基于X光照片的切削模定位夹具的制作方法与工艺

本发明涉及一种用于切削骨头的切削模的定位夹具。

背景技术：
该部分提供不一定是现有技术的与本发明相关的背景信息。为准备骨头以接纳植入物，常常利用切削模切削骨头。切削模引导件或定位夹具能用于设定切削模的正确位置。切削模引导件能被定制设计成配合特定患者的骨头，并基于患者的具体解剖结构设定切削模的位置。这样的定制切削模引导件常常基于诸如CT和MRI成像的适时昂贵的成像方式。例如，CT和/或MRI图像数据常常由医生分析并被发送至制造商，所述制造商制造切削模引导件并将其运送至医生或医院，用于在外科手术期间使用。该过程是昂贵和费时的。因而，期待一种切削模引导件，其能被定制成配合特定的患者并将切削工具引导至患者的骨头以准备骨头来适应患者特定的解剖结构。还期待一种消除对髓内杆的需求的切削模引导件。

技术实现要素：
该部分提供本发明的概述，并且不是其完整范围或其全部特征的全面公开。本教导提供一种切削模定位夹具，其包括第一对准构件、第二对准构件和第一引导构件与第二引导构件。第一对准构件可朝向和背离定位夹具被安装至的患者的骨头移动，以基于患者的X光照片将夹具布置在相对于骨头的预定位置。第二对准构件可朝向和背离骨头移动，以将夹具布置在相对于骨头的预定位置。第一引导构件与第二引导构件构造成将切削模支撑构件引导至骨头，以将切削模连接至骨头，从而给骨头提供患者特定的切削。本教导还提供一种切削模定位夹具，其包括基部、第一对准构件和第二对准构件。基部包括第一部分和相对于第一部分成角度的第二部分。第一部分包括第一面向骨头的表面，并且第二部分包括第二面向骨头的表面。第一对准构件安装至第一部分并且可移动，以选择性地将其第一骨头接合表面定位在离第一面向骨头的表面多个不同距离中的任何一个距离处，从而将夹具及其第一引导构件布置在相对于骨头的预定位置。第二对准构件安装至第二部分并且可移动，以选择性地将其第二骨头接合表面定位在离第二面向骨头的表面多个不同距离中的任何一个距离处，从而将夹具布置在相对于骨头的预定位置。预定位置是患者特定的并且基于特定患者的X光照片确定。本教导还提供一种用于准备患者的骨头以接纳植入物的方法。方法包括：基于患者的X光照片确定骨头中的骨头切削，以便以患者特定的取向定位植入物；以及通过以预定的设定来设定夹具的对准构件，将定位夹具布置在骨头上预定位置处，定位夹具构造成，在适合将切削装置引导至所述骨头以进行预定的骨头切削的位置，将固定构件引导至所述骨头直至足以将切削模安装至所述骨头。适用性的其它领域将通过在此提供的说明而变得显而易见。说明和特定的示例在该发明内容中仅为了例证，而不用于限制本发明的范围。附图说明本文描述的图仅为了所选择的实施例而非所有可能实现方式的说明目的，并且不用于限制本发明的范围。图1是根据本教导的股骨切削模定位夹具的透视图；图2是图1的股骨切削模定位夹具的另一透视图；图3是股骨切削模定位夹具的对准构件的透视图；图4是图3的对准构件的另一透视图；图5是安装至股骨的图1的股骨切削模定位夹具的侧视图；图6是根据本教导的胫骨切削模定位夹具的透视图；图7是胫骨上的胫骨切削模定位夹具的侧视图；以及图8是图示被包括在形成用于定位夹具的术前计划中的步骤和定位夹具以切削骨头的使用的流程图。对应的附图标记贯穿附图的多个视图指示对应的部分。具体实施方式现在将参考附图更充分地描述示例的实施例。初始参考图1和2，总体以附图标记10图示了根据本教导的股骨定位夹具。股骨定位夹具10构造成为准备股骨接纳植入物而将切削模定位在股骨上。例如，如本文所详细描述地，股骨定位夹具10可重新使用并且可调整，以基于X光照片图像匹配患者的解剖结构。股骨定位夹具10能用于全膝关节置换手术，或用于修正手术。股骨定位夹具10通常包括股骨基部12，所述股骨基部12具有第一或远侧部分14和第二或后侧部分16。远侧部分14与后侧部分16能相对于彼此成任何合适的角度，诸如如图示地成直角。股骨基部12能由诸如刚性金属或聚合物的任何合适的刚性材料制成。远侧部分14包括第一或面向骨头的表面18和与面向骨头的表面18相反的第二表面20。第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24安装至远侧部分14。第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24延伸通过远侧部分14，并且例如图1和2所图示地，能从面向骨头的表面18和第二表面20突出。