JP7227289B2 - 股関節置換ナビゲーションシステム及び方法 - Google Patents
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Description
外国又は米国の優先権を主張するためのいずれかの出願又は全ての出願は、本願と共に提出された出願データシートで確認されており、この出願は2015年2月20日に提出された米国仮出願第62/118987号及び2015年3月10日に提出された米国非仮出願第14/643864号を含んでいる。これらの出願は、連邦規則法典第37巻第1.57によって本願に組み込まれる。
以下に記載されたシステム及び方法は、複数の解剖学上のランドマークを参照することに関連して、ナビゲーションを使用して人工股関節の配置を改善することができ、撮像及び手術前の撮像及びランドマーク参照の組み合わせに基づいて手術前の特別に適合された治具を組み込む。それらの股関節置換手術は、カップ又は臼蓋窩の周りの骨上の大腿骨頚部の衝突に起因して、又は人工股関節の次善の配向に関連した他の理由に起因して、脱臼の可能性を最小化させる臼蓋窩内の配向に対する人工股関節を一般的に案内する。様々な技術は、適切な配置の母集団の平均を利用するのに対して、他方は、患者特有の修正を受け入れる。同様に、移植前及び移植後の大腿骨の位置及び/又は配向を記録し、確認するための様々な技術は、本願明細書に議論される。このことは、手術の終りに脚長さ及び関節オフセットを制御するのに役に立つ。
現在、多数の股関節置換手術は、後方アプローチから実行される。このアプローチにおいて、患者は、彼又は彼女の側に位置付けられ、前方骨盤平面が垂直に、例えば患者が位置付けられる手術台の平面に対して垂直に方向付けられる。股関節置換手術を実施している多数の外科医は、このアプローチに精通しており、患者がこの位置にある場合に、解剖学的構造の配向に関して高められた革新的な利益をすぐに認識するであろう。
図1及び図4は、股関節ナビゲーションシステム100を示す。この股関節ナビゲーションシステム100は、必ずしも除外する必要はないが、手術前撮像又は以下で議論されるものを除いた他の入力を必要とすることなく、解剖学上のランドマークを参照して股関節手術をナビゲートするように構成される。後方アプローチにおいて骨盤に取り付けられた股関節ナビゲーションシステム100は、図1に示される。図4は、関節が脱臼される前であるが、股関節ナビゲーションシステム100が骨盤に取り付けられた後の手術の早期の段階を示す。図1は、股関節ナビゲーションシステム100が適合される技術のうちのいくつかの変形例の後期を示す。以下にさらに議論されるように、そのような変形例は、大腿骨の相対的な位置及び/又は配向の態様、例えば脚長さ、関節オフセット、及び大腿骨頚部の回転配向を確認するために、関節が置換される前及び後で、大腿骨を記録することを含む。
図17~図17C2は、さらなる実施形態を図示する。システム450は、後方アプローチから股関節置換手術をナビゲートするために適合される。このシステム450は、アンカー治具454と、位置合わせシステム458と、ランドマーク取得アセンブリ462と、を含む。これらの構成要素は、上記で議論した構成要素に関して同様とされてもよく、その説明は、矛盾がない場合にこの実施形態に組み込まれる。
上述したように、ワークフロー問題は、典型的な股関節置換手術において発生しており、その問題とは、より容易に参照されることができる解剖学上の特徴が、関節の手術のための伝統的な後方アプローチにおいて利用できないというものである。
・(A)座骨の寛骨臼溝の最下点
・(B)恥骨上枝の突起
・(G)下前腸骨棘(AIIS)と寛骨臼縁部の外側境界線との合流部
・(E)寛骨臼横靱帯の前方挿入の中心
・(F)寛骨臼横靱帯の後方挿入の中心
・(H)寛骨臼縁部の最も上方のポイント
図18は、解剖学上のランドマークを参照して股関節手術をナビゲートするように適合された股関節ナビゲーションシステム600を示す。図18では、後方アプローチにおいて骨盤に取り付けられたシステム600が示される。図18は、関節が脱臼される前であるが、システム600が骨盤に取り付けられた後の手術の早期の段階を示す。システム600は様々な技術に適合されることができる。以下にさらに議論されるように、そのような変形例は、大腿骨の相対的な位置及び/又は配向の態様、例えば脚長さ、関節オフセット、及び大腿骨頚部の回転配向を確認するために、関節が置換される前及び後で、大腿骨を記録することを含む。システム600は、本願明細書に記載されるいかなる構成要素も含むことができる。システム600は、本願明細書に記載されるいかなる技術又は方法においても使用されることができる。
図18及び図25Aは、以下に詳細に議論される、ナビゲートされた股関節移植手術のステップを図示する。先行するステップのうちのいくつかは、以下に詳しく述べるように、置換されるべき関節を取り外すステップと、股関節をナビゲートするステップと、人工関節のための移植位置を準備するステップと、関節を配置するステップとを含む。以下にさらに議論されるように、図18及び図25Bは、それらのステップが適切に実行されることを確認するための技術を図示する。
[1.前方アプローチ:プローブに連結された配向検知装置を用いたシステム]
