CN103987342A - 用于关节置换中解剖结构差异的识别、评价、建模和修复的方法和系统 - Google Patents
用于关节置换中解剖结构差异的识别、评价、建模和修复的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
用于从间接解剖结构测量值导出解剖结构以及识别异常、变形、不寻常和/或不希望解剖结构的改进系统和方法，以及设计和/或选择患者适应性(例如患者特异性和/或患者工程化)整形外科植入物和引导工具的相关改进以及相关方法、设计和模型。
Description
相关申请
本申请要求2011年10月14日提交的题为“Methods and Systemsfor Identification,Assessment,Modeling,and Repair ofAnatomical Disparities Joint Replacement”的美国临时申请序列号61/547,349的权益，该申请的公开内容通过引用整体合并在此。
技术领域
本申请涉及用于导出解剖结构的间接解剖结构测量值和/或比较数据库以及识别异常、变形、不寻常和/或不希望解剖结构的改进系统和方法，并涉及设计和/或选择患者适应性(例如患者特异性和/或患者工程化)整形外科植入物和引导工具的相关改进以及相关方法、设计和模型。
背景技术
由于人群中所谓“正常”解剖结构特征广泛变化，通常难以在进行医疗治疗(包括关节置换)的给定数量的人群中量化和检测“异常”解剖结构特征、差异和/或其他变形。此外，对于具有“异常”解剖结构特征(包括其关节的解剖结构差异和/或变形)以及其他解剖结构上不正确和/或不寻常的解剖结构的患者，设计用于“正常”关节置换的植入物(例如修正典型的解剖结构缺陷的植入物和手术)可以是不适当、失稳和/或次最佳的。另外，设计适当的患者特异性关节置换植入物和用于具有这种“异常”解剖结构的单独患者的外科手术会是困难和/或费时的。因此，本领域需要用于确定给定患者的解剖结构何时“异常”的可靠系统和方法，并需要用于评价、设计和/或选择适用于这种“异常”或不希望的解剖结构的修复和/或复原的适当关节置换植入物的可靠系统和方法。使疾病、损伤或变形关节修复或复原到原来健康骨结构是外科关节手术中的一个希望目的。
发明内容
根据一些实施方式，公开一种制造用于患者关节的植入物部件的方法，其包括获得与患者相关的解剖结构尺寸。解剖结构尺寸与解剖结构关系相关性一起使用，以导出有关关节的解剖结构特征的信息。有关关节的解剖结构特征的导出信息接着在设计植入物部件中使用。
根据一些实施方式，公开一种用于制造用于患者关节的植入物部件的方法，其包括获得与患者相关的解剖结构尺寸。解剖结构尺寸与解剖结构关系相关性一起使用，以导出有关关节的解剖结构特征的信息。解剖结构特征也被测量，并且测量信息与有关解剖结构特征的导出信息比较。测量信息与导出信息的比较接着在设计植入物部件中使用。
根据一些实施方式，公开一种用于治疗患者关节的植入物部件，其包括在至少一个平面内具有患者适应性曲率的面向关节表面。患者适应性曲率至少部分基于有关关节的解剖结构特征的导出信息。导出信息至少部分基于测量的解剖结构尺寸和解剖结构关系相关性。
附图说明
多种实施方式的目的、方面、特征和优点将通过结合附图参考以下说明变得更加清楚并可以得到更好理解，附图中：
图1是远侧股骨的外侧的透视图的图像，示出内侧踝和外侧踝；
图2显示图1的图像，其中内侧踝信息被隐藏或通过其他方式移除；
图3示出图2的外侧踝的外表面，其中踝的其他部分被隐藏或通过其他方式移除；
图4示出沿着图3的外侧踝表面形成的连续表面轮廓；
图5描述用于外侧踝的最终踝J曲线轮廓，其经过图4的连续表面轮廓的平整和/或其他操作获得；
图6描述可以从远侧股骨得到的一组示例性测量值；
图7描述在骨的承载部分的最宽截面处得到的远侧股骨的宽度测量值A；
图8是股骨宽度和股骨的内侧股骨踝的前后半径之间的一组生成关系的图示；
图9是股骨宽度和股骨的外侧股骨踝的前后半径之间的一组生成关系的图示；
图10描述远侧股骨，示出用于导出踝的表面轮廓的前后半径的示例性放置；
图11描述远侧股骨，示出从踝表面轮廓测量的内侧J曲线和外侧J曲线；
图12描述图11的外侧J曲线的前半径；
图13描述图11的外侧J曲线的后半径；
图14是远侧股骨的一个例子，示出从股骨宽度测量值导出的内侧和外侧J曲线；
图15描述图14的外侧J曲线的前半径；
图16描述图14的外侧J曲线的后半径；
图17是由个体人群经验确定的一组示例性外形比例，说明股骨踝的前后半径之间的关系；
图18是患者高度和患者股骨宽度之间的一组生成关系的图示；
图19是患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的宽度之间的一组生成关系的图示；
图20是患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝深度之间的一组生成关系的图示；
图21是患者股骨宽度和患者内侧胫骨平台和外侧胫骨平台的深度之间的一组生成关系的图示；
图22是患者的股骨宽度和患者膝盖骨长度和宽度之间的一组生成关系的图示；
图23描述患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的长度之间的一组不分性别相关性的图示，其中相关的关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差；
图24描述患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的长度之间的一组特定性别相关性的图示，其中相关关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差；
图25描述患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的长度之间的另外一组特定性别相关性的图示，其中相关关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差；
图26描述患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的宽度之间的一组不分性别相关性的图示，其中相关关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差；
图27描述患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的宽度之间的一组特定性别相关性的图示，其中相关关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差；
图28描述患者股骨宽度和患者内侧踝和外侧踝的宽度之间的另一组特定性别相关性的图示，其中相关关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差；以及
图29描述患者股骨宽度和患者股骨切迹宽度之间的一组不分性别和特定性别相关性的图示，其中相关关系等式和经验结果包括平均的标准偏差和标准误差。
另外的附图说明包括在以下文字中。对于每个附图，除非在说明书中指明，一些附图中的“M”和“L”分别指示视图的内侧和外侧；一些附图中的“A”和“P”分别指示视图的前侧和后侧；并且一些附图中的“S”和“I”分别指示视图的上侧和下侧。
