CN110960289B - 单髁截骨导板及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单髁截骨导板，该单髁截骨导板被设计用于配合切割工具实现膝关节单髁定量化截骨。单髁截骨导板包括股骨钻孔导板和胫骨截骨导板。股骨钻孔导板具有：通过CT扫描重建定制化设计而成的与股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁分别贴合的股骨髁远端定位面、髁间窝定位面和股骨髁前髁定位面；胫骨截骨导板具有：通过CT扫描重建定制化设计而成的与胫骨平台前侧面相贴合的胫骨平台定位面；纵向截骨导向槽，该纵向截骨导向槽适于将切割工具限位于沿胫骨纵向延伸的纵向截骨平面内；和水平截骨限位槽，该水平截骨限位槽适于将切割工具限位于沿胫骨横向延伸的水平截骨平面内。本发明还涉及一种单髁截骨导板的定位方法。

Description

单髁截骨导板及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种单髁截骨导板，该单髁截骨导板被设计用于配合切割工具实现膝关节单髁的定量化截骨。本发明还涉及一种单髁截骨导板的定位方法。

背景技术

随着单髁关节置换技术(UKA)的不断进步，现在临床上快速康复理念，“保膝”理念的提出，单髁关节置换术越来受到中国骨科专家的青睐。

单髁关节置换技术(UKA)具有创伤小、恢复快、保留骨质、关节稳定性好等优点，在不破坏患者膝关节原有的本体感觉和软组织平衡系统的前提下,最大程度保留患者膝关节运动功能，提高了患者对康复治疗的满意度。

单髁关节置换技术(UKA)所要求的精度相对较高，最容易出现的并发症是无菌性松动、聚乙烯衬垫磨损、聚乙烯衬垫脱位、对侧骨关节炎、假体周围骨折(胫骨侧、股骨侧)、损伤侧副韧带及交叉韧带。导致这些并发症的原因有很多，其中很重要的一个原因就是截骨及安装精度不够。

临床研究证实，单髁置换术后不同假体的安放角度与单髁假体生存率有一定的相关性，现阶段单髁置换系统操作规范仍存在一定程度上的不精确性，很大程度上依赖于操作者的肉眼和经验来确定假体植入的位置和角度，不准确率可达30％。

截骨及安装精度不够会导致很多问题，主要包括：截骨过多易导致垫片脱位；截骨过少易导致该外/内间室过紧，进而导致聚乙烯垫片磨损，同时可能由于间室过紧导致膝关节内/外翻而增加内/外侧间室应力，加速了膝关节炎的发生，容易造成无菌性松动。

截骨及安装精度不够还会导致假体周围骨折，假体周围骨折包括胫骨平台骨折和股骨侧骨折，这些都是单髁关节置换技术(UKA)在术中及短期术后较为严重的并发症，胫骨骨折有0.2％-5.0％发生率，对于初次进行单髁关节置换技术的医生来说，发病率更高。

导致胫骨骨折主要原因有截骨时纵向切割过深、术中暴力造成的内/外侧胫骨平台骨质强度降低，及术后胫骨平台近端应力过高。胫骨平台内外翻程度较高也会导致骨折的发生。

导致股骨侧骨折的原因除了术后膝关节较大的轴向外力负载外，非骨水泥固定产生的压配作用过大、术中髓内定位杆的使用导致的髓内应力增加是造成股骨侧骨折的重要原因。

为了解决截骨、安装精准度不够导致的单髁关节置换技术的术中、短期术后聚乙烯衬垫脱位以及长期术后的无菌性松动、聚乙烯衬垫磨损、对侧骨关节炎问题、假体周围骨折风险、以及不完善的韧带保护措施导致的侧副韧带及交叉韧带的损伤，目前常采用计算机导航技术，但是费用较高，普及率不高。

因此，需要提供一种单髁截骨导板，能够用于单髁关节置换技术，优化单髁关节置换技术的手术工具设计，提高截骨、安装精度，并减少单髁关节置换技术的术中及术后并发症。

发明内容

本发明通过一种单髁截骨导板解决了上述问题。该单髁截骨导板被设计用于配合切割工具实现膝关节单髁的定量化截骨，所述单髁截骨导板包括股骨钻孔导板和胫骨截骨导板，其中，所述股骨钻孔导板具有：若干钻孔导向限位柱，每个所述钻孔导向限位柱具有适于使限位钉穿过的钻孔；和通过CT扫描重建定制化设计而成的与股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁分别贴合的股骨髁远端定位面、髁间窝定位面和股骨髁前髁定位面；所述胫骨截骨导板具有：通过CT扫描重建定制化设计而成的与胫骨平台前侧面相贴合的胫骨平台定位面；纵向截骨导向槽，所述纵向截骨导向槽适于将所述切割工具限位于沿胫骨纵向延伸的纵向截骨平面内；和水平截骨限位槽，所述水平截骨限位槽适于将所述切割工具限位于沿胫骨横向延伸的水平截骨平面内。

