CN105142549A - 自适应表面外科手术引导装置以及制造自适应表面外科手术引导装置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及自适应表面外科手术引导装置。一种外科手术引导装置包括一个或多个刚性部分，该一个或多个刚性部分被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域。该外科手术引导装置还包括可变的可变形部分，该可变的可变形部分耦合到该一个或多个刚性部分，该可变的可变形部分被配置为符合该潜在解剖表面的第二区域的形状以提供该外科手术引导装置到该潜在解剖表面的稳定附接。本公开还提供用于制造外科手术引导装置的方法和将该装置放置到潜在解剖表面上的使用。

Description

自适应表面外科手术引导装置以及制造自适应表面外科手术引导装置的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/789,476的权益，通过引用将其整体并入本文。

技术领域

本申请涉及用于在外科手术(surgical)应用中使用的自适应(adaptive)表面外科手术引导装置、工具、设备或向导(下文中称为“装置”或“多个装置”)。本申请还涉及用于制造自适应表面外科手术引导装置的系统和用于在外科手术中使用自适应表面外科手术引导装置的方法。

背景技术

外科手术引导装置在骨科手术中具有广泛的应用。外科手术引导装置可以允许术前(pre-operative)外科手术计划准确地被转移到手术室(operatingroom)中。另外，外科手术引导装置可以帮助沿着预定义的切割或钻孔路径引导诸如切割或钻孔器械(instrument)的外科手术器械。

使用术前医学成像数据来创建解剖表面的精确表示可能不总是可行的。例如，各种解剖表面可以包括在特定类型的医学图像中不可见的软组织。作为另一示例，解剖表面可以在医学图像中被看到的形状上变化。用于设计外科手术引导装置的可用表面的缺乏可能导致在得到的装置中的不稳定性。另外，当可以包括能够被定位为附接到骨骼的部分或在骨骼的部分周围的部件的可调节的外科手术引导装置是不稳定的或提供不准确的外科手术器械引导位置时问题可能出现。例如，外科手术引导装置可能不是完全适合患者的骨骼并且因此可能是不稳定的。此外还有，外科手术器械的引导位置可能由于支撑解剖结构与规划的外科手术器械的进入点之间的距离的量而是不精确的。

鉴于这些和其它缺陷，存在对提供到解剖表面的牢固且稳定的附接的自适应表面外科手术引导装置的需要。

发明内容

在所附权利要求的范围内的系统、方法和设备的各种实施方式均具有若干方面，其中没有单个方面单独地负责本文中描述的期望属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，在本文中描述了一些显著特征。

本申请大体涉及可以是患者特异性(patientspecific)的外科手术引导装置。在附图和下面的描述中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。其它特征、方面和优点将从说明书、附图和权利要求变得明显。

本公开中描述的主题的一个方面提供了一种外科手术引导装置。该外科手术引导装置包括一个或多个刚性部分，该一个或多个刚性部分被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域。该外科手术引导装置还包括可变的可变形部分，该可变的可变形部分耦合到该一个或多个刚性部分，该可变的可变形部分被配置为符合该潜在解剖表面的第二区域的形状以提供该外科手术引导装置到该潜在解剖表面的稳定附接。本公开还提供用于制造外科手术引导装置的方法和将该装置放置到潜在解剖表面上的使用。

本公开中描述的主题的另一方面提供一种制造外科手术引导装置的方法。该方法包括对该外科手术引导装置进行设计以创建外科手术引导装置设计。该外科手术引导装置设计包括一个或多个刚性部分，该一个或多个刚性部分被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域。该外科手术引导装置设计还包括可变的可变形部分，该可变的可变形部分耦合到该一个或多个刚性部分，该可变的可变形部分被配置为符合该潜在解剖表面的第二区域的形状以提供该外科手术引导装置到该潜在解剖表面的稳定附接。该方法还包括基于该外科手术引导装置设计来制造该外科手术引导装置。

附图说明

对附图的以下描述仅仅在本质上是示例性的并且不旨在限制本教导、其应用或其使用。在附图中，对应的附图标记指示类似的或对应的部分和特征。注意，以下附图的相对尺寸不是按比例绘制的。

图1a图示了股骨的示例性前视图。

图1b图示了图1a的股骨的示例性后视图。

图1c图示了图1a的股骨的备选视图的示例，该备选视图包括底视图A、底透视图B和顶透视图C。

图2a图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的示例的前透视图。

图2b图示了根据一些实施例的图2a的外科手术引导装置的可变的可变形部分的示例的前视图。

图2c图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的另一示例的前透视图。

图2d图示了根据一些实施例的图2c的外科手术引导装置的可变的可变形部分的示例的前视图。

图3a图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的示例的前透视图。

图3b图示了根据一些实施例的图3a的外科手术引导装置的可变的可变形部分的示例的前视图。

图3c图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的另一示例的前透视图。

图3d图示了根据一些实施例的图3c的外科手术引导装置的可变的可变形部分的示例的前视图。

图4a图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的另一示例的底视图。

图4b图示了根据一些实施例的图4a的外科手术引导装置的后视图。

图5a图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的可变的可变形部分的视图。

图5b图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的视图。

图6a图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的视图。

图6b图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的视图。

图7a图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的视图。

图7b图示了根据一些实施例的外科手术引导装置的视图。

图8图示了制造外科手术引导装置的方法的方面。

图9是用于设计和制造三维(3-D)对象的系统的一个示例。

图10是图6的计算机的一个示例的功能性方框图。

图11是用于制造3-D对象的过程。

具体实施方式

以下详细描述针对某些特定实施例。然而，本文中的教导能够以许多不同的方式被应用。

将参考特定实施例来描述本发明，但是本发明仅受权利要求限制。

如本文中使用的，单数形式的“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括单数和复数指代，除非上下文另行清楚指示。

如本文中使用的术语“包括(comprising)”、“包括了(comprises)”和“由…组成(comprisedof)”与“包含(including)”、“包含了(includes)”或“含有(containing)”、“含有了(contains)”同义并且是包容性的或开放式的并且不排除附加的、非记载的构件、元件或方法步骤。术语“包括”、“包括了”和“由…组成”在指代记载的部件、元件或方法步骤时还包含“包括”所述记载的部件、元件或方法步骤的实施例。

另外，说明书中和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等用于在类似的元件之间进行区分并且不一定用于描述顺序次序或时间次序，除非另行规定。应理解，这样的术语在适当的情况下是可互换的并且本文中描述的本发明的实施例能够以除了本文中描述的或图示的其它顺序操作。

在本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“一些方面”、“方面”或“一个方面”的引用意指结合该实施例或方面描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，术语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一些方面”、“方面”或“一个方面”在本说明书中的各个地方中的出现不一定全部指代相同的实施例或方面。另外，可以以任何适当的方式来组合特定特征、结构或特性，如本领域技术人员将从本公开显而易见的。另外，尽管本文中描述的一些实施例或方面包括包含在其它实施例或方面中的一些特征而非其它特征，但是不同的实施例或方面的特征的组合意味着在本发明的范围内，并且形成不同的实施例或方面，如本领域技术人员将理解的。例如，在所附权利要求中，能够以任何组合来使用要求保护的实施例或方面的特征中的任何特征。

本申请公开了可以是患者特异性的自适应表面外科手术引导装置。该外科手术引导装置被设计为提供到潜在解剖表面的准确且稳定的附接。提供到解剖表面的准确且稳定的附接允许精确的外科手术流程被实施，诸如外科手术器械到骨骼的特定部分中的精确引入。如本文中使用的，术语“附着”、“附接”和/或其任何变型是指将一个对象放置到另一对象上、将一个对象连接到另一对象或将一个对象与另一对象相接触。例如，外科手术引导装置“被附接到骨骼”(或其它解剖表面)可以是指该装置在骨骼上的放置以及骨骼的结构将该装置保持在适当的位置中。在该示例中，该装置的形状可以与骨骼的形状相匹配，这允许通过在骨骼的方向上对该装置施加压力使得该装置倚靠在骨骼的结构上来将该装置附接到骨骼。作为另一示例，外科手术引导装置“被附接到骨骼”(或其它解剖表面)可以是指使用一个或多个夹钳(clamp)、螺栓(screw)、搭扣(snap)、胶水(glue)等将该装置附接到骨骼。作为又一示例，外科手术引导装置“被附接到骨骼”(或其它解剖表面)可以是指附加于一个或多个附接设备(例如，夹钳、螺栓、搭扣等)之外使用该装置的放置和/或形状两者来将该装置附接到骨骼。

在一些实施例中，外科手术引导装置可以基于患者的医学图像以便使该装置为患者特异性。外科手术引导装置的患者特异性性质允许外科手术引导装置与潜在患者解剖结构的定制适合(customfit)，这进一步增强执行精确的外科手术流程的能力。如本文中关于外科手术装置使用的术语“患者特异性”可以是指基于个体患者的解剖结构而被设计的以便提供针对特定个体患者的定制适合和/或功能的外科手术装置、设备、工具和/或向导。对患者特异性设备、工具或向导的使用允许针对患者的改进或优化的外科手术介入、骨科结构和/或运动学(kinematics)。附加地，当这样的患者特异性装置与标准植入物、工具、设备、外科手术流程和/或其它方法结合使用时可以获得类似的益处。

在一些实施例中，患者特异性外科手术引导装置可以是基于术前流程的。例如，术前流程能够识别特定患者的解剖结构的各种区域(诸如下面参考股骨100描述的那些)并且基于所识别的解剖结构的区域来确定针对各种外科手术引导装置部件(例如，柔性和/或刚性部分、可变形联接(linkage)、夹钳、孔口(aperture)等)的患者特异性设计。术前流程也能够基于所识别的患者的解剖结构的区域来确定在患者的解剖结构上的用于附接外科手术引导装置的优选位置。

