CN103068328A - 定制的患者专用髋臼整形外科手术器械及其使用和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定制的患者专用髋臼整形外科手术器械。本发明还公开了一种用于制造和使用所述整形外科手术器械的方法。根据本公开的一个方面，公开了有利于将髋臼杯假体植入患者的髋骨中的定制的患者专用整形外科器械。定制的患者专用整形外科器械包括定制的患者专用髋臼扩孔导向器，定制的患者专用髋臼扩孔导向器包括具有限定圆柱形通道的内表面的环形主体、以及从环形主体延伸的多个臂。
Description
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2010年8月12日提交的美国专利申请No. 12/855,363的优先权，据此将该专利申请全文以引用方式并入。
另外还交叉引用2009年8月18日提交的并且以引用方式明确并入本文的美国专利申请No.
12/543,156。
技术领域
本公开整体涉及定制的患者专用整形外科手术器械，更具体地讲本公开涉及定制的患者专用髋臼整形外科手术器械。
背景技术
关节成形术是一种熟知的外科手术，可通过关节成形术来用假体关节置换患病和/或损坏的自然关节。例如，在髋关节成形术外科手术中，利用假体髋关节来置换患者的自然髋关节。典型的假体髋关节包括髋臼整形外科假体和/或股骨头整形外科假体。典型的髋臼整形外科假体包括被固定到患者自然髋臼的髋臼杯以及相关联的聚合物/陶瓷/金属支承件或环。
为了有利于用髋臼整形外科假体来置换自然关节，整形外科医生可使用多种整形外科手术器械，例如扩孔钻、钻孔导向器、钻、和/或其他外科手术器械。通常，这些整形外科手术器械相对于患者来讲是通用的，使得可在相似的整形外科手术中对多个不同的患者使用同样的整形外科手术器械。
发明内容
根据本公开的一个方面，公开了用于有利于将髋臼杯假体植入患者的髋骨中的定制的患者专用整形外科器械。定制的患者专用整形外科器械包括定制的患者专用髋臼扩孔导向器，所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器包括具有限定圆柱形通道的内表面的环形主体、以及从环形主体延伸的多个臂。环形主体和多个臂中的每个包括向骨表面，所述向骨表面具有定制的患者专用负外形以容纳患者的髋骨的对应正外形。圆柱形通道基于当将假体植入患者的髋骨中时的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于环形主体的向骨表面取向的纵向轴线。
在一些实施例中，定制的患者专用髋臼扩孔导向器可还包括能够固定到环形主体的导向器外壳，并且导向器外壳可具有限定纵向通道的第二内表面，所述纵向通道的尺寸设定成容纳髋臼扩孔钻外科工具。另外，在一些实施例中，导向器外壳可包括限深器以限制髋臼扩孔钻外科工具沿纵向轴线运动。在一些实施例中，环形主体可具有被限定在环形主体中的狭槽，并且导向器外壳可具有从其下端延伸的凸缘。凸缘的尺寸可设定成被容纳在环形主体的狭槽中，以将导向器外壳固定到环形主体。
在一些实施例中，当从顶部平面图中观察时，可在多个臂中的每个臂之间相对于多个臂中的另一个相邻臂限定角度，并且所述角度中的每个可具有不同于任何其他角度的量级。另外，在一些实施例中，多个臂可包括从环形主体延伸的至少三个臂。在一些实施例中，多个臂中的至少一个的向骨表面的定制的患者专用负外形可容纳患者的髋骨中的髂骨的对应正外形。在一些实施例中，多个臂中的每个臂可包括如下表面，所述表面限定贯穿延伸的孔，所述孔的尺寸设定成容纳骨针。
在一些实施例中，环形主体的向骨表面的定制的患者专用负外形可容纳患者的髋骨的髋臼边缘的对应正外形。在一些实施例中，环形主体的圆柱形通道的尺寸可被设定成容纳髋臼扩孔钻外科工具。
根据另一个方面，定制的患者专用整形外科器械包括定制的患者专用髋臼扩孔导向器，所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器包括导向器主体和可固定到导向器主体的导向器外壳。导向器主体包括向骨表面和内表面，所述向骨表面具有定制的患者专用负外形以容纳患者的髋骨的对应正外形，所述内表面限定贯穿延伸的圆柱形通道，所述圆柱形通道基于当将髋臼杯假体植入患者的髋骨中时的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于所述向骨表面取向的纵向轴线。导向器外壳包括限深器，所述限深器限制髋臼扩孔钻外科工具沿纵向轴线运动。
在一些实施例中，导向器主体可包括多个臂，并且多个臂中的每个臂可包括向骨表面，所述向骨表面具有定制的患者专用负外形以容纳患者的髋骨的对应正外形。在一些实施例中，导向器主体可具有在导向器主体中垂直于纵向轴线延伸的狭槽，并且导向器外壳可具有从可固定到导向器主体的末端延伸的凸缘。凸缘的尺寸可设定成被容纳在导向器主体的狭槽中，以将导向器外壳固定到导向器主体。
在一些实施例中，定制的患者专用整形外科器械可还包括髋臼扩孔钻外科工具，所述髋臼扩孔钻外科工具可包括至少一个扩孔钻头，所述至少一个扩孔钻头单独地固定到髋臼扩孔钻外科工具的扩孔钻柄。另外，在一些实施例中，扩孔钻柄可包括轴，所述轴具有从其向外延伸的凸缘。当扩孔钻头已行进到相对于导向器主体的向骨表面的预定位置时，凸缘可被定位成接触限深器。在一些实施例中，凸缘可为按压式按钮。在一些实施例中，定制的患者专用髋臼扩孔导向器可由透明材料形成。
