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JP2014113197A - Angle measurement system and program - Google Patents

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JP2014113197A
JP2014113197A JP2012267211A JP2012267211A JP2014113197A JP 2014113197 A JP2014113197 A JP 2014113197A JP 2012267211 A JP2012267211 A JP 2012267211A JP 2012267211 A JP2012267211 A JP 2012267211A JP 2014113197 A JP2014113197 A JP 2014113197A
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Yasu Kito
縁 鬼頭
Norio Seitoku
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ARTHRO DESIGN KK
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Abstract

【課題】人工関節置換術や骨切り術において、対象患者の患部周辺の角度を正確に計測するための角度計測システム及びプログラム、特に関節部分の角度をより正確、且つ簡易に計測する方法の提供。
【解決手段】3次元空間中での姿勢角度をそれぞれ検出する姿勢センサ11,12と、姿勢センサ11,12が検出した姿勢角度を取得し、取得した各姿勢角度から相対的な角度を算出し、算出した時系列上の複数の相対的角度を出力するPC13とを備える。
【選択図】図1
An object of the present invention is to provide an angle measurement system and program for accurately measuring the angle around an affected area of a target patient in artificial joint replacement or osteotomy, and in particular, to provide a method for more accurately and easily measuring the angle of a joint. .
Attitude sensors 11 and 12 for detecting attitude angles in a three-dimensional space, attitude angles detected by the attitude sensors 11 and 12 are acquired, and relative angles are calculated from the acquired attitude angles. And a PC 13 for outputting a plurality of relative angles on the calculated time series.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、人工関節置換術や骨切り術において、対象患者の患部周辺の角度を正確に計測するための角度計測システム及びプログラムに関する。   The present invention relates to an angle measurement system and program for accurately measuring an angle around an affected area of a target patient in artificial joint replacement or osteotomy.

楔開き骨切り術では、骨内を通る切り込み面と当該切り込み面に沿って形成される切り込みを終端させるための境界線とを特定するための特定装置を含む、楔状開口を形成するための装置及び方法が提供されている。(例えば、特許文献1)   In wedge opening osteotomy, a device for forming a wedge-shaped opening including a specific device for identifying a cutting surface passing through the bone and a boundary line for terminating the cutting formed along the cutting surface And a method are provided. (For example, Patent Document 1)

特開2008−529607号公報JP 2008-529607 A

上記特許文献では、楔開き骨切り術のために正確な切り込み面を形成するための技術について記載しているが、切り込みを形成した後、計画した通りの正確な楔開き角度をどのように再現してから楔形インプラントを挿入するか、あるいはプレート等の内固定材料を固定する技術については何ら記載されていない。   The above-mentioned patent document describes a technique for forming an accurate incision surface for wedge opening osteotomy, but how to reproduce the exact wedge opening angle as planned after forming the incision. After that, there is no description of a technique for inserting a wedge-shaped implant or fixing an internal fixation material such as a plate.

一方で、人工関節置換術などの施術においては、術前、術中、及び術後のいずれにおいても、患者の関節部を形成する2つの骨の関節部の相対的な角度、及び骨に対する人工関節の設置角度を正確に把握することが非常に重要となるが、関節の部位や患者の姿勢により、実際に正確な計測を行なうのは難しい。   On the other hand, in procedures such as artificial joint replacement, the relative angle of the joints of the two bones forming the patient's joint, and the artificial joint with respect to the bone, before, during and after surgery Although it is very important to accurately grasp the installation angle of the device, it is difficult to actually perform accurate measurement depending on the joint part and the posture of the patient.

例えば、股関節の可動域の角度をゴニオメータなどを用いて計測する場合、通常は屈曲角度、内外転角度、及び内外旋角度の3種類について、正確を期してそれぞれ複数回の計測を行なうのが常であり、患者及び医師の双方にとって大変煩雑で負担が大きい。   For example, when measuring the range of motion of the hip joint using a goniometer or the like, it is usual to measure a plurality of times for accuracy with respect to three types of bending angles, inner and outer rotation angles, and inner and outer rotation angles. It is very cumbersome and burdensome for both patients and doctors.

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、関節部分の角度をより正確、且つ簡易に計測することが可能な角度計測システム及びプログラムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an angle measurement system and program capable of measuring the angle of a joint part more accurately and easily. is there.

