JP2017507689A - 少なくとも１つの解剖学的構造の３ｄ参照コンピュータモデルを生成するための方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）を、少なくとも１つの解剖学的構造についての、選択可能な手術前、手術中、または手術後の医用画像（４０、５０、６０）のセットと比較するために生成する方法であって、Ａ）コンピュータ支援型医用画像撮影装置を使用することにより、手術前ステータスにおける様々な視座からの、少なくとも１つの解剖学的構造の少なくとも第１および第２の医用画像（１０、１１）を取得するステップであって、第１および第２の医用画像（１０、１１）が、デジタル２Ｄ画像データのそれぞれ第１および第２のセットによって表現される、取得するステップと、Ｂ）治療対象となる解剖学的構造の３Ｄアトラスモデル（３０）を、デジタルデータソースの形態で提供される包括的解剖学的アトラスから選択（および抽出）することと、第１および第２の医用画像（１０、１１）の各々の少なくともあるセクション（１２、１３）を選択された３Ｄアトラスモデル（３０）へと登録することとにより、解剖学的構造の３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）を生成するステップとを含む、方法。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによる、少なくとも１つの解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデルを生成するための方法と、請求項１０または１１のプリアンブルによる、手術前、手術中、または手術後ステータスでの、患者の解剖学的構造についてのステータス関連３Ｄコンピュータモデルを生成するための方法と、請求項２６のプリアンブルによる、外科的治療を監視するための方法とに関する。

骨折の外科的治療、および骨変形の矯正の間、骨片は解剖学的に整復され、適切な固定技術を用いて、適正な位置でしっかりと固定される。手術中に骨片や移植片の位置異常が認識されない、または術後経過において、これらの骨片や移植片が二次的にずれることによって、問題が起こり得る。解剖学的に誤った骨片の整復、不適当な外科的技術、不適切な移植片の選択および／または位置決めに起因する、不完全な骨接合は、回避されなくてはならない。

骨折および骨変形は、手術前、手術中、そして手術後で異なる放射線画像撮影技術を用いて、ルーチン的に評価される。通例、従来のｘ線、即ち、平面投影画像が使用される。特に複雑なインターベンションは、診断のために、断層撮影的なレイヤ画像撮影を用いて、好ましくはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）を用いて評価される。この評価は、これらのレイヤ画像、または３次元のコンピュータモデルを、好ましくは手術前に（特殊な場合には、手術中または手術後にも）分析することによって行われる。

しかし、これまでの臨床手順では、骨片および骨接合について、治療経過の全体を通じた空間的な一貫性を持って評価することが不可能である。治療の全段階において、ＣＴのような３次元の医用画像撮影が必要となろう。上述の通り、これは技術的には可能であるものの、今のところ、コスト、放射能衛生的な理由、アーティファクトの発生、個人的、組織的、そして技術的な労力といったものが、治療の全段階でのルーチン的な骨接合の空間的評価を行うことを妨げているのは明白である。

破断した骨の断片を整形するための処理は、ＲＥＧＡＺＺＯＮＩによる米国特許出願公開第２０１１／００８２３６７号によって知られている。この知られている処理は、破断した骨のＣＴと、患者の対側の健康な骨のＣＴとを用いて取得したデジタルデータセットに基づき、骨および骨片の３Ｄ表現を生成するというステップを含んでいる。忠実に映し出された、対側の健康な骨の３Ｄ表現は、整復された骨片の３Ｄ表現の相対位置に関する、参照モデルとして使用される。その後、近位骨片および遠位骨片の３Ｄ表現は、３次元画像登録を用いて、参照モデルの３Ｄ表現とマッチされる。更に、近位骨片および遠位骨片上にある、マーカの配列および／または解剖学的目標が抽出され、参照モデルへと転写される。次いで、近位骨片および遠位骨片の参照モデルへと転写された、これらのマーカおよび／または解剖学的マーカの相対位置を用いて、手術中、骨片の実際の整形に適したデジタル参照データセットを構築することができる。破断した骨と対側の健康な骨の各ＣＴを必要とすることが、この知られている方法の欠点となり得る。

米国特許出願公開第２０１１／００８２３６７号明細書

Ｂ．Ｚｉｔｏｖａ、Ｊ．Ｆｌｕｓｓｅｒ、Ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ：ａ ｓｕｒｖｅｙ、Ｉｍａｇｅ ａｎｄ Ｖｉｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ２１、２００３年、９７７−１０００頁

したがって、本発明の目的は、標準的な２Ｄ医用画像の取得のみを要求する、少なくとも１つの解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデルを生成するための方法を提供することである。

本発明は、請求項１の特徴を含む、少なくとも１つの解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデルを生成するための方法と、請求項１０または１１の特徴を含む、手術前、手術中、または手術後ステータスでの、患者の解剖学的構造についてのステータス関連３Ｄコンピュータモデルを生成するための方法と、請求項２６の特徴を含む、外科的治療を監視するための方法とを用いて、提起される問題を解決する。

本発明による方法が持つ利点は、以下の点において本質的に認められる：
− 骨折または骨変形を患った患者の完全３Ｄコンピュータモデルを、従来の２Ｄ医用画像のみから構築することができる。これにより、患者を評価すること、ならびにその治療を３Ｄで誘導および追跡することが可能となる。
− 任意の段階における患者の外科的治療を評価するための包括的な情報を入手するのに必要となる画像情報が減少する。

本明細書で使用される幾つかの用語は、以下の意味に解される：
３Ｄ参照コンピュータモデル：
標準偏差情報を有する全身３Ｄアトラスモデル３０が、所与の臨床例の第１および第２の医用画像（医用２Ｄ画像が好ましい）上に重ね合わされ、それらが、事前定義された良好な検出が可能な区間内で集められた固有値、ならびに／あるいは、肉体外部の人工的な追加マーカ、および／または、肉体内部の解剖学的目標により、３Ｄアトラスモデル上で参照される。第１および第２の医用画像は、それぞれが全身３Ｄアトラスモデルの統合部である値マップとなる、幾つかの独立した、しかし知られている値を識別することを可能にするために、様々な既存および新規の技術／モダリティ（例えば、知られているＸ線技術またはＣＴスキャン）を用いて、撮影され得る。第１および第２の医用画像（個々の２Ｄ画像）の３Ｄアトラスモデルに対する差異は、３Ｄアトラスモデルを個々の事例の第１および第２の医用画像へと適用し情報の空隙を埋めることにより「通常の」３Ｄアトラスモデルを個々の測定値へと転換するための骨折していない骨の目標のような健康情報のみを用いる、３Ｄ参照コンピュータモデル即ち個々の健康体の完全３Ｄ再設計において変換されたこの測定値による分析においてまず使用される。

ステータス関連３Ｄコンピュータモデル：
３Ｄ参照コンピュータモデルを第１および第２の医用画像に重ね合わせることにより、特にその病理範囲からの追加バリエーションが、変形、またはずれが起こった際の破片のどちらかとして検出される。この技術を用いることにより、健康な状態の完全３Ｄモデルとしての３Ｄ参照コンピュータモデルを、対応するステータス関連３Ｄコンピュータモデル（例えば、病理３Ｄモデル）へと変換することができる。

代わりに、または加えて、３Ｄ参照コンピュータモデルを、後続の手術前、手術中、または手術後の医用画像のセットに重ね合わせることにより、健康体の完全３Ｄモデルとしての３Ｄ参照コンピュータモデルを、手術前、手術中、または手術後ステータスの対応するステータス関連３Ｄコンピュータモデル、即ち、任意の回復段階における任意の病理学的または外科的に治療された３Ｄ再設計へと変換することができる。

グラフィカル３Ｄコンピュータモデル：
グラフィカル３Ｄコンピュータモデルは、３Ｄ参照コンピュータモデルおよび／または手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデルを用いることによる、治療対象となる解剖学的構造の仮想外科的治療のコンピュータ支援によるプランニングおよび実行を含む。

