(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-29
(45)【発行日】2023-04-06
(54)【発明の名称】自動化された関節形成プランニング
(51)【国際特許分類】
A61B 34/10 20160101AFI20230330BHJP
A61F 2/46 20060101ALI20230330BHJP
【ＦＩ】
A61B34/10
A61F2/46
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2018544828
(86)(22)【出願日】2017-03-02
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-03-14
(86)【国際出願番号】 US2017020362
(87)【国際公開番号】W WO2017151863
(87)【国際公開日】2017-09-08
【審査請求日】2019-12-10
(31)【優先権主張番号】62/302,770
(32)【優先日】2016-03-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】510018328
【氏名又は名称】シンク サージカル， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100113376
【弁理士】
【氏名又は名称】南条 雅裕
(74)【代理人】
【識別番号】100179394
【弁理士】
【氏名又は名称】瀬田 あや子
(74)【代理人】
【識別番号】100185384
【弁理士】
【氏名又は名称】伊波 興一朗
(74)【代理人】
【識別番号】100137811
【弁理士】
【氏名又は名称】原 秀貢人
(72)【発明者】
【氏名】ボニー ダニエル ピー．
(72)【発明者】
【氏名】ジェイン ソーラブ
【審査官】和田 将彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－０９２４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５０４１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１１－５１８６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０５６２９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００７／０１７６４２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１３－５０３００７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ３４／１０
Ａ６１Ｆ ２／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ユーザーの臨床整列ゴールに従った関節形成手順をプランニングするためのコンピューター化されたシステムであって、前記システムは：
グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を提供する手段；
前記ＧＵＩを介した前記関節形成手順に関与する、第一の骨、例えば大腿骨、および、前記の第一の骨に連結される第二の骨、例えば脛骨の、仮想モデルを提供する手段；
前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデル上において解剖学的ランドマークのセットを位置付ける手段；
ここで、前記解剖学的ランドマークの一部は自動的に位置付けられ、少なくとも１つの他の解剖学的ランドマークは手動で位置付けられる
前記解剖学的ランドマークの少なくとも一部を用いて、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルのそれぞれに関する３つのオルトゴナル平面（ＸＹ、ＸＺ、ＹＺ）を、プロセッサによって自動的に決定する手段；
以下の（１）および（２）に関するユーザー選択および再選択を受信する手段；
（１）移植片のライブラリー由来の、前記の第一の骨のための第一の移植片および前記の第二の骨のための第二の移植片
ここで、前記の第一の骨のための前記の第一の移植片および前記の第二の骨のための前記の第二の移植片はそれぞれ、前記移植片の関連する仮想モデルを有する；および、
（２）臨床整列ゴールのセット由来の少なくとも１つの臨床整列ゴール
および
前記プロセッサによって、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルを、それぞれ前記の第一の移植片および第二の移植片の前記仮想モデルに自動的に関連付けて、前記の少なくとも１つの臨床整列ゴールを満たす手段、
を備え、
前記の関連付けは、前記の第一の骨の仮想モデルに関する第一の変換の連続および前記の第二の骨の仮想モデルに関する第二の変換の連続として変換の連続を計算する手段を備え、
ここで、前記の変換の連続は、前記の第一の移植片の前記仮想モデルを前記の第一の骨の前記仮想モデルに、および、前記の第二の移植片の前記仮想モデルを前記の第二の骨の前記仮想モデルに、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルにおける前記の３つのオルトゴナル平面、前記の少なくとも１つの臨床整列ゴール、および、前記移植片の形状の一部を利用して整列する、
コンピューター化されたシステム。
【請求項2】
請求項１のコンピューター化されたシステムであって、前記の第一の変換の連続の順番は、前記第一の骨の仮想モデルの最初の変換、前記第一の骨の仮想モデルを前記第一の移植片の仮想モデルへ並進移動させるための並進変換、整列ゴール変換、調節並進変換、および、屈曲－伸長の回転変換をこの順で含む、
コンピューター化されたシステム。
【請求項3】
請求項１のコンピューター化されたシステムであって、前記の第二の変換の連続の順番は、前記第二の骨の仮想モデルの最初の変換、前記第二の骨の仮想モデルを前記第二の移植片の仮想モデルへ並進移動させるための並進変換、屈曲－伸長の回転変換、内反－外反の回転変換、内側－外側の回転変換、および、調節並進変換をこの順で含む、
コンピューター化されたシステム。
【請求項4】
ユーザーの臨床整列ゴールに従った関節形成手順をプランニングするためのコンピューター化されたシステムであって、前記システムは：
グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を提供する手段；
前記ＧＵＩを介した前記関節形成手順に関与する、第一の骨、例えば大腿骨、および、前記の第一の骨に連結される第二の骨、例えば脛骨の、仮想モデルを提供する手段；
前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデル上において解剖学的ランドマークのセットを位置付ける手段；
ここで、前記解剖学的ランドマークの一部は自動的に位置付けられ、前記解剖学的ランドマークの少なくとも別の部分はユーザーによって手動で位置付けられる
前記解剖学的ランドマークの少なくとも一部を用いて、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルのそれぞれに関する３つのオルトゴナル平面（ＸＹ、ＸＺ、ＹＺ）を、プロセッサによって自動的に決定する手段；
以下の（１）および（２）に関するユーザー選択および再選択を受信する手段；
（１）移植片のライブラリー由来の、前記の第一の骨のための第一の移植片および前記の第二の骨のための第二の移植片
ここで、前記の第一の骨のための前記の第一の移植片および前記の第二の骨のための前記の第二の移植片はそれぞれ、前記移植片の関連する仮想モデルを有する；および、
