JP2011172920A - 整形外科手術用器械 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】患者から取得した骨関節部の3次元形状画像のデータを用いてラピットプロトタイピングで作製した、患者の骨関節部の形状を有し、術前計画で設定した髄内アライメントロッドを挿通するための三次元アライメント軸孔部2を形成した関節モデル1と、関節モデル1と組み合わされ、関節モデル1の複数の特徴位置部との間隔を調整可能な調整部12〜17、髄内アライメントロッドを装着する第1の装着部10a,20、髄外アライメントロッドを装着する第2の装着部19、及び骨切除機器を装着する第3の装着部18を設けた設置ガイド器械10とを備える。
【選択図】図3
Description
同様に、大腿骨FM側においては、大腿骨FM遠部より変形した軟骨及び骨を切除し、大腿骨コンポーネントaを大腿骨に固定するための5つの設置面C11〜C15を設ける。上記5つの設置面C11〜C15は、それぞれ大腿骨FMの機能軸に垂直な面C11と機能軸に平行な前後の2面C12,C13、及び面取り部分の傾斜設置面の2面C14,C15である。
また、最近のナビゲーション技術を用いる方法では、手術時間の延長や、手術器械が大掛かりで高価であるために普及が見込めない上、アンテナピンによる侵襲の可能性を排除できない。
[三次元術前計画と実物大の骨造作物の製造]
まず、患者個々の下肢全長をCT装置あるいはMRI装置で撮影し、この画像データから三次元的な骨モデルをコンピュータ上で作成し、人工膝関節置換術における三次元的な術前計画を行なう。ここまでの作業は既存の人工膝関節の三次元テンプレーティングシステムやナビゲーションシステムの術前計画と同様である。
図1に、上記したラピットプロトタイピング技術を用いて作製した実物大の大腿骨モデル1を示す。同図に示すようにこの大腿骨モデル1には、術前計画で設計した大腿骨の三次元アライメント軸孔2及び、手術器械の3.2mm径の固定ピンを設置する計画の位置に固定ピン孔2a〜2dがそれぞれ造作されている。
図4に大腿骨設置ガイド器械10を大腿骨顆間部モデル5及び大腿骨モデル1に組み付けた状態を示す。大腿骨設置ガイド器械10の前面からスライド孔部10aを通すようにアライメントロッド11を差し込み、三次元アライメント軸孔5aを通して大腿骨顆間モデル5を介在させ、大腿骨モデル1に形成した三次元アライメント軸孔2へ通す。
手術前に実物大の大腿骨モデル1のどの位置に手術器械の各調整ネジ20、12,13,14〜17が位置しているか、術前計画の値と大腿骨モデル1上の器械の設置位置の値が一致しているか、各調整部位の長さを計測しておくことにより、正確なアライメントにおける器械の設置状態を把握して手術に臨む。
手術時においては、実物大大腿骨モデル1を用いず、大腿骨顆間モデル5と大腿骨設置ガイド器械10を組み合わせた状態で使用する。患者の大腿骨関節部へ術前のシミュレーションを反映した最も適合性の良い至摘位置となるように大腿骨設置ガイド器械10及び大腿骨顆間部モデル5を密着させる。
手術前の一連の操作による大腿骨設置ガイド器械10を含む器械の三次元的な位置調整により、また、実物大の大腿骨モデル1を使用した手術ミュレーションにより、手術者は変形した関節の状態や骨欠損、骨棘の位置や大きさを3次元的に十分に把握して手術に臨むことができる。手術中においては人工膝関節大腿骨コンポーネントを比較的に低侵襲で安全、且つ短時間のうちに術前計画通り正確なアライメントでの設置が可能となる上、全体のコストを安価に実現できる。
図5は、ラピットプロトタイピング技術を用いて作製した実物大の脛骨モデル3を示す。同図に示すようにこの脛骨モデル3には、術前計画で設計した脛骨の三次元アライメント軸孔4及び3.2mm径の固定ピンを設置するための固定ピン孔4a,4bが造作されている。
図8に脛骨設置ガイド器械21を脛骨内側上顆モデル8及び脛骨モデル3と共に組み付けた状態を示す。
まず、脛骨モデル3の内側顆間部の特徴的な丘陵部分横の凹面部へ脛骨内側上顆モデル8の上部アーム部分9の背面が添うように当接することで、脛骨の三次元的な骨切除レベルを誘導できるようにしておく。
手術前に実物大の脛骨モデル3のどの位置に手術器械の各調整ネジ21b,22,23,24〜26が位置しているか、術前計画の値と脛骨設置ガイド器械21、脛骨内側上顆モデルの設置位置の値が一致しているか、各調整部位の長さを計測しておくことにより、正確なアライメントにおける器械の設置状態を把握して手術に臨む。
脛骨側の手術中操作では、骨髄腔に髄内ロッド11を挿入せず、侵襲を骨に与えることは避ける。代わりに、脛骨設置ガイド器械21に装着可能な髄外のアライメントロッドを脛骨設置ガイド21のアライメントロッド装着孔28に差し込んでアライメントを確認しながら操作を進める。
