人工関節手術支援装置
【課題】 骨に人工関節を設置手術する際に、術中の位置決め操作が容易で術者及び患者に対する術中の被爆量を少なくできる人工関節手術支援装置を提供する。
【解決手段】 骨に人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置であって、人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点（Ｐ）を形成するモニター点形成手段（１０、１１）と、モニター点を含む領域を３方向（７ａ、８ａ、９ａ）から撮像可能であり撮像した画像をコンピュータへ転送可能な３個の撮像手段７、８、９）と、モニター点形成手段と３個の撮像手段を一体的に保持する枠体（４、５、６）と、を備えことを特徴とする。
【解決手段】 骨に人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置であって、人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点（Ｐ）を形成するモニター点形成手段（１０、１１）と、モニター点を含む領域を３方向（７ａ、８ａ、９ａ）から撮像可能であり撮像した画像をコンピュータへ転送可能な３個の撮像手段７、８、９）と、モニター点形成手段と３個の撮像手段を一体的に保持する枠体（４、５、６）と、を備えことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、人工関節手術支援装置に係り、特にに人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工膝関節等の人工関節の設置手術においては、人工関節の設置位置が的確であるか否かはその機能の良否に大きく影響する。このため、予定された人工膝関節の設置位置を術野において再現し骨切り操作を近年発達した工学的手法により管理するコンピュータ支援手術（conputer assited surgery）が世界的に広がり始めている。
【０００３】
人工関節を施工する場合に、人工関節の設置位置を特定するために骨の骨切り位置を特定し、位置決め操作を行う必要があり、この工学的手法としては、２方向からのＸ線撮影や磁気や光を用いた計測装置を使用し骨位置等を３次元的に計測することが行われる。
【０００４】
に関する。
【０００５】
以下の特許文献には、Ｘ線照射機と専用カセッテ台を用いて患者の骨を撮影し、標本骨３次元データを参照し、標本骨３次元データの表示画像を、患者の骨が撮影されたＸ線画像に変形させることにより患者の骨近似３次元データを作成し、関節手術支援を行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４４４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
人工関節の設置手術において、骨の骨切り位置の特定や骨の切断及び人工関節の設置の施工操作の大部分をＸ線撮影に依存することは、Ｘ線の被爆量が無視できなくなり、術者や患者に悪影響を与える問題がある。
【０００７】
また、磁気や光を用いた計測装置を使用する場合には、計測装置が大型になり手術装置が高価になるという問題があった。
【０００８】
また、特定された骨切り位置に従って切断操作を実行する場合に、特定された骨切り位置に従って骨切り治具を正確に位置設定し簡易に切断操作を実行することが容易でないという問題があった。
【０００９】
そこで、本願発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、骨に人工関節を置換手術をする際に、術中の位置決め操作が容易であり、術者及び患者に対する術中の被爆量を少なくできる人工関節手術支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明に係る人工関節手術支援装置は、 骨に人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置であって、人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点を形成するモニター点形成手段と、前記モニター点を含む領域を３方向から撮像可能であり撮像した画像をコンピュータへ転送可能な３個の撮像手段と、前記モニター点形成手段と前記３個の撮像手段を一体的に保持する枠体と、を備えことを特徴とする。
【００１１】
また、前記モニター点形成手段は、前記モニター点に交差するように方向指示可能な複数の方向指示手段を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって光線を照射する複数の照射源であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって延出可能な複数の鋼鉄線であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記３方向は前記モニター点で交差することを特徴とする。
【００１５】
また、前記３方向は前記モニター点を原点とする直交３軸を構成する方向であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記枠体は骨を切除するための骨切り治具と一体的に保持可能であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記枠体は基部に立設された軸部と前記軸部の上部で分岐する２個のアームとを有し、前記３個の撮像手段は前記軸部と前記２個のアームに取り付けられており、前記複数の方向指示手段は、少なくとも、前記軸部と前記２個のアームのいずれかのアームとに取り付けられていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記３個の撮像手段はデジタルカメラあるいはビデオカメラであり、前記コンピュータはパーソナルコンピュータであることを特徴とする。
【００１９】
また、術前計画において手術対象となる患者の骨３次元データと施工すべき人工関節のデータを予め得ておき、前記３個の撮像手段で得た３個の画像と前記骨３次元データとを前記モニター点を介して前記コンピュータの表示画面上で対応付けることを特徴とする。
【００２０】
また、前記骨３次元データは、標本骨３次元データを参照して作成された患者の骨近似３次元データであることを特徴とする。
【００２１】
また、前記骨３次元データは、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により得た複数のスライス画像を合成して得られる患者の合成３次元データであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本願発明の構成によれば、手術対象となる患者の執刀した患部の着目点にモニター点を位置させ、３個の撮像手段により３方向から撮像し撮像した３個のデータをコンピュータでデータ処理できるので、術前計画において予め得た患者の骨３次元データと施工すべき人工関節のデータを活用して、的確な人工関節の設置手術を迅速に行うことが可能になる。
【００２３】
また、骨切り治具の正確な位置決めを行おうとする際に、手術中においてはＸ線照射装置に依存する必要がないので、術者及び患者に対するＸ線の被爆量を極力少なくすることができる。
【００２４】
また、パーソナルコンピュータや、デジタルカメラあるいはビデオカメラや、レーザポインタ等の汎用性のある部材を利用することが可能であるので、簡易な構成で安価な人工関節手術支援装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、本願発明に係る人工関節手術支援装置１の実施形態について説明する。
