離されていて、膝蓋面３４は、膝蓋骨１８と関節接合する。顆３０、３２は、顕著に後方に突き出し、顆と顆との間の間隔は、顆間窩３６と称される深い刻み目を形成する。
【００１１】
骨１２、１４、１６、１８に加えて、膝１０の構造は、半月板２８と、複数の靭帯とを含み、それら靭帯には、内側側副靭帯（ＭＣＬ，ｍｅｄｉａｌ  ｃｏｌｌａｔｅｒａｌ  ｌｉｇａｍｅｎｔ）２０、外側側副靭帯（ＬＣＬ，ｌａｔｅｒａｌ  ｃｏｌｌａｔｅｒａｌ  ｌｉｇａｍｅｎｔ）２２、前十字靭帯（ＡＣＬ，ａｎｔｅｒｉｏｒ  ｃｒｕｃｉａｔｅ  ｌｉｇａｍｅｎｔ）２４と、後十字靭帯（ＰＣＬ，ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ  ｃｒｕｃｉａｔｅ  ｌｉｇａｍｅｎｔ）２６とが含まれる。半月板２８は、脛骨プラトー３８の内縁及び外縁にそれぞれ位置する二つの三日月状の板を定め、膝１０の衝撃吸収体として機能する。靭帯２０、２２、２４、２６は膝の安定性の大部分を与え、各靭帯が異なる複数の膝の位置のうち一つ以上における安定性を与える。十字靭帯２４、２６は、膝関節１０の中間部で交差する。ＰＣＬ２６は、脛骨１４の後方から大腿骨１２の前方に伝わり、ＡＣＬ２４は、脛骨１４の前方から大腿骨１２の後方に伝わる。より具体的には、ＡＣＬ２４は、顆間窩３６内の外側大腿顆３２の後内側面において大腿骨１２に付着する。脛骨１４において、ＡＣＬ２４は、前方の脛骨部（脛骨プラトー３８の中間部の骨稜）の前外側に付着する。
【００１２】
ＡＣＬ２４は、膝１０の最も損傷し易い靭帯である。例えば、伸び過ぎた又は断裂したＡＣＬ等のＡＣＬの損傷は、膝１０のねじれによって持続し得て、その深刻な不安定性を生じさせる。一方、ＡＣＬ２４の軽い裂傷は時間と共に治癒し得るが、ＡＣＬのより大きな裂傷、及び完全に断裂したＡＣＬは、関節鏡手術を必要とする。
【００１３】
完全に断裂したＡＣＬ２４の手術での再建中に、移植片（例えば、移植腱）が膝１０に挿入されて、ＡＣＬと取り換えられる。痛み、不安定性、及び／又は、悪化の進行がなく、以前の機能を再び得るためには、移植片を、特にＡＣＬ２４の元々の付着部位内において、脛骨１４及び大腿骨１２に適切に取り付けることが非常に重要である。しかしながら、ＡＣＬ２４の解剖学的位置が幾何学的に説明され、関節鏡で視認可能な目印に対して図解されてきたにもかかわらず、移植片の正確な取り付けは難しいままである。このことは、少なくとも部分的には、関節鏡の制限された二次元像に因るものであり得て、関節鏡手術中にＡＣＬを正確に位置決めするには上述の研究が不十分なものになる。
【００１４】
本願では、特に元々の付着部位の視認性が増強された膝内部の術野の着色蛍光画像を術者に提供することによって、手術中にＡＣＬ２４の元々の付着部位の位置特定を大幅に促進する関節鏡器具アセンブリが開示される。着色画像の組成は、ＡＣＬ２４、特に脛骨１４及び大腿骨１２に付着するＡＣＬの端部の蛍光特性と、骨組織の蛍光特性との差に基づいたものとなり得る。このため、本発明では、関節鏡器具アセンブリにおいて独立して実行可能な二つの基本イメージング法を利用する。以下、これらイメージング法について概説する。
【００１５】
第一のイメージング法は、ＡＣＬ組織及び骨組織の発光スペクトルが２６０〜３００ｎｍの範囲内の励起波長に対して顕著な差を示すという実験学的知見を利用する。例えば、図２は、２８０ｎｍの励起波長に対するウシ膝関節のＡＣＬ組織及び骨組織の発光スペクトルを概略的に示す。ＡＣＬ組織の発光スペクトルを反映した強度曲線には“靭帯”と付され、骨組織の発光スペクトルを反映した強度曲線には“骨”と付されている。二つの強度曲線“靭帯”と“骨”との間の差を反映した強度曲線も示されていて、“差”と付されている。図２のグラフから見て取れるように、差の曲線の極小が、３２５〜３４５ｎｍの発光波長範囲内に見い出され、差の曲線の極大が３７０〜４５０ｎｍの発光波長範囲内に見い出される。