（２）臨床整列ゴールのセット由来の少なくとも１つの臨床整列ゴール
および
前記プロセッサによって、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルを、それぞれ前記の第一の移植片および第二の移植片の前記仮想モデルに自動的に関連付けて、前記の少なくとも１つの臨床整列ゴールを満たす手段、
を備え、
整列ゴールの前記セットは、内反－外反の整列ゴールおよび軸回転の整列ゴールを含み、
前記の内反－外反の整列ゴール内で、前記ユーザーは、対象の足のニュートラルの機械軸および対象の膝の本来の整列を選択および再選択することができて、
前記の軸回転の整列ゴール内で、前記ユーザーは、前記膝のトランス上顆（ｔｒａｎｓｅｐｉｃｏｎｄｙｌａｒ）軸に対する平行性、解剖学的な軸からオフセットされた角度、および、前記膝に対する本来の整列を、選択および再選択することができる、
システム。
【請求項5】
ユーザーの臨床整列ゴールに従った関節形成手順をプランニングするためのコンピューター化されたシステムであって、前記システムは：
グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を提供する手段；
前記ＧＵＩを介した前記関節形成手順に関与する、第一の骨、例えば大腿骨、および、前記の第一の骨に連結される第二の骨、例えば脛骨の、仮想モデルを提供する手段；
前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデル上において解剖学的ランドマークのセットを位置付ける手段；
ここで、前記解剖学的ランドマークの一部は自動的に位置付けられ、前記解剖学的ランドマークの少なくとも別の部分はユーザーによって手動で位置付けられる
前記解剖学的ランドマークの少なくとも一部を用いて、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルのそれぞれに関する３つのオルトゴナル平面（ＸＹ、ＸＺ、ＹＺ）を、プロセッサによって自動的に決定する手段；
以下の（１）および（２）に関するユーザー選択および再選択を受信する手段；
（１）移植片のライブラリー由来の、前記の第一の骨のための第一の移植片および前記の第二の骨のための第二の移植片
ここで、前記の第一の骨のための前記の第一の移植片および前記の第二の骨のための前記の第二の移植片はそれぞれ、前記移植片の関連する仮想モデルを有する；および、
（２）臨床整列ゴールのセット由来の少なくとも１つの臨床整列ゴール
および
前記プロセッサによって、前記の第一の骨および前記の第二の骨の前記仮想モデルを、それぞれ前記の第一の移植片および第二の移植片の前記仮想モデルに自動的に関連付けて、前記の少なくとも１つの臨床整列ゴールを満たす手段、
を備え、
前記システムは、前記プロセッサによって、前記の第一の骨の遠位大腿骨部分の２つの顆状突起に関する果頭軸を決定する手段をさらに備え、
前記果頭軸は、
２つの円の中心を連結する軸
ここで、それぞれの円は、それぞれの顆状突起の部分に関して合わせられる；
それぞれの顆状突起を横切る円柱の中心軸
ここで、前記円柱の直径は、前記顆状突起の部分に最一致する；
２つの球体の中心を連結する軸
ここで、それぞれの球体は、それぞれの顆状突起の部分に最一致する；または
前記顆状突起のトランス上顆軸
の少なくとも１つによって決定される、
コンピューター化されたシステム。
【請求項6】
請求項１のコンピューター化されたシステムであって、前記解剖学的ランドマークの一部は、前記の第一の骨の３つの最後方ポイント、前記の第一の骨の２つの最遠位ポイント、および、前記の第一の骨に関する内側－側面の中心点を有しており、
前記の３つのオルトゴナル平面を決定する手段は、
前記の第一の骨の３つの最後方ポイントの位置を特定して、前記の第一の骨に関する冠状平面を規定する手段；
前記の第一の骨の２つの最遠位ポイントの位置を特定する手段、および、前記冠状平面に垂直な平面として規定されて前記の第一の骨の前記の２つの最遠位ポイントと一致する軸平面を計算する手段；および
前記の第一の骨に関する内側－側面の中心点の位置を特定する手段、および、前記冠状平面に垂直な平面、前記の軸平面に垂直な平面、および、前記の内側－側面の中心点と一致するものとして規定される、矢状平面を計算する手段を備える、
コンピューター化されたシステム。
【請求項7】
請求項１のコンピューター化されたシステムであって、前記の第二の移植片の前記仮想モデルは、前記の第一の移植片の前記仮想モデルに対して自動的に整列される、
コンピューター化されたシステム。
【請求項8】
請求項１のコンピューター化されたシステムであって、前記関節形成手順は、膝関節全置換術であり、
前記の第一の骨は、大腿骨であり、
前記の第二の骨は、連結された脛骨である、
コンピューター化されたシステム。
【請求項9】
請求項１のコンピューター化されたシステムであって、前記システムは、
コンピューター、ユーザー周辺装置、および、前記グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を表示するためのモニターを備える、ワークステーションを備え；
ここで、前記コンピューターは、前記プロセッサ、非一時的な記憶装置、および、前記システムを実行するための、他のハードウェア、ソフトウェア、データおよびユーティリティーをさらに備え；および
前記のユーザー周辺装置は、ユーザーが前記ＧＵＩと相互作用するのを可能にして、キーボード、マウス、または前記モニター上のタッチスクリーン機能の少なくとも１つを備えるユーザー入力機構を備える、
システム。
【請求項10】
請求項９のシステムであって、前記ＧＵＩは、
三次元（３Ｄ）ビューウインドウ、ビューオプションウインドウ、患者情報ウインドウ、移植片ファミリーウインドウ、ワークフロー特有のタスクウインドウ、および、肢および膝の整列測定ウインドウを備える、
システム。
【請求項11】
整列ゴールに従って関節形成手順の少なくとも一部を自動的にプランニングするためのコンピューター化されたシステムであって、前記システムは、
プロセッサによって、大腿骨である第一の骨の、仮想モデル上に位置付けられた解剖学的ランドマークのセットを特定および保存する手段；
前記プロセッサによって、前記の第一の骨の前記仮想モデルに関する３つのオルトゴナル平面を自動的に規定する手段；
前記プロセッサによって、大腿骨の前方－後方サイズおよび内側－側面の幅に基づいて、移植片のサイズを決定する手段；および
前記の第一の骨の前記仮想モデルを前記移植片に対して自動的に整列させて、前記の整列ゴールを満たす手段を備える、
コンピューター化されたシステム。
【請求項12】
請求項１１のコンピューター化されたシステムであって、前記骨の軟骨の厚さによって、前記移植片を並進させる手段をさらに備える、
コンピューター化されたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年３月２日に出願された米国仮特許出願番号６２／３０２，７７０の優先権を主張するものであり、それは、参照により本明細書中に援用される。
本出願は、２０１６年３月２日に出願された米国仮特許出願番号６２／３０２，７７０の優先権を主張するものであり、それは、参照により本明細書中に援用される。
【0002】
［技術分野］
本発明は、概して、コンピューター支援の外科的プランニングの分野に関し、より具体的には、膝関節全置換術の手順を直感的に計画するためのコンピューター化された方法に関する。
本発明は、概して、コンピューター支援の外科的プランニングの分野に関し、より具体的には、膝関節全置換術の手順を直感的に計画するためのコンピューター化された方法に関する。
【背景技術】
【0003】
