JP7768929B2 - A device for identifying lines connecting specific points on an object - Google Patents
A device for identifying lines connecting specific points on an objectInfo
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Description
本発明は、物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するための装置に関し、例えば、膝の人工関節手術の際に必要となる脛骨のメカニカルアクシス(脛骨機能軸)について、より適切な位置を求め、表示する装置に関する。 The present invention relates to a device for identifying a straight line connecting specific points on an object, and relates to a device for determining and displaying a more appropriate position for, for example, the mechanical axis of the tibia (tibial functional axis), which is necessary during knee replacement surgery.
膝の人工関節手術においては、脛骨を骨切りする際に、脛骨の近位側に位置する第1の基準位置(具体的には、外側顆と内側顆とを含む脛骨近位側部位の上関接面における顆間隆起の点)と、脛骨の遠位側に位置する第2の基準位置(具体的には、脛骨の内果と腓骨の外果とを含む下腿骨の遠位端幅方向中心点)と、を結んで表示されるいわゆるメカニカルアクシスを事前に決定することが必要である。メカニカルアクシスは、例えば脛骨の近位側部位に関する高位脛骨骨切り術を実施するために、脛骨を骨切りする面を決定するための基準線となる。そのため、脛骨に関するメカニカルアクシスを決定することは重要である。 In knee prosthesis surgery, when performing tibial osteotomy, it is necessary to determine in advance the so-called mechanical axis, which is displayed by connecting a first reference position located on the proximal side of the tibia (specifically, the point on the intercondylar eminence on the superior articular surface of the proximal portion of the tibia, including the lateral and medial condyles) with a second reference position located on the distal side of the tibia (specifically, the center point in the width direction of the distal end of the tibia, including the medial malleolus of the tibia and the lateral malleolus of the fibula). The mechanical axis serves as a reference line for determining the plane along which the tibia will be cut, for example, to perform high tibial osteotomy on the proximal portion of the tibia. Therefore, determining the mechanical axis for the tibia is important.
脛骨の骨切りに関する技術としては、例えば特許文献1に、検出デバイス44と、追跡物体に配置されて検出デバイス44によって検出できる追跡可能な要素(例えばナビゲーション・マーカー46)と、を備える光学トラッキング・システム42が開示されており(特許文献1の図6)、検出デバイス44は追跡可能な要素上のパターンを検出する可視光ベースの検出器、或いは、赤外線を感知可能で、骨切り手術が行われる手術室内に配置可能な立体カメラ・ペアを含む、とされている。 As a technology related to tibial osteotomy, for example, Patent Document 1 discloses an optical tracking system 42 that includes a detection device 44 and a trackable element (e.g., a navigation marker 46) that is placed on a tracked object and can be detected by the detection device 44 (Figure 6 of Patent Document 1), and the detection device 44 is said to include a visible light-based detector that detects a pattern on the trackable element, or a stereoscopic camera pair that is sensitive to infrared light and can be placed in the operating room where the osteotomy surgery is performed.
特許文献1では、光学トラッキング・システム42が検出デバイス44とナビゲーション・マーカー46とを含むことにより、物体(例えば脛骨)が検出デバイス44の座標系内で移動するとき、検出デバイス44が物体の運動を検出するために物体の姿勢を追跡可能であることが開示されているが、これらの構成要素44、46が相まって脛骨のメカニカルアクシスを決定できることは全く開示されていない。 Patent document 1 discloses that the optical tracking system 42 includes a detection device 44 and a navigation marker 46, which enables the detection device 44 to track the orientation of an object (e.g., the tibia) to detect its movement as it moves within the coordinate system of the detection device 44. However, it does not disclose at all that these components 44, 46 can work together to determine the mechanical axis of the tibia.
近年では、従来に比べて脛骨のメカニカルアクシスをより適切に決定することが望まれており、また脛骨の近位側部位の骨切りの際に、メカニカルアクシスの確認と切断すべき骨の部分の確認とを、術者が同一視野内で行うことにより、術者の負担を軽減することも強く望まれている。 In recent years, there has been a desire to determine the mechanical axis of the tibia more accurately than in the past, and there is also a strong desire to reduce the burden on the surgeon when performing osteotomy of the proximal part of the tibia by allowing the surgeon to check both the mechanical axis and the part of the bone to be cut within the same field of view.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、例えば、脛骨のメカニカルアクシスを従来に比べてより適切に決定することができるとともに、メカニカルアクシスの確認と切断すべき骨の部分の確認とを、術者が同一視野内で行うことで術者の負担を軽減し、しかも安価で簡易である、物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するための装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an inexpensive and simple device for identifying a straight line connecting specific points on an object, which can determine the mechanical axis of the tibia more accurately than conventional devices, and which reduces the burden on the surgeon by allowing them to check the mechanical axis and the part of the bone to be cut within the same field of view.
上記課題を解決するために、本発明に係る物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するための装置は、互いに位置決めされた複数の固定マーカーと、移動可能なマーカーと、移動可能な撮像手段と、表示手段と、演算処理手段と、を含み、前記固定マーカーのそれぞれの三次元座標系は、前記物体の特定の点の三次元座標の基準であり、前記固定マーカーのそれぞれは、前記移動可能なマーカーとともに、前記物体の特定の点を決定するために用いられ、前記撮像手段は、前記固定マーカーの1つと前記移動可能なマーカーとを同時に撮影するために用いられ、前記演算処理手段は、前記物体の特定の点とそれら点同士を結ぶ直線を特定するために用いられ、前記表示手段は、少なくとも前記物体の特定の点同士を結ぶ直線を表示するために用いられる、ことを特徴とする。 In order to solve the above problem, the present invention provides an apparatus for identifying a line connecting specific points on an object, which includes a plurality of fixed markers positioned relative to one another, a movable marker, a movable imaging means, a display means, and a processing means, wherein the three-dimensional coordinate system of each of the fixed markers is the reference for the three-dimensional coordinates of the specific point on the object, each of the fixed markers is used together with the movable marker to determine the specific point on the object, the imaging means is used to simultaneously photograph one of the fixed markers and the movable marker, the processing means is used to identify the specific points on the object and the line connecting those points, and the display means is used to display at least the line connecting the specific points on the object.
