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課題・解決手段

整形外科手術における外科手術計画用の設計プロセス(24)、および/または、個人専用化された切断ガイドおよび/またはインプラントの設計(40)が作業フローフレームワークにおいて自動化される。抽象化されたルールが、一連の処理全体にわたってスクリプトされて(26)、骨表面が変更されるかまたはインプラントとフィットさせるためのモデルが変更される。特定の患者に対する骨情報を使用し、上記のルールを使用して適切なインプラントおよび一連の切断が決定される(34)。上記の特定の患者に対する骨情報に、対応する切断ガイドを適合させることができる。骨置換インプラントの外科手術計画(24)が自動的に実行される。

概要

背景

概要

整形外科手術における外科手術計画用の設計プロセス(24)、および/または、個人専用化された切断ガイドおよび/またはインプラントの設計(40)が作業フローフレームワークにおいて自動化される。抽象化されたルールが、一連の処理全体にわたってスクリプトされて(26)、骨表面が変更されるかまたはインプラントとフィットさせるためのモデルが変更される。特定の患者に対する骨情報を使用し、上記のルールを使用して適切なインプラントおよび一連の切断が決定される(34)。上記の特定の患者に対する骨情報に、対応する切断ガイドを適合させることができる。骨置換インプラントの外科手術計画(24)が自動的に実行される。

目的

択一的な実施形態においてこのシステムは、クライアントサーバ構成を可能にするネットワークの一部であり、ここではクライアントが計画または設計を要求し、1つまたは複数のサーバが上記の自動化された計画または設計機能を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

整形外科手術計画のための方法において、該方法には、骨に対する整形外科手術のための複数のルール知識ベースを準備するステップ(20)と、前記骨、インプラントまたは切断ガイドを表す表面を取得するステップ(22)と、プロセッサにより、前記知識ベースの第1ルールを選択するステップ(26)と、前記プロセッサにより、前記第1ルールに対する少なくとも1つの解剖学的特徴識別するステップ(28)と、前記プロセッサにより、前記表面の前記少なくとも1つの解剖学的特徴を検出するステップ(32)と、前記プロセッサにより、前記第1ルールと、前記少なくとも1つの解剖学的特徴とに応じて前記表面の変更を定めるステップ(34)と、前記プロセッサにより、第1変更表面を得るために、前記定められた表面の変更にしたがって前記表面を変更するステップ(36)と、前記プロセッサにより、前記第1変更表面を基準にしたインプラントを示す基準計画を出力するステップ(38)と、前記プロセッサにより、前記第1変更表面に応じて、切断ガイドモデルを形成するステップ(40)とを有しており、当該切断ガイドモデルは、前記第1変更表面を設けるための変更を指示する、ことを特徴とする方法。

請求項2

請求項1に記載の方法において、前記ルールの前記知識ベースを準備するステップ(20)には、幾何学的基本要素サポートするスクリプト言語における文脈自由文法として前記ルールを設ける(20)ことが含まれており、識別のステップ(28)、検出のステップ(32)および定義のステップ(34)は、スクリプトインタプリタによって実行され、変更(36)は表面整形エンジンによって実行される、ことを特徴とする方法。

請求項3

請求項1に記載の方法において、前記ルールの前記知識ベースを準備するステップ(20)には、前記インプラント用に前記骨または別の骨を準備するための前記ルールのスクリプトを記述することが含まれている、ことを特徴とする方法。

請求項4

請求項1に記載の方法において、取得ステップ(22)には、分割された医学データを受け取ることが含まれている、ことを特徴とする方法。

請求項5

請求項1に記載の方法において、前記第1ルールを選択するステップ(26)には、前記複数のルール全体にわたって順序を設定することが含まれており、前記ルールの各ルールは、前記インプラント用に骨を形成するためのアクションに関連付けられており、前記第1ルールは、前記複数のルールの最後のルールである、ことを特徴とする方法。

請求項6

請求項1に記載の方法において、識別のステップ(28)には、前記第1ルールにおいて、前記骨を基準にして前記変更を位置決めするために前記前記解剖学的特徴を指示することが含まれており、検出のステップ(32)には、特徴検出器による検出(32)が含まれており、前記変更を定めるステップ(34)には、少なくとも1つの前記解剖学的特徴に基づいて前記切断位置を示すことと、前記切断位置を基準にして除去される前記骨の部分を指示することとが含まれている、ことを特徴とする方法。

請求項7

請求項1に記載の方法において、変更のステップ(36)には、コンピュータ支援設計ツールを組み込むことが含まれている、ことを特徴とする方法。

請求項8

請求項1に記載の方法において、変更のステップ(36)には、前記骨の部分の除去をエミュレートすることが含まれていることを特徴とする方法。

請求項9

請求項1に記載の方法において、出力のステップ(38)には、インプラントサイズ、インプラントタイプおよびインプラント配置を有する前記基準計画を出力する(38)ことが含まれている、請求項1に記載の方法。

請求項10

請求項1に記載の方法において、前記切断ガイドモデルの形成のステップ(40)には、当該切断ガイドモデルと、前記表面とを一致させ、一致させた当該切断ガイドモデルを基準にして前記切断位置を示し、前記切断位置に対する前記切断ガイドモデルにおいてガイドを指示する、ことを特徴とする方法。

請求項11

請求項1に記載の方法において、さらに前記第1ルールに先立つ第2ルールに対して前記選択のステップ(26)、識別のステップ(28)、検出のステップ(32)、定義のステップ(34)および変更のステップ(36)を実行することが含まれており、前記表面は、前記第2ルールを実行することによって定められる、ことを特徴とする方法。

請求項12

整形外科手術計画用にプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている、非一時的なコンピュータ読み出し可能記媒体において、当該記憶媒体には、解剖学的特徴に基づく幾何学形状の変更を表す作業指令全体にわたって順序を設定するため(36)の命令と、当該順序設定に応じて患者用の整形外科手術計画を形成するため(24)の命令と、前記患者の前記骨を基準にしたインプラント配置をモデル化するため(34)の命令と、前記患者の前記骨に対する切断ガイドを設計する(40)のための命令とが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項13

請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、順序設定のステップ(36)には、知識ベースの前記作業指令に対するスクリプトを解釈することが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項14

請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、形成のステップ(24)には、前記インプラント配置、インプラントサイズおよびインプラントタイプに対して前記骨を変更する順序を指示することが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項15

請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、モデル化のステップ(34)には、前記整形外科手術計画にしたがって変更された前記患者の前記骨を使って前記インプラント配置を示す表示を出力すること(38)が含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項16

請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、設計のステップ(40)には、前記患者の前記骨に固有な前記切断ガイドに対するサイズ、形状、位置およびガイド位置を決定することが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項17

請求項12に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、形成のステップ(24)には、前記患者の前記骨および付加的な骨に対する前記外科手術計画を形成することが含まれており、モデル化のステップ(34)には、前記骨および前記付加的な骨を基準した前記インプラント配置をモデル化することが含まれており、前記切断ガイドの設計のステップ(40)には、前記骨用の前記切断ガイドおよび前記付加的な骨用の付加的な切断ガイドを設計することが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項18

