确定膝关节力的设备和方法

专利名称：确定膝关节力的设备和方法
技术领域：
本发明整体涉及整形外科手术设备，更具体地讲，涉及确定和显示关节力数据的 系统、设备和方法。
背景技术：
整形外科医师将整形假体植入患者体内以例如纠正或缓解患者的骨骼和/或软 组织损耗、外伤和/或骨骼变形。整形假体可以置换患者关节的一部分或整个关节。例如， 整形假体可以置换患者的膝、臀、肩、踝或其他关节。在膝关节置换的情况下，整形膝关节假 体可以包括胫骨托、股骨部件以及设置在胫骨托与股骨部件之间的聚合物插件或轴承。在 一些情况下，膝关节假体还可以包括髌骨假体部件，其固定到患者做好手术准备的髌骨后 侧。在整形外科手术中，外科医师首先准备患者的骨骼以接纳整形假体。例如，在膝 关节置换整形外科手术的情况下，外科医师可以切除胫骨托要附接的患者胫骨近端的一部 分、股骨部件要附接的患者股骨远端的一部分，和/或髌骨部件要附接的患者髌骨的一部 分。在此类手术中，外科医师可以尝试平衡或分配患者关节的关节力以产生与自然关节的 运动相似的关节运动。为此，外科医师可以利用外科手术经验并用手“感受”适合的关节力 平衡情况。除此之外或作为另外一种选择，整形外科医师可以使用外科手术设备(例如，在 膝关节置换手术中使用韧带平衡器)来协助平衡或分配关节力。此外，在诸如微创整形手术之类的一些外科手术中，外科医师可以依靠计算机辅 助整形外科手术(CA0S)系统来提高外科医师(例如在微创整形手术中)观察手术区域的 能力，从而改善骨骼切割面的对齐，以及改善此类切割面的可重复性。计算机辅助整形外科 手术系统通过例如显示示出正在执行的外科手术步骤的图像和患者相关骨骼的渲染图像， 协助外科医师执行整形外科手术。另外，计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统通过跟踪和 显示患者骨骼、植入物和/或外科手术工具的位置提供外科手术导航。

发明内容
根据一个方面，整形外科手术设备可以包括胫骨板和固定到胫骨板的柄。胫骨板 可以成型为设置在患者的胫骨近端与股骨远端之间。整形外科手术设备可以包括设置在胫 骨板上的传感器阵列。传感器阵列可以包括被配置成产生表征患者胫骨与股骨之间力的传 感器信号的多个压力传感器。柄可以固定到胫骨板，第一显示器可以固定到柄末端。整形 外科手术设备还可以包括设置在柄上的电路。电路可以被配置成从传感器阵列接收传感器 信号并控制显示器以提供患者胫骨与股骨之间力的视觉指示。在一些实施例中，胫骨板可以成型为保持在患者被切除胫骨近端的经过外科手术 准备的表面上。另外，柄可以固定到胫骨板并且其取向使得板可设置在患者膝关节中同时 患者髌骨处于其自然位置。例如，柄设置在患者膝关节中时可以从患者膝关节的内侧或外 侧延伸。在一些实施例中，胫骨板可以包括板顶部外壳和板底部外壳。在此类实施例中，在 没有力施加到胫骨板上时，板顶部外壳的外边缘可以与板底部外壳的外边缘间隔开。在一些实施例中，传感器阵列可以包括以大致圆形图案排列的内侧压力传感器组 和以大致圆形图案排列的外侧压力传感器组。另外，传感器阵列可以包括设置在内侧压力 传感器组后侧的第一后侧传感器和设置在内侧压力传感器组前侧的第一前侧压力传感器。 传感器阵列还可以包括设置在外侧压力传感器组后侧的第二后侧传感器和设置在外侧压 力传感器组前侧的第二前侧压力传感器。另外，在一些实施例中，多个压力传感器具体为电 容压力传感器。在一些实施例中，整形外科手术设备可以包括固定到柄末端的第二显示器。在此 类实施例中，柄可以包括柄顶部外壳和柄底部外壳。第一显示器可以固定到柄顶部外壳的 末端，第二显示器可以固定到柄底部外壳的末端。在一些实施例中，第一显示器可以具体为多个发光二极管。另外，电路可以被配置 成根据传感器信号确定内侧力值和外侧力值、根据内侧力值和外侧力值确定相对力值，以 及以提供相对力值的指示的方式控制多个发光二极管。例如，电路被配置成将内侧力值和 外侧力值求和以确定总力值、根据总力值确定相对力值，以及激活多个发光二极管中的发 光二极管以提供相对力值的视觉指示。另外，在一些实施例中，第一显示器可以具体为以内 侧至外侧延伸的行排列的多个发光二极管。在此类实施例中，电路可以被配置成以提供患 者胫骨与股骨之间力的内侧和外侧平衡情况视觉指示的方式激活多个发光二极管中的发 光二极管。此外，在一些实施例中，电路可以包括被配置成传输表征患者胫骨与股骨之间力 的数据的无线发射器。根据另一个方面，整形外科手术设备可以包括平面传感器外壳和连接到平面传感 器外壳并从其中延伸的柄。平面传感器外壳可以成型为设置在患者的膝关节中。多个压力 传感器可以设置在平面传感器外壳中并被配置成产生表征膝关节的关节力的传感器信号。 另外，第一显示器可以连接到柄。整形外科手术设备还可以包括处理器和存储设备。处理 器可以电连接到多个压力传感器。存储设备可以在其中存储多条指令，处理器执行这些指 令后，会使处理器控制第一显示器以提供膝关节的关节力的视觉指示。在一些实施例中，整形外科手术设备还可以包括连接到柄的第二显示器。在此类 实施例中，柄可以包括顶部外壳件和底部外壳件。第一显示器可以连接到顶部外壳件，第二显示器可以连接到底部外壳件。另外，多条指令还可以使处理器控制第二显示器以提供膝 关节的关节力的视觉指示。另外，在一些实施例中，显示器可以具体为多个发光二极管。在此类实施例中，多 条指令还可以使处理器根据传感器信号确定内侧关节力值和外侧关节力值、根据内侧关节 力值和外侧关节力值确定相对关节力值，以及以提供相对关节力值指示的方式控制多个发 光二极管。多条指令还可以使处理器将内侧关节力值和外侧关节力值求和以确定总关节力 值、根据总力值确定相对关节力值，以及激活多个发光二极管中的发光二极管以提供相对 关节力值的视觉指示。除此之外或作为另外一种选择，在一些实施例中，显示器具体为以内 侧至外侧延伸的行排列的多个发光二极管。在此类实施例中，多条指令还可以使处理器以 提供关节力内侧和外侧平衡情况视觉指示的方式激活多个发光二极管中的发光二极管。根据其他方面，整形外科手术设备可以包括成型为设置在患者胫骨近端与股骨远 端之间的胫骨板以及固定到胫骨板的柄。整形外科手术设备可以包括设置在胫骨板上的传 感器阵列。传感器阵列可以包括被配置成产生表征患者胫骨与股骨之间内侧力的传感器信 号的多个位于内侧的压力传感器，以及被配置成产生表征患者胫骨与股骨之间外侧力的传 感器信号的多个位于外侧的压力传感器。柄可以包括顶部外壳和底部外壳。整形外科手术 设备可以包括固定到柄顶部外壳末端的第一组多个发光二极管，以及固定到柄底部外壳末 端的第二组多个发光二极管。整形外科手术设备还可以包括设置在柄上的电路。电路可以 被配置成根据传感器信号激活第一组和第二组多个发光二极管中每一组中的至少一个发 光二极管，以提供患者胫骨与股骨之间内侧力和外侧力相对平衡情况的视觉指示。根据又一个方面，牵引患者膝关节的关节牵引器可以包括被配置成接纳和固定传 感器模块的支架、可移动地连接到支架第一侧面的第一牵引器部件，以及可移动地连接到 支架第二侧面的第二牵引器部件。第一牵引器部件可以具有第一胫骨板和第一股骨板，第 一股骨板从第一牵引器部件向外延伸以反复接触传感器模块的胫骨板和患者股骨远端，第 一股骨板相对于第一胫骨板是可移动的以限定患者胫骨与股骨之间的第一位移。另外，第 二牵引器部件可以具有第二胫骨板和第二股骨板，第二股骨板从第二牵引器部件向外延伸 以反复接触传感器模块的胫骨板和患者股骨远端，第二股骨板相对于第二胫骨板是可移动 的以限定患者胫骨与股骨之间的第二位移。第一牵引器部件和第二牵引器部件相对于支架 在向外方向上是可移动的，以允许将一个牵引器部件选择性地沿大致伸展方向延伸超出另 一个牵引器部件。在一些实施例中，支架可以包括将传感器模块固定在支架中的锁紧装置。另外，第 一牵引器部件可以包括连接到第一胫骨和股骨板的第一对柄以及设置在第一对柄末端的 第一锁紧装置。第一锁紧装置可以为可操作的，以将第一胫骨和股骨板锁紧在第一所选位 置。另外，第二牵引器部件可以包括连接到胫骨和股骨板的第二对柄以及设置在第二对柄 末端的第二锁紧装置。第二锁紧装置可以为可操作的，以将第二胫骨和股骨板锁紧在第二 所选位置。在一些实施例中，第一胫骨板和第一股骨板可以偏移至接触位置。另外，第二胫骨 板和第二股骨板也可以偏移至接触位置。在一些实施例中，支架还可以包括将第一牵弓I器 部件固定在第一所选伸展位置的第一锁紧装置，以及将第二牵引器部件固定在第二所选伸 展位置的第二锁紧装置。


特别参照下图进行详细说明，其中图1为测量和显示患者关节的关节力数据的系统的一个实施例的简化图示；图2为图1中系统的传感器模块的一个实施例的透视图；图3为图2中传感器模块的顶侧平面图；图4为图2中传感器模块的底侧平面图；图5为图2中传感器模块的分解透视图；图6为图2中传感器模块的一端的正视图；图7为图2中传感器模块的显示器显示方案的一个实施例的图表；图8为图2中传感器模块的传感器阵列的一个实施例的简化图示；图9为图2中传感器模块的传感器阵列的另一个实施例的简化图示；图10为图2中传感器模块的电路的一个实施例的简化方框图；图11为确定和显示可以由图2中传感器模块执行的关节力数据的方法的一个实 施例的简化流程图；图12为显示可以由图2中传感器模块执行的相关关节力数据的方法的一个实施 例的简化流程图；图13为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图14为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图15为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图16为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图17为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图18为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图19为图1中系统的传感器模块的另一个实施例的透视图；图20为图1中系统的显示模块的一个实施例的透视图；图21为图20中显示模块的平面图；图22为图20中显示模块的电路的一个实施例的简化方框图；图23为显示关节力数据的方法的一个实施例的简化流程图；图24-26为可能在图20中显示模块上向使用者显示的示例性截屏；图27为连接有图2中传感器模块的图1中系统的关节牵引器的一个实施例的透 视图；图28为图27中关节牵引器的一端的正视图；图29为图27中关节牵引器的俯视平面图；图30为图27中关节牵引器的侧正视图；图31为图1中的系统的关节牵引器的另一个实施例的透视图；图32为图1中系统的计算机辅助外科手术系统的一个实施例的简化方框图；图33为使用图32中的计算机辅助外科手术系统执行整形外科手术的方法的一个 实施例的简化流程图；图34为确定和显示可以由图32中的计算机辅助外科手术系统执行的导航和关节力数据的方法的一个实施例的简化流程图；图35为确定和显示可以由图32中的计算机辅助外科手术系统执行的患者关节的 弯曲角度和力数据的方法的一个实施例的简化流程图；图36为使用图1中的系统执行整形外科手术的方法的一个实施例的简化流程 图；图37为使用图2中的传感器模块的整形外科手术中伸展的患者关节的透视图；图38为使用图20中的牵引器和传感器模块的整形外科手术中患者关节的透视 图；图39为使用图2中的传感器模块的整形外科手术中弯曲的患者关节的透视图；图40为使用图2中的传感器模块的整形外科手术中伸展的患者关节的另一个透 视图；以及图41为使用图2中的传感器模块的整形外科手术中弯曲的患者关节的另一个透 视图。
