用于修改骨的表面的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本系統(tǒng)和方法提供了允許用簡化設(shè)備進(jìn)行骨表面重整程序(諸如銑削或去毛刺)的病人特定切割裝置。產(chǎn)生計算機(jī)輔助外科手術(shù)切割裝置，其具有與要修改的病人的骨的表面區(qū)域匹配的表面區(qū)域。可以提供切割工具，該切割工具具有仿形骨配合表面和仿形且病人特定成形切割引導(dǎo)面(其位于骨配合表面之上的平面中)。在切割裝置中提供一個或多個通道，并且隨著外科醫(yī)生在通道中移動切割工具(例如，銑削或去毛刺)，該工具根據(jù)切割裝置的切割引導(dǎo)表面及其他預(yù)選表面特征沿著骨的表面橫向地切割骨并豎直地切入骨中。
【專利說明】用于修改骨的表面的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2010年8月16日提交的美國臨時申請?zhí)?1/373，967的優(yōu)先權(quán)，該申請的公開內(nèi)容通過引用被整體地結(jié)合到本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]許多病人苦于在鍛煉期間或在正常磨損期間隨時間推移而出現(xiàn)的整形外科損傷或骨退化疾病。在某些情況下，病人的骨變得翹曲或者具有由于骨的大量使用而引起的增生或其他病變。特別地，運(yùn)動員可能在做大運(yùn)動量的鍛煉時經(jīng)歷該疾病，尤其是在到髖臼的股骨連接區(qū)域中。在股骨髖白撞擊中，股骨頭或髖白緣周圍的區(qū)域在過度骨生長的情況下凸起至股骨頭在繞著髖白移動時被撞擊的點(diǎn)，常常很痛的疾病。當(dāng)股骨頭或頸的表面上的畸形物接觸髖白窩的邊緣時發(fā)生凸輪型撞擊。當(dāng)病人的髖白比正常的更深且深窩限制股骨頭的完全運(yùn)動時發(fā)生鉗夾型撞擊。
[0004]執(zhí)行整形外科手術(shù)以重整骨的表面，諸如被應(yīng)力以及磨損或創(chuàng)傷撞擊或被其它方式損壞的膝、髖、肩、踝和肘。在髖和股骨的表面重整程序中，處理方法可以涉及對股骨頭進(jìn)行銑削或去毛刺以減輕撞擊。銑削和去毛刺常常是基于骨的位置、深度和尺寸的視覺估計而徒手完成的。經(jīng)表 面重整的骨與髖白或其他關(guān)節(jié)之間的尺寸和配合可以變化一在某些情況下過松而在其他情況下過緊。類似地，在涉及對骨進(jìn)行成形以接收植入物的外科手術(shù)中，徒手切割可能太不精確，留下過大或過小的骨位置而不能適當(dāng)?shù)匕仓弥踩胛铩?br> [0005]已經(jīng)開發(fā)了計算機(jī)輔助方法，其提供骨的圖形圖像并使用軟件，這允許外科醫(yī)生更精確地對骨進(jìn)行切割并安裝植入物以配合外科手術(shù)部位。在計算機(jī)輔助外科手術(shù)(CAS)期間，外科醫(yī)生使用病人的解剖部位的視覺圖像來產(chǎn)生配合該部位的植入物或修改該部位以接收植入物。在美國申請?zhí)?2/240，992和美國申請?zhí)?2/120，547中可找到示例性CAS系統(tǒng)。在某些情況下，醫(yī)生使用切刀或其他外科手術(shù)工具來切除骨。在大多數(shù)系統(tǒng)中，由計算機(jī)輔助系統(tǒng)來引導(dǎo)外科手術(shù)工具，其要求復(fù)雜的工具登記系統(tǒng)，其可能難以使用且是昂貴的。需要改進(jìn)的方法和系統(tǒng)以便對骨區(qū)域進(jìn)行表面重整，特別是在具有股骨髖白撞擊及其他骨疾病的病人中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文公開的是使用諸如去毛刺或銑削尖端的切割工具以修改病人體內(nèi)的骨的表面的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法包括使用由病人的骨所獲取的圖像形成的病人匹配裝置且然后產(chǎn)生具有與要修改的骨的一部分配合的表面的模具。該裝置包括一個或多個切割區(qū)，其與要修改的區(qū)域?qū)?zhǔn)，使得能夠在切割區(qū)內(nèi)引導(dǎo)切割工具以切除骨的期望區(qū)域或者對骨的期望區(qū)域進(jìn)行表面重整以實現(xiàn)期望的表面結(jié)構(gòu)和形狀。