図１は人工関節手術支援装置１の斜視図を表し、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々上面図、平面図及び側面図を表す。人工関節手術支援装置１は、基台２と、基台２の下部に取り付けられ図示しない手術台に取り付け可能な取り付け部３と、基台２より垂直に延設された直線棒状の軸部４と、軸部４の先端部から分離して延設されたアーム５及びアーム６とを備えている。アーム５とアーム６は各々の基端部で軸部４に平行な平面内で互いに９０度の角度をなす方向に分岐しており、またアーム５とアーム６は各々の中間部５ａ、６ａで軸部４に直交する方向に互いに平行になるように折り曲げられている。
【００２６】
軸部４とアーム５とアーム６との各々の先端部には、撮像装置としてデジタルカメラ７、８、９が設置されている。
【００２７】
また、デジタルカメラ７、８の近傍には、可視光のレーザダイオードあるいはＬＥＤからなる２個の方向指示手段（モニター点形成手段）としてのレーザポインタ１０、１１が取り付けられている。レーザポインタ１０、１１から照射された光線１０ａ、１１ａは、人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点Ｐで一点で交差する。図２（ｄ）は、保持部材上にデジタルカメラ７、８とレーザポインタ１０、１１とが互いに近傍に取り付けられていることを模式的に示す図である。
【００２８】
デジタルカメラ７、８、９の各々の光軸７ａ、８ａ、９ａは一点の交差点で交差している。光軸７ａ、８ａ、９ａは請求項１に記載の「３方向」を形成する。この交差点はモニター点Ｐの近傍にあればよいが、ここでは、光軸７ａ、８ａ、９ａの交差点はモニター点Ｐと一致しており、データ処理の簡易化を図っている。また、光軸７ａ、８ａ、９ａは互いに直交し、従ってモニター点Ｐを原点とする直交座表系の３軸を構成している。なお、光軸７ａ、８ａ、９ａは、モニター点Ｐの近傍の一点の交差点で交差していさえすれば、必ずしも直交３軸を構成する必要はないが、直交座表系の３軸を構成することによりデータ処理の簡易化を図ることができる。
【００２９】
なお、光軸７ａ、８ａ、９ａは実質的に一点で交差していればよいのであり、データ処理上で許容可能な範囲であれば多少のずれがあってもよい。また、デジタルカメラ７、８、９等を軸部４とアーム５とアーム６に固定的に設定しておくことでもよいが、光軸７ａ、８ａ、９ａが一点で交差可能なように軸部４とアーム５とアーム６に取り付けられた微調具を用いてデジタルカメラ７、８、９の姿勢をアライメント可能にし、光線１０ａ、１１ａがモニター点Ｐで交差可能なように軸部４とアーム５に取り付けられた微調具を用いてレーザポインタ１０、１１の姿勢をアライメント可能にしておくことも可能である。
【００３０】
また、デジタルカメラ７、８、９の代わりに３個のビデオカメラを用い、３個のビデオカメラの対応する３個の静止画像を合成して用いたり、あるいはこれらの合成画像を組み合わせて得られる動画像を用いることも可能である。
【００３１】
また、モニター点形成手段を２個のレーザポインタ１０、１１で構成した例を示したが、図１１に示すように、デジタルカメラ９の近傍にもレーザポインタ１２を取り付けてモニター点形成手段を３個のレーザポインタ１０、１１、１２で構成するようにしてもよい。ここで、レーザポインタ１０、１１、１２から照射された光線１０ａ、１１ａ、１２ａは、モニター点Ｐで交差する。この場合、後述するように手術台上の執刀された患者の関節部５２にモニター点Ｐを投影させるときに、光線１０ａ、１１ａ、１２ａのうちの例えば光線１１ａが患者の関節部５２や術者の手等によって遮蔽されるような状態においても、関節部５２にモニター点Ｐを投影させた状態を維持させることができ、関節部５２にモニター点Ｐを投影させる確実性を確保することができる。
【００３２】
また、複数の方向指示手段としてのレーザポインタ１０、１１、１２の代わりに、デジタルカメラ７、８、９の近傍で保持されモニター点Ｐに向かって出し入れ可能な複数の鋼鉄線を用いることも可能である。この場合、複数の方向指示手段を簡易に構成することができる。
【００３３】
また、モニター点形成手段としてモニター点Ｐに交差するように方向指示可能なレーザポインタ１０、１１、１２のような複数の方向指示手段を示したが、これに限らず、所望するモニター点Ｐを視認できるようにしさえすればよいのであり、複数の方向指示手段に代えて、所望するモニター点Ｐに位置に例えば赤色の小球を配置するようにしてもよい。
【００３４】
また、取り付け部３は手術台に固定されてもよく、あるいは手術台の脇部に固定されてもよい。
【００３５】
次に、人工関節手術支援装置１の使用形態について説明する。
人工関節手術支援装置１は、例えば人工膝関節の設置手術に使用される。図３または図５に示す人工関節手術支援装置１は、模式的に表示されたものであり、図１に示すものとは細部において同一には表示されていない。図３に示されるように、人工関節手術支援装置１は、モニター点Ｐが大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間にある露出した関節部５２に位置するように位置決めされ、位置決めされた後に取り付け部３を手術台に固定して使用される。
【００３６】
まず、図４を参照して、人工関節手術支援装置１を使用に至るまでの術前計画の一例として骨近似３次元データ６２を用いる場合について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、概念を模式的に説明するものであり、実際の形状を表現したものではない。以下に説明することは、前出した特許公報（特開２００３−１４４４５４号公報）に従うものである。
【００３７】
図４（ａ）は、Ｘ線照射機と専用カセッテ台を用いて大腿骨５０及び脛骨５１に係る立ち姿勢にある患者の骨を撮影した骨写真データ６０を示す。骨写真データ６０は、図１０に示すような２枚の所定の角度をなすＸ線用フレーム１０１、１０２を有する専用カセッテ台を用いて方向１０３、１０４の２方向、例えば６０の成す方向より患者の骨のＸ線撮影し、得られた２枚のＸ線写真データを合成して得られたものである。骨写真データ６０は異なる方向から撮像された２枚のＸ線写真データから合成されるので、３次元データには及ばないにしても、かなり正確に患者の患部の骨データを表すことができる。骨写真データ６０は患者が立ち姿勢状態において撮像されたものであるから、患者の軟骨は通常の抗力が負荷された自然な状態として撮像される。骨写真データ６０は、表示画面上に表示され、図４（ｅ）に示す骨モデル６１と比較される。
【００３８】
図４（ｅ）は、骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の集合からなる標本骨３次元データ６１を模式的に示す図である。骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の各々は、種々のタイプの人の骨を表すコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報からなる。
【００３９】
表示画面上に表示された骨写真データ６０に対し骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の各々を重ね合わせ、コンピュ表示画面上で比較し、最も骨写真データ６０に近似すると判断される骨モデルサンプル６１（ｋ）を選択し、骨モデルサンプル６１（ｋ）をコンピュータ処理によって患者の骨が撮影された骨写真データ６０に変形させることにより患者の骨近似３次元データ６２を作成する。骨近似３次元データ６２はコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報である。
【００４０】
図４（ｂ）は、最も骨写真データ６０に近似すると判断された骨モデルサンプル６１（ｋ）を変形してなる骨近似３次元データ６２を模式的に示す図である。骨近似３次元データ６２は患者の３次元の骨情報を表す。このように、骨写真データ６０を標本骨３次元データ６１と比較することによって、骨近似３次元データ６２はコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報に昇華されたことになる。骨近似３次元データ６２は、表示画面上に表示され、図４（ｆ）に示す関節モデル６３と比較される。
