CN110461266A - 用于髋臼植入手术的对准引导件及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于髋臼植入物的对准引导件被设计成使用3D医学图像配合特定患者、符合该患者，且使用一个或多个引导孔导引定位销的插入，以在医疗程序期间指示多种手术工具的正确定位。

Description

用于髋臼植入手术的对准引导件及使用方法

相关申请的交叉索引

本申请要求享有2016年11月15日在美国专利商标局(USPTO)提交的美国临时专利申请No.62/422,239的优先权。

引言

本教导提供了一种用于构建个性化患者的方法和用于精确定位髋臼植入物的器械系统。外科医生以前完全依赖于他们自身的判断和放置植入物的技巧，且现有的手术引导系统不受医生欢迎，因为它们需要较长的安装时间且购买和维护成本高昂。

因此，需要一种在髋臼植入程序期间精确定位手术器械的新系统，所述系统与患者个性化配合且安装调节方便快捷。下面展示了旨在满足这些需求的发明。

发明内容

本发明提供了一种用于定位髋臼植入物的个性化设计和3D打印手术引导件。本教导提供一种构建用于精确定位髋臼植入物的个性化设备的方法。所述方法包括根据患者的射线照相图像(包括但不限于X射线、CT图像和MR图像)以及从一系列制造商中选择的以供在手术中使用的市售手术器械来设计个性化术前计划。

针对个性化术前计划的过程包括以下步骤：3D建模模块，根据射线照相图像构建患者的髋臼的3D模型；量化模块，用于从所述3D模型获得所需要的测量，包括找到最佳配合的髋臼杯大小以及用于钻孔和插入髋臼植入物的术前计划；根据患者的3D模型和手术器械的规格的个性化设备的设计模块；以及，生产所述个性化设备的制造模块，包括但不限于这些个性化设备的3D打印技术和用于在手术期间使用的消毒。个性化设备是患者个性化的、易于使用、独立于患者在手术台上的定位和手术台的定位。

根据多种实施方案，对准引导件包括：由3D模型构建的头部，所述3D模型是由患者的CT、MR或类似图像重构的，且所述3D模型与患者的骨盆的一部分相合并且接合患者的骨盆的一部分；附接到所述头部的延伸部，所述延伸部包含一个或多个引导孔；以及，一个或多个定位销，所述一个或多个定位销能够穿过所述引导孔插入到患者的骨盆中，且然后为髋臼杯和相关联的器械的插入指示正确的方向和角度，所述相关联的器械包括但不限于钻孔器、撞击器和髋臼杯植入工具。

根据多种实施方案，与所述头部相合的骨盆的一部分可以是患者的髋臼。

根据多种实施方案，所述延伸部可以具有一个把手。

根据多种实施方案，所述把手可以具有一个或多个附加的引导孔。

根据多种实施方案，在将所述头部固位在患者的骨盆中时，所述延伸部可以旋转。

根据多种实施方案，所述头部可以具有一个或多个爪，以将所述头部固位到患者的骨盆。

根据多种实施方案，所述定位销可以具有夹具，所述夹具能够夹持手术器械，且在所述定位销已经插入到患者的骨盆中之后，所述夹具被附接。

根据多种实施方案，所述对准引导件还可以具有用于控制手术器械的深度的装置。

根据多种实施方案，所述用于控制手术器械的深度的装置可以是附接到手术器械的物理阻挡件。

根据多种实施方案，使用对准引导件的方法包括：提供所述对准引导件；将所述头部对准到患者的一部分中，所述头部已经被成形为用于该患者的该部分；将一个或多个定位销穿过引导孔插入到所述患者的骨盆中；将夹具附接到定位销；以及，在程序期间，使用所述定位销或夹具引导手术器械。

附图说明

根据详细描述和附图，本教导将得到更充分的理解，其中：

图1是对准引导件及其与患者的骨盆的关系的分解立体图。

图2是指示了引导孔的示例性位置的示例性对准引导件的侧视图。

图3是已经穿过引导孔插入定位销时的示例性对准引导件的侧视图。

图4是示例性定位销和夹具的侧视图。

图5是示例性定位销和夹具的侧视图，其中夹具已经被固位到定位销的顶部。

图6是从本发明的一个型式的示例性深度控制器的上方观察的立体图。

图7是从已经应用到手术工具之后的示例性深度控制器的上方观察的立体图。

具体实施方式

在上面的发明内容中、在发明的具体实施方式中、在下面的权利要求中以及在附图中，提到了本发明的具体特征(包括方法步骤)。将理解的是，本发明在此说明书中的公开内容包括这样的具体特征的所有可能组合。例如，在本发明的具体方面或实施方案或具体权利要求的上下文中公开了具体特征的情况下，该特征也可以在可能的范围内结合本发明的其他具体方面和实施方案使用和/或在本发明的其他具体方面和实施方案的上下文中使用，并且总体上在本发明内使用。

