用于确定患者膝关节的关节力的整形传感器模块和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了用于确定患者膝关节的关节力的整形外科设备，其包括成型为定位在患者膝关节中的胫骨板以及从胫骨板延伸的柄部。所述胫骨板包括定位在其中并被配置成产生指示患者膝关节的关节力的传感器信号的传感器阵列。整形外科设备还包括控制电路，所述控制电路可被配置成控制位于柄部上的显示器以提供关节力的内侧和外侧平衡视觉指示。在一些实施例中，多个胫骨试验部件可连同相关适配器一起耦合至胫骨板。
【专利说明】用于确定患者膝关节的关节力的整形传感器模块和系统
[0001] 相关美国专利申请的交叉引用
[0002] 交叉引用通过 Jason T. Sherman(DEP6414USNP ;265280-217043)于 2012 年 3 月 31 日提交的，名称为 "ORTHOPAEDIC SURGICAL SYSTEM FOR DETERMINING JOINT FORCES OF A PATIENT' S KNEE JOINT"的美国实用专利申请序列号13/436854 ;通过Jason T. Sherman (DEP6234USNP ; 265280-208915)于2012年3 月 31 日提交的，名称为 "SYSTEM AND METHOD FOR VALIDATING AN 0RTH0APEDIC SURGICAL PLAN" 的美国实用专利申请序 列号13/436859 ;通过Jason T. Sherman于2009年3月31日提交的，名称为"DEVICE AND METHOD FOR DISPLAYING JOINT FORCE DATA" 的美国实用专利申请序列号 12/415,225 ;通 过Mick Rock于2009年3月 31 日提交的，名称为"METHOD FOR PERFORMING AN ORTHOPAEDIC SURGICAL PROCEDURE"的美国实用专利申请序列号12/415, 290 ;通过Jason T. Sherman于 2009 年 3 月 31 日提交的，名称为 "DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING FORCES OF A PATIENT'S JOINT"的美国实用专利申请序列号12/415, 172 ;通过Jason Sherman于2009年 3 月 31 日提交的，名称为 "SYSTEM AND METHOD FOR DISPLAYING JOINT FORCE DATA" 的美 国实用专利申请序列号12/415,365;以及通过Jason T. Sherman于2009年3月31日提交 的，名称为"DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING FORCES OF A PATIENT'S KNEE JOINT" 的美国实用专利申请序列号12/415,350 ;所述专利各自整体以引用的方式合并入本文。
【技术领域】
[0003] 本发明整体涉及整形外科器械，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】
[0004] 整形外科医生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、股骨部件以及定位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，其被固定到患者做好手术准备的髌骨 后侧。
[0005] 在整形外科手术中，外科医生首先准备患者的骨骼以容纳整形假体。例如，在膝 关节置换整形外科手术的情况下，外科医生可以切除胫骨托将附接的患者胫骨近端的一部 分、股骨部件将附接的患者股骨远端的一部分，和/或髌骨部件将附接的患者髌骨的一部 分。在此类手术中，外科医生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，外科医生可以利用外科经验并用手"感受"适合的关节力平 衡。除此之外或作为另外一种选择，整形外科医生可以使用外科器械（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。
[0006] 此外，在例如微创整形手术之类的一些外科手术中，外科医生可以依靠计算机辅 助整形外科（CAOS)系统来提高外科医生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系统通过例如显示示出正在执 行的外科步骤的图像和患者相关骨骼的渲染图像，协助外科医生执行整形外科手术。另外， 计算机辅助整形外科（CA0S)系统通过跟踪和显示患者骨骼、植入物和/或外科工具的位置 提供外科手术导航。
【发明内容】
[0007] 根据一个方面，用于测量患者关节的关节力的整形外科设备可包括成型为定位在 患者的胫骨近端与股骨远端之间的胫骨板，定位在胫骨板中的传感器阵列，固定到胫骨板 且限定纵向轴线的细长柄部，所述纵向轴线偏离胫骨板的前侧至后侧二等分轴，固定到远 离胫骨板的柄部末端的第一显示器，以及定位在柄部中的电路。胫骨板可具有基本上平坦 的上表面和基本上平坦的下表面。传感器阵列可被配置成生成指示在患者的胫骨与股骨之 间的关节力的传感器信号。在一些实施例中，传感器阵列可包括测量关节力的内侧-前侧 力分量的多个内侧-前侧传感器、测量关节力的内侧-后侧力分量的多个内侧-后侧传感 器、测量关节力的外侧-前侧力分量的多个外侧-前侧传感器、以及测量关节力的外侧-后 侧力分量的多个外侧-后侧传感器。另外，在一些实施例中，内侧-前侧传感器和外侧-前 侧传感器中的每一个可具有基本相等的表面积，并且内侧-后侧传感器和外侧-后侧传感 器中的每一个具有基本相等的表面积。电路可被配置成接收来自传感器阵列的传感器信 号，并控制显示器以提供关节力的内侧-外侧平衡的视觉指示。
[0008] 在一些实施例中，胫骨板可包括具有限定第一中心定位孔的第一内侧壁的板顶部 外壳，以及具有限定第二中心定位孔的第二内侧壁的板底部外壳。在此类实施例中，第一孔 和第二孔可彼此流体连通，以部分地限定相对于胫骨板的上表面和下表面通过胫骨板的坚 直通道。另外，在此类实施例中，传感器阵列可包括中心定位孔，其进一步限定通过胫骨板 的坚直通道。
[0009] -些实施例，传感器阵列可包括多个电容压力传感器。另外，传感器阵列可包括内 侧传感器组和外侧传感器组。在此类实施例中，内侧传感器组和外侧传感器组中的每一个 可由最前侧传感器、最后侧传感器以及定位在对应的最前侧传感器和最后侧传感器之间的 四个附加的传感器组成。另外，在一些实施例中，内侧-前侧和外侧-前侧传感器中的每一 个的表面积小于内侧-后侧和外侧-后侧传感器中的每一个的表面积。例如，在一个具体 实施例中，内侧-前侧和外侧-前侧传感器中的每一个具有等于约0. 174英寸2的表面积， 并且内侧-后侧和外侧-后侧中的每一个具有等于约0. 187英寸2的表面积。在另一个具 体实施例中，内侧-前侧和外侧-前侧传感器中的每一个具有等于约0. 243英寸2的表面 积，并且内侧-后侧和外侧-后侧中的每一个具有等于约0. 263英寸2的表面积。
[0010] 在一些实施例中，整形外科设备还可包括固定到远离胫骨板的细长柄部末端的第 二显示器。在此类实施例中，细长柄部可包括柄部顶部外壳和柄部底部外壳。柄部顶部和柄 部底部外壳可彼此耦合，使得柄部顶部外壳的内表面面向柄部底部外壳的对应内表面。另 夕卜，第一显示器可固定到柄部顶部外壳的末端，并且第二显示器可固定到柄部底部外壳的 末端。
[0011] 另外，在一些实施例中，第一显示器可包括多个发光二极管，并且电路可被配置成 (i)确定指示关节力的内侧分量的内侧总力值，（ii)确定指示关节力的外侧分量的外侧总 力值，以及（iii)以提供指示关节力的内侧-外侧平衡的方式控制多个发光二极管。另外， 电路可被配置成控制多个发光二极管，以显示对应于九个分开的内侧-外侧平衡范围的至 少九个分开的照明配置。电路还可被配置成合计内侧总力值和外侧总力值，以确定总力值， 根据内侧总力值和总力值确定内侧百分比值，根据外侧总力值和总力值确定外侧百分比 值，并且根据内侧百分比值和外侧百分比值，以提供指示关节力的内侧-外侧平衡的方式 控制多个发光二极管。
[0012] 在一些实施例中，电路可包括被配置成传输指示患者胫骨与股骨之间的关节力数 据的无线发射器。另外，在一些实施例中，电路可包括电源和用户控件，所述用户控件是能 操作的以将电路从断路状态置于接通状态。在此类实施例中，电路可被配置成在从断路状 态置于接通状态后保持接通状态，直至电源耗尽。
[0013] 根据另一个方面，测量患者关节的关节力的传感器模块可包括上部外壳和下部外 壳。上部外壳可包括柄部上部外壳和胫骨板上部外壳。类似地，下部外壳可包括柄部下部 外壳和胚骨板下部外壳。下部外壳可f禹合至上部外壳，使得下部外壳的内表面面向上部外 壳的对应内表面。传感器模块还可包括定位在胚骨板下部外壳与胚骨板上部外壳之间的传 感器阵列。传感器阵列可被配置成生成指示在患者的胫骨与股骨之间的关节力的传感器信 号。传感器阵列可包括测量关节力的前侧力分量的多个前侧传感器、以及测量关节力的后 侧力分量的多个后侧传感器。后侧传感器中的每一个可具有大于前侧传感器中的每一个的 表面积。
[0014] 传感器模块还可包括固定到柄部上部外壳的第一显示器以及固定到柄部下部外 壳的第二显示器。另外，传感器模块可包括定位在柄部上部外壳与柄部下部外壳之间的电 路。电路可被配置成接收来自传感器阵列的传感器信号并控制第一显示器和第二显示器以 多个照明配置中的一个照亮。每个照明配置可对应关节力的内侧-外侧平衡的分开范围。
[0015] 在一些实施例中，胫骨上部外壳和胫骨下部外壳可各自包括限定中心定位孔的内 侧壁。当上部外壳耦合至下部外壳时，胫骨上部外壳和下部外壳的内侧壁可合作以限定通 道。另外，在一些实施例中，传感器阵列包括内侧传感器组和外侧传感器组。内侧传感器组 和外侧传感器组中的每一个可包括最前侧传感器、最后侧传感器以及定位在对应的最前侧 传感器和最后侧传感器之间的四个附加的传感器。
[0016] 另外，在一些实施例中，电路可被配置成控制第一显示器和第二显示器，以显示至 少九个分开的照明配置中的一个。每个照明配置可对应关节力的内侧-外侧平衡的分开范 围。在一些实施例中，电路还可包括被配置成传输指示患者胫骨与股骨之间的关节力数据 的无线发射器。另外，在一些实施例中，电路可包括电源和用户控件，所述用户控件是能操 作的以将电路从断路状态置于接通状态。在此类实施例中，电路可被配置成在从断路状态 置于接通状态后保持接通状态，直至电源耗尽。