膝関節全置換術（ＴＫＡ）は、膝関節の接合表面が、補綴コンポーネントまたは移植片によって置換される外科的手順である。ＴＫＡは、遠位大腿骨および近位脛骨上の擦り切れたまたは損傷した軟骨および骨の除去を必要とする。除去された軟骨および骨は、それから、典型的に金属またはプラスチックで形成された合成移植片で置換されて、新たな関節表面を作る。
【0004】
コンピューター支援外科的システムおよび患者特有器具（ＰＳＩ）は、手術前に計画して外科的プランを正確に実行して、長期の臨床転帰を改善および補綴の生存率を増大することのできる患者の膝関節内での移植片の正確な最終位置および整列を確保するためのツールとして、人気を得ている。一般に、コンピューター支援外科的システムおよびＰＳＩシステムは、２つのコンポーネント、相互作用の手術前プランニングソフトウェアプログラム、および、ソフトウェアからの手術前データを利用して外科医が手順を正確に実行するのを支援するコンピューター支援外科的デバイスまたはＰＳＩを備える。
【0005】
従来の相互作用の手術前プランニングソフトウェアは、患者のコンピューター断層撮影（ＣＴ）または磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）画像データセットから、患者の骨の解剖学的構造の三次元（３Ｄ）モデルを作成する。製造業者の移植片の３Ｄコンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデルのセットは、骨上の移植片の最善の位置および整列を指定するために骨の解剖学的構造の３Ｄモデルに所望の移植片のコンポーネントをユーザーが置くのを可能にするソフトウェア内に予めロードされている。手術前プランニングデータは、患者特有器具を組み立てるために用いられて、または、外科医が手術中にプランを実行するのを支援するために外科的デバイスによってロードおよびリードされる。そのようなデータは、必要とされる外科的分野へのロボットの空間的アクセスを、それへの人のアクセスを保ちながら保証するように外科的ロボットを配置するのにも価値がある。
【0006】
しかしながら、一部の手術前プランニングソフトウェアは、ＴＫＡにおいて移植片の全ての６自由度をユーザーが直感的に計画する能力を妨げるいくつかの点で制限される。第一に、ユーザーは、プランニングステップの大部分を手作業で行なう必要があり得る。例えば、ユーザーは、様々な解剖学的参照（例えば、機械軸）を決定するために、大腿骨および脛骨上の解剖学的ランドマークの大部分を特定する。第二に、移植片の位置および方位をユーザーが手作業で調節するときに、一連の連続的な回転および並進が、後または前の自由度を非直観的に変更させ得る。これは本質的に、移植片が連続して回転または並進されるときの、移植片の座標系の方位の相加的変化に起因する。これは、ユーザーは３つの十分に確立されたオルトゴナル平面に関して測定された特定の臨床整列ゴールを達成しようとしているので、非直観的である。これらのオルトゴナル平面は、所望の臨床内反－外反を達成するための冠状平面、所望の臨床内側－外側を達成するための軸平面、および、所望の内反－外反および内側－外側の整列ゴールに正しく合う移植片を確保するための矢状平面を含む。これらの平面から測定される臨床整列ゴールは、産業において標準的であるので重要であり、外科医によって、手術後に臨床転帰および移植片整列を評価するのに用いられる。
【0007】
従来の手術前プランニングソフトウェアの別の制限は、外科医または異なる外科医が、異なる整列ゴールを自動的に計画するのを可能にできないことである。異なる外科医は、異なる移植片整列ストラテジーを有する。例えば、内反－外反の整列については、ある外科医は、足の機械軸を再建するために移植片を整列することを好み、一方で、他の外科医は、膝の本来の運動学を再建するために移植片を整列することを好む。同様に、内側－外側整列については、ある外科医は、トランス上顆（ｔｒａｎｓｅｐｉｃｏｎｄｙｌａｒ）軸を用いて移植片を整列することを好み、一方で、他の外科医は、本来の運動学的な整列を好む。従来のプランニングソフトウェアは、単一のデフォルトの整列ゴールストラテジーに従って骨に移植片を自動的に整列することが制限され得る。結果として、所望の成果は、先天的に不可能であり得る。加えて、骨の特徴が密度または構造のようなパラメーターに関して異常である状況では、整列ストラテジーを再選択する能力は、かなりより良好な臨床結果を与え得る。
【0008】
最後に、従来のプランニングソフトウェアは、ユーザーが、それらの整列ゴールのそれぞれを単純に入力して、コンピューター支援外科的システムによって容易に用いられ得る移植片と骨との間の変換をシステムに自動出力させるのを可能にしない。システムが、いかなる手動のユーザー調節もせずに移植片を骨へ自動的に整列させることが可能であったならば、手術前プランを作成するのにかかる時間を大いに減らし得て、それは、外科医および保健施設にとってお金を抑えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、最小限のユーザー入力によって、移植片を骨へ自動的に整列するシステムおよび方法に関する必要性が存在する。また、移植片の事前に調節された位置および方位にかかわらず、ユーザーが、臨床整列ゴールまたは臨床方向に対応する方向で、骨に関する移植片の配置に対して調節するのを可能にする手術前プランニング方法に関する必要性も存在する。最小限のユーザー入力によって、移植片を骨へ自動的に整列するシステムおよび方法を提供する必要性がさらに存在する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
ユーザーの臨床整列ゴールに従って関節形成手順をプランニングするためのコンピューター化された方法が提供される。当該方法は、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）およびＧＵＩを介した関節形成手順に関与する第一の骨および第二の骨の仮想モデルを提供するステップ、第一の骨および第二の骨の仮想モデル上に位置付けられた解剖学的ランドマークのセットを位置付けるステップ、および、解剖学的ランドマークの少なくとも一部を用いて、第一の骨および第二の骨の仮想モデルのそれぞれに関する３つのオルトゴナル平面を、プロセッサによって自動的に決定するステップを含む。当該方法は、移植片のライブラリー由来の移植片（移植片は、第一の骨のための第一の移植片および第二の骨のための第二の移植片を有し、ここで、大腿骨および脛骨のためのそれぞれの移植片は、移植片の関連する仮想モデルを有する）、および、整列ゴールのセット由来の少なくとも１つの臨床整列ゴールの、ユーザー選択および再選択を受信するステップをさらに含む。第一の骨および第二の骨のモデルは、移植片のモデルに対して自動的に整列されて、少なくとも１つの整列ゴールを満たす。第一の骨および第二の骨は連結されて、それぞれ、大腿骨－脛骨、大腿骨－骨盤、上腕骨－肩甲骨ペアを例示的に含む。
【0011】
外科的プランニングシステムは、ユーザーの臨床整列ゴールに従った関節形成手順をプラニングするために提供される。システムは、コンピューター、ユーザー周辺装置、および、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）を表示するためのモニターを備えるワークステーションを備える。コンピューターは、プロセッサ、非一時的な記憶装置、および、ユーザーの臨床整列ゴールに従った膝関節形成手順をプランニングするための方法を実行するための、他のハードウェア、ソフトウェア、データおよびユーティリティーを備える。周辺装置は、ユーザーがＧＵＩと相互作用するのを可能にして、キーボード、マウス、またはモニター上のタッチスクリーン機能の少なくとも１つを含むユーザー入力機構を備える。
【0012】
