專利名稱：患者匹配器械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中介紹了用于治療骨或關(guān)節(jié)的外科手術(shù)器械和方法，在某些實(shí)例中介紹了與特定患者的身體構(gòu)造相匹配的外科手術(shù)器械。還介紹了此類外科手術(shù)器械的設(shè)計(jì)和使用方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的患者匹配器械具有被構(gòu)造為與患者獨(dú)特的身體構(gòu)造相吻合的大表面。成功的外科手術(shù)結(jié)果取決于患者匹配器械在患者匹配器械及其被設(shè)計(jì)倚靠的身體構(gòu)造之間提供可再現(xiàn)的“可靠”三維貼合的能力。如果最終用戶對(duì)患者匹配器械在與患者獨(dú)特的身體構(gòu)造重復(fù)接合時(shí)會(huì)貼合良好有任何疑 慮，或者如果器械相對(duì)于身體構(gòu)造在多個(gè)空間取向上看起來與患者的身體構(gòu)造貼合良好，那么器械通常就會(huì)被棄用，并且要用常規(guī)的非患者專用器械來完成外科手木。迄今為止，用于在全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)中使用的至少部分患者匹配的外科手術(shù)器械已經(jīng)采用了基本上是遠(yuǎn)端股骨和近端脛骨關(guān)節(jié)連接面的“底片”的身體構(gòu)造接觸面。身體構(gòu)造接觸面通常是以連續(xù)方式與患者身體構(gòu)造的大部分區(qū)域相吻合的大塊表面區(qū)域。在某些實(shí)例中，通過(例如借助MRI掃描)獲取患者身體構(gòu)造的三維圖像數(shù)據(jù)，分段三維圖像數(shù)據(jù)以將骨骼和/或軟骨身體構(gòu)造的表面與周圍的組織詳細(xì)地描述開來，借助CAD或其他軟件將分段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)模型，執(zhí)行ー種或多種可選的輔助過程(例如平滑功能)，利用計(jì)算機(jī)模型針對(duì)患者的身體構(gòu)造定制器械的ー個(gè)或多個(gè)表面，然后制造定制的器械以使其適用于在單個(gè)空間取向上與患者的身體構(gòu)造相吻合而提供定制的外科手術(shù)器械。在至少部分當(dāng)前的實(shí)踐中，每ー個(gè)三維圖像數(shù)據(jù)切片內(nèi)示出的關(guān)節(jié)身體構(gòu)造的基本所有部分都被分段并且常規(guī)的患者匹配器械都設(shè)有接觸患者身體構(gòu)造的基本上連續(xù)區(qū)域的身體構(gòu)造接觸部分。這樣的身體構(gòu)造接觸部分具有與患者的骨和軟骨相接觸的大塊連續(xù)的表面區(qū)域，并且因此關(guān)鍵之處在于構(gòu)建患者匹配器械的工程師或自動(dòng)程序要在整個(gè)分段過程的每ー步都始終保持高標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度和精度。即使在患者匹配器械的身體構(gòu)造接觸面上僅有ー個(gè)或兩個(gè)點(diǎn)不精確、失準(zhǔn)或以其他方式錯(cuò)誤表達(dá)了患者實(shí)際的獨(dú)特身體構(gòu)造，患者匹配器械就有可能貼合不良、位置凸出、搖晃、擺動(dòng)或者可能根本無法貼合。在這樣的實(shí)例中，最終用戶就不太可能使用該器械。在很多情況下，患者匹配器械貼合不良的原因甚至可能是分段過程中少量的細(xì)微誤差。使用至少部分常規(guī)患者匹配器械的另ー個(gè)缺點(diǎn)是光滑的身體構(gòu)造接觸面在與患者獨(dú)特的身體構(gòu)造相接合時(shí)可能會(huì)允許器械滑動(dòng)或打滑。例如，在某些情況下，體液與光滑的骨和軟骨相結(jié)合即可抵消器械和身體構(gòu)造部分之間的摩擦力。而且，由于常規(guī)患者匹配器械的高度吻合性質(zhì)，因此在與具有大量骨贅、病變或腫塊的身體構(gòu)造一起使用時(shí)就可能會(huì)表現(xiàn)為安置不準(zhǔn)確。最后，軟組織(例如脂肪組織)可能會(huì)堆積在患者匹配的塊以及骨或軟骨之間并給用戶造成器械已準(zhǔn)確安置的錯(cuò)誤印象，此時(shí)在事實(shí)上卻恰恰相反。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括患者匹配器械例如在膝關(guān)節(jié)成形術(shù)手術(shù)中使用的切割導(dǎo)引器，其包括根據(jù)患者特有成像或其他類型的患者特有數(shù)據(jù)定制的ー個(gè)或多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分以匹配特定患者的身體構(gòu)造，并且因此有助于外科手術(shù)過程期間患者匹配器械相對(duì)于患者特有身體構(gòu)造的準(zhǔn)確定位和取向。在某些實(shí)施例中，提供了一種匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)器械，包括面向身體構(gòu)造的側(cè)面；其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造；其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的凹部，其中多個(gè)凹部相對(duì)于身體構(gòu)造接觸部分中鄰接多個(gè)凹部的部分凹入；其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分是以下情況中的至少ー種非均勻分布；形狀不一致；或者表面積不一致。

在某些實(shí)施例中，進(jìn)ー步設(shè)有位于多個(gè)凹部中的至少ー個(gè)凹部?jī)?nèi)的柔順材料。在某些實(shí)施例中，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積并且其中至少ー個(gè)凹部定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積；其中第二總面積大于第一總面積。在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械是股骨切割導(dǎo)引器，其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括髕骨-股骨槽部、髁間窩部、內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部；其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分包括鄰接髕骨-股骨槽部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接髁間窩部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接內(nèi)側(cè)髁部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分以及鄰接外側(cè)髁部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。在某些實(shí)施例中，鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積大于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積。在某些實(shí)施例中，鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積小于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積。在某些實(shí)施例中，鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的密度大于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的密度。在某些實(shí)施例中，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分包括限定面接觸的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。在某些實(shí)施例中，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分進(jìn)ー步包括限定基本為線接觸的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
在某些實(shí)施例中，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分進(jìn)ー步包括限定基本為點(diǎn)接觸的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更高。在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更低。在某些實(shí)施例中，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分中至少有ー個(gè)沿著面向身體構(gòu)造的側(cè)面的周邊延伸。在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械是包括內(nèi)側(cè)葉板和外側(cè)葉板的脛骨切割導(dǎo)引器，內(nèi)側(cè)葉板包括至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分，外側(cè)葉板也包括至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。在某些實(shí)施例中，進(jìn)ー步設(shè)有延伸穿過患者匹配外科手術(shù)器械的導(dǎo)引器。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)引器是包括至少ー個(gè)平面的貫通槽。在某些實(shí)施例中，提供了一種匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)器械，包括面向身體構(gòu)造的側(cè)面；其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造；其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的凹部，其中多個(gè)凹部相對(duì)于身體構(gòu)造接觸部分中鄰接多個(gè)凹部的部分凹入；并且其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積且其中多個(gè)凹部定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積；其中第二總面積大于第一總面積。
