CN111263616A - 喷水切割系统 - Google Patents

Abstract

系统(100，900，1100)，装置和方法可以用来打印或使用患者特定的喷水切割引导器(104，302，902，1102)。一种方法可以包括在处理器处接收患者(702)的骨头(102，308)的图像数据，绘制骨头(102，308)的模型(704)，并使用骨头(102，308)的模型生成切割引导器模型(706)。该方法可以包括：使用三维(3D)打印机、使用切割引导器模型来打印喷水切割引导器(104，302，902，1102)。一种方法可以包括使用患者特定的喷水切割引导器(104，302，902，1102)、使用喷水切割装置来执行切除，该喷水切割装置包括可插入患者特定的喷水切割引导器(104，302，902，1102)的切割引导狭槽(106B，304，310，906，1104)中的喷嘴(108，306，406，500A，500B)。

Description

喷水切割系统

背景技术

切割引导器用于整形外科手术中，用于将切割、去毛刺或锯切装置与目标物体对准。切割引导器可用于计划切割并允许切割精确，即使存在切割装置的振动或移动。但是，由于患者的移动、经验不足或视觉通路受阻，有时切割引导器放置不精确。此外，一些传统的切割技术依赖于锯片，其可能不精确或意外损坏骨头或软组织。例如，当由于锯片切割而引起的骨头中的阻力(例如由于骨头的密度或硬度的变化)可能会致其躲避，在这种情况下，锯片会在意外或不希望的方向上移动，从而导致切割不准确。

附图说明

附图不一定按比例绘制，在不同的视图中相同的数字可以描述相同的部件。具有不同字母后缀的相同数字可以表示相同部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式总体上示出了本文中讨论的各实施例。

图1示出了根据一些实施例的喷水切割系统。

图2A-2C示出了根据一些实施例的喷水切割引导器的三个视图。

图3A-3B示出了根据一些实施例的用于使用喷水切割系统的前侧髁切割布置的两个视图。

图4示出了根据一些实施例的与喷水切割系统一起使用的保护板。

图5示出了根据一些实施例的示例性喷水切割装置的包括喷嘴的那部分的特写视图。

图6示出了根据一些实施例的使用喷水切割系统切割的目标骨头。

图7示意出示出了根据一些实施例的用于生成喷水切割系统的技术的流程图。

图8示意出根据一些实施例的流程图，该流程图示出了使用患者特定的切割引导器和喷水系统来切除股骨的远端的技术800。

图9示出了根据一些实施例的用于喷水切割系统中的胫骨切割引导器。

图10示出了根据一些实施例的流程图，该流程图示出了使用喷水切割系统来切除胫骨的技术。

图11示出了根据一些实施例的与喷水切割系统一起使用的包括弯曲狭槽的切割引导器。

具体实施方式

在某些整形外科手术中，例如在全膝或部分膝关节置换术期间，切割引导器用于允许外科医生切除骨头，例如股骨或胫骨。切割引导器的尺寸可以设置为一组切割引导器的一部分，或者可以为患者定制。定制切割引导器可以包括使用三维(3D)模型(例如，来自X射线，CT扫描，MRI等)来生成定制的切割引导器。

外科医生可以使用切割引导器，以允许切割装置执行骨头的切除或其他切割。例如，切割引导器可包括一个或多个狭槽，用于将切割装置插入其中以切割骨头。在一示例中，切割引导器可以包括多个狭槽以在不移动切割引导器的情况下完成外科手术。

典型地在外科手术过程中用来切割骨头的切割装置可以包括锯片，去刺器，锉刀，铰刀等。这些装置包括附接到手柄部分的实心切割元件。在另一示例中，切割装置可以是喷水切割装置，例如包括将水输送到喷嘴部分的管状部分。喷水切割装置可使用纯水或水与一种或多种其他材料的混合物，例如磨削材料(例如石榴石，水泥等)。喷嘴部分在高压下喷射限定形状(通常是细线)的水。在一个示例中，高压水用于切割骨头，并且离开喷嘴的水足够高压以切穿骨头。在一个示例中，足以切穿骨头的压力可以根据下述变化：要切割的骨头，骨头的属性(例如密度，钙化等)，水是纯净水还是与其他材料(比如磨料(其在切割骨头时可以使用更低的足够压力))混合，喷嘴到骨头的距离等。喷嘴可以排出限定形状的加压切割流体。

本文所述的系统和方法包括用于切除股骨、胫骨或其他骨头的喷水切割系统。喷水切割系统使用包括喷嘴的喷水切割装置和切割引导器。在一个示例中，喷水切割系统包括保护板，以在切除期间保护相邻的组织。切割引导器可以包括打印的切割引导器，例如使用3D打印技术或类似的增材制造方法打印的3D切割引导器。例如，可以使用3D建模器来创建模型(例如，从诸如X射线，CT扫描或MRI的患者图像)，然后可以将其发送到3D打印机。例如，CT扫描图像可用于创建测量值以创建3D打印的切割引导器。3D切割引导器可以使用3D打印机以金属进行打印，也可以通过增材制造工艺(例如激光烧结)形成。可以为患者定制3D切割引导器。