根据另一个方面，公开了利用定制的患者专用髋臼扩孔导向器在患者的髋臼上执行整形外科骨扩孔手术以有利于在患者的髋骨中植入髋臼杯假体的方法。所述方法包括定位定制的患者专用髋臼扩孔导向器的导向器主体，使得被限定在导向器主体的向骨表面中的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的对应正外形。导向器主体具有圆柱形通道，所述圆柱形通道基于当将髋臼杯假体植入患者的髋骨中时的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于向骨表面取向的纵向轴线。所述方法还包括将定制的患者专用髋臼扩孔导向器的导向器外壳固定到导向器主体、使髋臼扩孔钻外科工具沿纵向轴线行进到患者的髋臼内、以及利用导向器主体和导向器外壳的圆柱形通道作为髋臼扩孔钻外科工具的导向器来对患者的髋臼扩孔。
在一些实施例中，所述方法可还包括将扩孔钻柄联接到髋臼扩孔钻外科工具的扩孔钻头以及在将导向器外壳固定到导向器主体之前将髋臼扩孔钻外科工具定位在导向器外壳内。另外，在一些实施例中，对患者的髋臼扩孔可包括使扩孔钻头行进到髋臼中预定深度，其中在所述预定深度处，扩孔钻柄的凸缘接触导向器外壳的上端。在一些实施例中，定位导向器主体可包括将导向器主体定位成使得向骨表面的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的髋臼边缘的对应正外形。
在一些实施例中，导向器主体可包括至少一个臂，所述至少一个臂包括具有定制的患者专用负外形的向骨表面，并且定位导向器主体可包括将所述至少一个臂定位在患者的髋骨上，使得所述至少一个臂的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的对应正外形。在一些实施例中，定位导向器主体可包括将所述至少一个臂定位成使得向骨表面的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨中的髂骨的对应正外形。在一些实施例中，所述方法可还包括使用被限定在导向器主体中的孔作为钻孔导向器而在患者的髋骨中钻出多个定位孔、以及将骨针插入穿过多个定位孔中的每个并且插入形成于患者的髋骨中的对应定位孔中的每个中。
附图说明
特别参照以下附图进行详细说明，其中：
图1为用于设计和制造定制的患者专用整形外科手术器械的方法的简化流程图；
图2为定制的患者专用整形外科手术器械的一个实施例的分解透视图；
图3为图2的定制的患者专用整形外科手术器械在装配构型下的透视图；
图4为图2的定制的患者专用整形外科手术器械的导向器主体的透视图；
图5为图2的定制的患者专用整形外科手术器械的导向器主体的顶部平面图；
图6为图3的定制的患者专用整形外科手术器械沿线6-6截取的剖视图；并且
图7为执行髋臼整形外科手术的方法的简化流程图。
具体实施方式
虽然本公开的概念易于具有各种修改形式和替代形式，但本发明的具体示例性实施例已在附图中以举例的方式示出，并且将在本文中详细说明。然而应当理解，本文无意将本发明的概念限制为所公开的具体形式，而是相反，其目的在于涵盖所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”的引用是指所述实施例可包括特定特征、结构、或特性，但每个实施例可不必包括所述特定特征、结构、或特性。此外，这些术语不必指同一实施例。此外，当结合实施例来描述特定特征、结构、或特性时，无论是否进行明确描述均应认为，结合其他实施例来实现这种特征、结构、或特性位于本领域的技术人员的知识范围内。
参见图1，其示出了用于制造定制的患者专用整形外科手术器械的算法10。本文所用术语“定制的患者专用整形外科手术器械”是指外科医生在进行整形外科手术时使用的外科工具，其被设计和构造成供具体患者专用。因此，应当理解，如本文所用，术语“定制的患者专用整形外科手术器械”不同于旨在用于多个不同患者的、标准的、非具体患者专用的整形外科手术器械。另外，应当理解，如本文所用，术语“定制的患者专用整形外科手术器械”不同于经外科手术植入患者体内的整形外科假体，不论是患者专用的还是通用的。相反，定制的患者专用整形外科手术器械是整形外科医生用来辅助植入整形外科假体的。
在一些实施例中，定制的患者专用整形外科手术器械可基于所述器械将被联接到患者的一个或多个骨的位置（例如在靠近髋臼的患者的髋骨区域中）来针对特定具体患者进行定制。例如，在一些实施例中，定制的患者专用整形外科手术器械可包括一个或多个骨接触表面或向骨表面，所述骨接触表面或向骨表面具有与患者的相关骨的一部分的外形相匹配的负外形，这将在下文中参照图2进行更详细的论述。这样，定制的患者专用整形外科手术器械能够以相对于患者的骨解剖结构的独特位置和定位联接到患者的髋骨。也就是说，骨接触表面的负外形能够容纳患者的髋骨的一部分的匹配外形表面。这样，减少了整形外科医生对于患者专用髋臼整形外科手术器械的布置方式作出的猜测和/或术中决策。例如，整形外科医生可不需要为便于放置患者专用整形外科手术器械而定位患者的骨的标志，标志的定位通常需要外科医生进行一定程度的估计。相反，整形外科医生可简单地在独特的位置处将定制的患者专用整形外科手术器械联接到患者的髋骨。当如此联接时，患者专用整形外科手术器械限定相对于髋臼和预期髋臼整形外科假体的特定扭转和倾斜角。