図34~図38は、前方アプローチから股関節置換手術をナビゲートするように適合された股関節ナビゲーションシステム500を図示する。股関節置換手術に対する前方アプローチは有利には、後方アプローチより少ない侵襲とされる場合がある。特に、前方アプローチは、小さな切除、軟組織におけるより少ない切開、及び、患者にとっての短い回復期間を可能にする。このシステム500は、アンカーシステム504と、位置合わせアセンブリ508と、ランドマーク取得アセンブリ512と、を含む。
システム500は、以下の方法で前方アプローチからナビゲートするために使用されることができる。配向装置172及びセンサー204は、互いに無線通信するように一対にされることができる。このことは、配向装置172及びセンサー204のうちの一方又は他方が他方を制御すること、他方からのデータを記憶させること、且つ/又は他方の信号に基づいて情報を表示することを可能にする。一の方法において、配向装置172はディスプレイを有しており、このディスプレイは、外科医に、センサー204によって検知されたデータに基づいた所定の角度を確認させる。一対にしている配向装置172及びセンサー204は、それらを一緒に連結すること、及び、複数の配向で、例えば水平、垂直、及び30度の角度で、2つの装置の間のセンサー出力を比較すること、を含むことができる。それらの位置のいくつかは、複数の姿勢、例えば左側を上にする状態における垂直姿勢、右側を上にする状態における垂直姿勢、及び、上側を上にする状態における垂直姿勢で、繰り返されることができる。
図39は、前方アプローチからの解剖学上のランドマークを参照して股関節手術をナビゲートするように適合されたシステム600を示す。システム600は、上記のように、図39には図示されない配向検知装置204を含むことができる。システム600は、上記のような後方アプローチ、又は前方アプローチのいずれかに適合されることができる。
前述のアプローチが現在の配置における治療基準を改善することができるけれども、精度のさらなる増加、より良い成果、及び手術の簡素化は、システムが患者特有の解剖学的変化性を考慮するように構成された場合に提供されることができる。
図43は、臼蓋窩に隣接するピン732上の股関節移動追跡センサー204の配置を示す。この位置は限定されないが、股関節移動追跡センサー204は骨盤のいずれかの場所に取り付けられることができる。しかし、臼蓋窩に隣接する位置は便利である。ピン732は、患者特有の股関節の手術前特徴付けを用いて配置される。それらの方法において、ピン732は、手術中のランドマーク取得の必要なしに配置される。
図53~図60は、カスタム治具の別の実施形態を示す。本願明細書に記載されるシステムは、図55に示されるように、患者特有治具1000と共に使用されることができる。いくつかの実施形態において、システム600、600A、600B、又はそれらの構成要素は、患者特有治具1000と共に使用されることができる。
図61~図63は、カスタム治具1100の例を示す。治具1100は、前方面1104及び後方面1108を有する。後方面1108は、確実な方法で臼蓋窩の少なくとも1つの特徴と結合するように構成された寛骨臼部分1112で形成される。治具1100は好ましくは、1つの事前に規定された配向のみを有する。いくつかの実施形態において、治具1100の記録特徴1102は、複数の、例えば、2つの孔を有する。記録特徴1102は、寛骨臼部分1112又はカスタム治具1100上の任意の他の部分に位置することができる。孔は、システム600の固定ピン610、612を受け入れるようにサイズ決定される。図44~図52の変形例において、患者特有ガイドは、単一の孔を含む記録特徴を備えることができる。孔は、固定ピン610を患者に対して又はカスタム治具1100に対して単一の配向に受け入れることができる。この方法は、少なくとも固定ピン610を、患者特有治具700又は治具1100を通じて、外科的配向装置172の基準座標系に対応する事前に規定された角度に配置された軸に沿って挿入するステップを含むことができる。
広範囲ではない撮像(less comprehensive imaging)を使用する他の技術において、1つ以上の長さ寸法と角度との間の対応は、精度を高めるために利用されることができる。例えば、臨床医は、前方骨盤平面の画像を提供するために、X線又は他の標準的な放射線撮像装置を使用することができる。この画像は、前方骨盤平面の位置及び解剖学的構造の寸法を導きさすために読み取られることができる。例えば、臼蓋窩(以下にさらに記載する)及び座骨横断ライン又は他の解剖学的な内側-外側基準ラインの周りの上部ランドマークと底部ランドマークの間の角度は、少なくとも1つの関連ある角度、例えば外転角度における患者間の変化を最小化させるために、有益な患者特有の変数とされることができる。
