CN105307585A - 用于定位股骨机械轴线的仪器和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于定位股骨机械轴线以及关于股骨头中心在空间中确定至少三个点的位置的仪器，该仪器包括基部构件；延伸臂夹具，延伸臂夹具平移地和枢转地连接至基部构件；延伸臂，延伸臂平移地和枢转地连接至延伸臂夹具；转动臂，转动臂枢转地连接至延伸臂的末端，转动臂包括在近端处的外侧定位器构件和在末端处的内侧定位器构件；支架，支架枢转地连接至转动臂；以及定位臂，定位臂可移除地连接至支架，定位臂包括中间定位器构件。

Description

用于定位股骨机械轴线的仪器和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年2月8日提交的题目为“INSTRUMENTFORLOCATINGTHEFEMORALMECHANICALAXIS”的美国临时专利申请第61/762,492号、于2013年11月14日提交的题目为“INSTRUMENTSANDMETHODSFORLOCATINGAFEMORALMECHANICALAXIS”的美国临时专利申请第61/904,083号、于2013年11月14日提交的题目为“TOTALKNEEARTHROPLASTYMETHODS,SYSTEMS,ANDINSTRUMENTS”的美国临时专利申请第61/904,086号以及于2013年11月14日提交的题目为“TOTALKNEEARTHROPLASTYMETHODS,SYSTEMS,ANDINSTRUMENTS”的美国临时专利申请第61/904,099号的权益，这些申请通过引用被全部包含在本文中。

技术领域

本发明涉及定位股骨的机械轴线，其通常地被限定为连接股骨头中心与膝关节中心的线。具体地，本发明用于在全膝关节成形术期间定位机械轴线。

背景技术

全膝关节成形术的成功结果依赖于精确的骨切割以及充分的韧带平衡。为了使膝盖植入物正确地行使功能，必须进行相对于股骨的机械轴线的精确的骨切割。此外，必须将外侧副韧带和/或内侧副韧带释放以使胫骨机械轴线与股骨机械轴线对齐。胫骨机械轴线的确定是相对容易的，因为其与胫骨解剖轴线是相同的。另一方面，股骨机械轴线更难确定，因为其从股骨头中心延伸至膝关节中心，但是在全膝外科手术期间股骨头是不可视的。通常，将股骨机械轴线定向成在该股骨解剖轴线内侧的大约6度处，但是这种定向会随患者的解剖不同而改变。

定位机械轴线的最广泛使用的方法是通过定位在股骨骨髓管中的杆。然后将机械轴线估计地定位在从该杆的轴线的内侧的大约6度处。尽管此方法容易执行，但是由于在股骨的解剖中的不同以及由于杆与该杆定位在其中的骨髓管之间的间隙，此方法并不是非常地精确。该方法还不能在从矢状面中观察时判定机械轴线的方向。此外，该方法还要求侵入骨髓管，这可潜在地导致更多的血液损失以及可能的并发症。定位机械轴线的另一个方法是通过使用计算机化导航设备来确定骨骼标志并且使该骨骼标志与股骨的运动相关以定位机械轴线。然而，此类设备是非常昂贵的，并且用于手术中是笨重的。因此，存在提供不需要使用计算机化导航设备来在冠状面和矢状面中精确定位股骨机械轴线的系统和方法的需求。

发明内容

本文所描述的发明涉及定位患者的股骨头的中心，该信息进而用于在冠状面和矢状面两者中定位股骨的机械轴线。即，本文所描述的仪器和方法对于在三维中定位股骨机械轴线是有用的。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于定位股骨机械轴线以及关于股骨头中心在空间中确定至少三个点的位置的仪器。该仪器包括基部构件；延伸臂夹具，延伸臂夹具平移地和枢转地连接至基部构件；延伸臂，延伸臂平移地和枢转地连接至延伸臂夹具；转动臂，转动臂枢转地连接至延伸臂的末端，转动臂包括在近端处的外侧定位器构件和在末端处的内侧定位器构件；支架，支架枢转地连接至转动臂；以及定位臂，定位臂可移除地连接至支架，定位臂包括中间定位器构件。

根据本发明的另一方面，提供了一种定位股骨机械轴线的方法。该方法包括如下步骤：确定由轨迹点从膝盖中心偏置预定距离所描绘的代表性球面，其中代表性球面的中心与股骨头的中心相一致；确定在代表性球面上的至少三个点；定位由代表性球面上的三个点限定的圆的中心；确定通过由代表性球面上的三个点限定的圆的中心并且垂直于圆的平面的线；定位股骨，使得连接股骨头的中心与轨迹点的线与通过由代表性球面上的三个点限定的圆的中心并且垂直于圆的平面的线相一致；以及将多个定位装置放置在股骨上以在冠状面和矢状面两者中确定股骨机械轴线的位置。这种定位装置以抵消从膝盖的中心的轨迹点的预定偏置的方式被定位在股骨上，使得连接股骨头的中心与轨迹点的线具有从股骨机械轴线的预定角度偏置。

