CN104271053B - 定向构件放置导引装置 - Google Patents

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Abstract

一种定向构件放置导引装置,在为了接受植入物而进行的对患者组织表面的准备过程中,相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置中的至少之一对至少一个定向构件进行协助定位。植入物具备组织接触表面。导引基部,其具有远侧基部表面,所述远侧基部表面模仿植入物的组织接触表面的至少一部分的构造。所述导引基部还具有一个沿纵向从所述远侧基部表面隔开的近侧基部表面。至少一个插入导引构造,其以可移动的方式被所述导引基部支承并且可以被调整而包含于一个导引结构,在该导引结构中,所述预定插入轨迹和所述预定插入位置的至少一方被分配给所述定向构件。

Description

定向构件放置导引装置
相关申请
本申请要求2012年4月10日提交的美国临时申请61/622348的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及于一种利用定向构件放置导引装置的设备和方法,特别是涉及一种用于在相对于患者组织表面的预定的插入轨迹和预定的插入位置的至少之一中定位至少一个定向构件进行协助的定向构件放置导引装置。
背景技术
在将假体肩关节安装到患者身体的过程中,关节盂部件被植入到患者的肩胛的关节盂穹窿里。关节盂部件的正面是以与患者的肱骨所搬运的肱骨组件关节接触的形式构成。关节盂部件的反面则被固定到关节盂穹窿的骨表面。
由于肩假体通常被用于修正天生的肩关节的先天性或后天性缺陷,所以关节盂穹窿通常表现为病态的,非标准的解剖结构。在将关节盂部件植入到关节盂穹窿的时候,为了试图获得一个关节盂部件的固体锚件,外科医生必须补偿这种病态的关节盂穹窿解剖。详细的术前规划,使用两维或三维的肩关节的抗原内影像,通常在补偿患者的解剖的限制中用于协助外科医生。在外科手术中,一个细长销可以被插入到患者体内的骨的表面上的预定的轨迹位置作为被动的标记或者主动的导引构造用于执行手术前的规划移植.这个"定位销"可以作为被植入的假关节的一部分被保留或者在外科手术结束前被去除。这种销导引型的安装在任何的关节替换手术,或者在任何类型的外科手术中所要求放置的固定标志的外科手术中是很普通的。正如同定位销被放置的大部分方式中,患者体内的骨的表面被预先穿孔来接纳固定件,用于帮助附加植入部件到患者体内的骨上,或者自攻型的固定件可以无须预钻孔直接插入到骨上。一种可选的手术作业包括对于患者体内的骨的标志的引导安置,该标志可以是通过利用例如墨水笔、记号笔、或者电烧灼器/燃烧器等标记装置来实现患者体内的骨上的线或者点的印刻。在这些状态中的各个中,定向构件的定位销、钻孔工具、固定件、和/或者标记装置必须被导引到与患者体内的骨相关联的的所期望的插入位置和/或者插入轨迹上。
此外,并且在任何类型的外科手术中,现代的微创外科技术揭示了仅有一小部分的被手术的骨或者其他组织对于外科医生来说是可视的。取决于患者的特殊解剖,外科医生不可能精确地确定仅通过视觉观察到相对于骨的残留的,模糊部位的外露区域的位置。此外,定位销、记号、或者其他标记可以暂时地或者永久地被放入到外露的骨表面来帮助引导外科医生并且因此加强外科手术的准确性和效率性。
不论所提供的理由,一个被仔细放置的定位销或者其他标记、骨准备工具、和/或者固定件能够降低在大部分的外科手术中的手术进行中的影像需求,并且将降低手术时间且提高位置精度,这些全部将在努力朝着积极的患者效果方向中是令人满意的。
发明内容
在本发明的一种实施方式中,一种定向构件放置导引装置被提供用于在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置中的至少一方对至少一个定向构件进行协助定位。导引基部,其具有处在纵向相反侧的近侧基部表面和远侧基部表面、以及在所述近侧基部表面和远侧基部表面之间沿纵向延伸的多个粗略定位孔。各个粗略定位孔与用于相对于所述患者组织表面的定向构件的、所期望的粗略位置大致对应。所述远侧基部表面比所述近侧基部表面更靠近所述患者组织表面。多个导引球被提供,各个导引球具有一个导引孔,该导引孔贯穿延伸在所述导引球之中,并且以大致沿纵向贯穿其中的形式划定轨迹路径。各个导引球对应不同的被选择的粗略定位孔,且各个导引球可以相对于所述粗略定位孔移动从而使所述轨迹路径与所述粗略定位孔在期望精确位置相交。所述期望精确位置表示进入所述患者组织表面的所述定向构件的所述预定插入位置。导引保持体,具有多个保持孔。各个保持孔对应一个不同的被选择的导引球。导引球被大致纵向插入到导引基部和导引保持体之间。导引保持体可以在松保持位置和紧保持位置之间沿纵向移动。当所述导引保持体处在所述紧保持位置上来维持所述导引球相对于所述导引基部的位置时,所述导引保持体在所述导引球上施加纵向压缩力。各个导引球被操作以使在所述导引保持体达到所述紧保持位置之前在所述期望精确位置将所述轨迹路径置于所述预定插入轨迹中,并且所述导引孔导引穿过其中的定向构件使其在所述预定插入轨迹和位置与所述患者组织表面相接触。