如图1所示，方法10包括步骤12和14，在这些步骤中，整形外科医生制定关于要对患者进行的髋臼整形外科手术的术前计划。步骤12和14彼此可按任何顺序进行，或者同时进行。在步骤12中，生成关于患者的髋臼及周围骨解剖结构的多个医学图像。为此，整形外科医生或其他医护人员可操作成像系统以生成医学图像。医学图像可具体表现为能够用于生成患者的髋臼及周围骨解剖结构的三维绘制模型的任何数量和类型的医学图像。例如，医学图像可具体表现为任何数量的计算机断层扫描（CT）图像、磁共振成像（MRI）图像或其他三维医学图像。此外或者作为另外一种选择，如下文结合步骤18更详细地所述，医学图像可具体表现为多个X射线图像或其他二维图像，可利用这些二维图像生成靠近髋臼的患者的髋骨区域及周围骨解剖结构的三维绘制模型。
在步骤14中，整形外科医生可确定任何其他的术前约束数据。约束数据可基于整形外科医生的偏好、患者的偏好、患者的解剖学方面和医疗保健机构制定的指导方针等。例如，约束数据可包括整形外科医生对髋臼假体的倾斜和偏转量的偏好、髋臼假体的植入深度、骨的待扩孔量、整形外科植入物的尺寸范围等等。在一些实施例中，整形外科医生的偏好被保存在外科医生档案中，该档案可作为默认约束值用于其他外科手术计划中。
在步骤16中，将医学图像和约束数据（如果有的话）传输或者以其他方式提供给整形外科手术器械供应商或制造商。医学图像和约束数据可通过电子方式（例如网络等）传输给供应商。在步骤18中，在供应商接收到医学图像和约束数据之后，供应商处理所述图像。整形外科手术器械供应商或制造商对医学图像进行处理，以有利于确定倾斜和扭转的适当平面、植入深度、植入定径、以及定制的患者专用整形外科手术器械的制造，如下文中更详细地讨论。
在步骤20中，供应商可将医学图像转换为三维图像或以其他方式生成为三维图像。例如，在医学图像具体表现为多个二维图像的实施例中，供应商可使用合适的计算机算法来由多个二维图像生成一个或多个三维图像。另外，在一些实施例中，医学图像可根据已确立的标准生成，例如根据医学数字成像与通信（DICOM）标准生成。在这些实施例中，可使用边缘检测、阈值分割、分水岭或形状匹配算法将图像转换或重构为计算机辅助设计应用程序或其他图像处理应用程序可接受的格式。
在步骤22中，供应商可处理医学图像和/或得自步骤20的转换/重构图像，以确定与患者的骨解剖结构相关的多个方面，例如患者骨骼的解剖轴线、患者骨骼的机械轴线、其他轴线和各种标志、和/或患者骨解剖结构的其他方面。为此，供应商可使用任何合适的算法来处理图像。
在步骤24中，确定用于髋臼整形外科假体的植入的所需倾斜平面、所需扭转平面和所需扩孔深度。这些变量中的每个可根据如下因素确定：将用于整形外科手术过程中的髋臼整形外科假体的类型、尺寸和/或位置；处理图像，例如在图像中识别的特定标志；以及由整形外科医生在步骤14和16中提供的约束数据。髋臼整形外科假体的类型和/或尺寸可根据患者的解剖结构和约束数据来加以确定。例如，约束数据可指定髋臼整形外科假体的类型、品牌、型号、尺寸、或其他特性。还可根据医学图像来改进对髋臼整形外科假体的选择，使得所选的髋臼整形外科假体适合患者的髋臼并且符合约束数据或整形外科医生的偏好。
除了髋臼整形外科假体的类型和尺寸之外，还要确定髋臼整形外科假体相对于患者骨解剖结构的计划位置和定位。为此，可将髋臼整形外科假体的数字模板重叠到一个或多个处理过的医学图像上。供应商可根据处理过的医学图像（例如被限定在图像中的患者的髋臼标志）和/或约束数据，使用任何合适的算法来确定髋臼整形外科假体相对于患者骨骼的推荐位置和取向（即数字模板）。另外，也可使用患者骨解剖结构的任何一个或多个其他方面来确定数字模板的正确定位。
在一些实施例中，可将数字模板和手术定向参数一并提交给整形外科医生供其审核。审核资料可包括植入物的计划倾斜和扭转平面、外科医生设计扩孔的计划深度、髋臼横韧带和髋臼唇的取向、以及患者骨解剖结构的其他相关标志。
随后可基于髋臼整形外科假体的经确定的尺寸、位置和取向来确定用于髋臼整形外科假体的适当倾斜和扭转平面。此外，可使用如在步骤22中确定的患者骨解剖结构的其他方面来确定或调整计划的倾斜和扭转平面。例如，可使用所确定的机械轴线、标志、和/或患者相关骨骼的其他确定方面来确定计划的倾斜和扭转平面。
在步骤26中，生成定制的患者专用整形外科手术器械的模型，所述定制的患者专用整形外科手术器械在示例性实施例中为定制的患者专用髋臼整形外科手术器械。在一些实施例中，模型具体表现为定制的患者专用髋臼整形外科手术器械的三维绘制模型。在其他实施例中，模型可具体表现为定制的患者专用髋臼整形外科手术器械的实体模型或快速原型。要建模和制造的患者专用髋臼整形外科手术器械可根据要执行的髋臼整形外科手术、约束数据、和/或要植入患者体内的整形外科假体的类型加以确定。
定制的患者专用髋臼整形外科手术器械的具体形状是根据髋臼整形外科假体相对于患者的髋臼的计划位置和植入角度来确定的。可部分地根据如在步骤24中确定的患者的髋臼的计划倾斜和扭转平面来选择定制的患者专用髋臼整形外科手术器械相对于患者的髋臼的计划位置。例如，在一些实施例中，定制的患者专用髋臼整形外科手术器械具体表现为髋臼扩孔导向器。在此类实施例中，选择髋臼扩孔导向器的位置，使得髋臼扩孔导向器可用于将髋臼整形外科假体定位在如步骤24中所确定的计划倾斜和扭转平面处。另外，整形外科手术器械的计划位置可基于在步骤22中识别的患者的髋臼的识别标志。
在一些实施例中，定制的患者专用髋臼整形外科手术器械的具体形状或构型可基于所述器械相对于患者骨解剖结构的计划位置来确定。也就是说，定制的患者专用髋臼整形外科手术器械可包括骨接触表面，所述骨接触表面具有与患者的骨解剖结构的一部分的对应外形相匹配的负外形，使得整形外科手术器械可在与所述器械的预计划位置对应的独特位置处联接到患者的骨解剖结构。当整形外科手术器械以按照独特位置联接到患者骨解剖结构时，整形外科手术器械的一个或多个导向器（例如，切割导向器或钻孔导向器）可与上文所述的倾斜和扭转平面对准。
