CN101791240B - 具有化学蚀刻金属插件的整形外科切割台及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有整形外科切割台的整形外科手术器械，包括被构造用于支承骨骼切割工具的金属支承插件和模制到所述金属支承插件上的主体。所述金属支承插件包括多个化学蚀刻孔，并且所述主体被模制到所述金属支承插件上，使得所述多个化学蚀刻孔中的每一个至少部分地被所述主体的一部分填充。所述整形外科切割台的所述主体可以包括适于接触患者骨骼的一部分的面向骨骼的表面，并且所述金属支承插件的位置可允许外科医生利用所述金属支承插件的支承在所述患者的骨骼上进行切割。还公开了制造整形外科手术器械的方法。

Description

具有化学蚀刻金属插件的整形外科切割台及制造方法
相关美国专利申请的交叉引用
交叉引用Jon Edwards的序列号为XX/XXX,XXX，名称为“Orthopaedic Cutting Tool Having a Chemically Etched MetalInsert and Method of Manufacturing”(具有化学蚀刻金属插件的外科整形切割工具及制造方法)(代理人案卷号265280-207781，DEP-6200)的共同未决的美国发明专利申请，该申请转让给与同时提交的本专利申请相同的受让人，并以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及整形外科手术器械，更具体地讲涉及具有金属支承插件的整形外科切割台，其中金属支承插件具有化学蚀刻孔。
背景技术
关节成形术是熟知的用假体关节置换患病和/或受损的自然关节的外科手术。典型的人造关节包括膝关节假体、髋关节假体、肩关节假体、踝关节假体以及腕关节假体等。为了便于用假体置换天然关节，整形外科手术使用多种整形外科手术器械，例如锯、钻头、扩孔钻、粗锉刀、钻孔器、切割台、导钻器、铣削导向装置以及其他外科手术器械。整形外科手术器械通常采用传统的制造方法(例如，机械加工、车削和钻孔)用金属制成，并需要在外科手术操作之间消毒。
发明内容
根据一个方面，整形外科切割台可以包括金属支承插件和模制到支承插件上的主体。支承插件可以具有多个化学蚀刻孔，并可以被构造用于支承骨骼切割工具。主体可以模制到支承插件上，使得多个化学蚀刻孔中的每一个至少部分地被主体的一部分填充。
在一些实施例中，支承插件可以具有接触主体的界面以及与界面相对的导向面。支承插件的导向面可以被构造用于支承骨骼切割工具。支承插件中的多个化学蚀刻孔中的每一个可以从支承插件的界面延伸至导向面。至少部分地填充每个化学蚀刻孔的主体的一部分可以填充至少一半孔体积。支承插件可以具体表现为轴衬，导向面可以被构造用于支承骨骼钻头。支承插件可以具体表现为非捕获切割引导装置，导向面可以被构造用于支承骨骼锯片。主体可以用注模聚合物形成。
整形外科切割台的主体可以包括适于接纳患者胫骨前面的一部分的面向骨骼的表面，支承插件的位置可允许外科医生利用支承插件的支承在患者的胫骨上进行近侧切割。主体可以包括适于接纳患者股骨前面的一部分的面向骨骼的表面，支承插件的位置可允许外科医生利用支承插件的支承对患者的股骨进行远侧切割。主体可以包括适于接触患者的股骨要切除的远侧面的面向骨骼的表面，支承插件的位置可允许外科医生利用支承插件的支持对患者的股骨进行前切、后切和斜切中的至少一者。主体可以包括适于接触患者的股骨要切除的前表面的第一面向骨骼的表面和适于接触患者的股骨要切除的远侧面的第二面向骨骼的表面；支承插件的导向面可以包括面向内侧的部分、面向外侧的部分和面向远侧的部分；支承插件的位置可允许外科医生利用支承插件的支承对患者的股骨进行凹口切割。
在另一方面，整形外科手术器械可以具体表现为整形外科切割台。整形外科手术器械可以包括第一金属支承插件、第二金属支承插件、以及模制到第一和第二支承插件上的主体。第一支承插件可以具有第一多个化学蚀刻孔，并可以被构造用于支承骨骼切割工具。第二支承插件可以具有第二多个化学蚀刻孔，并可以被构造用于支承骨骼切割工具。主体可以模制到第一和第二支承插件上，使得第一多个化学蚀刻孔中的每一个和第二多个化学蚀刻孔中的每一个至少部分地被主体的一部分填充。
在一些实施例中，第一支承插件可以具有接触主体的第一界面以及与第一界面相对的第一导向面。第一导向面可以被构造用于支承骨骼切割工具。第一多个化学蚀刻孔中的每一个可以从第一支承插件的第一界面延伸至第一导向面。第二支承插件可以具有接触主体的第二界面和与该界面相对的第二导向面。第二导向面可以被构造用于支承骨骼切割工具。第二多个化学蚀刻孔中的每一个可以从第二支承插件的第二界面延伸至第二导向面。第一支承插件可以与第二支承插件相对，两者之间具有间隙。第一和第二支承插件可以具体表现为被构造用于支承骨骼锯片的捕获切割槽。
根据另一个方面，公开了制造整形外科手术器械的方法。该方法可以包括在金属支承插件上化学蚀刻多个孔。该方法还可以包括将主体模制到支承插件上，以形成整形外科切割台。该方法可以包括化学蚀刻多个孔中的每一个，使每个孔都穿过支承插件的整个厚度。该方法还可以包括在支承插件上化学蚀刻凹槽。该方法也还可以包括在将主体模制到支承插件上之前沿着凹槽折弯支承插件。
