JP6272953B2 - 骨の表面を変更するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年８月１６日に出願された米国特許仮出願第６１／３７３，９６７号の優先権の利益を主張するものであり、その開示の全体を参照により本明細書に組み込む。

多くの患者が、運動中に生ずる、または通常の摩耗および裂傷で時間が経過するにつれて生ずる整形外科的損傷または骨の変性症を患っている。いくつかの場合、患者の骨は、ゆがんだ状態になるか、あるいは骨を多用することから生ずる成長もしくは他の病変を有する。特に運動選手は、厳しい練習を行う場合に、特に大腿骨を寛骨臼に接続する部位においてその症状を経験する可能性がある。大腿寛骨臼インピンジメントでは、大腿骨頭または寛骨臼縁の周りの部位が、寛骨臼周りで大腿骨頭が動くと衝突する点へと過度に骨が成長して隆起しており、非常に痛みのある症状になることが多い。ＣＡＭ（キャム）インピンジメントは、大腿骨頭または頸部の表面の異常が、寛骨臼ソケットの縁に接触したときに生ずる。ＰＩＮＣＥＲ（ピンサー）インピンジメントは、患者の寛骨臼が、正常な場合よりも深いときに生じ、深いソケットは、大腿骨頭の完全な動きを制限する。

整形外科手術は、衝突した、または応力および摩耗もしくは損傷によりその他の形で損なわれた膝、股関節、肩、足首、および肘などの骨の表面を再建するために行われる。股関節および大腿骨の表面再建術では、治療手法は、インピンジメントを緩和するために大腿骨頭をフライスまたはバーリング加工することを含むことができる。フライスおよびバーリング加工は、骨の位置、深さ、および寸法の視覚的な評価に基づき、手だけで行われることが多い。表面再建された骨と、寛骨臼または他の関節との間の寸法および嵌合は、いくつかの場合では緩すぎ、他の場合にはきつすぎるなど、変化する可能性がある。同様に、インプラントを受け入れるために骨を成形することを含む外科手術において、手だけの切削では不正確過ぎて、インプラントを適正に配置させるには骨の部位が大き過ぎる、または小さ過ぎることになりうる。

骨のグラフィカルな画像を提供し、外科医が骨を切削し、かつインプラントを手術部位により正確に嵌合するように取り付けることを可能にする、ソフトウェアを使用するコンピュータで支援された方法が開発されてきた。コンピュータ支援外科手術（ＣＡＳ）中に、外科医は、患者の解剖学的部位の視覚的な画像を使用して、その部位に嵌合するインプラントを作成する、またはインプラントを受け入れるように部位を変更する。例示的なＣＡＳシステムは、特許文献１、および特許文献２で見出される。いくつかの場合では、医師は、骨を切除するために切削具または他の外科的工具を使用する。大部分のシステムでは、外科的工具は、使用するのが困難であり、費用がかかるおそれのある複雑な工具登録システムを必要とするコンピュータ支援システムにより案内される。特に、大腿寛骨臼インピンジメントおよび他の骨の症状を有する患者で骨領域の表面再建を行うための改良された方法およびシステムが必要である。

米国特許出願第１２／２４０，９９２号 米国特許出願第１２／１２０，５４７号

本発明は、患者の骨の表面を変更するために、バーリングまたはフライス加工チップなどの切削工具の使用を案内するためのシステムおよび方法を提供する。

患者の骨の表面を変更するために、バーリングまたはフライス加工チップなどの切削工具の使用を案内するためのシステムおよび方法が本明細書で開示される。本システムおよび方法は、患者の骨から得られた画像により形成される患者に適合したブロックを用いるステップと、次いで、変更すべき骨の一部に嵌合する表面を有する型を作成するステップとを含む。ブロックは、変更すべき部位と位置合せされた１つまたは複数の切削ゾーンを含み、したがって、切削工具は、切削ゾーン内を案内されて、骨の所望の領域を切除し、またはその他の形で表面再建を行い、所望の表面構造および形状を達成することができる。

いくつかの実装形態では、骨表面の変更を案内するための切削ブロックが提供される。切削ブロックは、切削工具に対する２次元横方向境界を形成する第１の切削ガイドと、切削工具に対する深さ境界を形成する第２の切削ガイドとを含む。

いくつかの実施形態では、切削ブロックは、長手方向軸を有するハウジングを含み、ハウジングは、長手方向軸に沿って設けられた遠位端、近位端、および骨対合内側面を有するカラー、ならびにカラーの上に延びる複数の壁を有する。複数の表面領域が骨対合面に配置され、その表面領域は、骨における各表面形状構成に対応する複数の表面特徴を有する。各表面形状構成は、骨のコンピュータ画像から導くことができ、また骨モデルに含まれうる。ハウジングはまた、長手方向軸と実質的に平行な平面内の複数の壁の間で延びるチャネルを備える切削ガイドを有する。入口ポートが壁の少なくとも１つの表面に沿って設けられ、それを通して切削工具がチャネルに入る。

いくつかの実施形態では、ハウジングは、患者の骨表面に適合する複数の表面で構成されている。いくつかの実装形態では、カラーは、カラーの近位端から遠位端へと延び、かつ患者の骨を受け入れるように構成された底面開口部を有する。骨は、開口部に入り、内側面に配置されるが、内側面は、骨の各表面形状構成に対応する複数の表面特徴を備えた表面領域を含む。いくつかの実装形態では、骨対合面は、１つまたは複数の対応する骨の表面形状構成に適合する１つまたは複数の事前に形成された輪郭を有する。