术前流程可以涉及在执行外科手术之前获得患者的解剖结构的图像。数字患者特异性图像信息可以通过本领域中已知的任何适当的手段来提供，诸如例如为X光机、计算机断层摄影(CT)扫描仪、磁共振成像(MRI)扫描仪、超声扫描仪等。例如，术前规划可以包括对解剖对象的二维(2-D)图像或三维(3-D)虚拟模型、或它们的部分的构建。可以使用下面进一步详细描述的统计方法从诸如X光片的2-D图像来创建3-D虚拟模型。在一些实施例中，对3-D虚拟模型的构建可以以对患者进行扫描开始。扫描可以包括使用生成医学体积数据的扫描技术，诸如CT扫描、MRI扫描等。在一些实施例中，扫描的输出可以包括形成3-D数据集的一叠(stack)2-D切片。该扫描的输出可以数字地被导入到计算机程序中并且使用图像处理技术的领域中已知的统计算法来转换以产生解剖对象的3-D计算机模型。例如，可以使用诸如如由比利时的Leuven的MaterialiseN.V.供应的Mimics^TM的计算机程序从该数据集构建虚拟3-D模型。

在一些实施例中，仿真模型可以用于在拟合方法中以实施对诸如骨骼的解剖对象的基于2-D图像的分割以创建对象的3-D虚拟模型。例如，可以将对象的仿真模型与对象的医学图像进行比较以便生成3-D模型。医学图像可以包括CT扫描图像、X光图像、MRI图像等。可以使用仿真模型，因为单单一幅或多幅医学图像可能不包含建立在医学图像中描绘的解剖对象的可靠3-D模型的充分的信息。因此，为了建立可靠的3-D模型，包括与医学图像中的对象有关的解剖知识的仿真模型可以用于解释图像。例如，仿真模型可以包括统计形状模型(SSM)，并且解剖知识可以被浓缩在用于表示解剖对象的SSM中。SSM可以是2-D模型或3-D模型并且可以对应于具有与解剖对象的特性相似的特性的理论预期对象。SSM可以用于在拟合方法中来实施对解剖对象的基于图像的分割以通过将SSM与一幅或多幅图像进行比较和拟合来生成3-D模型。

在一些实施例中，迭代最近点过程或其变型可以用于生成解剖对象的3-D模型。例如，对SSM与一幅或多幅图像的比较或拟合可以通过将SSM与一幅或多幅图像中的对象进行配准(registering)或对齐(aligning)来完成。该配准或对齐可以通过选择SSM和/或图像上的点并且之后将统计形状模型上的各个数据点与图像上的数据点进行匹配来完成。可以使用各种匹配方法。例如，匹配可以通过确定图像上的相对于SSM上的给定点的最近点来完成。另外，可以相对于图像来测试对SSM的各种平移和旋转以便对对应点进行匹配并将SSM与图像形状对齐。该过程可以迭代地选择SSM和图像上的点并将SSM和图像上的点进行匹配以便细化3-D模型并最小化SSM和图像形状上的对应点之间的距离。该配准或对齐的结果使SSM适合图像以便生成解剖对象的准确3-D模型。

在一些实施例中，解剖对象的3-D模型可以基于3-D成像技术(诸如对3-D图像数据的分割以创建3-D模型)来生成。例如，解剖对象的各种不同的3-D图像可以(例如，通过磁共振成像(MRI)或计算机断层摄影(CT)成像)被获得并被分割以便创建3-D模型。在一些方面中，3-D模型可以基于对CT或MRI图像的3-D重建。

一旦重建了解剖对象(诸如骨骼或其部分)的3-D模型，则可以定义外科手术需要的优选位置、取向、特定外科手术参数。例如，可以定义骨骼上的孔(bore)的深度和直径和钻孔(drill)路径。基于骨骼的3-D模型，能够设计、制造和/或操纵外科手术引导装置以满足特定患者的需要。

使用术前医学成像数据来创建患者的解剖表面的准确表示不总是可行的。例如，包括软组织(例如，软骨、肌肉、腱等)的骨骼的区域可能覆盖要执行外科手术的大部分区域。在这些区域中的软组织中的一些或全部软组织可能在某些医学扫描的图像中不可见。例如，软骨在医学扫描(诸如X光和CT)的一些图像类型中不可见，但是包括软骨的解剖表面可能覆盖需要手术的大部分区域。软组织厚度可以被估计，但是可能是不准确的，并且因此可能难以使用这些软组织区域来将外科手术引导装置设计为特别适合这些区域。因此，可能由于在图像中可见的骨骼的有限区域而不能够定位骨骼上的用于附接外科手术引导装置的最优位置或区域，因此降低了设计将在使用中稳定的装置的可能性。另外，解剖表面可以在医学图像中看到的形状上变化，潜在地更大地降低了外科手术引导装置在使用时的稳定性。更进一步地，在使用以上描述的统计模型方法创建的3-D模型中描绘的解剖表面可以包含具有由于下面进一步详细描述的各种类型的误差的可变的准确性的区域。基于医学成像和/或统计建模创建的刚性向导(guide)可以具有由于不准确的表面区域的可变间隙并且因此可以在附接到解剖表面时具有不稳定的适配。另外，当潜在解剖结构的部分(例如，由于骨骼中的软组织区域)在图像中不可见时，支点可以被呈现在刚性向导可以用铰链连接在其上的实际解剖表面中，这在使用时创建不稳定且摇摆的适配。

因此，期望能够提供到骨骼的牢固且稳定的附接的包含一个或多个自适应表面的外科手术引导装置。在本申请中描述的外科手术引导装置的优点提供了可以基于任何类型的成像和/或建模技术并且基于潜在解剖表面来获得充分的信息以设计用于到患者的解剖表面上的牢固且稳定的放置的外科手术引导装置。

图1a图示了股骨100的一个示例的前视图。尽管本文中的描述描述了股骨100，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，本公开的内容同样适用于其它骨骼，例如肱骨、肩胛骨、胫骨、腓骨、距骨，以及其它的肩膀、臀部、脚踝和/或手指的骨骼。图1a中图示的前区域位于股骨100的远端。股骨100的前区域可以包含可以用于将外科手术引导装置附接并固定到其的部分102。例如，骨赘是沿着骨骼(诸如在关节处)形成的骨骼突出并且可以出现在具有关节炎的患者中。从股骨100的表面突出的一个或多个骨赘例如可以提供外科手术引导装置可以(整体地或部分地)附接在其上的表面。作为另一示例，内侧髁108和外侧髁110位于股骨100的远端，并且还可以用于将外科手术引导装置附接到其。附加地，可以使用插入到外科手术引导装置的一个或多个孔口中的外科手术设备(例如，外科手术钻孔机)来创建孔104和106。下面将讨论关于外科手术引导装置的各个实施例的细节。

图1b图示了图1a的股骨100的示例性后视图。图1b图示了位于股骨100的远端的内侧髁108和外侧髁110。图1c图示了图1a中示出的股骨100的备选视图的示例，该备选视图包括底视图A、底透视图B和顶透视图C。具体地，图1c图示了位于股骨100的远端的内侧髁108和外侧髁110。内侧髁108和外侧髁110可以提供用于将外科手术引导装置附接和固定到其的一个或多个部分。例如，内侧髁108的外侧区域112和内侧区域114可以用于附接并固定外科手术引导装置。在一些实施例中，外侧髁110的外侧(lateral)区域和内侧(medial)区域可以用于附接并固定外科手术引导装置。例如，附加于内侧髁108的外侧区域112和内侧区域114之外，外侧髁110的外侧区域和内侧区域可以用于将外科手术引导装置附接到股骨100。作为另一示例，仅仅外侧髁110的外侧区域和内侧区域可以被用作内侧髁108的外侧区域112和内侧区域114的备选。在一些实施例中，位于内侧髁108和/或外侧髁110上的骨赘可以用于附接并固定外科手术引导装置。

在一些实施例中，如以上所指示的，骨骼的特定区域可以包括能够用于附接外科手术引导装置的特定解剖特征。详细的几何的患者特异性信息在对外科手术引导装置的设计和制造中被使用以便识别最适用于附接的骨骼的表面。如以上所解释的，可能难以使用术前医学成像数据和/或统计建模来创建解剖表面的准确表示。另外，解剖表面本身可以包含高度可变表面。因此，尽管是患者特异性的，但是外科手术引导装置仍然可能不以牢固且稳定的方式与潜在解剖表面适配。因此，自适应表面外科手术引导装置可以被设计为牢固地适配解剖表面，无论解剖表面的表示的准确性和表面的变化性如何。

一种制造自适应表面外科手术引导装置的方法可以包括创建自适应表面外科手术引导装置设计。该自适应表面外科手术引导装置可以被设计例如使用如以上描述的患者的解剖结构的医学图像和/或统计建模。自适应表面外科手术引导装置设计可以包括：一个或多个刚性部分，其被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域；以及可变的可变形部分，其耦合到该刚性部分并且被配置为附接到该潜在解剖表面的第二区域。如以上描述的，如本文中使用的术语“附接”和/或其变型是指将刚性部分或可变形部分放置到解剖表面上、将刚性部分或可变形部分连接到解剖表面、或将刚性部分或可变形部分与解剖表面相接触。例如，刚性部分的形状可以与骨骼的结构相匹配，从而允许刚性部分倚靠在骨骼的表面上。可以例如通过在骨骼的方向上对刚性部分施加压力来将刚性部分附接到股骨的第一区域。在另一示例中，可以使用附接设备(诸如一个或多个夹钳、螺栓、搭扣、胶水等)将刚性部分附接到解剖表面。可变的可变形部分被配置为符合潜在解剖表面的第二区域的形状以提供外科手术引导装置到潜在解剖表面的稳定附接。可以例如通过在骨骼的方向上对可变形部分施加压力来将可变的可变形部分附接到骨骼的第二区域。在一些实施例中，可变的可变形部分可以被设计为符合如在解剖表面的模型(例如，SSM)中近似并描绘的解剖表面的形状。因此，在一些实施例中，可变的可变形部分可能在表面中的一个或多个区域没有准确地被建模的情况下不能精确地符合潜在解剖表面，但是可以是足够柔性的以仍然提供到解剖表面的牢固且稳定的附接。