继续参考图1和2并附加参考图3和4，第一远侧对准构件22能够是包括头部30和从头部30延伸的轴32的对准刻度盘。轴32延伸至轴32和总的第一远侧对准构件22的远端34。轴32包括与远侧部分14的螺纹(未示出)协作的螺纹36。第一远侧对准构件22在诸如顺时针的第一方向上的旋转使其拧入远侧部分14，使得远端34从面向骨头的表面18延伸得更远。第一远侧对准构件22在诸如逆时针的第二方向上的旋转使远端34朝向面向骨头的表面18移动。第一远侧对准构件22包括被图示为由头部30和轴32限定的中心孔的引导构件40。引导构件40沿着第一远侧对准构件22的纵向轴线A(图4)延伸。如本文所描述地，引导构件40构造成将固定销引导至股骨，用于将切削引导件安装至股骨。尽管引导构件40被图示并描述成由第一远侧对准构件22限定，但引导构件40能由远侧部分14的任何部分限定，或者能够是附接至股骨定位夹具10的远侧部分14或任何部分的单独的装置。在第一远侧对准构件22的远端34处的是骨接合构件38。骨接合构件38能够是构造成可靠地接合股骨定位夹具10连接至的股骨头的任何合适的装置、形成物或表面特征。例如并如图4所图示地，骨接合构件38能够是诸如圆锥部分的突出的尖锐或粗糙部分。第一远侧对准构件22还包括位置指示器42。位置指示器42能够在第一远侧对准构件22上的任何合适的位置，诸如图3所图示地在头部30上。位置指示器42能够是适合测量第一远侧对准构件22的旋转位置的任何合适的指示器或参考标记，诸如所图示地在头部30上的数字指示器。由于第一远侧对准构件22的旋转位置与其远端34从面向骨头的表面18延伸的距离对应，所以位置指示器42还指示远端34离面向骨头的表面18有多远。位置指示器42能以远侧部分14上的任何合适的标记或特征为参考，诸如远侧部分14的第二表面20上的参考标记44。例如，第一远侧对准构件22能构造成使得当在“0”处的位置指示器42与参考标记44对准时，能将第一远侧对准构件22设定在中间位置。第一远侧对准构件22的使得在“+5”处的位置指示器42与参考标记44对准的顺时针旋转能够是第一远侧对准构件22的完全伸展的位置。在该完全伸展的位置，远端34在其离面向骨头的表面18最远的距离处。第一远侧对准构件22的使得在“-5”处的位置指示器42与参考标记44对准的逆时针旋转能够是第一远侧对准构件22的完全缩回的位置。在该完全缩回的位置，远端34从面向骨头的表面18最小限度地延伸。第一远侧对准构件22能旋转至在“0”与在“+5”和“-5”处的位置指示器42之间的任何中间位置。第二远侧对准构件24能与第一远侧对准构件22相似或相同。因此，第二远侧对准构件24能包括其自己的位置指示器46，该指示器以远侧部分14的第二表面20上的参考标记48(图1)为参考。第一远侧对准构件22与第二远侧对准构件24能被选择性地定位在股骨上，以控制骨头切削的内翻和外翻角度以及如以下所详细描述的通过股骨定位夹具10的切削槽102进行的远侧切削。继续参考图1和2，后侧部分16包括第一表面或面向骨头的表面50和与面向骨头的表面50相反的第二表面52。后侧部分16在其中于附图标记66处限定狭槽或间隙，所述狭槽或间隙为韧带提供间隙。安装至后侧部分16的是第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56。第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56能位于狭槽或间隙66的相对侧上。第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56能与第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24相似或相同。第一后侧对准构件54在远端60处包括骨接合构件58。接近远端60的是与后侧部分16的螺纹(未示出)协作的螺纹62。第一后侧对准构件54可选择地包括沿着其纵向轴线限定并从第一后侧对准构件54的远端60延伸至头部(未示出)的中心孔64，所述第一后侧对准构件54的头部与第一远侧对准构件22的头部30相似。第一后侧对准构件54的头部还可包括以上在第一远侧对准构件的说明中所描述的位置指示器42，该位置指示器参考第二表面52的一个或多个参考标记。第二后侧对准构件56与第一后侧对准构件54相似，并因而在其远端70处包括骨接合特征68。