いくつかの実施形態では、複数の壁は、事前に選択された骨表面に適合するように輪郭が形成された表面を有する上側境界壁を有する。上側境界壁面は、表面再建または切除中に、フライスまたはバーリング加工具が、骨の表面に沿って横方向に通るとき、それを案内するための、例えば、深さガイドなどのガイドとして働くことができる。いくつかの実装形態では、上側境界面は、ハウジングの近位端からハウジングの遠位端へと傾斜している。

ブロックはまた、工具の横方向切削を案内するようにも構成されている。いくつかの実装形態では、チャネルは、複数の横方向に延びるチャネルを有する。チャネルは、上側境界の表面の上方に露出することができ、したがって、切削工具を骨表面に沿って横方向に操作することができるが、正確に切削するためにチャネル内に留まることができる。チャネルには、複数の壁に沿って設けられた入口ポートを通ってアクセスすることができる。フランジが、入口ポートの下に配置され、チャネルまたは他の開口部の中へと延びることができる。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数のワッシャ挿入物が、チャネル内に配置される。各ワッシャ挿入物は、チャネルと位置合せされたワッシャ開口部を有するが、複数のワッシャ挿入物が使用される場合は、他のワッシャ開口部を有する。

ブロックは、ピンまたは固定具により骨表面に結合され、またピンまたは固定具を受け入れるためにハウジングに設けられた複数の孔を含む。

切削ブロックは、骨表面を変更するためのキットまたは他のシステムに組み込むことができる。キットまたはシステムは、選択された骨表面の事前に形成された画像と、切削ブロックのチャネルまたは他の案内機構内に嵌合する部分を備えた切削工具とを含むことができる。複数の切削ブロックを含めることもできる。例えば、第１の複数のブロックは、第１の深さを有するトラフを含み、また第２の複数のブロックは、第１の深さとは異なる第２の深さを有するトラフを含む。第１および第２のブロックは、共に積み重ねることができる。例えば、第１の複数のブロックは、第２の複数のブロック内に嵌合することができる。本明細書で述べるワッシャ挿入物および他の構成要素もまた含めることができる。いくつかの実装形態では、複数のワッシャ挿入物が設けられ、それぞれが、ワッシャ開口部を有しており、挿入物は、切削ブロックのチャネル内に嵌合するような寸法に作られ、かつ構成され、さらに各ワッシャ開口部は、切削工具の一部を受け入れる。

切削工具はまた、切削ブロックの寸法と合うように構成され、より正確で、的確な切削を提供することができる。いくつかの実装形態では、切削工具は、第１の深さを有し、また切削ブロックは、第１の深さと実質的に同じ深さを有するチャネルなどの開口部を有する。使用する場合、切削工具は、開口部を介して切削ブロック中に挿入され、そのように挿入されたとき、開口部のわずかに上の肩部または他の表面で止まり、従って、工具は、開口部内で横方向に動くことができるが、垂直方向には制限されて開口部内にとどまる。いくつかの実装形態では、切削工具は、骨の表面上でフライスまたはバーリング加工を行うことを可能にする回転先端部を有する。

使用方法もまた企図される。いくつかの実施形態では、骨表面を変更する方法は、変更すべき骨の表面の画像を受け取るステップを含み、画像は、骨における輪郭、傾斜、またはランドマークのうちの１つまたは複数を含む表面特徴を識別する。ユーザは、骨から除去すべき骨表面の領域を識別し、画像を用いて切削ガイドを生成する。切削ガイドは、チャネルと、複数の表面形状構成を備えた内側面とを有し、各表面形状構成は、画像上の表面特徴に対応している。切削ガイドは、チャネルが、除去すべき領域の上に配置され、実質的にその領域に延びるまで、表面形状構成を対応する表面特徴と位置合せすることにより骨に当てられる。切削工具は、その領域と接触するようにチャネルを通して挿入される。切削工具は、次いで、チャネルを通して横方向に、深さ方向に操作され、その表面に沿って骨の表面再建を行う。

骨表面を切除するいくつかの方法では、骨表面と対合するように構成された骨接触内側面と、所望の骨表面形状に対応する輪郭が付けられた形状を有する上側面とを有する切削ガイドを用意するステップが企図される。いくつかの実装形態では、骨接触内側面は、骨を切削する前に骨に存在する対応する表面特徴に適合するように構成された１つまたは複数の形状構成を有する。上側面は、手術が完了したとき、骨が有すべき表面形状に一致するように形成され、内側面から離間されることが好ましい。

切削ガイドは、所望の骨表面形状に従って骨表面（例えば、衝突する表面域など）を切削する間に骨表面に当てられ、かつ輪郭が付けられた上側面に沿って延びている。切削が行われた後、得られた骨は、したがって、所望の骨表面形状を有する。切削工具は、横方向に、ならびに垂直方向に（例えば、上側面に沿って）、ガイドのチャネル内を通り、骨を切削することができる。切削工具はまた、骨が切削されている間に、切削ガイドの表面に対して支持されるフランジを含むことができる。フランジは、それにより、加工できる切削部の深さを調節するのを助ける。骨表面は、ガイドのチャネルを介してフライス加工し、またはバーリング加工することができる。

当業者であれば、本開示を再検討した後には、これらの実施形態の変形形態および修正形態が想到されよう。前述の特徴および態様は、本明細書で述べられる１つまたは複数の他の特徴との任意の組合せ、および下位の組合せ（複数の従属する組合せおよび下位の組合せを含む）で実施することができる。上記で述べた、または示した様々な特徴は、その任意の構成要素を含めて、他のシステムで組み合わせる、あるいは統合することができる。さらに、いくつかの特徴を除外する、または実施しないこともできる。