在一些实施例中，该方法可以包括形成支承插件上的掩模。掩模可以限定支承插件上的多个暴露区域。该方法可以包括将具有掩模的支承插件放入化学浴中，借此将多个暴露区域化学蚀刻成多个孔。该方法也可以包括将具有掩模的支承插件从化学浴中取出，并将掩模从支承插件上移除。该方法可以包括将光致抗蚀剂材料涂布到支承插件上，用图案化的光掩模使光致抗蚀剂材料的部分有选择地暴露于光源下，然后用显影剂有选择地移除光致抗蚀剂材料部分，以限定支承插件上的多个暴露区域。
在一些实施例中，该方法可以包括将支承插件装入模具中。支承插件可以接触模具的壁。该方法也可以包括将聚合物注入模具中。支承插件可以被聚合物挤压在模具的壁上。聚合物可以至少部分地填充多个孔。
附图说明
特别参照下图进行详细描述，下图中：
图1为整形外科切割台的一个实施例的透视图；
图2为图1的整形外科切割台的局部分解透视图；
图3A为化学蚀刻前金属支承插件的一部分的剖视图；
图3B为化学蚀刻后图3A的金属支承插件的一部分的剖视图；
图3C为根据一个实施例与主体一起模制后的金属支承插件的一部分的剖视图；
图3D为根据另一个实施例与主体一起模制后的金属支承插件的一部分的剖视图；
图4为连接到患者骨骼上的图1的整形外科切割台的透视图；
图5为整形外科切割台的另一个实施例的局部分解透视图；
图6为连接到患者骨骼上的图5的整形外科切割台的透视图；
图7为整形外科切割工具的一个实施例的透视图；
图8为图7的整形外科切割工具的透视图；
图9为整形外科切割工具的另一个实施例的透视图；
图10为图9的整形外科切割工具的一部分的透视图；
图11为制造整形外科手术器械的方法的简化流程图；
图12为化学蚀刻金属插件的方法的简化流程图；以及
图13为形成金属插件上的掩模的方法的简化流程图。
具体实施方式
虽然本发明的概念易于具有各种修改形式和替代形式，但其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，目的在于涵盖所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
在本公开中有关本文所述的整形外科手术器械和患者的自然解剖部分使用了表示解剖参考的术语，如前、后、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清晰的含义。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清晰的含义。
本发明整体涉及整形外科手术器械，此类器械包括一个或多个金属插件和模制到金属插件上的主体。金属插件可以设置在使用过程中经受最大力的整形外科手术器械处或其邻近区域。在一些实施例中，主体可以是注模聚合物。金属插件包括多个化学蚀刻孔。化学蚀刻孔具有独特的结构特性，可使金属插件与主体粘附。本发明的概念适用于使用金属支承插件的整形外科切割台和使用金属切割插件的整形外科切割工具。
整体参见图1-4，根据本发明的整形外科手术器械的一个示例性实施例为整形外科切割台100，该器械设计成可供外科医生将其与外科手术骨锯一起使用的凹口引导装置。在这些和所有其他图中，相同的组件用相同的编号标识。整形外科切割台100包括几个金属支承插件118、120和模制在支承插件118、120上的主体102。
如图1和2所示，整形外科切割台100的主体102包括前板104和两个远侧板106，当从侧面看时，主体102通常是倒立的“L”形，从顶部看时，是倒立的“U”形。主体102还包括由面向内侧的壁110、面向远侧的壁112和面向外侧的壁114限定的中央凹口108。前板104包括面向骨骼的表面142，其适合于接触患者的股骨10要切除的前表面。两个远侧板106中的每一个包括面向骨骼的表面144，其适合于接触患者的股骨10要切除的远侧表面。主体102还包括六个导孔116(图1和2中均可以看到其中四个导孔)。导孔116的数量和位置可以不同，并且不是每个导孔116都需要支承插件118。
主体102可以由能够模制到支承插件118、120的任何材料形成，包括但不限于聚合物和树脂。在一些实施例中，主体102可以由抵抗外力的能力比支承插件118、120小但更便宜、更轻和/或更易于制成复杂形状的材料形成。主体102可以本质上是异质的或可以是复合材料。在一个示例性实施例中，主体102由注模聚合物形成。
金属支承插件118、120通常设置在使用过程中经受最大力的整形外科切割台100的区域处或其附近。支承插件可以由金属或金属合金形成；在一个示例性实施例中，支承插件118、120由316型或17-4型等级的不锈钢形成。每个支承插件包括接触主体的界面122(在图2的部分分解图中可见)。在界面122的对面，每个支承插件还包括被配置成可支承骨骼切割工具的导向面124、126。每个支承插件118用作其中一个导孔116的轴衬。这样，穿过其中一个导孔116的钻头或钻针只会或至少主要接触支承插件118的导向面124，而不会接触主体102。支承插件120用作中央凹口108的非捕获切割引导装置。导向面126包括面向内侧的部分128、面向远侧的部分130和面向外侧的部分132，其分别对应于主体102的面向内侧的壁110、面向远侧的壁112和面向外侧的壁114。这样，沿着中央凹口108切割的骨骼锯片12(示于图4)只会或至少主要地接触支承插件120的导向面126，而不会接触主体102。在另一个实施例中，可以用两个或更多个单独的支承插件取代单一的多部分支承插件120。
