WO2007029392A1 - 人工股関節置換術支援用治具及び人工股関節置換術支援システム - Google Patents

人工股関節置換術支援用治具及び人工股関節置換術支援システム Download PDF

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WO2007029392A1
WO2007029392A1 PCT/JP2006/312027 JP2006312027W WO2007029392A1 WO 2007029392 A1 WO2007029392 A1 WO 2007029392A1 JP 2006312027 W JP2006312027 W JP 2006312027W WO 2007029392 A1 WO2007029392 A1 WO 2007029392A1
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WO
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patient
acetabulum
unit
hip joint
acetabular
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/312027
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English (en)
French (fr)
Inventor
Yoshio Koga
Koichi Kobayashi
Original Assignee
Niigata University
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Publication date
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    • A61B17/1739—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires specially adapted for particular parts of the body
    • A61B17/1742—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires specially adapted for particular parts of the body for the hip
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    • A61B2090/376—Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy

Definitions

  • the present invention relates to an artificial hip joint replacement support jig and an artificial hip joint replacement support system, and is applied to, for example, an operation for replacing a patient's hip joint with an artificial hip joint (hereinafter referred to as an artificial hip joint replacement). And suitable.
  • Patent Document 1 JP-A-9 173365
  • the dedicated special device is large, so it is difficult to newly install the dedicated special device in an existing operating room that has limited space.
  • a complicated dedicated special device is expensive, so there is a problem that the equipment cost is high.
  • this special device can grasp each shape of the acetabulum (the part covering the femoral head on the pelvis side of the hip joint) and the femur etc. in the hip joint of the patient, but during the artificial hip joint replacement operation. There was a problem that it was not possible to participate in the determination of the position of the artificial hip joint, and eventually it was necessary to have a doctor's skill to install the human hip joint at the ideal position of the patient.
  • the present invention has been made in consideration of the above problems, and an artificial hip joint replacement that can more easily install an artificial acetabulum at an ideal installation position of a patient and reduce equipment costs.
  • the artificial hip joint replacement assisting jig according to claim 1 of the present invention can be attached to the acetabulum of a patient exposed by reversing the femoral head during the hip replacement operation.
  • a second positioning unit represented by a two-dimensional coordinate on a plane facing the patient's acetabulum at a position farther from the acetabulum than the positioning unit of the patient, the first positioning unit, and the second position Provided slidably on the positioning part, and slidably provided on the imaging holding part for holding the imaging means for imaging the patient's acetabulum, and on the first positioning part and the second positioning part. Holding a medical drilling means for drilling the patient's acetabulum In which and a use holder.
  • the imaging holding unit and the excavation holding unit are integrally configured, and the imaging unit or the imaging hand The medical excavation means is held instead of a stage.
  • the hip replacement replacement support system includes an hip replacement support device and a hip replacement support jig, and the hip replacement replacement support device described above.
  • the jig is provided on the jig body, and a leg part that can be attached to the acetabulum of a patient exposed by reversing the femoral head during the hip replacement.
  • a first positioning part represented by a two-dimensional coordinate on an opposing plane substantially opposite to the patient's acetabulum, and provided in the jig body, the position at a position away from the acetabular force than the first positioning part.
  • a second positioning portion that is expressed in two-dimensional coordinates on a facing plane substantially opposite to the patient's acetabulum, and is slidably provided on the first positioning portion and the second positioning portion;
  • An imaging holder for holding imaging means for imaging the acetabulum, and the first position
  • a hip excavation holding unit that holds a medical excavation means for excavating the patient's acetabulum, and is slidably provided on the determination unit and the second positioning unit;
  • Storage means for storing postoperative acetabular image image data in which a postoperative acetabular shape of a postoperative patient is made into a three-dimensional image before the artificial hip joint replacement operation, and a mortar of the patient imaged by the imaging means Image to obtain the actual image data of the lid
  • An acquisition means and a acetabulum 3 that creates a three-dimensional image of the actual image data and creates mortar 3D actual image data in which the two-dimensional coordinates in the first positioning unit and the second positioning unit are associated with each other.
  • Dimensional real image data creating means, the acetabular 3D real image data and the postoperative acetabular image image data read from the storage means are matched, and the ideal mortar in the postoperative acetabular image image data
  • the imaging holding unit and the excavation holding unit in the artificial hip joint replacement support jig are integrally configured.
  • the medical excavation means is held instead of the imaging means or the imaging means.
  • the jig for assisting hip replacement with a small and simple structure that can be attached to a patient's acetabulum.
  • the imaging means and medical excavation means generally used in the operating room
  • the accurate shape of the patient's current acetabulum can be easily and reliably secured by the imaging means. This makes it possible to determine the digging position and direction of the medical digging means using each two-dimensional coordinate.
  • the artificial acetabulum can be placed more easily at the ideal installation position of the patient. Also, the equipment cost can be reduced by the amount that expensive special equipment is unnecessary.
  • the imaging means and the medical excavation means are respectively provided.
  • the number of parts can be reduced as much as it is not necessary to provide separate holding means, and the entire structure can be simplified.
  • the hip replacement support system with reference to each two-dimensional coordinate specified by the hip replacement support device, in the hip replacement support jig Excavation position and excavation of medical excavation means by adjusting excavation holder Since the cutting direction can be determined, the patient's acetabulum can be accurately shaped into the ideal shape without using an expensive specialized special device as in the past, and the artificial acetabulum can be put into the patient's ideal installation position. It can be installed more easily. In addition, the cost of equipment can be reduced by the amount that no expensive special equipment is required.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an artificial hip joint replacement support system.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a first tube part, a first leg part, a second leg part, a third leg part, and a first positioning part.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the overall configuration of a first positioning part and a second positioning part.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an overall configuration of a second cylinder part.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a circuit configuration of a personal computer.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a state where a jig for assisting hip replacement is attached to a patient's acetabulum.
  • FIG. 1, 1 shows the hip replacement support system according to the present invention as a whole, and X-ray images of hip joints from two directions by irradiating the patient's hip joint with X-rays before the hip replacement operation.
  • X-ray irradiator 2 and directly attached to the patient's acetabulum exposed by reversing the femoral head during hip replacement, and using an arthroscope 3 or a medical drill (not shown)
  • It consists of an artificial hip joint replacement support jig 4 for holding, and a personal computer 5 as an artificial hip joint replacement support device that can be electrically connected to the X-ray irradiator 2 and the arthroscope 3.
  • the personal computer 5 performs various processing based on the X-ray image and the actual image data from the arthroscope 3 so that information useful for hip replacement can be provided to the operating doctor. Has been made.
  • the hip replacement system 1 supports the X-ray image data of the patient's hip joint obtained from the X-ray irradiator 2 in advance, for example, from two directions before the hip replacement.
  • the data is sent to a single computer 5 and the personal computer 5 executes predetermined image processing based on the plurality of X-ray image data to form a three-dimensional image of the shape of the patient's femur, acetabulum and surrounding pelvis. It is possible to create preoperative bone image data.
  • the personal computer 5 excavates the patient's acetabulum by hip replacement based on the preoperative bone image data and the artificial acetabulum image of the human acetabulum to be attached to the patient.
  • the artificial acetabulum is ideally placed on the pelvis
  • postoperative acetabular image data is created by an operator (for example, a doctor or assistant performing a hip replacement), and this is preoperatively performed.
  • Each patient can be stored in advance. Thereafter, in the hip replacement support system 1, a doctor performs hip replacement on the patient.
  • the artificial hip joint replacement support jig 4 is configured so that it can be attached to a patient's acetabulum exposed during an artificial hip joint replacement operation while the arthroscope 3 is attached and held. .
  • the arthroscope 3 can directly image the patient's acetabulum and sends the actual image data obtained at this time to the personal computer 5.
  • the hip replacement is performed by executing predetermined arithmetic processing on the real image data captured by the arthroscope 3 during the hip replacement.