様々な実施形態のさらなる特徴、態様、および利点を、添付の図面を参照して以下で詳細に述べる。

本明細書に組み込まれており、かつその一部を形成する添付の図面は、諸実施形態を例示しており、本記述と共に、開示された方法およびシステムの様々な例を説明するように働く。

インピンジメント部位、および寛骨臼内に嵌合する大腿骨頭を有する大腿骨を示す図である。 図１で示す大腿骨頭に特に嵌合するように構成された切削ブロックの実施形態を示す図である。 図１で示す大腿骨頭に特に嵌合するように構成された切削ブロックの実施形態を示す図である。 図１で示す大腿骨頭に特に嵌合するように構成された切削ブロックの実施形態を示す図である。 図１で示す大腿骨頭に特に嵌合するように構成された切削ブロックの実施形態を示す図である。 図１で示す大腿骨頭に特に嵌合するように構成された切削ブロックの実施形態を示す図である。 図１の大腿骨頭に嵌合する図２の切削ガイドを示す図である。 大腿骨頭と対合し、かつその上に取り付けるように構成された切削ブロック、およびブロックの開口部を通して骨の切除を行うためのバーリングまたはフライス加工具の実施形態を示す図である。 大腿骨頭と対合し、かつその上に取り付けるように構成された切削ブロック、およびブロックの開口部を通して骨の切除を行うためのバーリングまたはフライス加工具の実施形態を示す図である。 患者の骨に取り付けられた複数の切削ブロックを用いて骨のフライス加工を行うためのシステムを示す図である。 患者の骨に取り付けられた複数の切削ブロックを用いて骨のフライス加工を行うためのシステムを示す図である。 共に対合する複数の骨マウントを有し、かつ切削工具を受け入れるための共通の開口部を有する切削ブロックの実施形態を示す図である。 開口部内に配置されたバーリング加工具、および骨の表面再建を行うための切削ブロックの横断面図である。 バーリングまたはフライス加工具の動きを案内する複数の挿入物を備えた切削ブロックを有する骨切削システムの実施形態を示す図である。 バーリングまたはフライス加工具の動きを案内する複数の挿入物を備えた切削ブロックを有する骨切削システムの実施形態を示す図である。 バーリングまたはフライス加工具の動きを案内する複数の挿入物を備えた切削ブロックを有する骨切削システムの実施形態を示す図である。

図は、例えば、ＣＡＭインピンジメントを治療するためにフライスまたはバーリング加工など、骨の表面再建を行うための患者に適合した切削ガイドを作成するために使用されるシステムおよび方法のいくつかの実装形態を示す。切削ガイドは、外科医が、切削する骨の適正な領域をより正確に特定するのを支援し、かつ切除切削を行うための横方向ガイド、深さガイド（またはその両方）を提供する。切削ガイドそれ自体は、骨の画像を撮り、その画像を用いて、切除および表面再建中に骨の上に配置するための切削ブロックを作成することにより、患者の骨にぴったりと合うように形成される。患者特有の切削ガイドはまた、手だけで行う工程と比較して、手術工程を改善するのにも役立つ。いくつかの実装形態では、患者に適合した切削ガイドは、患者の骨に従った内側面と、ガイド内で切削するための医療装置のバーリングまたはフライス加工具を受け入れるポートまたは開口部とを含む。

同様の参照番号が同様の要素を示す添付図面を参照すると、図１は、患者の大腿骨１００が、股関節の寛骨臼１０４内で大腿骨頭１０１を用いて配置される場合のＣＡＭインピンジメントの例を示している。大腿骨頭１０１は、衝突領域１０２を有する。その状態では、患者は、大腿骨１００が寛骨臼１０４内で回転もしくは動作するとき、衝突領域１０２が、寛骨臼縁１０５にぶつかるため、しばしば痛みを感ずることになる。

図２Ａ〜図２Ｅは、大腿骨頭１０１上、またはその近傍で、患者の大腿骨１００にぴったりと合うような構造の切削ブロック２００の実施形態の様々な図を示している。切削ブロックは、強度のあるポリマーまたは他の適切な材料から作られ、ユーザが骨の切除または表面再建を行うのを案内することができる。図示のように、切削ブロックは、長手方向軸２０１に沿って延び、かつ近位端２０２ａおよび遠位端２０２ｂを有するカラー２０２を有するハウジングを含む。カラーはまた、長手方向軸２０１に平行な下側開口部２０５を含み、それによって、大腿骨頭１０１または他の骨が嵌合される。カラー２０２はまた、例えば、インピンジメント領域１０２が存在する大腿骨頭１０１の領域とぴったり合うように作られた内側骨対合面２０４を含む。

切削ガイド２００はまた、カラーの内側骨対合面の上に立ち上がっており、かつ上側境界面２１０により結合された複数の壁２０６および２０８を備えた上側ハウジングを含む。ガイドチャネル２１２が、２つの壁２０６と２０８の間の切削ブロック２００内に設けられる。ガイドチャネル２１２は、壁２０６の表面に沿って設けられた入口ポート２１６を含む。切削工具（回転先端部を有するバーリングまたはフライス加工具など）を、チャネル２１２の下の骨にアクセスできるように、入口ポート２１６を通して切削チャネル内に挿入することができる。使用できる例示的な切削工具が図２Ｃで示されており、回転先端部を備えたフライス加工ヘッド２５２と、先端部の回転を駆動するシャフト２５４とを有するフライス加工具２５０が示されている。図示のように、入口ポート２１６は、シャフト２５４（Ｓ´）の長さよりもわずかに短い深さ寸法Ｐ´を有する。したがって、フライス加工具２５０が入口ポート２１６内に挿入されたとき、工具２５０の下側肩部２５６が、チャネル２１２の上側肩部２１３上に載る、またはわずかに上で止まり、それにより工具がチャネル中に維持される。工具は、横方向に、かつ垂直に動くことができるが、チャネル内で案内されるだけである。工具とチャネルの間で正確に嵌合させることにより、骨表面のより正確なフライスまたはバーリング加工を行うことができる。