由于通过CT扫描重建技术定制化设计的股骨钻孔导板与股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁精确地贴合，因而保证了对股骨钻孔导板的精确定位作用，保证股骨塑型效果，防止股骨内外翻，进而保证了假体良好的安装精度。尽管本申请中的股骨钻孔导板是单髁截骨导板的一部分，但是它并不局限于单髁的区域，而是延伸到髁间窝并对股骨髁远端和股骨髁前髁形成包裹。髁间窝定位面延伸到股骨髁间窝内的设计保证了钻孔过程的稳定性。定制化的股骨钻孔导板能够在股骨单髁上实现简单的贴合定位，替代目前使用的附在定位装置，简化了操作方法，也降低了手术难度。

由于采用股骨髁远端定位面、髁间窝定位面、股骨髁前髁定位面三个定位面的定位作用，因而避免了髓内定位所需的股骨开髓处理而产生的感染和脂肪栓塞风险，也避免了髓内定位所需的股骨打孔，从而保证了股骨髁强度，降低了骨折风险。

优选的是，所述胫骨截骨导板的所述水平截骨限位槽是在水平两端封闭的封闭槽。水平截骨限位槽的封闭槽设计防止术中截骨过程发生侧副韧带及交叉韧带损伤。封闭槽的两端分别从根本上防止了在水平截骨限位槽内运动的切割工具(例如摆动锯)过度向两侧运动而触及甚至割伤侧副韧带及交叉韧带。

优选的是，所述胫骨截骨导板的所述胫骨平台定位面上包括若干固定孔，所述固定孔适于使固定钉穿过而在截骨过程中固定所述胫骨截骨导板。

优选的是，所述股骨钻孔导板的所述钻孔导向限位柱内部设计为圆筒状，与限位钉轮廓相匹配，而外部则呈根部加厚的形状，例如锥台形状。钻孔导向限位柱尤其可以内部为圆筒状，而外部为圆锥台形状。加厚的根部保证了打孔时钻孔导向限位柱与股骨髁远端定位面的接触区域的强度。

优选的是，所述胫骨截骨导板还包括纵向截骨限深孔，其中，通过所述纵向截骨导向槽的纵向截骨平面和通过水平截骨限位槽的水平截骨平面相交于所述纵向截骨限深孔。纵向截骨限深孔用于深度限位。在手术中，纵向截骨限深孔中被打入限深钉，在纵向截骨导向槽中运动的切割工具(例如往复锯)向下的切割运动在遇到限深钉后被阻挡，从而防止截骨过深导致的胫骨平台骨折。

原则上，只要保证所述纵向截骨限深孔处于纵向截骨导向槽所在的纵向截骨平面和水平截骨限位槽所在的水平截骨平面的相交位置即可。纵向截骨限深孔的形状使得纵向截骨导向槽所在的纵向截骨平面和水平截骨限位槽所在的水平截骨平面之间形成了圆角过渡，避免了应力集中。圆角型胫骨平台截骨的切口周围和胫骨干有比较好的应力和应变分布，可降低胫骨假体周围骨折风险。

与之相比，对于纵向截骨平面和水平截骨平面成锐角转折的情况(传统切割模型，其应力分布参见图4C)，最大等效应力发生在胫骨切割面的前端，最大应力分别为23.57MPa。对于纵向截骨平面和水平截骨平面成过切转折的情况(竖直过切模型，其应力分布参见图4B)，最大等效应力转向胫骨切割面的后侧，且应力数值分别增加了2.1倍。另外，胫骨切割面后侧的皮质骨应力远大于前端皮质骨的应力，当最大主应力超过胫骨的强度极限时，则很容易引发胫骨平台近端骨折，且骨折方向沿着胫骨平台切割面拐角后方向切割面拐角前方以及胫骨干骺端延伸。

