背骨の外科手術において椎弓根スクリューの配置を改良するための方法
【課題】背骨の外科手術において椎弓根スクリュー（pedicle screw）の配置と大きさとを正確に決めるためのコンピューター化、または自動化された方法を提供する。
【解決手段】コンピュータを用いて次を行う方法。選択された骨棘の３次元の正確な画像を作成；選択された皮質壁の厚みを有する３次元画像の脊椎をくり貫く；各椎弓根の最も狭い峡部を決定；壁と接触しないで椎弓根内に同心円状に位置すべく峡部の中央から反対方向に伸びている直線を作成；腹側内部皮質壁から背側椎弓根皮質を貫通するために反対方向の外側に伸び、峡部の切断面の大きさまで同心円で放射線状に線を拡張；背側椎弓根皮質を除く任意の位置でくり貫かれた椎体の内部皮質壁に接触した時、拡張をやめるシリンダー内に拡張されている線と、各椎弓根について作成された上記シリンダーの寸法と経路に基づいて理想的な椎弓根スクリューの直径、長さ、経路の計算。
【解決手段】コンピュータを用いて次を行う方法。選択された骨棘の３次元の正確な画像を作成；選択された皮質壁の厚みを有する３次元画像の脊椎をくり貫く；各椎弓根の最も狭い峡部を決定；壁と接触しないで椎弓根内に同心円状に位置すべく峡部の中央から反対方向に伸びている直線を作成；腹側内部皮質壁から背側椎弓根皮質を貫通するために反対方向の外側に伸び、峡部の切断面の大きさまで同心円で放射線状に線を拡張；背側椎弓根皮質を除く任意の位置でくり貫かれた椎体の内部皮質壁に接触した時、拡張をやめるシリンダー内に拡張されている線と、各椎弓根について作成された上記シリンダーの寸法と経路に基づいて理想的な椎弓根スクリューの直径、長さ、経路の計算。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２００４年２月２０日にファイルされた米国仮特許出願６０／５４５，９０３の利益を主張するものである。
【０００２】
〔発明に関する技術〕
本発明は背骨の外科手術の一般的分野に関し、より詳細には、背骨の外科手術において椎弓根スクリュー（pedicle screw）の配置と大きさとを正確に決めるためのコンピューター化、または自動化された方法に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
ヒトの背骨にスクリュー（screw）を配置することは、多くの背骨の外科手術（spinal surgeries）を行うことを可能にする共通の外科的手法である。一般的に、スクリューは腰椎（lumbar）と仙骨（sacral spine）とにある個々の脊椎（vertebra）の椎弓根（pedicle）の中に配置される。その他の固定方法に勝るそれらの生体力学的（biomechanical）利点を与えられているので、椎弓根スクリューが配置される背骨の領域は外科医によって拡大されている。しかしながら、上記背骨の近隣には、非常に多数の生命維持に係わる構造と臓器、具体的には頚椎と胸椎とがあり、それらは、最悪の場合には重篤な病的状態および／または死亡を引き起こす恐れのある外科的に創られた傷に非常に弱いものである。このため、椎弓根スクリューの配置に関する主な研究は、骨の（骨内の）環境にあるスクリューを維持することの正確性を高めることに集中している。
【０００４】
画像ガイドシステムは、外科医が正確にスクリューを配置することを、より簡便に行うことができるように進化している。上記椎弓根スクリューをヒトの背骨に配置するための最も重要なパラメーターは直径と、長さと、経路（trajectory）と、その上正確なスクリューの配置とである。今日、多くの画像ガイドシステムによって、スクリューの配置を外科医が手動で行うことを改良するために、これらのパラメーターを手動で決定できるようになった。現在に至るまで、正確に椎弓根スクリューを配置するための理想的な椎弓根スクリューの直径、長さ、および経路を自動的に決定するために利用できるシステムはない。本発明は、コンピューター制御された飛行機能を持つ飛行機を操縦する操縦士に類似しているこの機能を提供し、経皮的または開放的な手法のどちらか１つを用いて椎弓根スクリューを配置することを可能にする。
【０００５】
２００４年１２月２日に公開された米国特許２００４／０２４０７１５Ａ１公報は背骨の外科手術における椎弓根スクリューの配置を決めるための方法とコンピューターシステムとに関連している。それは最適なスクリュー経路を決めるために、椎弓根の最小直径を初めに確立し、その後、各椎弓根に対する最適な経路を用いてスクリューの最大直径と長さとを確立する方法について開示している。データを適合するための線形最小２乗の解法によって、それは最小の横断椎弓根幅を全体に渡って通過するための解を要求するものであり、最適な経路を決めるための３次元データポイントを形成するために２次元の横断スライスデータが積み重ねられる。この方法の不利な点は、それが、変わった経路を決定することができることである。特に、歪んだ椎弓根組織について、生体力学的に内部の構成に帰着しているより小さい最大直径と長さのスクリューを決定するという結果を伴う。対照的に、本発明の新規改良型方法によれば、下記でより詳細に記述しているが、最小の断面領域（峡部（isthmus））の中心点を用いることおよび、この囲まれた領域と反対方向にコンピューターで線を投影することで最適な経路を決定することにより当該椎弓根を通して同心円状に上記経路を常に配置する。上記本発明の新規改良型方法によれば、骨内に配置するためのスクリューの最大の直径と長さとを決定することができる。
【０００６】
〔発明の要旨〕
本発明は、経路の集計データと、許容される椎弓根スクリューの最大の直径と、長さとを与える表を作成するための３次元画像とコンピューターまたは同様のデバイスを利用することができ、また、個々の脊椎椎弓根のための上記データを図解している模式図も作成する。外科医は、下記の方法の１つによって正確に骨内に椎弓根スクリューを配置するために上記数値のデータを利用することができる；（１）外科医の好ましい方法による手動でのスクリューの配置、（２）手術中に行う蛍光透視（fluoroscopy）を組み合わせた椎弓根基底周囲輪郭法、（３）自動化されたスクリューの配置、または、（４）任意の商業用の利用できる記録ソフト（例えば、コンピューター断層撮影や蛍光透視等）。
【０００７】
また、仮に外科医が、接線方向に沿って、当該外科医の希望した好み（surgeon’s desired preference）に任意の角度または、距離を曲げられることを除いて、腹側皮質から同じ始点を起点として始まっている経路に基づいて非常に希望したならば、本発明は骨外または椎弓根外に椎弓根スクリューを配置することもできる。
【０００８】
また、本発明は、例えば、脊椎形成術（vertebroplasty）、亀脊形成術（kyphoplasty）、または椎体（vertebral body）の生体組織検査等の間に、椎弓根を通ってまたは、椎弓根を囲むようにして任意の椎体に安全かつ確かに近づくことも促進する。
【０００９】
さらに本発明は、上記背骨の至る所により小さくまたはより大きい、もしくはカスタムサイズの椎弓根スクリューを開発するための新規研究ツールも形成する。
【００１０】
本発明の１つの方法は通常以下の工程を含んでいる。
【００１１】
１、対象となる背骨領域のコンピューター断層撮影（ＣＴ）、核磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、ＣＴケーブル蛍光透視、または同様の２次元画像調査を初めに獲得してもよい。
【００１２】
２、骨棘（bony spine）の３次元的に寸法の正しい画像をＣＴ、ＭＲＩまたはその他の調査、もしくは任意のその他の適切な手法から作成する。
【００１３】
３、上記コンピューターが作成した３次元の個々の脊椎を、その後、例えば椎体皮質または椎弓根壁内にある皮質壁の厚み等の、外科医の望む仕様にコンピューターまたは、エッグシェルトランスペディキュラーバーテブラルコーペクトミー（eggshell transpedicular vertebral corpectomy）と同様のデバイスによってくり貫く。上記個々の脊椎を、芯を抜かれた構造、もしくはくり貫かれた構造として視覚化することができ、その結果、残った椎体は、当該壁の全体に渡って「電気が通っている（electrified）」もしくは、強調されている。
【００１４】
４、その後、コンピューターは、自動的に、外科医の椎弓根皮質壁直径の好ましい大きさに基づいて与えられた椎弓根内で、最も狭い直径または最も小さい断面領域（峡部）を決定することで、配置されるための最も許容できる直径を持つスクリューを決定する。
【００１５】
５、その後、コンピューターは、例えば、峡部平面と垂直に、上記「電気が通っている」または、強調されている残りの皮質に触らないように、できるだけ椎弓根内に同心円状に位置するように、理想的な経路を決定し、反対方向に伸びている直線として峡部の中心から始めることで細長いシリンダーを作成する。この線を、任意の望む長さに患者の皮膚を越えて伸ばすことができるように、腹側または背側の椎弓根皮質を貫通させることができる。上記線は、当該線が腹側内部皮質壁を貫通しないように、事前に定義された腹側内部皮質壁から外科医が事前に決定した距離の範囲内で、椎体内に終結する。
【００１６】
６、その後、コンピューターは、上記線を、外科医の好ましい椎弓根皮質壁の厚みに基づいて、最も狭く定義された椎弓根直径を越えない最終の最大直径まで放射線状の方向で同心円状に構築する。この同心円状の構築物は、その外側表面上の任意の点が「電気が通っている」または、強調されている内部皮質壁と「接触（contact）」した時、構築をやめる視覚化されたシリンダーになる。しかしながら、この規則では、上記峡部から作成された終了経路直線に近接した背側皮質には適用しない。
【００１７】
７、その後、コンピューターは、事前に定義された腹側内部皮質から始まって、腹側／背側皮質との交点にまで至る、シリンダーの長さを測定することで、スクリューの長さを決定する。下記に述べられている自動化された方法の１つに従って、スクリューの配置を促進するために、シリンダーは当該シリンダーと、腹側と背側との交点を越えて伸ばされていても良い。
【００１８】
８、その後、コンピューターは、それぞれの、個々の脊椎椎弓根に対する理想的な上記椎弓根スクリューの直径、長さおよび経路を表示する集計表と、上記直径、長さおよび経路を表示する理想化された模式図とを提供する。
【００１９】
９、その後、上記一覧のデータは、椎弓根スクリューの最大の直径および長さに基づいて、使っている椎弓根スクリューの実行可能性（viability）、また、下記に記述されている方法の一つのような外科医の好ましい方法によって、スクリューの配置のための、を決定するために利用されることができる。
【００２０】
〔図面の簡単な説明〕
図１ａと１ｂは、対象となる背骨領域のＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から作成された骨棘のそれぞれ、側面と背後の３次元コンピューター画像である。
【００２１】
図２は図１ａと１ｂとに示された背骨領域からマニュアルエッグシェルコーペクトミー（manual eggshell corpectomy）を行っている個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【００２２】
図３は、椎弓根内の最も狭い直径もしくは、断面領域（峡部）を示している、くり貫かれた個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【００２３】
図４は、峡部の中心を通り、背側椎弓根皮質から腹側内部皮質に向かって反対方向に伸びている、直線が描かれているのを示している、くり貫かれた個々の脊椎のコンピューター画像図である。
【００２４】
図５は、半径方向に同心円状に峡部の中心を通って伸びている線を構築することによるシリンダーの作成を示している、模式図である。
【００２５】
図６ａと６ｂとは、それぞれ対称で不揃いな形状である、くり貫かれた個々の脊椎の概略画像である。
【００２６】
図７ａと７ｂとは、真っ直ぐな、および曲がっている椎弓根の峡部を示している模式図である。
【００２７】
図８は、椎弓根スクリューの長さを決定するためのシリンダーの長さを示している、くり貫かれた個々の脊椎の模式図である。
【００２８】
図９は、外科医によって椎弓根スクリューの図解のために表示された、個々の脊椎の概略側面図である。
【００２９】
図１０ａは、コンピューターによって作成された、最大椎弓根スクリューの直径と長さと、さらに、矢状断面と横断面に対する椎弓根スクリューの経路角度とのデータの集計表である。
【００３０】
図１０ｂは、図１０ａの経路角度の性質（nature）と矢状方向とを示している脊椎の概略側面図である。
【００３１】
図１０ｃは、図１０ａの経路角度の性質と横断面とを示している脊椎の概略平面図である。
【００３２】
図１０ｄは、図１０ａの経路角度の性質と冠状断面とを示している脊椎の概略後方面図である。
【００３３】
図１１は、冠状トラジェクトリー（colonal tragectory）を実行しているＡＰ平面における図１０ａの集計表で同定された理想的な椎弓根スクリューの配置のコンピューターが作成した概略図である。
【００３４】
図１２は、図１０ａの集計表のデータに対応する最大に利用可能なスクリューの大きさのパラメーターと、椎弓根基底周囲の輪郭（冠状平面）と、椎弓根距離Ａ−Ｂとを示している表である。
【００３５】
図１３は、図１２の表から同定されたスクリューの配置のコンピューターによって作成された模式図である。
【００３６】
図１４ａは、上記峡部と上記椎弓根基底周囲とを示している脊椎の概略側面立法図である。
【００３７】
図１４ｂは、横平面と冠状平面とにおいて椎弓根の基底の周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根シリンダーを示している脊椎の概略平面図である。
【００３８】
図１４ｃ、１４ｄ、および１４ｅはそれぞれ、腰椎、胸椎、および頚椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【００３９】
図１４ｆおよび１４ｇは、脊椎における椎弓根スクリューの指標穴を、作成するための突き錐（awl）の位置決めを示している脊椎の概略後方立法図である。
【００４０】
図１４ｈは、椎弓根基底周囲の中心を通って伸びている、手動で決定された椎弓根スクリューの方向線が付されている脊椎の概略の整列された平面図と後方の立法図とである。
【００４１】
図１５ａ、１５ｃ、および１５ｅは、椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【００４２】
図１５ｂ、１５ｄ１５、および１５ｆは、それぞれ、図１５ａ、１５ｃ、および１５ｅに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【００４３】