第二后侧对准构件56还包括与第二后侧部分16的螺纹(未示出)协作的外螺纹72。第二后侧对准构件56可选择地限定中心孔74，该中心孔沿着第二后侧对准构件56的纵向轴线从远端70完全延伸通过第二后侧对准构件56到达第二表面52处的头部(未示出)。远端70与头部因而在第二后侧部分16的相反侧上。第二后侧对准构件56的头部还能包括以上在第一远侧对准构件22的说明中所描述的位置指示器42，该位置指示器参考第二表面52的(一个或多个)参考标记。第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56中的每一个能以与以上相对于第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24所描述的相似的方式旋转和操作，以便将第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56的远端60和70分别定位在离后侧部分16的面向骨头的表面50期望的距离或高度处。如本文所描述地，通过选择性地设定第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56，能设定股骨定位夹具10的旋转位置。为了便于设定股骨定位夹具10和股骨植入物的旋转取向，后侧部分16能包括任何合适的电子对准装置，诸如由公司OrthoSensor,Inc提供的OrthoSensorTM。继续参考图1和2，股骨定位夹具10还包括前侧部分80。前侧部分80通常包括第一前侧部分82、第二前侧部分84、弯曲部分86和终止于锥形端90的触尖(stylus)88。第一前侧部分82延伸到由股骨基部12限定在其面对骨头的表面18与第二表面20之间的插口92中。为了容纳第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24，第一前侧部分82在其中包括切口94和96，所述切口94和96限定被定位和尺寸化成容纳第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24的狭槽。第一远侧对准构件22延伸通过第一切口94，并且第二远侧对准构件24延伸通过第二切口96。第一前侧部分82从插口92内向外延伸，并在第一前侧部分82与第二前侧部分84之间的弯曲部分86处过渡至第二前侧部分84。第二前侧部分84通常与第二后侧部分16平行延伸。触尖88在第二前侧部分84的与第一前侧部分82相反的一侧从第二前侧部分84延伸。第二前侧部分84包括：第一表面98，其面向第二后侧部分16；和第二表面100，其与第一表面98相反。切削槽102由第二前侧部分84限定。切削槽102在第一表面98与第二表面100之间延伸，并构造成将任何合适的切削工具通过第二前侧部分84引导至股骨定位夹具10就座在其上的股骨。切削槽102被图示成通常在内侧到外侧的方向上延伸的细长狭槽，但可具有任何合适的形状或尺寸，并在任何合适的位置，以去除股骨的远侧部分，以便准备股骨来接纳植入物。前侧部分80包括第一前侧引导构件110和第二前侧引导构件112。第一前侧引导构件110和第二前侧引导构件112能在前侧部分80上的任何合适的位置，诸如在第二前侧部分84。如本文所描述地，第一前侧引导构件110和第二前侧引导构件112中的每一个延伸通过第二前侧部分84，并且能够是用于将固定销引导至骨头的任何合适的引导构件。例如，第一前侧引导构件110和第二前侧引导构件112能够是分别限定第一中心孔114和第二中心孔116的穿过前侧部分80的销孔。前侧部分80能通过使第一前侧部分82滑入或滑出插口92来调整。例如，使第一前侧部分82滑入插口92将使前侧部分80与后侧部分16靠近。使前侧部分80滑动使得第一前侧部分82从插口92内延伸得更远将增大前侧部分80与后侧部分16之间的距离。为了维持前侧部分80与后侧部分16以期望的间隔间隔开，股骨定位夹具10能包括任何合适的锁定或保持装置。附加参考图5，股骨定位夹具10被图示成连接至股骨210。股骨210通常包括前侧表面212、后侧表面214和远侧或下侧表面216。股骨定位夹具10被定位成使得前侧部分80与前侧表面212相对，远侧部分14与远侧表面216和髁218相对，并且后侧部分16与后侧表面214相对。触尖88及其锥形端90被布置在前侧表面212处，并抵接前侧表面212。