移植片：
本明細書で使用される移植片という用語は、従来のｘ線、ＣＴ、または磁気共鳴画像撮影（ＭＲＩ）によって検出可能であり、その形態の変動性が限定的である、整形外科的移植片、歯科インプラント、ペースメーカ、またはステントなど、人体または動物体に完全にまたは部分的に人工的に移植されたまたは移植されることになる全ての固体手段を含むものと解釈される。

登録：
画像登録とは、ある物体についての１つ以上の対象画像を参照画像へとマッピングし、それにより参照画像と対象画像の各点ごとの対応関係を確立する処理と解釈される。この「登録する」ステップは、以下のサブステップを含むことが好ましい（Ｂ．Ｚｉｔｏｖａ、Ｊ．Ｆｌｕｓｓｅｒ、Ｉｍａｇｅ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ：ａ ｓｕｒｖｅｙ、Ｉｍａｇｅ ａｎｄ Ｖｉｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ２１、２００３年、９７７−１０００頁）：
１）特徴検出。顕著かつ特徴のある対象（閉塞した境界領域、端部、輪郭、線交差部、角、など）が、手動、または好ましくは自動で検出される。更なる処理のために、これらの特徴は、その代表点（重心、線端、特徴点）によって表現することができる。
２）特徴マッチング。このステップでは、感知された画像（３Ｄアトラスモデル３０）内で検出された特徴と、参照画像（第１および第２の医用画像１０、１１）内で検出された特徴との対応関係が確立される。この目的のため、様々な特徴記述子および類似の測定値が、特徴同士の空間的関係と共に用いられる。
３）変換モデル推定。感知された画像を参照画像と位置合わせする、所謂マッピング機能に関するタイプとパラメータとが推定される。マッピング機能のパラメータは、確立された特徴の対応関係を用いて計算される。
４）画像のリサンプリングおよび変換。感知された画像（３Ｄアトラスモデル３０）が、マッピング機能を用いて変換される。マッピング機能により、感知された画像（３Ｄアトラスモデル３０）は、参照画像（第１および第２の医用画像１０、１１）に重畳するように変換される。

上記のサブステップは、光景画像（患者の解剖図）および光景モデル（３Ｄアトラスモデル）が登録される、「モデル登録のための光景」の場合に対して使用される。

本発明の更なる有利な実施形態については、以下のように解説することができる。

ある特別な実施形態では、第１および第２の医用画像が、互いに角度が最小でも６０°オフセットしている異なる視座から撮影される。

更なる実施形態では、少なくとも１つの解剖学的構造が骨であり、登録するステップが、画像登録を実行する前に、第１の医用画像の第１のセクションを抽出するサブステップであって、第１の医用画像の第１のセクションが、骨折部位からまたは骨の変形部分から離間した近位骨片のセクションを含む、抽出するサブステップと、第１の医用画像の第２のセクションを抽出するサブステップであって、第１の医用画像の第２のセクションが、骨折部位からまたは骨の変形部分から離間した遠位骨片のセクションを含む、抽出するサブステップと、上記ステップを第２の医用画像についても繰り返すサブステップとを含む。

更なる実施形態では、第１および第２の医用画像が、複数の解剖学的構造を含み、３Ｄ参照コンピュータモデルが、各解剖学的構造についての各グラフィカル３Ｄサブモデルを含む。この方法により達成される利点は、骨や骨片のような治療対象となる解剖学的構造に関する個別に追跡可能なグラフィカル３Ｄサブモデルが、幾つかの解剖学的構造の個別の分析を可能にする３Ｄ参照コンピュータモデルへと統合可能であるということである。

別の実施形態では、本方法が、少なくとも１つのデジタルグラフィカル３Ｄサブモデルを、３Ｄ参照コンピュータモデルへと導入する追加ステップを更に含む。移植片および／または外科用器具のグラフィカル３Ｄサブモデルは、例えばＣＡＤデータベースなど、３Ｄ参照コンピュータモデル内のデータベースからコピーすることができる。

更なる実施形態では、デジタルグラフィカル３Ｄサブモデルが、移植片を表現する。

別の実施形態では、やはり、デジタルグラフィカル３Ｄサブモデルが、外科用器具を表現する。

更なる実施形態では、３Ｄ参照コンピュータモデルの生成が、治療対象となる解剖学的構造についての解剖学的目標、線、および／または領域の、自動または手動での識別および位置特定を含む。

更なる実施形態では、３Ｄ参照コンピュータモデルの生成が、各移植片、および好ましくは各外科用器具についての、特徴点、線、および／または領域の、自動または手動での識別および位置特定を含む。

手術前ステータスでの患者の解剖学的構造についてのステータス関連３Ｄコンピュータモデルを３Ｄ参照コンピュータモデルを用いて生成するための方法は、第１および第２の医用画像の各々を３Ｄ参照コンピュータモデルへと登録するステップを含む。その後、３Ｄ参照コンピュータモデルを第１および第２の医用画像に重ね合わせることにより、特にその病理範囲からの追加バリエーションが、変形、またはずれが起こった際の破片のどちらかとして検出される。

手術前、手術中、または手術後ステータスでの患者の解剖学的構造についての後続のステータス関連３Ｄコンピュータモデルに対して、以下のステップが実行される：ａ）コンピュータ支援型医用画像撮影装置を用いて、手術前、手術中、または手術後ステータスでの、様々な視座からの、少なくとも１つの解剖学的構造についての医用画像を少なくとも２つ含む、手術前、手術中、または手術後の医用画像のセットを取得するステップ。この少なくとも２つの医用画像は、それぞれ、デジタル２Ｄ画像データの各々のセットによって表現される。ｂ）手術前、手術中、または手術後の医用画像を用いて、少なくとも１つの解剖学的構造についてのグラフィカル２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデルを、デジタルデータのセットの形態で生成するステップ。ｃ）グラフィカル２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデルを、３Ｄ参照コンピュータモデルへと登録するステップ。達成される利点は、従来の、手術前ｘ線、手術中２Ｄ平面または空間的３Ｄ Ｃアーム画像、あるいは手術後Ｘ線画像を、解剖学的構造（例えば、骨や骨片）についての初めに生成された３Ｄ参照コンピュータモデルへと登録することにより、これらの手術前、手術中、または手術後に取得された医用画像のセットが治療経過全体を通じてステータス関連３Ｄコンピュータモデルとして常に表現可能となるということにある。

好ましくはＣＴを用いて、手術前に生成された後、空間的表現は、幾つかの理由のため、即ち、治療開始時に治療対象となる領域の空間的表現が生成されるということから、有益なものとなる。この空間的情報は、診断および治療のプランニングのために使用することができる。加えて、例えば手術時のそれらの処理および分析に利用可能な時間が手術前により長くなる。更に、手術中に２Ｄまたは３Ｄ Ｃアーム画像を使用して生成された他の画像撮影技術は、時間的または技術的理由のため、骨などの解剖学的構造の３Ｄコンピュータモデルを生成するには物足りない、または不適切でさえある。同じことが従来の手術前および手術後ｘ線にも当てはまり、これらにおいては、骨片などの解剖学的構造についての３Ｄコンピュータモデルの表現のスケーリングが、少なくともかなりの追加労力なくしては不可能である。これらのＸ線画像は、一方向からの投影のみによって生成された平面画像を表す。とはいえ、これらの画像が高解像度であることは有益である。

ある特別な実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、少なくとも１つの移植片の表現を追加的に含む。

更なる実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、少なくとも１つの外科用器具の表現を追加的に含む。

別の実施形態では、手術前、手術中、または手術後の医用画像のセットが、複数の解剖学的構造を含み、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、各解剖学的構造についての、好ましくは、各移植片および／または外科用器具についての、各グラフィカル２Ｄまたは３Ｄサブモデルを含む。