[0007]在某些實施方式中，提供了用于引導(dǎo)骨表面的修改的切割裝置。該切割裝置包括形成用于切割工具的二維橫向邊緣的第一切割引導(dǎo)件和形成用于切割工具的深度邊界的第二切割引導(dǎo)件。[0008]在某些實施例中，切割裝置包括外殼，外殼具有縱軸線、具有遠(yuǎn)端、近端以及沿著縱軸線設(shè)置的骨配合內(nèi)表面的套環(huán)(collar)以及在該套環(huán)上面延伸的多個壁。多個表面區(qū)域被設(shè)置在骨配合表面上，該表面區(qū)域具有對應(yīng)于骨上的各表面特征的多個表面特性。所述各表面特征可以是從骨的計算機(jī)圖像導(dǎo)出的并被包括在骨模型中。該外殼還具有切割引導(dǎo)件，切割引導(dǎo)件具有在基本上與縱軸線平行的平面中在所述多個壁之間延伸的通道。進(jìn)入端口被沿著所述壁中的至少一個的表面設(shè)置，切割工具通過該進(jìn)入端口以進(jìn)入通道。
[0009]在某些實施例中，外殼構(gòu)造有與病人的骨表面匹配的多個表面。在某些實施方式中，套環(huán)具有底部開口，其從套環(huán)的近端延伸至遠(yuǎn)端并被構(gòu)造成接收病人的骨。骨進(jìn)入所述開口并靠在內(nèi)表面上，內(nèi)表面包括具有與骨上的各表面特征相對應(yīng)的多個表面特性的表面區(qū)域。在某些實施方式中個，骨配合表面具有與骨的一個或多個對應(yīng)表面特征匹配的一個或多個預(yù)形成輪廓。
[0010]在某些實施例中，所述多個壁具有上邊界壁，其具有被確定輪廓以與預(yù)選骨表面匹配的表面。上邊界壁表面可以充當(dāng)引導(dǎo)件，例如深度引導(dǎo)件，以隨著銑削或去毛刺工具在表面重整或切除期間橫向地沿著骨的表面通過而引導(dǎo)銑削或去毛刺工具。在某些實施方式中，上邊界表面從外殼的近端向外殼的遠(yuǎn)端傾斜。
[0011]所述裝置還被構(gòu)造成引導(dǎo)工具的橫向切割。在某些實施方式中，該通道具有多個橫向延伸通道。該通道可以暴露在上邊界的表面之上，使得切割工具能夠沿著骨表面被橫向地操縱，但仍保持在通道內(nèi)以用于精確的切割?？赏ㄟ^沿著所述多個壁設(shè)置的進(jìn)入端口來訪問該通道。凸緣可以被設(shè)置在進(jìn)入端口之下并延伸到通道或其他開口中。
[0012]在某些實施例中，一個或多個墊圈插入件被設(shè)置在通道內(nèi)。每個墊圈插入件具有與通道對準(zhǔn)的墊圈開口以及(在使用多個墊圈插入件的情況下)另一墊圈開口。
[0013]所述裝置被銷或錨定件連接到骨表面，并包括設(shè)置在外殼中以接收銷或錨定件的多個孔。
[0014]可以將切割裝置包括在套件或其他系統(tǒng)中以便修改骨表面。套件或系統(tǒng)可以包括所選骨表面的預(yù)形成圖像和切割工具，所述切割工具具有配合在切割裝置的通道或其他引導(dǎo)特征內(nèi)的一部分。還可以包括多個切割裝置。例如，所述多個裝置中的第一個包括具有第一深度的槽，并且所述多個裝置中的第二個包括具有不同于第一深度的第二深度的槽?？梢詫⒌谝缓偷诙b置堆疊在一起。例如，所述多個裝置中的第一個可以配合在所述多個裝置中的第二個內(nèi)。還可以包括本文所述的墊圈插入件及其他部件。在某些實施方式中，提供了多個墊圈插入件，每個具有墊圈開口，該插入件被確定尺寸并構(gòu)造成配合在切割裝置的通道內(nèi)，并且每個墊圈開口接收切割工具的一部分。
[0015]還可以將切割工具構(gòu)造成與切割裝置的尺寸配合，以提供更準(zhǔn)確且精致的切口。在某些實施方式中，切割工具具有第一深度，并且切割裝置具有開口(諸如通道)，其具有基本上與第一深度相同的深度。在使用中，切割工具經(jīng)由開口被插入切割裝置中，并且當(dāng)被這樣插入時，其擱置成使得臺肩或其他表面略微在開口上面，從而工具能夠在開口內(nèi)橫向地移動但是被豎直地約束而保持在開口內(nèi)。在某些實施方式中，切割工具具有允許其在骨的表面上執(zhí)行銑削或去毛刺的旋轉(zhuǎn)尖端。
[0016]還可設(shè)想使用方法。在某些實施例中，一種修改骨表面的方法包括接收要修改的骨的表面的圖像，該圖像識別包括骨上的輪廓、斜坡或標(biāo)志中的一個或多個的表面特性。用戶識別要從骨去除的骨表面的區(qū)域，并且使用該圖像來產(chǎn)生切割引導(dǎo)件。切割引導(dǎo)件具有通道和內(nèi)表面，內(nèi)表面具有多個表面特征,每個表面特征對應(yīng)于圖像上的表面特性。通過使表面特征與對應(yīng)的表面特性對準(zhǔn)直至通道擱置在上面并基本延伸到要去除的區(qū)域而將切割引導(dǎo)件施加到骨。切割工具通過通道被插入而與該區(qū)域接觸。切割工具然后被橫向地和深度方向地操縱通過通道以沿著骨的表面對骨進(jìn)行表面重整。
[0017]用于切除骨表面的某些方法設(shè)想準(zhǔn)備切割引導(dǎo)件，切割引導(dǎo)件具有骨接觸內(nèi)表面和上表面，骨接觸內(nèi)表面被構(gòu)造成與骨表面配合，上表面具有對應(yīng)于期望骨表面構(gòu)造的仿形構(gòu)造(contoured configuration)。在某些實施方式中，骨接觸內(nèi)表面具有被構(gòu)造成在切割骨之前與存在于骨上的對應(yīng)表面特性匹配的一個或多個特征。上表面被形成為對應(yīng)于在外科手術(shù)完成時骨應(yīng)具有的表面構(gòu)造，并且優(yōu)選地與內(nèi)表面間隔開。