弯曲部分86和远侧部分14与后侧部分16之间的角度允许股骨定位夹具10大体上夹到股骨210上。为了容纳较大的股骨210，能通过使第一前侧部分82从插口92内向外滑动较远而增大后侧部分16与前侧部分80之间的距离来将前侧部分80从后侧部分16拉开。为了容纳较小的股骨210，能通过使第一前侧部分82移入插口92内较远来使前侧部分80向后侧部分16移近。股骨定位夹具10就座在股骨210上，使得第一前侧引导构件110和第二前侧引导构件112与股骨210间隔开。第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24被定位成与股骨210的远侧表面216相对。第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56被定位成与股骨210的后侧表面214相对。通常，对准构件22、24、54和56被初始地设定在中间位置，诸如在“0”的位置指示器42处。如以下所描述地，直到在设定对准构件22、24、54和56之后才设定固定构件或销120和122。第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24以及第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56基于患者的X光照片被定制设定用于特定的患者，以便向股骨210提供患者特定的切削，从而允许股骨植入物对准，以最佳地适合患者的解剖结构。如本文所描述并如图8所展示地，患者特定的切削由外科医生或其他医学专业人员根据术前计划来确定。股骨210能通过切削槽102以及通过利用诸如4合1切削引导件或6合1切削引导件的任何合适的切削引导件被切削。切削引导件利用在图5中被图示的固定构件或销120和122安装至股骨210。固定销120和122利用股骨定位夹具10被定制设定，以便将切削引导件安装在提供患者特定的切削的位置。如图5所图示地(仅图示了销120中的一根销)，固定销120经由延伸通过第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24中的每一个的引导构件40被引导至股骨210。销120能插入股骨210，以在股骨210中形成孔，能从股骨210的孔去除销120，以允许通过切削槽102切削股骨210，并且然后能将销120放回股骨210中的销120先前就座在其中的孔中，以将切削引导件安装至股骨210。固定销122中的一根固定销通过第一前侧引导构件110的中心孔114被引导至股骨210，并且另一固定销122通过第二前侧引导构件112的中心孔116被引导(仅图示了销122中的一根销)。在设定固定销120和122之后去除股骨定位夹具10，从而允许切削引导件利用固定销120和122连接至股骨210。为了便于股骨定位夹具10的去除，销120和/或122能在夹具10的去除之前从股骨210被去除，并且然后在去除股骨定位夹具10之后能重新插入股骨210的销122先前就座在其中的孔。现在将描述设定股骨定位夹具10的位置。为了设定切削槽102的位置，以在远侧表面216处进行股骨210中的远侧切削，能旋转第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24中的一个或两者，使得它们的远端60和70分别从面向骨头的表面18延伸得较远，从而使股骨定位夹具10的远侧部分14背离股骨210的远侧表面216移动，这将使切削槽102更加移近远侧表面216，使得与当切削槽102离远侧表面216更靠前侧时相比较，通过切削槽102插入的切削工具在远侧表面216处去除较少的股骨210。为了在远侧表面216处去除股骨210的较大部分，能旋转第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24，使得它们更靠近面向骨头的表面18，从而允许远侧部分14更加移近远侧表面216，这使切削槽102在上侧背离远侧或下侧表面216移动。因此，通过切削槽102插入的切削工具将去除远侧表面216的较大部分。为了设定内翻和外翻角度，能将第一远侧对准构件22和第二远侧对准构件24设定成以不同的距离从面向骨头的表面18延伸，从而将远侧部分14设定为处在相对于股骨210的远侧或下侧表面216的一角度下。因此，将以对应的角度设定切削槽102。