具体实施方式
在本申请中，术语“包括”以及例如“包含”和“被包括”的其他形式的使用不是限制性的。同样，例如“元件”或“部件”的术语包括具有一个单元的元件和部件以及具有一个以上子单元的元件和部件，除非另外明确指明。另外，术语“部分”的使用可包括一半的部分或整一半。
另外，在此申请中，术语“植入物”和“植入物部件”的使用包括构成单个植入结构的多个植入物或部件之一的植入物或部件以及构成整个植入结构的植入物或部件。另外，“植入物系统”可包括一个或多个植入物部件，以及任选的一个或多个相关的外科工具。
这里的多种实施方式描述用于导出和/或评价一个或多个患者的解剖结构(包括关节表面)的系统和方法。另外的实施方式描述用于设计或选择用于解决异常和/或变形关节结构的一个或多个植入物设计、外科工具、外科手术和/或治疗的系统和方法。多种实施方式设想到使用尺寸和测量值数据库和/或程序库以辅助和证实验证植入物设计基本原理和规范，以及使用计算机程序、解剖结构关系和/或数学算法来调整和估计解剖结构和表面(包括但不局限于健康、变形和/或异常骨中的J曲率的近似)，以绘制变形或异常骨中的解剖骨结构，以及从患者疾病骨和/或非患者解剖结构信息中导出原始(即患病前)或希望的骨结构。本系统和方法还使用解剖结构特征的尺寸和/或其他测量值，以有助于推荐外科计划的确认、证实和/或质量检查，从而使用包括CT图像数据等图像数据来导出解剖结构学上准确“估计”的变形或异常关节结构(包括健康和/或损伤条件下的这种结构)。多种实施方式有助于骨保留和解剖结构保留技术在健康和/或疾病关节和韧带结构治疗中的开发和使用。另外，本发明的系统和方法增加外科手术的准确性和可靠性，并提供用于改善植入物系统的外科治疗、选择和/或设计规范以及最终患者结果的可量化方法。
通常希望关节置换植入物尝试复制所要置换的关节的正常运动。例如，在关节由于外伤损伤或通过其他方式经过高应力/力和/或例如运动或体力劳动的重复加载活动而伤害的情况下，关节置换部件通常被设计成复制关节，其可以包括(如果需要的话)重构健康条件下的现有关节(例如损伤的关节被虚拟或实际重构，并且接着植入物被设计成复制例如膝等重构关节)。但是，对于其关节已经随时间深度退化和/或重塑(或其他磨损)的患者，或者对于天生具有变形解剖结构的个人，会难以虚拟重构健康关节条件，或者甚至难以识别退化的存在和/或程度。这些难题通常由于健康人群中所看到的多种解剖结构变化而加剧。在许多情况下，在患者植入物的设计和/或选择中直接使用图像数据在图像数据(即，来自CT图像、X射线、MRI、无畸变图像等)描绘具有显著骨损失和/或其他结构失稳(包括外翻或内翻失调、旋转的问题、不良的组织张力和/或松弛、骨赘过多、空隙等)的关节结构的情况下是困难的。
多种实施方式包括用于直接测量患者关节的多种解剖结构特征以及经过间接测量和/或推导来导出和/或估计患者关节的多种解剖结构特征的系统和方法。如果希望，多种直接和“导出”测量值可被比较和/或对比，并且差异和/或偏差的区域被识别、评价和克服。以此方式，疾病、损伤、不寻常或不希望的解剖结构特征可以被识别，并且对于多种解剖结构特征，可以估计和/或重构健康或疾病或损伤状况不严重状态下的特征。
多种文章和公开文献讨论和/或推论了给定个人以及特定人群中的个人(即年龄、重量、性别、种族等)的多种解剖结构特征之间的多种关系和/或相关性，包括Mensch和Amstutz的“KneeMorphology as a Guide to Knee Replacement,”,Clin Orthop RelatRes.,1975年十月：(112):231-41；Fehring,Odum,Hughes,Springer和Beaver的“Differences Between the Sexes in theAnatomy of the Anterior Condyle of the Knee”，J Bone SurgAm.2009；91:2335-41；Singh,Aggarwal,Singh和Sapra的“Superio-Inferior Relationship Between Medial and LateralFemoral Condyles”，J Anat Soc India，Vol.50,No.2(2001-07-2001-12)；van den Heever,Scheffer,Erasmus和Dillon的“Mathematical Reconstruction of Human Femoral Condlyes”，Journal of Biomech Engr，2011年六月,Vol.133；van den Heever,Scheffer,Erasmus和Dillon的“Method for Selection of FemoralComponent in Total Knee Arthroplasty(tka)”,Australas PhysEng Sci Med(2011)34:23-30；Seedhom,Longton,Wright等人的“Dimensions of the Knee.Radiographic and Autopsy Study ofSizes Required by a Knee Prosthesis”,Ann Rheum Dis1972 31:54-58，这些公开文献分别通过引用整体合并在此。
在一种实施方式中，解剖结构特征从患者关节的图像直接测量，而有关相同解剖结构特征的结构的信息从其他解剖结构测量值导出(即从其他和/或相邻解剖结构的测量值间接导出)，其可以与例如数据库、数学公式、几何关系数据、统计模型、形状模型和/或其他信息源的非患者特异性数据组合使用。测量解剖结构特征接着与导出解剖结构特征比较，并且差异被识别以进一步动作和/或处理。在导出解剖结构特征和测量解剖结构特征之间具有小差异的情况下，这些信息可指示实际患者解剖结构接近“正常”或可接受解剖结构(或者与比较数据库信息匹配)，并因此测量解剖结构(和/或导出解剖结构)可以识别为适用于适当关节置换植入物和/或外科植入手术的直接设计。但是在导出解剖结构特征和测量解剖结构特征之间具有显著差异的情况下，这种信息可指示患者解剖结构是不寻常的，和/或不适用于适当关节置换植入物和/或外科植入手术的直接设计，可能需要在植入物设计和/或选择之前进行解剖结构和/或图像数据的操作和/或重新评价。
在多种实施方式中，如果相关标准指示有关实际特征测量值的准确性和/或适宜性的一些差异或其他问题，一个或多个导出解剖结构特征测量值可代替实际特征测量值用于植入物的设计和/或选择。类似地，如果相关标准指示有关实际特征测量值的准确性和/或适宜性的差异或其他问题，一个或多个导出解剖结构特征测量值可用来调整或通过其他方式改变实际特征测量值，以用于植入物的设计和/或选择。
在多种实施方式中，系统和方法可包括适用于导出解剖结构特征的“导出”植入物设计和/或外科手术步骤的生成，以及使用关节的实际测量特征设计和/或选择的“正常”植入物设计和/或外科手术步骤的生成。植入物和/或外科方法可被比较，并且“导出”设计/外科计划和“正常”设计/外科计划之间的差异和/或差别可被识别、评价、量化和/或解决。在用于患者植入物的推荐设计和正常设计之间具有小差异的情况下，这种信息可指示患者解剖结构接近“正常”或希望的解剖结构，并因此正常关节置换植入物可适用于患者。以类似方式，如果在推荐外科手术步骤和正常外科手术步骤之间具有小差异,这种信息可指示患者解剖结构接近“正常”解剖结构，并且因此用于关节置换的正常外科手术可适用于患者。
