CN106535827B - 用于优化关节成形术部件设计的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了通过使用来自关节炎肩部的计算机断层扫描数据来优化肩成形术部件设计的方法和装置。

Description

用于优化关节成形术部件设计的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月10日提交的美国专利申请第14/300,805号的优先权。
关于联邦赞助研发的声明
不适用
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种用于优化关节成形术部件设计的方法，并且更具体地涉及用于通过使用计算机断层扫描数据来优化肩成形术部件设计的方法。
2.相关技术描述
用于肩关节置换的各种假体是已知的。在一个示例性的肩假体中，肱骨的上部分由肱骨部件替代，该肱骨部件包括(i)延伸到形成于肱骨内的孔中的柄部，以及(ii)连接于柄部的大体上半球形头部。肱骨部件的半球形头部与安装在肩胛骨的关节盂腔内的关节盂部件的互补凹部段相铰接。这种类型的肩假体可称为“主要”或“总”假体。在通常称为“反向”或“倒置”假体的另一示例肩假体中，关节盂部件包括与肱骨部件的头部的互补凹部段铰接的凸部段。
全肩置换术的一种替代称为肩部半成形术。在此种手术的一种型式中，肱骨头部由大体半球形头部替换，该大体半球形头部可以包括或者可以不包括所连接的柄部。肩胛骨的关节盂腔并不由关节盂部件替换，而是以如下方式修整，该方式赋予该关节盂腔光滑的表面和与大体半球形替换头部相匹配的形状。此种手术的另一型式可以使用一种关节盂部件，其中对肱骨头部进行表面重整。
在当前可获得的肩成形术系统中已发现了若干缺陷，该肩成形术系统包括并不基于解剖结构分布的关节盂尺寸(主要和反向)和肱骨尺寸。此外，用于治疗近侧肱骨骨折的反向成形术的出现也改变了对于合适的骨折柄部的需求。确切的设计特征需要使得骨折柄部适合于用于半成形术和反向成形术。虽然对肱骨的表面重整已变得普遍，但这些设计并不基于解剖结构分布。当前可用的仪器是不合适的并且会导致显著的型式错位和倾斜。
已在不具有关节炎的肩部上执行盂肱解剖的现有磁共振成像和尸体研究(Iannotti等人于1992年发表在J骨关节外科手术上第74卷491-500页(J Bone Joint SurgAm.1992；74:491-500)的“The normal glenohumeral relationships.An anatomicalstudy of one hundred and forty shoulders(正常盂肱关系，一百四十个肩部的解剖研究)”；Hertel等人于2002年7/8月发表在J肩肘外科手术上第331-338页(J Shoulder ElbowSurg.,July/August 2002,pp.331-338)的“Geometry of the proximal humerus andimplications for prosthetic design(近侧肱骨的几何形状和对假体设计的意义)”；以及Boileau等人于1997年发表在J骨关节外科手术[Br]上的79-B卷第857-865页(J BoneJoint Surg[Br],1997；79-B:857-865)的“The Three-Dimensional Geometry Of TheProximal Humerus-Implications For Surgical Technique And Prosthetic Design(近侧肱骨的三维几何形状-对于手术技术和假体设计的意义)”)。然而，事实上，肩成形术并不是在正常的肩部上执行。肩成形术在患有关节炎的患者中、在软骨损失和通常相关的骨损失的情况下进行。为了制作将会适应患有关节炎的患者的适当尺寸的植入件，重要的是理解这些患者的解剖结构。
典型的是，设计外科医生已使用具有三个关节盂尺寸的系统。在一种研究中，已确定的是，全肩置换术中所使用的关节盂部件的分布如下：4％大的、40％中等的和56％小的。可以观察到的是，基于部件的用途，这些植入件的尺寸选择并非是最佳的。如果关节盂部件尺寸并非是最佳的，会存在与由于在将关节盂部件附连于肩胛骨中所使用的紧固件而使得关节盂穿孔相关联的问题。此外，某些部件可能对于较小的患者而言过大，从而导致部件悬垂并且潜在地导致侵犯重要的神经血管结构。因此，可以假设的是，优选较小的关节盂部件可能归因于对于避免关节盂穿孔和/或避免部件悬垂的需要。然而，较大的关节盂部件可能导致更佳的匹配假体和更大的稳定性。
在肩置换术中存在日益增加的对使用增强关节盂部件的兴趣。过去，已使用骨移植件来管理骨缺陷；然而，已存在高的移植件吸收率。还清楚地认识到，去除剩余的硬皮质骨以产生中性表面可能由于使外科医生仅留下软的松质骨而影响固定，导致对某些患者的植入件支承不足此外，过度扩孔导致中间化并且缩短剩余的肩袖杆臂的功能意义。因此，使用增强关节盂部件的兴趣日益增加。
在图5A中，示出用在全肩系统中的一个示例增强关节盂部件102。关节盂部件102具有单个部件塑料本体104。本体104的凹关节表面105为肱骨部件的植入到肱骨中的头部提供平滑的承载表面。塑料本体104的厚度从该塑料本体的前边缘106至后边缘108逐渐地增大，由此产生相对平滑的弧形内侧基面110，多个柱部或销112从该弧形内侧基面延伸。可以观察到的是，增强关节盂部件102具有增强件，该增强件具有沿着关节盂的整个后表面的限定斜率。增强件的厚度可以限定为后边缘108的厚度减去前边缘106的厚度。
在图5B中，示出用在全肩系统中的另一个示例增强关节盂部件114。增强关节盂部件114包括本体116，该本体在其一个端部上具有凹关节表面118。本体116的凹关节表面118为肱骨部件的植入到肱骨中的头部提供平滑的承载表面。本体116在与凹表面118相对的本体表面122上或者从该本体表面包括台阶120。台阶121形成本体116的后边缘121的一部分。增强关节盂部件114还包括锚定销123和多个稳定柱部销124。可以观察到的是，增强关节盂部件114在关节盂的后方上具有增强件、也就是台阶。增强件的厚度可以限定为后边缘121的厚度减去前边缘117的厚度。
在图6A和6B中，示出用在反向肩系统中的一个示例增强关节盂部件130。关节盂部件130包括基板132，其中，基板132的厚度从该基板的第一边缘133至相对的第二边缘134逐渐地增大。基板132具有表面136，销138从该表面延伸。基板132固定在盂球139中，以形成关节盂部件130。盂球139具有凸关节表面137，该凸关节表面为肱骨部件的植入到肱骨中的凹关节部分提供平滑的承载表面。增强件的厚度可以限定为第二边缘134的厚度减去第一边缘133的厚度。
在图6C和6D中，示出用在反向肩系统中的另一个示例增强关节盂部件130A。关节盂部件130A包括基板132A，其中，基板132A的厚度从该基板的第一边缘133A至近似中心部段逐渐地增大，该厚度随后则近似恒定，直至该基板的相对第二边缘134A。基板132A具有表面136A，销138A从该表面延伸。基板132A固定在盂球139A中，以形成关节盂部件130A。盂球139A具有凸关节表面137A，该凸关节表面为肱骨部件的植入到肱骨中的凹关节部分提供平滑的承载表面。增强件的厚度可以限定为第一边缘134A的厚度减去第二边缘133A的厚度。