別の実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、登録ステップ中に３Ｄ参照コンピュータモデルが適用される参照モデルを形成する。ステータス関連３Ｄコンピュータモデルは、対象モデルとして使用され、それに向けて、３Ｄ参照コンピュータモデル（オブジェクトモデルまたはソースモデル）が修正される。手術前、手術中、または手術後の医用画像のセットの取得は、治療対象となる解剖学的構造の位置およびしたがって３Ｄ参照コンピュータモデルの位置が手術室に対して固定されたある座標系において定義されるようにＣアームの画像平面の重力ベクトルに対するある事前定義された角度でそれぞれが取得された２つ以上のデジタル医用画像を含み得る。

別の実施形態では、やはり、手術前、手術中、または手術後ステータスの医用画像のセットの取得が、コンピュータ支援型医用画像撮影技術を用いた、１つ以上のデジタル化された医用画像の取得を含む。２つ以上のデジタル化された医用画像の取得は、３Ｄコンピュータモデルの生成を可能にする相対的な角度で実行される。一方、長骨の異なる破片／セクションは、手術中に使用される比較的小さな画像フレームを有するＣアーム機器が手術前、手術中、または手術後の医用画像のセットの取得用に使用できるように、デジタル化された医用画像の各々においてマッピングすることができる。本手順は、ただ１つのＸ線のみで十分となり得、当業者に知られている「２平面での」標準的な画像取得を回避することができるということによってそれ自体区別される。よって、本方法の追加の利点は、放射線被曝と費用が抑えられることである。矯正骨切り術および骨折治療の場合、骨片、残留骨欠損、および使用された移植片からなる骨接合構築の全体を治療経過全体を通じて空間的に評価することができる。コンピュータディスプレイ上で、骨折や骨切りなどの解剖学的構造のステータス関連３Ｄコンピュータモデルのグラフィカル表現を見ることができ、施術の前、間、または後の段階に応じて骨片を空間的に表現する。よって、３Ｄ画像撮影手順は不要である。移植片の材料が放射線学的に可視になると同時に、その位置も、その３Ｄコンピュータモデルを、例えば骨片などの解剖学的構造の３Ｄコンピュータモデルと照合することにより、空間的に決定および表現することができる。

更なる実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルの生成が、３Ｄ参照コンピュータモデル内で識別および位置特定された、治療対象となる解剖学的構造についての解剖学的目標、線、および／または領域の、自動または手動での再識別および位置再特定を含む。最も単純な場合では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルは、再識別および位置再特定された解剖学的目標を有する、単一のデジタル医用画像に基づくものとなる。したがって、登録は、特徴ベースの登録処理によって有効となり得る。特徴ベースの登録処理の場合、幾つかの、通常は比較的少数の特徴（例えば、解剖学的目標）が、画像から抽出される。これは手動または自動で行われる。選択された解剖学的特徴は、画像全体に広がり、単一の領域のみに集中しないことが好ましい。次いで、登録は、ソースモデル（即ち、３Ｄ参照コンピュータモデル）上の選択された特徴（例えば、選択された解剖学的特徴）を、参照または対象モデル上の（即ち、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル上の）同一の解剖学的目標とマッチングすることによって有効となる。解剖学的目標に加えて、隣接領域から明確に区別された画像内の領域は、特徴として使用可能な領域の線または輪郭として現れる領域特徴または線または端部として使用することができる。同様に、線もその終了点によって表現され抽出され得る。

更なる実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルの生成が、３Ｄ参照コンピュータモデル内で識別および位置特定された各移植片および各外科用器具についての特徴点、線、および／または領域の、自動または手動での再識別および位置再特定を含む。移植片または外科用器具の３Ｄサブモデルの登録は、以下に示す２通りの方法によって有効となり得る：
（１）まず、３Ｄ参照コンピュータモデルの解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルをステータス関連３Ｄコンピュータモデルの解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルへと登録し、その後、３Ｄ参照コンピュータモデルの移植片または外科用器具のグラフィカル３Ｄサブモデルを３Ｄ参照コンピュータモデルの解剖学的構造の予め登録されたグラフィカル３Ｄサブモデルの解剖学的構造の１つ以上のグラフィカル３Ｄサブモデルと共に登録することにより、移植片または外科用器具のグラフィカル３Ｄサブモデルとステータス関連３Ｄコンピュータ内の解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルとの相対位置を考慮に入れる。または、
（２）まず、３Ｄ参照コンピュータモデルの解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルをステータス関連３Ｄコンピュータモデルの解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルへと登録し、その後、３Ｄ参照コンピュータモデルの移植片および／または外科用器具のグラフィカル３Ｄサブモデルをステータス関連３Ｄコンピュータモデルの移植片および／または外科用器具のグラフィカル３Ｄサブモデルへと登録する。

３Ｄ参照コンピュータモデルおよび／または手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデルを用いたグラフィカル３Ｄコンピュータモデルの生成は、治療対象となる解剖学的構造の仮想外科的治療をコンピュータ支援によりプランニングおよび実行するステップを含むことが好ましい。

別の実施形態では、グラフィカル３Ｄコンピュータモデルが、第１および第２の医用画像を用いて、デジタルデータセットの形態で、治療対象となる解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルを含む。

別の実施形態では、コンピュータ支援型プランニングが、グラフィカル３Ｄコンピュータモデル内の移植片についての少なくとも別のグラフィカル３Ｄサブモデルの統合を含む。

更なる実施形態では、コンピュータ支援型プランニングが、グラフィカル３Ｄコンピュータモデル内の一時的な補助手段についての、好ましくは外科用器具についての少なくとも別のグラフィカル３Ｄサブモデルの統合を含む。これにより、移植片、または、ガイドワイヤ、外科用ツール、および器具などの一時的な装具の位置を、治療終了に至るまでの各治療ステップにおいて、空間的に決定および表現することができる。このことは、コンピュータ内でアーカイブ化された取得可能な移植片または一時的補助手段の対応する３Ｄコンピュータモデルの位置を、第１に（上述した）解剖学的構造の正確に位置決めされた３Ｄコンピュータモデルと、第２にＸ線画像上で可視の移植片および／または一時的補助手段の位置とマッチングすることによって達成される。よって、移植片または一時的補助手段の３Ｄコンピュータモデルは、従来の手術前ｘ線、手術中平面２Ｄまたは空間的３Ｄ Ｃアーム画像、あるいは手術後Ｘ線画像など、異なる画像撮影モダリティ上で登録を繰り返すことにより、治療経過全体を通じて空間的に表現される。

更なる実施形態では、コンピュータ支援型プランニングが、コンピュータシミュレーションを用いた、好ましくは有限要素解析を用いた、仮想的外科的に治療された解剖学的構造の生体力学的安定性の評価を含む。外科手術のコンピュータ支援型分析およびプランニング、即ち、解剖学的構造の再位置決めを用いることにより、一時的および永続的な移植片のタイプおよび位置をコンピュータ上で空間的に表現し仮想的にプランニングすることが可能となり、また、例えば骨接合についての生体力学的安定性をコンピュータシミュレーションによって評価し各治療ステップにおいて再評価することが可能となる。必要があれば、次いで治療プランを継続または修正することができる。

更なる実施形態では、やはり、グラフィカル３Ｄコンピュータモデルが、コンピュータ支援型プランニングに従って仮想的に治療された解剖学的構造の少なくとも中間結果についての少なくともグラフィカル３Ｄサブモデルを含む。

別の実施形態では、グラフィカル３Ｄコンピュータモデルが、好ましくは施術の正確な順序を定義すると共に適切な調整要件を含む治療プランをサブモデルとして含む。

外科的治療を監視するための方法に関する特別な実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、外科的治療前に少なくともある物体の監視を可能にする手術前ステータスで生成される。

更なる実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、外科的治療中に少なくともある物体の監視を可能にする少なくとも１つの手術中ステータスで生成される。

