JPH08508656A - 外科的な処置の準備及び支援の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外科的な処置の準備及び支援、特に骨移植の準備及び支援のための装置は、数値制御され、手術部位に対してある所定の、又は測定可能な空間的関係に配置される位置決め装置（操作アーム）を備えている。外科用器具、組織もしくは骨を加工するための加工用工具又は移植片のための保持部の１以上が、位置決め装置に対して着脱可能であり、手術部位に対して移動可能である。手術に先立って、手術部位の領域内において個々の解剖学的形態データを、コンピュータトモグラフィ、核磁気共鳴、Ｘ線、超音波及び／又はホログラフィ測定によって得る。このデータを、手術の計画及び／又はシミュレーション及び位置決め装置の数値制御部のための基礎として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の名称］ 外科的な処置の準備及び支援の方法及び装置 ［技術分野］ 本発明は、外科的な処置（Eingriffe，operations）の準備及び支援（サポー ト）、特に、骨移植の準備及び支援のための装置及び方法に関する。 ［技術的背景］ 例えば頭部の骨片を骨移植のために移植する場合、病変したか又は手術不能に 損傷した骨片を取除いた後、特に骨盤の稜縁（Beckenkamm）の領域において移植 片を取出し、この移植片について、その縁部の個所を除去して加工し、頭蓋骨の 開口に移植片の外形を可及的に適合させ、治癒のプロセスを遅延させる縁部の大 きな接合なしに頭蓋骨の開口に挿入しうるようにする。 従来は、移植片の加工は、手作業で行い、少数の加工ステップによって良好な 適合を示す移植片を作成するために、手作業の熟達と良好な空間的表象（イメー ジ）能力（Vorstellungsvermoegen）とが、外科医に要求されていた。しかし、 この手順は、過大な量の骨を除去しないようにするために、頭蓋骨の開口と、移 植片との比較を頻繁に行う必要があるため、経験又は熟達の少い外科医にあって は、非常に時間のかかる作業で ある。更に、移植片の適合を容易にするために、頭蓋骨の開口又は移植片の輪郭 として、比較的簡単な幾何学的形状が、多くの場合に選択されるが、その結果と して、必要とされるより多量の健全な骨組織が頭部から除去されることが多くな り、それによって、より大きな移植片が切除されることになるので、移植片を取 出した個所の治癒のプロセスが遅延される。 ［発明の課題］ 本発明の課題は、上記の状態から出発して、移植片を、その形状と係りなく高 精度で、移植片に適合させることを可能とする、冒頭に述べた形式の方法及び装 置を提供することにある。 ［課題の解決手段］ この課題は、本発明の装置によれば、手術部位に対して所定の、もしくは測定 可能な、ある幾何学的関係に配置され、数値的制御される位置決めの装置を有し 、少くとも、外科用器具、組織もしくは骨を処置（ないし加工）するための処置 用工具（ないし器具）又は移植片のための保持部が、位置決め装置に着脱自在に されることによって解決される。本発明の基本的な思想は、移植片を適合のため に処置ないし加工し、そして／又は移植片を固定に至るまで移植個所に対して位 置決めする上で、数値制御の高精度を利用することにある。 本発明の方法によれば、手術に先立って、所定の手術部位の領域内において個 々の解剖学的形態を求め、その際に求められた形態上のデータが処置の計画及び ／又はシミュレーションのための、並びに手術部位に対し所与のもしくは測定可 能な空間的関係に配される少くとも１つの位置決め装置の数値制御のための、基 礎として処理ないし用意（aufbereiten）される（即ち用いられる）。この位置 決め装置に対して外科用器具、組織もしくは骨の加工工具又は移植片のための保 持部か、取外し自在に結合可能（着脱自在）となっている。 ［発明の実施の形態］ 本発明の好ましい実施の形態によれば、保持部は、位置決めの装置に結合可能 とされ、保持部上に移植片が取外し自在に固定されている。この位置決め装置は 、この場合、固定位置の加工工具例えばフライスヘッドに対して移植片をその加 工の際高精度にコンピュータ支援して移動するためにも、また、予加工された移 植片を移植部位にそこに固定されるまで位置決めするためにも、保持部を取外さ ずに使用できる。