整形外科手術計画用にプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、当該記憶媒体には、患者の骨にインプラントするための、当該患者固有の変更の外科手術計画を自動的に形成する(24)ための命令と、前記患者固有の変更のために前記患者固有の切断ガイドを自動的に設計する(40)ための命令とが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項19

請求項18に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、形成のステップ(24)には、スクリプトインタプリタにより、知識ベースにおける一連のルール全体にわたって順序を設定する(78)ことと、前記ルールに対して特徴検出器を呼び出すことと、前記特徴検出器によって検出した特徴により、および、前記ルールに基づき、前記患者固有の変更を決定することとが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

請求項20

請求項18に記載の非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体において、設計のステップ(40)には、前記切断ガイドのサイズ、形状およびガイド位置をモデル化することが含まれている、ことを特徴とする記憶媒体。

技術分野

0001

関連する特許
この明細書は、2012年3月3日に提出した米国仮特許出願第61/642,065号に米国特許第119条の下でこの仮出願に基づく優先権を主張するものであり、この仮出願の明細書は参照によってこの明細書に取り込まれるものとする。

0002

技術分野
本発明は、一般的には整形外科手術計画に関し、より具体的に自動計画支援に関する。

0003

発明の背景
整形外科出術中、外科医は、骨の病理学的異常部分を切り取って、この病理学的異常部分をインプラントによって置換する。ここでは、2つ大きな要因が骨手術の、生じ得る結果に影響を及ぼす。すなわち、健康な骨を無傷に保ちながら病理学的に異常な骨部分を正確に除去する外科医の能力と、上記の病理学的に異常な骨部分を最適に適合するインプラントによって置換する外科医の能力とが影響を及ぼすのである。最小の切開外科手術を行うため、骨は患者固有切断ガイドを使用して切り取られる。このガイドには、1つまたは複数のスロットと、参照切断を正確に実行するための複数のランドマークとが含まれている。手術計画フェーズにおいて、個人専用化された切断ガイドが設計され、また上記の基準切断と、外科インプラントの最適な配置を定めるための別の任意の複数の切断とを活用する手術計画が、外科医およびデザイナによって作製される。つぎにこの計画は、骨に最初の切断を行った後、外科医が上記のインプラントを配置するのをガイドする。

0004

患者固有の切断ガイドの上記の設計および上記の外科手術計画の組み立ては、経験を積んだデザイナにより、計画フェーズにおいて行われる。このためにこのデザイナは、事前承認された作業指令に定められた一連の処理にしたがう。ほとんどの場合、上記の外科計画手続きは、規制機関によって事前承認されており、デザイナは、承認された手続きに指定されたルール厳格に従わなければならない。このため、切断ガイドのデザイナは、対話的ではあるが、なお手作業による3Dモデル化ソフトウェアを頼りにして切断ガイドが作製される。しかしながらこの手作業による設計プロセスにより、設計時間が増大し、再現性が欠如し、一貫性が減少し、また上記の事前承認された手続きからの意図しないずれ生じ得ることになるのである。

0005

要約
まずはじめに以下に説明する好適な実施形態には、整形外科手術計画用の方法、システム命令およびコンピュータ読み出し可媒体が含まれている。上記の外科手術計画用の設計プロセスおよび/または個人専用化された切断ガイドの設計は、作業フローフレームワークにおいて自動化される。一連の複数の手術を介して抽象化されたルールが記述されて、インプラントに適合させるために骨表面またはモデルが変更される。特定の患者用骨情報を使用して、適切なインプラントおよび一連の切断が上記のルールによって決定される。対応する切断ガイドは、特定の患者用の骨情報に適合させることができる。骨置換インプランテーションの外科手術計画は自動実行される。

0006

第1の態様では、整形外科手術計画用の方法が提供される。1つの面に対する整形外科手術用の複数のルールからなる知識ベースが提供される。骨、インプラントまたは切断ガイドを表す表面が取得される。プロセッサにより、上記の知識ベースの第1ルールが選択され、この第1ルールに対する少なくとも解剖学的特徴識別され、上記の表面の少なくとも1つの解剖学的特徴が検出され、上記の第1ルールおよび少なくとも1つの解剖学的特徴に応じて上記の表面に対する変更が定められ、この変更にしたがって上記の表面が変更され、これによって第1変更表面が得られ、この第1変更表面を基準にしてインプラントを指示する基準計画が出力される。また上記のプロセッサにより、第1変更表面に応じて切断ガイドモデルも形成される。この切断ガイドモデルにより、第1変更表面を基準にした骨の切断位置が示される。

0007

第2の様相において、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体には、整形外科計画用にプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている。この記憶媒体には、解剖学的特徴に基づく幾何学的形状の変更を表す作業命令全体にわたって順序を設定するための命令と、この順序設定に応じて患者用の整形外科計画を形成するための命令と、この患者の骨を基準にしたインプラント配置をモデル化するための命令と、この患者の骨に対する切断ガイドを設計するための命令とが含まれている。

0008

第3の様相において、非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体には、整形外科計画用にプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている。この記憶媒体には、患者の骨にインプラントするための、この患者固有の変更の外科手術計画を自動的に形成するための命令と、患者固有の切断ガイドをこの変更用に自動的に設計するための命令とが含まれている。

0009

本発明は、以下の特許請求の範囲によって定められ、この明細書に含まれているものは、これらの特許請求の範囲に対する制限と捉えてはならない。本発明の別の様相および利点は、好適な実施形態に関連して以下で述べられており、これらは後に独立してまたは組み合わされて特許請求の範囲に加えられ得る。

0010

コンポーネントおよび図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の基本原理を説明するために強調がなされている。さらに、図面において、類似の参照符号は、異なる複数の図にわたって対応する部分を示している。

図面の簡単な説明

0011

自動化された整形外科手術計画用システムの簡略化されたブロック図である。
1つの実施形態にしたがい、自動化された整形外科手術に対する一方式を示す図である。
自動化された整形外科手術計画形成方法の一実施形態を示す流れ図である。
整形外科手術計画形成方法の一実施形態を示す流れ図ある。
大腿骨に関連する例示的な外科手術計画を示す図である。

0012

実施例の説明
特徴ドリブンルールベースのフレームワークにより、整形外科手術計画が自動化される。3Dモデル化フレームワークにより、自動的に切断ガイドおよび外科手術計画が形成される。上記の骨を基準にして定められる患者の骨幾何学形状および一連の解剖学的特徴は、処理固有作業指令と組み合わされる。これらの作業指令は、特定の外科手術に対する処理を表す。これらの作業指令は、専門家の知識により、特徴に依存しかつ機械解釈可能な、知識ベース内のルールに抽象化される。一連の解剖学的特徴はつぎに形状モデラによって使用されて具体的なインプラント配置および切断ガイド設計処理が決定される。これらの処理は順次実行されて上記のインプラント計画が実行される。スクリプト言語によって外科手術計画作業フロー全体が前もって定められ、スクリプト可能なルールを介してフレキシブルかつカスタマイズ可能な自動化が得られることより、種々異なる整形外科手術による実現に対する汎用性が得られる。精度および再現性が得られると同時に時間のかかる手作業による介入調整が少なくなるかまたこれを不要にすることができる。事前承認される規制作業フローが遵守される見込みが高くなる。