示されるように、切削ブロックは、表面再建すべき患者の大腿骨または他の骨の部位にぴったり合うように作成されるので、切削チャネルは、骨の適正な位置に配置されるようになる。図２Ａで示すように、カラー２０２の内側骨対合面２０４は、衝突する骨上の各表面形状構成に対応する表面特徴を備えた複数の領域を有する。図示のように、例えば、図２Ａでは、内側対合面２０４は、表面再建を行うべき骨の形状構成を反映させ、かつそれに適合させるために、湾曲、輪郭、表面のくぼみ、および凹部など、特定の表面特徴で作成された第１の凹形領域２０４ｂを含む。例えば、第１の領域２０４ｂは、大腿骨の隆起した領域２１４ｂに嵌合する。同様に、内側対合面２０４の滑らかな面２０４ａは、大腿骨の滑らかな輪郭面２１４ａに対して、患者に適合した境界面でぴったり合うように、かつ嵌合するように作成される。

いくつかの実装形態では、患者特有のカラーを備える切削ブロックは、表面再建を行うべき骨のグラフィカルな画像、または他の画像を用いて作成される。例えば、外科医または他の技士は、ＣＡＴ走査、ＭＲＩ、または骨表面の他の画像を撮り、次いでその画像をプロセッサと共に使用して、骨の表面のコンピュータ画像を生成する。コンピュータ画像は、所望の表面再建された形状で骨表面モデルを生成するように操作される。モデルは、輪郭、傾斜、表面形状構成、および表面再建工程により骨に適用される他の所望の属性を示すことになる。ＣＡＤソフトウェア、または他の設計ツールを次いで使用して、骨の正確な表面領域に位置合せされ、かつ嵌合した表面を有する切削ガイドを設計することができる。切削ガイドは、所望する骨の表面再建をさらに容易に作成するように切削工具を案内する１つまたは複数のチャネルを含むことが好ましい。切削ガイドおよび所望の表面再建形状のＣＡＤモデルを作成した後、切削ブロック２００などの物理的な実施形態が作成され、その場合、内側骨対合面２０４が、大腿骨頭１０１のインピンジメント領域１０２に対応し、かつ特に対合するように構成され、また切削チャネルおよび上側面が、切削工具を案内する横方向ガイドおよび深さガイドを備えてぴったりと合うように構成され、最終的に、所望の表面形状の得られる骨切削を行うことができる。その所望の表面形状は、大腿骨頭（または他の関連する骨）が、インピンジメントを生ずることなく、隣接する関節内で延び、かつ回転することを可能にする。

特に、図示のように、チャネル２１２は、チャネル軸２０３を有する平面内で延びる複数の横方向に延びるチャネル２１２ａ〜２１２ｅを有する。チャネル軸２０３は、概して上方に、かつカラーの長手方向軸２０１と平行に延びる。その複数の内部チャネル２１２ａ〜２１２ｅを有するチャネル２１２は、それにより、切削工具が、カラーの長手方向軸２０１に沿って平行に延びる平面に沿って骨の表面をフライス加工し、バーリング加工し、またはその他の形で削って仕上げることを可能にする。さらに、内部チャネル２１２ａ〜２１２ｅは、チャネル軸２０３に沿ってチャネル２１２を通って前後に延び、それにより、技士または外科医が、チャネル軸２０３に沿ってチャネル内でフライス加工具を当てることができるようになる。こうすることにより、骨の表面に沿って横方向に２次元で骨のフライスもしくはバーリング加工、または他の表面再建が可能になる。

切削ブロックはまた、切削工具のための深さガイドを備えた構造とされる。図３は、大腿骨頸部および大腿骨頭１０１に嵌合する切削ブロック２００を示しており、切削工具２５０は、遠位先端にフライス加工ヘッド２５２と、フライス加工ヘッドを回すシャフト２５４とを有する。切削ブロック２００は、圧入嵌めの相互作用により大腿骨頸部および大腿骨頭に固定することができ、その場合、ブロック２００は、骨上にパチンと嵌め込まれて、固定されるが、あるいはブロック２００は、ピンが骨の中に挿入されてブロックを骨に固定するための固定孔を含むことができる。図示のように、切削ブロックの上側境界面２１０は、近位端２１０ａから遠位端２１０ｂへと傾斜している。上側境界面２１０は、大腿骨頭１０１の所望の表面再建される形状と同じ輪郭、傾斜、および他の形状構成で構成されている。使用する場合、切削工具２５０は、入口ポート２１６を通して頭部２５２およびシャフト２５４を挿入することによりチャネル２１２内に挿入され、次いで、チャネル内を進む。上側境界面２１０の傾斜（およびその輪郭と他の形状構成）は、切削工具に対する深さガイドを提供し、したがって、２１２ａ〜２１２ｅを通過するとき、切削ガイドはまた、近位端から遠位端へと進むにつれて、垂直方向に上下に移動することになり、それにより、上側境界面２１０に従って、先端部２５２がより深く、またはさらに浅く延び、フライス加工工程が完了し、かつ切削ブロックが取り外されたとき、表面再建された骨の傾斜、輪郭、および他の形状構成が、上側境界面２１０の傾斜、輪郭、および表面形状構成に一致する、または少なくとも密接に近似することになる。上側境界面２１０の傾斜および輪郭は、切削ガイド２００の横方向に延びるチャネル２１２ａ〜２１２ｅと結合されて、切削工具に対する組み合わされた横方向ガイド、および深さガイドを提供し、骨表面のより正確な変更を可能にする。