在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械是股骨切割導(dǎo)引器，其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括髕骨-股骨槽部、髁間窩部、內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部；其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分包括鄰接髕骨-股骨槽部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接髁間窩部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接內(nèi)側(cè)髁部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分以及鄰接外側(cè)髁部的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。在某些實(shí)施例中，鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積大于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積。在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更低。在某些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更高。在某些實(shí)施例中，提供了一種匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)器械，包括面向身體構(gòu)造的側(cè)面；其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造；其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的凹部，其中多個(gè)凹部相對(duì)于身體構(gòu)造接觸部分中鄰接多個(gè)凹部的部分凹入；其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分是以下情況中的至少ー種非均勻分布；形狀不一致；或者表面積不一致；并且其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積且其中多個(gè)凹部定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積；其中第ニ總面積大于第一總面積。在某些實(shí)施例中，提供了一種用于制作匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)導(dǎo)引器的方法，包括接收關(guān)于特定患者身體構(gòu)造的數(shù)據(jù)；根據(jù)接收的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)特定患者身體構(gòu)造的三維計(jì)算機(jī)模型；其中三維計(jì)算機(jī)模型包括至少ー個(gè)接觸部分；相對(duì)于三維計(jì)算機(jī)模型定位網(wǎng)格以定義至少ー個(gè)非身體構(gòu)造接觸部分；設(shè)計(jì)患者匹配的外科手術(shù)導(dǎo)引器以匹配至少ー個(gè)接觸部分并包括避開至少ー個(gè)非身體構(gòu)造接觸部分的凹陷；然后制造出設(shè)計(jì)的患者匹配外科手術(shù)導(dǎo)引器。 在某些實(shí)施例中，相對(duì)于三維計(jì)算機(jī)模型定位網(wǎng)格包括將網(wǎng)格定位在三維計(jì)算機(jī)模型上。在某些實(shí)施例中，設(shè)計(jì)患者匹配的外科手術(shù)導(dǎo)引器包括使外科手術(shù)導(dǎo)引器的坯料在三維計(jì)算機(jī)模型和網(wǎng)格上交叉。在某些實(shí)施例中，用于制作患者匹配外科手術(shù)導(dǎo)引器的方法進(jìn)ー步包括從相對(duì)于三維計(jì)算機(jī)模型定位的網(wǎng)格構(gòu)建擴(kuò)展網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，相對(duì)于三維計(jì)算機(jī)模型定位網(wǎng)格包括相對(duì)于遠(yuǎn)端股骨的三維計(jì)算機(jī)模型的前部定位第一網(wǎng)格以及相對(duì)于遠(yuǎn)端股骨的三維計(jì)算機(jī)模型的遠(yuǎn)端部定位第二網(wǎng)格。 在某些實(shí)施例中，提供了一種設(shè)計(jì)匹配特定身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的外科手術(shù)器械的方法，其中外科手術(shù)器械包括面向身體構(gòu)造的側(cè)面，面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分和至少ー個(gè)凹部，至少ー個(gè)凹部相對(duì)于至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分中鄰接至少ー個(gè)凹部的部分凹入，所述方法包括訪問身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型，身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括與外科手術(shù)器械中的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分相對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)部分；利用包括處理器的計(jì)算機(jī)改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型以構(gòu)建改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型，其包括與外科手術(shù)器械中的至少ー個(gè)凹部相對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)部分；并且
利用身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于外科手術(shù)器械。在某些實(shí)施例中，改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括在身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型上構(gòu)建升高部分。在某些實(shí)施例中，改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型定位網(wǎng)格。在某些實(shí)施例中，進(jìn)ー步設(shè)有從所述網(wǎng)格構(gòu)建擴(kuò)展網(wǎng)格的步驟。在某些實(shí)施例中，定位網(wǎng)格包括相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型的前部定位第一網(wǎng)格以及相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型的遠(yuǎn)端部定位第二網(wǎng)格，其中三維計(jì)算機(jī)模型是遠(yuǎn)端股骨的模型。在某些實(shí)施例中，定位網(wǎng)格包括將網(wǎng)格包裹在身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)三維計(jì)算機(jī)模型的一部分周圍。在某些實(shí)施例中，定位網(wǎng)格包括定位具有均勻格網(wǎng)樣式的網(wǎng)格。
在某些實(shí)施例中，訪問身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括訪問特定患者的身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型。在某些實(shí)施例中，利用身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型來改進(jìn)器械坯料的計(jì)算機(jī)模型包括將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型與身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型融合。在某些實(shí)施例中，利用身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型來改進(jìn)器械坯料的計(jì)算機(jī)模型進(jìn)ー步包括從器械坯料的計(jì)算機(jī)模型的體積中扣除身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型的交叉體積。在某些實(shí)施例中，進(jìn)ー步設(shè)有制造外科手術(shù)器械的步驟。在某些實(shí)施例中，進(jìn)ー步設(shè)有將器械坯料的改進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型輸出至被設(shè)置用于制造外科手術(shù)器械的設(shè)備的步驟。在某些實(shí)施例中，改進(jìn)器械坯料的計(jì)算機(jī)模型包括從尺寸過大的器械坯料的計(jì)算機(jī)模型中去除ー些部分。在某些實(shí)施例中，將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于外科手術(shù)器械包括將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分的外科手術(shù)器械，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分是以下情況中的至少ー種(i)非均勻分布；(ii)形狀不一致；或者(iii)表面積不一致。在某些實(shí)施例中，將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于外科手術(shù)器械包括將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于其中至少有ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積且其中至少有ー個(gè)凹部定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積的外科手術(shù)器械；其中第 二總面積大于第一總面積。在某些實(shí)施例中，提供了一種設(shè)計(jì)匹配特定身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的外科手術(shù)器械的方法，其中外科手術(shù)器械包括面向身體構(gòu)造的側(cè)面，面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分和至少ー個(gè)凹部，至少ー個(gè)凹部相對(duì)于至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分中鄰接至少ー個(gè)凹部的部分凹入，所述方法包括訪問身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型，身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括與外科手術(shù)器械中的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分相對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)部分；利用包括處理器的計(jì)算機(jī)改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型以構(gòu)建改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型，其包括與外科手術(shù)器械中的至少ー個(gè)凹部相對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)部分，其中改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型定位網(wǎng)格；然后利用身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于外科手術(shù)器械。在某些實(shí)施例中，定位網(wǎng)格包括相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型的前部定位第一網(wǎng)格以及相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型的遠(yuǎn)端部布置第二網(wǎng)格，其中三維計(jì)算機(jī)模型是遠(yuǎn)端股骨的模型。在某些實(shí)施例中，定位網(wǎng)格包括將網(wǎng)格包裹在身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型的一部分周圍。在某些實(shí)施例中，定位網(wǎng)格包括布置具有均勻格網(wǎng)樣式的網(wǎng)格。