附图说明

现参照附图对本发明做出更进一步地解释，其中贯穿所有附图的相同的标号指代相同的结构，并且其中：

图1是关于股骨的代表性球面的示意图；

图2是相对于股骨定位的本发明的机械轴线探测器的一个实施例的立体图；

图3是图2的机械轴线探测器的详细立体图；

图4是图2的机械轴线探测器的一部分的分解立体图；

图5是相对于股骨定位的图2的机械轴线探测器的侧视图；

图6是图2的机械轴线探测器的立体图，其中股骨通过销与外侧定位器狭槽接合；

图7是本发明的机械轴线探测器的底部放大立体图，其包括外侧定位器狭槽的视图；

图8是图2的机械轴线探测器的立体图，其中股骨通过销与内侧定位器狭槽接合；

图9是图2的机械轴线探测器的另一个立体图，其示出了多个定位器狭槽；

图10是图2的机械轴线探测器的立体图，其中股骨通过销与中间定位器狭槽接合；

图11是图2的机械轴线探测器的立体图，其中股骨通过销与最终定位器狭槽接合；

图12是图2的机械轴线探测器的一部分的放大底部立体图，其包括最终定位器狭槽；

图13是图2的机械轴线探测器的放大俯视立体图，其示出了支架的顶部；

图14是定位在股骨中的代表性位置中的导向销的立体图；

图15是相对于股骨定位的对齐导向件的立体图；

图16是当在冠状面中观察时股骨与对齐杆关于机械轴线共线地定位的俯视图；

图17是当在矢状面中观察时股骨与对齐杆关于机械轴线平行地定位的侧视图；

图18是本发明的机械轴线探测器的一个实施例的立体图；

图19是图18的机械轴线探测器的滑动构件的放大立体图；

图20是图18的机械轴线探测器的一部分的放大立体图；

图21是带有与外侧定位器构件接合的股骨的机械轴线探测器的立体图；

图22是图20的机械轴线探测器的一部分的放大立体图，示出了销与外侧定位器构件的对齐；

图23是图18的机械轴线探测器的仰视立体图；

图24是相对于股骨的一部分的图18的机械轴线探测器的俯视立体图；

图25是机械轴线探测器的一部分的立体图，其中该机械轴线探测器的支架的一部分以横截面示出；

图26是相对于股骨定位的解剖平面的立体图；

图27是膝盖中心定位器的立体图；以及

图28是相对于股骨的端部定位的图27的膝盖中心定位器的立体图。

具体实施方式

现参照附图，其中部件贯穿多个附图以相同的标号标注，并且首先参照图1，示出了股骨50和球面52的一部分的示意图。将球面52和股骨50定位以使股骨头54的中心与球面52的中心58相一致。此外，膝盖56的中心在球面52的表面上。因此，球面52具有与从股骨头54的中心到膝盖56的中心的距离相等的半径。

根据本发明，当尝试定位股骨的机械轴线时通常遇到的问题，可通过使用球面表面的点(如图1所示，例如第一点60、第二点62和第三点64)找到经过球面52的中心58的线来解决。定位这种线可使用本发明的装置和/或方法来实现。进一步地根据本发明，膝盖的物理运动被假定为绕股骨头的中心三维地旋转。因此，当膝盖56来回移动时膝盖56的中心将会在球面52的表面上形成轨迹，其中膝盖56的中心运动经过点60、62和64。

能够被示出的是，对于任意给定的球面，经过由在该球面上的至少三点限定的圆的中心并且垂直于该圆的平面的线将会经过球面的中心。如应用到本发明中的，图1的点60、62和64在球面52的表面上并且用于限定带有中心68的圆66。为了定位对于具体的股骨的机械轴线70，膝盖56的中心被移动至空间中的任意点，该任意点可被形成为对应于第一点60。然后该膝盖56的中心被移动至第二点62，以及最终被移动至第三点64。这些点60、62、64被用来限定圆66，并且点68被确定为此圆的中心。在所有的这些点被确定和/或定位之后，可确定轴线72，该轴线72垂直于包含圆66的平面并且经过圆66的中心68。通过移动膝盖56的中心使其与轴线72一致，股骨50的机械轴线70变成与轴线72共线，从而允许该机械轴线定位。本发明的装置和方法被用来相对于股骨确定点60、62、64和68，以及轴线72，并且用于定位股骨机械轴线，这在以下的段落中描述。

现参照图2，示出了本发明的机械轴线探测器1的一个实施例，该机械轴线探测器1通常地包括基部2、延伸臂3、转动臂4以及定位臂5。患者的代表性或示例性的股骨50也临近机械轴线探测器1示出。通过将基部2夹在手术台的侧面导轨上，或者通过使用其他连接结构或使用在机械轴线探测器与手术台之间提供紧固接合的结构，将基部2连接至手术台。