本発明の一態様は、3次元空間中での姿勢角度をそれぞれ検出する第1及び第2の角度計測装置と、上記第1及び第2の角度計測装置が検出した姿勢角度を取得する取得手段、上記取得手段で取得した上記第1及び第2の角度計測装置の各姿勢角度から相対的な角度を算出する算出手段、及び上記算出手段で算出する時系列上の複数の相対的角度を出力する出力手段を備えた演算出力装置とを具備したことを特徴とする。   One aspect of the present invention is the first and second angle measuring devices that respectively detect the posture angle in the three-dimensional space, and the acquisition means that acquires the posture angle detected by the first and second angle measuring devices. , Calculating means for calculating a relative angle from each posture angle of the first and second angle measuring devices acquired by the acquiring means, and outputting a plurality of time-series relative angles calculated by the calculating means. And an arithmetic output device having an output means.

本発明によれば、関節部分の角度をより正確、且つ簡易に計測することが可能となる。   According to the present invention, the angle of the joint portion can be measured more accurately and easily.

本発明の一実施形態に係る股関節の可動域の角度を計測する場合の角度計測システムの使用環境を示す図。The figure which shows the use environment of the angle measurement system in the case of measuring the angle of the movable range of the hip joint which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に係る姿勢センサの回路構成を示すブロック図。The block diagram which shows the circuit structure of the attitude | position sensor which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る姿勢センサで検出する3軸方向の姿勢角度を説明する図。The figure explaining the attitude | position angle of the triaxial direction detected with the attitude | position sensor which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係るPCが実行する角度検出動作の処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the processing content of the angle detection operation which PC which concerns on the same embodiment performs. 同実施形態の変形例に係る姿勢センサと距離センサの外観構成を示す斜視図。The perspective view which shows the external appearance structure of the attitude | position sensor and distance sensor which concern on the modification of the embodiment. 同実施形態の変形例に係るPCが実行する角度と距離の検出動作の処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the processing content of the detection operation | movement of the angle and distance which PC which concerns on the modification of the embodiment performs. 同実施形態の変形例に係る楔開き骨切り術での適用例を示す図。The figure which shows the application example in the wedge opening osteotomy which concerns on the modification of the embodiment.

(一実施形態)
以下、本発明を角度計測システムに適用した一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
(One embodiment)
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an angle measurement system will be described in detail with reference to the drawings.

[構成]
図1は、股関節の可動域の角度を計測する場合の同システムの使用環境を示す図である。ここでは、側臥位となる患者CLの骨盤の背面側、仙骨に相当する位置に沿って外面より姿勢センサ11を粘着テープ等により貼付すると共に、右大腿部の前側略中央に、大腿骨に沿ってもう一方の姿勢センサ12を同じく粘着テープ等により貼付する。
[Constitution]
FIG. 1 is a diagram showing an environment in which the system is used when measuring the angle of motion of the hip joint. Here, the posture sensor 11 is affixed from the outer surface along the position corresponding to the sacrum on the back side of the pelvis of the patient CL in the lateral position, and is attached to the femur approximately at the center of the front side of the right thigh. The other posture sensor 12 is similarly stuck along with an adhesive tape or the like.

ここで、姿勢センサ11,12がそれぞれ図示する如く直方体状のケーシングを有し、且つその長手方向に沿ったガイドロッド11a,12aを突出した構成とする。姿勢センサ11のガイドロッド11aを、患者CLの仙骨の軸方向と略一致するように姿勢センサ11を位置させる。一方、姿勢センサ12のガイドロッド12aを、患者CLの大腿骨の軸方向と略一致するように位置させる。   Here, the posture sensors 11 and 12 each have a rectangular parallelepiped casing as shown in the figure, and the guide rods 11a and 12a along the longitudinal direction thereof are projected. The posture sensor 11 is positioned so that the guide rod 11a of the posture sensor 11 substantially coincides with the axial direction of the sacrum of the patient CL. On the other hand, the guide rod 12a of the posture sensor 12 is positioned so as to substantially coincide with the axial direction of the femur of the patient CL.

これら姿勢センサ11,12での検出出力を、例えば近距離無線通信規格であるBluetooth(登録商標)(以下「ブルートゥース」)での無線通信技術で接続されたパーソナルコンピュータ(以下「PC」)13が受信して記録する。
このPC13には、姿勢センサ11,12からの検出出力を取得して、その相対的角度を算出し、記録するためのアプリケーションプログラムが予めインストールされている。
For example, a personal computer (hereinafter referred to as “PC”) 13 connected with a wireless communication technology based on Bluetooth (registered trademark) (hereinafter referred to as “Bluetooth”), which is a short-range wireless communication standard, is used as the detection output from these attitude sensors 11 and 12. Receive and record.
The PC 13 is preinstalled with an application program for acquiring detection outputs from the attitude sensors 11 and 12, calculating the relative angle, and recording the relative angle.