一旦打印出来，3D切割引导器即可以被放置在患者的目标骨头上，以用于引导喷水切割装置的喷嘴。喷嘴可被插入3D切割引导器的狭槽中，并且喷水切割装置可被激活。一旦激活，喷水切割装置可以通过喷水切割装置的管状部分将加压水(例如纯水或混合物，比如带有磨料的水，比如水泥颗粒作为水-水泥混合物或石榴石用于水-石榴石混合物)发送到通过狭槽的喷嘴，喷嘴可以将水喷向骨头。水切割骨头，并且喷嘴可以例如由外科医生调节或移动以完成切割。例如，喷嘴可以相对于3D切割引导器旋转以允许沿着平行于狭槽的平面切割。

本文所述的喷水切割系统使用3D打印技术来创建与喷水切割装置一起使用的3D打印的切割引导器。3D打印的切割引导器可以由诸如金属或塑料的刚性材料制成，并且可以针对患者的解剖学结构进行定制。3D打印的切割引导器可以被打印为单一件，或者可以被打印为多个部分(例如，可以在骨头上装配到一起的两个对称的或半对称的侧向部分)。当打印成多个部分时，可以将3D打印的切割引导器打印为外侧部分和内侧部分，或者前侧部分和后侧部分，或者可以分成两个以上的部分。这些部分可以耦合在一起以创建完整的3D打印的切割引导器，例如使用锁定机构、胶水，或者通过附连到骨头(例如，使用销)。可以使用用于成像、建模或准备打印的患者特定的切割引导器技术来打印3D打印的切割引导器，比如在题为“Patient-Specific Orthopedic Instruments”的美国专利8,591,516中描述的那些，该专利被整体以引用方式并入本文。

在一个示例中，本文所述的喷水切割系统可以在切除过程中保护患者的骨头，使其免受典型地与在诸如膝关节置换术之类的手术过程中进行的切割相关的热损伤。例如，一些切割装置可以将热量传递到骨头，比如通过切割装置(例如，锯或去刺器)振动和摩擦。本文所述的喷水切割系统可以提供个性化的切割引导器，其与非个性化的切割引导器或均码或通用型的切割引导器相比可以产生更好的结果(例如，更精确的切割，更短的恢复时间，对于手术过程中来说缩短了的手术时间，次数更少的精磨切割，基于喷水技术的更少的骨头损伤等)。

图1示出了根据一些实施例的喷水切割系统100。喷水切割系统100包括切割引导器104，其可被附连或布置在骨头102周围，例如使用一个或多个销或螺钉(例如销112)。切割引导器104可以包括一个或多个狭槽(例如，狭槽106A-106B)，其可以被构造成接收喷水切割装置的喷嘴108。喷水切割系统100可以包括板110，该板110可以附连到切割引导器104或者可以与切割引导器104分离。板110可以与切割引导器104一起制造(例如，两者均制造为单一件)，可以制造成两件或更多件的形式，或者可以制成单一独立件。作为独立件，板110可以在手术期间由外科医生或助手进行定位，以在切除目标骨头的过程中保护相邻组织。

切割引导器104可以是患者定制的。例如，可以基于模型使用3D打印机打印切割引导器104。可以使用来自患者的数据(例如患者的X射线，CT扫描或MRI)创建模型。该模型可以使用测量值，例如患者的尺寸，肢体对齐(例如，股骨到胫骨肢体对齐)的角度，软组织张力等。切割引导器104可以使用该模型基于X射线、CT或MRI数据以及所测量的数据进行打印。

在一示例中，切割引导器104使用销112附连到骨头102。可以使用与销112相对的另一销将切割引导器104固定到骨头102。为了防止切割引导器104绕销112的轴线旋转，切割引导器104可在至少一个另外的位置与骨102接触以防止旋转。在一个示例中，板110可以用于防止切割引导器104相对于骨头102旋转。板110可以通过多种技术固定。例如，手术助手可以保持住板110。在另一个示例中，当骨头102是股骨时，板110可以固定在骨头102和胫骨之间，例如利用软组织(例如韧带)将股骨连接到胫骨，或者从切割引导器104向胫骨压迫以保持板110处于压缩状态。从股骨、胫骨或切割引导器104在板110上的摩擦可防止板110在切割引导器104压缩时移动。在一个示例中，板110和切割引导器104之间的摩擦可防止切割引导器104旋转。在又一个示例中，板110可以固定到患者，例如骨头102、胫骨等。切割引导器104或板110可以使用X射线成像来生成，以生成患者特定的器械切割引导器或板。例如，可以使用题为“X-Ray Based Cutblock Positioning Jig”的美国专利9,060,786中描述的技术来生成基于X射线的患者特定器械，该专利被整体以引用方式并入本文。

板110可以由诸如钢的金属制成，或由用于防止水切割装置切穿胫骨、软组织或患者或手术区域的其他方面的其它材料制成。在一个示例中，板110是弯曲的，这可以防止水切割装置在骨头102后面切割。喷嘴108可以喷射直线或大致直线的水或水混合物，例如通过将水或水混合物从喷嘴108中喷出。喷嘴可以排出限定形状的加压切割流体。

喷射的水或水混合物可以是圆柱，细线(例如水喷雾)，U形等。例如，圆柱可以用于执行精确切割，例如通过在整个狭槽106B中旋转或移动喷嘴108。细线或喷雾可用于快速执行切割，例如通过在整个狭槽106B上喷射水线，在不旋转或移动喷嘴108的情况下进行切割。U形或其他形状的喷射物可用于在切割时避开骨头或软组织的一些部分。在一个示例中，从喷嘴108喷射的水可以包括较高水压部分，使得当骨头具有钙化部分或其他更硬或更致密的物质时喷嘴108可以均匀地切穿骨头102。喷射物的较高压力部分可用于靶向较硬或较致密的物质，而喷射物的较低压力部分用于切穿骨头102的不太硬或不太致密的物质。在另一个示例中，在喷嘴108于狭槽106B内移动或旋转时水的压力可以改变。