图3示出了图2的机械轴线探测器1的一部分的放大视图。如所示，基部2包括在柱7的顶部的延伸臂夹具6。通常，夹具6包括基座或结构，其包括向外展开的或成角度的开口，该向外展开的或成角度的开口被设计成当夹具6在解锁构造中时使其允许延伸臂3相对于柱7平移或旋转。然而，当夹具6位于锁定构造中时，如以下所述，延伸臂3无法相对于基部2平移或旋转。

继续参照图3实施例，延伸臂夹具6包括枢轴钉或枢轴构件8、滑动螺母9以及锁定螺栓10。锁定螺栓10为带有螺纹的，用于与滑动螺母9的相应的螺纹接合。滑动螺母9被定位用于在弯曲滑道11中或者沿着弯曲滑道11滑动。此外，延伸臂3包括纵向延伸狭槽12，并且枢轴钉8与狭槽12接合用于在部件之间平移和旋转。以这种方式，当夹具6在解锁构造中时，延伸臂3相对于夹具6是可平移的(通过狭槽12)并且同时绕枢轴钉8是可旋转的。应当进一步注意的是，锁定螺栓10与狭槽12接合，使得无论延伸臂3相对于夹具6如何定向，锁定螺栓10都能保持连接至延伸臂3。因此当在解锁构造中时，夹具6的部件可相对于彼此移动至它们的期望位置，并且然后锁定螺栓10能够被拧紧(例如通过转动锁定螺栓10)直到其将延伸臂3锁定至基部2为止。以这种方式，可将延伸臂3相对于基部2可平移地并且可转动地固定。在本发明的另一个实施例中，夹具6可包括用于沿柱7的高度被竖直地调整和锁定的部件，以适应股骨的前面距手术台不同的高度。在又一个实施例中，可使用除锁定螺栓之外的不同的锁定机构在部件的相对位置被调整之后将这些部件互相紧固。

延伸臂3还通过销(在附图中不可见)连接至转动臂4的枢转夹具13，其中销允许转动臂4相对于延伸臂3绕该销的轴线15旋转。锁定螺栓16通过枢转夹具13中的弯曲狭槽14被螺纹连接至延伸臂3内的相配合的螺纹孔中17。当在解锁构造中时，延伸臂3与转动臂4相对于彼此是可移动的，并且然后当锁定螺栓16被拧紧时，其将转动臂4锁定至延伸臂3。再次地，可以理解的是，可使用不同于锁定螺栓的机构用于将转动臂锁定至延伸臂。

支架18通过枢轴销19连接至转动臂4，因此当部件位于解锁构造中时允许支架18相对于转动臂4绕枢轴销19的轴线20旋转。拱形件24从支架18的一侧向上延伸，其中拱形件24包括弯曲狭槽23。锁定螺栓21或其他机构被螺纹连接至转动臂4的螺纹孔22中，并且可沿拱形件24的弯曲狭槽23滑动。当锁定螺栓21被拧紧时，其将支架18相对于转动臂4锁定就位。

另外参照图4，示出了机械轴线探测器1一部分的分解图，其中定位臂5从支架18分离。定位臂5包括两个分别接合支架18的孔27和狭槽28的定位钉25和26。锁定螺栓29或其他机构可用于将定位臂5紧固至支架18。

在使用本发明的机械轴线探测器的一个示例性方法中，首先进行切割以露出患者的膝关节。在膝关节露出之后，由外科医生在冠状面及矢状面中确定膝盖的中心，其中膝盖56的示例性中心在图5中示出。应当注意的是，在此处以及本文的其他段落中参考的矢状面指平行于解剖矢状面并且经过膝盖的中心的平面。参照图26，膝盖56的中心可限定为沿垂直于横向解剖平面161的线160的点，其中，当从该膝盖的末端观察时，该线穿过在滑车凹槽162的前面的最深部分与髁间凹口163的最深部分之间的中间点，并且临近股骨髁164的远侧表面大约20mm至50mm。

图27示出了用于定位膝盖56的中心的示例性装置或膝盖中心定位器165，然而应当理解的是，可额外地或替代性地使用其他装置或仪器以达到相同的目的。膝盖中心定位器165由前-后或AP导向杆166、近-远或PD导向杆167、前-后或AP导向套筒168和169、近-远或PD导向套筒170、连接杆171和172、前定位卡爪173、后定位卡爪174、定位桨板175以及销导向件176组成。前定位卡爪173和后定位卡爪174分别地可移动地连接至AP导向套筒168和169，以使不同尺寸的定位卡爪能够根据不同尺寸的膝盖使用。AP导向套筒168和169能够沿AP导向杆166滑动，同时PD导向套筒170能够沿PD导向杆167滑动。AP导向套筒168和169以及PD导向套筒170与连接杆171和172通过销连接。连接杆171和172具有大致相同的长度，以使PD导向杆167和前定位卡爪173之间的距离与PD导向杆167和后定位卡爪174之间的距离大致相等。因此，无论前定位卡爪173和后定位卡爪174之间的距离如何，PD导向杆167都位于前定位卡爪173和后定位卡爪174之间的中间。