在本发明的一种实施方式中,一种定向构件放置导引装置被提供用于为了接受植入物而进行的对患者组织表面的准备过程中,在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置中的至少一方对至少一个定向构件进行协助定位。所述植入物具备组织接触表面和与其关联的多个固定孔。导引基部,其具有远侧基部表面,所述远侧基部表面模仿植入物的组织接触表面的至少一部分的构造。所述导引基部还具有一个沿纵向从所述远侧基部表面隔开的近侧基部表面,以及在所述近侧基部表面和所述远侧基部表面之间贯穿所述导引基部而延伸的多个粗略定位孔。各个粗略定位孔与所述导引基部的关系、和被选择的固定孔与所述植入物的关系相对应。多个导引球被提供。各个导引球具有一个贯穿其中并且以可滑动并导引性地接受定向构件的导引孔。各个导引球与被选择的粗略定位孔关联。各个导引孔划定一个贯穿其中的轨迹路径。各个导引球可以被操作以在大致圆锥区域内产生所述轨迹路径,所述圆锥区域沿纵向位于所述远侧基部表面的远侧。所述圆锥区域具有一个尖顶,所述尖顶的位置满足以下条件的至少一方:处于所述被选择的粗略定位孔的内部、及处于所述被选择的粗略定位孔的近侧。导引保持体,位于所述近侧基部表面的纵向近侧。所述导引保持体可以在松保持位置和紧保持位置之间沿纵向移动,在所述松保持位置上,所述多个导引球可以相对于所述导引基部移动,在所述紧保持位置上,所述多个导引球被所述导引保持体产生的纵向压缩力所大致限制为不能相对于所述导引基部移动。各个导引球被操作以将各自的轨迹路径配置于所述预定插入轨迹,并且在所述远端导引基部与下方的患者组织表面的至少一部分相接触的时候,所述导引基部和各个导引球的至少一方被操作以在所述患者组织表面上的所述预定插入位置将各自的轨迹路径配置于相交位置。所述导引保持体被从所述松保持位置移动至所述紧保持位置以将具有所述轨迹路径的各个导引球保持在所述预定插入轨迹和相交位置。所述导引孔被配置为滑动地接受所述定向构件并且导引所述定向构件以使其与所述患者组织表面在所述预定插入位置和所述预定插入轨迹上相接触。
一种为了接受植入物而准备患者组织表面的方法被提供。所述植入物具备组织接触表面和与其相关的多个固定孔。定向构件放置导引装置被提供用于为了接受植入物而准备患者组织表面的过程中,在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置中的至少一方对至少一个定向构件进行协助定位。导引装置包括导引基部,该导引基部具有远侧基部表面,所述远侧基部表面模仿植入物的组织接触表面的至少一部分的构造,所述导引基部还具有一个沿纵向从所述远侧基部表面隔开的近侧基部表面,以及在所述近侧基部表面和远侧基部表面之间贯穿所述导引基部而延伸的多个粗略定位孔。各个粗略定位孔与所述导引基部的关系、和被选择的固定孔与所述植入物的关系相对应。多个导引球被提供,各个导引球具有一个贯穿其中并且以可滑动并导引性地接受定向构件的导引孔。各个导引球与被选择的粗略定位孔关联。各个导引孔划定一个贯穿其中的轨迹路径。各个导引球可以被操作以在大致圆锥区域内产生所述轨迹路径,所述圆锥区域沿纵向位于所述远侧基部表面的远侧。所述圆锥区域具有一个尖顶,所述尖顶的位置满足以下条件的至少一方:处于所述被选的粗略定位孔的内部、及处于所述被选的粗略定位孔的近侧中至少一个。导引保持体,位于所述近侧基部表面的纵向近侧。所述导引保持体可以在松保持位置和紧保持位置之间沿纵向移动,在所述松保持位置上,所述多个导引球可以相对于所述导引基部移动,在所述紧保持位置上,所述多个导引球被所述导引保持体产生的纵向压缩力所大致限制为不能相对于所述导引基部移动。各个导引球被操作将其各自的轨迹路径配置于所述预定插入轨迹。在所述远端导引基部与皮下的患者组织表面的至少一部分相接触的时候,所述导引基部和各个导引球的至少一方被操作以在所述患者组织表面上的所述预定插入位置将各自的轨迹路径配置于相交位置。所述导引保持体从所述松保持位置被移动至所述紧保持位置以将具有所述轨迹路径的各个导引球保持在所述预定插入轨迹和相交位置。所述导引孔滑动地接受所述定向构件并且导引所述定向构件以使其与所述患者组织表面在所述预定插入位置和所述预定插入轨迹上相接触。所述患者组织表面在所述预定插入位置以及所述预定插入轨迹被所述定向构件所穿透从而在所述患者组织表面产生一个孔。该孔的构造基于在手术前确定的、将所述植入物安装在相对于所述患者组织表面的预定植入方向的设计。
在本发明的一种实施方式中,一种定向构件放置导引装置被提供用于为了接受植入物而进行的对患者组织表面的准备过程中,在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置中的至少一方对至少一个定向构件进行协助定位。所述植入物具备组织接触表面。导引基部,其具有远侧基部表面,所述远侧基部表面模仿植入物的组织接触表面的至少一部分。所述导引基部还具有一个沿纵向从所述远侧基部表面隔开的近侧基部表面。至少一个插入导引构造,其以可移动的方式被所述导引基部支承并且可以被调整为一个导引结构,在该导引结构中,所述预定插入轨迹和所述预定插入位置的至少一方被选择性地分配给所述定向构件。所述导引装置的所述远侧基部表面被配置为在与安装方向大致相同的导引方向上与所述患者组织表面相接触,所述植入物在所述安装方向上附着在所述患者组织表面上,并且当所述远侧基部表面处在导引方向时,所述插入导引构造引导所述定向构件使其在所述预定插入位置和所述预定插入轨迹中的至少一方与所述患者组织表面相接触。
附图说明
为了更好地理解本发明,根据相应的图进行说明。
图1A表示本发明的一实施方式的示例假体植入件的俯视示意图。
图1B表示在一示例使用环境中的图1A的示例假体植入件的侧视示意图。
图2表示本发明的一实施方式的俯视透视图。
图3表示图2的实施方式的一部件的俯视透视图。
图4表示图2的实施方式的仰视分解图。
图5表示图2的实施方式的侧视图。