一の変形例において、装置172、204のうちの一方又は両方は、加速度計のみを備えることができ、且つ、傾斜計として構成されることができ、又は、それらの装置は、加速度計のデータが最も信頼されるモードになることができ、又は、そうでなければ、データの統合から生じる蓄積された誤差に対して無感とされるように構成されることができる。患者が再現できる位置及び安定的な位置にあるとき、患者の動き及び誤った配向は除外されることができる。これは、いくつかの方法が速度センサーのデータを使用することなく実行されることを可能にする。この傾斜計アプローチの一の変形例において、センサー172、204のうちの一方又は両方は、上方位置合わせの結果をもたらすであろうランドマーク取得アプローチを示唆する状態が検知されるかどうかを外科医に知らせるように構成されることができる。この方法は有利には、フリーハンドの動きのような複雑な動きを要求しない手術のために使用されることができる。フリーハンドの動きが含まれる場合に、頭部方向のいくつかの表示(ジャイロスコープ、磁力計、又は他の頭部方向の表示)を組み合わせることは有益とされるであろう。
図64に図示された他の技術において、患者特有の「安全圏」は、1つ又は複数の患者の関節の本来の可動範囲を記録することによって規定される。例えば、股関節置換手術が実施される場合、患者の可動範囲は手術前に記録されることができる。置換されるべき股関節が重度の関節炎ではない場合に、可動範囲は、置換されるべき股関節で決定されることができる。置換されるべき股関節の可動範囲が疾病状態に起因して不自然である場合に、反対側の股関節が特徴付けられることができる。
本願明細書に記載されるシステムは、前方アプローチ、後方アプローチ、又は前方アプローチ及び後方アプローチの両方における使用に適合されることができる。一例として、本願明細書においては、図18では後方アプローチ用に、図39では前方アプローチ用に、及び図63では患者特有治具と組み合わせて取り付けられたシステム600が示される。
前述のシステムの多くは有利には、手術のナビゲーションを支援するために慣性センサーを使用する。本願明細書に議論される特定の実施形態は有利には、追加の特徴及び利点を提供するために、光学的技術を、単独、又は本願明細書に議論される慣性センサーシステムと組み合わせて使用することができる。
図65は、近距離の光学的追跡能力を含むシステム800の一の実施形態を図示する。この文脈において、「近距離」との用語は、手術台の境界線の内部において、骨盤上の直接的な手術野であって、外科医の頭の下の手術野などの、患者に隣接することを意味する広義語である。この用語は、カメラが手術野の外側にあるシステムを排除するために意図される。近距離は、伝統的な光学ナビゲーションを苦しめる「視線」問題を非常に減少させる、又は除外する。
図76~図78は、光学的構成要素674を含むシステム600の実施形態を図示する。この文脈において、光学的構成要素という用語は、広義語である。外科的配向装置172は、外科的配向装置172の上側、底側、又は側壁に位置することができる光学的構成要素674を備えることができる。光学的構成要素674は、外科的配向装置172に統合された透明窓を備えることができる。窓は、可視光(例えば、レーザー光)が外科的配向装置172の光学的構成要素674から発光することを可能にすることができる。光学的構成要素674は、骨盤に対する大腿骨の元の位置を再現するために視覚的ガイドを提供することができる。
図81~図85は、光学的構成要素1202を含むシステム1200の実施形態を図示する。この文脈において、光学的構成要素という用語は、広義語である。光学的構成要素1202は、可視光、紫外光、及び赤外光などの光を投影するように設計された任意の装置とされることができる。光学的構成要素1202は、非常に狭いスペクトル、例えば単一の光の色、を有する光を発するレーザーとされることができる。光学的構成要素1202は、小さな点などの単一の位置に光の焦点を集めることができる。光学的構成要素1202は、線に沿って光の焦点を合わせることができる。光学的構成要素1202は、1つ又は複数のポイント、線、面、形状、色、及び/又はパターンを投影することができる。図81及び図82は、表面に対する入射が2本の交差する線として目に見えるときの光の投影を示し、そのパターンは、本願明細書では、十字線と呼ばれる場合がある。光学的構成要素1202は、解剖学上の特徴又はランドマークを含むがそれらに限定されないターゲット上に光を投影することができる。いくつかの実施形態において、光は、平坦又は実質的に平坦な局所に投影されることができ、そのように投影されるとき、十字線を形成する。いくつかの実施形態において、光は、湾曲した又は実質的に湾曲した局所に投影されることができる。いくつかの使用の方法において、表面の形状は、光の投影、例えば十字線の交差を変化させない。いくつかの使用の方法において、表面の形状は、本願明細書に記載されるようなアプローチの利用を変化させない。
104 記録治具
108 位置合わせアセンブリ
112 ランドマーク取得アセンブリ
124 固定カニューレ
136 プラットフォーム
140 剛体延在部
172 外科的配向装置
204 配向検知装置
224 細長い部材
300 インパクタ
300B インパクタ
312B シェル
316A シャフト
316B シャフト
338B 第4のカプラー
340B ばね部材
344B ばね部材
348 先端構成要素
350B 平坦部
351B 戻り止め装置
352 凹部
356 係合装置
360 シェル
364 リッジ
600 股関節ナビゲーションシステム
600A 股関節ナビゲーションシステム
600B 股関節ナビゲーションシステム
602 固定ベース
602A 固定ベース
602B 固定ベース