具体实施例方式虽然本发明的概念易于具有各种修改形式和替代形式，但其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，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。在本公开中有关本文所述的整形植入物和患者的自然解剖部分使用了表示解剖 学参考的术语，例如前侧、后侧、内侧、外侧、上、下等。这些术语在解剖学研究和整形外科领 域都具有公知的含义。除非另外指明，否则说明书和权利要求中使用的此类解剖参考术语 旨在符合其公知的含义。现在参见图1，在一个实施例中，确定和显示整形外科手术中患者关节的关节力的 系统10包括传感器模块12、手持显示模块14和关节牵引器16。在一些实施例中，系统10 还可以包括计算机辅助外科手术系统(CA0S)18。如下文更为详细的讨论，传感器模块12 被配置成插入患者关节并向整形外科医师提供关节力的视觉指示。例如，在一个示例性实 施例中，传感器模块12提供患者膝关节的内侧_外侧关节力的相对值或平衡情况的视觉指 示。传感器模块12还可以被配置成通过无线通信连接20将关节力数据传输至手持显示模 块14，和/或通过无线通信连接22将关节力数据传输至计算机辅助外科手术系统18。作 为响应，显示模块14和/或计算机辅助外科手术系统18被配置成向整形外科医师显示关 节力数据或从其中得到的数据。另外，在执行整形外科手术(例如完全或部分膝关节整形 手术)期间，传感器模块12可以连接到关节牵引器16以在牵引患者关节期间提供患者关 节力的视觉指示，如下文所讨论。现在参见图2-10，传感器模块12包括传感器外壳30和连接到传感器外壳30的柄 32。传感器外壳30的大小和形状适合设置在患者关节中。在示例性实施例中，传感器外壳 30具体为胫骨板34，其成形为可设置在患者关节中。然而，在其他实施例中，传感器外壳30 可以被配置成与患者的其他关节一起使用，如下文结合图11和12更为详细的讨论。在使用中，胫骨板34被配置成设置在患者被切除胫骨的近端平台上(参见，如图29-33)。如下文更为详细的讨论，胫骨板34可以放置在接触患者胫骨的位置，也可以放置 在居间平台或其他构件上。另外，传感器模块12可以在患者的左膝或右膝上使用。例如， 传感器模块12可以通过内侧外科手术方法在患者左膝上使用，在该方法中，胫骨板34通过 内侧囊切口插入患者左膝关节。在此类情况下，如下文所讨论，柄32延伸到内侧囊切口之 外。作为另外一种选择，通过在传感器模块12上简单地翻转或转动，模块12可以通过外侧 外科手术方法在患者左膝上使用，在该方法中，胫骨板34通过外侧囊切口插入患者左膝关 节。同样，在此类情况下，柄32延伸到外侧囊切口之外。如此，应当理解，可以使用内侧或外侧外科手术方法在患者左膝或右膝上使用传 感器模块12。为了更清晰地进行描述，下文结合使用内侧外科手术方法(即使用内侧囊切 口进入患者关节)的整形外科手术描述传感器模块12和系统10。然而，应当理解，此类描 述同样适用于外侧外科手术方法的手术。如此，使用具体解剖学参考(如外侧和内侧)对 某些结构进行描述，并且应当理解，在模块12用于外侧外科手术方法的手术时，可以翻转 或改变此类参考。例如，在用于外侧外科手术方法的手术中时，胫骨板34的“内侧”变为胫 骨板34的“外侧”。胫骨板34大致平坦，形状大致对应于要植入患者体内的整形假体的形状。例如， 在示例性实施例中，胫骨板34的形状大致对应于具体尺寸的膝假体。然而，在下文将更为 详细地讨论的其他实施例中，板34 (或传感器外壳30)的形状可以大致对应于诸如臀假体、 肩假体、踝假体、脊柱假体或髌骨假体之类其他类型整形假体。示例性胫骨板34包括弯曲的前侧36、弯曲的外侧38、弯曲的内侧40和弯曲的后 侧42，其中每一个均成型为接近整形膝假体的胫骨轴承的形状。同样，如上文所讨论，在传 感器模块12用于外侧外科手术方法的手术的实施例中，外侧38和内侧40分别为外侧和内 侧。后侧42包括后侧凹口 44以允许胫骨板34设置在患者关节的软组织(例如后侧十字 韧带)周围。另外，在一些实施例中，后侧凹口 44还可以为其他外科手术设备(例如用于 旋转活动轴承试验用具的试验用具柱)提供安装座。此外，在一些实施例中，后侧凹口 44 可以延伸或采用其他构型，从而为诸如固定和/或活动胫骨试验用具或类似物的其他外科 手术设备提供安装座。可以根据患者的具体解剖结构选择胫骨板34的总体尺寸。例如，在一些实施例 中，可以提供多种尺寸的胫骨板34以适合不同身材的患者。应当理解，设计和选择板34 (和 传感器外壳30)的总体形状和尺寸，以使得板34或外壳30相对于患者的相关骨解剖结构 不显著悬垂，并且使得板34或外壳30也不会对周围软组织造成负面影响。柄32包括连接到柄32的第一末端54的一对显示器50、52。柄32的与第一末端 54相对的第二末端56连接到胫骨板34。在图2的示例性实施例中，柄32和胫骨板34的 结构大致成一整体。然而，在其他实施例中，胫骨板34可以通过合适的连接器或类似物可 拆卸地连接到柄32。如图3和4所示，柄32从胫骨板34的侧面延伸。在示例性实施例中，柄32从内 侧40 (在外侧外科手术方法的手术中使用传感器模块12时，为外侧)延伸。应当理解，由 于柄32从板34的侧面延伸，因此胫骨板34可以设置在患者膝关节中而无需使患者髌骨半 脱位或外翻。也就是说，可以在使患者髌骨保持自然位置的情况下，将胫骨板34正确设置 在患者的胫骨近端与股骨远端之间。
根据整形外科医师将使用的具体外科手术方法，外科医师可以将传感器模块12 翻转至适当的取向，使得胫骨板34通过相关囊切口插入患者的膝关节。在任一取向上，柄 32均延伸到囊切口之外，并且显示器50、52中的至少一个对整形外科医师可见。例如，如果 整形外科医师在患者左膝使用内侧外科手术方法，则整形外科医师可以按图3所示取向放 置传感器模块12，以使得胫骨板34插入膝关节后并且显示器50对外科医师可见时，柄32 从患者膝的内侧(通过内侧囊切口)延伸。或者，如果整形外科医师在患者左膝使用外侧 外科手术方法，则整形外科医师可以按图4所示取向放置传感器模块12，以使得胫骨板34 插入膝关节后并且显示器52对外科医师可见时，柄32从患者膝的外侧(通过外侧囊切口) 延伸。如上文所讨论，传感器模块12被配置成在执行整形外科手术期间对外科医师起 到辅助作用。如此，传感器模块12包括由生物相容材料制成的外壳58。例如，外壳58可 以由生物相容塑料或聚合物制成。在一个具体实施例中，传感器模块12被配置成一次性使 用，如此，以无菌形式提供。例如，可以用无菌包装提供传感器模块12。然而，在胫骨板34 可拆卸地连接到柄32的实施例中，可以将胫骨板34设计为一次性使用，并且可以将柄32 配置成可通过高压灭菌步骤或类似步骤重复使用。如图5所示，传感器模块12的外壳58包括彼此连接的上外壳60和下外壳62。在 一些实施例中，上外壳60和下外壳62为彼此的镜像图像。上外壳60包括上胫骨板外壳64 和上柄外壳66。类似地，下外壳62包括下胫骨板外壳68和下柄外壳70。显示器50连接到上外壳60的末端54，显示器52连接到下外壳62的末端54。如 图6所示，显示器50、52示例性地具体为发光二极管阵列。然而，在其他实施例中，显示器 50、52可以具体为例如液晶显示器、分段显示器和/或类似显示器的其他类型显示器。在图 6的示例性实施例中，显示器50、52各自包括五个分离的发光二极管80、82、84、86、88。如 下文更为详细的讨论，在患者膝关节的内侧-外侧关节力大致相等时，中间的发光二极管 84亮起。另外，在患者膝关节的内侧关节力大于外侧关节力预定阈值量时，发光二极管80 和/或82亮起，在患者膝关节的外侧关节力大于内侧关节力预定阈值量时，发光二极管86 和88亮起(同样假定采用内侧外科手术方法)。如图6所示，显示器50、52的发光二极管 80、82、84、86、88布置为使得发光二极管80、82对应于胫骨板34的内侧40，发光二极管86、 88对应于胫骨板34的外侧38，而无论取向如何(即，无论是上外壳60还是下外壳62面朝 上)。如下文更为详细的讨论，发光二极管80、82、84、86、88可以根据预定的显示方案 亮起，从而为外科医师提供相关内侧-外侧关节力平衡情况的视觉指示。通过激活或亮起 发光二极管80、82、84、86、88中的一个或多个，整形外科医师可以目视确定对患者关节的 哪一侧施加的力更大，以及该力相对于患者关节相对侧的大致大小。例如，图7中的图表 170示出了一个示例性显示方案。根据示例性显示方案170，如果内侧-外侧关节力平衡情 况为各自30%内侧-70%外侧或外侧更大，则仅发光二极管88亮起。然而，如果内侧-外 侧关节力平衡情况为各自约35%内侧-65%外侧，则发光二极管86和88均亮起。如果内 侧_外侧关节力平衡情况为各自约40%内侧-60%外侧，则仅发光二极管86亮起。如果 内侧_外侧关节力平衡情况为各自约45%内侧-55%外侧，则发光二极管84和86均亮起。 如果内侧-外侧关节力平衡情况为各自约50%内侧-50%外侧，则仅发光二极管84亮起。