更なる実施形態では、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルが、外科的治療後に少なくともある物体の監視を可能にする少なくとも１つの手術後ステータスで生成される。

別の実施形態では、本方法が、３Ｄ参照コンピュータモデルとステータス関連３Ｄコンピュータモデルの差異を評価および／または分析することを更に含む。

別の実施形態では、本方法が、グラフィカル３Ｄコンピュータモデルとステータス関連３Ｄコンピュータモデルの差異を評価および／または分析することを更に含む。

別の実施形態では、やはり、本方法が、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルと後続のステータス関連３Ｄコンピュータモデルの差異を評価および／または分析することを更に含む。

更なる実施形態では、差異が自動的に評価および／または分析される。

本方法の好ましい用法は、外科的治療の品質保証向けとすることである。本方法の更なる構成要素および利点は、治療経過全体を通じて生成された全てのデータが、品質管理システムへと統合可能であり、よって分析可能となるということである。このことは、例えば、関連パラメータに関して治療手順を標準化するなど、治療のスタイル、選択、および実施に、肯定的な影響を及ぼすことができる。

更に、３Ｄ参照モデルを生成するための方法、および／または、ステータス関連３Ｄコンピュータモデルを生成するための方法、および／または、グラフィカル３Ｄコンピュータモデルを生成するための方法、および／または、外科的治療を監視するための方法は、以下の目的のために使用することができる：
− 骨折の治療
− 骨変形の治療
− 歯科インプラント学

本発明に関する幾つかの実施形態を、添付図面を参照しながら、例証として以下で説明する。

患者の破断した骨の側面図である。 本発明による方法の実施形態による、登録ステップの概略図である。 本発明による方法の実施形態による、破断していない状態での患者の骨の３Ｄ参照コンピュータモデルの斜視図である。 本発明による、手術前ステータスでのステータス関連３Ｄコンピュータモデルを生成するための方法に関する実施形態のフローチャートである。 本発明による、手術前、手術中、または手術後ステータスでの、患者の解剖学的構造についてのステータス関連３Ｄコンピュータモデルを生成するための方法に関する実施形態のフローチャートである。 本発明による、３Ｄコンピュータ支援型プランニングモデルを生成するための方法に関する実施形態のフローチャートである。

骨折／骨変形に関する画像ベースの評価は、常に評価者の経験に基づいており、したがって、その評価者の主観的な解釈に縛られる。通例、患者の評価には、標準的な２次元（２Ｄ）画像撮影が使用されるが、これは限定された情報しか提供しない。本発明の目的は、臨床状態を評価するために撮影された標準画像に基づき、個々の臨床例についての完全３Ｄモデルを提供することにより、個々の状態についての客観的な３Ｄ評価を行うことにある。

基本的に、本発明による方法は、コンピュータ支援型医用画像撮影技術を用いて取得可能な、あらゆる解剖学的構造に対して適用することができる。更に、手術中に使用可能であると共に、コンピュータ支援型医用画像撮影手順によって少なくとも部分的に幾何学的かつ明瞭な検出が可能な、あらゆる移植片および器具を使用することもできる。

骨、特に大腿骨の３Ｄ参照コンピュータモデル２０を生成するための、本発明による方法の例示的実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。少なくとも第１および第２の標準医用画像１０、１１に基づく、個々の臨床例についての完全ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５が、臨床状態を評価するために提供される。

例示的には、少なくとも１つの解剖学的構造についての同３Ｄ参照コンピュータモデル２０を生成するための方法は、以下のステップを含むものとなる：Ａ）コンピュータ支援型医用画像撮影装置を使用することにより、手術前ステータスにおける様々な視座からの、少なくとも１つの解剖学的構造の少なくとも第１および第２の医用画像１０、１１を取得するステップ。第１および第２の医用画像１０、１１は、デジタル２Ｄ画像データのそれぞれ第１および第２のセットによって表現される。Ｂ）解剖学的構造の３Ｄ参照コンピュータモデル２０を生成するステップ。このステップは、ｉ）治療対象となる解剖学的構造の３Ｄアトラスモデル３０を、デジタルデータソースの形態で提供される包括的解剖学的アトラスから選択および抽出することと、ｉｉ）第１および第２の医用画像１０、１１の各々の少なくともセクション１２、１３を、選択された３Ｄアトラスモデル３０に登録することとを行うことによって実行される。第１および第２の医用画像１０、１１が異なる視座から撮影され、この視座は、互いに角度が最小でも６０°オフセットしていることが好ましい。登録ステップには、画像登録の実行前に、以下のサブステップを含み入れることができる：１）第１の医用画像１０の第１のセクション１２を抽出するサブステップ。第１の医用画像１０の第１のセクション１２は、骨折部位６から、または骨１の変形部分から離間した、近位骨片２のセクション４を含んでいる。２）第１の医用画像１０の第２のセクション１３を抽出するサブステップ。第１の医用画像１０の第２のセクション１３は、骨折部位（６）から、または骨１の変形部分から離間した、遠位骨片３のセクション５を含んでいる。３）上記のサブステップを、第２の医用画像１１についても繰り返すサブステップ。

図４に示すように、少なくとも１つの解剖学的構造についての同３Ｄ参照コンピュータモデル２０は、少なくとも１つの解剖学的構造について手術前に取得された第１および第２の医用画像１０、１１との比較、あるいは、そのグラフィカル２ＤまたはＤ３コンピュータモデル１５との比較に使用することができる。

その後、この３Ｄ参照コンピュータモデル２０を第１および第２の医用画像１０、１１に重ね合わせることにより、特にその病理範囲からの追加バリエーションが、変形、またはずれが起こった際の破片のどちらかとして検出される。この技術を用いることにより、健康な状態の完全３Ｄモデルとしての、同３Ｄ参照コンピュータモデル２０を、対応するステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５（例えば、病理３Ｄモデル）と比較して、治療の任意の段階で、現在の状態を評価することができる。このようにすることで、手術前ステータスでの、患者の解剖学的構造についての第１の手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５は、第１および第２の医用画像１０、１１の各々を３Ｄ参照コンピュータモデル２０へと登録するステップを実行することによって取得可能となる。

３Ｄ参照コンピュータモデル２０を、第１および第２の医用画像１０、１１を用いて取得された第１の手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５と比較することにより、ある患者の少なくとも１つの解剖学的構造についての現状を評価し、かつ／または、ある患者の少なくとも１つの解剖学的構造についての臨床画像を特徴付けるために、３Ｄ参照モデル２０と第１の手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５の差異を自動および／または手動で分析することが可能となる。

図５に示すように、少なくとも１つの解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデル２０は、少なくとも１つの解剖学的構造についての、選択可能な手術前、手術中、または手術後の医用画像４０、５０、６０のセットとの比較、あるいは、そのグラフィカル２ＤまたはＤ３コンピュータモデル１５との比較に使用することができる。手術前、手術中、または手術後ステータスでの、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５は、以下のステップを実行することによって取得可能である：ｉ）コンピュータ支援型医用画像撮影装置を用いて、手術前、手術中、または手術後ステータスでの、様々な視座からの、少なくとも１つの解剖学的構造についての医用画像を少なくとも２つ含む、手術前、手術中、または手術後の医用画像４０、５０、６０のセットを取得するステップ。この少なくとも２つの医用画像は、それぞれ、デジタル２Ｄ画像データの各々のセットによって表現される。ｉｉ）手術前、手術中、または手術後の医用画像４０、５０、６０を用いて、少なくとも１つの解剖学的構造についてのグラフィカル２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデル１５を、デジタルデータのセットの形態で生成するステップ。ｉｉｉ）グラフィカル２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデル１５を、３Ｄ参照コンピュータモデル２０へと登録するステップ。