602C 固定ベース
604 第1のアセンブリ
604A 第1のアセンブリ
604B 第1のアセンブリ
606 第2のアセンブリ
606A 第2のアセンブリ
606B 第2のアセンブリ
608 ヘッド
608C ヘッド
609C ヘッド
610 第1の固定ピン
611A 孔
611C プラットフォーム
612 第2の固定ピン
613A 留め具
613C 支持部
614 遠位端部
615A スパイク
615C 固定装置
616 近位端部
617C チャネル
620 プラットフォーム
620A プラットフォーム
620C プラットフォーム
621B カニューレ
622 支持部
624 固定装置
626 第1のチャネル
628 第2のチャネル
630 ディボット
630A ディボット
632 第1のカプラー
632A 第1のカプラー
632B ポスト
634 スロット
635 細長いポスト
636 先細表面
638 骨盤ブラケット
638A 骨盤ブラケット
640 ロックレバー
642 戻り止め
644 延在部
644A 延在部
646 取付部
648 第2のカプラー
652 プローブブラケット
654 ロックレバー
656 戻り止め
658 取付部
660 回動ピン
662 ドック
662B ドック
664 スルールーメン
668 第3のカプラー
670 延在部
672 取付部
674 光学的構成要素
676 プローブインレー
678 プローブ
678A プローブ
678B プローブ
680 遠位端部
680A 遠位端部
680B 遠位端部
682 マーキング
684 カメラ
685A スパイク
686 大腿骨トラッカー
686A 大腿骨トラッカー
687A 大腿骨ベース
688 孔
688A 孔
689A ブラケット
690 ポイント
691A ロックレバー
693A 延在部
695A 第5のカプラー
697A スロット
700 カスタム治具
900 システム
1000 患者特有治具
1002 記録特徴
1004 前方面
1008 後方面
1012 寛骨臼突出部
1016 チャネル
1038 位置合わせガイド
1100 カスタム治具
1102 記録特徴
1104 前方面
1105 第1の孔
1107 第2の孔
1108 後方面
1112 寛骨臼部分
1200 システム
1202 光学的構成要素
1204 ハウジング
1206 光源
1208 窓
1210 電子的構成要素
1212 電源
1214 スロット
1248 固定装置
1250 固定ベース
1252 第1のアセンブリ
1254 プラットフォーム
1256 孔
1258 支持部
1260 関節接合
1262 第1のセグメント
1264 第2のセグメント
1266 関節接合
1268 調整特徴
1270 管状部分
1272 スプライン
1274 位置合わせガイド
Claims (19)
- 患者の骨盤に固定されるように構成された固定ベースを備える治具と、
前記治具に連結されるように構成された外科的配向装置であって、ディスプレイを備える外科的配向装置と、
前記治具に連結されるように構成された光学的構成要素であって、前記患者の肢の一部分に向けて光を投影するように構成された光学的構成要素と、
前記治具に連結されるように構成された配向検知装置と、
を備え、
前記光学的構成要素は、前記外科的配向装置から独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素、前記外科的配向装置、及び、前記配向検知装置は、独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素は、前記骨盤に対して前記肢の本来の位置を再現するように視覚的案内を提供するように構成される、股関節ナビゲーションシステム。 - 前記光学的構成要素は、ポイント、平面、及び/又は十字線をターゲット上に投影するように構成される、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 前記光学的構成要素は、交差する2本の線を投影するように構成される、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 光の入射を示すためにターゲットをさらに備える、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 脚長さを確認するために大腿近位部の一部を記録するように構成されたプローブをさらに備える、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 関節オフセットを確認するために大腿近位部の一部を記録するように構成されたプローブをさらに備える、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 前記治具は第1のアセンブリを備え、
前記第1のアセンブリは、前記外科的配向装置と連結するように構成される、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。 - 前記治具は、第2のアセンブリを備え、