11如果内侧_外侧关节力平衡情况为各自约55%内侧-45%外侧，则发光二极管82和84均 亮起。如果内侧-外侧关节力平衡情况为各自约60%内侧-40%外侧，则仅发光二极管82 亮起。如果内侧_外侧关节力平衡情况为各自约65%内侧-35%外侧，则发光二极管80和 82均亮起。另外，如果内侧-外侧关节力平衡情况为各自约70%内侧-30%外侧或内侧更 大，则仅发光二极管80亮起。通过这种方式，为整形外科医师提供患者膝的相对膝关节力 平衡情况的视觉指示。当然，在其他实施例中，可以使用其他显示方案来控制和点亮显示器 50、52。传感器模块12包括设置在胫骨板34上并且以可通信的方式连接到设置在柄32 上的控制电路92的传感器阵列90。传感器阵列90 “夹在”上外壳件60与下外壳件62之 间。然而，上外壳件60和下外壳件62是间隔开的，因此施加给胫骨板34的关节力会压缩 传感器阵列90。例如，如图6所示，上外壳64包括外边缘94，下外壳66包括外边缘96，其 与上外壳64的外边缘94隔开间距98。当关节力施加到胫骨板34时，外边缘94、96随着传 感器阵列90被压缩而移向彼此。传感器阵列90包括多个压力传感器或传感器元件100，它们被配置成产生表征施 加到传感器阵列90的关节力的传感器信号。在示例性实施例中，压力传感器100具体为电 容压力传感器，但在其他实施例中可以具体为其他类型的传感器。在示例性实施例中，传感 器阵列90的压力传感器100以具体构型排列。例如，在图8示出的一个实施例中，传感器 阵列90包括以大致圆形图案排列并且设置为朝向胫骨板34的内侧38的一组压力传感器 102、104、106、108。另外，传感器阵列90包括以大致圆形图案排列并且设置为朝向胫骨板 34的外侧40的一组压力传感器112、114、116、118。传感器阵列90还包括设置为朝向胫骨 板34的前侧36和内侧38的压力传感器120以及设置为朝向胫骨板34的前侧36和外侧 40的压力传感器122。另外，传感器阵列90包括设置为朝向胫骨板34的后侧42和内侧38 的压力传感器124以及设置为朝向胫骨板34的后侧42和外侧40的压力传感器126。当 然，在其他实施例中，可以使用以其他构型排列的压力传感器的传感器阵列。在示例性实施 例中，压力传感器102、104、106、108和112、114、116、118的排列图案对应于牵引器16的胫 骨板的形状和大小，以改善对其灵敏度，如下文结合图27所示和所述。压力传感器102、104、108、106、120、124形成内侧压力传感器组，它们产生表征患 者膝关节力的内侧关节力分量的传感器信号(同样假定采用内侧外科手术方法)。类似地， 压力传感器112、114、118、116、122、125形成外侧压力传感器组，它们产生表征患者膝关节 力的外侧关节力分量的传感器信号。另外，压力传感器102、104、120形成前侧-内侧压力 传感器组，它们产生表征患者膝关节力的前侧-内侧关节力分量的传感器信号。类似地， 压力传感器112、114、122形成前侧-外侧压力传感器组，它们产生表征患者膝关节力的前 侧-外侧关节力分量的传感器信号。压力传感器106、108、124形成后侧-内侧压力传感器 组，它们产生表征患者膝关节力的后侧-内侧关节力分量的传感器信号。类似地，压力传感 器116、118、126形成后侧-外侧压力传感器组，它们产生表征患者膝关节力的后侧-外侧 关节力分量的传感器信号。在其他实施例中，传感器阵列90可以包括更多或更少的压力传感器。在一个具体 实施例中，传感器阵列90可以包括用于患者股骨的每个髁的额外的内侧和外侧压力传感 器。例如，如图9所示，传感器阵列90可以包括内侧-内侧压力传感器180、内侧-外侧压力传感器182、外侧-内侧压力传感器184和外侧-外侧压力传感器186。也就是说，压力 传感器180被配置成感测或测量患者内侧股骨髁施加的内侧关节力的内侧分量。类似地， 压力传感器182被配置成感测或测量患者内侧股骨髁施加的内侧关节力的外侧分量。压力 传感器184被配置成感测或测量患者外侧股骨髁施加的外侧关节力的内侧分量。类似地， 压力传感器186被配置成感测或测量患者外侧股骨髁施加的外侧关节力的外侧分量。可以 根据传感器阵列90的其他压力传感器的大小、形状和定位选择压力传感器180、182、184、 186的具体形状和大小。现在参见图10，控制电路92包括处理器130和存储设备132。处理器130可以具 体为被配置成执行本文所述功能的任何类型的处理器。例如，处理器130可以具体为分离 的集成电路或电子器件的集合。另外，处理器可以为单核或多核处理器。尽管图10中仅 示出了一个处理器130，但应当理解，在其他实施例中，控制电路92可以包括任意数量的额 外处理器。存储设备132可以具体为只读存储设备和/或随机存取存储设备。例如，存储 设备132可以具体为或包括电可擦除可编程只读存储设备(EEPR0M)、动态随机存取存储设 备(DRAM)、同步动态随机存取存储设备(SDRAM)、双数据速率动态随机存取存储设备(DDR SDRAM)和/或其他易失性或非易失性存储设备。另外，尽管图10中仅示出了一个存储设 备，但在其他实施例中，控制电路92可以包括额外的存储设备。处理器130通过信号通路134以可通信的方式连接到存储设备132。信号通路134 可以具体为能够促进处理器130与存储设备132之间通信的任何类型的信号通路。例如， 信号通路134可以具体为任意数量的线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和/或 类似物。处理器130还通过信号通路136以可通信的方式连接到传感器阵列90。类似于信 号通路134，信号通路136可以具体为能够促进处理器130与传感器阵列90之间通信的任 何类型的信号通路，包括例如任意数量的线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和 /或类似物。另外，信号通路136可以包括被配置成接纳传感器阵列90的插头端140的连 接器138 (参见图5)。控制电路92还包括电源142和相关电源控制电路144。电源142可以具体为尺寸 适合传感器模块12的多个电池。电源142通过信号通路146电连接到电源控制电路144， 电源控制电路144通过信号通路148电连接到处理器130和控制电路92的其他器件。信 号通路146、148可以具体为任何类型的信号通路，包括例如任意数量的线材、印刷电路板 布线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。电源电路144可以包括电源控制、分配和过滤 电路，并且被配置成从电源142提供或分配电力至处理器130和控制电路92的其他器件或 部件。控制电路92还包括通过信号通路152以可通信的方式连接到处理器130的使用 者控件150。使用者控件150具体为位于显示器50、52上的电源按钮154(参见图6)，使用 者可选择该控件以开启传感器模块12。然而，在示例性实施例中，控制电路92被配置成在 传感器模块12开启后，防止或限制使用者通过电源按钮154或其他控件关闭传感器模块12 的能力。也就是说，控制电路92—旦开启即被配置成保持开启状态，直至电源142的电量 耗尽。此类配置可确保传感器模块12用于单次整形外科手术，而无法在多次手术中重复使 用。信号通路152与信号通路134类似，可以具体为能够促进使用者控件150与处理器130之间通信的任何类型的信号通路，包括例如任意数量的线材、印刷电路板布线、导电 孔、总线、居间装置和/或类似物。控制电路92还包括用于驱动和/或控制显示器50、52的显示电路156。显示电路 156通过信号通路158以可通信的方式连接到处理器130，并且通过信号通路160以可通信 的方式连接到显示器50、52。与上文讨论的信号通路134类似，信号通路158、160可以分别 具体为能够促进处理器130与显示电路156以及显示电路156与显示器50、52之间通信的 任何类型的信号通路。例如，信号通路158、160可以具体为任意数量的线材、印刷电路板布 线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。如上文所讨论，在示例性实施例中，显示器50、52 具体为发光二极管80、82、84、86、88的阵列。在一些实施例中，传感器模块12被配置成将力数据传输至显示模块14和/或计 算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18。在此类实施例中，控制电路包括发射器电路162和 天线164。发射器电路162通过信号通路166以可通信的方式连接到处理器130，并且通过 信号通路168以可通信的方式连接到天线164。信号通路166、168可以分别具体为能够促 进发射器电路162与处理器130和天线164之间通信的任何类型的信号通路。例如，与信 号通路134类似，信号通路166、168可以具体为任意数量的线材、印刷电路板布线、导电孔、 总线、居间装置和/或类似物。发射器电路162可以被配置成使用任何类型的无线通信协 议、标准或技术将关节力数据传输至显示模块14和/或计算机辅助整形外科手术(CA0S) 系统18。例如，发射器电路162可以被配置成使用无线网络协议、蜂窝移动通信协议(如码 分多址(CDMA)协议)、Bluetooth 协议或其他无线通信协议、标准或技术。现在参见图11和12，在使用中，控制电路92被配置成执行方法200，以确定患者 关节的关节力数据并提供患者关节力内侧_外侧平衡情况的视觉指示。方法200始于方框 202，其中控制电路92被初始化。例如，在方框202中，控制电路92可以执行任意数量的系 统检查、清除处理器130的任何寄存器和/或执行其他初始化和/或完整性检查。另外，在 一些实施例中，控制电路92被配置成在方框132中与手持显示设备14和/或计算机辅助 整形外科手术(CA0S)系统18执行握手例程。