CN103037789A - 患者匹配器械 - Google Patents

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CN103037789A CN2011800393293A CN201180039329A CN103037789A CN 103037789 A CN103037789 A CN 103037789A CN 2011800393293 A CN2011800393293 A CN 2011800393293A CN 201180039329 A CN201180039329 A CN 201180039329A CN 103037789 A CN103037789 A CN 103037789A
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A.阿格尼霍特里
P.B.康韦
D.L.埃文斯
L.A.吉布森
J.A.格里芬
M.D.休格斯
D.T.梅尔
A.B.萨莱希
J.A.夏普
M.H.塔尔沙
A.J.沃尔德
T.S.沃尔费
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Abstract

患者匹配的外科手术器械以及用于制作患者匹配外科手术器械的方法可以包括患者匹配的外科手术器械，其具有面向身体构造的侧面以及多个离散的物理分离的身体构造接触部分，身体构造接触部分被构造用于匹配特定患者的身体构造。身体构造接触部分可以有下列的一种或多种情况：非均匀分布；形状不一致或者表面积不一致。

Description

患者匹配器械
相关申请
本申请要求2010年10月15日提交的申请号为61/393,643且发明名称为“Patient-Matched Instruments Having Non-Continuous Contact Surfaces”的美国临时申请、2010年8月23日提交的申请号为61/402,095且发明名称为“Patient-Matched Instrumentation”的美国临时申请以及2010年6月11日提交的申请号为61/353,838且发明名称为“Patient-Matched Instruments Having Textured Contact Surfaces, Methods for Using the Same, and Methods for Making the Same”的美国临时申请的权益，通过引用将上述每一篇专利文献的全部内容并入本申请。
技术领域
本文中介绍了用于治疗骨或关节的外科手术器械和方法，在某些实例中介绍了与特定患者的身体构造相匹配的外科手术器械。还介绍了此类外科手术器械的设计和使用方法。
背景技术
常规的患者匹配器械具有被构造为与患者独特的身体构造相吻合的大表面。成功的外科手术结果取决于患者匹配器械在患者匹配器械及其被设计倚靠的身体构造之间提供可再现的“可靠”三维贴合的能力。如果最终用户对患者匹配器械在与患者独特的身体构造重复接合时会贴合良好有任何疑虑，或者如果器械相对于身体构造在多个空间取向上看起来与患者的身体构造贴合良好，那么器械通常就会被弃用，并且要用常规的非患者专用器械来完成外科手术。
迄今为止，用于在全膝关节成形术中使用的至少部分患者匹配的外科手术器械已经采用了基本上是远端股骨和近端胫骨关节连接面的“底片”的身体构造接触面。身体构造接触面通常是以连续方式与患者身体构造的大部分区域相吻合的大块表面区域。在某些实例中，通过(例如借助MRI扫描)获取患者身体构造的三维图像数据，分段三维图像数据以将骨骼和/或软骨身体构造的表面与周围的组织详细地描述开来，借助CAD或其他软件将分段的数据转化为计算机模型，执行一种或多种可选的辅助过程(例如平滑功能)，利用计算机模型针对患者的身体构造定制器械的一个或多个表面，然后制造定制的器械以使其适用于在单个空间取向上与患者的身体构造相吻合而提供定制的外科手术器械。
在至少部分当前的实践中，每一个三维图像数据切片内示出的关节身体构造的基本所有部分都被分段并且常规的患者匹配器械都设有接触患者身体构造的基本上连续区域的身体构造接触部分。这样的身体构造接触部分具有与患者的骨和软骨相接触的大块连续的表面区域，并且因此关键之处在于构建患者匹配器械的工程师或自动程序要在整个分段过程的每一步都始终保持高标准的准确度和精度。即使在患者匹配器械的身体构造接触面上仅有一个或两个点不精确、失准或以其他方式错误表达了患者实际的独特身体构造，患者匹配器械就有可能贴合不良、位置凸出、摇晃、摆动或者可能根本无法贴合。在这样的实例中，最终用户就不太可能使用该器械。在很多情况下，患者匹配器械贴合不良的原因甚至可能是分段过程中少量的细微误差。
使用至少部分常规患者匹配器械的另一个缺点是光滑的身体构造接触面在与患者独特的身体构造相接合时可能会允许器械滑动或打滑。例如，在某些情况下，体液与光滑的骨和软骨相结合即可抵消器械和身体构造部分之间的摩擦力。而且，由于常规患者匹配器械的高度吻合性质，因此在与具有大量骨赘、病变或肿块的身体构造一起使用时就可能会表现为安置不准确。最后，软组织(例如脂肪组织)可能会堆积在患者匹配的块以及骨或软骨之间并给用户造成器械已准确安置的错误印象，此时在事实上却恰恰相反。
发明内容
本发明的实施例包括患者匹配器械例如在膝关节成形术手术中使用的切割导引器，其包括根据患者特有成像或其他类型的患者特有数据定制的一个或多个身体构造接触部分以匹配特定患者的身体构造，并且因此有助于外科手术过程期间患者匹配器械相对于患者特有身体构造的准确定位和取向。
在某些实施例中，提供了一种匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术器械，包括：面向身体构造的侧面；其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分，多个身体构造接触部分被构造用于匹配特定患者的身体构造；其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的凹部，其中多个凹部相对于身体构造接触部分中邻接多个凹部的部分凹入；其中多个身体构造接触部分是以下情况中的至少一种：非均匀分布；形状不一致；或者表面积不一致。
在某些实施例中，进一步设有位于多个凹部中的至少一个凹部内的柔顺材料。
在某些实施例中，多个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积并且其中至少一个凹部定义了面向身体构造的侧面的第二总面积；其中第二总面积大于第一总面积。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械是股骨切割导引器，其中面向身体构造的侧面包括髌骨-股骨槽部、髁间窝部、内侧髁部和外侧髁部；其中多个身体构造接触部分包括邻接髌骨-股骨槽部的至少一个身体构造接触部分、邻接髁间窝部的至少一个身体构造接触部分、邻接内侧髁部的至少一个身体构造接触部分以及邻接外侧髁部的至少一个身体构造接触部分。
在某些实施例中，邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的总面积大于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的总面积。
在某些实施例中，邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的总面积小于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的总面积。