每个支承插件118、120包括多个化学蚀刻孔134。在一个示例性实施例中，多个化学蚀刻孔134中的每一个从支承插件118、120的界面122延伸至导向面124、126。化学蚀刻孔134具有独特的结构特性(下文中将结合图3A-D对其进行进一步的描述)，并且可以使支承插件118、120与主体102粘附。可以设想的是化学蚀刻孔134可以包括多种形状，并可以在支承插件118、120的表面上排列成多种图案。在一个示例性实施例中，化学蚀刻孔134是直径为大约1/50英寸的圆形。除化学蚀刻孔134外，支承插件118、120也可以包括其他化学蚀刻部件。在一个示例性实施例中，支承插件120还可以包括一个或多个化学蚀刻凹槽136和/或化学蚀刻标记138，如参考标记、商标名称以及产品名称或编号等。
如下文中将要更加详细讨论的，可以通过将金属支承插件118、120放入可溶解暴露的金属的化学浴中形成化学蚀刻孔134，以及化学蚀刻凹槽136、化学蚀刻标记138和其他部件。如图3A所示，可以通过在放入化学浴之前在支承插件118、120各处形成包括多个暴露区域18的掩模14有选择地蚀刻支承插件118、120，以形成部件，例如多个化学蚀刻孔134。掩模14可以由基本上不会被化学浴溶解的任何材料形成。
在一个示例性实施例中，掩模14为聚合物光致抗蚀剂材料，其在支承插件120各处形成，但包括多个暴露区域18(参见图3A)。图3B示出了从化学浴中取出之后并且在移除聚合物光致抗蚀剂掩模14之前的图3A的支承插件120的横截面。在支承插件120两面上暴露于化学浴的区域中，所得的结构为化学蚀刻孔134。化学蚀刻孔134的独特结构特性在一定程度上是由于湿法或液体、化学蚀刻的各向同性的性质。如在图3B中可以看到的，当化学浴在垂直方向上溶解支承插件120的金属时，它还会以垂直方向的大约20-25％的比率在水平方向上溶解金属。仅在支承插件120的一面上暴露于化学浴的区域中，所得的结构为化学蚀刻凹槽136。凹槽136可以贯穿支承插件120的导向面126的整个宽度。如下文中将要更加详细讨论的，在将主体102模制到支承插件120上之前，凹槽136可允许支承插件120在导向面126的面向内侧的部分128与面向远侧的部分130之间，以及面向远侧的部分130与面向外侧的部分132之间弯曲。
化学蚀刻孔134可使支承插件120与主体102粘附，如图3C所示。在将主体102模制到支承插件120上时，主体102的一部分至少部分地填充多个化学蚀刻孔134中的每一个。模制之后，主体102在界面122和化学蚀刻孔134的侧壁处接触支承插件120，但通常不会接触导向面126，从而提供被成形为可支承整形外科切割工具的基本上全部金属的导向面126。在一个示例性实施例中，至少部分地填充每个化学蚀刻孔134的主体102的部分可以填充每个孔134的至少一半体积。在另一个示例性实施例中，至少部分地填充每个化学蚀刻孔134的主体102的部分可以填充每个孔134的70-80％之间的体积。
在另一个示例性实施例中，如图3D所示，支承插件120的化学蚀刻孔134也可以通过仅暴露支承插件120的一面上的区域形成，但需要使支承插件120在化学浴中保持较长的时间。这可以形成具有其独特结构特性的化学蚀刻孔134，包括锥形侧壁140。此外，主体102的一部分至少部分地填充每个化学蚀刻孔134，但通常不会接触导向面126，从而提供被成形为可支承整形外科切割工具的基本上全部金属的导向面126。应该指出的是，所述的与支承插件120和图3A-D有关的每个部件都可以同样应用于支承插件118及其化学蚀刻孔134。此外，对于这些和下文所公开的所有其他实施例而言，尽管多个化学蚀刻孔134至少部分地被主体102的一部分填充，但可以设想的是其中有些化学蚀刻孔134可以完全不被填充。
从图4中可以清楚地看到手术过程中整形外科切割台100在患者的股骨10远端上的位置和使用。通常外科医生在使用整形外科切割台100进行凹口切割之前，已在患者的股骨10上进行了前和远侧切割或切除。整形外科切割台100的位置可使得前板104的面向骨骼的表面142接触患者的股骨10要切除的前表面，两个远侧板106的面向骨骼的表面144接触患者的股骨10要切除的远侧表面。通过放置一个或多个(通常三个或更多个)穿过导孔116的外科手术销轴16将整形外科切割台100固定在患者的股骨10上。整形外科切割台100固定好之后，外科医生可以用典型的具有骨骼锯片12的骨锯进行凹口切割，并用支承插件120支承骨骼锯片12。
现在整体参见图5和6，根据本发明的整形外科手术器械的另一个示例性实施例为整形外科切割台200，其设计为可用作前切/后切/斜切引导装置(在本领域中也称为四合一切割台)，供外科医生将其与外科手术骨锯一起使用。整形外科切割台200包括几个金属支承插件218-226和模制到支承插件218-226上的主体202。
整形外科切割台200的主体202可以由可以模制到支承插件218-226的任何材料形成，例如上文关于整形外科切割台100所述的材料。如图5所示，主体202包括一对主体组件204、206，它们组合在一起可以使整形外科切割台200形成大致立方体，或长方体的外形。主体组件204和主体组件206都包括面向骨骼的表面238，其适合于接触患者的股骨10要切除的远侧表面。主体组件204还包括细长开口208，其大致平行于画在主体组件204的内侧面与外侧面之间的假想线。细长开口208由朝主体组件204的远侧面打开的第一对锥形壁210和朝主体组件204的近侧面打开的第二对锥形壁(未示出)限定。第二对锥形壁被设计为可接纳主体组件206，如图5所示。主体202也可以包括在主体组件204和主体组件206上的导孔216。导孔216的数量和位置可以不同，并且不是每个导孔216都需要支承插件218。