図2は、上記姿勢センサ11,12の機能回路の構成を示すブロック図である。
同図で姿勢センサ11(12)は、制御部21を中心として、この制御部21とバス22を介して3軸加速度センサ部23、キースイッチ部24、及びブルートゥース通信部25を接続して構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of functional circuits of the attitude sensors 11 and 12.
In the figure, the attitude sensor 11 (12) is configured by connecting a three-axis acceleration sensor unit 23, a key switch unit 24, and a Bluetooth communication unit 25 via the control unit 21 and a bus 22 with the control unit 21 as a center. Is done.

なお、上記3軸加速度センサ部23に代えて、ジャイロセンサや地磁気センサ、RFID(Radio Frequency IDentification)を用いるものとしてもよい。   Instead of the triaxial acceleration sensor unit 23, a gyro sensor, a geomagnetic sensor, or RFID (Radio Frequency IDentification) may be used.

制御部21は、CPUとそのワークメモリとしてのRAM、及び動作プログラム等を記憶した不揮発性のフラッシュメモリで構成され、この姿勢センサ11(12)内の動作全般の制御を司る。   The control unit 21 includes a CPU, a RAM as a work memory thereof, and a non-volatile flash memory that stores an operation program and the like, and controls overall operations in the attitude sensor 11 (12).

3軸加速度センサ部23は、この姿勢センサ11(12)に加わる、互いに直交する3軸X,Y,Z方向の加速度を、重力加速度も含めて検出し、検出信号をデジタル化して制御部21へ出力する。   The triaxial acceleration sensor unit 23 detects accelerations in the triaxial X, Y, and Z directions orthogonal to each other applied to the attitude sensor 11 (12), including gravitational acceleration, and digitizes the detection signal to control the control unit 21. Output to.

図3に示すように本実施形態では、直方体状の姿勢センサ11(12)の筐体長手方向、ガイドロッド11a(12a)に沿った方向をZ軸、姿勢センサ11(12)を患者CLの体表面に沿って設置した際に、同体表平面と平行し、上記Z軸と直交する方向をX軸、患者CLの体表面と直交する方向をY軸とする。   As shown in FIG. 3, in this embodiment, the longitudinal direction of the casing of the rectangular parallelepiped posture sensor 11 (12), the direction along the guide rod 11a (12a) is the Z axis, and the posture sensor 11 (12) is the patient CL. When installed along the body surface, the direction parallel to the body surface plane and perpendicular to the Z axis is defined as the X axis, and the direction perpendicular to the body surface of the patient CL is defined as the Y axis.

キースイッチ部24は、この姿勢センサ11(12)の電源をオン/オフするスイッチ機能に加えて、ユーザが意図した計測点で出力データにマーキングするマーカ機能を備える。   The key switch unit 24 includes a marker function for marking output data at a measurement point intended by the user, in addition to a switch function for turning on / off the power of the posture sensor 11 (12).

ブルートゥース通信部25は、アンテナ26を介してPC13とブルートゥース規格に則ったデータの送受を行なうことで、PC13の制御の下にその時点で検出した姿勢角度の情報をPC13へ送出する。
なお、PC13は、後述する角度計測用のアプリケーションプログラムをインストールしている点を除き、ハードウェア構成等はきわめて一般的な周知の技術で実現可能であるため、構成の図示と説明とを省略する。
The Bluetooth communication unit 25 transmits / receives data in accordance with the Bluetooth standard to / from the PC 13 via the antenna 26, and transmits information on the attitude angle detected at that time to the PC 13 under the control of the PC 13.
The PC 13 can be implemented by a very general well-known technique except for the fact that an application program for angle measurement, which will be described later, is installed. Therefore, illustration and description of the configuration are omitted. .

[動作]
次に上記実施形態の動作について説明する。
計測動作を行なう前には、予めPC13と姿勢センサ11,12とのペアリング設定を完了しておくことにより、PC13がマスタ機、姿勢センサ11,12が共にスレーブ機として、これらの間で例えばクラス2(10[m]以内)の範囲内でのデータの送受信が可能となる。
[Operation]
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Before performing the measurement operation, the pairing setting between the PC 13 and the attitude sensors 11 and 12 is completed in advance, so that the PC 13 is a master machine and the attitude sensors 11 and 12 are both slave machines. Data can be transmitted and received within the range of class 2 (within 10 [m]).

