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技術 医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラム

出願人 株式会社トヨタケーラム国立大学法人名古屋大学
発明者 村上幸己村木隆信太田真樹山本美知郎平田仁建部将広
出願日 2012年3月23日 (8年9ヶ月経過) 出願番号 2012-067160
公開日 2013年10月3日 (7年2ヶ月経過) 公開番号 2013-198546
状態 特許登録済
技術分野 手術・診断のための補助具 手術用機器
主要キーワード 表向け 仮想切断面 干渉部位 作業平面 削除量 湾曲部位 回外動作 切断面積
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム医療支援方法及び医療支援プログラムを提供する。

解決手段

手術支援システム20の制御部21は、橈骨近位算出処理において、橈骨近位軸を特定する。次に、制御部21は、尺骨遠位軸点を算出し、前腕回旋軸を特定する。そして、橈骨近位軸及び前腕回旋軸により、橈骨回転面を算出する。次に、制御部21は、橈骨回転面を用いて前腕切断面を決定する。次に、制御部21は、橈骨遠位側軸点を決定し、前腕切断面で分割した橈骨の近位側と遠位側とを回転させて接合状態予測する。そして、制御部21は、接合状態に基づいて、近位側切断面、遠位側切断面を特定し、回内外結果と併せて出力する。

概要

背景

骨を切断する外科手術を行なう場合、2次元X線写真を用いて、切断部位予測している。この切断部位を特定するためには、経験とスキルに基づいて術前計画する必要がある。このため、的確に骨を治療するための技術が検討されている(例えば、特許文献1を参照。)。この文献に記載されている技術においては、対象となる骨の現状の骨モデルを取得するとともに、この骨の治療の目的となる目的骨モデルを取得する。そして、骨モデルと目的骨モデルとに基づいて、現状の骨に対して施されるべき方法を決定し、この方法を用いて手術することが開示されている。

概要

矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム医療支援方法及び医療支援プログラムを提供する。手術支援システム20の制御部21は、橈骨近位算出処理において、橈骨近位軸を特定する。次に、制御部21は、尺骨遠位軸点を算出し、前腕回旋軸を特定する。そして、橈骨近位軸及び前腕回旋軸により、橈骨回転面を算出する。次に、制御部21は、橈骨回転面を用いて前腕切断面を決定する。次に、制御部21は、橈骨遠位側軸点を決定し、前腕切断面で分割した橈骨の近位側と遠位側とを回転させて接合状態を予測する。そして、制御部21は、接合状態に基づいて、近位側切断面、遠位側切断面を特定し、回内外結果と併せて出力する。

目的

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、この目的は、矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

治療対象撮影画像に基づいて生成された、尺骨橈骨を含む骨格3次元モデルを記録する3次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムであって、前記制御手段が、前記橈骨の3次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の3次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の3次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の3次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度所定角度以下になるまで、前記遠位側と遠位点を中心にして回転し、前記近位側の近位点を中心にして回転させて、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを特徴とする医療支援システム。

請求項2

前記制御手段が、前記橈骨切断面において切断した橈骨の遠位側と近位側とが接触する状態で、遠位側と近位側を両側にずらし、このずらし量が基準範囲を超える場合に、重複する領域を削除領域として出力することを特徴とする請求項1に記載の医療支援システム。

請求項3

前記制御手段が、前記遠位側と近位側とをそれぞれ回転させるシミュレーションを実行し、前記近位側、遠位側が接合した状態で、重複部分が少ない切断面を特定することを特徴とする請求項1又は2に記載の医療支援システム。

請求項4

治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の3次元モデルを記録する3次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行する方法であって、前記制御手段が、前記橈骨の3次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の3次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の3次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の3次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になるまで、前記遠位側と遠位点を中心にして回転し、前記近位側の近位点を中心にして回転させて、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを特徴とする医療支援方法

請求項5

治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の3次元モデルを記録する3次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行するためのプログラムであって、前記制御手段を、前記橈骨の3次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の3次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の3次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の3次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になるまで、前記遠位側と遠位点を中心にして回転し、前記近位側の近位点を中心にして回転させて、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力する手段として機能させることを特徴とする医療支援プログラム

