用于计划和执行截骨术的方法和系统的制作方法
【专利说明】用于计划和执行截骨术的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2012年12月21日提交的美国申请号13/725，706的权益和优先权，所述申请以引用方式全部并入本文。
[0003]背景
[0004]本申请涉及截骨术程序，并且更具体来说涉及用于计划和执行截骨术程序的方法和系统。
[0005]截骨术是骨头被切开并且重新构造，通常用以矫正未对准关节的外科手术程序。未对准关节可引起骨关节炎或关节软骨之退化，从而导致疼痛、僵硬和肿胀。通过使关节重新对准，截骨术程序通过使承重轴移位来减轻一部分关节上的压力。
[0006]用以重新构造胫骨或股骨的截骨术程序可减轻由膝盖骨关节炎引起的疼痛和其它症状。在开放楔形截骨术中，穿过骨头的一部分制作切口，并且将切口的相对表面拉开以产生楔形开口，所述楔形开口随后可由骨移植物填充。在闭合楔形截骨术中，移除骨头的楔形部分，并且将相对表面拉拢在一起以使开口闭合。
[0007]常规截骨术的计划和执行为技术上有挑战性的程序。一种当前计划方法包括将将要移除的计划切口或楔形绘制到关节的二维图像上。当在解剖学的三维部分上执行手术时，存在与使用二维图像准确地计划外科手术程序相关联的许多挑战。与常规计划技术相关联的一个困难包括缺乏用以在计划手术后骨头的结构健康(亦完整性)方面分析外科手术计划的工具。在不分析骨头的预测结构健康的情况下，根据计划执行的截骨术可导致胫骨的手术后骨折。
[0008]除计划截骨术程序的挑战之外，外科医生在实行期间也面临挑战。在高位胫骨截骨术期间，例如，外科医生试图在股骨与胫骨之间达成特定的所需角(例如，股骨胫骨对准角)。研宄已表明外翻对准的7度至13度的股骨胫骨角导致有益的长期临床结果。高位胫骨截骨术试图通过将骨头增添至胫骨(开放楔形截骨术)或通过自胫骨移除骨头(闭合楔形截骨术)来达成所需股骨胫骨角。在开放楔形截骨术和闭合楔形截骨术两者中，必须基于所需股骨胫骨角计算“楔形矫正角”。在开放楔形截骨术中，楔形矫正角涉及切除的表面之间的所要的最终角。在闭合楔形截骨术中，“楔形矫正角”涉及在楔形移除之后但在将切除表面拉拢在一起之前的骨头的切除表面之间的初始角。
[0009]通常，难以决定所需楔形矫正角，并且因此，关节的两个骨头之间的所需对准是否已由截骨术程序达成。即使在导航系统追踪关节的骨头的图像引导的手术期间，这个困难也出现。例如，在高位胫骨截骨术期间，导航系统追踪附贴至胫骨的标记。然而，一旦外科医生切通所有或一部分胫骨并且使切除表面相对于彼此移动，追踪系统即不再能够决定在切口的非追踪侧上的部分的姿态(亦位置和定向)。外科医生因此不能依赖所追踪骨头的显示来决定例如在开放楔形截骨术中使切除表面之间的角增加到什么程度。
[0010]与常规截骨术程序相关联的另一挑战为缺乏对用于切削骨头的锯条的控制，尤其在前后平面中。缺乏足够的控制可引起关节的所得对准的不准确。
[0011]与常规截骨术程序相关联的又一挑战起因于克氏针(K-Wire)和荧光镜检查对于验证计划切削平面的使用。骨头的切除可通过使用克氏针作为切削导件来执行。将克氏针推进至骨头中，并且取得骨头和克氏针的荧光镜检查图像以评估例如切削平面和固定板螺钉的计划放置。计划过程的这个部分使患者暴露于额外辐射。
[0012]概述
[0013]本发明的一个实施方案涉及用于执行截骨术的方法。所述方法包括:提供固定板，所述固定板界定第一孔眼和第二孔眼；在骨头中产生第一孔和第二孔；通过将所述固定板的所述第一孔眼与所述骨头的所述第一孔对准和插入紧固件穿过所述第一孔眼并插入所述第一孔中来将所述固定板连接至所述骨头；在产生所述第一孔和所述第二孔之后，穿过所述骨头的至少一部分产生切口以产生第一切除表面和第二切除表面；使所述第一切除表面和所述第二切除表面相对于彼此移动，直到所述固定板的所述第二孔眼与所述骨头的所述第二孔对准为止；以及通过插入第二紧固件穿过所述固定板的所述第二孔眼并插入所述骨头的所述第二孔中将所述固定板连接至所述骨头。
[0014]额外实施方案涉及外科手术系统，所述外科手术系统包括固定板，所述固定板界定第一孔眼和第二孔眼。所述外科手术系统还包括处理电路，所述处理电路被配置来矫正角；至少部分基于所述矫正角开发外科手术计划；并且促进所述外科手术计划的实行，其中所述切口是在所述第一孔和所述第二孔之后产生。所述外科手术计划包括表示骨头中的第一孔、所述骨头中的第二孔和穿过所述骨头的至少一部分的切口的多个计划虚拟边界。所述固定板的所述第一孔眼和所述第二孔眼被配置来在所述外科手术计划的实行之后与所述骨头中的所述第一孔和所述第二孔对准。