在某些实施例中，邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的密度大于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的密度。
在某些实施例中，多个身体构造接触部分包括限定面接触的至少一个身体构造接触部分。
在某些实施例中，多个身体构造接触部分进一步包括限定基本为线接触的至少一个身体构造接触部分。
在某些实施例中，多个身体构造接触部分进一步包括限定基本为点接触的至少一个身体构造接触部分。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更高。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更低。
在某些实施例中，多个身体构造接触部分中至少有一个沿着面向身体构造的侧面的周边延伸。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械是包括内侧叶板和外侧叶板的胫骨切割导引器，内侧叶板包括至少一个身体构造接触部分，外侧叶板也包括至少一个身体构造接触部分。
在某些实施例中，进一步设有延伸穿过患者匹配外科手术器械的导引器。
在某些实施例中，导引器是包括至少一个平面的贯通槽。
在某些实施例中，提供了一种匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术器械，包括：面向身体构造的侧面；其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分，多个身体构造接触部分被构造用于匹配特定患者的身体构造；其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的凹部，其中多个凹部相对于身体构造接触部分中邻接多个凹部的部分凹入；并且其中多个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积且其中多个凹部定义了面向身体构造的侧面的第二总面积；其中第二总面积大于第一总面积。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械是股骨切割导引器，其中面向身体构造的侧面包括髌骨-股骨槽部、髁间窝部、内侧髁部和外侧髁部；其中多个身体构造接触部分包括邻接髌骨-股骨槽部的至少一个身体构造接触部分、邻接髁间窝部的至少一个身体构造接触部分、邻接内侧髁部的至少一个身体构造接触部分以及邻接外侧髁部的至少一个身体构造接触部分。
在某些实施例中，邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的总面积大于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的总面积。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更低。
在某些实施例中，患者匹配的外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更高。
在某些实施例中，提供了一种匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术器械，包括：面向身体构造的侧面；其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分，多个身体构造接触部分被构造用于匹配特定患者的身体构造；其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的凹部，其中多个凹部相对于身体构造接触部分中邻接多个凹部的部分凹入；其中多个身体构造接触部分是以下情况中的至少一种：非均匀分布；形状不一致；或者表面积不一致；并且其中多个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积且其中多个凹部定义了面向身体构造的侧面的第二总面积；其中第二总面积大于第一总面积。
在某些实施例中，提供了一种用于制作匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术导引器的方法，包括：接收关于特定患者身体构造的数据；根据接收的数据设计特定患者身体构造的三维计算机模型；其中三维计算机模型包括至少一个接触部分；相对于三维计算机模型定位网格以定义至少一个非身体构造接触部分；设计患者匹配的外科手术导引器以匹配至少一个接触部分并包括避开至少一个非身体构造接触部分的凹陷；然后制造出设计的患者匹配外科手术导引器。
在某些实施例中，相对于三维计算机模型定位网格包括将网格定位在三维计算机模型上。
在某些实施例中，设计患者匹配的外科手术导引器包括使外科手术导引器的坯料在三维计算机模型和网格上交叉。
在某些实施例中，用于制作患者匹配外科手术导引器的方法进一步包括从相对于三维计算机模型定位的网格构建扩展网格结构。
在某些实施例中，相对于三维计算机模型定位网格包括相对于远端股骨的三维计算机模型的前部定位第一网格以及相对于远端股骨的三维计算机模型的远端部定位第二网格。
在某些实施例中，提供了一种设计匹配特定身体构造结构的外科手术器械的方法，其中外科手术器械包括面向身体构造的侧面，面向身体构造的侧面包括至少一个身体构造接触部分和至少一个凹部，至少一个凹部相对于至少一个身体构造接触部分中邻接至少一个凹部的部分凹入，所述方法包括：访问身体构造结构的三维计算机模型，身体构造结构的三维计算机模型包括与外科手术器械中的至少一个身体构造接触部分相对应的至少一个部分；利用包括处理器的计算机改进身体构造结构的三维计算机模型以构建改进的三维计算机模型，其包括与外科手术器械中的至少一个凹部相对应的至少一个部分；并且
利用身体构造结构的改进的三维计算机模型将器械坯料的计算机模型改进为对应于外科手术器械。
在某些实施例中，改进身体构造结构的三维计算机模型包括在身体构造结构的三维计算机模型上构建升高部分。
在某些实施例中，改进身体构造结构的三维计算机模型包括相对于身体构造结构的三维计算机模型定位网格。
在某些实施例中，进一步设有从所述网格构建扩展网格的步骤。
在某些实施例中，定位网格包括相对于身体构造结构的三维计算机模型的前部定位第一网格以及相对于身体构造结构的三维计算机模型的远端部定位第二网格，其中三维计算机模型是远端股骨的模型。
在某些实施例中，定位网格包括将网格包裹在身体构造结构三维计算机模型的一部分周围。
在某些实施例中，定位网格包括定位具有均匀格网样式的网格。
在某些实施例中，访问身体构造结构的三维计算机模型包括访问特定患者的身体构造结构的三维计算机模型。
在某些实施例中，利用身体构造结构的改进的三维计算机模型来改进器械坯料的计算机模型包括将器械坯料的计算机模型与身体构造结构的改进的三维计算机模型融合。
在某些实施例中，利用身体构造结构的改进的三维计算机模型来改进器械坯料的计算机模型进一步包括从器械坯料的计算机模型的体积中扣除身体构造结构的改进的三维计算机模型的交叉体积。
在某些实施例中，进一步设有制造外科手术器械的步骤。
在某些实施例中，进一步设有将器械坯料的改进的计算机模型输出至被设置用于制造外科手术器械的设备的步骤。
在某些实施例中，改进器械坯料的计算机模型包括从尺寸过大的器械坯料的计算机模型中去除一些部分。
在某些实施例中，将器械坯料的计算机模型改进为对应于外科手术器械包括将器械坯料的计算机模型改进为对应于包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分的外科手术器械，其中多个身体构造接触部分是以下情况中的至少一种：(i)非均匀分布；(ii)形状不一致；或者(iii)表面积不一致。