図4は、上記図1で示したように患者CLに姿勢センサ11,12を設置した状態で、PC13が実行する角度計測用アプリケーションプログラムの処理内容を示すフローチャートである。具体的には、PC13内のCPUが、記憶媒体である、例えばハードディスク装置に記憶された当該アプリケーションプログラムを読出してメインメモリ上に展開して、以下の動作を実行する。   FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the application program for angle measurement executed by the PC 13 with the posture sensors 11 and 12 installed in the patient CL as shown in FIG. Specifically, the CPU in the PC 13 reads out the application program stored in a storage medium, for example, a hard disk device, expands it on the main memory, and executes the following operations.

処理当初にPC13のCPUは、計測の終了を指示する操作がなされたか否かを判断する(ステップS101)。ここでまだ終了を指示する操作がなされていないと判断すると、次に予め設定された計測タイミングとなったか否かを判断し(ステップS102)、まだ計測タイミングとなっていない場合には、再びステップS101からの処理に戻る。   At the beginning of the process, the CPU of the PC 13 determines whether or not an operation for instructing the end of the measurement has been performed (step S101). If it is determined that the operation for instructing termination has not been performed yet, it is next determined whether or not the measurement timing set in advance is reached (step S102). The process returns to S101.

こうしてステップS101,S102の処理を繰返し実行することで、終了を指示する操作がなされるか、計測タイミングとなるのを待機する。   By repeatedly executing the processes of steps S101 and S102 in this way, an operation for instructing the end is performed, or the system waits for the measurement timing.

計測タイミングは、PC13のユーザが任意に変更して設定することが可能であり、ここでは例えば0.5[秒]周期で行なうことを予め設定しているものとする。   The measurement timing can be arbitrarily changed and set by the user of the PC 13, and here, for example, it is assumed that the measurement is performed in a cycle of 0.5 [second].

設定した計測タイミングとなったことを上記ステップS102で判断すると、CPUはスレーブ機である姿勢センサ11,12に対してそれぞれその時点での姿勢角度の情報を検出して送信するように要求し、その要求に応じて姿勢センサ11,12から送信されてくる姿勢角度の情報を取得する(ステップS103)。   When it is determined in step S102 that the set measurement timing has been reached, the CPU requests the posture sensors 11 and 12 as slave units to detect and transmit information on posture angles at that time, In response to the request, information on the posture angle transmitted from the posture sensors 11 and 12 is acquired (step S103).

PC13のCPUは、取得した姿勢センサ11,12の各姿勢角度の情報に基づき、姿勢センサ11の姿勢角度を基準として3次元空間内での姿勢センサ12の相対的な角度を算出し(ステップS104)、算出した角度情報をその時点の時刻情報とともに記録した後(ステップS105)、再び上記ステップS101からの処理に戻る。   The CPU of the PC 13 calculates the relative angle of the posture sensor 12 in the three-dimensional space with reference to the posture angle of the posture sensor 11 based on the acquired posture angle information of the posture sensors 11 and 12 (step S104). ) After the calculated angle information is recorded together with the time information at that time (step S105), the process returns to step S101 again.

こうして、予め設定した周期の計測タイミング毎に、姿勢センサ11,12から取得した姿勢角度情報から、相対的な角度情報を算出して記録し続ける。   In this manner, relative angle information is continuously calculated and recorded from the posture angle information acquired from the posture sensors 11 and 12 at every measurement timing of a preset period.

そして、計測の終了を指示する操作がなされると、その時点でPC13がステップS101により終了を判断し、それまでに記録し続けていた一連の角度情報を1つのデータファイルとして取り纏めて記録し直した後、この図4の処理を終了する。   When an operation for instructing the end of the measurement is performed, the PC 13 determines the end in step S101 at that time, and the series of angle information that has been recorded so far is collected and recorded as one data file. Then, the process of FIG. 4 is terminated.

[作用効果]
このように本実施形態によれば、計測動作時に患者CLの股関節の角度を任意に可変するようガイドするだけで、記録動作自体はPC13側で自動的に継続して実行されるため、股関節部分の角度を骨盤を基準としてより正確に、且つ簡易に計測することが可能となる。
[Function and effect]
As described above, according to the present embodiment, the recording operation itself is automatically and continuously executed on the PC 13 side only by guiding the hip angle of the patient CL to be arbitrarily changed during the measurement operation. The angle can be measured more accurately and easily with reference to the pelvis.