技術分野

0001

本発明は、矯正骨切り術支援するための医療支援システム医療支援方法及び医療支援プログラムに関する。

背景技術

0002

骨を切断する外科手術を行なう場合、2次元X線写真を用いて、切断部位予測している。この切断部位を特定するためには、経験とスキルに基づいて術前計画する必要がある。このため、的確に骨を治療するための技術が検討されている(例えば、特許文献1を参照。)。この文献に記載されている技術においては、対象となる骨の現状の骨モデルを取得するとともに、この骨の治療の目的となる目的骨モデルを取得する。そして、骨モデルと目的骨モデルとに基づいて、現状の骨に対して施されるべき方法を決定し、この方法を用いて手術することが開示されている。

先行技術

0003

特開2011−172977号公報(第1頁、図180)

発明が解決しようとする課題

0004

ここで、図30を用いて、腕の骨格を説明する。図30(a)に示すように、腕骨格50は、上腕骨51、橈骨52、尺骨53により構成されている。上腕骨51は、上腕中軸をなす長骨である。この上腕骨51の近位端では上腕骨頭肩甲骨(図示せず)と関節し肩関節を形成する。手のひら表向けたり裏向けたりする動作を回旋動作と呼び、手のひらを表向けた状態から裏向ける回旋動作を回内、その反対の動作を回外という。手のひらを回外させると、図30(b)に示すように、橈骨52と尺骨53とは平行状態になる。一方、回内させると、図30(c)に示すように、橈骨52と尺骨53とが交差した状態になる。

0005

ここで、例えば、前腕(橈骨52と尺骨53)の骨折後に変形治癒した場合、腕の回旋が困難になることがある(回旋障害)。具体的には、橈骨52が湾曲するように変形していると、回旋動作の途中の角度で、橈骨52と尺骨53とが干渉して、この角度以上、回旋できないという障害が発生する。この回旋に障害が発生すると、日常生活においても困難になる。このような場合には、橈骨52の湾曲部位を切断して、干渉が生じないように接合し直す手術(矯正骨切り術)を行なう。

0006

上記の特許文献1においては、骨モデルと目的骨モデルとに基づいて、この対象骨に対して施されるべき治療を行なうことになる。しかしながら、目的骨モデルを入手できない場合には、骨モデルと目的骨モデルとを比較により治療方法を決定することができないという課題があった。

0007

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、この目的は、矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、治療対象撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の3次元モデルを記録する3次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムであって、前記制御手段が、前記橈骨の3次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の3次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の3次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の3次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度所定角度以下になるまで、前記遠位側と遠位点を中心にして回転し、前記近位側の近位点を中心にして回転させて、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを要旨とする。

0009

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の医療支援システムにおいて、前記制御手段が、前記橈骨切断面において切断した橈骨の遠位側と近位側とが接触する状態で、遠位側と近位側を両側にずらし、このずらし量が基準範囲を超える場合に、重複する領域を削除領域として出力することを要旨とする。

0010

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の医療支援システムにおいて、前記制御手段が、前記遠位側と近位側とをそれぞれ回転させるシミュレーションを実行し、前記近位側、遠位側が接合した状態で、重複部分が少ない切断面を特定することを要旨とする。

0011

請求項4に記載の発明は、治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の3次元モデルを記録する3次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行する方法であって、前記制御手段が、前記橈骨の3次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の3次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の3次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の3次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になるまで、前記遠位側と遠位点を中心にして回転し、前記近位側の近位点を中心にして回転させて、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力することを要旨とする。

