CN111329584A - 外科规划和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了用于在患者腿部膝盖上规划和/或执行全膝置换外科手术的方法和设备。获得所述患者的所述腿部的解剖学数据，能够允许确定股骨机械轴线、胫骨机械轴线和所述膝盖的关节线。确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度。所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度确保由所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度引起的所述胫骨机械轴线和所述股骨机械轴线之间的长腿角度在第一预选数值范围内，并且所述规划的近侧胫骨切割角度在第二预选数值范围内。在所述患者的所述膝盖上执行全膝置换外科手术，其中使用所述规划的远侧股骨切割角度制造远侧股骨切口，并且使用所述规划的近侧胫骨切割角度来制造近侧胫骨切口。

Description

外科规划和方法
本申请为2017年5月23日进入中国国家阶段的PCT专利申请“外科规划和方法”（申请号：201580063606.2，申请人：德普伊爱尔兰无限公司）的分案申请。
背景技术
本发明涉及全膝置换外科手术，具体地讲，涉及规划全膝置换外科手术的方法，还涉及执行外科规划的外科手术的工作流程。
用于全膝置换的各种外科技术通常是众所周知且广泛使用的。它们通常涉及用股骨假体植入物或构件来置换患者股骨的远侧部分，并用胫骨假体植入物或构件来置换患者胫骨的近侧部分。外科手术的一个方面是准备股骨的远侧部分和胫骨的近侧部分，以提供其上放置相应植入物的切除骨表面。切除的骨表面的高度和角度确定每个植入物相对于其相应骨的位置，这是患者膝关节的术后行为的一个要素。外科医生还可执行一些软组织平衡，其也可影响患者膝关节的行为。
因此，外科手术的一个重要方面是植入物相对于其相应骨以及相对于彼此的定位。多种理念可得知外科医生所使用的外科手段。一种常见的理念是尝试放置股骨植入物，使其垂直于从髋关节股骨头中心穿过膝盖和胫骨植入物中心的轴线，以使其垂直于从膝盖中心穿过脚踝中心的轴线。这种放置意味着从患者髋部到踝部的负荷线穿过膝盖中心，从而有助于在植入物和胫骨的内侧和侧向上提供均匀的负荷。
然而，对于许多患者，他们的腿可具有不同程度的内翻（小腿指向内侧，有时俗称“罗圈腿”）或外翻（小腿指向侧向，有时俗称“外八字腿”）力线。对于内翻的力线，股骨头中心与脚踝中心之间的承重线通过膝盖中心的内侧，而对于外翻，承重线穿过膝盖中心的侧向。因此，如果对术前具有外翻或内翻的腿部力线的患者进行全膝置换外科手术，将股骨构件垂直于髋-膝轴线放置，并将胫骨构件垂直于膝-踝轴线放置，则会改变其整体腿部力线（分别使其内翻或外翻减轻）。因此，虽然这可导致人造膝关节的假体构件具有良好的机械性能，但是它也可影响患者下肢的整体表现，因为其术后腿部与术前相比将稍微更直。
另一方面，如果对外科手术采用基于解剖学的理念，使得股骨植入物和胫骨植入物被放置成使得腿部的术后力线类似于腿部的术前力线，对于内翻或外翻患者，这导致负荷线通过膝盖中心的内侧或侧向，因此使施加在胫骨和股骨假体构件之间的力以及在假体构件与其相应骨之间界面处的力失衡。因此，虽然这种方案保持了患者的腿部力线，但是它可降低假体构件的机械性能，并且还导致进一步的膝盖问题。
由于全膝置换外科手术涉及假体构件的仔细定位，所以无论使用的外科方案如何，已知的是规划外科手术的至少一些方面，使得预先得知假体构件的预期位置。初始规划可需要在术中或迭代地调整，这取决于外科手术的其他步骤如何执行，或者取决于可仅在外科手术过程变得明显的其他因素，例如比预期更晚期的疾病状态。然而，通常准备一些形式的外科规划，并且可包括与预期外科结果一致的假体的预期位置或规划位置。
规划过程可采取一系列形式，包括使用患者骨图像和/或3D建模技术将患者骨的X射线图像检查、测量或标记到复杂的计算机辅助外科规划方法。外科规划信息有时也可与计算机辅助外科手术系统一起使用，其包括外科工作流程软件（通常提供关于患者骨、器械和外科手术中所用植入物位置的视觉或图像引导），以及规划植入物位置的视觉指示。因此，与其规划位置相比，规划软件和计算机辅助外科手术系统可用于帮助提高植入物放置的准确性。然而，这是推动规划过程本身的基本外科理念。
发明内容
本发明可提供使用规划方法结果的规划方法和/或相关外科手术，其结合了维持患者解剖学和维持患者假体膝关节的机械性能的其他竞争方案，以利用这些其他竞争方案的相应益处。