図１６は、それぞれ個々の脊椎の手術中におけるＡＰ蛍光透視画像と相互に関連している椎弓根指標穴の入口の点を決定と、峡部、椎弓根の形態を示している椎弓根Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４およびＴ５の中心を通るＣＴのトランスアキシャル（transaxial）図である。
【００４４】
図１７ａと１７ｂとは本発明の調整可能な突き錐の異なる実施の形態の側面立法図である。
【００４５】
図１８ａは、個々の脊椎と椎弓根基底周囲との手術中のＡＰ蛍光透視画像の概略図である。
【００４６】
図１８ｂは、コンピューターによって配置された椎弓根シリンダーと椎弓根基底周囲とを有する脊椎のコンピューターによって作成された３次元画像の模式図である。
【００４７】
図１８ｃは、図１８ａおよび１８ｂの記録された画像の概略図である。
【００４８】
図１９ａは、本発明に従って、構築された器具を整列している２つの輪を有する椎弓根スクリューの概略側面立法図である。
【００４９】
図１９ｂは、図１９ａで示されている当該器具の前側立法図である。
【００５０】
図１９ｃおよび１９ｄは、それぞれ、経皮的な環境および開放的な環境において器具を整列している上記２つの輪を有する椎弓根スクリューの使用を示している脊椎の概略平面図である。
【００５１】
図２０は、器具を整列している改変された２つの輪を有する椎弓根スクリューの前方立法図である。
【００５２】
図２１ａおよび２１ｂは、図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレメンバー（drill cannula member）の第一の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【００５３】
図２２ａおよびｂは、図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレメンバーの第二の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【００５４】
図２３ａは図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具と一緒に用いるための、溝のある外側のカニューレの透視図である。
【００５５】
図２３ｂは、カニューレに配置された輪を整列している上記図２３ａで示された溝のあるカニューレの前面立法図である。
【００５６】
図２４は、中心に位置する、または理想的な経路と、中心に位置する経路から接線方向に補正された骨外、または、骨を貫通する経路の異なる椎弓根スクリュー経路とを示している、くり貫かれた脊椎の模式図である。
【００５７】
図２５は、本発明の方法に従って、椎弓根スクリューの図解を示した脊椎の概略平面図である。
【００５８】
〔好ましい実施の形態の記述〕
本発明に係る、椎弓根スクリューの大きさと配置を決定するための方法は下記でより詳細に説明される。
【００５９】
〔工程１〕
対象となる背骨領域のコンピューター断層撮影（ＣＴスキャン）、核磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、ＣＴケーブル蛍光透視、または同様の２次元画像調査を初めに獲得してもよい。正確さと詳細さを向上させるために、薄い切断面が好ましい。
【００６０】
〔工程２〕
図１の（ａ）と（ｂ）とに示されているように、寸法の正確な骨棘の３次元コンピューター画像をＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から、もしくは、その他の適切な方法を用いて作成する。
【００６１】
〔工程３〕
図２に示されている、上記３次元の個々の脊椎を、その後、エッグシェルトランスペディキュラーバーテブラルコーペクトミーと同様に、コンピューターを用いて外科医によって望ましい仕様（即ち、椎体皮質または椎弓根壁に残っている皮質壁の厚み）にくり貫く。これらの仕様は、例えば、腹側椎体皮質が５ミリメートルの厚みで、かつ背側椎体壁は７ミリメートルで、かつ椎弓根壁はたった１ミリメートルである、または、体皮質壁が均一に５ミリメートルの厚みで椎弓根壁はたった１ミリメートルであるというように、非対称の厚みであることを可能にする。上記個々の脊椎は、芯を抜かれた構造、もしくはくり貫かれた構造で視覚化されていてもよく、その結果、残った椎体は、当該壁を通して適切な方法で「電気が通される」もしくは、強調される。
【００６２】
〔工程４〕
図３に示されているように、その後、コンピューターは自動的に、椎弓根皮質壁の好ましい直径に基づいて任意の与えられた椎弓根内にある最も狭い直径または、断面領域（峡部）Ｘを決定することで配置されるための最大限許容できる直径を有するスクリューを決定する。
【００６３】
〔工程５〕
その後、コンピューターは、例えば、椎弓根の峡部平面と垂直に、支柱（fulucrum）である峡部の中心と共に残っている当該皮質に触らないように、できるだけ椎弓根内で同心円状に位置するように、理想的な角度／経路を決定し、反対方向に伸びている図４の直線１０として峡部Ｘの中心から始めることで細長いシリンダーを作成する。この線を、任意の望む長さに患者の皮膚を越えて伸ばすことができるように、腹側または背側の椎弓根皮質を貫通させることができる。上記線は、それが腹側の外側皮質を貫通しないようにするのと同時に、下記で記されているようにスクリューの直径を最大にするように、事前に定義された腹側内部皮質壁から事前に決定した距離（例えば、５ｍｍ）の範囲内で、椎体内に終結する。
【００６４】
〔工程６〕
その後、コンピューターは、図５に図解で示されているように外科医の好ましい椎弓根皮質壁の厚みに基づいて定義された、最も狭い椎弓根の直径を越えない最終的な最大の直径まで半径方向に同心円状に線１０を構築する。この同心円状の構築は究極的には、その外側表面上の任意の点が強調されている、背側椎弓根皮質を除く、内部皮質壁と「接触」した時、構築をやめる可視できるシリンダー１２になる。下記では、上記シリンダー１２は、下記で記述された自動化された方法の一つに従って、スクリューの配置を促進するために、背側／後ろ側の交点を越えて伸ばされている。
【００６５】
〔工程７〕
曲がった椎弓根（図７（ｂ））または、同様の変形等の、図６で示されているような不規則な構造を有するそれらの椎弓根のための最小の狭さ直径法によって決定されるよりも、許容される最大の直径は実際には、より小さくてもよい。このことは、皮質の椎弓根壁を破ることを防ぐ。
【００６６】
〔工程８〕
その後、コンピューターは、事前に定義された腹側の内部皮質の近くの図８の点Ｄから始めて、その背側／後側皮質との交点Ａに至るシリンダー１２の長さを測定することで上記スクリューの長さを決定する。
【００６７】
〔工程９〕
その後、コンピューターは図１０に示されているような、それぞれ個々の椎弓根に対して理想的な椎弓根スクリューの直径、長さ、経路（基準平面として上端の平面２０に対応する横方向断面と矢状断面に関して図１０の（ｂ）、（ｃ）に示された角度として測定されている）を示しているデータの集計表を提供し、また、図１１に示されているような理想化された模式図も提供する。外科医は、個々の椎弓根を図９に示されている任意の明確な脊椎を同定することで標識し、その後、正確な椎体の標識を外科医が確認するとともに、コンピューターによって、残りの椎体は自動的に標識される。
【００６８】
〔工程１０〕
この一覧のデータは、その後、図１２に示されているような、最大の椎弓根スクリューの直径および長さに基づいた椎弓根スクリューを用いることの実行可能性を決定するため、および、外科医の好ましい方法によるスクリューの配置のためのこの重大な時点（juncture）で利用されることができる。図１２はまた、点ＡからＢまでの個々の椎弓根基底周囲の輪郭および、それらのそれぞれの長さも提供する。実際の利用できるスクリューの大きさは商業的に利用できるスクリューの中で外科医の選択に基づいているであろう。一度、外科医が選抜された椎弓根スクリューシステムの利用できるスクリューのサイズを提供すれば、コンピューターは、この表を自動的に決定し、作成することができる。また、同時にデータと共に図１３のようなＡＰ（冠状方向）、後方、および、横方向の理想化された模式図も作成することができる。さらに、このシステムは、個々の脊椎基底上の最大限利用できる直径と異なったものを、選ぶために外科医が無効にする性能を提供し、上記集計データと図にこれらの無効にした修正を組み込む。
【００６９】
〔工程１１−手動の椎弓根スクリューの配置〕
当該外科医はその後、彼、または彼女の好ましい方法に基づいて椎弓根スクリューを配置するための理想的な模式図と集計データとを用いてよい。
【００７０】
〔工程１２ａ−椎弓根基底周囲の輪郭法―手動の決定〕
この方法は、図１０の（ｄ）と図１１とに示されている、冠状方向平面で理想的な椎弓根スクリューの経路に適合するためのレントゲン撮影の椎体の解剖学上のランドマークを巧みに利用している。具体的に、標準的な腹背のＸ線もしくは蛍光透視画像に見られる放射線濃度の環状の線を椎弓根基底周囲に一致させる。上記椎弓根基底周囲Ｂは当該椎弓根壁とその椎体への変わり目（transition）との間の皮質の接点として定義される。この椎弓根の周囲は明らかに椎弓根の峡部と異なっているが、しかし、いくつかの事例によれば、個々の脊椎に対して、同一であっても良いし、もしくは、図１４の（ａ）〜（ｅ）に見られるように上位に配置可能（super imposable）であっても良い。
【００７１】
椎弓根周囲法の手動の利用のために、第一の椎弓根峡部Ｘを通った理想的な経路は、図１４の（ｂ）に見られるように、椎弓根を通して一致する横方向のＸ線写真の画像を用いることで、手動で決定される。上記椎弓根峡部Ｘはその後、椎弓根スクリューの直径の最大値を決定するために測定される。当該経路は椎弓根スクリューの長さの最大値を決定するために利用される。上記椎弓根峡部Ｂはその後、図１４（ｂ）に見られるように、椎体へ上記椎弓根壁の変わり目を同定することで決定される。最終的に、椎弓根基底周囲Ｂの交点に至る背部の皮質Ａ上にある開始点に対応する長さＡ−Ｂは測定され、以下で述べられている長さが調節可能な突き錐のような、適切な道具の目盛りあわせのために利用される。点Ａと点Ｂとは図１４の（ｈ）に示されているように、椎弓根基底周囲の上端（セファラッド；cephalad）と下端（カウダッド；caudad）から、椎弓根基底周囲に関して中心に位置しているべきである。上記理想的な経路と椎弓根基底周囲はその後、点Ａが上記椎弓根基底周囲の腹背方向の投影に対して位置する所、および点Ｂが上記椎弓根基底周囲内に位置する所を決定するために重ね合わされる。この椎弓根基底周囲の輪郭はそれぞれ個々の脊椎のための腹背方向のＸ線写真の画像に似た環状の構造を有している。
【００７２】
椎弓根スクリューを手動で配置するために、標準の蛍光透視ユニットは蛍光透視画法と平行するそれぞれの椎体の上終板（superior endplate）を整列するために用いられても良い。さらに、上終板がセファラッド（cephalad）脊椎と一緒に対称的な椎間板の空間によって蛍光透視で視覚化された時、および上記椎体が椎弓根基底周囲を蛍光透視のＡＰ画像で外観上は同一にすることで、それぞれの椎弓根から等間隔である時に、上記椎体は中心に配置される。先天的奇形、腫瘍、および骨折等の椎体当たり２つの椎弓根が無い時であっても、この中心への配置が起こる。おおよそ目盛り定めがされた長さが調節可能な突き錐または、他の適切な道具Ｔはその後、図１４の（ｆ）と（ｇ）とに見られるように、椎弓根指標開始穴の点Ａで蛍光透視画像化の下、対応する椎体の背側皮質に配置され、そして点Ｂに至るまで進行される。この配置は、蛍光透視下で確かめられ、理想的な経路に並んでいる直線上の２つの点ＡとＢとで表される。上記道具Ｔは長さを長くして、さらに点Ｄまで届くように椎体内部へ進行するために再調節されても良いし、または、もう一つの椎弓根プローブ突き錐もしくは、同様の道具と交換されても良い。上記椎弓根はその後、骨内部の正常のために調査され、上記穴はタップされる。適切な直径と長さの椎弓根スクリューは椎体内に椎弓根を貫通して配置される。
【００７３】
工程１２−ａに従って、図１６に示されている、椎弓根Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５、の中心を通るＣＴ水平断面（transaxial）図は、それぞれの脊椎の手術時のＡＰ蛍光透視画像と関連する椎弓根の形態、峡部、および椎弓根指標穴の入口の点の手動による決定を示している。椎弓根スクリューの長さ、直径および経路はすでに、決定されている。上記椎弓根基底周囲輪郭は、右下角の円で表されており、椎弓根指標穴の開始点を同定するための一貫性のある手術時のマーカーとして利用される。例えば、椎弓根Ｔ１とＴ２との両方の開始点Ａはおおよそ、手術時に見られるＡＰ蛍光透視の椎弓根基底周囲として見られ（円内のドットで示される）、それぞれ、２椎弓根基底周囲および、１．２５椎弓根基底周囲である。上記Ｔ４およびＴ５の椎弓根に指標穴はそれぞれ、０．９および０．８椎弓根基底周囲分である。
【００７４】
〔工程１２ｂ―椎弓根基底周囲輪郭法―準自動化〕
この方法はコンピューターが同心円状に作成した椎弓根シリンダーを構築した後、点ＡとＢと椎弓根基底周囲輪郭とが、コンピューターによって決定されることを除けば、工程１２ａと同様である。このデータは、その後、図１２のように集計される。このデータはまた、上終板および真ん中の椎体に関して測定された矢状方向および横方向の角度を含んでもいる。例えば、調節可能な長さの突き錐またはその他の道具はその後、図１２に集計された特定の椎弓根の長さＡ−Ｂにおおよそ調整されてもよく、スクリューは工程１２ａに記述されたように基準の蛍光透視と一緒に配置される。
【００７５】
〔工程１２ｃ−椎弓根基底周囲輪郭法―完全自動化〕
この方法は、椎弓根スクリューの配置のためのリアルタイムでの画像化および、複数の椎体の視覚化を可能にするための現行の手法をさらに拡張する。作成されたデータは、椎弓根基底周囲輪郭および同定される点ＡとＢとが動的であるという点を除けば図１２と同様であり、工程１２ａおよび１２ｂのように、椎体が中心に位置しているということまたは、蛍光透視画像と平行な上終板があるということは必要としない。上記の蛍光透視で画像化された椎体は、任意の適切な方法によって、それらの対応するコンピューターが作成した椎弓根シリンダーと共にコンピューターが作成した椎体に記録される。上記点Ａおよび点Ｂはその後、図１５の（ａ）、１５の（ｃ）および１５の（ｅ）に示されているように視覚化され、最新版のリアルタイム画像として図１２に表示される。例えば、長さを調節可能な突き錐または、その他の道具はその後、それぞれの脊椎に対して、点Ａから開始し、点Ｂまで進行するためのおおよその長さを調節される。なお、本発明の方法に従って、調節可能な突き錐以外の、調節不可の突き錐のような、任意の道具を使用しても良い。
【００７６】
〔長さが調節可能な錐の調整〕
背側皮質から椎弓根基底周囲の交点までの、点Ａから点Ｂまでの上記距離（図１４の（ｂ））は、本発明に従って構築された長さが調節可能な突き錐の長さＡ−Ｂをセットするために利用される。この突き錐は蛍光透視下において椎弓根指標穴を作るのに用いられる。上記椎弓根指標穴は椎弓根スクリューを実際に配置するための連続工程の最初の工程で形成される。上記椎弓根指標穴は、コンピューターによって作成された椎弓根シリンダーによって示された同定された開始点Ａから開始され、一度それが完全にシートされれば（seated）、点Ｂに進行される。