在一些实施例中，可变的可变形部分的可变形性基于潜在解剖表面的变化性的量在可变的可变形部分的不同点之间变化。例如，可变的可变形部分的可变形性可以在潜在解剖表面的变化性和/或所建模的潜在解剖表面的不准确性增大的点处增大。例如，骨骼的区域可以具有可变表面并且附加地包括没有在医学图像中显示出来的大量软组织。因此，可变的可变形部分的被设计为附接到骨骼的该区域的部分可以是高度可变形的或柔性的，使得其能够符合尽管有软组织和/或可变表面的区域。附加地，在一些实施例中，可变的可变形部分的可变形性可以特定于相对于潜在解剖表面的给定方向。作为一个示例，可变的可变形部分的某些点可以仅仅在特定方向上(例如，垂直于解剖表面的表面)可压缩并且在其它方向上不可压缩。因此，自适应表面外科手术引导装置可以甚至在缺少准确图像或解剖表面的模型的情况下牢固地附接到解剖表面(例如，骨骼)的不平坦的可变表面。

制造自适应表面外科手术引导装置的方法还可以包括基于该设计来制造自适应表面外科手术引导装置。如下面进一步详细描述的，图5提供了制造自适应表面外科手术引导装置的方法500的示例。

图2a图示了被配置为附接到骨骼的自适应表面外科手术引导装置200的示例的前透视图。在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置200可以是用于附接到股骨212的远端的股骨自适应表面外科手术引导装置。值得注意，尽管本文中的描述涉及作为解剖表面的示例的股骨212，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，本公开的内容同样适用于其它解剖表面，例如肱骨、肩胛骨、胫骨、腓骨、距骨、脊椎骨，以及其它的肩膀、臀部、脚踝和/或手指的骨骼。附加地，自适应表面外科手术引导装置还可以被设计为附接到包括诸如手臂、腿、腹部、脚、手或其它身体部分的患者的外部部分的其它解剖表面。

自适应表面外科手术引导装置200包括自适应表面，该自适应表面包括刚性部分202和耦合到刚性部分202的可变的可变形部分204。在一些实施例中，刚性部分202和可变的可变形部分204可以被制造为分离的结构。在其它实施例中，刚性部分202和可变的可变形部分204可以例如使用下面描述的增材制造(additivemanufacturing)技术被制造为具有不同的厚度和图案的单一的结构。

自适应表面外科手术引导装置200的刚性部分202可以被附接到股骨212的第一部分。例如，刚性部分202可以被附接到股骨212的前区域以及股骨212的底部部分，包括(如图1中图示的)内侧髁108和(如图1中图示的)外侧髁110。在一些实施例中，刚性部分202经由可变的可变形部分204被附接到股骨212。例如，可变的可变形部分204可以被附接到股骨212，并且刚性部分202可以被附接到可变的可变形部分204。刚性部分202可以提供到股骨212的良好定义的区域的强附接。例如，刚性部分202可以被设计为使得刚性部分202在对象接触到刚性部分202时或在刚性部分202与股骨212的表面相接触时不容易弯曲。类似地，刚性部分202可以被设计为足够稳定使得医师可以在不移动刚性部分202的情况下操作通过刚性部分202的部分，诸如在将钻孔机或其它外科手术器械引导通过刚性部分202的孔口时。在一些实施例中，刚性部分202可以固定地被附接到股骨212。在一些实施例中，刚性部分202可以通过倚靠在股骨212上被附接到股骨212。在这些实施例中，如下面进一步描述的，可以使用一个或多个夹钳来将自适应表面外科手术引导装置200固定到股骨。尽管在图2a中仅仅图示了单个刚性部分，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，自适应表面外科手术引导装置200可以包括一个或多个刚性部分。在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置200可以包括多个刚性部分或结构，其中，刚性部分中的一个或多个刚性部分被附接到股骨212并且刚性部分中的一个或多个刚性部分没有被附接到股骨212。例如，没有被附接到股骨212的刚性部分中的一个或多个刚性部分可以用于连接被附接到股骨212的两个或更多个刚性部分。在另一示例中，一个或多个刚性孔口可以耦合到刚性部分202和/或可变的可变形部分204。

刚性部分202被设计为附接在其上的股骨212的良好定义的区域可以在医学图像中是清楚的并且可以使用以上描述的用于设计自适应表面外科手术引导装置200的术前和统计方法来准确地建模。因此，对应于这些良好定义的区域的股骨212的3-D模型的区域可以用于准确地设计刚性部分202以在最小或没有误差的情况下附接到这些区域。

图2b图示了自适应表面外科手术引导装置200的可变的可变形部分204的示例的前视图。可变的可变形部分204可以被设计为符合股骨212的在股骨212的3-D模型中较少良好定义的并且因此较不准确地描绘的其它区域的形状。例如，可变的可变形部分204可以被设计为使得其可以在三维中相对于股骨212被变形。较少良好定义的区域可以由于(例如，由于构成股骨212的大部分的软组织等的)图像中的细节的缺少、3-D模型中的不准确性等而较不准确地被描绘在3-D模型中。可变的可变形部分204因此能够与潜在可变解剖表面配合以创建自适应表面外科手术引导装置200的稳定的适配和恰当的取向。因此，稳定部分202可以附接到股骨212的更准确地建模的区域以便获得大多数适合的定位，并且可变的可变形部分204可以附接到3-D模型中的较大可变的、较少定义的区域以实现自适应表面外科手术引导装置200在使用时的稳定性。可变的可变形部分204增加与股骨的潜在表面的表面接触，并且因此能够用于在没有创建支点的风险的情况下增大自适应表面外科手术引导装置200的稳定性。在一些实施例中，可变的可变形部分204可以符合股骨212的前区域以及股骨212的底区域，包括内侧髁108和外侧髁110。在一些实施例中，可变的可变形部分204比刚性部分202符合股骨212的前部分和后部分的更大区域，因为在这些区域中存在更多较少良好定义的和/或较大可变的区域。

可变的可变形部分204的可变形性和/或柔性可以基于股骨212的潜在表面的变化性的量在可变的可变形部分204的不同点处变化。例如，可变的可变形部分204上的每个点可以具有基于其被设计为附接的股骨212上的点的不同的可变形性特性。可变的可变形部分204的可变形性和/或柔性可以随着潜在解剖表面的变化性或不准确性增大而在任意给定点处增大。例如，股骨212的大的区域可以包括没有在医学图像中显示出的软组织。股骨212的相同区域或不同区域可以包括高度可变表面。可变的可变形部分204的被设计为附接到股骨212的该区域的部分可以因此是高度可变形的或柔性的，使得其能够符合骨骼的可变表面和/或软组织区域，如图2b中图示的。如下面更详细描述的，不同的材料厚度和/或图案可以用于改变可变的可变形部分204的柔性。

在一些实施例中，可变的可变形部分204可以基于对预期的潜在解剖表面的最好估计来设计。例如，可变的可变形表面204上的每个点可以基于潜在表面的医学图像数据、统计形状模型、记载的解剖平均值和/或一个或多个准确性映射来设计。具有可变准确性的估计的解剖模型可以被用作针对可变的可变形表面204的初始设计点。由于潜在解剖表面的估计的模型的不准确性和/或可变性，可变的可变形表面204可以被设计为具有不同的柔性，如以上所描述的，以符合该表面。

在一些实施例中，准确性映射可以被生成并且用于确定如在3-D虚拟模型中描绘的股骨212的不同区域的准确性。准确性映射提供模型结果在解剖表面的3-D模型的每个点处有多准确或确定的指示并且可以指示表面的每个点的置信度。在一些实施例中，标准差(σ)可以用于对准确性进行建模，并且准确性映射可以指示在每个点处的标准差。存在可以出现在对3-D模型的生成中的若干误差源，并且因此存在若干不同的准确性映射。误差源的一个示例是输入数据中的误差，该输入数据诸如是可能由于获得和测量该数据的性质(例如，对成像设备的准确性的限制、对成像设备的能力的限制等)而具有有限的准确性的图像数据。误差源的另一示例是由在将与解剖对象有关的诸如SSM的仿真模型与图像数据进行拟合中的误差(例如SSM与X光机的未对齐、SSM本身的不完整性等)而引起的不准确性。误差源的又一示例是由图像中的数据的缺少(例如，2-D输入图像可能没有提供准确地描绘物理对象的每个部件的足够的数据)而引起的不准确性。误差源的第四示例是SSM本身的不完整性，诸如由于SSM被浓缩的丢失部分。单独的准确性映射可以被组合成一个总的准确性映射。组合的或单独的准确性映射含有在诸如骨骼的解剖表面的3-D模型的每个点处的准确性或确定性水平。

准确性映射可以用于确定股骨212的潜在解剖表面的变化性的范围。例如，可以将在针对股骨212的3-D模型的准确性映射上的高度不准确的点与其中精确的表面形状是未知的股骨212的表面上的高度可变点相关。针对股骨212的表面确定的变化性的范围可以用于创建针对可变的可变形部分204的变化性映射。变化性映射可以包括针对可变的可变形部分204的每个点的可变形性度量。针对变化性映射上的给定点的可变形性度量对应于股骨212的表面上的对应点的变化性。变化性映射可以之后被应用到可变的可变形部分204，使得可变形部分204的每个点被设计为可与变化性映射上的对应点的可变形性度量成比例变形。基于对变化性映射的应用，被设计为附接到股骨212的表面的不准确建模的和/或可变区域的可变的可变形部分204的点可以是高度可变形的，使得可变的可变形部分204将符合该表面，无论该表面的变化性如何。