在一示例中，喷嘴108的喷嘴头可以被成形为控制来自喷嘴108的水或水混合物的流动。例如，为了实现喷雾，可以使用宽的喷嘴头。为了获得水柱，可以使用圆形喷嘴头。在一个示例中，可以使用多个喷嘴头。例如，喷嘴头可以是可移除的并且可互换的，使得第一类型的喷嘴头可以用于第一切割，第二类型的喷嘴头可以用于第二切割。在一个示例中，可以同时使用多个喷嘴。例如，喷嘴阵列可以比使用单一喷嘴时更快地执行切割。通常，喷嘴108和喷水切割系统100的流速，压力，喷嘴类型，喷射物类型，方向，角度或运动可以由外科医生控制。例如，可以将一设备(例如，用于控制阀)附接至喷水切割装置，以允许外科医生改变流速。在另一个示例中，计算机系统可用于控制喷水切割系统100的各个方面，比如从喷嘴108喷出的水的流速或压力。在又一个示例中，可以机电方式控制喷嘴108的形状。例如，可以通过调节喷嘴108的物理方面，例如通过使开口变窄或扩大、通过增加喷嘴108的曲率来改变形状等，来根据期望的输出改变喷嘴108的形状。

喷嘴108可以向水或水混合物赋予角动量以使水或水混合物在离开喷嘴108之后保持为圆柱。在一个示例中，板110可以具有跷跷板形状以保护患者的方面(例如，软组织、骨头等)不被喷水切割装置切割。例如，当执行后髁切割或后斜切时，板110的跷跷板形状可以用于保护。这些切割可以通过将喷嘴108插入切割引导器104上的相应狭槽中来执行。

图2A-2C示出了根据一些实施例的喷水切割引导器的三个视图200A-200C。图2A包括第一侧视图200A，图2B包括自底向上的视图200B，图2C包括第二侧视图200C。图2A-2C中示意的喷水切割引导器可以是用本文所述的3D打印机打印的3D切割引导器。在一个示例中，图2A-2C中示出的喷水切割引导器可以根据患者的远侧股骨或肢体对齐的特征来构建。喷水切割引导器可以被直接放置在远侧股骨上并且可以被打印成适配在特定患者的远侧股骨上(例如，为患者定制)。自底向上的视图200B示出了可以直接置靠在远侧股骨上的表面。通过3D打印用于特定患者的定制喷水切割引导器可以避免切割引导器在患者的股骨上的反复固定。

切割引导器在被耦合至骨头之后可以被附连至骨头，例如使用压缩(例如，3D打印该切割引导器使其与骨头过盈配合，例如通过在骨头和切割引导器之间具有负余量)，利用销或螺钉，利用外科胶水等。在将切割引导器附连到骨头上之后，可以将喷嘴插入到切割引导器的多个狭槽之一中。每个狭槽可以对应于要在骨头上进行的切割，并且喷嘴可以移动通过每个狭槽以完成切割。例如，喷嘴可以完成五次股骨骨表面重塑。使用喷水切割引导器可以帮助减少手术或操作过程中所花费的时间，并可以防止切割错误，否则反复地固定会导致所述切割错误。

图3A-3B示出了根据一些实施例的使用喷水切割系统的前侧髁切割布置的两个视图。图3A示出了具有狭槽304的切割引导器302的前视图300A，该狭槽304被构造成接收喷水切割装置的喷嘴306。图3B示出了切割引导器302和喷嘴306以及部分被切割引导器302隐藏的待切割骨头308的侧视图300B。当喷嘴被插入狭槽304中时，喷嘴306可以喷射水或水混合物以切穿骨头308。在一个示例中，喷嘴306可移动到第二狭槽310以在骨头308上执行第二切割。其他狭槽可用于进行其他切割。骨头308可以是股骨，并且这些切割可以作为膝关节置换术的一部分来执行。

图3A和3B的切割引导器302可以被建模、设计和打印成使得当使用喷水切割装置使用喷嘴306进行切除时切割引导器302的形状保护骨头308的(不打算被切割的)部分不被切割。例如，当进行前侧切除时(例如，在膝关节置换术期间)，可以通过切割引导器302保护骨头308的前斜面免于喷水喷射(waterjet ejection)。在另一个示例中，当进行切除时，可以通过切割引导器302保护股骨的远侧斜面或后斜面。在又一示例中，当切割引导器302与胫骨一起使用以进行近侧胫骨切割时，切割引导器302可以保护胫骨的其他部分。切割引导器302可以对骨头308提供保护，例如在切割引导器302围绕着骨头308延伸的位置(例如，销312附近的部分，或伸出部分314)处。例如，伸出部分314可以阻挡来自喷嘴306的喷射物，以防止在骨头308的期望切除(例如，如图3B所示利用狭槽304中的喷嘴306进行的切割)完成之后喷射物还切割软组织或骨头308的其他部分。