例如，如果第一远侧对准构件22在第二远侧对准构件24的内侧，并且股骨210是患者的右腿，则旋转第一远侧对准构件22使得其比第二远侧对准构件24从面向骨头的表面18延伸得更远，切削槽102将从患者的中线偏斜，从而增大外翻角度。固定销120和122同样将从患者的中线偏斜，从而使安装至固定销的切削模从患者的中线偏斜。如果第二远侧对准构件24被定位成比第一远侧对准构件22从面向骨头的表面18延伸得更远，则切削槽102将向患者的中线偏斜，固定销120和122将是同样的，以使切削模向患者的中线偏斜。为了设定旋转角度，能选择性地定位第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56。例如，如果第一后侧对准构件54在第二后侧对准构件56内侧，则布置第一后侧对准构件54使得其比第二后侧对准构件56从后侧部分16延伸得较少将导致切削槽102和固定销120与122向外旋转。如果第一后侧对准构件54和第二后侧对准构件56被布置成使得第一后侧对准构件54比第二后侧对准构件56延伸得更远，则切削槽102和固定销120与122将向内旋转。参考图6和7，在附图标记310处图示了根据本教导的胫骨定位夹具。胫骨定位夹具310通常包括基部312。基部312包括第一或前侧部分314和第二或上侧部分316。前侧部分314和上侧部分316能相对于彼此成任何合适的角度、诸如所图示地大体上成直角布置。基部312在任何合适的位置限定切削槽318，以诸如在前侧部分314处切削胫骨的上侧表面。胫骨定位夹具310能用于全膝关节置换手术，或用于修正手术。胫骨定位夹具310包括第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322。第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322分别是带螺纹的，以与上侧部分316的螺纹协作。上侧部分316在第一上侧对准构件320与第二上侧对准构件322之间限定狭槽或间隙328，所述狭槽或间隙为韧带提供间隙。胫骨定位夹具310还包括第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326，所述第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326是带螺纹的，以与前侧部分314的螺纹协作。第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322以及第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326中的每一个能大致与以上所描述的第一远侧对准构件22相似或相同。因此，第一远侧对准构件22的说明同样足以描述第一上侧对准构件320与第二上侧对准构件322中的每一个和第一前侧对准构件324与第二前侧对准构件326中的每一个。第一上侧对准构件320与第二上侧对准构件322中的每一个和第一前侧对准构件324与第二前侧对准构件326中的每一个因而包括位置指示器42和被限定为中心孔的引导构件40，该中心孔构造成容纳上侧固定销330与332穿过。参考图7，胫骨定位夹具310被图示成就座在胫骨头410上。胫骨410包括后侧表面412、前侧表面414和胫骨平台416。胫骨定位夹具310被布置成使得上侧部分316与胫骨平台416相对，并且前侧部分314与前侧表面414相对。胫骨定位夹具310以与以上相对于股骨定位夹具10所描述的相似的方式利用第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322以及第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326取向。例如，第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322能用于设定通过狭槽318进行的骨头切削的上侧/下侧位置或切削深度。所以旋转第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322使得它们从上侧部分316延伸得更远将导致通过狭槽318的骨头切削向上侧移动，这是由于狭槽318将向上侧移动。固定销332同样将向上侧移动，从而以上侧取向定位安装至固定销的骨头切削模。