与整形外科切割台100的支承插件118、120相似，支承插件218-226可以由金属或金属合金形成，并通常设置在使用过程中经受最大力的整形外科切割台200的区域处或其附近。每个支承插件包括接触主体202的界面236。在界面236的对面，每个支承插件还包括被配置成可支承骨骼切割工具的导向面228-232(以及其他未示出的面)。每个支承插件218用作其中一个导孔216的轴衬。穿过其中一个导孔216的钻头或钻针只会或至少主要地接触支承插件218的导向面，而不会接触主体202。支承插件220用作在患者的股骨10上进行前切的非捕获切割引导装置。沿着整形外科切割台200的前面进行切割的骨骼锯片12只会或至少主要地接触支承插件220的导向面232，而不会接触主体202。同样，支承插件222用作在患者的股骨10上进行后切的非捕获切割引导装置。沿着整形外科切割台200的后面进行切割的骨骼锯片12只会或至少主要地接触支承插件222的导向面(未示出)，而不会接触主体202。在另一个示例性实施例中，作为另外一种选择，整形外科切割台200的前切和后切引导装置可以是与以下所述切割引导装置相似的捕获切割槽，而不是非捕获切割引导装置。
整形外科切割台200还包括两个捕获切割槽，当在患者的股骨10上进行一对斜切时，捕获切割槽可以支承骨骼锯片12。如上文所述，主体组件204包括细长开口208，该开口部分地由朝主体组件204的近侧面打开的第二对锥形壁限定。金属支承插件设置在第二对锥形壁中的每一个上：支承插件224在下面的锥形壁上，另一个支承插件(未示出)在上面的锥形壁上。主体组件206也具有支承插件226。支承插件226的导向面包括面向下的部分228和面向上的部分230。当主体组件204和主体组件206组装在一起时，这些支承插件形成两个捕获切割槽。支承插件226的面向下的部分228与支承插件224相对，两者之间具有间隙，从而形成角度向下的捕获切割槽。支承插件226的面向上的部分230与另一个支承插件(未示出)相对，两者之间具有间隙，从而形成角度向上的捕获切割槽。穿过其中一个捕获切割槽沿着细长开口108进行切割的骨骼锯片12(示于图6)只会或至少主要地接触支承插件224、226的导向面，而不会接触主体202。在另一个实施例中，可以用两个或更多个单独的支承插件替代多部分支承插件226。在另一个实施例中，捕获切割槽中的任何一个可以由用作细长轴衬的单个支承插件形成，而不是由一对相对的支承插件形成。
每个支承插件218-226包括多个化学蚀刻孔234，化学蚀刻孔可使支承插件218-226与主体202粘附。化学蚀刻孔234具有与上文关于整形外科切割台100所述并示于图3A-D的化学蚀刻孔134相同的独特结构特性。当把主体202模制到支承插件218-226上时，主体202的一部分至少部分地填充化学蚀刻孔234。模制之后，主体202在界面236和化学蚀刻孔234的侧壁处接触支承插件218-226，但通常不会接触导向面，从而提供被成形为可支承整形外科切割工具的基本上全部金属的导向面。
除了化学蚀刻孔234外，支承插件218-216也可以包括其他化学蚀刻部件，如化学蚀刻凹槽或标记。在一个示例性实施例中，化学蚀刻凹槽可以贯穿支承插件226的界面236的整个宽度。在将主体202模制到支承插件226上之前，该化学蚀刻凹槽可允许支承插件226在面向下的部分228与面向上的部分230之间弯曲。
从图6中可以清楚地看到手术过程中整形外科切割台200在患者股骨10的远端上的位置和使用。通常，外科医生在使用整形外科切割台200进行前切、后切或斜切中的一者或多者之前已在患者的股骨10上进行了远侧切割或切除。整形外科切割台200的位置可使得主体组件204和主体组件206的面向骨骼的表面238靠在患者的股骨10要切除的远侧表面上。通过放置一个或多个(通常两个)穿过主体组件204和主体组件206的导孔216的外科手术销轴16，将整形外科切割台200固定在患者的股骨10上。整形外科切割台200固定好之后，外科医生可以使用具有骨骼锯片12的典型骨锯利用支承插件220的支承进行前切(完整示出)，利用支承插件222的支承进行后切(也完整示出)，或使用捕获切割槽进行两次斜切，如图6所示。当外科医生使用其中一个捕获切割槽时，可以用支承插件224、226引导骨骼锯片12，并且避免骨骼锯片12接触主体202，包括第一对锥形壁210。
应该指出的是，除上文所讨论的整形外科切割台以外，根据本发明的整形外科手术器械可以具体表现为另外的或不同的整形外科切割台。通过示例性实例的方式，远侧股骨切割台可以包括注模的主体和具有多个化学蚀刻孔的金属支承插件，支承插件的位置可允许外科医生利用支承插件的支承在患者的股骨上进行远侧切割。作为另一个示例性实例，近侧胫骨切割台可以包括注模的主体和具有多个蚀刻孔的金属支承插件，支承插件的位置可允许外科医生利用支承插件的支承在患者的胫骨上进行近侧切割。实际上，据信只有极少数(如果有的话)整形外科切割台不能采用本发明的原理。
现在整体参见图7-8，根据本发明的整形外科手术器械的另一个示例性实施例为整形外科切割工具300，该工具被设计为可供外科医生将其与外科手术骨钻一起使用的钻头。整形外科切割工具300包括多个金属切割插件322和模制到多个切割插件322上的主体302。