[0017] 根据进一步方面，用于测量患者关节的关节力的整形外科系统可包括传感器模块 和手持式显示模块。传感器模块可包括胫骨板，定位在胫骨板中的传感器阵列，固定到胫骨 板的细长柄部，固定到柄部的第一显示器，以及定位在柄部中的传感器模块电路。胫骨板 可成型为定位在患者的胫骨近端与股骨远端之间。另外，胫骨板可具有基本上平坦的上表 面和基本上平坦的下表面，并包括限定相对于上表面和下表面通过胫骨板的坚直通道的内 侧壁。传感器阵列可被配置成生成指示在患者的胫骨与股骨之间的关节力的传感器信号。 传感器阵列可包括测量关节力的内侧-前侧力分量的多个内侧-前侧传感器、测量关节力 的内侧-后侧力分量的多个内侧-后侧传感器、测量关节力的外侧-前侧力分量的多个外 侧-前侧传感器、以及测量关节力的外侧-后侧力分量的多个外侧-后侧传感器。在此类实 施例中，内侧-前侧传感器和外侧-前侧传感器中的每一个可具有基本相等的表面积，并且 内侧-后侧传感器和外侧-后侧传感器中的每一个可具有基本相等的表面积。传感器模块 电路可被配置成接收来自传感器阵列的传感器信号，控制显示器以提供关节力的内侧-外 侧平衡的视觉指示，并传输指示关节力的关节力数据。
[0018] 手持式显示模块可包括尺寸设定成可手提的外壳，耦合至外壳的显示器以及定位 在外壳中的控制电路。控制电路可被配置成接收来自传感器模块的关节力数据，并在手持 式显示模块的显示器上显示关节力的内侧-外侧平衡的视觉指示。在一些实施例中，手持 式显示模块的控制电路可被配置成在手持式显示模块的显示器上显示水平条，并且在水平 条上显示图标。水平条上的图标位置可以指示关节力的内侧-外侧平衡。另外，在一些实 施例中，手持式显示模块的控制电路可被配置成确定指示关节力的内侧-外侧平衡和前 侧-后侧平衡的关节力值，并基于关节力值在关节力的内侧-外侧平衡和前侧-后侧平衡 的显示器上显示视觉指示。另外，手持式显示模块的控制电路可被配置成在显示器上显示 条。条可具有对应于内侧的第一末端和对应于外侧的第二末端。如此，控制电路可被配置 成基于关节力的前侧-后侧平衡定位条的第一末端和第二末端。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 特别参照以下附图进行详细说明，其中：
[0020] 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；
[0021] 图2为图1中系统的传感器模块的一个实施例的透视图；
[0022] 图3为图2中传感器模块的顶侧平面图；
[0023] 图4为图2中传感器模块的底侧平面图；
[0024] 图5为图2中传感器模块的分解透视图；
[0025] 图6为图2中传感器模块的柄部端的正视图；
[0026] 图7为图2中传感器模块的显示器的照明配置显示方案的一个实施例的图表；
[0027] 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；
[0028] 图9为图2中传感器模块的电路的一个实施例的简化方框图；
[0029] 图10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；
[0030] 图11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；
[0031] 图12为图1中系统的显示模块的一个实施例的透视图；
[0032] 图13为图12中显示模块的平面图；
[0033] 图14为图12中显示模块的电路的一个实施例的简化方框图；
[0034] 图15为显示可以由图12中显示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；
[0035] 图16-18为可在图12中显示模块上向使用者显示的示例性截屏；
[0036] 图19为使用图2中传感器模块的试验系统的一个实施例的透视图；
[0037] 图20A-20E为图19中系统的适配器的透视图；
[0038] 图21为耦合至图2中传感器模块的图20中适配器的透视图；
[0039] 图22为图21中适配器和传感器模块的剖视图；
[0040] 图23为以非旋转取向耦合至图21中传感器模块和适配器的图19中隔块的顶部 平面图；
[0041] 图24为以旋转取向耦合至图21中传感器模块和适配器且旋转到最大旋转位置的 图23中隔块的顶部平面图；
[0042] 图25为以旋转取向耦合至图21中传感器模块和适配器且旋转到相对于图24的 相反最大旋转位置的图23中隔块的顶部平面图；
[0043] 图26为具有旋转键孔的图19中活动胫骨试验品的底部平面图；
[0044] 图27为具有非旋转键孔的固定胫骨试验品的底部平面图；
[0045] 图28为图1中系统的计算机辅助外科系统的一个实施例的简化方框图；
[0046] 图29为使用图28中的计算机辅助外科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；
[0047] 图30为确定和显示可以由图28中的计算机辅助外科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；
[0048] 图31为确定和显示可以由图28中的计算机辅助外科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；
[0049] 图32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；
[0050] 图33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；
[0051] 图34为使用图1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；
[0052] 图35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；
[0053] 图36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
[0054] 图37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。
【具体实施方式】
[0055] 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 本发明的实质和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
[0056] 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。
[0057] 现在参见图1，在个实施例中，确定和显不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和手持式显不模块14。在一些实施例中，如下文讨论的，系统 10还可包括关节牵引器16,其被配置成容纳传感器模块12。另外，在一些实施例中，系统 10可包括计算机辅助外科（CA0S)系统18。如下文更为详细的讨论，传感器模块12可被 配置成插入患者的膝关节内，并给整形外科医生提供膝关节力的内侧-外侧平衡的视觉指 示。传感器模块12还可被配置成将关节力数据通过无线通信线路20传输给手持式显示模 块14和/或通过无线通信线路22传输给计算机辅助外科系统18。相应地，显示模块14和 /或计算机辅助外科系统18可被配置成将关节力数据或由其衍生的数据显示给整形外科 医生。另外，在执行整形外科手术（例如完全或部分）期间，传感器模块12可以耦合至关 节牵引器16,以在牵引患者关节期间提供患者关节的关节力的视觉指示。
[0058] 现在参见图2-11，传感器模块12包括传感器外壳30和耦合至传感器外壳30的细 长柄部32。传感器外壳30的尺寸设定成且成型为定位在患者的关节中。在示例性实施例 中，传感器外壳30具体为胫骨板34,其成形为可定位在患者关节中。然而，在其他实施例 中，传感器外壳30可被配置成与患者的其他关节一起使用。
[0059] 在使用中，胫骨板34被配置成定位在患者被切除胫骨的近端平台上（参见，如图 33-37)。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，如下文更为详细的讨论，胫骨板34被设计用于与适配器 502(参见图19)和多种其他整形外科器械一起使用，包括隔块、平衡器/筛选器械、整形试 验品和/或试验组件。
[0060] 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，如下文所讨论的，柄部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 部32延伸到外侧囊切口之外。
[0061] 如此，应当理解，可以使用内侧或外侧外科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方法（即使用内侧囊切口进入患 者关节）的整形外科描述传感器模块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 用于外侧外科方法的手术中时，胫骨板34的"内侦彳"变为胫骨板34的"外侧"。
[0062] 胫骨板34是平坦或基本上平坦的，并且具有的形状一般对应待植入患者体内的 整形假体形状。例如，在示例性实施例中，胫骨板34的形状大致对应具体尺寸的膝假体。然 而，在其他实施例中，板34 (或传感器外壳30)可具有一般对应于例如臀假体、肩假体、踝假 体、脊柱假体或髌骨假体的其他类型整形假体的形状。
[0063] 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，如上文所讨论的，在 传感器模块12用于外侧外科方法的手术的实施例中，外侧38和内侧40分别为外侧和内 侦k后侧42包括后侧凹口 43以允许胫骨板34定位在患者关节的软组织（例如后侧十字 韧带）周围。
[0064] 胫骨板34包括内侧壁44,该内侧壁限定通过胫骨板34的坚直孔或通道45。孔 45中心定位在胫骨板34上，并且如下文更为详细的讨论，被成型且被配置成容纳适配器 502(参见图19)，用于将多种胫骨试验品和试验组件附接到传感器模块12。如下文参照图 22更为详细的讨论，内侧壁44包括向内成角的部分47,以促进适配器502的附接或去除。