在该握手例程中，控制电路92和手持显示设 备14和/或计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18可以被配置成确定通信协议和/或 建立任何类型的通信步骤以将关节力数据从传感器模块12传输至设备14或系统18。在方框206中，控制电路92从传感器阵列90接收传感器信号或数据。如上文所 讨论，当板34设置在患者膝关节上时，传感器阵列90会产生表征施加到胫骨板34的关节 力的传感器信号。在方框208中，控制电路92的处理器130根据从传感器阵列90接收到 的传感器信号确定关节力数据。关节力数据为患者膝关节力的表征。在一些实施例中，关 节力数据可以具体为特定关节力值，例如，内侧关节力值、外侧关节力值、前侧关节力值和/ 或后侧关节力值，每个力均以牛顿或类似力量度单位确定。在此类实施例中，可以根据压力 传感器102、104、106、108、120、124的传感器信号确定内侧关节力。可以根据压力传感器 112、114、116、118、122、126的传感器信号确定外侧关节力。前侧关节力可以基于前侧-内 侧压力传感器102、104、120和/或前侧-外侧压力传感器112、114、122。另外，后侧关节力 可以基于后侧_内侧压力传感器106、108、124和/或后侧-外侧传感器116、118、126的传 感器信号。然后，在方框210中，控制电路92控制或激活显示器50、52以显示在方框208 中确定的关节力数据。例如，在确定一个或多个特定关节力的实施例中，处理器130可以在显示器50、52上显示确定的关节力或其标记。除此之外或作为另外一种选择，控制电路92可以被配置成在方框208、210中确定 相对内侧-外侧关节力平衡情况以及在显示器50、52上显示此内侧-外侧平衡情况的标 记。例如，如图12所示，控制电路92可以执行方法220以确定患者关节的相对内侧-外侧 关节力。在方框222中，控制电路92根据从压力传感器102、104、106、108、120、124接收到 的传感器信号确定内侧关节力数据。类似地，在方框224中，控制电路92根据从压力传感器 102、104、106、108、120、124接收到的传感器信号确定外侧关节力数据。内侧和外侧关节力 数据可以具体为以牛顿为单位的确定的特定关节力，或者可以具体为它们的某些表示。例 如，在一些实施例中，以电容来测量内侧和外侧关节力数据。应当理解，方框222和224可 以按任一顺序执行。在方框226中，控制电路92确定患者关节力的相对内侧-外侧平衡情况。为此， 控制电路92将内侧力数据与外侧力数据进行比较。例如，在一个实施例中，控制电路92被 配置成通过将内侧力数据与外侧力数据求和来确定总力值。控制电路92随后通过用内侧 力数据除以总力值确定内侧百分比值，以及通过用外侧力数据除以总力值确定外侧百分比 值。如此，如果患者关节的内侧和外侧力平衡，则确定内侧百分比值为约50%并且确定外侧 百分比值为约50 %。当然，在一些实施例中，控制电路92可以被配置成仅确定内侧和外侧 百分比值中的一个，另一个则通过从100%中简单减去而获知或确定。在方框228中，控制电路92激活或控制显示器50、52以提供患者关节的关节力的 相对内侧-外侧平衡情况的视觉指示。例如，在显示器50、52具体为发光二极管的实施例 中，控制电路92被配置成激活或亮起一个或多个发光二极管以提供关节力的内侧_外侧平 衡情况的视觉指示。控制电路92可以使用向整形外科医师提供此类关节力的正确指示的 任何显示方案或发光二极管的亮起图案。例如，在一个具体实施例中，控制电路92被配置成根据上文结合图7示出和讨论 的显示方案170控制显示器50、52。在此类实施例中，如果内侧和外侧关节力大致相等(即 约50%内侧-50%外侧)，则控制电路92被配置成亮起显示器50、52的中间位置的发光二 极管84。如果关节力的内侧-外侧平衡情况为各自约45%内侧-55%外侧，则控制电路92 被配置成亮起中间位置的发光二极管84和外侧发光二极管86。如果关节力的内侧-外侧 平衡情况为各自约35%内侧-65%外侧，则控制电路92被配置成亮起外侧发光二极管86、 88。另外，如果关节力的内侧-外侧平衡情况为各自约30 %内侧-70 %外侧(或外侧更大)， 则控制电路92被配置成亮起最外侧的发光二极管88。类似地，如果关节力的内侧-外侧平 衡情况为各自约55%内侧-45%外侧，则控制电路92被配置成亮起中间位置的发光二极管 84和内侧发光二极管82。如果关节力的内侧-外侧平衡情况为各自约65%内侧-35%外 侧，则控制电路92被配置成亮起外侧发光二极管80、82。另外，如果关节力的内侧-外侧平 衡情况为约70%内侧-30%外侧(或内侧更大)，则控制电路92被配置成亮起最内侧发光 二极管80。通过这种方式，传感器模块12向整形外科医师提供患者关节的相对内侧和外侧 力的视觉指示。如下文更为详细的讨论，整形外科医师可以在通过显示器50、52监视内外 侧力当前平衡情况的同时在患者膝关节上执行平衡手术，以获得具体患者的所需平衡。另 外，因为传感器模块12在每侧均具有显示器50、52，所以无论外科医师是在患者左膝还是
15右膝上做手术，均可为整形外科医师提供关节力的视觉指示。重新参见图12，除了在方框210中激活显示器50、52以提供关节力的视觉通知之 外，传感器模块12还可以被配置成在方框212中传输关节力数据。如上文所讨论，在方框 212中传感器模块12可以将关节力数据传输至手持显示器14和/或计算机辅助整形外科 手术(CA0S)系统18。传输的关节力数据可以具体为以例如以牛顿为单位的测得的特定关 节力或者可以为其表示。例如，在方框212中可以传输从传感器阵列90接收到的传感器信 号或此类信号强度的电表示。无论如何，传感器模块12被配置成在方框212中将表征患者 膝关节的关节力数据传输至显示器14和/或系统18。现在参见图13和14，在其他实施例中，柄32和胫骨板34可以按其他取向和/或 通过其他居间结构彼此连接。例如，如图13所示，在一些实施例中，传感器模块12可以具 体为模块232，其中柄32连接到胫骨板34的前侧36。在此类实施例中，当胫骨板34插入 患者膝关节中时，柄32从患者膝关节(如通过前侧囊切口)向前侧延伸。作为另外一种选 择，如图14所示，传感器模块12可以具体为模块232，其中柄32和胫骨板34通过线材234 彼此连接。线材234可以具体为以可通信的方式将设置在胫骨板34中的传感器阵列90连 接到位于柄32上的控制电路92的多条线材、线缆或其他互连方式。尽管在图14的实施例 中线材234示意性地连接到胫骨板34的后侧36，但应当理解，在其他实施例中，线材234可 以在外侧38、内侧40或后侧42连接到胫骨板34。现在参见图15-19，在一些实施例中，传感器模块12可以被配置成用于除患者膝 关节之外的关节。例如，在一个实施例中，传感器模块12具体为传感器模块250，其包括传 感器外壳252和通过细长颈杆256连接到传感器外壳252的柄254。柄254与传感器模块 12的外壳32类似，包括设置在其中的控制电路92和连接到柄254的末端258的显示器50、 52。然而，传感器外壳252被配置成设置在患者的杵白关节中，例如患者的臀关节或肩关节 中。如此，传感器外壳252大致呈“杯”形，包括凹形上外壳件260和对应的凸形下外壳件 262。凹形上外壳件260限定内凹槽260，其在整形外科手术的执行中可以接纳整形假体或 假体试验用具的一部分或者患者自然骨骼或骨骼假体的末端。与传感器外壳30类似，传感 器阵列90设置在传感器外壳252中，并且被配置成产生表征患者相关关节的关节力的传感 器信号。在一些实施例中，传感器外壳252可以与柄254分离，但与其以可通信的方式连 接，以使传感器模块250更易用于具体关节。例如，如图12所示，传感器外壳252和柄254 可以彼此分离但通过一条或多条线材266以可通信的方式连接。也就是说，设置在传感器 外壳252中的传感器阵列90与设置在柄254中的控制电路90以可通信的方式连接。在另一个实施例中，如图17所示，传感器模块12可以具体为被配置成用于患者脊 柱关节的传感器模块270。传感器模块270包括通过细长颈杆256连接到柄254的脊柱板 272。脊柱板272被配置成插入患者脊柱的椎骨之间。在示例性实施例中，板272大致为圆 形，但在其他实施例中可以为其他形状。脊柱板272包括被配置成接纳患者脊髓一部分的 凹口 274，使得脊柱板272可以完全插入患者脊柱。传感器阵列包含在脊柱板272中以测量 或感测患者脊柱的关节力。脊柱传感器阵列可以具有以类似于上文讨论的传感器阵列90 的构型或其他构型排列的任意数量的压力传感器。另外，在一些实施例中，如图18所示，传感器模块12可以具体为被配置成用于患者膝关节髌骨的传感器模块280以测量髌股关节力。与上文结合图17讨论的传感器模块 270类似，传感器模块280包括通过细长颈杆256连接到柄254的髌骨板282。髌骨板282 被配置成插入患者的髌骨与股骨之间。在示例性实施例中，板282大致为椭圆形，但在其他 实施例中可以为其他形状。传感器阵列包括在髌骨板282中以测量或感测患者髌骨在患者 股骨上施加的力。髌骨传感器阵列可以具有以类似于上文讨论的传感器阵列90的构型或 其他构型排列的任意数量的压力传感器。现在参见图19，在另一个实施例中，传感器模块12具体为被配置成用于患者踝关 节的传感器模块290。传感器模块290包括通过线材294连接到柄254的踝传感器外壳 292。线材294可以具体为以可通信的方式将踝传感器外壳292与位于柄254上的控制电 路92连接的多条线材、线缆或其他互连方式。踝传感器外壳292被配置成插入患者的踝关 节中。在示例性实施例中，踝传感器外壳292的形状为半圆柱形，但在其他实施例中可以为 其他形状。传感器阵列包括在踝传感器外壳292中以测量或感测患者的踝关节力。踝传感 器阵列可以具有以类似于上文讨论的传感器阵列90的构型或其他构型排列的任意数量的 压力传感器。现在参见图20-26，手持显示模块14包括尺寸适合整形外科医师手持并且在执行 整形外科手术时使用的外壳300。通过这种方式，显示模块14被配置成可移动的。显示模 块14还包括连接到外壳300的上侧304的显示器302。多个使用者输入按钮306、308、310 设置在位于显示器302下方的外壳300的上侧304。