整形外科切割工具300的主体302可以由能够模制到多个切割插件322的任何材料形成，例如上文关于整形外科切割台100所述的材料。在一个示例性实施例中，整形外科切割工具300的主体302由注模聚合物形成。如图7所示，主体302通常为圆柱形，具有纵向轴线L。主体302可以是基本上实心的圆柱体，也可以任选地包括空隙312，如图7所示的空隙，以便减少形成主体302所用的材料量。主体302包括切割段314，其上面设置了多个切割插件322。主体302也可以包括在沿着纵向轴线L与切割段314相对的末端处整体形成的连接部件304。连接部件304可以包括较窄的部分306、较宽的部分308和/或非圆柱形部分310，以便将典型的外科手术骨钻(未示出)连接到整形外科切割工具300上。
整形外科切割工具300的主体302的切割段314(在图8中详细示出)包括多个切割刃316。多个切割刃316围绕整形外科切割工具300的纵向轴线L向外径向排列。槽318位于每对相邻的切割刃316之间，以便将整形外科切割工具300切下的骨骼碎片移出患者的骨骼。在手术中，外科医生可以将整形外科切割工具300连接到外科手术骨钻上，使得切割段314以图8所示的箭头R的方向围绕纵向轴线L旋转。主体302的切割段314还可以包括尖顶320，以有助于引导整形外科切割工具300。
与整形外科切割台100的支承插件118、120相似，整形外科切割工具300的切割插件322可以由金属或金属合金形成。多个切割插件322中的每一个设置在多个切割刃316中的一个切割刃上，并且通常与其所在的切割刃316的前沿对齐。还可以设想的是，多个切割刃316中的一些(但不是全部)可以具有设置在其上面的切割插件322。每个切割插件322包括接触主体302的界面328。在界面328的对面，每个切割插件322还包括工作面324，该工作面324被配置成在整形外科切割工具300以箭头R的方向旋转过程中可接触并移除患者骨骼的一部分。
每个切割插件322包括多个化学蚀刻孔326，化学蚀刻孔可使多个切割插件322与主体302粘附。化学蚀刻孔326具有与上文关于整形外科切割台100所述并示于图3A-D的化学蚀刻孔134相同的独特结构特性。当把主体302模制到切割插件322上时，主体302的一部分至少部分地填充多个化学蚀刻孔326中的每一个。模制之后，主体302在界面328和化学蚀刻孔326的侧壁处接触多个切割插件322，但通常不会接触工作面324，从而提供被配置成可移除患者的部分骨骼的基本上全部金属的工作面324。
现在整体参见图9-10，根据本发明的整形外科手术器械的另一个示例性实施例为整形外科切割工具400，该工具被设计为可用作供外科医生在用手移除患者的部分骨骼时使用的粗锉刀。整形外科切割工具400包括金属切割插件412和模制到切割插件412上的主体402。
整形外科切割工具400的主体402可以由能够模制到金属切割插件412的任何材料形成，例如上文关于整形外科切割台100所述的材料。在一个示例性实施例中，整形外科切割工具400的主体402由注模聚合物形成。如图9所示，主体402包括切割段404，在切割段404上设置了切割插件412。主体402还包括在与切割段404相对的末端处整体形成的柄部406，该柄部可以在使用过程中供外科医生抓握。柄部404可以为符合人体工程学的形状，主体402还可以包括靠近柄部406的末端的突出部分408，以使得外科医生能够更容易地抓握整形外科切割工具400。主体402可以是基本上实心的，也可以任选地包括空隙410，如图9所示的空隙，以便减少形成主体402所用的材料量。
整形外科切割工具400的主体402的切割段404(在图10中详细示出)模制到切割插件412上。与整形外科切割台100的支承插件118、120相似，整形外科切割工具400的切割插件412可以由金属或金属合金形成。切割插件412包括接触主体402的界面422。在界面422的对面，切割插件412还包括工作面414，该工作面被配置成可在以图10所示的箭头M方向移动整形外科切割工具400的过程中移除患者的部分骨骼。在手术中，外科医生可以握住整形外科切割工具400的柄部406，使工作面414接触患者的骨骼，并以箭头M方向往复移动整形外科切割工具400。
切割插件412包括多个化学蚀刻孔416，化学蚀刻孔可使切割插件412与主体402粘附。化学蚀刻孔416具有与上文关于整形外科切割台100所述并示于图3A-D的化学蚀刻孔134相同的独特结构特性。当把主体402模制到切割插件412上时，主体402的一部分至少部分地填充多个化学蚀刻孔416中的每一个。模制之后，主体在界面422和化学蚀刻孔416的侧壁处接触切割插件412，但通常不会接触工作面414，从而提供被配置成可移除患者的部分骨骼的基本上全部金属的工作面414。
为了有助于移除患者的部分骨骼，切割插件412的工作面414包括多个化学蚀刻切齿418。在图10所示的一个示例性实施例中，切割插件412的工作面414中蚀刻了多个化学蚀刻切齿418，以提供包括两个台阶的横截面，所述台阶具有被成形为可移除患者的部分骨骼的锐利的、为直角的边缘。化学蚀刻切齿418贯穿切割插件412的整个宽度，并垂直于切割插件412的长度排列。工作面414还包括位于每对相邻的切齿412之间的浮雕表面420。在该实施例中，多个化学蚀刻孔416从切割插件412的界面422延伸至浮雕表面420。可以设想的是，工作面414可以采用其他形式，例如具有在浮雕表面420上凸起并排列成多种图案的多个化学蚀刻切齿418的单一浮雕表面420。可以通过下文所述的单步或多步蚀刻方法，将切割插件412的一个或两个面上的区域有选择地暴露于化学浴中形成多种构造的工作面414。