本发明的第一方面提供了一种在患者腿部膝盖上进行全膝置换外科手术的方法。该方法可包括获得患者腿部的解剖学数据。解剖学数据可允许确定股骨机械轴线、胫骨机械轴线和膝盖的关节线。可确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度。规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度确保了由规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度导致的胫骨机械轴线和股骨机械轴线之间的长腿角度在第一预选数值范围内，并且/或者规划的近侧胫骨切割角度在第二预选数值范围内。可在患者膝盖上进行全膝置换外科手术。远侧股骨切割可使用规划的远侧股骨切割角度进行，并且可使用规划的近侧胫骨切割角度来进行近侧胫骨切割。
长腿角度和近侧胫骨切割角度的第一预选数值范围和第二预选数值范围分别允许检查近侧胫骨切割角度和远侧股骨切割角度的位置的影响，以确保可接受的长腿角度和近侧胫骨切口角度并在必要时进行调整。因此，可一起实现解剖学方案的优点并维持患者的原始解剖结构。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度可包括确定长腿角度是否对应于落入第一预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括设定初始规划的近侧胫骨切割角度以恢复关节线以及初始规划的远侧股骨切割角度以恢复关节线。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括确定初始规划的近侧胫骨切割角度是否对应于落入第二预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定初始规划的近侧胫骨切割角度确实对应于落入第二预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为初始规划的远侧股骨切割角度，并将规划的近侧胫骨切割角度设定为初始规划的近侧胫骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定初始规划的近侧胫骨切割角度不对应于落入第二预选数值范围内的角度时，将规划的近侧胫骨切割角度设定为修改达调整角度的初始规划的近侧胫骨切割角度，使得规划的近侧胫骨切割角度对应于落入第二预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定初始规划的近侧胫骨切割角度不对应于落入第二预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为修改达调整角度的初始规划的远侧股骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括设定初始规划的近侧胫骨切割角度以将长腿角度调整为对应于落入第一预选数值范围内的角度和/或设定初始规划的远侧股骨切割角度以恢复关节线。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括确定初始规划的近侧胫骨切割角度是否对应于落入第二预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定初始规划的近侧胫骨切割角度确实对应于落入第二预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为初始规划的远侧股骨切割角度，并将规划的近侧胫骨切割角度设定为初始规划的近侧胫骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定初始规划的近侧胫骨切割角度不对应于落入第二预选数值范围内的角度时，将规划的近侧胫骨切割角度设定为修改达调整角度的初始规划的近侧胫骨切割角度，使得规划的近侧胫骨切割角度对应于落入第二预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定初始规划的近侧胫骨切割角度不对应于落入第二预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为修改达调整角度的初始规划的远侧股骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度可包括确定关节线相对于胫骨机械轴线的角度是否对应于落入第二预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括设定规划的近侧胫骨切割角度以恢复关节线并且/或者初始规划的远侧股骨切割角度以恢复关节线。