在一些实施例中，准确性映射和对应的变化性映射可以用于设计刚性部分202。例如，自适应表面外科手术引导装置200的刚性部分202可以被设计为附接到在3-D模型中具有高度准确的表示的股骨212的区域，如由在对应的准确性映射中的高置信度水平所指示的。刚性部分202可以之后被附接到股骨212的由于针对这些区域的3-D模型的准确性质而具有高准确性的这些区域。

刚性部分202和可变的可变形部分204可以包括基于其柔性、无菌性、生物相容性和/或其它因素选择的各种材料。例如，材料可以包括具有柔性特性的硬塑料，诸如聚酰胺。作为另一示例，材料可以包括橡胶状材料，诸如热塑性聚氨酯。在一些实施例中，可以使用相同的材料来制造刚性部分202和可变的可变形部分204。刚性部分202可以通过增大刚性部分202的厚度直到部分202不能够容易移动而被制造具有刚性特性。例如，刚性部分202的厚度可以被设计为使得部分202在接触到股骨212的表面时或刚性部分202与股骨212的表面相接触时不容易弯曲。刚性部分202的厚度还可以被设计为是足够稳定的使得医师可以在不移动刚性部分202的情况下操作通过刚性部分202的部分，诸如将钻孔机或其它外科手术器械引导通过刚性部分202中的孔口。

如以上所指出的，可变的可变形部分204的可变形性和/或柔性可以基于股骨212的潜在表面的预期变化性的量在可变的可变形部分204的不同点处变化。可以通过用于制造可变的可变形部分204的材料的厚度和/或图案来实现不同的可变形性和/或柔性。例如，可变的可变形部分204可以被制造为比刚性部分202更薄使得可变形部分204能够相对轻松地变形和弯曲。可变的可变形部分204可以在与股骨212的潜在表面相接触时变形使得可变形部分204符合该表面。在一些实施例中，可变的可变形部分204的图案还可以被设计为使得可变形部分204具有特定的柔性特性。例如，图2b中图示的可变的可变形部分204包括多个孔，通过该多个孔股骨212的潜在解剖表面被暴露。在一些实施例中，可变的可变形部分204可以被制造为包括被填充有空间填充物质(例如，气态气泡、液态气泡等)的一个或多个体积的结构、水晶格状结构、一个或多个弹簧等。孔、物质填充体积、水晶格、弹簧等的图案还允许附加于由用于制造可变的可变形部分204的材料的厚度提供的柔性之外的另外的柔性。孔还可以允许医师观察股骨212的潜在解剖表面。孔可以是任何形状、大小等以便实现期望的柔性或设计。

沿着可变的可变形部分204的不同区域的材料的厚度和图案可以被设计为使得可以在不同的区域中实现不同的柔性。例如，被设计为附接到股骨212的较少良好定义的(例如，不准确地建模的)和/或高度可变区域的可变的可变形部分204的区域可以包括一定厚度和图案，以提供与被设计为附接到股骨212的较多良好定义的和较少可变的区域的可变的可变形部分204的区域相比更高的柔性。

在一些实施例中，不同的材料可以用于刚性部分202和可变的可变形部分204。例如，硬塑料可以用于制造刚性部分202，并且橡胶或软塑料可以用于制造可变的可变形部分204。对本领域技术人员将显而易见的是，本公开的内容同样适用于可以用于设计和制造刚性部分202和可变的可变形部分204的其它材料。

转到图2a，刚性部分202可以被配置为与可变的可变形部分204的至少部分重叠。例如，可变的可变形部分204可以符合与刚性部分202能够附接在其上的区域相比更大的股骨212的前部分和底部分的区域，因为在这些区域中存在更多较少良好定义的和/或较大可变的区域。在一些实施例中,刚性部分202仅仅附接到股骨212的良好定义的区域，而可变的可变形部分204附接到良好定义的区域和没有良好定义的区域两者。

根据各种实施例，可变的可变形部分204可以耦合到刚性部分202。在一些实施例中，可变的可变形部分204和刚性部分202可以直接彼此耦合。在其它实施例中，可变的可变形部分204和刚性部分202可以使用至少一个可变形联接来耦合。例如，可变形联接可以包括弹簧、柔性夹子、柔性铰链、柔性夹钳或允许在一个或多个方向上的移动或适应性的任何其它柔性联接。

图2c图示了包括两个可变形联接206的自适应表面外科手术引导装置200的另一示例的前透视图。可变形联接206被设计为以朝向并远离刚性部分202的上下方向并且任选地以左右方向变形，使得自适应表面外科手术引导装置200在具有可变形联接的区域中的适配能够适于股骨212的可变潜在表面。图2d图示包括两个可变形联接206的可变的可变形部分204的前视图。图2c和图2d中图示的可变形联接206包括弹簧。本领域技术人员将理解可变形联接可以包括允许在一个或多个方向上的移动或适应性的任何柔性联接。

作为另一示例，可变的可变形部分204和刚性部分202可以使用至少一个刚性联接来耦合。在一些实施例中，刚性联接可以包括夹子、铰链、夹钳或任何其它刚性设备。在一些实施例中，刚性联接可以由基于例如其厚度不可容易移动的材料制成。在一些实施例中，可变的可变形部分204、刚性部分202和一个或多个可变形联接可以被制造为分离的结构。在一些实施例中，可变的可变形部分204、刚性部分202和一个或多个可变形联接可以例如使用下面描述的增材制造技术被制造为具有不同厚度和图案的单个结构。例如，整个自适应表面外科手术引导装置200可以使用增材制造被制造为具有不同厚度和图案的单个结构使得不需要制造单独的部分。

在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置200可以被设计为包括附加于刚性部分202之外的一个或多个刚性部分。附加的刚性部分可以包括一个或多个孔口。例如，自适应表面外科手术引导装置200可以包括在刚性部分202和/或可变的可变形部分204中的一个或多个孔口。孔口可以包括用于允许医师操作外科手术工具通过孔口的钻孔、切槽(cutslot)等。在一些实施例中，两个孔口可以被放置在可变的可变形部分204的两个不同的区域中，并且那些孔口可以对应于要进行外科手术的股骨212的两个区域。孔口可以是足够刚性的使得医师能够在没有孔口和/或周围区域的任何移动的情况下通过孔口在股骨212中准确地钻孔。下面将参考图4a和图4b来讨论孔口的具体示例。

图3a-图3d图示了包括可变的可变形部分304和刚性部分302的自适应表面外科手术引导装置300的另一示例。可变的可变形部分304包括与图2a-图2d中图示的外科手术引导装置200的可变的可变形部分204的图案不同的图案。因此，可变的可变形部分304可以比可变的可变形部分204更柔性。图3c和图3d附加地图示了包括两个可变形联接306的可变的可变形部分304的另一示例，该两个可变形联接306包括允许在上下方向上移动的弹簧。

图4a图示了自适应表面外科手术引导装置400的另一示例的底视图。图4a的底视图对应于图1c中图示的股骨100的底视图A。自适应表面外科手术引导装置400包括自适应表面，该自适应表面包括刚性部分402、可变的可变形部分404和夹钳408。刚性部分402和可变的可变形部分404可以类似于以上参考图2a-图2d描述的刚性部分202和可变的可变形部分204。刚性部分402可以被设计为附接到解剖表面(例如，骨骼)的良好定义的区域以提供牢固且稳定的附接。例如，刚性部分402可以被附接到诸如图1c中的股骨100的股骨的前区域。刚性部分402可以经由可变的可变形部分404被附接到股骨。例如，可变的可变形部分404可以被附接到股骨，并且刚性部分402可以被附接到可变的可变形部分404。刚性部分402可以被设计使得在对象接触到部分402时或在刚性部分402与股骨的表面相接触时不容易弯曲。例如，刚性部分402可以是足够稳定的使得医师能够在没有刚性部分402的移动的情况下操作外科手术工具(例如，钻孔机)通过刚性部分402的部分。在一些实施例中，刚性部分402可以固定地被附接到股骨。在其它实施例中，刚性部分402可以通过倚靠在股骨上被附接到股骨。在这些实施例中，如下面进一步描述的，夹钳408可以用于将自适应表面外科手术引导装置400固定到股骨。如以上描述的，刚性部分402被设计为附接在其上的股骨的良好定义的区域可以在医学图像中是清楚的，并且可以使用以上描述的用于设计自适应表面外科手术引导装置400的术前和统计方法来准确地建模。

可变的可变形部分404可以被设计为符合在股骨的3-D模型中较少良好定义的并且因此较不准确地描绘的股骨的表面。可变的可变形部分404可以被设计为使得其可以在包括X方向、Y方向和Z方向或其任何组合的三维中被变形。如以上描述的，较少良好定义的区域可能由于(例如，由于软组织的)对应医学图像中的细节的缺少、3-D模型中的不准确性等而在3-D模型中较不准确地被描绘。可变的可变形部分404的柔性设计允许可变形部分404附接到潜在可变解剖表面以创建牢固且稳定的适配并校正针对外科手术引导装置400的正确取向。例如，刚性部分402可以附接到更准确地被建模的股骨的区域以便获得自适应表面外科手术引导装置400的大多数适合定位，并且可变的可变形部分404可以附接到股骨的较大可变的、较少定义的区域以实现增大的牢固性和稳定性。在一些实施例中，可变的可变形部分404可以符合股骨的前区域，以及符合包括(如图1中图示的)内侧髁108和外侧髁110的股骨的底区域。可变的可变形部分404可以被设计为符合股骨的前部分和底部分的大的区域，因此在这些区域中存在更多较少良好定义的和/或较大可变的区域。