0012

請求項5に記載の発明は、治療対象の撮影画像に基づいて生成された、尺骨、橈骨を含む骨格の3次元モデルを記録する3次元モデル記憶手段と、画像解析を行なう制御手段とを備えた医療支援システムを用いて、医療支援を実行するためのプログラムであって、前記制御手段を、前記橈骨の3次元モデルにおいて、骨頭領域及び頚部領域の各断面の中心点を特定し、前記中心点を通過する橈骨近位軸を特定し、前記尺骨の3次元モデルの形状に基づいて尺骨遠位軸点を特定し、前記尺骨遠位軸点及び橈骨の3次元モデルの骨頭領域の断面の中心点を通過する前腕回旋軸を特定し、前記橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、前記橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定し、前記橈骨切断面において橈骨の3次元モデルを遠位側と近位側とに切断し、遠位側の中心軸と近位側の中心軸との交差角度が所定角度以下になるまで、前記遠位側と遠位点を中心にして回転し、前記近位側の近位点を中心にして回転させて、前記遠位側と近位側とにおいて重複する領域を削除領域として出力する手段として機能させることを要旨とする。

0013

(作用)
請求項1、4又は5に記載の発明によれば、橈骨近位軸及び前腕回旋軸からなる橈骨回転面を特定し、橈骨回転面と橈骨の3次元モデルの形状に基づいて、橈骨切断面を特定する。これにより、橈骨と尺骨の回旋動作の状態を予測し、この状態に応じて、回旋制限を矯正する切断位置を特定して、骨切り手術を支援することができる。

0014

請求項2に記載の発明によれば、橈骨切断面において切断した橈骨の遠位側と近位側とが接触する状態で、遠位側と近位側を両側にずらし、このずらし量が基準範囲を超える場合に、重複する領域を削除領域として出力する。これにより、1度切りによる骨切り手術により、変形を矯正する手術を支援することができる。

0015

請求項3に記載の発明によれば、遠位側と近位側とをそれぞれ回転させるシミュレーションを実行し、近位側、遠位側が接合した状態で、重複部分が少ない切断面を特定する。これにより、骨の削除量を少ない手術を支援することができる。

発明の効果

0016

本発明によれば、矯正骨切り術において、切断位置の特定を支援するための医療支援システム、医療支援方法及び医療支援プログラムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の実施形態のシステム概略図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
本発明の実施形態の処理手順における3次元画像の説明図。
腕骨格の説明図であって、(a)は全体、(b)は回外動作、(c)は回内動作の説明図。

実施例

0018

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図1図29に従って説明する。本実施形態では、前腕骨骨折の変形治癒による回旋障害の治療を行なう患者に対して、矯正骨切り術を行なう場合を想定する。

0019

このような矯正骨切り術を支援するために、図1に示す手術支援システム20を用いる。この手術支援システム20は、干渉を抑制するために切断領域を算出するコンピュータ装置である。この手術支援システム20は、図1に示すように、入力部10、表示部15に接続されている。入力部10は、キーボードポインティングデバイス等、各種指示を入力するための入力手段から構成される。また、表示部15は、ディスプレイ等、情報処理結果を出力するための出力手段から構成されている。

0020

更に、この手術支援システム20は、制御部21、CT画像データ記憶部22、3次元モデル記憶手段としての3次元モデルデータ記憶部23、前腕回旋軸データ記憶部24、術後予測データ記憶部25、切断面データ記憶部26を備えている。

0021

制御部21は、CPU、RAM、ROM等から構成された制御手段として機能し、後述する処理(画像取込段階、橈骨近位点算出段階、尺骨遠位軸点算出段階、橈骨回転面算出段階、前腕切断面決定段階、橈骨遠位側軸点決定段階、切断予測段階、回旋予測段階等を含む処理)を行なう。このための医療支援プログラムを実行することにより、制御部21は、画像取込手段211、橈骨近位軸点算出手段212、尺骨遠位軸点算出手段213、橈骨回転面算出手段214、前腕切断面決定手段215、橈骨遠位側軸点決定手段216、切断予測手段217、回旋予測手段218等として機能する。

0022

画像取込手段211は、患者のX線CT画像を取得し、3次元モデルを生成する処理を実行する。
橈骨近位軸点算出手段212は、橈骨52の3次元モデルにおいて、橈骨頭部(骨頭領域)及び頚部(頚部領域)の各断面の中心点を特定し、橈骨近位軸を算出する処理を実行する。

0023

尺骨遠位軸点算出手段213は、尺骨53の3次元モデルにおいて、尺骨遠位軸点(fovea )を特定する処理を実行する。
橈骨回転面算出手段214は、橈骨52の3次元モデルにおいて、回旋時の回転面を特定する処理を実行する。

