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JPH11178837A - 基準構造構成システムおよび基準構造アセンブリ - Google Patents

基準構造構成システムおよび基準構造アセンブリ

Info

Publication number
JPH11178837A
JPH11178837A JP27923098A JP27923098A JPH11178837A JP H11178837 A JPH11178837 A JP H11178837A JP 27923098 A JP27923098 A JP 27923098A JP 27923098 A JP27923098 A JP 27923098A JP H11178837 A JPH11178837 A JP H11178837A
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JP
Japan
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reference structure
medical
data storage
user
data
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP27923098A
Other languages
English (en)
Inventor
John Christian Vomlehn
ジョン・クリスチャン・ヴォムレン
Allen Lawrence Carl
アレン・ローレンス・カール
Kirby Gannett Vosburgh
カービ・ギャネット・ヴォスバーグ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPH11178837A publication Critical patent/JPH11178837A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B17/1739—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires specially adapted for particular parts of the body
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検体（１）の固定箇所（６）に医療器具を
固定し案内するのに役立つ基準構造（３０）を構成す
る。 【解決手段】 被検体の医用イメージング・データを取
得して、該データをデータ記憶装置（１３）に記憶させ
る医用イメージング装置（１１）、同じ組織タイプを示
す所定の範囲又は使用者定義範囲内のデータ値を持つ前
記イメージング・データ中の隣接の位置の集合であるセ
グメント構造を識別するセグメント化装置（１９）、所
定のイメージング・パラメータ又は使用者定義イメージ
ング・パラメータに従って前記セグメント構造の面をレ
ンダリングするグラフィック装置（２１）、並びに被検
体の固定箇所の面とぴったり合わさるように設計された
合わせ面（３４）を持つ外科用案内装置（３０）の所定
のパラメータ又は使用者定義パラメータに従ってコンピ
ュータ・モデルを作成する設計装置（２５）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に被検体に取り
付けられ且つ医療処置において案内装置として作用する
基準構造のコンピュータ支援構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】様々な医療処置において、被検体の密実
な構造に小さな医療器具を取り付けることが必要であ
る。典型的には、脊椎固定術を行っているときに支持を
行うために構造的に損なわれた脊椎の両端の脊椎にネジ
が挿入される。脊柱や他の骨の折損部もまたネジまたは
同様な挿入具で一緒に保持される。脊柱構造に異常があ
る場合、被検体の脊柱を補正または矯正するために支持
構造物を締め付けることが必要なこともある。これらの
例では、被検体の骨にネジまたはピンを正確に挿入する
ことが必要である。
【０００３】典型的には、これらのピンまたはネジは外
科医によって挿入されるが、外科医はネジまたはピンを
挿入すべき近似位置を目で見て又は勘で見つけて、その
位置にドリルで孔をあけている。ネジまたはピンはその
孔の中に挿入される。
【０００４】手術の際、時々Ｘ線または磁気共鳴（Ｍ
Ｒ）像のような二次元（２Ｄ）のスナップ写真が得られ
ることがある。これらは性質が二次元であるので、その
像平面を補外することによってネジの挿入のためにアク
セスできる平面を見つけることは困難である。
【０００５】外科医はまた切開部を出来るだけ小さくす
るのを好むので、しばしば目標区域が筋肉または他の組
織によって不明瞭になり、外科医は実際の目標点の近く
に位置を定めることがある。目標点の位置はその区域に
おける出血によって更に不明瞭になることがあり、これ
により目標点の識別が更に難しくなる。
【０００６】一旦近似位置が決定されたとき、外科医は
ピンまたはネジを挿入すべき区域における骨の相対的な
強度および厚さに関する情報を殆ど持っていない。ま
た、これらのネジまたはピンを適用しているとき、目標
構造物を覆う組織内に隠れているか又は目標構造物の背
後にあるような、外科医から見えない主要な動脈、静脈
または神経を切ったり損傷したりする可能性がある。