在推荐设计和/或外科计划和正常设计和/或外科计划之间存在显著差异的情况下，这种差异可指示患者解剖结构是“异常”或者是变形的，并且“正常”植入物和/或外科计划对于患者来说不是适当和/或最佳方案。在这种情况下，该方法可包括对植入物设计(和/或手术步骤)标识或提供设计/手术方法(和结果)并识别差别且给出建议的指令。
通过使用两种不同方法和手段由独特的患者特异性数据导出有关两个解剖结构特征、两种可能植入物、两组外科夹具/器械和/或两种外科计划的信息，本发明的系统和方法可希望地识别“异常”或其他不希望的解剖结构。此外，在两种方法识别类似设计和外科步骤的情况下，该系统和方法可确认该测量值、设计和外科手术对于特定患者的适当性。
可以利用用于患者的骨解剖结构信息的多种图像源，包括硬拷贝中的图像数据以及两维或三维电子图像格式的使用。另外，广泛的数据操作和显示程序可用来观察和/或操作数据，包括计算机辅助设计(CAD)程序。希望地，图像数据将从非侵入图像源得到，以允许植入物和外科对准工具在外科手术之前设计/选择和制造。
此外，数据可来自单个或多个2D和/或3D图像源，并以其原来格式或组合使用，以形成生物结构的3D再现。替代地，图像可被组合以形成3D数据组，可使用3D分割技术(例如主动表面或主动形状模型算法或其他基于模型或表面配合算法)从中直接导出生物结构的3D再现。
任选地，生物结构的3D再现可通过利用3D多边形表面、细分表面或参数化表面(例如非均匀有理B样条(NURBS)表面)来生成或操作，例如平整或修正。对于多种参数化表面的代表的描述例如参见Foley,J.D.等人的Computer Graphics:Principles andPractice in C；Addison-Wesley,2nd edition(1995)。多种方法可用来形成参数化表面。例如，3D再现可例如通过连接数据点以形成多边形表面并利用多边形曲率、表面曲率和其他特征规则来直接转换成参数化表面。替代地，参数化表面可最好地适配3D再现，例如使用公众可用软件，例如软件(Research TrianglePark,N.C.)。
如果希望，该数据可用作为模型的部分呈现，例如包括感兴趣的生物特征的患者特异性虚拟模型。任选地，与一个或多个生物特征相关的数据可转移到一个或多个切除切口、钻孔、引导工具和/或植入物部件，其也可作为相同模型或不同模型中的部分包含。虚拟模型可用来生成用于外科使用的一个或多个患者适应性引导工具和/或植入物部件，例如使用CAD软件和下面描述的许多制造技术中的一种和/或多种，任选地与计算机辅助制造(CAM)软件相结合。
在多种实施方式中，该系统和方法包括获得硬拷贝或电子形式的患者解剖结构的图像数据，经过两种不同程序/导出路径(即经过解剖结构特征的直接测量获得直接特征数据，以及经过间接测量和数据操作导出有关相同特征的数据)获得有关相同或类似的解剖结构的解剖结构数据，并且将直接测量解剖结构数据和导出解剖结构数据比较以确定解剖结构数据中是否存在差异。差异会源自于广泛多种原因，包括(1)不寻常、退化和/或恶化解剖结构的存在，(2)直接解剖结构特征和/或间接解剖结构特征的不正确或不准确的测量，和/或(3)间接测量和感兴趣的解剖结构特征之间的不准确或不正确关系数据。如果希望，多种证实和/或确认步骤可包括和/或结合到替代实施方式中，以使测量错误最小化，和/或确保关系数据和/或数据库组成部分的适当选择。
在多种实施方式中，这里描述的系统和方法可包括多种解剖结构关系相关性的使用，这些相关性包括这里描述以及其他经验确定和/或从其他来源得到的那些，以形成和/或设计/开发植入物、外科工具和/或手术，包括多种预先设计和/或预先制造的植入物库以及外科工具和手术的相关库。虚拟库可被询问，并且如果希望，一个或多个虚拟设计可被选择和进一步调整，以便实际植入物的随后制造和植入患者。这种制造可包括“适时”式制造和库存方法。
在多种其他实施方式中，库可包括至少部分使用这里描述的多种系统和方法设计的具有不同形状和/或尺寸的许多植入物的实际库存。这种实际植入物可包括具有多种预定尺寸和形状的植入物的储备，其可以使用这里描述的多种系统和方法设计，包括多种植入物形状和/或尺寸的缩放。该库可任选地包括一个或多个系列的预先制造植入物“坯料”，其具有多种预定尺寸和/或形状，其中单个或多个坯料被选择用于进一步处理和/或调整以紧密接近所选虚拟设计，以最终植入患者。
虽然这里结合踝关节表面特征的评价描述了多种实施方式，本发明可相对于许多解剖结构特征具有多种用途，这些解剖结构特征例如包括不同水平处的股骨宽度、外侧踝和内侧踝宽度、外侧或内侧踝深度、股骨切迹形状和尺寸、膝盖骨形状和尺寸、胫骨内侧和外侧宽度、胫骨内侧和外侧深度、胫骨平台形状和尺寸。另外，这里描述的多种实施方式可帮助被构造成保留一个或两个膝天然韧带(前十字韧带和后十字韧带)和/或替代十字韧带的稳定特征的膝植入物部件和外科工具和手术的设计和/或选择。例如，十字替代实施方式可包括例如踝间壳(有时称为“盒”)、用于胫骨柱或突出部的容座和/或一个或多个踝间杆。并且这种特征的设计方面(例如尺寸、形状和位置)可至少部分基于有关解剖结构特征(例如股骨切迹宽度)的导出信息，如下面进一步描述。
在关节置换植入物和外科手术的典型患者特异性设计中，获得来自患者的多个解剖结构测量值，并该信息接着通常被复制以设计关节置换植入物和/或外科手术。例如，来自患者的股骨内侧踝和外侧踝的内侧和外侧J曲线可被评价和量化，并且此信息直接用来(并且如果希望可能以一些方式过滤和/或调整)设计和/或选择具有类似J曲线的关节置换。类似的测量值可用于其他解剖结构特征(例如踝的冠状曲率、滑车槽和/或切迹的形状等)，并且如果需要或希望，进行调整，并接着用来直接设计和/或选择关节置换植入物的表面和/或其他特征以及外科工具和外科步骤，用于准备关节和植入装置。
但是，在患者天然解剖结构以一些方式异常和/或经受显著退化和/或其他重塑(例如在得到图像数据之前出现关节的关节表面上的显著重塑和/或骨损失)的情况下，天然解剖结构也可变形和/或退化太过严重，而不能提供用于接近最佳关节更换植入物和/或外科手术的准确和/或有用数据。在一些情况下，解剖结构的异常可以是终生变形，或可以不能检测到、容易忽略和/或忽视，并且因此使用这些信息会造成不适当或次最佳的植入物用于患者。
本申请的一些实施方式可包括利用来自不趋于显著结构退化和/或其他重塑的一个或多个源的测量和/或导出的解剖结构数据(即相关解剖结构的“间接”测量值)，导出和/或估计患者关节解剖结构，该解剖结构包括例如股骨的内侧踝和外侧踝的J曲线的特征。使用这种数据和方法，设计者可接近关节的健康特征(没有变形和/或异常)，允许设计和/或选择适当的植入物和/或外科方法。如果希望，关节的导出和/或估计“健康”特征可以与现有关节测量值比较，并且可以为设计者识别和显示显著差别。以类似方法，导出和/或估计的植入物、外科手术和/或外科工具/夹具可与使用天然关节测量值导出的那些植入物、工具、手术比较，并且可以为设计者识别和显示显著差别。在显著差别不存在的情况下，这些信息可用作解剖结构没有经历显著疾病或退化，或者具有可接受的质量和/或值的指示，并因此可适用于直接用于设计和/或选择外科植入物、工具/夹具和/或外科手术。