  • 3D image of the patient's current acetabulum hereinafter referred to as acetabular 3D actual image
  • acetabular 3D actual image 3D image of the patient's current acetabulum
  • the personal computer 5 executes a predetermined calculation process, and uses a predetermined coordinate value preset in the artificial hip joint replacement support jig 4 to perform a postoperative acetabulum based on postoperative acetabular image image data. Represents a lid image and presents the result to the operator.
  • a medical drill is attached and held instead of the arthroscope 3, and medical treatment is performed based on the coordinate values presented by the personal computer 5.
  • the excavation position and angle of the medical drill are determined, and the patient's acetabulum can be excavated with this medical drill so that it can be shaped into an ideal acetabular shape for easy installation of the artificial acetabulum.
  • the artificial hip joint replacement support jig 4 has a size and size that can be directly attached to the patient's acetabulum exposed during an artificial hip joint replacement operation with the arthroscope 3 or a medical drill attached and held. It consists of weight.
  • the artificial hip joint replacement support jig 4 includes a first cylindrical portion 10 having a substantially cylindrical shape and a second cylinder having a same shape as a separate body from the first cylindrical portion 10.
  • a jig body 12 composed of a part 11, a first leg part 13, a second leg part 14 and a third leg part 15. The first leg part 13 and the second leg part The jig body 12 can be erected on the acetabulum by driving 14 and the third leg 15 into the acetabulum.
  • the first leg portion 13, the second leg portion 14, and the third leg portion, which are practically formed on the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 10, are rod-shaped with the same shape. 15 are fixed at equal intervals and with their longitudinal directions parallel to each other, and the sharp tip portions 13A, 14A of the first leg 13, the second leg 14, and the third leg 15 , 15A protrudes from the lower end of the first tube portion.
  • the first cylindrical portion 10 and the second cylindrical portion 11 have a diameter dimension of an adult acetabulum of generally about 40 to 45 mm.
  • the outer diameter is selected to be approximately 36 mm, and the distance between the adjacent first leg 13, second leg 14, and third leg 15 on a straight line is approximately 40mm. It is configured.
  • the first cylindrical part 11 can be fitted with the first positioning part 20 interposed. Has been made.
  • the first positioning portion 20 is substantially band-shaped and has a scale 21 displayed on one surface 22A along the longitudinal direction (that is, the X-axis direction in FIG. 3).
  • the first leg 13, the second leg 14, and the third leg 15 are provided in the through holes 23 and 24 formed at both ends of the first coordinate body 22. Any one of these can be used.
  • a connecting member 27 having a substantially cubic shape is slidably provided at the center of the first coordinate body 22.
  • the connecting member 27 has a first coordinate body 22 inserted through a through hole (hereinafter referred to as a first through hole for a coordinate body) 28 formed in the lower side, The first coordinate body 22 can be slid along the longitudinal direction (X-axis direction in FIG. 3), and at the both ends of the first coordinate body 22, the projections 25 and 26 are brought into contact with each other. It is configured so that it cannot fall off from the first coordinate body 22.
  • the connecting member 27 is a through hole formed on the upper side so as to be orthogonal to the first coordinate body through hole 28 (hereinafter referred to as a second coordinate body through hole).
  • the second coordinate body 30 is passed through the second coordinate body through-hole 29 so that the second coordinate body 30 can slide.
  • the second coordinate body 30 has a thin plate shape, and a cylindrical holding member 31 is formed at one end, and a scale 32 is displayed along the longitudinal direction of one surface 30A.
  • the display direction of the scale 32 is substantially perpendicular to the display direction of the scale 21 in the first coordinate body 22 (in other words,
  • the holding member 31 is configured so that the connecting member 27 has a predetermined direction (the X-axis direction and the X-axis direction) based on the first two-dimensional coordinates including the scale 21 of the first coordinate body 22 and the scale 32 of the second coordinate body 30. It is positioned in a specific position by moving in the y-axis direction) and fixing with the upper bolt 33.
  • the first positioning portion described above is also provided on the upper portion 11A of the second cylindrical portion 11 fitted between the first leg portion 13, the second leg portion 14, and the third leg portion 15.
  • a second positioning part 40 having the same structure as that of 20 is arranged.
  • the second positioning portion 40 includes a first coordinate body 42 on which a scale 41 is displayed, and a second coordinate body on which a holding member 51 is integrally formed at the tip and a scale 52 is displayed. 50 and a connecting member 47 that connects the first coordinate body 42 and the second coordinate body 50, and the first leg 13 and the second leg in the same manner as the first positioning portion 20. It can be placed on part 14 or third leg 15 (Fig. 1).
  • the holding member 51 is configured so that the connecting member 47 has a predetermined direction (X-axis) based on the second two-dimensional coordinates including the scale 41 of the first coordinate body 42 and the scale 52 of the second coordinate body 50.
  • X-axis a predetermined direction
  • the connecting member 47 has a predetermined direction (X-axis) based on the second two-dimensional coordinates including the scale 41 of the first coordinate body 42 and the scale 52 of the second coordinate body 50.
  • Direction and y-axis direction and fixed with the upper bolt 33 to be positioned at a specific position.
  • the holding member 31 in the first positioning portion 20 and the holding member 51 in the second positioning portion 40 are arranged substantially in a straight line and are held by the upper portion 11A of the second cylindrical portion 11.
  • the member 51 can be moved in the X-axis direction and the y-axis direction.
  • the second cylindrical portion 11 has a first light source tube 60, a second light source tube 61, and a third light source tube 63 on its inner peripheral surface.
  • Light sources such as LEDs are attached to the first light source tube, the second light source tube, and the third light source tube, respectively, at intervals and with the longitudinal directions parallel to each other. (Not shown) is mounted toward the first tube 10 side. Forcibly, the light source irradiates light on the first cylindrical portion 10 side, and thereby illuminates the area surrounded by the first cylindrical portion 10 brightly.
  • the holding members 31, 51 as the imaging holding portion and the excavation holding portion are configured so that the tubular tube 65 can be inserted and held.
  • the arthroscope 3 or the medical drill can be inserted and held between the first positioning portion 20 and the second positioning portion 40 by inserting the arthroscope 3 or the medical drill.
  • the tubular body 65 is adjusted at an angle of about 30 degrees with respect to the central axes of the first cylindrical portion 10 and the second cylindrical portion 11 by adjusting the positions of the holding members 31,51. Can be retained.
  • the arthroscope 3 as the imaging means is inserted from the upper end opening, and the camera lens of the arthroscope 3 is positioned in the lower end opening, so that the first cylindrical portion 10
  • An angle force of about 30 degrees with respect to the center axis allows the lower part of the first cylindrical portion 10 to be imaged by the arthroscope 3.
  • this tubular body 65 has a medical drill in place of the arthroscope 3 and a top opening.
  • the medical drill is moved to a predetermined position by moving the holding members 31 and 51 by positioning the end of the medical drill to be exposed from the lower end opening on the first cylindrical portion 10 side. It can be adjusted to a predetermined angle.
  • the personal computer 5 includes a control unit 70 having a microcomputer configuration including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a hard disk drive, and the like (not shown).
  • An arthroscopic interface 72 as an image acquisition means, an X-ray image acquisition interface 73, a jig coordinate calculation unit 74, and an operation unit 75 including a keyboard or a mouse having a plurality of types of operation keys via a bus 71 in the unit 70.
  • a display unit 76 such as a liquid crystal display, a postoperative acetabular image data base 77 as a storage means, and an actual image database 78 for storing actual image data from the arthroscope 3 are connected.
  • control unit 70 in addition to the basic program, an X-ray image 3D creation program, a postoperative acetabular image image creation program, a 3D actual image creation program, an image matching program, and jig coordinate calculation
  • the control unit 70 appropriately reads various programs stored in the hard disk drive and develops them in the RAM, thereby controlling various circuit units of the personal computer 5 and performing various processes. It is made to perform.
  • control unit 70 is connected to the X-ray irradiator via the X image acquisition interface 73.