本発明は、以下の図面に関してさらに詳述される。これらの図面は、本発明の範囲を制限することを意図しないが、むしろ、その特定の属性を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の実施態様に係る、手術前プランニングワークステーションおよびグラフィカルユーザーインターフェースの高レベルな概観を示す。
【図2A-2C】本発明の実施態様に係る、異なるビューでの骨の３Ｄモデルおよびその上の解剖学的ランドマークの位置付けの例を示す。
【図3A-3C】本発明の実施態様に係る、ＴＫＡのプランニングのための、３つのオルトゴナルの臨床的に確立された参照平面を示す。
【図4】本発明の実施態様に係る、ＧＵＩの大腿のプランニングステージを示す。
【図5A-5C】本発明の実施態様に係る、大腿骨のモデル上の大腿コンポーネントの整列を示す。
【図6A-6C】本発明の実施態様に係る、果頭軸（それに関して移植片は回転することができる）を示す。
【図7】本発明の実施態様に係る、ＧＵＩの脛骨プランニングステージを示す。
【図8A】本発明の実施態様に係る、プロセッサによって計算された大腿の変換の連続の順番を示す。
【図8B】本発明の実施態様に係る、プロセッサによって計算された脛骨の変換の連続の順番を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明は、膝関節全置換術のような関節形成手順の少なくとも一部をユーザーがプランニングするのを助けるために行なわれる方法およびシステムとしてユーティリティーがある。当該システムおよび方法は、最小限のユーザー入力によって、所望の臨床整列ゴールに従って移植片コンポーネントおよび骨を自動的に整列させる。当該システムおよび方法は、大腿骨、脛骨、または移植片の事前に調節された位置および方位にかかわらず、膝関節形成の関連において大腿骨、脛骨、または移植片である骨の位置および方位を、臨床方向において、ユーザーが調節するのをさらに可能にする。
【0015】
ＴＫＡの関連における本発明の好ましい実施態様の以下の説明は、本発明をこれらの好ましい実施態様に制限することを意図しないが、むしろ、任意の当業者が本発明を作成および使用するのを可能にすることを意図する。本明細書において、膝関節全置換術のプランニングに対して参照がなされるが、本発明の実施態様は、全股関節形成、腰のリサーフェイシング、単関節丘膝関節形成、足首関節形成、肩関節形成、および他の関節置換手順を例示的に含む他の整形外科の外科的手順のプランニングに適用または適応され得ると理解されるべきである。
【0016】
値の範囲が与えられる場合、その範囲は、その範囲の最後の有効数字が変化する範囲内に明示的に含まれるように、その範囲のエンドポイント値だけでなく、その範囲の中間値も含むことを意図することが理解されるべきである。例として、１～４と挙げられた範囲は、１～２、１～３、２～４、３～４、および１～４を含むことが意図される。
【0017】
図面に関して、図１は、ＴＫＡ手術前プランニングワークステーション１００の一実施態様を示す。ワークステーション１００は、コンピューター１０２、ユーザー周辺装置１０４、および、グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）１０６を表示するためのモニターを備える。コンピューター１０２は、プロセッサ１０８、非一時的な記憶装置１１０、および、本明細書に説明されるプランニングプロセスを実行するための、他のハードウェア、ソフトウェア、データおよびユーティリティーを備える。ユーザー周辺装置１０４は、ユーザーがＧＵＩ １０６と相互作用するのを可能にして、キーボードおよびマウスのようなユーザー入力機構を備えてよく、または、モニターは、タッチスクリーン機能を有してよい。
【0018】
ＧＵＩ １０６の高レベルな概観を図１に示す。ＧＵＩ １０６は、三次元（３Ｄ）ビューウインドウ１１２、ビューオプションウインドウ１１４、患者情報ウインドウ１１６、移植片ファミリーウインドウ１１８、ワークフロー特有のタスクウインドウ１２０、および、肢および膝の整列測定ウインドウ１２２を備える。それぞれのＧＵＩウインドウは、以下のように要約され得る。３Ｄビューウインドウ１１２は、ユーザーが、医療画像データ、３Ｄ骨モデル、および、３Ｄ移植片コンポーネントＣＡＤモデルを見て相互作用するのを可能にする。ビューオプションウインドウ１１４は、ユーザーが、骨のモデル、移植片コンポーネントのモデル、整列軸のビューを、所望のビューに迅速に変更するのを可能にするためのウィジェットを提供する。患者情報ウインドウ１１６は、名前、識別番号、性別、外科的手順、および手術側（例えば、左大腿骨、右大腿骨）のような、患者の情報を表示する。移植片ファミリーウインドウ１１８は、移植片コンポーネントのライブラリーから所望の移植片コンポーネントをユーザーが選択および再選択するのを可能にするためのドロップダウンメニューを提供する。ワークフロー特有のタスクウインドウ１２０は、プランニング手順の異なるステージ全体を通してユーザーをガイドすること；整列ゴールのセットから所望の整列ゴールをユーザーが選択および再選択するのを可能にすること；ユーザーが所望の臨床方向で移植片コンポーネント（単数または複数）および骨モデルを調節するのを可能にすること；骨（単数または複数）上のコンポーネント（単数または複数）の整列および位置の測定値を表示すること；および、計画の要約を表示することを例示的に含む、いくつかの機能を提供するための様々なウィジェットを備える。肢および膝整列測定１２２は、腰－膝－足首の角度、大腿関節ライン整列、および、脛骨関節ライン整列のような、骨モデル上の移植片コンポーネントの整列および位置を表示する。全体的に、ＧＵＩのレイアウトは、便利なロードマップおよびＴＫＡを成功的に計画するための視覚的表示をユーザーに提供する。
【0019】
手順をプランニングする前に、患者の大腿骨および脛骨のイメージングデータが、コンピューター断層撮影（ＣＴ）、超音波、または磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のようなイメージングモダリティを用いて得られる。画像データは、プランニングワークステーション１００に、典型的に、ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ（ＤＩＣＯＭ）形式で送られる。続いて、骨の３Ｄモデルが作成される。特定の実施態様では、患者の骨は、手作業で、半手作業で、または自動的に、ユーザーによってセグメント化され得て、骨の３Ｄモデルを作成する。１つまたは複数の骨モデルは、３Ｄビューウインドウ１１２内に表示され得て、そこでユーザーは、ビューオプションウインドウ１１４内の対応するウィジェットを用いて、骨モデルの近位、遠位、内側、側面、前方、および後方ビューに迅速に変更することができる。
【0020】
骨モデルの３つのビューの例を図２Ａ～２Ｃに示す。大腿骨モデル１２４の側面ビューを図２Ａに示し、大腿骨モデル１２４の遠位ビューを図２Ｂに示し、脛骨骨モデル１２６の近位ビューを図２Ｃに示す。解剖学的ランドマークのセット由来の解剖学的ランドマーク１２８は、大腿モデルおよび脛骨モデル上に位置付けられて、プランニングを助ける。解剖学的ランドマークの一部は、米国特許第６，０３３，４１５号に記載されるように、コンピューター支援外科的システムに骨モデルを登録するために、登録ポイントが手術中に集められるための位置も提供し得る。大腿骨のための解剖学的ランドマークのセットは、大腿骨骨頭の中心１２８ａ、顆間切痕１２８ｂ内の最前方ポイント、内側上顆、側面上顆、前外側滑車状突起部、前内側滑車状突起部、内側顆状突起上の最後方ポイント、側面顆状突起上の最後方ポイント、内側顆状突起上の最遠位ポイント、側面顆状突起上の最遠位ポイント、および、膝の中心を含んでよい。脛骨のための解剖学的ランドマークのセットは、脛骨スプライン間の中点、足首の中心、内側プラトー１２８ｃの中心、側面プラトーの中心、脛骨円形小突起（内側１／３ｒｄ）、前外側面、および、前内側面を含んでよい。プロセッサは、以下に説明される反復アルゴリズムを用いて自動的にランドマークの一部を特定し得る。残りのランドマークは、ユーザーによって手作業で骨モデル上のランドマークの位置をポイントおよびクリックすることによって位置付けられ得る。特定の実施態様では、ユーザーまたはコンピューターが、特定のランドマークを特定すると、これらのランドマークは、骨モデルの特定のビュー（遠位、前方、内側、側面）を提供するために用いられ得て、特定のその後のランドマークを容易に特定する。例えば、３つの臨床的に標準的な参照平面が自動的に決定された後に、ユーザーは、膝ランドマークの中心を特定することを選択して位置付けし得る。ユーザーは、プロンプト上をクリックし得て、そこでは、骨モデルのビューは、ユーザーが膝の中心を迅速に位置付けし得るように膝の遠位部分を自動的に示す。