在某些實(shí)施例中，提供了一種設(shè)計(jì)匹配特定身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的外科手術(shù)器械的方法，其中外科手術(shù)器械包括面向身體構(gòu)造的側(cè)面，面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分和至少ー個(gè)凹部，至少ー個(gè)凹部相對(duì)于至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分中鄰接至少ー個(gè)凹部的部分凹入，所述方法包括訪問身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型，身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括與外科手術(shù)器械中的至少ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分相對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)部分；利用包括處理器的計(jì)算機(jī)改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型以構(gòu)建改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型，其包括與外科手術(shù)器械中的至少ー個(gè)凹部相對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)部分，其中改進(jìn)身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型包括相對(duì)于身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的三維計(jì)算機(jī)模型定位網(wǎng)格；利用身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型通過以下步驟將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型改進(jìn)為對(duì)應(yīng)于外科手術(shù)器械將器械坯料的計(jì)算機(jī)模型與身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型融合；然后從器械坯料的計(jì)算機(jī)模型的體積中扣除身體構(gòu)造結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的三維計(jì)算機(jī)模型的交叉體積；然后將器械坯料的改進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型輸出至被設(shè)置用于制造外科手術(shù)器械的設(shè)備。本發(fā)明以及本文中介紹的實(shí)施例的更多可應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鶕?jù)以下提供的詳細(xì)說明內(nèi)容而變得顯而易見。應(yīng)該理解本文中的書面說明內(nèi)容和附圖盡管示出了本公開的特定實(shí)施例，但是僅僅是為了說明性目的而并不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。


圖1-8示出了形式為股骨切割導(dǎo)引器的患者匹配外科手術(shù)器械的實(shí)施例。圖9-14示出了形式為脛骨切割導(dǎo)引器的患者匹配外科手術(shù)器械的實(shí)施例。圖15-16示出了形式為脛骨切割導(dǎo)引器的患者匹配外科手術(shù)器械的實(shí)施例。圖17A-17C示出了患者匹配外科手術(shù)器械另外的實(shí)施例。圖18A-18B和圖19示出了形式為股骨切割導(dǎo)引器的患者匹配外科手術(shù)器械的實(shí)施例，每ー種都具有改變了接觸面積、形狀和/或分布的身體構(gòu)造接觸部分。圖20根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例示出了股骨和患者匹配外科手術(shù)器械(未示出)之間可能的接觸點(diǎn)。圖21和圖22示出了形式為股骨切割導(dǎo)引器的患者匹配外科手術(shù)器械的兩個(gè)實(shí)施例，每ー種都具有形狀基本為線段的身體構(gòu)造接觸部分。圖23和圖24示出了形式為股骨切割導(dǎo)引器的患者匹配外科手術(shù)器械的兩個(gè)實(shí)施例，每ー種都具有基本上圍繞器械和/或器械中導(dǎo)引結(jié)構(gòu)的周邊區(qū)域定位的身體構(gòu)造接觸部分。圖25示出了包括柔順材料的患者匹配外科手術(shù)器械。圖26根據(jù)ー個(gè)實(shí)施例示出了構(gòu)建三維的患者專用身體構(gòu)造模型的方法步驟。圖27A示出了構(gòu)建第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并向第一身體構(gòu)造模型的第一部分應(yīng)用第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方法步驟實(shí)施例；圖27B示出了構(gòu)建第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并向第一身體構(gòu)造模型的第二部分應(yīng)用第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方法步驟實(shí)施例；圖27C示出了構(gòu)建第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)并向第一身體構(gòu)造模型的第一部分和第二部分分別應(yīng)用第一和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的方法步驟實(shí)施例；然后圖27D示出了圖27C的方法步驟中進(jìn)ー步包括確定外科手術(shù)器械坯料相對(duì)于第一身體構(gòu)造模型的交叉的方法步驟。圖28-31示出了在將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型外部之后對(duì)所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)執(zhí)行一種或多種清掃功能以構(gòu)建改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型的方法步驟實(shí)施例。圖32A和圖33A根據(jù)某些實(shí)施例示出了用干與改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型一起使用的外科手術(shù)器械坯料，其上疊加有與第一改進(jìn)身體構(gòu)造模型的虛擬交叉。圖32B和圖33B示出了圖32A中的外科手術(shù)器械坯料，其上疊加有應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型的第一部分的第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。圖32C和圖33C示出了圖32A中的外科手術(shù)器械坯料，其上疊加有應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型的第二部分的第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。圖34和圖35示出了將外科手術(shù)器械坯料與改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型融合的方法步驟的實(shí)施例，在某些實(shí)施例中此后就可以從外科手術(shù)器械坯料中扣除改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型以確定患者匹配的外科手術(shù)器械。圖36-38示出了改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型的另ー個(gè)實(shí)施例。圖39示出了將外科手術(shù)器械坯料與圖36-38中所示改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型融合井隨后從外科手術(shù)器械坯料中扣除改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型的交叉部分的方法步驟實(shí)施例。圖40示出了將第一和第二外科手術(shù)器械坯料分別與改進(jìn)的第一和第二身體構(gòu)造模型融合的方法步驟實(shí)施例。圖41示出了改進(jìn)的第一和第二身體構(gòu)造模型的實(shí)施例，其中針對(duì)應(yīng)用至第一和第二身體構(gòu)造模型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)執(zhí)行一種或多種清掃功能。圖42A根據(jù)某些實(shí)施例示出了構(gòu)建并應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型第二部分的第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；圖42B根據(jù)某些實(shí)施例示出了構(gòu)建并應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型第一部分的第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。圖43A根據(jù)某些實(shí)施例示出了構(gòu)建并應(yīng)用至第二身體構(gòu)造模型第一部分的第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；圖43B根據(jù)某些實(shí)施例示出了構(gòu)建并應(yīng)用至第二身體構(gòu)造模型第二部分的第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。圖44和圖45示出了將第二外科手術(shù)器械坯料與改進(jìn)的第二身體構(gòu)造模型融合的方法步驟。圖46和圖47示出了患者匹配外科手術(shù)器械另外的實(shí)施例。圖48示意性地示出了外科手術(shù)器械的設(shè)計(jì)和制造方法的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式以下對(duì)附圖的說明內(nèi)容在本質(zhì)上僅僅是示范性的而絕不是為了限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。圖1-8示出了患者匹配外科手術(shù)器械的第一實(shí)施例，所述患者匹配外科手術(shù)器械在本實(shí)施例中是股骨切割導(dǎo)引器10。股骨切割導(dǎo)引器10具有面向身體構(gòu)造的側(cè)面12，其包括被構(gòu)造用于面對(duì)遠(yuǎn)端股骨的髕骨-股骨槽和前皮質(zhì)區(qū)的前部14。該器械進(jìn)ー步包括由髁間窩20分離的兩個(gè)髁部(內(nèi)側(cè)髁部16和外側(cè)髁部18)，其中髁部被構(gòu)造用于面對(duì)患者股骨的遠(yuǎn)端髁部。圖1-8中的患者匹配股骨切割導(dǎo)引器10還包括用于導(dǎo)引切割器械例如鋸條的貫通槽22。切割導(dǎo)引器10另外包括多個(gè)凸臺(tái)24，其具有延伸穿過其中的孔26以導(dǎo)引一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定用緊固件或定位銷 ，凸臺(tái)可以預(yù)鉆有或可以沒有預(yù)鉆有所述孔。例如，孔26可以位于髁部上并確定植入的股骨假體部件的旋轉(zhuǎn)或釘孔位置。貫通槽22和孔26在本文中有時(shí)被稱為“導(dǎo)引結(jié)構(gòu)”，不過該術(shù)語也可以涵蓋不同于孔和槽的其他結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)引結(jié)構(gòu)是可選的并且不必集成地包含在患者匹配器械內(nèi)。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)引器、凸臺(tái)和其他結(jié)構(gòu)可以包括在隨后連接至患者匹配器械或以其他方式與患者匹配器械相關(guān)聯(lián)的非患者匹配的標(biāo)準(zhǔn)化模塊部件內(nèi)。圖1-8中的股骨切割導(dǎo)引器在面向身體構(gòu)造的側(cè)面12上包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分28。身體構(gòu)造接觸部分28被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造，并且在某些實(shí)施例中可以基于術(shù)前獲取的該患者的圖像數(shù)據(jù)來針對(duì)特定的患者定制。在另ー些實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械及其身體構(gòu)造接觸部分通過利用術(shù)前獲取的該患者的圖像數(shù)據(jù)從成套的預(yù)定器械中選出患者匹配的外科手術(shù)器械而與特定的患者匹配。