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JP2010110360A - Method of manufacturing acetabular template of circumference of acetabular cup of hip replacement arthroplasty - Google Patents

Method of manufacturing acetabular template of circumference of acetabular cup of hip replacement arthroplasty Download PDF

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JP2010110360A
JP2010110360A JP2008283020A JP2008283020A JP2010110360A JP 2010110360 A JP2010110360 A JP 2010110360A JP 2008283020 A JP2008283020 A JP 2008283020A JP 2008283020 A JP2008283020 A JP 2008283020A JP 2010110360 A JP2010110360 A JP 2010110360A
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acetabular
template
data
acetabular template
hip joint
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JP2008283020A
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Yoshifumi Kunimoto
桂史 國本
Toseki Boku
東錫 朴
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Nagoya City University
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Nagoya City University
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Abstract

【課題】従来の人工股関節置換術は、規格品であるインプラントを人体に装着するため、場合によっては患部以外の健康な骨までも削り出すといった侵襲性の高い手術であり、また個々の患者ごとに異なる最適取付け位置の検討や骨研削などの施術に長時間を要するため、医師や患者にとって負担の大きい手術となっている。
【解決手段】CT,MRI,MRAなどによる、患者個々の股関節部分の骨形状の三次元画像データを得るステップと、この三次元画像データを用いて、寛臼部を含んだ寛骨臼テンプレートの形状データを作成するステップと、この寛骨臼テンプレートの形状データを、三次元積層造型機用の造形データに修正するステップと、この造形データに基づいて三次元積層造型機により寛骨臼テンプレートの構造体を成形するステップと、この寛骨臼テンプレートの構造体の隙間に生体内活性材料を注入するステップからなる人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。
【選択図】 図1
The conventional hip replacement is a highly invasive operation in which, in some cases, even a healthy bone other than the affected part is cut out in order to attach a standard implant to the human body, and for each individual patient. Therefore, it takes a long time to examine different optimal mounting positions and perform operations such as bone grinding, which is a burdensome operation for doctors and patients.
A step of obtaining three-dimensional image data of a bone shape of an individual hip joint portion by CT, MRI, MRA, etc., and using the three-dimensional image data, an acetabular template including an acetabular part is obtained. A step of creating shape data, a step of correcting the shape data of the acetabular template to modeling data for a three-dimensional layered molding machine, and a three-dimensional layered molding machine based on the modeling data of the acetabular template A method for producing an acetabular template around the acetabulum of artificial hip joint replacement, which comprises a step of molding a structure and a step of injecting a bioactive material into a gap between the structures of the acetabular template.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、人工股関節置換術において寛臼骨の侵襲性を減らし、生体骨への再生が可能なインプラントを患部に挿入する寛臼骨テンプレートの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing an acetabular bone template in which an implant that can reduce the invasiveness of the acetabular bone and can be regenerated into a living bone is inserted into an affected part in hip replacement.

人工股関節置換術は、股関節疾患に対して術後早期より除痛および機能回復の得られる有効な治療方法であり、骨盤臼蓋に対しては臼蓋の骨を半球形に掘消することでソケット型の臼蓋コンポーネントを設置し、大腿骨に対しては、大腿骨の一部である大腿骨頸部を骨切りし、同じく大腿骨の一部である大腿骨頭を摘出後、ボール及びそれにつながる棒状のステムからなる大腿骨コンポーネントを挿入する手術である。   Artificial hip replacement is an effective treatment that can provide pain relief and functional recovery early after surgery for hip joint disease. For the pelvic acetabulum, the acetabular bone is excavated into a hemisphere. A socket-type acetabular component is installed. For the femur, the femoral neck, which is a part of the femur, is cut off, the femoral head, which is also a part of the femur, is removed, and then the ball and Surgery to insert a femoral component consisting of a connecting rod-like stem.

1960年代より世界的に広く行われるようになった人工股関節置換術は、変形性股関節症、大腿骨頭壊死症、関節リウマチなどの疾患による股関節の障害の治療において施術され、世界中で年間およそ50万件実施されている。人工股関節置換術は、大腿骨側と骨盤側の2つに分かれ、可動関節部はコバルト・クロム合金やチタン合金などの金属材料で作られており、骨盤側は、通常、金属製の殻のなかにポリエチレン製のカップが装着された構造になっている。人工関節を骨に固定する方法には、骨セメントを使うセメント固定と、骨セメントを使わないセメントレス固定の二つの方法がある。   Hip replacement, which has been widely performed worldwide since the 1960s, has been performed in the treatment of hip joint disorders due to diseases such as osteoarthritis of the hip, femoral head necrosis, and rheumatoid arthritis. Ten cases have been implemented. Hip replacement is divided into a femoral side and a pelvic side, and the movable joint is made of a metallic material such as cobalt-chromium alloy or titanium alloy. The pelvic side is usually made of a metal shell. It has a structure with a polyethylene cup. There are two methods for fixing an artificial joint to bone: cement fixation using bone cement and cementless fixation without using bone cement.