実際の差の最大値は３９０ｎｍの発光波長付近に見い出されるが、４００〜４５０ｎｍの発光波長範囲では、骨組織の発光強度が、発光波長の増大と共に急激に減少しており、この範囲が特に興味のあるものである。従って、２６０〜３００ｎｍの範囲内、好ましくは２７０〜２８０ｎｍの範囲の励起波長を有する光で膝関節内の裂けたＡＣＬの元々の付着部位の近似位置を照射し、４００〜４５０ｎｍの範囲内の発光波長の蛍光を介して照射位置をイメージングすることによって、ＡＣＬの元々の付着部位を実質的に独占的に視認可能とすることができる。必要であれば、強度閾値を適用して、骨組織からの蛍光発光の寄与をフィルタリング又は遮断し得る。
【００１６】
第二のイメージング法は、膝関節を構成する靭帯及び骨組織が多様な励起波長に対して相互に異なる発光スペクトルを有するという実験学的知見を利用する。多様な発光スペクトルそれ自体では、第一のイメージング法のようにＡＣＬの元々の付着部位を特定の発光波長において独占的にイメージング可能にするものではないが、多様なスペクトルの差を用いて、スペクトル分離法によって組織のタイプを区別することができる。
【００１７】
スペクトル分離法それ自体は当該分野において既知であり、靭帯組織の強度と骨組織の強度との強度比が異なる複数の発光波長において撮られた少なくとも二つの蛍光画像を用いるものである。一実施形態では、スペクトル分離は、各組織タイプの相対強度を行列で記憶して、その逆行列に取得した蛍光像を掛けて、各組織タイプの孤立した寄与を得ることによって、行われ得る。このことは以下のように理解される。
【００１８】
Ｉαを発光波長αにおいて撮った蛍光像として、Ｉβを発光波長βにおいて撮った蛍光像とすると、二つの像Ｉα、Ｉβを、個々の色成分寄与行列ＣＡＣＬ（孤立した靭帯組織に関する）及び個々の色成分寄与行列ＣＢｏｎｅ（孤立した骨組織に関する）の重ね合わせとして記述することができ、その各々に強度因子ａ〜ｄを掛ける：
Ｉα＝ａ・ＣＡＣＬ＋ｂ・ＣＢｏｎｅ
Ｉβ＝ｃ・ＣＡＣＬ＋ｄ・ＣＢｏｎｅ    式（１）
式（１）は以下のように行列表示で計算し直すことができる：
Ｉ＝ＡＣ      式（２）
ここで、
【数１】
2016502433.tif 000003
式（２）を書き直して、強度因子行列Ａの逆行列Ａ−１に複合蛍光像行列Ｉを掛けることによって、個々の色成分寄与行列Ｃを得ることができるように表すことができる：
Ｃ＝Ａ−１Ｉ      式（４）
２×２行列Ａについて、逆行列Ａ−１は、単純であり、以下のように記述することができる：
【数２】
2016502433.tif 000004
式（３）、（４）、（５）を組み合わせることによって、靭帯組織の色成分寄与行列ＣＡＣＬ、骨組織の色成分寄与行列ＣＢｏｎｅをそれぞれ以下のように表すことができる：
【数３】
2016502433.tif 000005
式（６）及び式（７）は、ａｄ≠ｂｃ、又はａ／ｂ≠ｃ／ｄの条件を満たし、これは、靭帯組織と骨組織との間の強度比が、発光像ＩαとＩβとで異なることを意味する。
【００１９】
（ｉ）少なくとも二つの蛍光像Ｉα、Ｉβの各々における組織タイプ間の強度の差（例えば、｜ａ−ｂ｜、｜ｃ−ｄ｜）が大きく、好ましくは組織タイプの強度が二つの蛍光像においてほぼ逆であり、つまり、一つの画像では靭帯組織の強度が骨組織の強度よりも大きく、他の画像では靭帯組織の強度が骨組織の強度よりも小さく、且つ（ｉｉ）少なくとも二つの蛍光像の間の組織タイプの強度比の差（例えば、｜（ａ／ｂ）−（ｃ／ｄ）｜）が大きい場合に、最適なスペクトル分離が達成可能である。
【００２０】