图4示出了根据一些实施例的与喷水切割系统400一起使用的保护板408。当水或水混合物撞击保护板408时，保护板408可用于使从喷嘴406喷射的水或水混合物在切割了骨头402之后停止，比如用于防止水或水混合物切穿软组织或骨头。手术区域的各方面通常具有有限的操作空间用于执行手术。例如，在膝关节置换术期间，要执行的切割可能沿着穿过切割引导器404的狭槽进入股骨(骨头402)的线。该线可能继续延伸进入软组织或胫骨或患者或手术区域中将不进行切割的其他方面。保护板408可以安装在该有限的空间内并且保护其他患者解剖结构免于被切割。保护板408可以是具有手柄的金属板，并且可以用于保护身体组织免受喷水的伤害，比如当喷嘴406执行后髁切割或后斜面切割时。

在示例中，保护板408的一侧可接触近侧胫骨平面并充当支点，而相反侧可通过支点将股骨垫平(lever up)。在手术过程中这种布置可以确保保护板408的稳定性。当喷嘴406喷射水或水混合物时，喷射物可以将力施加到保护板408上。保护板408可以由诸如金属(例如钢)的材料制成，该材料可以承受喷射物的力(例如，不弯曲，不破裂，不失去完整性，不允许喷射物通过，不移动等)。在一个示例中，保护板408可以被放置在流体废物管理系统或喷水磨料回收器的抽吸管线附近或附连于其上，用于收集来自喷嘴406的喷射物，例如在喷射物接触保护板408之后。

图5示出了根据一些实施例的示例性喷水切割装置的包括喷嘴500A-500B的部分的特写视图。图5A示出喷水切割装置包括具有平坦部分504和可选的导圆部分506A的喷嘴500A。图5B示出喷嘴500B具有第一平坦部分504，可选的导圆部分506B和第二平坦部分510，其边缘在视图500B中示出。喷水切割装置可包括防护部件502，以防止喷嘴500A或500B太深地插入切割引导器的狭槽中。

喷嘴500A的平坦部分504或喷嘴500B的平坦部分504和510可用于和切割引导器(例如3D打印的切割引导器)一起改善喷嘴500A-500B的性能。切割引导器可包括一个或多个狭槽，喷嘴500A-500B可插入其中。插入喷嘴时，喷嘴可以在狭槽内旋转。为了防止该旋转，可以使用喷嘴500A的平坦部分504或喷嘴500B的平坦部分504和510与狭槽的侧壁接触。喷嘴500A-500B的平坦平面当与切割引导器的狭槽的侧壁接触时不可旋转。在一个示例中，喷嘴500A的单一平坦部分504可以足以防止喷嘴500A旋转。在另一示例中，喷嘴500B的两个平坦部分504和510可以提供额外的或多余的旋转防止，例如通过使平坦部分504与第一侧壁接触并且使平坦部分510与狭槽的第二侧壁接触。

当操作喷水切割装置时，喷嘴500A-500B的设计可以提供额外的控制。例如，平坦部分504或平坦部分510(图5B)可以允许沿着狭槽的受控滑动，或者在狭槽内的旋转(成角度倾斜)(例如，沿着狭槽轴线，而不是被阻止的扭转式旋转)。受控的滑动或旋转可允许喷水切割装置切割骨头的其他部分，而无需切换到新的狭槽或移除喷嘴并重新插入喷嘴，同时防止喷水切割装置无意间切割了骨头的意外部分、软组织或其他患者解剖结构。

图6示出了根据一些实施例的使用喷水切割系统切割的目标骨头600。目标骨头包括三个特征点602A，602B和602C。这些特征点可以用作创建目标骨头600的模型的参考点，从而可以针对目标骨头600定制切割引导器模型。然后切割引导器模型可被用于对将要在目标骨头600上使用的切割引导器进行3D打印。这些特征点可包括远侧股骨的内侧髁的高点602A，外侧髁的高点602B或前侧髁的高点602C。

当基于特征点602A-602C创建用于切割引导器的模型时，切割引导器可以被定制成适合于骨头600。特征点602A-602C可以进一步用作用于完成骨头600上的特征性截骨术的参考点。为了将切割引导器放置在骨头600上，可以使用特征点602A-602C。在使用特征点602A-602C将切割引导器定位在远侧股骨上之后，可以例如通过使用销或螺钉将切割引导器固定至骨头600。例如，销可包括两个Nexgen六角头固定销。在另一个示例中，特征点可以包括在副韧带(内侧或外侧)附接到骨头600处的骨头600区域。

图7示出根据一些实施例的用于生成喷水切割系统的技术700的流程图。可以使用处理器来执行技术700的操作。例如，该技术可以包括包含在存储器中的指令，该指令在由处理器执行时使处理器执行操作。技术700包括用于接收患者的骨头的图像数据的操作702，例如从X射线，CT扫描或MRI。

技术700包括使用图像数据绘制(render)骨头的三维(3D)模型的操作704。操作704可以包括使用来自骨头的图像数据的参考点绘制骨头的3D模型。参考点可包括髁，例如远侧股骨的内侧髁、外侧髁或前侧髁。在一个示例中，骨头是股骨，并且参考点包括骨头的内侧髁的高点，外侧髁的高点和前侧髁的高点。

技术700包括用于基于骨头的3D模型生成切割引导器模型的操作706，该切割引导器模型包括被构造成接收喷水切割装置的喷嘴的狭槽。操作706可以包括使用从患者测量的数据生成切割引导器模型。所测量的数据可以包括骨头的尺寸或骨头的对齐角度。在一个示例中，喷嘴包括平坦部分，使得在使用时该平坦部分靠置在狭槽的壁上以防止喷嘴(相对于该壁)旋转。可以允许其他旋转，例如沿着狭槽旋转。喷嘴可包括彼此相反的两个平坦部分，使得这些平坦部分靠置在狭槽的相对壁上。