显示模块14还包括电源按钮312。在 图20-26的示例性实施例中，电源按钮312设置在输入按钮306、308、310行的下方，但在其 他实施例中，按钮306、308、310、312可以设置为其他构型和/或取向。另外，显示模块14 还包括位于外壳300的上侧304上的通电指示灯314和电池状态指示灯316。如上文所讨论，手持显示模块14被配置成结合传感器模块12使用以从模块12接 收关节力数据并在显示器302上显示表征患者关节的关节力的标记。与传感器模块12类 似，显示模块14可以被配置成确定患者关节力的相对内侧-外侧和/或前侧-后侧平衡情 况并在显示器302上显示此类平衡情况的标记。另外，显示模块14可以被配置成确定患者 关节力的前侧-后侧平衡情况并在显示器302上显示此类平衡情况的标记。此外，如下文 更为详细的讨论，显示模块14可以被配置成确定特定关节力值(如内侧和外侧关节力)并 在显示器302上显示此类力值。也就是说，除了指示相对于彼此的关节力外，手持显示模块 14还可以计算或以其它方式确定以例如牛顿等合适的力单位测得的关节力值的大小。另 外，显示模块14还可以被配置成执行其他功能，例如，根据显示器302上显示的内容存储患 者关节力的截屏和数据并将此类数据下载到其他设备上。如图22所示，手持显示模块14包括设置在外壳300中的控制电路320。控制电 路320包括处理器322和存储设备324。处理器322可以具体为可配置成执行本文所述功 能的任何类型的处理器。例如，处理器322可以具体为分离的集成电路或电子器件的集合。 另外，处理器可以为单核或多核处理器。尽管图22中仅示出了一个处理器322，但应当理 解，在其他实施例中，控制电路320可以包括任意数量的额外处理器。存储设备324可以具 体为只读存储设备和/或随机存取存储设备。例如，存储设备324可以具体为或包括电可 擦除可编程只读存储设备(EEPR0M)、动态随机存取存储设备(DRAM)、同步动态随机存取存 储设备(SDRAM)、双数据速率动态随机存取存储设备(DDR SDRAM)和/或其他易失性或非易失性存储设备。另外，尽管图22中仅示出了一个存储设备，但在其他实施例中，控制电路 320可以包括额外的存储设备。处理器322通过信号通路326以可通信的方式连接到存储设备324。信号通路326 可以具体为能够促进处理器322与存储设备324之间的通信的任何类型的信号通路。例如， 信号通路326可以具体为任意数量的线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和/或 类似物。处理器322还通过信号通路328以可通信的方式连接到使用者输入按钮306、308、 310，并且通过信号通路344以可通信的方式连接到电源指示灯314。与信号通路326类似， 信号通路328、344可以具体为能够促进处理器322分别与使用者输入按钮306、308、310和 电源指示灯314之间的通信的任何类型的信号通路。例如，信号通路328、344可以包括任 意数量的线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。使用者输入按钮 306、308、310为软件或“软”按钮，可以根据显示器302上显示的具体屏幕确定每个按钮的 功能。控制电路320还包括外部电源输入电路330、可充电电源332 (例如可充电电池或 类似物)和电源电路334。外部电源输入电路330被配置成接纳充电器(例如“壁式充电 器”)的插头，并且通过信号通路336以可通信的方式连接到可充电电源332。可充电电源 332通过信号通路338以可通信的方式连接到电源电路334。电源电路334通过信号通路 340以可通信的方式连接到处理器332，并且通过信号通路342以可通信的方式连接到电源 按钮312。信号通路336、338、340、342可以具体为任何类型的信号通路，包括例如任意数量 的线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。电源电路334可以包括电 源控制、分配和过滤电路，并且配置成从可充电电源332提供或分配电力至处理器322以及 控制电路320的其他器件或部件。控制电路320还包括用于驱动和/或控制显示器392的显示电路346。显示电路 346通过信号通路348以可通信的方式连接到处理器322，并且通过信号通路350以可通信 的方式连接到显示器302。信号通路348、350分别可以具体为能够促进处理器322与显示 电路346以及显示电路346与显示器302之间通信的任何类型的信号通路。例如，信号通 路348、350可以具体为任意数量的线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和/或类 似物。如上文所讨论，手持显示模块14被配置成从传感器模块12接收关节力数据。如 此，控制电路320包括接收器电路352和天线354。接收器电路352通过信号通路356以可 通信的方式连接到处理器322，并且通过信号通路358以可通信的方式连接到天线354。信 号通路356、358分别可以具体为能够促进接收器电路352与处理器322和天线354之间通 信的任何类型的信号通路。例如，信号通路356、358可以具体为任意数量的线材、印刷电路 板布线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。接收器电路352可以被配置成使用任何类 型的无线通信协议、标准或技术从传感器模块12接收关节力数据。例如，如上文结合传感 器模块12的讨论，显示模块14可以被配置成使用无线网络协议、蜂窝移动通信协议(如码 分多址(CDMA)协议)、Bluetooth 协议或其他无线通信协议、标准或技术与传感器模块
12 iMfp o控制电路320还包括通用串行总线(USB)接口 360。USB接口 360通过信号通路
18362以可通信的方式连接到处理器322，信号通路362可以具体为能够促进USB接口 360与 处理器322之间通信的任何类型的信号通路。例如，信号通路362可以具体为任意数量的 线材、印刷电路板布线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。USB接口 360可以用于将数 据(如关节力数据或截屏数据)从显示模块14下载到其他设备(如计算机)。另外，USB 接口 360可以用于更新控制电路320的软件或固件。现在参见图23-26，在使用中，控制电路320被配置成执行方法400以确定患者关 节相关的关节力数据并将其显示给整形外科医师。方法400始于方框402，其中控制电路 320被初始化。例如，在方框402中，控制电路320可以执行任意数量的系统检查、清除处理 器322的任何寄存器和/或执行其他初始化和/或完整性检查。另外，在一些实施例中，控 制电路320被配置成在方框404中与传感器模块12执行握手例程。在该握手例程中，控制 电路320和传感器模块12可以被配置成确定通信协议和/或建立任何类型的通信步骤以 将关节力数据从传感器模块12传输至设备模块14。在方框406中，控制电路320从传感器模块12接收关节力数据。如上文所讨论， 关节力数据为传感器模块12的传感器阵列90产生的传感器信号所指示的患者膝关节力的 表征。在方框408中，控制电路320根据在方框406中接收到的关节力数据确定内侧关节 力值和外侧关节力值。内侧关节力值基于从压力传感器102、104、106、108、120、124接收到 的传感器信号，外侧关节力值基于从压力传感器112、114、116、118、122、126接收到的传感 器信号。在方框410中，控制电路320根据在方框408中确定的内侧关节力值和外侧关节 力值确定平均内侧/外侧力值。在方框412中，内侧关节力值、外侧关节力值和平均关节力 值随后显示在显示器302上。例如，如图24、25和26中的截屏450、452、454所示，朝向显 示器302的内指定侧460显示内侧关节力值430，朝向显示器302的外指定侧462显示外侧 关节力值432，朝向后指定侧464显示平均关节力值434。在方框414、416中，控制电路320确定整形外科医师选择的模式。在示例性实施 例中，整形外科医师可以选择第一模式，其中显示器302上仅显示患者关节力内侧_外侧平 衡情况的标记，或选择第二模式，其中显示器302上可以显示患者关节力内侧-外侧和前 侧_后侧平衡情况的标记。使用者可以通过选择相应的使用者输入按钮306、308、310在两 个模式之间切换。如果整形外科医师已选择仅内侧-外侧模式，则方法400前进至方框418，其中在 显示器302上显示患者膝关节力内侧-外侧平衡情况的标记。为此，如图24所示，在显示 模块14的显示器302上呈现屏幕显示内容450。屏幕显示内容450包括背景图像470，其 示例具体为被切除胫骨近端的图像。控制电路320在背景图像470上显示平衡条472，并在 平衡条472上指示患者关节力相对内侧-外侧平衡情况的位置显示图标474。例如，在示例 性屏幕显示内容中450，朝向屏幕显示内容450的外侧462(即显示器302对应于被切除胫 骨图像470的外侧的一侧，其示例性地对应于显示器302的右侧)在平衡条472上显示图 标474，具体为圆角矩形。此定位表示患者膝关节总关节力的外侧力分量大于内侧关节力分 量。图标474距离平衡条472的中心越远，各自内侧或外侧力分量就越大。在一些实施例 中，可以校准平衡条472以提供内侧力与外侧力之间的数值平衡情况指示。另外，在一些实 施例中，背景图像470包括“平衡”图标476，示例中具体为圆角矩形轮廓，其设置在背景图 像470上，使得图标474位于图标476的边界内时，患者膝的内侧关节力和外侧关节力平衡或处于彼此的预定阈值之内。然而，如果整形外科医师已选择内侧-外侧和前侧-后侧模式，则方法400前进至 方框420，其中在显示器302上显示患者膝关节力内侧-外侧和前侧_后侧平衡情况的标 记。为此，如图25所示，显示模块14的显示器302上呈现屏幕显示内容452。屏幕显示内 容450包括背景图像470，其上有平衡条472，其示例具体为被切除胫骨近端的图像。控制 电路320显示平衡条472，并且会显示图标474。