应该指出的是，除上文所讨论的整形外科切割工具以外，根据本发明的整形外科手术器械可以具体表现为另外的或不同的整形外科切割工具。通过示例性实例的方式，整形外科手术扩孔钻可以包括注模的主体和多个金属切割插件，金属切割插件具有化学蚀刻孔并设置在器械的切割边缘处，以便外科医生用切割插件挖通长骨的骨髓腔。作为另一个示例性实例，整形外科手术钻孔器可以包括注模的主体和具有化学蚀刻孔和切齿的金属切割插件，以便外科医生在髋关节成形术过程中制备用于放置股骨组件的股骨。实际上，据信只有极少数(如果有的话)整形外科切割工具不能采用本发明的原理。
现在参见图11-13，图中示出了制造根据本发明的整形外科手术器械的方法的示例性实施例的一系列简化的流程图。制造方法500可以用于制造整形外科切割台或者可以用于制造整形外科切割工具，在用于制造整形外科切割台的情况下将会使用一个或多个金属支承插件，在用于制造整形外科切割工具的情况下将会使用一个或多个金属切割插件。在描述此方法的示例性实施例时，没有修饰语的术语“插件”将用于表示一个或多个金属支承插件和一个或多个金属切割插件中的任一者。制造方法500包括多个步骤502-512，如图11所示。
制造方法500从工序502开始，在该工序中对用于形成整形外科手术器械的一个或多个插件进行化学蚀刻，以形成多个孔和任何其他所需的部件。可以用任何可溶解金属的化学品进行化学蚀刻，这些化学品包括但不限于盐酸、过硫酸铵以及氯化铁。如以下结合图12更详细的说明，工序502将包括在每个实施例的插件上化学蚀刻多个孔，但也可以包括蚀刻另外的部件，包括一些示例性实施例中的凹槽、标记、切齿和/或浮雕表面。根据需要，工序502可以包括单次化学蚀刻，或者可以包括多次化学蚀刻。
在工序502之后，如果必要的话，制造方法500可以任选地进行工序504，在该工序中插件可以被弯曲成整形外科手术器械所需的近似形状。当单个插件要占据完成的手术器械的多个平面时可以使用工序504。例如，在工序506之前，整形外科手术台100中的支承插件120和整形外科手术台200中的支承插件226被弯曲。可以通过一个或多个化学蚀刻凹槽(例如上文所述和图3B中所示的凹槽136)帮助插件折弯。插件只需弯曲成其近似的形状，因为如下文所述，通过工序508会进一步使插件形成正确的形状。
在工序502或任选的工序504之后，制造方法500继续进行工序506，在该工序中把插件装入模具。在一个示例性实施例中，把插件装入模具中，使得导向面(如果是支承插件的话)或工作面(如果是切割插件的话)接触模具的一个或多个壁。可以用多种方法使插件保持在模具中的合适位置，这多种方法包括重力、磁力或其他力。
在工序506之后，制造方法500继续进行工序508，在该工序中将主体材料注入模具中。如上文所述，主体材料可以是能够模制到插件上的任何物质，包括但不限于聚合物和树脂。在一些示例性实施例中，主体材料可以是比金属插件更便宜、更轻和/或更容易加工成复杂形状的物质。工序508可以包括加热主体材料，以使得材料适于注入模具中。在工序508中，注入模具中的主体材料的力将插件压在模具的壁上，进一步将在任选工序504中弯曲的插件成型为合适的形状。主体材料的一部分可以至少部分地填充在工序502中化学蚀刻的插件中的多个孔。在一些实施例中，主体材料将基本上填充插件中的所有孔。在其他实施例中，许多或大部分孔会被填充，而其他孔将不被填充。
在工序508之后，制造方法500继续进行工序510，在该工序中主体材料形成其最终的坚硬形式。工序510可以包括使加热的主体材料冷却至比其注入模具时的温度低的温度。在一些示例性实施例中，在工序508中主体材料在注入过程中会接触模具的壁，并与导面(如果是支承插件的话)或工作面(如果是切割插件的话)齐平。在工序510中，主体材料定形时会稍稍收缩，导致主体的一部分仅部分地填充孔，如图3C和3D的剖面图所示。
在工序510之后，制造方法500继续进行工序512，在该工序中从模具中取出形成的主体和插件。这时，按照工序506将已按照工序502进行化学蚀刻的另一个插件或另一组插件装入模具中，并重复所述工序。还可以设想的是，制造方法500可以包括另外的工序。例如，在一些实施例中，在工序512中从模具中取出形成的主体和插件后，可能需要对整形外科手术器械进行附加的组装。
图12详细示出了制造方法500的工序502的一个示例性实施例，这是包括工序520-526的化学蚀刻子工序。在每个实施例中，化学蚀刻子工序502将包括在插件上化学蚀刻多个孔。在一些示例性实施例中，化学蚀刻子工序502还可以包括在插件上蚀刻另外的部件，包括凹槽、标记、切齿和/或浮雕表面。这些特征可以与孔同时化学蚀刻到插件上，即在化学蚀刻子工序502的单循环过程中蚀刻到插件上。作为另外一种选择，在返回制造方法500之前，根据需要可以重复工序520-526，以形成合适的化学蚀刻特征。
化学蚀刻子工序502从工序520开始，在该工序中在一个或多个插件上形成掩模。如图3A的剖面图所示，掩模14在要化学蚀刻到插件中的金属各处形成，但包括多个暴露区域18。掩模可以由基本上不会被工序522的化学浴溶解的任何材料形成。如奖下文结合图13的详细描述，工序520的一个示例性实施例可以包括在插件各处形成聚合物光致抗蚀剂层，用作蚀刻过程中的掩模。掩模可以在插件的一个面、两个面上的各种位置形成，或两个面上都没有，这取决于该位置所需的部件。