技术700包括操作708，以使用3D打印机使用切割引导器模型来打印喷水切割引导器。该3D打印机可以用于打印具有多个销孔的喷水切割引导器，该多个销孔构造成接收销以将喷水切割引导器固定到骨头。在一个示例中，打印喷水切割引导器包括多个狭槽。所述多个狭槽可分别被构造成接收喷嘴以允许喷水切割装置在骨头上执行多种切除，例如不移动喷水切割引导器(例如，从狭槽中移出，移离与狭槽的接触，或插入新狭槽)。在一个示例中，喷水切割引导器可以以塑料或金属打印。喷水切割引导器可被打印成单一件形式，可被打印成至少两件的形式，例如外侧件和内侧件或前侧件和后侧件等。喷水切割引导器可以被打印有用于防护骨头的部分或其他患者解剖结构被喷水切割装置切割到的板。该板可以被分开打印、制造、或生成，或可以被3D打印为单一件或者与喷水切割引导器一组的一部分。

在示例中，技术700包括使用显示装置显示所述切割引导器模型和骨头的3D模型。例如，可以显示切割引导器模型，使得可以例如根据要执行的手术过程(例如，全膝关节置换术和部分膝关节置换术，这可以具有不同的狭槽位置或狭槽长度)进行修改。例如，对于部分膝关节置换术来说，所述多个狭槽可以基本上呈现在喷水切割引导器的一侧(例如，内侧或外侧)上，而基本上不出现在相反侧上，但是狭槽的某一部分可能延伸到相反侧内，以方便在该侧上进行切割时使用。

图8示出了根据一些实施例的流程图，该流程图示出了使用患者特定的切割引导器和喷水系统来切除股骨的远端的技术800。技术800包括将患者特定的切割引导器固定到股骨的远端的操作802。操作802可以包括使用销、螺钉等将患者特定的切割引导器固定到股骨。患者特定的切割引导器可以是3D打印的切割引导器。可以由可以基于股骨的远端的模型生成的切割引导器模型来打印所述3D打印的切割引导器。股骨的远端的模型可以由一个或多个图像生成，例如来自CT扫描、MRI或X射线。

技术800包括用于将喷水切割装置的喷嘴插入患者特定的切割引导器的第一切割引导狭槽中的操作804。技术800包括操作806，该操作806在喷嘴由第一切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第一切除。为了执行第一切除，外科医生可以激活喷嘴以喷射水或水混合物。例如，喷嘴可以是计算机控制的，并且外科医生可以使用用户界面来激活喷嘴，用户界面可以使计算机控制该喷嘴以激活。在另一个示例中，喷水切割装置可以具有用于控制阀以激活喷嘴的设备。喷嘴可以排出限定形状的加压切割流体。

技术800包括用于将喷嘴插入患者特定的切割引导器的第二切割引导狭槽中的操作808。技术800包括操作810，该操作810在喷嘴由第二切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第二切除。

技术800可以包括可选的操作，以定位防护装置(guard)用于在切除后接收来自喷水喷嘴的喷射物。防护装置可以包括板，以阻挡喷射物接触患者的骨头或软组织解剖结构。技术800可以包括使用患者特定的切割引导器的其它的切割引导狭槽执行其它的切除，直到在膝关节置换术期间要执行的所有切除(例如，全部或部分)已经完成为止。

在示例中，技术800可以包括去除或处置喷水喷嘴中的喷射物(例如，水或水混合物或来自患者的流体或物质)。例如，可以将地漏安装在手术区域的地板中以接收喷射物。在一个示例中，可以执行喷水磨料再循环或回收(reclamation)以取回喷射物的混合物部分。在另一个示例中，可以使用流体废物管理系统从手术区域去除喷射物。例如，可以使用由印第安纳州华沙的Zimmer Inc.制造的流体废物管理系统。在一个示例中，流体废物管理系统可以是在题为“High Volume Liquid Waste Collection And Disposal System”的美国专利6,893,425中描述的系统，该专利被整体以引用方式并入本文。流体废物管理系统可以连接到防护装置，该防护装置被定位成在切除之后接收来自喷水喷嘴的喷射物。例如，抽吸管线可以被定位于防护装置附近或附连到防护装置以收集喷射物，例如在喷射物撞击防护装置之后。

图9示出了根据一些实施例的用于喷水切割系统900中的胫骨切割引导器902。胫骨切割引导器902可与包括喷水喷嘴904的喷水切割系统一起使用。喷嘴904可插入胫骨切割引导器902的狭槽906中以执行胫骨908的切除，例如在膝关节置换术中的近侧胫骨切除。尽管在胫骨切割引导器902上示出了多个狭槽(例如，狭槽906)，但是在示例中，胫骨切割引导器902可以仅包括一个狭槽904。胫骨切割引导器902可以使用销、螺钉等，比如销910A和910B，固定至胫骨908。在另一个示例中，可以使用摩擦(例如，通过压缩在胫骨908上)将胫骨切割引导器902固定到胫骨908。胫骨切割引导器902可以是上述各种切割引导器的胫骨版本，例如，包括以上关于图1-4(其以示例的方式显示了股骨切割引导器)讨论的特征。