  • X-ray images of the patient's hip joint from two directions obtained by X-ray irradiator 2 from 2 are acquired as X-ray image data.
  • the control unit 70 performs predetermined arithmetic processing using various information obtained from the X-ray image data according to the X-ray image three-dimensional creation program, thereby performing the hip joint (femur, pelvis and acetabulum of the patient). 3D image that reproduces the shape in (3) three-dimensionally, and stores this in the postoperative acetabular image database 77 as 3D acetabular data.
  • control unit 70 executes a postoperative acetabular image image creation program based on an operation command input by the operator via the operation unit 75, and stores the postoperative acetabular image data.
  • the 3D acetabular data stored in the memory 77 is read out, and a 3D acetabular image based on the 3D acetabular data is displayed on the display unit 76.
  • the control unit 70 displays the artificial acetabular image to be attached to the patient on the display unit 76 simultaneously with the three-dimensional acetabular image.
  • the 3D acetabular image is deformed by expanding / contracting, translating, or rotating the 3D acetabular image based on, for example, an image expansion / contraction command via the cursor displayed on the display unit 76.
  • the 3D acetabular image is an ideal acetabular shape for anatomically attaching an artificial acetabulum by an operator (hereinafter referred to as an ideal acetabular shape).
  • This is a post-operative image obtained by attaching an artificial acetabulum to the modified ideal acetabular shape.
  • control unit 70 stores the postoperative image image created by the operator via the operation unit 75 in the postoperative acetabular image database 77 as postoperative acetabular image image data.
  • control unit 70 as the acetabular 3D actual image data creation means receives the actual image data from the arthroscope 3 attached and held on the artificial hip joint replacement support jig 4 during the hip replacement operation. Obtained sequentially through the arthroscopic interface 72.
  • the control unit 70 creates acetabular 3D actual image data based on a plurality of actual image data acquired from the arthroscope 3 according to the 3D actual image creation program, and the acetabular 3D actual image data.
  • a acetabular 3D image based on the above is displayed on the display unit 76.
  • control unit 70 reads the postoperative acetabular image data from the postoperative acetabular image database by executing image matching processing according to the image matching program, and performs postoperative acetabular image data.
  • the postoperative acetabular image based on the above is displayed on the display unit 76 simultaneously with the acetabular 3D actual image.
  • control unit 70 performs postoperative so that the ideal acetabular border in the postoperative acetabular image matches the acetabular border in the acetabular three-dimensional image.
  • Various image compositing processes are executed by translating and rotating the acetabular image and the acetabular 3D actual image.
  • control unit 70 can associate the coordinate system of the postoperative acetabular image with the coordinate system of the acetabular three-dimensional image. [0057] Then, the control unit 70 generates a central axis line connecting the center point of the artificial acetabulum image in the postoperative acetabular image and the center point of the ideal acetabular shape in the postoperative acetabular image. Then, the jig coordinate calculation unit 74 specifies an intersection where the central axis intersects the first positioning unit 20 and the second positioning unit 40 in the acetabular three-dimensional image.
  • the jig coordinate calculation unit 74 as the calculation unit calculates the scale value of the scale 21 at the intersection point where the central axis intersects the first coordinate body 22 in the first positioning unit 20, and the central axis Calculates the scale 32 of the intersection point intersecting the second coordinate body 30 in the first positioning unit 20 and specifies the first two-dimensional coordinates composed of the scale 21 and the scale 32 in the first positioning unit 20.
  • the jig coordinate calculation unit 74 calculates the scale value of the scale 41 at the intersection point where the central axis intersects the first coordinate body 42 in the second positioning unit 40, and the central axis is the second position.
  • the graduation value of the graduation 52 at the intersection point intersecting the second coordinate body 50 in the determination unit 40 is calculated, and the second two-dimensional coordinate composed of the graduation 41 and the graduation 52 in the second positioning unit 40 is specified. .
  • control unit 70 can associate the first two-dimensional coordinates and the second two-dimensional coordinates in the artificial hip joint replacement support jig 4 with the postoperative acetabular image. It has been made.
  • a doctor performing hip replacement is placed on the acetabular HC of the patient who has been exposed by turning the femoral head during the operation.
  • the first leg 13, the second leg 14, and the third leg 15 of the first leg 13A, 14A, and 15A are driven in, and the hip replacement replacement support jig 4 is directly attached to the acetabulum HC. .
  • orthogonal scales 21 and 32 are provided in the first positioning part 20, and orthogonal scales 41 and 52 are provided in the second positioning part 40.
  • the predetermined position on the facing plane almost facing the acetabulum HC can be expressed by the first two-dimensional coordinates and the second two-dimensional coordinates.
  • the first positioning portion 20 and the first positioning portion 20 are arranged so that the tube body 65 is at an angle of about 30 degrees with respect to the central axis of the first cylindrical portion 10.
  • Positioning part 2 2 Is adjusted, and the arthroscope 3 connected to the personal computer 5 is inserted into the tube 65 so that the entire acetabular HC of the patient can be reliably imaged by the arthroscope 3 at an angular force of about 30 degrees. it can.
  • the arthroscope 3 can be held while being directly attached to the acetabulum HC of the patient, a doctor or the like directly holds the arthroscope 3. Since it is no longer necessary, camera shake can be reliably prevented, and real image data that clearly shows the edge shape of the patient's acetabulum HC can be easily and reliably acquired.
  • the doctor images the peripheral portion of the acetabulum HC from three directions by rotating the arthroscope 3 by about 120 degrees.
  • the real image data from the three directions obtained by the arthroscope 3 in this way is sequentially sent to the personal computer 5 and stored in the real image database 78 of the personal computer 5.
  • the second tube portion 11 is provided with the first light source tube 60, the second light source tube 61, and the third light source tube 62.
  • the personal computer 5 when the operator gives a predetermined operation command via the operation unit 75, the real image data from the arthroscope 3 stored in the real image database 78 is read in accordance with this and the predetermined image is stored. A three-dimensional image of the acetabulum is created by executing the above calculation process, and this is displayed on the display unit 76.
  • the ideal acetabular border in the postoperative acetabular image image stored in the postoperative acetabular image database 77 in advance and the acetabulum in the acetabular three-dimensional image A composite image in which the edge of the shape is matched is created and displayed on the display unit 76. This allows doctors to immediately compare the ideal acetabular shape after surgery with the shape of the acetabular HC at the patient's current point during a hip replacement, and drill with a medical drill.
  • the acetabular HC site to be identified can be easily recognized through vision.
  • the doctor who is performing the hip replacement operation extracts the arthroscope 3 from the tube body 65 of the artificial hip joint replacement support tool 4, and replaces the arthroscope 3 with a medical drill. Insert into and hold. Based on the various coordinate information presented by the personal computer 5 and the first two-dimensional coordinates and the second two-dimensional coordinates in the artificial hip joint replacement support jig 4, The drilling position and direction of the medical drill can be determined, and the patient's acetabulum HC can be drilled accurately and easily.
  • the artificial hip joint replacement support system 1 can be attached to the arthroscope 3 and the medical drill that have been conventionally used in the operating room, the personal computer 5, and the patient's acetabulum HC.
  • the small artificial hip joint replacement support jig 4 a large special equipment is not required separately, so that the equipment cost can be reduced as compared with the conventional one.
  • the artificial hip joint replacement support jig 4 is removed from the acetabulum HC after shaping the patient's acetabulum HC with a medical drill. Thereafter, the doctor attaches an artificial acetabulum to the patient's acetabulum, fits the artificial femur to the artificial acetabulum, and performs normal hip replacement.
  • the jig main body 12 is attached to the patient's acetabular HC via the first leg 13, the second leg 14, and the third leg 15, and the acetabular HC
  • the first positioning part 20 represented by the first two-dimensional coordinates on the opposing plane almost opposite to the acetabulum HC substantially opposite the acetabular HC at a position farther from the acetabular HC force than the first positioning part 20
  • the arthroscope 3 or the medical drill is attached and held on the second positioning portion 40 represented by the second two-dimensional coordinates on the opposite plane.