組織タイプ強度及び組織タイプ強度比における十分大きな差を有する蛍光像が、近紫外及び中紫外範囲（つまり、２００〜４００ｎｍ）内の全てではないがほとんどの励起波長において得られ得るものであるが、スペクトル分離の最適な条件は、３００〜３５０ｎｍと３８０〜３９５ｎｍの二つの励起波長サブ範囲に対してのみ識別されている。より好ましくは、励起波長は３９５、３９４、３９３、３９２、３９１ｎｍよりも低く、この波長よりも低くなるほど、ＡＣＬのより良い識別を得ることができる。この様子が図４に示されている。３００〜３５０ｎｍの励起波長サブ範囲について、対応する適切な発光波長は３９０±２０ｎｍ及び４６０±２０ｎｍに見い出されている。３８０〜３９５ｎｍ、より好ましくは３８０〜３９４ｎｍの励起波長サブ範囲について、組織タイプ強度及び組織タイプ強度比の対応する大きな差が、主に靭帯組織を示す５００±２０ｎｍの発光波長と、主に骨組織を示す６００±２０ｎｍの発光波長において見い出されている。３８０〜３９５ｎｍの波長サブ範囲の使用が、実施がより簡単でより経済的であり、特に、人間にとってより安全であり、あまり複雑な光学系を必要としないので、３００〜３５０ｎｍの波長サブ範囲よりも好ましくなり得る。また、標準的なＲＧＢカメラで撮影された蛍光像の赤色成分、緑色成分及び青色成分に基づいたスペクトル分離法を用いることで靭帯組織の視認性を十分に増強することができることが立証されている点に留意されたい。
【００２１】
以下の表は、二つの基本イメージング法の特徴をまとめる：
【００２２】
【表１】
2016502433.tif 000006
【００２３】
さて、ＡＣＬの元々の付着部位のイメージング及び位置特定のための方法論が明らかになったところで、本発明に係る関節鏡器具アセンブリの構成に着目する。図３は、そのようなアセンブリ１００の例示的な実施形態を概略的に示す。
【００２４】
関節鏡器具アセンブリ１００は、関節鏡１１０を含み得る。関節鏡１１０は、剛性チューブ状筐体又はカニューレ１１２を定め、カニューレ１１２は、術者側の近位端１１２ａと、術野側の遠位端１１２ｂとの間で延伸し得る。遠位端は、図示されるように、傾斜が付けられ、つまり或る角度で切断され得る。剛性チューブ状筐体１１２は、典型的に、１８ｃｍ以下の長さＬと、５ｍｍ以下の外径Ｄとを有し、また、以下で説明するように、照明システム１２０、画像転送システム１３０、及び／又は画像処理システム１４０の一部を収容し得る。
【００２５】
一部実施形態では、関節鏡器具アセンブリ１００は、弾性チューブ状導入シース（図示せず）を含み得て、その中に関節鏡１１０が包まれて、手術中に患者が損傷することを防止する。導入シースは、関節鏡１１０の剛性チューブ状筐体１１２よりも僅かに長い長さと、関節鏡１１０の剛性チューブ状筐体１１２よりも最大２ｍｍ大きな外径とを有し得る。使用中には、関節鏡の導入シース及び／又は筐体１１２によって少なくとも部分的に画定された洗浄チャネルを介して、洗浄流体が術野に対して供給及び排出されて、術野を洗浄してクリアな像を維持し得る。
【００２６】
関節鏡器具アセンブリ１００は、術野を照らすための照明システム１２０を更に備え得る。好ましい実施形態では、照明システム１２０は、少なくとも二つの同時又は交互の選択可能な照明モードで術野を照らすことができる。第一の照明モードでは、照明システムは、膝関節を構成する組織を蛍光励起可能な光で術野を照らして、特に靭帯組織の視認性を増強させ得る膝関節の典型的には着色蛍光像を生成することができる。第二の照明モードでは、照明システム１２０は、術野の典型的には実際の色の像の撮影又は生成を可能にすることによって、そこに存在する組織の平面像検査を可能にする略白色光で術野を照らすことができる。
【００２７】
第一の照明モードを可能にする照明システム１２０の一実施形態では、照明システム１２０は、靭帯励起波長範囲内の波長を有する光を生じさせるように構成された第一の光源１２２ａを含み得て、人体又は動物の体の靭帯組織を蛍光励起することができる。この性能を有する光は、一般的に２００〜５２０ｎｍの波長範囲内に見い出すことができる。しかしながら、好ましい実施形態では、靭帯組織の励起は、近紫外及び中紫外の波長範囲、つまり、２００〜４００ｎｍの範囲内の不可視光を用いて行われ、励起スペクトルと可視発光スペクトルの使用可能な部分との間の重なりを防止する。より具体的には、上述の第一のイメージング法に基づいた関節鏡器具アセンブリ１００の実施形態では、第一の光源１２２ａが、２６０〜３００ｎｍの範囲内、好ましくは２７０〜２８０ｎｍの範囲内の波長を有する光を発生させるように構成され得る一方、第二のイメージング法に基づいた実施形態は、３００〜４００ｎｍの範囲内、好ましくは３８０〜３９５ｎｍの範囲内、より好ましくは３９４ｎｍ以下の波長を有する光を発生させるように構成された第一の光源１２２ａを含み得る。