【0021】
ユーザーは、フィッティング球体ツール１３０のような他のランドマーク位置付けツールを用いてもよい。ユーザーは、フィッティング球体１３０の直径および位置を、その直径および位置が大腿骨骨頭の一部の直径および位置にほぼ一致するまで調節し得る。一致したら、フィッティング球体１３０の中心は、大腿骨骨頭の中心解剖学的ランドマーク１２８ａを規定する。特定の発明の実施態様では、プロセッサは、ＤＩＣＯＭデータから骨の３Ｄモデルを自動的に作成するのに用いられた統計モデルを用いて自動的に全てのランドマークを位置付ける。ランドマークが特定された時点で、それらはユーザによって承認されて保存される。
【0022】
大腿骨上の３つのオルトゴナル平面は、プロセッサによって決定されて、それぞれの平面は、任意のＴＫＡ手順をプランニングするための臨床的に確立された標準的な参照平面に対応する。これらの平面は、図３Ａ～３Ｃにそれぞれ示される、冠状本来の平面（ＸＺ）１３２、矢状平面（ＺＹ）１３４、および、軸本来の平面（ＸＹ）１３６を含む。冠状本来の平面１３２は、平面が３つのポイントに正確に接触するが骨を横切らないように、後方側面顆状突起１４２、小転子１４４、および、後方内側顆状突起１４０上の最後方ポイントによって規定される。冠状本来の平面１３２を自動的に見つける反復方法は、以下を含む：
【0023】
１．ポイント１（小転子初期推定）；
ａ．軸１に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳ（左、後方、上）モデル座標において、
）；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸１に関して骨モデルを回転させる；
２．ポイント２（後方内側／側面顆状突起初期推定）；
ａ．軸２に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳモデル座標において、
）；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸２に関して骨モデルを回転させる；
３．ポイント３（後方側面／内側顆状突起初期推定）；
ａ．軸３に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳモデル座標において、
）；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸３に関して骨モデルを回転させる；
４．ポイントを反復的にアップデートする；
ａ．全ての３つのポイントがＸＺ平面に平行であるように骨モデルを再配向させる；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける（ポイント４）；
ｄ．ポイント４に最も近いポイント（ポイント１、２、または３）はどれでも、そのポイントを削除して、ポイント４でそれを置き換える；
ｅ．ポイントが変わらなくなるまでａ～ｄを繰り返す；
ａ．軸１に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳ（左、後方、上）モデル座標において、
【数1】
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸１に関して骨モデルを回転させる；
２．ポイント２（後方内側／側面顆状突起初期推定）；
ａ．軸２に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳモデル座標において、
【数2】
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸２に関して骨モデルを回転させる；
３．ポイント３（後方側面／内側顆状突起初期推定）；
ａ．軸３に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳモデル座標において、
【数3】
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸３に関して骨モデルを回転させる；
４．ポイントを反復的にアップデートする；
ａ．全ての３つのポイントがＸＺ平面に平行であるように骨モデルを再配向させる；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最後方（＋ｙ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける（ポイント４）；
ｄ．ポイント４に最も近いポイント（ポイント１、２、または３）はどれでも、そのポイントを削除して、ポイント４でそれを置き換える；
ｅ．ポイントが変わらなくなるまでａ～ｄを繰り返す；
【0024】
軸本来の平面１３６は、大腿骨上の冠状本来の平面に垂直であり、遠位内側顆状突起１４６上の最遠位ポイントおよび遠位側面顆状突起１４８上の最遠位ポイントと一致するように規定される。軸本来の平面１３６を自動的に見つける方法は、以下を含む：
１．ポイント１（遠位内側／側面顆状突起初期推定）；
ａ．軸１に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳ（左、後方、上）モデル座標において、
）；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸１に関して骨モデルを回転させる；
２．ポイント２（後方内側／側面顆状突起初期推定）；
ａ．軸２に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳモデル座標において、
）；
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸２に関して骨モデルを回転させる；
３．ポイントを反復的にアップデートする；
ａ．冠状運動学的平面がＸＺ平面と一致するように骨を再配向させる；
ｂ．両方のポイントがＸＹ平面と平行になるまでＹ軸に関して骨を再配向させる；
ｃ．全体的な座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを見つける；
ｄ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける（ポイント３）；
ｅ．ポイント３に最も近いポイント（ポイント１または２）はどれでも、そのポイントを削除して、ポイント３でそれを置き換える；
ｆ．骨がオリジナルの座標系内であるように骨を再配向させる；
ｇ．ポイントが変わらなくなるまでａ～ｆを繰り返す。
１．ポイント１（遠位内側／側面顆状突起初期推定）；
ａ．軸１に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳ（左、後方、上）モデル座標において、
【数4】
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸１に関して骨モデルを回転させる；
２．ポイント２（後方内側／側面顆状突起初期推定）；