さらに別の方法として、保持部は、位置決め装置に選択的に固 定されたり、基準系に対する所定の、もしくは測定可能な幾何学的関係において 固定されたりするように、取外し可能に固定される移植片と共に構成でき、移植 片（sie）は、位置決め装置に結合された加工工具によって、 ひと先ず静止状態において、所定の形状とされ、次いで加工工具の交換後、位置 決め装置によって保持部に対し、位置決めされうるようにしても良い。 位置決め及び形状付与に際して、高精度の位置決め及び加工を保証するために 、本発明の別の好ましい実施形態によれば、データ組（ないしユニット）を記憶 するメモリ（Speicher）を備えたデータ処理装置が設けられ、このメモリには、 移植個所の個々の解剖学的形態が、３次元の座標系によって再生されるデータ組 が記憶される。この解剖学的形態は、本発明の別の好ましい実施形態によれば、 手術に先立って、非侵入的（nichtinvasiv）な検査、例えばコンピュータ断層− 、核磁気（スピン）断層−、超音波−、レントゲン−又は、ホログラフィー検査 、の結果の分析によって求める（ermitteln）。これらの検査において、有利に は身体内の被検部分を十分な解像度の互いに平行な断面撮影（断層撮影）によっ て層状に把握し、取得されたデータをデータ処理装置内において評価し、所定の 手術部位においての骨又は器官の３次元的な構造像（処置の計画及びシミュレー ションの基礎として使用しうる）を、前記データから作成する。手術部位の組織 の形態についての知識は、一方で切骨線の計画を容易にすると共に、他方で切骨 線が確定された後は、移植片の適切な切出し個所を探知するためにも有用である 。それ は、データ処理装置による探知によって、チェック可能なオプションの数が著し く増大することによる。 本発明のさらに好ましい実施形態によれば、位置決め装置は、その座標系が位 置決め装置の運動の生ずる基準系と、座標の原点（Nullpunkt）、座標軸の数及 び相互に対する方向及び尺度について合致させられる３次元のデータ組（データ 処理装置に記憶される）に基づいて、データ処理装置によって制御される。これ は機械的、音響式もしくは光学式の測定装置によって行うことができる。この測 定装置によれば、処置の前もしくは間に、マニピュレータアームの座標中性点に 対してある既知の幾何学的関係に立つある基準点に対する手術部位の固定特性点 の座標軸が測定される。これは、病変又は損傷した部分を除去した後に残留する 健康な骨又は組織の露呈された表面の測定についても同様である。 また、この測定装置により、手術中に、静止状に固定された保持部上に配した 移植片の空間的形状を、その加工前に、基準系について測定し、データ処理装置 による座標系の相関に従って、位置決め装置に結合された加工工具を、残留する 健康な骨の予め測定した表面（移植片に合成的に重畳される）に沿ってガイドす ることができる。 本発明のさらに有利な形態によれば、位置決め装置 は、これに結合される外科用器具、加工工具又は移植片保持部（具）が任意の空 間的配置（ないし姿勢）（Raumlage）を取りうるよう、多くの運動自由度を有す る。 本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、位置決め装置は、その自由端に 受入れ部（ないし取り付け具Aufnahme）を備えたマニピュレータアーム（操作ア ーム）を有し、この受入れ部には、外科用器具、加工工具又は移植片保持部を装 入することができる。 有利には、複数のマニピュレータアームを使用し、これらのアームの受入れ部 には、生物学的もしくは物理的パラメータ、例えば筋電流もしくは脳波又は手術 部位のpH値を測定するためのセンサ又は外科用補助器具（例えばフック（Haken ）等）を結合可能とする。これらの補助器具は、疲労することなく（ermuedungs frei）、手術部位を開放に保ち、マニピュレータアームの制御によって高精度で 移動させることができる。 次に本発明を、図面に示した実施例によって一層詳細に説明する。図には、外 科的な処置を支援するための本発明による装置が示されている。 ［実施例］ 図示した位置決め装置２は、基本的に、数値制御されるマニピュレータアーム ４を有し、このマニピュレ ータアームは、静止した基準系６に対して複数の運動自由度をもって移動される ことができる。やはり静止された手術台８上には、予定された手術部位１０がマ ニピュレータアーム４の自由端に配された受入れ部１２の運動範囲内にあるよう に、患者を固定することができる。受入れ部１２中には、外科器具、加工工具１ ６又は、移植片１４用保持部１８を収納することができる。 マニピュレータアーム４の運動、従って、受入れ部１２中に収納された器具、 加工工具１６又は保持部１８の運動は、データ処理装置（ＤＶＡ）２０から、直 接又は間接に、マニピュレータアーム４自身の数値制御部にデータを転送するこ とによって制御される。 ＤＶＡ２０は、メモリを有し、このメモリには、手術部位１０の３次元構造像 のための３次元データ組（３Ｄ−データセット）が記憶される。この構造像は、 固有の座標系中に、移植部位の個別の解剖学的形態を含むものであり、この解剖 学的形態は、例えばコンピュータ断層（撮影）、核磁気（スピン）断層（撮影） 超音波検査、レントゲン検査又はホログラフィによる検査による非侵入性検査の 評価によって手術前に求められ、切骨線の計画の基礎をなすものであり、やはり ＤＶＡ２０のメモリ中に記憶される。 図示しない光学的もしくは機械的な測定装置は、手 術台８上に患者を固定した後、手術部位１０の特性点の座標、例えば、静止した 基準系６に対する容易に認識可能な骨の特徴、を把握するために用いられる。Ｄ ＶＡ２０において読取られた測定データは、ＤＶＡ２０において、構造像のデー タセットと比較され、構造像の座標系は、基準点６と、計算上合致させられるこ とによって、構造像と計算された切骨線とが手術部位１０において重畳されうる ようにする。これにより、例えば外科医による切骨術の終了後に、受入れ部１２ に装着された加工工具１６、例えば回転駆動されるフライスヘッドによって、移 植片１４を囲む骨の表面を、この表面が記憶された切骨線と正確に合致されるよ うに、微細（ないし精密）加工（Feinbearbeitung）することができる。 測定用器具は、保持部１８上に取外し自在に固定された移植片１４を測定する ためにも用いられる。小さな骨接合板（Osteosyntheseplatte）に似た形状を有 する保持部１８は、手術台８に対して静置の固定装置２２中に、その目的のため に固定される。固定装置２２も同様に、マニピュレータアーム４の受入れ部１２ 中に装着された加工工具１６の運動範囲内に配設されている。次に、移植片１４ の境界面の座標が定められ、残留する健全な組織又は骨の予め測定された表面の 幾何学的な形状を移植片１４にコンピュータ的に （rechnerisch）重畳させる。次に、受入れ部１２中に装着された加工工具１６ の切削刃もしくはフライス刃が、前記表面に沿って、ＤＶＡ２によって、移植片 １４を囲む組織又は骨の表面に移植片１４の境界面を可及的に正確に合致させる ように案内する。この際に、マニピュレータアーム４の運動は、移植片１４を変 位自在に固定するように、骨セメントを充填しうる比較的一様な厚さの（stark ）小さな継ぎ目（ないし目地Fuge）が後に移植片１４と周囲の組織又は骨との間 に局所的に残留されるように制御しうることは言うまでもない。 移植片１４を成形した後、この移植片１４は、保持部１８と共に、受入れ部１ ２中に装着され、予定された移植部位のところの手術部位１０中に、適正な配向 において位置決めされる。この際に、マニピュレータアーム４の運動は、ＤＶＡ ２０によって制御する。 位置決め装置２は、数値制御されるさらに別のマニピュレータアームを備えて いてもよい。このマニピュレータアームの受入れ部中には、筋電流又は、脳波の 様な生理学的な関連パラメータのその時々の状態を手術部位から生理学的監視系 統に伝達したり、手術部位を疲労なしに（絶えず）開放状態に保つようにするた め、処置の間センサ又は補助的な外科器具例えばフックを、この別のマニピュレ ータアーム中に装着してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．