一方、近年において、MRIやCTスキャンで得られた画像データから、コンピュータ上でCADシステムにより立体モデルを設計し、これをコンピュータ上で一定の間隔でスライスしてその断面のデータを作成し、この断面データに基づき、光硬化性樹脂などの構造材料を積層して三次元立体モデルを形成する三次元積層造形の手法を利用して患者の患部のモデルを作成し、手術の除去部分の検討や手術のシミュレーションを行うことが可能となり、医療分野においても注目されるようになってきている(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。   On the other hand, in recent years, a three-dimensional model is designed by a CAD system on a computer from image data obtained by MRI or CT scan, and this is sliced at a predetermined interval on a computer to create cross-sectional data. Based on the cross-sectional data, a model of the affected area of the patient is created by using a 3D additive manufacturing method in which a structural material such as a photocurable resin is laminated to form a 3D solid model. Surgery simulation can be performed, and attention has been paid also in the medical field (Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).

また、公開特許公報2008-188400号(特許文献4)には、人工股関節置換の手術部位となる臼蓋ないし大腿骨の三次元形状を利用して、臼蓋ないし大腿骨に一部ないしすべてを嵌合させ得る骨嵌合部と、人工股関節置換の術前計画に基づいて臼蓋コンポーネントおよび大腿骨コンポーネントの適切な位置ないし方向の情報を提供する設置情報表示部で構成される三次元モデルに基づいて光造形などのラピッドプロダクトタイピング技術で造形化した人工股関節置換術支援補助部材を作成し、術野で直接臼蓋コンポーネントないし大腿骨コンポーネントの設置位置や方向を確認して手術を行えるようにしたものが提案されている。   Also, in published patent publication 2008-188400 (patent document 4), a part or all of the acetabulum or femur is applied to the acetabulum or femur using the three-dimensional shape of the acetabulum or femur which is the surgical site for hip replacement. A three-dimensional model consisting of a bone fitting part that can be fitted, and an installation information display part that provides information on the appropriate position or orientation of the acetabular component and femoral component based on the preoperative plan for hip replacement Based on this, we created an artificial hip joint replacement assisting member that was modeled by rapid product typing technology such as stereolithography, so that the operation position and orientation of the acetabular component or femoral component can be checked directly in the operative field so that surgery can be performed. What has been proposed.

さらに、公開特許公報2002-65708号(特許文献5)には、欠損骨を再生又は修復するために損傷部に埋め込まれる骨代替物の構造を最適に設計することを支援するために、解析のための要素モデルを、MRIまたはCTスキャンによる画像データから作成することが示されている。   Furthermore, published patent publication 2002-65708 (Patent Document 5) describes an analysis method to assist in optimally designing the structure of a bone substitute embedded in an injured part in order to regenerate or repair a defective bone. It is shown that an element model for the above is created from image data obtained by MRI or CT scanning.

さらに、公開特許公報2007-229048号(特許文献6)には、骨親和性および骨伝導性に優れ、骨形成速度と生体吸収速度とのバランスが良好である骨補填材として、リン酸三カルシウム系骨補填材が紹介されている。
公開特許公報2006-78604号 公開特許公報2006-119435号 公開特許公報2006-314580号 公開特許公報2008-188400号 公開特許公報2002-65708号 公開特許公報2007-229048号 公開特許公報2004-26648号 公開特許公報2002-129203号 公開特許公報2008-86676号 公開特許公報平8-38589号 石井良章、松野丈夫、坂巻豊教:『股関節の外科』、 医学書院社 高岡邦夫:新世代の整形外科手術第6『新しい人工関節置換術と再置換術』 MEDICAL VIEW社 國本桂史、斎川義則:「医療領域での3次元解釈と光造形法を用いたプロダクトソリューションへのアプローチ」 名古屋市立大学大学院芸術工学部修士学位論文、2007,参照、日本デザイン学会、2008
Furthermore, published patent publication 2007-229048 (Patent Document 6) discloses tricalcium phosphate as a bone prosthesis material that is excellent in bone affinity and osteoconductivity and has a good balance between bone formation rate and bioresorption rate. A bone replacement material is introduced.
Published Patent Publication 2006-78604 Published Patent Publication 2006-119435 Published patent publication 2006-314580 Published patent publication 2008-188400 Published patent publication 2002-65708 Published Patent Publication No. 2007-229048 Published Patent Publication No. 2004-26648 Published patent publication 2002-129203 Published patent publication 2008-86676 Published Patent Publication No. 8-38589 Yoshiaki Ishii, Takeo Matsuno, Toyonori Sakamaki: "Surgery for Hip Joints", Medical Shoinsha Kunio Takaoka: New generation of orthopedic surgery No. 6 “New artificial joint replacement and revision” MEDICAL VIEW Katsumoto Kunimoto, Yoshinori Saikawa: “Approach to product solutions using three-dimensional interpretation and stereolithography in the medical field” Master's thesis, Nagoya City University Graduate School of Art and Engineering, 2007, Reference, Japan Society for the Science of Design, 2008