在某些实施例中，将器械坯料的计算机模型改进为对应于外科手术器械包括将器械坯料的计算机模型改进为对应于其中至少有一个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积且其中至少有一个凹部定义了面向身体构造的侧面的第二总面积的外科手术器械；其中第二总面积大于第一总面积。
在某些实施例中，提供了一种设计匹配特定身体构造结构的外科手术器械的方法，其中外科手术器械包括面向身体构造的侧面，面向身体构造的侧面包括至少一个身体构造接触部分和至少一个凹部，至少一个凹部相对于至少一个身体构造接触部分中邻接至少一个凹部的部分凹入，所述方法包括：访问身体构造结构的三维计算机模型，身体构造结构的三维计算机模型包括与外科手术器械中的至少一个身体构造接触部分相对应的至少一个部分；利用包括处理器的计算机改进身体构造结构的三维计算机模型以构建改进的三维计算机模型，其包括与外科手术器械中的至少一个凹部相对应的至少一个部分，其中改进身体构造结构的三维计算机模型包括相对于身体构造结构的三维计算机模型定位网格；然后利用身体构造结构的改进的三维计算机模型将器械坯料的计算机模型改进为对应于外科手术器械。
在某些实施例中，定位网格包括相对于身体构造结构的三维计算机模型的前部定位第一网格以及相对于身体构造结构的三维计算机模型的远端部布置第二网格，其中三维计算机模型是远端股骨的模型。
在某些实施例中，定位网格包括将网格包裹在身体构造结构的三维计算机模型的一部分周围。
在某些实施例中，定位网格包括布置具有均匀格网样式的网格。
在某些实施例中，提供了一种设计匹配特定身体构造结构的外科手术器械的方法，其中外科手术器械包括面向身体构造的侧面，面向身体构造的侧面包括至少一个身体构造接触部分和至少一个凹部，至少一个凹部相对于至少一个身体构造接触部分中邻接至少一个凹部的部分凹入，所述方法包括：访问身体构造结构的三维计算机模型，身体构造结构的三维计算机模型包括与外科手术器械中的至少一个身体构造接触部分相对应的至少一个部分；利用包括处理器的计算机改进身体构造结构的三维计算机模型以构建改进的三维计算机模型，其包括与外科手术器械中的至少一个凹部相对应的至少一个部分，其中改进身体构造结构的三维计算机模型包括相对于身体构造结构的三维计算机模型定位网格；利用身体构造结构的改进的三维计算机模型通过以下步骤将器械坯料的计算机模型改进为对应于外科手术器械：将器械坯料的计算机模型与身体构造结构的改进的三维计算机模型融合；然后从器械坯料的计算机模型的体积中扣除身体构造结构的改进的三维计算机模型的交叉体积；然后将器械坯料的改进的计算机模型输出至被设置用于制造外科手术器械的设备。
本发明以及本文中介绍的实施例的更多可应用领域将根据以下提供的详细说明内容而变得显而易见。应该理解本文中的书面说明内容和附图尽管示出了本公开的特定实施例，但是仅仅是为了说明性目的而并不是为了限制本发明的保护范围。
附图说明
图1-8示出了形式为股骨切割导引器的患者匹配外科手术器械的实施例。
图9-14示出了形式为胫骨切割导引器的患者匹配外科手术器械的实施例。
图15-16示出了形式为胫骨切割导引器的患者匹配外科手术器械的实施例。
图17A-17C示出了患者匹配外科手术器械另外的实施例。
图18A-18B和图19示出了形式为股骨切割导引器的患者匹配外科手术器械的实施例，每一种都具有改变了接触面积、形状和/或分布的身体构造接触部分。
图20根据另一个实施例示出了股骨和患者匹配外科手术器械(未示出)之间可能的接触点。
图21和图22示出了形式为股骨切割导引器的患者匹配外科手术器械的两个实施例，每一种都具有形状基本为线段的身体构造接触部分。
图23和图24示出了形式为股骨切割导引器的患者匹配外科手术器械的两个实施例，每一种都具有基本上围绕器械和/或器械中导引结构的周边区域定位的身体构造接触部分。
图25示出了包括柔顺材料的患者匹配外科手术器械。
图26根据一个实施例示出了构建三维的患者专用身体构造模型的方法步骤。
图27A示出了构建第一网格结构并向第一身体构造模型的第一部分应用第一网格结构的方法步骤实施例；图27B示出了构建第二网格结构并向第一身体构造模型的第二部分应用第二网格结构的方法步骤实施例；图27C示出了构建第一网格结构和第二网格结构并向第一身体构造模型的第一部分和第二部分分别应用第一和第二网格结构的方法步骤实施例；然后图27D示出了图27C的方法步骤中进一步包括确定外科手术器械坯料相对于第一身体构造模型的交叉的方法步骤。
图28-31示出了在将网格结构应用至第一身体构造模型外部之后对所述网格结构执行一种或多种清扫功能以构建改进的第一身体构造模型的方法步骤实施例。
图32A和图33A根据某些实施例示出了用于与改进的第一身体构造模型一起使用的外科手术器械坯料，其上叠加有与第一改进身体构造模型的虚拟交叉。
图32B和图33B示出了图32A中的外科手术器械坯料，其上叠加有应用至第一身体构造模型的第一部分的第一网格结构。
图32C和图33C示出了图32A中的外科手术器械坯料，其上叠加有应用至第一身体构造模型的第二部分的第二网格结构。
图34和图35示出了将外科手术器械坯料与改进的第一身体构造模型融合的方法步骤的实施例，在某些实施例中此后就可以从外科手术器械坯料中扣除改进的第一身体构造模型以确定患者匹配的外科手术器械。
图36-38示出了改进的第一身体构造模型的另一个实施例。
图39示出了将外科手术器械坯料与图36-38中所示改进的第一身体构造模型融合并随后从外科手术器械坯料中扣除改进的第一身体构造模型的交叉部分的方法步骤实施例。
图40示出了将第一和第二外科手术器械坯料分别与改进的第一和第二身体构造模型融合的方法步骤实施例。
图41示出了改进的第一和第二身体构造模型的实施例，其中针对应用至第一和第二身体构造模型的网格结构执行一种或多种清扫功能。
图42A根据某些实施例示出了构建并应用至第一身体构造模型第二部分的第二网格结构；图42B根据某些实施例示出了构建并应用至第一身体构造模型第一部分的第一网格结构。
图43A根据某些实施例示出了构建并应用至第二身体构造模型第一部分的第二网格结构；图43B根据某些实施例示出了构建并应用至第二身体构造模型第二部分的第一网格结构。
图44和图45示出了将第二外科手术器械坯料与改进的第二身体构造模型融合的方法步骤。
图46和图47示出了患者匹配外科手术器械另外的实施例。
图48示意性地示出了外科手术器械的设计和制造方法的一个实施例。
具体实施方式
以下对附图的说明内容在本质上仅仅是示范性的而绝不是为了限制本发明、其应用或用途。
图1-8示出了患者匹配外科手术器械的第一实施例，所述患者匹配外科手术器械在本实施例中是股骨切割导引器10。股骨切割导引器10具有面向身体构造的侧面12，其包括被构造用于面对远端股骨的髌骨-股骨槽和前皮质区的前部14。该器械进一步包括由髁间窝20分离的两个髁部(内侧髁部16和外侧髁部18)，其中髁部被构造用于面对患者股骨的远端髁部。图1-8中的患者匹配股骨切割导引器10还包括用于导引切割器械例如锯条的贯通槽22。切割导引器10另外包括多个凸台24，其具有延伸穿过其中的孔26以导引一个或多个稳定用紧固件或定位销，凸台可以预钻有或可以没有预钻有所述孔。例如，孔26可以位于髁部上并确定植入的股骨假体部件的旋转或钉孔位置。贯通槽22和孔26在本文中有时被称为“导引结构”，不过该术语也可以涵盖不同于孔和槽的其他结构。在某些实施例中，导引结构是可选的并且不必集成地包含在患者匹配器械内。在某些实施例中，导引器、凸台和其他结构可以包括在随后连接至患者匹配器械或以其他方式与患者匹配器械相关联的非患者匹配的标准化模块部件内。
图1-8中的股骨切割导引器在面向身体构造的侧面12上包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分28。身体构造接触部分28被构造用于匹配特定患者的身体构造，并且在某些实施例中可以基于术前获取的该患者的图像数据来针对特定的患者定制。