在膝盖被切开之后，腿弯曲放置并且将膝盖中心定位器165如在图28中所示的定位。将前定位卡爪173放置在滑车凹槽162的最深的部分，大致地在滑车凹槽162的中间；并且将后定位卡爪174放置在髁间凹口163的最深的部分，大致地在髁间凹口163的中间。然后将前定位卡爪173和后定位卡爪174朝向彼此按压以将末端股骨固定在二者之间。然后将定位桨板175抵靠髁骨的远侧表面按压。膝盖的中心将会沿PD导向杆167的轴线在临近定位桨板175大约20mm至50mm之间定位。销导向件176垂直于PD导向杆167的轴线并且距离定位桨板175于20mm至50mm之间定位。然后将销沿销导向件176的轴线钻入末端股骨中以标记膝盖的中心的位置。

现参照图5，一旦膝盖56的中心被定位，则将包括销30和大致球形的珠状部31的销装置沿大致地垂直于股骨解剖轴线的矢状面插入末端股骨的前面并且通过膝盖56的中心。销30被插入使得球形珠状部31处于距膝盖56的中心预定的距离(由参考标号80表示)。珠状部31的位置和股骨头54的中心是两个用于限定轴线70’的点(另外本文指“近似机械轴线”)，该轴线70’从股骨头54的中心延伸至珠状部31的中心，其中限定该轴线70’的益处在下文中被描述。

本发明的方法和装置用于定位近似机械轴线70’，其中可将该轴线用在某些手术方法中而替代使用股骨的“真正”机械轴线70。这样做的理由是因为膝盖中心的位置在末端股骨骨骼的里面并且其无法通过典型的物理获取方式直接地获得。应当注意的是，尽管还可能将珠状部31通过销30放置在大致地与解剖轴线共线的膝盖远侧的冠状面中，但是这种放置在膝盖伸展时会干涉胫骨近端。此外，在整个定位机械轴线的过程期间使膝盖保持弯曲可能是不方便的。应当注意的是，本文中所描述的近似法在于冠状面中观察时并不在定位真正机械轴线中产生误差。在矢状面中，真正机械轴线70与近似机械轴线70’之间的角度可通过股骨的长度以及球形珠状部31与膝盖56的中心之间的距离来抵消。因为股骨长度随患者不同而不同，所以可假定一个平均长度。可估计的是例如对于330mm至470mm的股骨长度，误差可约为正负一度。

在销30和珠状部31相对于膝盖56的中心被定为在期望的位置中后，如图2和图5所示，机械轴线探测器1被构造成使得延伸臂3、转动臂4以及定位臂5与定位在股骨的侧面上的基部2对齐。一旦部件以这种方式定位，则锁定螺栓10、16和21被拧紧。然后膝盖被朝外侧地摇动以及被操纵，使得珠状部31被捕获在从转动臂4向下延伸的外侧定位器狭槽32内部，其中狭槽32在图7中被最佳的示出并且狭槽32与珠状部31之间的接合在图6中被最佳的示出。应当注意的是，当膝盖被移动至不同的位置时，股骨将会绕股骨头的中心枢转。为了将珠状部31捕获在外侧定位器狭槽32里面，可在操纵膝盖时将锁定螺栓10松开并且平移地和旋转地调整延伸臂3。当珠状部31被捕获在外侧定位器狭槽32中时，锁定螺栓10被拧紧以将延伸臂3锁定就位。外侧定位器狭槽32的位置标记出由图1中第一点60表示的位置。

再次参照图7，示出了机械轴线探测器1的一部分的放大视图，该视图包括定位器狭槽32的仰视立体图。定位器狭槽32包括凹入部32’和狭槽部32”，其中，凹入部32’能够捕获珠状部31，狭槽部32”能够为延伸超过珠状部31的销30的圆柱形部分提供空间。

转动臂4进一步包括内侧定位器狭槽33(例如，见图3和图8)，并且定位臂5进一步包括中间定位器狭槽34，其中狭槽的这些构造可与定位器狭槽32的构造功能性地和/或物理性地相似。定位器狭槽32、33和34的目的是在定位股骨机械轴线的过程中确定空间中某些点处的珠状部31的中心的位置。因此，当定位器狭槽32、33或34的位置在本发明的描述中被提及时，应当理解的是其指的是各自的定位器狭槽的凹入部的中心。