【００７７】
図１７の（ａ）について述べると、当該突き錐１００はＸ線を通さない突き錐部材１０４を動的に支える開放端とカニューレが挿入されたＸ線透過性の覆い１０２とを備える。上記突き錐１００は完全に、長さＡ−Ｂに対応するための可変長さのために完全に調節可能であり、また、図１４の（ｂ）およびその他の描画図に見られるような任意の距離Ａ−Ｂ以外の所に上記突き錐が進行するのを防ぐ構成にもなっている。
【００７８】
外科医は、一度、距離Ａ−ＢがＸ線写真で決定されれば、図１４の（ｂ）の最終のスクリュー長である、点Ａから点Ｄまでの任意の長さに上記突き錐を調節することができる。上記突き錐１００は、木槌のようなもので打たれるのに耐えられる構造および、経皮的に用いられるのに狭さが十分な直径であることが好ましい。深さの視覚化を促進するために、上記突き錐部材１０４は、色もしくは、他のものとして５ｍｍまたは１０ｍｍのような固定された区切り１０６でマークされていても良い。
【００７９】
上記突き錐１００は、覆い１０２に関して望ましい位置で上記突き錐部材１０４をロックするための、ロッキングスクリュー機構のような、任意の適切なロック機構１１０および、外端に打たれるための硬い先端１０８が提供されていても良い。上記突き錐はまた、画面１１２または、当該突き錐部材１０４の長さおよび位置を示すためのその他の印が提供されていても良い。図１４の（ｆ）と１４の（ｇ）はスクリュー指標穴を作成するために椎弓根に進行している突き錐を示している。
【００８０】
図１７の（ｂ）は、カニューレが挿入されているもしくは、くり貫かれている突き錐部材３０４および、ガイドワイヤー３１１が先端を通り、そして上記突き錐部材３０４を通りその内部の端まで伸びているような中央に開口部３０９のある先端３０８を備える、修正された調節可能な突き錐３００を図解している。上記突き錐３００によって上記指標穴が形成された後、上記ガイドワイヤー３１１は椎弓根スクリューを導入するその後の工程の間、指標穴の位置を促進するため、指標穴の位置に残される。
【００８１】
〔工程１４−２つの輪を共に並べた手法〕
手術時に自動で椎弓根スクリューを配置するためには、長さと、直径と、経路とを定義している、コンピューターが自動で配置した椎弓根スクリューシリンダーを有する寸法が真実である３次元の脊椎モデルが利用される。加えて、上記椎弓根基底周囲輪郭のデータは手術時の画像化で記録を促進するために用いられる。
【００８２】
手術時のリアルタイムでの蛍光透視は、個々の脊椎を基礎として３次元モデルでの正確な記録に用いられる。この蛍光透視の椎体の画像はモニターの真ん中に位置し、外科医によってその特定の椎体を同定するもの（すなわち、Ｔ２、Ｔ３等）について同定される。上記対応する寸法が真実である３次元の個々の脊椎モデルは、図１８の（ａ）、１８の（ｂ）、および１８の（ｃ）に模式的に示されているこの蛍光透視画像に記録される。このことは、外科的に露出した脊椎または、経皮的な脊椎のどちらか一方について実施されることができる。
【００８３】
上記記録は、内部の椎体の骨のランドマークを利用することで起こる。これらのランドマークは、上記椎体に連結している椎弓根の皮質壁の集合体から発生する上記蛍光透視画像に見られる上記椎弓根基底周囲である。上述で説明したように、これらの椎弓根基底周囲は、蛍光透視画像に関して椎体の回転に基づいて四角の領域および形態を変化することができる円形または楕円形のどちらか一方を形成する。
【００８４】
上記手術時の蛍光透視および椎弓根基底周囲輪郭を作成したコンピューター脊椎は、その後記録される。記録の正確性は、椎弓根間の距離が等しいことと、輪郭が重ね合わせられることと、測定された四角の領域が等しいということとを確実にすることによって得られる。この記録の方法は、経皮的な方法について特に、不利となっている、患者の骨格に固定されているＸ線写真のマーカーを持っていることの要求を無視する。この方法は、また、一つの椎体から、このコンピューターが作成したモデルの整合性を実証しているもう一つ別の椎体へと独立した自由な動作も可能にするもので、特に不安定な脊椎には有用である。上記外科医はスクリューの配置を進めるために手術中に椎弓根基底周囲の記録の適切性を確実にする。この方法によって、コンピューターが作成したモデルの拡大または縮小が上記手術中の蛍光透視画像に一致することができる。
【００８５】
これまでの、当該コンピューターが作成した椎弓根基底周囲および椎弓根シリンダーを含む上記完全な３次元画像は、その後、重ね合わされた手術中の蛍光透視画像に投影される。図１９の（ａ）および１９の（ｂ）に示したように、上記コンピューターの椎弓根スクリューシリンダー２００は、その後、背側皮質を通して患者の体の外に突きだされ、２つの分離した同一直線上の輪２０２および２０４によって途中で捕らえられて（intercept）おり、それらを通して伸びている。上記輪は患者のベッドまたはその他の支持体（記載なし）に連結している適切な支持フレーム２０６に装着されており、そして、コンピューターのシリンダー画像を途中で捕らえる、およびドリルカニューレの配置を可能にする大きさである。上記１番目の輪２０２は背側皮質領域２０８の近く、または、当該体のすぐ外にある上記コンピューターの椎弓根スクリューシリンダーを途中で捕らえ、上記２番目の輪２０４は、当該１番目の輪２０２から任意の望ましい距離でコンピューターの椎弓根スクリューシリンダーを途中で捕らえる。当該２つの輪の間の距離が長ければ長いほど、スクリューの配置の正確性は大きくなる。上記輪２０２および２０４による上記コンピューターの椎弓根シリンダーの上記途中で捕らえることは、当該コンピューターの椎弓根シリンダー２００に間して輪の動きを実証するコンピューターのモニターに表示される。
【００８６】
図１９の（ｃ）と１９の（ｄ）とは、それぞれ、外科的に経皮的または開放的な状況において、輪２０２および２０４を通して、椎体（ＶＢ）から外に突き出ている、コンピューターが作成したシリンダー２００および線２１０を図解している。
【００８７】
上記椎弓根シリンダーを途中で捕らえるには２つの段階がある。上記コンピューターの椎弓根シリンダー２００は、周囲のシリンダーと共に中央線２１０を備えている。第一に、上記輪２０２および２０４は中央線２１０と椎弓根シリンダー２００との両方の中央に位置することが必要である。第二に、上記輪は椎体に記録され、それらの動きは、ＬＥＤデバイスのようなものを通してコンピューターモニターで追跡されることができる。第三に、上記輪は、内側の直径がコンピューターが作成した椎弓根シリンダー２００の直径に対応する直径と一致することができるように作られている。異なった直径を有する様々な取り外し可能な輪は外科医が望む任意の椎弓根スクリューシステムの利用を可能にするために提供されていても良い。第四に、上記輪２０２が当該輪の直径を変えるために回転されることができる可動性を有する接続された部品２１２で形成されていることが示されている、図２０に示されているように、コンピューターが作成した椎弓根シリンダーの直径に対応する直径に、可変性を有する直径が、一致できるように、上記輪は、任意の適切な方法で調節できるように作られている。コンピューターの椎弓根シリンダーにある上記輪の記録はコンピューターモニター上で同定され確立される。
【００８８】
これまでの、上記２つの並んだ輪２０２、および２０４は、患者のベッドまたは、その他の支持体の固定されたフレーム２０６に固定されるドリルカニューレ２１４（図２１の（ａ）および２１の（ｂ））を配置する導管を形成する。このドリルカニューレの内部には、硬いカニューレ部材２１６（図２１の（ａ）および２１の（ｂ））が配置されている、もしくは、複数の狭い可動性と縦方向に金属の平行なピン２２０とを有し、ドリルの配置ができるように中央が開いている、特殊化した内部カニューレ部材２１８（図２２の（ａ）および２２の（ｂ））が用いられていても良い。上記複数のピン２２０によって、上記内部カニューレ部材２１８を不均一な表面において均一に静置することができる。この特徴は、ドリルの錐（bit）がトグリングを避けるための上記背側皮質のドリル領域（drill area）で更なる安定性を提供する。更に、上記特殊化した内部カニューレ部材２１８によって、複数の平行なピンの収縮（retraction）が、椎弓根内でドリルの蛍光透視の視覚化を可能にする。どちらの方法も外科医によって用いられても良い。
【００８９】
上記椎弓根は、その後、事前に目盛り定めされた望ましい深さで、事前に決定された椎弓根スクリューの長さを越えない深さに穴をあけられる。上記椎弓根はその後、骨が正常であるかを確かめるために椎弓根プローブで調査される。
【００９０】
実際のスクリューの配置について、特殊化され溝の付いた外側のカニューレ２３０（図２３の（ａ）および２３の（ｂ））が同一直線上で、支持フレーム上に取り外し可能に装着された共に並んだ２つの輪２０２および２０４の上に配置されている。この特殊化されたカニューレ２３０は、また、支持フレームまたはその他の固定デバイスにも固定される。上記輪はその後、それらを約９０度回転し（記載なし）、上記カニューレ２３０から引き抜くことで取り除かれる。上記溝の付いたカニューレの調節可能な内部の直径は、ねじ山に切られた（threaded）任意の椎弓根スクリューの直径と可変性を有する先端の大きさとに適用するのに十分である。上記適切な椎弓根スクリュー（記載なし）はそれを把持するスクリュードライバーに配置され、溝つきのカニューレに配置され、その後、それぞれの椎弓根へと配置される。
【００９１】
図２０に示されている、修正された調節可能な共に並んだ輪のために、図２３の（ａ）の上記溝つきのカニューレ２３０が用いられることができる、もしくは代わりに、上記輪２０２および２０４が所定の位置にあって、当該輪の中におよび当該輪を通して配置されたスクリュードライバーを適用するための完全に開いた位置に調節されても良い。
【００９２】
〔工程１５〕
患者の脊椎の手術前の３次元画像と共に手術中の蛍光透視画像の手術中の記録を作成することができる、現在商業的に利用可能なソフトウェアパッケージがある。そのような機能は、数値の集計データを提供するための本発明の方法を完全にし、図解された図を理想化することができる。後者の情報は、ここに述べられたような、もしくは外科医の好ましい選択によって実際のスクリューを配置するための基礎を提供するであろう。
【００９３】
〔工程１６〕
上記椎弓根スクリューが小さすぎて利用可能なスクリューの大きさが適用できない、大きい椎弓根に偏心（eccentric）スクリューの配置を計画している、もしくは、解剖学上の軸に対して真っ直ぐなスクリューの配置を計画しているという理由から、骨の外もしくは、椎弓根の外にスクリューを配置するのを好む外科医にとって、本発明は、この機能を提供する。このことは、全ての理想化されたデータを得ることで達成され、その後、外科医は理想的な経路から任意の接線方向の望ましい距離に椎弓根指標穴の入り口の配置を補正することが可能になる。すなわち、図２４のように、腹側スクリュー位置が、コンピューターの椎弓根シリンダー１２が作成された中心点（pivot point）Ｄである。さらに、これらの変化は、これらの変化と連携して、新しく理想化されたＡＰ、側面、および水平断面の模式図を作成するために自動的に記録される。このデータは、上記椎弓根基底周囲法、自動整列法、または、商業的に利用可能なＣＴ／蛍光透視記録法のどれか一つによって、スクリューの配置のために用いられる。上記の椎弓根基底周囲法について、突き錐または、その他の道具の長さを適切にするために、新しい指標穴の長さが決定される。
【００９４】
図解している実施例によれば、図２５は、本発明に従って、峡部Ｘの中心を通るスクリュードライバー２２等による、椎弓根スクリュー２０の概略的な図解を示している。
【００９５】
本発明の方法の多くの工程が、コンピューターが作成したものであると記述されている一方、任意の適切な器具またはデバイスが、本発明の方法に従って、これらの工程を達成するために利用されてもよいということに注意するべきである。
【００９６】
また、本発明は、選択された背骨の領域における椎弓根内のスクリューの大きさを決定する方法であって、選択された背骨の領域における背棘の寸法が正確な３次元画像を作成するためにコンピューターを用いることと、個々の脊椎が、椎体壁の全体に渡って強調されている残りの椎体と共に、くり貫かれた構造として視覚化されているように、選ばれた皮質壁の厚みを有する上記３次元画像の脊椎をくり貫くためにコンピューターを用いることと、上記選ばれた椎弓根皮質壁の厚みに基づいて、それぞれの椎弓根内の峡部または最も狭い直径を決定するためにコンピューターを用いることと、強調された壁に接触しないで椎弓根内で同心円状に位置するように、峡部の中心から始まり反対方向に伸びている直線を作成するためにコンピューターを用いることであって、当該直線は上記椎体内で腹側内部皮質壁から事前に決定されていた距離で終結し、外に向かって腹側椎弓根皮質を貫通するために反対方向に伸びている線であることと、選ばれた椎弓根皮質壁の厚みに基づいて、峡部の直径を越えない直径まで上記線を同心円状に拡張するためにコンピューターを用いることであって、当該線は、背側椎弓根皮質を除く任意の位置で、上記椎体の前記強調された内部皮質壁と接触した時に拡張をやめるシリンダー内に拡大される線であることと、上記腹側内部皮質壁から距離を空けて配置されるシリンダーの最内部端から、外端が上記背側椎弓根皮質と接触する点までの、上記シリンダーの長さを決定するためにコンピューターを用いることと、各椎弓根用に作成された上記シリンダーの寸法に基づいて、理想的な椎弓根スクリューの直径、および長さを計算するためにコンピューターを用いることとを含む方法に関する。
【００９７】
本発明の方法において、初めに、上記選択された背骨の領域の２次元画像を作成し、その後、コンピューターが３次元画像を作成するために用いられてもよい。
【００９８】
本発明の方法において、上記２次元画像がコンピューター断層撮影法（ＣＴ）、核磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）、蛍光透視法、および、同様の画像化調査法によって作成されていてもよい。
【００９９】
本発明の方法において、上記２次元画像が、より正確さと詳細さに優れているために薄切断部であってもよい。
【０１００】
本発明の方法において、上記峡部の中心が上記作成された線のための支点（fulcrum point）であってもよい。
【０１０１】
本発明の方法において、コンピューターによって、各脊椎について理想的な椎弓根スクリューの長さ、および直径を表示するデータの集計表が作成されてもよい。
【０１０２】
本発明の方法において、コンピューターによって、各脊椎について、上記理想化された椎弓根スクリューの長さ、および直径を表示する模式図が、作成されてもよい。
【０１０３】
本発明の方法において、使用可能であるスクリューに基づいてスクリューの大きさを決定するために、コンピューターを用いてもよい。