在另一些实施例中，患者匹配的外科手术器械及其身体构造接触部分通过利用术前获取的该患者的图像数据从成套的预定器械中选出患者匹配的外科手术器械而与特定的患者匹配。例如，在一个实施例中，成套的预定器械包括成百上千个(例如1200个)预定器械譬如器械的CAD计算机模型，其中可以利用自动软件或者其他的自动或非自动功能从此套中选出最佳贴合特定患者的一种器械，由此使所选的外科手术器械与特定患者的身体构造相匹配。
在图1-8的实施例中，身体构造接触部分28定义基本上线接触(在该特定实施例中是花键)。附加地或可选地可以使用其他的基本上线接触，包括但不限于例如在随后介绍的部分实施例中所示的直线线段、弧线线段或曲线线段。其他类型的身体构造接触部分是基本上的点接触和面接触。身体构造接触部分的非限制性示例包括专用于对应身体构造特征或这些身体构造特征中一部分的齿、凸条、波纹、锯齿、棘突、平台、支柱、结节、管、衬垫、形状，和/或其各种组合。身体构造接触部分可以在面向身体构造的侧面上同质且均匀地间隔开，或者身体构造接触部分可以用随机、非随机、预定、优化或其他的方式选择和分布在面向身体构造的侧面上。在某些实施例中，身体构造接触部分可以与骨和/或软骨区域建立基本上线接触，但是在其他的实施例中也可以用其他的方式(包括点接触和面接触)来接触骨、软骨和/或其他的身体构造。在某些实施例中，身体构造接触部分的位置可以利用随机数发生器或类似功能确定。
器械的面向身体构造的侧面中不接触骨或软骨的部分(“凹部”)的几何形状可以改变。在图1的示例中，凹部30是在身体构造接触部分28之间延伸的一系列凹槽或通道。这些凹槽或通道被示出为基本上是矩形或梯形截面，但是在不同的实施例中可以使用任意的截面。例如，如图9-14中所示，圆形或部分圆柱形的凹槽或通道32可以可选地提供间隙区域，器械在此被设计为不接触患者的身体构造。在某些情况下，凹部可以部分或全部由延伸穿过外科手术器械的孔组成。
在某些实施例例如图1所示的实施例中，器械面向身体构造的侧面12的凹部30的总面积大于面向身体构造的侧面12的身体构造接触部分28的总表面积。换句话说，至少在该特定的实施例中，身体构造接触部分28仅构成股骨切割导引器10的面向身体构造的侧面12中的一小部分。
如图25所示，在某些实施例中，至少某些凹部34可以设有部分或完全填充身体构造接触部分和凹部之间的一个或多个“间隙”的柔顺材料26。
回到图1-8中的实施例，身体构造接触部分28可以在股骨切割导引器10的面向身体构造的侧面12上基本平行地延伸。但是，在另一些实施例中，身体构造接触部分不平行和/或相对于彼此设置为成一定的角度(垂直、锐角或钝角)。另外，身体构造接触部分可以不连续以在器械和患者的独特身体构造之间建立点式线接触或局部线接触或曲线线段接触。
在某些实施例中，身体构造接触部分可以是非均匀分布、不一致的形状和/或不一致的接触面积。在某些实施例中，这样的不一致性可能与患者匹配器械特定区域内的轮廓度有关。
例如，图18A示出的股骨切割导引器38包括定义面接触40(在此为基本上矩形接触)的身体构造接触部分以及定义基本上线接触42的身体构造接触部分。在该特定的实施例中，在面向身体构造的侧面44的轮廓设计较少的区域内的身体构造接触部分与在具有较大轮廓区域内的身体构造接触部分相比具有更大的接触面积。例如，邻接股骨髁的区域与邻接髌骨-股骨槽和髁间窝的区域相比通常是轮廓设计较少。因此，面接触40与基本上线接触42相比通常具有更大的面积，它在某些实施例中可能根本不是“面”接触而是沿离散的线接触身体构造的花键、凸条或其他结构。在某些实施例中，身体构造接触部分还可以根据外科手术器械的轮廓来改变高度。例如，股骨髁凸出而髁间窝则更为凹陷。因此，邻接股骨髁的身体构造接触部分与邻接髁间窝的身体构造接触部分相比通常都会更短。在这样的实施例中，基本上线接触部分窄且高，并且因此近似尺寸被设置为沿滑车沟的最深部分接触患者身体构造的非连续凸条，用于提供内部/外部旋转稳定性以及相对于患者的股骨在内翻/外翻方面稳定器械。(在另一些实施例中，可以在该区域内设置成形为例如连续凸条或线段的身体构造接触部分)。
不过与上述教导相反，还可以设想将更大的接触部分设置在具有更大轮廓设计的区域(例如髁间窝或滑车沟)内并且将更小的接触部分设置在具有更少轮廓设计的区域(例如股骨髁)内。作为一个示例，图18B中示出的实施例包括邻接髁间窝的马蹄形接触部分46和邻接滑车沟的大接触部分48。相比之下，更小的接触部分50被设置为邻接更少轮廓设计的髁部。
图19示出了患者匹配外科手术器械的另一个实施例，其中包括根据器械轮廓改变形状的身体构造接触部分。在该实施例中，接触部分52和54基本为矩形(但是可以改变尺寸和/或高度)，而接触部分56基本为锥形。不同形状的接触部分用于外科手术器械和患者身体构造之间的不同类型的接触。例如，矩形接触部分52用于与患者身体构造加大的面接触，狭窄的接触部分54提供嵌套在滑车沟内的线接触(或基本上线接触)，而锥形的接触部分56用于与患者身体构造的点接触(或基本上点接触)。身体构造接触部分的形状可以被选择用于提供与患者身体构造中特定部分的特定类型接触。例如，窄的矩形和/或楔形接触部分(例如接触部分54)可以被选择用于跟患者远端股骨的滑车沟相配合。相比之下，尽管是在股骨髁的一个或多个离散区域内，较宽的矩形接触部分也52可以被选择用于提供靠向股骨髁的最大面接触。锥形接触部分56可以在需要减少由CAD建模功能所需的图像数据分段的数量时被选择。
另外，图19示出了身体构造接触部分的分布(或密度)可以根据器械的轮廓而改变。在图19中，更大量的身体构造接触部分都集中在具有较大轮廓的器械区域内。因此，接触部分54和56被定位成邻接器械的髌骨-股骨槽和髁间窝部分(具有较大轮廓的区域)，而接触部分52被设置为邻接股骨髁部分(具有相对较少轮廓的区域)。仅有两个接触部分52，但是有多于两个的接触部分54和56。
图20示出了概念性表示患者身体构造和另一个外科手术器械实施例的接触部分之间的基本上点接触的若干箭头。在图20的实施例中，箭头表示在患者身体构造中具有更多轮廓的区域附近通常有更多的接触点。
不过与上述教导相反，还可以设想有更大量的身体构造接触部分集中在器械中具有较少轮廓的区域内。因此，邻接器械中股骨髁部分的区域与邻接器械中髁间窝部分的区域相比可以设有更多的身体构造接触部分。用这种方式，身体构造接触部分(至少在某些实施例中)被集中在不太可能存在分段误差的区域内即更大的轮廓更少的区域内而不是具有更大量轮廓的区域内。由于常规的患者扫描(例如MRI)包括通过约为2-4mm的间隔分开的二维图像切片编辑，因此插值算法或其他方法被用于近似图像数据切片之间的身体构造几何形状。通过关注在二维图像切片间几何形状变化更小的区域内的接触部分，器械的贴合即可得到改善。
图21和图22示出了其中身体构造接触部分是基本上线接触的实施例。基本上线接触可以(至少在二维以内)相对较直，或者可以具有至少一个弯曲段。因此，在图21所示的实施例中，提供了一种“S形”接触部分58，它提供了与患者身体构造的更大接触并且还可以增强内部和外部的旋转稳定性。如图所示，还可以有比S形部分58更加线性的其他接触部分60，接触部分60可以定位成邻接器械的髁部。如果需要，这两个接触部分60可以被成形为基本遵循髁部的顶点轮廓。
图21中所示的身体构造接触部分58和60是离散的，原因在于它们具有并未彼此连接的第一端和第二端。在图22所示的实施例中，身体构造接触部分彼此连接。因此就提供了一种包括多条彼此连接的线段64的“华夫饼干形”接触部分62以及一种包括在其末端相连的单条曲直线线段的“环形”接触部分66。如果需要，环形接触部分66可以定位成邻接器械的髁部以使患者的髁部“嵌套”在环形接触部分66内。任何其他类型的包括多条线段和/或椭圆或环形线段的开口或格网样式也都落在本发明的保护范围以内。