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括确定由规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的长腿角度是否对应于落入第一预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度可进一步包括当确定由规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的长腿角度对应于落入第一预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为初始规划的远侧股骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定由规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的长腿角度不对应于落入第一预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为修改达调整角度的初始规划的远侧股骨切割角度，使得所产生的长腿角度对应于落入第一预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括使用调整角度将规划的近侧胫骨切割角度设定为对应于落入第二预选数值范围内的角度，并且使用调整角度设定初始规划的远侧股骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括确定由规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的长腿角度是否对应于落入第一预选数值范围内的角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度可进一步包括当确定由规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的长腿角度对应于落入第一预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为初始规划的远侧股骨切割角度。
确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度还可包括当确定由规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的长腿角度不对应于落入第一预选数值范围内的角度时，将规划的远侧股骨切割角度设定为修改达另一个调整角度的初始规划的远侧股骨切割角度，使得所产生的长腿角度对应于落入第一预选数值范围内的角度。
第一预选范围可不超过10°、不超过6°或不超过3°。
第一预选范围可从175°延伸至185°，或从177°延伸至183°，或从177°延伸至180°。
第一预选范围可从170°延伸至180°，或从175°延伸至180°，或从177°延伸至180°。因此，第一预选范围可仅对应于中间位和内翻长腿力线角度，而不包括外翻长腿力线角度。
第二预选范围可不超过6°或不超过3°。
第二预选范围可从87°延伸到93°。
第二预选范围可从90°延伸到84°，或从90°延伸到87°。因此，第二预选范围可对应于中间位和内翻近侧胫骨切割角度，而不包括外翻近侧胫骨切割角度。
调整角度可使近侧胫骨切割角度对应于第二预选范围的最接近值。
调整角度可使得长腿角度对应于第一预选范围的最接近值。
另一个调整角度可使得长腿角度对应于第一预选范围的最接近值。
该方法还可包括捕获患者腿部的一个或多个图像。获取解剖学数据可包括从一个或多个图像或者从导出自一个或多个图像的图像数据或者从限定一个或多个图像的图像数据获取解剖学数据。
一个或多个图像可以是X射线图像。
一个或多个图像可以是处于受压状态或负载状态或站立状态下的患者腿部。
获取患者腿部的解剖学数据可包括测量患者腿部上解剖学界标的位置。
可使用计算机辅助外科手术系统来测量解剖学界标的位置。
规划切割角的确定可以由数据处理装置来执行。