本発明では、ナビゲーションシステムとしての機構、即ち移動可能な撮像手段と、表示手段と、複数の固定マーカーと、移動可能なマーカーと、演算処理手段とを含む簡易で安価な機構、を用いることを前提として、例えば脛骨のメカニカルアクシスを決定するに際し、脛骨の複数の場所に同時に配置された固定マーカーと、各固定マーカーに対して比較的近い位置に順次配置される1つの移動可能なマーカーとの位置関係を考慮して、撮像手段が、各固定マーカーと移動可能なマーカーとからなるマーカーユニットを、移動可能なマーカーの配置場所の数だけ撮影するとともに、表示手段が当該マーカーユニットを、移動可能なマーカーの配置場所の数だけ表示する。次いで、本発明では、演算処理手段が、このように表示された画像データから、撮像手段の三次元座標系における固定マーカーと移動可能なマーカーとの位置を求め、移動可能なマーカーに対応した特定の点の位置を固定マーカーに対する相対座標に変換する。さらに、本発明では、固定マーカー同士の位置関係が既知であることから、一方の固定マーカーと移動可能なマーカーとにより求めた特定の点の位置が、他方の固定マーカーに対する相対座標に変換することができ、その結果固定マーカーに対する相対座標に変換された特定の点の位置情報が演算処理手段に保存され、脛骨上の特定の点が決定され、これらの特定の点が表示手段にさらに表示され、ひいては脛骨のメカニカルアクシスを決定することができる。 This invention assumes the use of a navigation system mechanism, i.e., a simple and inexpensive mechanism including a movable imaging means, a display means, multiple fixed markers, a movable marker, and a processing means. For example, when determining the mechanical axis of the tibia, the imaging means takes images of marker units consisting of fixed markers and movable markers for the number of locations where the movable markers are placed, taking into account the positional relationship between fixed markers placed simultaneously at multiple locations on the tibia and one movable marker placed sequentially in a position relatively close to each fixed marker, and the display means displays the marker units for the number of locations where the movable markers are placed. Next, in this invention, the processing means determines the positions of the fixed markers and movable markers in the three-dimensional coordinate system of the imaging means from the image data displayed in this way, and converts the position of a specific point corresponding to the movable marker into relative coordinates with respect to the fixed marker. Furthermore, in the present invention, because the positional relationship between the fixed markers is known, the position of a specific point determined using one fixed marker and a movable marker can be converted into relative coordinates with respect to the other fixed marker. As a result, the position information of the specific point converted into relative coordinates with respect to the fixed marker is stored in the calculation processing means, specific points on the tibia are determined, and these specific points are further displayed on the display means, thereby making it possible to determine the mechanical axis of the tibia.
そして、このような本発明の物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定する装置によれば、固定マーカーと移動可能なマーカーとの距離が近いこと、及び撮像手段が移動可能であること、により、撮像手段が固定マーカーと移動可能なマーカーとからなる各マーカーユニットを、適切に撮影することができる。そのため、複数の画像データから、固定マーカー同士の位置関係を考慮して、例えば脛骨のメカニカルアクシスを従来に比べてより適切に決定することができる。 In addition, with this device for identifying a straight line connecting specific points on an object, the fixed markers and movable markers are close to each other, and the imaging means is movable, so the imaging means can properly capture images of each marker unit consisting of a fixed marker and a movable marker. Therefore, by taking into account the positional relationship between the fixed markers from multiple image data, it is possible to more properly determine the mechanical axis of, for example, the tibia than in the past.
なお、このような本発明の物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定する装置によれば、特に撮像手段を移動可能としているため、例えばこの装置を脛骨のメカニカルアクシスの決定に用いる場合には、特に少なくとも撮像手段と表示手段とを同一機器とすることで、当該メカニカルアクシスの確認と切断すべき脛骨の部分の確認とを、術者が同一視野内で行うことができ、その結果術者の負担を軽減することができる。 In addition, with this device for identifying a straight line connecting specific points on an object of the present invention, the imaging means is particularly movable. Therefore, when using this device to determine the mechanical axis of the tibia, for example, by using at least the imaging means and the display means as the same device, the surgeon can confirm the mechanical axis and the part of the tibia to be resected within the same field of view, thereby reducing the burden on the surgeon.
<物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するための装置>
以下では、本発明の実施の形態に係る物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するための装置(以下、「本願装置」と称する場合がある)として、脛骨のメカニカルアクシスを決定するための装置について詳述する。しかしながら、本願装置は脛骨のメカニカルアクシスを決定するための装置に限られず、物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するための装置であれば、いかなるものも含まれる。なお、以下に示す例は、撮像手段と表示手段と演算処理手段とを同一機器(例えば、所定の演算処理を行うためのアプリケーションがインストールされたカメラ付きスマートフォン(以下、単に「スマートフォン」と称する場合がある))により実現した例である。
<Device for identifying a line connecting specific points on an object>
The following describes in detail an apparatus for determining the mechanical axis of a tibia as an apparatus for identifying a line connecting specific points of an object according to an embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the "present apparatus"). However, the present apparatus is not limited to an apparatus for determining the mechanical axis of the tibia, and includes any apparatus for identifying a line connecting specific points of an object. Note that the example shown below is an example in which the imaging means, display means, and arithmetic processing means are implemented by the same device (for example, a smartphone with a camera (hereinafter, sometimes simply referred to as the "smartphone") on which an application for performing predetermined arithmetic processing is installed).
図1は、本願装置、特に、脛骨のメカニカルアクシスを決定するための装置を示す平面図であり、(a)は取り外し可能なマーカーが脛骨に固定された第1のマーカーの近くに配置された状態を示し、(b)は取り外し可能なマーカーが脛骨に固定された第2のマーカーの近くに配置された状態を示す。 Figure 1 is a plan view showing the present device, particularly a device for determining the mechanical axis of the tibia, where (a) shows a state in which a removable marker is positioned near a first marker fixed to the tibia, and (b) shows a state in which a removable marker is positioned near a second marker fixed to the tibia.
図1(a)及び図1(b)に示すように、本願装置10は、第1のマーカー12aと、第2のマーカー12bと、第3のマーカー14と、スマートフォン16とを含む。 As shown in Figures 1(a) and 1(b), the present device 10 includes a first marker 12a, a second marker 12b, a third marker 14, and a smartphone 16.
第1のマーカー12aは、脛骨Tの近位側の部位に、直接固定され或いは図示しないマーカー固定部材を介して間接的に固定される。第1のマーカー12aは、(後述するように、第3のマーカー14とセットで撮影されるにあたり)その読み取りがなされる部分がスマートフォン16によって読み取り可能であれば、脛骨Tに対してどのように固定されていてもよい。第1のマーカー12aには、例えばQRコード(登録商標)等のマトリクス型2次元コードを用いることができるが、これらに限らず、各種マーカーを採用することができる。脛骨Tに固定された第1のマーカー12aは、後述する(脛骨に固定された)第2のマーカー12bと、互いに固定された位置関係にある。 The first marker 12a is fixed directly to a proximal portion of the tibia T, or indirectly via a marker fixing member (not shown). The first marker 12a may be fixed to the tibia T in any manner as long as the portion to be read can be read by the smartphone 16 (when photographed together with the third marker 14, as described below). The first marker 12a may be a matrix-type two-dimensional code such as a QR code (registered trademark), but is not limited to this and various other markers can be used. The first marker 12a fixed to the tibia T is in a fixed positional relationship with the second marker 12b (fixed to the tibia) described below.