  • the hip replacement replacement jig 4 having a small and simple configuration that can be attached to a patient's acetabulum is generally used in an operating room.
  • the arthroscope 3 By attaching and holding the existing arthroscope 3 and medical drill, the arthroscope 3
  • the precise shape of the medical drill can be grasped easily and reliably, and the drilling position and direction of the medical drill can be determined using the first two-dimensional coordinates and the second two-dimensional coordinates.
  • the patient's acetabulum HC can be accurately shaped into the ideal shape without using expensive special equipment, and the artificial acetabulum can be installed more easily at the ideal installation position of the patient. Also, the equipment cost can be reduced by the amount that an expensive dedicated special device is unnecessary.
  • the arthroscope 3 or the medical drill is attached and held via the same set of holding members 31, 51, so that the arthroscope 3 and the medical drill are supported. Since it is not necessary to provide a holding means individually for each drill, the number of parts can be reduced, and the overall configuration can be simplified.
  • the hip replacement replacement support jig 4 having a small and simple configuration that can be attached to the patient's acetabulum HC is generally used in the operating room.
  • the existing arthroscope 3 used in the system is attached and held, and the accurate shape of the patient's current acetabulum HC is imaged by the arthroscope 3 and sent to the personal computer 5 as actual image data.
  • the personal computer 5 On the basis of the predetermined position of the ideal acetabular shape in the postoperative acetabular image image data by the personal computer 5 based on the first two-dimensional coordinates and the second position in the first positioning unit 20 and the second positioning unit 40. Specified by 2D coordinates.
  • the artificial hip joint replacement is performed with reference to the first two-dimensional coordinates and the second two-dimensional coordinates in the first positioning unit 20 and the second positioning unit 40 specified by the personal computer 5.
  • the excavation position and direction of the medical drill can be determined, so that the patient's acetabular HC can be accurately obtained without using expensive special special equipment as in the past. It can be shaped into an ideal shape, and the artificial acetabulum can be placed more easily at the ideal location of the patient.
  • the equipment cost can be reduced to the extent that expensive special equipment is not required.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the matters described in the claims of the present invention.
  • Various CCD cameras may be used, or medical reamers may be used as medical excavation means.
  • the force S described in the case where the arthroscope 3 and the medical drill are held via the same holding members 31 and 51 the present invention is not limited to this, and the arthroscope 3
  • the medical drill may be held through different dedicated holding members.

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Abstract

人工臼蓋を患者の理想的な設置位置に一段と容易に設置できるとともに、設備コストを低減できる人工股関節置換術支援用治具及び人工股関節置換術支援システムを提供することにある。 患者の臼蓋に取付可能な小型で、かつ簡易な構成でなる人工股関節置換術支援用治具４に対して、手術室で一般的に用いられている既存の関節鏡３及び医療用ドリルを取付保持させることにより、関節鏡３で患者の現時点での臼蓋HCの正確な形状を容易に、かつ確実に把握できるとともに、第１の２次元座標及び第２の２次元座標を用いて医療用ドリルの掘削位置及び掘削方向を決定できるので、従来のような高価な専用特殊装置を用いることなく患者の臼蓋HCを正確に理想的な形状に整形でき、かくして人工臼蓋を患者の理想的な設置位置に一段と容易に設置できる。また高価な専用特殊装置が不要になる分だけ設備コストを低減できる。

Description

明 細 書
人工股関節置換術支援用治具及び人工股関節置換術支援システム 技術分野
[0001] 本発明は人工股関節置換術支援用治具及び人工股関節置換術支援システムに 関し、例えば患者の股関節を人工股関節に置換する手術 (以下、これを人工股関節 置換術と呼ぶ）に適用して好適なものである。
背景技術
[0002] 近年、股関節をそのまま残しての治療が困難な患者に対しては、人工股関節置換 術が一般に行われている (例えば特許文献 1参照）。
[0003] ところで、この人工股関節置換術の術中における患者の股関節の管理については
、 LEDマーカ等の各種光学系の専用特殊装置を用いた位置感知システムが知られ ている。
特許文献 1：特開平 9 173365号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、力かる位置感知システムでは、専用特殊装置が大型であるため、限 られたスペースしか有しない既存の手術室に新たに専用特殊装置を設置し難いとと もに、複雑な専用特殊装置は高価であるため設備コストもかかるという問題があった。 また、この専用特殊装置は、患者の股関節における臼蓋 (股関節の骨盤側にある大 腿骨骨頭を覆う部分)及び大腿骨等の各形状について把握できるものの、人工股関 節置換術の術中における人工股関節の設置位置の決定には関与し得ず、結局、人 ェ股関節を患者の理想的な設置位置に設置するには医師の熟練を要するという問 題があった。