相反，对于本申请中的实现了圆角过渡的模型(圆角切割模型，其应力分布参见图4A)，最大等效应力相对竖直过切模型降低了62％，相对于锐角的传统切割模型降低了19％。而最大主应力相对竖直过切模型降低了73.8％，相对于锐角的传统切割模型降低了35％。因此，当在切割面拐角处倒圆后，将很大程度上降低胫骨平台近端骨折的风险。

优选的是，所述胫骨截骨导板的所述纵向截骨限深孔仅与所述纵向截骨导向槽和水平截骨限位槽中的一个相连通。或者，纵向截骨限深孔布置于纵向截骨导向槽的底端，靠近水平截骨限位槽但仅与纵向截骨导向槽相连通，并不与水平截骨限位槽相连通。替代的是，亦可将在水平截骨限位槽靠近纵向截骨平面的一端形成与水平截骨限位槽连通的纵向截骨限深孔，而纵向截骨导向槽则位于纵向截骨限深孔上方但不与之连通。

为固定胫骨截骨导板，优选的是，在胫骨截骨导板的胫骨平台定位面上设置两个固定孔。这些固定孔在胫骨平台前侧面上优选对角地布置。

优选的是，股骨钻孔导板的各个钻孔导向限位柱内径大小、外部轮廓大小均可以根据需要任意组合。数量上，钻孔导向限位柱可以是两个，也可以是更多个。优选的是，所述股骨钻孔导板包括两个钻孔导向限位柱。它们优选沿股骨髁的前后方向布置成一列，但也不排除其它布置方式。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种单髁截骨导板的定位方法，该方法包括如下步骤：将单髁截骨导板的股骨钻孔导板以通过CT扫描重建定制化设计而成的股骨髁远端定位面、髁间窝定位面和股骨髁前髁定位面贴合在股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁上；将单髁截骨导板的胫骨截骨导板以通过CT扫描重建定制化设计而成的胫骨平台定位面(8)与胫骨平台前侧面相贴合。

附图说明

图1A、图1B、图1C和图1D分别从不同空间角度示意了本发明的单髁截骨导板中的股骨钻孔导板1与股骨的贴合关系；

图2示意了本发明的单髁截骨导板中的胫骨截骨导板2的纵向截骨限深孔10仅与纵向截骨导向槽9相连通的实施方式；

图3示意了本发明的单髁截骨导板中的胫骨截骨导板2的纵向截骨限深孔10仅水平截骨限位槽11相连通的实施方式。

图4A至图4C分别示出了圆角切割模型、竖直过切模型和传统切割模型下的胫骨截骨导板所截胫骨的应力分布模拟图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的单髁截骨导板进行详细说明，附图仅用于解释本发明，不应理解为对本发明的限制。

图1A、图1B、图1C和图1D分别从不同空间角度示意了本发明的单髁截骨导板中的股骨钻孔导板1与股骨的贴合关系，如图1A至图1D所示，本发明提供的股骨钻孔导板1具有钻孔导向限位柱6和钻孔导向限位柱7，每个钻孔导向限位柱具有适于使限位钉穿过的钻孔。

股骨钻孔导板1还具有通过CT扫描重建定制化设计而成的股骨髁远端定位面3、髁间窝定位面4和股骨髁前髁定位面5，其中，股骨髁远端定位面3与股骨髁远端130贴合、髁间窝定位面4和髁间窝140贴合，股骨髁前髁定位面5和股骨髁前髁150贴合。由于通过CT扫描重建技术定制化设计的股骨钻孔导板与股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁精确地贴合，因而保证了对股骨钻孔导板的精确定位作用，保证股骨塑型效果，防止股骨内外翻，进而保证了假体良好的安装精度。

在此实施形式中，股骨钻孔导板1，股骨髁远端定位面3能够紧贴股骨髁远端，髁间窝定位面4能够紧贴股骨髁远端向髁间窝的延伸面，股骨髁前髁定位面5能够紧贴股骨髁前髁，分别从不同角度与股骨髁贴合，实现了精确定位，然后通过钻孔导向限位柱6和钻孔导向限位柱7进行钻孔。

