專(zhuān)利名稱(chēng)：人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序及手術(shù)支援用夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種使用個(gè)人計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)處理裝置的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序及手術(shù)支援用夾具。
背景技術(shù)：
構(gòu)成人的下肢一部分的膝關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)是在日常生活中對(duì)于步行特別重要的關(guān)節(jié)。由于其較大的必要性，也是容易受到外傷，隨著年齡增加使關(guān)節(jié)部的軟骨變性破壞而導(dǎo)致關(guān)節(jié)病的最多的部位。作為對(duì)該關(guān)節(jié)病的外科治療，去除被破壞的軟骨并將金屬嵌入該處，通過(guò)該金屬 與聚こ烯等塑料的接觸而再建關(guān)節(jié)功能的人工關(guān)節(jié)置換術(shù)(Total Arthro-Plasty 全關(guān)節(jié)置換術(shù))是目前在世界中被采用為能實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的功能改善的方法。此時(shí)，在人工膝關(guān)節(jié)中大腿骨組件與脛骨組件、人工髖關(guān)節(jié)中大腿骨莖和髖臼杯的各設(shè)置位置、即各個(gè)骨頭的取出(骨切開(kāi)術(shù))的正確性對(duì)于隨后的人工關(guān)節(jié)的耐久性會(huì)產(chǎn)生較大影響。目前，在該人工關(guān)節(jié)的設(shè)置中，將印刷于透明片的人工關(guān)節(jié)的輪廓貼合在手術(shù)前從正面和側(cè)面攝影獲得的X線照片上，來(lái)決定上述組件、莖、杯的位置和大小。然而，在這種方法中，骨形狀的把握受到X線照片的拍攝方向和拍攝時(shí)患者位置的影響，因而在準(zhǔn)確性上有所欠缺。為了解決該問(wèn)題，考慮以下基于計(jì)算機(jī)軟件的方法在預(yù)先用校準(zhǔn)框架進(jìn)行完膠片與照射點(diǎn)之間的位置決定的特殊攝影臺(tái)上，進(jìn)行起立位的兩個(gè)方向上的正面和60°斜角的X線拍攝，使由X線CT裝置、MRI裝置制成的骨形狀的三維模型與該拍攝圖像以各個(gè)骨陰影進(jìn)行對(duì)位(圖像匹配)，進(jìn)行作為設(shè)置位置的基準(zhǔn)的起立位的骨形狀的三維把握。在這種基于計(jì)算機(jī)軟件的方法中，通過(guò)讀出多個(gè)人工關(guān)節(jié)的CAD(Computer AidedDesign :計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))數(shù)據(jù)的三維形狀模型，能決定適于骨形狀和負(fù)載環(huán)境的人工關(guān)節(jié)的大小和位置(例如，日本專(zhuān)利特開(kāi)2004 — 008707號(hào)公報(bào)(以下稱(chēng)為“專(zhuān)利文獻(xiàn)I”))。然而，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的技術(shù)僅僅使手術(shù)者能容易知道人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的脛骨側(cè)的骨切面，并不能直接適用于骨形狀、功能軸不同的大腿骨側(cè)或其它關(guān)節(jié)、例如同樣在下肢重要的髖關(guān)節(jié)。由此，關(guān)于人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，希望提供一種能在術(shù)前恰當(dāng)?shù)胤从吵龌颊叩膫€(gè)人差以正確地決定骨盆髖白的擴(kuò)孔動(dòng)作，井能在術(shù)中進(jìn)行將術(shù)前決定的內(nèi)容正確再現(xiàn)的手術(shù)操作的管理的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序及手術(shù)支援用夾具。發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明ー實(shí)施方式的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序的特征是，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟圖像輸入步驟，在該圖像輸入步驟中，輸入多個(gè)包括骨盆及大腿骨在內(nèi)的患者下肢的ニ維斷層圖像；圖像再構(gòu)筑步驟，在該圖像再構(gòu)筑步驟中，由在上述圖像輸入步驟中輸入的多個(gè)ニ維斷層圖像，再構(gòu)筑出包括骨盆及大腿骨在內(nèi)的患者下肢的三維圖像；人エ關(guān)節(jié)決定步驟，在該人工關(guān)節(jié)決定步驟中，根據(jù)在上述圖像再構(gòu)筑步驟中獲得的骨盆及大腿骨的三維圖像，決定設(shè)置于骨盆髖白的人工關(guān)節(jié)的設(shè)置位置及設(shè)置方向；底座夾具設(shè)定步驟，在該底座夾具設(shè)定步驟中，相對(duì)于在上述圖像再構(gòu)筑步驟中獲得的骨盆的三維圖像，設(shè)定具有與該骨盆的三點(diǎn)以上的參照點(diǎn)分別抵接的三根以上支柱的底座夾具的三維圖像；以及參數(shù)取得步驟，在該參數(shù)取得步驟中，將指示儀的方向參數(shù)化來(lái)取得參數(shù)，該指示儀的方向在上述底座夾具設(shè)定步驟中設(shè)定的底座夾具的三維圖像中穿過(guò)該底座夾具上的規(guī)定位置，并與在上述人工關(guān)節(jié)決定步驟中決定的人工關(guān)節(jié)的設(shè)置方向平行。本發(fā)明另ー實(shí)施方式的手術(shù)支援用夾具的特征是包括底座夾具，該底座夾具具有相對(duì)于形成ー個(gè)平面的框架體能調(diào)節(jié)彼此間隔的三根以上的支柱；以及方向指示夾具，該方向指示夾具安裝于上述底座夾具上的規(guī)定位置，并具有指示以上述框架體的平面為基準(zhǔn)的任意方向角度的指示儀。


圖I是表示安裝有本發(fā)明ー實(shí)施方式的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序的個(gè)人計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示該實(shí)施方式的術(shù)前計(jì)劃用程序的主程序的處理內(nèi)容的流程圖。圖3是表示該實(shí)施方式的圖2的大腿骨莖及髖臼杯的設(shè)置計(jì)劃的子程序的處理內(nèi)容的流程圖。圖4是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖5是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖6是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖7是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖8是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖9是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖IOA是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖IOB是將圖IOA中的畫(huà)面右側(cè)部分放大表示的圖。