従来の人工股関節置換術の問題点を以下に示す。いずれも、状況によっては再手術を必要とするなど、実用上の大きな課題となっている。
1.経時的に、チタン素材のソケットが骨結合することにより寛臼骨の形状変異が生じる。
2.規格品であるインプラントを人体に装着するため、場合によっては患部以外の健康な骨までも削り出すといった侵襲性の高い手術であり、また、個々の患者ごとに異なる最適取付け位置の検討や骨研削などの施術に長時間を要するため、医師や患者にとって負担の大きい手術となっている。
3.固定方法としてスクリューを用いた場合、位置設計が難しいという難点があり、また、弛みが生じると骨破壊を引き起こす。
4.固定方法として骨セメントを使用した場合、骨セメント原料の一つであるメチルメタアクリレートモノマーが生体内に放出され、血圧降下などをもたらす。
The problems of conventional hip replacement are shown below. Both are major practical issues such as requiring re-operation depending on the situation.
1. Over time, the shape of the acetabular bone changes due to the bone connection of the titanium socket.
2. In order to attach a standard implant to the human body, it is a highly invasive operation, in some cases, to remove even healthy bones other than the affected area. In addition, examination of optimal mounting positions and bone grinding that differ for each patient Since it takes a long time to perform such operations, it is a burden on doctors and patients.
3. When a screw is used as a fixing method, there is a difficulty that position design is difficult, and when slack occurs, bone destruction is caused.
4). When bone cement is used as a fixing method, methyl methacrylate monomer, which is one of the bone cement raw materials, is released into the living body, resulting in a decrease in blood pressure.

なお、特許文献4に記載の技術は、人工股関節の置換術支援の補助部材を提供しようとするもので、従来の人工股関節あるいは人工股関節置換術の課題を解決するものではない。また、特許文献5に記載の技術は、骨代替物の解析用モデルの設計支援に関するものであり、やはり、従来の人工股関節あるいは人工股関節置換術の課題を解決するものではない。   Note that the technique described in Patent Document 4 is intended to provide an auxiliary member for assisting replacement of an artificial hip joint, and does not solve the problems of conventional hip replacement or hip replacement. The technique described in Patent Document 5 relates to design support for a bone substitute analysis model, and does not solve the problems of conventional hip prosthesis or hip replacement.

本発明は、上記従来の人工股関節置換術の問題点を解決するためになされたものであり、CT,MRI,MRAなどによる、患者個々の股関節部分の骨形状の三次元画像データを得るステップと、この三次元画像データを用いて、寛臼部を含んだ寛骨臼テンプレートの形状データを作成するステップと、この寛骨臼テンプレートの形状データを、三次元積層造型機用の造形データに修正するステップと、この造形データに基づいて三次元積層造型機により寛骨臼テンプレートの構造体を成形するステップと、この寛骨臼テンプレートの構造体の隙間に生体内活性材料を注入するステップからなることを特徴とする人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法を提供する。   The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems of conventional hip replacement, and a step of obtaining three-dimensional image data of the bone shape of a patient's individual hip joint by CT, MRI, MRA, etc. Using this 3D image data, the step of creating the shape data of the acetabular template including the acetabular part and the shape data of the acetabular template are corrected to the modeling data for the 3D stack molding machine A step of forming a structure of the acetabular template by a three-dimensional laminating machine based on the modeling data, and a step of injecting a bioactive material into the gap of the structure of the acetabular template A method for manufacturing an acetabular template around the acetabulum of an artificial hip joint replacement is provided.