[0018]切割引導(dǎo)件被施加于骨表面并在根據(jù)期望的骨表面構(gòu)造切割骨表面(例如，被撞擊表面區(qū)域)的同時沿著仿形上表面延伸。在被切割之后所得到的骨因此具有期望的骨表面構(gòu)造。該切割工具可以在引導(dǎo)件的通道內(nèi)通過并沿橫向方向以及豎直方向(例如，沿著上表面)切割骨。該切割工具還可以包括凸緣，在骨被切割時，該凸緣撐靠著切割引導(dǎo)件的表面。該凸緣從而幫助調(diào)整所能夠產(chǎn)生的切口的深度。可以通過引導(dǎo)件的通道對骨表面進(jìn)行銑削或去毛刺。
[0019]在回顧本公 開之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會想到這些實施例的變更和修改?？梢杂帽疚乃龅囊粋€或多個其他特征以任何組合和子組合(包括多個從屬的組合和子組合)的方式實現(xiàn)前述特征和方面?？梢詫⑸衔乃龊退镜母鞣N特征、包括其任何部件組合或集成在其他系統(tǒng)中。此外，可以省略或不實施某些特征。
[0020]下面參考附圖來詳細(xì)地描述各種實施例的其他特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖圖示出實施例并連同描述一起用于解釋公開方法和系統(tǒng)的各種示例。在所述附圖中:
[0022]圖1描繪了具有撞擊區(qū)域和配合在髖臼內(nèi)的股骨頭的股骨。
[0023]圖2A-2E描繪了被構(gòu)造成特別地配合到圖1中所示的股骨頭的切割裝置的實施例。
[0024]圖3描繪了被配合到圖1的股骨頭的圖2的切割引導(dǎo)件。
[0025]圖4描繪了在使用圖3的切割引導(dǎo)件進(jìn)行切割之后的圖1的股骨。
[0026]圖5A-5B描繪了被構(gòu)造成與股骨頭配合并安裝在其上面的切割裝置的實施例以及用于通過該裝置中的開口執(zhí)行骨切除的去毛刺或銑削工具。
[0027]圖6A-6B描繪了用于執(zhí)行骨銑削的系統(tǒng)，其具有被安裝到病人的骨的多個切割裝置。
[0028]圖7描繪了切割裝置的實施例，該切割裝置具有被配合在一起的多個底座并具有用于接收切割工具的公共開口。
[0029]圖8是剖面圖，描繪了被設(shè)置在開口內(nèi)的去毛刺工具和切割裝置，以便執(zhí)行骨表
面重整。
[0030]圖9A-9C描繪了具有切割裝置的骨切割系統(tǒng)的實施例，其具有引導(dǎo)去毛刺或銑削工具的移動的多個插入件。
【具體實施方式】
[0031]附圖圖示出用來使病人匹配切割引導(dǎo)件準(zhǔn)備好用于執(zhí)行骨表面重整(例如銑削或去毛刺)以治療凸輪型撞擊的系統(tǒng)和方法的某些實施方式。切割引導(dǎo)件幫助外科醫(yī)生更準(zhǔn)確地對要切割的骨上面的適當(dāng)區(qū)域進(jìn)行定位，并提供橫向引導(dǎo)件、深度引導(dǎo)件(或兩者)以便生成切除切口。切割引導(dǎo)件本身被形成為通過獲取骨的圖像并使用該圖像來產(chǎn)生將在切除和表面重整期間放置在骨上的切割裝置來定制性地配合病人的骨。病人特定切割引導(dǎo)件與徒手過程相比還幫助改善外科手術(shù)過程。在某些實施方式中，病人匹配切割引導(dǎo)件包括符合病人的骨的內(nèi)表面以及接收醫(yī)療設(shè)備的去毛刺或銑削工具以便在引導(dǎo)件內(nèi)切割的端口或開口。
[0032]參考附圖(其中相同的參考標(biāo)號指示相同元件)，圖1描繪了凸輪型撞擊的示例，其中，病人的股骨100被設(shè)置成使得股骨頭101在髖關(guān)節(jié)的髖白104內(nèi)。股骨頭101具有被撞擊區(qū)域102。在該疾病的情況下，病人將常常在股骨100在髖白104內(nèi)旋轉(zhuǎn)或操作時感到疼痛，因為被撞擊區(qū)域102撞到髖白緣105。
[0033]圖2A-2E描繪了切割裝置200的實施例的各種視圖，切割裝置200被結(jié)構(gòu)化成在股骨頭101上或附近定制性地配合病人的股骨100。切割裝置可以由強(qiáng)聚合物或其他適當(dāng)材料制成并在執(zhí)行骨切除或表面重整時引導(dǎo)用戶。如所示，切割裝置包括外殼，外殼具有套環(huán)202，套環(huán)202沿著縱軸線201延伸并具有近端202a和遠(yuǎn)端202b。套環(huán)還包括與縱軸線201平行的下開口 205，股骨頭101或其他骨通過該下開口 205配合。套環(huán)202還包括內(nèi)骨配合表面204，內(nèi)骨配合表面204與股骨頭101的例如存在撞擊區(qū)域102的區(qū)域定制性地配