なお、上記図4で説明した相対的な各角度情報の記録に際し、角度計測中の患者CLの状態に応じて、ユーザがPC13で同時に所定のキー操作を行なうことにより、角度情報と共にマーカ情報を合わせて記録することができるものとしてもよい。
これにより、患者CLの股関節に対する、屈曲/内外転/内外旋の限界状態あるいは中立状態と思われる時点を記録上でマーキングすることができる。
When recording the relative angle information described with reference to FIG. 4 above, the user simultaneously performs predetermined key operations on the PC 13 in accordance with the state of the patient CL during the angle measurement, so that the marker information is displayed together with the angle information. It is good also as what can be recorded together.
Thereby, it is possible to mark on the record the time point considered to be the limit state or neutral state of flexion / internal / external rotation / internal / external rotation with respect to the hip joint of the patient CL.

(一実施形態の変形例)
以下、本発明の一実施形態の変形例についても図面を参照して詳細に説明する。
(Modification of one embodiment)
Hereinafter, modifications of one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[構成]
上記図1で説明した姿勢センサ11,12に加えて、図5に示す距離センサ31を用いる。
[Constitution]
In addition to the attitude sensors 11 and 12 described in FIG. 1, a distance sensor 31 shown in FIG. 5 is used.

図5において、距離センサ31は、第1ベース部31aに貫装された円柱状のスライド部31bの軸方向に沿った移動量を距離情報として検出する、テレスコープ機構を有する。第1ベース部31aには姿勢センサ11が固定的に設置される。   In FIG. 5, the distance sensor 31 has a telescope mechanism that detects, as distance information, the amount of movement along the axial direction of a columnar slide portion 31b that penetrates the first base portion 31a. The attitude sensor 11 is fixedly installed on the first base portion 31a.

また、スライド部31bの先端は、ボールジョイント31cを介して第2ベース部31dと回動自在に接続される。第2ベース部31dには姿勢センサ12が固定的に設置される。   The tip of the slide portion 31b is rotatably connected to the second base portion 31d via a ball joint 31c. The attitude sensor 12 is fixedly installed on the second base portion 31d.

第1ベース部31aと第2ベース部31dの相対向する各端側面には、骨関節部に各ベース部を固定するための中空状の各一対のパラレルガイド31e,31fが設けられる。これらパラレルガイド31e,31fは、骨切り面を挟んで第1ベース部31aと第2ベース部31dとをそれぞれ骨関節部に固定するべく、図示しないピンを貫通させるために設けられる。   A pair of hollow parallel guides 31e and 31f for fixing each base portion to the bone joint portion is provided on each end side surface of the first base portion 31a and the second base portion 31d facing each other. These parallel guides 31e and 31f are provided to pass through pins (not shown) so as to fix the first base portion 31a and the second base portion 31d to the bone joint portions with the osteotomy surface interposed therebetween.

なお、上記距離センサ31の機能回路の構成については、上記図2における3軸加速度センサ部23に代えて、距離情報を検出する、上記テレスコープ機構による検出部が設けられる点を除いて、ほぼ同様であるため、その図示と説明とを省略する。   The configuration of the functional circuit of the distance sensor 31 is almost the same as that of the distance sensor 31 except that a detection unit using the telescope mechanism for detecting distance information is provided instead of the triaxial acceleration sensor unit 23 in FIG. Since it is the same, illustration and description thereof are omitted.

このテレスコープ機構による検出部では、第1ベース部31aに内装されたコイル内をスライド部31bが移動することにより変化する電圧値を検出し、デジタル化して距離情報として出力するものである。   The detection unit using the telescope mechanism detects a voltage value that changes as the slide part 31b moves in a coil built in the first base part 31a, digitizes it, and outputs it as distance information.

[動作]
次に上記実施形態の変形例の動作について説明する。
計測動作を行なう前には、予めPC13と姿勢センサ11,12、及び距離センサ31とのペアリング設定を完了しておくことにより、PC13がマスタ機、姿勢センサ11,12、及び距離センサ31が共にスレーブ機として、これらの間で例えばクラス2(10[m]以内)の範囲内でのデータの送受信が可能となる。
[Operation]
Next, the operation of a modification of the above embodiment will be described.
Before performing the measurement operation, the pairing setting between the PC 13 and the attitude sensors 11 and 12 and the distance sensor 31 is completed in advance, so that the PC 13 becomes the master machine, the attitude sensors 11 and 12, and the distance sensor 31. As both slave units, it is possible to transmit and receive data within a range of class 2 (within 10 [m]), for example.