图6表示图2的实施方式的仰视透视图。
图7表示图2的实施方式的俯视图。
图8表示沿从图2的线8-8所截取的剖视图。
图9表示图8的剖视图的一个可选择的示意性结构。
图10A表示图2的实施方式中所使用的设备的侧面透视图。
图10B表示图10A的设备的仰视透视图。
图11表示图2的实施方式中所使用的设备的俯视透视图。
图12表示本发明的一个实施方式的局部侧视图。
图13表示图12的实施方式的局部俯视透视图。
图14表示图12的实施方式中所使用的假体植入件的侧视图。
图15A-图15B表示描述图12的实施方式的操作顺序的上视图。
图16表示示例使用环境中的图12的实施方式的上视图。
具体实施方式
图1A和1B分别描述在反向肩关节的替换手术中被植入到患者的肩胛的关节窝的现有技术的关节窝植入装置100的上视图和侧视图。本申请所示出并描述的患者组织102至少是一个肩胛,并且本申请所示出并描述的假体植入件至少是一个关节窝假体肩部件,但是患者组织和相应的假体植入件可以例如是髋关节、肩关节、膝关节、踝关节、指(趾)关节、跖骨关节、脊柱结构、长骨(例如骨折部位)或者适用于本发明的其他适当的患者组织102的使用环境的任何所期望的类型,但是并不限制于这些类型。
图1A和1B所示的关节窝植入装置100包括组织接触表面104和多个保持孔106,组织接触表面104和多个保持孔106与组织接触表面相关联并且被提供用于协助安装关节窝植入装置100于患者组织102的表面(可以是天生的/初始条件或者事先机械加工过或者更改过的)。当关节窝植入装置100被安装到相对于患者组织102所期望的方位上的时候,至少一个固定件108穿透关节窝植入装置的保持孔106并且以一种已知的方式被用于将关节窝植入装置固定到患者组织。各个固定件108具有相关联的预定的插入轨迹110和预定的插入位置112,预定的插入轨迹110和预定的插入位置112可以在手术前或者手术进行中被确定。在本发明中,预定的插入轨迹110和预定的插入位置112与相对于患者组织102的表面和关节窝植入装置100的固定件108的期望安装位置相直接相关。尽管本发明中所讨论的预定的插入轨迹110和预定的插入位置112被用于协助将固定件108插入到患者组织102,使用者可能期望在外科手术中不论任何原因和任何时间能够明确确定相对于患者组织的标记装置、定位销、界标或者其他适当的结构、细长的或者非细长的结构等工具的插入轨迹以及/或者插入位置,而本发明可用于在这些当中的任何一个,以及其他适当的使用环境以及/或者目的。
预定的插入轨迹110和预定的插入位置112的至少之一可以响应患者组织102的表面的手术前成像而使得其在手术前被确定。一种适当的手术前确定插入轨迹110和预定的插入位置112的例子在申请于2011年10月27日,题名为"System of PreoperativePlanning and Provision of Patient-Specific Surgical Aids"的审查中的美国专利申请No.13/282,550中得到公开,其全部内容通过引用都被并入到本申请中。
适当的手术前确定定向构件的插入轨迹110以及/或者插入位置112的另一个实例包括提供患者组织102的表面的至少一部分的三维(物理)模型。例如,患者的肩胛的三维结构模型可以以任何适当的方式被提供,并且关节窝植入装置100可以被设置在相对于模型的所期望的方位上。固定件108通过目测、不断摸索或者其他的替换方法可以被配置到相对于模型和关节窝植入装置的所期望的方位,并且其结果所产生的插入轨迹110以及/或者插入位置112可以作为本发明的预定的插入轨迹和预定的插入位置被利用。
如图1B所示,关节窝植入装置100包括柄114,柄114收纳于患者组织102上的柄孔116。
图1B所示的柄114包括关节窝植入装置100的下表面的一部分,一旦关节窝植入装置被安装到患者中,该下表面就作为将与患者组织102相接触的表面。柄孔116可以用任何适当的方式,例如像在申请于2011年10月27日,题名为"Systemand Method forAssociation of a Guiding Aid with a Patient Tissue"的审查中的美国专利申请年No.13/282,509中所公开的装置的帮助下被提供,其全部内容通过引用并入到本申请中。
可选择地,并且如图1A和1B所示,定位销118可以以任何适当的方式与患者组织102相关联从而作为下文所讨论的参考界标使用。
图1B所示的固定件108可以是螺钉型固定件,且可以是自攻型的(无须导引柄/预钻孔可以被配置到患者组织102上)或者可以插入到事先准备好的所期望的插入轨迹110和插入位置112的预钻孔里。任何类型的固定件或者其他的细长的或者非细长的构造或者这两者的组合在本发明的协助下,在同一时刻或者不同时刻不论穿透/插入发生与否,都能够被引入与患者组织102的表面相接触。为了便于参考,下文描述采用术语"定向构件"来表示细长的或者非细长的组织改造工具、标记工具、固定件以及/或者界标构造,不论穿透/插入发生与否,该定向构件被引入与患者组织102的表面相接触。
根据本发明,图2描述了的第一个实施方式的定向构件放置导引装置220，用于在相对于患者组织102的表面的预定的插入轨迹110和预定的插入位置112的至少之一中对至少一个定向构件222进行协助定位,定向构件222例如为如图所示的的钻头。导引装置220在接受适当类型的假体植入物而进行的患者组织102的表面的准备过程中被利用。在图2中,患者组织102的表面,在图中所显示的方位上,位于所描述的导引装置220之下,并且定向构件222包含插入轨迹110。