当已在步骤26中生成定制的患者专用髋臼整形外科手术器械的模型之后，在步骤28中验证所述模型。可通过如下方式来验证模型：例如在联接患者解剖结构的三维模型的同时分析绘制模型，以核对扩孔导向器、倾斜和扭转平面等的相关性。另外，可以通过将步骤26中生成的模型传输或以其他方式提供给整形外科医生供其审核来验证模型。例如，在模型为三维绘制模型的实施例中，可将所述模型以及患者的髋臼和靠近髋臼的髋骨区域的三维图像传输给外科医生供其审核。在模型为物理原型的实施例中，可将模型运送给整形外科医生进行验证。
当已在步骤28中验证模型之后，在步骤30中制造定制的患者专用髋臼整形外科手术器械。可利用任何合适的制造装置和方法来制造定制的患者专用髋臼整形外科手术器械。另外，根据例如定制的患者专用髋臼整形外科器械的预期用途，所述器械可由任何合适的材料形成，所述材料例如金属材料、塑性材料、或它们的组合。随后将制造好的定制的患者专用髋臼整形外科器械运送或以其他方式提供给整形外科医生。外科医生在步骤32中利用定制的患者专用髋臼整形外科手术器械来执行整形外科手术。如上所述，由于整形外科医生不需要在术中确定整形外科手术器械的正确位置，而确定所述器械的位置通常需要外科医生进行一定程度的估计，因而减少了整形外科医生需要术中作出的猜测和/或决策。
还应当理解，患者骨解剖结构的变化可能需要多于一个的根据本文所述的方法制造的定制型患者专用髋臼整形外科手术器械。例如，患者可需要植入两个髋臼整形外科假体以置换两个自然髋关节。这样，外科医生可按照图1的方法10制造不同的定制的患者专用髋臼整形外科手术器械以用于置换每个自然髋关节。各个定制的患者专用髋臼整形外科手术器械均相对于各个不同的特定髋臼来限定特定的扭转角和特定的倾斜角，这是因为各个髋关节的骨解剖结构存在差异。
现在参见图2和3，定制的患者专用髋臼整形外科手术器械示例性地具体表现为定制的患者专用髋臼扩孔导向器50（在下文中称为扩孔导向器50）。扩孔导向器50包括定位基座52以及能够固定到基座52的护套或外壳54，如将在下文更详细所述。基座52和外壳54可由任何合适的材料（例如弹性塑料或金属材料）形成。在一个具体实施例中，扩孔导向器50由注模的、澄清聚丙烯或其他透明材料形成，以使得当导向器50固定到患者骨解剖结构时可观察到扩孔导向器50的内部。在其他实施例中，扩孔导向器50可由植入级金属材料（例如，钛或钴铬合金）形成。另外，扩孔导向器50可包括图像增强剂（例如，不锈钢、钽、或其他致密材料）以有助于定位和检查对准的精确性。
基座52包括能够在使用期间接触患者的髋骨的一部分的导向器主体56。在示例性实施例中，导向器主体56具有大致环形的形状，但在其他实施例中，导向器主体56可具有大致方形的形状、矩形形状、或任何其他合适的形式。如图4最佳所见，主体56包括底部表面60，所述底部表面60能够接触靠近髋臼的患者的髋骨区域的一部分。在示例性实施例中，底部表面60包括定制的患者专用负外形62，所述定制的患者专用负外形62能够容纳患者的髋骨的髋臼边缘64的对应正外形（参见图6）。应当理解，在其他实施例中，底部表面60可包括其他定制的患者专用负外形，所述其他定制的患者专用负外形能够容纳靠近髋臼的患者的髋骨的其他对应外形。
基座52还包括从主体56向外延伸的多个臂70。在图2-6的示例性实施例中，主体56和臂70形成为单个一体部件。然而，应当理解，在其他实施例中，主体56和臂70可分别由单独的部件形成。例如，臂70可通过合适的紧固件（例如螺钉、螺栓、粘合剂等）而单独地固定到主体56。
在示例性实施例中，基座52包括从主体56延伸的三个臂70。应当理解，在其他实施例中，基座52可包括附加的或较少的臂，这取决于患者的骨解剖结构和外科医生的偏好。当从图5的顶部平面图观察时，臂70以在每个臂70之间限定角度的构型从主体56延伸。例如，如图5所示，臂72和臂74在两者之间限定角度76，臂74和臂78在两者之间限定角度80，并且臂72和臂78在两者之间限定角度82。角度76、80、82中的每个的量级等于大约120度。在一个具体实施例中，臂70可从主体56延伸，以使得角度76、80、82中的每个具有不同于任何其他角度的量级。类似于本文所述的多个其他维度特征，可根据需要针对具体患者来定制角度76、80、82的量级。
每个臂70均能够在使用期间接触患者的髋骨的一部分。每个臂70包括底部表面84，所述底部表面84能够接触靠近髋臼的患者的髋骨区域的一部分。每个底部表面84均包括定制的患者专用负外形86，所述定制的患者专用负外形86能够容纳靠近髋臼的患者的髋骨的对应外形的一部分。在示例性实施例中，一个臂72具有定制的患者专用负外形88，所述定制的患者专用负外形88能够容纳患者的髋骨中的髂骨90的对应正外形（参见图2）。应当理解，在其他实施例中，底部表面84可包括其他定制的患者专用负外形，所述其他定制的患者专用负外形能够容纳靠近髋臼的患者的髋骨的其他对应外形。例如，另一个臂70的底部表面84可包括定制的患者专用负外形，所述定制的患者专用负外形能够容纳患者的髋骨的耻骨或坐骨的对应外形。基座52的外形62、86相配合以确保扩孔导向器50以所需定位和取向被放置在患者的髋骨上，所述所需定位和取向基于髋臼整形外科假体的预定倾斜平面和预定扭转平面。