可变的可变形部分404的可变形性和/或柔性可以基于股骨的潜在表面的变化性在可变的可变形部分404的不同点处变化，如以上描述的。被设计为附接到包括软组织和/或高度可变表面的股骨的区域的可变的可变形部分404的部分可以是高度可变形的或柔性的，使得其能够符合骨骼的可变表面和/或软组织区域。可变的可变形部分404增加与股骨的潜在表面的表面接触，并且因此能够用于在没有创建支点的风险的情况下增大自适应表面外科手术引导装置400的稳定性。在一些实施例中，不同的材料厚度和/或图案可以用于改变可变的可变形部分404的柔性，如以上描述的。

可变的可变形部分404可以基于对预期潜在解剖表面的最好估计而被设计。例如，在可变的可变形表面404上的每个点可以基于潜在表面的医学图像数据、统计形状模型、记载的解剖平均值和/或一个或多个准确性映射而被设计。可变准确性的估计的解剖模型可以被用作针对可变的可变形表面404的初始设计点。由于潜在解剖表面的估计的模型的不准确性和/或变化性，可变的可变形表面404可以被设计为具有不同的柔性以符合解剖表面。对估计的解剖表面和准确性映射的使用在以上参考图2a-图2d更详细地被描述，并且同样适用于刚性部分402和可变的可变形部分404的设计。

自适应表面外科手术引导装置400还包括夹钳408。夹钳408包括可变形铰链412的组。可变形铰链412可以被设计为使得夹钳408可以仅仅在一个维度中或在包括向内方向的一个方向上被变形。向内方向可以是X方向和Y方向的组合。例如，夹钳408可以被配置为附接到内侧髁108和外侧髁110(如图1中图示)。可变形铰链412可以仅仅被配置为在朝向对应髁和远离对应髁的向内的一维方向上被变形。夹钳408到髁的牢固附接确保自适应表面外科手术引导装置400在外科手术期间保持在稳定且牢固的位置中。可变形铰链412可以被设计为是柔性的而非刚性的，因为髁包括在股骨的模型中不容易估计的软组织。因此，可变形铰链412允许夹钳408甚至在缺少髁的良好定义的模型的情况下附接到髁。可变形铰链412可以基于股骨的模型的准确性被设计为比可变的可变形部分404更不柔性，但是比刚性部分402更柔性。附加地，一个或多个准确性映射可以用于使用以上描述的技术来设计可变形铰链412的柔性。

自适应表面外科手术引导装置400还包括孔口410和414。孔口410和414可以与对应于针对外科手术需要被访问的位置的潜在股骨表面的区域对齐，该位置诸如其中要被钻孔的孔的位置。例如，孔口410可以用于引导外科手术设备(诸如钻孔机)以创建位于股骨100的前部分上的孔104和106(如图1中图示)。孔口410和414可以附加地被设计为引导其它外科手术设备，诸如：钻孔机、芒刺锯、竖锯、横钻孔机、或任何其它切割、铣削或钻孔器械。孔口410和414被定位使得通过孔口410和414中的一个或多个的外科手术设备能够到达期望位置处的骨骼。孔口410和414可以被定位在相对于股骨的任何方向或角度中，只要它们提供外科手术设备到达期望位置处的骨骼的通道(access)。在一些实施例中，孔口410和414可以从自适应表面外科手术引导装置400的表面突出，如图4a和图4b中图示的。在其它实施例中，孔口410和414可以与自适应表面外科手术引导装置400的表面平齐。

在一些实施例中，孔口410和414可以包括防止外科手术设备推进到骨骼中的规划的或确定的深度以外的安全止动器(safetystop)。尽管本文中的描述可以参考股骨上的特定位置来描述孔口410和414，但是对于本领域技术人员将显而易见的是，本公开的内容同样适用于与不同类型的骨骼上的患者特异性位置有关的孔口位置，该孔口位置如以上描述的使用术前规划和流程来确定。

图4b图示了图4a的自适应表面外科手术引导装置400的后视图。图4b的后视图对应于图1b中图示的股骨100的后视图。如图4b中图示的，可变的可变形部分404可以使用可变形联接406耦合到夹钳408。可变形联接406可以被设计为在一维或二维中是柔性的。例如，可变形联接406可以在X维和Y维中是柔性的。在一些实施例中，可变形联接406可以包括弹簧、柔性夹子、柔性铰链、柔性夹钳或允许在一维或多维中的移动或适应性的任何其它柔性联接。本领域技术人员将理解可变形联接可以包括允许在一维或多维中的移动或适应性的任何柔性联接。在图4b中图示的实施例中，可变形联接406被设计为在朝向和远离夹钳408的上下方向(Y维)上并且在左右方向(X维)上变形，使得自适应表面外科手术引导装置400能够自适应地适配股骨的可变潜在表面。一个或多个准确性映射可以用于使用以上描述的技术来设计可变形联接406的柔性。

夹钳408的刚性部分402、可变的可变形部分404和可变形铰链412被设计为提供具有在不同维中的不同柔性的自适应表面。自适应表面基于对潜在解剖结构的估计的准确性以便创建针对自适应表面外科手术引导装置400的牢固且稳定的适配。

图5a图示了自适应表面外科手术引导装置500的另一实施例的视图。在图5a中图示的实施例中，自适应表面外科手术引导装置500被设计为牢固地并且稳定地附接到股骨512。自适应表面外科手术引导装置500包括第一刚性部分502，该第一刚性部分包括集成的孔口510。第一刚性部分502被附接到刚性联接506。在该实施例中，不同于之前描述的可变形联接，刚性联接506被设计为是刚性的并且限制在所有维中的移动。然而，在其它实施例中，刚性联接506能够代替地由可变形联接来替换。刚性联接506还被附接到第一可变的可变形部分504并且用于将第一可变的可变形部分504与第一刚性部分502以刚性方式联接。

在一些实施例中，刚性联接506可以是可从刚性部分502移除的。例如，在与髁内槽口(notch)520的适配在操作期间被发现为不是最优的情况下，刚性联接可以通过例如将刚性联接506的杆(shaft)从刚性部分502中的互补孔口(未示出)滑出而从刚性部分502拆下。在其它实施例中，刚性联接与刚性部分502集成。

之前，髁内槽口(例如，髁内槽口520)可以是难以用于提高外科手术向导的稳定性的解剖表面，因为髁内槽口表面常常由软组织覆盖并且在髁内槽口附近的软骨和骨骼之间的过渡难以使用已知的技术来成像和建模。因此，难以设计足够准确的患者特异性表面以创建外科手术向导的部分和髁内槽口表面之间的牢固且稳定的附接。因此，之前的外科手术向导可能缺少限制所有自由并创建向导的牢固且稳定的适配位置的能力。具体地，在其中骨骼(例如，股骨)不具有将外科手术向导牢固地附接到的任何骨骼突出(例如，骨赘)的情况下，弯曲可能是问题，因为许多骨骼部分(例如，股骨的髁)的圆形或球形形状可以允许外科手术向导的旋转自由。沿着旋转的方向的反向力可以帮助防止外科手术向导的旋转。外科手术向导的被设计为适配在髁内槽口内的可变的可变形部分可以提供这样的反向力。

第一可变的可变形部分504被设计为适配在外侧髁510和内侧髁508之间的髁内槽口520内。在该实施例中，第一可变的可变形部分504包括三个可变的可变形构件504a-504c，其被设计为与髁内槽口520接合或附接到髁内槽口520。可变的可变形构件504a-504c可以通过例如改变其厚度来将其柔性从其基部到其末端变化。在其它实施例中，可以存在构成第一可变的可变形部分504的更多或更少的可变形构件。附加地，在该实施例中，第一可变的可变形部分504包括可变的可变形构件504a-504c，其是患者特异性的，即被设计为与特定患者的髁内槽口520更准确地接合。在其它实施例中，可变形构件可以不是患者特异性的。在这种情况下，可变形构件可以被制作为更柔性或更可变形以便容纳在特定髁内槽口中的更大变化性。

第一可变的可变形部分504的柔性表面允许自适应表面外科手术引导装置500通过将第一可变的可变形部分504压缩为其被放置在髁内槽口520内来在外科手术进行中符合实际解剖结构。随着第一可变的可变形部分504在放置期间被压缩，自适应表面外科手术引导装置500在由可允许的变形限定的范围内与期望的位置对齐。因此，第一可变的可变形部分504的变形在其进入髁内槽口520时通过限制沿着变形的方向的自由度来提供附加的稳定性。

图5b图示了自适应表面外科手术引导装置500的另一半透明视图。再次，刚性联接506被示出为连接在第一刚性部分502和第一可变的可变形部分504之间。第一可变的可变形部分504被示出为附接到髁内槽口520(未示出)。孔口510和514被图示为与第一刚性部分502集成。第二刚性部分516a和516b被附接到第一刚性部分502。第二刚性部分516a和516b还被附接到第二可变的可变形部分518a和518b。第二可变的可变形部分518a和518b附接到股骨512以向自适应表面外科手术引导装置500提供另外的牢固性和稳定性。在其它实施例中，第二可变的可变形部分518a和518b可以代替地为刚性部分。例如，在股骨512的模型在股骨512与元件518a和518b之间的接口区域中非常准确的情况下，可以使用刚性部分。附加地，元件518a和518b，无论是刚性的还是可变形的，可以是患者特异性的。

还附接到第一刚性部分502的是可变形构件522，其在该实施例中是弹簧。可变形构件522(即，弹簧)被附接到第三可变的可变形部分524。可变形构件522允许第三可变部分524在将自适应表面外科手术引导装置500附接到股骨512的同时相对于股骨512移动。可变形构件522可以是具有均匀可变形性的(例如，弹簧刚度)或可以具有基于在每个可变形构件的潜在位置处的3-D模型的置信度的变化的可变形性。附加地，可变形构件522可以具有基于每个单独可变形构件的变形或压缩的量的可变的可变形性(例如，弹簧刚度)。例如，特定可变形构件可以是在首次接触时是非常屈从的(例如，低弹簧刚度)，但是其阻力可以(例如，高弹簧刚度)随着变形或压缩的水平增大而增大。第三可变的可变形部分524附接到股骨512以向自适应表面外科手术引导装置500提供另外的牢固性和稳定性。如之前所述，第三可变的可变形部分524可以任选地为刚性的和/或患者特异性的。