然而，在并不基于解剖结构分布的当前可获得的增强关节盂部件中已发现了显著的缺陷。针对增强关节盂的当前可获得的商业设计并非基于在接受肩成形术的患者中存在的关节盂骨头损失的特定尺寸而设计。为了制作将会适应患有关节炎的患者的适当尺寸的增强关节盂部件，重要的是理解这些患者的解剖结构。接着提出的问题是还未有任何人平均地限定在天然骨和磨损骨之间何处开始该过渡区域。这会允许设计根据实际存在的缺陷成形并且覆盖合适量的经磨损关节盂的增强件，而非基于猜测。理想的是，为了设计合适的增强关节盂，需要基于实际上接受肩成形术的患者的解剖结构来限定骨头损失。为了制作会适应患有关节炎的患者的适当尺寸的增强关节盂部件，重要的是理解这些患者的解剖结构。
因此，需要一种用于优化关节成形术部件设计的方法，并且具体地说需要一种用于优化件成形术部件设计的方法。
发明内容
本发明通过提供用于优化关节成形术部件设计的方法来解决前述需求。
在一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。该方法包括：(a)获得关节的骨头的轴向图像；(b)在图像上定向相对于骨头本体的参考角，以产生从骨头的第一边界延伸至骨头的相对第二边界；(c)测量中性面板线的长度；以及(d)制造假体部件以包括基面和相对的关节表面，其中，基面的宽度是中性面板线的长度的预定百分比。例如，基面的宽度可等于或小于中性面板线的长度。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。该方法包括：(a)获得关节的骨头的轴向图像；(b)在图像上定向相对于骨头本体的参考角，以产生从骨头的第一边界延伸至骨头的相对第二边界；(c)在图像上定向第一参考线，该第一参考线垂直于中性面板线并且在图像中延伸到骨头之上；(d)测量第一参考线从中性面板线开始垂直于骨头中盂腔深度的第一参考长度；以及(e)制造假体部件以包括关节部段和远离该关节部段延伸的突部，其中，该突部的长度是第一参考长度的预定百分比。例如，该突部的长度典型地小于第一参考长度。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造关节盂部件的方法，该关节盂部件用于置换受试者中肩关节的肩胛骨的一部分，该方法包括：(a)获得肩胛骨的关节盂的矢状图像；(b)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从关节盂图像的下边界垂直地延伸到图像中的肩胛骨之上；(c)在图像上定向第二参考线，该第二参考线与第一参考线垂直地相交并且从肩胛骨的第一边界延伸至该肩胛骨的相对第二边界；(d)测量第二参考线的长度；以及(e)制造关节盂部件以具有宽度，该宽度是第二参考线的长度的预定百分比。例如，该关节盂部件的宽度可等于或小于第二参考线的长度。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。该方法包括：(a)获得关节的骨头的冠状图像；(b)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从骨头的头部的第一边界延伸至骨头的头部的相对第二边界；(c)在图像上定向相对于第一参考线的下方位置的90度参考角度，以产生延伸到骨头图像之上的第二参考线；(d)在图像上定向第三参考线，该第三参考线在骨头图像之上从第二参考线延伸至骨头的结节上方；(e)测量第三参考线的长度；以及(f)制造假体部件以包括突出部段，其中，该突出部段的长度是参考线的长度的预定百分比。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。该方法包括：(a)获得关节的骨头的冠状图像；(b)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从骨头的头部的第一边界延伸至骨头的头部的相对第二边界；(c)在图像上定向相对于第一参考线的下方位置的90度参考角度，以产生延伸到骨头图像之上的第二参考线；(d)在图像上定向第三参考线，该第三参考线在骨头图像之上从第二参考线延伸至骨头的结节上方边界；(e)在图像上定向第四参考线，该第四参考线在骨头图像之上从第三参考线延伸至骨头的结节的侧边界；(f)测量第四参考线的长度；以及(g)制造假体部件以包括突出部段，其中，该突出部段的直径是第四参考线的长度的预定百分比。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。在该方法中，该假体部件成形为包括基面和相对的关节表面，其中，基面的宽度是中性面板线的长度的预定百分比。制造商在形成假体部件中使用的中性面板线长度已通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像；(ii)在图像上定向相对于骨头本体的参考角，以产生中性面板线，其中，该中性面板线从骨头的第一边界延伸至该骨头的相对第二边界；以及(iii)测量该中性面板线的长度。制造商在形成假体部件中使用的中性面板线的长度的预定百分比可以是100％或更小、90％至99％或80％至99％。该预定百分比可以大于、等于或小于100％，并且可以考虑在分析用于感兴趣的测量的多个图像时观察到的数值范围。例如，可以选择预定百分比，以包括高于所收集测量数据的平均值的任何数量的标准偏差该关节可以是患有关节炎的。在一种形式中，假体部件的基面的至少一个部段是平坦的。例如，假体部件的基面可以是围绕中心柱部平坦的，该中心柱部远离假体部件的基面延伸。该中性面板线可以对应于通过在成形术期间去除骨头的一部分而形成的平坦中性面板的宽度。在该方法的一个型式中，该骨头是肩胛骨，而该关节是肩部。该假体部件可以是关节盂部件。该图像可以是计算机断层扫描切片，而参考角可以是90度。在该方法的一个型式中，该中性面板线是从骨头的第一边界至该骨头的第二边界、完全地定位在骨头图像的周界内的直线。该直线的至少一个部段与骨头图像的周界的一部分隔开，且该骨头图像的周界的一部分表示该骨头的天然关节表面。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。在该方法中，该假体部件成形为包括关节部段和远离该关节部段延伸的突部，其中，该突部的长度是第一参考长度的预定百分比。制造商在形成假体部件中使用的第一参考长度已通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向相对于骨头本体的参考角，以产生中性面板线，该中性面板线从骨头的第一边界延伸至该骨头的相对第二边界，(iii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线垂直于中性面板线并且延伸到图像中的骨头之上，(iv)垂直于骨头中盂腔的深度测量第一参考线距中性面板线的第一参考长度。该第一参考长度的预定百分比可以是100％或更小、90％至99％或80至99％。该预定百分比可以大于、等于或小于100％，并且可以考虑在分析用于感兴趣的测量的多个图像时观察到的数值范围。例如，可以选择预定百分比，以包括高于所收集测量数据的平均值的任何数量的标准偏差。该突部可以是柱部。在该方法的一种型式中，该假体部件形成为使得该假体的长度是第二参考长度的预定百分比。制造商在形成假体部件中使用的第二参考长度已通过如下方式确定：(i)在图像上定向第二参考线，该第二参考线平行于第一参考线并且延伸到图像中的骨头之上，(ii)测量第二参考线的从中性面板线至骨头中盂腔深度的第二参考长度。在该方法的一种型式中，该骨头是肩胛骨，而该关节是患有关节炎的肩部，且该假体部件是关节盂部件。该图像可以是计算机断层扫描切片。在该方法的一个型式中，该中性面板线是从骨头的第一边界至该骨头的第二边界、完全地定位在骨头图像的周界内的直线。该直线的至少一个部段与骨头图像的周界的一部分隔开，且该骨头图像的周界的一部分表示该骨头的天然关节表面。