同样，图标474在平衡条472上的位置指 示患者关节力的相对内侧_外侧平衡情况。然而，除此之外，根据相应前侧_后侧平衡情况 定位平衡条472的内侧末端480和平衡条472的外侧末端482。例如，根据内侧关节力的前 侧_后侧平衡情况朝向显示器302的后侧464或显示器302的前侧466定位平衡条472的 内侧末端480。如上文所讨论，可以根据从压力传感器102、104、120接收到的关于前侧分量 的传感器信号和从压力传感器106、108、124接收到的关于后侧分量的传感器信号确定内 侧关节力的前侧_后侧平衡情况。类似地，根据外侧关节力的前侧_后侧平衡情况朝向显 示器302的后侧464或显示器302的前侧466定位平衡条472的外侧末端482。如上文所 讨论，可以根据从压力传感器112、114、122接收到的关于前侧分量的传感器信号和从压力 传感器116、118、126接收到的关于后侧分量的传感器信号确定外侧关节力的前侧-后侧平 衡情况。在图26的示例性屏幕显示内容452中，朝向显示器302的前侧466定位平衡条 472的内侧末端480，并且朝向显示器302的后侧464定位平衡条472的外侧末端482。此 定位表示内侧力分量的前侧力分量大于内侧力分量的后侧力分量，并且外侧力分量的后侧 力分量大于外侧力分量的前侧力分量。末端480、482距离前侧-后侧中心越远，各自的前 侧或后侧力分量就越大。现在，重新参见图23，在方框422中，显示器302上显示关节力平衡情况的相应标 记后，控制电路320便会确定整形外科医师是否希望拍摄当前显示内容的截屏。整形外科 医师可以通过选择相应使用者输入按钮306、308、310拍摄显示内容302的截屏。另外，在 方框424中，截屏存储在存储设备324中，并且可以随后从显示模块14下载。存储截屏后，图标484出现在显示器302的右上角。图标484显示在各自存储的 截屏上测得的平均力值。可以在显示器302上显示任意数量的图标484以指示对应的已存 储截屏。另外，尽管可以在显示器302上显示所选数量的图标484，但控制电路320可以被 配置成存储任意数量的截屏。除图标484之外，当存储截屏时，显示器302上会显示对应的 竖直平衡线486。平衡线486提供相关已存储截屏中显示的关节力内侧-外侧平衡情况的 视觉指示。此外，如果整形外科医师已选择内侧-外侧和前侧-后侧模式，则显示器302上 显示前侧_后侧平衡线488。平衡线488提供相关已存储截屏中显示的患者膝关节内侧和 外侧力的前侧_后侧平衡情况的视觉指示。现在参见图27-30，如上文所讨论，在执行整形外科手术期间，传感器模块12可以 连接到关节牵引器16。关节牵引器16包括大小适合且被配置成接纳传感器模块12的支架 500、可移动地连接到支架500的侧面504的第一牵引器部件502以及可移动地连接到支架 500与侧面504相对的侧面508的第二牵引器部件506。如图28所示，支架500包括形状 对应于传感器模块12的柄32的横截面形状的开口 509。可以通过滑动传感器模块12且柄 先进入支架500的方式将传感器模块12连接到关节牵引器16。支架500包括可操作以将传感器模块12锁紧在支架500中的锁紧装置510。如图29所示，牵引器部件502、504中的每一个分别包括安装条512、514，在支架 500的相应狭槽516、518中接纳安装条。可以通过将各自的安装条512、514滑入或滑出支 架500的相应狭槽516、518，从而将牵引器部件502、504相对于支架500沿向外的方向520 独立地移动。如此，可以将牵引器部件502、504中的任一个设置为可延长得比牵引器部件 502、504中的另一个更远，使得关节牵引器被可选择地配置成以内侧或外侧方法中的任一 个用于患者的任一个膝。另外，可以根据传感器模块12的传感器外壳30的形状和/或大 小、患者膝的形状和大小和/或其他标准调节或定位牵引器部件502、504。在一些实施例 中，如图29所示，安装条512、514可以包括提供每个各自牵引器部件502、504的延伸量的 视觉指示的标记。整形外科医师可以通过在支架500中限定的窗口 522、524查看此视觉指 示。牵引器部件502、504定位为所需配置后，可以通过使用相应锁紧装置526、528将相应 的安装条512、514锁紧到位。如此锁紧后，限制牵引器部件502、504相对于支架500的移 动。如图30所示，每个牵引器部件502、504都包括板组530、532和一对柄534、536。 牵引器部件502的板组530包括胫骨板538和股骨板540。类似地，牵引器部件504的板 组532包括胫骨板542和股骨板544。可以操作柄534以相对于胫骨板538 (例如从胫骨 板538向上)移动股骨板540。类似地，可以操作柄536以相对于胫骨板542(例如从胫骨 板538向上)移动股骨板544。通过弹簧546、548使胫骨板538、542和股骨板540、544偏 移为闭合或接触位置，弹簧示例性地设置在柄534、536中。另外，每对柄534、536分别包括 相关锁紧装置550、552，可操作锁紧装置以将柄534、536锁紧到所选位置，从而将相关胫骨 板538、542和股骨板540、544锁紧到所选位置。在使用中，传感器模块12设置在支架500中并且通过锁紧装置510固定到位。根 据将在患者的哪个膝上进行操作，可以设置牵引器部件502、504使得胫骨板538、542接触 传感器模块12的胫骨板34，如图20所示。应当理解，胫骨板538、542具有大致对应于压力 传感器102、104、106、108的圆形取向和压力传感器112、114、116、118的圆形取向的大致圆 形形状。然后可以将关节牵引器16和传感器模块12插入患者关节(例如患者胫骨近端与 患者股骨远端之间)。关节牵引器16随后可以用于牵引患者的关节，以及响应施加在胫骨 板34上的关节力，传感器模块12显示关节的关节力在所选牵引角度的内侧_外侧平衡情 况。通过这种方式，整形外科医师可以在执行整形外科手术期间使用牵引器16和传感器模 块12来调节和监视患者关节的相对关节力。在图27-30的示例性实施例中，股骨板540、544绕枢转接头554相对于胫骨板 538、542枢转(参见图30)。如此，股骨板540、544在使用期间会移动到相对于胫骨板538、 542的倾斜取向。然而，在图31所示的另一个实施例中，牵引器16可以包括四条联动装置 272或使得股骨板540、544在使用期间可移动到相对于胫骨板538、542大致平行的取向的 其他机械配置。也就是说，在此类实施例中，在股骨板540、544远离胫骨板538、542移动时， 股骨板540、544和胫骨板538、542仍然相对于彼此大致平行。如此，应当理解，牵引器部件 502,504仅为支架500可以连接的牵引器部件的一个示例性实施例，而在其他实施例中，支 架500可以连接到被配置成以与牵引器部件502、504类似或不同方式操作的其他类型的牵 引器部件。
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现在参见图32-35，在一些实施例中，传感器模块12可以被配置成结合计算机辅 助整形外科手术(CA0S)系统18使用。在此类实施例中，传感器模块12被配置成将关节力 数据传输至系统18。如图32所示，计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18包括计算机 600、显示器602和摄像头单元604。计算机600通过信号通路606以可通信的方式连接到 显示器602，并且通过信号通路608以可通信的方式连接到摄像头单元604。信号通路606、 608可以分别具体为能够促进计算机600与显示器602以及计算机600与摄像头单元604 之间通信的任何类型的信号通路。例如，信号通路可以具体为任意数量的线材、印刷电路板 布线、导电孔、总线、居间装置和/或类似物。显示器602可以具体为任何类型的设备，例如液晶显示器、阴极射线管(CRT)显示 器或类似设备。另外，在一些实施例中，显示器602可以具体为“抬头”显示器。在此类实 施例中，信号通路606可以具体为有线或无线信号通路。摄像头单元604包括两个或更多 个摄像头610，其布置方式使得连接到患者612的相关骨骼的反射阵列620处于摄像头610 的视场614中。计算机600包括处理器622、存储设备624和接收器或接收器电路626。处理器622 可以具体为可配置成执行本文所述功能的任何类型的处理器。例如，处理器622可以具体 为分离的集成电路或电子器件的集合。另外，处理器可以为单核或多核处理器。尽管图32 中仅示出了一个处理器622，但应当理解，在其他实施例中，计算机600可以包括任意数量 的额外处理器。存储设备624可以具体为只读存储设备和/或随机存取存储设备。例如， 存储设备624可以具体为或包括电可擦除可编程只读存储设备(EEPR0M)、动态随机存取存 储设备(DRAM)、同步动态随机存取存储设备(SDRAM)、双数据速率动态随机存取存储设备 (DDR SDRAM)和/或其他易失性或非易失性存储设备。另外，尽管图32中仅示出了一个存 储设备，但在其他实施例中，计算机600可以包括额外的存储设备。接收器电路626可以被配置成使用任何类型的无线通信协议、标准或技术从传感 器模块12接收关节力数据。例如，如上文结合传感器模块12的讨论，计算机600可以被配 置成使用无线网络协议、蜂窝移动通信协议(如码分多址(CDMA)协议)、Bluetooth 协 议或其他无线通信协议、标准或技术与传感器模块12通信。在使用中，计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18被配置成通过跟踪和显示反 射阵列620所连接患者相关骨解剖结构(如患者的胫骨和股骨)的位置来为外科手术提供 导航，以及提供外科手术的行进量。另外，计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18被配置 成从传感器模块12接收关节力数据并在显示器602上显示患者关节的关节力数据或关节 力的其他标记。为此，计算机600可以执行方法700以执行图33所示整形外科手术。方法700始 于方框702，其中系统18被初始化。