本発明は、CT,MRI,MRAなどによる、患者個々の股関節部分の骨形状の三次元画像データを得るステップと、この三次元画像データを用いて、寛臼部を含んだ寛骨臼テンプレートの形状データを作成するステップと、この寛骨臼テンプレートの形状データを、三次元積層造型機用の造形データに修正するステップと、この造形データに基づいて三次元積層造型機により寛骨臼テンプレートの構造体を成形するステップと、この寛骨臼テンプレートの構造体の隙間に生体内活性材料を注入するステップからなることを特徴とする人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法であるから、テンプレートが生体内活性材料を含んで成形されることから、経時的な寛臼骨の形状変異が生じることがなく、インプラントを人体に装着するために患部以外の健康な骨までも削り出す必要が少く、また、骨セメントやスクリューなどの再手術の危険性がある固定方法をとらずに済む、といった人体侵襲性の低い人工股関節置換術を可能とするとともに、患者個々の患部形状に即して最適な臼蓋位置、即ち人工大腿骨頭の埋め込み位置が決定された人口股関節が手術前に準備できるため、医師や患者にとって負担の大きい人工股関節置換術の手術時間の大幅な短縮が期待できるという効果を奏する。   The present invention provides a step of obtaining three-dimensional image data of a bone shape of an individual hip joint portion by CT, MRI, MRA, and the like, and using this three-dimensional image data, an acetabular template including an acetabular part. A step of creating shape data, a step of correcting the shape data of the acetabular template to modeling data for a three-dimensional layered molding machine, and a three-dimensional layered molding machine based on the modeling data of the acetabular template A method for producing an acetabular template around an acetabular cap for artificial hip joint replacement, comprising: forming a structure; and injecting a bioactive material into a gap between the structures of the acetabular template. Therefore, since the template is molded including the bioactive material, the shape of the acetabular bone does not change over time, and the implant is attached to the human body. It is possible to perform artificial hip joint replacement with low human invasiveness, such as eliminating the need to remove even healthy bones other than the affected area, and eliminating the need for fixing methods such as bone cement and screws In addition, the artificial hip joint replacement, which has a heavy burden on doctors and patients, can be prepared before the operation, since the artificial hip joint where the optimal acetabular position according to the shape of the affected area of each patient, that is, the implantation position of the artificial femoral head has been determined, can be prepared. There is an effect that the surgical operation time can be greatly shortened.

また、上記寛臼部を含んだ寛骨臼テンプレートの形状データが、患者個々の股関節部分の骨形状の三次元画像データと標準モデル股関節データとから、臼蓋位置が患者にとって最適となるようデータ分析して作成されるものであるから、患者個々に最適な臼蓋位置を有する寛骨臼テンプレートを、患者に負担をかけることなく容易に作成することができる。   Further, the shape data of the acetabular template including the acetabular portion is obtained from the three-dimensional image data of the bone shape of the individual hip joint portion and the standard model hip joint data so that the acetabular position is optimal for the patient. Since it is created by analysis, an acetabular template having an optimal acetabular position for each patient can be easily created without imposing a burden on the patient.

また、上記三次元積層造型機が光造型機であって、上記寛骨臼テンプレートの構造体が光硬化性樹脂で形成されるものであるから、高精度、軽量でかつ十分な強度を有する構造体が成形できる。   Further, since the three-dimensional laminating machine is an optical molding machine, and the structure of the acetabular template is formed of a photocurable resin, a structure having high accuracy, light weight and sufficient strength The body can be molded.

また、上記寛骨臼テンプレートの構造体が、複数の穴が開いた壁面によって構成されるハネカム構造であるから、三次元積層造型機や構造体材料の種類によらず、軽量でかつ十分な強度を有する構造体が成形できる。   In addition, since the structure of the acetabular template has a honeycomb structure composed of a wall surface with a plurality of holes, it is lightweight and has sufficient strength regardless of the type of 3D laminating machine or structure material. The structure which has can be shape | molded.

また、上記生体内活性材料がリン酸カルシウムまたはリン酸カルシウムを主成分とする充填材料であるから、生体骨との親和性、骨再生性に優れ、十分な強度と速やかな骨再生が期待できる。   In addition, since the in vivo active material is calcium phosphate or a filling material containing calcium phosphate as a main component, it has excellent affinity with living bones and bone regeneration, and sufficient strength and rapid bone regeneration can be expected.

さらに、上記生体内活性材料が、上記寛骨臼テンプレートの構造体の外周層として敷設されてなるものであるから、人体への有害性がなく、生体活性を有する材料による初期接着を可能とする。   Furthermore, since the bioactive material is laid as an outer peripheral layer of the structure of the acetabular template, there is no harm to the human body, and initial bonding with a bioactive material is possible. .

ステップ1:CT,MRI,MRAなどの画像診断システムを用いた患者の股関節部分の画像データの作成:
CT,MRI,MRAなどの画像診断システムを用いて患者の股関節形状データを作成し、光造型機などの三次元積層造型機を用いて骨モデルを作成する方法としては、たとえば、公開特許公報2006-78604号(特許文献1)、公開特許公報2008-188400号(特許文献2)及び、公開特許公報2006-314580号(特許文献3)、公開特許公報2008-188400号(特許文献4)などに示された方法、手段を用いることができる。
Step 1: Create image data of the patient's hip joint using a diagnostic imaging system such as CT, MRI, MRA:
As a method of creating hip joint shape data of a patient using an image diagnostic system such as CT, MRI, MRA, and creating a bone model using a three-dimensional laminated molding machine such as an optical molding machine, for example, published patent publication 2006 -78604 (patent document 1), published patent publication 2008-188400 (patent document 2), published patent publication 2006-314580 (patent document 3), published patent publication 2008-188400 (patent document 4), etc. The indicated method and means can be used.