同様に、第2のマーカー12bは、脛骨Tの遠位側の部位に、直接固定され或いは図示しないマーカー固定部材を介して間接的に固定される。第2のマーカー12bは、(後述するように、第3のマーカー14とセットで撮影されるにあたり)その読み取りがなされる部分がスマートフォン16によって読み取り可能であれば、脛骨Tに対してどのように固定されていてもよい。第2のマーカー12bには、例えばQRコード(登録商標)等のマトリクス型2次元コードを用いることができるが、これらに限らず、各種マーカーを採用することができる。脛骨Tに固定された第2のマーカー12bは、後述する(脛骨に固定された)第1のマーカー12aと、互いに固定された位置関係にある。 Similarly, the second marker 12b is fixed to a distal portion of the tibia T, either directly or indirectly via a marker fixing member (not shown). The second marker 12b may be fixed to the tibia T in any manner as long as the portion to be read can be read by the smartphone 16 (when photographed together with the third marker 14, as described below). The second marker 12b may be, for example, a matrix-type two-dimensional code such as a QR code (registered trademark), but is not limited to this and various other markers can be used. The second marker 12b fixed to the tibia T is in a fixed positional relationship with the first marker 12a (fixed to the tibia), described below.
なお、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bのそれぞれの三次元座標系は、メカニカルアクシスMAを決定する際に用いる特定の点の三次元座標の基準となる。メカニカルアクシスMAを決定する際に用いる特定の点を決定するには、スマートフォン16aのカメラの三次元座標系と、(固定マーカーである)第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bのそれぞれの三次元座標系と、(移動可能なマーカーである)第3のマーカー14の三次元座標系の、3つの三次元座標系が必要であり、決定した特定の点の位置は、最終的に(固定マーカーである)第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bのそれぞれの三次元座標系に対する相対座標としてスマートフォン16に保存される。 The three-dimensional coordinate systems of the first marker 12a and the second marker 12b serve as the reference for the three-dimensional coordinates of a specific point used when determining the mechanical axis MA. To determine the specific point used when determining the mechanical axis MA, three three-dimensional coordinate systems are required: the three-dimensional coordinate system of the camera of the smartphone 16a, the three-dimensional coordinate systems of the first marker 12a and the second marker 12b (which are fixed markers), and the three-dimensional coordinate system of the third marker 14 (which is a movable marker). The position of the determined specific point is ultimately saved in the smartphone 16 as a relative coordinate with respect to the three-dimensional coordinate systems of the first marker 12a and the second marker 12b (which are fixed markers).
第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bの三次元座標系の例としては、図1(a)及び図1(b)に示すX軸、Y軸及びZ軸により決定され、且つ第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bのいずれかの中心部付近の一点を原点とする座標系がある。これらの3軸は、スマートフォン16の画面に映し出される方向をそれぞれ示し、具体的にはX軸は2つのマーカー12a、12bを結ぶ方向を示し、Z軸は各マーカー12a、12bを貫く方向を示し、Y軸はX軸及びZ軸のいずれにも垂直な方向を示す。 An example of a three-dimensional coordinate system for the first marker 12a and the second marker 12b is a coordinate system determined by the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in Figures 1(a) and 1(b), and with its origin at a point near the center of either the first marker 12a or the second marker 12b. These three axes each indicate the direction displayed on the screen of the smartphone 16; specifically, the X-axis indicates the direction connecting the two markers 12a and 12b, the Z-axis indicates the direction passing through each marker 12a and 12b, and the Y-axis indicates a direction perpendicular to both the X-axis and the Z-axis.
第3のマーカー14は、第1のマーカー12aに近い脛骨T上の点及び第2のマーカー12bに近い脛骨T上の点を含む、脛骨T上のいずれの点にも取り付け可能であり、またこれらのいずれの点からも取り外し可能である。ここで、第3のマーカー14が脛骨Tに取り付けられているとは、第3のマーカー14が脛骨Tのいずれかの部分と接触していることを意味し、第3のマーカー14と脛骨Tとの接触状態を保つための他の機械要素等の存在の有無は問わない。即ち、第3のマーカー14の先端を針状にして第3のマーカー14を脛骨Tにそのまま刺して取り付けてもよいし、他の機械要素等を用いて、第3のマーカー14と脛骨Tとを単に接触させるだけでもよい。 The third marker 14 can be attached to any point on the tibia T, including a point on the tibia T close to the first marker 12a and a point on the tibia T close to the second marker 12b, and can be detached from any of these points. Here, "the third marker 14 being attached to the tibia T" means that the third marker 14 is in contact with some part of the tibia T, regardless of whether or not other mechanical elements are present to maintain contact between the third marker 14 and the tibia T. In other words, the third marker 14 may be attached by piercing the tibia T directly with a needle-shaped tip, or the third marker 14 may simply be brought into contact with the tibia T using other mechanical elements.
第3のマーカー14は、例えば図1(a)に示すように、脛骨Tの近位側の部位(具体的には、外側顆と内側顆とを含む脛骨近位側部位の上関接面における顆間隆起の点P1)に、直接取り付けられ、或いは図示しないマーカー固定部材を介して間接的に取り付けられる。このような第3のマーカー14の取り付け態様により、脛骨Tの近位部位において、第1のマーカー12aと第3のマーカー14とにより第1のマーカーユニットU1が形成される。 As shown in FIG. 1(a), the third marker 14 is attached directly to a proximal portion of the tibia T (specifically, to point P1 on the intercondylar eminence on the superior articular surface of the proximal portion of the tibia, including the lateral and medial condyles), or indirectly via a marker fixing member (not shown). By attaching the third marker 14 in this manner, the first marker 12a and the third marker 14 form a first marker unit U1 at the proximal portion of the tibia T.
また、第3のマーカー14は、例えば図1(b)に示すように、脛骨Tの遠位側の部位の1点(具体的には、脛骨Tの内果のうち、腓骨Fから最も離れた点P2)に、直接取り付けられ、或いは図示しないマーカー固定部材を介して間接的に取り付けられる。このような第3のマーカー14の取り付け態様により、脛骨Tの遠位部位において、第2のマーカー12bと第3のマーカー14とにより第2のマーカーユニットU2が形成される。 Furthermore, as shown in FIG. 1(b), the third marker 14 is attached directly to a point on the distal side of the tibia T (specifically, the point P2 on the medial malleolus of the tibia T that is farthest from the fibula F), or indirectly via a marker fixing member (not shown). By attaching the third marker 14 in this manner, the second marker 12b and the third marker 14 form a second marker unit U2 at the distal side of the tibia T.
同様に、第3のマーカー14は、例えば図1(b)において、脛骨Tの遠位側の部位の1点(具体的には、腓骨Fの外果のうち、脛骨Tから最も離れた点P3)に、直接取り付けられ、或いは図示しないマーカー固定部材を介して間接的に取り付けられる(第3のマーカー14は点P3において不図示)。このような第3のマーカー14の取り付け態様により、脛骨Tの遠位部位において、第2のマーカー12bと第3のマーカー14とにより第3のマーカーユニットU3(不図示)が形成される。 Similarly, the third marker 14 is attached directly to a point on the distal side of the tibia T (specifically, point P3 on the lateral malleolus of the fibula F, the point farthest from the tibia T), for example, as shown in FIG. 1(b), or indirectly via a marker fixing member (not shown) (the third marker 14 is not shown at point P3). By attaching the third marker 14 in this manner, the second marker 12b and the third marker 14 form a third marker unit U3 (not shown) at the distal side of the tibia T.