在通过将珠状部31捕获在外侧定位器狭槽32的凹入部的里面并且通过拧紧锁定螺栓10将延伸臂3锁定就位从而确定第一点60之后，可将珠状部31从外侧定位器狭槽32中移除。然后朝内侧地摇动和操纵膝盖以便将珠状部31捕获在转动臂4的挨着的内侧定位器狭槽33的里面，如在图8中所示。为了实现以上所述，可使锁定螺栓16变松以相对于延伸臂3旋转地调节转动臂4的位置。一旦珠状部31被捕获在内侧定位狭槽33的里面，锁定螺栓16就被拧紧。内侧定位器狭槽33的此位置标记出图1的第二点62的位置。能够看出的是，当旋转转动臂4以捕获珠状部31时，外侧定位器狭槽32的位置不发生改变，这是因为延伸臂3被锁定至基部2并且转动臂4沿轴线15枢转，其中轴线15通过定位器狭槽32。

如图9中所示，点68’可沿连接外侧定位器狭槽32与内侧定位器狭槽33的线确定。点68’在两个点之间的中间被定位并且对应于图1中的点68，其中点68被确定为圆66的中心。

在珠状部31被捕获在内侧定位器狭槽33的凹入部中以及转动臂4相对于延伸臂3被旋转地锁定之后，珠状部31可从内侧定位器狭槽33中移除。然后将膝盖朝向后部和朝外侧方向摇动以及操纵，使得珠状部31能够被捕获在定位臂5的中间定位器狭槽34的里面，如图10中所示。为了实现以上所述，可将锁定螺栓21松开以调节支架18的定向，其中定位臂5连接在支架18上。一旦珠状部31被捕获在中间定位器狭槽34中时，将锁定螺栓21拧紧。中间定位器狭槽34的此位置标记出图1中的第三点64的位置。能够看出的是，当旋转支架18时，外侧定位器狭槽32、内侧定位器狭槽33以及点68’的位置不会发生变化。当调节定位臂5以将珠状部31捕获在中间定位器狭槽34中时，其绕轴线20旋转，其中轴线20经过外侧定位器狭槽32、点68’以及内侧定位器狭槽33。从外侧定位器32到点68’的距离等于从内侧定位器33到点68’的距离，并且还等于从中间定位器狭槽34到点68’的距离。因此，外侧定位器狭槽32、内侧定位器狭槽33以及中间定位器狭槽34确定在圆上的点，其中该圆的中心在点68’处，并且从中间定位器狭槽34到点68’的线垂直于从外侧定位器狭槽32到内侧定位器狭槽33的线。此外，从中间定位器狭槽34到点68’的线垂直于图1的轴线72。

然后将定位臂5从支架18移除并且将珠状部31放置在支架18的最终定位器狭槽35的里面，如图11和图12中所示。最终定位器狭槽35具有肩部35’，如在图12中所示。当珠状部31被放置在狭槽35的里面时，该珠状部31邻接肩部35’，使得从点68’到珠状部31的线垂直于从中间定位器狭槽34到点68’的线。因此，当珠状部31被放置在最终定位器狭槽35的里面时，珠状部31与图1的轴线72对齐。

图13示出了包括相对于股骨50定位的支架18的俯视立体图。当珠状部31被定位在最终定位器狭槽35中时，销30的顶部圆柱形的部分被捕获在导向狭槽36中。这可以限制股骨定向，使得膝盖的中心与导向狭槽36的中间平面共面。然后股骨被保持在此位置中，同时将导向销37通过与导向狭槽36间隔的导向孔38钻入股骨50中。导向孔38与连接点68’与珠状部31的线是成角度的，以这种方式抵消了真正机械轴线70与近似机械轴线70’之间的角度。因此，当销37被钻入股骨50中时，它垂直于图1的轴线70。

然后将机械轴线探测器1从患者移除，同时留下在股骨50中的在各自的位置中被定位的导向销30和37，如图14所示。然后将杆对齐导向件39放置在销30和37之上，如图15中所示。具体地，杆对齐导向件39包括导向孔40和导向狭槽41，其中导向孔40在销37之上是可滑动的并且导向狭槽41在销30的珠状部31上方是可滑动的。最后，将对齐杆42放置在对齐导向件39的导向孔43中。当在冠状面中观察时对齐杆42将与机械轴线70共线，并且当在矢状面中观察时对齐杆42与机械轴线70平行，如图16和图17所示。当在矢状面中观察时导向销37将垂直于机械轴线70。当在冠状面中观察时连接珠状部31的中心与导向销37的轴线的线将与机械轴线共线。

现参照图18至图20，示出了本发明的机械轴线探测器101的一个实施例，该机械轴线探测器101大致地包括基部102、延伸臂103、转动臂104以及定位连接件105。基部102包括柱107和连接到分裂端107’的锁定夹具107”。延伸管106’从臂夹具106延伸，并且可相对于柱107竖直地以及旋转地滑动。当锁定夹具107”被锁定时，分裂端107’被压缩，将延伸臂夹具106锁定至柱107。通常，夹具106包括基部或结构，其在位于解锁构造中时允许延伸臂103平移和旋转。然而，当夹具107”和夹具106两者都处于锁定构造中时，延伸臂103不能相对于基部102平移或旋转。