图6a图示了自适应表面外科手术引导装置600的另一实施例的视图。在图6a中图示的实施例中，自适应表面外科手术引导装置600被设计为牢固地且稳定地附接到股骨(未示出)。本领域技术人员将认识到类似的设计可以用于附接到不同类型的骨骼。

自适应表面外科手术引导装置600包括第一刚性部分602(即，主体)和附接到其的孔口610和614，其可以用于例如引导外科手术设备(例如，钻孔机)。第二刚性部分616a和616b还被附接到第一刚性部分602。这里，第二刚性部分616a和616b采取从第一刚性部分602延伸的刚性臂的形式。然而，在其它实施例中，第二刚性部分616a和616b被形成为不同的形状。第二刚性部分616a和616b还被附接到第二可变的可变形部分618a和618b。在一些实施例中，第二刚性部分616a和616b包括连接在第二刚性部分616a和616b与第二可变的可变形部分618a和618b之间的加劲法兰(stiffeningflange，未示出)。在这样的实施例中，加劲法兰对第二刚性部分616a和616b与相应的第二可变的可变形部分618a和618b之间的连接加劲(即，使其可变形)。本领域技术人员将认识到，还可以使用加劲法兰来对自适应表面外科手术引导装置的其它方面之间的连接加劲。

第二可变的可变形部分618a和618b附接到骨骼以提供自适应表面外科手术引导装置600的另外的牢固性和稳定性。在一些实施例中,可变的可变形部分618a和618b可以被设计为附接到股骨的前部分(包括股骨的骨干)并且因此可以被称为前支持元件。在其它实施例中，第二可变的可变形部分618a和618b可以代替地为刚性部分。例如，在潜在骨骼(例如，股骨)的模型在骨骼与元件618a和618b之间的接口区域中非常准确的情况下，可以替代地使用刚性部分。附加地，元件618a和618b，无论是刚性的还是可变形的，可以是患者特异性的，即被成形为符合患者的特异性解剖特征。

第二刚性部分616a和616b通过可变形联接606连接。可变形联接606可以包括弹簧、柔性夹子、柔性铰链、柔性夹钳或允许在一个或多个方向上的移动或适应性的任何其它柔性联接。在该实施例中，可变形联接是允许第二可变的可变形部分618a和618b在自适应表面外科手术引导装置600被附接到骨骼表面的同时相对于彼此移动的柔性带扣(buckle)。然而，可变形联接606约束第二可变的可变形部分618a和618b的整体移动，使得例如可变的可变形部分不被变形得太明显，其可能导致自适应表面外科手术引导装置600的未对齐。

如FIG.6b中示出的，还附接到第一刚性部分602的是可变形构件622，其在该实施例中是弹簧。可变形构件622被附接到第三可变的可变形部分624a-624d。在该实施例中，第三可变的可变形部分624a-624d还可以被称为远端支持元件。可变形构件622允许第三可变部分624a-624d在将自适应表面外科手术引导装置600附接到骨骼的同时相对于骨骼(例如，股骨)移动。如之前所述，可变形构件622可以是具有均匀可变形性的(例如，弹簧刚度或压缩率)或可以具有基于在每个可变形构件的潜在位置处的3-D模型的置信度的变化的可变形性。附加地，可变形构件622可以具有基于每个单独可变形构件的变形或压缩的量的可变的可变形性。例如，特定可变形构件可以是在首次接触时是非常屈从的(例如，低弹簧刚度)，但是其阻力可以(例如，高弹簧刚度)随着变形或压缩的水平增大而增大。

可变形构件622被附接到第三可变的可变形部分624a-624d，其被设计为附接到骨骼(例如，股骨)以提供到自适应表面外科手术引导装置600的另外的牢固性和稳定性。如之前所述，第三可变的可变形部分624a-624d可以任选地为刚性的和/或患者特异性的。第三可变的可变形部分624a-624d可以间隔开(如示出的)以便说明潜在骨骼(诸如软组织或其它骨块)上的患者特异性解剖特征。可以基于其想要附接的潜在骨骼的3-D或其它模型在手术前来设计第三可变的可变形部分624a-624d的特定间隔和布置。在其它实施例中，第三可变的可变形部分624a-624d可以代替地在数量上是更少的，或甚至是单个表面。在该实施例中，第一刚性部分602的宽基部允许可变的可变形构件和其附接的可变的可变形部分的许多布置。

图7a图示了自适应表面外科手术引导装置700的另一实施例的视图。在图7a中图示的实施例中，自适应表面外科手术引导装置700被设计为牢固地且稳定地附接到胫骨(未示出)。本领域技术人员将认识到类似的设计可以用于附接到不同类型的骨骼。

自适应表面外科手术引导装置700包括第一刚性部分702(即，主体)和附接到其的孔口710，该孔口可以用于例如引导外科手术设备(例如，钻孔机)。第二刚性部分716a和716b还附接到第一刚性部分702。这里，第二刚性部分716a和716b与刚性部分702集成。然而，在其它实施例中，第二刚性部分716a和716b可以被形成为不同的形状(例如，如以上描述的臂)。第二刚性部分716a和716b还附接到第一可变的可变形部分708a和708b。

第一可变的可变形部分708a和708b包括可变形铰链712。第一可变的可变形部分708a和708b以及可变形铰链712附接到骨骼以提供到自适应表面外科手术引导装置700的另外的牢固性和稳定性。在一些实施例中,可变形铰链比其相应的第一可变的可变形部分更细。在这样的实施例中，可变形铰链的目的不够多以提供到自适应表面外科手术引导装置700的稳定性，但是足够多以向附接向导的用户(诸如医生)提供视觉反馈。

在一些实施例中，第一可变的可变形部分708a和708b可以被设计为附接到胫骨的近端部分(包括胫骨坪)并且因此可以被称为近端支持元件。在这样的实施例中，第一可变的可变形部分708a和708b可以具有不同的形状，其反映其想要附接到的骨骼部分的不同的形状。备选地，第一可变的可变形部分708a和708b可以具有可以为可替换的标准形状(即，从第二刚性部分716a和716b附接或未附接的)。在这样的情况下，用户可以在外科手术操作进行中选择第一可变的可变形部分的合适形状。在其它实施例中，第一可变的可变形部分708a和708b可以代替地为刚性部分。例如，在潜在骨骼(例如，胫骨)的模型在骨骼与元件708a和708b之间的接口区域中非常准确的情况下，可以代替地使用刚性部分。附加地，元件708a和708b，无论是刚性的还是可变形的，可以是患者特异性的，即被成形为符合患者的特定解剖特征。

第二可变的可变形部分718还连接到自适应表面外科手术引导装置700的刚性部分702。在该实施例中，第二可变的可变形部分被设计为附接到胫骨的前部分并且因此可以被称为前支持元件。在其它实施例中，第二可变的可变形部分718可以代替地为刚性的。附加地，可变的可变形部分718，无论是刚性的或可变形的，可以是患者特异性的。

如图7b中示出的，还附接到第一刚性部分702的是第三刚性部分720。在该实施例中，第三刚性部分720被设计为附接到胫骨的前部分并且可以被称为前唇。在其它实施例中，第三刚性部分720可以代替地为可变形的。附加地，第三刚性部分720，无论是刚性的或可变形的，可以是患者特异性的。

以上描述的自适应表面外科手术引导装置的不同部分被设计并被制造以包含不同的可变形性和柔性以便创建针对许多骨骼类型和位置的自适应表面。在一些实施例中，一个或多个刚性部分被配置为与一个或多个可变的可变形部分的至少部分重叠。例如，可变的可变形部分可以符合比刚性部分能够附接在其上的解剖表面的更大的区域，因为在这些区域中存在较少良好定义的和/或可变的并且不能够用于将刚性部分设计为附接到其的更多区域。

以上描述的刚性部分和可变的可变形部分的组合提供自适应表面外科手术引导装置到潜在解剖结构，甚至是在3-D模型中的高度可变和/或未良好定义的区域中的牢固且稳定的附接。因此，自适应表面外科手术引导装置可以甚至使用潜在解剖结构的非精确表示和模型并且尽管在存在高度可变的解剖表面的情况下来设计。

在以上描述的自适应表面外科手术引导装置的一些实施例中，一个或多个可变的可变形部分包括多个孔，通过该多个孔潜在解剖表面被暴露。在一些实施例中,多个孔被设计为增加可变的可变形部分的可变形性或柔性。

在一些实施例中，一个或多个刚性部分被配置为与可变的可变形部分的至少部分重叠。例如，可变的可变形部分可以符合比刚性部分能够附接在其上的解剖表面的更大的区域，因为在这些区域中存在较少良好定义的和/或可变的并且不能够用于将刚性部分设计为附接到其的更多区域。

在一些实施例中，可变的可变形部分使用至少一个可变形联接耦合到刚性部分。在一些实施例中，至少一个可变形联接包括一个或多个弹簧。在其它实施例中，可变形联接可以包括以上描述的一个或多个可变形联接中的任何可变形联接。

在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置设计还包括耦合到可变的可变形部分和刚性部分中的至少一个部分的夹子、铰链、夹钳和弹簧中的至少一个。例如，外科手术引导装置可以包括夹钳，诸如夹钳408。夹钳可以包括被设计为在特定方向上被变形的可变形铰链(诸如可变形铰链412)的组中的一个或多个。

在一些实施例中，潜在解剖表面包括股骨，诸如股骨212。在这些实施例中，刚性部分被配置为附接到股骨的前部分和股骨的一个或多个髁，并且可变的可变形部分被配置为符合股骨的前部分和一个或多个髁的形状。在其它实施例中，潜在解剖表面包括胫骨。在这些实施例中，刚性部分可以被配置为附接到胫骨的近端部分，诸如一个或多个胫骨坪以及胫骨的前部分。