圖11是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖12是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖13A是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖13B是將圖13A中的畫(huà)面右側(cè)部分放大表示的圖。圖14是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖15是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖16是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖17是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖18是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖19是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖20是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖21是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。圖22是表示該實(shí)施方式的術(shù)前處理階段的圖。
圖23是表示該實(shí)施方式的方向指示夾具的外觀的圖。圖24是表示該實(shí)施方式的底座夾具的外觀結(jié)構(gòu)的圖。圖25是表示該實(shí)施方式的底座夾具的外觀結(jié)構(gòu)的圖。圖26是表示該實(shí)施方式的深度計(jì)的結(jié)構(gòu)的圖。圖27是表示該實(shí)施方式的底座夾具的的外觀結(jié)構(gòu)的圖。圖28是表示相對(duì)于該實(shí)施方式的APP平面的誤差的圖。圖29是表示該實(shí)施方式的杯法線矢量的定義的圖。
圖30是表示該實(shí)施方式的杯法線矢量的定義的圖。圖31是表示壓入該實(shí)施方式的髖臼杯的情形的圖。圖32是表示設(shè)置該實(shí)施方式的追加器具的圖。圖33是表示該實(shí)施方式的底座夾具的精度驗(yàn)證過(guò)程的圖。圖34是表示該實(shí)施方式的底座夾具的精度驗(yàn)證過(guò)程的圖。圖35是表示該實(shí)施方式的底座夾具的精度驗(yàn)證過(guò)程的圖。圖36是表示該實(shí)施方式的底座夾具的精度驗(yàn)證過(guò)程的圖。圖37是表示該實(shí)施方式的底座夾具的精度驗(yàn)證的變形例的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的ー實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖I表示安裝有人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序的個(gè)人計(jì)算機(jī)(以下稱(chēng)為“PC”)10的硬件結(jié)構(gòu)。執(zhí)行各種處理控制的CPUll經(jīng)由前端總線FSB而與北橋芯片12連接。該北橋芯片12還經(jīng)由存儲(chǔ)器總線MB而與主存儲(chǔ)器13連接，另外，還經(jīng)由圖形接ロ AGP而與圖形控制器14及圖形存儲(chǔ)器15連接，除此之外，也與南橋芯片16連接，主要執(zhí)行它們之間的輸入輸出控制。南橋芯片16與PCI — Express總線17、鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18、視頻編碼器19、硬件裝置(HDD) 20、網(wǎng)絡(luò)接ロ( I/F) 21及多磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器22連接，主要進(jìn)行上述周邊電路與北橋芯片12之間的輸入輸出控制。除了 OS (操作系統(tǒng))和各種應(yīng)用程序、各種數(shù)據(jù)文件等之外，在上述硬盤(pán)裝置20內(nèi)還預(yù)先安裝有人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序和附隨于該術(shù)前計(jì)劃用程序的人工關(guān)節(jié)、后述各種夾具等的形狀數(shù)據(jù)等。上述視頻編碼器19根據(jù)所輸入的數(shù)據(jù)值的圖像信號(hào)生成模擬值的圖像信號(hào)即RGB視頻信號(hào)并加以輸出，以輸送至此處未圖示的顯示屏部，從而顯示出圖像。另外,上述多磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器22能實(shí)現(xiàn)遵照例如⑶(Compact Disc :光盤(pán))標(biāo)準(zhǔn)、DVD(Digital Versatile Disc :數(shù)字通用光盤(pán))標(biāo)準(zhǔn)的光盤(pán)介質(zhì)的再生和記錄,通過(guò)使記錄有患者的X線照片、X線CT裝置或MRI裝置的斷層照片等的光盤(pán)介質(zhì)再生并將其讀出，從而能將患者下肢的多個(gè)ニ維形狀數(shù)據(jù)輸入并存儲(chǔ)在硬盤(pán)裝置20中。由于構(gòu)成上述PClO的各要素是極為一般的眾所周知的技術(shù)，因此，省略其說(shuō)明。接著，對(duì)上述實(shí)施方式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖2及圖3表示了該P(yáng)ClO的用戶即醫(yī)生啟動(dòng)了儲(chǔ)存于硬盤(pán)裝置20的術(shù)前計(jì)劃用程序而使CPUll執(zhí)行的本實(shí)施方式的處理內(nèi)容。在該圖2及圖3中，對(duì)于取得為設(shè)置大腿骨側(cè)人工關(guān)節(jié)(以下也稱(chēng)為“大腿骨莖”)所需的各種參數(shù)而需要的處理進(jìn)行局部簡(jiǎn)化，并以取得為設(shè)置骨盆側(cè)人工關(guān)節(jié)(以下也稱(chēng)為“髖臼杯”)所需的各種參數(shù)而需要的處理為中心來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。在執(zhí)行該術(shù)前計(jì)劃用程序吋，讀取由X線CT裝置或MRI裝置拍攝得到的ニ維斷層圖像數(shù)據(jù)段即患者下肢的ニ維圖像數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)于硬盤(pán)裝置20。另外，另行準(zhǔn)備人工關(guān)節(jié)和手術(shù)中使用的各種夾具的三維形狀數(shù)據(jù)，并將其一井存儲(chǔ)于硬盤(pán)裝置20。然后，當(dāng)啟動(dòng)圖2及圖3的術(shù)前計(jì)劃用程序時(shí)，在與視頻編碼器19連接的顯示屏部的畫(huà)面上會(huì)顯示出⑶I (圖形、用戶、接ロ)，并選擇在該⑶I上顯示出的存儲(chǔ)有期望的患者的下肢的ニ維圖像數(shù)據(jù)的文件夾，上述下肢的ニ維圖像數(shù)據(jù)是指至少包括左右髂前上棘在內(nèi)的、且拍攝到大腿骨遠(yuǎn)位近位的數(shù)據(jù)。將選擇到的下肢的ニ維圖像數(shù)據(jù)從硬盤(pán)裝置20的文件夾中讀出(步驟S101)，以制作出骨盆及大腿骨的三維形狀數(shù)據(jù)，并將該圖像顯示在顯示屏畫(huà)面上(步驟S102)。圖4示出了此時(shí)在顯示屏畫(huà)面上顯示出的骨盆PV和左右的大腿骨FM CL),FM (R)的三維形狀圖像的例子。三維形狀數(shù)據(jù)既可以是多邊形、曲面形狀數(shù)據(jù)，也可以是顯示出使用了體繪制制成的三維體積，以代替制出的形狀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。接著，構(gòu)筑圖5所示的皮膚的三維形狀數(shù)據(jù)(步驟S103)。