【０００７】従って、被検体に取り付けることができ且
つ医療処置の際に器具を案内する基準構造として作用す
る装置が必要とされている。
【０００８】
【発明の概要】本発明は、被検体の密実な固定箇所に取
り付けることを意図した基準構造を構成する。
【０００９】医用イメージング装置が、被検体の固定箇
所を含む領域についての医用イメージング・データを取
得する。使用者は使用者インターフェイスを操作するこ
とにより医用イメージング装置を適切な領域へ向けるこ
とが出来る。セグメント化（ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏ
ｎ）装置が、イメージング・データの中の、定義（また
は限定）された範囲内のデータ値を持つ隣接した位置の
集合であるセグメント構造を識別する。グラフィック装
置が、使用者定義イメージング・パラメータに従ってセ
グメント構造の面をレンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎ
ｇ）する。通常のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）装置
であってよい設計装置が、前記被検体の固定箇所の面と
ぴったり合わさるように設計された合わせ面を持つ基準
構造のコンピュータ・モデルを作成する。
【００１０】本発明の別の実施態様では、アクチュエー
タ装置が設計装置の設計に従って外科用器具を加工す
る。案内装置すなわち基準構造は、他の医療装置に取り
付けることのできる取付け構造を含むことが出来る。
【００１１】
【発明の目的】本発明の目的は、外科用器具を物理的に
案内する基準構造を作成することである。本発明の別の
目的は、医療処置を行う一層正確な手段を作成すること
である。
【００１２】本発明の新規と考えられる特徴は特許請求
の範囲に具体的に記載してあるが、本発明自体の構成お
よび操作方法は、その他の目的および利点と共に、添付
の図面を参照した以下の説明から最も良く理解されよ
う。
【００１３】
【発明の実施の形態】被検体上の医療器具を適切に操作
するためには、医療器具は安定でなければならず、また
適切な位置および配置方向（姿勢）に配置されていなけ
ればならない。医療器具を固定または案内するのに基準
構造を使用することは非常に役に立つと考えられる。こ
の基準構造は、ぴったりと動かないように合わさって、
医療器具を精密に方向付けることが出来るように、被検
体の密実な構造に取り付けるべきである。
【００１４】本発明は、図１に示されているように、こ
のような基準構造を構成するように動作する。医療処置
を行おうとする被検体１が、医用イメージング装置１１
によりイメージングされる。医用イメージング装置１１
は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング装置、
磁気共鳴（ＭＲ）イメージング装置、超音波イメージン
グ装置、または陽子放出断層撮影（ＰＥＴ）イメージン
グ装置であってよい。被検体１の内部器官の像を提供し
且つ追跡目標物の像を提供することの出来る他の形式の
医用イメージング装置も使用することが出来る。
【００１５】使用者５、好ましくは外科医が、使用者イ
ンターフェイス１７を介して医用イメージング装置１１
を操作して、イメージングしようとする被検体１の適切
な部分を選択する。医用イメージング装置１１からの三
次元データがデータ記憶装置に送られて、そこに記憶さ
れる。データ記憶装置１３は物理的に医用イメージング
装置１１の一部であってもよいし、別個の装置であって
もよい。
【００１６】セグメント化装置１９が、データ記憶装置
１３に記憶されている三次元イメージング・データと相
互作用して、使用者３によって使用者インターフェイス
１７を介して対話的に定義され得る特定の範囲内のデー
タ値を決定する。これらの値は組織のタイプを定義する
ために使用される。同じ組織タイプを持つ隣接する位置
が決定される。同じ組織タイプの全ての隣接する位置の
集合が密実な物体または構造として取り扱われる。この
情報はセグメント化装置１９またはデータ記憶装置１３
に記憶することが出来る。セグメント化には、例えば、
米国特許第５，１８７，６５８号に記載されているよう
な通常のセグメント化を使用することが出来る。
【００１７】使用者３は、使用者インターフェイス１７
を使用して、表示しようとする被検体１の密実な構造を
対話的に指示する。使用者３はまた、視点、異なる面の
透明度、異なる構造のカラー符号化、およびモニタ２３
上に像を表示する際に使用される他のグラフィック・パ
ラメータを指示することが出来る。
【００１８】グラフィック装置２１が、データ記憶装置
１３内の三次元データと相互作用して、モニタ２３上に
表示すべきであると使用者３により指示された使用者定
義セグメント構造の面を決定する。例えば、使用者３
は、組織の層を剥ぎ取るモードを選択し、マウスの様な
ポインティング装置を使用して、可視表示から除きたい
と意図した構造を指示する。これにより、その下に位置
する構造を見ることが出来るようになる。任意の通常の
表面レンダリング技術およびワークステーションを使用
することが出来る。
【００１９】使用者３はまた、使用者インターフェイス
１７を介してグラフィック装置２１を対話的に操作し
て、基準構造３０が取り付けられる固定箇所６を識別す
る。固定箇所は、典型的には骨のような密実な構造５で
ある。
【００２０】コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）装置であ