[0005] そこで、本発明は以上の問題点を考慮してなされたもので、人工臼蓋を患者の理 想的な設置位置に一段と容易に設置できるとともに、設備コストを低減できる人工股 関節置換術支援用治具及び人工股関節置換術支援システムを提供しょうとするもの である。 課題を解決するための手段
[0006] 本発明の請求項 1記載の人工股関節置換術支援用治具は、人工股関節置換術の 術中に大腿骨骨頭を脱転させて露出させた患者の臼蓋に治具本体を取付可能な脚 部と、前記治具本体に設けられ、前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次 元座標で表す第 1の位置決め部と、前記治具本体に設けられ、前記第 1の位置決め 部よりも前記臼蓋から遠ざかった位置で前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上 を 2次元座標で表す第 2の位置決め部と、前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位 置決め部にスライド自在に設けられ、前記患者の臼蓋を撮像するための撮像手段を 保持する撮像用保持部と、前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスラ イド自在に設けられ、前記患者の臼蓋を掘削するための医療用掘削手段を保持する 掘削用保持部とを備えるものである。
[0007] また、本発明の請求項 2記載の人工股関節置換術支援用治具は、前記撮像用保 持部及び前記掘削用保持部は、一体的に構成され、前記撮像手段又は前記撮像手 段に替えて前記医療用掘削手段を保持するものである。
[0008] さらに、本発明の請求項 3記載の人工股関節置換術支援システムは、人工股関節 置換術支援装置と、人工股関節置換術支援用治具とから構成され、前記人工股関 節置換術支援用治具は、人工股関節置換術の術中に大腿骨骨頭を脱転させて露 出させた患者の臼蓋に治具本体を取付可能な脚部と、前記治具本体に設けられ、前 記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次元座標で表す第 1の位置決め部と、 前記治具本体に設けられ、前記第 1の位置決め部よりも前記臼蓋力 遠ざかった位 置で前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次元座標で表す第 2の位置決 め部と、前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスライド自在に設けら れ、前記患者の臼蓋を撮像するための撮像手段を保持する撮像用保持部と、前記 第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスライド自在に設けられ、前記患者 の臼蓋を掘削するための医療用掘削手段を保持する掘削用保持部とを備え、前記 人工股関節置換術支援装置は、前記人工股関節置換術の術前に予め術後の患者 の理想臼蓋形状を 3次元画像化させた術後臼蓋イメージ画像データを記憶する記憶 手段と、前記撮像手段で撮像した前記患者の臼蓋の実画像データを取得する画像 取得手段と、前記実画像データを 3次元画像化し、前記第 1の位置決め部及び前記 第 2の位置決め部における各前記 2次元座標を対応付けた臼蓋 3次元実画像データ を作成する臼蓋 3次元実画像データ作成手段と、前記臼蓋 3次元実画像データと前 記記憶手段から読み出した前記術後臼蓋イメージ画像データとを一致させ、前記術 後臼蓋イメージ画像データ中の前記理想臼蓋形状の所定位置を、前記第 1の位置 決め部及び前記第 2の位置決め部における各前記 2次元座標で特定する算出手段 とを備えるものである。
[0009] さらに、本発明の請求項 4記載の人工股関節置換術支援システムは、前記人工股 関節置換術支援用治具における前記撮像用保持部及び前記掘削用保持部は、一 体的に構成され、前記撮像手段又は前記撮像手段に替えて前記医療用掘削手段を 保持するものである。
発明の効果
[0010] 本発明の請求項 1記載の人工股関節置換術支援用治具によれば、患者の臼蓋に 取付可能な小型で、かつ簡易な構成でなる人工股関節置換術支援用治具に対して 、手術室で一般的に用いられている既存の撮像手段及び医療用掘削手段を取付保 持させることにより、撮像手段で患者の現時点での臼蓋の正確な形状を容易に、か つ確実に把握できるとともに、各 2次元座標を用いて医療用掘削手段の掘削位置及 び掘削方向を決定できるので、従来のような高価な専用特殊装置を用いることなく患 者の臼蓋を正確に理想的な形状に整形でき、力べして人工臼蓋を患者の理想的な 設置位置に一段と容易に設置できる。また高価な専用特殊装置が不要になる分だけ 設備コストを低減できる。
[0011] また、本発明の請求項 2記載の人工股関節置換術支援用治具及び請求項 4の人 ェ股関節置換術支援用システムによれば、撮像手段及び医療用掘削手段毎にそれ ぞれ個別に保持手段を設ける必要がなぐその分部品点数を低減でき、力べして全 体として簡易な構成にできる。
[0012] さらに、本発明の請求項 3記載の人工股関節置換術支援システムによれば、人工 股関節置換術支援装置で特定した各 2次元座標を参考にして、人工股関節置換術 支援用治具における掘削用保持部を調節して医療用掘削手段の掘削位置及び掘 削方向を決定できるので、従来のような高価な専用特殊装置を用いることなく患者の 臼蓋を正確に理想的な形状に整形でき、力べして人工臼蓋を患者の理想的な設置 位置に一段と容易に設置できる。また高価な専用特殊装置が不要になる分だけ設備 コストを低減できる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]人工股関節置換術支援システムの全体構成を示す概略図である。
[図 2]第 1の筒部と、第 1の脚部、第 2の脚部及び第 3の脚部と、第 1の位置決め部と の構成を示す斜視図である。
[図 3]第 1の位置決め部及び第 2の位置決め部の全体構成を示す斜視図である。
[図 4]第 2の筒部の全体構成を示す斜視図である。
[図 5]パーソナルコンピュータの回路構成を示すブロック図である。
[図 6]人工股関節置換術支援用治具を患者の臼蓋に取り付けた様子を示す斜視図 である。
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[0015] (1)人工股関節置換術支援システムの全体構成
先ず初めに、人工股関節置換術支援システムの概略について以下説明する。図 1 において、 1は全体として本発明による人工股関節置換術支援システムを示し、人工 股関節置換術の術前に患者の股関節に X線を照射することにより 2方向からの股関 節の X線画像を取得する X線照射機 2と、人工股関節置換術の術中に大腿骨骨頭を 脱転させて露出させた患者の臼蓋に直接取り付けられ、関節鏡 3又は医療用ドリル（ 図示せず)を保持するための人工股関節置換術支援用治具 4と、当該 X線照射機 2 及び関節鏡 3と電気的に接続可能な人工股関節置換術支援装置としてのパーソナ ルコンピュータ 5とから構成されており、パーソナルコンピュータ 5によって X線画像及 び関節鏡 3からの実画像データを基に各種処理を実効し、これにより人工股関節置 換術に有用な情報を術中の医師に対して提供し得るようになされている。
[0016] 実際上、人工股関節置換術支援システム 1は、人工股関節置換術の術前に、予め X線照射機 2によって得た例えば 2方向からの患者の股関節の X線画像データをパ 一ソナルコンピュータ 5に送出し、当該パーソナルコンピュータ 5によってこれら複数 枚の X線画像データに基づき所定の画像処理を実行して患者の大腿骨、臼蓋及び これら周辺の骨盤の形状を 3次元画像化させた術前骨画像データを作成し得るよう になされている。
[0017] そして、パーソナルコンピュータ 5は、術前骨画像データと、患者に取付予定の人 ェ臼蓋の人工臼蓋画像とに基づいて、人工股関節置換術により患者の臼蓋を掘削 する等して骨盤に人工臼蓋を理想的に設置させたときの術後臼蓋イメージ画像デー タをオペレータ（例えば人工股関節置換術を行なう医師や助手）によって作成させ、 これを人工股関節置換術の術前に各患者毎に予め記憶し得るようになされている。 その後、人工股関節置換術支援システム 1では、医師によって患者に対し人工股関 節置換術が行なわれる。
[0018] 人工股関節置換術支援用治具 4は、関節鏡 3が取付保持された状態で、人工股関 節置換術の術中に露出させた患者の臼蓋に取り付け得るように構成されている。これ により関節鏡 3は、患者の臼蓋を直接撮像し得、このとき得られた実画像データをパ 一ソナルコンピュータ 5に送出する。