一般地，诸如以上描述的那些的自适应表面外科手术引导装置的柔性或可变形部分被设计为附接到骨骼的其中骨骼的模型较不准确的区域。因此，自适应表面外科手术引导装置的柔性或可变形部分提供了一种在近似位置中获得向导的方式。另一方面，自适应表面外科手术引导装置的刚性部分被设计为附接到骨骼的其中骨骼的模型更准确的区域。因此，刚性部分为自适应表面外科手术引导装置的最终位置提供硬止动器(hardstop)，因为其已放置到位。

在一些实施例中,自适应表面外科手术引导装置可以仅仅包括具有不同柔性的可变形部分。例如，可以例如针对没有足够准确地被建模或被描绘以使用刚性部分进行附接的解剖表面来设计完全可变形或柔性的向导。

图8图示了制造自适应表面外科手术引导装置的方法800。方法800可以被实施为制造自适应表面外科手术引导装置，诸如例如自适应表面外科手术引导装置200、300、400、500、600和/或700。尽管下面可以参考自适应表面外科手术引导装置200和/或400的元件来描述方法800，但是本领域技术人员将认识到，其它部件可以用于实施本文中描述的框中的一个或多个。

在框802，该方法以对自适应表面外科手术引导装置进行设计以创建自适应表面外科手术引导装置设计开始。自适应表面外科手术引导装置设计包括一个或多个刚性部分，该一个或多个刚性部分被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域。例如，一个或多个刚性部分可以包括参考图2a-图2d描述的刚性部分202。作为另一示例，一个或多个刚性部分可以包括参考图4a和图4b描述的刚性部分402和/或孔口410和414。自适应表面外科手术引导装置设计还包括可变的可变形部分，该可变的可变形部分耦合到一个或多个刚性部分并且被配置为符合潜在解剖表面的第二区域的形状以提供自适应表面外科手术引导装置到潜在解剖表面的牢固且稳定的附接。例如，可变的可变形部分可以包括参考图2a-图2d描述的可变的可变形部分204。作为另一示例，可变的可变形部分可以包括参考图4a和图4b描述的可变的可变形部分404。

在一些实施例中，方法800还可以包括将可变的可变形部分设计为基于潜在解剖表面的变化性的量在可变的可变形部分的不同点处变化或弯曲不同的量的步骤。例如，可变的可变形部分的可变形性可以被设计为随着不同点被配置为附接的潜在解剖表面的变化性增大而在不同点之间增大。例如，解剖表面的大的区域可以包括没有在医学图像(诸如X光片或CT扫描)中显示出来的软组织。解剖表面的相同区域或不同区域可以包括高度可变表面。被设计为附接到解剖表面的该区域的可变的可变形部分204的点可以是高度可变形的或柔性的，使得这些点能够符合解剖表面的可变表面和/或软组织区域。如以上参考图2a和图2b更详细描述的，不同的材料厚度和/或图案可以用于改变可变的可变形部分的柔性。

在一些实施例中，方法800还可以包括确定潜在解剖表面的变化性的范围并基于所确定的变化性的范围来将变化性映射应用到可变的可变形部分的步骤。变化性映射可以规定可变的可变形部分的多个点的可变形性度量。例如，如以上描述的，变化性映射上的针对给定点的可变形性度量对应于解剖表面的表面上的对应点的变化性。变化性映射可以之后被应用到可变的可变形部分，使得可变的可变形部分的每个点被设计为可与变化性映射上的对应点的可变形性度量成比例变形。基于对变化性映射的应用，被设计为附接到潜在解剖表面的高度不准确建模的和/或较大可变的区域的可变的可变形部分的点可以是高度可变形的，使得可变的可变形部分将符合解剖表面，无论该表面的变化性如何。

在框804，方法800以基于自适应表面外科手术引导装置设计来制造自适应表面外科手术引导装置结束。如以上描述的，外科手术引导装置可以根据术前规划流程使用患者的解剖结构的患者特异性特征来设计和/或制造。自适应表面外科手术引导装置可以使用下面进一步详细描述的增材制造技术来制造。

在一些实施例中，外科手术引导装置200、300、400、500、600和/或700可以被制造为包括所有自适应表面引导装置部件的单个连续的结构(例如，单个模具)，自适应表面引导装置部件包括：刚性部分、可变的可变形部分、一个或多个可变形联接、一个或多个夹钳(如果存在的话)和/或一个或多个孔口(如果存在的话)。在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置200、300、400、500、600和/或700中的每个部件可以被制造为与用于创建自适应表面外科手术引导装置的其它部件一起集成的分离的结构。

在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置200、300、400、500、600和/或700可以部分地或完全地通过增材制造来制造。增材制造或快速原型化和制造(RP&M)可以被定义为用于使用例如对象的3-D计算机辅助设计(CAD)来制作对象的一组技术。当前，能够获得多种快速原型化技术，包括立体平板印刷(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积建模(FDM)、基于箔的技术等。

增材制造和RP&M技术的共同特征在于对象通常逐层地被构建。立体平板印刷例如利用一桶液态光敏树脂“树脂”一次一层地构建对象。在每层上，电磁射线追踪由要被形成的对象的二维剖面限定的液态树脂的表面上的特定图案。电磁射线可以被递送为受计算机控制的一个或多个激光射束。树脂到电磁射线的暴露改正或固化由电磁射线追踪的图案，并且使其粘附到下面的层。在树脂涂层已经被聚合之后，平台下降单个层厚度并且追踪后续层图案，将新追踪的层图案粘附到前面的层。完整的3-D对象可以通过重复该过程来形成。

选择性激光烧结(SLS)是另一增材制造技术。SLS使用高功率激光或另一聚焦热源来将塑料、金属或陶瓷粉末的小粒子烧结或焊接成表示要被形成的3-D对象的质量块(mass)。SLS可以被用于制造要求弹性或柔性材料的装置。SLS过程中使用的材料可以包括聚酰胺、聚丙烯和/或热塑性聚氨酯。不同的材料可以基于特定对象或生产方法而被选择用于在SLS过程中使用。例如，聚丙烯可以用于在对象的高体积生产中使用。

熔融沉积建模(FDM)提供又一增材制造方法。FDM和其它相关技术利用通常由于加热的从固态材料到液态的暂时转变。材料以受控制的方式通过挤压喷嘴来驱动，并且材料之后被沉积在规定的位置处。一个适当的FDM过程的细节被解释在美国专利号5,141,68中，将其整体公开内容通过引用并入。

基于箔的技术还可以用于支持增材制造。基于箔的技术涉及使用胶聚合或光聚合来将树脂涂层固定到彼此。期望的对象之后从这些涂层被切割，或对象从这些涂层被聚合。

通常，增材制造和RP&M技术从要形成的3-D对象的数字表示开始。一般地，数字表示被切片成一系列剖面层，其被叠加以整体地形成对象。与3-D对象的剖面层有关的信息被存储为剖面数据。RP&M系统出于在逐层的基础上构建对象的目的利用该剖面数据。由RP&M系统使用的剖面数据可以使用计算机系统来生成。计算机系统可以包括软件，诸如计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件以辅助该过程。本领域中已知的任何适当的增材制造技术可以用于将骨骼的医学图像信息转换成模型、模板或模具，其至少部分示出骨骼的至少部分的积极形式或消极形式。例如，3-D虚拟模型可以使用如以上描述的医学图像数据来生成，其可以用于使用增材制造技术来生成对象。

使用增材制造避免了对不同部分的装配的需要。增材制造还允许集成各种患者特异性部件(例如，刚性部分、可变的可变形部分、一个或多个夹钳、一个或多个可变形联接、孔口等)，这进一步提高自适应表面外科手术引导装置的准确性。外科手术引导装置的患者特异性部件可以基于患者的特定骨骼的患者特异性表面使用例如以上描述的术前流程来设计。自适应表面外科手术引导装置的患者特异性表面可以通过生成与骨骼的患者特异性部分互补的部分来制作。

以上描述的自适应表面外科手术引导装置(或其部分)可以使用不同的材料来制造。在一些实施例中，使用仅仅与人体化学相容的(例如，USP第VI类相容性)材料。在一些实施例中，自适应表面外科手术引导装置可以由允许其耐受高温灭菌的耐热材料来形成。在一些实施例中，如果SLS被用作RP&M技术，则自适应表面外科手术引导装置可以从诸如如由德国慕尼黑的EOS供应的PA2200的聚酰胺来制造，或也可以使用本领域技术人员已知的任何其它材料。

图9图示了用于设计和制造3-D设备和/或产品的系统900的一个示例。系统900可以被配置为支持本文中描述的技术。例如，系统900可以被配置为设计并生成自适应表面外科手术引导装置，诸如以上描述的那些中的一个或多个。在一些实施例中，系统900可以包括一个或多个计算机902a-902d。计算机902a-902d可以采取各种形式，诸如例如任何工作站、服务器或能够处理器信息的其它计算设备。计算机902a-902d可以通过计算机网络905连接。计算机网络905可以是互联网、局域网、广域网或某种其它类型的网络。计算机可以经由任何适当的通信技术或协议通过计算机网络905通信。计算机902a-902d可以通过发送和接收诸如软件、3-D对象的数字表示、用于操作增材制造设备的命令和/或指令等的信息来共享数据。

系统900还可以包括一个或多个增材制造设备906a和906b。这些增材制造设备可以采取3-D打印机或如本领域中已知的某种其它制造设备的形式。在图9中示出的示例中，增材制造设备906a连接到计算机902a。增材制造设备906a还经由连接计算机902a-902d的网络905连接到计算机902a-902c。增材制造设备906b还经由网络905连接到计算机902a-902d。本领域技术人员将容易认识到，诸如设备906a和906b的增材制造设备可以直接连接到计算机902、经由网络905连接到计算机902、和/或经由另一计算机902和网络905连接到计算机902。