圖5示出了相對(duì)于骨盆PV及左右的大腿骨FM CL),FM (R)顯示出半透明狀的皮膚SK的例子。該皮膚的三維形狀數(shù)據(jù)的構(gòu)筑并不是必須的，也能使用體繪制顯示出三維體積來(lái)進(jìn)行替代。皮膚的顯示是為了在三維上把握處于臥位的體內(nèi)的骨盆與大腿骨之間的位置關(guān)系而加以利用的。或者，若通過(guò)直接觀察CT截面圖像就能測(cè)量出從皮膚表面到骨的界標(biāo)(參照點(diǎn))SP左右的髂前上棘及趾骨聯(lián)合為止的距離，或能在統(tǒng)計(jì)學(xué)上把握從皮膚表面到骨盆的界標(biāo)即左右的髂前上棘及趾骨聯(lián)合為止的距離，則皮膚的三維形狀模型也不是必須的。接著，并用鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18的操作來(lái)將骨盆及大腿骨的參照點(diǎn)(界標(biāo))數(shù)字化，從而構(gòu)筑出坐標(biāo)系(步驟S104)。圖6以黑色的矩形表示出相對(duì)于骨盆及大腿骨的參照點(diǎn)。在骨盆PV偵彳，以左右的髂前上棘LM11、L12和趾骨聯(lián)合LM13作為參照點(diǎn)，并以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)來(lái)構(gòu)筑坐標(biāo)系。在大腿骨FM側(cè)，以髖關(guān)節(jié)側(cè)的骨球的中心LM21及圓周LM22和膝關(guān)節(jié)側(cè)的內(nèi)外側(cè)上髁突起LM23、LM24為參照點(diǎn)，并以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)來(lái)構(gòu)筑坐標(biāo)系。在圖6中，僅示出了以左側(cè)的大腿骨FM為參照點(diǎn)，但對(duì)于右側(cè)的大腿骨FM，同樣地也能將參照點(diǎn)數(shù)字化。參照點(diǎn)也可用于構(gòu)筑坐標(biāo)系以外的用途。具體而言，將大轉(zhuǎn)子點(diǎn)(日文大転子點(diǎn)) 及大腿骨內(nèi)外側(cè)后方接觸點(diǎn)數(shù)字化。坐標(biāo)系是為了方便而設(shè)定的，也可利用使用其它參照點(diǎn)的坐標(biāo)系。圖7表示骨盆PV的坐標(biāo)系。以由將左右髂前上棘LM11、LM12和趾骨聯(lián)合LM13這三點(diǎn)連接在一起的三角形構(gòu)成的平面(以下稱(chēng)為“APP平面”)為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)成坐標(biāo)系，具體而言，以趾骨聯(lián)合LMl3為原點(diǎn)，并以與將左右髂前上棘LMlI、LMl2連接的線平行的線為X軸。為了方便，將體側(cè)的右側(cè)設(shè)為+ (正)。此外，將沿著APP平面與上述X軸正交的軸設(shè)為Z軸，并將與APP平面正交的軸設(shè)為Y軸。省略對(duì)大腿骨側(cè)的坐標(biāo)系的構(gòu)筑的說(shuō)明。在如上所述構(gòu)筑完坐標(biāo)系之后，使用CT圖像或以該CT圖像為基礎(chǔ)的MPR(Multiple Planner Reconstruction :多層面重建)圖像，以制定大腿骨莖及髖臼杯的設(shè)置計(jì)劃(步驟S105)。圖3是表示上述步驟S105的設(shè)置計(jì)劃的詳細(xì)處理內(nèi)容的子程序。在其最初執(zhí)行時(shí)，將畫(huà)面切換為莖坐標(biāo)系的顯示(步驟S301 )。從HDD20中讀出大腿骨莖的CAD數(shù)據(jù)(步驟S302),并使設(shè)置對(duì)象的大腿骨FM的三維模型與莖的模型一起顯示。圖8示出了使大腿骨FM和大腿骨莖ST顯示在顯示屏畫(huà)面中的狀態(tài)。如圖8所示，將大腿骨莖ST自動(dòng)地設(shè)置在設(shè)定好的初始位置上(步驟S303)。該情況下的初始位置是以 例如學(xué)會(huì)推薦的、或大腿骨莖ST的制造公司所推薦的設(shè)置位置為基礎(chǔ)，并根據(jù)設(shè)置對(duì)象的大腿骨FM側(cè)的參照點(diǎn)和形狀數(shù)據(jù)及設(shè)定于大腿骨莖ST的參照點(diǎn)確定出的。例如，將以下位置設(shè)為初始位置使大腿骨莖ST的軸與大腿骨FM的近位骨軸ー致，使大腿骨莖ST的骨頭中心與大腿骨FM的大轉(zhuǎn)子點(diǎn)的高度一致，并從將大腿骨FM的內(nèi)外側(cè)后髁最后方點(diǎn)連接的線前傾40°的位置。另外，在大腿骨莖ST的設(shè)置位置模擬中，進(jìn)行在與手術(shù)中相同的位置將大腿骨FM的三維形狀模型中的骨球部分剖切的模擬(步驟S304)。該剖切模擬是將圖8所示的兩個(gè)平面組合在一起來(lái)進(jìn)行的。第一個(gè)平面PLll的初始位置被顯示在與大腿骨莖ST的YZ平面平行且穿過(guò)莖軸的位置。第二個(gè)平面是與大腿骨莖ST的頸軸大致正交的平面，但根據(jù)大腿骨莖ST的種類(lèi)預(yù)先定義最佳朝向。能根據(jù)鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18的操作使上述兩平面PL11、PL12任意地平行移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)。剖切動(dòng)作是通過(guò)使用上述兩平面切除骨球側(cè)來(lái)進(jìn)行的?？伤愠鲎詣?dòng)設(shè)置于設(shè)定好的初始位置的大腿骨莖ST相對(duì)于大腿骨FM的前傾角、內(nèi)外反角、彎曲伸展角、設(shè)置深度等參數(shù)，并將其顯示于畫(huà)面(步驟S305)。對(duì)于這樣顯示出的設(shè)置狀態(tài)，用戶即醫(yī)生通過(guò)操作鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18，來(lái)使內(nèi)外偵彳、前后方、上下方、彎曲伸展、內(nèi)外反及前后傾自由地移動(dòng)、改變，從而能將以大腿骨莖ST的坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的位置和方向設(shè)置在最佳的位置上。S卩，在利用鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18進(jìn)行某些操作的情況下，對(duì)該操作是否是用于將在該時(shí)間點(diǎn)設(shè)置的位置確定為最終的設(shè)置位置的操作進(jìn)行判斷(步驟S306)。在判斷出并不是指示最終決定的情況下，若為了進(jìn)一歩改變?cè)O(shè)置位置而改變基于操作的任意參數(shù)時(shí)(步驟S307)，則根據(jù)該改變返回至從上述步驟S304開(kāi)始的處理，以執(zhí)行進(jìn)行骨切的兩平面的調(diào)節(jié)和之后的各參數(shù)的再調(diào)節(jié)。這樣，反復(fù)執(zhí)行步驟S304 S307的處理。然后，在判斷出能使大腿骨莖ST移動(dòng)至被認(rèn)為最佳的設(shè)置位置的時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)用戶通過(guò)操作鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18來(lái)指示決定設(shè)置位置時(shí)，在上述步驟S306來(lái)對(duì)該決定進(jìn)行判斷，將該時(shí)間點(diǎn)的各參數(shù)值保存為大腿骨的剖切面形狀的三維位置信息，并根據(jù)需要保存圖像數(shù)據(jù)(步驟S308)。圖9示出了將大腿骨FM的骨頭剖切開(kāi)以設(shè)置大腿骨莖ST的圖像的例子。通過(guò)進(jìn)行上述保存，能在手術(shù)中參考大腿骨頭的剖切位置和截面形狀。另外，通過(guò)觀察大腿骨莖ST相對(duì)于截面形狀的前傾角，能實(shí)現(xiàn)正確的大腿骨莖ST的前傾角。