【００４１】
図４（ｆ）は、関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の集合からなる関節モデル６３を模式的に示す図である。関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の各々は、種々のタイプの膝関節を表すコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報からなる。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、骨近似３次元データ６２の情報を参照し、採用すべき人工関節を選択する。このために、表示画面上に表示された骨近似３次元データ６２に対し表示画面上で関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の各々を重ね合わせて比較し、最も適切であると判断される関節モデルサンプル６３（ｊ）を選択する。
【００４３】
次に、骨近似３次元データ６２と関節モデルサンプル６３（ｊ）のデータ情報より、関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工するために骨の骨切り位置６４、６５を決める。
【００４４】
図４（ｄ）は、骨近似３次元データ６２に関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工することを想定することを示す図である。後述するようにモニター点Ｐを介して骨近似３次元データ６２と実際の執刀した骨の画像との対応付けが行われる。
【００４５】
以上のようにして、本願発明に係る人工関節手術支援装置１を使用する前の術前計画が完了することになる。
【００４６】
なお、人工関節手術支援装置１を使用に至るまでの術前計画において図４を参照し患者の骨近似３次元データ６２を用いる場合について説明したが、術前計画においては骨近似３次元データ６２を用いる場合に限らず、骨近似３次元データ６２の代わりに他の方式で得られた患者の骨３次元データを用いることも可能である。他の方式で得られた患者の骨３次元データとしては、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により得た複数のスライス画像を合成して得られる患者の合成３次元データである。この場合、合成３次元データは次のようにして得られる。まず、図１０に示すような２枚の所定の角度をなすＸ線用フレーム１０１、１０２を有する専用カセッテ台を用いて方向１０３、１０４の２方向より立ち姿勢にある患者の骨のＸ線撮影し、２枚のＸ線写真データより図４（ａ）に示す骨写真データ６０を得る。前述したように、骨写真データ６０は通常の抗力が負荷された自然な状態にある患者の膝の軟骨を示す。次に、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により、横たわった姿勢にある患者の複数のスライス画像を得る。このスライス画像は、患者が横姿勢にあるので、患者の膝の軟骨は通常の抗力が負荷されていない特殊な状態を示す。そこで、通常の抗力が負荷された自然な状態にある患者の膝の軟骨に係る骨３次元データを得るために、骨写真データ６０の情報を参照しながら、得られたスライス画像を合成する。このようにして得られた骨３次元データは、患者の骨を直接的に撮像して得られたスライス画像を用いているので、患者の骨状態を正確に反映するものであり、骨近似３次元データ６２の場合と同様に術前計画に用いることができる。
【００４７】
次に、図５乃至図９を参照して、人工関節手術支援装置１の作用について説明する。以下では、患者の骨３次元データとして骨近似３次元データ６２を用いる場合を例にとり説明する。
【００４８】
手術台上の患者に対し執刀され、大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間にある関節部５２が露出している。関節部５２にレーザポインタ１０、１１の光線１０ａ、１１ａを照射し、モニター点Ｐの位置が関節部５２の中央部に位置するように人工関節手術支援装置１の位置調整を行いその後に手術台に固定する。
【００４９】
次に、デジタルカメラ７、８、９を用いて直交するｘｙｚの３方向から撮像する。デジタルカメラ７、８、９で撮像された情報はパーソナルコンピュータに送られる。図６に示すように、撮像した３個の実骨画像７１、７２、７３がパーソナルコンピュータの分割画面上に表示される。実骨画像７１、７２、７３には腿骨５０及び脛骨５１とともにモニター点Ｐが表示されている。
【００５０】
次に、実骨画像７０、７１、７２と術前計画で得た骨近似３次元データ６２の結合を次のようにして行う。
【００５１】
大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間に人工関節の設置する手術は、大腿骨５０の遠位端部の骨を切除して行われる。図１２は、大腿骨５０の遠位端部を示す図である。大腿骨５０の遠位端部は左右に位置する顆部５０ａ、５０ｂと軸部５０ｃとから構成されている。図１２においては、大腿骨５０の遠位端部にある関節と脛骨５１の近位端との間にある露出した関節部５２は顆部５０ａと顆部５０ｂの境界下部の部位として表示されており、後述するようにモニター点Ｐはこの露出した関節部５２に位置するように患者の骨と人工関節手術支援装置１との間の位置調整が行われる。
【００５２】
図７において、符合８０は骨近似３次元データ６２をパーソナルコンピュータで画像表示したものである。符合８１、８２、８３は、骨近似３次元データ６２を直交するｘｙｚの３方向からパーソナルコンピュータの分割画面上に表示された骨近似画像である。図７において、図１２に示した大腿骨５０の遠位端部を構成するは左右に位置する顆部５０ａ、５０ｂと軸部５０ｃとは、図７乃至図９においては模式的に示されている。図３について前述したように関節部５２は大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間にある部位ではあるが、実際的には顆部５０ａと顆部５０ｂの境界下部の部位として表示される。
【００５３】
符合６４、６５は図４（ｄ）に示した骨切り位置である。骨切り位置６４、６５を表示する代わりに、採用された関節モデルサンプル６３（ｊ）のペグ位置を表示することも可能である。ペグ位置は骨切り位置と一定の位置関係にあるからである。なお、図７〜図９において図形的に表示されているものはペグ位置であるが、表示されたペグ位置を便宜的に骨切り位置としてみなすことにする。図７にはモニター点Ｐに合わすべき関節部５２が表示されている。
【００５４】
次に、図８に示すように、図６に示した実骨画像７１、７２、７３と図７に示した骨近似画像８１、８２、８３の各々を重ね合わせる。この場合、図６に示すモニター点Ｐと図７に示す関節部５２とを画面上で位置合わせする。これによって、術前計画で得た骨近似３次元データ６２は実骨画像７０、７１、７２に近似的に対応付けられる。
【００５５】
次に、さらに骨近似画像８１、８２、８３をコンピュータ上が回転操作等を行い、骨近似３次元データ６２は実骨画像７０、７１、７２に完全に対応付けられる。その結果を図９に示す。
【００５６】