第3のマーカー14は、(後述するように、第1のマーカー12a又は第2のマーカー12bとセットで撮影されるにあたり)その読み取りがなされる部分がスマートフォン16によって読み取り可能であれば、脛骨Tに対してどのように取り付けられていてもよい。第3のマーカー14についても、例えばQRコード(登録商標)等のマトリクス型2次元コードを用いることができるが、これらに限らず、各種マーカーを採用することができる。 The third marker 14 may be attached to the tibia T in any manner as long as the portion to be read can be read by the smartphone 16 (when photographed together with the first marker 12a or the second marker 12b, as described below). The third marker 14 may also be a matrix-type two-dimensional code such as a QR code (registered trademark), but is not limited to this and various other markers may be used.
スマートフォン16は、上述した第1のマーカーユニットU1(脛骨Tの近位側に固定された第1のマーカー12aとこの近くで脛骨T上に取り付けられた第3のマーカー14とから構成される)と、第2のマーカーユニットU2(脛骨Tの遠位側に固定された第2のマーカー12bとこの近くで脛骨T上に取り付けられた第3のマーカー14とから構成される)と、第3のマーカーユニットU3(脛骨Tの遠位側に固定された第2のマーカー12bとこの近くで腓骨F上に取り付けられた第3のマーカー14とから構成される)と、のそれぞれを、別個に撮影し、それらの情報を表示する。 The smartphone 16 separately photographs the above-mentioned first marker unit U1 (comprised of a first marker 12a fixed to the proximal side of the tibia T and a third marker 14 attached nearby on the tibia T), the second marker unit U2 (comprised of a second marker 12b fixed to the distal side of the tibia T and a third marker 14 attached nearby on the tibia T), and the third marker unit U3 (comprised of a second marker 12b fixed to the distal side of the tibia T and a third marker 14 attached nearby on the fibula F), and displays the information about them.
スマートフォン16は、第1、第2、及び第3のマーカーユニットU1、U2、U3を撮影した各画像を基に、脛骨Tの近位端の第1の点(図1(a)に示す点P1)及び脛骨Tの遠位端の第2の点(図1(b)の点P4)を決定する。そして、スマートフォン16は、脛骨Tに固定された状態の第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bの位置関係が互いに固定されていることを考慮して、上記の2点(P1、P4)を基に、メカニカルアクシスMAを決定する。メカニカルアクシスMAを決定するにあたって行う各種演算処理は、例えばスマートフォン16内にインストールされ、演算処理機能を有する、特定のアプリケーションによって実施することができる。 The smartphone 16 determines a first point at the proximal end of the tibia T (point P1 shown in FIG. 1(a)) and a second point at the distal end of the tibia T (point P4 in FIG. 1(b)) based on the images captured of the first, second, and third marker units U1, U2, and U3. The smartphone 16 then determines the mechanical axis MA based on the above two points (P1, P4), taking into account that the positional relationship between the first marker 12a and the second marker 12b when fixed to the tibia T is fixed. The various calculation processes performed when determining the mechanical axis MA can be performed, for example, by a specific application installed in the smartphone 16 and having calculation processing capabilities.
以上に示す例は、上述のとおり、撮像手段と表示手段と演算処理手段とを同一機器(例えば、スマートフォン)とした例であるが、このような例としては、スマートフォンの他に、ノート型PCもあげられる。しかしながら、本発明はこれらの例に限られない。即ち、本発明には、これら3つの手段を以下のように複数の機器に分担させた例A)及びB)も含まれる。
A)撮像手段としてカメラ、演算手段としてパーソナルコンピュータ(以下、「PC」と称する)、及び表示手段としてディスプレイを使用する例
B)撮像手段としてカメラ、及び演算手段と表示手段とを兼ね備えたノート型PCを使用する例
なお、これら3つの手段を2つ以上の機器でまかなう場合には、それぞれの機器を有線又は無線により互いに通信可能な状態にしていれば、特にその他の制約はない。
As described above, the examples shown above are examples in which the imaging means, display means, and arithmetic processing means are integrated into the same device (e.g., a smartphone), but other examples of this type include notebook PCs as well. However, the present invention is not limited to these examples. In other words, the present invention also includes examples A) and B) in which these three means are shared among multiple devices as follows.
A) An example in which a camera is used as the imaging means, a personal computer (hereinafter referred to as "PC") as the calculation means, and a display as the display means. B) An example in which a camera is used as the imaging means, and a notebook PC that combines calculation means and display means. Note that when these three means are provided by two or more devices, there are no other particular restrictions as long as the devices are able to communicate with each other via wired or wireless connections.
(本願装置による脛骨Tのメカニカルアクシスの決定メカニズム)
以上のような、第1のマーカー12a、第2のマーカー12b、第3のマーカー14、及びスマートフォン16を含む本願装置10(具体的には、脛骨のメカニカルアクシスMAを決定するための装置)は、以下のように動作する。
(Mechanism for determining the mechanical axis of the tibia T using the device of the present invention)
The present device 10 (specifically, a device for determining the mechanical axis MA of the tibia) including the first marker 12a, the second marker 12b, the third marker 14, and the smartphone 16 as described above operates as follows.
第1のマーカー12aが脛骨Tの近位側の所定位置に固定され、第2のマーカー12bが脛骨Tの近位側の所定位置に固定される。このため、脛骨Tに固定された状態の第1のマーカー12aと第2のマーカー12bとは、互いに固定された位置関係にある。即ち、第1のマーカー12aは第2のマーカー12bからの方向及び距離が定まった位置に存在し、第2のマーカー12bは第1のマーカー12aからの方向及び距離が定まった位置に存在する。これにより、第1のマーカー12aとの位置関係が明らかな点と、第2のマーカー12bとの位置関係が明らかな点と、の位置関係を明らかにすることができる。 The first marker 12a is fixed at a predetermined position on the proximal side of the tibia T, and the second marker 12b is fixed at a predetermined position on the proximal side of the tibia T. Therefore, the first marker 12a and the second marker 12b, when fixed to the tibia T, are in a fixed positional relationship with each other. In other words, the first marker 12a is located at a position with a fixed direction and distance from the second marker 12b, and the second marker 12b is located at a position with a fixed direction and distance from the first marker 12a. This makes it possible to clarify the positional relationship between points whose positional relationship with the first marker 12a is clear and points whose positional relationship with the second marker 12b is clear.