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造关节盂部件的方法，该关节盂部件用于置换受试者中肩关节的肩胛骨的一部分。在该方法中，该关节盂部件形成为具有宽度，该宽度是第二参考线的长度的预定百分比。制造商在形成假体部件中使用的第二参考线的长度已通过如下方式确定：(i)获得肩胛骨的关节盂的图像，(ii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从关节盂图像的下边界垂直地延伸到图像中的肩胛骨之上，(ii)在图像上定向第二参考线，该第二参考线与第一参考线垂直地相交并且从肩胛骨的第一边界延伸至该肩胛骨的相对第二边界，以及(iii)测量第二参考线的长度。该第二参考线的长度的预定百分比可以是100％或更小、90％至99％或80％至99％。该预定百分比可以大于、等于或小于100％，并且可以考虑在分析用于感兴趣的测量的多个图像时观察到的数值范围。例如，可以选择预定百分比，以包括高于所收集测量数据的平均值的任何数量的标准偏差第二参考线在关节盂图像的下边界上方约10至18毫米处与第一参考线相交。第二参考线较佳地在关节盂图像的下边界上方约14毫米处与第一参考线相交。该图像可以是计算机断层扫描切片。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。在该方法中，该假体部件成形为包括突出部段，其中，该突出部段的第一长度是第三参考线的长度的预定百分比。制造商在形成假体部件中使用的第三参考线的长度已通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从骨头的头部的第一边界延伸至该骨头的头部的相对第二边界，(iii)在图像上定向相对于第一参考线的下方位置的90度参考角度，以产生延伸到骨头的图像之上的第二参考线，(iv)在图像上定向第三参考线，该第三参考线在该骨头的图像之上从第二参考线延伸至骨头的结节的上方，以及(v)测量第三参考线的长度。在该方法的一种型式中，该假体部件形成为使得突部的第二长度是第四参考长度的预定百分比，其中，该突部的第二长度垂直于该突部的第一长度。制造商在形成假体部件中使用的第四参考长度已通过如下方式确定：(i)在图像上定向第四参考线，该第四参考线垂直于第三参考线并且在图像中的骨头之上从第三参考线延伸至图像中骨头的周界，以及(ii)测量第四参考线以确定第四参考长度。在该方法的一种型式中，骨头是肱骨，关节是肩部，第三参考线的长度是肱骨的较大结节的上下长度，而第四参考长度是肱骨的较大结节的内外长度。在该方法的一个型式中，关节已骨折，且突出部段包括用于固定骨折段的多个翼部。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。在该方法中，假体部件形成为包括头部和连接于该头部的柄部。头部具有纵向头部轴线，而柄部具有纵向柄部轴线。头部轴线和柄部轴线成角度以在头部轴线和柄部轴线之间产生倾斜角度。制造商在形成假体部件中使用的倾斜角度已通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从骨头的头部的第一边界延伸至该骨头的头部的相对第二边界，(iii)在图像上定向相对于第一参考线的下方位置的90度参考角度，以产生延伸到骨头的图像之上的第二参考线，(iv)在图像上定向第三参考线，该第三参考线在该骨头的图像之上从第二参考线延伸至骨头的结节的上方，以及(v)测量第一参考线和第三参考线之间的角度，其中该角度等于倾斜角度。在该方法的一种型式中，该骨头是肱骨，而该关节是关节炎肩部。该图像可以是计算机断层扫描切片。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。在该方法中，假体部件形成为包括关节头部和相对的基面。该头部具有纵向头部轴线，该头部轴线和基面成角度以在头部轴线和基面之间产生倾斜角度。制造商在形成假体部件中使用的倾斜角度已通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线从骨头的头部的第一边界延伸至该骨头的头部的相对第二边界，(iii)在图像上定向相对于第一参考线的下方位置的90度参考角度，以产生延伸到骨头的图像之上的第二参考线，(iv)在图像上定向第三参考线，该第三参考线在该骨头的图像之上从第二参考线延伸至骨头的结节的上方，以及(v)测量第一参考线和第三参考线之间的角度，该角度等于倾斜角度。在该方法的一个型式中，该骨头是肱骨，而该关节是关节炎肩部。该图像可以是计算机断层扫描切片。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分。在该方法中，该假体部件形成为包括本体，该本体具有基面、外表面、第一侧缘以及第二侧缘，该外表面与基面相对，该第一侧缘在基面和外表面之间延伸，而该第二侧缘在基面和外表面之间延伸。该第二侧缘与第一侧缘相对。第一侧缘的第一厚度比第二侧缘的第二厚度小了增强件厚度。增强件厚度通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向相对于骨头本体的参考角，以产生平行于骨头表面的第一参考线，其中，该第一参考线从骨头的第一边界延伸至该骨头的相对第二边界，(iii)在图像上定向第二参考线，该第二参考线从第一参考线至骨头表面的侵蚀区域，(iv)确定第二参考线的长度，以及(v)基于第二参考线的长度来选择增强件厚度。该增强件厚度可以等于第二参考线的长度。该图像可以是计算机断层扫描轴向切片，而参考角可以是90度。第一侧缘可以是前边缘，而第二侧缘可以是后边缘。
在该方法的一个型式中，增强件厚度从第二侧缘延伸至基面上在第一侧缘和第二侧缘之间的位置。该位置可以通过如下方式确定：(vi)在图像上识别骨头表面的侵蚀区域和骨头表面的天然区域之间的接合部，以及(vii)确定第一参考线上的参考点，在该参考点处，第三参考线与第一参考线相交，该第三参考线从该接合部垂直地延伸至该第一参考线。该位置可以通过如下方式确定：(viii)计算从骨头的第一边界到参考点的第四参考线相对于第一参考线的长度的百分比，以及(ix)将百分比选择为具有增强件厚度的本体的量。
在该方法的一种型式中，增强件厚度从第一侧缘至第二侧缘而增大，由此在外表面和基面之间限定出增强件角度。该增强件角度可以通过如下方式确定：在图像上定向角度参考线，该角度参考线从第一边界至第二参考线与骨头表面相交的位置处，并且将增强件角度选择为第一参考线和角度参考线之间的角度。
在该方法的一种型式中，增强件厚度在台阶不连续处从第一侧缘至第二侧缘增大。
骨头可以是肩胛骨，关节可以是肩部，而假体部件可以是关节盂部件。外表面可以是凹承载表面，用以与全肩成形术系统的肱骨头部部件铰接。关节盂部件可以是关节盂基板，该关节盂基板的尺寸被设定成固定于反向肩成形术系统的盂球。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中的关节的骨头的一部分。在该方法中，该假体部件形成为包括本体，该本体具有基面、外表面、第一侧缘以及第二侧缘，该外表面与基面相对，该第一侧缘在基面和外表面之间延伸，而该第二侧缘在基面和外表面之间延伸，其中，该第二侧缘与第一侧缘相对。第一侧缘的第一厚度比第二侧缘的第二厚度小增强件厚度。增强件厚度可以通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向中性面板线，(iii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线平行于中性面板线或者与该中性面板线的平行线呈20度以内，且该第一参考线从骨头的第一边界延伸至该骨头的相对第二边界，(iv)在图像上定向第二参考线，该第二参考线从第一参考线至骨头表面，且该第二参考线在距骨头的第一边界预定距离处与该第一参考线相交，(v)确定第二参考线的长度，以及(vi)基于该第二参考线的长度选择增强件厚度。该增强件厚度可以等于第二参考线的长度。