每个臂70包括背对底部表面84设置的顶部表面96。每个臂70还包括内表面98，所述内表面98限定延伸穿过每个臂70的通道100。通道100的尺寸被设定成容纳将被固定到患者的髋骨的对应骨针102（参见图2）。骨针102相配合以按照独特定位和取向来锁定基座52。应当理解，在其他实施例中，通道100的尺寸可被设定成容纳适于将基座52在髋骨上锁定就位的金属丝或其他保持装置。
如图4所示，每个通道100为相对于顶部表面96和底部表面84成角度的。每个通道100的直径104略大于骨针102的外径，并且每个臂70的通道100具有大致圆形的横截面。应当理解，在其他实施例中，每个臂70可包括能够容纳具有不同横截面形状的骨针的通道100。还应当理解，通道100可具有适于容纳骨钻的钻头并且从中穿过骨针的任何横截面形状。
导向器主体56包括定位成与底部表面60相对的顶部表面110。内表面112将顶部表面110连接到底部表面60并且限定在这两者之间延伸的示例性圆柱形通道114。如图6所示，通道114的尺寸设定成使得髋臼扩孔钻外科工具116可运动穿过通道114并且设置成接触患者的髋臼。髋臼扩孔钻外科工具116包括经由紧定螺钉124可拆卸地固定到扩孔钻柄122的扩孔钻头120。可与扩孔导向器50结合使用的示例性髋臼扩孔钻外科工具的一个实例为可购自DePuy Orthopaedics, Inc. （Warsaw, IN, U.S.A）的DePuy Quickset® Acetabular
Grater System。
在示例性实施例中，基座52的圆柱形通道114包括大于扩孔钻头120的外径127的直径126，以允许扩孔钻头120从中行进穿过。主体56的通道114基于髋臼杯假体的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于主体56的底部表面60取向的纵向轴线128。如图2-6所示，轴线128大致垂直于底部表面60延伸。在其他实施例中，轴线128可沿一个或多个方向相对于底部表面60成角度，这取决于用于具体患者的预定倾斜角和扭转角。如将在下文中更详细所述，髋臼扩孔钻外科工具116限于沿轴线128的运动同时用于形成患者的髋臼。以此方式，扩孔导向器50确保患者的髋臼被成形为按照预定倾斜角和扭转角来容纳髋臼假体。
返回图2，扩孔导向器50还包括可固定到定位基座52的外壳54。外壳54具有从上端132延伸到下端134的圆柱形主体130。套管136从下端134向外延伸并且包括外表面138。外表面138的直径140小于导向器主体56的通道114的直径118。当外壳54固定到基座52时，套管136被定位在通道114中（参见图6）。
套管136还示例性地包括从套管136的外表面138向外凸出的一对凸缘142。凸缘142与主体130的下端134间隔开并且围绕套管136的周边以弧形延伸。在示例性实施例中，凸缘142具有基本上相同的长度，但在其他实施例中，凸缘142可具有不同的长度以使得外壳54键入基座52内。
导向器主体56包括一对被限定在导向器主体中的能够容纳凸缘142的对应狭槽148。每个狭槽148包括凹口150，所述凹口150从被限定在主体56的顶部表面110中的上端152延伸到被限定在主体56的内表面112中的下端154。每个狭槽148还包括被限定在内表面112中的从凹口150的下端154延伸到远端158的槽156。槽156的长度基本上对应于凸缘142的长度。如图4最佳所见，槽156垂直于纵向轴线128延伸。应当理解，在其他实施例中，槽156可根据扩孔导向器50的所需定位和取向而相对于纵向轴线128倾斜以将外壳54进一步地固定到基座52。
狭槽148和凸缘142相配合以将外壳54固定到基座52。在外壳54与基座52适当地对准之后，可将外壳54放置成接触基座52，使得每个凸缘142被容纳在对应狭槽148的凹口150中。当外壳54被置于基座52上时，每个凸缘142的底部160位于凹口150的下端154中。然后围绕纵向轴线128来旋转外壳54以使每个凸缘142行进到对应狭槽148的槽156中，直至凸缘142的末端146被放置成与槽156的末端158接触，以将外壳54固定到基座52。
应当理解，在其他实施例中，扩孔导向器50可包括附加的或较少的凸缘142和狭槽148。另外，应当理解，在其他实施例中，可通过其他方法将外壳54固定到基座52。例如，套管136可具有外螺纹并且主体56可具有对应的内螺纹。在此类实施例中，可将套管136拧到主体56上。在其他实施例中，外壳54可包括固定到主体130的闭锁机构，所述闭锁机构与基座52接合。相似地，可通过合适的紧固件（例如螺钉、螺栓等）将外壳54固定到基座52。
如图6最佳所见，套管136包括限定下通道172的内表面170。下通道172具有略大于髋臼扩孔钻外科工具116的扩孔钻头120的外径176的直径174。这样，下通道172的尺寸被设定成使得髋臼扩孔钻外科工具116可沿纵向轴线128运动并且可被放置成与患者的髋臼接触。主体130还包括内表面178，所述内表面178限定与下通道172连接的中部通道180。中部通道180的直径182大于通道172的直径174。然而，在其他实施例中，中部通道180的直径182可基本上等于下通道172的直径174。
中空轴184从主体130的上端132向上延伸。轴184包括限定圆柱形通道190的内表面188，所述圆柱形通道190从轴184的顶端186延伸到主体130的上端132。如图6所示，通道190与主体130的中部通道180流体连通。通道190的内径192小于通道172、180的直径174、182并且仅略大于髋臼扩孔钻外科工具116的扩孔钻柄122的外径176。