图21和22中所示和介绍的身体构造接触部分不但可以匹配患者身体构造的凹部(例如滑车沟或髁间窝)，而且也可以匹配身体构造中相对于其他身体构造位置凸出的部分(例如内侧和外侧的远端髁部)。身体构造接触部分可以匹配患者身体构造的关节或非关节部分。如果需要，一个或多个离散的基本上点接触部分(例如图19中的接触部分56)可以与图21和22中所示的线段接触部分一起设置。
图23和24示出了其中身体构造接触部分68更多地集中在器械和/或导引结构(例如但不限于接纳固定销的孔72或接纳切割器械的贯通槽74)的周边区域70内的实施例。不必在所有实施例中身体构造接触部分都完全围绕外科手术器械的周长延伸。更确切地说，接触部分可以仅围绕一部分周长延伸。另外，不必让身体构造接触部分完全围绕导引结构延伸(例如接触部分可以仅位于贯通槽的顶部)，或者接触部分不必围绕每一个导引结构延伸(可以仅有部分导引结构设有接触部分)。
在这样的周边区域内定位身体构造接触部分可以在将器械安置到患者身体构造上时或者在医生使用导引结构时(例如在贯通槽接纳用于切割骨的切割器械时)提高器械的稳定性。在图23所示的实施例中，身体构造接触部分68是形状类似于矩形或楔形的非连续凸条。(当然也可以设置为其他的形状例如圆柱形、圆锥形、球形、棱锥形或本文中介绍的任意其他形状。)在图24中提供了围绕器械周长70延伸的基本完全连续的单个身体构造接触部分68。如果需要，可以将另外的身体构造接触部分设置在患者匹配器械的中心区域内。
另外，图24示出了在某些实施例中外科手术器械的部分(例如某个部分76)可以“中空”以使其通过侧壁78界定，其上缘界定器械的接触部分68。在图24中，外科手术器械的下半部分是中空的，而上半部分则是非中空的。在下半部分，身体构造接触部分68伸入外科手术器械内并定义中空的下半部分的侧壁78。因此，器械的下半部分看起来像杯子，其中杯的唇缘构成身体构造接触部分68。在另外的实施例中，整个外科手术器械都可以是中空的。
本文中介绍的任意或全部的身体构造接触部分均可具有纹理以提高患者匹配器械的整体稳定性。例如，纹理可以包括增大患者身体构造和患者匹配器械之间摩擦的锯齿、点、交叉口、凹槽、凸条、凸起或倒刺等。在某些实施例中，纹理至少略微刺入患者的软组织或其他身体构造，这样在某些实施例中即可补偿在具有更大量软组织的区域内可能出现的分段误差。在某些实施例中，可能希望将有纹理的部分设置在器械和/或导引结构的周长附近。如果需要，髁部和前部的中心区域(有较多的硬组织例如骨位于此处)可以为了最佳贴合而保持光滑。
图25示出了患者匹配外科手术器械的一个实施例，其中包括位于器械凹部(或非接触部分)34内的柔顺材料36。根据本文中介绍的至少部分实施例，在将具有身体构造接触部分的外科手术器械靠向患者身体构造放置时，可以在身体构造和器械中并不接触身体构造的凹部(例如图25中的34)之间留有间隙或空间。间隙可以给出非吻合贴合的感知，而且间隙还可以造成器械的不稳定性。因此，可以在外科手术器械的凹部内设置至少一个柔顺部分。在某些实施例中，柔顺部分完全填充相应的凹陷区域，而在另一些实施例中，柔顺部分(如图25中所示)仅填充一部分凹陷区域。柔顺部分可以包括压向并且至少部分地采用患者身体构造的形状填充否则就会存在于离散的身体构造接触部分之间的间隙的硅树脂材料、聚合物膜、纱布、油灰或面团。柔顺部分与身体构造接触部分一起可以在某些实施例中近似患者身体构造的连续镜像表面。因此，柔顺部分提供的优点是仅具有非连续身体构造接触部分的外科手术器械具有连续镜像表面(例如稳定性)。柔顺部分可以在外科手术前或外科手术期间利用粘合剂、机械紧固件、焊接等手段联接至外科手术器械。可选地，柔顺部分可以简单地设置在凹部内而无需用任何结构或物质将韧性部分联接至器械。在某些实施例中，柔顺材料例如聚合物可以在器械制成之后注入器械的凹部内。
患者匹配外科手术器械的各种实施例可以在凹部内采用不同的柔顺材料填充深度为特征。例如，在一个实施例中，柔顺材料可以填充凹部直至周围身体构造接触部分的高度；但是，在另一些实施例中，柔顺材料可以低于周围身体构造接触部分的高度或者高于周围身体构造接触部分的高度。在柔顺材料的填充高度低于周围身体构造接触部分的高度的实施例中，可以有助于看到器械在身体构造上的贴合情况。在柔顺材料与周围的身体构造接触部分平齐的实施例中，柔顺材料也可以接触身体构造并且至少为器械/身体构造的相互作用增加一定程度的稳定性。在柔顺材料的填充高度高于周围身体构造接触部分的高度的实施例中，将器械压到身体构造上可以促使柔顺材料扩展以填充凹部。在至少部分这样的实施例例如柔顺材料高于周围身体构造接触部分的实施例中，柔顺材料可以通过将器械销接至身体构造而固定就位。在各种实施例中，柔顺材料可以在器械和身体构造之间提供更大的摩擦以使器械在身体构造上的位置和取向进一步在销接过程期间得以保持。
在某些实施例中，柔顺材料可以(部分或全部地)在被更加集中设置在用于接触骨身体构造的区域(例如股骨切割导引器的面向身体构造的侧面的相对前上部)内并且身体构造接触部分可以(部分或全部地)在被更加集中设置在构造成用于接触软骨身体构造的区域(例如股骨切割导引器的髁部和其他区域)内。在另一些实施例中，柔顺材料和身体构造接触部分的其他(规则或不规则)分布也是可行的。
图9-14示出了在此情况下是胫骨切割导引器80的患者匹配外科手术器械的实施例。示出的胫骨导引器80包括用于引导锯条(或者在另一些实施例中用于引导其他类型外科手术工具例如铣刀钻头、骨凿、钻孔器、导线或销钉等)的导引部分82。尽管并未示出，但是在某些实施例中外科手术器械可以具有用于连接引导外科手术工具所用模块的特征而不是将外科手术导引器直接包含在工具内。图9-14中示出的胫骨导引器80还包括用于接纳销钉或其他紧固件以供将器械固定至患者的几个孔84。
图9-14中示出的胫骨切割导引器80的导引部分82部分地从其他部分悬臂式伸出，并且可以被构造用于一定程度上接触患者的身体构造或者可以被构造用于越过相对于器械的身体构造接触部分的患者的身体构造。在图示的特定实施例中，正如图11中清楚可见的那样，导引部分82的悬臂式伸出的部分并未被设置为直接接触患者的身体构造，而导引部分82的中间部分则确实在胫骨切割导引器80的面向身体构造的侧面上包括身体构造接触部分86。
在图9-14的实施例中，胫骨切割导引器80还包括两个叶板88，它们的一部分是用于接触近端胫骨的上部。在图示的特定实施例中，两个叶板88被设置用作靠近胫骨踝间棘地接触近端胫骨平台的内侧和外侧关节区域上的点，不过在另一些实施例中叶板也可以被设计用于接触身体构造的其他部分。如图9所示，标记90可以被设置在器械上用于无限制性地指示相对机械轴线对齐、尺寸、患者数据、与待执行外科手术相关的数据、关于器械取向的数据或医生数据。
图9-14中的胫骨切割导引器80与图1-8中的股骨切割导引器的类似之处在于它也在器械的面向身体构造的侧面上采用了身体构造接触部分(在此为凸条86)。图示的身体构造接触部分86被设置用于在器械和患者的胫骨和/或软骨之间建立花键接触，不过身体构造接触部分的多种其他类型、布置方式和分布也是可行的。器械的前部92被构造用于部分接合与邻近前皮质且在胫骨结节的1/3的内侧的皮质骨。图示的花键接触基本上围绕器械的前部92和远端叶板部分88均匀分布；但是，如上所述，身体构造接触部分也可以随机化或者用某种其他的预定非均匀方式分布。而且，如前所述，每一个身体构造接触部分的数量、位置、取向、尺寸、宽度、轮廓、连续性和形状均可根据需要改变以优化与特定患者的特有身体构造的相互作用或者用于其他目的。