在该方法的一种型式中，增强件厚度从第二侧缘延伸至基面上在第一侧缘和第二侧缘之间的位置。该位置可以通过如下方式确定：(vii)在图像上识别在骨头表面的侵蚀区域和骨头表面的天然区域之间的接合部，以及(viii)确定第一参考线上的参考点，在该参考点处，第三参考线与第一参考线相交，该第三参考线从该接合部垂直地延伸至该第一参考线。该位置可以通过如下方式确定：(viii)计算从骨头的第一边界到参考点的第四参考线相对于第一参考线的长度的百分比，以及(ix)将该百分比选择为具有增强件厚度的本体的量。
在本方法的一种型式中，增强件厚度从第一侧缘至第二侧缘增大，由此在外表面和基面之间限定增强件角度，且该增强件角度可以通过如下方式确定：在图像上定向角度参考线，该角度参考线从第一边界至第二参考线与骨头表面相交的位置处，并且将增强件角度选择成第一参考线和角度参考线之间的角度。增强件厚度可以在台阶不连续处从第一侧缘至第二侧缘增大。
在该方法中，骨头可以是肩胛骨，关节可以是肩部，而假体部件可以是关节盂部件。外表面可以是凹承载表面，用以与全肩成形术系统的肱骨头部部件铰接。关节盂部件可以是关节盂基板，该关节盂基板的尺寸被设定成固定于反向肩成形术系统的盂球。
在本方法的一种型式中，该图像是计算机断层扫描冠状切片。该第一参考线可以相对于中性面板线的平行线约呈10度。在本方法的一种型式中，假体部件的第一侧缘是下边缘，而第二侧缘是上边缘。该预定距离可以是约20毫米至约40毫米。
在另一个方面中，本发明提供一种用于制造假体部件的方法，该假体部件用于置换受试者中的关节的骨头的一部分。在该方法中，该假体部件形成为包括本体，该本体具有基面、外表面、第一侧缘以及第二侧缘，该外表面与基面相对，该第一侧缘在基面和外表面之间延伸，而该第二侧缘在基面和外表面之间延伸，其中，该第二侧缘与第一侧缘相对。第一侧缘的第一厚度比第二侧缘的第二厚度小了增强件厚度。增强件厚度从第一侧缘至第二侧缘增大，由此在外表面和基面之间限定增强件角度。增强件角度可以通过如下方式确定：(i)获得关节的骨头的图像，(ii)在图像上定向中性面板线，(iii)在图像上定向第一参考线，该第一参考线平行于中性面板线，且该第一参考线从骨头的第一边界延伸至该骨头的相对第二边界，(iv)在图像上定向第二参考线，该第二参考线从第一参考线至骨头表面，且该第二参考线在距骨头的第一边界预定距离处与该第一参考线相交，(v)在图像上定向角度参考线，该角度参考线从第一边界至该第二参考线与骨头表面相交的位置处，以及(vi)基于第一参考线和角度参考线之间的测得角度来选择增强件角度。该图像可以是计算机断层扫描冠状切片。
在本方法的一种型式中，当测得的角度在上倾0度至10度的范围内时，将该增强件角度选择为约10度。在本方法的另一种型式中，当测得角度在上倾10度至15度的范围内时，将该增强件角度选择为约15度。在本方法的另一种型式中，当测得的角度在上倾15度至20度的范围内时，将该增强件角度选择为约20度。
在该方法的一种型式中，该骨头是肩胛骨，而该关节是肩部，且该假体部件是关节盂部件。关节盂部件可以是关节盂基板，该关节盂基板的尺寸被设定成固定于反向肩成形术系统的盂球。假体部件本体的第一侧缘是下边缘，而第二侧缘是上边缘。
本发明的方法可以用在除了肩部以外的多种不同关节中。例如，这些方法可用于肘、腕、手、脊柱、髋、膝、踝和/或脚。当关节是肘时，骨头可选自尺骨、桡骨和肱骨。当关节是腕时，骨头可选自桡骨、尺骨和腕骨。当关节是手时，骨头可选自指骨、掌骨和腕骨。当关节是脊柱时，骨头可以是椎骨。当关节是髋时，骨头可选自股骨和骨盆/髋臼。当关节是膝时，骨头选自股骨、胫骨和髌骨。当关节是踝时，骨头可选自距骨、胫骨和腓骨。当关节是脚时，骨头可选自趾骨、跗骨和跖骨。
本发明的方法允许设计根据实际存在的缺陷成形并且覆盖合适量的经磨损关节盂的增强件，而非基于猜测。本发明便于以三种方式设计：(1)限定关节盂侵蚀的角度；(2)限定关节盂侵蚀的深度；以及(3)限定关节盂具有侵蚀表面的百分比。上述信息将显著地改进设计增强关节盂部件的能力。
在考虑了以下详细描述、附图以及所附权利要求书的情形下，将更佳地理解本发明的这些和其他特征、方面以及优点。
附图说明
图1是适合于用在本发明中的肩假体的一个实施例的截面视图。
图2示出了用虚线显示的根据本发明的具有测量线的肩胛骨和肱骨的计算机断层(CT)轴向二维(2D)CT切片的描迹。
图3示出了用虚线显示的根据本发明的具有测量线的肩胛骨的2D-CT矢状切片的描迹。
图4示出了用虚线显示的根据本发明的具有测量线的肩胛骨和肱骨的CT-2D冠状切片的描迹。
图5A是现有技术的增强关节盂部件的侧剖视图。
图5B是另一现有技术的增强关节盂部件的侧视图。
图6A是又一现有技术的增强关节盂部件的分解侧视图。
图6B是图6A所示的增强关节盂部件处于组装构造中的侧视图。
图6C是又一现有技术的增强关节盂部件的分解侧视图。
图6D是图6C所示的增强关节盂部件处于组装构造中的侧视图。
图7示出了用虚线所示的根据本发明的具有测量线的肩胛骨和肱骨的计算机断层(CT)轴向二维(2D)CT切片的描迹。
图8示出了用虚线显示的根据本发明的具有测量线的肩胛骨的2D-CT冠状切片的描迹。
图9示出了用虚线显示的根据本发明的具有测量线的肩胛骨和肱骨的CT-2D冠状切片的另一描迹。
在对于附图的下列描述中，采用类似的附图标记来指代各图中的类似部件。
具体实施方式
首先参照图1，示出适合于用在本发明中的肩假体10的一个示例性实施例。肱骨12的上部分由肱骨部件14置换，该肱骨部件包括柄部16，该柄部延伸到形成于肱骨12内的孔中。典型的是，柄部16固定在形成于肱骨12内的孔内。柄部16具有纵向柄部轴线S。大体半球形头部18连接于柄部16。柄部16可以与头部18成一体，或者柄部16和头部18可以形成为分开的部件。半球形头部18具有基面19和纵向头部轴线H。肱骨部件14的半球形头部18与使用水泥或非水泥柱部28固定在肩胛骨26(以剖切视图示出)的关节盂腔内的关节盂部件24的互补凹部段22铰接。关节盂部件24包括与凹部段22相对的基面27，该基面用作关节盂部件24的关节表面。
可以使用本发明的方法来实现适当地设计和选择半球形头部18和关节盂部件24。在本发明的一个非限制示例方法中，使用CT切片获得十一个测量值。这十一个测量值如下：(1)关节盂型式；(2)关节表面处的前后(AP)直径；(3)中性面板处的前后宽度；(4)关节盂室距中性面板的深度；(5)关节盂室距具有中心柱部直径(示例的中心柱部直径是5毫米)的中性面板的深度；(6)上下关节盂高度；(7)确定离开距关节盂的下边界14毫米处的前后宽度；(8)肱骨头部直径；(9)肱骨头部厚度；(10)肱骨的较大结节长度；(11)肱骨的较大结节宽度；以及(12)肱骨斜度。
可以使用本发明的方法来实现适当地设计和选择增强关节盂部件。在本发明的一个非限制示例方法中，在图7-9中示出使用CT切片获得的测量值。
前后关节盂磨损部的角度已形成在接受肩成形术的一系列患者中。该角度允许确定增强件的特定解剖范围，以适应接受解剖学全肩成形术和反向肩成形术的患者的前后骨损失。