全膝置换外科手术可使用计算机辅助外科手术系统进行。
在患者膝盖上执行全膝置换外科手术可包括将股骨远侧切割的切割块的角度设定为与规划的远侧股骨切割角度相对应和/或将近侧胫骨切割的切割块的角度设定为与规划的近侧胫骨切割相对应。
设定远侧股骨切割的切割块的角度可包括操作切割块的角度调整机构。
设定近侧胫骨切割的切割块的角度可包括操作切割块的角度调整机构。
本发明的第二方面提供了一种确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度的方法，该方法将用于在患者腿部膝盖上进行的全膝置换外科手术。该方法可包括设定在胫骨机械轴线和股骨机械轴线之间的长腿角度第一预选数值范围。该方法还可包括为近侧胫骨切割角度设定第二预选数值范围。可使用从患者获得的解剖学数据来确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度，该解剖学数据限定患者的胫骨机械轴线、股骨机械轴线和膝关节线。规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度确保由规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度产生的长腿角度在第一预选数值范围内，并且规划的近侧胫骨切割角度在第二预选数值范围内。
本发明第一方面的确定部分的优选特征还可为本发明第二方面的优选特征。
该方法可以是计算机实施的方法。
本发明的第三方面提供一种以非瞬时形式存储计算机程序代码的计算机可读介质，其中计算机可读代码可由数据处理器执行，以执行本发明第二方面的方法及其任何优选特征。
本发明的第四方面提供一种包括数据处理器以及本发明第三方面的计算机可读介质的数据处理装置，并且其中计算机程序代码可由数据处理器执行。
本发明的第五方面提供一种包括根据本发明第四方面的数据处理装置的计算机辅助外科手术系统。
本发明的第六方面提供一种使用户能够执行本发明第二方面的方法的介质承载用户可读指令。介质还可承载用于执行本发明第二方面的任何优选特征的用户可读指令。介质可承载第一预选数值范围和第二预选数值范围的指示。介质可包括用户可记录数据的一个或多个第一字段。数据可以是得自患者的解剖学数据。解剖学数据可包括股骨机械轴线的角度、胫骨机械轴线的角度、股骨机械轴线和胫骨机械轴线之间的角度、关节线的角度、关节线和股骨机械轴线之间的角度和/或关节线和胫骨机械轴线之间的角度。介质可包括一个或多个第二字段，其中用户可记录计算的结果。计算的结果可为角度的值。
附图说明
现在将仅以举例的方式并结合附图来详细描述本发明的一个或多个实施方案，其中：
图1是示出根据本发明一个方面的整体外科手术相关方法的各个阶段的流程图；
图2A、图2B和图2C分别示出中间位、内翻和外翻的腿部力线的图示；
图3示出了示出根据本发明一个方面的规划方法的第一实施方案的流程图；
图4是示出图3的方法的第一示例性膝关节几何形状的示意图；
图5是示出图3的方法的第二示例性膝关节几何形状的示意图；
图6是示出图3的方法的第三示例性膝关节几何形状的示意图；
图7是示出图3的方法的第四示例性膝关节几何形状的示意图；
图8示出了示出根据本发明一个方面的规划方法的第二实施方案的流程图；
图9示出了根据本发明一个方面的计算机辅助外科手术系统的示意性框图，其可用于进行或实施本发明的外科手术；
图10示出了说明本发明外科手术部分的流程图；以及
图11示出了根据本发明一个方面的数据处理装置的示意性框图，其也可用于图9所示的计算机辅助外科手术系统中。
具体实施方式
以下具体实施方式阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，为了不模糊本发明，未详细描述众所周知的方法、程序、构件、器械或植入物。
在附图中，除非另有说明或者上下文另有要求，否则相同的附图标记用于相同的元件。
参考图1，示出了示出准备、规划和进行全膝置换外科手术100的整体方法100的各个阶段的高级流程图。本发明的各方面可存在于图1所示的整体方法100中、其各个阶段中、各个阶段的组合中以及各个阶段的子阶段的组合中。
整体方法的初始阶段102涉及确定患者的术前解剖学腿部力线102。这能够以多种方式进行，如下面更详细描述的，并且基本上涉及确定患者腿部的髋、膝盖、踝轴以及膝关节线。在该初始步骤102获得来自患者实际腿部的解剖学信息。