在图3中更为详细地示出导引装置220的导引基部224。导引基部224分别具有处在纵向相反侧的近端和远侧基部表面326和328(纵向方向大致如图3的方向箭头330所示)。多个粗略定位孔332在近端和远侧基部表面326和328之间沿着纵向方向延伸,在图3的方位上,远侧基部表面大致位于导引基部224的下方。各个粗略定位孔332大致对应于相对于患者组织102的表面的定向构件的期望粗略(即,低分辨率或者近似)位置。换而言之,尽管对于本发明的大部分的实施方式粗略定位孔332没有确切地规定期望的插入位置112,各个粗略定位孔具有与关节窝植入装置100的保持孔106的位置的近似的或者"粗略"的相互性,并且因此在使用导引装置220的时候可以给定向构件222提供一个初步的、粗略的定位功能。远侧基部表面328在使用的时候基本上位于比近侧基部表面326更靠近患者组织102的表面的位置。
远侧基部表面328模仿植入物的组织接触表面的至少一部分的构造。本申请中所利用的术语模仿表示远侧基部表面328的至少一部分接近地模仿或者模拟植入物的组织接触表面的至少一部分。例如,远侧基部表面328可以模仿如图所示的关节窝的植入装置100的至少一部分的印迹以及/或者构造。对比图1A-1B(所示的关节窝植入装置100)和图3-4(所示的导引装置220)揭示了大致圆形印迹或者轮廓,并且关节窝植入装置100的柄114由远侧基部表面328的构造所模仿。换而言之,关节窝植入装置100的组织接触表面的至少一部分具有预定的三维轮廓(本申请中为带有延伸柄114的微凸的圆形),远侧基部表面328的相应的部分具有大致相同的预定的三维轮廓。由于这种模仿,导引装置220能够用于在关节窝植入装置100的使用环境中以大致精确的方式导引至少一个定向构件222以协助反映手术前规划的关节窝植入装置的植入。可选择地,在使用导引装置220的时候,远侧基部表面328可以接触患者组织102的表面以及/或者关节窝植入装置100的某表面。
返回图2,至少一个导引球234(图示有4个)作为一种插入导引构造并且具有贯穿延伸其中的导引孔236,各个导引孔界定了大致纵向贯穿其中的轨迹路径238。导引孔236以可滑动并导引性地容纳定向构件222的方式而构成。各个导引球234对应不同的被选择的粗略定位孔332,并且各个导引球的至少一部分位于相应的粗略定位孔内。各个导引球234可以大致是刚性的,或者可以由顺应性/弹性材料制成。
如图5所示，各个导引球234相对于其相应的粗略定位孔332是可动的，以便于在位于远侧基部表面328的纵向远侧的大致的圆锥区域540内产生轨迹路径238。圆锥区域540具有尖顶542,该尖顶位于相应的粗略定位孔332内部或者接近于相应的粗略定位孔332。换而言之,导引球234能够在原位置旋转以及/或者滚动,其相对于导引装置220相对静止,但改变导引孔236的方位或者"指向"方向。在这种方式中,轨迹路径238能够通过操作导引球234进行调整以在期望精确位置贯穿粗略定位孔。精确的高分辨率的位置为位于粗略定位孔332内的一个点,轨迹路径238与由粗略定位孔所划定的平面在这一个点处相交。所述期望精确位置指示进入所述患者组织102的表面的所述定向构件222的所述预定插入位置112。也就是说,虽然精确位置不可能叠置在插入位置112上(缘于患者组织102的表面和粗略定位孔332之间的纵向间隔),但是在导引球234被相应地调整的时候,轨迹路径238将插入位置和精确位置联系起来。当轨迹路径238如上述被调整的时候,轨迹路径指示所期望的插入轨迹110以及所期望的插入位置112。本发明的一些实施方式中,关于插入轨迹110是不可知的,但是插入位置112的规定在本发明的大部分的实施方式中是可以期待的。
可选择地,如图3所示的,导引基部224上可设置旋转突起部344。在此,旋转凸起结构344(本申请中表示为一个旋转销)可用于协同旋转臂246(其相对于导引基部224可以被调整或者固定)来帮助将导引装置220设置到相对于患者组织102的表面的所期望的旋转方位上。更具体地说,旋转臂246可以被设置在相对于导引基部224的所期望的方位上。当远侧基部表面328被设置在所期望的位置上与患者组织102的表面相接触的时候,导引装置220可以被调整将旋转臂246设置到与邻近的定位销118的预定的关系的位置上，以指示导引装置220已到达相对于患者组织102的表面的所期望的方位。例如,导引装置220被放置在患者组织102的表面的上部,远侧基部表面328的突出的"柄"部位被容纳在预钻的柄孔116中，并且导引装置能够绕着柄部的"轴线"旋转以达到旋转臂246和定位销118之间的预定关系。
参照图2,导引装置220上可设置具有多个保持孔250的导引保持体248，用于帮助将导引球234维持在相对于导引基部224的适当位置。各个保持孔250对应不同的被选择的导引球234。导引球234被大致纵向插入在导引基部224和导引保持体248之间以至于各个导引球被夹在粗略定位孔332和保持孔250之间。可以想见的是,在本发明的大部分的实施方式中,粗略定位孔332和保持孔250比导引球234的最大直径都小,从而防止导引球穿过这些相邻孔的任何一个。
为了分别容许和限制导引球234的运动,导引保持体248可以在松保持位置和紧保持位置之间沿纵向移动。当导引保持体处于紧保持位置上的时候,导引保持体248在导引球234上施加纵向压力,因此"挤压"导引球234来维持导引球相对于导引基部224的的位置以及/或者方位。相反地,当导引保持体248处于松保持位置的时候,为了相对自由地形成轨迹路径238,导引球能够相对于导引基部224活动(即，旋转或者滚动)。如图所示的,导引保持体248可以位于近侧基部表面326的纵向近侧。