上方关节盂磨损可能发生在接受反向肩成形术的患有肩袖不全的患者中。以前，不存在关于这些患者的下-上关节盂磨损部的确定范围的信息。因此，为了设计适应这些患者的解剖结构并且允许在最小程度移除骨头的情形下适当匹配的关节盂基板，关键是理解这些患者中的解剖结构分布。因此，已开发一种方法并将该方法用在已接受肩的反向成形术的患者中来确定解剖结构分布。上方磨损角度和深度的概念扩展并且是本文所描述的中性面板概念上的延伸
在美国最频繁使用的关节盂基板具有25毫米的直径。因此，与平行于关节盂的面板相比，可通过在距关节盂下方25毫米处赋予关节盂的最下方一定角度来确定增强关节盂部件的角度。然而，该方法并不限于25毫米直径的圆形基板。与平行于关节盂的面板相比，可通过在距关节盂下方约20至约40毫米处赋予关节盂的最下方一定角度来确定增强关节盂部件的角度。这会容纳具有20至40毫米的圆形基板或者具有高达40毫米的长轴的椭圆形基板。在上方关节盂侵蚀已导致关节盂的上方发生损失的情形下，肩胛骨脊柱可与基于标准群体的平均值一起使用来确定关节盂面的倾斜平面。
这些测量值的各种组合用于制造假体部件，该假体部件用于置换受试者(例如，哺乳动物)中关节的骨头的一部分。该假体部件可例如由如下形成：(i)诸如钛合金(例如，钛-6-铝-4-钒)、钴合金、不锈钢合金或钽之类的金属或金属合金；(ii)诸如氧化铝或氧化锆之类不可再吸收的陶瓷；(iii)诸如聚乙烯之类不可再吸收的聚合物材料；或(iv)诸如碳纤维强化聚合物(例如，聚砜)之类不可再吸收的复合材料。假体部件可以通过加工由这些材料形成的物件或者通过在合适的模具中模制这些材料来制造。
示例
已展示出以下示例来进一步说明本发明，并且这些实施例并不意图以任何方式来限制本发明。
示例A
1.关节盂型式
使用人类肩部的轴向二维计算机断层(2DCT)扫描，确定关节盂的中点。然后，穿过中点并且平行于肩胛骨本体来画出第一线。该第一线与平行于关节表面画出的第二线相交。关节盂型式是第一线和第二线之间的角度，并且以角度来记录。
2.关节表面处的前后(AP)宽度
使用人类肩部的轴向2DCT扫描，测量关节盂中点处以毫米计的直径(AP宽度)。
3.中性面板处的前后(AP)宽度
参照图2，获得对人类肩部的轴向2DCT扫描，并且90度角度A(以虚线示出)相对于肩胛骨本体26定向且然后布置在关节盂30上以产生中性面板32(以虚线示出)，该中性面板从关节盂30的一侧边界34行进至另一侧边界36。然后，测量以毫米计的该宽度。此种测量对于在成形术期间通过去除骨头而产生平坦中性面板之后、确定关节盂的真实前后(AP)宽度而言是重要的。这是在根据本发明方法的外科手术处发生的，而该测量之前未被描述过。现有技术的测量已由仅仅关节盂的关节表面构成。这解释了为何许多关节盂部件尺寸是过大的。由于扩孔或者去除关节盂骨头来使表面平坦以布置关节盂部件24，因而中性面板处的测量值通常比关节表面处的测量值小若干毫米。
当制造关节盂部件时，制造商可以提供有中性面板32的长度，该中性面板在成形术期间通过去除骨头来产生平坦中性面板之后提供关节盂的真实前后宽度。中性面板32的长度的预定百分比可用于加工或模制关节盂部件，以具有针对基面27的所选宽度(参见图1)。
4.关节盂室距中性面板的深度
仍参照图2，线38(以虚线示出)在中性面板32处开始并且向内画以确定关节盂室40的深度。之前的报告仅仅提及了距关节表面的深度，这夸大了关节盂的深度。这解释了为何目前市售的关节盂部件的许多中心柱部或周界销过长并且穿透关节盂。现有的设计并未基于已接受肩成形术的患有关节炎和相关联骨损失的患者而设计。
当制造关节盂部件时，制造商可提供有线38的长度。线38的长度的预定百分比可用于加工或模制关节盂部件，以具有针对柱部28选择的纵向长度(参见图1)。
5.关节盂室距具有5毫米直径的中性面板的深度
仍参见图2，5毫米线42(以虚线示出)布置在关节盂室内，平行于线38。这会显示关节盂室的深度，使得可以钻回至5毫米直径。这允许为中心柱部或螺钉精确地确定安全长度。在该设计中允许其它柱部直径，而5毫米仅仅用作示例。
当制造关节盂部件时，制造商可提供有线42的长度。线42的长度的预定百分比可用于加工或模制关节盂部件，以具有针对柱部28的所选长度(参见图1)。
6.上下关节盂长度
测量以毫米计的关节盂高度。
7.确定关节盂在距下边界14毫米处的前后宽度
转向图3，获得人类肩部的2D-CT扫描，并且在矢状切口上，测量线46(以虚线示出)上的前后宽度。线46垂直于距关节盂30的下边界48高达14毫米的线50(以虚线示出)。这测量关节盂在该关节盂的下缘之上14毫米处的前后宽度。这允许针对反向成形术确定关节盂基板的合适宽度。
当制造关节盂部件时，制造商可提供有线46的长度。线46的长度的预定百分比可用于加工或模制关节盂部件，以具有针对基面27选择的宽度(参见图1)。
8.肱骨头部直径和9.肱骨头部厚度
转向图4，获得人类肩部的2D-CT扫描，并且在冠状切片上，测量肱骨头部在线52(以虚线示出)处以毫米计的直径。然后，垂直于线52的画出线54(以虚线示出)，直至肱骨头部的表面56。线54的长度(在此以毫米测量)给出肱骨头部的厚度。
10.较大的结节长度和11.较大的结节宽度
从肱骨头部切口的最下方剖取90度的线58(以虚线示出)然后，将线62(以虚线示出)布置成从较大结节的上方与该线58相交(与线52的上端点相交)。该线62示出较大结节在长度上的真实距离(上下)。接下来，线64(以虚线示出)与该线62成90度，以示出较大结节的最大直径。该线64示出较大结节在宽度上的真实距离(内外)。这有助于设计使结节愈合最大化以及解剖部件形状的肱骨部件。该数据也有助于确切地说针对骨折情形设计不同尺寸的肱骨部件，以改进接合愈合。这会基于患者的体形来包括不同尺寸的“翼部”或其他部件来容纳和固定骨折段。
12.测量肱骨斜度
在图4中，获取线52和62之间以度数计的角度B并且加上90°限定肱骨头部以度数计的倾斜角度(即，以角度计的角度B+90°＝肱骨头部的斜度)。该测量可以确定肱骨部件设计所需的真实倾斜范围。
当制造肱骨部件时，制造商可提供有肱骨头部的倾斜角度。肱骨头部的倾斜角度可用于将肱骨部件加工或模制成在纵向头部轴线H(参见图1)和纵向柄部轴线S(参见图1)或纵向头部轴线H和基面19(参见图1)之间具有选定角度，或者选定角度范围(针对可调节的肱骨斜度)。
结果
使用实例1-12的测量技术，完成对已接受肩成形术的800个患者的调研(436个全肩成形术、210个反向肩成形术以及154个半成形术)，并且将该调研在以下的表1中示出。此外，统计分析显示，当评估特定解剖比率时，存在非常紧的置信区间。这可进一步用于确保表2中示出的合适部件设计。
表1
800个肩部的解剖测量值
第10和第90百分位数指代数据范围。
表2
比值 总体比值 总体-95％置信间隔
肱骨头部直径/肱骨头部厚度 1.98 1.97,2.00
较大结节内外长度(宽度)/较大结合上下长度(高度) 0.337 0.334,0.341
中性面板处的前后宽度/距中性面板的室深度 1.16 1.14,1.18
示例B
关节盂磨损通常发生在具有骨关节炎的后部模式和具有肩袖不全的上方中。还可能发生前磨损以及组合模式，然而后磨损或上磨损模式是主要磨损模式。
存在两个主要装置来对经磨损的关节盂部件进行表面重整：解剖肩成形术和反向成形术。解剖成形术通常在后磨损模式的情形中进行。反向成形术可在后或上磨损模式中进行。为了设计合适尺寸的增强部件，需要了解磨损的尺寸。
1.针对后方磨损的关节盂的增强件设计