これらの手術前、手術中、または手術後の医用画像４０、５０、６０のセットを使用することにより、治療の完全な追跡を行うことができる。代わりに、ある患者についての、任意の種類の３次元（３Ｄ）画像情報が、３Ｄアトラスモデル３０、または３Ｄ参照コンピュータモデル２０（即ち、個々の健康体についての３Ｄ再設計）のどちらかと比較するために、ならびに、後続する任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５と（即ち、任意の回復段階で、本発明による方法を用いてキャプチャされた、任意の病理３Ｄ再設計と）比較するために、使用されてもよい。

３Ｄ参照モデル２０、またはそれ以外の健康状態にある手術後ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５（健康３Ｄ再設計）は、その固有のずれ値を全身３Ｄアトラスに追加することによって、または慎重に検証する際には測定された範囲内の新たな固有値を値マップに追加さえすることによって全身３Ｄアトラスを増強するために使用することができる。このループを用いると、３Ｄアトラスモデル３０は、新たな情報から自動的に「学習」する。この３Ｄアトラスモデル３０が、本技術を用いるシステムによってワールドワイドウェブ上で利用可能となる場合、そのようなシステムはいずれも、一層精密な評価を可能にする、急速に形成される３Ｄアトラスモデルから利益を受けると共に、システムのコミュニティは、特定の患者のセット内で特定の変動幅に収まる「通常」と、被評価患者の健常部においてこれらの変動域の外側となる「異常」とを区別するために学習することになる。

例１：
以下、本発明による３Ｄ参照コンピュータモデル２０を生成するための方法、本発明によるステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を生成するための方法、およびグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１を生成するための方法を、骨折の外科的治療および骨変形の矯正を例にとって説明する。

初めに、治療対象となる患者の解剖学的構造についての、手術前の第１および第２の医用画像１０、１１が、コンピュータ支援型医用画像撮影手順によって取得される。本方法は、施術前の手術範囲について、十分な画像情報を取得することを含む。本方法は、好ましくはＣＴを用いて、治療対象となる患者の解剖学的構造（例えば、骨折または骨変形を伴う部位）についての、手術前の第１の医用画像データセットの取得を行う。代わりに、または加えて、コーンビーム計算型断層撮影（デジタルボリューム断層撮影と呼ばれる）、磁気共鳴断層撮影、または３Ｄレーザスキャニングなどの、異なる３Ｄレイヤ画像撮影技術を用いてもよい。出力として、第１の出術前医用画像データセットが、デジタル画像データセット（例えば、ＤＩＣＯＭ（ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ）フォーマットのデータセット）の形態で取得される。

次に、治療対象となる解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデル２０が、第１および第２の医用画像１０、１１を用いて、デジタルデータセットとして生成される。とりわけ、手術に先立って、解剖学的構造の識別、位置特定、および表現が、このステップにおいて行われる。

手術前の第１および第２の医用画像１０、１１を用いると、治療対象となる解剖学的構造（例えば、骨折の場合は骨片、骨変形の場合は骨のセグメント）が、適切なコンピュータソフトウェアを通じて識別され、位置決めされ、３Ｄ参照コンピュータモデル２０の形態で格納される。それにより、同解剖学的構造を、例えば３Ｄ骨片として、コンピュータスクリーン上に表現することが可能となる。こうしたことは、識別（即ち、骨片などの解剖学的構造についての解剖学的幾何学的配列の検出）と、それらの位置特定（即ち、それらの空間的位置の定義）と、それらの表現（即ち、３Ｄコンピュータモデルとしての、それらの十分な空間的表現）とに関する方法を通じて行われる。これには、画像のセグメント化に関する技術も含まれる。例えば、矯正骨切り術の場合であれば、骨切り術のプランニングに応じた２つ以上の仮想骨片が、このステップにおいて識別され、位置特定される。このとき、その骨片を分断するために、見込切断線が使用される。このステップは、手術前に、コンピュータ上で自動または手動でなされるものであり、このとき、手術前の第１および第２の医用画像１０、１１が入力として使用されると共に、この画像データセットを処理するための（即ち、識別、位置特定、および例えば骨折の場合における骨片のような、３Ｄ解剖学的構造の空間的表現のための）コンピュータソフトウェアおよび方法が使用される。処理されたデジタルデータセットは出力として取得されることになり、この出力が、例えば個々の骨片など、解剖学的構造のグラフィカル表現を可能にする。

上述の通りに取得された３Ｄ参照コンピュータモデル２０は、手術前、手術中、または手術後のデジタル医用画像４０、５０、６０のセットから生成可能なステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を伴う画像登録により、自身の空間的位置に関するマッチングを行うことができる。これにより、治療経過全体を通じて治療対象となる、解剖学的構造についての実際の手術前、手術中、または手術後の位置に、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５をコンピュータスクリーン上に表現することができる。したがって、外科的治療を監視する間、３Ｄ参照コンピュータモデル２０は、治療対象となる解剖学的構造についての、位置を志向した表現のために使用することができる。こうしたことは、手術前であれば施術直前に手術室において行われるし、手術中、施術完了時および／または施術が済んだ後の手術後であれば、以下で説明するように、その外科的治療の品質保証のために行われる。

ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を伴う３Ｄ参照コンピュータモデル２０の登録ステップがなされる前に、治療対象となる解剖学的構造についての、手術前、手術中、もしくは手術後の医用画像４０、５０、６０、および／または移植片に関する所望のセットが、コンピュータ支援型医用画像撮影によって取得される。

次いで、治療対象となる解剖学的構造のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５が、デジタルデータセットとして生成される。デジタル化された手術前、手術中、または手術後の医用画像４０、５０、６０のセットが、例えば、解剖学的構造の手術前、手術中、または手術後のＸ線画像撮影を用いることによって取得された後、この解剖学的構造についての同一の解剖学的目標（例えば、骨折区間および健全な骨表面（関節表面を含む）の骨片および骨輪郭、骨のグレイ値、ならびに／または幾何学的骨配列に由来するもの）が、１つ以上のデジタル化された医用画像上で、または直接的にステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５上で再識別および位置再特定され、その後、治療対象となる解剖学的構造（例えば、骨片）の３Ｄ参照コンピュータモデル２０が、手術前、手術中、または手術後の状態でのステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５へと登録される。従来の平面Ｘ線、２平面Ｘ線、または施術直前に手術室で取得されたＸ線（Ｃアームを使用する２Ｄまたは３Ｄ画像撮影処理によって取得されていると好ましい）が、手術前、手術中、または手術後の画像撮影技術として用いられる。

次いで、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を伴う３Ｄ参照コンピュータモデル２０の登録が実行される。これにより新たな表現が果たされ、治療対象となる解剖学的構造（例えば、骨片の位置）の３Ｄ参照コンピュータモデル２０は、実際の手術前、手術中、または手術後の医用画像撮影に応じた、それらの適正な位置で見ることができる。したがって、第１および第２の医用画像１０、１１の取得またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）以降に、解剖学的構造（例えば、骨片）の位置が移動したとしても、その移動は具現化され、よって補償される。

あるいは、任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を伴う登録のために３Ｄ参照コンピュータモデル２０を使用する代わりに、コンピュータ支援型プランニングによって取得されたグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１を、任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を伴う登録のために使用することができる。このグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１は、３Ｄ参照コンピュータモデル２０および／または手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を基準として使用し、更にコンピュータ支援型プランニングのステップを実行すること、および／または治療対象となる解剖学的構造の仮想外科的治療を実行することによって、生成することが可能である。３Ｄ参照コンピュータモデル２０の生成と同様に、このグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１の生成は、施術に先立っての、解剖学的構造の識別、位置特定、および表現を含んでいる。