此外，即使在从解剖结构的直接观察和/或测量得出患者似乎具有“健康”或功能完好的关节解剖结构的情况下，被设计和/或选择成与“健康”关节一起使用的关节置换植入物可得益于多种结构和/或尺寸调整。例如，健康关节可具有设计者、制造商、患者和/或医生从未注意或识别的固有结构缺陷和/或性能限制或局限性。导出解剖结构特征和/或相关植入物/工具/夹具设计和外科手术计划的比较和/或结合(单独或与直接测量的解剖结构特征相结合)会潜在地造成关节置换植入物的改进设计和/或选择，以及潜在的更好的患者结果。
在一些实施方式中，现有患者信息可从多种来源获得。例如，这种信息可来自目标关节的解剖结构特征的测量。通过例子，如果目标关节是膝，这种信息可来自股骨、胫骨和/或膝盖骨的特征的测量。该信息可包括总体关节尺寸以及任何数量的生物机械或运动学参数，如前面段落描述以及本领域已知的。在本申请中，术语“尺寸”和“解剖结构尺寸”的使用旨在广义地包括(但不局限于)例如高度、宽度、长度、深度、斜率、曲率、曲率半径以及多种其他测量值的属性。在一些实施方式中，现有患者信息可包括例如有关患者股骨/胫骨/膝盖骨形状、长度和/或宽度；踝尺寸、特征和/或斜率；角度(例如滑车角度、Q角度)；滑车特性；胫骨特性；胫骨粗隆；内侧/外侧斜率；胫骨节刺高度；冠状曲率；和/或矢状曲率的信息。该信息还可包括机械轴线、上踝轴线和/或其他解剖结构和生物机械轴线或角度。现有患者信息还可包括来自患者对侧关节(例如相对膝、髋或肩关节)的信息和/或有关相邻关节结构的信息。收集的附加信息可包括高度、年龄、身体体重、种族、性别、活动水平、健康状况、其他疾病或医疗状况等。如果希望，患者术后结果也可收集在数据库中。此外，权重参数可对应于多种测量值或一系列测量值(或其他收集或导出信息)以及对应于一个或多个关节表面，包括相对关节表面。
一些实施方式可进一步包括利用多种收集和/或导出的患者特异性信息以及任何任选的权重参数以询问选择数据和/或数据库，并从一个或多个参考数据库识别一个或多个“解剖结构关系相关性”(或者如果需要，选择预先存在的解剖结构关系相关性)，将来自主体的特征与相关患者解剖结构(以及数据库中的其他个人的结构)比较，并任选地生成比较或“权重比分”以评价和显示多种比较的结果(相对于个人特征比较和/或用于每个主体比较的总体综合比分)。数据库可包括来自多种来源的信息，包括尸体数据、成像、生物机械或动力学数据、历史数据和/或来自多种制造商的有关之前膝植入物案件的数据，包括现有患者特异性案件数据。这种数据可对于性别、年龄、重量、健康、尺寸等是特定的，或者可以基于权重(如之前所述)或其他标准选择。相关性可包括许多因素，包括与解剖结构特征(实际和/或导出)和/或植入物特征(实际和/或导出)和外科计划(实际和/或导出)或其多种组合比较的有关患者结果的比较。
在多种实施方式中，库/数据库可包括来自特定或普通人群的一个或多个个人的尺寸和测量发现的多个数据库。个人可以是健康或疾病的，或其组合。数据库可包括以数字和/或硬拷贝格式存储的信息，并可以用作参考，以识别多种解剖结构关系以及证实异常患者尺寸和植入物的设计规格。如果希望，多种外科手术和/或植入物设计的结果可被编目和/或结合到数据库内，包括在将来对于多种植入物设计特征所进行的外科介入和/或改变而因此变得可用的情况下补充和/或改进数据库。
然后，多种实施方式手动和/或自动选择一个或多个解剖结构形状或特征或其他信息，其可以从患者的解剖结构的“解剖结构关系相关性”的列表中导出，以及从数据库和/或匹配主体中的一个或多个导出，以计算或生成一个或多个“导出解剖结构特征”，如果希望，导出解剖结构特征可随后与测量患者特异性数据比较。
根据测量值或成组测量值的多种比较的结果，该系统可选择将测量(实际)数据保持在其当前测量值。替代地，该方法可利用导出特征数据来规格化、“平整”或通过其他方式调整测量的患者特异性数据，其可以希望地修正或规格化患者特异性数据，并可以潜在地修正用于例如骨赘、空隙、骨骼和组织的恶化和/或退化、轴线变形和/或软骨退化的固有变形的患者特异性数据。作为另一替代，该方法可利用导出特征数据来代替一些或所有的测量数据。替代的实施方式可包括在适当植入物的设计和/或选择中以及希望的解剖结构模型的生成中使用测量、调整和/或更换的解剖结构信息的各种组合。
“导出解剖结构特征”数据可包括来自一个或多个主体的特征，或者可包括从一个或多个数据库和/或库由这种形状和/或主体导出的合成解剖结构(其也可以是利用权重比分识别和/或导出的，如果希望)。
在多种实施方式中，解剖结构测量值(从中计算或通过其他方式获得导出的测量值)期望地从不容易变得显著变形、疾病和/或由于其他原因损伤作为患者退化状况的部分的解剖结构特征得到，或者从与相关特征的可比直接测量数据相比另外认为是可靠或更可能是可靠的解剖结构特征得到。例如，在患者的内侧踝和/或外侧踝在患者寿命期间容易变得磨损和/或显著重塑的情况下，患者股骨的宽度将在大部分(或相当大的部分)患者寿命期间通常保持恒定。在这种情况下，宽度信息可用来评价踝表面轮廓，甚至在患者天然踝已经显著磨损的情况下。
这里的多种实施方式包括使用校准幻象或本领域已知的其他测量装置和方法，以便从图像和电子数据确保解剖结构特征的准确测量。另外，医生会希望利用标准成像技术和已知对准方法，例如患者关节的调整前后隧道视图和/或真实侧视图，以确保解剖结构相对于成像设备的不对准不显著影响这里描述的多种系统和方法的准确性和可靠性。
在多种实施方式中，数据来自单个主体，而在其他实施方式中，数据来自两个或更多主体。在一些实施方式中，该方法还包括由每个数据库编辑多个数据库，其中数据点从单个个人收集，并且用于每个单个个人的数据点与一个或多个相关数据属性相关。在这里描述的任何方法中，量化信息可例如是骨矿物密度或所选软组织或器官的密度。替代或另外地，量化信息是有关结构形态的信息，例如有关形成所述结构的单独部件的两维布置的信息或有关单个部件的三维布置的信息。在这里描述的任何方法中，该结构可以是骨，并且该信息可以是例如有关滑车厚度、滑车间距的信息和/或滑车网络的两维或三维构造的估计或以上描述的任何测量值的估计。
多种实施方式进一步提供比较数据的便利来源，用于给定患者的解剖结构数据的评价。当前，如果患者图像数据似乎是异常的和/或难以重构，那么患者可被迫进行对侧关节结构的成像，作为辅助损伤结构的重构的数据源。这种附加成像会涉及显著的成本、患者和/或医生的不便以及附加的辐射暴露。通过由已经成像的结构导出解剖结构特征，这里描述的多种实施方式可消除对侧关节结构的成像的需要。这里描述的多种实施方式还可另外或替代地获得来自对侧关节成像的信息。另外，在天然解剖结构数据的质量不良或不充分(例如由于不良的射线照相设备和/或成像设备的受限的可用性、来自图像人为因素的干扰和/或三维和/或适当的两维双平面成像设备的不可用性)的情况下，可以使用这些受限信息实现准确和/或相关的解剖结构的导出。
希望地，这里描述的多种系统和方法将有助于植入物和外科手术的设计和/或选择，使得患者恢复最优化，并使其关节置换植入物的性能最大化。由于在植入物的关节表面上结合最佳的J曲率，膝置换植入物将希望地解决当前可用植入物中常见的中屈曲失稳的问题，并由此在植入物的整个运动范围上保持膝的稳定性。