至此，結(jié)束大腿骨FM側(cè)的處理，接著，轉(zhuǎn)移至骨盆PV側(cè)的處理。首先，將畫(huà)面切換至骨盆坐標(biāo)系的顯示(步驟S309)。將髖臼杯的CAD數(shù)據(jù)和骨盆的三維模型從HDD20中讀出(步驟S310)并顯示于顯示屏。圖IOA示出了使骨盆PV和髖臼杯CP顯示在顯示屏畫(huà)面中的狀態(tài)的例子。圖IOB將圖IOA中的畫(huà)面右側(cè)部分放大表示。如上述圖所示，將髖白杯CP自動(dòng)設(shè)置在確定好的初始位置(步驟S311)。該情況下的初始位置是以例如學(xué)會(huì)推薦的、或髖白杯CP的制造公司所推薦的設(shè)置位置為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)置對(duì)象的大腿骨FM側(cè)的參照點(diǎn)和形狀數(shù)據(jù)及設(shè)定于大腿骨莖ST的參照點(diǎn)確定出的。例如，能將骨盆PV的髖臼的最內(nèi)點(diǎn)作為參照點(diǎn)并進(jìn)行數(shù)字化，并在骨盆坐標(biāo)系中將前傾角20°、外開(kāi)角40°設(shè)為初始位置。可算出自動(dòng)設(shè)置于確定好的初始位置的髖臼杯CP相對(duì)于骨盆PV的內(nèi)外側(cè)、前后方、上下方和與方向相關(guān)的前傾角、外開(kāi)角等參數(shù)，并將其顯示于畫(huà)面(步驟S312)。對(duì)于這樣顯示出的設(shè)置狀態(tài)，用戶即醫(yī)生通過(guò)操作鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18，來(lái)使上述內(nèi)外偵れ前后方、上下方和前傾角及外開(kāi)角自由地移動(dòng)、改變，從而能使用骨盆坐標(biāo)系將髖臼杯CP的位置和方向設(shè)置在最佳的位置上。S卩，在利用鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18進(jìn)行某些操作的情況下，對(duì)該操作是否是用于將在該時(shí)間點(diǎn)設(shè)置的位置確定為最終的設(shè)置位置的操作進(jìn)行判斷(步驟S313)。在判斷出并不是指示最終決定的情況下，若為了進(jìn)一歩改變?cè)O(shè)置位置而改變基于操作的任意參數(shù)(步驟S314)，則根據(jù)該改變返回至從上述步驟S312開(kāi)始的處理，以執(zhí)行進(jìn)行擴(kuò)孔的位置及方向的調(diào)節(jié)和之后的各參數(shù)的再調(diào)節(jié)。當(dāng)進(jìn)行該調(diào)節(jié)動(dòng)作時(shí)，不僅上述骨盆坐標(biāo)系，用戶即醫(yī)生還能自由地切換大腿骨坐標(biāo)系、莖坐標(biāo)系、杯坐標(biāo)系、CT坐標(biāo)系，以作為使用的坐標(biāo)系。此外，也能一邊確認(rèn)整腹肢位，ー邊進(jìn)行人エ關(guān)節(jié)的設(shè)置。圖11表示非整腹肢位模式，圖12表示人工關(guān)節(jié)在整腹肢位模式下的設(shè)置狀態(tài)的例子。通過(guò)選擇整腹肢位模式，能使大腿骨FM和大腿骨莖ST —起移動(dòng)，以使髖白杯CP和大腿骨莖ST的中心位置一致，腿長(zhǎng)下拉量、到髂前上棘和大轉(zhuǎn)子為止的三維距離等會(huì)據(jù)此變化并顯示出。這樣，反復(fù)執(zhí)行步驟S312 S314的處理。然后，在判斷出能使髖曰杯CP移動(dòng)至被認(rèn)為最佳的設(shè)置位置的時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)用戶通過(guò)操作鍵盤(pán)/鼠標(biāo)18來(lái)指示決定設(shè)置位置時(shí)，在上述步驟S313中對(duì)該決定進(jìn)行判斷，將該時(shí)間點(diǎn)的各參數(shù)值保存為骨盆擴(kuò)孔的三維位置、方向的信息，并根據(jù)需要保存圖像數(shù)據(jù)(步驟S315)。圖13A示出了在莖(左)坐標(biāo)系下使大腿骨莖ST和髖白杯CP的設(shè)置狀態(tài)顯示在畫(huà)面中的例子。圖13B將圖13A中的畫(huà)面右側(cè)部分放大表示。至此，結(jié)束人工關(guān)節(jié)的設(shè)置計(jì)劃的處理，并結(jié)束圖3的子程序而返回至圖2的主程序。
在圖2中，以處于仰臥位的方式顯示出骨盆PV和大腿骨FM的三維圖像，并半透明地顯示出皮膚的形狀數(shù)據(jù)(步驟S106)。圖14示出了相對(duì)于骨盆PV和左右的大腿骨FM、髖臼杯CP和大腿骨莖ST半透明顯示出皮膚SK的例子。接著，將底座夾具的CAD數(shù)據(jù)從HDD20中讀出，并顯示出利用讀出后的底座夾具的數(shù)據(jù)，以與由仰臥位的左右髂前上棘和趾骨聯(lián)合構(gòu)成的平面(APP平面)相対的位置為基準(zhǔn)將底座夾具設(shè)置于體表面的圖像(步驟S107)。圖15及圖16示出了在該位置設(shè)置有底座夾具BS的圖像的例子。底座夾具BS呈基本倒三角形形狀，在三個(gè)點(diǎn)位置下部分別形成有與上述面大致垂直的支柱。能與左右髂前上棘的間隔相符地對(duì)相當(dāng)于倒三角形的上邊的兩點(diǎn)間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，將與左右髂前上棘抵接的支柱部的前端設(shè)為銳利的銷(xiāo)，以從左右髂前上棘的皮膚部分刺入該髂前上棘來(lái)加以固定，或?qū)J利的銷(xiāo)部分可裝拆地設(shè)于支柱前端，從而能在將該銷(xiāo)部分刺入左右髂前上棘來(lái)加以固定狀態(tài)下，僅卸下底座夾具BS。此外，使作為底座夾具BS的另ー個(gè)頂點(diǎn)的位于遠(yuǎn)位側(cè)的第三點(diǎn)的支柱部的前端與趾骨聯(lián)合上的體表面抵接。從與該趾骨聯(lián)合側(cè)抵接的第三點(diǎn)到將與上述左右髂前上棘抵接的ー側(cè)的兩點(diǎn)連接的直線之間的距離也是可調(diào)節(jié)的。
即，作為具體的底座夾具BS的結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)將兩個(gè)導(dǎo)軌狀構(gòu)件以一方與另一方的中央正交的方式組裝成T字型，并使分別設(shè)有支柱部的滑塊構(gòu)件沿著上述導(dǎo)軌狀構(gòu)件移動(dòng)及固定，從而能調(diào)節(jié)三點(diǎn)位置的間隔。圖17示出了從上述圖16中去除皮膚SK的、設(shè)置于骨盆PV上的底座夾具BS的狀態(tài)。上述兩點(diǎn)的支柱部以前端的銷(xiāo)部固定于患者的左右髂前上棘，與此相對(duì)，趾骨聯(lián)合側(cè)的支柱部的前端并不固定，而是例如圖15 圖17所示安裝合適大小的板，并設(shè)置成與趾骨聯(lián)合上的皮膚大范圍接觸。另外，也可將趾骨聯(lián)合側(cè)的支柱部的前端設(shè)為能更換各種附件的結(jié)構(gòu)，井根據(jù)患者的體型選擇安裝合適的附件。此外，為了實(shí)現(xiàn)底座夾具BS的穩(wěn)定，也可使用粘貼膠帶等，將抵接在趾骨聯(lián)合上的上述附件粘接到覆蓋趾骨聯(lián)合部上的皮膚的布上。如上述圖15 圖17所示，在使底座夾具BS的各支柱部前端與左右髂前上棘及趾骨聯(lián)合上抵接的狀態(tài)下，算出底座夾具BS的左右髂前上棘側(cè)的支柱部到左右髂前上棘為止的深度方向上的距離并將其顯示在顯示屏中(步驟S110)。另外，算出包括底座夾具BS的各支柱的腿長(zhǎng)在內(nèi)，從其安裝位置到皮膚的穿透點(diǎn)為止的距離，并將其顯示出(步驟S111)。藉此，通過(guò)對(duì)底座夾具BS的支柱部預(yù)先進(jìn)行刻印或印刷以讀取刻度，從而能形成在手術(shù)中固定銷(xiāo)的準(zhǔn)確度的基準(zhǔn)。同樣地，在將底座夾具BS的遠(yuǎn)位側(cè)的支柱部前端與趾骨聯(lián)合連接的線上，算出從支柱部前端到皮膚的表面為止的距離，并將其顯示在顯示屏中(步驟S112)。