図６には、コンピュータ上での３Ｄ手術前プランニングが詳細に示されており、このコンピュータ上での３Ｄ手術前プランニングは、図６に示されるステップ２０１１から２０２１の全て、またはその一部のみを含むことができる。患者の臨床評価に加え、ここでは外科的治療の手術前プランニングとなる、医用画像の評価も含めた臨床記録の検討は、適切なソフトウェアを使用して、コンピュータ上で行われる。本明細書では、一例として、骨折の場合における３Ｄ骨片の適正な仮想整形が中心課題であるものとする（ステップ２０１２）。骨の残留欠損がある場合、３Ｄ骨片の解剖学的整形では、それを表現し、分析することが可能となる。しかし、骨変形の場合、骨切り術が仮想的にコンピュータ上で空間的に設定され（ステップ２０１１）、次いで、３Ｄ骨片が、プランニングされた位置へと移動させられる（ステップ２０１２）。そこへ、骨切り術に関してプランニングされた位置に応じてそれぞれ登録されている、上で定義した３Ｄ骨片が、絶えず最新の状態で表現される。

このコンピュータ上での３Ｄ手術前プランニングが持つ更なる特徴として、骨折または骨切り術を、仮想的に分析することができる（ステップ２０１３）。これにより、骨折や残留欠損または引き起こされた欠損に関する形状、サイズ、およびずれの度合い、ならびに、結果として生じた骨片の部分的重複（骨切り術または骨移植の場合には重要となる）を計算することが可能となる。更に、データベースに格納されて利用可能となっている、よく知られている骨折分類法８（例えば、ＡＯ ＣＯＩＡＣの分類法、またはミュラーＡＯ分類法）を使用することもできる。

次いで、骨折および骨変形に対する仮想骨接合（ステップ２０１６）が、例えば外科用器具などの一時的な装具、およびプレート、髄内釘、ねじ、ガイドワイヤなどのような最終的な移植片のアーカイブ化された３Ｄコンピュータモデル９を、適切なサイズで選択すること、ならびに、この選択したものを、グラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１内にグラフィカル３Ｄサブモデルとして位置決めすることによって、プランニングされる。骨欠損の場合であれば、自家移植材料にするか、無生物材料にするか（例えば、骨移植かセメントか）について、その分量と併せてのプランニングを追加的に含めることができ、このとき、欠損部は、その体積および骨の機械的性質に相当する、対応した仮想パッキンにより、仮想的に修復される。更に、実行プラン（ステップ２０１７）が決定され、サブモデルとしてグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１に統合される。この実行プランは、施術の正確な順序を定義するものであり、適切な調整要件を含んでいる。これにより、骨片の整形または骨切り術の順序だけでなく、一時的な治工具や最終的な移植片の順序と用途が決定される。手術中の実際の中間結果と比較可能な中途結果の仮想グラフィカル３Ｄコンピュータモデルは、調整要件の一部を成している。

このコンピュータ上での３Ｄ手術前プランニングが持つ更なる特徴として、手術のプランニング中に取得された骨片および移植片から成る仮想骨接合を、例えば有限要素解析を用いて、仮想的生体力学的に試験することができる（ステップ２０１８）。

入力として、手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５が使用される。これに基づき、それぞれが骨変形を伴った領域の全体である、骨片のグラフィカル３Ｄサブモデルを、プランニングの前に構築することができる。仮想外科的治療のプランニングおよび実行のために、以下のソフトウェアツールが使用可能である：
１．特に骨変形の場合において、仮想骨切り術を生成するためのソフトウェアツール
２．３Ｄ骨片を仮想再位置決めするためのソフトウェアツール
３．一時的な補助手段、およびプレート、ねじ、髄内釘、キルシュナー鋼線などのような最終的な移植片についてのアーカイブ化された３Ｄコンピュータテンプレート
４．構成要素（数、サイズ、骨片および移植片の幾何学的形状、など）の分析、およびプランニング中のプランニング処理（例えば、ずれの度合い、骨切りの角度）のためのソフトウェアツール
５．一次的な実行プランおよびその代替を確立するためのソフトウェアツール
６．骨接合の生体力学的特性を分析するためのソフトウェアツール

グラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１が出力として生成され、これには、移植片および／または外科用器具を含む、コンピュータベースのプランニングに従って仮想的外科的に治療された解剖学的構造と、コンピュータベースのプランニングに従って仮想的に治療された解剖学的構造の１つ以上の中間結果についての１つ以上のグラフィカル３Ｄサブモデルと、骨折治療のための骨接合に関するコンピュータベースのプランニングとを含み入れることが可能であり、これらはそれぞれ、骨変形を矯正するためのものである。

外科的治療の３Ｄ監視は、引き続き説明する以下のステップのうち、１つ以上を含むことができる：
１）手術前の監視、および／または
２）手術中の監視、および／または
３）手術後治療管理の場合の監視

１．施術前の監視：
初めに、治療対象となる解剖学的構造の第１および第２の医用画像１０、１１を含む、手術前の医療画像のセットが取得される。３Ｄ参照コンピュータモデル２０を手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５へと登録するために、解剖学的目標である骨折区間および健全な骨表面（関節表面を含む）の骨片および骨輪郭、骨のグレイ値、ならびに骨の幾何学的配列が、手術前Ｘ線画像上で再識別および位置再特定される。従来の平面Ｘ線、２平面Ｘ線、または施術直前に手術室で取得されたＸ線（２Ｄまたは３Ｄ Ｃアームを使用して取得されるのが好ましい）が、手術前画像撮影技術として用いられる。

その結果、新たな表現が達成され、その表現上で、解剖学的構造（例えば、骨片）の手術前３Ｄコンピュータモデル２５が、実際の画像撮影に応じた、それらの適正な位置で見ることができる。第１および第２の医用画像１０、１１に関する画像取得以降、骨片の位置が移動したとしても、その移動は適宜更新され、よって補償され得る。

このとき、３Ｄ外科的プランニングが含まれてもよい。即ち、プランニングされた骨接合構築の全体を、移植片の位置、ならびにそれらの挿入方向および端位置を含めて、可視化することができる。よって、移植片の将来の空間的位置決めは、やはり手術前に行われる。説明した全構成要素の登録後、これら種々の構成要素は、コンピュータ上に表示されること、または非表示となることを要求し得る。

２．手術中の監視：
更なるＸ線調整がなされるが、この場合は施術最中であり、２Ｄまたは３Ｄ Ｃアーム画像調整であることが好ましい。上述と同様の更なる画像登録が実行される。つまり、骨片についての手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を登録するために、解剖学的目標である骨折区間および健全な骨表面（関節表面を含む）の骨片および骨輪郭、骨のグレイ値、ならびに骨の幾何学的配列が、手術中Ｘ線上で再識別および位置再特定される。それにより、３Ｄ骨片の実際の位置は、空間的に決定可能、または手術中に監視可能となる。手術開始時に移植片が骨に固定されていれば、登録処理は改良または円滑化され得る。このことは、矯正骨切り術に対して特に有益となり得る。なぜなら、手術前３Ｄ画像撮影にて類似のものとして同一視可能な、処置における解剖学的目標の数が減少するからである。

矯正骨切り術の場合、まず初めに部分的な移動だけを有効にして、再識別および位置再特定を通じて骨片の空間的位置を評価することが有益となり得る。骨切り術の結果をより良くするために、更なる測定が開始されてもよい。最終的な固定は、骨片を空間的に適正な位置に調整した後にのみ行われる。

移植片および／または外科用器具が手術の経過における別の手術中Ｘ線調整で見ることができるようになった後、それらの空間的位置は、予め空間的に定義された骨片の手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５および対応する移植片または外科用器具のグラフィカル３Ｄサブモデルの位置決めを伴う登録によって求めることができる。

やはり、３Ｄ外科的プランニングを含み入れることが可能である。即ち、プランニングされた、または現在の骨接合を、移植片および／または外科用器具の位置ならびにそれらの挿入方向および最終位置も含めて、仮想生体力学的に可視化、分析、および試験することができる。