图10示出了根据一些实施例的流程图，该流程图示出了使用喷水切割系统切除胫骨的技术1000。技术1000包括操作1002，以将患者特定的切割引导器固定到胫骨的近端。操作1002可以包括使用销、螺钉等将患者特定的切割引导器固定到胫骨。患者特定的切割引导器可以是3D打印的切割引导器。该3D打印的切割引导器可以由可以基于胫骨的近端的模型生成的切割引导器模型来打印。胫骨的近端的模型可以由一个或多个图像生成，例如来自CT扫描，MRI或X射线的图像。

技术1000包括将喷水切割装置的喷嘴插入患者特定的切割引导器的第一切割引导狭槽中的操作1004。技术1000包括操作1006以在喷嘴由第一切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第一切除。为了执行第一切除，外科医生可以激活喷嘴以喷射水或水混合物。例如，喷嘴可以是计算机控制的，并且外科医生可以使用用户界面来激活喷嘴，用户界面可以使计算机控制喷嘴以激活。在另一个示例中，喷水切割装置可以具有用于控制阀以激活喷嘴的设备。喷嘴可以排出限定形状的加压切割流体。

技术1000包括可选的操作1008，以将喷嘴插入患者特定的切割引导器的第二切割引导狭槽中。技术1000包括可选的操作1010，以在喷嘴由第二切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第二切除，例如响应于将喷嘴插入第二切割引导狭槽。

技术1000包括可选的操作1012，以将第二患者特定的切割引导器固定到股骨的远端。技术1000包括可选的操作1014，以在喷嘴由第二引导狭槽的狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行切除，以切除股骨。在示例中，可以在操作1002、1004、1006、1008或1010之前执行操作1012和1014。例如，可以在胫骨切割之前或之后进行股骨切割。

图11示出了根据一些实施例的与喷水切割系统1100一起使用的包括弯曲狭槽1104的切割引导器1102。弯曲狭槽1104可用于切除股骨或胫骨以在股骨或胫骨上形成弯曲表面，例如通过在将喷嘴1106插入弯曲狭槽1104中的情况下激活喷水切割装置。喷水切割系统110可以例如用来制备用于弯曲植入物的骨头。通过使用弯曲狭槽1104来形成弯曲的表面，与使用直狭槽所获得的结果相比，本过程可以导致更少的骨头切除，改善的骨头生物力学，在强度方面改善了的膝盖假体结构，改善了植入物在植入后的固定性等。

示例1是一种打印喷水切割引导器的方法，该方法包括：在处理器上接收患者骨头的图像数据；使用处理器、使用所述图像数据绘制骨头的三维(3D)模型；使用处理器、基于骨头的3D模型生成切割引导器模型，该切割引导器模型包括配置为接收喷水切割装置的喷嘴的狭槽；然后使用3D打印机、使用切割引导器模型打印喷水切割引导器。

在示例2中，示例1的主题包括，骨头的3D模型包括使用来自骨头的图像数据的参考点。

在示例3中，示例2的主题包括，骨头是股骨，参考点包括骨头的内侧髁的高点，外侧髁的高点和前侧髁的高点。

在示例4中，示例1-3的主题包括，生成切割引导器模型包括使用从患者测量的数据。

在示例5中，示例4的主题包括，所测量的数据包括骨头的尺寸或骨头的对齐角度。

在示例6中，示例1-5的主题包括，打印喷水切割引导器包括打印具有多个销孔的喷水切割引导器，所述多个销孔配置为接收销以将喷水切割引导器固定到骨头。

在示例7中，示例1-6的主题包括，打印喷水切割引导器包括打印具有多个狭缝的喷水切割引导器。

在示例8中，示例7的主题包括，所述多个狭槽分别被构造成接收喷嘴，以允许喷水切割装置在不移动喷水切割引导器的情况下在骨头上执行多种切除。

在示例9中，示例1-8的主题包括骨头的3D模型。

在示例10中，示例1-9的主题包括，喷嘴包括平坦部分，使得在使用时该平坦部分靠置在狭槽的壁上来防止喷嘴旋转。

在示例11中，示例1-10的主题包括，打印喷水切割引导器包括以塑料或金属打印喷水切割引导器。

在示例12中，示例1-11的主题包括，打印喷水切割引导器包括将喷水切割引导器打印为单一件。

在示例13中，示例1–12的主题包括，打印喷水切割引导器包括将喷水切割引导器打印成至少两件，所述至少两件包括外侧件和内侧件或前侧件和后侧件。

示例14是包括用于计算系统的操作的指令的至少一种机器可读介质，所述指令当被机器执行时使机器执行示例1-13的方法中任一方法的操作。

示例15是一种打印喷水切割引导器的系统，该系统包括：与存储器耦合的处理器，所述存储器包括用于准备所述喷水切割引导器的指令，所述指令在由处理器执行时使处理器：接收患者骨头的图像数据；使用所述图像数据绘制骨头的三维(3D)模型；和基于骨头的3D模型生成切割引导器模型，所述切割引导器模型包括被构造成接收喷水切割装置的喷嘴的狭槽；和3D打印机，其使用所述切割引导器模型打印所述喷水切割引导器