多种实施方式包括利用这里描述的多种技术形成外科工具(例如测量和切割夹具和/或其他器械)和外科计划。有关这些多种外科工具和计划的具体信息和特征可包括在相关数据库内，并被询问以确定多种特征和相关患者结果的相对成功和/或失败之间的相关性。这些结果可用来识别潜在的问题，并可以导致进一步调整患者导出的解剖结构和/或推荐植入物和/或外科手术设计。类似地，结果可以被用来识别正面的相关性，以确认患者导出解剖结构和/或推荐植入物和/或外科手术设计。
在多种实施方式中，该方法和系统可结合到自动或半自动设计和/或选择算法、计算机程序和/或用来设计植入物部件和/或外科工具的其他系统中。如果希望，该系统可自动检查解剖结构差异和/或其他变化，可自动或在使用者核准的干预下将这种导出信息用于植入物部件的建模和设计和/或选择(如果希望的话)，和/或通知使用者和/或使用测量和/或导出的解剖结构数据来修正差异，或其组合。如果希望，多种实施方式可结合和显示测量解剖结构特征以及导出解剖结构特征两者。另外，该信息可以被加密和/或远程传输，以便以这里描述的任何方法进一步处理和/或复核。
踝表面相对于股骨宽度的导出
在第一示例性实施方式中，患者的股骨的踝表面“标准”导出可从患者的天然踝的一个或多个图像直接获得。例如，设计者或自动程序可以从患者的天然股骨的电子图像开始。图1描述股骨的远端的侧透视图，示出外侧踝10和内侧踝20。图2描述电子图像，只示出外侧踝10，其中内侧踝信息被隐藏或通过其他方式移除。在图3中，来自图2的外侧踝的外表面15已经被突显或通过其他方式选择成进一步操作，其中该表面的剩余部分被隐藏或通过其他方式移除。图4描述连续表面轮廓25的形成，其大致跟随图3的外侧踝表面，这可以与平整和/或过滤操作(如果希望的话)相结合地遵从图像表面信息来形成。此表面轮廓25可根据希望平整或通过其他方式操作，以形成用于外侧踝的最终估计和/或导出表面30，如图5最佳示出。类似方法和过程可用来导出用于内侧踝表面(未示出)的J曲率。
在并行的分析中(或者根据希望在直接表面测量之前、之后或代替直接表面测量)，患者关节的一个或多个相关解剖结构测量值可用来间接地导出关节和/或其关节表面的相同或类似的解剖结构特征。希望地，这些解剖结构测量值相对于关节的关节运动特征的多种方面具有关系，使得解剖结构测量值可用来导出多种其他的关节测量值。更特别是，测量值将希望地从没有退化和/或疾病的关节特征得到，并因此测量值和关系可用来计算未疾病、退化之前和/或更健康或功能更加完好状态下的关节的多种解剖结构特征。
从图6可以看到，股骨和股骨表面的多种特征可以被测量，包括多种踝宽度、角度和/或深度。在示例性实施方式中，远侧股骨在股骨的承载表面上的最宽点处的宽度A可以被测量，如图7所示。宽度信息可接着用来确定股骨的踝表面的一个或多个示例性特征。例如，图8和9图形描述普通人群组中的关节分析结果，其确定股骨宽度和股骨踝的J曲线半径之间的关系。见Mensch和Amstutz,的“Knee Morphology as a Guide to Knee Replacement”，Clin OrthopRelat Res.1975年10月；(112):231-41。测量的股骨宽度被输入图8和9的图表中，其显示内侧股骨踝(图8)和外侧股骨踝(图9)的导出前后半径。用于每个股骨踝的估计形状可接着使用通用踝模型60的前半径和后半径的之前确定值来计算。在图10所示的实施方式中，前弧被匹配，使得前弧中心40定位在股骨踝的最低点相对于前弧中心40位于5和7点钟之间的位置，并且后弧定位在踝的最后点相对于后弧中心50位于2和4点钟之间的位置。在替代实施方式中，前半径可与延伸的膝的轮廓匹配，直到膝柔曲大约45度，并且后半径可与膝柔曲大约120度匹配。半径的设置可以变化，虽然希望的是通过半径限定的两个弧平稳相遇和/或在其相遇点处相对平行，并且本领域普通技术人员可以多种位置定位弧。替代地，前弧和后弧可使用患者股骨解剖结构的测量尺寸设置和建模，和/或根据成像解剖结构的实际和/或成形电子图像建模。
使用间接解剖结构信息导出或估计的踝表面形状的结果可接着与患者股骨的测量踝表面(或使用有关踝表面轮廓的直接测量数据形成的表面)比较，并评价差别和/或偏差。以类似方式，用于导出关节置换植入物(即设计成修复导出踝表面形状的植入物)的制备和植入的外科计划和/或外科工具可以与用于测量踝表面形状的外科计划/工具比较，并且评价差别和/或偏差。在存在小差别或没有差别的情况下，该系统可简单利用导出和/或测量形状(单独或经过两种形状的组合)以形成外科计划、工具和植入物设计。但是，在表面形状、推荐植入物和/或推荐外科计划中存在显著差别的情况下，该系统可识别这种差别并警告设计者或其他操作者。
在多种实施方式中，该系统可自发地选择，以便在推荐关节置换植入物部件和外科计划/工具的设计中利用导出表面形状，其中测量解剖结构信息用于外科切口和外科工具设计(并且如果希望，用于植入物的内部面向骨表面)的计划以及导出植入物部件的布置。
在一种示例性实施方式中，患者股骨的股骨宽度A的测量值(见图7)是大约81mm。此信息接着使用图8的图表交叉参考以揭示导出的前半径和后半径(用于内侧踝)分别为37.5mm和22mm。这些半径值接着在通用股骨模型(或者如果希望，在结合实际测量尺寸值的股骨头的模型)上建模，以构造用于内侧踝关节表面的导出形状。股骨宽度测量值接着使用图9的图表交叉参考，以揭示导出的前半径和后半径(用于外侧踝)分别为43.4mm和22.5mm。具有这些半径值的弧接着在通用股骨模型(或者如果希望，在结合实际测量尺寸值的股骨头的模型)上建模，以构造用于外侧踝关节表面的导出形状。在当前实施方式中，弧定位成使得前弧定位在股骨踝的最低点相对于前弧中心40位于5和7点钟之间的位置，并且后弧定位在踝的最后点相对于后弧中心50位于2和4点钟之间的位置(见图10)。
在所述实施方式中，患者的实际内侧踝测量值揭示了内侧踝表面具有的前后半径分别为37mm和25mm，这与37.5mm和22mm的导出值相对好地相关。但是，患者实际外侧踝测量值揭示了外侧踝表面具有的前后半径分别为38.8mm和19.7mm，这没有与43.4mm和22.5mm的导出值量良好相关。在这种情况下，非常可能的是患者外侧踝的退化造成显著的骨损失，这在比较步骤之前不容易看到。在这种情况下，关节置换植入物可设计成复制当前患者解剖结构，该解剖结构会对于患者来说不是最佳的。通过多种当前实施方式提供的附加信息，可以为患者设计更为最佳和解剖结构学正确的植入物，对于患者来说，这是相当更好的结果。
如果希望，附加的证实步骤可用来证实导出的踝特征适用于患者模型。例如，导出前后半径(对于外侧踝)的比例应该是38.8除以19.7，造成1.96的比例，在此例子中，该比例落入1.93的预期比例(来自数据库)内，标准偏差为0.171，指示从相关数据库获得的可接受的值(见图17)。
图11-16描述使用这里描述的两种并行方法的J曲线导出的代表性结果。在图11-13中，外侧J曲线70和内侧J曲线80使用踝表面的实际测量尺寸导出，并被示出叠加在实际股骨图像上。如这些附图看出，外侧J曲线70总体跟随股骨踝图像的关节表面，其中前后半径分别为64.55mm和15.642mm。图14-16描述使用股骨头的测量宽度的方法导出的外侧J曲线70A和内侧J曲线80A，并接着叠加在图11所使用的类似股骨图像上，其中外侧踝的前后半径分别估计为40.084mm和18.686mm。如图14最佳看到，导出的外侧踝J曲线70A偏离外侧踝的实际关节表面95，曲线70A和实际关节表面95之间具有间隙90。此间隙90可能指示关节表面95已经磨损或由于其他原因可能经过疾病和/或患者使用而变形，并因此希望的关节置换设计可被设计和/或选择成补偿缺失的材料(如估计表面70A所示)，以效仿关节的更加健康的状况。