また、ここでは脛骨膝関節の楔開き骨切り術を実行する場合を例にとって示す。この手術前の計画において、正確な切り込み面の設定、及び切り込み後の楔開き角、及び距離センサ31固定状態での姿勢センサ11,12間の距離を、予め3次元画像処理プログラムにより患者の骨形状データから算出して記憶しておくものとする。   In addition, here, a case where wedge opening osteotomy for the tibial knee joint is executed will be described as an example. In this pre-surgery plan, the accurate setting of the incision surface, the wedge opening angle after the incision, and the distance between the posture sensors 11 and 12 when the distance sensor 31 is fixed are preliminarily determined by a three-dimensional image processing program. Assume that the shape data is calculated and stored.

図6は、脛骨膝関節で術前計画通りに正確に切り込み面を形成し、上記図5で示した、姿勢センサ11,12を一体に設けた距離センサ31を、当該膝関節に設置した状態から開始する、PC13が実行する角度計測用アプリケーションプログラムの処理内容を示すフローチャートである。   FIG. 6 shows a state in which the incision surface is accurately formed at the tibial knee joint as planned in advance, and the distance sensor 31 integrally provided with the posture sensors 11 and 12 shown in FIG. 5 is installed at the knee joint. It is a flowchart which shows the processing content of the application program for angle measurement which PC13 starts starting from.

図7は、距離センサ31の設置対象である脛骨TBの術中の状態を示す。図中の波線で示す部分が、切り込み面を形成した直後の(楔開きする前の)、膝関節顆間隆起近傍の外形を示す。なお、第1ベース部31a側のパラレルガイド31eの一対の取付け位置と、第2ベース部31d側のパラレルガイド31fの一対の取付け位置とを図中に示すことで、脛骨TBに対して設置した距離センサ31自体の記載は説明のために意図的に図示しないものとする。   FIG. 7 shows a state during operation of the tibia TB on which the distance sensor 31 is installed. The portion indicated by the wavy line in the figure shows the outer shape in the vicinity of the knee intercondylar bulge immediately after the cut surface is formed (before the wedge is opened). The pair of mounting positions of the parallel guide 31e on the first base portion 31a side and the pair of mounting positions of the parallel guide 31f on the second base portion 31d side are shown in the drawing, and installed on the tibia TB. The description of the distance sensor 31 itself is not intentionally shown for the sake of explanation.

処理当初にPC13のCPUは、術前計画で予め決定した姿勢センサ11,12の相対的な3次元空間内での角度情報と、姿勢センサ11,12間の距離情報とを読出す(ステップS201)。   At the beginning of the process, the CPU of the PC 13 reads out the angle information in the relative three-dimensional space of the posture sensors 11 and 12 determined in advance in the preoperative plan and the distance information between the posture sensors 11 and 12 (step S201). ).

次に予め設定された計測タイミングとなるのを待機するし(ステップS202)。   Next, the system waits for a preset measurement timing (step S202).

計測タイミングは、PC13のユーザが任意に変更して設定することが可能であり、ここでは例えば1[秒]周期で行なうことを予め設定しているものとする。   The measurement timing can be arbitrarily changed and set by the user of the PC 13, and here, for example, it is assumed that the measurement is performed in a cycle of 1 [second].

設定した計測タイミングとなったことを上記ステップS202で判断すると、CPUはスレーブ機である姿勢センサ11,12、及び距離センサ31に対してそれぞれその時点での姿勢角度の情報、及び距離情報を検出して送信するように要求し、その要求に応じて姿勢センサ11,12、及び距離センサ31から送信されてくる姿勢角度の情報、及び距離情報を取得する(ステップS203)。   When it is determined in step S202 that the set measurement timing has been reached, the CPU detects posture angle information and distance information at that time for the posture sensors 11 and 12 and the distance sensor 31, which are slave devices. In response to the request, information on the posture angle and the distance information transmitted from the posture sensors 11 and 12 and the distance sensor 31 are acquired (step S203).