[0065] 胫骨板34还包括前侧对齐孔46和后侧对齐孔48。前侧对齐孔46定位在孔45的 前侧（即，朝向弯曲的前侧36)，并且后侧对齐孔48定位在孔45的后侧（S卩，朝向后侧凹 口 43)。对齐孔46、48在横向平面（S卩，由胫骨板34限定的平面）中向内弯曲且一般沿着 与孔45同心的圆摆放。示例性地，对齐孔46、48是"键入的"，使得前侧对齐孔46具有大于 后侧对齐孔48的宽度（即，内侧至外侧宽度）。如下文更为详细的讨论，对齐孔46、48的 "键入"允许适配器502或其他器械或设备以预定取向耦合至传感器模块12。当然，应当理 解其他特征和/或结构可以在其他实施例中使用，以提供与传感器模块12的"键入"耦合。 例如，在其他实施例中，后侧对齐孔48可具有大于前侧对齐孔46的宽度，可以使用另外或 更少的定位孔，可以使用具有不同"键入"形状的定位孔和/或类似物。
[0066] 在一些实施例中，胫骨板34可包括前侧至后侧轴标记41，例如印刷线，其提供胫 骨板34的前侧至后侧二等分轴59的视觉指示。在使用中，整形外科医生或其他健康护理 提供者可使用标记41帮助在患者的膝关节内对齐胫骨板34。另外，在一些实施例中，胫骨 板34可包括适配器标记49,例如印刷线，当耦合至传感器模块12的胫骨板34时，其提供适 配器502的合适定位的视觉指示。
[0067] 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。
[0068] 柄部32包括稱合至柄部32的远端54的一对显不器50、52。柄部32相对远端54 的另一末端56耦合至胫骨板34。在图2的示例性实施例中，柄部32和胫骨板34在结构中 是基本上整体的。然而，在其他实施例中，胫骨板34可以通过合适的耦合器或类似物可拆 卸地耦合至柄部32。
[0069] 如图3和4中所示，细长柄部32从胫骨板34的侧面延伸且限定偏离胫骨板34的 前侧至后侧二等分轴59的纵向轴线57,使得大于0度的角度55限定在轴线57、59之间。 在示例性实施例中，柄部32从内侧40 (在外侧外科方法的手术中使用传感器模块12时，其 为外侧）延伸。应当理解，由于柄部32从板34的侧面延伸，因此胫骨板34可以定位在患 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正确定位在患者的胫骨近端与股骨远端之间。
[0070] 根据整形外科医生将使用的具体外科方法，外科医生可以将传感器模块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内。在任一取向上，柄部 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生可见。例如，如果 整形外科医生在患者左膝使用内侧外科方法，则整形外科医生可以按图3所示取向定位传 感器模块12,以使得胫骨板34插入膝关节后并且显示器50对外科医生可见时，柄部32从 患者膝的内侧（通过内侧囊切口）延伸。作为另外一种选择，如果整形外科医生在患者左 膝使用外侧外科方法，则整形外科医生可以按图4所示取向定位传感器模块12,以使得胫 骨板34插入膝关节后并且显示器52对外科医生可见时，柄部32从患者膝的外侧（通过外 侧囊切口）延伸。
[0071] 如上文所讨论的，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生 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 用的，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可拆卸地耦合至柄部32的实施例中，可以将胫骨板34设计为一次性使用的，并且可以将 柄部32可被配置成通过高压灭菌步骤或类似步骤重复使用的。
[0072] 如图5所不，传感器模块12的外壳58包括彼此稱合的上部外壳60和下部外壳 62。 在一些实施例中，上部外壳60和下部外壳62为彼此的镜像图像。上部外壳60包括内 表面61，当外壳60、62彼此f禹合时，所述内表面面对或换句话讲面向下部外壳62的内表面 63。 另外，上部外壳60包括胚骨板上部外壳64和柄部上部外壳66。类似地，下部外壳62 包括胚骨板下部外壳68和柄部下部外壳70。胚骨板上部外壳64具有平坦或基本上平坦的 外表面65,并且包括部分地限定延伸通过胫骨板34的坚直孔45的内侧壁72。类似地，胫 骨板下部外壳68具有平坦或基本上平坦的外表面69,并且包括部分地限定坚直孔45的内 侧壁74。
[0073] 显示器50耦合至上部外壳60的远端54,并且显示器52耦合至下部外壳62的远 端54。如图6中所示，显示器50、52中的每一个示例性地具体为一行发光二极管或发光二 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中的每一个 包括五个分开的发光二极管80、82、84、86、88。如下文更为详细的讨论，当患者膝关节的内 侧-外侧关节力大致相等时，中心发光二极管84照亮。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照亮，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照亮（同样假定采用内侧外科方法）。 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，无论是上部外壳60还是下部外壳62面朝上）。
[0074] 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 以多个照明配置中的一个来照亮，从而为外科医生提供相关内侧-外侧关节力平衡的视觉 指示。通过激活或照亮发光二极管80、82、84、86、88中的一个或多个，整形外科医生可以 目视确定对患者关节的哪一侧施加更大的力，以及该力相对于患者膝关节相对侧的一般量 级。例如，一个示例性显示方案呈现为图7中的图表170,其包括九个分开的照明配置。根 据示例性显示方案170,如果内侧力分量在85% -100%之间，并且外侧力分量在0% -15% 之间，那么仅发光二极管80照亮。然而，如果内侧力分量在75% -84%之间，并且外侧力 分量在16% -25%之间，那么发光二极管80和82都照亮。如果内侧力分量在65% -74% 之间，并且外侧力分量在26% -35%之间，那么仅发光二极管82照亮。如果内侧力分量 在55% -64%之间，并且外侧力分量在36% -45%之间，那么发光二极管82和84都照亮。 如果内侧力分量在46% -54%之间，并且外侧力分量在46% -54%之间，那么仅发光二极 管84照亮，这指示内侧和外侧力的相对平等的平衡。如果内侧力分量在36% -45%之间， 并且外侧力分量在55% -64%之间，那么发光二极管84和86都照亮。如果内侧力分量在 26 % -35 %之间，并且外侧力分量在65 % -74 %之间，那么仅发光二极管86照亮。如果内侧 力分量在26% -35%之间，并且外侧力分量在75% -84%之间，那么发光二极管86和88都 照亮。并且，如果内侧力分量在〇%-15%之间，并且外侧力分量在85%-100%之间，那么仅 发光二极管88照亮。以这种方式，为整形外科医生提供患者膝盖的关节力的相对内侧-外 侧关节平衡的视觉指示。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。
[0075] 传感器模块12包括定位在胫骨板34中且与定位在柄部32中的控制电路92通信 耦合的传感器阵列90。传感器阵列90 "夹"在上部外壳片60和下部外壳片62之间，并且 包括中心定位的孔91，当传感器模块12的外壳58的上部外壳60和下部外壳62稱合在一 起时，坚直孔或通道45延伸通过所述中心定位的孔91。当传感器模块12的外壳58的上部 外壳60和下部外壳62耦合在一起时，前侧对齐孔46和后侧对齐孔48也延伸通过孔91。 上部外壳60和下部外壳62是空间上隔开的，以允许传感器阵列90被施加到胚骨板34的 关节力压缩。例如，如图6中所示，上部外壳64包括外边缘94,并且下部外壳66包括外边 缘96,其通过距离98与上部外壳64的外边缘94在空间上隔开。当对胫骨板34施加关节 力时，随着传感器90被压缩，外边缘94、96朝向彼此移动。
[0076] 传感器阵列90包括被配置成生成指示施加到传感器阵列90的关节力的传感器信 号的多个压力传感器或传感器元件100。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。传感器阵列90的压力传感 器100可以具体配置布置。例如，在如图8中所示的一个实施例中，传感器阵列90包括被 配置成测量关节力的内侧-前侧分量的一组内侧-前侧传感器180、被配置成测量关节力的 外侧-前侧分量的一组外侧-前侧传感器182、被配置成测量关节力的内侧-后侧分量的一 组内侧-后侧传感器184、以及被配置成测量关节力的外侧-后侧分量的一组外侧-后侧传 感器186。示例性地，内侧-前侧传感器组180包括最前侧传感器102、在最前侧传感器102 后侧且朝向传感器阵列90中心定位的传感器104、和在最前侧传感器102后侧定位且朝向 传感器阵列90的内侧190定位的传感器106。外侧-前侧传感器组182包括最前侧传感器 108、在最前侧传感器108后侧且朝向传感器阵列90中心定位的传感器110、和在最前侧传 感器108后侧定位且朝向传感器阵列90的外侧192定位的传感器112。内侧-后侧传感器 组184包括最后侧传感器114、在最后侧传感器114后侧且朝向传感器阵列90中心定位的 传感器116、以及在最后侧传感器114后侧定位且朝向传感器阵列90的内侧190定位的传 感器118。外侧-后侧传感器组186包括最后侧传感器120、在最后侧传感器120后侧且朝 向传感器阵列90中心定位的传感器122、以及在最后侧传感器120后侧定位且朝向传感器 阵列90的外侧192定位的传感器124。
[0077] 内侧-前侧传感器组180和外侧-前侧传感器组182形成一组前侧传感器194， 并且内侧-后侧传感器组184和外侧-后侧传感器组186形成一组后侧传感器195。类似 地，内侧-前侧传感器组180和内侧-后侧传感器组184形成一组内侧传感器196,并且外 侦卜前侧传感器组182和外侧-后侧传感器组186形成一组外侧传感器197。在图8的示 例性实施例中，内侧-前侧传感器180中的每一个具有与外侧-前侧传感器182中的每一 个的表面积相等或基本上相等的表面积。类似地，内侧-后侧传感器184中的每一个具有 与外侧-后侧传感器186的表面积相等或基本上相等的表面积。另外，在一些实施例中，前 侧传感器194中的每一个具有小于后侧传感器195中的每一个的表面积。例如，在一个具 体实施例中，前侧传感器194中的每一个具有等于约0. 174英寸2的表面积，并且后侧传感 器195中的每一个具有等于约0. 187英寸2的表面积。另外，在另一个具体实施例中，前侧 传感器194中的每一个具有等于约0. 243英寸2的表面积，并且后侧传感器195中的每一 个具有等于约〇. 263英寸2的表面积。当然，在其他实施例中，传感器阵列90可包括具有 相似或相异大小、定位和/或取向的附加的或更少的传感器或传感元件。