此外，在將上述遠(yuǎn)位側(cè)的支柱部前端與趾骨聯(lián)合連接的線上，算出從趾骨聯(lián)合到與安裝于支柱部前端的附件接觸的皮膚的表面為止的距離，并將其顯示在顯示屏中(步驟S113)。圖18 (A)、圖18 (B)示出了算出從左右髂前上棘到體表為止的距離并將其顯示在顯示屏畫(huà)面中的例子。另外，圖19 (A)示出了算出從趾骨聯(lián)合到皮膚表面為止的距離并將其顯示在顯示屏畫(huà)面中的例子，圖19 (B)示出了算出從髂前上棘到皮膚表面為止的距離并將其顯示在顯示屏畫(huà)面中的 例子。通過(guò)以上處理來(lái)相對(duì)于上述APP平面確定底座夾具BS的平面，并確定該平面的法線矢量與髖臼法線矢量之間的關(guān)系。因此，為了確定髖臼擴(kuò)孔方向，由底座夾具BS平面的髂前上棘側(cè)端點(diǎn)作出與髖臼法線矢量平行的矢量，顯示為后述方向指示夾具的指示方向(步驟S114)。圖20示出了將髖臼擴(kuò)孔夾具RM安裝于骨盆PV的髖臼并將原理性的方向指示夾具DI安裝于底座夾具BS的狀態(tài)的例子。當(dāng)然，與將髖曰擴(kuò)孔夾具RM沿髖曰法線矢量設(shè)置相一致地，將方向指示夾具DI正確地設(shè)置成與髖曰擴(kuò)孔夾具RM彼此的軸向平行。在后面對(duì)實(shí)際手術(shù)時(shí)使用的具體的方向指示夾具DI的結(jié)構(gòu)的一例進(jìn)行說(shuō)明，但方向指示夾具DI既可以具有物理性的指示棒，也可以使用利用激光指示器在視覺(jué)上表示方向的光學(xué)構(gòu)件。接著，算出用于在手術(shù)中正確地再現(xiàn)髖臼杯CP的設(shè)置方向即髖臼方向矢量的方向的、使用方向指示夾具DI的參數(shù)值(步驟S115)。圖21 (A)、圖21 (B)、圖22 (A)及圖22 (B)是對(duì)具體地算出上述參數(shù)值的過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明的圖。在上述圖中，從底座夾具BS的對(duì)應(yīng)于髂前上棘A的端點(diǎn)作出與髖臼法線矢量平行的矢量V。在髖臼法線矢量上定義距杯頂點(diǎn)B—定距離、例如30 {cm}的點(diǎn)C，并算出從點(diǎn)C朝矢量V下垂的垂線與矢量V的交點(diǎn)D。另外，以冠狀面角度α及矢狀面角度β定義髖臼法線矢量與底座夾具BS的平面所成的角度，并算出距離AD、距離CD、角度α及角度β以作為參數(shù)。藉此，能以底座夾具BS為基準(zhǔn)唯一地求出髖臼杯CP的設(shè)置方向即髖臼法線矢量的方向，并能獲得方向指示夾具DI對(duì)應(yīng)于髖白法線矢量的設(shè)置參數(shù)。將這樣獲得的各參數(shù)值保存于HDD20，并至此結(jié)束該圖2的術(shù)前處理。在手術(shù)中，通過(guò)準(zhǔn)備用于實(shí)現(xiàn)該髖臼法線矢量的方向的方向指示夾具DI，并將在術(shù)前的模擬中測(cè)量獲得的兩個(gè)角度參數(shù)、即底座夾具B與Z軸所成的角度α及方向指示夾具DI的矢量V與將該矢量V投影到底座夾具BS的平面的線之間所成的角度β設(shè)定于方向指示夾具DI，從而能將方向指示夾具DI的方向正確地設(shè)定成與髖白法線矢量平行。圖23示出了方向指示夾具DI的ー結(jié)構(gòu)例。在圖23中，在方向指示夾具DI上，沿著扇形的ct角設(shè)定器41的徑向方向立設(shè)有扇形的β角設(shè)定器42。相對(duì)于該扇形的β角設(shè)定器42，其徑向能任意改變的方向指示桿43從周側(cè)面呈放射狀地伸出，通過(guò)將方向指示夾具DI的α角設(shè)定器41安裝于底座夾具BS上，并再現(xiàn)β角設(shè)定器42與α角設(shè)定器41的角度α和方向指示桿43與β角設(shè)定器42的角度β，能再現(xiàn)與髖白法線矢量平行的矢量V的方向。在圖24中，示出了具體的底座夾具BS的一結(jié)構(gòu)例。在圖24中，在兩根金屬桿構(gòu)成的導(dǎo)軌構(gòu)件61的兩端側(cè)配置有能自由移動(dòng)及固定的滑塊構(gòu)件62、63，在這些滑塊構(gòu)件62、63的下部安裝有用于與左右髂前上棘抵接的支柱部64、65?；瑝K構(gòu)件62側(cè)的支柱部64與患者左側(cè)的髂前上棘抵接，另ー方面，滑塊構(gòu)件63側(cè)的支柱部65與患者右側(cè)的髂前上棘抵接。另外，從導(dǎo)軌構(gòu)件61的大致中央，分別將兩根金屬桿構(gòu)成的導(dǎo)軌構(gòu)件66、67安裝成與導(dǎo)軌構(gòu)件61正交。在上述導(dǎo)軌構(gòu)件66、67上安裝有能自由移動(dòng)及固定的滑塊68、69。此外，為了將上述滑塊68、69連接而安裝有兩根金屬桿構(gòu)成的導(dǎo)軌構(gòu)件70。然后，在該導(dǎo)軌構(gòu)件70被滑塊68、69夾住的部分之間安裝有能自由移動(dòng)及固定的滑塊71。在該滑塊71的下部安裝有用干與趾骨聯(lián)合上的皮膚抵接的支柱部72。在分別由兩根金屬桿構(gòu)成各導(dǎo)軌構(gòu)件61、66、67、70這點(diǎn)以及將形成有支柱部72的滑塊71通過(guò)兩組導(dǎo)軌構(gòu)件66、67和導(dǎo)軌構(gòu)件70設(shè)于導(dǎo)軌構(gòu)件61這點(diǎn)，均是為了確保作為底座夾具BS的平面性和抗扭轉(zhuǎn)的剛度而作的。通過(guò)使滑塊構(gòu)件62、63沿著導(dǎo)軌構(gòu)件61移動(dòng)，能對(duì)應(yīng)于患者的左右髂前上棘的間隙對(duì)支柱部64、65進(jìn)行設(shè)置。另外，通過(guò)使滑塊68、69沿著導(dǎo)軌構(gòu)件66、67相對(duì)于導(dǎo)軌構(gòu)件61移動(dòng)，能對(duì)應(yīng)于從將患者的左右髂前上棘連接的線到趾骨聯(lián)合上部為止的距離地設(shè)置滑塊71下部的支柱 部72。此外，由于滑塊71能沿著導(dǎo)軌構(gòu)件70移動(dòng)，因此，即便在患者的趾骨聯(lián)合未位于從支柱部64、65的中點(diǎn)位置下垂的垂線上而使趾骨聯(lián)合的位置在左右任一方向上偏移的情況下，也能使支柱部72的前端(通過(guò)附件)準(zhǔn)確地與趾骨聯(lián)合上的皮膚表面抵接。接著，對(duì)實(shí)際手術(shù)時(shí)的操作進(jìn)行說(shuō)明以作參考。(I)以患者的左右髂前上棘和趾骨聯(lián)合為基準(zhǔn)，對(duì)事先調(diào)節(jié)完間隔的底座夾具BS進(jìn)行設(shè)置。(2)在左右髂前上棘上打銷(xiāo)，以固定底座夾具BS。(3)利用粘貼膠帶將遠(yuǎn)位側(cè)的支柱前端的附件固定于趾骨聯(lián)合部上。(4)將方向指示夾具DI安裝于底座夾具BS，使用通過(guò)術(shù)前模擬獲得的參數(shù)α和β，將方向指示桿43設(shè)置成與髖白法線矢量平行。(5)將用于對(duì)髖臼進(jìn)行擴(kuò)孔的髖臼擴(kuò)孔鉆的桿把持成與在上述(4)中設(shè)置的方向指示夾具DI的方向指示桿43平行，從而進(jìn)行髖白的擴(kuò)孔。(5 一 I)為了將髖臼擴(kuò)孔鉆的桿把持成與方向指示夾具DI的方向指示桿43與平行，還能另行在設(shè)備上準(zhǔn)備擴(kuò)孔鉆的把持件，以能在設(shè)備上支援手術(shù)者即醫(yī)生。(5 一 2)另外，通過(guò)由激光指示器這樣的光學(xué)器具構(gòu)成方向指示夾具DI或并用激光指示器和方向指示夾具DI，還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)地對(duì)髖白擴(kuò)孔鉆的機(jī)械性的把持件進(jìn)行數(shù)字控制。(5 一 3)另外，還能在方向指示夾具DI上設(shè)置用于測(cè)量髖白插入深度的距離計(jì)，從而以僅鉆入與擴(kuò)孔鉆桿上的刻度對(duì)應(yīng)深度的方式進(jìn)行擴(kuò)孔。