[0015]又一实施方案涉及计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上具有指令，所述指令在由处理电路执行时有助于开放楔形截骨术的计划或执行。所述介质包括用于计算矫正角的指令；用于至少部分基于所述矫正角和固定板的参数开发外科手术计划的指令；以及用于促进所述外科手术计划的实行的指令，其中所述切口是在所述第一孔和所述第二孔之后产生。所述外科手术计划包括表示骨头中的第一孔、所述骨头中的第二孔和穿过所述骨头的至少一部分的切口的多个计划虚拟边界。
[0016]替代示例性实施方案涉及如可在权利要求书中一般地叙述的其它特征和特征的组合。
[0017]附图简述
[0018]将自结合附图进行的以下详细描述更完全地理解本公开内容，在附图中相同元件符号代表相同元件，在附图中:
[0019]图1A和图1B为在截骨术程序之前和之后的腿的承重轴的图解。
[0020]图2A为对胫骨执行的完成的开放楔形截骨术程序的图解。
[0021]图2B为对胫骨执行的完成的闭合楔形截骨术程序的图解。
[0022]图3为例示根据一个示例性实施方案的用于执行截骨术程序的方法的流程图。
[0023]图4为根据一个示例性实施方案的固定板的示意性图解。
[0024]图5A为根据一个示例性实施方案的在撑开骨头之前的开放楔形截骨术程序的图解。
[0025]图5B为根据一个示例性实施方案的在撑开骨头之后的开放楔形截骨术程序的图解。
[0026]图6为根据一个示例性实施方案的外科手术系统的图解。
[0027]图7A和图7B例示根据一个示例性实施方案的在截骨术的执行期间的触觉引导。
[0028]图8为例示根据一个示例性实施方案的截骨术的外科手术计划和执行的流程图。
[0029]详述
[0030]在转向详细地示出示例性实施方案的附图之前，应理解，本申请不限于描述中所阐述的或在附图中所示的细节或方法论。还应理解，术语仅出于描述的目的而不应被视为限制。
[0031]一种类型的截骨术程序为高位胫骨截骨术。在高位胫骨截骨术中，可重新构造胫骨以使膝盖软骨上的重量分布移位。用于执行高位胫骨截骨术的两种不同程序包括开放楔形和闭合楔形。
[0032]图1A和图1B例示腿的开放楔形截骨术程序和承重轴2的对应移位。在图1A中，承重轴2穿过膝盖的内侧间室4。在截骨术程序的执行之后，如图1B中所示，承重轴2通过膝盖中心，从而减轻内侧间室4的软骨上的压力。
[0033]图2A例示完成的高位胫骨开放楔形截骨术。在开放楔形截骨术中，外科医生切通所有或部分骨头10。在图2A的实施方案中，骨头10为胫骨。随后使切除表面12、14之间的角增加至所需角α，并且使所得楔形充满骨移植物材料16。如本文关于外科手术方法和系统所使用，术语“所需”意味将由外科手术方法或系统达成的计划或理想结果。
[0034]图2Β例示完成的高位胫骨闭合楔形截骨术。在闭合楔形截骨术期间，自胫骨移除骨头的楔形。随后将切除表面12、14拉拢在一起，从而闭合表面之间的间隙。在开放楔形截骨术和闭合楔形截骨术两者中，通过固定硬件(例如板18和螺钉20)将正确地对准的骨头保持在所述骨头的新构形中。
[0035]图3例示根据示例性实施方案的用于执行开放楔形截骨术的方法和用于执行闭合楔形截骨术的方法。关于高位胫骨截骨术论述本文所描述的若干实施方案。然而，本发明不限于高位胫骨截骨术，并且所公开方法和系统可用于身体的任何骨头上的截骨术程序，以矫正各种关节对准问题或骨头异常(例如股骨截骨术、颁面截骨术等)。
[0036]在由图3所示的方法中，提供固定板24 (步骤301)。固定板24可连接至骨头并且包括第一孔眼26和第二孔眼28，如图4中所示。固定板24为通用的或针对患者特别制造的。图4示意性地例示具有一组参数的固定板24，所述参数包括第一孔眼26与第二孔眼28之间的距离“d”，然而固定板可具有参数的任何组合。板的“参数”在本文中定义为可用来描述板的任何测量、特征或特性。参数的一些实例包括板的形状；板的尺寸(例如长度、宽度和厚度)；以及板的第一孔眼26与第二孔眼28之间的距离“d”。虽然固定板24的形状展示为矩形的，但是板24可为适合于连接至骨头并且在截骨术程序之后使骨头维持在固定位置中的任何形状。板24可为卵形、正方形、梯形或任何其它几何形状。板24也可以被不规则地成形为具有突出部分或切除部分。此外，板24或板中的部分的尺寸可为均匀的或不均匀的。例如，板24在沿长度的厚度或曲率方面可变化，以便符合患者骨头的轮廓或形状。固定板24可由适合于植入患者体内的任何材料制成。
[0037]第一孔眼26和第二孔眼28可各自接收紧固件(例如螺钉或钉子)以将固定板24连接至患者骨头。孔眼2