[0034]切割引導(dǎo)件200還包括上外殼，上外殼具有多個壁206和208，多個壁206和208上升到套環(huán)的內(nèi)骨配合表面之上并被上邊界表面210連結(jié)。引導(dǎo)通道212被設(shè)置在切割裝置200內(nèi)在兩個壁206和208之間。引導(dǎo)通道212包括沿著壁206的表面設(shè)置的進(jìn)入端口216?？梢酝ㄟ^進(jìn)入端口 216將切割工具(諸如具有旋轉(zhuǎn)尖端的去毛刺或銑削工具)插入切割通道內(nèi)以便能夠訪問在通道212下面的骨。在圖2C中圖示出可以使用的示例性切割工具，示出了銑削工具250，銑削工具250具有銑削頭252和軸254，銑削頭252具有旋轉(zhuǎn)尖端，軸254驅(qū)動尖端旋轉(zhuǎn)。如所示，進(jìn)入端口 216具有略短于軸254的長度(S')的深度尺寸P。因此，當(dāng)銑削工具250被插在進(jìn)入端口 216內(nèi)時，工具250的下臺肩256擱置在通道212的上臺肩213上或剛好略微在其上方，這將工具保持在通道中。該工具可以橫向地和豎直地移動，但是僅根據(jù)在通道內(nèi)的引導(dǎo)。工具與通道之間的精確配合從而允許骨表面的更精確的銑削或去毛刺。
[0035]如所指示的，切割裝置被準(zhǔn)備成定制性地配合到要表面重整的病人的股骨或其他骨的區(qū)域，從而切割通道將被放置在骨上的適當(dāng)位置。如圖2A中所示，套環(huán)202的內(nèi)骨配合表面204具有多個區(qū)域，其具有與被撞擊骨上的各表面特征相對應(yīng)的表面特性。如所示，例如在圖2A中，內(nèi)配合表面204包括第一凹陷區(qū)域204b，第一凹陷區(qū)域204b被準(zhǔn)備成具有特定的表面特性(諸如曲度、輪廓、表面凹陷和凹坑)以對要表面重整的骨的特征進(jìn)行鏡像和匹配。例如，第一區(qū)域204定制性地配合股骨中的上升區(qū)域214。類似地，內(nèi)配合表面204的光滑表面204a被準(zhǔn)備成確定輪廓并以病人匹配界面與股骨的光滑仿形表面214a配
口 ο
[0036]在某些實施方式中，使用要表面重整的骨的圖形或其他圖像來準(zhǔn)備具有病人特定套環(huán)的切割裝置。例如，外科醫(yī)生或其他技術(shù)人員獲取骨表面的CAT掃描、MRI或其他圖像，然后通過處理器來使用該圖像以產(chǎn)生骨表面的計算機(jī)圖像。該計算機(jī)圖像被操縱以產(chǎn)生采取期望表面重整構(gòu)造的骨表面的模型。該模型將描繪將要通過表面重整過程被施加于骨的輪廓、斜坡、表面特征及其他期望屬性。然后可以使用CAD軟件或其他設(shè)計工具來設(shè)計切割引導(dǎo)件，其具有與骨的精確表面區(qū)域?qū)?zhǔn)和配合的表面。切割引導(dǎo)件將優(yōu)選地包括一個或多個通道，其引導(dǎo)切割工具更容易地產(chǎn)生期望的骨表面重整。在準(zhǔn)備切割引導(dǎo)件和期望表面重整構(gòu)造的CAD模型之后，產(chǎn)生物理實施例，諸如切割裝置200，其中，內(nèi)骨配合表面204被構(gòu)造成對應(yīng)于股骨頭101的撞擊區(qū)域102并特別地與之配合，并且切割通道和上表面定制性地構(gòu)造有用于引導(dǎo)切割工具的橫向引導(dǎo)件和深度引導(dǎo)件，最終制備導(dǎo)致期望表面構(gòu)造的骨切口。期望的表面構(gòu)造允許股骨頭(或其他相關(guān)骨)在沒有撞擊的情況下在相鄰關(guān)節(jié)內(nèi)延伸并旋轉(zhuǎn)。
[0037]特別地，如所示，通道212具有多個橫向延伸通道212a_212e，其在具有通道軸線203的平面中延伸。通道軸線203大體上在套環(huán)的縱軸線201上方延伸并與之平行。具有其多個內(nèi)部通道212a-212e的通道212從而允許切割工具沿著平面對骨的表面進(jìn)行銑削、去毛刺或修整，所述平面沿著套環(huán)的縱軸線201平行地延伸。此外，內(nèi)部通道212a-212e沿著通道軸線203通過通道212來回延伸，從而允許技術(shù)人員或外科醫(yī)生沿著通道軸線203在通道內(nèi)施加銑削工具。 這允許橫向地沿著骨表面在兩個維度上進(jìn)行骨的銑削或去毛刺或其他表面重整。