术语“包括”及其语法上的等同物在本文中被用来意指可选地存在的其他部件、要素、步骤等。例如，“包括”(或“其包括”)部件A、B和C的物品可以由A、B和C组成(即，仅包含A、B和C)，或者可以不仅包含部件A、B和C，而且包含一个或多个其他部件。

当在本文中提到包括两个或更多个所限定的步骤的方法时，所限定的步骤可以以任何次序执行或同时执行(除非上下文排除了该可能性)，并且所述方法可以包括在所限定的步骤的任一步骤之前、在所限定的步骤的两个步骤之间或在所有所限定的步骤之后执行的一个或多个其他步骤(除非上下文排除了该可能性)。

后接一个数字的术语“至少”在本文中被用来表示以该数字开始的范围的起始(其可以是“有上限或无上限”的范围，取决于所限定的变量)。例如，“至少1个”意指1个或多于1个。后接一个数字的术语“至多”在本文中被用来表示以该数字终止的范围的结尾(其可以是以1或0作为其下限的范围或没有下限的范围，取决于所限定的变量)。例如，“至多4个”意指4个或少于4个，并且“至多40％”意指40％或小于40％。当在此说明书中给出一个范围为“(第一数字)到(第二数字)”或“(第一数字)-(第二数字)”时，这意指其下限是第一数字且其上限是第二数字的范围。例如，25至100mm意指其下限是25mm且其上限是100mm的范围。

定义：

“CT”是计算机断层扫描及语法上的等同物；

“MR”是磁共振及语法上的等同物。

下面的描述实际上是示例性的且不旨在以任何方式限制本教导、应用及用途。

本教导提供了一种方法，该方法包括设计个性化术前计划来设计和生产用于精确定位髋臼植入物的个性化设备。图1示出了根据本发明的用于髋臼植入手术的示例性对准引导件100。它的特征在于两个可拆卸部件：头部102和延伸部108。根据患者的射线照相图像以及将在手术中使用的手术器械的选择来设计对准引导件100，将在手术中使用的手术器械的选择包括但不限于钻孔器、撞击器和髋臼杯插入设备；并且使用3D打印技术或任何其他合适的制造过程来制造对准引导件100。

针对术前计划的过程包括以下步骤：根据射线照相图像(包括但不限于X射线、CT图像和MR图像)构建患者髋臼的3D模型的3D建模模块；用于从3D模型获得所需要的测量的量化模块，以找到最佳配合的髋臼杯大小以及用于钻孔和插入髋臼植入物的精确定位，所需要的测量包括但不限于髋臼的直径和髋臼的形心(centroid)以及前倾角和外展角；根据患者的3D模型和手术器械的规格的个性化设备的设计模块，个性化设备的设计基于定量测量，诸如前倾角和外展角以及选定手术器械的尺寸，以确保手术符合术前计划。合适且相关的髋臼标志物也被用于个性化设备的设计，以及制造模块用于生产个性化设备，包括但不限于3D打印技术。然后对所述个性化设备消毒，以用于在手术期间使用。个性化设备易于使用且独立于患者在手术台上的定位和手术台的定位。

图1示出了具有多个有利特征的示例性对准引导件。通过上述术前过程设计头部102，且头部的下部分104被设计成恰好配合在手术患者的骨盆10的一部分中。图1示出了已经被设计为恰好配合患者的髋臼20的头部102。头部102的特征还可以在于爪106，所述爪106夹紧在患者的骨盆10的多个部分上，进一步使对准引导件100固位，以用于插入定位销114。头部的特征还可以在于指示器116，该指示器指示手术期间植入物的恰当的方向和对准。

延伸部108附接到头部102。该延伸部具有一个或多个引导孔112，定位销114穿过该引导孔112能够被插入且对准，以进入到手术患者的骨盆10中。头部102可以通过旋转轴110附接到延伸部108，该旋转轴110连接头部102和延伸部108。旋转轴110允许对准引导件100的使用者在手术程序期间将引导孔112移动至许多不同的位置。

延伸部108可以具有把手118，该把手118根据由前倾角和外展角所确定的角度来设计和添加。把手118也可以具有一个或多个引导孔112。当对准引导件100被插入到患者的骨盆10的一部分(该对准引导件已经被定制为用于该患者的骨盆10)(在图1中为患者的髋臼20)中时，把手从而成一个角度，该角度允许容易地对准和插入定位销114。