図９に示すように、実骨画像７０、７１、７２上に、術前計画で得た関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工するために骨切り位置６４、６５をモニター点Ｐとともに表示することができている。モニター点Ｐは手術台に固定された人工関節手術支援装置１と既知の位置関係にあるので、手術台と既知の位置関係にある骨切り治具を骨切り位置６４、６５に正確に位置決めすることが可能になる。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、手術台上に執刀され露出された関節部５２上にレーザポインタ１０、１１でモニター点Ｐを形成するように位置調整し、デジタルカメラ７、８、９を用いて３方向から撮像し、撮像した３個の実骨画像７１、７２、７３と術前計画で得た骨近似３次元データ６２及び関節モデルサンプル６３（ｊ）の情報とをパーソナルコンピュータ上で操作するだけで、骨切り位置６４、６５を実骨画像７０、７１、７２上に表示することができるので、骨切り治具を骨切り位置６４、６５に正確に位置決めすることができる。このように、術前計画で予め骨近似３次元データ６２及び関節モデルサンプル６３（ｊ）の情報を得ておくだけで、簡易なパーソナルコンピュータの操作を行うだけで、骨に人工関節を設置手術する際にの術中の位置決め操作を容易に行うことができる。この結果、患者の患部に最適な人工関節と骨近似３次元データ６２とを予め得ておきさえすれば、施工対象の骨に対し正確に設置手術を行うことが可能になる。
【００５８】
また、骨切り治具の正確な位置決めを行おうとする際に、手術中においてはＸ線照射装置を用いてデータを収集する必要がないので、術者及び患者に対するＸ線の被爆量を極力少なくすることができる。
【００５９】
また、コンピュータとしてパーソナルコンピュータや撮像手段としてデジタルカメラや方向指示手段としてレーザポインタというように、安価で入手容易である汎用性のある部材を利用することが可能であるので、簡易な構成で安価な人工関節手術支援装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本願発明に係る人工関節手術支援装置の一実施形態を表す斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々図１に示す人工関節手術支援装置を示す上面図、平面図及び側面図である。（ｄ）は、保持部材上のデジタルカメラの近傍にレーザポインタが取り付けられていることを模式的に示す図。
【図３】人工関節手術支援装置のモニター点Ｐが大腿骨の遠位端と脛骨の近位端との間にある露出した関節部に位置するように位置決めされることを示す図。
【図４】人工関節手術支援装置を使用に至るまでの術前計画について説明する図であり、（ａ）は患者の骨を撮影した骨写真データ６０を示す図であり、（ｂ）は骨モデルサンプル６１（ｋ）を変形してなる骨近似３次元データ６２を模式的に示す図であり、（ｃ）は採用すべき関節モデルサンプル６３（ｊ）を選択したことを示す図であり、（ｄ）は骨近似３次元データ６２に関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工することを想定することを示す図であり、（ｅ）は骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の集合からなる標本骨３次元データ６１を模式的に示す図であり、（ｆ）は関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の集合からなる関節モデル６３を模式的に示す図である。
【図５】模式的に表した大腿骨５０の遠位端部の顆部５０ａと顆部５０ｂとの境界下部にある露出した関節部５２にモニター点Ｐを位置合わせすることを説明するための図。
【図６】デジタルカメラで撮像された３個の実骨画像をパーソナルコンピュータの分割画面で表示した図。
【図７】骨近似３次元データ６２をパーソナルコンピュータの分割画面で表示した図。
【図８】図６に示す実骨画像と図７に示す骨近似画像の各々を重ね合わせ調整し、両者の対応付けを行うことを説明する図。
【図９】実骨画像と骨近似画像の重ね合わせが完了し、術前計画で得た骨切り位置６４、６５とモニター点Ｐ等をパーソナルコンピュータの分割画面で表示した図。
【図１０】術前計画で骨写真データを得るために専用カセッテ台を用いてＸ線照射することを示す図。
【図１１】本願発明に係る人工関節手術支援装置の他の実施形態を表す斜視図である。
【図１２】モニター点Ｐが位置すべき関節部５２の位置を示す図であり、（ａ）は大腿骨の遠位端部を示す斜視図であり、（ｂ）は大腿骨の遠位端部を上方から見た図であり、（ｃ）は大腿骨の遠位端部を前方から見た図であり、（ｄ）は大腿骨の遠位端部を側方から見た図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 人工関節手術支援装置
２ 基台
４ 軸部
５、６ アーム
７、８、９ デジタルカメラ
７ａ、８ａ、９ａ 光軸
１０、１１、１２ レーザポインタ
１０ａ、１１ａ、１２ａ 光線
Ｐ モニター点
５０ 大腿骨
５０ａ、５０ｂ 大腿骨の遠位端部の顆部
５０ｃ 大腿骨の遠位端部の軸部
５１ 脛骨
５２ 関節部
６０ 骨写真データ
６１ 標本骨３次元データ
６１（１）、６１（ｋ）、６１（ｎ） 骨モデルサンプル
６３ 関節モデル
６３（１）、６３（ｊ）、６３（ｍ） 関節モデルサンプル
６４、６５ 骨切り位置
７１、７２、７３ 実骨画像
８１、８２、８３ 骨近似画像
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、人工関節手術支援装置に係り、特にに人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工膝関節等の人工関節の設置手術においては、人工関節の設置位置が的確であるか否かはその機能の良否に大きく影響する。このため、予定された人工膝関節の設置位置を術野において再現し骨切り操作を近年発達した工学的手法により管理するコンピュータ支援手術（conputer assited surgery）が世界的に広がり始めている。
【０００３】
人工関節を施工する場合に、人工関節の設置位置を特定するために骨の骨切り位置を特定し、位置決め操作を行う必要があり、この工学的手法としては、２方向からのＸ線撮影や磁気や光を用いた計測装置を使用し骨位置等を３次元的に計測することが行われる。
【０００４】
に関する。
【０００５】
以下の特許文献には、Ｘ線照射機と専用カセッテ台を用いて患者の骨を撮影し、標本骨３次元データを参照し、標本骨３次元データの表示画像を、患者の骨が撮影されたＸ線画像に変形させることにより患者の骨近似３次元データを作成し、関節手術支援を行うことが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４４４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
人工関節の設置手術において、骨の骨切り位置の特定や骨の切断及び人工関節の設置の施工操作の大部分をＸ線撮影に依存することは、Ｘ線の被爆量が無視できなくなり、術者や患者に悪影響を与える問題がある。
【０００７】
また、磁気や光を用いた計測装置を使用する場合には、計測装置が大型になり手術装置が高価になるという問題があった。
【０００８】
また、特定された骨切り位置に従って切断操作を実行する場合に、特定された骨切り位置に従って骨切り治具を正確に位置設定し簡易に切断操作を実行することが容易でないという問題があった。
【０００９】
そこで、本願発明の目的は、上記従来技術の有する問題を解消し、骨に人工関節を置換手術をする際に、術中の位置決め操作が容易であり、術者及び患者に対する術中の被爆量を少なくできる人工関節手術支援装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本願発明に係る人工関節手術支援装置は、 骨に人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置であって、人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点を形成するモニター点形成手段と、前記モニター点を含む領域を３方向から撮像可能であり撮像した画像をコンピュータへ転送可能な３個の撮像手段と、前記モニター点形成手段と前記３個の撮像手段を一体的に保持する枠体と、を備えことを特徴とする。
【００１１】