0024

前腕切断面決定手段215は、橈骨52の3次元モデルにおいて、橈骨を切断する切断面(橈骨切断面)を特定する処理を実行する。
橈骨遠位側軸点決定手段216は、橈骨52の3次元モデルにおいて、遠位側の軸点を算出する処理を実行する。

0025

切断予測手段217は、橈骨52の3次元モデルにおいて特定した切断面において切断された近位側と遠位側とを回転させて、橈骨52において切断を行なう切断面を特定する処理を実行する。この切断予測手段217は、近位側と遠位側とを回転させるための複数の近位側回転角及び遠位側回転角に関するデータを保持している。

0026

回旋予測手段218は、橈骨52の3次元モデルと尺骨53の3次元モデルとについて回内外運動シミュレーション処理を実行する。この回旋予測手段218は、回旋シミュレーションを行なう回旋角度範囲(回内角度、回外角度)に関するデータを保持している。

0027

CT画像データ記憶部22には、治療対象の患者の腕の上腕骨51、橈骨52、尺骨53の各断面を撮影したCT画像データが記録される。このCT画像データは、コンピュータ断層撮影(CT:Computed Tomography )処理を行なうことにより撮影された画像データが登録された場合に記録される。CT画像データは、放射線などを利用して物体走査コンピュータを用いて処理した物体の内部画像であり、医用画像フォーマットDICOM:Digital Imaging and COmmunication in Medicine )により記録される。

0028

3次元モデルデータ記憶部23には、CT画像データに基づいて生成された3次元モデルが記録される。この3次元モデルは、CT画像から3次元モデル化を行なった場合に記録される。

0029

前腕回旋軸データ記憶部24には、尺骨53に対して、橈骨52を回旋させるための回旋軸の位置を特定するための位置データが記録される。
術後予測データ記憶部25には、近位側回転角及び遠位側回転角に関連付けて、術後の橈骨52の3次元モデルが記録される。この3次元モデルは、橈骨回転予測処理において、橈骨52を切断面で分割した近位側及び遠位側を、それぞれ回転させた場合に記録される。

0030

切断面データ記憶部26には、橈骨52において、切断する位置を特定するための切断面データが記録される。この切断面データは、橈骨52の3次元モデルにおいて、近位側及び遠位側に分割して、削除部位を特定した場合に記録される。

0031

次に、上記のように構成された手術支援システム20において、手術によって除去する干渉部位を特定する場合の処理手順について、図2図29を用いて説明する。
(全体の概要
まず、全体の概要を、図2を用いて説明する。ここでは、患者の腕(上腕骨51、橈骨52、尺骨53)のコンピュータ断層撮影処理を行ない、DICOMフォーマットによりCT画像を作成する。そして、手術支援システム20の記憶部(ハードディスク等)や記憶媒体に保存する。そして、手術支援システム20の医療支援プログラムを起動する。

0032

この場合、手術支援システム20の制御部21は、X線CT画像の取込処理を実行する(ステップS1−1)。具体的には、制御部21の画像取込手段211は、表示部15に、処理対象を撮影したCT画像を指定するための画像指定画面を出力する。ここで、画像指定画面を用いて、手術支援システム20の記憶部(ハードディスク等)や記憶媒体内に記録された評価対象のCT画像を指定する。この場合、画像取込手段211は、指定された記憶領域に格納されたCT画像を取得し、CT画像データ記憶部22に登録する。

0033

次に、手術支援システム20の制御部21は、3次元化処理を実行する(ステップS1−2)。具体的には、制御部21の画像取込手段211は、公知の方法を用いて、DICOMフォーマットのCT画像から、図9に示すサーフェスデータメッシュソリッド表現ファイル形式)を生成する。そして、画像取込手段211は、このサーフェスデータを用いて、図10に示すように、橈骨52、尺骨53の3次元モデルを生成し、3次元モデルデータ記憶部23に記録する。この3次元モデルデータ記憶部23には、図3に示すように、橈骨52、尺骨53のそれぞれについて3次元モデルが記録される。ここで、橈骨52の3次元モデルを、図11に示す。