【０１０４】
本発明の方法は、蛍光透視ＡＰ画像を、椎弓根基底周囲の輪郭に基づいて、椎弓根スクリューの大きさを決定するためのコンピューターによって作成された、３次元画像と一致することができるために、椎体にある椎弓根基底の間の連結部にある椎弓根基底周囲の同定をさらに含んでもよい。
【０１０５】
本発明の方法は、上記背側皮質上の上記スクリューについて、開始点を同定するための事前に決定されたスクリューの経路に従って、当該背側椎弓根皮質の外側に向かって、上記椎弓根基底周囲の輪郭の投影（projection）をさらに含んでもよい。
【０１０６】
本発明の方法において、蛍光透視画像内の上記椎弓根基底周囲に対応する円が作成され、当該円および上記背側皮質に関して、椎弓根スクリュー指標穴が位置している図によって、椎弓根スクリュー指標穴が決定されてもよい。
【０１０７】
本発明の方法において、リアルタイム蛍光透視が、各脊椎について３次元画像で記録されるために用いられてもよい。
【０１０８】
本発明の方法において、椎弓根スクリュー指標穴が、上記腹側内部皮質壁に近接している上記シリンダーの上記最内部端である上記回転軸（pivot axis）と共に、接線方向に理想的なシリンダー経路の回転によって、偏心（eccentric）スクリュウの配置のために補正されていてもよい。
【０１０９】
本発明の方法において、上記背側椎弓根皮質を越えて伸びている上記作成された線とシリンダーが、自動化された椎弓根スクリューの配置を促進するために用いられてもよい。
【０１１０】
本発明の方法において、上記背側椎弓根皮質を越えて伸びている、上記作成された線およびシリンダーが、フレーム上に装着されている、間隔の空いた一組の同一直線上にある輪によって途中で捕まえられ、当該輪を通して伸びているものであって、上記輪の一つは、背側椎弓根皮質の近くにあり、もう一つの上記輪は、前記輪から外側に向かって間隔を空けて配置されているものであり、上記輪の内部の直径がおおよそ、それを通して伸びている上記作成されたシリンダーの直径と等しいものであり、上記輪は、当該作成されたシリンダーに対応するスクリュー指標穴を上記椎弓根に形成するためのガイドを提供するものであってもよい。
【０１１１】
本発明の方法において、上記輪が上記フレーム上に、可動的に装着されていてもよい。
【０１１２】
本発明の方法において、上記輪が上記フレーム上に、取り外し可能に装着されていてもよい。
【０１１３】
本発明の方法において、上記各輪が、上記内部の直径を変えるために調節可能であってもよい。
【０１１４】
本発明は、椎弓根あるいはその他の体の部分にスクリューまたは他のデバイスを挿入するための穴を形成するための調節可能な突き錐であって、当該突き錐は、開放端を有する細長い覆い、および当該覆いに可動性を有するように装着されていて、当該突き錐の長さを変えるために上記開放端を越えて延長できる細長い突き錐部材を備えており、上記突き錐は上記突き錐部材を上記覆いに対して、選択された位置に固定するための手段を備え、上記突き錐部材は上記覆いに対して、その位置を示すためのマークを提供されており、上記突き錐部材が、該突き錐部材を通り縦に伸びている開口部を中央に有し、上記覆いが上記開放端の反対側の端にて開口部を有し、上記覆いの開口部が、上記突き錐部材の開口部と縦に並んでおり、ガイドワイヤーが、上記突き錐部材の開口部および覆いの開口部を通り、上記突き錐部材の上記外端まで伸びており、これによって、上記ガイドワイヤーが、スクリューまたはその他のデバイスの挿入のための上記穴の同定を促進するために、突き錐によって形成された穴に、突き錐が穴から取り除かれた後に残ることが可能である突き錐に関する。
【０１１５】
上記覆いがＸ線透過性であり、上記突き錐部材がＸ線非透過性であってもよい。
【０１１６】
上記突き錐部材の上記マークが容易に見るために色の付いた縞模様であってもよい。
【０１１７】
上記覆いが上記突き錐部材の上記マークを見ることができるように画面を有してもよい。
【０１１８】
上記覆いが上記開放端の反対側の端に硬い先端を有するもので、上記先端は椎弓根またはその他の体の部分に穴を形成するための適切な道具によって突き刺されるために構築されている先端であってもよい。
【０１１９】
本発明は、現在最も実践的で好ましい実施例であることを考慮することに関連して記述されている。本発明は上記の開示された実施例に限定されることなく、対照的に、添付の請求項の精神および範囲内に含まれる、種々の修正および同等の構成についても保護することを目的とされていることを理解すべきである。
【０１２０】
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１ａ】対象となる背骨領域のＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から作成された骨棘の側面の３次元コンピューター画像である。
【図１ｂ】対象となる背骨領域のＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から作成された骨棘の背後の３次元コンピューター画像である。
【図２】図１ａと１ｂに示された背骨領域からマニュアルエッグシェルコーペクトミー（manual eggshell corpectomy）を行っている個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【図３】椎弓根内の最も狭い直径もしくは、断面領域（峡部）を示している、くり貫かれた個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【図４】峡部の中心を通り、背側椎弓根皮質から腹側内部皮質に向かって反対方向に伸びている、直線が描かれているのを示している、くり貫かれた個々の脊椎のコンピューター画像図である。
【図５】半径方向に同心円状に峡部の中心を通って伸びている線を構築することによるシリンダーの作成を示している、模式図である。
【図６ａ】それぞれ対称で不揃いな形状である、くり貫かれた個々の脊椎の概略画像である。
【図６ｂ】それぞれ対称で不揃いな形状である、くり貫かれた個々の脊椎の概略画像である。
【図７ａ】真っ直ぐな、椎弓根の峡部を示している模式図である。
【図７ｂ】曲がっている椎弓根の峡部を示している模式図である。
【図８】椎弓根スクリューの長さを決定するためのシリンダーの長さを示している、くり貫かれた個々の脊椎の模式図である。
【図９】外科医によって椎弓根スクリューの図解のために表示された、個々の脊椎の概略側面図である。
【図１０ａ】コンピューターによって作成された、最大椎弓根スクリューの直径と長さと、さらに、矢状断面と横断面に対する椎弓根スクリューの経路角度とのデータの集計表である。
【図１０ｂ】図１０ａの経路角度の性質（nature）と矢状方向とを示している脊椎の概略側面図である。
【図１０ｃ】図１０ａの経路角度の性質と横断面とを示している脊椎の概略平面図である。
【図１０ｄ】図１０ａの経路角度の性質と冠状断面とを示している脊椎の概略後方面図である。
【図１１】冠状トラジェクトリー（colonal tragectory）を実行しているＡＰ平面における図１０ａの集計表で同定された理想的な椎弓根スクリューの配置のコンピューターが作成した概略図である。
【図１２】図１０ａの集計表のデータに対応する最大に利用可能なスクリューの大きさのパラメーターと、椎弓根基底周囲の輪郭（冠状平面）と、椎弓根距離Ａ−Ｂとを示している表である。
【図１３】図１２の表から同定されたスクリューの配置のコンピューターによって作成された模式図である。
【図１４ａ】上記峡部と上記椎弓根基底周囲とを示している脊椎の概略側面立法図である。
【図１４ｂ】横平面と冠状平面とにおいて椎弓根の基底の周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根シリンダーを示している脊椎の概略平面図である。
【図１４ｃ】腰椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【図１４ｄ】胸椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【図１４ｅ】頚椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【図１４ｆ】脊椎における椎弓根スクリューの指標穴を、作成するための突き錐（awl）の位置決めを示している脊椎の概略後方立法図である。
【図１４ｇ】脊椎における椎弓根スクリューの指標穴を、作成するための突き錐の位置決めを示している脊椎の概略後方立法図である。
【図１４ｈ】椎弓根基底周囲の中心を通って伸びている、手動で決定された椎弓根スクリューの方向線が付されている脊椎の概略の整列された平面図と後方の立法図とである。
【図１５ａ】椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【図１５ｂ】図１５ａに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【図１５ｃ】椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【図１５ｄ】図１５ｃに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【図１５ｅ】椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【図１５ｆ】図１５ｅに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【図１６】それぞれ個々の脊椎の手術中におけるＡＰ蛍光透視画像と相互に関連している椎弓根指標穴の入口の点を決定と、峡部、椎弓根の形態を示している椎弓根Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４およびＴ５の中心を通るＣＴの水平断面（transaxial）図である。
【図１７ａ】本発明の調整可能な突き錐の異なる実施の形態の側面立法図である。
【図１７ｂ】本発明の調整可能な突き錐の異なる実施の形態の側面立法図である。
【図１８ａ】個々の脊椎と椎弓根基底周囲との手術中のＡＰ蛍光透視画像の概略図である。
【図１８ｂ】コンピューターによって配置された椎弓根シリンダーと椎弓根基底周囲とを有する脊椎のコンピューターによって作成された３次元画像の模式図である。
【図１８ｃ】図１８ａおよび１８ｂの記録された画像の概略図である。
【図１９ａ】本発明に従って、構築された器具を整列している２つの輪を有する椎弓根スクリューの概略側面立法図である。
【図１９ｂ】図１９ａで示されている当該器具の前側立法図である。
【図１９ｃ】経皮的な環境において器具を整列している上記２つの輪を有する椎弓根スクリューの使用を示している脊椎の概略平面図である。
【図１９ｄ】開放的な環境において器具を整列している上記２つの輪を有する椎弓根スクリューの使用を示している脊椎の概略平面図である。
【図２０】器具を整列している改変された２つの輪を有する椎弓根スクリューの前方立法図である。
【図２１ａ】図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材（drill cannula member）の第一の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２１ｂ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材の第一の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２２ａ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材の第二の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２２ｂ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材の第二の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２３ａ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具と一緒に用いるための、溝のある外側のカニューレの透視図である。
【図２３ｂ】カニューレに配置された輪を整列している上記図２３ａで示された溝のあるカニューレの前面立法図である。
【図２４】中心に位置する、または理想的な経路と、中心に位置する経路から接線方向に補正された骨外、または、骨を貫通する経路の異なる椎弓根スクリュー経路とを示している、くり貫かれた脊椎の模式図である。
【図２５】本発明の方法に従って、椎弓根スクリューの図解を示した脊椎の概略平面図である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本出願は、２００４年２月２０日にファイルされた米国仮特許出願６０／５４５，９０３の利益を主張するものである。
【０００２】
〔発明に関する技術〕
本発明は背骨の外科手術の一般的分野に関し、より詳細には、背骨の外科手術において椎弓根スクリュー（pedicle screw）の配置と大きさとを正確に決めるためのコンピューター化、または自動化された方法に関する。
【０００３】
〔背景技術〕
ヒトの背骨にスクリュー（screw）を配置することは、多くの背骨の外科手術（spinal surgeries）を行うことを可能にする共通の外科的手法である。一般的に、スクリューは腰椎（lumbar）と仙骨（sacral spine）とにある個々の脊椎（vertebra）の椎弓根（pedicle）の中に配置される。その他の固定方法に勝るそれらの生体力学的（biomechanical）利点を与えられているので、椎弓根スクリューが配置される背骨の領域は外科医によって拡大されている。しかしながら、上記背骨の近隣には、非常に多数の生命維持に係わる構造と臓器、具体的には頚椎と胸椎とがあり、それらは、最悪の場合には重篤な病的状態および／または死亡を引き起こす恐れのある外科的に創られた傷に非常に弱いものである。このため、椎弓根スクリューの配置に関する主な研究は、骨の（骨内の）環境にあるスクリューを維持することの正確性を高めることに集中している。
【０００４】
画像ガイドシステムは、外科医が正確にスクリューを配置することを、より簡便に行うことができるように進化している。上記椎弓根スクリューをヒトの背骨に配置するための最も重要なパラメーターは直径と、長さと、経路（trajectory）と、その上正確なスクリューの配置とである。今日、多くの画像ガイドシステムによって、スクリューの配置を外科医が手動で行うことを改良するために、これらのパラメーターを手動で決定できるようになった。現在に至るまで、正確に椎弓根スクリューを配置するための理想的な椎弓根スクリューの直径、長さ、および経路を自動的に決定するために利用できるシステムはない。本発明は、コンピューター制御された飛行機能を持つ飛行機を操縦する操縦士に類似しているこの機能を提供し、経皮的または開放的な手法のどちらか１つを用いて椎弓根スクリューを配置することを可能にする。