[0038]切割裝置還構(gòu)造有用于切割工具的深度引導(dǎo)件。圖3描繪了被配合到股骨頸和股骨頭101的切割裝置200以及切割工具250，切割工具250具有在遠(yuǎn)側(cè)尖端上的銑削頭252和轉(zhuǎn)動銑削頭的軸254?？梢酝ㄟ^壓配合相互作用將切割裝置200固定到股骨頸和頭，在壓配合相互作用中，裝置200卡扣到骨上并保持固定到骨，或者裝置200可以包括錨定孔，通過該錨定孔，銷被放置到骨中以將該裝置固定到骨。如所示，切割裝置的上邊界表面210從近端210a向遠(yuǎn)端210b傾斜。上邊界表面210構(gòu)造有股骨頭101的期望表面重整構(gòu)造的相同輪廓、形狀及其他特征。在使用中，通過經(jīng)由進(jìn)入端口 216插入頭252和軸254且然后使其在通道內(nèi)前進(jìn)而將切割工具250插入通道212內(nèi)。上邊界表面210的斜坡(及其輪廓和其他特征)提供用于切割工具的深度引導(dǎo)件，使得當(dāng)通過通道212a-212e時，切割引導(dǎo)件也將隨著其從近端通過至遠(yuǎn)端而豎直地向上或向下移動，從而根據(jù)上邊界表面210使尖端252延伸到更深或更淺，使得當(dāng)銑削過程完成且切割裝置被去除時，經(jīng)表面重整的骨的斜坡、輪廓及其他特征將匹配或至少密切地近似上邊界表面210的斜坡、輪廓以及表面特征。因此，與切割引導(dǎo)件200的橫向延伸通道212a-212e —起，上邊界表面210的斜坡和輪廓提供用于切割工具的組合的橫向引導(dǎo)件和深度引導(dǎo)件，以獲得骨表面的更精確修改。
[0039]還可以執(zhí)行附加的期間的或其他的骨處理步驟。圖4描繪了切割裝置已被去除之后的經(jīng)切除股骨100。如所示，多個殘跡220被留在股骨頭101的骨表面中。那些殘跡220散置在對應(yīng)于通道212a-212e的多個空隙222之間。隨著銑削工具或去毛刺工具通過通道212，所去除的骨被消除，留下空隙222，而未切割骨的部分220仍留在通道之間的區(qū)域中。在去除套環(huán)200之后，操作員可以使用后續(xù)去毛刺或銑削工具來消除殘跡220。同樣如圖4中所示，在去除殘跡220之后，在骨中留下傾斜表面224 (陰影線)。此傾斜表面對應(yīng)于上邊界表面210的傾斜和輪廓設(shè)置，如上文所討論的。
[0040]圖5A-5B描繪了切割裝置300的替代實施例，其在意圖被銑削或去毛刺的區(qū)域107周圍被配合到股骨106以對骨進(jìn)行表面重整。切割裝置300包括內(nèi)骨配合表面302 (例如通過病人匹配過程形成)，內(nèi)骨配合表面302具有多個區(qū)域，多個區(qū)域具有對應(yīng)于區(qū)域107中的股骨106上的各表面特征的特性。切割裝置300還包括側(cè)壁311和上表面壁303，上表面壁303具有通向通道304的進(jìn)入端口，去毛刺或銑削工具310被插入進(jìn)入端口內(nèi)。
[0041]切割裝置300具有縱軸線301。通道304還具有通道軸線305，通道軸線305位于大體上包括裝置300的縱軸線301的平面中。在使用中，銑削工具310的遠(yuǎn)側(cè)尖端314沿著軸線305在通道304內(nèi)延伸以對骨表面進(jìn)行銑削或去毛刺。該工具沿著縱向和橫向兩個方向在由通道產(chǎn)生的邊界內(nèi)自由地移動。
[0042]圖5B分別用箭頭X和Y圖示出縱向和橫向方向，并且通道304內(nèi)的銑削或去毛刺允許寬的二維范圍，將在所述寬的二維范圍內(nèi)對骨進(jìn)行雕刻。凸緣被設(shè)置在通道304內(nèi)以在其支撐臂312a-312c到達(dá)凸緣306時(或者當(dāng)圓盤形支撐表面322抵靠著凸緣306時)停止工具310的深度穿透。因此，凸緣提供用于表面重整過程的深度引導(dǎo)件，而通道304提供用于表面重整過程的橫向引導(dǎo)件。還可以使用替代的支撐臂構(gòu)造，包括圖5B中所示的圓盤322。此三維切割裝置(其是病人匹配的)因此提供深度和橫向?qū)?zhǔn)能力以促進(jìn)獲得更精確地雕刻或表面重整的骨。如所示，提供了多個銷孔318a-318d以將切割裝置錨定到骨。
[0043]可以在允許病人骨的定制性表面重整的套件或外科手術(shù)系統(tǒng)中提供上述切割裝置。在某些實施方式中，套件和系統(tǒng)包括多個切割裝置。如圖6A-6B中所示，切割引導(dǎo)系統(tǒng)400包括第一切割裝置402和 第二切割裝置404，其可以包括上述切割裝置中的一個或多個。切割引導(dǎo)系統(tǒng)400還包括內(nèi)表面401,其是病人匹配的以對應(yīng)于要表面重整的骨的表面并精確地與之配合。可以將銑削工具分別插入切割裝置的開口 410和412內(nèi)以便進(jìn)行更復(fù)雜的骨準(zhǔn)備。根據(jù)需要，可以提供具有不同銑削形狀和深度的多個這種裝置。