さらなる中間的な、または他の骨処理ステップを行うこともできる。図４は、切削ブロックが除かれた後の切除された大腿骨１００を示している。図示のように、複数の残部２２０が、大腿骨頭１０１の骨表面に残されている。これらの残部２２０は、チャネル２１２ａ〜２１２ｅに対応する複数の空所２２２の間に散在している。フライス加工具またはバーリング加工具が、チャネル２１２を通過すると、除かれた骨がなくなり空所２２２が残るが、切削していない骨２２０の部分が、チャネル間の領域に残る。カラー２００を除いた後、操作者は、残部２２０をなくすために、続いてバーリングまたはフライス加工具を使用することができる。図４でさらに示すように、残部２２０を除去した後、傾斜した表面２２４（斜線）が骨に残される。この傾斜した表面は、上記で論じた上側境界面２１０の傾斜および輪郭に相当する。

図５Ａ〜図５Ｂは、骨の表面再建を行うためにフライスまたはバーリング加工するように意図された領域１０７周りの大腿骨１０６に嵌合する切削ブロック３００の代替的な実施形態を示している。切削ブロック３００は、領域１０７の大腿骨１０６上の各表面形状構成に対応する特徴を備えた複数の表面領域を有する（例えば、患者に適合したプロセスにより形成された）内側骨対合面３０２を含む。切削ブロック３００はまた、側壁３１１と、バーリングまたはフライス加工具３１０が中に挿入されるチャネル３０４への入口ポートを有する上側表面壁３０３とを含む。

切削ブロック３００は長手方向軸３０１を有する。チャネル３０４はまた、チャネル軸３０５を有しており、それは、ブロック３００の長手方向軸３０１を概して含む平面内に存在する。使用する場合、フライス加工具３１０の遠位先端３１４は、軸３０５に沿ってチャネル３０４内で延びて、骨表面をフライスまたはバーリング加工する。工具は、長手方向および横方向の両方に、チャネルにより作成された境界内で自由に動く。

図５Ｂは、矢印ＸとＹによって、それぞれ、長手方向および横方向を示しており、チャネル３０４内のフライスまたはバーリング加工により、２次元の広い範囲で骨に彫込みを行うことが可能になる。フランジ３０６がチャネル３０４内に設けられて、工具の支持アーム３１２ａ〜３１２ｃがフランジ３０６に達したとき（またはディスク形状の支持面３２２がフランジ３０６に当たったとき）、工具３１０の深さ貫通を停止させる。したがって、フランジは、表面再建工程に対する深さガイドを提供するが、チャネル３０４は、表面再建工程に対する横方向ガイドを提供する。図５Ｂで示されたディスク３２２を含む代替的な支持アーム構成を使用することもできる。患者に適合したこの３次元切削ブロックは、したがって、深さおよび横方向位置合せ機能を提供して、より正確に形成された、または表面再建された骨を容易に作ることができる。図示のように、複数のピン孔３１８ａ〜３１８ｄが、切削ブロックを骨に固定するために設けられる。

上記で述べた切削ブロックは、患者の骨のカスタマイズされた表面再建を可能にするキットまたは外科的システムで提供することができる。いくつかの実装形態では、キットおよびシステムは、複数の切削ブロックを含む。図６Ａ〜図６Ｂで示すように、切削ガイドシステム４００は、第１の切削ブロック４０２および第２の切削ブロック４０４を含み、それは、上記で述べた切削ブロックの１つまたは複数のものを含むことができる。切削ガイドシステム４００はまた、表面再建すべき骨の表面に対応し、かつ正確に対合するように患者に適合した内側面４０１を含む。フライス加工具は、より複雑な骨の処置のために切削ブロックの開口部４１０および４１２内にそれぞれ挿入することができる。様々なフライス加工形状および深さを有する複数のこれらのブロックを、所望に応じて提供することができる。

図７は、共に積み重ねる複数のブロック４３２および４３４を有する切削ガイドシステム４３０の実装形態を示しており、上側ブロック４３４が下側ブロック４３２内に配置されるように構成されている。下側ブロック４３２は、固定孔４３５ａおよび４３５ｂを通して、大腿骨頭１０１、大腿骨の遠位端、または他の適切な骨表面に固定される。上側切削ブロック４３４は、次いで、下側ブロック４３２の開口部４４２内に配置される。特に、上側ブロック４３４の棚部４４６は、下側ブロック４３２の突起部４４８上に載り、上側ブロックの延長部４５０が、下側ブロックの延長部４５２と位置合せされる。この構成は、上側ブロック４３４の開口部４４４を下側ブロック４３２の開口部４４２と位置合せする。切削工具４６０は、次いで、開口部４４４および４４２を通って延び、大腿骨頭の所望の部分から骨の第１の層をフライス加工することができる。第１の層のフライス加工は、上側ブロック４３４の開口部４４４および深さの寸法により限定されることになる。特に、フライス加工は、切削工具４６０のディスク４６２が、上側ブロック４３４の上側境界面４３８に達するまで進むことができ、切削工具４６０の遠位先端４６４が、骨の中に貫通し、かつ開口部４４４の境界内で横方向に延びる。この第１の層のフライス加工後、上側ブロック４３４は取り外され、フライス加工は、第２の層へと継続される。第２の層も同様に、すなわち、開口部４４２内で横方向に、かつディスク４６２が下側ブロック４３２の上側面４３６に達するまで垂直にフライス加工される。開口部４４２は、開口部４４４よりも横方向に広く、また骨の内部に位置する第２のフライス加工面は、開口部４４２の横方向の外周部に一致する。下側ブロック４３２の上側面４３６は、図２Ａ〜図２Ｅに関して上記で論じたように、得られる表面再建された骨領域で望ましい表面特徴に従って傾斜またはテーパを付け、輪郭が作られ、かつその他の形で形成することもできる。