また、前記モニター点形成手段は、前記モニター点に交差するように方向指示可能な複数の方向指示手段を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって光線を照射する複数の照射源であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって延出可能な複数の鋼鉄線であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記３方向は前記モニター点で交差することを特徴とする。
【００１５】
また、前記３方向は前記モニター点を原点とする直交３軸を構成する方向であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記枠体は骨を切除するための骨切り治具と一体的に保持可能であることを特徴とする。
【００１７】
また、前記枠体は基部に立設された軸部と前記軸部の上部で分岐する２個のアームとを有し、前記３個の撮像手段は前記軸部と前記２個のアームに取り付けられており、前記複数の方向指示手段は、少なくとも、前記軸部と前記２個のアームのいずれかのアームとに取り付けられていることを特徴とする。
【００１８】
また、前記３個の撮像手段はデジタルカメラあるいはビデオカメラであり、前記コンピュータはパーソナルコンピュータであることを特徴とする。
【００１９】
また、術前計画において手術対象となる患者の骨３次元データと施工すべき人工関節のデータを予め得ておき、前記３個の撮像手段で得た３個の画像と前記骨３次元データとを前記モニター点を介して前記コンピュータの表示画面上で対応付けることを特徴とする。
【００２０】
また、前記骨３次元データは、標本骨３次元データを参照して作成された患者の骨近似３次元データであることを特徴とする。
【００２１】
また、前記骨３次元データは、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により得た複数のスライス画像を合成して得られる患者の合成３次元データであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本願発明の構成によれば、手術対象となる患者の執刀した患部の着目点にモニター点を位置させ、３個の撮像手段により３方向から撮像し撮像した３個のデータをコンピュータでデータ処理できるので、術前計画において予め得た患者の骨３次元データと施工すべき人工関節のデータを活用して、的確な人工関節の設置手術を迅速に行うことが可能になる。
【００２３】
また、骨切り治具の正確な位置決めを行おうとする際に、手術中においてはＸ線照射装置に依存する必要がないので、術者及び患者に対するＸ線の被爆量を極力少なくすることができる。
【００２４】
また、パーソナルコンピュータや、デジタルカメラあるいはビデオカメラや、レーザポインタ等の汎用性のある部材を利用することが可能であるので、簡易な構成で安価な人工関節手術支援装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を参照して、本願発明に係る人工関節手術支援装置１の実施形態について説明する。
図１は人工関節手術支援装置１の斜視図を表し、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々上面図、平面図及び側面図を表す。人工関節手術支援装置１は、基台２と、基台２の下部に取り付けられ図示しない手術台に取り付け可能な取り付け部３と、基台２より垂直に延設された直線棒状の軸部４と、軸部４の先端部から分離して延設されたアーム５及びアーム６とを備えている。アーム５とアーム６は各々の基端部で軸部４に平行な平面内で互いに９０度の角度をなす方向に分岐しており、またアーム５とアーム６は各々の中間部５ａ、６ａで軸部４に直交する方向に互いに平行になるように折り曲げられている。
【００２６】
軸部４とアーム５とアーム６との各々の先端部には、撮像装置としてデジタルカメラ７、８、９が設置されている。
【００２７】
また、デジタルカメラ７、８の近傍には、可視光のレーザダイオードあるいはＬＥＤからなる２個の方向指示手段（モニター点形成手段）としてのレーザポインタ１０、１１が取り付けられている。レーザポインタ１０、１１から照射された光線１０ａ、１１ａは、人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点Ｐで一点で交差する。図２（ｄ）は、保持部材上にデジタルカメラ７、８とレーザポインタ１０、１１とが互いに近傍に取り付けられていることを模式的に示す図である。
【００２８】
デジタルカメラ７、８、９の各々の光軸７ａ、８ａ、９ａは一点の交差点で交差している。光軸７ａ、８ａ、９ａは請求項１に記載の「３方向」を形成する。この交差点はモニター点Ｐの近傍にあればよいが、ここでは、光軸７ａ、８ａ、９ａの交差点はモニター点Ｐと一致しており、データ処理の簡易化を図っている。また、光軸７ａ、８ａ、９ａは互いに直交し、従ってモニター点Ｐを原点とする直交座表系の３軸を構成している。なお、光軸７ａ、８ａ、９ａは、モニター点Ｐの近傍の一点の交差点で交差していさえすれば、必ずしも直交３軸を構成する必要はないが、直交座表系の３軸を構成することによりデータ処理の簡易化を図ることができる。
【００２９】
なお、光軸７ａ、８ａ、９ａは実質的に一点で交差していればよいのであり、データ処理上で許容可能な範囲であれば多少のずれがあってもよい。また、デジタルカメラ７、８、９等を軸部４とアーム５とアーム６に固定的に設定しておくことでもよいが、光軸７ａ、８ａ、９ａが一点で交差可能なように軸部４とアーム５とアーム６に取り付けられた微調具を用いてデジタルカメラ７、８、９の姿勢をアライメント可能にし、光線１０ａ、１１ａがモニター点Ｐで交差可能なように軸部４とアーム５に取り付けられた微調具を用いてレーザポインタ１０、１１の姿勢をアライメント可能にしておくことも可能である。
【００３０】
また、デジタルカメラ７、８、９の代わりに３個のビデオカメラを用い、３個のビデオカメラの対応する３個の静止画像を合成して用いたり、あるいはこれらの合成画像を組み合わせて得られる動画像を用いることも可能である。
【００３１】
また、モニター点形成手段を２個のレーザポインタ１０、１１で構成した例を示したが、図１１に示すように、デジタルカメラ９の近傍にもレーザポインタ１２を取り付けてモニター点形成手段を３個のレーザポインタ１０、１１、１２で構成するようにしてもよい。ここで、レーザポインタ１０、１１、１２から照射された光線１０ａ、１１ａ、１２ａは、モニター点Ｐで交差する。この場合、後述するように手術台上の執刀された患者の関節部５２にモニター点Ｐを投影させるときに、光線１０ａ、１１ａ、１２ａのうちの例えば光線１１ａが患者の関節部５２や術者の手等によって遮蔽されるような状態においても、関節部５２にモニター点Ｐを投影させた状態を維持させることができ、関節部５２にモニター点Ｐを投影させる確実性を確保することができる。
【００３２】
また、複数の方向指示手段としてのレーザポインタ１０、１１、１２の代わりに、デジタルカメラ７、８、９の近傍で保持されモニター点Ｐに向かって出し入れ可能な複数の鋼鉄線を用いることも可能である。この場合、複数の方向指示手段を簡易に構成することができる。
【００３３】
また、モニター点形成手段としてモニター点Ｐに交差するように方向指示可能なレーザポインタ１０、１１、１２のような複数の方向指示手段を示したが、これに限らず、所望するモニター点Ｐを視認できるようにしさえすればよいのであり、複数の方向指示手段に代えて、所望するモニター点Ｐに位置に例えば赤色の小球を配置するようにしてもよい。
【００３４】
また、取り付け部３は手術台に固定されてもよく、あるいは手術台の脇部に固定されてもよい。
【００３５】
次に、人工関節手術支援装置１の使用形態について説明する。