0034

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨近位点の算出処理を実行する(ステップS1−3)。ここでは、上腕骨51側(近位点)において、橈骨52の3次元モデルの近位側において中心軸(橈骨近位軸)を特定する。この処理については、後述するように、図3を用いて説明する。

0035

次に、手術支援システム20の制御部21は、尺骨遠位軸点の算出処理を実行する(ステップS1−4)。ここでは、前腕回旋軸を決定するための尺骨遠位軸点(fovea )を特定する。この処理については、後述するように、図4を用いて説明する。

0036

次に、手術支援システム20の制御部21は、前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理を実行する(ステップS1−5)。ここでは、橈骨52、尺骨53からなる前腕の回内外時の回旋軸(前腕回旋軸)を特定する。更に、この前腕回旋軸を中心軸として、橈骨52が回内外する回転面を特定する。この処理については、後述するように、図5を用いて説明する。

0037

次に、手術支援システム20の制御部21は、前腕切断面の決定処理を実行する(ステップS1−6)。ここでは、特定した橈骨回転面、橈骨52において、近位側と遠位側とに分ける前腕切断面を特定する。この処理については、後述するように、図6を用いて説明する。

0038

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨遠位側軸点の決定処理を実行する(ステップS1−7)。ここでは、橈骨52の遠位側において回転させる軸点を特定する。この処理については、後述するように、図7を用いて説明する。

0039

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨回転予測処理を実行する(ステップS1−8)。ここでは、橈骨52の3次元モデルにおいて、近位側、遠位側を形成するための、二つの仮想切断面を特定する。そして、この仮想切断面により、分割された近位側、遠位側を結合した手術後橈骨の3次元モデルを生成する。この処理については、後述するように、図8を用いて説明する。

0040

次に、手術支援システム20の制御部21は、回内外結果の出力処理を実行する(ステップS1−9)。具体的には、制御部21の回旋予測手段218は、尺骨53の3次元モデルに対して、手術後橈骨の3次元モデルを回内外の回旋運動を行なうシミュレーションを実行する。そして、シミュレーション結果を算出し、表示部15に出力する。

0041

(橈骨近位軸点算出処理)
次に、図3を用いて、橈骨近位軸点算出処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム20の制御部21は、作業平面作成処理を実行する(ステップS2−1)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、橈骨52の3次元モデルにおいて、橈骨頭部を特定する。そして、橈骨近位軸点算出手段212は、特定した橈骨頭部において、ベストフィット法により作業平面として作成する。このベストフィット法においては、図12に示すように、橈骨頭部の3次元モデルからの距離(誤差)の総和が最小になる作業平面を作成する。

0042

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨頭部において円弧の作成処理を実行する(ステップS2−2)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、作成した作業平面において、この橈骨頭部を投影する領域に対応した円弧をベストフィット法により生成する。このベストフィット法においては、作業平面において3次元モデルの外延部から距離(誤差)の総和が最小になる作業平面を作成する。

0043

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨における頭部円弧中心特定処理を実行する(ステップS2−3)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、図12に示すように、橈骨頭部において生成した円弧の中心を特定する。

0044

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨頚部の作業平面の作成処理を実行する(ステップS2−4)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、表示部15に橈骨頭部の作業領域指定画面を出力する。この作業領域指定画面には、橈骨頭部の3次元モデル画像が表示されており、ポインタを用いて橈骨頸部領域を指定することができる。ここで、橈骨近位軸点算出手段212は、利用者による橈骨頸部領域の指定を検知した場合、指定された領域において、橈骨52の3次元モデルの断面積が最も小さくなる平面をベストフィット法により特定する。このベストフィット法においては、図13に示すように、3次元モデルからの距離(誤差)の総和が最小になる作業平面を作成する。

0045

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨頚部における円弧の作成処理を実行する(ステップS2−5)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、この断面形状を近似する円弧をベストフィット法により生成する。このベストフィット法においては、図14に示すように、作業平面において3次元モデルの外延部から距離(誤差)の総和が最小になる円弧を作成する。