0013

整形外科手術計画には、個人専用化された切断ガイドおよび患者に固有な外科手術計画の自動設計が必要である。ここでは実際の作業指令マニュアルから導出した抽象ルールが符号化される。上記のシステムは、これらのルールを使用して特定の患者の骨のモデルにおいてランドマークおよび特徴を自動的に検出する。検出された特徴およびランドマークは、上記の抽象ルールと組み合わせされて、具体的なインプラント配置処理仮想骨切断面、外科手術計画および切断ガイドまたは対象となる患者個人専用化されたガイドが定められる。この外科手術計画により、患者に対して切断をどのように実行するかおよびどのように切断ガイドおよびインプラントを使用するかが示される。

0014

上記の特徴ドリブンな個人専用化は、自動的、反復可能であり、かつ、上記の作業フロー自動化と一貫性を有する。外科医、デザイナ、メーカまたは別のプランナは、計画時間が低減され、および/または、ガイド設計の信頼性に高まることに起因して、自動化され計画の恩恵を受けることができる。患者は、一層正確な切断およびインプラント配置によって恩恵を受けることができる。インプラントのメーカは、使用されるインプラントが一層正確に決定されることによって恩恵を受けることができる。切断ガイドのメーカは、設計が一層正確かつ特定されることによって恩恵を受けることができる。自動設計解決手法は、任意の一人または複数のユーザに提供され、これによって設計の再現性および一貫性が得られると同時に時間が短縮される。作業指令をデジタル化するためのプラットホームにより、ユーザは、外科手術計画および切断ガイド設計処理全体を、作業指令の機械解釈可能なスクリプトの形態で実現することができる。

0015

図1には、自動化された整形外科手術計画用の例示的なシステムまたはプラットホームが示されている。ここに示したこのシステムは、コンピュータ、ラップトップタブレットワークステーションサーバまたは別の処理装置である。外科医、メーカ、デザイナまたは別のユーザは、自動化された計画および/切断ガイド設計のためにこのシステムを操作する。択一的な実施形態においてこのシステムは、クライアントサーバ構成を可能にするネットワークの一部であり、ここではクライアントが計画または設計を要求し、1つまたは複数のサーバが上記の自動化された計画または設計機能を提供する。

0016

このシステムには、プロセッサ12と、メモリ14と、ディスプレイ16とが含まれている。付加的なコンポーネントもしくは異なるコンポーネントを設けるかまたはコンポーネントの個数を少なくすることも可能である。例えば、ユーザ入力部、ネットワークインタフェースおよび/または複数のプロセッサが設けられる。

0017

ディスプレイ16は、CRT,LCD,フラットパネルプラズマプロジェクタプリンタ、これらの組み合わせ、または既存ないしは後に開発される別の任意のディスプレイである。グラフィック処理ユニットまたは別のハードウェアもしくはソフトウェアを使用することにより、ディスプレイ16は、グラフィルユーザインタフェース、外科手術計画、インプラントモデルインプラント画像、切断ガイドモデル、切断ガイド画像、骨画像またはこれらの組み合わせを表示するため、デカルト座標系または別の座標系白黒またはカラーピクセルを形成する。択一的または付加的な実施形態において、上記の計画および/またはモデルは、メモリ14または別のメモリに出力されるかまたはネットワークを介して伝送される。

0018

メモリ14には、知識ベース、ルール、スクリプト、モデルパラメタ、他のモデル情報特徴検出器医用画像データ(例えばセグメント化された骨情報)、骨モデル、インプラントモデル、切断ガイドモデル、CAD(computer assisted design)ツール、または整形外科手術計画および切断ガイド設計に使用される別の情報などのようなデータが記憶されている。別のデータも記憶することができる。

0019

択一的または付加的にメモリ14は非一時的なコンピュータ読み出し可能記憶媒体であり、この記憶媒体には、自動化された整形外科手術計画のためにプログラムされたプロセッサによって実行可能な命令を表すデータが記憶されている。ここで説明している上記の処理、方法および/または技術を実現するためのこれらの命令は、コンピュータ読み出し可能記憶媒体またはメモリ上に提供され、例えばキャッシュバッファ、RAM,リムーバブルメディアハードドライブまたは別のコンピュータ読み出し可能記憶媒体上に提供される。コンピュータ読み出し可能記憶媒体には、種々異なるタイプの揮発性および不揮発性記憶媒体が含まれる。図面に示されているかまたはここで説明している機能、アクションまたはタスクは、コンピュータ読み出し可能記憶媒体内またはこれに記憶されている1つまたは複数の一連の命令に応じて実行される。これらの機能、アクションまたはタスクは、特定のタイプの命令セット、記憶媒体、プロセッサまたは処理ストラテジとは独立しており、ソフトウェア、ハードウェア、集積回路ファームウェアマイクロコードなどによって実行されるか、単独動作するか、またはその組み合わせで実行することができる。同様に処理ストラテジには、マルチプロセッシングマルチタスキング並列処理などを含むことが可能である。

0020

1つの実施形態において、上記の命令は、ローカルまたはリモートのシステムによる読み出しのためにリムーバブルメディア装置に記憶される。別の実施形態では、これらの命令は、遠隔地に記憶されており、コンピュータネットワークを介してまたは電話回線上で伝送される。さらに別の実施形態において上記の命令は、所定のコンピュータ、CPU,GPUまたはシステム内に記憶される。

0021

プロセッサ12は、汎用プロセッサ特定用途向け集積回路デジタル信号プロセッサFPGA,マルチプロセッサアナログ回路デジタル回路ネットワークサーバ、グラフィック処理ユニット、これらの組み合わせまたは自動化された作業フローを実行する既存もしくは後に開発される別の装置である。ユーザは、起動コマンドを入力するか、患者を選択するか、患者の骨データを選択するか、外科手術手順を選択するかまたは作業フローを初期化することができる。これに対してプロセッサ12は、ユーザのさらなる入力なしに、上記のルール全体にわたって順序を設定し、上記の外科手術計画および/または切断ガイド設定を形成する。択一的な実施形態においてユーザは、作業フロー中に種々異なる点において上記の作業フローの処理を確認および/または変更することができる。

0022

プロセッサ12は、自動化された作業フローに対し、抽象化された作業指令および専門家の知識を使用する。上記の作業指令および知識は、特徴依存の機械解釈可能なルールとして知識ベースに記憶されている。上記の設計ルールが実現されて上記のシステムに供給されると、プロセッサ12は、所定の外科手術に対するルールを順次に実行し、解剖学的知識の備わったCADツールを使用して上記の設計および/または計画処理を決定する。

0023

解剖学的知識は、ビルトイン特徴検出を介して組み込まれる。プロセッサ12は、具体的なインプラント配置および切断ガイド設計処理を決定するため、一連の解剖学的特徴によって形状モデラを実現する。幾何学形状データの形態で新たな患者の解剖学的構造(すなわち患者に固有の骨形状)が与えられると、プロセッサ12は上記のスクリプトを処理する。このスクリプトは解剖学的特徴を利用して、上記の計画および切断ガイド設計をどのように実行するかを一意に決定する。切断および/またはインプラントの選択および配置に対する種々異なる測定値を定めるため、与えられた骨幾何学形状に対してこれを表す特徴が検出されて利用される。