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，成套的預(yù)定器械包括成百上千個(gè)(例如1200個(gè))預(yù)定器械譬如器械的CAD計(jì)算機(jī)模型，其中可以利用自動(dòng)軟件或者其他的自動(dòng)或非自動(dòng)功能從此套中選出最佳貼合特定患者的ー種器械，由此使所選的外科手術(shù)器械與特定患者的身體構(gòu)造相匹配。在圖1-8的實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分28定義基本上線接觸(在該特定實(shí)施例中是花鍵)。附加地或可選地可以使用其他的基本上線接觸，包括但不限于例如在隨后介紹的部分實(shí)施例中所示的直線線段、弧線線段或曲線線段。其他類型的身體構(gòu)造接觸部分是基本上的點(diǎn)接觸和面接觸。身體構(gòu)造接觸部分的非限制性示例包括專用于對(duì)應(yīng)身體構(gòu)造特征或這些身體構(gòu)造特征中一部分的齒、凸條、波紋、鋸齒、棘突、平臺(tái)、支柱、結(jié)節(jié)、管、襯墊、形狀，和/或其各種組合。身體構(gòu)造接觸部分可以在面向身體構(gòu)造的側(cè)面上同質(zhì)且均勻地間隔開，或者身體構(gòu)造接觸部分可以用隨機(jī)、非隨機(jī)、預(yù)定、優(yōu)化或其他的方式選擇和分布在面向身體構(gòu)造的側(cè)面上。在某些實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分可以與骨和/或軟骨區(qū)域建立基本上線接觸，但是在其他的實(shí)施例中也可以用其他的方式(包括點(diǎn)接觸和面接觸)來接觸骨、軟骨和/或其他的身體構(gòu)造。在某些實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分的位置可以利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器或類似功能確定。器械的面向身體構(gòu)造的側(cè)面中不接觸骨或軟骨的部分(“凹部”)的幾何形狀可以改變。在圖1的示 例中，凹部30是在身體構(gòu)造接觸部分28之間延伸的一系列凹槽或通道。這些凹槽或通道被示出為基本上是矩形或梯形截面，但是在不同的實(shí)施例中可以使用任意的截面。例如，如圖9-14中所示，圓形或部分圓柱形的凹槽或通道32可以可選地提供間隙區(qū)域，器械在此被設(shè)計(jì)為不接觸患者的身體構(gòu)造。在某些情況下，凹部可以部分或全部由延伸穿過外科手術(shù)器械的孔組成。在某些實(shí)施例例如圖1所示的實(shí)施例中，器械面向身體構(gòu)造的側(cè)面12的凹部30的總面積大于面向身體構(gòu)造的側(cè)面12的身體構(gòu)造接觸部分28的總表面積。換句話說，至少在該特定的實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分28僅構(gòu)成股骨切割導(dǎo)引器10的面向身體構(gòu)造的側(cè)面12中的一小部分。如圖25所示，在某些實(shí)施例中，至少某些凹部34可以設(shè)有部分或完全填充身體構(gòu)造接觸部分和凹部之間的ー個(gè)或多個(gè)“間隙”的柔順材料26?；氐綀D1-8中的實(shí)施例，身體構(gòu)造接觸部分28可以在股骨切割導(dǎo)引器10的面向身體構(gòu)造的側(cè)面12上基本平行地延伸。但是，在另ー些實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分不平行和/或相對(duì)于彼此設(shè)置為成一定的角度(垂直、鋭角或鈍角)。另外，身體構(gòu)造接觸部分可以不連續(xù)以在器械和患者的獨(dú)特身體構(gòu)造之間建立點(diǎn)式線接觸或局部線接觸或曲線線段接觸。在某些實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分可以是非均勻分布、不一致的形狀和/或不一致的接觸面積。在某些實(shí)施例中，這樣的不一致性可能與患者匹配器械特定區(qū)域內(nèi)的輪廓度有夫。例如，圖18A示出的股骨切割導(dǎo)引器38包括定義面接觸40 (在此為基本上矩形接觸)的身體構(gòu)造接觸部分以及定義基本上線接觸42的身體構(gòu)造接觸部分。在該特定的實(shí)施例中，在面向身體構(gòu)造的側(cè)面44的輪廓設(shè)計(jì)較少的區(qū)域內(nèi)的身體構(gòu)造接觸部分與在具有較大輪廓區(qū)域內(nèi)的身體構(gòu)造接觸部分相比具有更大的接觸面積。例如，鄰接股骨髁的區(qū)域與鄰接髕骨-股骨槽和髁間窩的區(qū)域相比通常是輪廓設(shè)計(jì)較少。因此，面接觸40與基本上線接觸42相比通常具有更大的面積，它在某些實(shí)施例中可能根本不是“面”接觸而是沿離散的線接觸身體構(gòu)造的花鍵、凸條或其他結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分還可以根據(jù)外科手術(shù)器械的輪廓來改變高度。例如，股骨髁凸出而髁間窩則更為凹陷。因此，鄰接股骨髁的身體構(gòu)造接觸部分與鄰接髁間窩的身體構(gòu)造接觸部分相比通常都會(huì)更短。在這樣的實(shí)施例中，基本上線接觸部分窄且高，并且因此近似尺寸被設(shè)置為沿滑車溝的最深部分接觸患者身體構(gòu)造的非連續(xù)凸條，用于提供內(nèi)部/外部旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性以及相對(duì)于患者的股骨在內(nèi)翻/外翻方面穩(wěn)定器械。(在另ー些實(shí)施例中，可以在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置成形為例如連續(xù)凸條或線段的身體構(gòu)造接觸部分)。不過與上述教導(dǎo)相反，還可以設(shè)想將更大的接觸部分設(shè)置在具有更大輪廓設(shè)計(jì)的區(qū)域(例如髁間窩或滑車溝)內(nèi)并且將更小的接觸部分設(shè)置在具有更少輪廓設(shè)計(jì)的區(qū)域(例如股骨髁)內(nèi)。作為ー個(gè)示例，圖18B中示出的實(shí)施例包括鄰接髁間窩的馬蹄形接觸部分46和鄰接滑車溝的大接觸部分48。相比之下，更小的接觸部分50被設(shè)置為鄰接更少輪廓設(shè)計(jì)的髁部。圖19示出了患者匹配外科手術(shù)器械的另ー個(gè)實(shí)施例，其中包括根據(jù)器械輪廓改變形狀的身體構(gòu)造接觸部分。在該實(shí)施例中，接觸部分52和54基本為矩形(但是可以改變尺寸和/或高度)，而接觸 部分56基本為錐形。不同形狀的接觸部分用于外科手術(shù)器械和患者身體構(gòu)造之間的不同類型的接觸。例如，矩形接觸部分52用干與患者身體構(gòu)造加大的面接觸，狹窄的接觸部分54提供嵌套在滑車溝內(nèi)的線接觸(或基本上線接觸)，而錐形的接觸部分56用于與患者身體構(gòu)造的點(diǎn)接觸(或基本上點(diǎn)接觸)。身體構(gòu)造接觸部分的形狀可以被選擇用于提供與患者身體構(gòu)造中特定部分的特定類型接觸。例如，窄的矩形和/或楔形接觸部分(例如接觸部分54)可以被選擇用于跟患者遠(yuǎn)端股骨的滑車溝相配合。相比之下，盡管是在股骨髁的ー個(gè)或多個(gè)離散區(qū)域內(nèi)，較寬的矩形接觸部分也52可以被選擇用于提供靠向股骨髁的最大面接觸。錐形接觸部分56可以在需要減少由CAD建模功能所需的圖像數(shù)據(jù)分段的數(shù)量時(shí)被選擇。另外，圖19示出了身體構(gòu)造接觸部分的分布(或密度)可以根據(jù)器械的輪廓而改變。在圖19中，更大量的身體構(gòu)造接觸部分都集中在具有較大輪廓的器械區(qū)域內(nèi)。因此，接觸部分54和56被定位成鄰接器械的髕骨-股骨槽和髁間窩部分(具有較大輪廓的區(qū)域)，而接觸部分52被設(shè)置為鄰接股骨髁部分(具有相對(duì)較少輪廓的區(qū)域)。僅有兩個(gè)接觸部分52，但是有多于兩個(gè)的接觸部分54和56。圖20示出了概念性表示患者身體構(gòu)造和另ー個(gè)外科手術(shù)器械實(shí)施例的接觸部分之間的基本上點(diǎn)接觸的若干箭頭。在圖20的實(shí)施例中，箭頭表示在患者身體構(gòu)造中具有更多輪廓的區(qū)域附近通常有更多的接觸點(diǎn)。不過與上述教導(dǎo)相反，還可以設(shè)想有更大量的身體構(gòu)造接觸部分集中在器械中具有較少輪廓的區(qū)域內(nèi)。因此，鄰接器械中股骨髁部分的區(qū)域與鄰接器械中髁間窩部分的區(qū)域相比可以設(shè)有更多的身體構(gòu)造接觸部分。用這種方式，身體構(gòu)造接觸部分(至少在某些實(shí)施例中)被集中在不太可能存在分段誤差的區(qū)域內(nèi)即更大的輪廓更少的區(qū)域內(nèi)而不是具有更大量輪廓的區(qū)域內(nèi)。由于常規(guī)的患者掃描(例如MRI)包括通過約為2-4_的間隔分開的ニ維圖像切片編輯，因此插值算法或其他方法被用于近似圖像數(shù)據(jù)切片之間的身體構(gòu)造幾何形狀。通過關(guān)注在ニ維圖像切片間幾何形狀變化更小的區(qū)域內(nèi)的接觸部分，器械的貼合即可得到改善。圖21和圖22示出了其中身體構(gòu)造接觸部分是基本上線接觸的實(shí)施例?；旧暇€接觸可以(至少在ニ維以內(nèi))相對(duì)較直，或者可以具有至少ー個(gè)彎曲段。因此，在圖21所示的實(shí)施例中，提供了ー種“S形”接觸部分58，它提供了與患者身體構(gòu)造的更大接觸并且還可以增強(qiáng)內(nèi)部和外部的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。如圖所示，還可以有比S形部分58更加線性的其他接觸部分60，接觸部分60可以定位成鄰接器械的髁部。如果需要，這兩個(gè)接觸部分60可以被成形為基本遵循髁部的頂點(diǎn)輪廓。圖21中所示的身體構(gòu)造接觸部分58和60是離散的，原因在于它們具有并未彼此連接的第一端和第二端。在圖22所示的實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分彼此連接。因此就提供了ー種包括多條彼此連接的線段64的“華夫餅干形”接觸部分62以及ー種包括在其末端相連的單條曲直線線段的“環(huán)形”接觸部分66。如果需要，環(huán)形接觸部分66可以定位成鄰接器械的髁部以使患者的髁部“嵌套”在環(huán)形接觸部分66內(nèi)。任何其他類型的包括多條線段和/或橢圓或環(huán)形線段的開ロ或格網(wǎng)樣式也都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。圖21和22中所示和介紹的身體構(gòu)造接觸部分不但可以匹配患者身體構(gòu)造的凹部(例如滑車溝或髁間窩)，而且也可以匹配身體構(gòu)造中相對(duì)于其他身體構(gòu)造位置凸出的部分(例如內(nèi)側(cè)和外側(cè)的遠(yuǎn)端髁部)。身體構(gòu)造接觸部分可以匹配患者身體構(gòu)造的關(guān)節(jié)或非關(guān)節(jié)部分。如果需要，一個(gè)或多個(gè)離散的基本上點(diǎn)接觸部分(例如圖19中的接觸部分56)可以與圖21和22中所示的線段接觸部分一起設(shè)置。圖23和24示出了其中身體構(gòu)造接觸部分68更多地集中在器械和/或?qū)бY(jié)構(gòu)(例如但不限于接納固定銷的孔72或接納切割器械的貫通槽74)的周邊區(qū)域70內(nèi)的實(shí)施例。不必在所有實(shí)施例中身體構(gòu)造接觸部分都完全圍繞外科手術(shù)器械的周長(zhǎng)延伸。更確切地說，接觸部分可以僅圍繞一部分周長(zhǎng)延伸。另外，不必讓身體構(gòu)造接觸部分完全圍繞導(dǎo)引結(jié)構(gòu)延伸(例如接觸部分可以僅位于貫通槽的頂部)，或者接觸部分不必圍繞每ー個(gè)導(dǎo)引結(jié)構(gòu)延伸(可以僅有部分導(dǎo)引結(jié)構(gòu)設(shè)有接觸部分)。 在這樣的周邊區(qū)域內(nèi)定位身體構(gòu)造接觸部分可以在將器械安置到患者身體構(gòu)造上時(shí)或者在醫(yī)生使用導(dǎo)引結(jié)構(gòu)時(shí)(例如在貫通槽接納用于切割骨的切割器械吋)提高器械的穩(wěn)定性。在圖23所示的實(shí)施例中，身體構(gòu)造接觸部分68是形狀類似于矩形或楔形的非連續(xù)凸條。(當(dāng)然也可以設(shè)置為其他的形狀例如圓柱形、圓錐形、球形、棱錐形或本文中介紹的任意其他形狀。)