[0019] これによりパーソナルコンピュータ 5では、人工股関節置換術の術中、関節鏡 3で撮 像した実画像データに対して所定の演算処理を実行することにより、人工股関節置 換術が行なわれている患者の現時点における臼蓋の立体的な 3次元の画像（以下、 これを臼蓋 3次元実画像と呼ぶ）データを作成し、この臼蓋 3次元実画像データと術 後臼蓋イメージ画像データとを合成する。
[0020] さらに、パーソナルコンピュータ 5は、所定の演算処理を実行し、人工股関節置換 術支援用治具 4に予め設定された所定の座標値で、術後臼蓋イメージ画像データに 基づく術後臼蓋イメージ画像を表し、この結果をオペレータに提示する。
[0021] 一方、人工股関節置換術支援用治具 4では、人工股関節置換術の術中、関節鏡 3 に替えて医療用ドリルを取付保持させるとともに、パーソナルコンピュータ 5から提示 された座標値に基づき医療用ドリルの掘削位置及び掘削角度を決定し、この医療用 ドリルにより患者の臼蓋を掘削して人工臼蓋が設置し易い理想的な臼蓋形状に整形 し得るようになされている。 [0022] (2)人工股関節置換術支援用治具の構成
次に人工股関節置換術支援用治具 4について以下説明する。この人工股関節置 換術支援用治具 4は、関節鏡 3又は医療用ドリルを取付保持した状態で、人工股関 節置換術の術中に露出させた患者の臼蓋に直接取り付け得る大きさ及び重さからな る。
[0023] 実際上、この人工股関節置換術支援用治具 4は、ほぼ円筒状からなる第 1の筒部 1 0及びこの第 1の筒部 10と別体で同一形状からなる第 2の筒部 11で構成された治具 本体 12と、第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15とを有し、これら第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15を臼蓋に打ち込むことにより治具本体 12を臼蓋 に立設させ得るようになされてレ、る。
[0024] 図 2に示すように、実際上、第 1の筒部 10の外周面には、同一形状の棒状でなる第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15が等間隔で、かつ長手方向を互いに平 行にさせた状態で固着され、第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15の各尖 つた先端部 13A，14A,15Aが第 1の筒部下端から突出さている。
[0025] この実施の形態の場合、第 1の筒部 10及び第 2の筒部 11は、成人の臼蓋の直径寸 法が一般的に約 40乃至 45mm程度であることから、これに対応させて外径が約 36mm 程度に選定されているとともに、隣接する第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚 部 15を直線上に繋いだ距離が約 40mmからなるように構成されている。
[0026] 第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15間には、第 1の位置決め部 20を介 在させて第 2の筒部 11が嵌合され得るようになされている。
[0027] 第 1の位置決め部 20は、図 3に示すように、ほぼ帯状でなり長手方向（すなわち、図 3中の X軸方向）に沿つて一面 22Aに目盛 21が表示された第 1の座標体 22を有し、こ の第 1の座標体 22の両端部に穿設された貫通孔 23，24に第 1の脚部 13、第 2の脚部 1 4及び第 3の脚部 15のうちいずれ力 つが揷入され得るように構成されている。
[0028] 第 1の座標体 22の両端部には、下部に突出した突出部 25,26が形成されており、こ の突出部 25,26が第 1の筒部 10に当接し、当該第 1の筒部 10の上部 10Aに第 1の位置 決め部の一面 22Aをほぼ水平状に設置させ得る。これに加えて、第 1の座標体 22の 中央部には、ほぼ立方体でなる連結部材 27がスライド自在に設けられている。 [0029] 実際上、この連結部材 27は、下部側に穿設された貫通孔 (以下、これを第 1の座標 体用貫通孔と呼ぶ） 28に第 1の座標体 22が挿通され、当該第 1の座標体 22の長手方 向（図 3中の X軸方向）に沿ってスライド移動し得るとともに、第 1の座標体 22の両端部 において突出部 25，26に当接することにより、当該第 1の座標体 22から脱落し得ない ように構成され
ている。
[0030] また、この連結部材 27は、上部側に第 1の座標体用貫通孔 28と直交するように穿設 された貫通孔（以下、これを第 2の座標体用貫通孔と呼ぶ） 29を有し、この第 2の座標 体用貫通孔 29に第 2の座標体 30が揷通され、当該第 2の座標体 30がスライド移動し 得るようになされている。
[0031] 第 2の座標体 30は、薄い板状でなり、一方の先端に筒状でなる保持部材 31がー体 成形されているとともに、一面 30Aの長手方向に沿って目盛 32が表示され、これにより 当該目盛 32の表示方向が第 1の座標体 22における目盛 21の表示方向とほぼ直交す る方向（ずなわち
、図中の y軸方向）となるようになされている。
[0032] 保持部材 31は、第 1の座標体 22の目盛 21及び第 2の座標体 30の目盛 32からなる第 1の 2次元座標に基づいて、連結部材 27が所定方向（X軸方向及び y軸方向）に移動 され上部のボルト 33で固定されることにより、特定の位置に位置決めされる。
[0033] そして、第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15間に嵌合された第 2の筒部 11の上部 11Aにも、上述した第 1の位置決め部 20と同一構造でなる第 2の位置決め 部 40が配置されている。
[0034] この第 2の位置決め部 40は、 目盛 41が表示された第 1の座標体 42と、保持部材 51 が先端に一体成形されているとともに、 目盛 52が表示された第 2の座標体 50と、第 1 の座標体 42及び第 2の座標体 50を連結する連結部材 47とで構成されており、第 1の 位置決め部 20と同じように第 1の脚部 13、第 2の脚部 14又は第 3の脚部 15に配置され 得る（図 1)。
[0035] すなわち、図 1に示したような場合、第 1の脚部 13及び第 2の脚部 14が第 1の位置 決め部 20の貫通孔 23，24に揷入されているときには、第 1の脚部 13及び第 2の脚部 14 が第 2の位置決め部 40の貫通孔 23,24に挿入され得る。
[0036] また、保持部材 51は、第 1の座標体 42の目盛 41及び第 2の座標体 50の目盛 52から なる第 2の 2次元座標に基づいて、連結部材 47が所定方向（X軸方向及び y軸方向） に移動され上部のボルト 33で固定されることにより、特定の位置に位置決めされる。
[0037] これにより第 1の位置決め部 20における保持部材 31と、第 2の位置決め部 40にお ける保持部材 51とは、ほぼ一直線上に配置され、第 2の筒部 11の上部 11Aで保持部 材 51を X軸方向及び y軸方向に移動させ得るようになされている。
[0038] 第 2の筒部 11には、図 4に示すように、その内周面に第 1の光源用管 60、第 2の光 源用管 61及び第 3の光源用管 63が等間隔で、かつ長手方向を互いに平行にさせた 状態で固着されており、第 1の光源用管、第 2の光源用管及び第 3の光源用管にそ れぞれ LED等の光源（図示せず）が第 1の筒部 10側に向けて装着されている。力べし て光源は、第 1の筒部 10側に光を照射し、これにより第 1の筒部 10に取り囲まれた領 域を明るく照らすようになされている。
[0039] ここで、撮像用保持部及び掘削用保持部としての保持部材 31,51には、筒状の管体 65が挿入されて保持し得るように構成されており、この管体 65には関節鏡 3又は医療 用ドリルが挿入されることによって、第 1の位置決め部 20及び第 2の位置決め部 40の 間に関節鏡 3又は医療用ドリルを取付保持し得るようになされている。
[0040] この場合、例えば管体 65は、保持部材 31,51の位置を調節させることにより、第 1の 筒部 10及び第 2の筒部 11の中心軸に対して約 30度の角度で保持され得る。
[0041] これにより管体 65は、撮像手段としての関節鏡 3が上端開口部から挿入され、当該 関節鏡 3のカメラレンズが下端開口部に位置決めされることにより、第 1の筒部 10の中 心軸に対して約 30度の角度方向力、ら当該第 1の筒部 10下方を関節鏡 3によって撮 像させ得るようになされている。
[0042] そして、関節鏡 3を約 120度ずつ回転させることで、第 1の筒部 10の中心軸に対し て約 30度の角度方向から当該第 1の筒部 10中心を撮像した実画像データを約 120 度毎に得ることができ、これにより 3分割の実画像データをパーソナルコンピュータ 5 に記憶させ得る。
[0043] 力、かる構成に加えて、この管体 65は、関節鏡 3に替えて医療用ドリルを上端開口部 力 挿入させて第 1の筒部 10側の下端開口部から当該医療用ドリルのドリル先端を 露出させ得るように位置決めし、保持部材 31, 51を移動させることによって当該医療用 ドリルを所定位置及び所定角度に調節し得るようになされてレ、る。