图15-16示出了患者匹配的胫骨切割导引器94的另一个实施例，其中身体构造接触部分是若干基本上点接触96。如图所示，每一个点接触96都在其尖端包括用于与患者身体构造上的点相接触的垫片。在某些实施例中，垫片可以基本为正方形，并且尺寸范围在某些实施例中可以是从0.1到10平方毫米(沿正方形的侧边测量)，在某些实施例中可以是从0.5到5平方毫米，并且在某些实施例中可以是从1到3平方毫米。图46和47示意性地示出了具有不同尺寸垫片(分别为102和104)的其他患者匹配器械(分别是股骨切割导引器98和100)。在某些实施例中，垫片不是正方形，而是可以采用另外的形状例如圆形、三角形、矩形、其他的多边形或其他形状。在某些实施例中，基本上点接触不是垫片，而是在唯一的点或数量非常有限的点接触身体构造。例如，在某些实施例中，每一个基本上点接触都可以具有仅在单个点或数量非常有限的点接触身体构造的圆化顶点或锋锐顶点(与图示的平坦顶点相反)。在某些实施例中，每一个基本上点接触都可以确定多个尖端，其中每一个都以有限数量或唯一的点接触身体构造。
图17A-17C示出了患者匹配外科手术器械另外的实施例。图17A示出的胫骨切割导引器106类似于图15-16所示之处在于身体构造接触部分108被设置在叶板110和前部112上作为多个基本上点接触(这些点接触如前所述可以采用各种形式，包括但不限于在器械和患者身体构造之间建立基本上点接触的一系列凸起、圆头、刺突、锥头、柱体、多面体(例如三角形、菱形、棱锥形的多面体)或者其他的几何形状或结构)。但是，如图17A所示，前部112的中心区域114缺少/具有较低集中度的身体构造接触部分108，而较高集中度的身体构造接触部分108被设置在前部112的周边或周长以及器械在导引结构116附近的区域。图17B和17C示出了用于胫骨的定制外科手术器械的其他实施例-每一种都包括具有一种类型身体构造接触部分的第一区域以及包含另一种类型身体构造接触部分的第二区域。具体地，图17B示出的实施例中器械的叶板包括被构造用于跟患者特有身体构造基本上点接触的凹坑118，并且定制外科手术器械的前部包括被构造用于相对于患者身体构造呈现花键/基本上线接触的凸起花键120。图17C示出的实施例中患者匹配外科手术器械的前部包括被构造用于提供一系列与患者特有身体构造基本上点接触的凹坑122，并且定制外科手术器械的叶板包括被构造用于相对于患者身体构造呈现花键/基本上线接触的凸起花键124。
图26-35根据某些实施例示出了与构建本文中图示和介绍的部分患者匹配外科手术器械相关联的各种方法步骤。尽管方法步骤是结合患者的远端股骨进行图示和介绍，但是应该注意到各种方法步骤可以无限制性地应用于患者身体构造的任意部分。另外，以上针对图1-25讨论的患者匹配外科手术器械实施例以及本公开范围内其他的患者匹配外科手术器械实施例并非必须用图26-35所示方法实施例来构建，而是可以用多种其他的方式进行构建。而且，以下图示和介绍的方法可以被用于构建不同于图1-25所示的患者匹配外科手术器械。
通常，图26-35所示的非限制性实施例包括：(1)构建、获取或以其他方式访问所关注的患者身体构造的数字或其他形式的三维模型；(2)向骨模型的各个部分应用一个或多个网格或格网覆盖层；(3)执行清扫功能以改进网格或格网覆盖层从而建立几何结构以在患者专用器械的面向身体构造的侧面上定义作为身体构造接触部分的区域和不作为身体构造接触部分的区域；(4)将改进的覆盖层与骨模型融合；然后(5)向改进的骨模型应用过尺寸的坯料以识别出要去除的坯料部分(在某些实施例中是要去除的虚拟坯料部分)以使患者匹配的身体构造接触部分得以形成或以其他方式出现或建立，从而用于确定患者匹配器械。图48示意性地示出了一个方法实施例，包括访问三维身体构造模型(1002)，改进身体构造模型(1004)，利用改进的身体构造模型来改进器械坯料(1006)，将改进的器械坯料输出至生产设备(1008)，然后生产外科手术器械(1010)。
图26示出了利用通过常规手段例如但不限于磁共振成像、x射线(包括数字x射线)、超声波或其他技术从患者处获得的三维成像数据构建第一身体构造模型126的方法步骤。在某些实施例中，基于非图像的技术可以被用于获得关于所关注身体构造的三维结构的充足数据以允许构建根据本公开的患者匹配的器械。在某些实施例中，第一身体构造模型不是所关注身体构造特定部分的完整模型，而仅仅是所关注身体构造中某些关键或需要的身体构造点或身体构造部分的模型。第一身体构造模型126可以电存储在计算机存储器内并导入计算机辅助设计(CAD)软件包或其他类型的设计软件包。
图27A示出了构建第一网格结构128并将其应用至第一身体构造模型126的第一部分的方法步骤。在某些实施例中，第一网格结构128(通过其自身或者与其他网格结构相结合)确定或至少大致对应于患者匹配器械的身体构造接触部分以及散布在这些身体构造接触部分中的凹部的数量、位置和/或取向中的某些方面。尽管图27A中所示的网格结构128的特征可以在于由正方形的均匀格网样式确定，但是网格结构也可以具有任意的几何形状、尺寸、多孔性或密度，包括梯度密度或多孔性。网格结构可以均匀分布，或者可以本质上随机分布，或者以其他方式具有预定的样式。图27A中示出了前部网格结构128的一个实施例，用于应用至或投影到或“包裹围绕”图26中所示第一模型126的前部外表面(在此是远端股骨，“前部外表面”邻接滑车沟、前皮质和周围的关节面)。
图27B示出了构建第二网格结构130并将其应用至图26中第一身体构造模型126的第二部分的方法步骤。如前所述，网格结构可以具有任意的几何形状、尺寸、多孔性或密度，包括梯度密度或多孔性。网格结构可以均匀分布，或者可以本质上随机分布，或者以其他方式具有预定的样式。图27B中示出了远端网格130的一个实施例，用于应用至或以其他方式投影到或“包裹围绕”第一模型126的一个或多个下表面(在此邻接图26中所示第一骨模型126的髁部和髁间窝)。
图27C示出了构建第一网格结构128和第二网格结构130并将第一和第二网格结构分别应用至(例如图26中)第一身体构造模型126的第一和第二部分的方法步骤。第一网格结构128和第二网格结构130可以合并为一个同质的网格结构，或者网格结构可以保持独立和差异以使得可以将不同的清扫功能应用于每一个网格结构从而在第一身体构造模型126的不同部分上形成不同的身体构造接触部分外形。如图27C所示，网格结构128和130可以彼此交叠，不过在另一些实施例中它们可以不被设计为在应用至第一身体构造模型126时交叠。
图27D示出了确定外科手术器械坯料132相对于第一身体构造模型126的交叉的方法步骤实施例。如图27D所示并且正如以下更加详细介绍的那样，外科手术器械坯料132(可以根据个别患者设置尺寸或者对所有患者尺寸“通用”)与包括第一和/或第二网格结构128和130(或者在另一些实施例中是其他数量和组合的网格结构)的第一身体构造模型126虚拟融合。坯料132和第一身体构造模型126之间的交叉定义了交叉周长134(也就是虚拟融合的坯料和第一身体构造模型之间的界面边界)。交叉周长134在图27D中被示出为叠加在第一网格结构128和第二网格结构130上。在某些实施例中，网格结构被以避免用单独的步骤确定坯料和第一身体构造模型126之间的交叉这样的方式设计(或者以其他方式改进所述方法)。
图28-31示出了对网格结构执行一种或多种清扫功能以构建扩展网格结构136的方法步骤。一种或多种清扫功能可以在将网格结构128和130应用至第一身体构造模型126之前或之后执行。在另一些实施例中，执行清扫功能是不必要的，并且网格结构的几何形状可能已经包括了不同于简单线条或格网的几何形状以使得不必再“扩展”线条格网。在图28-31所示的实施例中，在执行了一种或多种清扫功能之后，得到的扩展网格结构136的体积和第一身体构造模型126被合并以建立改进的第一身体构造模型138。图28中示出了在网格结构已通过CAD软件内的一种或多种清扫功能扩展之后，一部分改进的第一身体构造模型138包含了图27A中示出的第一前部网格结构128以及图27B中示出的第二远端网格结构130。得到的第一和第二扩展网格结构的体积如图所示与图26中示出的第一身体构造模型126的体积合并。在图28所示的实施例中，在扩展的网格结构已经与身体构造模型126合并之后，改进的第一身体构造模型138内留下的缺口即可(至少部分地)对应患者匹配外科手术器械的身体构造接触部分的位置、尺寸、几何形状和其他方面。