在圖24中提供了圍繞器械周長(zhǎng)70延伸的基本完全連續(xù)的單個(gè)身體構(gòu)造接觸部分68。如果需要，可以將另外的身體構(gòu)造接觸部分設(shè)置在患者匹配器械的中心區(qū)域內(nèi)。另外，圖24示出了在某些實(shí)施例中外科手術(shù)器械的部分(例如某個(gè)部分76)可以“中空”以使其通過側(cè)壁78界定，其上緣界定器械的接觸部分68。在圖24中，外科手術(shù)器械的下半部分是中空的，而上半部分則是非中空的。在下半部分，身體構(gòu)造接觸部分68伸入外科手術(shù)器械內(nèi)并定義中空的下半部分的側(cè)壁78。因此，器械的下半部分看起來像杯子，其中杯的唇緣構(gòu)成身體構(gòu)造接觸部分68。在另外的實(shí)施例中，整個(gè)外科手術(shù)器械都可以是中空的。本文中介紹的任意或全部的身體構(gòu)造接觸部分均可具有紋理以提高患者匹配器械的整體穩(wěn)定性。例如，紋理可以包括増大患者身體構(gòu)造和患者匹配器械之間摩擦的鋸齒、點(diǎn)、交叉ロ、凹槽、凸條、凸起或倒刺等。在某些實(shí)施例中，紋理至少略微刺入患者的軟組織或其他身體構(gòu)造，這樣在某些實(shí)施例中即可補(bǔ)償在具有更大量軟組織的區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的分段誤差。在某些實(shí)施例中，可能希望將有紋理的部分設(shè)置在器械和/或?qū)бY(jié)構(gòu)的周長(zhǎng)附近。如果需要，髁部和前部的中心區(qū)域(有較多的硬組織例如骨位于此處)可以為了最佳貼合而保持光滑。圖25示出了患者匹配外科手術(shù)器械的一個(gè)實(shí)施例，其中包括位于器械凹部(或非接觸部分)34內(nèi)的柔順材料36。根據(jù)本文中介紹的至少部分實(shí)施例，在將具有身體構(gòu)造接觸部分的外科手術(shù)器械靠向患者身體構(gòu)造放置時(shí)，可以在身體構(gòu)造和器械中并不接觸身體構(gòu)造的凹部(例如圖25中的34)之間留有間隙或空間。間隙可以給出非吻合貼合的感知，而且間隙還可以造成器械的不穩(wěn)定性。因此，可以在外科手術(shù)器械的凹部?jī)?nèi)設(shè)置至少ー個(gè)柔順部分。在某些實(shí)施例中，柔順部分完全填充相應(yīng)的凹陷區(qū)域，而在另一些實(shí)施例中，柔順部分(如圖25中所示)僅填充一部分凹陷區(qū)域。柔順部分可以包括壓向并且至少部分地采用患者身體構(gòu)造的形狀填充否則就會(huì)存在于離散的身體構(gòu)造接觸部分之間的間隙的硅樹脂材料、聚合物膜、紗布、油灰或面團(tuán)。柔順部分與身體構(gòu)造接觸部分一起可以在某些實(shí)施例中近似患者身體構(gòu)造的連續(xù)鏡像表面。因此，柔順部分提供的優(yōu)點(diǎn)是僅具有非連續(xù)身體構(gòu)造接觸部分的外科手術(shù)器械具有連續(xù)鏡像表面(例如穩(wěn)定性)。柔順部分可以在外科手術(shù)前或外科手術(shù)期間利用粘合劑、機(jī)械緊固件、焊接等手段聯(lián)接至外科手術(shù)器械?？蛇x地，柔順部分可以簡(jiǎn)單 地設(shè)置在凹部?jī)?nèi)而無需用任何結(jié)構(gòu)或物質(zhì)將韌性部分聯(lián)接至器械。在某些實(shí)施例中，柔順材料例如聚合物可以在器械制成之后注入器械的凹部?jī)?nèi)?；颊咂ヅ渫饪剖中g(shù)器械的各種實(shí)施例可以在凹部?jī)?nèi)采用不同的柔順材料填充深度為特征。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，柔順材料可以填充凹部直至周圍身體構(gòu)造接觸部分的高度；但是，在另ー些實(shí)施例中，柔順材料可以低于周圍身體構(gòu)造接觸部分的高度或者高于周圍身體構(gòu)造接觸部分的高度。在柔順材料的填充高度低于周圍身體構(gòu)造接觸部分的高度的實(shí)施例中，可以有助于看到器械在身體構(gòu)造上的貼合情況。在柔順材料與周圍的身體構(gòu)造接觸部分平齊的實(shí)施例中，柔順材料也可以接觸身體構(gòu)造并且至少為器械/身體構(gòu)造的相互作用増加一定程度的穩(wěn)定性。在柔順材料的填充高度高于周圍身體構(gòu)造接觸部分的高度的實(shí)施例中，將器械壓到身體構(gòu)造上可以促使柔順材料擴(kuò)展以填充凹部。在至少部分這樣的實(shí)施例例如柔順材料高于周圍身體構(gòu)造接觸部分的實(shí)施例中，柔順材料可以通過將器械銷接至身體構(gòu)造而固定就位。在各種實(shí)施例中，柔順材料可以在器械和身體構(gòu)造之間提供更大的摩擦以使器械在身體構(gòu)造上的位置和取向進(jìn)ー步在銷接過程期間得以保持。
在某些實(shí)施例中，柔順材料可以(部分或全部地)在被更加集中設(shè)置在用于接觸骨身體構(gòu)造的區(qū)域(例如股骨切割導(dǎo)引器的面向身體構(gòu)造的側(cè)面的相對(duì)前上部)內(nèi)并且身體構(gòu)造接觸部分可以(部分或全部地)在被更加集中設(shè)置在構(gòu)造成用于接觸軟骨身體構(gòu)造的區(qū)域(例如股骨切割導(dǎo)引器的髁部和其他區(qū)域)內(nèi)。在另ー些實(shí)施例中，柔順材料和身體構(gòu)造接觸部分的其他(規(guī)則或不規(guī)則)分布也是可行的。 圖9-14示出了在此情況下是脛骨切割導(dǎo)引器80的患者匹配外科手術(shù)器械的實(shí)施例。示出的脛骨導(dǎo)引器80包括用于引導(dǎo)鋸條(或者在另ー些實(shí)施例中用于引導(dǎo)其他類型外科手木工具例如銑刀鉆頭、骨鑿、鉆孔器、導(dǎo)線或銷釘?shù)?的導(dǎo)引部分82。盡管并未示出，但是在某些實(shí)施例中外科手術(shù)器械可以具有用于連接引導(dǎo)外科手木工具所用模塊的特征而不是將外科手術(shù)導(dǎo)引器直接包含在工具內(nèi)。圖9-14中示出的脛骨導(dǎo)引器80還包括用于接納銷釘或其他緊固件以供將器械固定至患者的幾個(gè)孔84。圖9-14中示出的脛骨切割導(dǎo)引器80的導(dǎo)引部分82部分地從其他部分懸臂式伸出，并且可以被構(gòu)造用于一定程度上接觸患者的身體構(gòu)造或者可以被構(gòu)造用于越過相對(duì)于器械的身體構(gòu)造接觸部分的患者的身體構(gòu)造。在圖示的特定實(shí)施例中，正如圖11中清楚可見的那樣，導(dǎo)引部分82的懸臂式伸出的部分并未被設(shè)置為直接接觸患者的身體構(gòu)造，而導(dǎo)引部分82的中間部分則確實(shí)在脛骨切割導(dǎo)引器80的面向身體構(gòu)造的側(cè)面上包括身體構(gòu)造接觸部分86。在圖9-14的實(shí)施例中，脛骨切割導(dǎo)引器80還包括兩個(gè)葉板88，它們的一部分是用于接觸近端脛骨的上部。在圖示的特定實(shí)施例中，兩個(gè)葉板88被設(shè)置用作靠近脛骨踝間棘地接觸近端脛骨平臺(tái)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)關(guān)節(jié)區(qū)域上的點(diǎn)，不過在另ー些實(shí)施例中葉板也可以被設(shè)計(jì)用于接觸身體構(gòu)造的其他部分。如圖9所示，標(biāo)記90可以被設(shè)置在器械上用于無限制性地指示相對(duì)機(jī)械軸線對(duì)齊、尺寸、患者數(shù)據(jù)、與待執(zhí)行外科手術(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)、關(guān)于器械取向的數(shù)據(jù)或醫(yī)生數(shù)據(jù)。圖9-14中的脛骨切割導(dǎo)引器80與圖1-8中的股骨切割導(dǎo)引器的類似之處在于它也在器械的面向身體構(gòu)造的側(cè)面上采用了身體構(gòu)造接觸部分(在此為凸條86)。圖示的身體構(gòu)造接觸部分86被設(shè)置用于在器械和患者的脛骨和/或軟骨之間建立花鍵接觸，不過身體構(gòu)造接觸部分的多種其他類型、布置方式和分布也是可行的。器械的前部92被構(gòu)造用于部分接合與鄰近前皮質(zhì)且在脛骨結(jié)節(jié)的1/3的內(nèi)側(cè)的皮質(zhì)骨。圖示的花鍵接觸基本上圍繞器械的前部92和遠(yuǎn)端葉板部分88均勻分布；但是，如上所述，身體構(gòu)造接觸部分也可以隨機(jī)化或者用某種其他的預(yù)定非均勻方式分布。而且，如前所述，每ー個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的數(shù)量、位置、取向、尺寸、寬度、輪廓、連續(xù)性和形狀均可根據(jù)需要改變以優(yōu)化與特定患者的特有身體構(gòu)造的相互作用或者用于其他目的。圖15-16示出了患者匹配的脛骨切割導(dǎo)引器94的另ー個(gè)實(shí)施例，其中身體構(gòu)造接觸部分是若干基本上點(diǎn)接觸96。如圖所示,姆ー個(gè)點(diǎn)接觸96都在其尖端包括用于與患者身體構(gòu)造上的點(diǎn)相接觸的墊片。在某些實(shí)施例中，墊片可以基本為正方形，并且尺寸范圍在某些實(shí)施例中可以是從0.1到10平方毫米(沿正方形的側(cè)邊測(cè)量)，在某些實(shí)施例中可以是從0. 5到5平方毫米，并且在某些實(shí)施例中可以是從I到3平方毫米。圖46和47示意性地示出了具有不同尺寸墊片(分別為102和104)的其他患者匹配器械(分別是股骨切割導(dǎo)引器98和100)。在某些實(shí)施例中，墊片不是正方形，而是可以采用另外的形狀例如圓形、三角形、矩形、其他的多邊形或其他形狀。在某些實(shí)施例中，基本上點(diǎn)接觸不是墊片，而是在唯一的點(diǎn)或數(shù)量非常有限的點(diǎn)接觸身體構(gòu)造。例如，在某些實(shí)施例中，每ー個(gè)基本上點(diǎn)接觸都可以具有僅在單個(gè)點(diǎn)或數(shù)量非常有限的點(diǎn)接觸身體構(gòu)造的圓化頂點(diǎn)或鋒銳頂點(diǎn)(與圖示的平坦頂點(diǎn)相反)。在某些實(shí)施例中，每ー個(gè)基本上點(diǎn)接觸都可以確定多個(gè)尖端，其中每一個(gè)都以有限數(shù)量或唯一的點(diǎn)接觸身體構(gòu)造。圖17A-17C示出了患者匹配外科手術(shù)器械另外的實(shí)施例。圖17A示出的脛骨切割導(dǎo)引器106類似于圖15-16所示之處在于身體構(gòu)造接觸部分108被設(shè)置在葉板110和前部112上作為多個(gè)基本上點(diǎn)接觸(這些點(diǎn)接觸如前所述可以采用各種形式，包括但不限于在器械和患者身體構(gòu)造之間建立基本上點(diǎn)接觸的一系列凸起、圓頭、刺突、錐頭、柱體、多面體(例如三角形、菱形、棱錐形的多面體)或者其他的幾何形狀或結(jié)構(gòu))。但是，如圖17A所示，前部112的中心區(qū)域114缺少/具有較低集中度的身體構(gòu)造接觸部分108，而較高集中度的身體構(gòu)造接觸部分108被設(shè)置在前部112的周邊或周長(zhǎng)以及器械在導(dǎo)引結(jié)構(gòu)116附近的區(qū)域。圖17B和17C示出了用于脛骨的定制外科手術(shù)器械的其他實(shí)施例-每ー種都包括具有一種類型身體構(gòu)造接觸部分的第一區(qū)域以及包含另ー種類型身體構(gòu)造接觸部分的第ニ區(qū)域。具體地，圖17B示出的實(shí)施例中器械的葉板包括被構(gòu)造用于跟患者特有身體構(gòu)造基本上點(diǎn)接觸的凹坑118，并且定制外科手術(shù)器械的前部包括被構(gòu)造用于相對(duì)于患者身體構(gòu)造呈現(xiàn)花鍵/基本上線接觸的凸起花鍵120。圖17C示出的實(shí)施例中患者匹配外科手術(shù)器械的前部包括被構(gòu)造用于提供一系列與患者特有身體構(gòu)造基本上點(diǎn)接觸的凹坑122，并且定制外科手術(shù)器械的葉板包括被構(gòu)造用于相對(duì)于患者身體構(gòu)造呈現(xiàn)花鍵/基本上線接觸的凸起花鍵124。圖26-35根據(jù)某些實(shí)施例示出了與構(gòu)建本文中圖示和介紹的部分患者匹配外科手術(shù)器械相關(guān)聯(lián)的各種方法步驟。盡管方法步驟是結(jié)合患者的遠(yuǎn)端股骨進(jìn)行圖示和介紹，但是應(yīng)該注意到各種方法步驟可以無限制性地應(yīng)用于患者身體構(gòu)造的任意部分。另外，以上針對(duì)圖1-25討論的患者匹配外科手術(shù)器械實(shí)施例以及本公開范圍內(nèi)其他的患者匹配外科手術(shù)器械實(shí)施例并非必須用圖26-35所示方法實(shí)施例來構(gòu)建，而是可以用多種其他的方式進(jìn)行構(gòu)建。