切割人或动物骨组织和设计这种切割的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于设计切割人或动物骨组织的过程的方法、用于实施这种方法的计算机程序和切割人或动物骨组织的过程。其中获得骨组织的初始状况的数据、设计切割几何形状、沿着切割几何形状切割骨组织并且在切开之后重新装配骨组织的此类方法可被用于许多医疗或外科手术应用中，例如置换术中。
【背景技术】
[0002]在目前的外科手术中，通常需要将人或动物骨组织分离成多个片块以将单个的片块彼此移除并再次重新装配各片块。例如，在置换术中的许多应用中，需要将骨头分离成多个片块并在合适的位置重新装配多个片块以将骨头整形为目标形状或状况。这种置换术应用的一个示例是患者覆咬合的矫正。由此，在一些情况下，上颂骨被分割成两个或更多个片块并在目标位置重新装配。在目标位置，骨头的两个部分在愈合过程中生长在一起或被固定在一起并且骨头相应地被整形。为了在这种应用中分离或分割骨头，使用允许向骨头施加切割的合适的切割工具。
[0003]或者，在其它外科手术应用中，需要临时分割骨头，例如为了接近骨头所覆盖的空间。例如，为了接近胸腔的内部，例如为了接近心脏或肺部，胸骨通常被分割开并在介入之后重新装配在原始位置。类似地，为了这样分割合适的骨头，还使用切割工具来将骨头分离开。
[0004]目前的包括人或动物骨组织的分离的外科手术中发生的一个问题是:常规的切割工具通常具有不足的精度，使得重新装配骨组织导致不良反应或不合意的结果。例如，常规的手术锯产生比较宽的切口并由此去除比较多的骨质。此外，常规的切割工具通常导致切口附近的骨组织的附带损伤，如果可能的话要防止这种情况的发生。
[0005]在此上下文中，已研发允许以提高的精度切割人和动物骨组织的切割工具。例如，WO 2011/035792A1记载了一种计算机辅助的和机械手引导的激光切骨医疗设备。该设备使用机械手引导的激光器如Er:YAG激光器以通过沿着预定切骨线光消融组织来切割人或动物骨组织。利用这种设备，能以比较高的精度和比较低的附带损伤来切割骨头或其它骨组织。
[0006]然而，即使所提到的现代切割工具允许在手术中的改善应用，但切割骨组织以在目标位置或以目标形状重新装配它仍可能会存在问题。特别地，在被重新装配之后，骨组织的分离的部分可至少比较轻微地相对于彼此移位或移动，使得重新装配后的骨组织不会被精确地整形或重新排列在目标位置。一种可行的防止这种移位或移动的方式可以是通过外部机械装置如螺钉、钉子等将骨组织的分离的部分固定在目标位置。然而，这种固定可能会比较繁琐和费力。此外，骨组织的被切开的部分不适合被整形以适当地重新装配在目标位置，从而不得不使用辅助结构。
[0007]因此，需要以这样的方式来切割人或动物骨组织:即允许以适合预期应用的方式重新装配骨组织的被切开的部分。
【发明内容】
[0008]根据本发明，通过由独立权利要求1的特征定义的方法、由独立权利要求11的特征定义的计算机程序和由独立权利要求12的特征定义的过程来解决这种需求。优选实施例是从属权利要求的主题。
[0009]特别地，本发明的要点如下:一种用于设计切割人或动物骨组织的过程的方法包括:获得骨组织的初始状况的初始数据；确定骨组织的目标状况的目标数据；和利用初始数据和目标数据计算切割几何形状以用于将骨组织切开。其中，切割几何形状包括成形为使得骨组织能在沿着切割几何形状被切开之后在目标状况下至少一个在自由度上以独特方式重新装的结构。
[0010]根据本发明的方法可完全地或也可部分地是计算机执行的方法。本发明的上下文中的用语“骨组织”可涉及任何人或动物骨头或骨类组织。特别地，它涵盖骨架骨头，例如颂骨、上颂骨、胸骨、颅骨、软骨等。用语“骨组织的状况”可涉及骨组织的位置和/或形状。骨组织的初始状况可以是必须矫正或调整的骨组织状况。这种情况下，骨组织的初始状况与骨组织的目标状况不同。骨组织的初始状况也可以是例如为了打开身体的内部等而必须临时改变的状况。由此，初始状况可与目标状况相同。用语“初始数据”和“目标数据”特别是可涉及限定骨组织的状况的几何形状数据。该几何形状数据可在合适的坐标系内限定。可通过例如借助于计算机断层扫描(CT)等测量骨组织并且将测量信息例如作为数字数据提供来获得初始数据。