【０００５】
２００４年１２月２日に公開された米国特許２００４／０２４０７１５Ａ１公報は背骨の外科手術における椎弓根スクリューの配置を決めるための方法とコンピューターシステムとに関連している。それは最適なスクリュー経路を決めるために、椎弓根の最小直径を初めに確立し、その後、各椎弓根に対する最適な経路を用いてスクリューの最大直径と長さとを確立する方法について開示している。データを適合するための線形最小２乗の解法によって、それは最小の横断椎弓根幅を全体に渡って通過するための解を要求するものであり、最適な経路を決めるための３次元データポイントを形成するために２次元の横断スライスデータが積み重ねられる。この方法の不利な点は、それが、変わった経路を決定することができることである。特に、歪んだ椎弓根組織について、生体力学的に内部の構成に帰着しているより小さい最大直径と長さのスクリューを決定するという結果を伴う。対照的に、本発明の新規改良型方法によれば、下記でより詳細に記述しているが、最小の断面領域（峡部（isthmus））の中心点を用いることおよび、この囲まれた領域と反対方向にコンピューターで線を投影することで最適な経路を決定することにより当該椎弓根を通して同心円状に上記経路を常に配置する。上記本発明の新規改良型方法によれば、骨内に配置するためのスクリューの最大の直径と長さとを決定することができる。
【０００６】
〔発明の要旨〕
本発明は、経路の集計データと、許容される椎弓根スクリューの最大の直径と、長さとを与える表を作成するための３次元画像とコンピューターまたは同様のデバイスを利用することができ、また、個々の脊椎椎弓根のための上記データを図解している模式図も作成する。外科医は、下記の方法の１つによって正確に骨内に椎弓根スクリューを配置するために上記数値のデータを利用することができる；（１）外科医の好ましい方法による手動でのスクリューの配置、（２）手術中に行う蛍光透視（fluoroscopy）を組み合わせた椎弓根基底周囲輪郭法、（３）自動化されたスクリューの配置、または、（４）任意の商業用の利用できる記録ソフト（例えば、コンピューター断層撮影や蛍光透視等）。
【０００７】
また、仮に外科医が、接線方向に沿って、当該外科医の希望した好み（surgeon’s desired preference）に任意の角度または、距離を曲げられることを除いて、腹側皮質から同じ始点を起点として始まっている経路に基づいて非常に希望したならば、本発明は骨外または椎弓根外に椎弓根スクリューを配置することもできる。
【０００８】
また、本発明は、例えば、脊椎形成術（vertebroplasty）、亀脊形成術（kyphoplasty）、または椎体（vertebral body）の生体組織検査等の間に、椎弓根を通ってまたは、椎弓根を囲むようにして任意の椎体に安全かつ確かに近づくことも促進する。
【０００９】
さらに本発明は、上記背骨の至る所により小さくまたはより大きい、もしくはカスタムサイズの椎弓根スクリューを開発するための新規研究ツールも形成する。
【００１０】
本発明の１つの方法は通常以下の工程を含んでいる。
【００１１】
１、対象となる背骨領域のコンピューター断層撮影（ＣＴ）、核磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、ＣＴケーブル蛍光透視、または同様の２次元画像調査を初めに獲得してもよい。
【００１２】
２、骨棘（bony spine）の３次元的に寸法の正しい画像をＣＴ、ＭＲＩまたはその他の調査、もしくは任意のその他の適切な手法から作成する。
【００１３】
３、上記コンピューターが作成した３次元の個々の脊椎を、その後、例えば椎体皮質または椎弓根壁内にある皮質壁の厚み等の、外科医の望む仕様にコンピューターまたは、エッグシェルトランスペディキュラーバーテブラルコーペクトミー（eggshell transpedicular vertebral corpectomy）と同様のデバイスによってくり貫く。上記個々の脊椎を、芯を抜かれた構造、もしくはくり貫かれた構造として視覚化することができ、その結果、残った椎体は、当該壁の全体に渡って「電気が通っている（electrified）」もしくは、強調されている。
【００１４】
４、その後、コンピューターは、自動的に、外科医の椎弓根皮質壁直径の好ましい大きさに基づいて与えられた椎弓根内で、最も狭い直径または最も小さい断面領域（峡部）を決定することで、配置されるための最も許容できる直径を持つスクリューを決定する。
【００１５】
５、その後、コンピューターは、例えば、峡部平面と垂直に、上記「電気が通っている」または、強調されている残りの皮質に触らないように、できるだけ椎弓根内に同心円状に位置するように、理想的な経路を決定し、反対方向に伸びている直線として峡部の中心から始めることで細長いシリンダーを作成する。この線を、任意の望む長さに患者の皮膚を越えて伸ばすことができるように、腹側または背側の椎弓根皮質を貫通させることができる。上記線は、当該線が腹側内部皮質壁を貫通しないように、事前に定義された腹側内部皮質壁から外科医が事前に決定した距離の範囲内で、椎体内に終結する。
【００１６】
６、その後、コンピューターは、上記線を、外科医の好ましい椎弓根皮質壁の厚みに基づいて、最も狭く定義された椎弓根直径を越えない最終の最大直径まで放射線状の方向で同心円状に構築する。この同心円状の構築物は、その外側表面上の任意の点が「電気が通っている」または、強調されている内部皮質壁と「接触（contact）」した時、構築をやめる視覚化されたシリンダーになる。しかしながら、この規則では、上記峡部から作成された終了経路直線に近接した背側皮質には適用しない。
【００１７】
７、その後、コンピューターは、事前に定義された腹側内部皮質から始まって、腹側／背側皮質との交点にまで至る、シリンダーの長さを測定することで、スクリューの長さを決定する。下記に述べられている自動化された方法の１つに従って、スクリューの配置を促進するために、シリンダーは当該シリンダーと、腹側と背側との交点を越えて伸ばされていても良い。
【００１８】
８、その後、コンピューターは、それぞれの、個々の脊椎椎弓根に対する理想的な上記椎弓根スクリューの直径、長さおよび経路を表示する集計表と、上記直径、長さおよび経路を表示する理想化された模式図とを提供する。
【００１９】
９、その後、上記一覧のデータは、椎弓根スクリューの最大の直径および長さに基づいて、使っている椎弓根スクリューの実行可能性（viability）、また、下記に記述されている方法の一つのような外科医の好ましい方法によって、スクリューの配置のための、を決定するために利用されることができる。
【００２０】
〔図面の簡単な説明〕
図１ａと１ｂは、対象となる背骨領域のＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から作成された骨棘のそれぞれ、側面と背後の３次元コンピューター画像である。
【００２１】
図２は図１ａと１ｂとに示された背骨領域からマニュアルエッグシェルコーペクトミー（manual eggshell corpectomy）を行っている個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【００２２】
図３は、椎弓根内の最も狭い直径もしくは、断面領域（峡部）を示している、くり貫かれた個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【００２３】
図４は、峡部の中心を通り、背側椎弓根皮質から腹側内部皮質に向かって反対方向に伸びている、直線が描かれているのを示している、くり貫かれた個々の脊椎のコンピューター画像図である。
【００２４】
図５は、半径方向に同心円状に峡部の中心を通って伸びている線を構築することによるシリンダーの作成を示している、模式図である。
【００２５】
図６ａと６ｂとは、それぞれ対称で不揃いな形状である、くり貫かれた個々の脊椎の概略画像である。
【００２６】
図７ａと７ｂとは、真っ直ぐな、および曲がっている椎弓根の峡部を示している模式図である。
【００２７】
図８は、椎弓根スクリューの長さを決定するためのシリンダーの長さを示している、くり貫かれた個々の脊椎の模式図である。
【００２８】
図９は、外科医によって椎弓根スクリューの図解のために表示された、個々の脊椎の概略側面図である。
【００２９】
図１０ａは、コンピューターによって作成された、最大椎弓根スクリューの直径と長さと、さらに、矢状断面と横断面に対する椎弓根スクリューの経路角度とのデータの集計表である。
【００３０】
図１０ｂは、図１０ａの経路角度の性質（nature）と矢状方向とを示している脊椎の概略側面図である。
【００３１】
図１０ｃは、図１０ａの経路角度の性質と横断面とを示している脊椎の概略平面図である。
【００３２】
図１０ｄは、図１０ａの経路角度の性質と冠状断面とを示している脊椎の概略後方面図である。
【００３３】
図１１は、冠状トラジェクトリー（colonal tragectory）を実行しているＡＰ平面における図１０ａの集計表で同定された理想的な椎弓根スクリューの配置のコンピューターが作成した概略図である。
【００３４】
図１２は、図１０ａの集計表のデータに対応する最大に利用可能なスクリューの大きさのパラメーターと、椎弓根基底周囲の輪郭（冠状平面）と、椎弓根距離Ａ−Ｂとを示している表である。
【００３５】
図１３は、図１２の表から同定されたスクリューの配置のコンピューターによって作成された模式図である。
【００３６】
図１４ａは、上記峡部と上記椎弓根基底周囲とを示している脊椎の概略側面立法図である。
【００３７】
図１４ｂは、横平面と冠状平面とにおいて椎弓根の基底の周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根シリンダーを示している脊椎の概略平面図である。
【００３８】
図１４ｃ、１４ｄ、および１４ｅはそれぞれ、腰椎、胸椎、および頚椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【００３９】
図１４ｆおよび１４ｇは、脊椎における椎弓根スクリューの指標穴を、作成するための突き錐（awl）の位置決めを示している脊椎の概略後方立法図である。
【００４０】
図１４ｈは、椎弓根基底周囲の中心を通って伸びている、手動で決定された椎弓根スクリューの方向線が付されている脊椎の概略の整列された平面図と後方の立法図とである。
【００４１】
図１５ａ、１５ｃ、および１５ｅは、椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【００４２】
図１５ｂ、１５ｄ１５、および１５ｆは、それぞれ、図１５ａ、１５ｃ、および１５ｅに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【００４３】
図１６は、それぞれ個々の脊椎の手術中におけるＡＰ蛍光透視画像と相互に関連している椎弓根指標穴の入口の点を決定と、峡部、椎弓根の形態を示している椎弓根Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４およびＴ５の中心を通るＣＴのトランスアキシャル（transaxial）図である。
【００４４】
図１７ａと１７ｂとは本発明の調整可能な突き錐の異なる実施の形態の側面立法図である。
【００４５】
図１８ａは、個々の脊椎と椎弓根基底周囲との手術中のＡＰ蛍光透視画像の概略図である。
【００４６】
図１８ｂは、コンピューターによって配置された椎弓根シリンダーと椎弓根基底周囲とを有する脊椎のコンピューターによって作成された３次元画像の模式図である。
【００４７】
図１８ｃは、図１８ａおよび１８ｂの記録された画像の概略図である。
【００４８】
図１９ａは、本発明に従って、構築された器具を整列している２つの輪を有する椎弓根スクリューの概略側面立法図である。
【００４９】
図１９ｂは、図１９ａで示されている当該器具の前側立法図である。
【００５０】
図１９ｃおよび１９ｄは、それぞれ、経皮的な環境および開放的な環境において器具を整列している上記２つの輪を有する椎弓根スクリューの使用を示している脊椎の概略平面図である。
【００５１】
図２０は、器具を整列している改変された２つの輪を有する椎弓根スクリューの前方立法図である。
【００５２】
図２１ａおよび２１ｂは、図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレメンバー（drill cannula member）の第一の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【００５３】
図２２ａおよびｂは、図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレメンバーの第二の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【００５４】
図２３ａは図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具と一緒に用いるための、溝のある外側のカニューレの透視図である。
【００５５】
図２３ｂは、カニューレに配置された輪を整列している上記図２３ａで示された溝のあるカニューレの前面立法図である。
【００５６】
図２４は、中心に位置する、または理想的な経路と、中心に位置する経路から接線方向に補正された骨外、または、骨を貫通する経路の異なる椎弓根スクリュー経路とを示している、くり貫かれた脊椎の模式図である。
【００５７】
図２５は、本発明の方法に従って、椎弓根スクリューの図解を示した脊椎の概略平面図である。
【００５８】
〔好ましい実施の形態の記述〕
本発明に係る、椎弓根スクリューの大きさと配置を決定するための方法は下記でより詳細に説明される。
【００５９】
〔工程１〕
対象となる背骨領域のコンピューター断層撮影（ＣＴスキャン）、核磁気共鳴映像（ＭＲＩ）、ＣＴケーブル蛍光透視、または同様の２次元画像調査を初めに獲得してもよい。正確さと詳細さを向上させるために、薄い切断面が好ましい。
【００６０】
〔工程２〕
図１の（ａ）と（ｂ）とに示されているように、寸法の正確な骨棘の３次元コンピューター画像をＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から、もしくは、その他の適切な方法を用いて作成する。
【００６１】
〔工程３〕
図２に示されている、上記３次元の個々の脊椎を、その後、エッグシェルトランスペディキュラーバーテブラルコーペクトミーと同様に、コンピューターを用いて外科医によって望ましい仕様（即ち、椎体皮質または椎弓根壁に残っている皮質壁の厚み）にくり貫く。これらの仕様は、例えば、腹側椎体皮質が５ミリメートルの厚みで、かつ背側椎体壁は７ミリメートルで、かつ椎弓根壁はたった１ミリメートルである、または、体皮質壁が均一に５ミリメートルの厚みで椎弓根壁はたった１ミリメートルであるというように、非対称の厚みであることを可能にする。上記個々の脊椎は、芯を抜かれた構造、もしくはくり貫かれた構造で視覚化されていてもよく、その結果、残った椎体は、当該壁を通して適切な方法で「電気が通される」もしくは、強調される。