【００２８】
第一の光源１２２ａは、原理的には、任意の適切な構成を有し得る。例えば、一実施形態では、第一の光源１２２ａは、（高出力）ＬＥＤを備え得る。他の実施形態では、第一の光源１２２ａは、ガス放電ランプを備え得る。ＬＥＤもガス放電ランプも任意で適切な光学バンドパスフィルタと組み合わせて使用され得る。第二のイメージング法を実施するように構成された実施形態は、例えば、３９５ｎｍ（１０ｎｍバンド幅）フィルタを備えたキセノンランプを含み得る。
【００２９】
第二の照明モードを可能にする照明システムの一実施形態では、照明システムは、略白色光、つまり、４００〜７００ｎｍの波長範囲を実質的にカバーするスペクトルを有する光、又は少なくとも青色、緑色及び赤色を含む光を発生させるように構成された第二の光源１２２ｂを含み得る。第一の光源１２２ａと同様に、第二の光源１２２ｂは、原理的には任意の構成を有し得て、例えば、一つ以上のＬＥＤを含む。
【００３０】
関節鏡器具アセンブリ１００の一実施形態では、照明システム１２０は、関節鏡１１０の構造的に接続されていない別途のスタンドアローン型光プローブに収容され得る。しかしながら、好ましい実施形態では、照明システム１２０は、少なくとも部分的に関節鏡１１０に統合され得る。このような好ましい実施形態の一つでは、図３に示されるように、第一の光源１２２ａ及び／又は第二の光源１２２ｂ自体は関節鏡１１０の外側に配置される一方、導光体１２６、例えば石英光ファイバ導光体が、第一の光源１２２ａ及び／又は第二の光源１２２ｂに接続されて、そこから、関節鏡１１０のチューブ状筐体１１２を通って、関節鏡の遠位端１１２ｂ内に延伸し得る。第一の光源１２２ａ及び第二の光源１２２ｂには各々専用の導光体が付随するか、又は共通の導光体１２６を共有し得て、その共通の導光体は、術者が制御可能な光学スイッチ１２４を介して光源１２２ａ、１２２ｂに接続され得て、光学スイッチ１２４は、術者が第一の光源１２２ａ及び第二の光源１２２ｂからの光を導光体１２６に交互に結合することを可能にする。このような好ましい実施形態の他のものでは、第一の光源１２２ａ及び／又は第二の光源１２２ｂ自体が完全に又は部分的に関節鏡１１０に収容され得る。これは、第一の光源１２２ａ及び／又は第二の光源１２２ｂが一つ以上の比較的小さなＬＥＤとして実現され、関節鏡１１０の遠位端又は先端１１２ｂ内に組み込まれる場合には、特に実用的となり得る。
【００３１】
関節鏡器具アセンブリ１００は、チューブ状筐体１１２の遠位端１１２ｂにおける術野の蛍光像を画像表示システム１５０に転送するように構成された画像転送システム１３０を更に備え得る。画像転送システム１３０は、典型的には、光学画像を電子的に記録又は撮影する少なくとも一つのイメージセンサ１３３、１３３’を有するデジタルカメラ１３２を含み得る。カメラ／少なくとも一つのイメージセンサ１３３、１３３’は、関節鏡１１０のチューブ状筐体１１２の遠位端１１２ｂに収容されるか、又は、関節鏡１１０の外部に配置され得る。前者の場合が図３に示されていて、画像転送システム１３０のカメラ信号ケーブル１３４、又は例えば無線接続等の適切な代替接続で、カメラ１３２が画像表示システム１５０に動作可能に接続され得る。後者の場合、カメラ１３２は、カメラ／少なくとも一つのイメージセンサ１３３、１３３’と関節鏡１１０のチューブ状筐体１１２の遠位端１１２ｂとの間で延伸する導光体（図示せず）を更に含み得て、その遠位端１１２ｂから少なくとも一つのイメージセンサに画像を転送する。
【００３２】