0024

プロセッサ12は、最善の適合のために上記のインプラントの最適なサイズと、骨セグメントまたは関節を最善に位置合わせするための骨における最適な配置とを自動的に見つけることができる。上記のルール全体にわたって順次に処理することにより、インプラント計画が実行される。スクリプト言語によって外科手術計画作業フロー全体を定めることにより、時間のかかる手作業の介入を限定するかこれを回避することができる。上記の作業フローにより、インプラントおよび/または切断ガイドに対する設計が行われる。これらのツールをモデル化することの他にプロセッサ12によって外科手術計画も提供され、この外科手術計画は、外科手術を実際にどのように行うかについての外科医に対するガイドとして使用される。上記のルールにより、隣接する複数の骨を基準にし、これに依存して計画を行うことができる。複数のインプラントを加えることができるため、上記のルールにより、互いに隣接する複数の骨が扱われる。

0025

図2には、プロセッサ12によって実現される上記の作業フローと、対応する処理エンジンとが示されている。この作業フローには、知識ベース50および形状モデラ51が含まれている。知識ベース50には、作業指令52と、ルール54と、スクリプト56とが含まれている。形状モデラ51には、スクリプトインタプリタ58,成形エンジン60と、CADツール62と、特徴検出器64とが含まれている。付加的なコンポーネントもしくは別のコンポーネントを設けるかまたはコンポーネントの個数を少なくすることも可能である。

0026

知識ベース50は、外科手術手順についての情報である。作業指令52は、上記の知識ベースの一部とみなすことができるかまたはルール54として上記の知識ベースに含まれる概念的な情報とすることができる。同様にルール54は、形状モデラ51によって使用されてスクリプト56を形成するのに使用されることの他には、上記の知識ベースに含まれないことも可能である。

0027

成形エンジン60は、別に独立させることなくスクリプトインタプリタ58を含み得る。ここではただ1つの、2つのまたはそれ以上の特徴検出器64を使用することが可能である。これらの特徴検出器64は、検出アプリケーションであるかまたはPACS(picture achieving and communications system)または医用画像システムのような、1つまたは複数の独立したシステムにおいて提供されるアプリケーションである。また任意の個数のCADツール62を組み込むこともできる。CADツール62にはCADアプリケーションが含まれているか、別個のシステムにおいて提供されるCADアプリケーションを参照する。

0028

切断ガイドおよび外科手術計画の手作業による設計は、上記の作業指令のプロセスにおいて定められるステップ毎のプロセスである。図2アプローチにおいて、上記のプロセスは、モデル化フレームワークを介して自動化される。上記の記述的な作業指令は、機械解釈可能なスクリプトルールに翻訳される。これらのルールは、知識ベース50内で指定されるスクリプト56において定められる。この作業フローシステムでは、スクリプト56および/またはルール54がプリロードされて作業フローが実現される。上記のスクリプトの実現/設計は、オフラインで行われ、規制機関によって承認されれば、決定される。外科手術計画中の患者に対し、スクリプト56は、スクリプトインタプリタ58を介して上記のシステムに供給され、これそのものは、形状モデラ51に埋め込まれるかまたはこれに情報を供給する。

0029

形状モデラ51は、スクリプト56に指示されて自動的に起動されるCADツール62を使用して表面または形状を設計する。表面成形エンジン60は、スクリプトインタプリタ58と対話して、デジタル化された作業フローからルールを順次に成形エンジン60に供給する。各ルールrは、特徴によって定められる処理TiF(r)に翻訳される。特徴検出器64は、骨を基準にした位置を決定するために起動され、CADツール62によって骨、インプラントおよび/または切断ガイドを変更するための外科手術作業指令52に対応する処理が実現される。スクリプト56の順次の実行は、スクリプトインタプリタ58によって保証され、このスクリプトインタプリタは、ルール54を解析し、上記のデジタル化された作業フローにおける現在のルールの状態を維持する。

0030

上記の作業フローは、任意の整形外科手術に使用される。この外科手術は、インプラントなしに骨を除去するためのものとすることが可能である。例えば、作業フローにより、インプラントを伴わない切断ガイドの設計および計画を提供される。上記の外科手術は、切断ガイド設計のない計画用とすることができる。上記の外科手術は、切断ガイドを伴わないまたは骨の除去を伴わないインプラントの計画のためのものとすることが可能である。上記の作業フローは、使用するインプラントのタイプ(例えばスタイル)および/またはサイズを選択するために使用可能である。外科手術は、1つの骨に対する変更、または、接続されているかもしくは隣接している複数の骨に対する変更を含み得る。ここで接続とは、相互作用性または共通の一関節の一部であることを示すために使用される。

0031

任意の1つまたは複数の骨が含まれ得る。説明のため、全置換インプラントおよび対応する外科手術について上記のフレームワークを説明する。上記のワークフローは、上記の知識ベースおよび特徴検出器を外科手術または骨に適合させることにより、別の骨にまたは別の外科手術に使用可能である。

0032

全膝置換手術中、外科医は、異なる3つの平坦な切断A,BおよびCのような切断を使用して骨の不要部分を切り落とす。引き続いて外科医は、骨の除去部分を適切なタイプおよびサイズのインプラントによって置き換える。一般的には脛骨および大腿骨インプラントの両方が同時に挿入される。患者の回復のためには骨の複数の基準切断の精度が重要である。なぜならばこれらの切断により、骨の位置合わせも骨の壁部における応力も共に決定されるからである。例えば切断Aが大きすぎる場合、脚が短くなり過ぎることがあり得る。配向がずれている場合、大腿部インプラントは、膝骨インプラントと良好に位置合わせされないことになり得る。同様に切断BおよびCの位置および位置合わせが正しくない場合、余分に骨材料が除去されて応力の量が増大することになり、これによって骨折の危険性が増大し得る。このような理由から、カスタム化された切断ガイドが設計されて製作されるのである。外科医は、上記の基準切断の正確な配置を補助するため、患者個人専用の切断ガイドを使用する。切断ガイドにより、実行すべき1つ、2つまたはそれ以上の切断のための切断の位置が示される。例えば、切断ガイドにより、切断Aに対する位置が示され、切断BおよびCは、上記の切断ガイドによって別個にガイドされずに定められる。切断ガイドには択一的に、切断Aに対する切断BおよびCの相対位置を示すエッジ、スロットまたは印字が含まれ得る。

0033

切断の個数は、骨およびインプラントの構成に依存する。インプラントの配向および位置の大部分は、患者の解剖学的構造によって決まる。この点から見て解剖学的特徴は重要である。患者の骨においてこのような特徴を正確に検出することにより、インプラントの正しい選択および配置が行われる。インプラント、骨および外科手術手順に依存して、種々異なる関心対象の解剖学的特徴が考えられ得る。膝インプラントにおいて使用される解剖学的特徴には、大腿骨の軸線および大腿骨の最遠位点がある。これらの特徴は患者の骨において自動的に検出される。上記の作業フローフレームワークは自動的に、外科医用の外科手術計画を形成する。ここでは上記の解剖学的特徴を基準にした相対的な測定値が供給されて正確な切断もインプラント配置も共に保証される。これらの特徴の選択は、アプリケーション固有であり、対応する作業指令52によって決定される。作業フローフレームワークは、基礎をなす特徴検出アルリムの選択とは無関係である。検出のために任意のアルゴリズムを使用可能である。