[0044]圖7描繪了具有堆疊在一起的多個裝置432和434的切割引導(dǎo)系統(tǒng)430的實施方式，上裝置434被構(gòu)造成座置在下裝置432內(nèi)。下裝置432通過錨定孔435a和435b被錨定到股骨頭101 (股骨的遠(yuǎn)端)或另一適當(dāng)骨表面。上切割裝置434然后被座置在下裝置432的開口 442內(nèi)。特別地，上裝置434的擋板446擱在下裝置432的凸邊448上，并且上裝置的延伸部分450與下裝置的延伸部分452對準(zhǔn)。此布置使上裝置434的開口 444與下裝置432的開口 442對準(zhǔn)。然后可以使切割工具460延伸通過開口 444和442，以從股骨頭的期望部分銑削第一層骨。第一層的銑削將受到開口 444的尺寸和上裝置434的深度的限制。特別地，銑削可以進(jìn)行至切割工具460的圓盤462到達(dá)上裝置434的上邊界表面438為止，切割工具460的遠(yuǎn)側(cè)尖端464刺入骨中并在開口 444的邊界內(nèi)橫向地延伸。在銑削此第一層之后，上裝置434被去除，并且銑削繼續(xù)至第二層。第二層被類似地銑削，即在開口 442內(nèi)橫向地銑削并豎直地銑削直至圓盤462到達(dá)下裝置432的上表面436。開口 442橫向地寬于開口 434，并且位于骨內(nèi)的第二銑削表面與開口 442的橫向周界匹配?？梢愿鶕?jù)上文參考圖2A-2E所討論的所得到的表面重整骨區(qū)域中所期望的表面特性來使下裝置432的上表面436傾斜或漸縮、輪廓化以及以其它方式成形。[0045]在某些實施方式中，堆疊的裝置被構(gòu)造成在裝置被去除并且所提供的開口較寬時減少過度去毛刺。例如，在圖7中，上裝置434的去除在下裝置432中留下寬開口 442，并且如果工具被放置在開口 442的中心，則切割工具460的深度不受限制，因為圓盤462未寬到足以接觸裝置432的上表面436。為了防止切割工具460過深地前進(jìn)至開口 442的中心中，可以提供具有與上裝置434中的開口 444的形狀匹配的形狀的插入件以覆蓋通過開口 444被銑削的骨的部分。該插入件被銷接到骨中，并且然后上裝置434被去除。在插入件就位的情況下，只有通過較寬開口 442被銑削的骨被暴露，并且圓盤462能接觸插入件和上表面436兩者以避免使切割工具460向骨中前進(jìn)超過期望的深度。
[0046]圖8描繪了設(shè)置在切割裝置432內(nèi)的切割工具460的剖面圖。特別地，切割工具460具有延伸到切割裝置432的深度432a的光滑軸466以及向骨中延伸至預(yù)定深度470的切割毛刺部464。可以根據(jù)需要來確定骨的預(yù)定深度。例如，可以根據(jù)需要來確定骨的深度以去除撞擊表面，或者可以根據(jù)需要確定骨的深度以提供植入物以與表面重整骨或已從其去除軟骨的骨配合?？梢栽谙ァⅢy、肩或其他骨切除過程中完成用于產(chǎn)生植入物位置的更精確銑削和去毛刺。在那些情況下，可以將骨幾何結(jié)構(gòu)形成為使得區(qū)域472根據(jù)需要被結(jié)構(gòu)化以接收植入物。
[0047]如所示，裝置432和骨468沿著符合界面502配合。該裝置被根據(jù)病人匹配技術(shù)準(zhǔn)備，使得裝置和骨界面502盡可能精確，從而提供用于切割工具460的更緊密且更準(zhǔn)確的對準(zhǔn)部位。
[0048]圖9A-9C描繪了病人匹配切割引導(dǎo)系統(tǒng)的其他實施方式，該病人匹配切割引導(dǎo)系統(tǒng)能夠被調(diào)整以改變銑削或去毛刺工具的位置和橫向延伸范圍和深度。特別地，病人匹配切割裝置510設(shè)置有下表面510a，其構(gòu)造有具有與骨550的特定表面特征相對應(yīng)的特性的多個表面區(qū)域。如上所述，可以通過病人匹配計算機(jī)輔助技術(shù)來形成骨和裝置之間的界面，使得裝置和骨盡可能緊密地配合在一起。切割裝置510包括具有上部分512a和下部分512b的開口以及多個墊圈插入件514、516和518，墊圈插入件514、516和518擱在上部分512a內(nèi)并具有各自的內(nèi)開口(515、517和519)，該內(nèi)開口對準(zhǔn)在下部分512b之上，形成切割導(dǎo)軌513。切割工具460具有軸466 和毛刺切割遠(yuǎn)側(cè)尖端464。毛刺切割尖端464在圖9A中被示為鉆入骨550中的縫槽530中。軸466延伸通過導(dǎo)軌513的下部分512b并通過墊圈插入件514、516和518的開口 515、517和519。如圖9A-9C中所示，毛刺切割構(gòu)件在被插入骨中時可以沿著方向箭頭532和534橫向地延伸，以在骨內(nèi)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)那谐齾^(qū)域以用于植入物的后續(xù)接收或用于一般性的表面重整。
[0049]堆疊的墊圈514、516和518允許外科醫(yī)生切割縫槽530至受控高度，將難以僅使用切割工具460和切割裝置510來切割該受控高度。切割工具460上的圓盤462比切割裝置510中的開口的下部分512b的寬度580更窄，并且因此，如果墊圈插入件未被使用，則圓盤462將不會將工具460保持在上邊界表面510b的高度處。相反，切割工具460將自由地一直降低到切割裝置510中直至圓盤462接觸骨550。所得到的切口將比縫槽530中所示的受控高度深得多，并且可能導(dǎo)致嚴(yán)重的難題。墊圈514、516和518用來提供平臺，該平臺將切割工具460保持在上邊界表面510b的期望水平處以允許跨越切割裝置510的下部分512b的全寬580以受控高度進(jìn)行切割。