在示例16中，示例15的主题包括，骨头的3D模型，存储器包括使处理器使用来自骨头的图像数据的参考点的指令。

在示例17中，示例16的主题包括，骨头是股骨，所述参考点包括所述骨头的内侧髁的高点，外侧髁的高点和前侧髁的高点。

在示例18中，示例15-17的主题包括，为了生成所述切割引导器模型，所述存储器包括使处理器使用从患者测量的数据的指令。

在示例19中，示例18的主题包括，所测量的数据包括骨头的尺寸或骨头的对齐角度。

在示例20中，示例15-19的主题包括：3D打印机用于打印带有多个销孔的喷水切割引导器，所述多个销孔配置为接收销以将喷水切割引导器固定到骨头。

在示例21中，示例15-20的主题包括，3D打印机用于打印带有多个狭槽的喷水切割引导器。

在示例22中，示例21的主题包括，所述多个狭槽分别构造成接收喷嘴，以允许喷水切割装置在不移动喷水切割引导器的情况下在骨头上执行多种切除。

在示例23中，示例15-22的主题包括骨头的3D模型。

在示例24中，示例15-23的主题包括，喷嘴包括平坦部分，使得在使用时该平坦部分靠置在狭槽的壁上来防止喷嘴旋转。

在示例25中，示例15-24的主题包括，3D打印机用于以塑料或金属打印喷水切割引导器。

在示例26中，示例15-25的主题包括，3D打印机用于将喷水切割引导器打印为单一件。

在示例27中，示例15-26的主题包括，3D打印机用于将喷水切割引导器打印成至少两件，所述至少两件包括外侧件和内侧件或前侧件和后侧件。

在示例28中，示例15-27的主题包括，该系统还包括金属板，该金属板配置为防止喷水切割装置切割到除骨头以外的患者的解剖结构。

在示例29中，示例15-28的主题包括，喷水切割装置用水或水-水泥混合物切割骨头。

示例30是至少一种非暂时性机器可读介质，包括用于准备喷水切割引导器的指令，所述指令当被机器执行时致使所述机器：接收患者骨头的图像数据；使用所述图像数据绘制骨头的三维(3D)模型；和基于骨头的3D模型生成切割引导器模型，所述切割引导器模型包括被构造成接收喷水切割装置的喷嘴的狭槽；和使用所述切割引导器模型将喷水切割引导器输出到3D打印机进行打印。

在示例31中，示例30的主题包括，骨头的3D模型，该指令还使处理器使用骨头的图像数据中的参考点。

在示例32中，示例31的主题包括，骨头是股骨，所述参考点包括所述骨头的内侧髁的高点，外侧髁的高点和前侧髁的高点。

在示例33中，示例30-32的主题包括，为了生成切割引导器模型，所述指令还使处理器使用从患者测量的数据。

在示例34中，示例33的主题包括，所测量的数据包括骨头的尺寸或骨头的对齐角度。

在示例35中，示例30-34的主题包括，为了输出喷水切割引导器，所述指令还使处理器输出具有多个销孔的喷水切割引导器，所述多个销孔构造成接收销以将喷水切割引导器固定到骨头。

在示例36中，示例30-35的主题包括，为了输出喷水切割引导器，所述指令还使处理器输出具有多个狭槽的喷水切割引导器。

在示例37中，示例36的主题包括，所述多个狭槽分别构造成接收喷嘴，以允许喷水切割装置在不移动喷水切割引导器的情况下在骨头上执行多种切除。

在示例38中，示例30-37的主题包括骨头的3D模型。

在示例39中，示例30-38的主题包括，喷嘴包括平坦部分，使得在使用时该平坦部分靠置在狭槽的壁上来防止喷嘴旋转。

在示例40中，示例30-39的主题包括，为了输出喷水切割引导器，该指令还使处理器输出喷水切割引导器，包括以塑料或金属打印喷水切割引导器的指示。

在示例41中，示例30-40的主题包括，为了输出喷水切割引导器，该指令还使处理器将喷水切割引导器输出为单一件。

在示例42中，示例30-41的主题包括，为了输出喷水切割引导器，该指令还使处理器输出喷水切割引导器，包括将喷水切割引导器打印成至少两件的指示，所述至少两件包括外侧件和内侧件或前侧件和后侧件。

实施例43是一种喷水切除系统，包括：患者特定的切割引导器，其包括多个适于接收喷水喷嘴的切割引导狭槽；所述喷水喷嘴包括适于排出限定形状的加压切割流体的远端；控制系统，其被配置为能够利用喷水喷嘴实现受控的切割。

在示例44中，示例43的主题包括待切割的骨头的3D模型。

在示例45中，示例43-44的主题包括，所述骨头的3D模型使用所述骨头的图像数据生成。

在示例46中，示例43-45的主题包括，所述患者特定的切割引导器包括至少一个销孔，以使用至少一个销将所述患者特定的切割引导器固定到待切割的骨头。

在示例47中，示例43-46的主题包括，所述喷水喷嘴包括平坦部分，使得当所述喷水喷嘴被插入时所述平坦部分靠置在所述多个切割引导狭槽的相应壁上，来防止所述喷水喷嘴在使用中旋转。

在示例48中，示例43-47的主题包括，所述喷水切除系统还包括防护装置，所述防护装置被配置用于在执行切除之后接收来自所述喷水喷嘴的喷射物。

在示例49中，示例43-48的主题包括，所述加压切割流体是水或水-水泥混合物。

示例50是使用患者特定的切割引导器和喷水系统来切除股骨的远端的方法，该方法包括：将患者特定的切割引导器固定到股骨的远端；将喷水切割装置的喷嘴插入患者特定的切割引导器的第一切割引导狭槽中；在喷嘴由第一切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第一切除；将喷嘴插入患者特定的切割引导器的第二切割引导狭槽中；和在喷嘴由第二切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第二切除。