ステップ2:3D CAD/CAMを用いたテンプレートデータの製作:
人工股関節置換術では寛骨臼の左右対称を前提として寛臼の位置を決める。標準モデル股関節データとして、たとえば、患部とは反対側の股関節の形状データと、手術によって除去される患部の形状に従って、テンプレートの外形とこれに対する寛臼の最適位置と方向を決定する。許容誤差は10ミリ程度である。誤差は人体の再生性によってもとの場所に回復される。
Step 2: Production of template data using 3D CAD / CAM:
In hip replacement, the position of the acetabulum is determined assuming the symmetry of the acetabulum. As the standard model hip joint data, for example, the outer shape of the template and the optimum position and direction of the acetabulum are determined according to the shape data of the hip joint on the opposite side to the affected part and the shape of the affected part removed by the operation. The allowable error is about 10 mm. The error is restored to its original location by the reproducibility of the human body.

ステップ3:作成されたテンプレート形状データを、三次元積層造形用データに変換するために、3D CAD/CAMデータをSTLデータに書き出す。次いで、そのSTLデータを3次元積層造形機用のソフトで三次元積層造形用データに修正する。この具体的な手法は、(非特許文献3:國本桂史、斎川義則:「医療領域での3次元解釈と光造形法を用いたプロダクトソリューションへのアプローチ」 名古屋市立大学大学院芸術工学部修士学位論文、2007,参照、日本デザイン学会、2008)に示されたものを用いることができる。このとき、寛骨臼テンプレートの構造体は、テンプレートを患部に装着したときに、寛臼の位置が適切となるように、テンプレート形状と患者の股関節データとから設計されるとともに、構造体内にリン酸三Caからなる充填材を注入することのできる隙間を有する構造とする。 Step 3: Write 3D CAD / CAM data to STL data to convert the created template shape data into 3D additive manufacturing data. Next, the STL data is corrected to data for 3D additive manufacturing with software for an additive manufacturing machine. The specific method is (Non-patent Document 3: Katsumi Kunimoto, Yoshinori Saikawa: “Approach to product solutions using three-dimensional interpretation and stereolithography in the medical field” Nagoya City University Graduate School of Arts and Sciences, Master's degree Papers, 2007, Reference, Japanese Society for the Science of Design, 2008) can be used. At this time, the structure of the acetabular template is designed from the template shape and the patient's hip joint data so that the position of the acetabulum is appropriate when the template is attached to the affected part. It is set as the structure which has the clearance gap which can inject | pour the filler which consists of acid tri-Ca.

ステップ4:3次元積層造形法を用いたテンプレートの製作:
この方法や手段は、たとえば上記特許文献1,2,3,8あるいは非特許文献3に示されるように、MRIやCTスキャンで得られた画像データから、コンピュータ上でCADシステムにより立体モデルを設計し、これをコンピュータ上で一定の間隔でスライスしてその断面のデータを作成し、この断面データに基づき、光硬化性樹脂などの構造材料を積層して三次元立体モデルを形成する三次元積層造形の手法を用いることができる。
Step 4: Production of template using 3D additive manufacturing method:
In this method and means, for example, as shown in Patent Documents 1, 2, 3, 8 or Non-Patent Document 3, a three-dimensional model is designed by a CAD system on a computer from image data obtained by MRI or CT scan. Then, this is sliced at regular intervals on a computer to create cross-sectional data, and based on this cross-sectional data, a three-dimensional stack model is formed by laminating structural materials such as photo-curing resin. A modeling technique can be used.

ステップ5:リン酸三Caをボーンチップ(BoneChip)のように細かく(直径2〜5ミリ)チップ化して、三次元積層造形で作成された構造体に手作業で注入し、構造体内に隙間なく充填する。 また、外周にリン酸三Caを敷設し、骨との生体活性による融合を促す。初期状態では、溶解性接着剤など、既存手術で用いられている体に無害な一時的な固定手段を用いる。 Step 5: Tri-Ca phosphate is made into a fine chip (2-5 mm in diameter) like a bone chip (BoneChip) and injected manually into a structure created by three-dimensional additive manufacturing, leaving no gap in the structure. Fill. In addition, tricalcium phosphate is laid on the outer periphery to promote fusion with bone through bioactivity. In the initial state, temporary fixing means that is harmless to the body used in existing surgery, such as a soluble adhesive, is used.

以下に、ラピットプロダクト手法論と生体内活性材料のリン酸三Caを用いて、人間の体に最適化された人工股関節、プラスチィック構造体とリン酸Caで構成される臼蓋テンプレートの設計、製造の具体例を図面を用いて説明する。   Below, design and manufacture of acetabular template composed of artificial hip joint, plastic structure and Ca phosphate optimized for human body using rapid product methodology and bioactive material tricalcium phosphate A specific example will be described with reference to the drawings.