[0050]圖9A-9C的系統(tǒng)的墊圈插入件514、516和518能夠在導(dǎo)軌513內(nèi)橫向地移動以控制毛刺切割工具460的橫向運(yùn)動。隨著切割工具460沿著箭頭534的方向橫向地移動，軸466接觸墊圈514。墊圈514能夠自由地橫向移動，并且軸466沿著箭頭534的方向推動墊圈514，直至軸466接觸墊圈516，如圖9B中所示。軸466然后沿著箭頭534的方向推動墊圈516直至軸466接觸墊圈518，墊圈518也被沿著箭頭534的方向推動。然后，當(dāng)墊圈514、516和518接觸切割裝置510中的開口的側(cè)壁540a時，軸466停止。在此位置上，軸466接觸切割裝置510的內(nèi)壁542a，產(chǎn)生切入骨550中的縫槽530的左橫向邊界。切割工具460然后沿著由圖9A中的箭頭532所指示的相反方向移動，直至墊圈514、516和518接觸相對的側(cè)壁540b并且軸466接觸相對的內(nèi)壁542b。于是，橫向切割完成，并且切入骨550中的縫槽530跨越下部分512b的全寬580，并且是均勻的受控高度，因為切割工具460在切割的持續(xù)時間內(nèi)被保持在上邊界表面510b的高度處。
[0051]在所示的實施方式中，可以根據(jù)需要替換和去除以及修改(在其尺寸及其開口的尺寸方面)墊圈構(gòu)件，以對切割工具的深度和橫向延伸范圍進(jìn)行定制。在某些實施方式中，可以使用一個或多個此類墊圈構(gòu)件來代替切割工具的圓盤462，從而允許切割工具460相對于骨橫向地和深度方向地延伸的更多靈活性。
[0052]系統(tǒng)和方法提供了允許用簡化設(shè)備進(jìn)行骨表面重整程序(諸如銑削或去毛刺)的病人特定切割裝置 。產(chǎn)生計算機(jī)輔助外科手術(shù)切割裝置，其具有與要修改的病人的骨的表面區(qū)域匹配的表面區(qū)域?？梢蕴峁┣懈罟ぞ?，其具有仿形骨配合表面和仿形且病人特定成形的切割引導(dǎo)面，其位于骨配合表面之上的平面中。在切割裝置中提供一個或多個通道，并且隨著外科醫(yī)生在通道中移動切割工具(例如，銑削或去毛刺)，該工具根據(jù)切割裝置的預(yù)選切割引導(dǎo)表面及其他表面特征沿著骨的表面橫向地切割骨并豎直地切入骨中。在回顧本公開之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到變更和修改?？梢杂帽疚乃龅囊粋€或多個其他特征以任何組合和子組合(包括多個從屬的組合和子組合)的方式實現(xiàn)所公開的特征?？梢詫⑸衔乃龊退镜母鞣N特征(包括其任何部件)組合或集成在其他系統(tǒng)中。此外，可以省略或不實施某些特征。
[0053]本領(lǐng)域的技術(shù)人可發(fā)現(xiàn)變更、置換以及修改的示例，并且其可以在不脫離本文公開信息的范圍的情況下實現(xiàn)。在本文中引用的所有參考文獻(xiàn)被整體地通過引用結(jié)合到本文中并形成本申請的一部分。
【權(quán)利要求】
1.一種用于引導(dǎo)骨的表面的修改的切割裝置，包括: 外殼，所述外殼具有縱軸線、套環(huán)和多個壁，所述套環(huán)具有遠(yuǎn)端、近端以及沿著所述縱軸線設(shè)置的骨配合內(nèi)表面，所述多個壁在所述套環(huán)之上延伸； 多個表面區(qū)域，所述多個表面區(qū)域設(shè)置在所述骨配合表面上，所述多個表面區(qū)域具有對應(yīng)于所述骨上的各表面特征的多個表面特性； 切割引導(dǎo)件，所述切割引導(dǎo)件具有在基本上與所述縱軸線平行的平面中在所述多個壁之間延伸的通道；以及 進(jìn)入端口，所述進(jìn)入端口沿著所述壁中的至少一個的表面設(shè)置，切割工具通過所述進(jìn)入端口以進(jìn)入所述通道。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述套環(huán)具有從所述套環(huán)的近端延伸至遠(yuǎn)端的底部開口。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中，所述多個壁具有上邊界壁，所述上邊界壁具有被確定輪廓以與預(yù)選骨表面匹配的表面。
4.權(quán)利要求3的裝置，其中，所述上邊界表面從所述外殼的近端向所述外殼的遠(yuǎn)端傾斜。
5.權(quán)利要求1-4中的任一項的裝置，其中，所述通道具有多個橫向延伸通道。
6.權(quán)利要求5的裝置，其中，所述上邊界的表面具有使所述多個通道暴露的開口。
7.權(quán)利要求1-4中的任一項的裝置，其中，所述進(jìn)入端口形成在所述上邊界中。
8.權(quán)利要求1-4的裝置，其中，所述骨配合表面具有與所述骨的對應(yīng)表面特征匹配的預(yù)成形輪廓。