而且，以下圖示`和介紹的方法可以被用于構(gòu)建不同于圖1-25所示的患者匹配外科手術(shù)器械。通常，圖26-35所示的非限制性實(shí)施例包括(I)構(gòu)建、獲取或以其他方式訪問所關(guān)注的患者身體構(gòu)造的數(shù)字或其他形式的三維模型；(2)向骨模型的各個(gè)部分應(yīng)用ー個(gè)或多個(gè)網(wǎng)格或格網(wǎng)覆蓋層；(3)執(zhí)行清掃功能以改進(jìn)網(wǎng)格或格網(wǎng)覆蓋層從而建立幾何結(jié)構(gòu)以在患者專用器械的面向身體構(gòu)造的側(cè)面上定義作為身體構(gòu)造接觸部分的區(qū)域和不作為身體構(gòu)造接觸部分的區(qū)域；(4)將改進(jìn)的覆蓋層與骨模型融合；然后(5)向改進(jìn)的骨模型應(yīng)用過尺寸的坯料以識(shí)別出要去除的坯料部分(在某些實(shí)施例中是要去除的虛擬坯料部分)以使患者匹配的身體構(gòu)造接觸部分得以形成或以其他方式出現(xiàn)或建立，從而用于確定患者匹配器械。圖48示意性地示出了ー個(gè)方法實(shí)施例，包括訪問三維身體構(gòu)造模型(1002)，改進(jìn)身體構(gòu)造模型(1004)，利用改進(jìn)的身體構(gòu)造模型來改進(jìn)器械坯料(1006)，將改進(jìn)的器械坯料輸出至生產(chǎn)設(shè)備(1008)，然后生產(chǎn)外科手術(shù)器械(1010)。圖26示出了利用通過常規(guī)手段例如但不限于磁共振成像、X射線(包括數(shù)字X射線)、超聲波或其他技術(shù)從患者處獲得的三維成像數(shù)據(jù)構(gòu)建第一身體構(gòu)造模型126的方法步驟。在某些實(shí)施例中，基于非圖像的技術(shù)可以被用于獲得關(guān)于所關(guān)注身體構(gòu)造的三維結(jié)構(gòu)的充足數(shù)據(jù)以允許構(gòu)建根據(jù)本公開的患者匹配的器械。在某些實(shí)施例中，第一身體構(gòu)造模型不是所關(guān)注身體構(gòu)造特定部分的完整模型，而僅僅是所關(guān)注身體構(gòu)造中某些關(guān)鍵或需要的身體構(gòu)造點(diǎn)或身體構(gòu)造部分的模型。第一身體構(gòu)造模型126可以電存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)并導(dǎo)入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件包或其他類型的設(shè)計(jì)軟件包。圖27A示出了構(gòu)建第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128并將其應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126的第一部分的方法步驟。在某些實(shí)施例中，第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128(通過其自身或者與其他網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相結(jié)合)確定或至少大致對(duì)應(yīng)于患者匹配器械的身體構(gòu)造接觸部分以及散布在這些身體構(gòu)造接觸部分中的凹部的數(shù)量、位置和/或取向中的某些方面。盡管圖27A中所示的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128的特征可以在于由正方形的均勻格網(wǎng)樣式確定，但是網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也可以具有任意的幾何形狀、尺寸、多孔性或密度，包括梯度密度或多孔性。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以均勻分布，或者可以本質(zhì)上隨機(jī)分布，或者以其他方式具有預(yù)定的樣式。圖27A中示出了前部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128的一個(gè)實(shí)施例，用于應(yīng)用至或投影到或“包裹圍繞”圖26中所示第一模型126的前部外表面(在此是遠(yuǎn)端股骨，“前部外表面”鄰接滑車溝、前皮質(zhì)和周圍的關(guān)節(jié)面)。圖27B示出了構(gòu)建第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130并將其應(yīng)用至圖26中第一身體構(gòu)造模型126的第二部分的方法步驟。如前所述，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以具有任意的幾何形狀、尺寸、多孔性或密度，包括梯度密度或多孔性。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以均勻分布，或者可以本質(zhì)上隨機(jī)分布，或者以其他方式具有預(yù)定的樣式。圖27B中示出了遠(yuǎn)端網(wǎng)格130的一個(gè)實(shí)施例，用于應(yīng)用至或以其他方式投影到或“包裹圍繞”第一模型126的ー個(gè)或多個(gè)下表面(在此鄰接圖26中所示第一骨模型126的髁部和髁間 窩)。圖27C示出了構(gòu)建第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130并將第一和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分別應(yīng)用至(例如圖26中)第一身體構(gòu)造模型126的第一和第二部分的方法步驟。第ー網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130可以合并為ー個(gè)同質(zhì)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，或者網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以保持獨(dú)立和差異以使得可以將不同的清掃功能應(yīng)用于每ー個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)從而在第一身體構(gòu)造模型126的不同部分上形成不同的身體構(gòu)造接觸部分外形。如圖27C所示，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和130可以彼此交疊，不過在另ー些實(shí)施例中它們可以不被設(shè)計(jì)為在應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126時(shí)交疊。圖27D示出了確定外科手術(shù)器械坯料132相對(duì)于第一身體構(gòu)造模型126的交叉的方法步驟實(shí)施例。如圖27D所示并且正如以下更加詳細(xì)介紹的那樣，外科手術(shù)器械坯料132(可以根據(jù)個(gè)別患者設(shè)置尺寸或者對(duì)所有患者尺寸“通用”)與包括第一和/或第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和130 (或者在另ー些實(shí)施例中是其他數(shù)量和組合的網(wǎng)格結(jié)構(gòu))的第一身體構(gòu)造模型126虛擬融合。坯料132和第一身體構(gòu)造模型126之間的交叉定義了交叉周長(zhǎng)134 (也就是虛擬融合的坯料和第一身體構(gòu)造模型之間的界面邊界)。交叉周長(zhǎng)134在圖27D中被示出為疊加在第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130上。在某些實(shí)施例中，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被以避免用単獨(dú)的步驟確定坯料和第一身體構(gòu)造模型126之間的交叉這樣的方式設(shè)計(jì)(或者以其他方式改進(jìn)所述方法)。圖28-31示出了對(duì)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)執(zhí)行一種或多種清掃功能以構(gòu)建擴(kuò)展網(wǎng)格結(jié)構(gòu)136的方法步驟。一種或多種清掃功能可以在將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和130應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126之前或之后執(zhí)行。在另ー些實(shí)施例中，執(zhí)行清掃功能是不必要的，并且網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的幾何形狀可能已經(jīng)包括了不同于簡(jiǎn)單線條或格網(wǎng)的幾何形狀以使得不必再“擴(kuò)展”線條格網(wǎng)。在圖28-31所示的實(shí)施例中，在執(zhí)行了一種或多種清掃功能之后，得到的擴(kuò)展網(wǎng)格結(jié)構(gòu)136的體積和第一身體構(gòu)造模型126被合并以建立改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138。圖28中不出了在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)已通過CAD軟件內(nèi)的一種或多種清掃功能擴(kuò)展之后，一部分改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138包含了圖27A中示出的第一前部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128以及圖27B中示出的第二遠(yuǎn)端網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130。得到的第一和第二擴(kuò)展網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的體積如圖所示與圖26中示出的第一身體構(gòu)造模型126的體積合并。在圖28所示的實(shí)施例中，在擴(kuò)展的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)已經(jīng)與身體構(gòu)造模型126合并之后，改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138內(nèi)留下的缺ロ即可(至少部分地)對(duì)應(yīng)患者匹配外科手術(shù)器械的身體構(gòu)造接觸部分的位置、尺寸、幾何形狀和其他方面。在某些實(shí)施例中，清掃功能可以應(yīng)用于跟骨模型合并的第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，然后再將相同或不同的清掃功能應(yīng)用于跟骨模型合并的第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在另ー些實(shí)施例中，第一和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以都應(yīng)用相同或不同的清掃功能井隨后同時(shí)與骨模型合井。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是這些方法步驟的其他組合或不同順序也是可行的并且落在本文中所述可行實(shí)施例的范圍內(nèi)。應(yīng)該注意的是盡管被應(yīng)用到圖28所示的第一和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128和130的清掃功能包括平坦的矩形截面，但是其他的截面幾何形狀也可以應(yīng)用于本文所述的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。例如，三角形、多邊形、圓形、橢圓形、不規(guī)則形狀或者其他的截面形狀或輪廓均可應(yīng)用于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以獲得不同的改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型。而且，不同的清掃功能可以應(yīng)用于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的每一條線路、每ー塊面積、每ー個(gè)區(qū)域、支柱或區(qū)段以獲得不規(guī)則或不對(duì)稱的改進(jìn)第一身體構(gòu)造模型。因此，附圖僅僅是示出了改進(jìn)的第一骨模型的多種可行排列中的ー種特定實(shí)施例。