通过确定关节盂的型式来确定增强件的角度。参照图7，获得人类肩部的轴向2DCT扫描。定向平行于肩胛骨本体226的线231，该线以90度角度A2与平行于关节表面的线232相交。线232至少从关节盂230的后侧边界234行进至前侧边界236。通过沿着线238以毫米计地测量关节盂230的后方的磨损量来确定增强件的厚度尺寸。也可以确定在天然骨头和侵蚀骨头之间产生接合部241的位置。这通过确定关节盂230中应具有增强表面的百分比来便于该增强件的设计。例如，可以确定沿着线232从后侧边界234至前侧边界236的距离，且然后确定沿着线232从前侧边界236至线243处的位点P的距离，该线243通过接合部241并且垂直于线232。增强角度可以基于线232和角度参考线239之间的角度G来确定，该角度参考线从前侧边界236至线238与骨头相交位置处的线238。取决于外科医生期望对关节盂进行扩孔的程度，增强件的厚度、角度以及由该增强件所覆盖的表面百分比可能较小。然而，扩孔会使得骨头弱化并且减小用于肩袖肌肉的力臂。因此，越来越感兴趣于使用增强件，而非对关节盂骨头进行扩孔。
2.针对上方磨损的关节盂的增强件设计
参照图8，获得人类肩部的冠状2D CT扫描。通过测量距关节盂230的下侧部件242的设定距离来确定所需的增强件的厚度。例如，针对直径是25毫米的关节盂基板，可以沿着平行于关节盂230的中性面板246的线244从关节盂230的下侧部件242测量25毫米(作为图8的尺寸D)，用于中性倾度地布置的基板。然后，可以在内侧沿着线248从线244至骨头表面进行测量，以确定所需的上方增强件的厚度。与平行于关节盂230的中性面板246的线244相比，可以布置线249以与关节盂230的最内方产生角度A3来确定增强关节盂的角度。也可以确定在天然骨头和侵蚀骨头之间的何处产生接合部251。这通过确定关节盂230中应具有增强表面的百分比来便于该增强件的设计。例如，可以确定沿着线244从下侧部件242至上侧边界256的距离，且然后确定沿着线244从下侧部件242至线253处的位点P的距离，该线253通过接合部251并且垂直于线244。
可以产生具有10度下倾的关节盂部件，这是一些外科医生优选的。参照图9，获得人类肩部的冠状2D CT扫描。通过测量距关节盂230的下侧部件342的设定距离来确定所需的增强件的厚度。例如，针对直径是25毫米的关节盂基板，可以沿着相对于关节盂230的中性面板346倾度为10度的线344从关节盂230的下侧部件342测量25毫米(作为图9的尺寸D)，用于下倾10度布置的基板。然后，可以在内侧沿着线348从线344至骨头表面进行测量，以确定所需的上方增强件的厚度。与线344相比，可以通过布置线349来与关节盂2300的最内方产生角度A4来确定增强关节盂的角度。也可以确定在天然骨头和侵蚀骨头之间的何处产生接合部351。这通过确定关节盂230中应具有增强表面的百分比来便于该增强件的设计。例如，可以确定沿着线344从下侧部件342至上侧边界356的距离，且然后确定沿着线344从下侧部件342至线353处的位点P2的距离，该线351通过接合部351并且垂直于线344。
3.关节盂磨损模式
在一系列连续接受反向成形术的50个肩部中，CT扫描表明有28个肩部不具有上关节盂磨损(56％)，而有22个肩部具有上关节盂磨损(44％)。在不具有磨损的关节盂中，上倾斜度平均是8度。在具有上方磨损的关节盂中，有3个具有5-10度上倾的轻度磨损，10个具有10-15度上倾的中度磨损，以及具有大于15度上倾的9个严重磨损。在9个具有严重磨损的磨损中，两个具有大于20度的磨损。
这项研究表明，在接受反向成形术的患者中，上关节盂磨损率很高(44％)。从该方法得到的数据提供了对于适应接受反向成形术的患者所需的增强范围的了解。
该方法已经揭示了用于反向成形术的增强关节盂基板的潜在益处，不仅在明显的关节盂侵蚀的倾斜中，而且在未患有关节盂侵蚀的患者中。增强的关节盂可以便于关节盂部件的下倾，以减少松动的机会，同时维持更好质量的骨以及保存骨。
在不具有磨损的肩部中，存在平均8度上倾。优选的下倾量是大约10度。一种策略会允许外科医生将关节盂扩孔至中性位置，然后使用10度增强的关节盂来产生合适的倾斜。这允许该外科医生在骨保存方案中提供优选的下倾，而无需去除更多的下方骨头。这在具有深凹度的大关节盂中特别重要。如果并不使用增强关节盂，过度的关节盂扩孔会需要产生合适的下倾。
该方法还表明范围高达20度的增强件可以容纳96％的接受反向成形术的关节盂，而无需骨头移植。在高达20度的变形中，外科医生可以扩孔回到10度上倾并且使用具有20度角的增强件。这会产生10度下倾。该方法也便于产生管理上方关节盂磨损的算法。参见如下表3。
表3
使用这里所描述的用于上方磨损和倾斜的方法已表明具有上方磨损模式的反向肩成形术所需的优选增强件范围。此外，该方法已有助于识别将关节盂基板放置在具有最小磨损或没有磨损的患者中的骨保存技术。
因此，本发明提供一种用于优化肩成形术部件设计的方法。使用这种方法及其提供的数据提供了对于全肩成形术和反向肩成形术的关节盂部件以及用于肩成形术和表面重整成形术的肱骨头部的数量、大小和形状的独特见解。这种方法还为骨折柄部提供关于近侧肱骨本体的优选设计、形状和尺寸的有价值信息，以最大化用于半成形术/全肩成形术的结节愈合和肱骨部件设计。还提供一种优化用于肩成形术的增强关节盂设计的方法。在新产品开发的过程中，该方法是可以这样一种宝贵资源，即用于通过影像学来评估每个新的部件设计以确保在部件生产和产品发布之前的最佳适配。虽然本发明在这里描述为用于优化肩成形术部件设计的方法，但本发明也可用于其它关节(例如，肘、腕、手、脊柱、髋、膝、踝、脚等等)。
尽管已经关于某些实施方式详细地描述了本发明,但是本领域技术人员能够理解，可以通过不同于所述实施方式的方式实施本发明，本文所述的实施方式是为了举例说明，而没有限制的作用。因此，所附权利要求的范围不应限于这里所包含的实施例的描述。

Claims (40)

1.一种用于制造假体部件的方法，所述假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分，所述方法包括：
形成所述假体部件以包括本体，所述本体具有基面、外表面、第一侧缘以及第二侧缘，所述外表面与所述基面相对，所述第一侧缘在所述基面和所述外表面之间延伸，而所述第二侧缘在所述基面和所述外表面之间延伸，其中，所述第二侧缘与所述第一侧缘相对，其中，所述第一侧缘的第一厚度比所述第二侧缘的第二厚度小增强件厚度，所述增强件厚度通过如下方式确定：(i)获得所述关节的骨头的图像，(ii)在所述图像上定向相对于所述骨头的本体的参考角，以产生平行于骨头表面的第一参考线，其中，所述第一参考线从所述骨头的第一边界延伸至所述骨头的相对第二边界，(iii)在所述图像上定向第二参考线，所述第二参考线从所述第一参考线至所述骨头表面的侵蚀区域，(iv)确定所述第二参考线的长度，以及(v)基于所述第二参考线的长度来选择所述增强件厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度从所述第二侧缘延伸至所述基面上在所述第一侧缘和所述第二侧缘之间的位置。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述位置通过如下方式确定：(vi)在所述图像上识别在所述骨头表面的侵蚀区域和所述骨头表面的天然区域之间的接合部，以及(vii)确定所述第一参考线上的参考点，在所述参考点处，第三参考线与所述第一参考线相交，所述第三参考线从所述接合部垂直地延伸至所述第一参考线。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述位置通过如下方式确定：(viii)计算从所述骨头的第一边界到所述参考点的第四参考线相对于所述第一参考线的长度的百分比，以及(ix)选择所述百分比作为所述本体的具有所述增强件厚度的量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度从所述第一侧缘至所述第二侧缘而增大，由此在所述外表面和所述基面之间限定增强件角度，以及