ａ．軸２に関して骨モデルを回転させる（全体的なＬＰＳモデル座標において、
【数5】
ｂ．全体的なＬＰＳ座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを見つける；
ｃ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける；
ｄ．オリジナルの方位に戻して軸２に関して骨モデルを回転させる；
３．ポイントを反復的にアップデートする；
ａ．冠状運動学的平面がＸＺ平面と一致するように骨を再配向させる；
ｂ．両方のポイントがＸＹ平面と平行になるまでＹ軸に関して骨を再配向させる；
ｃ．全体的な座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを見つける；
ｄ．骨モデル上の局所的な座標において同一ポイントを見つける（ポイント３）；
ｅ．ポイント３に最も近いポイント（ポイント１または２）はどれでも、そのポイントを削除して、ポイント３でそれを置き換える；
ｆ．骨がオリジナルの座標系内であるように骨を再配向させる；
ｇ．ポイントが変わらなくなるまでａ～ｆを繰り返す。
【0025】
矢状平面１３４は、冠状本来の平面１３２および軸本来の平面１３６の両方に垂直であり、骨の内側－側面の中心点と一致するように規定される。内側－側面中心ポイントは、内側上顆ランドマーク１５０および側面上顆ランドマーク１５２の間の中点を計算することによって決定され得る。これらの３つのオルトゴナル平面は、任意のＴＫＡをプランニングするために用いられる臨床的に確立された標準的な参照平面である。他の参照座標系が用いられ得る場合は、上記で用いられるＬＰＳ座標系は、平面（１３２、１３４、１３６）を決定するための必須の参照座標系ではないことが理解されるべきである。加えて、平面を規定するポイントを位置付けるために骨モデルを軸１、２、および３に関して回転させる量は、スキャンのあいだ、異なる患者の位置に関する収束を確保するように調整され得る。
【0026】
最初の大腿骨の変換は、骨に対してｘ、ｙ、およびｚ軸の位置および方位を確立するための３つのオルトゴナル平面の交点を用いて決定される。最初の大腿骨の変換は、臨床的に確立された標準的な参照フレームにおける骨モデルに対して移植片コンポーネントを整列および配置するための基礎を提供する。
【0027】
図４に関して、ワークフロー特有のタスクウインドウ１２０は、プランニング手順の大腿のプランニングステージのために示される。手短には、タスクウインドウ１２０の左側に示されるように、タブ１５４～１５８であり、それは、ユーザーが手順の異なるプランニングステージ（すなわち、ランドマークステージ１５４、大腿骨プランニングステージ１５５、脛骨プランニングステージ１５６、要約ステージ１５７、および、外科的処置プランニングステージ１５８）の間をトグルするのを可能にする。図４は、大腿のプランニングステージ１５５におけるタスクウインドウを示す。大腿のプランニングステージは、移植片ドロップダウンメニュー１６０、冠状整列ゴールドロップダウンメニュー１６２、軸整列ゴールドロップダウンメニュー１６４、遠位骨切除サブウインドウ１６６、後方骨切除サブウインドウ１６８、屈曲サブウインドウ１７０、および、内側－側面サブウインドウ１７２を備える。ユーザーは、移植片ドロップダウンメニュー１６０を用いて移植片のライブラリーから所望の移植片を選択および再選択し得る。ユーザーは、内反－外反整列ドロップダウンメニュー１６２を用いて内反－外反の整列ゴールのセットから内反－外反の整列ゴールを選択および再選択し得る。同様に、ユーザーは、軸整列ドロップダウンメニュー１６４を用いて軸回転の整列ゴールのセットから軸回転の整列ゴールを選択および再選択し得る。大腿の冠状整列ゴールのセットは、本来の整列およびニュートラルの機械軸を含んでよい。大腿の軸整列ゴールのセットは：トランス上顆軸と平行の；解剖学的な軸からオフセットされた角度（例えば、後方果頭軸から１°～１０°）；および本来の整列を含んでよい。
【0028】
サブウインドウ１６６、１６８、１７０および１７２のそれぞれは、ユーザーが移植片または骨を４つの臨床方向で調節するのを可能にする。４つの臨床方向は、近位－遠位並進方向（サブウインドウ１６６）、前方－後方並進方向（サブウインドウ１６８）、内側－側面の並進方向（サブウインドウ１７２）、および、屈曲－伸長の回転方向（サブウインドウ１７０）を含む。方向は、ユーザーがそれぞれの方向を個々に調節することができて、臨床方向の調節は、以下に説明されるように移植片または骨の事前に調節された位置および方位にかかわらず、臨床的に確立された参照フレームに関する方向に対応するので、臨床と呼ばれる。ユーザーは、対応する「＋」ボタン１７４または「－」ボタン１７６を用いて臨床方向を調節することができる。リセットボタン１７８は、ユーザーが任意の調節をデフォルト値にリセットするのを可能にする。内側および側面の遠位顆状突起１８０上の遠位切除の測定量は、ユーザーが、任意の臨床方向を調節するとき、および／または、移植片または整列ゴールを選択／再選択するときに、表示される。同様に、内側および側面後方の顆状突起１８２上の後方骨切除の測定量は、ユーザーが、任意の臨床方向を調節するとき、および／または、移植片または整列ゴールを選択／再選択するときに、表示される。特定の発明の実施態様では、さらなるサブウインドウは、ユーザーが適宜、移植片並進するために、推定または測定された軟骨の厚さ、軟骨摩耗、または骨摩耗に関して調節するのを可能にする。
【0029】
デフォルトの大腿の冠状整列ゴール、および大腿の軸整列ゴールは、ユーザーが大腿骨プランニングステージに入るときにプリセットされる。ユーザーは、それから、大腿移植片コンポーネントを選択して、大腿の骨モデルは、デフォルトの整列ゴールに従って選択された移植片に自動的に整列される。デフォルトの整列ゴールは、本来の大腿の冠状整列および本来の大腿の軸整列であってよい。プロセッサは、最初の大腿骨の変換、本来の整列ゴール、および、移植片の形状の一部を用いて、骨を移植片に対して自動的に整列させる。大腿移植片コンポーネント１８４の例を図５Ａに示す。大腿移植片１８４は、遠位骨切断と相互作用する遠位平面１８６、および、後方骨切断と相互作用する後方平面１８８を含む。平面（１８６、１８８）は、本明細書において、移植片切断平面とも呼ばれる。大腿移植遠位関節平面１９０は、移植片の遠位部分の最大の厚さによる遠位平面１８６からのオフセットされた平面として規定される。同様に、大腿移植後方関節平面１９２は、移植片の後方部分の最大の厚さによる後方平面１９２からのオフセットされた平面として規定される。関節平面（１９０、１９２）は、本明細書において、オフセット移植片切断平面とも呼ばれる。プロセッサは、それから、軸本来の平面１３６を移植片遠位関節平面１９０に、および、冠状本来の平面１３２を移植片後方関節平面１９２に整列させることによって、移植片を本来の整列ゴールに自動的に整列させる。図５Ｂおよび５Ｃは、本来の整列で整列された大腿骨モデル１２４および移植片１８４の結果を示す。
【0030】
ユーザーが、機械軸冠状整列および非本来の軸整列を大腿骨に選択する場合は、方向余弦ではなく突起の角度が、移植片および骨を整列するために回転調節変換を作るのに用いられる。突起の角度を用いることによって、個々の自由度は、他の自由度に実質的に影響を及ぼさずに変更／調節され得て、その後の変更／調節は、以前の調節／変更に実質的に影響を及ぼさない。発明の一実施態様では、他の自由度に実質的に影響を及ぼさないことは、１ｍｍまたは１度を指す。本発明の他の実施態様では、実質的に影響を及ぼすことは、０．５ｍｍおよび０．５度を指す。一方で、発明の他の実施態様では、実質的に影響を及ぼすことは、０．１ｍｍおよび０．１度を指す。
【0031】