圖29示出了將圖27B中的第二(遠(yuǎn)端)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130疊加在圖28中改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138上。圖30示出了將圖27A中的第一(前部)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128疊加在圖28中改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型上。圖31根據(jù)某些實(shí)施例進(jìn)ー步示出了圖28中改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138。在某些實(shí)施例中，施加一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和/或執(zhí)行ー種或多種清掃功能的步驟是不必要的，并且“改進(jìn)的”身體構(gòu)造模型可以根據(jù)患者身體構(gòu)造的圖像直接建立。例如，在某些實(shí)施例中，獲取、控制和/或處理患者身體構(gòu)造相關(guān)數(shù)據(jù)的軟件或其他機(jī)制可以被編程或操作為使得所關(guān)注的身體構(gòu)造中只有ー些有限的部分被成像，這些部分對(duì)應(yīng)于患者匹配器械的身體構(gòu)造接觸部分被定位的區(qū)域。圖32A和33A根據(jù)某些實(shí)施例示出了外科手術(shù)器械坯料140。在圖示的特定情況下，坯料140被構(gòu)造用于供遠(yuǎn)端股骨使用。坯料通常在體積上為過大尺寸以使其可以與改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型例如圖26-31所示的改進(jìn)第一身體構(gòu)造模型138融合。隨后，改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138的體積可以從坯料140的體積中去除以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的患者匹配外科手術(shù)器械。但是，在另ー些實(shí)施例例如但不限于先前段落討論的可選實(shí)施例中，坯料通?？梢允沁^小尺寸以使得不是從中去除材料(或“虛擬”材料)來構(gòu)建患者匹配器械，而是向其中添加材料以在器械中面向身體構(gòu)造的ー個(gè)或多個(gè)面上確定患者專用的身體構(gòu)造接觸部分。圖32A示出了患者匹配外科手術(shù)器械坯料140的俯視圖，而圖33A示出了坯料140的后部等距視圖。在兩圖中都疊加有虛擬交叉邊界142，其表示坯料140和圖28中改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138之間的體積交叉的外邊界。圖32B和33B示出了圖32A中的外科手術(shù)器械坯料140，但是代替疊加在其上的虛擬交叉邊界，第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128被示出為相對(duì)于坯料140疊加，此時(shí)是被應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126的第一部分。在圖示的特定情況下，第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)128是(如圖27A所示)的前部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126中表示遠(yuǎn)端股骨前部的部分。圖32C和33C示出了圖32A中的外科手術(shù)器械坯料140，其中第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130被相對(duì)于坯料140疊加，此時(shí)是被應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126的第二部分。在圖示的特定情況下，第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)130是(如圖27B所示)的遠(yuǎn)端網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用至第一身體構(gòu)造模型126中表示遠(yuǎn)端股骨的遠(yuǎn)端髁部和髁間部的部分。圖34和35示出了將外科手術(shù)器械坯料140與改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138融合，井隨后從外科手術(shù)器械坯料140的體積中去除所述改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型138的體積的方法步驟。在CAD軟件包內(nèi)的去除功能期間，外科手術(shù)器械坯料140基本上被轉(zhuǎn)化為患者匹配的外科手術(shù)器械，具有例如在圖1-25中示出并予以說明的ー個(gè)或多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。圖36-38示出了改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型144的可選實(shí)施例，類似于構(gòu)建圖1_8中所示具有身體構(gòu)造接觸部分28的患者匹配外科手術(shù)器械10所用的身體構(gòu)造模型。圖39示出了將外科手術(shù)器械坯料146與圖36-38中所示改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型144融合然后再從外科手術(shù)器械坯料146中扣除所述改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型144的體積的方法步驟。在CAD軟件包內(nèi)執(zhí)行了去除功能之后，坯料146就被轉(zhuǎn)化為類似于圖1-8中所示的患者匹配外科手術(shù)器械。圖40示出了將第一和第二外科手術(shù)器械坯料148和150分別與改進(jìn)的第一和第ニ身體構(gòu)造模型152和154同時(shí)融合的方 法步驟。在圖示的特定實(shí)施例中，第一改進(jìn)身體構(gòu)造模型152是集成有緊密交織的圓柱形支桿或管構(gòu)成的多個(gè)擴(kuò)展網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端股骨模型，其底片確定出外科手術(shù)器械上患者專用墊片的幾何形狀和位置。第二改進(jìn)身體構(gòu)造模型154是集成有緊密交織的圓柱形支桿構(gòu)成的多個(gè)擴(kuò)展網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的近端脛骨模型。圖41根據(jù)圖40所示實(shí)施例示出了改進(jìn)的第一和第二身體構(gòu)造模型152和154。針對(duì)已被應(yīng)用至、投影至或“包裹圍繞”第一和第二身體構(gòu)造模型上的多個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)執(zhí)行一種或多種清掃功能。在圖示的特定實(shí)施例中，選擇小半徑的圓柱體作為應(yīng)用于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)內(nèi)每ー個(gè)支桿的截面輪廓，已經(jīng)選擇遠(yuǎn)端股骨作為第一身體構(gòu)造模型并且已經(jīng)選擇近端脛骨作為第二身體構(gòu)造模型。如圖中所示，清掃功能不必應(yīng)用于整個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和/或網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的交疊部分。更確切地說，在某些情況下可能希望僅在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的選定區(qū)域內(nèi)執(zhí)行清掃功能。在某些情況下，例如對(duì)于圖17A所示的實(shí)施例，可能希望增加網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中ー些部分(例如網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中心區(qū)域)的尺寸或截面幾何形狀，目的是為了從患者匹配外科手術(shù)器械的期望區(qū)域錯(cuò)開、移開或有效去除ー些身體構(gòu)造接觸部分108。圖42A示出了用于構(gòu)建圖40和41中所示改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型152的第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)156(加粗示出)。在圖示的特定實(shí)施例中，第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)156是遠(yuǎn)端股骨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用至鄰接髁部和髁間部區(qū)域的遠(yuǎn)端股骨身體構(gòu)造模型。圖42B示出了用于構(gòu)建圖40和41中所示改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型152的第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)158(加粗示出)。在圖示的特定實(shí)施例中，第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)158是前部股骨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用至鄰接股骨前皮質(zhì)和滑車溝的遠(yuǎn)端股骨身體構(gòu)造模型的前部。圖43A示出了用于構(gòu)建圖40和41中所示改進(jìn)的第二身體構(gòu)造模型154的第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)160 (加粗示出)。在圖示的特定實(shí)施例中，第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)160是近端脛骨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用至鄰接脛骨平臺(tái)的內(nèi)側(cè)和外側(cè)溝部的近端脛骨身體構(gòu)造模型。圖43B示出了用于構(gòu)建圖40和41中所示改進(jìn)的第一身體構(gòu)造模型154的第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)162 (加粗示出)。在圖示的特定實(shí)施例中，第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)162是前部脛骨網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用至鄰接脛骨結(jié)節(jié)的近端脛骨模型的前皮質(zhì)部分。圖44和45進(jìn)ー步示出了將第二外科手術(shù)器械坯料150與改進(jìn)的第二身體構(gòu)造模型154融合井隨后從第二外科手術(shù)器械坯料150的體積中去除所述改進(jìn)的第二身體構(gòu)造模型154的體積以建立患者匹配外科手術(shù)器械模型的方法步驟。在圖示的特定實(shí)施例中，患者匹配的外科手術(shù)器械是類似于圖15-16中所示的定制脛骨切割?yuàn)A具。圖44和45是源于圖40，為了清楚起見僅示出了改進(jìn)的第二身體構(gòu)造模型154和第二外科手術(shù)器械坯料150。在某些實(shí)施例中，可以利用單機(jī)或聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)設(shè)備執(zhí)行上述的ー項(xiàng)或多項(xiàng)步驟。