在某些实施例中，清扫功能可以应用于跟骨模型合并的第一网格结构，然后再将相同或不同的清扫功能应用于跟骨模型合并的第二网格结构。在另一些实施例中，第一和第二网格结构可以都应用相同或不同的清扫功能并随后同时与骨模型合并。对本领域技术人员来说显而易见的是这些方法步骤的其他组合或不同顺序也是可行的并且落在本文中所述可行实施例的范围内。
应该注意的是尽管被应用到图28所示的第一和第二网格结构128和130的清扫功能包括平坦的矩形截面，但是其他的截面几何形状也可以应用于本文所述的网格结构。例如，三角形、多边形、圆形、椭圆形、不规则形状或者其他的截面形状或轮廓均可应用于网格结构以获得不同的改进的第一身体构造模型。而且，不同的清扫功能可以应用于网格结构中的每一条线路、每一块面积、每一个区域、支柱或区段以获得不规则或不对称的改进第一身体构造模型。因此，附图仅仅是示出了改进的第一骨模型的多种可行排列中的一种特定实施例。
图29示出了将图27B中的第二(远端)网格结构130叠加在图28中改进的第一身体构造模型138上。图30示出了将图27A中的第一(前部)网格结构128叠加在图28中改进的第一身体构造模型上。图31根据某些实施例进一步示出了图28中改进的第一身体构造模型138。
在某些实施例中，施加一个或多个网格结构和/或执行一种或多种清扫功能的步骤是不必要的，并且“改进的”身体构造模型可以根据患者身体构造的图像直接建立。例如，在某些实施例中，获取、控制和/或处理患者身体构造相关数据的软件或其他机制可以被编程或操作为使得所关注的身体构造中只有一些有限的部分被成像，这些部分对应于患者匹配器械的身体构造接触部分被定位的区域。
图32A和33A根据某些实施例示出了外科手术器械坯料140。在图示的特定情况下，坯料140被构造用于供远端股骨使用。坯料通常在体积上为过大尺寸以使其可以与改进的第一身体构造模型例如图26-31所示的改进第一身体构造模型138融合。随后，改进的第一身体构造模型138的体积可以从坯料140的体积中去除以产生根据本发明实施例的患者匹配外科手术器械。但是，在另一些实施例例如但不限于先前段落讨论的可选实施例中，坯料通常可以是过小尺寸以使得不是从中去除材料(或“虚拟”材料)来构建患者匹配器械，而是向其中添加材料以在器械中面向身体构造的一个或多个面上确定患者专用的身体构造接触部分。
图32A示出了患者匹配外科手术器械坯料140的俯视图，而图33A示出了坯料140的后部等距视图。在两图中都叠加有虚拟交叉边界142，其表示坯料140和图28中改进的第一身体构造模型138之间的体积交叉的外边界。
图32B和33B示出了图32A中的外科手术器械坯料140，但是代替叠加在其上的虚拟交叉边界，第一网格结构128被示出为相对于坯料140叠加，此时是被应用至第一身体构造模型126的第一部分。在图示的特定情况下，第一网格结构128是(如图27A所示)的前部网格结构，被应用至第一身体构造模型126中表示远端股骨前部的部分。
图32C和33C示出了图32A中的外科手术器械坯料140，其中第二网格结构130被相对于坯料140叠加，此时是被应用至第一身体构造模型126的第二部分。在图示的特定情况下，第二网格结构130是(如图27B所示)的远端网格结构，被应用至第一身体构造模型126中表示远端股骨的远端髁部和髁间部的部分。
图34和35示出了将外科手术器械坯料140与改进的第一身体构造模型138融合，并随后从外科手术器械坯料140的体积中去除所述改进的第一身体构造模型138的体积的方法步骤。在CAD软件包内的去除功能期间，外科手术器械坯料140基本上被转化为患者匹配的外科手术器械，具有例如在图1-25中示出并予以说明的一个或多个身体构造接触部分。
图36-38示出了改进的第一身体构造模型144的可选实施例，类似于构建图1-8中所示具有身体构造接触部分28的患者匹配外科手术器械10所用的身体构造模型。
图39示出了将外科手术器械坯料146与图36-38中所示改进的第一身体构造模型144融合然后再从外科手术器械坯料146中扣除所述改进的第一身体构造模型144的体积的方法步骤。在CAD软件包内执行了去除功能之后，坯料146就被转化为类似于图1-8中所示的患者匹配外科手术器械。
图40示出了将第一和第二外科手术器械坯料148和150分别与改进的第一和第二身体构造模型152和154同时融合的方法步骤。在图示的特定实施例中，第一改进身体构造模型152是集成有紧密交织的圆柱形支杆或管构成的多个扩展网格结构的远端股骨模型，其底片确定出外科手术器械上患者专用垫片的几何形状和位置。第二改进身体构造模型154是集成有紧密交织的圆柱形支杆构成的多个扩展网格结构的近端胫骨模型。
图41根据图40所示实施例示出了改进的第一和第二身体构造模型152和154。针对已被应用至、投影至或“包裹围绕”第一和第二身体构造模型上的多个网格结构执行一种或多种清扫功能。在图示的特定实施例中，选择小半径的圆柱体作为应用于网格结构内每一个支杆的截面轮廓，已经选择远端股骨作为第一身体构造模型并且已经选择近端胫骨作为第二身体构造模型。如图中所示，清扫功能不必应用于整个网格结构和/或网格结构的交叠部分。更确切地说，在某些情况下可能希望仅在网格结构的选定区域内执行清扫功能。在某些情况下，例如对于图17A所示的实施例，可能希望增加网格结构中一些部分(例如网格结构中心区域)的尺寸或截面几何形状，目的是为了从患者匹配外科手术器械的期望区域错开、移开或有效去除一些身体构造接触部分108。
图42A示出了用于构建图40和41中所示改进的第一身体构造模型152的第二网格结构156(加粗示出)。在图示的特定实施例中，第二网格结构156是远端股骨网格结构，被应用至邻接髁部和髁间部区域的远端股骨身体构造模型。
图42B示出了用于构建图40和41中所示改进的第一身体构造模型152的第一网格结构158(加粗示出)。在图示的特定实施例中，第一网格结构158是前部股骨网格结构，被应用至邻接股骨前皮质和滑车沟的远端股骨身体构造模型的前部。
图43A示出了用于构建图40和41中所示改进的第二身体构造模型154的第二网格结构160(加粗示出)。在图示的特定实施例中，第二网格结构160是近端胫骨网格结构，被应用至邻接胫骨平台的内侧和外侧沟部的近端胫骨身体构造模型。
图43B示出了用于构建图40和41中所示改进的第一身体构造模型154的第一网格结构162(加粗示出)。在图示的特定实施例中，第一网格结构162是前部胫骨网格结构，被应用至邻接胫骨结节的近端胫骨模型的前皮质部分。
图44和45进一步示出了将第二外科手术器械坯料150与改进的第二身体构造模型154融合并随后从第二外科手术器械坯料150的体积中去除所述改进的第二身体构造模型154的体积以建立患者匹配外科手术器械模型的方法步骤。在图示的特定实施例中，患者匹配的外科手术器械是类似于图15-16中所示的定制胫骨切割夹具。图44和45是源于图40，为了清楚起见仅示出了改进的第二身体构造模型154和第二外科手术器械坯料150。
在某些实施例中，可以利用单机或联网的计算机设备执行上述的一项或多项步骤。这样的计算机设备在某些实施例中可以包括存储器、处理器和输入/输出特征，这样即可有助于执行至少部分上述步骤，包括建立一个或多个骨模型，向这些骨模型应用一张或多张网格，对加至骨模型的网格执行清扫功能，将坯料融合至改进的骨模型，执行去除功能以确定患者专用器械和其他功能。在某些实施例中，计算机设备可以包括数据库或者可以与数据库相关联，数据库中存储有一个或多个网格结构、坯料的相关数据或其他数据。某些实施例可以包括通信功能以允许医生远程上载关于患者身体构造的信息和/或参与或者能够提供关于患者专用器械的反馈。