在多种实施方式中，会希望在设计和/或选择植入物部件中利用导出踝关节表面轮廓测量值。替代地，变化可以指示解剖结构不适用于多种类型的关节置换，和/或更好地适用于其他外科修复或恢复。
踝宽度相对于股骨宽度的导出
在另一示例性实施方式中，股骨宽度和膝关节的内侧踝和外侧踝宽度之间的相关性从一组患者和尸体测量值中经验地获得，这在图19中图示地描述。因此，在一个或两个股骨踝严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，股骨宽度可用来导出健康、未损伤和/或更希望的状态下的相应踝宽度的一个或两者。这种相关信息可类似地用来改善植入物设计，并证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
图26-28描述从另一组患者和/或尸体测量值经验得到的内侧踝和外侧踝的宽度和患者股骨的宽度之间的另一组相关性。这些附图包括膝的股骨宽度和男性和女性的相应导出踝宽度之间的特定性别的相关性(以及图26中的不分性别相关性)。如同之前的相关性，在股骨宽度已知或可以导出的情况下，此信息可用来导出健康和/或未损伤状态下的一个或两个踝的宽度。这种相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。踝宽度的附加导出
可以从图19的图表利用的附加相关性是踝宽度相对于彼此之间的相关性。通常，图表揭示外侧踝的宽度大于内侧踝的宽度，其中特定值能够从图表获得。因此，在一个或两个股骨踝严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，第一踝的宽度可用来导出健康和/或未损伤状态下的相对踝的宽度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
股骨踝深度/长度通过股骨宽度导出
在另一示例性实施方式中，内侧踝和外侧踝的深度(或长度)和患者股骨的宽度之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验地获得。如图20最佳看到，此分析揭示外侧踝深度可以比内侧踝深度小大约3mm，在较大尺寸的膝中，甚至可以发现更大的深度差别(较小膝中差别较小)。因此，在股骨宽度是已知或可以导出的情况下，此信息可用来导出健康和/或未损伤状态下的一个或两个踝的深度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
图23-25描述从另一组患者和/或尸体测量值经验地获得的内侧踝和外侧踝的长度(或深度)和患者股骨宽度之间的另一组相关性。这些附图包括膝的股骨宽度和男性和女性的相应导出踝长度之间的特定性别相关性(和图23中的不分性别相关性)。如同之前的相关性，在股骨宽度是已知或可以导出的情况下，此信息可以用来导出健康和/或未损伤状态下的一个或两个踝的长度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
切迹宽度通过股骨宽度导出
在另一示例性实施方式中，股骨切迹宽度和患者股骨宽度之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验地获得。图29包括膝的股骨宽度和男性和女性的相应股骨切迹宽度之间的特定性别和不分性别相关性。因此，在股骨宽度是已知或可以导出的情况下，此信息可用来导出健康和/或未损伤状态下的股骨切迹的宽度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
膝尺寸相对于高度的导出
在另一示例性实施方式中，导出股骨宽度可从患者的高度测量值确定。图18描述患者高度和从一组患者和尸体测量值经验获得的股骨宽度之间的示例性相关性。导出的股骨宽度可随后用来导出有关患者的多种解剖结构信息，包括用于内侧踝和外侧踝J曲线的导出轮廓，如之前描述。
通常，个人的高度随着年龄增加而减小。由于患者高度变化会由于多种因素造成，这些因素包括脊柱以及多种其他关节的退化和/或恶化(即脊柱盘的变薄和/或压缩、脊椎骨折、髋部退化等)，会希望获得患者高度的一个或多个历史记录，例如在患者二十几岁期间，并使用此历史高度信息来导出有关膝解剖结构的解剖结构信息。导出的信息可接着用于这里描述的多种方法，以辅助植入物设计和/或选择以及证实适当植入物设计。
在一种示例性实施方式中，65岁的年长患者具有175mm的测量高度(大约5'-9")。例如驾驶员执照信息或其他文件(例如来自更早年龄退役的DD-214)的历史记录揭示患者在25岁时是185.5mm高(大约6'-l")。使用来自相关数据库的信息，例如图18所提供的，获得的导出股骨宽度为80mm(对于60岁的患者高度)和/或89mm(对于25岁的患者高度)。这些值的任一或两者可与患者股骨的测量宽度比较，并且识别偏差。此外，这些值的任一或两者可进一步用来导出患者膝的其他解剖结构数据和/或表面特征，以便膝置换的设计/选择和/或经过患者的解剖结构的直接测量获得的植入物特征的证实。
股骨踝形状通过胫骨宽度导出
在另一示例性实施方式中，胫骨和股骨的宽度之间的解剖结构关系可用来导出膝关节的其他解剖结构特征。例如，在股骨严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，胫骨宽度可用来导出健康和/或未损伤状态下的股骨的宽度。此导出股骨宽度可接着用来导出内侧踝和/或外侧踝的关节表面的多种形状，如之前描述。
在一种示例性实施方式中，股骨和胫骨宽度之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验获得，形成股骨和胫骨的测量宽度和导出宽度之间的直接相关性(1：1)。
以类似方式，健康股骨的宽度可用来导出疾病、损伤和/或由于其他原因畸形的胫骨宽度
如果希望，导出值可以接着与患者解剖结构的测量宽度比较，并识别偏差。此外，导出值可以进一步用来导出患者膝的其他解剖结构数据和/或表面特征，以便膝置换的设计/选择和/或经过患者解剖结构的直接测量获得的植入物特征的证实。
前和/或后踝半径、形状和/或尺寸的导出
在另一示例性实施方式中，内侧踝和外侧踝的前和/或后半径之间的解剖结构关系可用来导出膝关节的解剖结构特征。
后半径的关系：
在一种示例性实施方式中，膝关节的内侧踝和外侧踝的后半径之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验获得，形成测量和导出后半径之间的直接相关性(1：1)。因此，在股骨的第一踝严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，关节的相对(第二)踝的后半径可用来导出健康和/或未损伤状态下的股骨的第一踝的后半径。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
前半径关系：