PC13のCPUは、取得した姿勢センサ11,12の各姿勢角度に基づき、姿勢センサ11の姿勢角度を基準として3次元空間内での姿勢センサ12の相対的な角度を算出し(ステップS204)、算出した角度情報と距離情報とを、上記ステップS201で読出した術前計画での同情報と比較することでその類似度を算出する(ステップS205)。   The CPU of the PC 13 calculates the relative angle of the posture sensor 12 in the three-dimensional space on the basis of the posture angle of the posture sensor 11 based on the obtained posture angles of the posture sensors 11 and 12 (step S204). The degree of similarity is calculated by comparing the calculated angle information and distance information with the same information in the preoperative plan read out in step S201 (step S205).

そして、算出した類似度に応じた音程及び断続間隔のパルス状のビープ音を拡声出力することで報知した後(ステップS206)、再び上記ステップS202からの処理に戻る。   And after notifying by outputting loudly the pulse-like beep sound of the interval according to the calculated similarity degree and an intermittent interval (step S206), it returns to the process from said step S202 again.

上記ステップS206で出力するパルス状のビープ音は、例えば類似度が上がる毎に音程を上げ、且つ断続間隔を短縮するように設定しておく。   The pulsed beep sound output in step S206 is set to increase the pitch and shorten the intermittent interval, for example, every time the similarity increases.

上記ステップS202〜S206の処理を繰返しながら、施術者が脛骨TB膝関節の顆間隆起がある近位側を徐々に開いていく操作を行なうことで、図7中にハッチングで示すような楔状の開口部分OPが徐々に大きくなるので、姿勢センサ11に対する姿勢センサ12の相対角度が大きくなり、また合わせて姿勢センサ11に対する姿勢センサ12の距離も大きくなる。   While repeating the processes in steps S202 to S206, the practitioner gradually opens the proximal side of the tibial TB knee joint where the intercondylar bulge is present, thereby forming a wedge-like shape as shown by hatching in FIG. Since the opening portion OP gradually increases, the relative angle of the posture sensor 12 with respect to the posture sensor 11 increases, and the distance of the posture sensor 12 with respect to the posture sensor 11 also increases.

したがって、上記ステップS206での報知により出力されるビープ音の音程は徐々に上がり、且つ断続間隔が短縮されることになる。   Therefore, the pitch of the beep sound output by the notification in step S206 is gradually increased, and the intermittent interval is shortened.

そして、類似度が100[%]となった時点、すなわち術前計画通りの楔開き状態が実現できた状態で、ステップS206で報知されるビープ音は、設定した最高の音程、且つ連続音となる。   When the similarity reaches 100 [%], that is, in a state where the wedge opening state as planned before the operation is realized, the beep sound that is notified in step S206 is the highest set pitch and continuous sound. Become.

そのため、施術者は、PC13から報知されるビープ音を聞きながら施術を続行することで、術前計画通りの楔開き状態を実現できることになる。   Therefore, the practitioner can realize the wedge opening state as planned before the operation by continuing the treatment while listening to the beep sound notified from the PC 13.

[作用効果]
このように本実施形態の変形例によれば、相対的な角度のみならず距離の情報も加味して関節部分に対する操作をより正確、且つ簡易に把握することができる。
[Function and effect]
As described above, according to the modification of the present embodiment, it is possible to grasp the operation on the joint portion more accurately and easily by taking into account not only the relative angle but also the distance information.

加えて上記実施形態の変形例では、施術時に術前計画との類似度に応じた報知を行なうことで、術前計画通りの関節部分に対する操作を実現できる。   In addition, in the modified example of the above-described embodiment, by performing notification according to the degree of similarity to the preoperative plan at the time of the operation, it is possible to realize an operation on the joint part as per the preoperative plan.

なお、上記実施形態、及びその変形例において、姿勢センサ11,12を用いて股関節や膝関節の角度を計測する場合について説明したが、本発明は関節を限定することなく、人体を構成する他の各種関節についても同様に適用することが可能である。さらに姿勢センサ12を人工関節用手術器械等の手術器具に装着することで3次元的な手術計画を誘導する手術ナビゲーション装置としての操作を実現できる。   In the above-described embodiment and its modified examples, the case where the angles of the hip joint and the knee joint are measured using the posture sensors 11 and 12 has been described. However, the present invention is not limited to the joint, and may constitute a human body. The same can be applied to various joints. Further, by mounting the posture sensor 12 on a surgical instrument such as a surgical instrument for artificial joints, an operation as a surgical navigation device for guiding a three-dimensional surgical plan can be realized.