在該情況下，也能與上述(5 —2)所述的機(jī)械裝置聯(lián)動(dòng)地進(jìn)行數(shù)字控制。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，能在術(shù)前正確地反映出患者的個(gè)人差別，以正確地確定骨盆髖白的擴(kuò)孔動(dòng)作，從而能在術(shù)中進(jìn)行將術(shù)前確定的內(nèi)容正確再現(xiàn)的開(kāi)刀。關(guān)于上述實(shí)施方式所示的底座夾具BS及方向指示夾具DI的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不限定于此。在本說(shuō)明書(shū)中，有時(shí)將底座夾具稱(chēng)為“儀器”。另外，有時(shí)還將方向指示夾具的方向指示桿稱(chēng)為“指示儀”。<關(guān)于底座夾具的例子>在上述圖20 圖24及對(duì)應(yīng)的說(shuō)明中，示出了底座夾具BS (及安裝于底座夾具BS的帶方向指示桿43的方向指示夾具DI)的例子，但具體而言，也可例如圖25那樣構(gòu)成底座夾具BS。在該情況下，在術(shù)前計(jì)劃程序中，也進(jìn)行以使用該底座夾具BS為前提的術(shù)前計(jì)劃。圖25 (A)是表示底座夾具BS的例子的立體圖。圖25 (B)是表示從另一方向觀察到的底座夾具BS的例子的立體圖。圖25 (C)是表示通過(guò)改變底座夾具BS的支柱(與趾骨聯(lián)合上的體表面抵接的支柱)的長(zhǎng)度，使用水平器進(jìn)行調(diào)節(jié)以使方向指示夾具DI的框架體的表面(夾具平面)處于水平的情況的圖。能將方向指示夾具DI安裝于框架體表面上的任意位置。即，方向指示夾具DI并不限于安裝在與左髂前上棘或右髂前上棘上的體表面抵接的支柱的上端附近的情況，如圖25所示，也可安裝于將與左右髂前上棘上的體表面分別抵接的各支柱的上端彼此連接的線的中點(diǎn)附近。如上所述，方向指示桿43用于再現(xiàn)與髖臼法線矢量平行的方向。 <關(guān)于測(cè)量軟組織厚度的例子>在上述圖2的步驟SllO S113、圖15 圖17及對(duì)應(yīng)的說(shuō)明中，示出了算出左右髂前上棘與皮膚表面間的距離及趾骨聯(lián)合與皮膚表面間的距離(軟組織厚度)的步驟，但為了提高精度，也可使用例如圖26所示的深度計(jì)DG測(cè)量出這些距離，并考慮該實(shí)測(cè)獲得的值以對(duì)底座夾具的三維圖像進(jìn)行設(shè)定。如圖26 (A)所示，深度計(jì)DG包括表示克氏針從中空結(jié)構(gòu)端部露出的長(zhǎng)度的刻度。當(dāng)使用時(shí)，如圖26 (B)所示，在用手將深度計(jì)DG的中空結(jié)構(gòu)端部按壓到皮膚的狀態(tài)下，使克氏針從皮膚刺入并到達(dá)骨頭。藉此，由刻度表示出從皮膚表面到骨頭的距離。將此時(shí)按壓的カ設(shè)為不會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生不可逆的損傷程度的力，例如，設(shè)為與實(shí)際按壓底座夾具BS的支柱部時(shí)的カ相等。這樣，由于使用以深度計(jì)DG測(cè)量出軟組織厚度的實(shí)測(cè)值來(lái)對(duì)底座夾具的三維圖像進(jìn)行設(shè)定，因此能降低誤差、并提高精度。另外，比起進(jìn)行CT攝影以獲得軟組織厚度方法，能低成本高精度地獲得軟組織厚度。<對(duì)于因軟組織厚度不同而引起的誤差的對(duì)策>如圖27所示，底座夾具BS具有通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)改變軸向上的長(zhǎng)度的支柱S(與趾骨聯(lián)合上的體表面抵接的支柱)，能通過(guò)改變?cè)撝е鵖的長(zhǎng)度來(lái)改變方向指示夾具DI的框架體的表面(夾具平面)的傾斜。此處，通過(guò)使方向指示夾具DI的三根支柱的長(zhǎng)度相同，能使框架體的表面處于水平。然而，方向指示夾具DI的夾具平面再現(xiàn)上述APP平面(圖7的由將左右髂前上棘LMlI、LM12和趾骨聯(lián)合LM13這三點(diǎn)連接的三角形構(gòu)成的平面)，但由于和支柱抵接的左右髂前上棘上的軟組織的厚度(ASIS軟組織厚度]與趾骨聯(lián)合上的軟組織的厚度(趾骨部軟組織厚度)不同，因此，若不采用任何對(duì)策，則會(huì)在底座夾具BS的三維圖像中產(chǎn)生誤差。例如圖28所示，會(huì)在和左右髂前上棘及趾骨聯(lián)合接觸的APP平面與和各支柱的前端接觸的平面之間產(chǎn)生角度入。作為該問(wèn)題的解決方法，可列舉出以下兩個(gè)方法。(i)在底座夾具BS的三維圖像中，以使夾具平面與APP平面平行的方式，修正支柱S (與趾骨聯(lián)合上的體表面抵接的支柱)的長(zhǎng)度。即，以抵消角度λ的方式使夾具平面傾斜。(ii)在底座夾具的三維圖像中，在使各支柱的長(zhǎng)度相同的狀態(tài)下，根據(jù)角度λ修正方向指示桿43的方向。即，算出以?shī)A具平面為基準(zhǔn)的方向指示桿43的角度(杯法線矢量的角度)。以下，示出該情況下的具體的算出方法?！?0A、RA、RI、0I 的定義在手術(shù)領(lǐng)域中，如圖29及圖30所示，對(duì)杯法線矢量構(gòu)成的角0A、RA、RI、OI進(jìn)行定義。該情況下的坐標(biāo)系相當(dāng)于上述圖7所示的骨盆PV的坐標(biāo)系。在該情況下，以下的關(guān)系成立。tan (OA) = tan (RA) Xcos (RI)…(I)sin (OI) = sin (RI) Xcos (RA)…(2)
當(dāng)使上述關(guān)系式變形吋，RA、OI能分別表示如下。RA = tarf1 [tan (OA) /cos (RI)]…(3)OI = sin-1 [sin (RI) X cos (RA)]…(4)·夾具平面(APP’ )相對(duì)于APP朝矢狀切面方向傾斜的情況下的修正在夾具平面(APP’)相對(duì)于APP朝矢狀切面方向傾斜角度λ的情況下，相對(duì)于計(jì)劃值0Α、RA、RI的從夾具平面(ΑΡΡ，)起始的角度0Α’、RA’、RI’能分別表示如下。0Α，= OA + λ …(5)此處，tan λ =[(趾骨部軟組織厚度)一(ASIS軟組織厚度)]/ (骨盆高)骨盆高是指圖7所示的將左右髂前上棘LM11、LM12連接的線(兩ASIS切線)到趾骨聯(lián)合LM13為止的距離。RI，= tarf1 [tan (01，)/cos (0Af )]= tarf1 {tan (01) / cos [ (0A，)+ λ]}= tarf1 {tan {sirf1 [sin (RI) X cos (RA) ]/cos
}}…(6)RA’ = tarf1 [tan (0A，)Xcos (RI，)]= tarf1 {tan [ (OA) + λ ] X cos {tarf1 {tan {sirf1 [sin (RI) X cos (RA) ]/cos
}}}}... (7)在(6)式的變形中，利用了 01 =01’成立的關(guān)系并利用了(5)式，此外，還利用了上述(4)式。另外，在(7)式的變形中，利用了 (5)式及(6)式。因此，通過(guò)利用上述(5) (7)式，能算出以?shī)A具平面為基準(zhǔn)的計(jì)劃值。<底座夾具的精度驗(yàn)證>圖31是表示在進(jìn)行完術(shù)前計(jì)劃之后、使用杯保持件將髖白杯CP與設(shè)于底座夾具(儀器)BS的方向指示桿(指示儀)43的朝向平行地壓入骨盆的情形的圖。以下，示出了對(duì)此時(shí)使用的底座夾具BS的精度進(jìn)行驗(yàn)證的方法。通過(guò)分別算出將操作技能上的誤差排除后的前方開(kāi)角RA的誤差及外方開(kāi)角RI的誤差，來(lái)對(duì)底座夾具BS的精度進(jìn)行驗(yàn)證。<前方開(kāi)角RA精度驗(yàn)證>在底座夾具BS的前方開(kāi)角RA精度驗(yàn)證中，首先，在手術(shù)領(lǐng)域中，實(shí)測(cè)出方向指示桿(指示儀)43的從水平面起始的前方開(kāi)角與設(shè)置于骨盆髖白的髖白杯CP的法線矢量(杯保持件表示的法線矢量)的從水平面起始的前方開(kāi)角之間的差，然后，求出術(shù)前計(jì)劃時(shí)的髖臼杯CP的法線的前方開(kāi)角與從術(shù)后CT攝影獲得的髖臼杯CP的法線的前方開(kāi)角減去上述差后的值之間的差。當(dāng)以數(shù)學(xué)式表示上述差時(shí)，如下所述。術(shù)中妥協(xié)誤差RA =(儀器的指示儀的從水平面起始的前方開(kāi)角)一(杯保持件的從水平面起始的前方開(kāi)角)…(8)儀器的RA誤差=術(shù)前計(jì)劃RA — [(術(shù)后CT RA) —(術(shù)中妥協(xié)誤差RA)]…(9)術(shù)后CT RA表示從術(shù)后的CT攝影取得的前方開(kāi)角RA。另外，術(shù)中妥協(xié)誤差RA表示應(yīng)從儀器的純粹的誤差排除的術(shù)中的操作技術(shù)上的前方開(kāi)角RA誤差。