在另一示例性实施方式中，膝关节的内侧踝和外侧踝的前半径之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验获得。此分析揭示外侧股骨踝的前半径比相同膝的内侧股骨踝的前半径平均大5.9mm。因此，在股骨的第一踝严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，关节的相对(第二)踝的前半径可用来导出健康和/或未损伤状态下的股骨的第一踝的前半径。此相关性特征可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
前半径与后半径的关系：
在另一示例性实施方式中，单独内侧踝和外侧踝的前半径和后半径之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验获得。此分析揭示了对于内侧踝来说，前半径与后半径的比例为1.7:1，并且对于外侧踝来说，前半径与后半径的比例范围为1.9：1-2：1。因此，在股骨的单个踝的前部或后部严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，相同踝的相对半径(即前半径或后半径)可用来导出健康和/或未损伤状态下的适当半径和踝表面部分。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。踝深度关系：
可以从图20的图表利用的附加相关性是内侧踝和外侧踝的相应深度之间的相关性。经验数据的分析揭示了外侧踝深度比内侧踝深度小大约3mm，在较大尺寸的膝中，甚至大于3mm深度差别(对于较小膝，则深度差别较小)。因此，在股骨的第一踝严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，相同膝关节的相对踝可用来导出健康和/或未损伤状态下的第一踝的适当和/或最小/最大深度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
胫骨平台深度通过股骨宽度导出
在另一示例性实施方式中，股骨宽度和内侧胫骨平台和外侧胫骨平台的深度之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验获得，如图21最佳示出。因此，在一个或两个胫骨平台严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，关节的股骨宽度可用来导出健康和/或未损伤状态下的内侧胫骨平台和外侧胫骨平台的深度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
膝盖骨尺寸通过股骨宽度导出
在另一示例性实施方式中，股骨宽度和膝盖骨长度和/或宽度之间的相关性从一组患者和尸体测量值经验获得，如图22最佳看到。因此，在一个或多个膝盖骨表面严重疾病、损伤或由于其他原因畸形的情况下，关节的股骨宽度可用来导出健康和/或未损伤状态下的膝盖骨的长度和/或宽度。此相关性信息可类似地用来证实和/或验证给定植入物设计满足或超过给定设计阈值，其可包括程序和/或设计者所关心的潜在的“标识”或其他高亮设计问题。
股骨宽度偏差
在一些情况下，患者股骨的多个部分会疾病、损伤或由于其他原因畸形，使得股骨宽度难以测量和/或显著不同于患者健康股骨宽度。在这种情况下，多种实施方式可包括基于患者的其他解剖结构尺寸的一个或多个测量值(包括例如外侧股骨踝深度/长度、内侧股骨踝深度/长度、切迹宽度、外侧踝宽度、内侧踝宽度、切迹宽度或高度)和相应解剖结构关系相关性导出股骨宽度，该相关性将测量解剖结构特征与股骨宽度(例如图8、9、18-29所示)相关。在一些实施方式中，一个或多个特定解剖结构尺寸可被选择成基于该尺寸下方的组织的估计健康、准确预测股骨宽度的相应解剖结构关系相关性的确定或估计强度以及准确测量特定尺寸的便利性中的一种或多种来测量。通过例子，在一些实施方式中，外侧股骨踝深度/长度和/或内侧股骨踝深度/长度可被选择成解剖结构尺寸，从中导出股骨宽度，因为这种解剖结构尺寸可以是已知用于预测股骨宽度的最准确的尺寸。另外，在一些实施方式中，一旦已经导出股骨宽度，此值可用来导出其他解剖结构尺寸(没有在其导出中使用)，例如内侧踝和/或外侧踝的前半径和/后半径。
另外，在一些实施方式中，多个预测股骨宽度可基于多个解剖结构尺寸的测量值和相应解剖结构关系相关性的使用来导出，并且多个预测股骨宽度可被平均，以确定股骨宽度的最终预测。例如，在一些实施方式中，尽可能多的解剖结构尺寸(例如外侧股骨踝深度/长度、内侧股骨踝深度/长度、切迹宽度、外侧踝宽度、内侧踝宽度、切迹宽度和高度)可被测量，并如上所述与每个相应解剖结构尺寸的相应解剖结构关系相关性一起利用，以便导出相应预测股骨宽度。由于多种原因，例如相应解剖结构尺寸的测量值的精度、预测股骨宽度中相应解剖结构关系相关性的精度、相应尺寸下方的解剖结构上疾病和/或损伤的作用等，每个预测股骨宽度可略微彼此变化。多个预测股骨宽度可被平均以确定最终预测股骨宽度。
解剖结构关系相关性和数据库的形成和/或调整
在多种实施方式中，历史和/或经验数据、库和/或数据库可被形成、利用、调整和/或通过其他方式操作以改进关节置换植入物、外科工具和计划(包括这里描述的多种系统和方法)的设计和/或选择。
这里描述和参考的多种解剖结构关系相关性可从来自许多所选择个人的解剖结构特征的观察和评价获得。选择标准可以变化，并且可包括来自所选年龄组、种族、民族、职业、能力、高度、重量、活动水平、疾病状态、疼痛耐受力等健康和/或疾病/损伤个人。选择标准还可包括来自之前关节置换手术的结果数据。附加实施方式可包括结合有关患者解剖结构和研究、导出解剖结构特征、植入物特征、外科工具特征、外科计划和外科结果、成果和长时间结果的数据的多种数据库的形成。一个或多个数据库可被交叉参考、分析和/或询问，并且单个数据库中的数据之间以及数据库之间的多种相关性可被根据需要识别和利用。例如，有关一个或多个患者的外科关节置换手术的信息(包括测量解剖结构特征、导出解剖结构特征、植入物设计、外科工具设计、外科计划、外科笔记、手术规范(即外科时间、麻醉剂类型和量、所使用的全血单元等)、医生操作笔记、运动范围研究、术后数据、结果和/或长时间跟踪数据)可被输入一个或多个数据库。数据库可接着被询问和/或分析，以识别和/或确定数据库内和/或之间的多种数据之间存在的相关性。随着附加数据变得可用，它可添加到数据库内并如这里描述利用。
由于数据库内具有足够量的相关数据(即大量患者和/或植入物记录)以及相关数据组的适当评价和选择，准确和可靠的解剖结构相关性可被确定和利用，以改善植入物、外科工具和外科计划设计。类似地，足够量的结果数据的使用和分析可潜在地提供给定植入物、外科工具和/或外科计划设计的潜在成功/失败的准确和可靠估计，因为它与有关给定患者的测量和/或导出解剖结构数据相关。
在一种实施方式中，针对潜在患者获得解剖结构信息。医生和/或设计者接着基于患者个人或组特征分配一个或多个选择标准。此过程对于多个患者重复，并接着一个或多个解剖结构关系相关性从来自满足选择标准的一系列所选择个人的解剖结构的分析和结果记录导出。如果希望，不同数据库的主体和/或成组主体可被识别成与每个解剖结构特征/解剖结构关系和/或每个选择标准相关，并且替代和多个选择标准可针对给定解剖结构特征评价。解剖结构关系相关性可接着用来经过这里描述的多种方法导出患者膝的其他解剖结构数据和/或表面特征。导出的解剖结构数据可接着与实际解剖结构测量值比较，如之前描述，并用于膝置换的设计/选择和/或经过患者解剖结构的直接测量获得的植入物特征的证实。