旋转第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322使得它们的远端移近上侧部分316将在下侧方向上移动狭槽318、穿过该狭槽的对应的骨头切削、以及固定销332。第一上侧对准构件320和第二上侧对准构件322能选择性并且单独地定位以改变固定销330和332的角度，这将改变安装至固定销的骨头切削模的内翻/外翻取向和最终胫骨植入物的内翻/外翻取向。第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326能用于设定最终胫骨植入物的内侧到外侧的位置以及它们的旋转角度。例如，旋转第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326使得它们从前侧部分314延伸得较远将使胫骨定位夹具310在前侧方向上移动，这将导致骨头切削模更向前侧定位，骨头切削向前侧移动，并且最终胫骨植入物向前侧移动。旋转第一前侧对准构件324和第二前侧对准构件326使得它们的远端移近前侧部分314将允许胫骨定位夹具310在后侧方向上移动，这将导致骨头切削模更向后侧定位，骨头切削向后侧移动，并且最终胫骨植入物向后侧移动。第一对准构件324和第二对准构件326能选择性地定位成通过改变上侧固定销330的位置来改变最终胫骨植入物的旋转角度，这将改变安装至固定销的骨头切削模的旋转角度。附加参考图8和在附图标记510处的流程图，现在将描述对准构件22、24、54、56、320、322、324和326中的每一个的设定的确定，以在不使用髓内杆的情况下给股骨定位夹具10和胫骨定位夹具310提供患者特定的取向。初始参考方块512，医生或其他合适的医护专业人员确定患者股骨的骨干的前侧皮层。然后在方块514处基于患者的X光照片确定患者膝关节的正确的弯曲/伸展、内翻/外翻对准和胫骨旋转坡度。在方块516处，医生或其他合适的医护人员确定要接纳股骨植入物的患者的股骨210中所需的骨头切削，并且如果患者要接纳胫骨植入物则可选择地确定患者的胫骨40中所需的骨头切削。骨头切削的类型、位置和取向取决于患者的解剖结构。例如，如果患者的自然膝关节具有大体上外翻的取向，则将使用重现外翻取向的骨头切削。参考方块518，医生、合适的医护专业人员或其他合适的人、组织或装置确定对准构件22、24、54、56、320、322、324和/或326的必要的设定，以便将股骨定位夹具10和/或胫骨定位夹具310布置在足以将一个或多个切削工具引导至股骨210和/或胫骨410的位置以通过狭槽102或318进行必需的骨头切削，并且布置固定销120、122、330和/或332以便布置用于对股骨210和/或胫骨410进行附加切削的合适的切削模。股骨定位夹具10和胫骨定位夹具310均能用于全膝关节置换，或者仅仅在股骨或胫骨植入物合适的情况下能单独地使用。附加参考方块520，通过以在方块518处所确定的预定设定来设定对准构件22、24、54、56、320、322、324和/或326，股骨定位夹具10和/或胫骨定位夹具310分别布置在股骨210和胫骨410上预定位置处。参考方块522，在合适的情况下，利用股骨定位夹具10的狭槽102和/或胫骨定位夹具310的狭槽318用任何合适的切削工具切削股骨210和/或胫骨410。参考方块524，如上所述将固定销120、122、330和332设定到股骨210和/或胫骨410中，从股骨210和胫骨410去除股骨定位夹具10和胫骨定位夹具310，将合适的切削模附接至固定销120、122、330和/或332，并通过切削模利用被引导至股骨210和/或胫骨410的任何合适的切削工具切削股骨210和/或胫骨410。本教导因而提供患者特定的股骨定位夹具10和胫骨定位夹具310，用于引导切削工具，以基于患者的X光照片提供患者特定的骨头切削，这比诸如CT扫描和MRI的更加复杂的三维成像较为便宜并且更容易实现。这些患者特定的骨头切削能在无需髓内杆的情况下进行。为了例证和说明已提供了实施例的前述说明。其不是穷举的或者不用于限制本发明。特定实施例的单独的元件或特征通常不限于该特定的实施例，而是在可适用的情况下，即使未具体示出或描述，也可互换并且能用于所选择的实施例。特定实施例的单独的元件或特征同样可以许多方式改变。这样的变化不被认为是偏离本发明，并且所有这样的变型确定为被包括在本发明的范围内。