1)寛臼骨テンプレート形状データの作成
1.データ取得:MRI,CTなどの画像診断システムを用いて患者のDICOMデータを取得する。
2.修正可能なデータへの変換: DICOMデータ編集ソフト(例えば「OSIRIX」)を用いてCADデータへ変換する。
3.3Dソフト上での寛骨臼テンプレート(1)のデータの製作:デザインモデリングなどで用いられている3次元ソフト(例えば「3DSMAX」,「RHINO」など)を用いて寛骨臼データの製作を行う。それ以外にも3dsファイルの修正が可能である3次元ソフトの使用が可能である。このとき、寛骨臼テンプレート(1)の構造体(6)は、テンプレートを患部に装着したときに、寛臼(2)の位置・方向が適切となるように、テンプレート形状と患者の寛骨臼(5)データとから設計されるとともに、構造体内にリン酸三Caからなる充填材(7)を注入することのできる隙間を有する構造(穴(12)を有する壁面からなるハニカム構造:図3)とする。テンプレートの外形形状設計に当たっては、患者本来の寛骨臼(5)に近い形状を作ることを目指して、病気などにより骨破壊が起こった患部の形を考慮して設計する。
4.作られた寛骨臼データを3次元積層造型機で作るために3次元積層データに変換する。この実施例では、画像データから、コンピュータ上でCADシステムにより立体モデルを設計し、これをコンピュータ上で一定の間隔でスライスしてその断面のデータを作成する。
1) Creation of acetabular template shape data Data acquisition: DICOM data of a patient is acquired using an image diagnostic system such as MRI or CT.
2. Conversion to modifiable data: Convert to CAD data using DICOM data editing software (eg "OSIRIX").
3. Production of acetabular template (1) data on 3D software: Production of acetabular data using 3D software (eg “3DSMAX”, “RHINO” etc.) used in design modeling etc. I do. In addition, it is possible to use 3D software that can modify 3ds files. At this time, the structure (6) of the acetabular template (1) is formed so that the position and direction of the acetabulum (2) are appropriate when the template is mounted on the affected part. Designed from the mortar (5) data and having a structure (a honeycomb structure comprising a wall having a hole (12) having a gap into which the filler (7) made of tricalcium phosphate can be injected into the structure: FIG. 3). In designing the external shape of the template, the shape is designed in consideration of the shape of the affected part where bone destruction has occurred due to illness or the like, with the aim of creating a shape close to the patient's original acetabulum (5).
4). The generated acetabular data is converted into three-dimensional laminated data to be produced by a three-dimensional laminated molding machine. In this embodiment, a three-dimensional model is designed from image data by a CAD system on a computer, and this is sliced at a predetermined interval on the computer to create cross-sectional data.

2)寛臼骨テンプレートの製作
1.3Dソフトで作られた寛骨臼テンプレートを、3次元積層造形機である光造形を用いてその構造体を製作する。具体的には、たとえば特許文献1,2,3,8あるいは非特許文献3に示されるように、スライスデータから、光硬化性樹脂などの構造材料を積層して三次元立体モデルを形成する。
2.このとき、寛骨臼テンプレートの構造体(6)は、テンプレートを患部に装着したときに、寛臼の位置が適切となるように、テンプレート外形形状と患者の寛骨臼(5)データとから設計されるとともに、構造体内にリン酸三Caからなる充填材(7)を注入することのできる隙間を有する構造(穴(12)を有する壁面からなるハニカム構造:図3)とする。
3.後処理:光造形で成形された寛骨臼テンプレートはそのままでは使用できない。その後では人体に対して有害性をなくし、また造形品の強度、耐久性を保つために以下に示す4段階の後処理を行う。
第1段階:樹脂液(MTFG:メチルプロピレントリノプリコル)が入っている超音波洗浄機に入れてまだ造形品の外側に付いている光硬化樹脂を除去する。
第2段階:イソプロピルアルコール(IPA)を用いて第1段階作業によって付着した超音波洗浄液を除去する。
第3段階:赤外線硬化機に20分程いれて、柔らかい表面である造形品の耐久性を出す処理を行う。第4段階:研磨材を用いて、表面を滑らかにする研磨加工を施す。
2) Production of acetabular template A structure of an acetabular template made with 1.3D software is produced using stereolithography, which is a three-dimensional additive manufacturing machine. Specifically, as shown in Patent Documents 1, 2, 3, 8 or Non-Patent Document 3, for example, a three-dimensional solid model is formed by stacking structural materials such as a photocurable resin from slice data.
2. At this time, the structure (6) of the acetabular template is obtained from the template outer shape and the patient's acetabulum (5) data so that the position of the acetabulum is appropriate when the template is attached to the affected part. It is designed and has a structure having a gap into which a filler (7) made of tricalcium phosphate can be injected into the structure (a honeycomb structure made up of wall surfaces having holes (12): Fig. 3).
3. Post-processing: An acetabular template molded by stereolithography cannot be used as it is. Thereafter, in order to eliminate the harmfulness to the human body and to maintain the strength and durability of the shaped product, the following four steps are performed.
First stage: put into an ultrasonic cleaner containing a resin solution (MTFG: methylpropylene trinopricol) to remove the photo-curing resin still attached to the outside of the shaped product.
Second stage: Remove the ultrasonic cleaning liquid adhering to the first stage using isopropyl alcohol (IPA).
Third stage: Put into an infrared curing machine for about 20 minutes, and perform a process to bring out the durability of the shaped product that is a soft surface. Fourth stage: A polishing process is performed to smooth the surface using an abrasive.