このような状態の下、例えばまず、第3のマーカー14を、第1のマーカー12aに近い脛骨T上の1点(図1(a)において、外側顆と内側顆とを含む脛骨近位側部位の上関接面における顆間隆起の点P1)に取り付け、スマートフォン16が第1マーカー12aと第3のマーカー14とにより構成される第1のマーカーユニットU1を撮影する。次いで、スマートフォン16が、この撮影された第1のマーカーユニットU1に関する情報を基に、事前に脛骨Tに固定された第1のマーカー12aの位置を基準として空間上における点P1の位置を決定し、点P1がスマートフォン16に記憶、表示される。これにより、脛骨Tの近位端における第1の点(即ち、点P1)が決定される。 Under these conditions, for example, first, the third marker 14 is attached to a point on the tibia T close to the first marker 12a (point P1 on the intercondylar eminence on the superior articular surface of the proximal portion of the tibia, including the lateral and medial condyles, in FIG. 1(a)), and the smartphone 16 photographs the first marker unit U1 composed of the first marker 12a and the third marker 14. Next, based on information about the photographed first marker unit U1, the smartphone 16 determines the position of point P1 in space using the position of the first marker 12a, which was previously fixed to the tibia T, as a reference, and point P1 is stored and displayed on the smartphone 16. This determines the first point (i.e., point P1) at the proximal end of the tibia T.
次に、第3のマーカー14を上記点P1から取り外し、第2のマーカー12bに近い脛骨T上の1点(図1(b)において、脛骨Tの内果のうち、腓骨Fから最も離れた点P2)に取り付け、スマートフォン16が第2のマーカー12bと点P2に取り付けられた第3のマーカー14とにより構成される第2のマーカーユニットU2を撮影する。 Next, the third marker 14 is removed from point P1 and attached to a point on the tibia T close to the second marker 12b (in Figure 1(b) , point P2 on the medial malleolus of the tibia T, the point farthest from the fibula F), and the smartphone 16 photographs the second marker unit U2, which is composed of the second marker 12b and the third marker 14 attached to point P2.
さらに、第3のマーカー14を上記点P2から取り外し、第2のマーカー12bに近い腓骨F上の1点(図1(b)において、腓骨Fの外果のうち、脛骨Tから最も離れた点P3)に取り付け、スマートフォン16が第2のマーカー12bと点P3に取り付けられた第3のマーカー14とにより構成される第3のマーカーユニットU3を撮影する。 Furthermore, the third marker 14 is removed from point P2 and attached to a point on the fibula F close to the second marker 12b (in Figure 1(b) , point P3 on the lateral malleolus of the fibula F, the point farthest from the tibia T), and the smartphone 16 photographs the third marker unit U3 consisting of the second marker 12b and the third marker 14 attached to point P3.
このようにして撮影された第2のマーカーユニットU2に関する情報及び第3のマーカーユニットU3に関する情報を基に、スマートフォン16が、事前に脛骨Tに固定された第2のマーカー12bの位置を基準として空間上における点P2、点P3の位置を決定するとともに、これら点P2と点P3との中点(図1(b)の点P4)を決定し、点P4がスマートフォン16に記憶、表示される。これにより、脛骨Tの遠位端における第2の点(即ち、点P4)が決定される。 Based on the information about the second marker unit U2 and the information about the third marker unit U3 captured in this manner, the smartphone 16 determines the positions of points P2 and P3 in space based on the position of the second marker 12b previously fixed to the tibia T, and also determines the midpoint between points P2 and P3 (point P4 in Figure 1(b)), which is then stored and displayed on the smartphone 16. This determines the second point (i.e., point P4) at the distal end of the tibia T.
そして、最後に、第1のマーカー12aを基準にして決定された脛骨Tの近位側における第1の点(点P1)と、第2のマーカー12bを基準にして決定された脛骨Tの遠位側における第2の点(点P4)と、の各位置に基づき、スマートフォン16が、これらのマーカー12a、12bの位置関係が互いに固定されていることを考慮して、脛骨TのメカニカルアクシスMAを決定し、当該メカニカルアクシスMAがスマートフォン16に記憶、表示される。 Finally, based on the positions of a first point (point P1) on the proximal side of the tibia T determined with reference to the first marker 12a, and a second point (point P4) on the distal side of the tibia T determined with reference to the second marker 12b, the smartphone 16 determines the mechanical axis MA of the tibia T, taking into account that the positional relationship between these markers 12a and 12b is fixed, and the mechanical axis MA is stored and displayed on the smartphone 16.
(本願装置10による作用等)
以上に示す本願装置10は、撮像機能、演算処理機能及び表示機能を有する機構(スマートフォン16)を用いているため、いわゆるナビゲーションシステムの一種である。このようなシステムでは、撮像機能はスマートフォン16のカメラにより、演算処理機能はスマートフォン16にインストールされた演算処理を行うためのアプリケーションにより、また表示機能はスマートフォン16の画面により実現される。なお、スマートフォン16を使用した場合には、特に、単一の術者によって所定の動作を効率的に行うことができる(作用1)。
(Actions of the device 10 of the present application)
The above-described device 10 of the present application is a type of so-called navigation system, since it uses a mechanism (smartphone 16) having an imaging function, a calculation function, and a display function. In such a system, the imaging function is realized by the camera of the smartphone 16, the calculation function is realized by an application for performing calculations installed on the smartphone 16, and the display function is realized by the screen of the smartphone 16. Note that, when the smartphone 16 is used, predetermined operations can be performed efficiently by a single surgeon (Action 1).
代替的に、このようなナビゲーションシステムとしては、例えばスマートフォン16の代わりに、撮像手段と、演算処理手段と、表示手段とを有線又は無線により互いに通信可能な状態とすることを前提に、実質的に別体とすることもできる。その結果、これら3つの手段を別人が操作することを可能とすることで、分業化を図り、術者の操作をこれら3つの手段のうちの1つ又は2つに特化することができ、ひいては各術者の操作負担を軽減することができる(作用2)。 Alternatively, instead of using a smartphone 16, such a navigation system can be configured with the imaging means, processing means, and display means as essentially separate entities, provided that they are capable of communicating with each other via wired or wireless connections. As a result, by allowing these three means to be operated by different people, division of labor can be achieved, allowing the surgeon to specialize in operating one or two of these three means, thereby reducing the operational burden on each surgeon (Effect 2).
次に、従来、脛骨のメカニカルアクシスを決定する際には、脛骨上に固定式のマーカーをひとつだけ設置するとともに、取り外し式のマーカーを脛骨の近位端の所定位置と、遠位端の所定位置と、に順次取り付け、これら2種類のマーカーをひとつのマーカーユニットとし、取り外し式マーカーの設置位置の数だけマーカーユニットを撮影し、このようにして得られた複数の画像に基づき、脛骨のメカニカルアクシスを決定していた。 Next, conventionally, when determining the mechanical axis of the tibia, only one fixed marker is placed on the tibia, and removable markers are attached sequentially to predetermined positions at the proximal end and distal end of the tibia, with these two types of markers forming one marker unit. Images of the marker unit are taken for the same number of removable marker placement positions, and the mechanical axis of the tibia is determined based on the multiple images obtained in this way.