手術前プランニングおよびシミュレーションに関する情報を含む手術中に反復される再識別および位置再特定を伴う更なるＸ線調整は、外科医が手術を順調に継続し、それが３次元的に文書化され続けて、骨接合の空間的位置の調整を修正し、最終的に終結させるように支援し得る。

３．経過の手術後管理下での監視
Ｘ線調整による、経過についての定期的な手術後管理が行われる。これらのＸ線上で、骨片のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５および移植片のグラフィカル３Ｄサブモデルを、骨接合後、選択的に再識別および位置再特定することができる。手術後Ｘ線調整により、骨片または移植片の空間的位置移動が発生したかどうか、またはいつ発生したかを（特に、移動が手術後に発生してしまったかどうかを）決定することが可能になる。やはり、手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５、即ち、骨片および移植片の位置を、後続の手術前、または手術中に生成された、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５と比較することができる。コンピュータが導入された手術前プランニングは可視化可能であり、現在の骨接合の生体力学的安定性を試験するために、現在の状態を、例えば有限要素解析を用いて、シミュレーションすることができる。経過の更なる管理において、再評価を実行することも可能である。即ち、表現結果に基づき、治療を終結可能かどうか、または新たな診断や治療に関する測定を開始すべきかどうかを判断することができる。

平面Ｘ線へのみであったとしても、正確な登録をなし得たのであれば、「２階層の」標準的なＸ線の文書化は不要である。よって、放射線被曝および費用が抑えられる。

監視手順中になされたステップの間に取得された、１つ以上の発見や結果は、外科的治療用の品質管理システムへと転送することが可能である。

外科的治療を監視するための方法は、任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を、３Ｄ参照モデル２０と比較することによってなされ得る。任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５が、３Ｄアトラスモデル３０、または３Ｄ参照コンピュータモデル２０（即ち、個々の健康体についての３Ｄ再設計）のどちらかと比較するために、ならびに、先行する任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５と（即ち、任意の回復段階で、本発明による方法を用いてキャプチャされた、任意の病理３Ｄ再設計と）比較するために、使用されてもよい。

あるいは、任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５との比較のために３Ｄ参照コンピュータモデル２０を使用する代わりに、コンピュータ支援型プランニングによって取得されたグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１を、任意のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５との比較のために使用することができる。このグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１は、３Ｄ参照コンピュータモデル２０および／または手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を基準として使用し、更にコンピュータ支援型プランニングのステップを実行すること、および／または治療対象となる解剖学的構造の仮想外科的治療を実行することによって、生成することが可能である。３Ｄ参照コンピュータモデル２０の生成と同様に、このグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１の生成は、施術に先立っての、解剖学的構造の表現、識別、および位置特定を含んでいる。

例２：
本発明による３Ｄ参照コンピュータモデル２０を生成するための方法、本発明によるステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を生成するための方法、およびグラフィカル３Ｄコンピュータモデル２１を生成するための方法を、歯科インプラント学での適用という別の例を挙げて、以下に説明する。１つ以上の歯科インプラントを移植する場合の治療経過は、その治療経過全体を通じて、以下の通りに監視可能である：手術前であれば、手術範囲およびその近傍領域（例えば、隣接する歯および／または歯槽堤の周辺）についての、少なくとも第１および第２の医用画像１０、１１が取得される。即ち、手術前医用３Ｄ画像データセット１０が取得され、３Ｄ参照コンピュータモデル２５、ならびに／あるいは、手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５および／またはそのサブモデルが生成される。３Ｄ画像撮影は、例えばレーザスキャニングなどの、光学式３Ｄスキャニング手順を用いて行われることが好ましい。この３Ｄ画像撮影は、単独で、あるいは、手術前ＣＴまたはデジタルボリューム断層撮影に追加する形でなされ得る。このとき、個々の治療ステップの監視は、パイロットドリルや歯科インプラントのような外科用器具を含む手術前そして手術中の術野、ならびに手術直後または歯科補綴物（即ち、クラウンまたはブリッジ）の導入後の術野を、近傍領域と共に、光学式レーザスキャニングによって取得し、治療の様々な段階で得られた、これらの３Ｄ画像を登録することによって行われる。説明した３Ｄ画像は、追加のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５を形成する。この追加のステータス関連３Ｄコンピュータモデル２５は、手術前、手術中、または手術後の医用画像のセット１つ以上に基づいて生成されたものであり、３Ｄ参照コンピュータモデル２０を伴って登録されている。この登録は、例えば、歯や歯槽堤などの解剖学的構造上というような、非手術対象の構造において実行されることが好ましかろう。この登録により、移植片および外科用器具の空間的位置の決定が可能となる。説明したように、３Ｄ手術前プランニングを含むステップを、治療に含み入れることが可能である。治療の（例えば、歯科補綴治療全体を通じての）結果は、任意の局面で再評価される、仮想プランニングと比較することができる。

本発明による本実施形態の利点は、レーザスキャニングが、放射能の生じない３Ｄ画像撮影モダリティだということにある。手術領域の表面、および、移植片、外科用器具、また、骨折セグメントおよび骨切り術が十分に見ることができる、即ち検出可能となると同時に、このレーザスキャニングが使用可能となる。好都合なことに、患者が追加的に放射能に曝される必要性はなくなる。更なる利点として、歯や移植片などの表面が、極めて詳細に複写されるということが挙げられる。

代わりに、説明したように、治療経過の全体を通じた監視を行うための従来の歯科Ｘ線を、歯科インプラント学の分野で使用することもできる。その場合、Ｘ線被曝は存在するが、極小である。移植片または外科用器具が骨および／または粘膜下に位置しており、よってレーザスキャニングによって取得不可または取得が不十分であるということを理由に、これらの移植片または外科用器具を十分に直接視することができない場合、知られている幾何学的形状を持つ一時的な物体（例えば、増生キャップ（ｉｎ−ｇｏｉｎｇ ｃａｐ））を、移植片または外科用器具にねじ留めすることもできる。挿入された移植片ごとの可視性が良好な増生キャップを有する手術領域がこのときスキャンされる場合、挿入された移植片または外科用器具のコンピュータテンプレートを含む対応する増生キャップのコンピュータテンプレートを、それらの位置が明確に決定され得るように登録手順に含み入れることができる。

本発明について、その特定の実施形態に沿って説明してきたが、当業者にとっては、多数の代替形態、修正形態、および変形形態が見て取れるであろうことは明白である。したがって、添付される特許請求の範囲に当てはまる、このような代替形態、修正形態、および変形形態の全てを包含することが意図されている。

明瞭なものとするために、別々の実施形態の文脈で説明された、本発明の幾つか特徴は、それらを組み合わせた上で、単一の実施形態において提供することも可能であるということは明らかである。逆に、簡潔なものとするために、単一の実施形態の文脈で説明された、本発明の様々な特徴が、別々に、または適切な部分的組み合わせで、あるいは、説明された本発明の他の実施形態に適した形で提供されてもよい。様々な実施形態の文脈で説明された幾つかの特徴は、これらの要素なくしてはその実施形態が機能不能とならない限り、これらの実施形態に必須の特徴とみなされるべきではない。

Claims (37)

