用于校准患者的膝关节的x射线图像的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及定制的患者专用整形外科器械，并且具体地讲涉及X射线校准设备和方法。
【背景技术】
[0002]关节成形术是一种熟知的外科手术，可通过关节成形术来用假体关节置换患病和/或损坏的自然关节。通常的膝关节假体包括胫骨托、股骨部件、定位在胫骨托和股骨部件之间的聚合物衬套或轴承、以及(在一些情况下)聚合物髌骨块(patella button)。为了有利于用膝关节假体置换自然关节，整形外科医生使用多种整形外科器械，诸如例如切割块、钻导向器、铣削导向器和其他外科手术器械。通常，整形外科器械对患者来说是通用的，使得在相似的整形外科方法中对多个不同的患者可使用相同的整形外科器械。
【发明内容】
[0003]根据一个方面，X射线校准设备包括被配置成接收患者的膝关节的射线可透的膝关节对准夹具。射线可透的膝关节对准夹具包括底板、固定到底板的外侧并从底板的外侧向上延伸的外侧壁、以及固定到底板的内侧并从底板的内侧向上延伸的内侧壁。X射线校准设备还包括被定位在外侧壁内的第一多个射线不可透的基准标记以及被定位在内侧壁内的第二多个射线不可透的基准标记。第二多个射线不可透的基准标记被定位成使得在查看垂直于底板而采集的X射线图像时，第二多个射线不可透的基准标记中的每一个不同于第一多个射线不可透的基准标记，并且在查看垂直于外侧壁而采集的X射线图像时，第二多个射线不可透的基准标记中的每一个不同于第一多个射线不可透的基准标记。
[0004]在一个实施例中，内侧壁比外侧壁短。
[0005]X射线校准设备还可包括被配置成以固定的屈曲角度保持患者的膝关节的射线可透的衬垫，该衬垫被固定到底板的上表面并定位在外侧壁与内侧壁之间。
[0006]在一个实施例中，第一多个射线不可透的基准标记包括被定位在外侧壁内的上部外侧多个射线不可透的基准标记，使得在查看垂直于外侧壁而采集的X射线图像时，上部外侧多个射线不可透的基准标记中的每一个显示在射线可透的衬垫的上部脊的上方。第一多个射线不可透的基准标记还包括被定位在外侧壁内的下部外侧多个射线不可透的基准标记，使得在查看垂直于外侧壁而采集的X射线图像时，下部外侧多个射线不可透的基准标记中的每一个显示在射线可透的衬垫的上部脊的下方。
[0007]上部外侧多个射线不可透的基准标记可由三个射线不可透的基准标记组成，下部外侧多个射线不可透的基准标记可由三个射线不可透的基准标记组成，并且第二多个射线不可透的基准标记可由四个射线不可透的基准标记组成。
[0008]根据另一方面，X射线校准设备包括被配置成接收患者的膝关节的射线可透的膝关节对准夹具，所述膝关节对准夹具。射线可透的膝关节对准夹具包括底板、固定到底板的外侧并从底板的外侧向上延伸的外侧壁、以及固定到底板的内侧并从底板的内侧向上延伸的内侧壁。X射线校准设备还包括被配置成以固定的屈曲角度保持患者的膝关节的射线可透的衬垫。该衬垫被固定到底板的上表面并定位在外侧壁与内侧壁之间。X射线校准设备还包括第一多个射线不可透的基准标记，其被定位成使得在查看垂直于外侧壁而采集的X射线图像时，第一多个射线不可透的基准标记中的每一个显示在射线可透的衬垫的上部脊的上方；第二多个射线不可透的基准标记，其被定位成使得在查看垂直于外侧壁而采集的X射线图像时，第二多个射线不可透的基准标记中的每一个显示在射线可透的衬垫的上部脊的下方；以及第三多个射线不可透的基准标记，其被定位成使得在查看垂直于底板而采集的X射线图像时，第三多个射线不可透的基准标记中的每一个不同于第一多个射线不可透的基准标记和第二多个射线不可透的基准标记中的每一个，并且在查看垂直于外侧壁而采集的X射线图像时，第三多个射线不可透的基准标记中的每一个不同于第一多个射线不可透的基准标记和第二多个射线不可透的基准标记中的每一个。
[0009]射线可透的衬垫可以用相交的垂直线进行标记，所述相交的垂直线被配置成与X射线源发射的十字线对准，该X射线源被定位成生成垂直于底板而采集的X射线图像。外侧壁也可以用相交的垂直线进行标记，所述相交的垂直线被配置成与X射线源发射的十字线对准，该X射线源被定位成生成垂直于外侧壁而采集的X射线图像。
[0010]在一个实施例中，第一多个射线不可透的基准标记被定位在外侧壁内，第二多个射线不可透的基准标记被定位在外侧壁内，并且第三多个射线不可透的基准标记被定位在内侧壁内。
[0011]第一多个射线不可透的基准标记可由三个射线不可透的基准标记组成，第二多个射线不可透的基准标记可由三个射线不可透的基准标记组成，并且第三多个射线不可透的基准标记可由四个射线不可透的基准标记组成。
[0012]根据另一方面，生成用于制造定制的患者专用整形外科膝关节器械的图像的方法包括将患者的膝关节定位在X射线校准设备中，该X射线校准设备具有以固定距离定位的多个射线不可透的基准标记，使得在查看沿患者的膝关节的前向以及沿患者的膝关节的侧向采集的X射线图像时，多个射线不可透的基准标记中的每一个彼此不同。沿患者的膝关节的前向采集第一 X射线图像，使得多个射线不可透的基准标记中的至少一些的表示在第一X射线图像中可见。沿患者的膝关节的侧向采集第二X射线图像，使得多个射线不可透的基准标记中的至少一些的表示在第二 X射线图像中可见。使用第一 X射线图像和第二 X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记的表示将第一X射线图像和第二 X射线图像彼此对齐。