臂夹具106包括滑动构件108和锁定螺母109。滑动构件108还包括枢转钉110和螺柱111。滑动构件108被设计成在延伸臂103的纵向狭槽112中滑动。枢转钉110在夹具106的孔113中枢转，并且螺柱111在弯曲狭槽114中或沿弯曲狭槽114滑动并且与锁定螺母109接合。以这种方式，当夹具106位于解锁构造中时，延伸臂103相对于夹具106(通过狭槽112)是可平移的并且与此同时绕枢转钉110是可旋转的。因此当位于解锁构造中时，夹具106的部件相对于彼此可移动至它们期望的位置，并且然后可将锁定螺母109拧紧，例如通过转动锁定螺母109直到其将延伸臂103锁定至夹具106为止。当夹具107”被锁定时，延伸臂103将被相对于基部102平移地以及旋转地固定。

延伸臂103还通过销(附图中不可见)连接至转动臂104的枢转夹具115，其中销允许转动臂104相对于延伸臂103沿轴线116旋转。锁定螺栓117通过枢转夹具115中的弯曲狭槽118被螺纹连接在延伸臂103中的相配合的螺纹孔中。当位于解锁构造中时，延伸臂103和转动臂104相对于彼此将是可移动的，并且然后当锁定螺栓117被拧紧时，其将转动臂104锁定至延伸臂103。

支架119被连接至转动臂104使得支架119能够相对于转动臂104旋转。支架119具有滑动构件120和从支架119的一侧向上延伸的拱形件121，其中，拱形件121包括弯曲狭槽122。锁定螺栓123被螺纹连接至转动臂104的螺纹孔中，并且沿拱形件121的弯曲狭槽122是可滑动的。当锁定螺栓123被拧紧时，其将支架119相对于转动臂104锁定就位。定位臂105也可移除地连接至支架119，其中定位臂105可通过锁定螺栓124锁定。

机械轴线探测器101进一步包括多个用于在定位股骨的机械轴线的过程期间定位某些点的机构。具体地，转动臂104包括外侧定位器构件132和内侧定位器构件133，并且定位连接件105包括中间定位器构件134。定位器构件132、133和134的每一者分别地包括延伸指部152、153和154，其中这些指部可以相对于它们各自的定位器构件的大致垂直的角度延伸并且可分别相对于它们各自的定位器构件固定或移动。

在使用机械轴线探测器101的示例性方法中，首先进行切割以露出患者的膝关节。在膝关节被露出之后，外科医生在冠状面及矢状面中确定膝盖的中心。可通过使用与本文所描述的相似的膝盖中心定位器系统或装置，或通过使用另外的方法和/或装置找到膝盖的中心。根据本发明的一个方面，将带有标记或带131(例如，图22所示出的)的销130沿矢状面并且通过膝盖的中心插入末端股骨的前面中。销130被插入使得带131在距离膝盖中心的预定的距离处。带131的位置限定从股骨头的中心延伸至带131的中心的轴线(在本文中其他处指“近似机械轴线”)。

代替定位股骨的“真正”的机械轴线，本发明提供了定位近似机械轴线的方法和装置。这样做的原因是膝盖中心的位置在末端股骨骨骼的里面并且该膝盖中心无法通过典型的物理获取方式直接地获得。应当注意的是，尽管还可能将带131通过销130放置在膝盖远侧的大致地与解剖轴线共线的冠状面中，但是这种放置在膝盖被伸展时会干涉胫骨近端。在整个定位机械轴线的过程期间将腿保持弯曲可能是不方便的。应当注意的是，所描述的近似法当在冠状面中观察时并不在定位真正机械轴线中产生误差。在矢状面中，真正机械轴线与近似机械轴线之间的角度可通过给定股骨的长度以及带131与膝盖的中心之间的距离来抵消。因为股骨长度随患者不同而不同，所以可假定一个平均长度。可估计地，例如对于330mm至470mm的股骨长度，误差可为正负一度。

最初，调节机械轴线探测器101以使延伸臂103、转动臂104和定位臂105彼此对齐。还可调节延伸臂夹具106的竖直位置以在定位股骨机械轴线的过程期间为膝盖的四处移动提供空间。一旦部件以这种方式被定位，则夹具107”、锁定螺母109以及锁定螺栓117和123被拧紧。然后朝外侧地摇动膝盖并且操纵膝盖使得带131与定位器构件132的指部152对齐并且接触指部152的尖端，如图21和图22所示。应当注意的是，当膝盖四处摇动时，股骨将会绕股骨头的中心枢转。为了将带131以这种方式定位，当膝盖被操纵时将锁定螺母109松开并且平移地和旋转地调节延伸臂103。当带131与指部152对齐并且与指部152接触时，锁定螺母109被拧紧以将延伸臂103锁定就位。带131的位置通常为由图1中第一点60所表示的位置。

定位器构件132、133和134的目的是确定在定位股骨轴线的过程期间在空间中某些点处的带131的位置。因此，当定位器构件132、133或134的位置在本文中被提及时，应当理解的是，所提及的是沿定位器构件的指部轴线并且从指部的尖端偏置的点，使得当带131与指部对齐并且与指部的尖端接触时，该点与带131的中心相一致。