所述增强件角度通过如下方式确定：在所述图像上定向角度参考线，所述角度参考线从所述第一边界至所述第二参考线与所述骨头表面相交的位置处，并且将所述增强件角度选择为所述第一参考线和所述角度参考线之间的角度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度在台阶不连续处从所述第一侧缘至所述第二侧缘增大。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述骨头是肩胛骨，
所述关节是肩部，以及
所述假体部件是关节盂部件。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述外表面是凹承载表面，用以与全肩成形术系统的肱骨头部部件铰接。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
所述关节盂部件是关节盂基板，所述关节盂基板的尺寸被设定成固定于反向肩成形术系统的盂球。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述图像是计算机断层扫描轴向切片，以及
所述参考角度是90度。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一侧缘是前边缘，以及
所述第二侧缘是后边缘。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度等于所述第二参考线的长度。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述关节选自肘、腕、手、脊柱、髋、膝、踝和脚。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，
当所述关节是所述肘时，所述骨头选自尺骨、桡骨和肱骨，
当所述关节是所述腕时，所述骨头选自桡骨、尺骨和腕骨，
当所述关节是所述手时，所述骨头选自指骨、掌骨和腕骨，
当所述关节是所述脊柱时，骨头是椎骨，
当所述关节是所述髋时，所述骨头选自股骨和骨盆，
当所述关节是所述膝时，所述骨头选自股骨、胫骨和髌骨，
当所述关节是所述踝时，所述骨头选自距骨、胫骨和腓骨，以及
当所述关节是所述脚时，所述骨头选自趾骨、跗骨和跖骨。
15.一种用于制造假体部件的方法，所述假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分，所述方法包括：
形成所述假体部件以包括本体，所述本体具有基面、外表面、第一侧缘以及第二侧缘，所述外表面与所述基面相对，所述第一侧缘在所述基面和所述外表面之间延伸，而所述第二侧缘在所述基面和所述外表面之间延伸，其中，所述第二侧缘与所述第一侧缘相对，其中，所述第一侧缘的第一厚度比所述第二侧缘的第二厚度小增强件厚度，所述增强件厚度通过如下方式确定：(i)获得所述关节的骨头的图像，(ii)在所述图像上定向中性面板线，(iii)在所述图像上定向第一参考线，所述第一参考线平行于所述中性面板线或者相对于所述中性面板线的平行线呈20度以内，且所述第一参考线从所述骨头的第一边界延伸至所述骨头的相对第二边界，(iv)在所述图像上定向第二参考线，所述第二参考线从所述第一参考线至所述骨头表面，且所述第二参考线在距所述骨头的第一边界预定距离处与所述第一参考线相交，(v)确定所述第二参考线的长度，以及(vi)基于所述第二参考线的长度选择所述增强件厚度。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度从所述第二侧缘延伸至所述基面上在所述第一侧缘和所述第二侧缘之间的位置。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，
所述位置通过如下方式确定：(vii)在所述图像上识别在所述骨头表面的侵蚀区域和所述骨头表面的天然区域之间的接合部，以及(viii)确定所述第一参考线上的参考点，在所述参考点处，第三参考线与所述第一参考线相交，所述第三参考线从所述接合部垂直地延伸至所述第一参考线。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，
所述位置通过如下方式确定：(viii)计算从所述骨头的第一边界到所述参考点的第四参考线相对于所述第一参考线的长度的百分比，以及(ix)选择所述百分比作为所述本体的具有所述增强件厚度的量。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度从所述第一侧缘至所述第二侧缘而增大，由此在所述外表面和所述基面之间限定增强件角度，以及
所述增强件角度通过如下方式确定：在所述图像上定向角度参考线，所述角度参考线从所述第一边界至所述第二参考线与所述骨头表面相交的位置处，并且将所述增强件角度选择为所述第一参考线和所述角度参考线之间的角度。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度在台阶不连续处从所述第一侧缘至所述第二侧缘而增大。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述骨头是肩胛骨，
所述关节是肩部，以及
所述假体部件是关节盂部件。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，
所述外表面是凹承载表面，用以与全肩成形术系统的肱骨头部部件铰接。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，
所述关节盂部件是关节盂基板，所述关节盂基板的尺寸被设定成固定于反向肩成形术系统的盂球。
24.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述图像是计算机断层扫描冠状切片。
25.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述第一参考线相对于所述中性面板线的平行线约呈10度。
26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述第一侧缘是下边缘，以及
所述第二侧缘是上边缘。
27.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述预定距离是约20毫米至约40毫米。
28.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述增强件厚度等于所述第二参考线的长度。
29.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
所述关节选自肘、腕、手、脊柱、髋、膝、踝和脚。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，
当所述关节是所述肘时，所述骨头选自尺骨、桡骨和肱骨，
当所述关节是所述腕时，所述骨头选自桡骨、尺骨和腕骨，
当所述关节是所述手时，所述骨头选自指骨、掌骨和腕骨，
当所述关节是所述脊柱时，骨头是椎骨，
当所述关节是所述髋时，所述骨头选自股骨和骨盆，
当所述关节是所述膝时，所述骨头选自股骨、胫骨和髌骨，
当所述关节是所述踝时，所述骨头选自距骨、胫骨和腓骨，以及
当所述关节是所述脚时，所述骨头选自趾骨、跗骨和跖骨。