3)作られた寛臼骨テンプレートの構造体(6)(ハニカム構造)内へのリン酸三Caの注入。
1.一体的な骨再生を促進するために、穴(12)にもリン酸三Caがいきわたるよう、隙間無く充填する。また、構造体と寛骨臼(5)の接着を強固なものとするために、テンプレートの外周にもリン酸三Caを敷設し、骨との生体活性による融合を促す。初期状態では、溶解性接着剤など、既存手術で用いられている体に無害な一時的な固定手段を用いる。リン酸三カルシウム(TCP)粉末は、例えば、公開特許公報2004−26648号に記載の方法(特許文献7)を用いて製造したものを用いることができる。
2.3次元積層造形機として、公開特許公報2004−66360号(特許文献9)に示されるように、インクジェットを用いて固相の析出を誘起する物質を含む液を噴射し、該固相の析出を誘起する物質を基材上の所望の位置に配置する工程;該固相の析出を誘起する物質を析出流体と接触させて、該基材上で該固相を析出させる工程;を含む、構造体またはパターンの形成方法を用いることにより、構造体自体をリン酸三Caとし、より生体骨に近い再生を促すことができる。
3) Injection of tricalcium phosphate into the structure (6) (honeycomb structure) of the produced acetabular bone template.
1. In order to promote integral bone regeneration, the hole (12) is filled without any gaps so that the tricalcium phosphate can be dispersed. Further, in order to strengthen the adhesion between the structure and the acetabulum (5), triCa phosphate is laid on the outer periphery of the template to promote fusion with the bone through bioactivity. In the initial state, temporary fixing means that is harmless to the body used in existing surgery, such as a soluble adhesive, is used. As the tricalcium phosphate (TCP) powder, for example, a powder manufactured using a method (Patent Document 7) described in Japanese Patent Application Publication No. 2004-26648 can be used.
2. As a three-dimensional additive manufacturing machine, as disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2004-66360 (Patent Document 9), a liquid containing a substance that induces precipitation of a solid phase is ejected using an inkjet, Disposing a substance that induces precipitation at a desired position on the substrate; contacting the substance that induces precipitation of the solid phase with a deposition fluid to precipitate the solid phase on the substrate; By using the structure or pattern formation method, the structure itself can be made of tricalcium phosphate, and regeneration closer to a living bone can be promoted.

4)本発明のテンプレートを応用した大腿骨インプラントの装着。
1.複数の穴(12)が開いた壁面を有するハニカム構造の寛骨臼テンプレート(1)は、穴が開いていることによって、各ハニカム構造の中に充填されているリン酸三Caが連結し、最終的には寛骨臼テンプレート(1)内で連続した骨の固まりになる。穴は構造体の強度を守れる程度の大きさとするが、その数は患者の身体条件によって変更される。施術後の骨再生に関しては、公開特許公報2008−86676号(特許文献9)、公開特許公報平8−38589号(特許文献10)に示されている。
2.寛骨臼テンプレート(1)の装着は、人体に挿入する前にすでにテンプレートの製作は完了させておくことができるので、手術中は、患部の周りに医療用の一時的な固定を目的とした接着剤を塗り、患部に寛臼骨テンプレートを挿入することで済み、手術時間の大幅な短縮が達成できる。
3.大腿骨(3)側には、従来から用いられている人工股関節(4)(人工股関節のソケットパーツ(8)、人工股関節のアセタブラーシェル(9)、人工股関節のヘッド(10)、人工股関節のステム(11)からなる)を装着するが、寛骨臼テンプレート(1)の設計において、人工股関節(4)装着時を想定して寛臼(2)の位置・方向が最適となるように設定されているので、大腿骨(3)側の装着においても原則として手術中における装着位置調整や固定方法の検討などの時間を最小限とすることができる。
4) Mounting of a femoral implant using the template of the present invention.
1. The honeycomb structure of the acetabular template (1) having a wall surface in which a plurality of holes (12) are opened is connected with tricalcium phosphate filled in each honeycomb structure by opening the holes, The end result is a continuous bone mass in the acetabular template (1). The holes are sized to protect the strength of the structure, but the number varies depending on the patient's physical condition. Regarding the bone regeneration after treatment, it is disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2008-86676 (Patent Document 9) and Japanese Patent Application Publication No. 8-38589 (Patent Document 10).
2. The mounting of the acetabular template (1) can be completed before the insertion into the human body, so during the operation, the purpose of the temporary fixation for medical purposes around the affected area Applying adhesive and inserting an acetabular bone template into the affected area can significantly reduce the operation time.
3. On the side of the femur (3), a conventional artificial hip joint (4) (an artificial hip joint socket part (8), an artificial hip joint acetabular shell (9), an artificial hip joint head (10), an artificial hip joint) The acetabular template (1) is designed so that the position and orientation of the acetabulum (2) is optimal when the artificial hip joint (4) is installed. Since it is set, as a general rule, it is possible to minimize the time for adjusting the mounting position and examining the fixing method during the operation even when mounting on the femur (3) side.