轴184的通道190限定另一个纵向轴线194，所述纵向轴线194与由主体56的通道114限定的轴线128对准或共线。当按照图6所示来定位髋臼扩孔钻外科工具116时，紧密配对的直径176、192抑制髋臼扩孔钻外科工具116的相对运动，从而基本上将髋臼扩孔钻外科工具116限于沿轴线128、194的运动。
在示例性实施例中，扩孔钻柄122包括用户按压式按钮196，所述按钮196紧邻位于外壳54外部的柄末端198。按钮196可在伸长位置（示于图6中）和压低位置之间运动。当按钮196处于伸长位置时，按钮196从柄122向外延伸并且包括外表面200。当将压力施加到按钮196的外表面200时，按钮196可运动到其中外表面200与柄122的外表面齐平的压低位置。当从外表面200移除压力时，偏置构件（例如弹簧（未示出））促使按钮196从压低位置运动到伸长位置。
按钮196还具有下表面202，并且当按钮196处于伸长位置时，允许扩孔钻柄122沿轴184向下行进直至下表面202接触轴184的顶端186。以此方式，通过外壳54来限制髋臼扩孔钻外科工具116沿轴线128、194相对于主体56的底部表面60乃至患者的髋臼的纵向运动。
如图6所示，主体130和轴184限定总长度204。基于整形外科医生计划对患者的髋臼扩孔的预定深度来设定长度204的量级。例如，当外科医生需要从患者的髋臼移除较大量的材料时，长度204可具有较小的量级，以使得扩孔钻头120在主体56的底部表面60之外已行进到患者的髋臼内的较大深度之后按钮196才设置成接触轴184的顶端186。以此方式，轴184的顶端186充当髋臼扩孔钻外科工具116的限深器206，从而确保允许扩孔钻头120行进到不超过相对于主体56的底部表面60的预定位置。换句话讲，扩孔导向器50允许髋臼扩孔钻外科工具116将患者的髋臼扩孔到仅预定深度。
应当理解，在其他实施例中，轴184可为伸缩套管，使得外科医生可在术中或在术前根据外科手术情况来调整长度204。还应当理解，在其他实施例中，柄122可包括可运动的箍而非按钮196。在此类实施例中，外科医生可在术中或在术前调整箍沿柄122的位置以便来调整扩孔深度。
参见图7，其示出了使用扩孔导向器50的整形外科手术300。外科医生可在图1所示和上文所述的方法10的步骤32中执行手术300。在步骤302中，外科医生将扩孔导向器50的定位基座52定位在患者的髋骨上。由于定位基座52是针对具体患者定制的，因此基座52以基本上独特的、预定位置和取向被定位在患者的髋骨上。
由于基座52的底部表面60、84包括定制的患者专用外形62、86，因此将基座52定位在患者的髋骨上使得患者的髋骨表面的对应外形被容纳在基座52的负外形62、86中。例如，当基座52被正确地定位时，主体56的外形62容纳患者的髋骨的髋臼边缘64的对应正外形。当基座52被正确地定位时，臂72的定制的患者专用负外形88也容纳患者的髋骨中的髂骨90对应正外形。其余臂74、78的定制的患者专用负外形86类似地容纳患者的髋骨表面的对应正外形。一旦以独特位置和取向被定位之后，就将定位基座52与相对于患者的髋臼的预定倾斜角和扭转角对准，所述预定倾斜角和扭转角是在方法10的步骤24中确定的旨在用于髋臼整形外科假体的角度。纵向轴线128还限定髋臼扩孔钻外科工具116在扩孔操作期间所遵循的路径。
在步骤304中，外科医生将基座52固定到髋骨。外科医生使用每个通道100作为钻孔导向器在靠近髋臼的患者的髋骨中钻出定位孔。外科医生随后可将骨针102插入穿过臂70的每个通道100并且插入被限定在患者的髋骨中的对应定位孔内。
在步骤306中，外科医生将髋臼扩孔钻外科工具116插入外壳54内。在示例性实施例中，外科医生选定扩孔钻头120并且使紧定螺钉124将钻头120固定到扩孔钻柄122。可将柄122的末端198插入外壳54的套管136的下通道172内，并且可使柄122通过中部通道180行进到主体130的上端132。当柄122的末端198穿过下端208穿行到轴184的通道190内时，可在下端208处推压按钮196的斜面或斜坡末端210以接触轴184的内表面188。当柄122沿通道190行进时，内表面188和斜面末端210的接触使得按钮196运动到压低位置。
当柄122沿通道190行进时，按钮196保持在压低位置。当按钮196离开轴184的顶端186时，偏置构件促使按钮196从压低位置运动到伸长位置。以此方式，按钮196确保髋臼扩孔钻外科工具116不会无意中与外壳54分离。如果外科医生希望从外壳54移除髋臼扩孔钻外科工具116时，则外科医生可简单地按压按钮196以将按钮196运动到压低位置，随后将柄122沿通道190向后滑出。
在步骤308中，将外壳54固定到定位基座52。为此，首先将外壳54与基座52对准，如图2所示。将外壳54放置成与基座52接触，使得每个凸缘142被容纳在对应狭槽148的凹口150中。每个凸缘142的底部160被放置成接触凹口150的下端154。然后可围绕纵向轴线128来旋转外壳54以使每个凸缘142行进到对应狭槽148的槽156中，直至凸缘142的末端146被放置成接触槽156的末端158。