【００６２】
〔工程４〕
図３に示されているように、その後、コンピューターは自動的に、椎弓根皮質壁の好ましい直径に基づいて任意の与えられた椎弓根内にある最も狭い直径または、断面領域（峡部）Ｘを決定することで配置されるための最大限許容できる直径を有するスクリューを決定する。
【００６３】
〔工程５〕
その後、コンピューターは、例えば、椎弓根の峡部平面と垂直に、支柱（fulucrum）である峡部の中心と共に残っている当該皮質に触らないように、できるだけ椎弓根内で同心円状に位置するように、理想的な角度／経路を決定し、反対方向に伸びている図４の直線１０として峡部Ｘの中心から始めることで細長いシリンダーを作成する。この線を、任意の望む長さに患者の皮膚を越えて伸ばすことができるように、腹側または背側の椎弓根皮質を貫通させることができる。上記線は、それが腹側の外側皮質を貫通しないようにするのと同時に、下記で記されているようにスクリューの直径を最大にするように、事前に定義された腹側内部皮質壁から事前に決定した距離（例えば、５ｍｍ）の範囲内で、椎体内に終結する。
【００６４】
〔工程６〕
その後、コンピューターは、図５に図解で示されているように外科医の好ましい椎弓根皮質壁の厚みに基づいて定義された、最も狭い椎弓根の直径を越えない最終的な最大の直径まで半径方向に同心円状に線１０を構築する。この同心円状の構築は究極的には、その外側表面上の任意の点が強調されている、背側椎弓根皮質を除く、内部皮質壁と「接触」した時、構築をやめる可視できるシリンダー１２になる。下記では、上記シリンダー１２は、下記で記述された自動化された方法の一つに従って、スクリューの配置を促進するために、背側／後ろ側の交点を越えて伸ばされている。
【００６５】
〔工程７〕
曲がった椎弓根（図７（ｂ））または、同様の変形等の、図６で示されているような不規則な構造を有するそれらの椎弓根のための最小の狭さ直径法によって決定されるよりも、許容される最大の直径は実際には、より小さくてもよい。このことは、皮質の椎弓根壁を破ることを防ぐ。
【００６６】
〔工程８〕
その後、コンピューターは、事前に定義された腹側の内部皮質の近くの図８の点Ｄから始めて、その背側／後側皮質との交点Ａに至るシリンダー１２の長さを測定することで上記スクリューの長さを決定する。
【００６７】
〔工程９〕
その後、コンピューターは図１０に示されているような、それぞれ個々の椎弓根に対して理想的な椎弓根スクリューの直径、長さ、経路（基準平面として上端の平面２０に対応する横方向断面と矢状断面に関して図１０の（ｂ）、（ｃ）に示された角度として測定されている）を示しているデータの集計表を提供し、また、図１１に示されているような理想化された模式図も提供する。外科医は、個々の椎弓根を図９に示されている任意の明確な脊椎を同定することで標識し、その後、正確な椎体の標識を外科医が確認するとともに、コンピューターによって、残りの椎体は自動的に標識される。
【００６８】
〔工程１０〕
この一覧のデータは、その後、図１２に示されているような、最大の椎弓根スクリューの直径および長さに基づいた椎弓根スクリューを用いることの実行可能性を決定するため、および、外科医の好ましい方法によるスクリューの配置のためのこの重大な時点（juncture）で利用されることができる。図１２はまた、点ＡからＢまでの個々の椎弓根基底周囲の輪郭および、それらのそれぞれの長さも提供する。実際の利用できるスクリューの大きさは商業的に利用できるスクリューの中で外科医の選択に基づいているであろう。一度、外科医が選抜された椎弓根スクリューシステムの利用できるスクリューのサイズを提供すれば、コンピューターは、この表を自動的に決定し、作成することができる。また、同時にデータと共に図１３のようなＡＰ（冠状方向）、後方、および、横方向の理想化された模式図も作成することができる。さらに、このシステムは、個々の脊椎基底上の最大限利用できる直径と異なったものを、選ぶために外科医が無効にする性能を提供し、上記集計データと図にこれらの無効にした修正を組み込む。
【００６９】
〔工程１１−手動の椎弓根スクリューの配置〕
当該外科医はその後、彼、または彼女の好ましい方法に基づいて椎弓根スクリューを配置するための理想的な模式図と集計データとを用いてよい。
【００７０】
〔工程１２ａ−椎弓根基底周囲の輪郭法―手動の決定〕
この方法は、図１０の（ｄ）と図１１とに示されている、冠状方向平面で理想的な椎弓根スクリューの経路に適合するためのレントゲン撮影の椎体の解剖学上のランドマークを巧みに利用している。具体的に、標準的な腹背のＸ線もしくは蛍光透視画像に見られる放射線濃度の環状の線を椎弓根基底周囲に一致させる。上記椎弓根基底周囲Ｂは当該椎弓根壁とその椎体への変わり目（transition）との間の皮質の接点として定義される。この椎弓根の周囲は明らかに椎弓根の峡部と異なっているが、しかし、いくつかの事例によれば、個々の脊椎に対して、同一であっても良いし、もしくは、図１４の（ａ）〜（ｅ）に見られるように上位に配置可能（super imposable）であっても良い。
【００７１】
椎弓根周囲法の手動の利用のために、第一の椎弓根峡部Ｘを通った理想的な経路は、図１４の（ｂ）に見られるように、椎弓根を通して一致する横方向のＸ線写真の画像を用いることで、手動で決定される。上記椎弓根峡部Ｘはその後、椎弓根スクリューの直径の最大値を決定するために測定される。当該経路は椎弓根スクリューの長さの最大値を決定するために利用される。上記椎弓根峡部Ｂはその後、図１４（ｂ）に見られるように、椎体へ上記椎弓根壁の変わり目を同定することで決定される。最終的に、椎弓根基底周囲Ｂの交点に至る背部の皮質Ａ上にある開始点に対応する長さＡ−Ｂは測定され、以下で述べられている長さが調節可能な突き錐のような、適切な道具の目盛りあわせのために利用される。点Ａと点Ｂとは図１４の（ｈ）に示されているように、椎弓根基底周囲の上端（セファラッド；cephalad）と下端（カウダッド；caudad）から、椎弓根基底周囲に関して中心に位置しているべきである。上記理想的な経路と椎弓根基底周囲はその後、点Ａが上記椎弓根基底周囲の腹背方向の投影に対して位置する所、および点Ｂが上記椎弓根基底周囲内に位置する所を決定するために重ね合わされる。この椎弓根基底周囲の輪郭はそれぞれ個々の脊椎のための腹背方向のＸ線写真の画像に似た環状の構造を有している。
【００７２】
椎弓根スクリューを手動で配置するために、標準の蛍光透視ユニットは蛍光透視画法と平行するそれぞれの椎体の上終板（superior endplate）を整列するために用いられても良い。さらに、上終板がセファラッド（cephalad）脊椎と一緒に対称的な椎間板の空間によって蛍光透視で視覚化された時、および上記椎体が椎弓根基底周囲を蛍光透視のＡＰ画像で外観上は同一にすることで、それぞれの椎弓根から等間隔である時に、上記椎体は中心に配置される。先天的奇形、腫瘍、および骨折等の椎体当たり２つの椎弓根が無い時であっても、この中心への配置が起こる。おおよそ目盛り定めがされた長さが調節可能な突き錐または、他の適切な道具Ｔはその後、図１４の（ｆ）と（ｇ）とに見られるように、椎弓根指標開始穴の点Ａで蛍光透視画像化の下、対応する椎体の背側皮質に配置され、そして点Ｂに至るまで進行される。この配置は、蛍光透視下で確かめられ、理想的な経路に並んでいる直線上の２つの点ＡとＢとで表される。上記道具Ｔは長さを長くして、さらに点Ｄまで届くように椎体内部へ進行するために再調節されても良いし、または、もう一つの椎弓根プローブ突き錐もしくは、同様の道具と交換されても良い。上記椎弓根はその後、骨内部の正常のために調査され、上記穴はタップされる。適切な直径と長さの椎弓根スクリューは椎体内に椎弓根を貫通して配置される。
【００７３】
工程１２−ａに従って、図１６に示されている、椎弓根Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５、の中心を通るＣＴ水平断面（transaxial）図は、それぞれの脊椎の手術時のＡＰ蛍光透視画像と関連する椎弓根の形態、峡部、および椎弓根指標穴の入口の点の手動による決定を示している。椎弓根スクリューの長さ、直径および経路はすでに、決定されている。上記椎弓根基底周囲輪郭は、右下角の円で表されており、椎弓根指標穴の開始点を同定するための一貫性のある手術時のマーカーとして利用される。例えば、椎弓根Ｔ１とＴ２との両方の開始点Ａはおおよそ、手術時に見られるＡＰ蛍光透視の椎弓根基底周囲として見られ（円内のドットで示される）、それぞれ、２椎弓根基底周囲および、１．２５椎弓根基底周囲である。上記Ｔ４およびＴ５の椎弓根に指標穴はそれぞれ、０．９および０．８椎弓根基底周囲分である。
【００７４】
〔工程１２ｂ―椎弓根基底周囲輪郭法―準自動化〕
この方法はコンピューターが同心円状に作成した椎弓根シリンダーを構築した後、点ＡとＢと椎弓根基底周囲輪郭とが、コンピューターによって決定されることを除けば、工程１２ａと同様である。このデータは、その後、図１２のように集計される。このデータはまた、上終板および真ん中の椎体に関して測定された矢状方向および横方向の角度を含んでもいる。例えば、調節可能な長さの突き錐またはその他の道具はその後、図１２に集計された特定の椎弓根の長さＡ−Ｂにおおよそ調整されてもよく、スクリューは工程１２ａに記述されたように基準の蛍光透視と一緒に配置される。
【００７５】
〔工程１２ｃ−椎弓根基底周囲輪郭法―完全自動化〕
この方法は、椎弓根スクリューの配置のためのリアルタイムでの画像化および、複数の椎体の視覚化を可能にするための現行の手法をさらに拡張する。作成されたデータは、椎弓根基底周囲輪郭および同定される点ＡとＢとが動的であるという点を除けば図１２と同様であり、工程１２ａおよび１２ｂのように、椎体が中心に位置しているということまたは、蛍光透視画像と平行な上終板があるということは必要としない。上記の蛍光透視で画像化された椎体は、任意の適切な方法によって、それらの対応するコンピューターが作成した椎弓根シリンダーと共にコンピューターが作成した椎体に記録される。上記点Ａおよび点Ｂはその後、図１５の（ａ）、１５の（ｃ）および１５の（ｅ）に示されているように視覚化され、最新版のリアルタイム画像として図１２に表示される。例えば、長さを調節可能な突き錐または、その他の道具はその後、それぞれの脊椎に対して、点Ａから開始し、点Ｂまで進行するためのおおよその長さを調節される。なお、本発明の方法に従って、調節可能な突き錐以外の、調節不可の突き錐のような、任意の道具を使用しても良い。
【００７６】
〔長さが調節可能な錐の調整〕
背側皮質から椎弓根基底周囲の交点までの、点Ａから点Ｂまでの上記距離（図１４の（ｂ））は、本発明に従って構築された長さが調節可能な突き錐の長さＡ−Ｂをセットするために利用される。この突き錐は蛍光透視下において椎弓根指標穴を作るのに用いられる。上記椎弓根指標穴は椎弓根スクリューを実際に配置するための連続工程の最初の工程で形成される。上記椎弓根指標穴は、コンピューターによって作成された椎弓根シリンダーによって示された同定された開始点Ａから開始され、一度それが完全にシートされれば（seated）、点Ｂに進行される。
【００７７】
図１７の（ａ）について述べると、当該突き錐１００はＸ線を通さない突き錐部材１０４を動的に支える開放端とカニューレが挿入されたＸ線透過性の覆い１０２とを備える。上記突き錐１００は完全に、長さＡ−Ｂに対応するための可変長さのために完全に調節可能であり、また、図１４の（ｂ）およびその他の描画図に見られるような任意の距離Ａ−Ｂ以外の所に上記突き錐が進行するのを防ぐ構成にもなっている。
【００７８】
外科医は、一度、距離Ａ−ＢがＸ線写真で決定されれば、図１４の（ｂ）の最終のスクリュー長である、点Ａから点Ｄまでの任意の長さに上記突き錐を調節することができる。上記突き錐１００は、木槌のようなもので打たれるのに耐えられる構造および、経皮的に用いられるのに狭さが十分な直径であることが好ましい。深さの視覚化を促進するために、上記突き錐部材１０４は、色もしくは、他のものとして５ｍｍまたは１０ｍｍのような固定された区切り１０６でマークされていても良い。
【００７９】
上記突き錐１００は、覆い１０２に関して望ましい位置で上記突き錐部材１０４をロックするための、ロッキングスクリュー機構のような、任意の適切なロック機構１１０および、外端に打たれるための硬い先端１０８が提供されていても良い。上記突き錐はまた、画面１１２または、当該突き錐部材１０４の長さおよび位置を示すためのその他の印が提供されていても良い。図１４の（ｆ）と１４の（ｇ）はスクリュー指標穴を作成するために椎弓根に進行している突き錐を示している。
【００８０】
図１７の（ｂ）は、カニューレが挿入されているもしくは、くり貫かれている突き錐部材３０４および、ガイドワイヤー３１１が先端を通り、そして上記突き錐部材３０４を通りその内部の端まで伸びているような中央に開口部３０９のある先端３０８を備える、修正された調節可能な突き錐３００を図解している。上記突き錐３００によって上記指標穴が形成された後、上記ガイドワイヤー３１１は椎弓根スクリューを導入するその後の工程の間、指標穴の位置を促進するため、指標穴の位置に残される。
【００８１】
〔工程１４−２つの輪を共に並べた手法〕
手術時に自動で椎弓根スクリューを配置するためには、長さと、直径と、経路とを定義している、コンピューターが自動で配置した椎弓根スクリューシリンダーを有する寸法が真実である３次元の脊椎モデルが利用される。加えて、上記椎弓根基底周囲輪郭のデータは手術時の画像化で記録を促進するために用いられる。
【００８２】
手術時のリアルタイムでの蛍光透視は、個々の脊椎を基礎として３次元モデルでの正確な記録に用いられる。この蛍光透視の椎体の画像はモニターの真ん中に位置し、外科医によってその特定の椎体を同定するもの（すなわち、Ｔ２、Ｔ３等）について同定される。上記対応する寸法が真実である３次元の個々の脊椎モデルは、図１８の（ａ）、１８の（ｂ）、および１８の（ｃ）に模式的に示されているこの蛍光透視画像に記録される。このことは、外科的に露出した脊椎または、経皮的な脊椎のどちらか一方について実施されることができる。
【００８３】
上記記録は、内部の椎体の骨のランドマークを利用することで起こる。これらのランドマークは、上記椎体に連結している椎弓根の皮質壁の集合体から発生する上記蛍光透視画像に見られる上記椎弓根基底周囲である。上述で説明したように、これらの椎弓根基底周囲は、蛍光透視画像に関して椎体の回転に基づいて四角の領域および形態を変化することができる円形または楕円形のどちらか一方を形成する。
【００８４】
上記手術時の蛍光透視および椎弓根基底周囲輪郭を作成したコンピューター脊椎は、その後記録される。記録の正確性は、椎弓根間の距離が等しいことと、輪郭が重ね合わせられることと、測定された四角の領域が等しいということとを確実にすることによって得られる。この記録の方法は、経皮的な方法について特に、不利となっている、患者の骨格に固定されているＸ線写真のマーカーを持っていることの要求を無視する。この方法は、また、一つの椎体から、このコンピューターが作成したモデルの整合性を実証しているもう一つ別の椎体へと独立した自由な動作も可能にするもので、特に不安定な脊椎には有用である。上記外科医はスクリューの配置を進めるために手術中に椎弓根基底周囲の記録の適切性を確実にする。この方法によって、コンピューターが作成したモデルの拡大または縮小が上記手術中の蛍光透視画像に一致することができる。