图4描述导引装置220的分解图(出于描述的清晰性,定向构件222和相关联的导引球234从其位置横向向外移出)。在本图中,多个保持体固定件452在导引保持体248的近侧被示出。在装配好的导引装置220中,保持体固定件452贯穿导引保持体248并且与导引基部224相接合进而使导引保持体保持在导引基部上。特别是当保持体固定件452在纵向可调节的时候(例如螺纹螺钉),保持体固定件可以被拧紧以向下夹在导引保持体248上进而使导引保持体保持在紧的位置上。
图6和7分别表示装配后导引装置220的下视图和上视图,装配导引装置220包括导引基部224、多个可活动的/可调节的导引球234、导引保持体248、以及具有相关联的旋转臂246的旋转凸起结构344。出于描述清晰的目的,保持体的固定件452从这些图中省略,但是当导引保持体248处于紧的位置的时候,通常位于保持孔250内。
图8是从沿着图2的线8-8截取的剖视图。在图8中示出了导引基部224、导引球234、导引保持体248以及保持体固定件452纵向布置。在本结构中,如有需要,在保持体固定件452被去除时导引保持体248可以从导引基部224在近侧方向被完全移出。或者,只是调节保持体固定件452以在紧保持位置和松保持位置之间移动导引保持体248。
相反地,如图9示意性地所示,导引基部224包含沿近侧基部表面326的周界的至少一部分延伸的保持边缘954。在此,保持边缘954可与近侧基部表面326的另一部分沿纵向隔开以在其间界定出保持体缝隙956,使得导引保持体248的至少一部分设置在保持体缝隙中(即,其纵向上处在保持边缘954和近侧基部表面326的另一部分之间)。在这种方式中,导引保持体248被大致限制为与导引保持体处在所述松保持位置的情况相比不能沿纵向从导引基部224向近侧进一步移动。换而言之,在图9的结构中,保持体的固定件452可以从导引装置220的其余部分中完全去除,但是保持边缘954防止导引保持体248从导引装置220的其余部分中脱离出来。
在使用中,导引装置220被选择为具有远侧基部表面,该远侧基部表面模仿要安装到患者的身体的植入物的组织接触表面。导引保持体248被设置在松保持位置上,各个导引球234被操作以将轨迹路径238置于预定的插入轨迹110中,使得轨迹路径与粗略定位孔332在期望精确位置相交。当导引装置220被设置在患者组织表面的正确位置的情况下,这种方式可以自动地且同时地使轨迹路径置于适当的方位以在预定的插入位置112与患者组织102的表面相交。例如,导引球234可以在粗略定位孔332内滚动直到导引孔236到达相对于导引基部224的预定的位置。在此,旋转臂246可以根据需要进行调节。
所描述的调节可以以任何适当的方式进行。例如,使用者可以目测或者估测导引球234的运动。作为另一个例子,手术前规划系统可以输出表示导引球的位置的数值——这种方式要求提供位置的标尺或其它指示器以将所述数值传送给导引装置220——图10A和10B示出了用于设置导引装置220的适当的测角仪1058。在此,托架1060(出于清晰起见,示出其从测角仪1058的其余部分移开)用于容纳导引装置220的远侧基部表面328从而稳定地保持导引装置来进行插入轨迹110和插入位置112的至少之一的设定。当导引装置220保持在滑动拖架1060上时，位于托架的下侧的多个定位孔1062中的被选择的一个(图10B所示的)与位于测角仪1058的基座上的定位销1064相配合。两个设定标尺1066和1068被用于根据预定的数值分别设置回转弓1070和导引块1072的方位。虽然在这些图中是不可见的,但是导引块1072具有通孔,该通孔配置成沿所期望的插入轨迹110导引贯穿其中的定向构件222。当导引装置设置在托架1060上且定位销1064与定位孔1062中的预定的一个相匹配的情况下,可根据预定的数值操作测角仪1060的回转弓1070和导引块1072以将导引块放置在相对于导引装置220的预定方位(体现插入轨迹110)上。然后定向构件222(图10A和10B未示出)可以沿插入轨迹110贯穿导引块1072。然后可操纵由测角仪1058所保持的导引装置220的期望的导引球234直到导引孔236与由导引块1072沿着插入轨迹110导引的定向构件222对齐，并且任选地容置该定向构件222
作为设定所期望的插入轨迹110和插入位置112的至少之一的另一个选择方案，患者组织102的三维结构模型1174,如图11所示的,被用于设置导引装置220。在这个实施例中,三维结构模型1174，例如通过图11的洞1176,设置所期望的插入轨迹和插入位置110和112,所述洞由任何适当的方式产生,其包括但并不限制于术前规划/模型的制造、以及使用者的推测或者"目测。导引装置220放置为以至少一个已放置的示例定向构件222延伸穿过相应的导引孔224的方式与所述三维结构模型1174相接触。(任选地,示例定向构件222可以暂时从三维结构模型1174移除,如图11所示它们的洞1176保留在模型上,由此使得导引装置220能够被放置在模型上,接着示例定向构件可以被再插入到导引装置,例如穿过导引孔236，且进入所述洞内。)一旦导引球234已经被调节成反映相对于三维结构模型的示例定向构件222的插入轨迹和插入位置110和112,导引保持体248从松保持位置被移动到紧保持位置,示例定向构件可以从导引孔236中被去除，它们预定的插入位置和轨迹由导引装置220维持。接着导引装置220可以从患者组织102的三维结构模型1174中去除且放置为与实际的患者组织102相接触,所处位置大致对应导引装置之前被保持在三维结构模型1174上的位置，以将预定的插入位置和预定的插入轨迹的至少之一转移至患者组织表面。