0034

図3には自動整形外科手術計画のための方法が示されている。この方法は、プロセッサ、サーバ、コンピュータなどの図1のシステム、図2の作業フローシステムおよび/またはこれと異なるシステムを使用することによって実現される。一般的にプロセッサは、外科手術のタイプ、外科手術用の知識ベース、任意の特徴検出器、任意のCADツールおよび患者の骨の表現を含む入力を受け取る。このプロセッサは、上記の方法を実行して、外科手術計画、インプラント設計および/または切断ガイド設計を出力する。

0035

図3に示したアクションに付加するアクションもしくは図3に示したアクションとは別のアクションを提供することができ、またはアクションの数を少なくすることも可能である。例えば、別のタイプのデータにアクセスするためのアクション、出力を伝送するためのアクション、および/または上記の方法または計画を記憶するためのアクションが設けられる。

0036

上記のアクションは、図示の順序で実行されるかまたは別の順序で実行される。例えば、アクション20および22におけるルールおよび患者固有骨情報の供給は、任意の順序で行われるかまたは同時に行われる。アクション26〜38は、アクション24を実行するためのアクションの例を表しており、アクション26〜38のうちの任意のアクションの実行は、アクション24の実行の一部とみなすことができる。択一的にはアクション24は、最後のアクション(例えば38)が実行されてはじめて実行されたみなすことができる。アクション42は、アクション40を実現するためのアクションの例であり、アクション42の実行は、アクション40の実行とすることが可能である。

0037

図4には自動整形外科手術計画のための方法の別の実施形態が示されている。図4のこの方法は、形状モデラ51の実現に対応する。図4のアクションは、図3のアクションと同じシステムによって実現されるかまたは異なるシステムによって実現される。同じシステムにより、所定のアプリケーションにおいて図3および4のすべてのアクションまたは一部のアクションの組み合わせを実現することができ、これによって外科手術計画、インプラントモデルおよび/または切断ガイドモデルが形成される。これとは異なり、図3および4はそれぞれ択一的な実施例を表す。

0038

関節置換インプラント用の整形外科手術計画には、インプラントの最適サイズ、インプラントの位置、病理学的に異常な骨領域を除去するための基準切断、および/または1つまたは複数の骨の初期または1つまたは複数のまたはすべての変更を実行するための切断ガイドのカスタム化が含まれている。上記の計画は、切断ガイドおよび外科手術計画を自動的に形成する3Dモデル化フレームワークにおいて実現される。人間に読める形の作業指令は、上記の提案されるフレームワークにおける機械解釈可能なルールに翻訳される。ルールは、スクリプト言語によって指定され、患者に固有な骨を基準にしてまたは骨表面において検出される複数の特徴に基づく。このアプローチのフレキシビリティは、ルールの多様性にあり、この多様性によってデジタル方式の製作および計画において種々異なる構成を取り扱うことができる。

0039

図3のアクション20において、骨に対する整形外科手術用のルールの知識ベースが供給される。この知識ベースはデータである。このデータには複数のルールまたはこれらのルールを表すスクリプトが含まれている。実行すべき切断についての専門家の知識、骨の複数の特徴を基準にした切断の位置、切断の順序、インプラントのサイズ、別の骨を基準にしたインプラントの配置、および/または計画に対する別の考察が上記の知識ベースに組み込まれている。

0040

上記のルールは、幾何学的基本要素サポートするスクリプト言語で表される文脈自由文法である。外科手術に固有なまたは文脈に依存するスクリプトを使用するというような別の実現方法も提供可能である。

0041

上記の知識ベースの役割は、上記の作業指令から導出される一連のルールRによってこの作業フローをデジタルで表現することである。上記のルールは、アプリケーション固有であり、複数の表面のクラスの実現を扱う。ルールは、種々異なるステップをどのように実行するかを、また各ステップを実行するのにどの特徴を利用するかを記述する。1つのステップそれ自体は、切断Aに沿った切断のためのステップ、切断Bに沿った切断のための別のステップ、および切断Cに沿った切断のためのステップのような患者の骨に対する1つまたは複数の表面の修正を示す。

0042

上記のルールは、調整または位置決め処理TiF(r)およびこれらの処理を実行するために使用される特徴Fを指示する。例えば、骨表面を切断するため、上記の知識ベースは、広い範囲の複数の表面に対して一貫して1つの切断を実行する個所を定めるルールrを指定する。引き続いて上記のルールは、切断面および切断のタイプを計算する。表面は多様性を有し得るが、そのクラスの属性によって保証されるのは、複数の特徴Fからなる何らかの標準セット識別可能であり、かつ、そのような平面を定めるのに十分であることである。患者の骨モデルにおいて検出される特徴が存在することにより、上記のフレームワークが導出される。上記の知識ベースにより、スクリプト言語でルールが実現され、これによって種々異なるインプラントおよびガイドタイプおよび目標形状に対する完全なフレキシビリティが可能になる。

0043

上記のルールの知識ベースには、1つまたはそれ以上の骨に関連するルールのスクリティングが含まれ得る。例えば、2つのインプラントは、膝骨および大腿骨に対して位置合わせされまた相互にも位置合わせされる。また骨相互の配向はまた複数のインプラントの相対的な位置を指示し得る。複数のインプラントの相対位置は、1つまたは複数の切断の位置のような、行うべき骨成形を規定する。上記のルールには、複数の骨における特徴の検出によってこれらの骨のうちの1つにおける切断位置を決定するなどのように、インプラントおよび/または骨間の関係が取り入れられている。択一的には1つまたは複数またはすべてのルールは、ただ1つの骨に基づく1つの骨に対するルールである。

0044

図3のアクション22および図4のアクション70において、患者固有の骨情報が求められる。ユーザは、患者に対するデータセット、1つまたは複数の画像を選択することによって骨情報を入力する。この情報は、伝送されたものを受信するか、メモリからアップロードするか、または患者をスキャンすることによって求めることができる。

0045

上記の骨情報は、患者の体積を表すデータセットである。例えば、CT(computed tomography)またはMR(magnetic resonance)データセットにより、上記の関節を含む体積が表される。他の画像診断法から得られるデータを使用することが可能である。上記のデータセット内のデータは、骨の表面も他の構造も共に表す。択一的には骨分割情報が取得される。骨および/または骨の表面を表す位置が分割されて、分割されたこの情報が、他の構造を表すデータなしに受信される。1つまたは複数の他の構造に対するデータを上記の骨分割情報に含めることが可能である。ここでは任意の分割を使用可能である。

0046

上記の骨情報は、器官形状を表す。患者が変われば、サイズ、形状、密度または別の骨特性が変わる。取得された骨情報は、特定の患者に対する1つまたは複数のこれらの特性を示す。