在工序520之后，化学蚀刻子工序502继续进行工序522，在该工序中将具有一个或多个掩模的一个或多个插件放入化学浴中。化学浴可以包括可溶解插件金属但基本上不会溶解掩模材料的任何化学品，包括但不限于盐酸、过硫酸铵和氯化铁。在工序522中，化学浴有选择地侵蚀和溶解插件金属的多个暴露区域18(图3A)。由于湿的或液体的化学蚀刻剂是各向同性的，因此化学浴可在水平方向和垂直方向上溶解插件金属，形成图3B-D所示的结构。水平方向上的蚀刻为垂直方向的大约20-25％。
在工序522之后，化学蚀刻子工序502继续进行工序524，在该工序中在预定时间后将具有一个或多个掩模的一个或多个插件从化学浴中取出。除了工序520所用的掩模图案外，插件的形式还将由工序522与524之间占用的时间确定。如果使化学蚀刻大致进行能够溶解插件一半厚度所需的时间，则插件两面都暴露于化学浴的区域会形成穿过插件整个厚度的孔，而只有插件的一面暴露于化学浴的区域会形成凹槽，如图3B所示。如果使化学蚀刻大致进行能够溶解插件整个厚度所需的时间，则只有插件的一面暴露于化学浴的区域会形成具有锥形侧壁的孔，其结构与图3D所示结构相似。可以设想的是，用第一掩模在插件的一面上化学蚀刻特定的距离，然后用第二掩模重复化学蚀刻子工序502，并从相反的一面化学蚀刻剩余的插件厚度，从而形成多种其他横切面的孔或其他部件。
在工序524之后，化学蚀刻子工序502继续进行工序526，在该工序中将工序520中涂布的掩模从一个或多个插件上取下。这时，根据需要可以重复化学蚀刻子工序502，或者制造方法500可以进行工序504或工序506中的一个工序。还应该指出的是，化学蚀刻子工序502可以每次应用于一个插件，或者对多个插件同时进行化学蚀刻。在一个示例性实施例中，包括多行和多列插件的合适厚度的大金属板可以进行化学蚀刻子工序502。工序520中形成的掩模可以包括围绕所有或基本上所有各个插件的轮廓，使得插件既可以在化学蚀刻过程中从板上掉下来，也可以随后轻易地取下。
图13中详细示出了化学蚀刻子工序502的工序520的一个示例性实施例，这是包括工序530-536的掩模形成子工序。该掩模形成子工序520为光刻法，其中一个或多个图案化的光掩模用于在一个或多个插件上的具有多个暴露区域的掩模中形成光敏材料。
掩模形成子工序520从工序530开始，在该工序中涂布光致抗蚀剂材料，使其基本上覆盖一个或多个插件的表面。光致抗蚀剂材料为聚合物物质，其可以在暴露于紫外(“UV”)光源时改变其结构。光致抗蚀剂材料涂层可以是正光致抗蚀剂，当暴露于紫外光时，它会变得更加易溶。作为另外一种选择，光致抗蚀剂材料涂层可以是负光致抗蚀剂，当暴露于紫外光时，它会发生聚合并且可溶性下降。可以用多种方法涂布光致抗蚀剂材料涂层，这多种方法包括高速旋涂。光致抗蚀剂材料在变成光敏材料之前可能还需要稍稍加热。
在工序530之后，掩模形成子工序520继续进行工序532，在该工序中将第一图案化的光掩模设置在紫外光源与被光致抗蚀剂材料覆盖的插件的第一面之间。第一图案化的光掩模包括半透明和不透明的部分。如果工序530中使用正光致抗蚀剂材料，则光掩模的半透明部分将对应于掩模14中的多个暴露区域18(图3A)。如果工序530中使用负光致抗蚀剂材料，则光掩模的不透明部分将对应于掩模14中的多个暴露区域18(图3A)。
在工序532之后，掩模形成子工序520继续进行工序534，在该工序中打开紫外光源，光致抗蚀剂材料的区域通过第一图案化光掩模的半透明部分有选择地暴露于光源下。作为反应，光致抗蚀剂暴露区域的化学结构会改变，变得更加易溶，或更不易溶，这取决于使用的光致抗蚀剂类型。如果需要的话，可以用第二光掩模和插件的第二面重复进行工序530和532。作为另外一种选择，可以同时设置第一和第二光掩模，每个都具有其自己的光源，并且插件的第一面和第二面可以同时暴露。
在工序534之后，掩模形成子工序520继续进行工序536，在该工序中将显影剂涂布到插件上，有选择地移除光致抗蚀剂材料区域，以限定插件上的多个暴露区域。显影剂为化学溶液，其可以溶解光致抗蚀剂材料的较可溶区域，但不会溶解较不可溶的区域。可以用多种方法涂布显影剂，这多种方法包括高速旋涂。显影之后，剩余的光致材料可能需要再次加热，以硬化成可以经受化学浴的掩模。这时，掩模形成子工序520就完成了，化学蚀刻子工序502可以继续进行工序522。
尽管在附图和前面的说明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，并且本发明精神范围内的所有变更和修改形式都应受到保护。
本文所述装置和方法的多个特征使本发明具有多个优点。应当注意的是，本发明的装置和方法的替代实施例可以不包括所有所述特征，但仍然可以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以轻松设计出其自己的装置和方法的实施方式，这些装置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精神和范围内。

Claims (18)

1.整形外科切割台，包括：
金属支承插件，所述金属支承插件具有多个化学蚀刻孔，所述金属支承插件被构造用于支承骨骼切割工具；以及
主体，所述主体模制到所述金属支承插件上，以使得所述多个化学蚀刻孔中的每一个至少部分地被所述主体的一部分填充；
其中，所述金属支承插件还具有化学蚀刻凹槽，并且在将所述主体模制到所述金属支承插件上之前沿着所述凹槽弯曲所述金属支承插件。
2.根据权利要求1所述的整形外科切割台，其中：