[0078] 现在参见图9,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描述的功能的任何类型处理器。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附加 处理器。存储设备132可以具体为一个或多个只读存储设备和/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9中仅示出了一 个存储设备，但在其他实施例中，控制电路92可以包括附加的存储设备。
[0079] 处理器130通过信号通路134与存储设备132通信耦合。信号通路134可以具体 为被配置成促进处理器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与传感器阵列90通信耦合。与信号通路134类似， 信号通路136可以具体为被配置成促进处理器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可以包括被配置成容纳传感器阵列90的插头端140的耦合器 138(参见图5)。
[0080] 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 寸设定成配合在传感器模块12中的许多电池。电源142通过信号通路146与电源控制电 路144电耦合，并且电源控制电路144通过信号通路148与处理器130以及控制电路92的 他设备电耦合。信号通路146U48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。如下文更为详细的讨论，电源线路144可被配置成在被打"开"后且 直至电源142耗尽时给控制电路92的处理器130及其他部件连续供电。即，在一些实施例 中，在最初将模块12打"开"后，使用者不能关"闭"传感器模块12。此类功能性例如确保 传感器模块12在后续外科手术中不能再使用。
[0081] 控制电路92还包括通过信号通路152与处理器130通信耦合的用户控件150。用 户控件150具体为位于显示器50、52上且可通过使用者选择将传感器模块12打开的电源 按钮154(参见图6)。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。
[0082] 信号通路152与信号通路134类似，可以具体为被配置成促进用户控件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。
[0083] 控制电路92还包括显示电路156用于驱动和/或控制显示器50、52。显示电路 156通过信号通路158与处理器130通信耦合，并且通过信号通路160与显示器50、52通 信耦合。与上文讨论的信号通路134类似，信号通路158、160可以具体为分别被配置成促 进处理器130与显示电路156和显示电路156与显示器50、52之间的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。如上文所讨论的，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的布置。
[0084] 在一些实施例中，传感器模块12被配置成将力数据传输给显示模块14和/或计 算机辅助整形外科（CA0S)系统18。在此类实施例中，控制电路92包括发射器电路162和 触角164。发射器电路162通过信号通路166与处理器130通信耦合，并且通过信号通路 168与触角164通信耦合。信号通路166U68可以具体为分别被配置成促进发射器电路 162与处理器130和触角164之间的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， 将关节力数据传输给显示模块14和/或计算机辅助整形外科（CA0S)系统18。例如，发射 器电路162可被配置成使用无线网络协议、蜂窝通信协议例如分码多址访问（CDMA)协议、 Bluetooth?协议或其他无线通信协议、标准或技术。
[0085] 现在参见图10和11，在使用中，控制电路92被配置成执行方法200,用于确定患 者关节的关节力数据并提供患者膝关节的关节力内侧-外侧平衡的视觉指示。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204中执行与手持式显示装置14和/ 或计算机辅助外科（CA0S)系统18的信号交换例行程序。在信号交换例行程序期间，控制 电路92和手持式显示装置14和/或计算机辅助外科（CA0S)系统18可被配置成确定通信 协议和/或换句话讲建立任何类型的通信程序，用于将来自传感器模块12的关节力数据传 输给设备14或系统18。
[0086] 在方框206中，控制电路92接收来自传感器阵列90的传感器信号或数据。如上 文所讨论的，当板34定位在患者的膝关节中时，传感器阵列90生成指示施加到胫骨板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基于由传感器90接收 到的传感器信号来确定关节力数据。关节力数据指示患者膝关节的关节力。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，内侧关节力分量值、外侧关节力分量值、 前侧关节力分量值和/或后侧关节力分量值，每个力均以牛顿或类似力量度单位确定。在 此类实施例中，内侧关节力分量可以基于来自内侧传感器组196的传感器信号进行确定， 并且外侧关节力分量可以基于来自外侧传感器组197的传感器信号进行确定。另外，前侧 关节力分量可以基于前侧传感器组194,并且后侧关节力分量可以基于来自后侧传感器组 195的传感器信号。随后，在方框210中，控制电路92控制或换句话讲激活显示器50、52， 以显示在方框208中确定的关节力数据。例如，在其中确定一个或多个特定关节力的实施 例中，处理器130可在显示器50、52上显示确定的关节力或其标记。
[0087] 另外或作为另外一种选择，控制电路92可被配置成确定关节力的内侧-外侧平 衡，并且在方框208、210中的显示器50、52上显示此类内侧-外侧平衡的标记。例如，如图 11中所示，控制电路92可以执行方法220,用于确定患者膝关节的关节力的内侧-外侧平 衡。在方框222中，控制电路92基于由内侧传感器组196接收到的传感器信号来确定内侧 关节力数据。类似地，在方框224中，控制电路92基于由外侧传感器组197接收到的传感 器信号来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确定的特定关节 力，或可以具体为其一些表示。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。另外，应当理解，方框222和224可以按任一顺序执行。
[0088] 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。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是平衡的，那么内侧百分比值将确定为约50%，并且外侧 百分比值将确定为约50 %。当然，在一些实施例中，控制电路92可被配置成仅确定内侧百 分比值和外侧百分比值中的一个，剩余的那个是已知的或通过从100%中简单扣除进行确 定。
[0089] 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被配置成激活或照亮一个或多个发光二极管以提供关节力的内侧-外侧平衡的 视觉指示。控制电路92可以使用向整形外科医生提供此类关节力的正确指示的任何显示 方案或照明配置。例如，在一个具体实施例中，控制电路92被配置成根据上文就图7而言 示出且讨论的显示方案170控制显示器50、52。
[0090] 通过这种方式，传感器模块12向整形外科医生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，整形外科医生可以在通过显示器50、52监视内外 侧力当前平衡的同时在患者膝关节上执行平衡手术，以获得具体患者的期望平衡。另外，因 为传感器模块12在每侧均具有显示器50、52,所以无论外科医生是在患者左膝还是右膝上 做手术，均可为整形外科医生提供关节力的视觉指示。
[0091] 重新参见图12,除了激活显示器50、52以提供方框210中的关节力的视觉通知 夕卜，传感器模块12还可被配置成传输方框212中的关节力数据。如上文所讨论的，传感器 模块12可以将关节力数据传输给方框212中的手持式显示器14和/或计算机辅助整形外 科（CA0S)系统18。传输的关节力数据可以具体为例如以牛顿测量的特定关节力，或可以为 其表示。例如，由传感器阵列90接收到的传感器信号或此类信号水平的电表示可以在方框 212中传输。作为另外一种选择，传感器模块12可以传输指示患者关节的关节力的确定内 侧-外侧平衡的关节力数据。
[0092] 现在参见图12-18,手持式显示模块14包括尺寸设定成由整形外科医生持在手中 并且在执行整形外科手术中使用的外壳300。通过这种方式，显示模块14被配置成可活动 的。显示模块14还包括与外壳300的上侧304耦合的显示器302。多个用户输入按钮306、 308、310也定位在显示器302下方的外壳300的上侧304上。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定位在输入按钮306、308、310行的下 方，但在其他实施例中，按钮306、308、310、312可定位成其他配置和/或取向。
[0093] 如上文所讨论的，手持式显示模块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上显示指示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可被配置成确定患者关节的关节力的相对内侧-外侧平衡，并且在显 示器302上显示此类平衡的标记。另外，显示模块14可被配置成确定患者关节的关节力的 相对前侧-后侧平衡，并且在显示器302上显示此类平衡的标记。另外，显示模块14还被 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。