0047

アクション24では、上記のルールの知識ベースおよび骨情報から外科手術計画が自動的に形成される。この外科手術計画は、患者の骨にインプラントするために外科医によって実行される1つまたは複数のステップを指示する。この外科手術計画には、実行すべきアクションまたは指令(例えば、位置xにおける切断)、(例えば切断すべき個所または位置および最終結果を示す)1つのまたは複数の画像、(例えばサイズ、タイプおよび/または形状などの)インプラントの1つまたは複数の特性、および/または外科医用の別の情報が含まれ得る。例えば、上記の外科手術計画は、切断位置、方向および対応する特徴を示すオーバレイされたラインまたはグラフィックを伴って患者の骨の1つまたは複数のビューを表示する(図5を参照されたい)。

0048

図3にはアクション26〜38を含む上記の外科手術計画の作成が示されている。これらのアクションは、1つの計画を出力するという状況において設けられている。図4には、アクション72〜88として外科手術計画の作成が示されている。これらのアクションは、上記の計画および/または上記の計画を実現した後の骨を表す画像を出力するという状況において設けられている。付加的なアクションもしくは別のアクションを使用することができ、またはアクションの個数を少なくすることも可能である。1つの実施形態において、簡略化した外科手術計画作業フローに含まれているのは、解剖学的特徴の検出と、インプラントの大まかなサイズの決定と、インプラントの最適な配置およびサイズ調整と、種々異なる特徴を基準にしたインプラントサイズ、タイプおよび配置を指示する外科医用の基準計画の作成と、外科手術計画に基準切断を含めることとである。一層複雑な作業フローでは、個人専用化したインプラントも設計することができる。

0049

上記の外科手術計画は、上記のアクションを通るワンパスによって作成することができる。図3にも図4にも共に、知識ベースにおける一連のルール全体にわたって順序を設定するための繰り返しが示されている。この繰り返しは、上記のスクリプトにおける上記の複数のルールが実行されるまで行われる。上記の作業指令は、処理の順番にルールおよび対応するスクリプトに組み込まれている。外科手術計画用作業フローおよび切断ガイド設計には、デザイナ用の作業指令マニュアルに指定されている一連のステップが含まれている。各パスには、つぎのルールの選択と、対応する特徴の識別と、変更の定義と、骨表現の変更とが含まれている。各パスでは、上記の順序におけるつぎのルールの1つまたは複数の処理が実現される。上記の順序のルールは、骨幾何学形状の一連または相異なる変更を表す。1つまたは複数のルールは、択一的または付加的には骨幾何学形状変更以外のアクションを表し得る。上記のプロセスは、スクリプトインタプリタが適用可能なすべてのルールを使い尽くし、上記の骨の設計されたまたは所望の形状および/またはこの所望の骨形状用の切断ガイドとして現在の表面が出力されるまで繰り返される。

0050

上記の作業フローの順序設定を伴う知識ベースにおけるルールおよび対応するスクリプトの集合の使用は、モジュール方式で行われる。同じ構造およびアプローチを異なる整形外科手術に対して使用可能である。知識ベースにおけるルールセットは変わり得るが、上記の作業フローおよび自動化処理は同じであるか類似している。このモジュール方式のアプローチの利点は、上記の作業フローモデラおよび成形エンジンが自動化されて特定の応用に固有なものではなくなることである。スクリプト可能なルールおよび関連する特徴セットを変更することにより、上記の応用を変更することができる。

0051

スクリプトを記述することによって上記のアプローチを構成することができる。上記の順序設定は、スクリプトインタプリタによって実現される。このスクリプトインタプリタまたは制御アプリケーションは、上記の知識ベースの作業指令に対するスクリプトを解釈する。上記の作業フローを自動的に実現するため、スクリプトインタプリタは、知識ベースによって示された順序でルールを解釈する。

0052

上記の順序設定は自動的に行われる。一度起動してしまえば、上記の外科手術計画は、ユーザ入力または対話がなくても作成される。別の1つの実施形態において、1つまたはそれ以上またはすべての操作を確認するため、ユーザは入力を促される。例えば、提案されたルール実現後の結果がユーザに提示される。この場合にこのユーザは適切な処理を確認する、および/または、変更するのである。

0053

図4のアクション72では現在の表面が決定される。上記の順序が最初のパスの場合、この現在の表面は、アクション70から入力された表面である。後続のパスに対して、上記の現在の表面は、1つまたは複数の変更が組み込まれている上記の入力表面である。与えられたルールは、上記の表面の変更を定めることができるため、変更の後の上記の現在の表面にはこの変更が含まれているのである。

0054

図4のアクション76および図3のアクション26では、1つのルールが選択される。このルールは知識ベース80から選択される。これらのルール全体にわたって順序を設定することにより、この順序の一部として異なる複数のルールが選択される。アクション78では、スクリプトインタプリタは、知識ベースに定義されている順序で上記のスクリプトにアクセスする。例えば、これらのルールは、第1のルールから最後のルールに至る順序で提供されるかアドレス参照される。1つまたは複数のルールは、上記の順次内に複数回含まれ得る。上記のルールの変更または別の処理が上記の計画の作成時に実現されると、スクリプトインタプリタは、要求されてまたは自動的につぎのルールを選択する。

0055

スクリプトインタプリタによって上記のルールを実現するため、文脈自由文法を有するスクリプト言語を設計する。例えば、BisonおよびFlexツールを使用する。この言語は、点、平面および表面メッシュを操作することができる(例えば3次元で位置または配向を定義する)マトリクスなどの幾何学的基本要素に加えて標準データタイプをサポートしている。このスクリプト言語は、IF-THEN-ELSEおよびFORおよびWHILEループのような制御構造を含み得る。任意のプログラム構造が使用可能である。固有機能には、CADツールAPI(application programming interface)と、特徴検出API関数および基本要素表面マニュピュレータに対するインタフェースを含むことができる。カスタム化された言語により、上記のスクリプトの取り扱いが容易になり、またCADアプリケーションとの統合化が容易になると同時にこのCADアプリションのフレキシビリティが維持される。別の実施形態では、標準または一般的なプログラミング言語が使用される。

0056

アクション28および82では、1つまたは複数の解剖学的特徴が識別される。上記のルールは1つまたは複数の解剖学的特徴をベースにすることができるため、このルールはこの特徴を示すのである。スクリプトインタプリタは、上記のルールを実現するために使用する特徴を識別する。これらの特徴は、表面の変更または位置操作を定めるために使用される。1つの実施例において上記のルールは、法線nにおいて大腿骨骨頭からxだけ離れた、骨における切断として切断Aを定める。切断の回数は、インプラントの構成に依存する。その配向および位置は主に患者の解剖学的構造によって決定される。この点において解剖学的特徴はそれぞれの表面変更または位置決め操作を定めるために利用される。このために種々異なる解剖学的特徴が上記のルールによって識別される。