这种数据库的使用允许解剖结构数据和相关性信息的几乎适时调整和/或操作，并增加多种解剖结构关系相关性的准确性和/或规范。以类似方式，不成功的患者结果和/或不寻常患者解剖结果的数据和数据库可被使用并比较(如这里描述)，作为证实，或作为设计者所要避免的一些其他引导特征。
植入物设计的虚拟和/或实际库的形成
在多种实施方式中，这里描述的系统和方法可包括多种解剖结果关系相关性(其包括这里描述的那些，以及经验确定或从其他来源(例如数据库询问、文献审阅等)获得的其他相关性)的使用，以形成和/或开发外科工具和外科手术的预先设计(即虚拟)和/或预先制造的植入物库以及相关库。这种库可包括植入物和/或外科工具设计的虚拟库，其中多种设计具有预定尺寸和/或形状以适应多种患者解剖结构。虚拟库中的其他设计可包括与其他尺寸和/或形状相结合的一些预定尺寸和/或形状，其他尺寸和/或形状可以是可变的，或者使用患者特异性解剖结构数据、导出解剖结构特征和/或多种解剖结构关系相关性来调整或操作。作为设计和/或选择过程的部分，虚拟库可被询问，并且一个或多个虚拟设计被选择成(并且如果希望，进一步调整)用于实际植入物的随后制造和患者植入。这种制造可包括“适时”式制造和库存方法。
如果希望，该库可包括具有不同形状和/或尺寸的许多植入物的实际库存，植入物至少部分使用这里描述的多种系统和方法设计。这种实际植入物可包括多种预定尺寸和形状的植入物的储备，该植入物可使用这里描述的多种系统和方法设计，包括多种植入物形状和/或尺寸的缩放。实际植入物库可包括具有一些尺寸/形状的一些植入物，或者包括具有多种尺寸/形状的大量植入物。如果希望，该库可包括一个或多个系列的预先制造植入物“坯料”，其具有多种预定尺寸和/或形状，虚拟库询问识别略微接近所选坯料的一个或多个选择虚拟设计，其中单个或多个坯料选择成进一步处理(即材料移除和/或添加、表面的进一步成形、不同形状和/或尺寸的多个植入物部件的组装或拆卸等)，以便更紧密地接近所选虚拟设计，从而最终植入患者。这种制造可包括“适时”式制造和库存方法。
这里描述的类似方法可用于形成外科工具和/或多种相关的外科手术。
应该理解到这里描述的多种实施方式的特征不彼此排斥，而可以多种组合和交换的形式存在。
通过引用合并
这里引用的公开文献、专利文献和其他参考文献的每种的整体公开内容出于所有目的通过引用整体合并于此，其程度与每个单独来源通过引用合并而单独表明的程度相同。
等同
本发明可以其他具体形式体现，而不偏离本发明的精神或本质特征。因此以上实施方式在所有方面被认为是示例性的，而没有限制。
Claims (20)
1.一种制造用于患者关节的植入物部件的方法，包括：
获得与患者相关的解剖结构尺寸；
至少部分基于解剖结构尺寸和解剖结构关系相关性，导出有关关节的解剖结构特征的信息；
至少部分基于有关解剖结构特征的导出信息，设计植入物部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，关节是膝关节。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，解剖结构尺寸包括股骨宽度、膝盖骨宽度、膝盖骨长度、踝长度、踝宽度或膝关节的股骨切迹宽度。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，解剖结构特征包括膝关节的外侧股骨踝、膝关节的内侧股骨踝和膝关节的膝盖骨中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，有关膝关节的解剖结构特征的导出信息包括股骨踝的前半径、股骨踝的后半径、股骨宽度、膝盖骨宽度、膝盖骨长度、踝长度、踝宽度或膝关节的股骨切迹宽度中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，解剖结构尺寸包括患者高度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，解剖结构关系相关性不是患者特异性的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，解剖结构关系相关性使得解剖结构尺寸与有关解剖结构特征的导出信息相关。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括从数据库选择解剖结构关系相关性。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，选择解剖结构关系相关性至少部分基于患者特异性信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，患者特异性信息包括患者年龄、重量、性别和种族中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，获得解剖结构尺寸包括直接从关节图像测量解剖结构尺寸。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括使用导出信息来估计踝或关节的至少一部分。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括测量解剖结构特征以确定有关解剖结构特征的测量信息，并将有关解剖结构特征的测量信息与有关解剖结构特征的导出信息比较。
15.一种制造用于患者关节的植入物部件的方法，包括：
获得与患者相关的解剖结构尺寸；
至少部分基于解剖结构尺寸和解剖结构关系相关性，导出有关关节的解剖结构特征的信息；
测量解剖结构特征以确定有关解剖结构特征的测量信息；
将有关解剖结构特征的测量信息与有关解剖结构特征的导出信息比较；以及
至少部分基于有关解剖结构特征的测量信息与有关解剖结构特征的导出信息的比较，设计植入物部件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，如果有关解剖结构特征的测量信息与有关解剖结构特征的导出信息之间基本上没有差别，则至少部分基于有关解剖结构特征的测量信息和有关解剖结构特征的导出信息中的至少一种来设计植入物部件。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，如果有关解剖结构特征的测量信息显著不同于有关解剖结构特征的导出信息，则为植入物的设计者提供警告。
18.一种用于治疗患者关节的植入物部件，包括：
面向关节表面，其在至少一个平面内具有患者适应性曲率；
其中患者适应性曲率至少部分基于有关关节的解剖结构特征的导出信息，该导出信息指示部分基于测量解剖结构尺寸和解剖结构关系相关性。
19.根据权利要求18所述的植入物部件，其中：
关节是膝关节；
患者适应性曲率包括踝的J曲线；以及
测量解剖结构尺寸包括股骨宽度。
20.根据权利要求19所述的植入物部件，其中，有关膝关节的解剖结构特征的导出信息包括股骨踝的前半径和股骨踝的后半径中的至少一种。
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