在示例51中，示例50的主题包括，D打印的切割引导器，其中将所述患者特定的切割引导器固定到股骨包括将所述患者特定的切割引导器用销固定到股骨。

在示例52中，示例50-51的主题包括，执行第一切除和第二切除包括使用控制系统激活喷嘴以排出限定形状的加压切割流体。

在示例53中，示例50-52的主题包括，定位防护装置以在切除之后接收来自喷水喷嘴的喷射物。

示例54是至少一种机器可读介质，其包括指令，所述指令在由处理电路执行时使处理电路执行用于实现示例1–53中任一项的操作。

示例55是一种设备，其包括用于实现示例1–53中任一项的装置。

示例56是实现示例1-53中任一项的系统。

示例57是实现示例1-53中任一项的方法。

本文描述的方法示例可以至少部分是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子装置以执行如以上示例中所述的方法。这些方法的实现可以包括代码，例如微代码，汇编语言代码，高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。该代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性，非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形的计算机可读介质的示例可以包括、但不限于硬盘，可移动磁盘，可移动光盘(例如光盘和数字视频磁盘)，盒式磁带，存储卡或棒，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)等。

Claims (20)

1.一种喷水切除系统，包括：

患者特定的切割引导器，其包括适于接收喷水喷嘴的多个切割引导狭槽；

所述喷水喷嘴包括适于排出限定形状的加压切割流体的远端；

控制系统，其被配置为能够利用所述喷水喷嘴实现受控的切割。

2.根据权利要求1所述的喷水切除系统，其中，所述患者特定的切割引导器是利用待切割的骨头的3D模型使用三维(3D)打印机生成的。

3.根据权利要求1所述的喷水切除系统，其中，所述骨头的3D模型使用所述骨头的图像数据生成。

4.根据权利要求1所述的喷水切除系统，其中，所述患者特定的切割引导器包括至少一个销孔，以使用至少一个销将所述患者特定的切割引导器固定到待切割的骨头。

5.根据权利要求1所述的喷水切除系统，其中，所述喷水喷嘴包括平坦部分，使得当所述喷水喷嘴被插入时所述平坦部分靠置在所述多个切割引导狭槽的相应壁上，来防止所述喷水喷嘴在使用中旋转。

6.根据权利要求1所述的喷水切除系统，其中，所述喷水切除系统还包括防护装置，所述防护装置被配置用于在执行切除之后接收来自所述喷水喷嘴的喷射物。

7.根据权利要求1所述的喷水切除系统，其中，所述加压切割流体是水或水-水泥混合物。

8.一种使用患者特定的切割引导器和喷水系统来切除股骨的远端的方法，所述方法包括：

将患者特定的切割引导器固定到股骨的远端；

将喷水切割装置的喷嘴插入患者特定的切割引导器的第一切割引导狭槽中；

在喷嘴由第一切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第一切除；

将喷嘴插入患者特定的切割引导器的第二切割引导狭槽中；和

在喷嘴由第二切割引导狭槽引导的情况下使用喷水切割装置执行第二切除。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述患者特定的切割引导器是3D打印的切割引导器，并且将所述患者特定的切割引导器固定到股骨包括将所述患者特定的切割引导器用销固定到股骨。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，执行第一切除和第二切除包括使用控制系统激活喷嘴以排出限定形状的加压切割流体。

11.根据权利要求8所述的方法，还包括定位防护装置以在切除之后接收来自喷水喷嘴的喷射物。

12.一种打印喷水切割引导器的系统，包括：

与存储器耦合的处理器，所述存储器包括用于准备所述喷水切割引导器的指令，所述指令在由处理器执行时使处理器：

接收患者骨头的图像数据；

使用所述图像数据绘制骨头的三维(3D)模型；和

基于骨头的3D模型生成切割引导器模型，所述切割引导器模型包括被构造成接收喷水切割装置的喷嘴的狭槽；和

3D打印机，其使用所述切割引导器模型打印所述喷水切割引导器。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，为了绘制骨头的3D模型，所述存储器包括使处理器使用来自骨头的图像数据的参考点的指令。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述骨头是股骨，所述参考点包括所述骨头的内侧髁的高点，外侧髁的高点和前侧髁的高点。

15.根据权利要求13所述的系统，其中，为了生成所述切割引导器模型，所述存储器包括使处理器使用从患者测量的数据的指令。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所测量的数据包括骨头的尺寸或骨头的对齐角度。

17.根据权利要求13所述的系统，其中，为了打印所述喷水切割引导器，所述3D打印机将所述喷水切割引导器打印成单一件。

18.根据权利要求13所述的系统，其中，为了打印所述喷水切割引导器，所述3D打印机将所述喷水切割引导器打印成至少两件，其中所述至少两件包括外侧件和内侧件或前侧件和后侧件。

19.至少一种非暂时性机器可读介质，包括用于准备喷水切割引导器的指令，所述指令当被机器执行时致使所述机器：

接收患者骨头的图像数据；

使用所述图像数据绘制骨头的三维(3D)模型；和

基于骨头的3D模型生成切割引导器模型，所述切割引导器模型包括被构造成接收喷水切割装置的喷嘴的狭槽；和

使用所述切割引导器模型将喷水切割引导器输出到3D打印机进行打印。

20.根据权利要求19所述的至少一种机器可读介质，其中，为了输出喷水切割引导器，所述指令还使处理器：

输出具有多个销孔的喷水切割引导器，所述多个销孔构造成接收销以将喷水切割引导器固定到骨头；和

输出具有多个狭槽的喷水切割引导器，所述多个狭槽分别配置为接收喷嘴，以允许喷水切割装置在骨头上进行多种切除。

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