<外方開(kāi)角RI精度驗(yàn)證>在底座夾具BS的外方開(kāi)角RI精度驗(yàn)證中，首先，將與方向指示桿(指示儀)43平行的線和設(shè)置于骨盆髖臼的髖臼杯CP的法線投影到水平面上，在投影后的兩根線上分別設(shè)置任意兩點(diǎn)，根據(jù)由合計(jì)四點(diǎn)形成的兩個(gè)三角形的邊的長(zhǎng)度及內(nèi)角求出上述兩根線所成的角度Θ，接著，根據(jù)角度Θ求出夾具平面中的上述兩根線所成的角度Θ’，最后，求出術(shù)前計(jì)劃時(shí)的髖臼杯CP的法線的外方開(kāi)角與從術(shù)后攝影獲得的髖臼杯CP的法線的外方開(kāi)角減去角度Θ ’后的值之間的差。當(dāng)表示具體方法時(shí)，如下所述。首先，如圖32所示，使用追加器具XI，將與杯法線矢量平行的直線再現(xiàn)在方向指示桿(指示儀)43附近。接著，如圖33所示，在方向指示桿(指示儀)43的直線上取兩點(diǎn)，并在使用追加器具Xl而表現(xiàn)出的與杯保持件平行的直線上取兩點(diǎn)，共取得四點(diǎn)，此外，還取得四邊形ABCD及對(duì)角線E。然后，如圖34所示，分別對(duì)邊A、B、C、D、E的長(zhǎng)度及與術(shù)中水平所成的角p、q、r、
S、t進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)將邊A、B、C、D、E投影到術(shù)中水平面上的邊設(shè)為邊A’、B’、C’、D’、E’時(shí)，各個(gè)邊
的長(zhǎng)度如下所示。A，=A* cos (P)…(10)B’ = B · cos (q)…(11)C，= C · cos Cr)…(12)D’ = D · cos (S)…(13)E’ = E · cos (t)…(14)如圖35所示，當(dāng)在四邊形A’ B’ C’ D’和對(duì)角線E’中取得α、β、γ，并將Α’與C’所成的角設(shè)為Θ吋，以下關(guān)系成立。θ = ( α + β + y ) - 180° …(15)另外,根據(jù)余弦定理,能如下表示出α、β、γ。a = cos —^[(A，)2 十(D，)2 — (E，)2]/2A，D，}... (16)β = cos —1IKD, )2 + (E，)2 — (A’)2]/2D，E’ }... (17)y = cos —1U (C，)2 + (E，)2 — (B，)2]/2C，E，}... (18)當(dāng)利用上述關(guān)系式時(shí)，能如下表示出Θ。Θ = cos —1IKA, )2 + (D，)2 — (E，)2]/2A，D，}
+ cos —1U (D’)2 + (E’)2 — (A’)2]/2D’ E’ }+ cos-1{[(C，)2 + (EO2 - (B，)2]/2C，E，}
— 180。... (19)這樣，能算出Θ。接著，如圖36所示，將APP平面和水平面所成的角設(shè)為(APP)，將APP平面的外方開(kāi)角誤差設(shè)為Θ ’，將投影到水平面上的術(shù)前計(jì)劃外方開(kāi)角設(shè)為(RI’)。在APP平面與水平面之間存在1 = 1’· cos (APP)、m = m’、η = η’這樣的關(guān)系。此時(shí)，能通過(guò)以下式子算出Θ ’。tan (RI，)= [sin (RI) / cos (RI) · cos (APP)]= tan (RI)/cos (APP)…(20)RI，= tan ^ 1 [tan (RI)/cos (APP)]... (21)同樣地，tan (RI，+ Θ ) = tan (RI + Θ，)/cos (APP)…(22)tan (RI + Θ，)= tan (RI，+ Θ ) · cos (APP)…(23)RI + Θ ’ = tarf1 [tan (RI，+ Θ ) · cos (APP) ]... (24)Θ ’ = tarf1 [tan (RI，+ Θ ) · cos (APP) ] — RI ... (25)= {{tan-1 [tan (RI)/cos (APP) ] + Θ } · cos (APP)} — RI··· (26)由此，能根據(jù)下式獲得外方開(kāi)角RI誤差。儀器的外方開(kāi)角RI誤差=術(shù)前計(jì)劃RI — [(術(shù)后CT RI) — Θ ’ ]··· (27)這樣，由于能算出排除了操作技術(shù)上的誤差后的純粹的儀器的誤差，因此，能可靠地驗(yàn)證儀器的精度。在上述圖32中，例示出使用追加器具Xl將與杯法線矢量平行的直線再現(xiàn)在方向指示桿(指示儀)43附近的情況，但再現(xiàn)直線的方法并不限定于此。作為代替，如圖37所示，也可將擴(kuò)張桿EX以能轉(zhuǎn)動(dòng)的方式安裝于杯保持件CH，并利用該桿EX將與杯法線矢量平行的直線再現(xiàn)在方向指示桿(指示儀)43附近。在該情況下，也能獲得與圖32的結(jié)構(gòu)相同的效果。另外，當(dāng)使用杯保持件CH將髖曰杯CP壓入骨盆時(shí)，能ー邊有意識(shí)地使方向指示桿(指示儀)43和位于其附近的桿EX平行，ー邊進(jìn)行壓入，因此，能提高壓入時(shí)的精度。另外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，在實(shí)施階段能在不脫離主要思想的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形。此外，也可以盡可能地將上述實(shí)施方式中執(zhí)行的功能恰當(dāng)組合并加以實(shí)施。在上述實(shí)施方式中包括各種階段，能根據(jù)所公開(kāi)的多個(gè)構(gòu)成要件的恰當(dāng)組合抽出各種發(fā)明。例如，即便從實(shí)施方式所示的全部構(gòu)成要件中削除幾個(gè)構(gòu)成要件，只要能獲得效果，也能將削除該構(gòu)成要件后的結(jié)構(gòu)抽出以作為發(fā)明。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，能在術(shù)前恰當(dāng)?shù)胤从吵龌颊叩膫€(gè)人差別，以正確地確定骨盆髖臼的擴(kuò)孔動(dòng)作，從而能在術(shù)中進(jìn)行將術(shù)前確定的內(nèi)容正確再現(xiàn)的開(kāi)刀。符號(hào)說(shuō)明10個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)11 CPU12北橋芯片13主存儲(chǔ)器
14圖形控制器15圖形存儲(chǔ)器16南橋芯片17PCI — Express 總線18鍵盤(pán)/鼠標(biāo)19視頻編碼器 20硬盤(pán)裝置(HDD)21網(wǎng)絡(luò)接ロ22多磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器41α角設(shè)定器42β角設(shè)定器43方向指示桿61導(dǎo)軌構(gòu)件62、63滑塊構(gòu)件64,65 支柱部66、67導(dǎo)軌構(gòu)件68、69 滑塊70導(dǎo)軌構(gòu)件71滑塊72支柱部AGP 圖形接 ロBS底座夾具CH杯保持件CP髖臼杯DI方向指示夾具EX擴(kuò)張桿FM大腿骨FSB前端總線MB存儲(chǔ)器總線PV骨盆RM髖臼擴(kuò)孔夾具SK皮膚ST大腿骨莖