人工関節手術支援装置１は、例えば人工膝関節の設置手術に使用される。図３または図５に示す人工関節手術支援装置１は、模式的に表示されたものであり、図１に示すものとは細部において同一には表示されていない。図３に示されるように、人工関節手術支援装置１は、モニター点Ｐが大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間にある露出した関節部５２に位置するように位置決めされ、位置決めされた後に取り付け部３を手術台に固定して使用される。
【００３６】
まず、図４を参照して、人工関節手術支援装置１を使用に至るまでの術前計画の一例として骨近似３次元データ６２を用いる場合について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、概念を模式的に説明するものであり、実際の形状を表現したものではない。以下に説明することは、前出した特許公報（特開２００３−１４４４５４号公報）に従うものである。
【００３７】
図４（ａ）は、Ｘ線照射機と専用カセッテ台を用いて大腿骨５０及び脛骨５１に係る立ち姿勢にある患者の骨を撮影した骨写真データ６０を示す。骨写真データ６０は、図１０に示すような２枚の所定の角度をなすＸ線用フレーム１０１、１０２を有する専用カセッテ台を用いて方向１０３、１０４の２方向、例えば６０の成す方向より患者の骨のＸ線撮影し、得られた２枚のＸ線写真データを合成して得られたものである。骨写真データ６０は異なる方向から撮像された２枚のＸ線写真データから合成されるので、３次元データには及ばないにしても、かなり正確に患者の患部の骨データを表すことができる。骨写真データ６０は患者が立ち姿勢状態において撮像されたものであるから、患者の軟骨は通常の抗力が負荷された自然な状態として撮像される。骨写真データ６０は、表示画面上に表示され、図４（ｅ）に示す骨モデル６１と比較される。
【００３８】
図４（ｅ）は、骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の集合からなる標本骨３次元データ６１を模式的に示す図である。骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の各々は、種々のタイプの人の骨を表すコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報からなる。
【００３９】
表示画面上に表示された骨写真データ６０に対し骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の各々を重ね合わせ、コンピュ表示画面上で比較し、最も骨写真データ６０に近似すると判断される骨モデルサンプル６１（ｋ）を選択し、骨モデルサンプル６１（ｋ）をコンピュータ処理によって患者の骨が撮影された骨写真データ６０に変形させることにより患者の骨近似３次元データ６２を作成する。骨近似３次元データ６２はコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報である。
【００４０】
図４（ｂ）は、最も骨写真データ６０に近似すると判断された骨モデルサンプル６１（ｋ）を変形してなる骨近似３次元データ６２を模式的に示す図である。骨近似３次元データ６２は患者の３次元の骨情報を表す。このように、骨写真データ６０を標本骨３次元データ６１と比較することによって、骨近似３次元データ６２はコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報に昇華されたことになる。骨近似３次元データ６２は、表示画面上に表示され、図４（ｆ）に示す関節モデル６３と比較される。
【００４１】
図４（ｆ）は、関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の集合からなる関節モデル６３を模式的に示す図である。関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の各々は、種々のタイプの膝関節を表すコンピュータ処理可能な３次元のデジタル情報からなる。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、骨近似３次元データ６２の情報を参照し、採用すべき人工関節を選択する。このために、表示画面上に表示された骨近似３次元データ６２に対し表示画面上で関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の各々を重ね合わせて比較し、最も適切であると判断される関節モデルサンプル６３（ｊ）を選択する。
【００４３】
次に、骨近似３次元データ６２と関節モデルサンプル６３（ｊ）のデータ情報より、関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工するために骨の骨切り位置６４、６５を決める。
【００４４】
図４（ｄ）は、骨近似３次元データ６２に関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工することを想定することを示す図である。後述するようにモニター点Ｐを介して骨近似３次元データ６２と実際の執刀した骨の画像との対応付けが行われる。
【００４５】
以上のようにして、本願発明に係る人工関節手術支援装置１を使用する前の術前計画が完了することになる。
【００４６】
なお、人工関節手術支援装置１を使用に至るまでの術前計画において図４を参照し患者の骨近似３次元データ６２を用いる場合について説明したが、術前計画においては骨近似３次元データ６２を用いる場合に限らず、骨近似３次元データ６２の代わりに他の方式で得られた患者の骨３次元データを用いることも可能である。他の方式で得られた患者の骨３次元データとしては、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により得た複数のスライス画像を合成して得られる患者の合成３次元データである。この場合、合成３次元データは次のようにして得られる。まず、図１０に示すような２枚の所定の角度をなすＸ線用フレーム１０１、１０２を有する専用カセッテ台を用いて方向１０３、１０４の２方向より立ち姿勢にある患者の骨のＸ線撮影し、２枚のＸ線写真データより図４（ａ）に示す骨写真データ６０を得る。前述したように、骨写真データ６０は通常の抗力が負荷された自然な状態にある患者の膝の軟骨を示す。次に、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により、横たわった姿勢にある患者の複数のスライス画像を得る。このスライス画像は、患者が横姿勢にあるので、患者の膝の軟骨は通常の抗力が負荷されていない特殊な状態を示す。そこで、通常の抗力が負荷された自然な状態にある患者の膝の軟骨に係る骨３次元データを得るために、骨写真データ６０の情報を参照しながら、得られたスライス画像を合成する。このようにして得られた骨３次元データは、患者の骨を直接的に撮像して得られたスライス画像を用いているので、患者の骨状態を正確に反映するものであり、骨近似３次元データ６２の場合と同様に術前計画に用いることができる。
【００４７】
次に、図５乃至図９を参照して、人工関節手術支援装置１の作用について説明する。以下では、患者の骨３次元データとして骨近似３次元データ６２を用いる場合を例にとり説明する。
【００４８】
手術台上の患者に対し執刀され、大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間にある関節部５２が露出している。関節部５２にレーザポインタ１０、１１の光線１０ａ、１１ａを照射し、モニター点Ｐの位置が関節部５２の中央部に位置するように人工関節手術支援装置１の位置調整を行いその後に手術台に固定する。
【００４９】
次に、デジタルカメラ７、８、９を用いて直交するｘｙｚの３方向から撮像する。デジタルカメラ７、８、９で撮像された情報はパーソナルコンピュータに送られる。図６に示すように、撮像した３個の実骨画像７１、７２、７３がパーソナルコンピュータの分割画面上に表示される。実骨画像７１、７２、７３には腿骨５０及び脛骨５１とともにモニター点Ｐが表示されている。