外科的な処置の準備及び支援、特に骨移植の準備及び支援のための装置であ って、手術部位（１０）に対して所定のもしくは測定可能な、ある幾何学的な関 係に配置され、数値制御される位置決め装置（２）を有し、少くとも、外科用器 具、組織もしくは骨を加工するための加工用工具（１６）又は移植片（１４）の ための保持部（１８）が、位置決め装置（２）に対して着脱可能であり、手術部 位（１０）に対し移動可能とされたことを特徴とする装置。 ２．保持部（１８）が位置決め装置（２）に結合可能とされ、保持部（１８）上 に移植片（１４）が取外し自在に固定されることを特徴とする請求の範囲第１項 記載の装置。 ３．手術部位（１０）のある静止基準系に対する座標を測定するための測定装置 を備えたことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 ４．保持部（１８）が選択的に、位置決め装置（２）に結合可能とされるか、又 は、基準系（６）に対して静止された固定用装置（２２）に着脱可能とされたこ とを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれか１項記載の装置。 ５．手術部位（１０）に対する所定のもしくは予測可 能なある幾何学的関係に固定用装置（２２）を配設することをを特徴とする請求 の範囲第４項に記載の装置。 ６．位置決め装置（２）を制御するメモリ付きデータ処理装置（２０）を有する ことを特徴とする請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の装置。 ７．手術部位（１０）の３次元構造像のためのデータ組がデータ処理装置（２０ ）の前記メモリ中に記憶されることを特徴とする請求の範囲第６項記載の装置。 ８．計画された切骨線の３次元の像のためのデータ組がデータ処理装置（２０） の前記メモリ中に記憶されることを特徴とする請求の範囲第６項又は第７項に記 載の装置。 ９．位置決め装置（２）が複数の運動自由度を持つことを特徴とする請求の範囲 第１〜８項のいずれか１項記載の装置。 １０．位置決め装置（２）が少くとも１つのマニピュレータアーム（４）を持つ ことを特徴とする請求の範囲第１〜９項のいずれか１項に記載の装置。 １１．マニピュレータアーム（４）の一自由端の近傍に配された受入れ部（１２ ）を有することを特徴とする請求の範囲第１０項記載の装置。 １２．位置決め装置（２）に結合された加工用工具（１６）をモータ駆動可能と したことを特徴とする請求の範囲第１〜１１項のいずれか１項に記載の装置。 １３．加工用工具（１６）が、切削工具、フライス工具又は穿孔工具であること を特徴とする請求の範囲第１２項記載の装置。 １４．移植片のための保持部（１８）が骨接合板の形状とされたことを特徴とす る請求の範囲第１〜１２項のいずれか１項に記載の装置。 １５．外科的な処置の準備及び支援、特に骨移植及び体内移植切骨（Umstellung sosteotomie）の準備及び支援のための方法において、手術に先立って、所定の 手術部位（１０）の領域内において個々の解剖学的形態を求め、その際に求めら れた形態上のデータは、処置の計画及び／又はシミュレーションのための、並び に少くとも１つの位置決め装置（２）の数値制御のための、基礎として処理ない し用意されることと、少くとも、外科用器具、組織もしくは骨を加工するための 加工用工具（１６）又は移植片（１４）のための保持部（１８）が、該位置決め 装置（２）に対して着脱可能であり、また手術部位（１０）に対して移動可能と されることを特徴とする方法。 １６．前記形態データを非侵入的方法によって測定することを特徴とする請求の 範囲第１５項記載の装置。 １７．前記形態データを、コンピュータ断層撮影、核磁気共鳴、レントゲン、超 音波及び／又はホログラフィ検査によって求めることを特徴とする請求の範囲第 １５項又は第１６項に記載の方法。 １８．前記形態データを手術部位（１０）の交互に配された一連の断面写真によ って求めることを特徴とする請求の範囲第１６項又は第１７項に記載の装置。 １９．得られた形態データが手術部位（１０）の３次元の像を作成することを特 徴とする請求の範囲第１５〜１８項のいずれかに記載の方法。 ２０．前記像を切骨線の計画の基礎とすることを特徴とする請求の範囲第１９項 記載の方法。 ２１．切骨線の座標を位置決め装置（２）の制御命令に取入れることを特徴とす る請求の範囲第１９項又は第２０項に記載の方法。