[0044] (3)パーソナルコンピュータの構成
次にパーソナルコンピュータ 5の構成について図 5を用いて説明する。このパーソナ ノレコンピュータ 5は、図示しない CPU (Central Processing Unit )、 ROM (Read Only Memory)、 RAM (Random Access Memory)及びハードディスクドライブ等からなるマ イク口コンピュータ構成の制御部 70を有し、この制御部 70にバス 71を介して、画像取 得手段としての関節鏡インターフェース 72、 X線画像取得インターフェース 73、治具 座標算出部 74、複数種類の操作キーを備えるキーボードやマウス等からなる操作部 75、液晶ディスプレイ等の表示部 76、記憶手段としての術後臼蓋イメージデータべ一 ス 77及び関節鏡 3からの実画像データを記憶する実画像データベース 78が接続され ている。
[0045] この場合、ハードディスクドライブには、基本プログラムの他に、 X線画像 3次元作成 プログラム、術後臼蓋イメージ画像作成プログラム、 3次元実画像作成プログラム、画 像マッチングプログラム及び治具座標算出プログラム等が格納されており、制御部 70 は、ハードディスクドライブに格納された各種プログラムを適宜読み出し、これを RA Mに展開することにより、パーソナルコンピュータ 5の各種回路部を制御して各種処 理を実行するようになされてレ、る。
[0046] この場合、例えば制御部 70は、 X画像取得インターフェース 73を介して X線照射機
2から当該 X線照射機 2によって得た 2方向からの患者の股関節の X線画像を X線画 像データとして取得する。
[0047] 制御部 70は、 X線画像 3次元作成プログラムに従って、 X線画像データから得られ る各種情報を用いて所定の演算処理を実行することにより患者の股関節（大腿骨、 骨盤及び臼蓋）の形状を立体的に再現した 3次元画像を作成し、これを 3次元臼蓋 データとして術後臼蓋イメージデータベース 77に記憶する。
[0048] その後、制御部 70は、オペレータにより操作部 75を介して入力される操作命令に基 づレ、て術後臼蓋イメージ画像作成プログラムを実行し、術後臼蓋イメージデータべ一 ス 77に記憶された 3次元臼蓋データを読み出して、当該 3次元臼蓋データに基づく 3 次元臼蓋画像を表示部 76に表示する。
[0049] 続いて、制御部 70は、オペレータにより操作部 75を介して与えられる操作命令に応 じて、患者に取付予定である人工臼蓋画像を 3次元臼蓋画像と同時に表示部 76に 表示し、例えば表示部 76に表示されたカーソルを介した画像伸縮命令等に基づいて 、 3次元臼蓋画像を伸縮、併進移動又は回転させて 3次元臼蓋画像を変形させる。
[0050] このようにして、 3次元臼蓋画像は、オペレータによって、解剖学的に人工臼蓋を取 り付けるのに理想的な臼蓋の形状 (以下、これを理想臼蓋形状と呼ぶ）に修正され、 この修正した理想臼蓋形状に人工臼蓋を取り付けた術後のイメージ画像とされる。
[0051] そして、制御部 70は、操作部 75を介してオペレータにより作成された術後のィメー ジ画像を術後臼蓋イメージ画像データとして術後臼蓋イメージデータベース 77に記 憶する。
[0052] その後、臼蓋 3次元実画像データ作成手段としての制御部 70は、人工股関節置換 術の術中に人工股関節置換術支援用治具 4に取付保持された関節鏡 3から実画像 データを関節鏡インターフェース 72を介して順次取得する。
[0053] 制御部 70は、 3次元実画像作成プログラムに従って、関節鏡 3から取得した複数の 実画像データを基に臼蓋 3次元実画像データを作成し、この臼蓋 3次元実画像デー タに基づく臼蓋 3次元画像を表示部 76に表示する。
[0054] 次に、制御部 70は、画像マッチングプログラムに従って画像マッチング処理を実行 することにより、術後臼蓋イメージ画像データを術後臼蓋イメージデータベースから読 み出し、術後臼蓋イメージ画像データに基づく術後臼蓋イメージ画像を、臼蓋 3次元 実画像と同時に表示部 76に表示する。
[0055] 続いて、制御部 70は、術後臼蓋イメージ画像中の理想臼蓋形状の辺縁と、臼蓋 3 次元画像中の臼蓋形状の辺縁とを一致させるように、術後臼蓋イメージ画像と臼蓋 3 次元実画像とを並進移動や回転等させ、各種画像合成処理を実行するようになされ ている。
[0056] これにより制御部 70は、術後臼蓋イメージ画像の座標系と臼蓋 3次元画像の座標 系とを対応付け得るようになされている。 [0057] そして、制御部 70は、術後臼蓋イメージ画像中の人工臼蓋画像の中心点と術後臼 蓋イメージ画像中の理想臼蓋形状の中心点とを結んだ中心軸線を生成し、治具座 標算出部 74においてこの中心軸線が臼蓋 3次元画像中で第 1の位置決め部 20及び 第 2の位置決め部 40と交差する交点を特定する。
[0058] すなわち、算出手段としての治具座標算出部 74は、中心軸線が第 1の位置決め部 20における第 1の座標体 22と交差する交点の目盛 21の目盛値を算出するとともに、 中心軸線が第 1の位置決め部 20における第 2の座標体 30と交差する交点の目盛 32 を算出し、第 1の位置決め部 20におけるこれら目盛 21及び目盛 32とからなる第 1の 2 次元座標を特定する。
[0059] また治具座標算出部 74は、中心軸線が第 2の位置決め部 40における第 1の座標体 42と交差する交点の目盛 41の目盛値を算出するとともに、中心軸線が第 2の位置決 め部 40における第 2の座標体 50と交差する交点の目盛 52の目盛値を算出し、第 2の 位置決め部 40におけるこれら目盛 41及び目盛 52からなる第 2の 2次元座標を特定す る。
[0060] このようにして制御部 70は、術後臼蓋イメージ画像に対して、人工股関節置換術支 援用治具 4における第 1の 2次元座標及び第 2の 2次元座標を対応付け得るようにな されている。
[0061] (4)動作及び効果
以上の構成において、人工股関節置換術を行なう医師は、図 6に示すように、術中 に大腿骨骨頭を脱転させて露出させた患者の臼蓋 HCに、人工股関節置換術支援 用治具 4の第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15の各先端部 13A, 14A，15A を打ち込み、当該臼蓋 HCに人工股関節置換術支援用治具 4を直接取り付ける。
[0062] ここで人工股関節置換術支援用治具 4では、直交する目盛 21及び目盛 32を第 1の 位置決め部 20に設けるとともに、直交する目盛 41及び目盛 52を第 2の位置決め部 40 に設けるようにしたことにより、臼蓋 HCとほぼ対向する対向平面上の所定位置を第 1 の 2次元座標と第 2の 2次元座標とで表すことができる。
[0063] このとき人工股関節置換術支援用治具 4では、管体 65が第 1の筒部 10の中心軸に 対して約 30度の角度方向となるように第 1の位置決め部 20及び第 2の位置決め部 40 が調節され、この管体 65にパーソナルコンピュータ 5に接続させた関節鏡 3を挿入さ せるようにしたことにより、関節鏡 3によって患者の臼蓋 HC全体を約 30度の角度方向 力 確実に撮像できる。
[0064] また、人工股関節置換術支援用治具 4では、患者の臼蓋 HCに直接取り付けられた 状態で関節鏡 3を保持できるようにしたことにより、医師等が関節鏡 3を直接保持する 必要がなくなるので手ぶれを確実に防止でき、力、くして患者の臼蓋 HCの辺縁形状を 鮮明に写した実画像データを容易に、かつ確実に取得できる。
[0065] そして、医師は関節鏡 3を約 120度ずつ回転させることで臼蓋 HCの辺縁部分を 3 方向から撮像する。このようにして関節鏡 3によって得られた 3方向からの実画像デー タは、パーソナルコンピュータ 5に順次送出され、当該パーソナルコンピュータ 5の実 画像データベース 78に記憶される。
[0066] また、この人工股関節置換術支援用治具 4では、第 2の筒部 11に第 1の光源用管 6 0、第 2の光源用管 61及び第 3の光源用管 62を設けて各 LEDを発光させて患者の臼 蓋 HCに光を照らすようにしたことにより、比較的暗い体内のおくにある患者の臼該 H Cであっても関節鏡 3の露出不足を防止して適切な露出で臼蓋 HCを確実に撮影でき る。
[0067] 一方、パーソナルコンピュータ 5では、オペレータが操作部 75を介して所定の操作 命令を与えると、これに応じて実画像データベース 78に記憶した関節鏡 3からの実画 像データを読み出し、所定の演算処理を実行することにより臼蓋 3次元画像を作成し てこれを表示部 76に表示する。
[0068] また、パーソナルコンピュータ 5では、予め術後臼蓋イメージデータベース 77に記憶 しておいた術後臼蓋イメージ画像中の理想臼蓋形状の辺縁と、臼蓋 3次元画像中の 臼蓋形状の辺縁とを一致させた合成画像を作成し、これを表示部 76に表示する。こ れにより人工股関節置換術の術中に医師は、術後の理想臼蓋形状と、患者の現時 点における臼蓋 HCの形状とを瞬時に対比させることができ、力べして医療用ドリルで 掘削すべき臼蓋 HC部位を視覚を介して容易に認識できる。