【００５０】
次に、実骨画像７０、７１、７２と術前計画で得た骨近似３次元データ６２の結合を次のようにして行う。
【００５１】
大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間に人工関節の設置する手術は、大腿骨５０の遠位端部の骨を切除して行われる。図１２は、大腿骨５０の遠位端部を示す図である。大腿骨５０の遠位端部は左右に位置する顆部５０ａ、５０ｂと軸部５０ｃとから構成されている。図１２においては、大腿骨５０の遠位端部にある関節と脛骨５１の近位端との間にある露出した関節部５２は顆部５０ａと顆部５０ｂの境界下部の部位として表示されており、後述するようにモニター点Ｐはこの露出した関節部５２に位置するように患者の骨と人工関節手術支援装置１との間の位置調整が行われる。
【００５２】
図７において、符合８０は骨近似３次元データ６２をパーソナルコンピュータで画像表示したものである。符合８１、８２、８３は、骨近似３次元データ６２を直交するｘｙｚの３方向からパーソナルコンピュータの分割画面上に表示された骨近似画像である。図７において、図１２に示した大腿骨５０の遠位端部を構成するは左右に位置する顆部５０ａ、５０ｂと軸部５０ｃとは、図７乃至図９においては模式的に示されている。図３について前述したように関節部５２は大腿骨５０の遠位端と脛骨５１の近位端との間にある部位ではあるが、実際的には顆部５０ａと顆部５０ｂの境界下部の部位として表示される。
【００５３】
符合６４、６５は図４（ｄ）に示した骨切り位置である。骨切り位置６４、６５を表示する代わりに、採用された関節モデルサンプル６３（ｊ）のペグ位置を表示することも可能である。ペグ位置は骨切り位置と一定の位置関係にあるからである。なお、図７〜図９において図形的に表示されているものはペグ位置であるが、表示されたペグ位置を便宜的に骨切り位置としてみなすことにする。図７にはモニター点Ｐに合わすべき関節部５２が表示されている。
【００５４】
次に、図８に示すように、図６に示した実骨画像７１、７２、７３と図７に示した骨近似画像８１、８２、８３の各々を重ね合わせる。この場合、図６に示すモニター点Ｐと図７に示す関節部５２とを画面上で位置合わせする。これによって、術前計画で得た骨近似３次元データ６２は実骨画像７０、７１、７２に近似的に対応付けられる。
【００５５】
次に、さらに骨近似画像８１、８２、８３をコンピュータ上が回転操作等を行い、骨近似３次元データ６２は実骨画像７０、７１、７２に完全に対応付けられる。その結果を図９に示す。
【００５６】
図９に示すように、実骨画像７０、７１、７２上に、術前計画で得た関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工するために骨切り位置６４、６５をモニター点Ｐとともに表示することができている。モニター点Ｐは手術台に固定された人工関節手術支援装置１と既知の位置関係にあるので、手術台と既知の位置関係にある骨切り治具を骨切り位置６４、６５に正確に位置決めすることが可能になる。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、手術台上に執刀され露出された関節部５２上にレーザポインタ１０、１１でモニター点Ｐを形成するように位置調整し、デジタルカメラ７、８、９を用いて３方向から撮像し、撮像した３個の実骨画像７１、７２、７３と術前計画で得た骨近似３次元データ６２及び関節モデルサンプル６３（ｊ）の情報とをパーソナルコンピュータ上で操作するだけで、骨切り位置６４、６５を実骨画像７０、７１、７２上に表示することができるので、骨切り治具を骨切り位置６４、６５に正確に位置決めすることができる。このように、術前計画で予め骨近似３次元データ６２及び関節モデルサンプル６３（ｊ）の情報を得ておくだけで、簡易なパーソナルコンピュータの操作を行うだけで、骨に人工関節を設置手術する際にの術中の位置決め操作を容易に行うことができる。この結果、患者の患部に最適な人工関節と骨近似３次元データ６２とを予め得ておきさえすれば、施工対象の骨に対し正確に設置手術を行うことが可能になる。
【００５８】
また、骨切り治具の正確な位置決めを行おうとする際に、手術中においてはＸ線照射装置を用いてデータを収集する必要がないので、術者及び患者に対するＸ線の被爆量を極力少なくすることができる。
【００５９】
また、コンピュータとしてパーソナルコンピュータや撮像手段としてデジタルカメラや方向指示手段としてレーザポインタというように、安価で入手容易である汎用性のある部材を利用することが可能であるので、簡易な構成で安価な人工関節手術支援装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本願発明に係る人工関節手術支援装置の一実施形態を表す斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々図１に示す人工関節手術支援装置を示す上面図、平面図及び側面図である。（ｄ）は、保持部材上のデジタルカメラの近傍にレーザポインタが取り付けられていることを模式的に示す図。
【図３】人工関節手術支援装置のモニター点Ｐが大腿骨の遠位端と脛骨の近位端との間にある露出した関節部に位置するように位置決めされることを示す図。
【図４】人工関節手術支援装置を使用に至るまでの術前計画について説明する図であり、（ａ）は患者の骨を撮影した骨写真データ６０を示す図であり、（ｂ）は骨モデルサンプル６１（ｋ）を変形してなる骨近似３次元データ６２を模式的に示す図であり、（ｃ）は採用すべき関節モデルサンプル６３（ｊ）を選択したことを示す図であり、（ｄ）は骨近似３次元データ６２に関節モデルサンプル６３（ｊ）を施工することを想定することを示す図であり、（ｅ）は骨モデルサンプル６１（１）・・・６１（ｎ）の集合からなる標本骨３次元データ６１を模式的に示す図であり、（ｆ）は関節モデルサンプル６３（１）・・・６３（ｍ）の集合からなる関節モデル６３を模式的に示す図である。
【図５】模式的に表した大腿骨５０の遠位端部の顆部５０ａと顆部５０ｂとの境界下部にある露出した関節部５２にモニター点Ｐを位置合わせすることを説明するための図。
【図６】デジタルカメラで撮像された３個の実骨画像をパーソナルコンピュータの分割画面で表示した図。
【図７】骨近似３次元データ６２をパーソナルコンピュータの分割画面で表示した図。
【図８】図６に示す実骨画像と図７に示す骨近似画像の各々を重ね合わせ調整し、両者の対応付けを行うことを説明する図。
【図９】実骨画像と骨近似画像の重ね合わせが完了し、術前計画で得た骨切り位置６４、６５とモニター点Ｐ等をパーソナルコンピュータの分割画面で表示した図。
【図１０】術前計画で骨写真データを得るために専用カセッテ台を用いてＸ線照射することを示す図。
【図１１】本願発明に係る人工関節手術支援装置の他の実施形態を表す斜視図である。
【図１２】モニター点Ｐが位置すべき関節部５２の位置を示す図であり、（ａ）は大腿骨の遠位端部を示す斜視図であり、（ｂ）は大腿骨の遠位端部を上方から見た図であり、（ｃ）は大腿骨の遠位端部を前方から見た図であり、（ｄ）は大腿骨の遠位端部を側方から見た図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 人工関節手術支援装置
２ 基台
４ 軸部
５、６ アーム
７、８、９ デジタルカメラ
７ａ、８ａ、９ａ 光軸
１０、１１、１２ レーザポインタ
１０ａ、１１ａ、１２ａ 光線
Ｐ モニター点
５０ 大腿骨
５０ａ、５０ｂ 大腿骨の遠位端部の顆部
５０ｃ 大腿骨の遠位端部の軸部
５１ 脛骨
５２ 関節部
６０ 骨写真データ
６１ 標本骨３次元データ
６１（１）、６１（ｋ）、６１（ｎ） 骨モデルサンプル
６３ 関節モデル
６３（１）、６３（ｊ）、６３（ｍ） 関節モデルサンプル
６４、６５ 骨切り位置
７１、７２、７３ 実骨画像
８１、８２、８３ 骨近似画像