[0011]与本发明相结合地使用的用语“自由度”涉及骨组织的被切开的部分或片块相对于彼此的移动。它特别是可涉及沿任意可能的方向的旋转移动和/或横向移动。本发明的上下文中的用语“独特方式”涉及骨组织在目标状况下至少在一个自由度上无偏差地重新装配。特别地，它可涉及一个或多个比较精确的目标位置，从所述目标位置至少在所述的一个自由度上不包括连续或无级的修改。这意味着，根据此用语，骨组织仅在任何预定的目标状况下可重新装配且其在至少一个自由度上的任何连续或浮动的偏差不会合理地是可行的。这特别是可将根据本发明的方法与其中骨组织例如沿着切口以连续方式被切开并重新装配例如至或多或少实现预期的目标状况为止的任意方法相区分。
[0012]通过根据骨头的目标状况使切割几何形状的结构成形，设计的切口可被提供特定功能。即，这种功能切口可几何地限定和约束被切开的骨部相对于彼此的可能的移动。由此，功能切口可允许骨头比较精确地重新定位在目标位置并且可防止从该目标位置至少在所述一个自由度上的任何移动。此外，这种功能切口允许提供相比于常规的切口增加的接触表面积，从而可在重新装配并愈合在一起之后实现更牢固的连接。
[0013]因而，根据本发明的方法允许切割人或动物骨组织，而根据预期应用重新装配骨组织的被切开的部分最初已经考虑并执行。由此，可以确保骨组织可被比较精确和稳定地重新装配在目标位置而不会必定需要另外的固定装置等。可最大限度地抑制或甚至消除被切开的骨部在重新装配的同时以手动等方式定位的不精确。
[0014]优选地，切割几何形状的结构成形为使得骨组织在沿着切割几何形状被切开之后在目标状况下在所有自由度上以独特方式重新装配。用语“所有自由度”在此上下文中涉及被切开的骨部相对于彼此的移动。这特别是不包含用于使被切开的骨部彼此分离的任何移动，而是仅用于使被切开的骨部相对于彼此定位。与此相似，可通过切口自身的几何形状预先确定目标位置并且可防止被切开的骨部相对于彼此的任何非预期的移动。还可防止通过外部装置对重新装配进行跟踪。
[0015]在一个优选实施例中，切割几何形状的结构成形为使得骨组织在沿着切割几何形状被切开之后可在唯一的一个目标状况下重新装配。
[0016]在另一优选实施例中，切割几何形状的结构成形为使得骨组织在沿着切割几何形状被切开之后可在多个逐步的不同目标状况下重新装配。由此，切割几何形状的结构优选地利用周期函数计算并根据该周期函数周期性地成形。在此上下文中，用语“周期函数”可涉及复杂的周期函数，其中复杂的函数可指正则函数如圆函数等的顶部上的函数。周期函数特别可以是正弦函数或类似函数、三角函数等。
[0017]优选地，切割几何形状的结构包括凸弯曲部和与凸弯曲部对应的凹弯曲部，其中当骨组织处于目标状况时凸弯曲部布置在凹弯曲部中。利用这种切割几何形状，可防止被切开的骨部的扭转移动或旋转，而在一些实施例中，垂直于切割面的旋转移动依然是可能的。
[0018]优选地，切割几何形状的结构包括凸楔形部和与凸楔形部对应的凹楔形部，其中当骨组织处于目标状况时凸楔形部布置在凹楔形部中。由此，楔形部可由楔形部的不同侧面上的非垂直的表面角度限定。利用这种结构，可防止被切开的骨部的平行移位。
[0019]优选地，切割几何形状的结构包括凸部和与凸部对应的凹部，其中当骨组织处于目标状况时凸部布置在凹部中。由此，凸部优选地包括条形部并且凹部包括与条形部对应的沟槽。这种布置允许被切开的骨部相对于彼此阻挡，而平行的或横向的移动依然是可以的。通过设置多个条形部和对应的沟槽，条形部之间的距离可限定出期望的移位距离。
[0020]此外，凸部优选地包括销且凹部包括与凸部对应的孔。这种结构允许切口被提供类似于插塞的功能。特别地，通过将销布置在孔内，骨组织的被切开的部分可在目标位置精确地插在一起。
[0021]本发明的又一方面涉及一种包含计算机可读命令的计算机程序，该计算机程序在被加载至计算机或由计算机执行时使计算机执行如上所述的方法。这种计算机程序允许有效地执行根据本发明的方法及其相应的效果。
[0022]本发明的又一方面涉及一种切割人或动物骨组织的过程。该过程包括:获得骨组织的初始状况的初始数据；限定出骨组织的目标状况的目标数据；利用初始数据和目标数据计算切割几何形状以将骨组织切开，其中切割几何形状包含成形为使得骨组织可在沿着切割几何形状被切开之后在目标状况下至少在一个自由度上以独特方式重新装配；在骨组织中切割所述切割几何形状；沿着切割几何形状将骨组织分开；和在目标状况下重新装配骨头组织。
[0023]可以是体外过程的该过程执行上文所述的根据本发明的方法。相应地，该过