1. 少なくとも１つの解剖学的構造についての３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）を、少なくとも１つの解剖学的構造についての、選択可能な手術前、手術中、または手術後の医用画像（４０、５０、６０）のセットと比較するために生成する方法であって、
   Ａ）
   コンピュータ支援型医用画像撮影装置を使用することにより、手術前ステータスにおける様々な視座からの、少なくとも１つの解剖学的構造の少なくとも第１および第２の医用画像（１０、１１）を取得するステップであって、第１および第２の医用画像（１０、１１）が、デジタル２Ｄ画像データのそれぞれ第１および第２のセットによって表現される、取得するステップ
   を含み、
   Ｂ）
   治療対象となる解剖学的構造の３Ｄアトラスモデル（３０）を、デジタルデータソースの形態で提供される包括的解剖学的アトラスから選択することと、
   第１および第２の医用画像（１０、１１）の各々の少なくともあるセクション（１２、１３）を、選択された３Ｄアトラスモデル（３０）へと登録することと
   により、解剖学的構造の３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）を生成する更なるステップ
   を特徴とする、方法。
2. 第１および第２の医用画像（１０、１１）が、互いに角度が最小でも６０°オフセットしている異なる視座から撮影される、請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの解剖学的構造が骨であり、登録するステップが、
   第１の医用画像（１０）の第１のセクション（１２）を抽出するサブステップであって、第１の医用画像（１０）の第１のセクション（１２）が、骨折部位（６）から、または骨（１）の変形部分から離間した、近位骨片（２）のセクション（４）を含む、抽出するサブステップと、
   第１の医用画像（１０）の第２のセクション（１３）を抽出するサブステップであって、第１の医用画像（１０）の第２のセクション（１３）が、骨折部位（６）から、または骨（１）の変形部分から離間した、遠位骨片（３）のセクション（５）を含む、抽出するサブステップと、
   上記のステップを、第２の医用画像（１１）についても繰り返すサブステップと
   を含む画像登録を先に実行することを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 第１および第２の医用画像（１０、１１）が、複数の解剖学的構造を含み、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）が、各解剖学的構造についての各グラフィカル３Ｄサブモデルを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも１つのデジタルグラフィカル３Ｄサブモデルを、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）へと導入する追加ステップ
   を更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. デジタルグラフィカル３Ｄサブモデルが移植片を表現する、請求項５に記載の方法。
7. デジタルグラフィカル３Ｄサブモデルが外科用器具を表現する、請求項５または６に記載の方法。
8. ３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）の生成が、治療対象となる解剖学的構造についての解剖学的目標、線、および／または領域の、自動または手動での識別および位置特定を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. ３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）の生成が、各移植片、および好ましくは各外科用器具についての、特徴点、線、および／または領域の、自動または手動での識別および位置特定を含む、請求項６から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 手術前ステータスでの、患者の解剖学的構造についてのステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）を、請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）を用いて生成するための方法であって、
    第１および第２の医用画像（１０、１１）の各々を、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）へと登録するステップ
    を含む、方法。
11. 手術前、手術中、または手術後ステータスでの、患者の解剖学的構造についてのステータス関連２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデル（２５）を、請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）を用いて生成するための方法であって、
    手術前、手術中、または手術後ステータスにおける異なる視座からの少なくとも１つの解剖学的構造についての少なくとも２つの医用画像を含む、手術前、手術中、または手術後の医療画像（４０、５０、６０）のセットを、コンピュータ支援型医用画像撮影装置を用いて取得するステップであって、少なくとも２つの医用画像が、デジタル２Ｄ画像データの各セットによってそれぞれ表現される、取得するステップと、
    デジタルデータのセットの形態の少なくとも１つの解剖学的構造についてのグラフィカル２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデルを、手術前、手術中、または手術後医用画像（４０、５０、６０）を用いて生成するステップと、
    グラフィカル２Ｄまたは３Ｄコンピュータモデルを、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）へと登録するステップと
    を含む、方法。
12. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、少なくとも１つの移植片の表現を追加的に含む、請求項１０または１１に記載の方法。
13. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、少なくとも１つの外科用器具の表現を追加的に含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 手術前、手術中、または手術後の医用画像（４０、５０、６０）のセットが、複数の解剖学的構造を含み、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、各解剖学的構造についての、好ましくは、各移植片および／または外科用器具についての、各グラフィカル２Ｄまたは３Ｄサブモデルを含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 登録ステップ中、ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）が適用される参照モデルを形成する、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 手術前、手術中、または手術後ステータスの医用画像（４０、５０、６０）のセットの取得が、コンピュータ支援型医用画像撮影技術を用いた、１つ以上のデジタル化された医用画像の取得を含む、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）の生成が、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）内で識別および位置特定された、治療対象となる解剖学的構造についての解剖学的目標、線、および／または領域の、自動または手動での再識別および位置再特定を含む、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）の生成が、３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）内で識別および位置特定された、各移植片および各外科用器具についての、特徴点、線、および／または領域の、自動または手動での再識別および位置再特定を含む、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）および／または請求項１０に記載の手術前ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）を用いてグラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）を生成するための方法であって、
    治療対象となる解剖学的構造の仮想外科的治療を、コンピュータ支援によってプランニングおよび実行するステップ
    を含む、方法。
20. グラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）が、第１および第２の医用画像（１０、１１）を用いて、デジタルデータセットの形態で、治療対象となる解剖学的構造のグラフィカル３Ｄサブモデルを含む、請求項１９に記載の方法。
21. コンピュータ支援型プランニングが、グラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）内の移植片についての少なくとも別のグラフィカル３Ｄサブモデルの統合を含む、請求項１９または２０に記載の方法。
22. コンピュータ支援型プランニングが、グラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）内の一時的な補助手段についての、好ましくは外科用器具についての少なくとも別のグラフィカル３Ｄサブモデルの統合を含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
23. コンピュータ支援型プランニングが、コンピュータシミュレーションを用いた、好ましくは有限要素解析を用いた、仮想的外科的に治療された解剖学的構造の生体力学的安定性の評価を含む、請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
24. グラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）が、コンピュータ支援型プランニングに従って仮想的に治療された解剖学的構造の少なくとも中間結果についての少なくともグラフィカル３Ｄサブモデルを含む、請求項１９から２３のいずれか一項に記載の方法。
25. グラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）が、好ましくは施術の正確な順序を定義すると共に適切な調整要件を含む治療プランをサブモデルとして含む、請求項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 外科的治療を監視するための方法であって、
    請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照モデル（２０）を生成するための方法、および／または、請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）を生成するための方法、および／または、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のグラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）を生成するための方法を用いて、外科的治療を監視するための方法。
27. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、外科的治療前に少なくともある物体の監視を可能にする手術前ステータスで生成される、請求項２６に記載の方法。
28. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、外科的治療中に少なくともある物体の監視を可能にする少なくとも１つの手術中ステータスで生成される、請求項２６または２７に記載の方法。
29. ステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）が、外科的治療後に少なくともある物体の監視を可能にする少なくとも１つの手術後ステータスで生成される、請求項２６から２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照コンピュータモデル（２０）と請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）との差異を評価および／または分析することを更に含む、請求項２６から２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 請求項１９から２５のいずれか一項に記載のグラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２０）と請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）との差異を評価および／または分析することを更に含む、請求項２６から３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）と請求項１１から１８のいずれか一項に記載の後続のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）との差異を評価および／または分析することを更に含む、請求項２６から３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 差異が自動的に評価および／または分析される、請求項３０から３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 外科的治療の品質保証を目的とした、請求項２６から３３のいずれか一項に記載の方法の使用。
35. 請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照モデル（２０）を生成するための方法、および／または、請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）を生成するための方法、および／または、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のグラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）を生成するための方法、および／または、請求項２６から３３のいずれか一項に記載の外科的治療を監視するための方法の、骨折の治療を目的とした使用。
36. 請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照モデル（２０）を生成するための方法、および／または、請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）を生成するための方法、および／または、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のグラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）を生成するための方法、および／または、請求項２６から３３のいずれか一項に記載の外科的治療を監視するための方法の、骨変形の治療を目的とした使用。
37. 請求項１から９のいずれか一項に記載の３Ｄ参照モデル（２０）を生成するための方法、および／または、請求項１０から１８のいずれか一項に記載のステータス関連３Ｄコンピュータモデル（２５）を生成するための方法、および／または、請求項１９から２５のいずれか一項に記載のグラフィカル３Ｄコンピュータモデル（２１）を生成するための方法、および／または、請求項２６から３３のいずれか一項に記載の外科的治療を監視するための方法の、歯科インプラント学向けの使用。

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