在带131被定位以使其与指部152对齐且与指部152接触以及延伸臂103通过锁定螺母109的拧紧而被锁定就位之后，然后朝内侧地摇动膝盖以及操纵膝盖以便带131与内侧定位器构件133的指部153对齐且与该指部153接触。为了实现以上所述，锁定螺栓117被松开以相对于延伸臂103旋转地调节转动臂104的位置。如上所述地，一旦带131相对于内侧定位器构件133被定位，则将锁定螺栓117拧紧。内侧定位器构件133的位置标记出图1的第二点62的位置。能够看出，当转动臂104相对于带131旋转就位时，外侧定位器构件132的位置不改变，因为延伸臂103被锁定至基部102。可沿连接定位器构件132与定位器构件133的线确定点168。点168在两个定位器构件之间的中间被定位并且通常地对应于图1中的点68。

在带131被定位以使其与指部153对齐且与指部153接触以及转动臂104相对于延伸臂103被旋转地锁定之后，然后将膝盖朝向后部和朝外侧方向摇动并且操纵膝盖使得带131与中间定位器构件134的指部154对齐且与该指部154接触。为了实现以上所述，锁定螺栓123被松开以调节支架119的定向，其中定位臂105连接至支架119。一旦带131相对于中间定位器构件134被正确地定位，则将锁定螺栓123拧紧。中间定位器构件134的位置标记出在图1中第三点64的位置。能够看出，当支架119旋转时，外侧定位器构件132、内侧定位器构件133以及图23中的点168的位置不发生变化。当调节定位臂105以将带131相对于中间定位器构件134定位时，定位臂105绕轴线169旋转，其中轴线169延伸通过外侧定位器构件132、点168以及内侧定位器构件133。从外侧定位器构件132到点168的距离等于从内侧定位器构件133到点168的距离，并且还等于从中间定位器构件134到点168的距离。因此，外侧定位器构件132、内侧定位器构件133以及中间定位器构件134确定具有在点168处的中心的圆上的点，并且从中间定位器构件134到点168的线垂直于从外侧定位器构件132到内侧定位器构件133的线。

然后将定位臂105从支架119移除并且将销130放置在支架119的滑动构件120的最终定位器狭槽135中，如图24中所示。图25包括支架119的横截面视图，其示出了带有止动端136的最终定位器狭槽135。止动端136被设计成使得在销130的顶端与其邻接时，从点168到带131的线垂直于从中间定位器狭槽134到点168的线。因此，当销130被放置在最终定位器狭槽135中时，带131与轴线72对齐(如在图1中所示)。

如在图24中所示，当销130被定位在最终定位器狭槽135中时，限制股骨被定向，使得膝盖的中心与最终定位器狭槽135的中间平面共面。然后将股骨保持在此位置中，同时将导向销137通过与最终定位器狭槽135间隔的导向孔138钻入股骨50中。导向孔138与连接点168与带131的线是成角度的，以这种方式抵消了真正机械轴线70与近似机械轴线70’之间的角度。因此，当销137被钻入股骨50中时，其垂直于轴线70。

然后将机械轴线探测器101从患者移除，同时留下在股骨中的以与图14中相对于导向销30和37类似方式在它们各自的位置中被定位的导向销130和137。然后将杆对齐导向件放置在销130和137之上。具体地，杆对齐导向件可包括导向孔和导向狭槽，其中导向孔在销137之上是可滑动的并且导向狭槽在销130上方是可滑动的。最后，将对齐杆放置在对齐导向件的另一个导向孔中。当在冠状面中观察时对齐杆将与机械轴线共线，并且当在矢状面中观察时对齐杆将与机械轴线平行。当在矢状面中观察时导向销137将垂直于机械轴线。当在冠状面中观察时连接带131的中心与导向销137的轴线的线将与机械轴线共线。

现在已经参照本发明的几个实施例描述了本发明。本文指出的任何专利或专利申请的整个公开在此通过引用被包含。以上详细的描述和实例仅用于清楚理解而提出。需要理解从中没有非必要性的限制。对本领域中的技术人员显而易见的是在不背离本发明的范围的情况下对所描述的实施例可进行许多改变。因此，本发明的范围不应被限制于本文所描述的结构，而是仅由权利要求的语言所描述的结构以及与这些结构等同的机构限定。

Claims (20)

1.一种用于定位股骨机械轴线以及关于股骨头中心在空间中确定至少三个点的位置的仪器，所述仪器包括：

基部构件；

延伸臂夹具，所述延伸臂夹具平移地和枢转地连接至所述基部构件；

延伸臂，所述延伸臂平移地和枢转地连接至所述延伸臂夹具；

转动臂，所述转动臂枢转地连接至所述延伸臂的末端，所述转动臂包括在近端处的外侧定位器构件和在末端处的内侧定位器构件；

支架，所述支架枢转地连接至所述转动臂；以及

定位臂，所述定位臂可移除地连接至所述支架，所述定位臂包括中间定位器构件。

2.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述外侧定位器构件是可定位的以确定所述至少三个点的第一点，其中所述内侧定位器构件是可定位的以确定所述至少三个点的第二点，并且其中所述中间定位器构件是可定位的以确定所述至少三个点的第三点。