0057

スクリプト可能な上記のルールは、1つまたは複数の特徴に関係し得る。一般的にインプラントの構成またはタイプが異なれば、複数の特徴の異なる組み合わせが使用される。上記のインプラントは取り付けが異なり得るため、上記の骨には異なる変更が必要である。ある変更は、他の変更とは同じまたは異なる一連の骨の特徴を基準とし得る。複数の特徴の上記の組み合わせは、スクリプトのIF-THEN-ELSE命令を介して選択される。例えば、上記のルールには、自己記述的式のルールとしてCutFemurBoneAtPlane(平面において大腿骨を切断せよ),PartitionFemurCartilage(大腿骨軟骨を分離せよ)およびCutTibiaAtPlane(平面において脛骨を切断せよ)が含まれる。これらのルールは、上記の切断および/また分割の位置を参照する。1つの実施例において大腿骨切断面Aは2つの特徴から決定される。インプラントはこの面に載置されており、別の切断面はこの面を基準にして定められる。この実施例では上記の面は、大腿骨の最遠位点から距離xの位置に配置される。この最遠位点は、骨表面の1つの特徴である。面法線は、大腿骨の解剖学的軸線に位置合わせされる。この解剖学的軸線は、骨表面の1つの特徴である。上記のスクリプトは以下のように表すことができる。すなわち、
//解剖学的軸線の検出
anatomicalaxis = DetectFemurAnatomicalAxis
//最遠位点の検出
mostDistalPoint = DetectFemurMostDistalPoint
//遠位点を上位の方向に移動
shiftedMostDistalPoint = mostDistalPoint-x*anatomicalAxisDirection
//切断面の定義
cuttingPlane = Plane(shiftedMostDistalPoint, anstomicalAxisDirection)
のように表される。

0058

別のスクリプトも使用可能である。このスクリプトは、実行すべき処理と、この処理に使用される特徴と、この処理用パラメタ(例えば、距離、角度…)を示している。付加的な情報もしくは別の情報を指示するかまたは指示される情報の個数を少なくすることも可能である。

0059

図3のアクション30および図4のアクション84では、1つまたは複数の特徴検出器が呼び出される。この特徴検出器は、上記の特徴を検出するために呼び出される。特徴検出器は、独立したアプリケーションであるかまたは上記の作業フローの一部として含まれている。例えば、特徴検出器は、同じプロセッサによって実現されるが、独立した実行可能ファイルである。スクリプトインタプリタは、特徴検出器を呼び出し、上記のルールにおいて識別される特徴を検出させる。特徴検出器それ自体は、上記のスクリプトインタプリタ内に含まれることもまたはこれに含まれないこともある。

0060

ここでは任意の特徴検出器を使用可能である。この特徴検出器は、骨表面上でまたは骨を基準にして特徴の位置を決める。上記の入力された骨表面または現在の骨表面が、特徴検出器によって使用される。患者を表す別のデータのような、択一的または付加的な別の情報を使用することができる。患者の骨の1つまたは複数の特徴の位置を決めるため、フィルタリング画像処理機械学習クラシファイアまたは別の検出を使用して上記のデータが処理される。

0061

アクション32および86では、上記の呼び出された特徴検出器により、1つまたは複数の解剖学的特徴が検出される。呼び出された特徴検出器は、起動されて動作する。検出された特徴は、上記の骨表面上にあるが、骨の内部またはこの骨から離れた位置に存在することが可能である。上記の特徴を表す任意の1つまたは複数のパラメタは、作業フローにおいて使用されるために出力される。例えば、点、線、表面、平面、体積体またはこれらの組み合わせが出力される。上記の位置は、上記の入力された骨表面または現在の骨表面のいずれかを基準にしている。

0062

アクション34では、上記の特徴に関連する変更が決定される。特徴は、実際の表面変更処理を一意に定めるために使用される。実行すべき変更は、検出された特徴によってまた上記のルールによって定められる処理に基づいて決定される。これらの特徴により、病理学的に異常な骨の除去または変更のための位置が指示される。所定の骨表面によって初期化される場合、上記の表面成形エンジンは、スクリプトインタプリタにルールを問い合わせて、上記の検出した特徴を基準とした変更を指示する命令を実行する。これらの特徴は実行中に検出され、表面変更処理がランタイムに決定される。骨を除去するための切断位置が決定され、および/または、切断位置を基準にした除去すべき骨の部分が指示される。ドリル孔の位置および深さまたは別の情報を上記の変更として決定することができる。

0063

上記の変更は、スムージングスクーピング、平坦化、穴あけ、切断、除去、削り出し、または外科手術もしくは切断ガイドもしくは設計中のインプラントによる別の変更のためのものである。上記の変更は、固定具接着剤の層または別の物体を加えるなどの追加とすることが可能である。局所的なスクーピングまたはスムージングの例において、上記の知識ベースは、処理(すなわちスクーピングまたはスムージング)と、スクーピングまたはスムージングパラメタと、対応する関心対象または変更位置に対する識別子(例えば特徴)とについて表面成形エンジンに通知する。この識別子に基づいてスクーピングまたはスムージングすべき領域が決定される。別のパラメタに基づいてスクーピングまたはスムージングの範囲が決定される。

0064

アクション36では、上記の変更に基づいて表面が変更される。変更される表面は、上記の骨表面が表されたものである。表面成形エンジンにより、データによって表される仮想表面が変更される。骨の除去および/追加がエミュレーションされる。

0065

アクション88では、上記の変更を実行するために1つまたは複数のCADツールが選択される。標準またはカスタムデザインされたCADツールのような任意のCADツールを使用可能である。1つの実施形態において平面を定めるCADツールが、面を切断するために呼び出される。つぎに除去すべき部分が、削除CADツールを使用して除去され、この結果上記の面に沿った除去後のメッシュの移動または変更が得られる。上記のスクリプトは、上記の変更および位置情報に基づき、使用するCADツールを指示し、このCADツールの処理を定める。

0066

アクション87では、呼び出されたCADツールは上記の表面を変更するために使用される。上記の表面を定めるメッシュおよび/またはマトリクスは、上記の変更を考慮するために変更される。例えば、CAD切除ツールは、上記のスクリプトおよび検出された特徴によって定められるパラメタに基づき、骨の病理学的異常部分を除去する。例えばこのCADツールによって実現されるスクリプトは、CutSurface(cuttingPlane, shiftedMostDistalPoint)とすることができる。上記の変更の結果は、現在の表面であり、これは上記の順序構成のつぎに繰り返し用にアクション72に供給される。

0067

アクション90およびアクション38では、患者の1つまたは複数の骨用の整形外科手術用計画が形成される。上記のルール全体を通して順序を設定した後、一連の変更が決定される。この計画は、順序設定の結果から形成される。

0068

1つの実施形態では、上記の順序設定から得られる表面が上記の計画として出力される。この計画は、患者の1つまたは複数の骨を基準にした所望の結果を示している。ユーザが選択した視点のような任意の視点からの3次元予想図が上記の計画として出力される。択一的または付加的には、3つの直交軸のうちの各軸からの図のように複数の平面図を出力することができる。

0069

別の実施形態では、切断位置または変更位置およびタイプを示すグラフィックを有する開始時の骨表面を上記の計画として出力する。この計画は、開始時の1つまたは複数の骨を基準にして所望の変更を指示する。図5には、大腿骨に対する外科手術計画の例が示されている。多断面再構成像の平面図像において前面像側に基準面Aが定められており、また基準面Aをベースにして面BおよびCが内側に示されている。基準面Aは、ベクトルとして定められており、このベクトルは、内側の横方向軸周りに角度αだけ解剖学的軸vaを回転することによって形成される。この面は、骨の最遠位点pdから距離hAの位置に配置されている。面Bは、前面後面軸に沿って角度βだけ面Aを回転することによって定められ、最前点Paから距離hBに配置されている。面Cは、Bから距離hCの位置に配置され、かつ、面Aと角度γを成すように回転される。出力される上記の計画は、一層複雑になり得る。