いくつかの実装形態では、積み重ねたブロックは、ブロックが除かれ、かつ設けられた開口部がより広い場合には、過度のバーリング加工が行われることを低減するように構成されている。例えば、図７では、上側ブロック４３４が除かれると、下側ブロック４３２に広い開口部４４２が残り、ディスク４６２は、ブロック４３２の上側面４３６に接触するほど十分には広くないので、工具が開口部４４２の中心に配置された場合、切削工具４６０の深さが制約されない。切削工具４６０が、開口部４４２の中心へと過度に深く前進するのを阻止するために、上側ブロック４３４の開口部４４４の形状に一致する形状を有する挿入物を、開口部４４４を通してフライス加工される骨の部分を覆うために提供することができる。挿入物は、骨にピンで固定され、次いで上側ブロック４３４が取り外される。挿入物が所定の位置にある場合、より広い開口部４４２を通してフライス加工される骨だけが露出し、ディスク４６２が、挿入物と上側面４３６に接触して、切削工具４６０が、所望の深さを超えて骨の中に進むのを回避することができる。

図８は、切削ブロック４３２内に配置された切削工具４６０の横断面図を示す。具体的には、切削工具４６０は、切削ブロック４３２の深さ４３２ａまで延びる滑らかなシャフト４６６と、所定の深さ４７０まで骨の中に延びる切削バーセクション４６４とを有する。骨の所定の深さは、所望に応じて決めることができる。例えば、骨の深さは、必要に応じてインピンジメント表面を除くように決めることができるが、あるいは必要に応じて、表面再建される骨、または軟骨が除去された骨と対合させるインプラントを提供するように決定することができる。例えば、膝、股関節、肩、または他の骨切除工程で、インプラントの場所を生成するために、より正確なフライスおよびバーリング加工を行うこともできる。これらの場合では、骨の幾何形状は、領域４７２が、インプラントを受け入れるのに必要な構造となるように作ることができる。

図示のように、ブロック４３２および骨４６８は、適合する境界面５０２に沿って対合する。ブロックは、ブロックおよび骨境界面５０２が、可能な限り正確であるように、患者に適合した技法に従って作成され、それにより、切削工具４６０に対してより緊密で、より正確な位置合せ場所を提供する。

図９Ａ〜図９Ｃは、フライスまたはバーリング加工具の位置、ならびに横方向範囲および深さを変更するように調整できる患者に適合した切削ガイドシステムの他の実装形態を示している。具体的には、患者に適合した切削ブロック５１０は、骨５５０の特有の表面形状構成に対応した特徴を備えた複数の表面領域で構成された下側面５１０ａを備えている。上記で述べたように、骨とブロックの境界面は、ブロックと骨が共に、可能な限り密接に対合するように、患者に適合したコンピュータ支援技法により形成することができる。切削ブロック５１０は、上側部分５１２ａよび下側部分５１２ｂを有する開口部と、上側部分５１２ａ内に配置され、かつ下側部分５１２ｂの上に位置合せされる各内側開口部（５１５、５１７、および５１９）を有する複数のワッシャ挿入物５１４、５１６、および５１８とを含み、切削ガイドトラック５１３を形成する。切削工具４６０は、シャフト４６６と、バー切削遠位先端４６４とを有する。バー切削先端４６４は、骨５５０にスロット５３０を掘って進むものとして図９Ａで示されている。シャフト４６６は、トラック５１３の下側部分５１２ｂを通り、かつワッシャ挿入物５１４、５１６、および５１８の開口部５１５、５１７、および５１９を通って延びる。図９Ａ〜９Ｃで示すように、バー切削部材は、骨の中に挿入されたとき、矢印５３２および５３４の方向に横方向に延びて、骨の内部の適切な切除域を作成し、その後に続いてインプラントを受け入れる、または一般的な表面再建を行うことができる。

積み重ねたワッシャ５１４、５１６、および５１８は、外科医が、切削工具４６０および切削ブロック５１０だけを用いて切削することが困難な制御された高さにスロット５３０を切削できるようにする。切削工具４６０のディスク４６２は、切削ブロック５１０の開口部の下側部分５１２ｂの幅５８０よりも狭く、したがって、ディスク４６２は、ワッシャ挿入物が使用されない場合、上側境界面５１０ｂの高さで工具４６０を維持することはない。維持されないため、切削工具４６０は、ディスク４６２が骨５５０に接触するまで、切削ブロック５１０の奧まで自由に下がることになる。得られた切削は、スロット５３０で示された制御された高さよりもはるかに深いものになり、重大な問題を生ずる可能性もある。ワッシャ５１４、５１６、および５１８は、上側境界面５１０ｂの所望のレベルに切削工具４６０を維持する台を提供するために使用されて、切削ブロック５１０の下側部分５１２ｂの全体幅５８０にわたり制御された高さで切削を行うことが可能になる。