尽管在图9中描述了特定计算机和网络配置，但是本领域技术人员还将认识到本文中描述的增材制造技术可以使用在无需计算机网络的情况下控制和/或辅助增材制造设备906的单个计算机配置来实施。

图10图示了图9中图示的计算机902a的更详细视图。计算机902a包括处理器1010。处理器1010与各种计算机部件数据通信。这些部件可以包括存储器1020、输入设备1030和输出设备1040。在某些实施例中，处理器还可以与网络接口卡1060通信。尽管分离地描述，但是应认识到参考计算机902a描述的功能框不必需是分离的结构元件。例如，处理器1010和网络接口卡1060可以被实现在单个芯片或板中。

处理器1010可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件或被设计为执行本文中描述的功能的其任何适当的组合。处理器还可以被实施为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或任何其它这样的配置。

处理器1010可以经由一根或多根总线耦合以从存储器1020读取信息或将信息写入到存储器1020。处理器可以附加地或在备选中含有诸如处理器寄存器的存储器。存储器1020可以包括处理器缓存，该处理器缓存包括其中不同的水平具有不同的容量和访问速度的多级分层缓存。存储器1020还可以包括随机存取存储器(RAM)、其它易失性存储设备或非易失性存储设备。存储设备能够包括硬盘驱动器、光盘(诸如光碟(CD)或数字化视频光盘(DVD))、闪速存储器、软盘、磁带和Zip驱动器。

处理器1010还可以耦合到分别从计算机902a的用户接收输入的输入设备1030和将输出提供给计算机902a的用户的输出设备1040。适当的输入设备包括但不限于键盘、滚动球、按钮、按键、开关、指点设备、鼠标、操纵杆、远程控制、红外检测器、语音识别系统、条形码阅读器、扫描器、视频摄像机(可能与视频处理软件耦合以例如检测手势或面部姿势)、运动检测器、麦克风(可能耦合到音频处理软件以例如检测语音命令)或能够将信息从用户发送到计算机的其它设备。输入设备还可以采取与显示器相关联的触摸屏的形式，在这种情况下用户通过触摸屏幕来对显示器上的提示作出响应。用户可以通过诸如键盘或触摸屏的输入设备来录入文本信息。适当的输出设备包括但不限于视频输出设备(包括显示器和打印机)、音频输出设备(包括扬声器、头戴式耳机、耳机和警报)、增材制造设备以及触觉输出设备。

处理器1010还可以耦合到网络接口卡1060。网络接口卡1060准备由处理器1010生成的数据以用于根据一个或多个数据传输协议经由网络传输。网络接口卡1060还可以被配置为经由网络对接收到的数据进行解码。在一些实施例中，网络接口卡1060可以包括发送器、接收器或两者。取决于具体实施例，发送器和接收器能够是单个集成的部件，或它们可以是两个分离的部件。网络接口卡1060可以被实现为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件或被设计为执行本文中描述的功能的其任何适当的组合。

使用结合图9和图10描述的设备，增材制造过程可以被采用于产生3-D产品或设备。图11图示了用于制造诸如以上结合图2-图7描述的那些的自适应表面外科手术引导装置的一般过程1100。

该过程在步骤1105开始，其中，使用诸如计算机902a的计算机来设计要被制造的设备的数字表示。在一些实施例中，设备的2-D表示可以用于创建设备的3-D模型。备选地，3-D数据可以被输入到计算机902a以帮助对3-D设备的数字表示进行设计。该过程继续到步骤1110，其中将信息从计算机902a发送到增材制造设备，诸如增材制造设备906。接下来，在步骤1115，增材制造设备906通过使用适当的材料来执行增材制造过程来制造3-D设备开始。适当的材料包括但不限于聚丙烯、热塑性聚氨酯、聚氨酯、丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、PC-ABS、聚酰胺、具有诸如玻璃粒子或金属粒子的添加剂的聚酰胺、甲基丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、诸如聚合物陶瓷复合材料的可吸收材料、以及其它类似的适当的材料。在一些实施例中，可以利用商业上可获得的材料。这些材料可以包括：来自DSMSomos的DSM系列的材料7100、8100、9100、9420、10100、11100、12110、14120和15100；来自Stratasys的ABSplus-P430、ABSi、ABS-ESD7、ABS-M30、ABS-M30i、PC-ABS、PC-ISO、PC、ULTEM9085、PPSF和PPSU材料；来自3-Systems的材料AccuraPlastic、DuraForm、CastForm、Laserform和VisiJet线；铝、钴铬合金和不锈钢材料；马氏体时效钢(marangingsteel)；镍合金；钛；PA材料的线，PrimeCast材料和PrimePart材料以及来自EOSGmbH的Alumide和CarbonMide。使用合适的材料，增材制造设备之后在步骤1120处完成过程，其中，3-D设备被生成。

使用诸如结合图11描述的过程1100的过程，自适应表面外科手术引导装置可以使用增材制造技术来制造。使用诸如过程1100的增材制造过程允许自适应表面外科手术引导装置被制造具有刚性部分和可变的可变形部分。各种具体增材制造技术可以用于产生自适应表面外科手术引导装置。如以上解释的，这些技术包括选择性激光烧结、立体平板印刷、熔融沉积建模或基于箔的技术。利用这些和其它增材制造技术，整个外科手术引导装置可以在不要求对各种不同的部分的分离的制造和装配的情况下来产生。

本文中公开的发明可以被实施为使用标准编程或工程技术来产生软件、固件、硬件或其任何组合的方法、装置或制品。如本文中使用的“制品”是指代码或逻辑，其被实施在硬件中、或非暂态计算机可读介质(诸如光学存储设备，和易失性或非易失性存储设备)中、或暂态计算机可读介质(诸如信号、载波等)中。这样的硬件可以包括但不限于现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、微处理器或其它类似的处理设备。

本领域技术人员将认识到，可以在不偏离如宽泛地描述的本发明的精神或范围的情况下进行许多变型和/或修改。以上描述的实施例因此应在所有方面中被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种外科手术引导装置，包括：

一个或多个刚性部分，被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域；以及

可变的可变形部分，耦合到所述一个或多个刚性部分，所述可变的可变形部分被配置为符合所述潜在解剖表面的第二区域的形状，以提供所述外科手术引导装置到所述潜在解剖表面的稳定附接。

2.根据权利要求1所述的外科手术引导装置，其中所述可变的可变形部分的可变形性基于所述潜在解剖表面的变化性的量在所述可变的可变形部分的不同点之间变化。

3.根据权利要求2所述的外科手术引导装置，其中所述可变的可变形部分的所述可变形性随着针对所述不同点被配置为附接的所述潜在解剖表面的所述变化性增大而在所述不同点之间增大。

4.根据权利要求1所述的外科手术引导装置，其中所述可变的可变形部分包括多个孔，所述潜在解剖表面通过所述多个孔被暴露。

5.根据权利要求1所述的外科手术引导装置，还包括耦合到以下各项中的至少一项的夹子、铰链、夹钳和弹簧中的至少一个：所述可变的可变形部分和所述刚性部分。

6.根据权利要求1所述的外科手术引导装置，其中所述刚性部分被配置为与所述可变的可变形部分的至少部分重叠。

7.根据权利要求6所述的外科手术引导装置，其中所述可变的可变形部分使用至少一个可变形联接耦合到所述刚性部分。

8.根据权利要求7所述的外科手术引导装置，其中所述至少一个可变形联接包括一个或多个弹簧。

9.根据权利要求1所述的外科手术引导装置，其中：

所述潜在解剖表面包括股骨；

所述刚性部分被配置为附接到所述股骨的前部部分和一个或多个髁；以及

所述可变的可变形部分被配置为符合所述股骨的所述前部部分和所述一个或多个髁的形状。

10.一种制造外科手术引导装置的方法，所述方法包括：

设计所述外科手术引导装置以创建外科手术引导装置设计，其中所述外科手术引导装置设计包括：

一个或多个刚性部分，被配置为附接到潜在解剖表面的第一区域；以及

可变的可变形部分，耦合到所述一个或多个刚性部分，所述可变的可变形部分被配置为符合所述潜在解剖表面的第二区域的形状，以提供所述外科手术引导装置到所述潜在解剖表面的稳定附接；以及

基于所述外科手术引导装置设计来制造所述外科手术引导装置。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括将所述可变的可变形部分的可变形性设计为基于所述潜在解剖表面的变化性的量在所述可变的可变形部分的不同点之间变化。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述可变的可变形部分的所述可变形性设计为随着针对所述不同点被配置为附接的所述潜在解剖表面的所述变化性增大而在所述不同点之间增大。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

确定所述潜在解剖表面的变化性的范围；以及

基于所确定的变化性的范围将变化性映射应用到所述可变的可变形部分，所述变化性映射规定针对所述可变的可变形部分的每个点的可变形性度量。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述可变的可变形部分包括多个孔，所述潜在解剖表面通过所述多个孔被暴露。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述外科手术引导装置设计还包括耦合到以下各项中的至少一项的夹子、铰链、夹钳和弹簧中的至少一个：所述可变的可变形部分和所述刚性部分。

16.根据权利要求10所述的方法，其中所述刚性部分被配置为与所述可变的可变形部分的至少部分重叠。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述可变的可变形部分使用至少一个可变形联接耦合到所述刚性部分。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个可变形联接包括一个或多个弹簧。

19.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述潜在解剖表面包括股骨；

所述刚性部分被配置为附接到所述股骨的前部部分和一个或多个髁；以及

所述可变的可变形部分被配置为符合所述股骨的所述前部部分和所述一个或多个髁的形状。

20.根据权利要求10所述的方法，还包括使用增材制造来制造所述外科手术引导装置。