本発明は、医療機器、特に人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造に用いて好適である。   The present invention is suitable for use in manufacturing an acetabular template around a acetabulum of a medical device, in particular, hip replacement.

寛骨臼に寛骨臼テンプレートを設置したときの状態を示す図The figure which shows a state when setting an acetabular template in an acetabulum 人工関節の構造を説明するための分解図Exploded view for explaining the structure of the artificial joint 図2に「A」で示す部分の断面拡大図2 is an enlarged cross-sectional view of the portion indicated by “A” in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、寛骨臼テンプレート
2、寛臼
3、大腿骨
4、人工股関節
5、寛骨臼
6、寛骨臼テンプレート構造体
7、 寛骨臼テンプレートに注入されたリン酸Ca
8、人工股関節のソケットパーツ
9、人工股関節のアセタブラーシェル
10、人工股関節のヘッド
11、人工股関節のステム
12、ハニカム構造の壁に有する穴
1, acetabular template 2, acetabulum 3, femur 4, artificial hip joint 5, acetabulum 6, acetabular template structure 7, Ca phosphate injected into acetabular template
8. Artificial hip joint socket part 9, Artificial hip joint acetabular shell 10, Artificial hip joint head 11, Artificial hip joint stem 12, Hole in honeycomb structure wall

Claims (6)

CT,MRI,MRAなどによる、患者個々の股関節部分の骨形状の三次元画像データを得るステップと、この三次元画像データを用いて、寛臼部を含んだ寛骨臼テンプレートの形状データを作成するステップと、この寛骨臼テンプレートの形状データを、三次元積層造型機用の造形データに修正するステップと、この造形データに基づいて三次元積層造型機により寛骨臼テンプレートの構造体を成形するステップと、この寛骨臼テンプレートの構造体の隙間に生体内活性材料を注入するステップからなることを特徴とする人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。   Using CT, MRI, MRA, etc., to obtain 3D image data of the bone shape of each patient's hip joint, and using this 3D image data, create shape data for the acetabular template including the acetabulum A step of correcting the shape data of the acetabular template to modeling data for a three-dimensional laminate molding machine, and forming a structure of the acetabular template by the three-dimensional laminate molding machine based on the modeling data. And a method for producing an acetabular template around the acetabulum of a hip replacement, which comprises a step of injecting a bioactive material into a gap between the structures of the acetabular template. 上記寛臼部を含んだ寛骨臼テンプレートの形状データが、患者個々の股関節部分の骨形状の三次元画像データと標準モデル股関節データとから、臼蓋位置が患者にとって最適となるよう分析して作成される請求項1に記載の人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。   The shape data of the acetabular template including the acetabular part is analyzed from the 3D image data of the bone shape of each patient's hip joint part and the standard model hip joint data so that the acetabular position is optimal for the patient. The manufacturing method of the acetabular template around the acetabulum of the artificial hip joint replacement surgery of Claim 1 produced. 上記三次元積層造型機が光造型機であって、上記寛骨臼テンプレートの構造体が光硬化性樹脂で形成されてなる請求項1または請求項2に記載の人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。   The acetabular circumference of an artificial hip joint replacement according to claim 1 or 2, wherein the three-dimensional laminating machine is an optical molding machine, and the structure of the acetabular template is formed of a photocurable resin. Acetabular template manufacturing method. 上記寛骨臼テンプレートの構造体が、複数の穴が開いた壁面によって構成されるハネカム構造である請求項1または請求項2に記載の人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。   3. The manufacture of the acetabular template around the acetabulum of artificial hip joint replacement according to claim 1, wherein the structure of the acetabular template is a honeycomb structure constituted by a wall surface having a plurality of holes. Method. 上記生体内活性材料がリン酸カルシウムまたはリン酸カルシウムを主成分とする充填材料である請求項1または請求項4に記載の人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。   The method for producing an acetabular template around the acetabulum of hip replacement according to claim 1 or 4, wherein the bioactive material is calcium phosphate or a filling material mainly composed of calcium phosphate. 上記生体内活性材料が、上記寛骨臼テンプレートの構造体の外周層として敷設されてなる請求項1、請求項4または請求項5に記載の人工股関節置換術の臼蓋回りの寛骨臼テンプレートの製造方法。   The acetabular template around the acetabulum of hip replacement according to claim 1, wherein the bioactive material is laid as an outer peripheral layer of the structure of the acetabular template. Manufacturing method.
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