図９Ａ〜図９Ｃのシステムのワッシャ挿入物５１４、５１６、および５１８は、ガイドトラック５１３内を横方向に移動し、バー切削工具４６０の横方向運動を制御することができる。切削工具４６０が、矢印５３４の方向に横方向に移動すると、シャフト４６６がワッシャ５１４と接触する。ワッシャ５１４は横方向に自由に移動するので、図９Ｂで示すように、シャフト４６６がワッシャ５１６に接触するまで、シャフト４６６は、ワッシャ５１４を矢印５３４の方向に押す。シャフト４６６は、次いで、シャフト４６６がワッシャ５１８に接触するまで、ワッシャ５１６を矢印５３４の方向に押すが、ワッシャ５１８もまた矢印５３４の方向に押される。シャフト４６６は、次いで、ワッシャ５１４、５１６、および５１８が、切削ブロック５１０の開口部の側壁５４０ａに接触すると停止する。この位置では、シャフト４６６は、切削ブロック５１０の内壁５４２ａに接触し、骨５５０の中に切削されたスロット５３０の左の横方向境界を生成する。切削工具４６０は、次いで、ワッシャ５１４、５１６、および５１８が、反対側の側壁５４０ｂに接触し、かつシャフト４６６が反対側の内壁５４２ｂに接触するまで、図９Ａで矢印５３２で示された反対方向に移動する。横方向切削はそこで完了するが、骨５５０中に切削されたスロット５３０は、下側部分５１２ｂの全幅５８０にわたっており、かつ切削が持続される期間中、切削工具４６０が上側境界面５１０ｂの高さで維持されるので、一様な制御された高さである。

図示された実装形態では、ワッシャ部材は、切削工具の深さおよび横方向範囲をカスタマイズするために所望に応じて、除去する、置き換える、および（その寸法、およびその開口部の寸法の点で）変更することができる。いくつかの実装形態では、１つまたは複数のこのようなワッシャ部材を、切削工具のディスク４６２に代えて使用することができ、したがって、切削工具４６０を、骨に対して横方向に、かつ深さ方向により柔軟に延ばすことができる。

システムおよび方法は、簡単化した装置を用いて、フライスまたはバーリング加工などの骨表面再建術を行うことを可能にする患者特有の切削ブロックを提供する。変更すべき患者の骨の表面領域に適合する表面領域を有するコンピュータ支援の外科的切削ブロックが作成される。輪郭が形成された骨対合面と、輪郭が形成され、患者特有に形成された、骨対合面上の平面内に位置する切削ガイド面を有する切削工具が提供される。切削ブロック中に１つまたは複数のチャネルが設けられ、外科医が、チャネル内で切削工具（例えば、フライスまたはバーリング加工）を移動させると、工具は、切削ブロックの事前に選択された切削ガイド面および他の表面形状構成に従って、骨の表面に沿って横方向に、かつ骨の中へと垂直に骨を切削する。当業者であれば、本開示を再検討した後には、諸変形形態および修正形態が想到されよう。開示された特徴は、本明細書で述べた１つまたは複数の他の特徴との任意の組合せ、および下位の組合せ（複数の従属する組合せおよび下位の組合せを含む）で実施することができる。上記で述べられた、または示された様々な特徴は、その任意の構成要素を含めて、他のシステムで組み合わせる、または統合することができる。さらに、いくつかの特徴を除外する、または実施しないこともできる。

変更形態、置換形態、改変形態の諸例は、当業者により確認することが可能であり、それらを、本明細書で開示された情報の範囲から逸脱することなく行うこともできる。本明細書で引用したすべての参照は、その全体が参照により組み込まれ、かつ本出願の一部になるものとする。

１００ 大腿骨
１０１ 大腿骨頭
１０２ 衝突領域、インピンジメント領域
１０４ 寛骨臼
１０５ 寛骨臼縁
１０６ 大腿骨
１０７ 領域
２００ 切削ブロック
２０１ 長手方向軸
２０２ カラー
２０２ａ 近位端
２０２ｂ 遠位端
２０３ チャネル軸
２０４ 内側骨対合面、内側対合面
２０４ａ 滑らかな面
２０４ｂ 第１の凹形領域
２０５ 下側開口部
２０６ 壁
２０８ 壁
２１０ 上側境界面
２１０ａ 近位端
２１０ｂ 遠位端
２１２ ガイドチャネル
２１２ａ 内部チャネル
２１２ｂ 内部チャネル
２１２ｃ 内部チャネル
２１２ｄ 内部チャネル
２１２ｅ 内部チャネル
２１３ 上側肩部
２１４ａ 滑らかな輪郭面
２１４ｂ 大腿骨の隆起した領域
２１６ 入口ポート
２２０ 残部
２２２ 空所
２２４ 傾斜した表面
２５０ フライス加工具、切削工具
２５２ フライス加工ヘッド
２５４ シャフト
２５６ 下側肩部
３００ 切削ブロック
３０１ 長手方向軸
３０２ 内側骨対合面
３０３ 上側表面壁
３０４ チャネル
３０５ チャネル軸
３０６ フランジ
３１０ バーリングまたはフライス加工具
３１１ 側壁
３１２ａ 支持アーム
３１２ｂ 支持アーム
３１２ｃ 支持アーム
３２２ ディスク、支持面
３１８ａ ピン孔
３１８ｂ ピン孔
３１８ｃ ピン孔
３１８ｄ ピン孔
４００ 切削ガイドシステム
４０１ 内側面
４０２ 第１の切削ブロック
４０４ 第２の切削ブロック
４１０ 開口部
４１２ 開口部
４３０ 切削ガイドシステム
４３２ 下側ブロック
４３２ａ 深さ
４３４ 上側ブロック
４３５ａ 固定孔
４３５ｂ 固定孔
４３６ 上側面
４３８ 上側境界面
４４２ 開口部
４４４ 開口部
４４６ 棚部
４４８ 突起部
４５０ 上側ブロックの延長部
４５２ 下側ブロックの延長部
４６０ 切削工具
４６２ ディスク
４６４ バー切削遠位先端、切削バーセクション
４６６ 滑らかなシャフト
４６８ 骨
４７０ 所定の深さ
４７２ 領域
５０２ 骨境界面
５１０ 切削ブロック
５１０ａ 下側面
５１０ｂ 上側境界面
５１２ａ 上側部分
５１２ｂ 下側部分
５１３ 切削ガイドトラック
５１４ ワッシャ挿入物
５１５ 内側開口部
５１６ ワッシャ挿入物
５１７ 内側開口部
５１８ ワッシャ挿入物
５１９ 内側開口部
５３０ スロット
５３２ 矢印
５３４ 矢印
５４０ａ 側壁
５４０ｂ 側壁
５４２ａ 内壁
５４２ｂ 内壁
５５０ 骨
５８０ 幅