在步骤310中，外科医生将外科手术钻附接到柄122的末端198并且开始对患者的髋臼扩孔。由于定位基座52以基于髋臼假体的预定扭转和倾斜角的所需位置和取向固定到患者的髋臼，因此患者的髋臼的扩孔被导向为使得患者的髋臼的尺寸设定成按照这些预定角度来容纳髋臼假体。外科医生使扩孔钻头120行进到患者的髋臼内直至按钮196被放置成接触限深器206。此时，扩孔钻头120被定位在相对于主体56的底部表面60的预定位置，并且外科医生已将患者的髋臼扩孔到预定深度。
应当理解，外科医生可根据外科手术的性质来重复上述步骤中的任一个或全部。例如，外科医生可使用多于一个的扩孔钻头120来设定患者的髋臼的尺寸，具有过程为初始使用较小的钻头并且渐进地增加钻头的尺寸直至预定量的材料被移除。相似地，扩孔导向器50可包括多于一个的外壳54，并且每个外壳54可具有不同的长度204以渐进地调整扩孔深度，以允许外科医生移除较大量的材料。
还应当理解，定位基座52和外壳54可用作其他外科手术器械的平台以辅助杯和衬垫置换。例如，用于安置髋臼杯和衬垫的冲击器可设置有与扩孔钻柄122具有相同直径的轴。然后可使用定位基座52和外壳54来导向冲击器的运动以适当地安置髋臼杯和衬垫。另外，可使用定位基座52来提供髋臼杯和衬垫的位置的视觉确认。定位基座52和/或外壳54可还包括标记或刻度以在进行术中改变或者对髋臼杯和衬垫的尺寸和/或定向作出调整时为外科医生提供信息。
尽管在附图和上述说明中已对本公开进行了详细的图示和描述，但此类图示和描述应视为示例性的而不是限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了示例性的实施例，并且本发明精神范围内的所有改变和修改形式都应受到保护。
本文所述方法、装置和系统的多个特征使本发明具有多个优点。应该指出的是，本发明的方法、装置和系统的可供选择的实施例可不包括所有所述特征，但仍然可受益于这些特征的至少某些优点。对于上述方法、装置和系统，本领域的普通技术人员可容易地设想出其自己的实施方式，该实施方式可结合本发明特征中的一项或多项，并且落在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
Claims (25)
1.一种用于有利于将髋臼杯假体植入患者的髋骨中的定制的患者专用整形外科器械，所述定制的患者专用整形外科器械包括：
定制的患者专用髋臼扩孔导向器，所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器包括（i）具有限定圆柱形通道的内表面的环形主体，和（ii）从所述环形主体延伸的多个臂，
其中（i）所述环形主体和所述多个臂中的每个包括具有定制的患者专用负外形的向骨表面，所述定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的对应正外形，并且（ii）所述圆柱形通道基于当将所述髋臼杯假体植入患者的髋骨中时的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于所述环形主体的向骨表面取向的纵向轴线。
2.根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器还包括能够被固定到所述环形主体的导向器外壳，所述导向器外壳具有限定纵向通道的第二内表面，所述纵向通道的尺寸设定成容纳髋臼扩孔钻外科工具。
3.根据权利要求2所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述导向器外壳包括限深器以限制所述髋臼扩孔钻外科工具沿所述纵向轴线运动。
4.根据权利要求2所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述环形主体具有被限定在所述环形主体中的狭槽，并且所述导向器外壳具有从其下端延伸的凸缘，所述凸缘的尺寸设定成被容纳在所述环形主体的狭槽中，以将所述导向器外壳固定到所述环形主体。
5.根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中当从所述顶部平面图中观察时，在所述多个臂中的每个臂之间相对于所述多个臂中的另一个相邻臂限定角度，并且所述角度中的每个具有不同于任何其他角度的量级。
6.根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述多个臂包括至少三个从所述环形主体延伸的臂。
7. 根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述多个臂中的至少一个的向骨表面的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨中的髂骨的对应正外形。
8. 根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述多个臂中的每个臂包括如下表面，所述表面限定贯穿延伸的孔，所述孔的尺寸设定成容纳骨针。
9. 根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述环形主体的向骨表面的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的髋臼边缘的对应正外形。
10. 根据权利要求1所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述环形主体的圆柱形通道的尺寸被设定成容纳髋臼扩孔钻外科工具。
11. 一种用于有利于将髋臼杯假体植入患者的髋骨中的定制的患者专用整形外科器械，所述定制的患者专用整形外科器械包括：