所述金属支承插件具有(i)接触所述主体的界面和(ii)与所述界面相对的导向面，所述导向面被构造用于支承所述骨骼切割工具；并且
所述多个化学蚀刻孔中的每一个从所述金属支承插件的所述界面延伸至所述导向面。
3.根据权利要求2所述的整形外科切割台，其中至少部分地填充每个化学蚀刻孔的所述主体的所述一部分填充所述化学蚀刻孔的至少一半体积。
4.根据权利要求2所述的整形外科切割台，其中所述金属支承插件包括轴衬，所述导向面被构造用于支承骨骼钻头。
5.根据权利要求2所述的整形外科切割台，其中所述金属支承插件包括非捕获切割引导装置，所述导向面被构造用于支承骨骼锯片。
6.根据权利要求1所述的整形外科切割台，其中：
所述主体包括面向骨骼的表面，所述表面适于接纳患者胫骨的前面的一部分；并且
所述金属支承插件的位置允许外科医生利用所述金属支承插件的支承在所述患者的胫骨上进行近侧切割。
7.根据权利要求1所述的整形外科切割台，其中：
所述主体包括面向骨骼的表面，所述表面适于接纳患者股骨的前面的一部分；并且
所述金属支承插件的位置允许外科医生利用所述金属支承插件的支承在所述患者的股骨上进行远侧切割。
8.根据权利要求1所述的整形外科切割台，其中：
所述主体包括面向骨骼的表面，所述表面适于接触患者股骨要切除的远侧面；并且
所述金属支承插件的位置允许外科医生利用所述金属支承插件的支承在所述患者的股骨上进行前切、后切和斜切中的至少一者。
9.根据权利要求1所述的整形外科切割台，其中：
所述主体包括适于接触患者股骨要切除的前面的第一面向骨骼的表面，以及适于接触所述患者股骨要切除的远侧面的第二面向骨骼的表面；
所述金属支承插件的所述导向面包括面向内侧的部分、面向外侧的部分和面向远侧的部分；并且
所述金属支承插件的位置允许外科医生利用所述金属支承插件的支承在患者的股骨上进行凹口切割。
10.根据权利要求1所述的整形外科切割台，其中所述主体包含注模聚合物。
11.整形外科手术器械，包括：
整形外科切割台，所述整形外科切割台具有(i)具有第一多个化学蚀刻孔的第一金属支承插件，所述第一金属支承插件被构造用于支承骨骼切割工具、(ii)具有第二多个化学蚀刻孔的第二金属支承插件，所述第二金属支承插件被构造用于支承所述骨骼切割工具以及(iii)主体，所述主体模制在所述第一和第二金属支承插件上，使得所述第一多个化学蚀刻孔中的每一个和所述第二多个化学蚀刻孔中的每一个至少部分地被所述主体的一部分填充；
其中，所述第一金属支承插件和所述第二金属支承插件还分别具有化学蚀刻凹槽，并且在将所述主体模制到所述第一金属支承插件和所述第二金属支承插件上之前沿着各自的所述凹槽弯曲所述第一金属支承插件和所述第二金属支承插件。
12.根据权利要求11所述的整形外科手术器械，其中：
所述第一金属支承插件具有(i)接触所述主体的第一界面和(ii)与所述第一界面相对的第一导向面，所述第一导向面被构造用于支承所述骨骼切割工具；
所述第一多个化学蚀刻孔中的每一个从所述第一金属支承插件的所述第一界面延伸至所述第一金属支承插件的所述第二导向面；
所述第二金属支承插件具有(i)接触所述主体的第二界面和(ii)与所述第二界面相对的第二导向面，所述第二导向面被构造用于支承所述骨骼切割工具；并且
所述第二多个化学蚀刻孔中的每一个从所述第二金属支承插件的所述第二界面延伸至所述第二金属支承插件的所述第二导向面。
13.根据权利要求11所述的整形外科手术器械，其中所述第一金属支承插件与所述第二金属支承插件相对，所述第一和第二金属支承插件之间具有间隙，所述第一和第二金属支承插件包括被构造用于支承骨骼锯片的捕获切割槽。
14.制造整形外科手术器械的方法，所述方法包括：
在金属支承插件上化学蚀刻多个孔；以及
将主体模制到所述金属支承插件上，以形成整形外科切割台；
其中，在所述金属支承插件上化学蚀刻所述多个孔的步骤还包括在所述金属支承插件上化学蚀刻凹槽；以及
其中，所述方法还包括在将所述主体模制到所述金属支承插件上之前沿着所述凹槽弯曲所述金属支承插件。
15.根据权利要求14所述的制造整形外科手术器械的方法，其中在所述金属支承插件上化学蚀刻所述多个孔的步骤包括：
在所述金属支承插件上形成掩模，所述掩模限定了多个暴露区域；
将具有所述掩模的所述金属支承插件放入化学浴中，借此将所述多个暴露区域化学蚀刻成所述多个孔；
从所述化学浴中取出具有所述掩模的所述金属支承插件；以及
从所述金属支承插件上移除所述掩模。
16.根据权利要求15所述的制造整形外科手术器械的方法，其中在所述金属支承插件上形成所述掩模的步骤包括：
将光致抗蚀剂材料涂布到所述金属支承插件上；
使用图案化的光掩模将所述光致抗蚀剂材料的部分有选择地暴露于光源下；以及
用显影剂有选择地移除所述光致抗蚀剂材料的所述部分，以限定所述金属支承插件上的所述多个暴露区域。
17.根据权利要求14所述的制造整形外科手术器械的方法，其中将所述主体模制到所述金属支承插件上的步骤包括：
将所述金属支承插件装入模具中，所述金属支承插件接触所述模具的壁；以及
将聚合物注入所述模具中，使得所述金属支承插件被所述聚合物压在所述模具的壁上，并且所述聚合物至少部分地填充所述多个孔。
18.根据权利要求14所述的制造整形外科手术器械的方法，其中在所述金属支承插件上化学蚀刻所述多个孔的步骤包括化学蚀刻出穿过所述金属支承插件的整个厚度的所述多个孔中的每一个。
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