回旋方向の調整は脛骨切除ブロック27の前面にある脛骨回旋調整ネジ24、25を用いて微調整する。
後方傾斜に関しては、脛骨設置ガイド器械21のシャフト部にある脛骨後方傾斜調整ネジ22,23の先端のプローブ部分を、脛骨祖面と脛骨稜に経皮的あるいは皮膚の上から押し当て、これらのネジ22,23を用いて微調整する。
手術前の一連の操作による脛骨設置ガイド器械21を含む器械の三次元的な位置調整により、また、実物大の脛骨モデル3を使用した手術ミュレーションにより、手術者は変形した関節の状態や骨欠損、骨棘の位置や大きさを3次元的に十分に把握して手術に臨むことができる。手術中においては人工膝関節脛骨コンポーネントを比較的低侵襲で安全且つ短時間のうちに術前計画通り正確なアライメントでの設置が可能となる上、全体のコストを安価に実現できる。
上記実施形態では、術前計画の段階で大腿骨モデル1に対する大腿骨顆間部モデル5、脛骨モデル3に対する脛骨内側上顆モデル8をそれぞれコンピュータの仮想空間上で設計し、事前に中間モデルとして作製するものとして説明したが、手術者によっては、患者の身体的負担を軽減するなどの理由により術野の切開範囲を小さくすることがあるために、事前に作製した大腿骨顆間部モデル5、脛骨内側上顆モデル8では大きすぎて患者の骨に正しく当接できない場合も考えられる。
上記実施形態に加え、さらに術中の患者の骨に対する手術器械の設置精度を高めるためにガイド器械として、位置認識マーカを用いることも考えられる。
2…大腿骨の三次元アライメント軸孔、
3…実物大脛骨モデル、
4…脛骨の三次元アライメント軸孔、
5… 大腿骨顆間部モデル、
6…大腿骨前面のリファレンス面
7…大腿骨顆間のリファレンス面、
8…脛骨内側上顆モデル、
9…(脛骨内側上顆モデルの)アーム部分、
10…大腿骨設置ガイド器械、
11…アライメントロッド、
12,13…大腿骨回旋角調整ネジ、
14,15…大腿骨屈曲調整ネジ、
16,17…大腿骨内外反調整ネジ、
18…大腿骨遠位端切除ガイド、
19…大腿骨随外アライメントロッド装着孔、
20…大腿骨設置ガイド固定ネジ、
21…脛骨設置ガイド器械、
22,23…脛骨後方傾斜調整ネジ、
24,25…脛骨回旋調整ネジ、
26…脛骨内外反調整ネジ、
27…脛骨切除ブロック、
28…脛骨随外アライメントロッド装着孔、
29…脛骨顆間固定ピン、
30…顆間部ピン貫通孔、
31…スリーブ、
32…大腿骨顆間部モデル、
40…位置認識マーカ、
41…マーカ本体、
42…位置マーク、
43…位置決め凸部、
44…当接部、
51…3次元計測カメラ、
52…スタンド、
53…コンピュータ。
Claims (7)
- 患者から取得した骨の3次元形状画像のデータを用いてラピットプロトタイピングで作製した、上記患者の骨の形状を有し、術前計画で設定した手術器械を挿通するための三次元アライメント軸孔部を形成した骨モデルと、
上記骨モデルと組み合わされ、上記骨モデルの複数の特徴位置部との間隔を調整可能な調整部、手術計画の髄内アライメントを誘導するロッドを装着する第1の装着部、髄外アライメントロッドを装着する第2の装着部、及び、骨切除機器あるいは骨穿孔機器のガイドを装着する第3の装着部を設けた設置ガイド器械と
を具備したことを特徴とする整形外科手術用器械。 - 上記骨モデルと上記設置ガイド器械の間に介在して組み合わされる、患者から取得した骨の3次元形状画像のデータを用いてラピットプロトタイピングで作製し、上記骨モデルの形状に合致した当接部、及び上記ロッド、ドリルまたはピンを貫通する貫通孔を形成した中間モデルをさらに具備したことを特徴とする請求項1記載の整形外科手術用器械。
- 上記整形外科手術用器械は大腿骨膝関節用であって、
上記中間モデルの上記当接部は、大腿骨膝関節の前方平面部及び顆間部に当接する
ことを特徴とする請求項2記載の整形外科手術用器械。 - 上記整形外科手術用器械は脛骨膝関節用であって、
上記中間モデルの上記当接部は、脛骨膝関節の顆間***内側の丘陵状部分に当接する
ことを特徴とする請求項2記載の整形外科手術用器械。 - 上記整形外科手術用器械は脛骨膝関節用であって、
上記設置ガイド器械の第2の装着部は、髄外アライメントロッドが脛骨粗面と脛骨稜に位置するように調整可能な調整ネジを有する
ことを特徴とする請求項1記載の整形外科手術用器械。 - 上記骨モデルと上記設置ガイド器械の間に介在して組み合わされ、可塑状態で上記設置ガイド器械の上記調整部用のガイド部材を装着する、熱可塑性樹脂による中間モデルをさらに具備したことを特徴とする請求項1記載の整形外科手術用器械。
- 上記設置ガイド器械に装着する、少なくとも3箇所の指標部材を配置した位置認識マーカ器械をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載の整形外科手術用器械。
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