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨に人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置であって、
人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点を形成するモニター点形成手段と、
前記モニター点を含む領域を３方向から撮像可能であり撮像した画像をコンピュータへ転送可能な３個の撮像手段と、
前記モニター点形成手段と前記３個の撮像手段を一体的に保持する枠体と、
を備えことを特徴とする人工関節手術支援装置。
【請求項２】
前記モニター点形成手段は、前記モニター点に交差するように方向指示可能な複数の方向指示手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項３】
前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって光線を照射する複数の照射源である
ことを特徴とする請求項２に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項４】
前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって延出可能な複数の鋼鉄線である
ことを特徴とする請求項２に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項５】
前記３方向は前記モニター点で交差する
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項６】
前記３方向は前記モニター点を原点とする直交３軸を構成する方向である
ことを特徴とする請求項５に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項７】
前記枠体は骨を切除するための骨切り治具と一体的に保持可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項８】
前記枠体は基部に立設された軸部と前記軸部の上部で分岐する２個のアームとを有し、 前記３個の撮像手段は前記軸部と前記２個のアームに取り付けられており、
前記複数の方向指示手段は、少なくとも、前記軸部と前記２個のアームのいずれかのアームとに取り付けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項９】
前記３個の撮像手段はデジタルカメラあるいはビデオカメラであり、前記コンピュータはパーソナルコンピュータである
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１０】
術前計画において手術対象となる患者の骨３次元データと施工すべき人工関節のデータとを予め得ておき、前記３個の撮像手段で得た３個の画像と前記骨３次元データとを前記モニター点を介して前記コンピュータの表示画面上で対応付ける
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１１】
前記骨３次元データは、標本骨３次元データを参照して作成された患者の骨近似３次元データである
ことを特徴とする請求項１０に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１２】
前記骨３次元データは、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により得た複数のスライス画像を合成して得られる患者の合成３次元データである
ことを特徴とする請求項１０に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１】
骨に人工関節を設置手術する際に使用する人工関節手術支援装置であって、
人工関節を設置手術する際の目印となるモニター点を形成するモニター点形成手段と、
前記モニター点を含む領域を３方向から撮像可能であり撮像した画像をコンピュータへ転送可能な３個の撮像手段と、
前記モニター点形成手段と前記３個の撮像手段を一体的に保持する枠体と、
を備えことを特徴とする人工関節手術支援装置。
【請求項２】
前記モニター点形成手段は、前記モニター点に交差するように方向指示可能な複数の方向指示手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項３】
前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって光線を照射する複数の照射源である
ことを特徴とする請求項２に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項４】
前記方向指示手段は、前記モニター点に向かって延出可能な複数の鋼鉄線である
ことを特徴とする請求項２に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項５】
前記３方向は前記モニター点で交差する
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項６】
前記３方向は前記モニター点を原点とする直交３軸を構成する方向である
ことを特徴とする請求項５に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項７】
前記枠体は骨を切除するための骨切り治具と一体的に保持可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項８】
前記枠体は基部に立設された軸部と前記軸部の上部で分岐する２個のアームとを有し、 前記３個の撮像手段は前記軸部と前記２個のアームに取り付けられており、
前記複数の方向指示手段は、少なくとも、前記軸部と前記２個のアームのいずれかのアームとに取り付けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項９】
前記３個の撮像手段はデジタルカメラあるいはビデオカメラであり、前記コンピュータはパーソナルコンピュータである
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１０】
術前計画において手術対象となる患者の骨３次元データと施工すべき人工関節のデータとを予め得ておき、前記３個の撮像手段で得た３個の画像と前記骨３次元データとを前記モニター点を介して前記コンピュータの表示画面上で対応付ける
ことを特徴とする請求項１に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１１】
前記骨３次元データは、標本骨３次元データを参照して作成された患者の骨近似３次元データである
ことを特徴とする請求項１０に記載の人工関節手術支援装置。
【請求項１２】
前記骨３次元データは、ＣＴの手法またはＭＲＩの手法により得た複数のスライス画像を合成して得られる患者の合成３次元データである
ことを特徴とする請求項１０に記載の人工関節手術支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１２２５９１（Ｐ２００６−１２２５９１Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１８４４３（Ｐ２００４−３１８４４３）
【出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（５９６０５３４１５）
【出願人】（０００１９３６１２）瑞穂医科工業株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（５９６０５３４１５）
【出願人】（０００１９３６１２）瑞穂医科工業株式会社 (53)
【Ｆターム（参考）】
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