[0094] 如图14中所示，手持式显示模块14包括定位在外壳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可以具体为被配置成执行本文描述 的功能的任何类型处理器。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14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附加处理器。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14中仅示出了一个存储设备，但在其他实施例中，控制电路 320可以包括附加的存储设备。
[0095] 处理器322通过信号通路326与存储设备324通信耦合。信号通路326可以具体 为被配置成促进处理器322与存储设备324之间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。
[0096] 处理器322还通过信号通路328与用户输入按钮306、308、310通信耦合，并且通 过信号通路344与电源指示器314通信耦合。与信号通路326类似，信号通路328、344可 以具体为分别被配置成促进处理器322与用户输入按钮306、308、310和电源指示器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。用户输入按钮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。
[0097] 控制电路320还包括外部电源输入电路330、可充电电源332例如可充电电池等、 和电源电路334。外部电源输入电路330被配置成容纳充电器例如"壁充电器"的插头，并 且通过信号通路336与可充电电源332通信耦合。可充电电源332通过信号通路338与电 源电路334通信耦合。电源电路334通过信号通路340与处理器332通信耦合，并且通过 信号通路342与电源按钮312通信耦合。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，并且被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。
[0098] 控制电路320还包括显示电路346用于驱动和/或控制显示器392。显示电路346 通过信号通路348与处理器332通信耦合，并且通过信号通路350与显示器302通信耦合。 信号通路348、350可以具体为分别被配置成促进处理器322与显示电路346和显示电路 346与显示器302之间的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。
[0099] 如上文所讨论的，手持式显示模块14被配置成接收来自传感器模块12的关节力 数据。如此，控制电路320包括接收器电路352和触角354。接收器电路352通过信号通路 356与处理器322通信耦合，并且通过信号通路358与触角354通信耦合。信号通路356、 358可以具体为分别被配置成促进接收器电路352与处理器322和触角354之间的通信的 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可被配置成使用任何类型的无 线通信协议、标准或技术，以接收来自传感器模块12的关节力数据。例如，如上文就传感器 模块12而言所讨论的，显示模块14可被配置无线网络协议、蜂窝通信协议例如分码多址访 问（CDMA)协议、BluetoothN办议或其他无线通信协议、标准或技术，以与传感器模块12通 ?目。
[0100] 控制电路320还包括通用串行总线（USB)界面360。USB接口 360通过信号通路 362与处理器322通信耦合，所述信号通路362可以具体为被配置成促进USB接口 360与处 理器322之间的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。
[0101] 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生。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中执行与传感器模块12的信息交换例行程序。在这个信号 交换例行程序期间，控制电路320和传感器模块12可被配置成确定通信协议和/或换句话 讲建立任何类型的通信程序，用于将来自传感器模块12的关节力数据传输给设备模块14。
[0102] 在方框406中，控制电路320接收来自传感器模块12的关节力数据。如上文所讨 论的，关节力数据为传感器模块12的传感器阵列90生成的传感器信号所指示的患者膝关 节力的指示。在方框408中，控制电路320基于在方框406中接收到的关节力数据来确定 内侧关节力值和外侧关节力值。内侧关节力值基于内侧传感器组196,并且外侧关节力值基 于外侧传感器组197。在方框410中，控制电路320基于内侧和外层关节力值来确定患者 关节的关节力的内侧/外侧平衡。如上文所讨论的，内侧/外侧平衡可以由百分比值表示。 关节力的内侧/外侧平衡随后在方框412中的显示器302上显示。例如，如图24、25和26 中的截屏450、452、454中所示，内侧关节力分量百分比值430朝向显示器302的内侧设计 的侧面460显示，并且外侧关节力分量百分比值432朝向显示器302的外侧设计的侧面462 显不。
[0103] 在方框414、416中，控制电路320确定整形外科医生选择的模式。在示例性实施 例中，整形外科医生可选择其中在显示器302上仅显示患者关节力的内侧-外侧平衡的标 记的第一模式，或其中在显示器302中显示患者关节力的内侧-外侧和前侧-后侧平衡的 标记的第二模式。使用者可以通过选择合适的用户输入按钮306、308、310在两个模式之间 转换。
[0104] 如果整形外科医生已选择了仅内侧-外侧模式，那么方法400推进至方框418,其 中在显示器302上显示患者膝关节的关节力的内侧-外侧平衡的标记。为了实现这点，如 图16中所示，屏幕显示内容450呈现在显示模块14的显示器302上。屏幕显示内容450 包括背景图像470,其示例性地具体为被切除胫骨的近端的图像。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-外侧平衡的位置显示 图标474。例如，在示例性屏幕显示内容450中，朝向屏幕显示内容450的外侧462(即显 示器302对应被切除胫骨图像470的外侧的一侧，其示例性地对应显示器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，相应的内侧或外侧力分 量就越大。在一些实施例中，背景图像470包括"平衡"图标476,示例性地具体为圆角矩形 轮廓，其定位在背景图像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。另外，在一些实施例中，屏幕显示内容 450可包括总力填充条434,取决于显示器450的具体配置，所述总力填充条434可以随着 总力平衡增加或减少而是填充或未填充的。
[0105] 然而，如果整形外科医生已选择了内侧-外侧和前侧-后侧模式，那么方法400推 进至方框420,其中在显示器302上显示患者膝关节力的内侧-外侧和前侧-后侧平衡的标 记为了实现这点，如图17中所示，屏幕显示内容452呈现在显示模块14的显示器302上。 屏幕显示内容450包括在其上覆盖平衡条472的背景图像470。再次，控制电路320在平衡 条472上显示图标474,指示患者关节的关节力的相对内侧-外侧平衡。然而，除此之外，根 据对应前侧-后侧平衡定位平衡条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。如上文所讨论的，内侧关节力分量的前侧-后侧平衡可 以基于来自内侧-前侧传感器组180和内侧-后侧传感器组184的传感器信号进行确定。 类似地，根据外侧关节力的前侧-后侧平衡朝向显示器302的后侧464或显示器302的前 侦U466定位平衡条472的外侧末端482。如上文所讨论的，外侧关节力分量的前侧-后侧平 衡可以基于来自外侧-前侧传感器组182和外侧-后侧传感器组186的传感器信号进行确 定。
[0106] 在图18的示例性屏幕显示内容452中，平衡条472的内侧末端480定位成朝向显 示器302的前侧466,并且平衡条472的外侧末端482定位成朝向显示器302的后侧464。 此类定位指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，相应 的前侧或后侧力分量就越大。
[0107] 现在重新参见图15, 一旦关节力平衡的合适标记已显示在显示器302上，控制电 路320就确定整形外科医生是否意欲获得方框422中的目前显示内容的快照。整形外科医 生可通过选择合适的用户输入按钮306、308、310获得显示器302的快照。另外，将快照存 储于方框424中的存储设备324中，并且随后可以从显示模块14中下载。
[0108] 当存储快照时，图标484在显示器302的右下角出现。除了图标484外，在一些实 施例中，当存储快照时，对应垂直平衡线486显示在显示器302上。平衡线486提供了在相 关存储快照中显示的关节力的内侧-外侧平衡的视觉指示。进一步地，如果整形外科医生 已选择了内侧-外侧和前侧-后侧模式，那么前侧-后侧平衡线488显示在显示器302上。 平衡线488提供了在相关存储快照中显示的患者膝关节的内侧和外侧力的前侧-后侧平衡 的视觉指示。
[0109] 现在参考19-27,在一些实施例中，传感器模块12可以与胫骨试验系统500 -起 使用。胫骨试验系统500包括适配器502和被配置成定位在胫骨板34上的适配器502之 上的一个或多个胫骨试验部件，如下文更详细地讨论的。在示例性实施例中，系统500的胫 骨试验部件可包括例如一个或多个试验垫片504、可耦合至试验垫片504的胫骨轴承表面 试验品505、和/或一个或多个胫骨轴承试验品506。在一些实施例中，如下文参照图26和 27所讨论的，胫骨轴承试验品506可被配置成容纳适配器502,而胫骨轴承表面试验品505 被配置成耦合至所选试验垫片504。例如，胫骨轴承表面试验品505可包括成型且定位成被 容纳在试验垫片504的一对对应孔508中的一对耳状物或突起（未显示），以使胫骨轴承试 验表面试验品505耦合至试验垫片504,从而形成模块胫骨轴承试验品。