權(quán)利要求
1.ー種人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，其特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟 圖像輸入步驟，在該圖像輸入步驟中，輸入多個(gè)包括骨盆及大腿骨在內(nèi)的患者下肢的ニ維斷層圖像； 圖像再構(gòu)筑步驟，在該圖像再構(gòu)筑步驟中，在所述圖像輸入步驟中輸入的多個(gè)ニ維斷層圖像，再構(gòu)筑出包括骨盆及大腿骨在內(nèi)的患者 下肢的三維圖像； 人工關(guān)節(jié)決定步驟，在該人工關(guān)節(jié)決定步驟中，根據(jù)在所述圖像再構(gòu)筑步驟中獲得的骨盆及大腿骨的三維圖像，決定設(shè)置于骨盆髖曰的人工關(guān)節(jié)的設(shè)置位置及設(shè)置方向； 底座夾具設(shè)定步驟，在該底座夾具設(shè)定步驟中，相對(duì)于在所述圖像再構(gòu)筑步驟中獲得的骨盆的三維圖像，設(shè)定具有與該骨盆的三點(diǎn)以上的參照點(diǎn)分別抵接的三根以上支柱的底座夾具的三維圖像；以及 參數(shù)取得步驟，在該參數(shù)取得步驟中，將指示儀的方向參數(shù)化來(lái)取得參數(shù)，該指示儀的方向在所述底座夾具設(shè)定步驟中設(shè)定的底座夾具的三維圖像中穿過(guò)該底座夾具上的規(guī)定位置，并與在所述人工關(guān)節(jié)決定步驟中決定的人工關(guān)節(jié)的設(shè)置方向平行。
2.如權(quán)利要求I所述的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，其特征在干， 所述底座夾具設(shè)定步驟對(duì)具有三根支柱的底座夾具的三維圖像進(jìn)行設(shè)定，這三根支柱以骨盆的左右髂前上棘及趾骨聯(lián)合的三點(diǎn)為參照點(diǎn)， 所述參數(shù)取得步驟將指示儀的方向參數(shù)化來(lái)取得參數(shù)，該指示儀的方向在底座夾具的三維圖像中穿過(guò)與左髂前上棘或右髂前上棘上的體表面抵接的支柱的上端附近或?qū)⑴c左右髂前上棘上的體表面分別抵接的各支柱的上端彼此連接的線的中心附近，并與在所述人エ關(guān)節(jié)決定步驟中決定的人工關(guān)節(jié)的設(shè)置方向平行。
3.如權(quán)利要求I或2所述的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，其特征在干， 在所述底座夾具設(shè)定步驟中，考慮了骨盆與皮膚表面間的距離，來(lái)相對(duì)于在所述圖像再構(gòu)筑步驟中獲得的骨盆的三維圖像設(shè)定底座夾具的三維圖像。
4.如權(quán)利要求3所述的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，其特征在干， 所述骨盆與皮膚表面間的距離是使用深度計(jì)測(cè)量獲得的實(shí)測(cè)值。
5.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，其特征在于， 在所述底座夾具設(shè)定步驟中，在所述底座夾具的三維圖像中以各支柱所支承的平面與包括所述骨盆的各參照點(diǎn)在內(nèi)的平面平行的方式，根據(jù)各參照點(diǎn)處的骨盆與皮膚表面間的距離的不同，至少對(duì)ー根支柱的長(zhǎng)度進(jìn)行修正。
6.如權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，其特征在于， 在所述底座夾具設(shè)定步驟中，在所述底座夾具的三維圖像中，在使各支柱的長(zhǎng)度相同的狀態(tài)下，根據(jù)各參照點(diǎn)處的骨盆與皮膚表面間的距離的不同，對(duì)所述指示儀的方向進(jìn)行修正。
7.一種手術(shù)支援用夾具，其特征在于，包括 底座夾具，該底座夾具具有相對(duì)于形成ー個(gè)平面的框架體能調(diào)節(jié)彼此間隔的三根以上的支柱；以及方向指示夾具，該方向指示夾具安裝于所述框架體的表面上的規(guī)定位置，并具有指示以所述框架體的平面為基準(zhǔn)的任意方向角度的指示儀。
8.如權(quán)利要求7所述的手術(shù)支援用夾具，其特征在干， 所述底座夾具包括與骨盆的左右髂前上棘及趾骨聯(lián)合這三點(diǎn)抵接的三根支柱， 所述方向指示夾具安裝干與左髂前上棘或右髂前上棘上的體表面抵接的支柱的上端附近，或?qū)⑴c左右髂前上棘上的體表面分別抵接的各支柱的上端彼此連接的線的中點(diǎn)附近。
9.如權(quán)利要求8所述的手術(shù)支援用夾具，其特征在干， 在所述底座夾具的與骨盆的左右髂前上棘抵接的兩根支柱前端具有固定于髂前上棘的固定構(gòu)件。
10.ー種精度驗(yàn)證方法，是權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的手術(shù)支援用夾具的精度驗(yàn)證方法，其特征在干， 求出所述指示儀的從水平面起始的前方開(kāi)角與設(shè)置于骨盆髖臼的髖臼杯的法線的從水平面起始的前方開(kāi)角之差， 求出術(shù)前計(jì)劃時(shí)的髖臼杯的法線的前方開(kāi)角與從術(shù)后拍攝獲得的髖臼杯的法線的前方開(kāi)角中減去所述差后的值之差。
11.ー種精度驗(yàn)證方法，是權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的手術(shù)支援用夾具的精度驗(yàn)證方法，其特征在干， 將與所述指示儀平行的線和設(shè)置于骨盆髖白的髖白杯的法線投影到水平面上，并在投影后的兩根線上分別設(shè)置任意兩點(diǎn)， 根據(jù)由合計(jì)四點(diǎn)形成的兩個(gè)三角形的邊的長(zhǎng)度及內(nèi)角，求出所述兩根線所成的第一角度， 根據(jù)所述第一角度，求出所述框架體的平面上所述兩根線所成的第二角度， 求出術(shù)前計(jì)劃時(shí)的髖臼杯的法線的前方開(kāi)角與從術(shù)后拍攝獲得的髖臼杯的法線的前方開(kāi)角中減去所述第二角度后的值之差。
全文摘要
一種人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前計(jì)劃用程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟圖像輸入步驟(S101)，在該圖像輸入步驟(S101)中，輸入多個(gè)包括骨盆、大腿骨在內(nèi)的下肢的二維斷層圖像；圖像再構(gòu)筑步驟(S102、S103)，在該圖像再構(gòu)筑步驟(S102、S103)中，由多個(gè)二維斷層圖像再構(gòu)筑出包括骨盆、大腿骨在內(nèi)的三維圖像；人工關(guān)節(jié)決定步驟(S104、S105)，在該人工關(guān)節(jié)決定步驟(S104、S105)中，根據(jù)骨盆、大腿骨的三維圖像決定設(shè)置于骨盆髖臼的人工關(guān)節(jié)的設(shè)置位置及方向；底座夾具設(shè)定步驟(S107～S109)，在該底座夾具設(shè)定步驟(S107～S109)中，相對(duì)于骨盆的三維圖像，設(shè)定具有與該骨盆的三點(diǎn)參照點(diǎn)分別抵接的三根支柱的底座夾具的三維圖像；以及參數(shù)取得步驟(S110～S112)，在該參數(shù)取得步驟(S110～S112)中，將在底座夾具的三維圖像中穿過(guò)骨盆髖臼附近的支柱上端并與人工關(guān)節(jié)的設(shè)置方向平行的線的方向參數(shù)化來(lái)取得參數(shù)。
文檔編號(hào)A61F2/32GK102647962SQ20108005303
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者伊藤知之, 須田健 申請(qǐng)人:株式會(huì)社力克賽