[0013]将第一 X射线图像和第二 X射线图像彼此对齐可包括使用第一 X射线图像和第二X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记的表示来对准第一 X射线图像和第二 X射线图像。
[0014]该方法还可包括通过测量第一 X射线图像和第二 X射线图像中的一者或两者中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两个或更多个之间的距离，并且将第一 X射线图像和第二X射线图像中的一者或两者中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两个或更多个之间的距离与定位在X射线校准设备中的对应基准标记之间的距离进行比较来计算X射线比例因子。
[0015]该方法还可包括通过测量第一 X射线图像和第二 X射线图像中的一者或两者中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两组或更多组之间的距离，并且将第一 X射线图像和第二X射线图像中的一者或两者中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两个或更多个之间的距离与定位在X射线校准设备中的对应基准标记之间的距离进行比较来计算波束角。
[0016]在一个实施例中，该方法可包括通过测量第一 X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记中的第一多个射线不可透的基准标记的第一表示与第一X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记中的第二多个射线不可透的基准标记的第二表示之间的距离，并且将第一表示和第二表示之间的距离与定位在X射线校准设备中的第一基准标记和定位在X射线校准设备中的第二基准标记之间的距离进行比较来计算X射线比例因子。
[0017]在一个实施例中，该方法可包括通过测量第二 X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记中的第一多个射线不可透的基准标记的第一表示与第二X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记中的第二多个射线不可透的基准标记的第二表示之间的距离，并且将第一表示和第二表示之间的距离与定位在X射线校准设备中的第一基准标记和定位在X射线校准设备中的第二基准标记之间的距离进行比较来计算X射线比例因子。
[0018]在一个实施例中，该方法可包括通过测量第一 X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两组或更多组之间的距离，并且将第一 X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两个或更多个之间的距离与定位在X射线校准设备中的对应基准标记之间的距离进行比较来计算波束角。
[0019]在一个实施例中，该方法可包括通过测量第二 X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两组或更多组之间的距离，并且(ii)将第二X射线图像中可见的多个射线不可透的基准标记的表示中的两个或更多个之间的距离与定位在X射线校准设备中的对应基准标记之间的距离进行比较来计算波束角。
[0020]该方法还可包括基于对齐的第一 X射线图像和第二 X射线图像生成定制的患者专用整形外科膝关节器械的设计。
【附图说明】
[0021]具体地参考以下附图进行详细说明，其中:
[0022]图1是用于设计和制造定制的患者专用整形外科器械的算法的简化流程图；
[0023]图2是用于生成患者专用整形外科器械的模型的方法的简化流程图；
[0024]图3是用于按比例缩放参考轮廓的方法的简化流程图；
[0025]图4至图6是患者胫骨的三维模型；
[0026]图7至图9是患者股骨的三维模型；
[0027]图10是X射线校准设备的透视图；
[0028]图11是图10的X射线校准设备的透视图，显示了射线可透的衬垫已移除；
[0029]图12是图10的X射线校准设备的前正视图，其中显示射线可透的衬垫已移除；
[0030]图13是图10的X射线校准设备的正视图，其中射线可透的衬垫已移除；
[0031]图14至图15是图10的X射线校准设备分别用于针对前向X射线和侧向X射线定位患者的膝关节的透视图；
[0032]图16是定位在图10的X射线校准设备中的患者的膝关节的前正视图；
[0033]