その他、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the functions executed in the above-described embodiments may be combined as appropriate as possible. The above-described embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination of a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, if the effect is obtained, a configuration from which the constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.

11,12…姿勢センサ、11a,12a…ガイドロッド、13…パーソナルコンピュータ(PC)、21…制御部、22…バス、23…3軸加速度センサ部、24…キースイッチ部、25…ブルートゥース通信部、26…アンテナ、31…距離センサ、31a…第1ベース部、31b…スライド部、31c…ボールジョイント、31d…第2ベース部、31e,31f…パラレルガイド、TB…脛骨膝関節部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 12 ... Attitude sensor, 11a, 12a ... Guide rod, 13 ... Personal computer (PC), 21 ... Control part, 22 ... Bus, 23 ... 3-axis acceleration sensor part, 24 ... Key switch part, 25 ... Bluetooth communication part , 26 ... antenna, 31 ... distance sensor, 31a ... first base part, 31b ... slide part, 31c ... ball joint, 31d ... second base part, 31e, 31f ... parallel guide, TB ... tibial knee joint part.

Claims (4)

3次元空間中での姿勢角度をそれぞれ検出する第1及び第2の角度計測装置と、
上記第1及び第2の角度計測装置が検出した姿勢角度を取得する取得手段、上記取得手段で取得した上記第1及び第2の角度計測装置の各姿勢角度から相対的な角度を算出する算出手段、及び上記算出手段で算出する時系列上の複数の相対的角度を出力する出力手段を備えた演算出力装置と
を具備したことを特徴とする角度計測システム。
First and second angle measuring devices that respectively detect posture angles in a three-dimensional space;
Obtaining means for obtaining posture angles detected by the first and second angle measuring devices, and calculation for calculating a relative angle from each posture angle of the first and second angle measuring devices obtained by the obtaining means. And an arithmetic output device comprising an output means for outputting a plurality of relative angles on the time series calculated by the calculating means.
上記第1及び第2の角度計測装置間を伸縮自在に接続し、且つその一方との取付け角度を回動自在に可変して、両角度計測装置間の距離を検出する距離計測装置をさらに具備し、
上記演算出力装置では、
上記取得手段は、上記距離計測装置が検出した距離を合わせて取得し、
上記出力手段は、上記算出手段で算出する時系列上の複数の相対的角度を上記距離計測装置が検出した距離と合わせて出力する
ことを特徴とする請求項1記載の角度計測システム。
The first and second angle measuring devices are further connected to each other in a telescopic manner, and a distance measuring device for detecting the distance between the two angle measuring devices by changing the mounting angle with one of the first and second angle measuring devices is further provided. And
In the arithmetic output device,
The acquisition means acquires the distance detected by the distance measuring device together,
The angle measuring system according to claim 1, wherein the output means outputs a plurality of relative angles on the time series calculated by the calculating means together with the distance detected by the distance measuring device.
上記演算出力装置は、
術前の計画で得た相対的な角度を記憶する術前計画記憶手段と、
上記算出部で算出する相対的な角度を上記術前計画記憶部で記憶した内容と比較してその類似度を演算する演算手段と、
上記演算手段で得た類似度に応じた報知を行なう報知手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の角度計測システム。
The arithmetic output device is
Preoperative plan storage means for storing the relative angle obtained in the preoperative plan;
A calculation means for calculating the degree of similarity by comparing the relative angle calculated by the calculation unit with the content stored in the preoperative plan storage unit;
2. The angle measuring system according to claim 1, further comprising notifying means for notifying according to the similarity obtained by the calculating means.
3次元空間中での姿勢角度をそれぞれ検出する第1及び第2の角度計測装置からの検出出力を入力する装置が内蔵したコンピュータが実行するプログラムであって、
上記第1及び第2の角度計測装置が検出した姿勢角度を取得する取得ステップと、
上記取得ステップで取得した上記第1及び第2の角度計測装置の各姿勢角度から相対的な角度を算出する算出ステップと、
上記算出ステップで算出する時系列上の複数の相対的角度を出力する出力ステップと
を有したことを特徴とするプログラム。
A program executed by a computer built in a device that inputs detection outputs from first and second angle measuring devices that detect posture angles in a three-dimensional space,
An acquisition step of acquiring the posture angle detected by the first and second angle measuring devices;
A calculating step of calculating a relative angle from each posture angle of the first and second angle measuring devices acquired in the acquiring step;
An output step for outputting a plurality of relative angles on the time series calculated in the calculation step.
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