图1A至图1D中的钻孔导向限位柱6和钻孔导向限位柱7，外部锥形、内部圆筒形设计，保证打孔时钻孔导向限位柱6、钻孔导向限位柱7与股骨髁远端定位面3接触区域的强度。

图2示意了本发明的单髁截骨导板中的胫骨截骨导板2的纵向截骨限深孔10仅与水平截骨限位槽11相连通的实施方式，如图2所示，本发明提供的胫骨截骨导板2具有通过CT扫描重建定制化设计而成的与胫骨平台前侧面相贴合的胫骨平台定位面8，胫骨平台定位面8通过CT扫描重建定制化设计，保证与胫骨平台前侧面的贴服度，胫骨平台定位面的定位作用可减少抱髁器等截骨定位工具的使用，使得操作方法简单、降低手术难度。

胫骨平台定位面8上包括对角布置的两个固定孔12，固定孔12适于使固定钉穿过而在截骨过程中固定胫骨截骨导板2。

胫骨截骨导板2还具有纵向截骨导向槽9，纵向截骨导向槽9适于将切割工具限位于沿胫骨纵向延伸的纵向截骨平面L内。

胫骨截骨导板2还具有水平截骨限位槽11，水平截骨限位槽11适于将切割工具限位于沿胫骨横向延伸的水平截骨平面H内。

从图2中还可以清晰的看到，胫骨截骨导板2的所述水平截骨限位槽11是在水平两端封闭的封闭槽，水平截骨限位槽的封闭槽设计可以防止术中截骨过程发生侧副韧带及交叉韧带损伤，封闭槽的两端分别从根本上防止了在水平截骨限位槽内运动的切割工具(例如摆动锯)过度向两侧运动而触及甚至割伤侧副韧带及交叉韧带。

胫骨截骨导板2还包括纵向截骨限深孔10，其中，通过纵向截骨导向槽9的纵向截骨平面L和通过水平截骨限位槽11的水平截骨平面H相交于纵向截骨限深孔10。

纵向截骨限深孔10用于深度限位，在手术中，纵向截骨限深孔10中被打入限深钉，在纵向截骨导向槽9中运动的切割工具(例如往复锯)向下的切割运动在遇到限深钉后被阻挡，从而防止截骨过深导致的胫骨平台骨折。这样，纵向截骨限深孔10的形状就使得纵向截骨导向槽9所在的纵向截骨平面L和水平截骨限位槽11所在的水平截骨平面H之间形成了圆角过渡，避免了应力集中。圆角型胫骨平台截骨的切口周围和胫骨干有比较好的应力和应变分布，可降低胫骨假体周围骨折风险。

本发明提供的胫骨截骨导板2，胫骨平台定位面8能够紧贴胫骨平台前侧，通过两个固定孔12植入固定钉进行固定，实现了胫骨截骨导板2与胫骨的精确定位，与胫骨平台前侧面的贴服定位，保证截骨精准度，确保良好的安装精度，防止截骨位置问题引起假体安装不当而导致无菌性松动、垫片脱位、对侧骨关节炎等不良事件。

例如，在截骨过程中，首先通过纵向截骨导向槽9进行纵向截骨，然后通过水平截骨槽11进行横向截骨。

图3示意了本发明的单髁截骨导板中的胫骨截骨导板2的纵向截骨限深孔10仅纵向截骨导向槽9与相连通的实施方式。

在图2和图3的两个实施例中，都示意了本发明的单髁截骨导板的圆角过渡的圆角切割模型，与现有技术中的相对过切的竖直过切模型相比较，最大等效应力降低了62％，最大主应力降低了73.8％；与现有技术中的相对锐角的传统切割模型相比较，最大等效应力降低了19％，最大主应力降低了35％，因此，当在切割面拐角处倒圆后，将很大程度上降低胫骨平台近端骨折的风险。

本发明提供的胫骨截骨导板2，能够根据骨质情况及胫骨截骨定制化导板2稳定性，确定精确截骨固定孔位置，保证胫骨强度；截骨面后倾角度模拟患者解剖后倾一致(后倾角减小增大会导致垫片的平移、磨损，脱位等问题)，减小手术并发症，因此，在术中采用圆角截骨，并通过精确截骨保证假体安装的准确性，降低胫骨骨折的风险。

在使用本发明的单髁截骨导板时，首先将单髁截骨导板的股骨钻孔导板以通过CT扫描重建定制化设计而成的股骨髁远端定位面、髁间窝定位面和股骨髁前髁定位面贴合在股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁上，从而实现股骨钻孔导板的定位。在以这种贴合方式实现了在股骨髁上的精确定位的基础上，随后可以通过钻孔导向限位柱6和钻孔导向限位柱7进行钻孔。