画像転送システム１３０は、画像転送システム１３０を通過してくる術野の蛍光像を処理するように構成された画像処理システム１４０を含み得て、術野に存在する靭帯構造及び骨構造との間のコントラストが未処理の蛍光像と比較して増強されている術野の着色蛍光像を提供する。
【００３３】
一実施形態では、画像処理システム１４０は、少なくとも一つの光学バンドパスフィルタ１４２を含み得る。光学バンドパスフィルタ１４２は、任意の適切なタイプのものであり得て、任意の適切な物理原理に基づいたものとなり得る。光学バンドパスフィルタ１４２は、例えば、ガラスドーパント、色素、染料又は半導体等の一部物質の波長依存吸収性に基づいた吸収ガラスフィルタ、色素フィルタ、又はカラーフィルタを含み得る。代替的に又は追加的に、光学バンドパスフィルタは、転送される光の波長を選択するように液晶を電子的に制御可能な液晶波長可変フィルタ（ＬＣＴＦ，ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ）等の波長可変光学バンドパスフィルタを含み得る。光学バンドパスフィルタ１４２は、画像転送システム１３０のカメラ１３２に組み込まれ得て、そのイメージセンサの上流又は前方に位置し得て、画像転送システムの光路に配置されるようになる。第一のイメージング法を実施する実施形態では、カメラ１３２は、典型的には、一つのイメージセンサとそれに付随する一つの光学バンドパスフィルタ１４２を含み得る。第二のイメージング法を実施する実施形態では、カメラ１３２は、一つ又は二つのイメージセンサを含み得て、例えば、スペクトル分離がカメラ信号の赤色成分、青色成分及び緑色成分に対して行われる場合には一つの（ＲＧＢ）イメージセンサ、スペクトル分離が異なる発光波長において同時に取得された二つの蛍光像に対して行われる場合には二つの（又はそれ以上の）イメージセンサとなる。前者の場合、センサ自体が三つのフィルタとして機能し得るので、単一のイメージセンサには別途の光学バンドパスフィルタ１４２が付随する必要はないが、第一の光源１２２ａによるイメージセンサの青色チャネルの露光過多を最小化するために、略４３０±１０ｎｍの範囲内の低いカットオフ波長を有するロングパス光学バンドパスフィルタを使用することが望まれ得る。後者の場合、カメラ１３２のイメージセンサの各々に個別の光学バンドパスフィルタ１４２が付随し得る。
【００３４】
イメージング法の上述の説明に基づき、第一のイメージング法を実施する実施形態の画像処理システム１４０が４００〜４５０ｎｍの範囲内の波長に対する光学バンドパスフィルタ、例えば４１０ｎｍ（１０ｎｍバンド幅）光学バンドパスフィルタを含み得る一方、二つのイメージセンサを用いて第二のイメージング法を実施する実施形態の画像処理システムが二つの光学バンドパスフィルタ、例えば、３８０〜３９５ｎｍの範囲内の励起波長を用いる場合には５００ｎｍ（２０ｎｍバンド幅）及び６００ｎｍ（２０ｎｍバンド幅）の光学バンドパスフィルタ、３００〜３５０ｎｍの範囲内の励起波長を用いる場合には３９０ｎｍ（２０ｎｍバンド幅）及び４６０ｎｍ（２０ｎｍバンド幅）の光学バンドパスフィルタを含み得る。
【００３５】
好ましい一実施形態では、特に第一及び第二の照明モードの両方を提供するように構成された実施形態では、少なくとも一つの光学バンドパスフィルタ１４２が、画像転送システム１３０の光路内において永続的に活性とならないものとなり得る。代わりに、画像処理システム１４０は、光学バンドパスフィルタ活性化／不活性化デバイス（図示せず）を含み得て、少なくとも一つの光学バンドパスフィルタ１４２の活性化及び不活性化を効果的に可能にして、フィルタの不活性化状態においては白色光がフィルタリングされていない画像転送システム１３０に入射及び／又は通過するようになる。
【００３６】
第二のイメージング法に基づいた実施形態では、画像処理システム１４０は、術野の多様な蛍光像のスペクトル分離を行うように構成されたプロセッサを更に含み得る。プロセッサは、典型的には、デジタルカメラ１３２のイメージセンサの下流に配置され得て、イメージセンサによって出力される電気信号に作用する。