0046

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨における頚部円弧中心の特定処理を実行する(ステップS2−6)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、橈骨頚部において生成した円弧の中心を特定する。

0047

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨近位軸の特定処理を実行する(ステップS2−7)。具体的には、制御部21の橈骨近位軸点算出手段212は、図15に示すように、橈骨52の3次元モデルにおいて特定した頭部円弧中心、頚部円弧中心を連結する直線分を算出する。これにより、図16に示すように橈骨近位軸を特定する。

0048

(尺骨遠位軸点の算出処理)
次に、図4を用いて、尺骨遠位軸点の算出処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム20の制御部21は、尺骨の遠位側の特定処理を実行する(ステップS3−1)。具体的には、制御部21の尺骨遠位軸点算出手段213は、表示部15に遠位領域指定画面を出力する。この遠位領域指定画面には、尺骨53の3次元モデル画像が表示されており、ポインタを用いて遠位領域を指定することができる。ここで、尺骨遠位軸点算出手段213は、利用者による遠位領域の指定を検知した場合、指定された領域を遠位領域として特定する。

0049

次に、手術支援システム20の制御部21は、尺骨遠位軸点の特定処理を実行する(ステップS3−2)。具体的には、制御部21の尺骨遠位軸点算出手段213は、図17に示すように、尺骨の遠位領域において、最も低い点を尺骨遠位軸点(fovea )として特定する。

0050

(前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理)
次に、図5を用いて、前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム20の制御部21は、前腕回旋軸の特定処理を実行する(ステップS4−1)。具体的には、制御部21の橈骨回転面算出手段214は、橈骨52の3次元モデルにおいて特定した橈骨近位軸点から、尺骨53の3次元モデルにおいて特定した尺骨遠位軸点までの直線線分により、前腕回旋軸を作成する。図18において、上方の線分は前腕回旋軸であり、下方の線分は橈骨近位軸を示す。そして、橈骨回転面算出手段214は、前腕回旋軸の位置情報を前腕回旋軸データ記憶部24に記録する。

0051

次に、手術支援システム20の制御部21は、橈骨回転面の特定処理を実行する(ステップS4−2)。具体的には、制御部21の橈骨回転面算出手段214は、作成した橈骨近位軸及び前腕回旋軸を含む平面を特定する。これにより、図19に示すように、橈骨52の3次元モデル及び尺骨53の3次元モデルに対して、橈骨回転面を定義する。すなわち、正常な撓骨近位軸は前腕回転軸上にあるため、撓骨近位軸と前腕回転軸とを一致させるための面を特定する。

0052

(前腕切断面決定処理)
次に、図6を用いて、前腕切断面決定処理を説明する。
ここでは、まず、手術支援システム20の制御部21は、橈骨回転平面における最大変曲点の算出処理を実行する(ステップS5−1)。具体的には、制御部21の前腕切断面決定手段215は、橈骨回転面によって、橈骨52の3次元モデルの切断面を特定する。そして、前腕切断面決定手段215は、この切断面において、橈骨52の外縁部の中で最大変曲点を特定する。

0053

次に、手術支援システム20の制御部21は、切断面の特定処理を実行する(ステップS5−2)。具体的には、制御部21の前腕切断面決定手段215は、特定した最大変曲点において、図20に示すように、橈骨回転面と直行する断面を前腕切断面として特定する。ここで、図21は、図20における最大変曲点近傍を拡大したものである。

0054

(橈骨遠位側軸点決定処理)
次に、図7を用いて、橈骨近位点算出処理を説明する。
まず、手術支援システム20の制御部21は、橈骨遠位側の所定領域で中心点の算出処理を実行する(ステップS6−1)。具体的には、制御部21の橈骨遠位側軸点決定手段216は、表示部15に橈骨遠位側の作業領域指定画面を出力する。この作業領域指定画面には、図22に示すように、橈骨52の3次元モデル画像が表示されている。そして、図23に示すように、この画像の遠位側を拡大して、ポインタを用いて、3次元空間において橈骨遠位領域(図中の楕円領域)を指定する。ここで、橈骨遠位側軸点決定手段216は、利用者による橈骨遠位領域の指定を検知した場合、指定された領域の中心点を算出する。