[0110] 如上文所讨论的，适配器502被配置成耦合或换句话讲连接至传感器模块12的胫 骨板34。如图20A-20E中所示，适配器502包括具有底侧512和相对底侧512的顶侧514的 毂510,当适配器502与胫骨板34耦合时，所述底侧512接触或换句话讲面对胫骨板34。示 例性地，毂510具有圆形或接近圆形的形状。然而，在其他实施例中，如下文更详细地讨论 的，可以形成具有被配置成促进附接的可旋转胫骨试验部件旋转的其他几何形状的毂510。 另外，示例性适配器502由塑料材料形成，但可以由具有足够弹性的其他材料形成，以允许 夹子耦合至胫骨板34和任何胫骨试验部件，同时在使用期间保持此类耦合。
[0111] 一组上固定夹516从顶侧514向上延伸。每个上固定夹516包括附接到毂510的 细长杆518,以及附接到细长杆518的远端的唇缘或凸起物520。细长杆518从毂510向上 延伸，并且相关联的唇缘520从细长杆518的远端向外延伸。上固定夹516中的每一个在 横向平面（即，当适配器502与胫骨板34耦合时，胫骨板34的平面）向内弯曲，并且布置 为一般限定圆。另外，每个唇缘或凸起物520具有弯曲或圆形的外表面。如下文更详细地 讨论的，上固定夹516成型且被配置成促进隔块832和/或关节牵引器16在外科手术期间 的附接和拆卸。尽管示例性适配器502包括三个上固定夹516,但在其他实施例中可以使用 附加的或更少的上固定夹516。
[0112] 与上固定夹516类似，一组下固定夹522从底侧512向下延伸。每个下固定夹522 包括附接到毂510的细长杆524,以及附接到细长杆524的远端的唇缘或凸起物526。细长 杆524从毂510向下延伸，并且相关联的唇缘526从细长杆524的远端向外延伸。下固定 夹522中的每一个在横向平面（即，当适配器502与胫骨板34耦合时，胫骨板34的平面） 向内弯曲，并且布置为一般限定圆。另外，每个唇缘或凸起物526具有在所选角度相交的许 多基本上平坦的外表面。应当理解在其他实施例中，凸起物526可包括弯曲或圆形的外表 面。如下文更详细地讨论的，下固定夹522成型且被配置成促进适配器502与传感器模块 12的胫骨板34的附接和拆卸。为了实现这点，下固定夹522被容纳在胫骨板34的坚直孔 45中。尽管示例性适配器502包括三个下固定夹522,但在其他实施例中可以使用附加的 或更少的下固定夹522。
[0113] 上固定夹516和下固定夹522是"键入的"，使得适配器502被配置成以单一垂直 取向耦合至胫骨板34。在示例性实施例中，上固定夹516大于下固定夹522,使得上固定夹 516不能插入胫骨板34的坚直孔45内。例如，上固定夹516 -般限定圆550 (参见图20E)， 其直径大于一般由下固定夹522限定的圆552 (参见图20D)。当然，其他结构或特征可以用 于其他实施例中，以使适配器502与胫骨板34 "键入"。
[0114] 如图20B中所示，适配器502还包括前侧对齐凸片530和后侧对齐凸片532,其从 底侧514向下延伸。如下文更详细地讨论的，当适配器502耦合至胫骨板34时，对齐凸片 530、532被配置成被容纳在胫骨板的对应对齐孔46、48(参见图19)中。对齐凸片530、532 是"键入的"，使得适配器502被配置成以单一取向附接到胫骨板34。例如，在示例性实施例 中，前侧对齐凸片530具有的宽度或弧长534大于后侧对齐凸片532的宽度或弧长536 (参 见图20D)。类似地，如上文所讨论的，胫骨板34的前侧对齐孔46具有的宽度或弧长大于后 侧对齐孔48的宽度或弧长。如此，仅在其中前侧对齐凸片530被容纳在前侧对齐孔46中 并且后侧对齐凸片532被容纳在后侧对齐孔48中的取向，适配器502才被配置成附接到胫 骨板34。对齐凸片530、532中的每一个在横向平面向内弯曲，并且分别包括成角侧面538、 540,其促进响应对适配器502施加的过量扭矩，适配器502从胫骨板34中的自动拆卸，如 下文更详细地讨论的。
[0115] 适配器502还包括防旋转键或突起542,该防旋转键或突起从毂510向外延伸。防 旋转键542包括与毂510的底侧512共面的底面544,使得当适配器502耦合至传感器模块 12时，防旋转键542停留在胫骨板34上，或接触或换句话讲面对胫骨板34。在示例性实施 例中，防旋转键542具有矩形形状，但在其他实施例中可具有其他形状。如下文更详细地讨 论的，防旋转键542防止或约束非活动胫骨试验部件的旋转，并且限制活动胫骨试验部件 的旋转。
[0116] 如上文所讨论的，适配器502被配置成附接到传感器模块12的胫骨板34,如图21 中所示。为了实现这点，将下固定夹522插入胫骨板34的坚直孔45内，并且将适配器502 对齐，使得前侧对齐凸片530被容纳在胫骨板34的前侧对齐孔46中并且后侧对齐凸片532 被容纳在后侧对齐孔48中，如图22中所示。下固定夹522被配置成轻微向内弯曲，以允许 适配器502与胫骨板34的附接。在成功插入后，下固定夹522恢复其垂直或接近垂直的位 置，以提供举离抗性的量，从而使适配器502固定到胫骨板34。如图22中所示，唇缘或凸起 物526接触胫骨板34的内侧壁44的向内成角的截面47,其提供用于适配器502的举离抗 性的量。然而，如果将过量扭矩施加到适配器502,那么通过对下固定夹522向内施压，胫骨 板34的内侧壁44的向内成角的截面47促进适配器502的拆卸，如下文更详细地讨论的。
[0117] 如图23-25中所示，试验垫片504可以固定（图23)或活动（图24和25)取向耦 合至适配器502和传感器模块12。为了便于此类取向，试验垫片504包括尺寸设定成且成 型为容纳适配器502的毂510的中心孔560。另外，试验垫片504包括各自与中心孔560流 体连通的防旋转孔562和能够旋转的孔564。如图23中所示，防旋转孔562具有轻微大于 适配器502的防旋转键542的宽度566,使得防旋转键542可被容纳在防旋转孔562中。相 反，能够旋转的孔564具有一般为梯形的形状和基本上大于防旋转键542宽度的弧长568。
[0118] 如图23中所示，试验垫片504可以固定取向耦合至适配器502和传感器模块12， 使得适配器502的防旋转键542被容纳在试验垫片504的防旋转孔562中。因为防旋转孔 562仅略微大于防旋转键542,所以约束或换句话讲防止试验垫片504相对于胫骨板34的 基本旋转。作为另外一种选择，如图34和35中所示，试验垫片504可以活动取向耦合至适 配器502和传感器模块12,使得适配器502的防旋转键542被容纳在试验垫片504的能够 旋转的孔564中。因为能够旋转的孔564显著大于防旋转键542,所以促进或换句话讲允许 试验垫片504相对于胫骨板34的旋转。
[0119] 在固定或活动取向中，过量扭矩对适配器502的施加引起适配器502从胫骨板34 中拆卸。即，当对适配器502施加过量扭矩时，对齐凸片530、532的成角侧面538、540接合 对齐孔46、48的对应成角侧面，这生成举离力。举离力继而促使下固定夹522通过胫骨板 34的内侧壁44的向内成角的截面47向内推挤。如此，适配器502从胫骨板34中自动拆 卸。以这种方式，可以避免对于适配器502和传感器模块12的损害。
[0120] 如上文所讨论的，胫骨轴承试验品506可被配置成耦合至适配器502。胫骨轴承试 验品506可以具体为固定或活动轴承试验品。例如，如图26中所示，活动胚骨轴承试验品 570包括尺寸设定成且成型为容纳适配器502的毂510的中心孔572,以及与中心孔572流 体连通的能够旋转的孔574。与试验垫片504的能够旋转的孔564类似，能够旋转的孔574 具有一般为梯形的形状和基本上大于防旋转键542宽度的弧长576。如此，当活动胫骨轴承 试验品570耦合至适配器502和传感器模块512时，促进或换句话讲允许活动胫骨轴承试 验品570相对于传感器模块512的胫骨板34的旋转。
[0121] 作为另外一种选择，胫骨轴承试验品506可以具体为如图27中所示的固定胫骨 轴承试验品580。固定胫骨轴承试验品580包括尺寸设定成且成型为容纳适配器502的毂 510的中心孔582,以及与中心孔582流体连通的防旋转孔584。与试验垫片504的防旋转 孔562类似，防旋转孔584具有的宽度略微大于适配器502的防旋转键542的宽度，使得防 旋转键542可被容纳在防旋转孔562中。如此，当固定胫骨轴承试验品580耦合至适配器 502和传感器模块512时，约束或换句话讲防止固定胫骨轴承试验品580相对于传感器模块 512的胫骨板34的旋转。
[0122] 现在参见图28-31，在一些实施例中，传感器模块12被配置成用于与计算机辅助 整形外科（CA0S)系统18 -起使用。在此类实施例中，传感器模块12被配置成将关节力数 据传输给系统18。如图28中所示，计算机辅助整形外科（CA0S)系统18包括计算机600、 显示器602和照相机单元604。计算机600通过信号通路606与显示器602通信耦合，并且 通过信号通路608与照相机单元604通信耦合。信号通路606、608可以具体为分别被配置 成促进计算机600与显示器602和计算机600与照相机单元604之间的电通信的任何类型 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。
[0123] 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。照相机单元604包括两个或更多 个照相机610,其布置方式使得耦合至患者612的相关骨骼的反射阵列620处于照相机610 的视场614中。
[0124] 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 可以具体为被配置成执行本文描述的功能的任何类型处理器。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28 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 的附加处理器。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28中仅示出了一个存 储设备，但在其他实施例中，计算机600可以包括附加的存储设备。
[0125] 接收器电路626可被配置成使用任何类型的无线通信协议、标准或技术，以接收 来自传感器模块12的关节力数据。例如，如上文就传感器模块12而言所讨论的，计算机600 可被配置成使用无线网络协议、蜂窝通信协议例如分码多址访问（CDMA)协议、Bluetooth 1& 协议或其他无线通信协议、标准或技术通信，以与传感器模块12通信。
[0126] 在使用中，计算机辅助整形外科（CA0S)系统18可被配置成通过跟踪和显示反射 阵列620所耦合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（CA0S)系统18可被配置成从 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。