【００３７】
上述のように、関節鏡器具アセンブリ１００は、画像表示システム１５０も含み得て、画像表示システム１５０は、画像転送システム１３０に動作可能に接続されて、術野の着色蛍光像を表示することができるように構成される。構造的には、画像表示システム１５０はディスプレイ又はモニタ１５２を含み得る。白黒ディスプレイも使用可能であるが、好ましくは、ディスプレイ１５２は、高解像度カラーディスプレイであり得る。
【００３８】
本願で開示される関節鏡器具アセンブリおよび方法の構成及び動作について膝関節に関して、特に、ＡＣＬの再建手術を行うことを目的として上述してきた。関節鏡器具アセンブリ及び方法はこの応用に対して特に適したものではあるが、これに限定されるものではないことを理解されたい。関節鏡器具アセンブリ及び術野内の靭帯組織を位置特定する方法は、人間又は動物の膝以外の他の関節にも使用可能である。
【００３９】
本願で用いられている用語に関して、以下の点に留意されたい。‘着色蛍光像’との用語は、可視スペクトル全体にわたる発光波長／色を区別なく含むフルカラー蛍光像のものとは異なる色でその対象、特に術野の一部を表す蛍光像のことを称する。従って、処理、例えば、特定の波長のフィルタリング及び／又はカラーからグレースケールへの変換を介して発生させた蛍光像が、‘着色蛍光像’として理解されるものである。
【００４０】
添付図面を一部参照して本発明の例示的な実施形態について上述してきたが、本発明がこれらの実施形態に限られるものではないことは理解されたい。当業者には、図面、明細書及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示される実施形態のバリエーションが理解され実現され得るものである。本明細書全体での“一実施形態”や“実施形態”との言及は、その実施形態に関する具体的な特徴、構造及び特性が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれるということを意味するものである。従って、本明細書全体にわたる多様な箇所における”一実施形態における”又は“実施形態における”との表現は必ずしも同一の実施形態に言及しているものではない。更に、一以上の実施形態における具体的な特徴、構造又は特性を適切な方法で組み合わせて、明示的に説明されていない実施形態を新たに形成することができる点に留意されたい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  人間の膝
１２  大腿骨
１４  脛骨
１６  腓骨
１８  膝蓋骨
２０  内側側副靭帯（ＭＣＬ）
２２  外側側副靭帯（ＬＣＬ）
２４  前十字靭帯（ＡＣＬ）
２６  後十字靭帯（ＰＣＬ）
２８  半月板
３０  内側大腿顆
３２  外側大腿顆
３４  膝蓋面
３６  顆間窩
３８  脛骨プラトー
１００  関節鏡器具アセンブリ
１１０  関節鏡
１１２  剛性チューブ状ハウジング
１１２ａ  チューブ状ハウジングの術者側の近位端
１１２ｂ  チューブ状ハウジングの術野側の遠位端
１２０  照明システム
１２２ａ  第一の光源
１２２ｂ  第二の光源
１２４  光学スイッチ
１２６  導光体
１３０  画像転送システム
１３２  デジタルカメラ
１３３、１３３’  イメージセンサ
１３４  電気信号ケーブル
１４０  画像処理システム
１４２、１４２’  光学バンドパスフィルタ
１５０  画像表示システム
１５２  ディスプレイ
Ｌ  関節鏡の剛性チューブ状ハウジングの長さ
Ｄ  関節鏡の剛性チューブ状ハウジングの外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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