31.一种用于制造假体部件的方法，所述假体部件用于置换受试者中关节的骨头的一部分，所述方法包括：
形成所述假体部件以包括本体，所述本体具有基面、外表面、第一侧缘以及第二侧缘，所述外表面与所述基面相对，所述第一侧缘在所述基面和所述外表面之间延伸，而所述第二侧缘在所述基面和所述外表面之间延伸，其中，所述第二侧缘与所述第一侧缘相对，其中，所述第一侧缘的第一厚度比所述第二侧缘的第二厚度小增强件厚度，以及所述增强件厚度从所述第一侧缘至所述第二侧缘增大，由此在所述外表面和所述基面之间限定增强件角度，以及所述增强件角度通过如下方式确定：(i)获得所述关节的骨头的图像，(ii)在所述图像上定向中性面板线，(iii)在所述图像上定向第一参考线，所述第一参考线平行于所述中性面板线，且所述第一参考线从所述骨头的第一边界延伸至所述骨头的相对第二边界，(iv)在所述图像上定向第二参考线，所述第二参考线从所述第一参考线至骨头表面，且所述第二参考线在距所述骨头的第一边界预定距离处与所述第一参考线相交，(v)在所述图像上定向角度参考线，所述角度参考线从所述第一边界至所述第二参考线与所述骨头表面相交的位置处，以及(vi)基于所述第一参考线和所述角度参考线之间的测得角度来选择所述增强件角度。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，
当所述测得角度在上倾0度至10度的范围内时，将所述增强件角度选择为约10度。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，
当所述测得角度在上倾10度至15度之间时，将所述增强件角度选择为约15度。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，
当所述测得角度在上倾15度至20度的范围内时，将所述增强件角度选择为约20度。
35.如权利要求31所述的方法，其特征在于，
所述骨头是肩胛骨，
所述关节是肩部，以及
所述假体部件是关节盂部件。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，
所述关节盂部件是关节盂基板，所述关节盂基板的尺寸被设定成固定于反向肩成形术系统的盂球。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，
所述第一侧缘是下边缘，以及
所述第二侧缘是上边缘。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，
所述图像是计算机断层扫描冠状切片。
39.如权利要求31所述的方法，其特征在于，
所述关节选自肘、腕、手、脊柱、髋、膝、踝和脚。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，
当所述关节是所述肘时，所述骨头选自尺骨、桡骨和肱骨，
当所述关节是所述腕时，所述骨头选自桡骨、尺骨和腕骨，
当所述关节是所述手时，所述骨头选自指骨、掌骨和腕骨，
当所述关节是所述脊柱时，骨头是椎骨，
当所述关节是所述髋时，所述骨头选自股骨和骨盆，
当所述关节是所述膝时，所述骨头选自股骨、胫骨和髌骨，
当所述关节是所述踝时，所述骨头选自距骨、胫骨和腓骨，以及
当所述关节是所述脚时，所述骨头选自趾骨、跗骨和跖骨。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102183079B1 (ko) * 2018-06-12 2020-11-26 경북대학교 산학협력단 안와 임플란트 모델링 및 제작을 위한 방법 및 장치
CN109662814B (zh) * 2019-03-01 2024-07-05 安徽工程大学 一种人工肩关节
CN109793598B (zh) * 2019-03-01 2024-05-17 安徽工程大学 一种肩关节假体
KR102250250B1 (ko) * 2019-03-29 2021-05-12 경북대학교 산학협력단 나사 식립이 가능한 패턴을 가진 인체 맞춤형 안와 임플란트 모델링 및 제작을 위한 방법 및 장치
KR102413390B1 (ko) * 2020-10-06 2022-06-30 주식회사 코렌텍 맞춤형 거골 임플란트
KR102664596B1 (ko) * 2021-10-26 2024-05-09 주식회사 제일메디칼코퍼레이션 손가락뼈용 임플란트의 설계방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1630495A (zh) * 2001-05-25 2005-06-22 成像治疗仪股份有限公司 用于关节表面再造的方法和组合物
CN101530354A (zh) * 2008-03-13 2009-09-16 宝元科技股份有限公司 关节局部表面植入物的数字数据设计方法
WO2014035991A1 (en) * 2012-08-27 2014-03-06 Conformis, Inc. Methods, devices and techniques for improved placement and fixation of shoulder implant components

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8771365B2 (en) * 2009-02-25 2014-07-08 Conformis, Inc. Patient-adapted and improved orthopedic implants, designs, and related tools
US6364910B1 (en) * 2001-07-11 2002-04-02 Biomet, Inc. Method and apparatus for use of a glenoid component
US8007448B2 (en) * 2004-10-08 2011-08-30 Stryker Leibinger Gmbh & Co. Kg. System and method for performing arthroplasty of a joint and tracking a plumb line plane
EP2611392B1 (en) * 2010-09-01 2021-03-03 Mayo Foundation For Medical Education And Research Method for optimization of joint arthroplasty component design

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1630495A (zh) * 2001-05-25 2005-06-22 成像治疗仪股份有限公司 用于关节表面再造的方法和组合物
CN101530354A (zh) * 2008-03-13 2009-09-16 宝元科技股份有限公司 关节局部表面植入物的数字数据设计方法
WO2014035991A1 (en) * 2012-08-27 2014-03-06 Conformis, Inc. Methods, devices and techniques for improved placement and fixation of shoulder implant components

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