0055

次に、手術支援システム20の制御部21は、中心点から表面への投影点の特定処理を実行する(ステップS6−2)。具体的には、制御部21の橈骨遠位側軸点決定手段216は、特定して中心点を、橈骨52の3次元モデルの表面(曲面)上に垂線を落とした投影点を特定する。図24は、橈骨遠位領域を拡大したものであり、上方の「×」は指定領域上の中心点、下方の「×」は投影点を示す。

0056

(橈骨回転予測処理)
次に、図8を用いて、橈骨回転予測処理を説明する。この処理においては、切断面において切り離された橈骨52の3次元モデルにおいて、近位側と遠位側とを順次、回転させる。ここでは、予め決められた角度を用いて、近位側と遠位側とを回転させ、近位側と遠位側との接合状態を予測する。このため、予め定められた近位側回転角、及び遠位側回転角(例えば、それぞれ10〜20度、20〜30度において5度刻みで設定された角度)を、順次、処理対象角度として特定して、以下の処理を実行する。

0057

まず、手術支援システム20の制御部21は、近位側、遠位側の回転処理を実行する(ステップS7−1)。具体的には、制御部21の切断予測手段217は、処理対象角度の近位側回転角及び遠位側回転角により、近位側の3次元モデル、遠位側の3次元モデルを、橈骨回転面に平行な面上で回転させる。図25においては、近位側の3次元モデルを10度、遠位側の3次元モデルを20度、それぞれ上方に回転させた形状を示している。

0058

次に、手術支援システム20の制御部21は、重複部分の特定処理を実行する(ステップS7−2)。具体的には、制御部21の切断予測手段217は、図26に示すように、橈骨52の近位側の3次元モデル、遠位側の3次元モデルの重複部分を特定する。この重複部分において、遠位側の端部が近位側の3次元モデルに接触する部分が近位側仮想切断面であり、近位側の端部が遠位側の3次元モデルに接触する部分が遠位側仮想切断面となる。そして、切断予測手段217は、近位側回転角及び遠位側回転角に関連付けて、術後の橈骨52の3次元モデルを術後予測データ記憶部25に登録する。図27には切断部分の拡大図を示す。

0059

この処理を、予め定められたすべての近位側回転角、遠位側回転角について実行する。
次に、手術支援システム20の制御部21は、仮想切断面の特定処理を実行する(ステップS7−3)。具体的には、制御部21の回旋予測手段218は、術後予測データ記憶部25に記録された術後の橈骨52の3次元モデルを取得する。そして、回旋予測手段218は、術後の橈骨52の各3次元モデルを、尺骨53の3次元モデルに対して、回旋角度範囲で回旋シミュレーションを行なう。そして、回旋予測手段218は、回旋シミュレーションにおいて、橈骨52、尺骨53の干渉が最も少ない術後3次元モデルを特定する。更に、干渉が最も少ない術後3次元モデルが複数ある場合には、回旋予測手段218は、橈骨52、尺骨53の3次元モデルの重複部分の体積が最も少ないものを特定する。そして、回旋予測手段218は、この3次元モデルの近位側仮想切断面、遠位側仮想切断面を特定する。そして、切断予測手段217は、回旋予測手段218が特定した近位側仮想切断面〜遠位側仮想切断面の間の領域において、重複部分を削除するとともに、橈骨52の切断面積のずれが少ない近位側切断面、遠位側切断面を削除領域として特定する。

0060

(回内外結果の出力)
そして、手術支援システム20の制御部21は、回内外結果画面を表示部15に出力する。この回内外結果画面には、橈骨52において特定した近位側切断面、遠位側切断面及び、術前後の回旋動作のシミュレーション結果が含まれる。図28は術前の回旋動作のシミュレーション結果であり、橈骨52は、約26度の回内で干渉が生じている。また、図29は術後の回旋動作のシミュレーション結果であり、90度までの回内で干渉は生じていないことを示している。