しかしながら、固定式のマーカーが1つだけの場合には、メカニカルアクシスを精度高く決定するにあたり、固定式のマーカーを比較的大型としなければならず、ひいては撮像手段を固定マーカーからある程度離して撮像を行うことが必要であったため、装置自体が扱いづらいだけでなく、メカニカルアクシスを適切に決定することができないおそれがあるという問題があった。また、固定式マーカーが比較的大型であることから、固定式マーカーが手術の邪魔となるおそれがあり、ひいては術者との心理的負担が大きかった。 However, when there is only one fixed marker, the fixed marker must be relatively large in order to determine the mechanical axis with high accuracy, which in turn requires the imaging means to be positioned some distance away from the fixed marker when taking images. This not only makes the device itself difficult to handle, but also poses the risk of not being able to properly determine the mechanical axis. Furthermore, because the fixed marker is relatively large, there is a risk that it will get in the way of surgery, which in turn places a significant psychological burden on the surgeon.
これに対し、本願装置10では、脛骨Tのメカニカルアクシスを決定するに際し、脛骨T上に比較的小型の2つの固定式のマーカー(ひとつは脛骨Tの近位側に固定され、もうひとつは脛骨Tの遠位側に固定される)を用いている。また、本願装置10では、(撮像手段である)スマートフォン16の三次元座標系における(固定マーカーである)第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bと(移動可能なマーカーである)第3のマーカー14との位置を求め、第3のマーカー14に対応した特定の点の位置を第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bのそれぞれに対する相対座標に変換する。さらに、本願装置10では、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12b同士の位置関係が既知であることから、第1のマーカー12a及び第3のマーカー14で求めた特定の点、或いは第2のマーカー12b及び第3のマーカー14で求めた特定の点の位置は、これら特定の点を求めるのに使用しなかった第2のマーカー12b又は第1のマーカー12aに対する相対座標に変換できる。その結果、本願装置10では、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bに対する相対座標に変換された特定の点の位置情報が、(演算処理手段としての)スマートフォン16に保存され、脛骨T上の特定の点が決定されることとなり、これらの特定の点がスマートフォン16にさらに表示され、ひいては脛骨TのメカニカルアクシスMAを決定することができる。 In contrast, the present device 10 uses two relatively small, fixed markers on the tibia T (one fixed to the proximal side of the tibia T and the other fixed to the distal side of the tibia T) to determine the mechanical axis of the tibia T. The present device 10 also determines the positions of the first marker 12a and the second marker 12b (which are fixed markers) and the third marker 14 (which is a movable marker) in the three-dimensional coordinate system of the smartphone 16 (which is the imaging means), and converts the position of a specific point corresponding to the third marker 14 into relative coordinates for each of the first marker 12a and the second marker 12b. Furthermore, in the present device 10, because the positional relationship between the first marker 12a and the second marker 12b is known, the positions of specific points determined using the first marker 12a and the third marker 14, or specific points determined using the second marker 12b and the third marker 14, can be converted into relative coordinates with respect to the second marker 12b or the first marker 12a, which were not used to determine these specific points. As a result, in the present device 10, the position information of the specific points converted into relative coordinates with respect to the first marker 12a and the second marker 12b is stored in the smartphone 16 (as a processing means), specific points on the tibia T are determined, and these specific points are further displayed on the smartphone 16, thereby making it possible to determine the mechanical axis MA of the tibia T.
これにより、固定マーカーの比較的近くに撮像手段を設置して撮像を行うことができるため、装置自体が扱いやすいという利点があるだけでなく、メカニカルアクシスを従来に比べてより適切に決定することができ、さらには固定式マーカーが比較的小型であることから、固定式マーカーが手術の邪魔となるおそれはなく、ひいては術者との心理的負担が小さいという利点もある(作用3)。 This allows the imaging means to be installed relatively close to the fixed marker for imaging, which not only makes the device itself easier to use, but also allows the mechanical axis to be determined more appropriately than before.Furthermore, because the fixed marker is relatively small, there is no risk that the fixed marker will interfere with the surgery, which in turn reduces the psychological burden on the surgeon (Effect 3).
さらに、上述した手法によって脛骨Tのメカニカルアクシスを決定する本願装置10によれば、特にスマートフォン16を移動可能としているため、脛骨Tのメカニカルアクシスの確認と切断すべき脛骨の部分の確認とを、術者が同一視野内で行うことができ、その結果術者の負担を軽減することができる(作用4)。 Furthermore, with the present device 10, which determines the mechanical axis of the tibia T using the above-described method, the smartphone 16 is particularly movable, allowing the surgeon to check the mechanical axis of the tibia T and the portion of the tibia to be resected within the same field of view, thereby reducing the burden on the surgeon (effect 4).
以上に示すように、本願装置10によれば、ナビゲーションシステムを用いて術者の操作を効率的に行うことができ(作用1)或いは術者の負担を軽減することができる(作用2)とともに、特に近年のニーズに沿った課題、即ち脛骨のメカニカルアクシスを従来に比べてより適切に決定すること(作用3)、及びメカニカルアクシスの確認と切断すべき骨の部分の確認とを、術者が同一視野内で行うことで術者の負担を軽減すること(作用4)、を同時に解決し、脛骨Tの骨切りをより簡易且つ適切に行うことができる。 As described above, the device 10 of the present application allows the surgeon to perform operations efficiently using a navigation system (effect 1) or reduce the burden on the surgeon (effect 2), while simultaneously resolving issues particularly in line with recent needs, namely, determining the mechanical axis of the tibia more appropriately than before (effect 3) and reducing the burden on the surgeon by allowing the surgeon to check the mechanical axis and the part of the bone to be cut within the same field of view (effect 4), thereby enabling osteotomy of the tibia T to be performed more easily and appropriately.
(その他の実施可能な形態)
以上に示す本願装置10においては、図1(a)及び図1(b)に示す第1のマーカー12aと第2のマーカー12bとの間の距離は、5cm以上35cm以下とすることができる。
(Other Possible Embodiments)
In the device 10 of the present invention shown above, the distance between the first marker 12a and the second marker 12b shown in FIGS. 1(a) and 1(b) can be set to 5 cm or more and 35 cm or less.
上記距離を5cm以上とすることにより、脛骨Tに固定される第1のマーカー12aと第2のマーカー12bとがスマートフォン16の画面上で重なり合うことはなく、これら2つのマーカーがいずれも明確にスマートフォン16により表示することができる。 これに対し、一般に脛骨の長さが略40cm以下であることに鑑みれば、上記距離を35cm以下とすることにより、第1のマーカー12aと第2のマーカー12bとを脛骨上に確実に配置することができる。 By setting the distance to 5 cm or more, the first marker 12a and the second marker 12b fixed to the tibia T will not overlap on the screen of the smartphone 16, and both markers can be clearly displayed on the smartphone 16. In contrast, given that the length of the tibia is generally approximately 40 cm or less, setting the distance to 35 cm or less will ensure that the first marker 12a and the second marker 12b are positioned reliably on the tibia.