例如，在方框702中，计算机600可以执行任意数量的 系统检查、清除处理器622的任何寄存器和/或执行其他初始化和/或完整性检查。另外， 可以在方框702中建立和执行CA0S系统18的任意数量的设置、参数选择和校准。例如，可 以在方框702中选择显示器602的视频设置、选择计算机600显示的语言，以及校准显示设 备602的触摸屏(如果适用)。在方框704中，由外科医师选择整形外科手术的选项和参数选择。此类选项可以 包括要执行的整形外科手术的类型(如完全膝整形)、要使用的整形植入物的类型(如构造、型号、大小、固定类型等)、操作顺序(如先胫骨还是先股骨)等。一旦在方框704中设 置了整形外科手术，就在方框706中配准患者的骨骼。为此，反射阵列620与患者的相关骨 骼(如患者的胫骨和股骨)连接。另外，使用适合的配准工具来配准此类骨骼的轮廓。为 此，此类工具的指示器末端接触要配准的骨骼的多个区域。为了响应配准，计算机600会显 示骨骼的渲染图像，其中根据所连接的反射阵列确定骨骼的位置和取向，并且根据配准的 点确定骨骼的轮廓。另外，在方框706中可以使用计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统配 准一个或多个外科手术工具。在方框706中配准了相关骨骼之后，在方框708中，与摄像头单元604合作使用的 计算机600会显示整形外科手术的外科手术步骤的图像和相关导航数据(如外科手术工具 的位置)。为此，手术步骤708可以包括任意数量的子步骤，其中按先后顺序向整形外科医 师显示每个外科手术步骤以及相关导航数据。另外，在方框710中，计算机600从传感器模 块12接收关节力数据。如上文所讨论，关节力数据为传感器模块12的传感器阵列90产生 的传感器信号所指示的患者膝关节力的表征。在方框712中，计算机600在显示器602上显示表征患者关节力的关节力数据或 从其得到的其他数据。计算机600可以被配置成根据方框712中的关节力数据确定任何 一个或多个关节力值。例如，与手持显示模块14类似，计算机600可以配置成根据在方框 710中接收到的关节力数据确定内侧关节力值和外侧关节力值。同样，此类内侧关节力值 基于从压力传感器102、104、106、108、120、124接收到的传感器信号，外侧关节力值基于从 压力传感器112、114、116、118、122、126接收到的传感器信号。计算机600还可以根据内侧 关节力值和外侧关节力值确定平均内侧/外侧力值。在此类实施例中，在方框712中，随后 在显示器602上显示内侧关节力值、外侧关节力值和平均关节力值。除此之外，计算机600 可以被配置成根据关节力数据确定关节力的内侧_外侧和/或前侧_后侧平衡情况，并且 在显示器602上以与手持显示模块14类似的方式显示关节力平衡情况的标记。例如，在方 框412中，计算机600可以呈现与分别结合图24、25和26在上文中示出和描述的显示内容 450、452、454类似的显示内容。在一些实施例中，计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18可以被配置成确定关 节力数据和导航数据并将数据显示在显示器602上。例如，计算机600可以执行方法720 以显示关节力数据和导航数据，如图34所示。方法720包括方框722，其中计算机600从传 感器模块12接收关节力数据。同样，关节力数据为传感器模块12的传感器阵列90产生的 传感器信号所指示的患者膝关节力的表征。在方框724中，计算机600根据在方框722中 接收到的关节力数据确定内侧、外侧和/或平均关节力值。在方框722中确定关节力值的同时，在方框724中，计算机600确定患者相关骨骼 (例如，在患者膝经历整形外科手术的实施例中为患者股骨和胫骨)的位置和取向。随后， 在方框728中，计算机600会显示在方框722中确定的关节力值和方框728中的膝关节图 像。如此，计算机600可以用于显示例如患者膝内侧和外侧髁的弯曲和伸展间隙，并且同时 显示患者膝的相关内侧、外侧和/或平均关节力值。通过监视弯曲和伸展间隙以及相关关 节力值，整形外科医师可以确定具体整形手术的合适的间隙或关节力大小。另外，在一些实施例中，计算机600还可以被配置成根据在方框726中确定的患者 骨骼取向和位置确定其他解剖结构数据，并且显示此类解剖结构数据和相关关节力值。例
23如，在一个实施例中，计算机600被配置成确定患者膝的内翻/外翻角，并且显示相关内侧 和外侧关节力。另外，计算机600可以被配置成根据内侧和外侧力值确定负重髁，并且在显 示器602上为整形外科医师识别负重髁。此外，在一些实施例中，计算机600可以被配置成 在存储设备624或其他储存设备中结合彼此存储解剖结构数据、关节力值和/或其他外科 手术数据，例如植入物类型大小、患者身份数据和/或类似数据。在一些实施例中，计算机600还可以被配置成确定和显示弯曲角度和相关关节力 值的图表。为此，计算机600执行方法730，如图35所示。方法730包括方框732，其中计 算机600从传感器模块12接收关节力数据。同样，关节力数据为传感器模块12的传感器 阵列90产生的传感器信号所指示的患者膝关节力的表征。在方框734中，计算机600根据 在方框732中接收到的关节力数据确定内侧、外侧和/或平均关节力值。在方框732中确定关节力值的同时，在方框736中计算机600会确定患者膝的弯 曲角度。为此，计算机600会确定患者胫骨和股骨的相对位置，并且根据这些位置确定其间 限定的弯曲角度。在方框738中，计算机600存储在方框734中确定的关节力数据和在方 框738中确定的弯曲角度数据。通过方框732、734、736重复该方法以收集数据和所需弯曲 范围内的每个预定弯曲角度。收集此类数据后，方法730前进至方框740，其中计算机600 会显示关节力值相对于弯曲角度的图表。此图表可以包括内侧和外侧关节力值或可以包括 平均关节力值，具体取决于整形外科医师的参数设置。现在参见图36-41，如上文所讨论，在执行整形外科手术期间，传感器模块12可以 用于监视患者关节力的相对内侧-外侧平衡情况。例如，图36中示出了使用传感器模块12 执行完全膝整形手术的外科手术方法800。方法800始于方框802，其中患者的胫骨近端 900被切除。通过切除患者的胫骨900，在胫骨近端上建立切除后的平表面或平台。在一些 实施例中，例如在不使用计算机辅助整形外科手术(CA0S)系统18的实施例中，可以在方框 804中切除患者股骨远端902。在方框806中，患者的膝伸展放置。随后，在方框808中，患者的膝在伸展并且关 节力平衡时被牵引。为此，整形外科医师可以在患者膝关节中放置传感器模块12的胫骨板 34。具体地讲，胫骨板34放置在患者胫骨近端被切除的平台850上，如图37所示。胫骨板 34可以放置为接触患者的胫骨，或可以放置在隔膜或其他居间构件上。如图37所示，间隔 块832可以用于将伸展的患者膝牵引所需的量。作为另外一种选择，传感器模块12可以连 接到关节牵引器16，牵引器可插入患者膝关节并进行操作以牵引关节至所需的量。典型地， 患者膝关节在伸展时被牵引建立大致矩形的关节间隙(即患者胫骨被切除的平台850大致 平行于患者股骨被切除的远端)所必需的量。建立起大致矩形的关节间隙后，整形外科医师便可平衡内侧和外侧关节力。为此， 整形外科医师可以执行韧带放松或平衡手术来减小患者膝的内侧或外侧力。执行该操作 时，整形外科医师可以监视传感器模块12和/或手持显示模块14的显示器50、52，以确定 要放松哪一侧以及内侧和外侧力何时大致相等(例如，中间发光二极管84何时亮起)。当 然，整形外科医师可以根据例如患者年龄、患者性别、患者关节的软组织损伤程度、患者关 节手术前畸形程度等标准来决定可另外选择的关节力平衡情况(例如，45%/55%内侧-外 侧关节力平衡情况)对于具体患者是否可取。另外，在一些实施例，例如在使用计算机辅助 整形外科手术(CA0S)系统18的实施例中，可以在方框810中切除患者股骨远端902。
整形外科医师适当平衡处于伸展状态的患者关节的内侧-外侧关节力后，在方框 812中弯曲放置患者关节。随后，在方框814中，患者膝在弯曲时被牵引至所需关节力平衡 情况。为此，整形外科医师可以再次将传感器模块12的胫骨板34放置在患者胫骨近端900 的被切除平台850上。胫骨板34可以放置为接触患者的胫骨，或可以放置在隔膜或其他居 间构件上。整形外科医师可以使用例如牵引器16、560或其他牵引器来牵引患者的膝，以将 患者股骨的每个髁牵引不同的量，直至内侧和外侧关节力大致相等。通过平衡内侧和外侧 关节力，使股骨可以旋转。在方框814中牵引患者关节实现所需的内侧-外侧关节平衡后，在方框816中在 患者股骨远端902上执行多次附加切除。为此，如图38所示，切割模块860可以连接到关 节牵引器16，用于当患者关节在弯曲状态下被牵引时在患者股骨远端902上执行股骨前侧 切割、股骨后侧切割和/或斜面切割。在一个具体实施例中，切割模块860的布置方式使得 在患者膝如上文所讨论在弯曲状态下被牵引时股骨前侧和后侧切口大致平行于胫骨切口。 在其他实施例中，切割模块860的布置方式可以使得股骨前侧和后侧切口的角度对应于所 需植入物的具体角度。如此，在股骨旋转到所需位置时执行股骨前侧和后侧切割。还可以 在前侧或后侧调节切割模块860的位置以针对整形植入物设置弯曲间隙。作为另外一种选择，在一些实施例中，根据例如后髁、Whiteside线和/或经股骨 上髁轴等解剖结构参照，预定在弯曲时旋转股骨。根据股骨的预定旋转在患者股骨远端902 执行股骨前侧切割、股骨后侧切割和/或斜面切割。如图39所示，间隔块854可以用于检 查或验证此类股骨切割。另外，外科医师可以使用韧带放松来平衡或限定所需的内侧-外 侧关节力。在此类实施例中，整形外科医师还可以验证在弯曲时执行的韧带放松不会对伸 展状态的关节力平衡造成负面影响。完成患者股骨远端的最终切除后，在方框818中验证患者膝关节的关节力平衡情 况。为此，整形外科医师可以将传感器模块12的胫骨板34放置在患者胫骨近端900被切除 的平台850上，如图40和41所示。试验用胫骨插件或轴承862可以放置在胫骨板34上， 并且试验用股骨部件可以临时连接到患者股骨远端902。随后在整形外科医师监视传感器 模块12的显示器50、52指示的相关关节力平衡情况时，患者膝关节可以通过图41所示各 种弯曲角度移动，以验证在患者关节的整个弯曲过程中均保持所需的关节平衡。上文结合对关节力的测量、确定和显示描述了系统10。此类关节力大致对应于患 者关节对限定区域的关节压力。如此，应当理解，在其他实施例中，传感器模块12、手持显 示模块14和计算机辅助外科手术系统18可以被配置成测量、确定和显示除患者关节力之 外或患者关节力的替代的患者相对关节压力。例如，在一个实施例中，可以根据传感器阵列 90的压力传感器的每个传感器或传感器元件100的已知区域确定患者关节的压力。尽管在附图和上述具体实施方式