9.權(quán)利要求1-4中的任一項的裝置，包括設(shè)置在所述進(jìn)入端口之下并延伸到所述通道中的凸緣。
10.權(quán)利要求1-4中的任一項的裝置，包括第一切割引導(dǎo)件和第二切割引導(dǎo)件，所述第一切割引導(dǎo)件形成用于切割工具的二維橫向邊界，所述第二切割引導(dǎo)件形成用于所述切割工具的深度邊界。
11.權(quán)利要求1-4中的任一項的裝置，包括設(shè)置在所述通道內(nèi)的多個墊圈插入件。
12.權(quán)利要求11的裝置，其中，每個墊圈插入件具有與所述通道內(nèi)部的另一墊圈開口對準(zhǔn)的墊圈開口。
13.權(quán)利要求1-4中的任一項的裝置，包括設(shè)置在所述外殼中的多個錨定孔。
14.一種用于修改骨表面的系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項的切割裝置。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，包括所選骨表面的預(yù)形成圖像和切割工具，所述切割工具具有配合在所述通道內(nèi)的一部分。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，包括多個裝置，所述多個裝置中的第一個具有帶有第一深度的槽，并且所述多個裝置中的第二個具有帶有不同于第一深度的第二深度的槽。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，所述多個裝置中的第一個配合在所述多個裝置中的第二個的第二槽內(nèi)。
18.權(quán)利要求15的系統(tǒng),包括多個墊圈插入件,每個墊圈插入件具有墊圈開口，所述插入件被確定尺寸并構(gòu)造成配合在所述通道內(nèi)，并且每個墊圈開口接收所述切割工具的一部分。
19.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，所述切割工具具有第一深度，并且所述槽具有與所述第一深度基本相同的深度。
20.權(quán)利要求15中的任一項的系統(tǒng)，其中，所述切割工具具有旋轉(zhuǎn)尖端。
21.—種修改骨表面的方法，包括: 提供骨的表面的圖像，所述圖像識別包括骨上的輪廓、斜坡或標(biāo)志中的一個或多個的表面特性； 識別要從所述骨去除的骨表面的區(qū)域； 使用所述圖像來產(chǎn)生切割引導(dǎo)件，所述切割引導(dǎo)件具有通道和內(nèi)表面，所述內(nèi)表面具有多個表面特征，每個表面特征對應(yīng)于所述圖像上的表面特性； 通過使所述表面特征與對應(yīng)的表面特性對準(zhǔn)直至所述通道擱置在上面并基本延伸到要去除區(qū)域而將所述切割引導(dǎo)件施加到所述骨；以及 通過所述通道插入切割工具以與所述區(qū)域接觸。
22.—種切除骨的方法，包括: 準(zhǔn)備具有骨接觸內(nèi)表面和上表面的切割引導(dǎo)件，所述骨接觸內(nèi)表面具有被構(gòu)造成在切割所述骨之前與存在于 所述骨上的對應(yīng)表面特性匹配的一個或多個特征，所述上表面具有對應(yīng)于期望骨表面構(gòu)造的仿形構(gòu)造； 將所述切割引導(dǎo)件施加到所述骨表面，從而使所述一個或多個特征與各自的表面特性匹配；以及 使所述切割工具沿著仿形上表面在所述切割引導(dǎo)件內(nèi)延伸以根據(jù)期望骨表面構(gòu)造來切割被撞擊骨表面。
23.權(quán)利要求22的方法，包括步驟:使所述切割工具在所述引導(dǎo)件的通道內(nèi)通過。
24.權(quán)利要求23的方法，包括步驟:將可去除墊圈安裝在所述通道內(nèi)。
25.權(quán)利要求23-24中的任一項的方法，包括步驟:使所述切割工具在所述通道內(nèi)沿著所述骨的表面橫向地移動。
26.權(quán)利要求23-24中的任一項的方法，包括步驟:使所述切割工具沿著所述上表面的斜坡在所述通道內(nèi)豎直地移動。
27.權(quán)利要求22-24中的任一項的方法，包括步驟:在切割所述骨的同時使切割工具的凸緣撐靠所述切割引導(dǎo)件的表面。
28.權(quán)利要求23-24中的任一項的方法，包括步驟:通過所述通道對骨表面進(jìn)行銑削或去毛刺。
29.權(quán)利要求22-24中的任一項的方法，其中，所述上表面與所述內(nèi)表面間隔開。
30.權(quán)利要求23-24中的任一項的方法，包括步驟:使墊圈在所述通道內(nèi)移動。
【文檔編號】A61F2/46GK103458804SQ201180050038
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2010年8月16日
【發(fā)明者】L·A·吉布森, J·A·夏普 申請人:史密夫和內(nèi)修有限公司