[0127] 为了实现这点，计算机600可执行方法700用于执行如图29中所示的整形外科手 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的任何数量的设置、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，可以选择由计算机600显示 的语言，并且可以校准显示装置602的触摸屏（如果适用的话）。
[0128] 在方框704中，由外科医生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。一旦整形外科手术已 在方框704中设置，患者的骨骼就寄存在方框706中。为了实现这点，将反射阵列620与患 者的有关骨骼（例如患者的胫骨和股骨）耦合。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，其中根据所耦合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（CA0S) 系统配准一个或多个外科工具。
[0129] -旦有关骨骼已寄存在方框706中，计算机600就与照相机单元604合作在方框 708中显示整形外科手术的手术步骤的图像和相关导航数据（例如手术工具的定位）。为 了实现这点，方框708可包括任何数量的子步骤，其中每个外科步骤连同相关导航数据一 起以序贯次序显示给整形外科医生。另外，在方框710中，计算机600接收来自传感器模块 12的关节力数据。如上文所讨论的，关节力数据为传感器模块12的传感器阵列90生成的 传感器信号所指示的患者膝关节力的指示。
[0130] 在方框712中，计算机600显示关节力数据或由其衍生的其他数据，其指示在显示 器602上患者关节的关节力。计算机600可被配置成基于方框712中的关节力数据确定一 个或多个关节力值。例如，与手持式显示模块14类似，计算机600可被配置成基于在方框 710中接收的关节力数据来确定内侧关节力分量值和外侧关节力分量值。再次，此类内侧关 节力值基于由压力传感器102、104、106、108、120、124接收的传感器信号，并且外侧关节力 值基于内侧传感器组196和外侧传感器组197。在一些实施例中，计算机600还可以基于内 侧关节力值和外侧关节力值来确定平均内侧/外侧力值。在此类实施例中，随后在方框712 中的显示器602上显示内侧关节力值、外侧关节力值和平均关节力值。另外，计算机600可 被配置成基于关节力数据来确定关节力的内侧-外侧和/或前侧-后侧平衡，并且以与手 持式显示模块14类似的方式在显示器602上显示关节力平衡的标记。例如，计算机600可 在方框412中呈现与上文就图16、17和18而言举例说明且描述的显示内容450、452、454 类似的显示内容。
[0131] 在一些实施例中，计算机辅助整形外科（CA0S)系统18可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可执行方法720用于显示 与如图30中举例说明的导航数据相关的关节力数据。方法720包括其中计算机600接收 来自传感器模块12的关节力数据的方框722。再次，关节力数据为传感器模块12的传感器 阵列90生成的传感器信号所指示的患者膝关节力的指示。在方框724中，计算机600基于 在方框722中接收的关节力数据来确定内侧、外侧和/或平衡关节力值。
[0132] 与方框722中的关节力值确定同时，计算机600在方框724中确定患者有关骨骼， 例如在其中患者的膝经历整形外科手术的那些实施例中患者的股骨和胫骨的定位和取向。 随后，在方框728中，计算机600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的内侧和外侧髁的弯曲和伸展间隙，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，整形外科医生可以确定具体整形手术的合适的间隙或关节力大小。
[0133] 另外，在一些实施例中，计算机600还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。例如，在 一个实施例中，计算机600可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可被配置成基于内侧和外侧力值来确定加载的髁，且在显示器 602上由整形外科医生识别加载的髁。进一步地，在一些实施例中，计算机600可被配置成 在存储设备624或其他存储设备中存储解剖学数据、关节力值和/或其他手术数据例如植 入物类型大小、患者识别数据和/或彼此结合的类似物。
[0134] 在一些实施例中，计算机600还被配置成确定和显示弯曲角度和相关关节力值的 图表。为了实现这点，计算机600如图31中所示执行方法730。方法730包括其中计算机 600接收来自传感器模块12的关节力数据的方框732。再次，关节力数据为传感器模块12 的传感器阵列90生成的传感器信号所指示的患者膝关节力的指示。在方框734中，计算机 600基于在方框732中接收的关节力数据来确定内侧、外侧和/或平衡关节力值。
[0135] 与方框732中的关节力值确定同时，计算机600确定方框736中患者膝的弯曲角 度。为了实现这点，计算机600确定患者胫骨和股骨的相关定位且基于这些定位确定在中 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。该方法通过方框732、734、736重复收集数据和在期望弯 曲范围内的各个或每一个预定弯曲角度。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生的参数设置。
[0136] 现在参见图32-37,如上文所讨论的，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。例如，在图32中示出关于使用传感器模块 12执行完全膝关节成形术的手术方法800。方法800始于方框802,在其中切除患者的胫骨 近端900。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（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。
[0137] 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，整形外科医生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，如图33中所示，将胫骨板34置于患者股骨近端的被切除平台850上。胫骨板 34可以放置在接触患者胫骨的位置，也可以放置在膜或其他居间构件上。如图33中所示， 隔块832可以用于将患者的膝牵引期望伸展量，其在一些实施例中可通过适配器502的上 固定夹516耦合至传感器模块12。作为另外一种选择，传感器模块12可以耦合至关节牵引 器16,牵引器可插入患者膝关节并进行操作以牵引关节至期望的量。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。
[0138] 建立起大致矩形的关节间隙后，整形外科医生便可平衡内侧和外侧关节力。为此， 整形外科医生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，整形外科医生可以监视传感器模块12和/或手持式显示模块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何时照亮）。 当然，基于例如患者年龄、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，整形外科医生可以决定可另外选择的关节力平衡（例如，45% -55%内侧-外侧 关节力平衡）对于具体患者是否可取。另外，在一些实施例，例如在其中使用计算机辅助整 形外科（CA0S)系统18的那些实施例中，可以在方框810中切除患者股骨远端902。
[0139] 在整形外科医生已适当平衡伸展的患者关节的内侧-外侧关节力后，在方框812 中将患者的关节弯曲放置。随后，在方框814中，在弯曲时将患者的膝牵引至关节力的期望 平衡。为了实现这点，整形外科医生可再次将传感器模块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可以放置在接触患者胫骨的位置，也可以放置在 膜或其他居间构件上。整形外科医生可以使用例如牵引器16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。
[0140] 在患者的关节已牵引至实现方框814中的期望内侧-外侧关节平衡后，在方框816 中对患者的股骨远端902执行许多另外的切除切口。为了实现这点，如图34中所示，切割 块860可以耦合至关节牵引器16,且用于对患者的股骨远端902执行前侧股骨切割、后侧股 骨切割和/或斜面切割，同时弯曲牵引患者的关节。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 的角度对应期望植入物的具体角度。如此，在股骨旋转到期望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。
[0141] 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35所示，间隔块854可以用于检 查或验证此类股骨切割。另外，外科医生可以使用韧带放松来平衡或限定期望的内侧-外 侧关节力。在此类实施例中，整形外科医生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。
[0142] 在患者股骨远端的最终切除完成后，在方框818中验证患者膝关节的关节力平 衡。为了实现这点，整形外科医生可利用上文参照图19-27描述的胫骨试验系统500。例 如，如图36和37中所示，试验垫片504可定位在传感器模块12上的适配器502之上，并且 胫骨表面试验品505可固定到试验垫片504。试验股骨部件864还可以暂时耦合至患者的 股骨远端902。患者的膝关节随后可以通过如图37中所示的多个弯曲角度移动，同时整形 外科医生监视如通过传感器模块12的显示器50、52或显示模块14的显示器302所示的相 关关节力平衡，以验证在患者关节弯曲自始至终维持期望关节力平衡。应当理解试验垫片 504可以固定试验取向或活动试验取向布置在传感器模块12的胫骨板34上，如上文就图 23-25而言描述的。在其他实施例中，固定或活动胫骨轴承试验品506可以与适配器502和 传感器模块12-起使用。