這樣的計(jì)算機(jī)設(shè)備在某些實(shí)施例中可以包括存儲(chǔ)器、處理器和輸入/輸出特征，這樣即可有助于執(zhí)行至少部分上述步驟，包括建立ー個(gè)或多個(gè)骨模型，向這些骨模型應(yīng)用ー張或多張網(wǎng)格，對(duì)加至骨模型的網(wǎng)格執(zhí)行清掃功能，將坯料融合至改進(jìn)的骨模型，執(zhí)行去除功能以確定患者專用器械和其他功能。在某些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)設(shè)備可以包括數(shù)據(jù)庫或者可以與數(shù)據(jù)庫相關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)有ー個(gè)或多個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、坯料的相關(guān)數(shù)據(jù)或其他數(shù)據(jù)。某些實(shí)施例可以包括通信功能以允許醫(yī)生遠(yuǎn)程上載關(guān)于患者身體構(gòu)造的信息和/或參與或者能夠提供關(guān)于患者專用器 械的反饋。盡管圖示和介紹的器械和方法通常被圖示為被構(gòu)造用于在膝關(guān)節(jié)成形術(shù)中使用，但是應(yīng)該預(yù)見到各種身體構(gòu)造接觸部分及其在本文中介紹的各種樣式均可應(yīng)用于構(gòu)造成供其他手術(shù)使用的外科手術(shù)器械。例如，所述器械及其制造方法的特征可以與構(gòu)造用于接觸股骨頭、髖臼、關(guān)節(jié)窩、肱骨、橈骨、尺骨、腓骨、脛骨、近端股骨、腳、腳踝、手腕、四肢或者其他骨或軟骨區(qū)域中一部分的外科手術(shù)器械一起使用。由于可以對(duì)以上參照對(duì)應(yīng)附圖介紹的示范性實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)而并不背離本文中所介紹發(fā)明的保護(hù)范圍，因此應(yīng)該意識(shí)到以上的說明和附示中包含的所有內(nèi)容都應(yīng)被解讀為說明性而非限制性的。由此，本發(fā)明的廣度和保護(hù)范圍不應(yīng)受到任何上述示范性實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)器械，包括 (a)面向身體構(gòu)造的側(cè)面； (b)其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造； (C)其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的凹部，其中多個(gè)凹部相對(duì)于身體構(gòu)造接觸部分中鄰接多個(gè)凹部的部分凹陷； (d)其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分是以下情況中的至少一種 (i)非均勻分布； ( )形狀不一致；或者 (iii)表面積不一致。
2.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，進(jìn)一步包括位于多個(gè)凹部中的至少一個(gè)凹部?jī)?nèi)的柔順材料。
3.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積并且其中至少一個(gè)凹部定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積；其中第二總面積大于第一總面積。
4.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械是股骨切割導(dǎo)引器，其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括髕骨-股骨槽部、髁間窩部、內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部；其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分包括鄰接髕骨-股骨槽部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接髁間窩部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接內(nèi)側(cè)髁部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分以及鄰接外側(cè)髁部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
5.如權(quán)利要求4所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積大于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積。
6.如權(quán)利要求4所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積小于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積。
7.如權(quán)利要求4所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的密度大于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的密度。
8.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分包括定義面接觸的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
9.如權(quán)利要求8所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分進(jìn)一步包括定義基本為線接觸的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
10.如權(quán)利要求8所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分進(jìn)一步包括定義基本為點(diǎn)接觸的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
11.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更高。
12.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更低。
13.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分中至少有一個(gè)沿著面向身體構(gòu)造的側(cè)面的周邊延伸。
14.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械是包括內(nèi)側(cè)葉板和外側(cè)葉板的脛骨切割導(dǎo)引器，內(nèi)側(cè)葉板包括至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分，外側(cè)葉板也包括至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
15.如權(quán)利要求1所述的患者匹配外科手術(shù)器械，進(jìn)一步包括延伸穿過患者匹配外科手術(shù)器械的導(dǎo)引器。
16.如權(quán)利要求15所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中導(dǎo)引器是包括至少一個(gè)平面的貫通槽。
17.—種匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)器械，包括 (a)面向身體構(gòu)造的側(cè)面； (b)其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分被設(shè)置用于匹配特定患者的身體構(gòu)造； (C)其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的凹部，其中多個(gè)凹部相對(duì)于身體構(gòu)造接觸部分中鄰接多個(gè)凹部的部分凹陷；并且 (d)其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積且其中多個(gè)凹部確定了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積；其中第二總面積大于第一總面積。
18.如權(quán)利要求17所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械是股骨切割導(dǎo)引器，其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括髕骨-股骨槽部、髁間窩部、內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部；其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分包括鄰接髕骨-股骨槽部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接髁間窩部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分、鄰接內(nèi)側(cè)髁部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分以及鄰接外側(cè)髁部的至少一個(gè)身體構(gòu)造接觸部分。
19.如權(quán)利要求18所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中鄰接髕骨-股骨槽部和髁間窩部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積大于鄰接內(nèi)側(cè)髁部和外側(cè)髁部的身體構(gòu)造接觸部分的總面積。
20.如權(quán)利要求17所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更低。
21.如權(quán)利要求17所述的患者匹配外科手術(shù)器械，其中患者匹配外科手術(shù)器械中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括相對(duì)較大輪廓的區(qū)域和相對(duì)較低輪廓的區(qū)域，其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分的集中度在相對(duì)較大輪廓的區(qū)域內(nèi)比在相對(duì)較低輪廓的區(qū)域內(nèi)更高。
22.一種匹配特定患者身體構(gòu)造的患者匹配外科手術(shù)器械，包括 (a)面向身體構(gòu)造的側(cè)面； (b)其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造； (C)其中面向身體構(gòu)造的側(cè)面包括多個(gè)離散的物理分離的凹部，其中多個(gè)凹部相對(duì)于身體構(gòu)造接觸部分中鄰接多個(gè)凹部的部分凹陷； (d)其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分是以下情況中的至少一種(i)非均勻分布； ( )形狀不一致；或者 (iii)表面積不一致；并且 (e)其中多個(gè)身體構(gòu)造接觸部分定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第一總面積且其中多個(gè)凹部定義了面向身體構(gòu)造的側(cè)面的第二總面積；其中第二總面積大于第一總面積。
全文摘要
患者匹配的外科手術(shù)器械以及用于制作患者匹配外科手術(shù)器械的方法可以包括患者匹配的外科手術(shù)器械，其具有面向身體構(gòu)造的側(cè)面以及多個(gè)離散的物理分離的身體構(gòu)造接觸部分，身體構(gòu)造接觸部分被構(gòu)造用于匹配特定患者的身體構(gòu)造。身體構(gòu)造接觸部分可以有下列的一種或多種情況非均勻分布；形狀不一致或者表面積不一致。
文檔編號(hào)A61F2/36GK103037789SQ201180039329
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者A.阿格尼霍特里, P.B.康韋, D.L.埃文斯, L.A.吉布森, J.A.格里芬, M.D.休格斯, D.T.梅爾, A.B.薩萊希, J.A.夏普, M.H.塔爾沙, A.J.沃爾德, T.S.沃爾費(fèi) 申請(qǐng)人:史密夫和內(nèi)修有限公司