0061

本実施形態の医療支援システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)本実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、橈骨近位点算出処理(ステップS1−3)、尺骨遠位軸点の算出処理(ステップS1−4)、前腕回旋軸及び橈骨回転面の算出処理(ステップS1−5)を実行する。これにより、橈骨52、尺骨53の回旋動作を予測することができる。

0062

(2)本実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、前腕切断面決定処理を実行する(ステップS1−6)。ここでは、橈骨回転平面における最大変曲点に基づいて、前腕切断面を決定する。これにより、最も変形が大きい変曲点において切断するため、効率的に変形を矯正することができる。

0063

(3)本実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、橈骨遠位側軸点決定処理(ステップS1−7)、橈骨回転予測処理(ステップS1−8)を実行する。ここでは、橈骨52の近位側の3次元モデル、遠位側の3次元モデルの重複部分を特定する。干渉が最も少ない術後3次元モデルが複数ある場合には、回旋予測手段218は、橈骨52、尺骨53の3次元モデルの重複部分の体積が最も少ないものを特定する。これにより、橈骨と尺骨の干渉を矯正するとともに、負担が小さいと予想される切断位置を提案することができる。

0064

更に、切断予測手段217は、回旋予測手段218が特定した近位側仮想切断面〜遠位側仮想切断面の間の領域において、重複部分をなくすとともに、橈骨52の切断面積のずれが少ない近位側切断面、遠位側切断面を特定する。これにより、橈骨の近位側と遠位側との接合面のずれを抑制することができる。

0065

(4)本実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、回内外結果の出力処理を実行する(ステップS1−9)。これにより、手術において、骨の切断位置を予め特定した手術計画を作成することができる。

0066

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・ 上記実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、橈骨回転予測処理を実行する(ステップS1−8)。ここで、近位側と遠位側とを両側に引き離し、これにより変形を矯正できる場合、1ヶ所の骨切りのシミュレーションを行なうようにしてもよい。この場合には、手首側又は上腕骨側において、引き伸ばし可能な許容長さに関するデータを、制御部21のメモリに記憶させておく。そして、制御部21の前腕切断面決定手段215は、近位側及び遠位側において、許容長さ分だけ両側に引き伸ばすシミュレーションを実行する。そして、回旋予測手段218が、この引き伸ばした状態で回旋動作のシミュレーションを実行する。回旋予測手段218は、このような状態で、橈骨52が尺骨53と干渉しない場合には、引き伸ばしを提案する。これにより、より簡易な手術を用いて、変形の矯正を提案することができる。更に、切断予測手段217は、引き伸ばした状態での近位側、遠位側の回転処理(ステップS7−1)〜仮想切断面の特定処理(ステップS7−3)を実行するようにしてもよい。

0067

・ 上記実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、仮想切断面の特定処理を実行する(ステップS7−3)。ここでは、回旋予測手段218は、橈骨52、尺骨53の3次元モデルの重複部分の体積が最も少ないものを特定する。仮想切断面の特定方法は、これに限定されるものではない。例えば、予め定められた近位回転角度、遠位回転角度に関するデータを保持させておき、これらのデータを用いるようにしてもよい。

0068

・ 上記実施形態では、手術支援システム20の制御部21は、仮想切断面の特定処理を実行する(ステップS7−3)。ここでは、切断予測手段217は、近位側仮想切断面〜遠位側仮想切断面の間の領域において、重複部分を無くすとともに、橈骨52の切断面積のずれが少ない近位側切断面、遠位側切断面を特定する。近位側切断面、遠位側切断面の特定方法は、これに限定されるものではない。例えば、近位側の長さと、遠位側の長さとを比較して、長い方を切断するように、近位側切断面、遠位側切断面を特定するようにしてもよい。

0069

10…入力部、15…表示部、20…手術支援システム、21…制御部、211…画像取込手段、212…橈骨近位軸点算出手段、213…尺骨遠位軸点算出手段、214…橈骨回転面算出手段、215…前腕切断面決定手段、216…橈骨遠位側軸点決定手段、217…切断予測手段、218…回旋予測手段、22…CT画像データ記憶部、23…3次元モデルデータ記憶部、24…前腕回旋軸データ記憶部、25…術後予測データ記憶部、26…切断面データ記憶部。

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