尽管图示和介绍的器械和方法通常被图示为被构造用于在膝关节成形术中使用，但是应该预见到各种身体构造接触部分及其在本文中介绍的各种样式均可应用于构造成供其他手术使用的外科手术器械。例如，所述器械及其制造方法的特征可以与构造用于接触股骨头、髋臼、关节窝、肱骨、桡骨、尺骨、腓骨、胫骨、近端股骨、脚、脚踝、手腕、四肢或者其他骨或软骨区域中一部分的外科手术器械一起使用。
由于可以对以上参照对应附图介绍的示范性实施例进行各种改进而并不背离本文中所介绍发明的保护范围，因此应该意识到以上的说明和附图图示中包含的所有内容都应被解读为说明性而非限制性的。由此，本发明的广度和保护范围不应受到任何上述示范性实施例的限制。

Claims (22)

1.一种匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术器械，包括：
(a)面向身体构造的侧面；
(b)其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分，多个身体构造接触部分被构造用于匹配特定患者的身体构造；
(c)其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的凹部，其中多个凹部相对于身体构造接触部分中邻接多个凹部的部分凹陷；
(d)其中多个身体构造接触部分是以下情况中的至少一种：
(i)非均匀分布；
(ii)形状不一致；或者
(iii)表面积不一致。
2.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，进一步包括位于多个凹部中的至少一个凹部内的柔顺材料。
3.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中多个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积并且其中至少一个凹部定义了面向身体构造的侧面的第二总面积；其中第二总面积大于第一总面积。
4.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械是股骨切割导引器，其中面向身体构造的侧面包括髌骨-股骨槽部、髁间窝部、内侧髁部和外侧髁部；其中多个身体构造接触部分包括邻接髌骨-股骨槽部的至少一个身体构造接触部分、邻接髁间窝部的至少一个身体构造接触部分、邻接内侧髁部的至少一个身体构造接触部分以及邻接外侧髁部的至少一个身体构造接触部分。
5.如权利要求4所述的患者匹配外科手术器械，其中邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的总面积大于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的总面积。
6.如权利要求4所述的患者匹配外科手术器械，其中邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的总面积小于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的总面积。
7.如权利要求4所述的患者匹配外科手术器械，其中邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的密度大于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的密度。
8.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中多个身体构造接触部分包括定义面接触的至少一个身体构造接触部分。
9.如权利要求8所述的患者匹配外科手术器械，其中多个身体构造接触部分进一步包括定义基本为线接触的至少一个身体构造接触部分。
10.如权利要求8所述的患者匹配外科手术器械，其中多个身体构造接触部分进一步包括定义基本为点接触的至少一个身体构造接触部分。
11.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更高。
12.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更低。
13.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中多个身体构造接触部分中至少有一个沿着面向身体构造的侧面的周边延伸。
14.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械是包括内侧叶板和外侧叶板的胫骨切割导引器，内侧叶板包括至少一个身体构造接触部分，外侧叶板也包括至少一个身体构造接触部分。
15.如权利要求1所述的患者匹配外科手术器械，进一步包括延伸穿过患者匹配外科手术器械的导引器。
16.如权利要求15所述的患者匹配外科手术器械，其中导引器是包括至少一个平面的贯通槽。
17.一种匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术器械，包括：
(a)面向身体构造的侧面；
(b)其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分，多个身体构造接触部分被设置用于匹配特定患者的身体构造；
(c)其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的凹部，其中多个凹部相对于身体构造接触部分中邻接多个凹部的部分凹陷；并且
(d)其中多个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积且其中多个凹部确定了面向身体构造的侧面的第二总面积；其中第二总面积大于第一总面积。
18.如权利要求17所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械是股骨切割导引器，其中面向身体构造的侧面包括髌骨-股骨槽部、髁间窝部、内侧髁部和外侧髁部；其中多个身体构造接触部分包括邻接髌骨-股骨槽部的至少一个身体构造接触部分、邻接髁间窝部的至少一个身体构造接触部分、邻接内侧髁部的至少一个身体构造接触部分以及邻接外侧髁部的至少一个身体构造接触部分。
19.如权利要求18所述的患者匹配外科手术器械，其中邻接髌骨-股骨槽部和髁间窝部的身体构造接触部分的总面积大于邻接内侧髁部和外侧髁部的身体构造接触部分的总面积。
20.如权利要求17所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更低。
21.如权利要求17所述的患者匹配外科手术器械，其中患者匹配外科手术器械中面向身体构造的侧面包括相对较大轮廓的区域和相对较低轮廓的区域，其中多个身体构造接触部分的集中度在相对较大轮廓的区域内比在相对较低轮廓的区域内更高。
22.一种匹配特定患者身体构造的患者匹配外科手术器械，包括：
(a)面向身体构造的侧面；
(b)其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的身体构造接触部分，多个身体构造接触部分被构造用于匹配特定患者的身体构造；
(c)其中面向身体构造的侧面包括多个离散的物理分离的凹部，其中多个凹部相对于身体构造接触部分中邻接多个凹部的部分凹陷；
(d)其中多个身体构造接触部分是以下情况中的至少一种：
(i)非均匀分布；
(ii)形状不一致；或者
(iii)表面积不一致；并且
(e)其中多个身体构造接触部分定义了面向身体构造的侧面的第一总面积且其中多个凹部定义了面向身体构造的侧面的第二总面积；其中第二总面积大于第一总面积。
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