ってよい設計装置２５が、使用者インターフェイス１７
を介して使用者３と相互作用して、図２に示されている
ように、被検体の固定箇所６における密実な構造５の面
とぴったり合わさるように設計された合わせ面３４を持
つ基準構造３０を「構築」する。設計装置２５は、他の
モデルの入力も可能な任意の通常のＣＡＤ装置であって
よい。
【００２１】基準構造３０は外科医によって固定箇所６
に物理的に押し付けて保持するか、またはネジ、ピン、
接着剤、クランプなどにの通常の手段によって取り付け
る。基準構造３０は次いで他の外科用器具に対する基準
または固定構造として使用することが出来る。
【００２２】一実施態様では、取付け構造３９が、それ
に他の医療器具を取り付けることが出来るように機能す
る。この器具は基準構造３０をランドマークとして使用
して、基準構造３０に対する相対的な位置を決定するこ
とが出来る。それはまた、ドリル、プローブおよび他の
介在器具を安定させ且つ案内するように作用することが
出来る。
【００２３】随意選択の実施態様では、使用者３はま
た、使用者インターフェイス１７のポインティング装置
を使用して、ネジまたはピンを正しく挿入するために外
科用器具４０を配置する位置および配置方向（姿勢）を
選択することが出来る。設計装置２５またはグラフィッ
ク装置２１に外科用器具４０のコンピュータ・モデルを
予め記憶しておいて、モニタ２３上に表示された像にこ
のモデルを重畳するこが出来る。
【００２４】使用者３は次いで、外科用器具４０のコン
ピュータ・グラフィック・モデルを見ながら外科用器具
４０の姿勢を対話的に調節して、その適切な姿勢がモニ
タ２３上に示されるようにすることが出来る。この姿勢
は記憶しておいて、案内孔として取り入れることが出来
る。
【００２５】次いで、外科用器具の最終姿勢を使用し
て、案内孔３１を構成することが出来る。案内孔３１
は、外科用ドリル４０のような医療器具のシャフト４１
を殆ど隙間なしにはめ込んで、案内孔３１の軸線に沿っ
た方向以外の全ての方向に沿ったドリル４０の動きを拘
束するようにすることが出来る。
【００２６】設計装置２５が基準構造３０のコンピュー
タ・モデルを作成し、これはアクチュエータ装置２７に
出力される。アクチュエータ装置２７は、生体適合性の
ある材料を研削し孔あけすることにより基準構造３０を
形成する。生体適合性のある材料は、毒性が無く、拒絶
反応または免疫応答反応を引き起こさない、医療用移植
材料として普通に使用されている材料である。設計装置
２５は、この代わりに、後でオフライン製作するための
基準構造３０の設計を基準構造３０に出力するようにし
てもよい。
【００２７】カラー４３を外科用器具４０の意図した深
さの所に取り付けて、基準構造３０にドリルで孔あけす
るときにストッパとして使用することが出来る。カラー
４３は案内孔３１の軸線に沿った外科用器具４０の動き
を所定の深さで停止させる。
【００２８】この代わりに、基準構造３０を、外科用器
具４０のシャフト４１がその適切な深さになったときに
外科用器具４０を停止させる高さに構成してもよい。
【００２９】基準構造３０は密実な構造５の面とぴった
り合わさって保持されるように意図したものであるが、
しかしながら密実な構造５と正しく合わさらないことが
時々ある。そこで、別の実施態様では、基準構造３０の
本体３２にプローブ用孔３３があけられる。深さプロー
ブ３５が、密実な構造５の固定箇所６に接触するまでプ
ローブ用孔３３内に押し込まれる。深さプローブ３５の
目盛３７によって、基準構造３０が密実な構造５の面と
ぴったり合わさって位置決めされているかどうか識別す
ることが出来る。これはまた、イメージ案内装置３０の
再調節および適切な配置を可能にする。
【００３０】以上、本発明の幾つかの好ましい実施態様
について詳述したが、当業者には種々の変更および変形
が明らかであろう。従って、特許請求の範囲は本発明の
真の精神および趣旨の範囲内にあるこの様な全ての変更
および変形を包含するものとして記載してあることを理
解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】被検体内の所望の位置に対する外科用器具の位
置を追跡するように作用する本発明の一実施態様を示す
簡略ブロック図である。
【図２】被検体の固定箇所に取り付けられたコンピュー
タで構成した基準構造および該基準構造に作用する外科
用器具を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 被検体 ３ 使用者 ５ 密実な構造 ６ 固定箇所 １１ 医用イメージング装置 １３ データ記憶装置 １７ 使用者インターフェイス １９ セグメント化装置 ２１ グラフィック装置 ２３ モニタ ２５ 設計装置 ２７ アクチュエータ装置 ３０ 基準構造 ３１ 案内孔 ３２ 基準構造の本体 ３３ プローブ用孔 ３４ 合わせ面 ３５ 深さプローブ ３７ 目盛 ３９ 取付け構造 ４０ 外科用器具 ４１ シャフト ４３ カラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレン・ローレンス・カール アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スリン ガーランズ、ハイゲート・ドライブ、308 番 (72)発明者 カービ・ギャネット・ヴォスバーグ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、セイント・デイヴィッズ・レー ン、900番