例えば、ユーザーが機械軸整列を選択する場合、機械軸（大腿骨骨頭中心および膝の中心を連結する軸として定義される）は、冠状本来の平面１３２上に突き出ている。ｚ軸および突き出た機械軸の間の角度が決定されて、回転調節変換の一部を作るために用いられる。同時に、ユーザーが選択する場合、例えば、トランス上顆軸（内側および側面上顆を連結する軸として定義される）は、軸本来の平面１３６上に突き出ている。ｘ軸および突き出たトランス上顆軸の間の角度は、回転調節変換の第二の部分を作るために決定される。ユーザーは、所望の他の臨床方向において任意の調節をすることができる。
【0032】
特定の発明の実施態様において、図６Ａ～６Ｃに関して、プロセッサは、屈曲－伸長の回転方向における任意の調節が果頭軸１９４に関して生じる場合、果頭軸１９４を決定する。果頭軸１９４は、内側顆状突起１９８の一部に１つの円を合わせることにより、および、側面顆状突起の一部に第二の円に合わせることにより、決定され得る。それぞれの円は、中心２００を有する。２つの円の中心を連結する軸は、果頭軸１９４を規定する。本発明の別の実施態様では、果頭軸１９４は、内側顆状突起１９８および側面顆状突起２０４を横切る円柱２０２の中心軸として決定される（ここで、円柱の直径は、顆状突起の部分に最一致する）。本発明の別の実施態様では、球体は、内側１９８および側面顆状突起２０４に合わせられて、２つの球体の中心を連結する軸は、果頭軸１９４を規定する。本発明の特定の実施態様では、果頭軸１９４は、以下によって決定される：
【0033】
１．マップ関節面；
ａ．冠状本来の平面がＸＺ平面と一致して、軸本来の平面がＸＹ平面と一致して、矢状本来の平面がＹＺ平面と一致するように、骨モデルを再配向させる；
ｂ．屈曲増分に関して、全体的なＸ軸に関して骨を回転させる（膝を曲げる）；
ｃ．プラスのｘ座標を有する全体的な座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを位置付ける（顆状突起１関節面ポイント）。局所的な骨座標において同一ポイントを位置付ける。
ｄ．マイナスのｘ座標を有する全体的な座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを位置付ける（顆状突起２関節面ポイント）。局所的なポイント座標において同一ポイントを位置付ける；
ｅ．増分屈曲およびｃ～ｄを繰り返す；
ｆ．屈曲の全範囲を通してｅを繰り返す；
２．マップされた関節面に円柱を合わせる；
３．円柱の中心軸は果頭軸１９４である。
ａ．冠状本来の平面がＸＺ平面と一致して、軸本来の平面がＸＹ平面と一致して、矢状本来の平面がＹＺ平面と一致するように、骨モデルを再配向させる；
ｂ．屈曲増分に関して、全体的なＸ軸に関して骨を回転させる（膝を曲げる）；
ｃ．プラスのｘ座標を有する全体的な座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを位置付ける（顆状突起１関節面ポイント）。局所的な骨座標において同一ポイントを位置付ける。
ｄ．マイナスのｘ座標を有する全体的な座標系において最遠位（－ｚ）ポイントを位置付ける（顆状突起２関節面ポイント）。局所的なポイント座標において同一ポイントを位置付ける；
ｅ．増分屈曲およびｃ～ｄを繰り返す；
ｆ．屈曲の全範囲を通してｅを繰り返す；
２．マップされた関節面に円柱を合わせる；
３．円柱の中心軸は果頭軸１９４である。
【0034】
図６Ｃに示されるように、移植片または骨が果頭軸に関して屈曲－伸長で回転されると、移植片は本質的に半円の顆状突起に関して回転しているため後方切除２０６および遠位切除２０８は実質的に変化しない。したがって、ユーザーは、これらの切除に影響を及ぼさずに切欠き部がないように、移植片の前方の部分２１０をセットし得る。
【0035】
大腿骨が計画された後に、ユーザーは脛骨を計画し得るが、ユーザーは、大腿骨および脛骨のプランニングステージの間を前後してよい。脛骨コンポーネントは、脛骨の関節面を大腿コンポーネントの関節面に合わせることによって、大腿コンポーネントに自動的に整列される。図７に示されるように、ユーザーは、ベースプレートのドロップダウンメニュー２１２を用いて、脛骨のベースプレートコンポーネントを選択および再選択することができ、および、ユーザーは、脛骨ライナーのドロップダウンメニュー２１４を用いて、脛骨ライナーを選択および再選択することができる。ユーザーは、それから、後方スロープ（ｓｌｏｐ）２１６、冠状整列２１８、近位骨切除２２０、軸回転２２２、および、並進位置２２４を調節することができる。脛骨スロープ２２６の測定値が表示されて、脛骨の近位骨切除２２８の測定値も表示される。後方スロープは、上述の大腿の顆状突起上に規定される果頭軸１９４に関して屈曲－伸長において調節される。軸回転は、矢状本来の平面１３４上に、脛骨の機械軸の突起に関して生じる。
【0036】
図８Ａおよび８Ｂは、変換の連続の順番を示し、移植片の事前に調節された位置および方位にかかわらず、移植片が所望の臨床方向または再選択された整列ゴールに再整列されるように、ユーザーが、任意の臨床方向で調節するのを、および／または、整列ゴールを選択／再選択するのを可能にさせる。変換のこの特定の順番は、調節が入力および出力であるように設計される。ユーザーが臨床方向で調節する場合、モデルは所望の臨床方向で変換される。モデルが変換された後に、移植片の位置および方位が骨に関して測定されて、それは、なされた調節と直接的に相互関係がある。この順番は計算的に速く、臨床標準的な参照フレームに従って骨に関して移植片を整列するための直観的なツールをユーザーに提供する。
【0037】
図８Ａは、大腿移植片を骨に対して直感的に整列および配置するための、大腿のプランニングステージに関するプロセッサによって計算される変換の連続の順番を示す。解剖学的ランドマークが決定されて（ブロック２３０）、最初の大腿のベース変換が決定される（ブロック２３２）。第二の変換は、大腿移植片コンポーネント（ブロック２３４）および大腿骨モデル（ブロック２３６）の間である。第三の変換は、大腿冠状および軸回転に関する調節変換である（ブロック２４２）。第四の変換は、前方－後方、近位－遠位、内側－側面、および、軟骨の厚さに関する任意選択のアカウントにおける任意の調節に関する並進変換である（ブロック２５２）。最後の変換は、果頭軸１９４に関する屈曲－伸長回転方向での調節である（ブロック２５６）。これらの変換はそれぞれデフォルト値を有し、それは、ユーザーが、任意の整列ゴールまたは臨床方向を任意の順番で調節するのを可能にするが、変換はこの順番で計算されて、移植片または骨の位置および方位にかかわらず、任意の調節が所望の方向で生じるのを可能にすることに注意する。
【0038】
図８Ｂは、脛骨の移植片を骨に対して直感的に整列および配置するための、脛骨のプランニングステージに関するプロセッサによって計算される変換の連続の順番を示す。解剖学的ランドマークからの、第一の最初の脛骨の変換（ブロック２５８）。脛骨コンポーネントおよび大腿コンポーネントの間の第二の変換（ブロック２６２）。果頭軸１９４に関する屈曲－伸長回転における第三の回転変換（ブロック２６６）。内反－外反整列における第四の変換（ブロック２７０）。内側－外側回転における第五の変換であり、回転は、矢状本来の平面に対して、脛骨の機械軸の突起に関して生じる（ブロック２７４）。並進方向における任意の調節のための最後の並進変換（ブロック２８２）。
【0039】