[0069] さらに、パーソナルコンピュータ 5では、術後臼蓋イメージ画像中の人工臼蓋画像 の中心点と術後臼蓋イメージ画像中の理想臼蓋形状の中心点とを結んだ中心軸線 を生成し、この中心軸線が第 1の位置決め部 20及び第 2の位置決め部 40と交差する 交点を、第 1の 2次元座標及び第 2の 2次元座標で表示するようにしたことにより、この 結果から患者の臼蓋 HCを掘削する掘削位置及び掘削方向を人工股関節置換術支 援用治具 4を基準に決定できる。
[0070] 次いで、人工股関節置換術を行なっている医師は、人工股関節置換術支援用治 具 4の管体 65から関節鏡 3を抜き出し、当該関節鏡 3に替えて医療用ドリルを管体 65 に揷入し取付保持させる。そして、医師は、パーソナルコンピュータ 5で提示された各 種座標情報と、人工股関節置換術支援用治具 4における第 1の 2次元座標及び第 2 の 2次元座標とに基づいて医療用掘削手段としての医療用ドリルの掘削位置及び掘 削方向を決定し、患者の臼蓋 HCを正確に、かつ容易に掘削してゆくことができる。
[0071] このように人工股関節置換術支援システム 1では、従来から手術室で一般的に用い られている関節鏡 3及び医療用ドリルと、パーソナルコンピュータ 5と、患者の臼蓋 HC に取付可能な小型の人工股関節置換術支援用治具 4とを用いるようにしたことにより 、大型の専用特殊装置等が別途必要とならないので、従来よりも設備コストを低減で きる。
[0072] 因みに、人工股関節置換術支援用治具 4は、医療用ドリルで患者の臼蓋 HCを整 形した後に、当該臼蓋 HCから取り外される。その後、医師は、患者の臼蓋に人工臼 蓋を取り付け、この人工臼蓋に人工大腿骨を嵌合させ、通常の人工股関節置換術を 行なう。
[0073] 以上の構成によれば、第 1の脚部 13、第 2の脚部 14及び第 3の脚部 15を介して患者 の臼蓋 HCに治具本体 12を取り付け、当該臼蓋 HCとほぼ対向した対向平面上を第 1 の 2次元座標で表した第 1の位置決め部 20と、この第 1の位置決め部 20よりも臼蓋 HC 力 遠ざかった位置で当該臼蓋 HCとほぼ対向した対向平面上を第 2の 2次元座標で 表した第 2の位置決め部 40とに、関節鏡 3又は医療用ドリルを取付保持するようにし た。
[0074] このように、患者の臼蓋に取付可能な小型で、かつ簡易な構成でなる人工股関節 置換術支援用治具 4に対して、手術室で一般的に用レ、られてレ、る既存の関節鏡 3及 び医療用ドリルを取付保持させることにより、関節鏡 3で患者の現時点での臼蓋 HC の正確な形状を容易に、かつ確実に把握できるとともに、第 1の 2次元座標及び第 2 の 2次元座標を用いて医療用ドリルの掘削位置及び掘削方向を決定できるので、従 来のような高価な専用特殊装置を用いることなく患者の臼蓋 HCを正確に理想的な形 状に整形でき、力べして人工臼蓋を患者の理想的な設置位置に一段と容易に設置で きる。また高価な専用特殊装置が不要になる分だけ設備コストを低減できる。
[0075] また、人工股関節置換術支援用治具 4では、関節鏡 3又は医療用ドリルを同じ一組 の保持部材 31,51を介して取付保持するようにしたことにより、関節鏡 3及び医療用ド リル毎にそれぞれ個別に保持手段を設ける必要がなぐその分部品点数を低減でき 、力べして全体として簡易な構成にできる。
[0076] さらに、人工股関節置換術支援システム 1では、患者の臼蓋 HCに取付可能な小型 で、かつ簡易な構成でなる人工股関節置換術支援用治具 4に対して、手術室で一般 的に用いられている既存の関節鏡 3を取付保持させ、患者の現時点での臼蓋 HCの 正確な形状を関節鏡 3で撮像し、これを実画像データとしてパーソナルコンピュータ 5 へ送出してこれを基に当該パーソナルコンピュータ 5によって術後臼蓋イメージ画像 データ中の理想臼蓋形状の所定位置を、第 1の位置決め部 20及び前記第 2の位置 決め部 40における第 1の 2次元座標及び第 2の 2次元座標で特定するようにした。
[0077] 従って、パーソナルコンピュータ 5で特定した第 1の位置決め部 20及び第 2の位置 決め部 40における第 1の 2次元座標及び第 2の 2次元座標を参考にして、人工股関 節置換術支援用治具 4における保持部材 31,51を調節して医療用ドリルの掘削位置 及び掘削方向を決定できるので、従来のような高価な専用特殊装置を用いることなく 患者の臼蓋 HCを正確に理想的な形状に整形でき、力べして人工臼蓋を患者の理想 的な設置位置に一段と容易に設置できる。また一般的なパーソナルコンピュータを用 レ、るようにしたことにより、高価な専用特殊装置が不要になる分だけ設備コストを低減 できる。
[0078] なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなぐ本発明の特許請求の 範囲に記載した事項の範囲内で種々の変形実施をすることができ、例えば撮像手段 として他の種々の CCDカメラを用いるようにしたり、医療用掘削手段として医療用リー マを用いるようにしても良い。 また、上述した実施の形態においては、関節鏡 3及び医療用ドリルを同じ保持部材 31,51を介して保持するようにした場合について述べた力 S、本発明はこれに限らず、 関節鏡 3及び医療用ドリルを異なる専用の保持部材を介してそれぞれ保持するように しても良い。

Claims

請求の範囲
[1] 人工股関節置換術の術中に大腿骨骨頭を脱転させて露出させた患者の臼蓋に治 具本体を取付可能な脚部と、
前記治具本体に設けられ、前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次元座 標で表す第 1の位置決め部と、
前記治具本体に設けられ、前記第 1の位置決め部よりも前記臼蓋から遠ざかった位 置で前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次元座標で表す第 2の位置決 め部と、
前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスライド自在に設けられ、前 記患者の臼蓋を撮像するための撮像手段を保持する撮像用保持部と、
前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスライド自在に設けられ、前 記患者の臼蓋を掘削するための医療用掘削手段を保持する掘削用保持部と を備えることを特徴とする人工股関節置換術支援用治具。
[2] 前記撮像用保持部及び前記掘削用保持部は、一体的に構成され、前記撮像手段 又は前記撮像手段に替えて前記医療用掘削手段を保持する
ことを特徴とする請求項 1記載の人工股関節置換術支援用治具。
[3] 人工股関節置換術支援装置と、人工股関節置換術支援用治具とから構成され、 前記人工股関節置換術支援用治具は、
人工股関節置換術の術中に大腿骨骨頭を脱転させて露出させた患者の臼蓋に治 具本体を取付可能な脚部と、
前記治具本体に設けられ、前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次元座 標で表す第 1の位置決め部と、
前記治具本体に設けられ、前記第 1の位置決め部よりも前記臼蓋から遠ざかった位 置で前記患者の臼蓋とほぼ対向する対向平面上を 2次元座標で表す第 2の位置決 め部と、
前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスライド自在に設けられ、前 記患者の臼蓋を撮像するための撮像手段を保持する撮像用保持部と、
前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部にスライド自在に設けられ、前 記患者の臼蓋を掘削するための医療用掘削手段を保持する掘削用保持部と を備え、
前記人工股関節置換術支援装置は、
前記人工股関節置換術の術前に予め術後の患者の理想臼蓋形状を 3次元画像化 させた術後臼蓋イメージ画像データを記憶する記憶手段と、
前記撮像手段で撮像した前記患者の臼蓋の実画像データを取得する画像取得手 段と、
前記実画像データを 3次元画像化し、前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置 決め部における各前記 2次元座標を対応付けた臼蓋 3次元実画像データを作成する 臼蓋 3次元実画像データ作成手段と、
前記臼蓋 3次元実画像データと前記記憶手段から読み出した前記術後臼蓋ィメー ジ画像データとを一致させ、前記術後臼蓋イメージ画像データ中の前記理想臼蓋形 状の所定位置を、前記第 1の位置決め部及び前記第 2の位置決め部における各前 記 2次元座標で特定する算出手段と
を備えることを特徴とする人工股関節置換術支援システム。
前記人工股関節置換術支援用治具における前記撮像用保持部及び前記掘削用 保持部は、一体的に構成され、前記撮像手段又は前記撮像手段に替えて前記医療 用掘削手段を保持する
ことを特徴とする請求項 3記載の人工股関節置換術支援システム。
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