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検体（１）の固定箇所（６）に医療器
    具を固定し案内するのに役立つ基準構造（３０）を構成
    するための基準構造構成システムにおいて、 イメージング・データを記憶することのできるデータ記
    憶装置（１３）、 前記データ記憶装置（１３）に結合されていて、固定箇
    所（６）を含む領域の所定のイメージング・パラメータ
    又は使用者定義イメージング・パラメータに従って被検
    体（１）の医用イメージング・データを取得して、該デ
    ータを前記データ記憶装置（１３）に記憶させる医用イ
    メージング装置（１１）、 前記データ記憶装置（１３）に結合されていて、同じ組
    織タイプを示す所定の範囲又は使用者定義範囲内のデー
    タ値を持つ前記イメージング・データ中の隣接の位置の
    集合であるセグメント構造を識別し、且つ組織タイプ相
    互の間の面を識別するセグメント化装置（１９）、 前記データ記憶装置（１３）に結合されていて、所定の
    イメージング・パラメータ又は使用者定義イメージング
    ・パラメータに従って前記セグメント構造の面をレンダ
    リングするグラフィック装置（２１）、並びに前記デー
    タ記憶装置（１３）に結合されていて、前記被検体の固
    定箇所（６）の面とぴったり合わさるように設計された
    合わせ面（３４）を持つ外科用案内装置（３０）の所定
    のパラメータ又は使用者定義パラメータに従ってコンピ
    ュータ・モデルを作成する設計装置（２５）、を有する
    ことを特徴とする基準構造構成システム。
  2. 【請求項２】 更に、前記医用イメージング装置（１
    １）、前記セグメント化装置（１９）および前記設計装
    置（２５）に結合されていて、これらの装置に使用者定
    義パラメータを供給する使用者インターフェイス（１
    ７）を含んでいる請求項１記載の基準構造構成システ
    ム。
  3. 【請求項３】 更に、前記設計装置（２５）に結合され
    ていて、前記設計装置（２５）によって構成されたコン
    ピュータ・モデルに従って外科用案内装置を加工するア
    クチュエータ装置（２７）を含んでいる請求項１記載の
    基準構造構成システム。
  4. 【請求項４】 被検体（１）の固定箇所（６）に医療器
    具を固定し案内するための基準構造アセンブリにおい
    て、 前記固定箇所（６）の面とぴったり合わせることの出来
    る合わせ面（３４）を持つ本体（３２）、 前記固定箇所（６）に達するように前記本体（３２）を
    通り抜ける少なくとも１つのプローブ用孔（３３）、並
    びに前記プローブ用孔（３３）を通って前記固定箇所
    （６）に達するまで延在する少なくとも１つの深さプロ
    ーブ（３５）であって、前記本体（３２）に挿入したと
    きの当該深さプローブ（３５）の深さを測定する目盛
    （３７）を持ち、該目盛（３７）により前記固定箇所
    （６）と前記合わせ面（３４）との間の隙間を示すよう
    にした少なくとも１つの深さプローブ（３５）、を有す
    ることを特徴とする基準構造アセンブリ。
  5. 【請求項５】 更に、前記本体（３２）に設けられてい
    て、前記合わせ面（３４）が前記固定箇所（６）の面と
    ぴったり合わさっているときに前記固定箇所（６）に突
    き当たるように医療器具の一部が所定の位置および配置
    方向で前記本体（３２）の中を通るように前記医療器具
    の一部を受け入れる少なくとも１つの案内孔（３１）を
    含んでいる請求項４記載の基準構造アセンブリ。
  6. 【請求項６】 更に、前記案内孔（３１）に受け入れら
    れる医療器具の一部に取り付けられるように設計された
    カラー（４３）であって、医療器具が前記案内孔（３
    １）に挿入される深さを制限するカラー（４３）を含ん
    でいる請求項４記載の基準構造アセンブリ。
JP27923098A 1997-10-06 1998-10-01 基準構造構成システムおよび基準構造アセンブリ Withdrawn JPH11178837A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US94427597A 1997-10-06 1997-10-06
US08/944275 1997-10-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11178837A true JPH11178837A (ja) 1999-07-06

Family

ID=25481112

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