不论导引球234被如何操作来反映预定的插入轨迹和插入位置110和112,导引保持体248可以被移到紧保持位置来将导引球维持在也被认为是导引方位/结构的"预设"位置。接着导引装置220被放置在相对于患者组织102的表面的位置上,在该位置上预定的插入轨迹和插入位置110和112被提供给患者组织表面。例如,远侧基部表面328,或者导引装置220的其他部分,可以放置为与下面的患者组织102的表面相接触或者与事先放置的关节窝植入装置100相接触。在此,旋转臂246可以配置为,如前面描述，与定位销118在预定的方位相接触,以此来设定以及/或者确认导引装置220相对于患者组织102的旋转位置。
一旦导引装置220已经被调整为导引状态并且相对于患者组织102被适当地定位,定向构件222可以滑动地穿透各个导引孔236进而与患者组织102的表面相接触——任选地可以为刺入式的接触。导引孔236将导引相应的定向构件222在预定的插入位置112与患者组织102的表面相接触。当定向构件222刺入患者组织102的情况下,导引孔236沿预定的插入轨迹110导引这种刺入方式。当这种刺入方式被执行的情况下,各个定向构件222可以在患者组织102上形成造孔。这些孔的结构将根据手术前所确定的规划确定，将植入物安装到相对患者组织表面的预定的植入方位。在图1-9的示例实施方式中,关节窝植入装置100具有四个固定件108,各个固定件应被安装在预定的插入轨迹和插入位置110和112,并且导引装置220可以被用于引导钻头以及/或者固定件自身进入这些预定的插入轨迹和插入位置。
一旦预定的插入轨迹和插入位置110和112已经以所期望的方式被转移到定向构件222,导引装置220可以从患者组织102的表面被去除,接着可以进行外科手术。导引装置220可以被洗净和消毒,接着准备用于在另一患者身上进行协助转移预定的插入轨迹和插入位置110和112。
图12-16根据本发明的第二个实施方式描述导引装置220'。图12-16的导引装置220'类似于图1-11的导引装置220并且因此,相同或者类似于参照图1-11所描述的图12-16的构造具有相同的编号只是附加了＂’＂符号。对第二个实施方式类似于上述第一个实施方式的一般要素和操作方式的描述将不再重复。
图12和13分别表示骨切割型的导引装置220'的部分侧面图和上视图。导引装置220'被用于使用作为定向构件222'的墨水笔、电烧灼器(用于烧灼标记)、或者其他的标记工具来直接标记患者组织102'的表面。
在图12-16,导引装置220'模仿如图14所示的台阶式关节窝植入物100'的构造的至少一部分。
导引装置220'的插入导引构造1278被导引基部224'以可移动的方式支承并且可以被调整导引状态以有选择地赋予定向构件222'预定插入轨迹110'和所述预定插入位置112'的至少之一。在此,插入导引构造1278是指示关节窝植入装置的中心线的平面。手柄1280可以调节用于本发明的特殊使用环境中。旋转臂246'被调整为,如图15A和15B顺序所示，实现与事先被设置在患者组织102'的表面或者其附近的定位销118'之间的所期望的关系，从而将所期望的旋转方位赋予导引装置220'。
远侧基部表面328'包括柄型凸起114',柄型凸起114'配置成进入在患者组织102'上事先被提供的柄孔116。一旦这种放置被完成,手柄1280被操作以使导引装置220'旋转，直到旋转臂246'实现与定位销118'所期望的关系。这种实现意味着插入导引构造278达到相对于患者组织102'的表面的所期望的导引方位。在本发明的许多使用环境中,该导引方位大致与该植入物附着到患者组织102'的表面的安装定位一致。接着定向构件222'被插入导引构造1278所导引(例如,标记装置可以沿导引基部224'的平坦侧面跟踪)将标记线沿患者组织102'置于所期望的插入位置112'上。图16描述了这种关系，导引装置220'，且凸起114'处在柄孔116'中。由于旋转臂246'已经被放置为与事先被放置的定位销118'相接触,使用者可以确信插入导引构造1278被设置在相对于患者组织102'的预定方位。可以沿着插入导引构造1278作诸如线1682之类的标记,其可用作患者组织102'的表面上随后的标记。
一旦标记线1682在患者组织102'的表面上已经被印刻,导引装置220'可以从该区域被去除,保留记线作为患者组织的机械改造以及/或者对于患者组织的植入物的放置的导引。
尽管本发明的各个方面根据上述最优选的实施方式已经特别地示出并描述,也可以理解为多种其他的实施方式在不脱离本发明的精神和范围的情况下是可以被所属领域的技术人员所考虑。例如,上述使用导引装置220的具体方法仅仅是示意目的。所属领域的技术人员中的任何一员可以容易地确定用于放置上述装置或者部件到大致类似于本申请所示出并描述的位置的工具的数量、步骤的顺序或者其他的方法/选项。任何一个上述的构造和部件可以作为一个整体而形成或者由各个独立的基础部件而构成。这些构成中的任何一个包括任何适当的必须的或者预定的部件以及/或者任何适当的材料或者这些材料的组合物。然而,被选择的材料必须在本发明的许多应用中为生物相容的。形成于上述构成之间的配合关系没有必要在与各个部分直接接触中保持各个配合表面的整体性,但是可以包括部分直接接触的间隔或者隔离,线或者其他用于直接接触的中介物,或者甚至是近似保留在两者间的中介空间以及非接触。尽管本发明所描述的特定部件被示出具有具体的几何形状,本发明的所有构造可以具有本发明的特别的应用所期望的任何适当的形状、尺寸、结构、相对的关系、横截面积、或者任何物理特性。导引装置220可以包括协作地形成任何部件的以及以一种正如所期望的许可在某两者之间相对运动(例如,转动、滑动、或者其他运动)的方式暂时地或者永久地附加在一起的多个构成。根据本发明的一个实施方式或者结构所描述的任何构造或者特征可以单独地或者与其他的构成或者特征相结合而被提供给任何其他的实施方式或者结构,正如同描述本发明所讨论的各个实施方式和结构具有相对于所有其他的实施方式和结构所讨论的所有选项是不切实际的。包括这些特征的任何一个的设备或者方法可以被理解为包含在基于下述的权利要求项和任何等同物所确定的本发明的范围内。