変換の連続の順番は、ユーザーが直観的な様式で移植片または骨を調節するのを可能にする。大腿骨および脛骨のプランニングステージが完了した時点で、ユーザーは、腰－膝－足首の角度、大腿関節ライン整列、脛骨関節ライン整列、大腿遠位切除、大腿後方切除、近位脛骨切除、および、後方スロープ、ならびに、患者情報および外科的手順情報を、手順の要約ステージにおいて、レビューすることができる。外科的プランニングステージにおいて、ユーザーは、どの骨が最初に手術されるべきであるか決定することができ、コンピューター支援外科的システムに関する任意のパラメーターを定義することができる。最終の計画は、外科医によって承認されて、コンピューター支援外科的システムとの使用のためのデータ転送ファイル（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、ポータブル・ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ））に書き込まれる。最終的な計画は、計画に従ってＴＫＡを登録および実行するための、最終的な大腿骨から移植片への変換、および最終的な脛骨から移植片への変換を含む。
【0040】
本発明の特定の実施態様では、ユーザーが特定のプランニングストラテジーから逸脱しない場合は、ユーザーは、全ての外科的ケースに適用され得るプランニングワークステーションにおける整列ゴールのそれらのセットを保存し得る。外科医によって要求される最小限のユーザー入力に起因して、保存された好みは、手術前プランニング時間を改善することができる。
【0041】
本発明の特定の実施態様では、ユーザーが本来の整列を望む場合は、手術前プランニングは、ほぼ自動的に行われ得る。冠状本来の平面、軸本来の平面および矢状本来の平面は、上述のとおりに決定され得る。骨摩耗は、以下によって説明され得る：
【0042】
ａ．内反のアライメント不良
ｉ．脛骨または運動学的平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で側面顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った側面上の骨摩耗のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
ｉ．脛骨または運動学的平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で側面顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った側面上の骨摩耗のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
【0043】
ｂ．外反のアライメント不良
ｉ．脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で内側顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った内側上の骨摩耗のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
ｉ．脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で内側顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った内側上の骨摩耗のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
【0044】
軟骨摩耗は、以下によって説明され得る：
ａ．内反のアライメント不良
ｉ．脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で側面顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において脛骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った側面上の合計軟骨摩耗のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、軟骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
ａ．内反のアライメント不良
ｉ．脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で側面顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において脛骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った側面上の合計軟骨摩耗のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、軟骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
【0045】
ｂ．外反のアライメント不良
ｉ．脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で内側顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った内側上の合計軟骨のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、軟骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
ｉ．脛骨または運動学的な平面を変更せずに、冠状本来の平面に垂直で内側顆状突起上の最遠位ポイントと一致する軸に関して、冠状平面において大腿骨を回転させる。回転量は、大腿骨上の２つの最遠位ポイント間の距離で割った内側上の合計軟骨のアークタンジェント、または、θ＝ａｔａｎ（ｔ摩耗、軟骨／ｄ内側～側面顆状突起）であるべきである。
【0046】
大腿移植片サイズは、大腿骨の大腿の前方－後方サイズおよび内側－側面の幅を用いて決定され得る。大腿移植片は、大腿コンポーネントの関節面が冠状本来の平面および軸本来の平面と接触するように骨モデル上に置かれる。コンポーネントの２つの後方顆状突起は、コンポーネントが平面を横切らないように正確に２つのポイントにおいて冠状本来の平面と接触する。コンポーネントの２つの遠位顆状突起は、コンポーネントが平面を横切らないように正確に２つの場所において軸本来の平面と接触する。大腿移植片は、果頭軸１９４に関して屈曲－伸長で自動的に回転されて、大腿移植片の前面の最近位部が骨の前面上になるまで（切欠き無し）、配置の要求を維持する。脛骨コンポーネントは、完全伸長で大腿コンポーネントに結合して、脛骨の屈曲は、果頭軸１９４と一致する大腿コンポーネント屈曲軸に関して修正される。
【0047】
他の実施態様
少なくとも１つの例示的な実施態様が前述の詳細な説明に提示されているが、膨大な数のバリエーションが存在することが理解されるべきである。また、例示的な実施態様（単数または複数）は単に例示であって、いかなる方法においても、記載される実施態様の範囲、適用性、または構成を制限することを意図しないことも理解されるべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、例示的な実施態様（単数または複数）を実施するための便利なロードマップを当業者に与える。添付の特許請求の範囲に記載の範囲およびその法的等価物を逸脱せずに、エレメントの機能および配列に様々な変更がなされ得ることが理解されるべきである。
少なくとも１つの例示的な実施態様が前述の詳細な説明に提示されているが、膨大な数のバリエーションが存在することが理解されるべきである。また、例示的な実施態様（単数または複数）は単に例示であって、いかなる方法においても、記載される実施態様の範囲、適用性、または構成を制限することを意図しないことも理解されるべきである。むしろ、前述の詳細な説明は、例示的な実施態様（単数または複数）を実施するための便利なロードマップを当業者に与える。添付の特許請求の範囲に記載の範囲およびその法的等価物を逸脱せずに、エレメントの機能および配列に様々な変更がなされ得ることが理解されるべきである。
【図1】
【図2A-C】
【図3A-C】
【図4】
【図5A-C】
【図6A-C】
【図7】
【図8A】
【図8B】