在获得患者解剖学腿部力线信息之后，在步骤104处执行根据本发明的一个方面的规划方法。在步骤104处执行的规划方法使用在步骤102中获得的患者的解剖学腿部力线信息来确定对股骨和/或胫骨切割进行的任何角度调整。规划步骤104的结果是规划的胫骨和/或股骨切割角度，其随后可用于步骤106执行的实际外科手术中。
因此，在步骤106处，使用从规划外科手术104确定的胫骨和股骨切割位置进行全膝置换外科手术，相较于常规手术中使用的那些，其可包括胫骨和/或股骨切割角度的调整。在阶段104规划的胫骨和/或股骨切割角度实施外科手术步骤106的外科理念，即股骨是膝盖的关键运动学驱动器。因此，通过将长腿力线和胫骨切割角度保持约束在安全边界内重新铺展股骨可实现改善的患者膝盖功能恢复。
在步骤104处执行的术前外科规划方法允许制定术前外科规划，这可在胫骨切割的内翻或外翻角度的预定安全边界内恢复天然关节线，在髋-膝-踝轴线的预定安全边界内恢复患者的长腿力线，并且还可在股骨旋转的预定边界内恢复天然股骨后髁。
步骤104的规划方法识别到，患者的长腿力线取决于远侧股骨切割角度和胫骨切割角度。该方法使得这些变量中的一个能够基于另外两个的第二安全目标范围来计算。可修改远侧股骨切割和/或胫骨切割的角度，以确保它们保持在预限定的数值范围内。对胫骨切割角度的任何调整也可应用于膝盖屈曲时的股骨旋转。
然后，将规划的股骨和胫骨切割角度（其中任一个可包括由规划方法104产生的调整）用作外科手术106的输入。外科手术106则是很常规的，可使用很常规的仪器来进行全膝置换外科手术。然而，胫骨和/或股骨切割块相对于股骨和/或胫骨设定的角度与原本会使用的角度不同。
外科手术106还可使用任何假体膝关节植入物系统，系统包括旨在用于基于解剖的外科手术中的股骨和胫骨构件。
例如，一套合适的器械包括Attune外科膝盖系统外科手段文档中描述的Intuition器械，所述文件可得自Johnson & Johnson旗下的公司DePuySynthes（Intuition是DePuySynthes的商标）。所使用的膝盖植入物可以是Attune膝盖系统植入物，其也可得自DePuySynthes，并且也在可得自DePuySynthes的Attune膝盖系统外科手段文档中有描述（Attune是DePuySynthes的商标，该商标可能已在一些国家/地区注册）。然而，本发明不限于非常特定的植入物或Attune膝盖系统的特定器械。相反，可使用允许相对于股骨调整远侧股骨切割角度以及相对于胫骨调整的胫骨切口的任何仪器。
以下更详细地描述对应于步骤106的示例性外科手术。
参考图2A、图2B和图2C，示出了人可能会有的不同腿部力线。
图2A示出了中间位腿部力线200。中间位腿部力线的特征在于，负荷承载轴线（由实线206表示）从股骨头202的中心穿过患者膝盖的中心延伸到踝部204的中心。图2A中还以虚线点线208示出了股骨远侧端部的髓腔的近似轴线，其代表远侧股骨解剖学轴线。图2A示出了处于站立负载状态下的患者腿部力线，其中患者身体的重量沿着长腿轴线206传递。图2A还示出了患者膝盖的关节线209。关节线209大致平行于患者站立的地板，并且通常从垂直于长腿轴线206的位置偏离大约3°。换句话讲，关节线209和长腿轴线206之间对向内侧且低于关节线的角度（图2A中标记为δ）通常为大约87°。
图2A示出了患者腿部投射到身体正面的各种轴线。
图2B类似于图2A，但示出了具有内翻力线的腿。长腿轴线206从股骨头202的中心延伸到踝关节204的中心。髋-膝轴线214也称为股骨机械轴线，由从股骨头202中心延伸至膝盖212中心的线限定。膝-踝轴线216也称为胫骨机械轴线，由从膝盖212中心延伸至脚踝204中心的线限定。当腿部具有内翻力线时，由线214和216限定的髋-膝-踝轴线不再如图2A所示的中间位力线那样与长腿轴线206共线。如图2B中可见的那样，髋-膝部轴线214和膝-踝轴线216之间对向内侧的角度小于180°。相反，髋-膝轴线214和膝-踝轴线216之间侧向的角度大于180°。同样，线208表示股骨远侧端部处髓腔的力线。
更具体地讲，髋-膝轴线或者说股骨的机械轴线214可被视为从股骨头的中心延伸到膝盖十字韧带之间的中间髁点。膝-踝轴线或者说胫骨的机械轴线216可由从胫骨平台中心到胫骨远端(tibial plafond)中心的线限定。
图2C示出了外翻的腿部力线220。同样，股骨机械轴线214和胫骨机械轴线216不再与长腿轴线206共线。然而，对于外翻力线，长腿轴线206在膝盖侧向，而如图2B所示，对于内翻力线，长腿轴线206在膝盖内侧。股骨机械轴线214和胫骨机械轴线216对向膝盖内侧的角度大于180°，并且股骨机械轴线214和胫骨机械轴线216对向侧向的角度小于180°。