次に、図1(a)及び図1(b)に示す第1のマーカー12a(又は第2のマーカー12b)と、第3のマーカー14との間の距離は、5cm以上20cm以下とすることができる。従来の態様(脛骨に固定するマーカーを1つだけ使用する態様)でメカニカルアクシスを決定するに際し、これまで用いられてきたマーカー(例えば5cm×5cmの正方形)を使用する場合には、これら2種類のマーカー12a、14とスマートフォン16との間の距離を約30から40cmとすることが、スマートフォン16の操作性の観点からは適切であった。このような前提の下、メカニカルアクシスをより精度高く決定することを目的として、2種類のマーカー12a、14を比較的大型なものに変更すると、スマートフォン16をこれら2種類のマーカーから比較的遠ざける必要があり、その場合には、スマートフォン16の操作性が低下するおそれがある。このような経験則から、これまで使用してきたサイズのマーカーを使用することを前提に、スマートフォン16の操作性を考慮すると、第1のマーカー12a(又は第2のマーカー12b)と、第3のマーカー14との間の距離は、5cm以上20cm以下とすることが肝要である。 Next, the distance between the first marker 12a (or second marker 12b) and the third marker 14 shown in Figures 1(a) and 1(b) can be 5 cm or more and 20 cm or less. When determining the mechanical axis in a conventional manner (using only one marker fixed to the tibia), if the markers previously used (e.g., 5 cm x 5 cm squares) are used, it was appropriate from the perspective of smartphone 16 operability to set the distance between these two types of markers 12a, 14 and the smartphone 16 to approximately 30 to 40 cm. Under these circumstances, if the two types of markers 12a, 14 were changed to relatively large ones in order to determine the mechanical axis with greater accuracy, the smartphone 16 would need to be moved relatively farther away from these two types of markers, which could potentially reduce the operability of the smartphone 16. Based on this rule of thumb, assuming that markers of the same size as those used up until now will be used, and taking into consideration the operability of the smartphone 16, it is essential that the distance between the first marker 12a (or second marker 12b) and the third marker 14 be between 5 cm and 20 cm.
さらに、図1(a)等における本願装置10においては、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bが、正方形であるが、これらのマーカー12a、12bの形状は特に正方形に限られず、いかなる形状(例えば、円、六角形、八角形、星形等)とすることもできる。ここで、上記のとおり列挙した各形状は、いずれも、マーカー12a、12bの重心を中心として当該マーカー12a、12bをそれらの表面上で回転させた場合に、360°回転する間に複数回元の形状に一致する形状であり、このような形状であれば、特に、スマートフォン16とマーカー12a、12bとの角度関係によらず、好適に撮像をすることができる。 Furthermore, in the present device 10 shown in FIG. 1(a) and elsewhere, the first marker 12a and the second marker 12b are square, but the shape of these markers 12a and 12b is not limited to square and can be any shape (e.g., circle, hexagon, octagon, star, etc.). Here, each of the shapes listed above is a shape that, when the markers 12a and 12b are rotated on their surfaces around their centers of gravity, will match their original shape multiple times during a 360° rotation. Such a shape allows for suitable imaging, particularly regardless of the angular relationship between the smartphone 16 and the markers 12a and 12b.
なお、上記のような形状が好適である理由は、以下のとおりである。即ち、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bは、いずれも脛骨Tに固定されるところ、一旦固定されるとその向きを変えることはできない。向きを変えることができないマーカー12a、12bのそれぞれをスマートフォン16により適切に撮影するには、スマートフォン16の位置を適宜調整する必要があるが、仮にこれらのマーカー12a、12bの長手方向長さと短手方向長さとが相当に乖離している場合には、スマートフォン16の位置の調整が困難になるおそれがある。 The reason why the above-described shape is preferable is as follows. Both the first marker 12a and the second marker 12b are fixed to the tibia T, and once fixed, their orientation cannot be changed. In order to properly photograph each of the markers 12a and 12b, which cannot be changed in orientation, using the smartphone 16, it is necessary to adjust the position of the smartphone 16 appropriately. However, if the longitudinal and lateral lengths of these markers 12a and 12b are significantly different, adjusting the position of the smartphone 16 may be difficult.
また、一回の撮影対象は各マーカーユニットU1、U2、U3を構成する第1(又は第2)のマーカー12a(12b)と第3のマーカー14であるところ、仮にこれらのマーカー12a、12bの長手方向長さと短手方向長さとが相当に乖離している場合には、各マーカーユニットを構成する2種類のマーカー12a(12b)、14をスマートフォン16が同時かつ適切に撮影できないおそれもある。 Furthermore, the subjects photographed at one time are the first (or second) marker 12a (12b) and the third marker 14 that make up each marker unit U1, U2, and U3. If the longitudinal and lateral lengths of these markers 12a and 12b differ significantly, the smartphone 16 may not be able to simultaneously and appropriately photograph the two types of markers 12a (12b) and 14 that make up each marker unit.
これに対し、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bの少なくともいずれかが、正方形や上記のように列挙した円等の形状である場合には、これらのマーカー12a、12bの長手方向長さと短手方向長さとが等しいため、スマートフォン16の位置の調整が容易になるだけでなく、各マーカーユニットU1、U2、U3を構成する2種類のマーカー12a(12b)、14をスマートフォン16が同時かつ適切に撮影することができる。 In contrast, if at least one of the first marker 12a and the second marker 12b is a square or a circle as listed above, the longitudinal and lateral lengths of these markers 12a and 12b are equal, which not only makes it easier to adjust the position of the smartphone 16, but also allows the smartphone 16 to simultaneously and appropriately photograph the two types of markers 12a (12b), 14 that make up each marker unit U1, U2, and U3.
<本願装置と脛骨を切断する装置とを含むシステム>
図2は、本願装置10と脛骨Tを切断する装置20とを含むシステムを示す斜視図である。脛骨Tを切断する装置20は、1つのスリットが区画形成されたカッティングガイド22と、カッティングガイド22のスリットに沿って脛骨を切断するブレード24と、ブレード24を保持するブレード保持部26と、ブレード保持部26に連結されたハンドルピース28とを含む。ハンドルピース28は本体部28aと、本体部28a取り付けられたボタン28bとを含み、ボタン28bが押されると、ブレード24がその短手方向(即ち左右)に振動する。
<System including the present device and a device for cutting the tibia>
2 is a perspective view showing a system including the present device 10 and a device 20 for cutting the tibia T. The device 20 for cutting the tibia T includes a cutting guide 22 having a single slit defined therein, a blade 24 for cutting the tibia along the slit in the cutting guide 22, a blade holder 26 for holding the blade 24, and a handle piece 28 connected to the blade holder 26. The handle piece 28 includes a main body 28a and a button 28b attached to the main body 28a, and when the button 28b is pressed, the blade 24 vibrates in its short direction (i.e., left and right).
上述のように本願装置10を用いて脛骨TのメカニカルアクシスMAが決定されたら、脛骨Tを外反、内反、及び後方傾斜させた場合に、術者の計画した骨切り角度となるように、カッティングガイド22を脛骨Tに固定する。ここで、カッティングガイド22に関する術者の計画した骨切り角度は、得られたメカニカルアクシスMAによって決定する。 Once the mechanical axis MA of the tibia T has been determined using the present device 10 as described above, the cutting guide 22 is fixed to the tibia T so that the surgeon's planned bone resection angle is achieved when the tibia T is rotated in valgus, varus, and posterior tilt. Here, the surgeon's planned bone resection angle for the cutting guide 22 is determined by the obtained mechanical axis MA.