3.根据权利要求2所述的仪器，其中，所述第一点、所述第二点和所述第三点限定球面以及带有中心的圆。

4.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述转动臂在一方向中相对于所述延伸臂是可枢转的，所述方向通常地平行于所述延伸臂相对于所述基部构件可枢转的方向。

5.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述支架在一方向中相对于所述转动臂是可枢转的，所述方向通常地垂直于所述转动臂相对于所述延伸臂枢转的方向。

6.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述延伸臂夹具、所述延伸臂、所述转动臂以及所述支架中的每一者分别相对于所述基部构件、所述延伸臂夹具、所述延伸臂以及所述转动臂是可锁定的和可被解锁的。

7.根据权利要求1所述的仪器，其中，所述支架包括基部部分，拱形部分从所述基部部分延伸，其中所述拱形部分包括弯曲狭槽，所述转动臂的锁定螺栓沿所述弯曲狭槽是可滑动的。

8.根据权利要求1所述的仪器，所述仪器与至少一个定位销组合，所述定位销以与膝盖中心的预定关系定位在股骨中。

9.根据权利要求8所述的组合，其中，所述至少一个定位销在末端股骨的前面的内部，沿大致地垂直于股骨解剖轴线的矢状面是可定位的，并且进入所述膝盖的中心。

10.根据权利要求8所述的组合，其中，所述至少一个定位销包括珠状构件，所述珠状构件用于与所述外侧定位器构件、所述内侧定位器构件以及所述中间定位器构件中的至少一个协作地接合。

11.根据权利要求10所述的组合，其中，所述外侧定位器构件、所述内侧定位器构件以及所述中间定位器构件中的至少一个包括具有内部狭槽的结构。

12.根据权利要求8所述的组合，其中，所述至少一个定位销包括带，所述带用于与所述外侧定位器构件、所述内侧定位器构件以及所述中间定位器构件中的至少一个协作地接合。

13.根据权利要求12所述的组合，其中，所述外侧定位器构件、所述内侧定位器构件以及所述中间定位器构件中的至少一个包括带有末端尖端的纵长构件。

14.根据权利要求8所述的组合，进一步包括对齐导向件，所述对齐导向件在所述至少一个定位销的至少一部分上是可定位的。

15.根据权利要求14所述的组合，进一步包括对齐杆，所述对齐杆可与所述对齐导向件的孔接合用于确定所述股骨机械轴线的位置和方向。

16.一种定位股骨机械轴线的方法，包括：

确定由轨迹点从膝盖中心偏置预定距离所描绘的代表性球面，其中所述代表性球面的中心与股骨头的中心相一致；

确定在所述代表性球面上的至少三个点；

定位由所述代表性球面上的所述至少三个点限定的圆的中心；

确定通过由所述代表性球面上的所述至少三个点限定的所述圆的中心并且垂直于所述圆的平面的线；

定位所述股骨，使得连接所述股骨头的中心与所述轨迹点的线与通过由所述代表性球面上的所述至少三个点限定的所述圆的中心并且垂直于所述圆的平面的线相一致；以及

将多个定位装置放置在所述股骨上以在冠状面和矢状面两者中确定所述股骨机械轴线的位置，这种定位装置以抵消从所述膝盖的中心的轨迹点的预定偏置的方式被定位在所述股骨上，使得连接所述股骨头的中心与所述轨迹点的线具有从所述股骨机械轴线的预定角度偏置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多个定位装置包括至少一个销和标记。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述代表性球面的所述至少三个点使用仪器被确定，所述仪器包括：

基部构件；

延伸臂夹具，所述延伸臂夹具平移地和枢转地连接至所述基部构件；

延伸臂，所述延伸臂平移地和枢转地连接至所述延伸臂夹具；

转动臂，所述转动臂枢转地连接至所述延伸臂的末端，所述转动臂包括在近端处的用于确定所述至少三个点中的第一点的外侧定位器构件和在末端处的用于确定所述至少三个点中的第二点的内侧定位器构件；

支架，所述支架枢转地连接至所述转动臂；以及

定位臂，所述定位臂可移除地连接至所述支架，所述定位臂包括用于确定所述至少三个点中的第三点的中间定位器构件。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，确定在所述代表性球面上的所述至少三个点的步骤包括在股骨中定位至少一个定位销，使得所述销的一部分在从所述膝盖的中心的预定距离处定位。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述仪器进一步包括对齐导向件，所述对齐导向件在所述至少一个定位销的至少一部分上是可定位的。