【００８５】
これまでの、当該コンピューターが作成した椎弓根基底周囲および椎弓根シリンダーを含む上記完全な３次元画像は、その後、重ね合わされた手術中の蛍光透視画像に投影される。図１９の（ａ）および１９の（ｂ）に示したように、上記コンピューターの椎弓根スクリューシリンダー２００は、その後、背側皮質を通して患者の体の外に突きだされ、２つの分離した同一直線上の輪２０２および２０４によって途中で捕らえられて（intercept）おり、それらを通して伸びている。上記輪は患者のベッドまたはその他の支持体（記載なし）に連結している適切な支持フレーム２０６に装着されており、そして、コンピューターのシリンダー画像を途中で捕らえる、およびドリルカニューレの配置を可能にする大きさである。上記１番目の輪２０２は背側皮質領域２０８の近く、または、当該体のすぐ外にある上記コンピューターの椎弓根スクリューシリンダーを途中で捕らえ、上記２番目の輪２０４は、当該１番目の輪２０２から任意の望ましい距離でコンピューターの椎弓根スクリューシリンダーを途中で捕らえる。当該２つの輪の間の距離が長ければ長いほど、スクリューの配置の正確性は大きくなる。上記輪２０２および２０４による上記コンピューターの椎弓根シリンダーの上記途中で捕らえることは、当該コンピューターの椎弓根シリンダー２００に間して輪の動きを実証するコンピューターのモニターに表示される。
【００８６】
図１９の（ｃ）と１９の（ｄ）とは、それぞれ、外科的に経皮的または開放的な状況において、輪２０２および２０４を通して、椎体（ＶＢ）から外に突き出ている、コンピューターが作成したシリンダー２００および線２１０を図解している。
【００８７】
上記椎弓根シリンダーを途中で捕らえるには２つの段階がある。上記コンピューターの椎弓根シリンダー２００は、周囲のシリンダーと共に中央線２１０を備えている。第一に、上記輪２０２および２０４は中央線２１０と椎弓根シリンダー２００との両方の中央に位置することが必要である。第二に、上記輪は椎体に記録され、それらの動きは、ＬＥＤデバイスのようなものを通してコンピューターモニターで追跡されることができる。第三に、上記輪は、内側の直径がコンピューターが作成した椎弓根シリンダー２００の直径に対応する直径と一致することができるように作られている。異なった直径を有する様々な取り外し可能な輪は外科医が望む任意の椎弓根スクリューシステムの利用を可能にするために提供されていても良い。第四に、上記輪２０２が当該輪の直径を変えるために回転されることができる可動性を有する接続された部品２１２で形成されていることが示されている、図２０に示されているように、コンピューターが作成した椎弓根シリンダーの直径に対応する直径に、可変性を有する直径が、一致できるように、上記輪は、任意の適切な方法で調節できるように作られている。コンピューターの椎弓根シリンダーにある上記輪の記録はコンピューターモニター上で同定され確立される。
【００８８】
これまでの、上記２つの並んだ輪２０２、および２０４は、患者のベッドまたは、その他の支持体の固定されたフレーム２０６に固定されるドリルカニューレ２１４（図２１の（ａ）および２１の（ｂ））を配置する導管を形成する。このドリルカニューレの内部には、硬いカニューレ部材２１６（図２１の（ａ）および２１の（ｂ））が配置されている、もしくは、複数の狭い可動性と縦方向に金属の平行なピン２２０とを有し、ドリルの配置ができるように中央が開いている、特殊化した内部カニューレ部材２１８（図２２の（ａ）および２２の（ｂ））が用いられていても良い。上記複数のピン２２０によって、上記内部カニューレ部材２１８を不均一な表面において均一に静置することができる。この特徴は、ドリルの錐（bit）がトグリングを避けるための上記背側皮質のドリル領域（drill area）で更なる安定性を提供する。更に、上記特殊化した内部カニューレ部材２１８によって、複数の平行なピンの収縮（retraction）が、椎弓根内でドリルの蛍光透視の視覚化を可能にする。どちらの方法も外科医によって用いられても良い。
【００８９】
上記椎弓根は、その後、事前に目盛り定めされた望ましい深さで、事前に決定された椎弓根スクリューの長さを越えない深さに穴をあけられる。上記椎弓根はその後、骨が正常であるかを確かめるために椎弓根プローブで調査される。
【００９０】
実際のスクリューの配置について、特殊化され溝の付いた外側のカニューレ２３０（図２３の（ａ）および２３の（ｂ））が同一直線上で、支持フレーム上に取り外し可能に装着された共に並んだ２つの輪２０２および２０４の上に配置されている。この特殊化されたカニューレ２３０は、また、支持フレームまたはその他の固定デバイスにも固定される。上記輪はその後、それらを約９０度回転し（記載なし）、上記カニューレ２３０から引き抜くことで取り除かれる。上記溝の付いたカニューレの調節可能な内部の直径は、ねじ山に切られた（threaded）任意の椎弓根スクリューの直径と可変性を有する先端の大きさとに適用するのに十分である。上記適切な椎弓根スクリュー（記載なし）はそれを把持するスクリュードライバーに配置され、溝つきのカニューレに配置され、その後、それぞれの椎弓根へと配置される。
【００９１】
図２０に示されている、修正された調節可能な共に並んだ輪のために、図２３の（ａ）の上記溝つきのカニューレ２３０が用いられることができる、もしくは代わりに、上記輪２０２および２０４が所定の位置にあって、当該輪の中におよび当該輪を通して配置されたスクリュードライバーを適用するための完全に開いた位置に調節されても良い。
【００９２】
〔工程１５〕
患者の脊椎の手術前の３次元画像と共に手術中の蛍光透視画像の手術中の記録を作成することができる、現在商業的に利用可能なソフトウェアパッケージがある。そのような機能は、数値の集計データを提供するための本発明の方法を完全にし、図解された図を理想化することができる。後者の情報は、ここに述べられたような、もしくは外科医の好ましい選択によって実際のスクリューを配置するための基礎を提供するであろう。
【００９３】
〔工程１６〕
上記椎弓根スクリューが小さすぎて利用可能なスクリューの大きさが適用できない、大きい椎弓根に偏心（eccentric）スクリューの配置を計画している、もしくは、解剖学上の軸に対して真っ直ぐなスクリューの配置を計画しているという理由から、骨の外もしくは、椎弓根の外にスクリューを配置するのを好む外科医にとって、本発明は、この機能を提供する。このことは、全ての理想化されたデータを得ることで達成され、その後、外科医は理想的な経路から任意の接線方向の望ましい距離に椎弓根指標穴の入り口の配置を補正することが可能になる。すなわち、図２４のように、腹側スクリュー位置が、コンピューターの椎弓根シリンダー１２が作成された中心点（pivot point）Ｄである。さらに、これらの変化は、これらの変化と連携して、新しく理想化されたＡＰ、側面、および水平断面の模式図を作成するために自動的に記録される。このデータは、上記椎弓根基底周囲法、自動整列法、または、商業的に利用可能なＣＴ／蛍光透視記録法のどれか一つによって、スクリューの配置のために用いられる。上記の椎弓根基底周囲法について、突き錐または、その他の道具の長さを適切にするために、新しい指標穴の長さが決定される。
【００９４】
図解している実施例によれば、図２５は、本発明に従って、峡部Ｘの中心を通るスクリュードライバー２２等による、椎弓根スクリュー２０の概略的な図解を示している。
【００９５】
本発明の方法の多くの工程が、コンピューターが作成したものであると記述されている一方、任意の適切な器具またはデバイスが、本発明の方法に従って、これらの工程を達成するために利用されてもよいということに注意するべきである。
【００９６】
また、本発明は、選択された背骨の領域における椎弓根内のスクリューの大きさを決定する方法であって、選択された背骨の領域における背棘の寸法が正確な３次元画像を作成するためにコンピューターを用いることと、個々の脊椎が、椎体壁の全体に渡って強調されている残りの椎体と共に、くり貫かれた構造として視覚化されているように、選ばれた皮質壁の厚みを有する上記３次元画像の脊椎をくり貫くためにコンピューターを用いることと、上記選ばれた椎弓根皮質壁の厚みに基づいて、それぞれの椎弓根内の峡部または最も狭い直径を決定するためにコンピューターを用いることと、強調された壁に接触しないで椎弓根内で同心円状に位置するように、峡部の中心から始まり反対方向に伸びている直線を作成するためにコンピューターを用いることであって、当該直線は上記椎体内で腹側内部皮質壁から事前に決定されていた距離で終結し、外に向かって腹側椎弓根皮質を貫通するために反対方向に伸びている線であることと、選ばれた椎弓根皮質壁の厚みに基づいて、峡部の直径を越えない直径まで上記線を同心円状に拡張するためにコンピューターを用いることであって、当該線は、背側椎弓根皮質を除く任意の位置で、上記椎体の前記強調された内部皮質壁と接触した時に拡張をやめるシリンダー内に拡大される線であることと、上記腹側内部皮質壁から距離を空けて配置されるシリンダーの最内部端から、外端が上記背側椎弓根皮質と接触する点までの、上記シリンダーの長さを決定するためにコンピューターを用いることと、各椎弓根用に作成された上記シリンダーの寸法に基づいて、理想的な椎弓根スクリューの直径、および長さを計算するためにコンピューターを用いることとを含む方法に関する。
【００９７】
本発明の方法において、初めに、上記選択された背骨の領域の２次元画像を作成し、その後、コンピューターが３次元画像を作成するために用いられてもよい。
【００９８】
本発明の方法において、上記２次元画像がコンピューター断層撮影法（ＣＴ）、核磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）、蛍光透視法、および、同様の画像化調査法によって作成されていてもよい。
【００９９】
本発明の方法において、上記２次元画像が、より正確さと詳細さに優れているために薄切断部であってもよい。
【０１００】
本発明の方法において、上記峡部の中心が上記作成された線のための支点（fulcrum point）であってもよい。
【０１０１】
本発明の方法において、コンピューターによって、各脊椎について理想的な椎弓根スクリューの長さ、および直径を表示するデータの集計表が作成されてもよい。
【０１０２】
本発明の方法において、コンピューターによって、各脊椎について、上記理想化された椎弓根スクリューの長さ、および直径を表示する模式図が、作成されてもよい。
【０１０３】
本発明の方法において、使用可能であるスクリューに基づいてスクリューの大きさを決定するために、コンピューターを用いてもよい。
【０１０４】
本発明の方法は、蛍光透視ＡＰ画像を、椎弓根基底周囲の輪郭に基づいて、椎弓根スクリューの大きさを決定するためのコンピューターによって作成された、３次元画像と一致することができるために、椎体にある椎弓根基底の間の連結部にある椎弓根基底周囲の同定をさらに含んでもよい。
【０１０５】
本発明の方法は、上記背側皮質上の上記スクリューについて、開始点を同定するための事前に決定されたスクリューの経路に従って、当該背側椎弓根皮質の外側に向かって、上記椎弓根基底周囲の輪郭の投影（projection）をさらに含んでもよい。
【０１０６】
本発明の方法において、蛍光透視画像内の上記椎弓根基底周囲に対応する円が作成され、当該円および上記背側皮質に関して、椎弓根スクリュー指標穴が位置している図によって、椎弓根スクリュー指標穴が決定されてもよい。
【０１０７】
本発明の方法において、リアルタイム蛍光透視が、各脊椎について３次元画像で記録されるために用いられてもよい。
【０１０８】
本発明の方法において、椎弓根スクリュー指標穴が、上記腹側内部皮質壁に近接している上記シリンダーの上記最内部端である上記回転軸（pivot axis）と共に、接線方向に理想的なシリンダー経路の回転によって、偏心（eccentric）スクリュウの配置のために補正されていてもよい。
【０１０９】
本発明の方法において、上記背側椎弓根皮質を越えて伸びている上記作成された線とシリンダーが、自動化された椎弓根スクリューの配置を促進するために用いられてもよい。
【０１１０】
本発明の方法において、上記背側椎弓根皮質を越えて伸びている、上記作成された線およびシリンダーが、フレーム上に装着されている、間隔の空いた一組の同一直線上にある輪によって途中で捕まえられ、当該輪を通して伸びているものであって、上記輪の一つは、背側椎弓根皮質の近くにあり、もう一つの上記輪は、前記輪から外側に向かって間隔を空けて配置されているものであり、上記輪の内部の直径がおおよそ、それを通して伸びている上記作成されたシリンダーの直径と等しいものであり、上記輪は、当該作成されたシリンダーに対応するスクリュー指標穴を上記椎弓根に形成するためのガイドを提供するものであってもよい。
【０１１１】
本発明の方法において、上記輪が上記フレーム上に、可動的に装着されていてもよい。
【０１１２】
本発明の方法において、上記輪が上記フレーム上に、取り外し可能に装着されていてもよい。
【０１１３】
本発明の方法において、上記各輪が、上記内部の直径を変えるために調節可能であってもよい。
【０１１４】
本発明は、椎弓根あるいはその他の体の部分にスクリューまたは他のデバイスを挿入するための穴を形成するための調節可能な突き錐であって、当該突き錐は、開放端を有する細長い覆い、および当該覆いに可動性を有するように装着されていて、当該突き錐の長さを変えるために上記開放端を越えて延長できる細長い突き錐部材を備えており、上記突き錐は上記突き錐部材を上記覆いに対して、選択された位置に固定するための手段を備え、上記突き錐部材は上記覆いに対して、その位置を示すためのマークを提供されており、上記突き錐部材が、該突き錐部材を通り縦に伸びている開口部を中央に有し、上記覆いが上記開放端の反対側の端にて開口部を有し、上記覆いの開口部が、上記突き錐部材の開口部と縦に並んでおり、ガイドワイヤーが、上記突き錐部材の開口部および覆いの開口部を通り、上記突き錐部材の上記外端まで伸びており、これによって、上記ガイドワイヤーが、スクリューまたはその他のデバイスの挿入のための上記穴の同定を促進するために、突き錐によって形成された穴に、突き錐が穴から取り除かれた後に残ることが可能である突き錐に関する。
【０１１５】
上記覆いがＸ線透過性であり、上記突き錐部材がＸ線非透過性であってもよい。
【０１１６】
上記突き錐部材の上記マークが容易に見るために色の付いた縞模様であってもよい。
【０１１７】
上記覆いが上記突き錐部材の上記マークを見ることができるように画面を有してもよい。
【０１１８】
上記覆いが上記開放端の反対側の端に硬い先端を有するもので、上記先端は椎弓根またはその他の体の部分に穴を形成するための適切な道具によって突き刺されるために構築されている先端であってもよい。