なお、メカニカルアクシスMAの位置情報は(固定マーカーである)第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bの三次元座標系上の位置として(演算処理手段としての)スマートフォン16に保存される。また、カッティングガイド22を脛骨Tに固定する際の設置角度は、第1のマーカー12a及び第2のマーカー12bの三次元座標系におけるメカニカルアクシスの位置情報を、(撮像手段としての)スマートフォン16のカメラの三次元座標系におけるメカニカルアクシスの位置情報に変換し、この変換後のメカニカルアクシスMAによって求められる角度である。 The position information of the mechanical axis MA is stored in the smartphone 16 (as a processing means) as the position of the first marker 12a and the second marker 12b (which are fixed markers) in a three-dimensional coordinate system. The installation angle when fixing the cutting guide 22 to the tibia T is the angle determined by converting the position information of the mechanical axis in the three-dimensional coordinate system of the first marker 12a and the second marker 12b into position information of the mechanical axis in the three-dimensional coordinate system of the camera of the smartphone 16 (as an imaging means), and then using this converted mechanical axis MA.
次いで、術者は、ハンドルピース28を把持してブレード24をスリットに挿入し、ハンドルピース28のボタン28bを押しつつブレード24を脛骨Tに押し当てて脛骨Tの所定部位を切断する。脛骨Tの切断が終了したら、ハンドルピース28のボタン28bを押すのを止めて、ブレード24をスリットから引き抜く。 Next, the surgeon grasps the handle piece 28 and inserts the blade 24 into the slit. While pressing the button 28b on the handle piece 28, the surgeon presses the blade 24 against the tibia T to cut the desired portion of the tibia T. Once cutting of the tibia T is complete, the surgeon stops pressing the button 28b on the handle piece 28 and pulls the blade 24 out of the slit.
以上に示す脛骨Tの切断によれば、従来に比べてより適切なメカニカルアクシスMAを利用することができることから、カッティングガイド22をより精度高く脛骨Tに固定することができ、ひいては脛骨Tの切断精度をより高い水準で実現することができる。 The cutting of the tibia T described above allows for the use of a more appropriate mechanical axis MA than conventional methods, which allows the cutting guide 22 to be fixed to the tibia T with greater precision, thereby achieving a higher level of cutting precision for the tibia T.
10 本願装置
12a 第1のマーカー
12b 第2のマーカー
14 第3のマーカー
16 スマートフォン
20 脛骨Tを切断する装置
22 カッティングガイド
24 ブレード
26 ブレード保持部
28 ハンドルピース
28a 本体部
28b ボタン
F 腓骨
MA メカニカルアクシス
P1 外側顆と内側顆とを含む脛骨近位側部位の上関接面における所定の点
P2 脛骨Tの内果のうち、腓骨Fから最も離れた点
P3 腓骨Fの外果のうち、脛骨Tから最も離れた点
P4 点P2と点P3との中点(第2の点)
T 脛骨
X 2つのマーカー12a、12bを結ぶ方向
Y XとZとのいずれにも垂直な方向
Z 各マーカー12a、12bを貫く方向
10 Apparatus of the present invention 12a First marker 12b Second marker 14 Third marker 16 Smartphone 20 Device for cutting tibia T 22 Cutting guide 24 Blade 26 Blade holding portion 28 Handle piece 28a Main body portion 28b Button F Fibula MA Mechanical axis P1 A predetermined point P2 on the superior articular surface of the proximal part of the tibia including the lateral condyle and the medial condyle A point P3 on the medial malleolus of the tibia T that is farthest from the fibula F A point P4 on the lateral malleolus of the fibula F that is farthest from the tibia T Midpoint between points P2 and P3 (second point)
T: tibia X: direction connecting the two markers 12a and 12b Y: direction perpendicular to both X and Z Z: direction passing through each of the markers 12a and 12b
Claims (6)
前記固定マーカーのそれぞれの三次元座標系は、前記物体の特定の点の三次元座標の基準であり、前記固定マーカーのそれぞれは、前記移動可能なマーカーとともに、前記物体の特定の点を決定するために用いられ、
前記撮像手段は、前記固定マーカーの1つと前記移動可能なマーカーとを同時に撮影するために用いられ、
前記演算処理手段は、前記物体の特定の点同士を結ぶ直線を特定するために用いられ、
前記表示手段は、少なくとも前記物体の特定の点同士を結ぶ直線を表示するために用いられる装置であり、
脛骨の近位端と遠位端との間に位置し、少なくとも脛骨の長手方向に変位して配置された近位側の第1のマーカー及び遠位側の第2のマーカーと、脛骨に対して取り外し可能な第3のマーカーと、移動可能な撮像手段と、表示手段と、演算処理手段と、を含む、脛骨のメカニカルアクシスを決定するための装置であって、
前記第1のマーカーは、前記第3のマーカーとともに、脛骨の近位端における第1の点を決定するために用いられ、
前記第2のマーカーは、前記第3のマーカーとともに、脛骨の遠位端における第2の点を決定するために用いられ、
前記撮像手段は、前記第1のマーカーと前記第3のマーカーとを同時に撮影するとともに、前記第2のマーカーと前記第3のマーカーとを同時に撮影し、
前記演算処理手段は、前記第1の点と前記第2の点とを結んだメカニカルアクシスを決定し、
前記表示手段は、少なくとも前記脛骨のメカニカルアクシスを表示する、ことを特徴とする装置。 An apparatus for identifying a straight line connecting specific points of an object, the apparatus comprising: a plurality of fixed markers positioned relative to each other; a movable marker; a movable imaging means; a display means; and a calculation processing means,
a three-dimensional coordinate system of each of the fixed markers is a reference for three-dimensional coordinates of a specific point of the object, and each of the fixed markers is used together with the movable marker to determine the specific point of the object;
the imaging means is used to simultaneously image one of the fixed markers and the movable marker ;
the arithmetic processing means is used to identify a straight line connecting specific points of the object,
the display means is a device used to display at least a straight line connecting specific points of the object,
An apparatus for determining a mechanical axis of a tibia, the apparatus comprising: a first marker on a proximal side and a second marker on a distal side located between a proximal end and a distal end of the tibia and displaced in at least a longitudinal direction of the tibia; a third marker detachable from the tibia; a movable imaging means; a display means; and a processing means,
the first marker is used in conjunction with the third marker to determine a first point on the proximal end of the tibia;
the second marker is used in conjunction with the third marker to determine a second point on the distal end of the tibia;
the imaging means simultaneously images the first marker and the third marker, and simultaneously images the second marker and the third marker;
the calculation means determines a mechanical axis connecting the first point and the second point;
The display means displays at least the mechanical axis of the tibia .
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