中对本发明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变更和修改形式都应受到保护。本文所述设备、系统和方法的多个特征使本发明具有多个优点。应当注意的是，本 发明的设备、系统和方法的替代实施例可以不包括所有所述特征，但仍然可以具有这些特 征的至少某些优点的有益效果。本领域的普通技术人员可以轻松设计出其自己的设备、系 统和方法的实施方式，这些设备、系统和方法可整合本发明特征中的一项或多项，并且落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
权利要求
一种整形外科手术设备，包括成型为设置在患者胫骨近端与股骨远端之间的胫骨板；设置在所述胫骨板上的传感器阵列，所述传感器阵列包括被配置成产生表征所述患者胫骨与股骨之间力的传感器信号的多个压力传感器；固定到所述胫骨板的柄；固定到所述柄的末端的第一显示器；以及设置在所述柄上的电路，所述电路被配置成从所述传感器阵列接收所述传感器信号并控制所述显示器以提供所述患者胫骨与股骨之间的所述力的视觉指示。
2.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述胫骨板被成型为保持在患者被 切除胫骨近端的经过外科手术准备的表面上。
3.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述柄固定到所述胫骨板并且其取 向使得所述板可设置在患者膝关节上同时患者髌骨处于其自然位置。
4.根据权利要求3所述的整形外科手术设备，其中所述柄设置在患者膝关节中时，所 述柄从所述患者膝关节的内侧和外侧中的一个延伸。
5.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述胫骨板包括板顶部外壳和板底 部外壳，在没有力施加到所述胫骨板时，所述板顶部外壳的外边缘与所述板底部外壳的外 边缘间隔开。
6.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述传感器阵列包括以大致圆形图 案排列的内侧压力传感器组和以大致圆形图案排列的外侧压力传感器组。
7.根据权利要求6所述的整形外科手术设备，其中所述传感器阵列包括设置在所述内侧压力传感器组后侧的第一后侧传感器和设置在所述内侧压力传感器 组前侧的第一前侧压力传感器，以及设置在所述外侧压力传感器组后侧的第二后侧传感器和设置在所述外侧压力传感器 组前侧的第二前侧压力传感器。
8.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述多个压力传感器为电容压力传 感器。
9.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，还包括固定到所述柄的所述末端的第二显不器，其中所述柄包括柄顶部外壳和柄底部外壳，所述第一显示器固定到所述柄顶部外壳的 末端，所述第二显示器固定到所述柄底部外壳的末端。
10.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述第一显示器包括多个发光二极管，并且所述电路被配置成(i)确定表征所述患者胫骨与股骨之间的所述力的内侧分量的内 侧力值，(ii)确定表征所述患者胫骨与股骨之间的所述力的外侧分量的外侧力值，以及 (iii)以提供所述相对力值之间的所述力的所述内侧-外侧平衡情况指示的方式控制所述 多个发光二极管。
11.根据权利要求10所述的整形外科手术设备，其中所述电路被配置成将所述内侧力值和所述外侧力值求和以确定总力值，根据所述总力值确定内侧-外侧力值，以及激活所述多个发光二极管中的发光二极管以提供所述内侧-外侧力值的视觉指示。
12.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述第一显示器包括以内侧至外 侧延伸的行排列的多个发光二极管并且所述电路被配置成以提供所述患者胫骨与股骨之 间的所述力的所述内侧-外侧平衡情况视觉指示的方式激活所述多个发光二极管中的发光二极管。
13.根据权利要求1所述的整形外科手术设备，其中所述电路包括被配置成传输表征 所述患者胫骨与股骨之间的所述力的数据的无线发射器。
14.一种整形外科手术设备，包括成型为设置在患者膝关节中的平面传感器外壳； 连接到所述平面传感器外壳并从其延伸的柄；设置在所述平面传感器外壳中并被配置成产生表征所述膝关节的关节力的传感器信 号的多个压力传感器；连接到所述柄的第一显示器；电连接到所述多个压力传感器的处理器；以及在其中存储多条指令的存储设备，所述处理器执行所述指令后，会使所述处理器控制 所述第一显示器以提供所述膝关节的所述关节力的视觉指示。
15.根据权利要求14所述的整形外科手术设备，还包括连接到到所述柄的第二显示器，其中所述柄包括顶部外壳件和底部外壳件，所述第一显示器连接到所述顶部外壳件， 所述第二显示器连接到所述底部外壳件。
16.根据权利要求14所述的整形外科手术设备，其中所述多条指令还使所述处理器控 制所示第二显示器以提供所述膝关节的所述关节力的视觉指示。
17.根据权利要求14所述的整形外科手术设备，其中 所述显示器包括多个发光二极管，并且所述电路被配置成(i)确定表征所述患者胫骨与股骨之间的所述力的内侧分量的内 侧力值，(ii)确定表征所述患者胫骨与股骨之间的所述力的外侧分量的外侧力值，以及 (iii)以提供所述相对力值之间的所述力的所述内侧-外侧平衡情况的指示的方式控制所 述多个发光二极管。
18.根据权利要求17所述的整形外科手术设备，所述多条指令还使所述处理器 将所述内侧力值和所述外侧力值求和以确定总力值，根据所述总力值确定内侧-外侧力值，以及激活所述多个发光二极管中的发光二极管以提供所述内侧_外侧力值的视觉指示。
19.根据权利要求14所述的整形外科手术设备，其中所述显示器包括以内侧至外侧延 伸的行排列的多个发光二极管并且所述多条指令还使所述处理器以提供所述关节力的所 述内侧_外侧平衡情况视觉指示的方式激活所述多个发光二极管中的发光二极管。
20.一种整形外科手术设备，包括成型为设置在患者胫骨近端与股骨远端之间的胫骨板；设置在所述胫骨板中的传感器阵列，所述传感器阵列包括(i)被配置成产生表征所述 患者胫骨与股骨之间内侧力的传感器信号的多个位于内侧的压力传感器，以及(ii)被配置成产生表征所述患者胫骨与股骨之间外侧力的传感器信号的多个位于外侧的压力传感 器；固定到所述胫骨板的柄，所述柄包括顶部外壳和底部外壳； 固定到所述柄的所述顶部外壳的末端的第一组多个发光二极管； 固定到所述柄的所述底部外壳的末端的第二组多个发光二极管；以及 设置在所述柄中的电路，所述电路被配置成根据所述传感器信号激活所述第一组和第 二组多个发光二极管中的每一组中的至少一个发光二极管，以提供所述患者胫骨与股骨之 间的所述内侧力与所述外侧力之间的所述平衡情况的视觉指示。
21.一种用于牵引患者膝关节的关节牵引器，所述牵引器包括 被配置成接纳和固定传感器模块的支架；可移动地连接到所述支架的第一侧面的第一牵引器部件，所述第一牵引器部件具有第 一胫骨板和第一股骨板，所述第一股骨板从所述第一牵引器部件向外延伸以反复接触所述 传感器模块的所述胫骨板和患者股骨远端，所述第一股骨板相对于所述第一胫骨板是可移 动的以限定所述患者胫骨与股骨之间的第一位移；可移动地连接到所述支架的第二侧面的第二牵引器部件，所述第二牵引器部件具有第 二胫骨板和第二股骨板，所述第二股骨板从所述第二牵引器部件向外延伸以反复接触所述 传感器模块的所述胫骨板和患者股骨的所述远端，所述第二股骨板相对于所述第二胫骨板 是可移动的以限定所述患者胫骨与股骨之间的第二位移；其中所述第一牵引器部件和所述第二牵引器部件相对于所述支架在向外方向上是可 移动的，以允许将一个所述牵引器部件选择性地沿大致伸展方向延伸超出另一个所述牵引 器部件。
22.根据权利要求21所述的关节牵引器，其中所述支架包括将所述传感器模块固定在 所述支架上的锁紧装置。
23.根据权利要求21所述的关节牵引器，其中所述第一牵引器部件包括(i)连接到所述第一胫骨板和第一股骨板的第一对柄以及 ( )设置在所述第一对柄的末端上的第一锁紧装置，可操作所述第一锁紧装置以将所述第 一胫骨板和第一股骨板锁紧在第一所选位置，并且所述第二牵引器部件包括(i)连接到所述胫骨板和股骨板的第二对柄以及(ii)设置 在所述第二对柄的末端上的第二锁紧装置，可操作所述第二锁紧装置以将所述第二胫骨板 和第二股骨板锁紧在第二所选位置。
24.根据权利要求21所述的关节牵引器，其中所述第一胫骨板和所述第一股骨板偏移至接触位置，并且 所述第二胫骨板和所述第二股骨板偏移至接触位置。
25.根据权利要求21所述的关节牵引器，其中所述支架包括将所述第一牵引器部件固 定在伸展的第一所选位置的第一锁紧装置和将所述第二牵引器部件固定在伸展的第二所 选位置的第二锁紧装置。
全文摘要
确定膝关节力的设备和方法。本发明公开了确定患者膝关节的关节力的整形外科手术设备，所述整形外科手术设备包括成型为设置在所述患者膝关节中的胫骨板和从所述胫骨板延伸的柄。所述胫骨板包括设置在其中并且被配置成产生表征所述患者膝关节的所述关节力的传感器信号的传感器阵列。所述整形外科手术设备还包括被配置成控制位于所述柄上的显示器以提供所述关节力的内侧和外侧平衡情况视觉指示的控制电路。
文档编号A61B17/56GK101849864SQ20101015867
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者J·T·谢尔曼, M·洛克, M·鲁林 申请人:德普伊产品公司