【０１１９】
本発明は、現在最も実践的で好ましい実施例であることを考慮することに関連して記述されている。本発明は上記の開示された実施例に限定されることなく、対照的に、添付の請求項の精神および範囲内に含まれる、種々の修正および同等の構成についても保護することを目的とされていることを理解すべきである。
【０１２０】
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１ａ】対象となる背骨領域のＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から作成された骨棘の側面の３次元コンピューター画像である。
【図１ｂ】対象となる背骨領域のＣＴ、ＭＲＩ、またはその他の調査から作成された骨棘の背後の３次元コンピューター画像である。
【図２】図１ａと１ｂに示された背骨領域からマニュアルエッグシェルコーペクトミー（manual eggshell corpectomy）を行っている個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【図３】椎弓根内の最も狭い直径もしくは、断面領域（峡部）を示している、くり貫かれた個々の脊椎の３次元コンピューター画像である。
【図４】峡部の中心を通り、背側椎弓根皮質から腹側内部皮質に向かって反対方向に伸びている、直線が描かれているのを示している、くり貫かれた個々の脊椎のコンピューター画像図である。
【図５】半径方向に同心円状に峡部の中心を通って伸びている線を構築することによるシリンダーの作成を示している、模式図である。
【図６ａ】それぞれ対称で不揃いな形状である、くり貫かれた個々の脊椎の概略画像である。
【図６ｂ】それぞれ対称で不揃いな形状である、くり貫かれた個々の脊椎の概略画像である。
【図７ａ】真っ直ぐな、椎弓根の峡部を示している模式図である。
【図７ｂ】曲がっている椎弓根の峡部を示している模式図である。
【図８】椎弓根スクリューの長さを決定するためのシリンダーの長さを示している、くり貫かれた個々の脊椎の模式図である。
【図９】外科医によって椎弓根スクリューの図解のために表示された、個々の脊椎の概略側面図である。
【図１０ａ】コンピューターによって作成された、最大椎弓根スクリューの直径と長さと、さらに、矢状断面と横断面に対する椎弓根スクリューの経路角度とのデータの集計表である。
【図１０ｂ】図１０ａの経路角度の性質（nature）と矢状方向とを示している脊椎の概略側面図である。
【図１０ｃ】図１０ａの経路角度の性質と横断面とを示している脊椎の概略平面図である。
【図１０ｄ】図１０ａの経路角度の性質と冠状断面とを示している脊椎の概略後方面図である。
【図１１】冠状トラジェクトリー（colonal tragectory）を実行しているＡＰ平面における図１０ａの集計表で同定された理想的な椎弓根スクリューの配置のコンピューターが作成した概略図である。
【図１２】図１０ａの集計表のデータに対応する最大に利用可能なスクリューの大きさのパラメーターと、椎弓根基底周囲の輪郭（冠状平面）と、椎弓根距離Ａ−Ｂとを示している表である。
【図１３】図１２の表から同定されたスクリューの配置のコンピューターによって作成された模式図である。
【図１４ａ】上記峡部と上記椎弓根基底周囲とを示している脊椎の概略側面立法図である。
【図１４ｂ】横平面と冠状平面とにおいて椎弓根の基底の周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根シリンダーを示している脊椎の概略平面図である。
【図１４ｃ】腰椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【図１４ｄ】胸椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【図１４ｅ】頚椎における脊椎の概略平面図であり、それぞれの脊椎において峡部と椎弓根基底周囲との間の関係を示している。
【図１４ｆ】脊椎における椎弓根スクリューの指標穴を、作成するための突き錐（awl）の位置決めを示している脊椎の概略後方立法図である。
【図１４ｇ】脊椎における椎弓根スクリューの指標穴を、作成するための突き錐の位置決めを示している脊椎の概略後方立法図である。
【図１４ｈ】椎弓根基底周囲の中心を通って伸びている、手動で決定された椎弓根スクリューの方向線が付されている脊椎の概略の整列された平面図と後方の立法図とである。
【図１５ａ】椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【図１５ｂ】図１５ａに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【図１５ｃ】椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【図１５ｄ】図１５ｃに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【図１５ｅ】椎弓根基底周囲を通って伸びている、コンピューターによって作成された椎弓根スクリューシリンダーが作成されている、異なる配向の脊椎の概略後方立法図を示している。
【図１５ｆ】図１５ｅに図解されている脊椎の概略側面立法図を示している。
【図１６】それぞれ個々の脊椎の手術中におけるＡＰ蛍光透視画像と相互に関連している椎弓根指標穴の入口の点を決定と、峡部、椎弓根の形態を示している椎弓根Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４およびＴ５の中心を通るＣＴの水平断面（transaxial）図である。
【図１７ａ】本発明の調整可能な突き錐の異なる実施の形態の側面立法図である。
【図１７ｂ】本発明の調整可能な突き錐の異なる実施の形態の側面立法図である。
【図１８ａ】個々の脊椎と椎弓根基底周囲との手術中のＡＰ蛍光透視画像の概略図である。
【図１８ｂ】コンピューターによって配置された椎弓根シリンダーと椎弓根基底周囲とを有する脊椎のコンピューターによって作成された３次元画像の模式図である。
【図１８ｃ】図１８ａおよび１８ｂの記録された画像の概略図である。
【図１９ａ】本発明に従って、構築された器具を整列している２つの輪を有する椎弓根スクリューの概略側面立法図である。
【図１９ｂ】図１９ａで示されている当該器具の前側立法図である。
【図１９ｃ】経皮的な環境において器具を整列している上記２つの輪を有する椎弓根スクリューの使用を示している脊椎の概略平面図である。
【図１９ｄ】開放的な環境において器具を整列している上記２つの輪を有する椎弓根スクリューの使用を示している脊椎の概略平面図である。
【図２０】器具を整列している改変された２つの輪を有する椎弓根スクリューの前方立法図である。
【図２１ａ】図１９ａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材（drill cannula member）の第一の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２１ｂ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材の第一の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２２ａ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材の第二の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２２ｂ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具用のドリルカニューレ部材の第二の実施例の終わり部分の側面と前方との立法図である。
【図２３ａ】図１９のａおよび１９ｂで示された、２つの輪が整列している器具と一緒に用いるための、溝のある外側のカニューレの透視図である。
【図２３ｂ】カニューレに配置された輪を整列している上記図２３ａで示された溝のあるカニューレの前面立法図である。
【図２４】中心に位置する、または理想的な経路と、中心に位置する経路から接線方向に補正された骨外、または、骨を貫通する経路の異なる椎弓根スクリュー経路とを示している、くり貫かれた脊椎の模式図である。
【図２５】本発明の方法に従って、椎弓根スクリューの図解を示した脊椎の概略平面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椎弓根あるいはその他の体の部分にスクリューまたは他のデバイスを挿入するための穴を形成するための調節可能な突き錐であって、
当該突き錐は、
開放端を有する細長い覆い、および
当該覆いに可動性を有するように装着されていて、当該突き錐の長さを変えるために上記開放端を越えて延長できる細長い突き錐部材、および
ガイドワイヤー
を備えており、
上記突き錐は上記突き錐部材を上記覆いに対して、選択された位置に固定するための手段を備え、
上記突き錐部材は上記覆いに対して、その位置を示すためのマークを提供されており、
上記突き錐部材が、該突き錐部材を通り縦に伸びている開口部を中央に有し、
上記覆いが上記開放端の反対側の端にて開口部を有し、
上記覆いの開口部が、上記突き錐部材の開口部と縦に並んでおり、
上記ガイドワイヤーが、上記突き錐部材の開口部および覆いの開口部を通り、上記突き錐部材の上記外端まで伸びており、
これによって、上記ガイドワイヤーが、スクリューまたはその他のデバイスの挿入のための上記穴の同定を促進するために、突き錐によって形成された穴に、突き錐が穴から取り除かれた後に残ることが可能である
突き錐。
【請求項２】
上記覆いがＸ線透過性であり、上記突き錐部材がＸ線非透過性である請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項３】
上記突き錐部材の上記マークが容易に見るために色の付いた縞模様である請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項４】
上記覆いが上記突き錐部材の上記マークを見ることができるように画面を有する請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項５】
上記覆いが上記開放端の反対側の端に硬い先端を有するもので、上記先端は椎弓根またはその他の体の部分に穴を形成するための適切な道具によって突き刺されるために構築されている先端である請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項１】
椎弓根あるいはその他の体の部分にスクリューまたは他のデバイスを挿入するための穴を形成するための調節可能な突き錐であって、
当該突き錐は、
開放端を有する細長い覆い、および
当該覆いに可動性を有するように装着されていて、当該突き錐の長さを変えるために上記開放端を越えて延長できる細長い突き錐部材、および
ガイドワイヤー
を備えており、
上記突き錐は上記突き錐部材を上記覆いに対して、選択された位置に固定するための手段を備え、
上記突き錐部材は上記覆いに対して、その位置を示すためのマークを提供されており、
上記突き錐部材が、該突き錐部材を通り縦に伸びている開口部を中央に有し、
上記覆いが上記開放端の反対側の端にて開口部を有し、
上記覆いの開口部が、上記突き錐部材の開口部と縦に並んでおり、
上記ガイドワイヤーが、上記突き錐部材の開口部および覆いの開口部を通り、上記突き錐部材の上記外端まで伸びており、
これによって、上記ガイドワイヤーが、スクリューまたはその他のデバイスの挿入のための上記穴の同定を促進するために、突き錐によって形成された穴に、突き錐が穴から取り除かれた後に残ることが可能である
突き錐。
【請求項２】
上記覆いがＸ線透過性であり、上記突き錐部材がＸ線非透過性である請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項３】
上記突き錐部材の上記マークが容易に見るために色の付いた縞模様である請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項４】
上記覆いが上記突き錐部材の上記マークを見ることができるように画面を有する請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【請求項５】
上記覆いが上記開放端の反対側の端に硬い先端を有するもので、上記先端は椎弓根またはその他の体の部分に穴を形成するための適切な道具によって突き刺されるために構築されている先端である請求項１に記載の調節可能な突き錐。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１４ｃ】
【図１４ｄ】
【図１４ｅ】
【図１４ｆ】
【図１４ｇ】
【図１４ｈ】
【図１５ａ】
【図１５ｂ】
【図１５ｃ】
【図１５ｄ】
【図１５ｅ】
【図１５ｆ】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１８ａ】
【図１８ｂ】
【図１８ｃ】
【図１９ａ】
【図１９ｂ】
【図１９ｃ】
【図１９ｄ】
【図２０】
【図２１ａ】
【図２１ｂ】
【図２２ａ】
【図２２ｂ】
【図２３ａ】
【図２３ｂ】
【図２４】
【図２５】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１４ｃ】
【図１４ｄ】
【図１４ｅ】
【図１４ｆ】
【図１４ｇ】
【図１４ｈ】
【図１５ａ】
【図１５ｂ】
【図１５ｃ】
【図１５ｄ】
【図１５ｅ】
【図１５ｆ】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１８ａ】
【図１８ｂ】
【図１８ｃ】
【図１９ａ】
【図１９ｂ】
【図１９ｃ】
【図１９ｄ】
【図２０】
【図２１ａ】
【図２１ｂ】
【図２２ａ】
【図２２ｂ】
【図２３ａ】
【図２３ｂ】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−２１８１８０（Ｐ２０１１−２１８１８０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９３５８（Ｐ２０１１−１１９３５８）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【分割の表示】特願２００６−５５４２２９（Ｐ２００６−５５４２２９）の分割
【原出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（５０６２８０７４２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【分割の表示】特願２００６−５５４２２９（Ｐ２００６−５５４２２９）の分割
【原出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（５０６２８０７４２）
【Ｆターム（参考）】
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