0070

上記の計画の開始点および/または終了点を示すのではなくまたはこれに加えて種々異なるステージまたはステップを示すことができる。例えば、上記の手続きの異なる個所における上記の骨が示される。手術の順序を表す一連の画像が上記の計画として出力される。

0071

さらに別の実施形態では、特定の患者の特定の骨を基準にした変更およびパラメタのテキストによるサマリが出力される。ここではアクションのリストが示される。

0072

この際にはテキストおよび画像の組み合わせを使用することができる。例えば、一連の変更および対応する変更前および/または変更後の画像が表示される。これらの画像は、特定の患者に対する骨表面の画像である。

0073

上記の計画は、インプラント情報を含むこともまたはこれを含まないことも可能である。例えば、1つまたは複数の画像は、切断後の上記の表面を基準にしたインプラントに位置を示す。この変更した骨を基準にした上記のインプラント配置がモデル化される。計画の残りの部分にしたがって変更される患者の骨と共に上記のインプラントおよびインプラント配置を表示することにより、このインプラントを移植する最終的なアクションにおいて外科医を支援する。上記の複数の画像は、外科医が上記の変更した表面を基準にしてインプラントを配置することを支援する。

0074

上記のインプラントが複数の骨に影響を及ぼす個所では、上記のインプラント配置は、種々異なる骨を基準にしてモデル化される。例えば、上記のルールは、隣接する骨におけるインプラントまたは特徴の方向、形状および/または位置に部分的に基づき、1つの骨を基準にしたインプラントの位置を示す。上記の計画は、1つよりも多くの骨に対する1つまたは複数のインプラントの相対的な配置を示す画像を含むことができる。

0075

別のインプラント情報を求めて出力することも可能である。例えば1つまたは複数のルールには、使用すべきインプラントのサイズおよび/またはタイプも、インプラント配置も共に求める処理が含まれ得る。特徴が検出されると、この特徴は、インプラントの最適サイズ、タイプおよび位置を決定するために使用される。

0076

図3のアクション40では、切断ガイドが自動的に設計される。外科手術計画を実現するため、この切断ガイドよって外科医を支援することができる。この切断ガイドは、複数の切断または別の変更の位置をガイドする。この切断ガイドにおけるスロット、ホール、表面、マークまたは別の構造体は、変更ツール(例えば鋸またはドリル)を指示し、および/または外科医にどこを変更すべきかを指示する。

0077

1つまたは複数の変更を上記の切除ガイドによってガイドすることができる。一部またはすべての変更がガイドされる。例えば、大腿骨に対する切断ガイドには、面Aに沿った骨の切断をガイドするためのスロットが含まれるが、他の平面に対するスロットは含まれない。

0078

上記の切断ガイドは患者に固有のものである。特徴の位置は患者毎に異なるため、上の変更の位置も患者毎に異なる。在庫の切断ガイドまたは共通の切断ガイドはこれらの相違を考慮することができない。むしろ上記の切断ガイドは患者固有にモデル化されるのである。サイズ、形状、構成および/またはガイド位置が、固有の骨表面に対してモデル化される。例えば、切断ガイドにおける接触面または点は、切断面を適切に配置するために患者の骨と合わせられる。

0079

上記の切断ガイドの設計は、上記の複数のルールに基づいて行われる。上記のスクリプトには、切断ガイドをモデル化するためのルールが含まれている。外科手術中の切断ガイドの配置を示すことおよびその使用を除き、上記の外科出術計画には、切断ガイド設計処理から出力される上記のルールは含まれない。択一的には上記の計画には、付加的な切断ガイド設計情報が含まれている。

0080

アクション42では、上記の切断ガイドのサイズ、形状およびガイド位置がモデル化される。切断ガイド用の抽象テンプレートは、所定の患者の外科手術および/または骨表面に変更される。切断ガイドは、この患者の骨のスタート時の表面に合わせて個人専用化され、これによってインプランテーション用に骨の最終的な所望の表面が得られる。この切断ガイドと上記の骨の表面とが一致させられ、この骨を所望のように変更するため、上記の切断位置または別の変更の位置がこのガイド上に示される。

0081

1つの実施形態では、上記の切断ガイド設計作業フローには、この切断ガイドを配置するために外科手術計画情報を使用することが含まれる。例えば、1つの拘束は、上記の切断ガイドを基準にして面Aを位置合わせすることである。上記の切断ガイドテンプレートパラメタは、骨表面の特徴に基づいて指の長さおよび深さを求めるなどのように患者用に調整される。表面形状、表面接触点、長さ、幅および/または角度のような任意のパラメタを使用可能である。上記の骨表面と切断ガイドモデルとを一致させた後、上記の骨表面を表すデータが除去される。結果として所定の患者に固有に設計された切断ガイドが得られる。複数の特徴が得られた場合、これらの特徴は使用されて、上記のテンプレートおよび/またはルールに基づいて所定の拘束を有する個人専用化された切断ガイドが設計され。

0082

上記の切断ガイドモデルは、メーカに出力される。このメーカは、患者の外科手術用に個人専用化された切断ガイドを作製する。上記のモデルにより、切断ガイドのタイプと、個人専用化に使用される可変パラメタに対する1つまたは複数の値とが示される。このモデルは、上記のタイプまたはパラメタの値を介して、異なる複数の患者に共通な切断ガイドの複数の様相を示すことができる。上記のテンプレート、上記の骨表面を基準にした配置およびサイズ値は、上記の設計に対する拘束である。

0083

1つの外科手術において2つの骨を変更すべき場合、別個の切断ガイドが設計され、これらの異なる骨に使用される。1つの骨用のこれらの切断ガイドの設計および/または変更は、別の1つの骨を基準にするかまたはこの別の1つの骨とは無関係にすることが可能である。同様に上記の切断ガイドは、互いに依存するかまたは互いに無関係にすることが可能である。択一的な実施形態では、1つの切断ガイドにより、1つまたは複数の骨に対する変更を指示する。例えば、この切断ガイドは、2つの骨における変更をガイドするため、2つの骨に取り付けられるかまたはこれと対照して配置される。

0084

上記に加えてまたは上記とは択一的に上記のインプラントは、モデル化および個人専用化可能である。標準または利用可能なタイプおよびサイズのインプラントを使用するのではなく、上記のルールおよび骨表面を使用してインプラントのサイズ決定および/または形状をモデル化することができる。例えば、他のインプラントと相互作用を及ぼすため、表面(例えばボール)を基準にしたインプラントのベースの角度は、2つの骨の軸の相対角に基づいて設定される。患者毎の変化を考慮する別の個人専用化も使用可能である。上記のインプラントモデルは、個人専用化された骨インプラントを作製するために出力される。

0085

これまで種々異なる実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更および修正を行い得ることは当然である。したがって上記の詳細な記載は、制限的なものではなく説明を意図しているのであり、本発明の精神および範囲を定めることを意図しているのは、添付の特許請求の範囲ならびにこれと等価なすべてを含めたものであることを理解されたい。

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