对于单髁截骨导板的胫骨截骨导板，首先将单髁截骨导板的胫骨截骨导板以通过CT扫描重建定制化设计而成的胫骨平台定位面8与胫骨平台前侧面相贴合。然后以固定钉穿过胫骨平台定位面8上的两个固定孔12，从而在截骨过程中固定胫骨截骨导板2。

在固定了胫骨截骨导板2之后，向纵向截骨限深孔10中打入限深钉，然后在纵向截骨导向槽9和水平截骨限位槽11中伸入切割工具进行切割。

以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导而做出更多的实施方式和应用，这些实施方式和应用都在本发明的精神和范围内。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。

附图标记列表

1 股骨钻孔导板

2 胫骨截骨导板

3 股骨髁远端定位面

4 髁间窝定位面

5 股骨髁前髁定位面

6、7 钻孔导向限位柱

8 胫骨平台定位面

9 纵向截骨导向槽

10 纵向截骨限深孔

11 水平截骨限位槽

12 固定孔

L 纵向截骨平面

H 水平截骨平面

130 股骨髁远端

140 髁间窝

150 股骨髁前髁。

Claims (11)

1.一种单髁截骨导板，该单髁截骨导板被设计用于配合切割工具实现膝关节单髁的定量化截骨，所述单髁截骨导板包括股骨钻孔导板(1)和胫骨截骨导板(2)，

其特征在于，

所述股骨钻孔导板(1)具有：

通过 CT 扫描重建定制化设计而成的与股骨髁远端、髁间窝和股骨髁前髁分别贴合的股骨髁远端定位面(3)、髁间窝定位面(4)和股骨髁前髁定位面(5)；

所述胫骨截骨导板(2)具有：

通过 CT 扫描重建定制化设计而成的与胫骨平台前侧面相贴合的胫骨平台定位面(8)；

纵向截骨导向槽(9)，所述纵向截骨导向槽适于将所述切割工具限位于沿胫骨纵向延伸的纵向截骨平面(L)内；和

水平截骨限位槽(11)，所述水平截骨限位槽适于将所述切割工具限位于沿胫骨横向延伸的水平截骨平面(H)内，

其中，所述胫骨截骨导板(2)的所述水平截骨限位槽(11)是在水平两端封闭的封闭槽。

2.根据权利要求1 所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述股骨钻孔导板(1)还具有若干钻孔导向限位柱(6，7)，每个所述钻孔导向限位柱具有适于使限位钉穿过的钻孔。

3.根据权利要求 2 所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述股骨钻孔导板(1)具有两个钻孔导向限位柱(6，7)。

4.根据权利要求2 所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述胫骨截骨导板(2)的所述胫骨平台定位面(8)上包括若干固定孔(12)，所述固定孔适于使固定钉穿过而在截骨过程中固定所述胫骨截骨导板(2)。

5.根据权利要求2 至4 中任一项所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述股骨钻孔导板(1)的所述钻孔导向限位柱(6，7)内部设计为圆筒状，与限位钉轮廓相匹配，而外部则呈根部加厚的形状。

6.根据权利要求 5 所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述股骨钻孔导板(1)的所述钻孔导向限位柱(6，7)的外部呈根部加厚的锥台形状。

7.根据权利要求1 至4 中任一项所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述胫骨截骨导板(2)还包括纵向截骨限深孔(10)，其中，通过所述纵向截骨导向槽(9)的纵向截骨平面(L)和通过水平截骨限位槽(11)的水平截骨平面(H)相交于所述纵向截骨限深孔(10)。

8.根据权利要求7 所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述胫骨截骨导板(2)的所述纵向截骨限深孔(10)仅与所述纵向截骨导向槽(9)和水平截骨限位槽(11)中的一个相连通。

9.根据权利要求1 至4 中任一项所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述胫骨截骨导板(2)的所述胫骨平台定位面(8)上包括两个固定孔(12)。

10.根据权利要求9 所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述胫骨截骨导板(2)的所述胫骨平台定位面(8)上的所述固定孔（12）在胫骨平台前侧面上对角地布置。

11.根据权利要求2 至4 中任一项所述的单髁截骨导板，其特征在于，所述钻孔导向限位柱(6，7)或者具有大小不同的内径，或者具有大小不同的外部轮廓，或者既具有大小不同的内径也具有大小不同的外部轮廓。

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