定制的患者专用髋臼扩孔导向器，所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器包括：
导向器主体，所述导向器主体包括（i）向骨表面，所述向骨表面具有定制的患者专用负外形，所述定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的对应正外形，和（ii）内表面，所述内表面限定贯穿延伸的圆柱形通道，所述圆柱形通道基于当将所述髋臼杯假体植入患者的髋骨中时的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于所述向骨表面取向的纵向轴线，以及
导向器外壳，所述导向器外壳能够固定到所述导向器主体，所述外壳具有限深器以限制髋臼扩孔钻外科工具沿所述纵向轴线运动。
12.根据权利要求11所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述导向器主体包括多个臂，所述多个臂中的每个臂包括向骨表面，所述向骨表面具有定制的患者专用负外形以容纳患者的髋骨的对应正外形。
13.根据权利要求12所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述多个臂中的每个臂包括如下表面，所述表面限定贯穿延伸的孔，所述孔的尺寸设定成容纳骨针。
14.根据权利要求11所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述导向器主体具有被限定在所述导向器主体中的垂直于所述纵向轴线延伸的狭槽，并且所述外壳具有从能够固定到所述导向器主体的末端延伸的凸缘，所述凸缘的尺寸设定成被容纳在所述导向器主体的所述狭槽中，以将所述导向器外壳固定到所述导向器主体。
15.根据权利要求11所述的定制的患者专用整形外科器械，还包括所述髋臼扩孔钻外科工具，所述髋臼扩孔钻外科工具包括至少一个扩孔钻头，所述至少一个扩孔钻头单独地被固定到所述髋臼扩孔钻外科工具的扩孔钻柄。
16.根据权利要求15所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述扩孔钻柄包括轴，所述轴具有从所述轴向外延伸的凸缘，并且当所述扩孔钻头已行进到相对于所述导向器主体的向骨表面的预定位置时，所述凸缘被定位成接触所述限深器。
17.根据权利要求16所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述凸缘为按压式按钮。
18.根据权利要求11所述的定制的患者专用整形外科器械，其中所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器由透明材料形成。
19.一种利用定制的患者专用髋臼扩孔导向器在患者的髋臼上执行整形外科骨扩孔手术以有利于在患者的髋骨中植入髋臼杯假体的方法，所述方法包括：
定位所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器的导向器主体，使得被限定在所述导向器主体的向骨表面中的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的对应正外形，所述导向器主体具有圆柱形通道，所述圆柱形通道基于当将所述髋臼杯假体植入患者的髋骨中时的预定扭转角和预定倾斜角来限定相对于所述向骨表面取向的纵向轴线，
将所述定制的患者专用髋臼扩孔导向器的导向器外壳固定到所述导向器主体，
使髋臼扩孔钻外科工具沿所述纵向轴线行进到患者的髋臼中，以及
利用所述导向器主体和所述导向器外壳的圆柱形通道作为所述髋臼扩孔钻外科工具的导向器来对患者的髋臼扩孔。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将扩孔钻柄联接到所述髋臼扩孔钻外科工具的扩孔钻头，以及
在将所述导向器外壳固定到所述导向器主体之前，将所述髋臼扩孔钻外科工具定位在所述导向器外壳内。
21.根据权利要求19所述的方法，其中对患者的髋臼扩孔包括使所述髋臼扩孔钻外科工具的扩孔钻头行进到所述髋臼中预定深度，其中在所述预定深度处，所述髋臼扩孔钻外科工具的凸缘与所述导向器外壳的上端接触。
22.根据权利要求19所述的方法，其中定位所述导向器主体包括将所述导向器主体定位成使得所述向骨表面的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的髋臼边缘的对应正外形。
23.根据权利要求19所述的方法，其中：
所述导向器主体包括至少一个臂，所述至少一个臂包括向骨表面，所述向骨表面具有定制的患者专用负外形，并且
定位所述导向器主体包括将所述至少一个臂定位在患者的髋骨上，使得所述至少一个臂的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨的对应正外形。
24.根据权利要求23所述的方法，其中定位所述导向器主体包括将所述至少一个臂定位成使得所述向骨表面的定制的患者专用负外形容纳患者的髋骨中的髂骨的对应正外形。
25.根据权利要求19所述的方法，还包括：
利用被限定在所述导向器主体中的孔作为钻孔导向器而在患者的髋骨中钻出多个定位孔，以及
将骨针插入穿过所述多个定位孔中的每个并且插入形成于患者的髋骨中的对应定位孔中的每个中。
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