Claims (13)

1. 骨表面を現した画像に関する情報を受容するステップであって、前記画像は骨の複数の表面特徴を特定しており、各表面特徴は輪郭、傾斜、およびランドマークのうちの１つ以上を含んだ、骨表面を現した画像に関する情報を受容するステップと；
   骨から切除される前記骨表面の領域に関する情報を受容するステップと；
   前記骨表面の所望の構造に関する情報を受容するステップであって、前記所望の構造は少なくとも１つの輪郭を含んでいる、骨表面の所望の構造に関する情報を受容するステップと；
   前記受容した情報の少なくとも一部に基づいて切削ガイドモデルを形成するステップと；
   を含んだ方法であって、
   該切削ガイドモデルを形成するステップは：
   上側面を形成するステップであって、前記上側面は、前記骨表面の所望の構造に一致した輪郭構造を含んだ、上側表面を形成するステップと；
   内側面を形成するステップであって、前記内側面は複数の表面形状構成を含み、各表面形状構成は前記骨の表面特徴の１つに一致した、内側面を形成するステップと；
   側面を形成するステップであって、前記側面は、前記切削ガイドモデルの外周を少なくとも部分的に形成した、側面を形成するステップと；
   前記側面に形成された第１の入口ポートセクションを備えた入口ポートを形成するステップであって、前記入口ポートは前記切削ガイドモデルの前記外周を途切れさせた、入口ポートを形成するステップと；
   前記上側面と前記内側面との間に延びたチャネルを形成するステップであって、前記チャネルは前記第１の入口ポートセクションに接続されており、且つ前記骨から切除される骨表面の領域に一致した切除経路を形成した、チャネルを形成するステップと；
   を含んでいることを特徴とする方法。
2. 前記切削ガイドモデルに基づいた切削ガイドを製造するステップを、さらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記入口ポートは、第２の入口ポートセクションをさらに含んでおり、前記第１の入口ポートセクションは第１の幅を有し、前記第２の入口ポートセクションは第２の幅を有し、前記第２の幅は前記第１の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. シャフトおよび回転先端を備えた切削工具に関する情報を受容するステップをさらに含み、前記第１の幅は前記シャフトの寸法に対応しており、前記第２の幅は前記回転先端の寸法に対応していることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記チャネルは前記第１の幅を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記チャネルは複数の平行チャネルセクションを含み、各チャネルセクションは中心線を有し、隣接した前記チャネルセクションの中心線間の距離は、前記回転先端の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記入口ポートは、前記シャフトの長手軸に対して横方向に前記切削工具を受け入れるようなサイズおよび構造に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. 前記切削ガイドモデルを形成するステップは、前記側面に形成された第１の出口ポートセクションを備えた出口ポートを形成するステップをさらに含み、前記出口ポートは前記切削ガイドモデルの前記外周を途切れさせ、前記チャネルは前記出口ポートにさらに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記チャネルは、前記入口ポートと前記出口ポートとの間に、単一の連続経路としての切削経路を形成していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 骨表面の画像を受容するステップであって、前記画像は、骨の輪郭、傾斜、およびランドマークのうちの１つ以上を含んだ表面特徴を特定した、骨表面の画像を受容するステップと；
    前記骨から切除される前記骨表面の領域を特定するステップと；
    前記骨表面の所望の構造を決定するステップであって、前記所望の構造は少なくとも１つの輪郭を含んでいる、骨表面の所望の構造を決定するステップと；
    前記画像の少なくとも一部に基づいて切削ガイドを形成するステップであって、前記切削ガイドはチャネル、輪郭構造を有する上側面、および複数の表面形状構成を有する内側面、を備え、各表面形状構成は前記画像の表面特徴に対応しており、前記輪郭構造は前記骨表面の所望の構造に対応した、切削ガイドモデルを形成するステップと；
    を含んだ方法であって、
    前記切削ガイドが前記骨に適用されて、前記表面形状構成が対応した前記表面特徴に揃えられた場合に、前記チャネルが前記切除される領域上に位置し、且つ概略前記切除される領域へと延びるように、前記切削ガイドは構築されており、前記チャネルは切削工具を受け入れて、これにより該切削工具が前記領域に接触するように動作可能であることを特徴とする方法。
11. 前記チャネルは、前記上側面と前記内側面との間の第１の方向に延びており、前記チャネルは、前記第１の方向に対して横方向となる第２の方向において、前記切削ガイドの外周を貫いて延びていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記チャネルは、前記骨から切除される骨表面の領域に一致した単一の連続した切削経路を形成していることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記切削工具はシャフトおよび回転先端を具備し、前記切削ガイドは、前記チャネルに接続された入口ポートをさらに具備し、該入口ポートは、前記シャフトを受け入れるように構築された第１の入口ポートセクションと、前記回転先端を受け入れるように構築された第２の入口ポートセクションと、を含み、前記第２の入口ポートセクションの幅は、前記第２の入口ポートセクションの幅よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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