本发明的其他方面、目的和优点可以从图、发明的公开和附加的权利要求项的学习研究中获得。

Claims (25)

1.一种定向构件放置导引装置,用于协助至少一个定向构件在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置的至少之一中的定位,所述装置包括:
导引基部,其具有处在纵向相反侧的近侧基部表面、远侧基部表面、以及在所述近侧基部表面和远侧基部表面之间沿纵向延伸的多个粗略定位孔,各个粗略定位孔与所述定向构件相对于所述患者组织表面的期望的粗略位置大致对应,所述远侧基部表面比所述近侧基部表面更靠近所述患者组织表面；
多个导引球,各个导引球具有延伸贯穿其中的导引孔,该导引孔界定出大致纵向地贯穿其中的轨迹路径,各个导引球对应不同的被选择的粗略定位孔,各个导引球相对于所述粗略定位孔可活动以使所述轨迹路径与所述粗略定位孔在期望精确位置相交,所述期望精确位置指示所述定向构件进入所述患者组织表面的所述预定插入位置；以及
导引保持体,具有多个保持孔,各个保持孔对应不同的被选择的导引球,导引球在大致纵向方向上置于所述导引基部和所述导引保持体之间,所述导引保持体能在松保持位置和紧保持位置之间沿纵向移动,当处在所述紧保持位置上时所述导引保持体在所述导引球上施加纵向压力来维持所述导引球相对于所述导引基部的位置,
其中,在所述导引保持体达到所述紧保持位置之前，各个导引球被操作以使所述轨迹路径置于处在所述期望精确位置的所述预定插入轨迹中,并且所述导引孔导引穿过其中的定向构件使其在所述预定插入轨迹和所述预定插入位置与所述患者组织表面相接触。
2.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
各个导引球的至少一部分位于相对应的所述粗略定位孔中。
3.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
在所述定向构件穿过所述导引孔之前所述远侧基部表面被放置为与下方的患者组织表面相接触。
4.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
各个所述导引球为大致刚性。
5.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述远侧基部表面模仿将被固定在所述患者组织表面的植入物的印迹,所述植入物中至少具有一个固定孔用于协助所述植入物安装到所述患者组织表面。
6.根据权利要求5所述的定向构件放置导引装置,其中,
各个粗略定位孔对应与所述植入物的被选择的固定孔的近似位置。
7.根据权利要求5所述的定向构件放置导引装置,其中，
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹双方都与固定件相对于所述患者组织表面和所述植入物这两者的期望安装位置直接相关联。
8.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
通过所述导引孔的所述定向构件为组织改造工具、标记工具、固定件以及界标结构中的至少之一。
9.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹中的至少之一根据患者组织表面的手术前成像而在手术前被确定。
10.据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹中的至少之一借助所述患者组织表面的至少一部分的三维结构模型而被确定。
11.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述导引基部包含沿所述近侧基部表面的周界的至少一部分延伸的保持边缘,所述保持边缘与所述近侧基部表面沿纵向朝近侧隔开，从而在其间界定出保持体缝隙,所述导引保持体的至少一部分在纵向上位于所述近侧基部表面和所述保持边缘之间,由此使得所述导引保持体被大致限制为与所述导引保持体处在所述松保持位置的情况相比不能沿纵向从所述导引基部向近侧进一步移动。
12.根据权利要求1所述的定向构件放置导引装置,其中,
通过至少一个穿过所述导引保持体并与所述导引基部配合的保持体固定件的作用,所述导引保持体被保持在所述紧保持位置。
13.一种定向构件放置导引装置,其在用来容纳植入物的患者组织表面的准备过程中,用于协助至少一个定向构件在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置的至少之一中的定位,所述植入物具备组织接触表面和与其关联的多个固定孔,所述定向构件放置导引装置包括:
导引基部,其具有远侧基部表面,所述远侧基部表面模仿植入物的组织接触表面的至少一部分的构造,所述导引基部还具有沿纵向与所述远侧基部表面隔开的近侧基部表面、以及在所述近侧基部表面和所述远侧基部表面之间贯穿所述导引基部而延伸的多个粗略定位孔,各个粗略定位孔与所述导引基部的关系与被选择的固定孔与所述植入物的关系相对应；
多个导引球,各个导引球具有贯穿其中并且以可滑动并导引性地容纳定向构件的导引孔,各个导引球与被选择的粗略定位孔关联,并且各个导引孔界定贯穿其中的轨迹路径,各个导引球可被操作以在大致圆锥区域内产生所述轨迹路径,所述圆锥区域沿纵向位于所述远侧基部表面的远侧,所述圆锥区域具有尖顶,所述尖顶的位置为以下两者至少之一:所述被选择的粗略定位孔的内部、及靠近所述被选择的粗略定位孔；以及
导引保持体,位于所述近侧基部表面的纵向近侧,所述导引保持体能在松保持位置和紧保持位置之间沿纵向移动,在所述松保持位置上,所述多个导引球相对于所述导引基部可活动,在所述紧保持位置上,所述多个导引球由所述导引保持体产生的纵向压力而被大致限制为不能相对于所述导引基部活动；
其中,各个导引球被操作以将各自的轨迹路径置于所述预定插入轨迹,并且在所述远侧基部表面与下方的患者组织表面的至少一部分相接触的时候,所述导引基部和各个导引球的至少之一被操作以将各自的轨迹路径置于在所述患者组织表面上的所述预定插入位置处的相交位置,所述导引保持体被从所述松保持位置移动至所述紧保持位置以将各个导引球保持在所述轨迹路径处在所述预定插入轨迹和相交位置中的状态,所述导引孔被配置为滑动地容纳所述定向构件并且导引所述定向构件以使其在所述预定插入位置和所述预定插入轨迹上与所述患者组织表面相接触。
14.根据权利要求13所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹都与固定件相对于所述患者组织表面和所述植入物这两者的期望安装位置直接相关联。
15.根据权利要求13所述的定向构件放置导引装置,其中,
通过所述导引孔的所述定向构件为组织改造工具、标记工具、固定件以及界标构造中的至少之一。
16.根据权利要求13所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹中的至少之一根据患者组织表面的手术前成像而在手术前被确定。
17.根据权利要求13所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹中的至少之一借助所述患者组织表面的至少一部分的三维结构模型而被确定。
18.根据权利要求13所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述导引基部包含沿所述近侧基部表面的周界的至少一部分延伸的保持边缘,所述保持边缘与所述近侧基部表面沿纵向朝近侧隔开从而在其间沿纵向界定出保持体缝隙,所述导引保持体的至少一部分在纵向上位于所述近侧基部表面和所述保持边缘之间,由此使得所述导引保持体被大致限制为与所述导引保持体处在松保持位置的情况相比不能沿纵向从所述近侧基部表面向近侧进一步移动。
19.根据权利要求13所述的定向构件放置导引装置,其中,
通过至少一个穿过所述导引保持体并与所述导引基部配合的保持体固定件的作用,所述导引保持体被保持在所述紧保持位置。
20.一种定向构件放置导引装置,其在用来容纳植入物的患者组织表面的准备过程中,用于协助至少一个定向构件在相对于患者组织表面的预定插入轨迹和预定插入位置的至少之一中的定位,所述植入物具备组织接触表面,所述定向构件放置导引装置包括:
导引基部,其具有远侧基部表面,所述远侧基部表面模仿植入物的组织接触表面的至少一部分,所述导引基部还具有沿纵向与所述远侧基部表面隔开的近侧基部表面；
至少一个插入导引结构,其被所述导引基部可移动地支承并且能被调整到导引配置,在该导引配置中,所述定向构件具有所述预定插入轨迹和所述预定插入位置的至少之一；
其中,所述导引装置的所述远侧基部表面被放置为在与安装方位大致相同的导引方位与所述患者组织表面相接触,所述植入物在所述安装方位上附着至所述患者组织表面,并且当所述远侧基部表面处在该导引方位时,所述插入导引结构引导所述定向构件使其在所述预定插入位置和所述预定插入轨迹的至少之一中与所述患者组织表面相接触。
21.根据权利要20所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和预定插入轨迹都与固定件相对于所述患者组织表面和所述植入物这两者的期望安装位置直接相关联,所述固定件用于将所述植入物附着在所述患者组织表面。
22.根据权利要20所述的定向构件放置导引装置,其中,
通过所述插入导引结构的所述定向构件为组织改造工具、标记工具、固定件以及界标构造中的至少之一。
23.根据权利要20所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹的至少之一根据患者组织表面的手术前成像而在手术前被确定。
24.据权利要求20所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述预定插入位置和所述预定插入轨迹中的至少之一借助患者组织表面的至少一部分的三维结构模型而被确定。
25.根据权利要求20所述的定向构件放置导引装置,其中,
所述植入物的所述组织接触表面的至少一部分具有预定三维轮廓,并且所述远侧基部表面的对应部分具有大致相同的三维轮廓。
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