[0143] 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、手持式显示 模块14和计算机辅助外科系统18可被配置成测量、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。
[0144] 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，并且本发明实质范围内的所有变更和修改形式都应受到保护。
[0145] 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不包括所有所述特征，但仍然可具有这些特征的 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实质和范围内。
【权利要求】
1. 一种用于测量患者关节的关节力的整形外科设备，所述整形外科设备包括： 成型为定位在患者的胫骨近端与股骨远端之间的胫骨板，所述胫骨板具有基本上平坦 的上表面和基本上平坦的下表面； 定位在所述胫骨板中并且被配置成生成指示患者的胫骨与股骨之间的关节力的传感 器信号的传感器阵列，所述传感器阵列包括测量所述关节力的内侧-前侧力分量的多个内 侧-前侧传感器、测量所述关节力的内侧-后侧力分量的多个内侧-后侧传感器、测量所述 关节力的外侧-前侧力分量的多个外侧-前侧传感器以及测量所述关节力的外侧-后侧力 分量的多个外侧-后侧传感器，所述内侧-前侧传感器和外侧-前侧传感器中的每一个具 有基本相等的表面积，并且所述内侧-后侧传感器和外侧-后侧传感器中的每一个具有基 本相等的表面积； 固定到所述胫骨板并且限定纵向轴线的细长柄部，所述纵向轴线偏离所述胫骨板的前 侧至后侧二等分轴； 固定到远离所述胫骨板的柄部末端的第一显示器；以及 定位在所述柄部中的电路，所述电路被配置成接收来自所述传感器阵列的传感器信 号，并且控制所述第一显示器以提供所述关节力的内侧-外侧平衡的视觉指示。
2. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述胫骨板包括具有限定第一中心定 位孔的第一内侧壁的板顶部外壳，以及具有限定第二中心定位孔的第二内侧壁的板底部外 壳，所述第一孔和第二孔彼此流体连通，以部分地限定相对于所述胫骨板的上表面和下表 面通过所述胫骨板的坚直通道。
3. 根据权利要求2所述的整形外科设备，其中所述传感器阵列包括进一步限定通过所 述胫骨板的坚直通道的中心定位孔。
4. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述传感器阵列包括多个电容压力传感 器。
5. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述传感器阵列包括内侧传感器组和外 侧传感器组，所述内侧传感器组和外侧传感器组中的每一个由最前侧传感器、最后侧传感 器以及定位在对应的最前侧传感器和最后侧传感器之间的四个附加的传感器组成。
6. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述内侧-前侧和外侧-前侧传感器中 的每一个的表面积小于所述内侧-后侧和外侧-后侧传感器中的每一个的表面积。
7. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述内侧-前侧和外侧-前侧传感器中 的每一个具有等于约0. 174英寸2的表面积，并且所述内侧-后侧和外侧-后侧中的每一 个具有等于约〇. 187英寸2的表面积。
8. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述内侧-前侧和外侧-前侧传感器中 的每一个具有等于约0. 243英寸2的表面积，并且所述内侧-后侧和外侧-后侧中的每一 个具有等于约〇. 263英寸2的表面积。
9. 根据权利要求1所述的整形外科设备，还包括固定到远离所述胫骨板的细长柄部末 端的第二显示器，并且 其中所述细长柄部包括柄部顶部外壳和柄部底部外壳，所述柄部顶部外壳和柄部底部 外壳彼此耦合，使得所述柄部顶部外壳的内表面面向所述柄部底部外壳的对应内表面， 其中所述第一显示器被固定到所述柄部顶部外壳的末端，并且所述第二显示器被固定 到所述柄部底部外壳的末端。
10. 根据权利要求1所述的整形外科设备，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)确定指示所述关节力的内侧分量的内侧总力值，（ii)确定指示 所述关节力的外侧分量的外侧总力值，以及（iii)以提供指示所述关节力的内侧-外侧平 衡的方式控制多个发光二极管。
11. 根据权利要求10所述的整形外科设备，其中所述电路被配置成控制多个发光二极 管，以显示对应于九个分开的内侧-外侧平衡范围的至少九个分开的照明配置。
12. 根据权利要求10所述的整形外科设备，其中所述电路被配置成： 将所述内侧总力值和所述外侧总力值求和以确定总力值， 根据所述内侧总力值和所述总力值确定内侧百分比值； 根据所述外侧总力值和所述总力值确定外侧百分比值；以及 根据所述内侧百分比值和所述外侧百分比值，以提供指示所述关节力的内侧-外侧平 衡的方式控制多个发光二极管。
13. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述电路包括被配置成传输指示患者 的胫骨与股骨之间的所述关节力数据的无线发射器。
14. 根据权利要求1所述的整形外科设备，其中所述电路包括电源和用户控件，所述用 户控件是能操作的以将所述电路从断路状态置于接通状态，其中所述电路被配置成在从所 述断路状态置于所述接通状态后保持所述接通状态，直至所述电源耗尽。
15. -种测量患者关节的关节力的传感器模块，所述传感器模块包括： 具有柄部上部外壳和胚骨板上部外壳的上部外壳； 具有柄部下部外壳和胫骨板下部外壳的下部外壳，所述下部外壳耦合至所述上部外 壳，使得所述下部外壳的内表面面向所述上部外壳的对应内表面； 定位在所述胫骨板下部外壳与所述胫骨板上部外壳之间并且被配置成生成指示在所 述患者的胫骨与股骨之间的关节力的传感器信号的传感器阵列，所述传感器阵列包括测量 所述关节力的前侧力分量的多个前侧传感器以及测量所述关节力的后侧力分量的多个后 侧传感器，所述后侧传感器中的每一个具有大于所述前侧传感器中的每一个的表面积； 固定到所述柄部上部外壳的第一显示器和固定到所述柄部下部外壳的第二显示器；以 及 定位在所述柄部上部外壳与所述柄部下部外壳之间的电路，所述电路接收来自所述传 感器阵列的传感器信号并控制所述第一显示器和第二显示器以多个照明配置中的一个来 照亮，其中每个照明配置对应所述关节力的内侧-外侧平衡的分开范围。
16. 根据权利要求15所述的整形外科设备，其中胫骨上部外壳和所述胫骨下部外壳各 自包括限定中心定位孔的内侧壁，当所述上部外壳耦合至所述下部外壳时，所述胫骨上部 外壳和下部外壳的内侧壁合作以限定通道。
17. 根据权利要求15所述的整形外科设备，其中所述传感器阵列包括内侧传感器组和 外侧传感器组，所述内侧传感器组和外侧传感器组中的每一个由最前侧传感器、最后侧传 感器以及定位在对应最前侧传感器和最后侧传感器之间的四个附加的传感器组成。
18. 根据权利要求15所述的整形外科设备，其中所述电路被配置成控制所述第一显示 器和第二显示器，以显示至少九个分开的照明配置中的一个，其中每个照明配置对应所述 关节力的内侧-外侧平衡的分开范围。
19. 根据权利要求15所述的整形外科设备，其中所述电路包括被配置成传输指示所述 患者胫骨与股骨之间的所述关节力数据的无线发射器。
20. 根据权利要求15所述的整形外科设备，其中所述电路包括电源和用户控件，所述 用户控件是能操作的以将所述电路从断路状态置于接通状态，其中所述电路被配置成在从 所述断路状态置于所述接通状态后保持所述接通状态，直至所述电源耗尽。
21. -种用于测量患者关节的关节力的整形外科系统，所述整形外科系统包括： 传感器模块，所述传感器模块包括： (i) 成型为定位在患者的胫骨近端与股骨远端之间的胫骨板，所述胫骨板具有基本上 平坦的上表面和基本上平坦的下表面，并且包括限定相对于所述上表面和下表面通过所述 胫骨板的坚直通道的内侧壁， (ii) 定位在所述胫骨板中并且被配置成生成指示在所述患者的胫骨与股骨之间的关 节力的传感器信号的传感器阵列，所述传感器阵列包括测量所述关节力的内侧-前侧力分 量的多个内侧-前侧传感器、测量所述关节力的内侧-后侧力分量的多个内侧-后侧传感 器、测量所述关节力的外侧-前侧力分量的多个外侧-前侧传感器以及测量所述关节力的 外侧-后侧力分量的多个外侧-后侧传感器，所述内侧-前侧传感器和外侧-前侧传感器 中的每一个具有基本相等的表面积，并且所述内侧-后侧传感器和外侧-后侧传感器中的 每一个具有基本相等的表面积； (iii) 固定到所述胫骨板的细长柄部， (iv) 固定到所述柄部的第一显示器，以及 (v) 定位在所述柄部中的传感器模块电路，所述传感器模块电路被配置成接收来自所 述传感器阵列的传感器信号，控制所述显示器以提供所述关节力的内侧-外侧平衡的视觉 指示，并传输指示所述关节力的关节力数据；以及 手持式显示模块，所述手持式显示模块包括： (i) 尺寸设定成能够手持的外壳， (ii) 耦合至所述外壳的显示器，以及 (iii) 定位在所述外壳中的控制电路，所述控制电路被配置成接收来自所述传感器模 块的关节力数据，并且在所述手持式显示模块的显示器上显示所述关节力的内侧-外侧平 衡的视觉指示。
22. 根据权利要求21所述的整形外科系统，其中所述手持式显示模块的控制电路被配 置成： 在所述手持式显示模块的显示器上显示水平条， 在所述水平条上显示图标，其中所述水平条上的图标位置指示所述关节力的内侧-外 侧平衡。
23. 根据权利要求21所述的整形外科系统，其中所述手持式显示模块的控制电路被配 置成： 确定指示所述关节力的内侧-外侧平衡和前侧-后侧平衡的关节力值，以及 基于所述关节力值在所述关节力的内侧-外侧平衡和前侧-后侧平衡的显示器上显示 视觉指示。
24.根据权利要求23所述的整形外科系统，其中所述手持式显示模块的控制电路被 配置成在所述显示器上显示条，所述条具有对应于内侧的第一末端和对应于外侧的第二末 端，所述控制电路被配置成基于所述关节力的前侧-后侧平衡定位所述条的第一末端和第 二末端。
【文档编号】A61B17/00GK104083182SQ201310110963
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2013年4月1日 优先权日:2013年4月1日
【发明者】J.T.舍尔曼, M.J.罗克, M.贝尔塔佐尼, M.J.巴特尔姆 申请人:德普伊新特斯产品有限责任公司