前記第2のアセンブリは、プローブと連結するように構成される、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。 - プローブをさらに備える、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 前記配向検知装置は、前記プローブの配向及び回転を検知するように構成される、請求項9に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- インパクタをさらに備え、
前記配向検知装置は、前記インパクタと連結されるように構成される、請求項10に記載の股関節ナビゲーションシステム。 - 前記治具は、ボール及びソケットジョイントとされる、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 患者の骨盤に固定されるように構成された固定ベースを備える治具と、
前記治具に連結されるように構成された外科的配向装置であって、ディスプレイを備える外科的配向装置と、
前記治具に連結されるように構成された光学的構成要素であって、前記患者の肢の一部分に向けて光を投影するように構成された光学的構成要素と、
を備える股関節ナビゲーションシステムにおいて、
前記光学的構成要素は、前記外科的配向装置から独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素は、前記骨盤に対して前記肢の本来の位置を再現するように視覚的案内を提供するように構成され、
前記股関節ナビゲーションシステムは、前記光学的構成要素と前記治具との間の運動を可能するように構成された関節接合をさらに備え、
前記関節接合は、軸を備える、股関節ナビゲーションシステム。 - 患者の骨盤に固定されるように構成された固定ベースを備える治具と、
前記治具に連結されるように構成された外科的配向装置であって、ディスプレイを備える外科的配向装置と、
前記治具に連結されるように構成された光学的構成要素であって、前記患者の肢の一部分に向けて光を投影するように構成された光学的構成要素と、
を備える股関節ナビゲーションシステムにおいて、
前記光学的構成要素は、前記外科的配向装置から独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素は、前記骨盤に対して前記肢の本来の位置を再現するように視覚的案内を提供するように構成され、
前記光学的構成要素は、前記光学的構成要素と前記固定ベースとの間の多軸運動を可能にするために、前記治具に連結されるように構成される、股関節ナビゲーションシステム。 - 前記光学的構成要素は、前記多軸運動に加えて、軸に関して回転可能である、請求項14に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 患者の骨盤に固定されるように構成された固定ベースを備える治具と、
前記治具に連結されるように構成された外科的配向装置であって、ディスプレイを備える外科的配向装置と、
前記治具に連結されるように構成された光学的構成要素であって、前記患者の肢の一部分に向けて光を投影するように構成された光学的構成要素と、
を備える股関節ナビゲーションシステムにおいて、
前記光学的構成要素は、前記外科的配向装置から独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素は、前記骨盤に対して前記肢の本来の位置を再現するように視覚的案内を提供するように構成され、
前記外科的配向装置は、前記外科的配向装置と前記固定ベースとの間の多軸運動を可能にするために、前記治具に連結されるように構成される、股関節ナビゲーションシステム。 - 前記光学的構成要素は、レーザーを備える、請求項1に記載の股関節ナビゲーションシステム。
- 患者の骨盤に固定されるように構成された固定ベースを備える治具と、
前記治具に連結されるように構成された外科的配向装置であって、ディスプレイを備える外科的配向装置と、
前記治具に連結されるように構成された光学的構成要素であって、前記患者の肢の一部分に向けて光を投影するように構成された光学的構成要素と、
を備える股関節ナビゲーションシステムにおいて、
前記光学的構成要素は、前記外科的配向装置から独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素は、前記骨盤に対して前記肢の本来の位置を再現するように視覚的案内を提供するように構成され、
前記光学的構成要素は、前記治具の両側に取り付けられるように構成される、股関節ナビゲーションシステム。 - 患者の骨盤に固定されるように構成された固定ベースを備える治具と、
前記治具に連結されるように構成された外科的配向装置であって、ディスプレイを備える外科的配向装置と、
前記治具に連結されるように構成された光学的構成要素であって、前記患者の肢の一部分に向けて光を投影するように構成された光学的構成要素と、
を備える股関節ナビゲーションシステムにおいて、
前記光学的構成要素は、前記外科的配向装置から独立して位置付けられるように構成され、
前記光学的構成要素は、前記骨盤に対して前記肢の本来の位置を再現するように視覚的案内を提供するように構成され、
前記光学的構成要素は、軸に関して回転可能である、股関節ナビゲーションシステム。
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