头部102可以由适合于消毒和用于手术的任何3D可打印材料形成，例如但不限于尼龙聚合物。对准引导件100的其余部分可以由适合于消毒和用于手术的任何材料制成，例如但不限于手术用不锈钢。

图2和图3示出了对准引导件100和用于引导孔112的示例性位置的侧视图。图3示出了已经穿过引导孔插入并且现在对准且准备插入到患者的骨盆中的定位销114。一旦定位销114被插入到患者的骨盆10中，则可以移除对准引导件的其余部分。

图4和图5示出了示例性定位销114和夹具402的侧视图。图5示出了被固位到定位销114之后的夹具402。

夹具402可以被设计为配合具有不同横截面形状和大小的多种市售钻孔器或在髋臼程序期间所使用的其他手术工具，并使其稳定，在髋臼程序期间所使用的其他手术工具为例如但不限于撞击器和具有不同横截面形状和大小的髋臼杯插入物。

定位销114可以由适合于消毒和用于手术的任何材料制成，例如但不限于手术用不锈钢。

夹具402可以由适合于消毒和在手术期间使用的任何3D可打印材料(包括尼龙聚合物)制成，但也可以由适合于在手术期间使用的其他材料(例如但不限于手术用不锈钢)制成。

如图6中示出的，系统的特征还可以在于深度控制器602，以防止髋臼20的过钻孔/欠钻孔。深度控制器602可以是环结构，该环结构通过物理上阻挡手术工具移动通过夹具402超过期望的深度而附接到手术器械30。它还可以是施加至手术工具的视觉指示器，给予使用者何时停止降低手术器械30的视觉标记。

在制定术前计划期间由外科医生选择在手术期间将使用的手术器械。外科医生可以选择采用来自多个制造商的具有不同横截面形状和大小的器械。取决于器械的选择，可能需要设计不止一个夹具402以配合多种器械的尺寸。这允许执行程序的手术团队选择他们认为对该具体程序会是最佳的任何工具，而不需要考虑多种工具和制造商的相对兼容性。

尽管参考本发明的特定优选型式相当详细地描述了本发明，但是其他型式也是可能的。因此，所附权利要求的实质和范围不应限于本文中所包含的优选型式的描述。

Claims (10)

1.一种对准引导件，包括：

一个头部；

一个延伸部；

一个或多个定位销；

所述头部由3D模型构建，所述3D模型是由患者的CT图像、MR图像或类似图像重构的，且所述3D模型与所述患者的骨盆的一部分相合且接合所述患者的骨盆的一部分；

所述延伸部附接到所述头部，且所述延伸部具有一个或多个引导孔，定位销能够穿过所述引导孔而被插入到所述患者的骨盆中。

2.根据权利要求1所述的对准引导件，其中骨盆的所述一部分是所述患者的髋臼。

3.根据权利要求1所述的对准引导件，其中所述延伸部具有一个把手。

4.根据权利要求3所述的对准引导件，其中所述把手具有一个或多个附加的引导孔。

5.根据权利要求1所述的对准引导件，其中所述延伸部通过旋转装置而被附接到所述头部，使得在所述头部被固位在所述患者的骨盆中时，所述延伸部能够枢转。

6.根据权利要求1所述的对准引导件，其中所述对准引导件的所述头部具有一个或多个爪，以将所述头部固位到所述患者的骨盆。

7.根据权利要求1所述的对准引导件，其中所述定位销具有夹具，所述夹具能够在所述定位销已经被插入到患者中之后被放置在所述定位销上；所述夹具被形成为使得其能够夹持或引导手术工具。

8.根据权利要求7所述的对准引导件，还包括用于控制手术器械的深度的装置。

9.根据权利要求8所述的对准引导件，其中所述用于控制手术器械的深度的装置是附接到所述手术器械的物理阻挡件。

10.一种使用权利要求1的设备的方法，包括以下步骤：

a.提供权利要求1的对准引导件；

b.将所述头部对准到患者的骨盆的所述一部分中，所述头部已经被成形为用于所述患者的骨盆的所述一部分；

c.使用一个或多个所述引导孔将一个或多个所述定位销插入到所述患者的骨盆中；

d.将所述夹具附接到所述定位销中的一个；

e.在手术程序期间，使用所述定位销和夹具来引导一个或多个手术器械，所述一个或多个手术器械包括但不限于钻孔器、撞击器和髋臼杯植入工具。