膝盖的关节线209通常可被视为与内侧髁和侧向髁的最远侧部分相切的线。通常，如图2B和图2C所示，关节线209基本上平行于地板，但是，如本领域普通技术人员应该理解的，膝盖关节线相对于胫骨和股骨的机械轴线的角度在内翻力线和外翻力线中有所变化。
回到图1，在第一解剖学信息收集阶段102，从患者身体直接或间接地得到足以建立股骨机械轴线214、胫骨机械轴线216和关节线209的信息。
间接方案通常涉及捕获患者骨骼的图像并确定骨骼图像中各种解剖学界标的位置，以便确定所需的解剖学力线信息。
例如，可对处于站立负载位置的患者采取长腿X射线检查。X射线检查可涉及捕获一个或多个重叠的X射线，足以允许确定各种解剖学界标位置。从X射线图像可确定股骨头202的中心以及膝盖的中心、脚踝的中心，还有对应于与内侧髁和侧向髁的最远侧部分相切的线的关节线209。
这可仅涉及标记X射线、绘制线、测量距离以及计算或测量角度。
在其他更复杂的方案中，可在X射线或数字X射线的数字化图像本身上使用图像处理例程，以便手动地、自动地或半自动地确定所需的角度信息。
在其他实施方案中，可使用三维建模和/或计算机模拟软件，并且可处理CT扫描数据，来确定所需的解剖学信息。
在直接方案中，直接在患者身上确定患者身上各种解剖界标的位置。这可通过对患者进行触诊和测量各种距离来完成。此外，可使用计算机辅助外科手术手段，其中将可跟踪标记物附接到患者的骨骼和/或器械上，以便通过将可跟踪指针放置在这些界标上来捕获各种解剖学界标的位置。在这种方案中，患者解剖学信息的确定可作为外科手术本身的一部分而不仅是术前步骤进行，因为可能需要进入患者膝盖内部。
用于确定股骨头旋转中心的计算机辅助外科手术方法在本领域中是众所周知的。这些方法的示例包括将可跟踪标记物附接到患者的膝盖、使髋关节周围的股骨旋转以及捕获通过可跟踪标记物追踪的位点。由此可确定对应于股骨头中心的髋部旋转中心。
在患者具有疾病状况的情况下，例如，内侧髁或侧向髁已经磨损，则可在小腿处于受力位置时捕获X射线，使得患者膝盖的力线类似于在没有疾病状况的情况下其会有的力线，这可更准确地被视为对应于患者膝盖的原始解剖结构而不是疾病状态。
可使用获得限定患者膝盖解剖学布置和几何形状的信息或数据的其他方式，这些方式对于本领域普通技术人员而言并且从本文的讨论中将是显而易见的。
图3示出了示出根据本发明的一个方面的全膝置换规划方法300的过程流程图，其大体对应于图1的步骤104。规划方法300对应于基于股骨的规划方案，其目的在于（如有可能）通过修改胫骨切割角度来（如有必要）保持股骨切割的角度平行于关节线，以确保胫骨切割角度和腿部力线都在安全边界内。如果这不能通过单独修改胫骨切割角度来完成，则也可修改股骨切割角度，以确保符合胫骨切割角度和长腿角度安全边界。基于胫骨的规划方案也是可能的，稍后参考图8来描述。
方法300能够以多种不同的方式来实现。例如，参考图9，方法300可在软件中作为可与计算机辅助外科手术(CAS)系统950相关联的更一般的外科规划计算机程序940的一部分实现，或者可以是仅仅作为例如智能手机或平板计算机或其他通用计算设备上的应用程序专用于该目的的独立计算机程序。在其他实施方案中，方法300可被实现为印刷媒体上的集合或规则或者指南或流程图，外科医生可对其进行参考，以便执行该方法并输入在该方法中使用的各种测量、值和计算。无论方法300如何在实践中实现，其输出或结果是规划的胫骨切割角度、规划的股骨远侧切割角度和可选地规划的股骨后切割角度。规划方法300也不规划切口的高度，因为这对于实现该方法的益处并不重要，切口的高度或深度可取决于所使用的植入物的尺寸、膝盖的软组织和其他因素，并且可如对常规全膝置换外科手术那样来确定切口的高度或深度。
规划方法300的初始步骤302涉及设定长腿力线角度和近侧胫骨切割角度的边界。如图2A所示，对于中间位力线，其中股骨机械轴线214和胫骨机械轴线216与长腿轴线206共线并对齐，股骨机械轴线和胫骨机械轴线之间的角度基本上为180°。从而，在步骤302处限定可接受的腿部力线值的范围。例如，可接受角度的范围可以是3°，边界值可以是177°和180°。出于下述示例的目的，将使用股骨机械轴线和胫骨机械轴线对向膝盖内侧的角度的大小，该角度在本文中将被称为α。因此，大于180°的α对应于外翻力线，小于180°的α对应于内翻力线。然而，用于限定长腿力线的角度的限定选择是很随意的。
据信，距离中间位力线多至10°的变型仍将为假体膝盖提供合理的胫骨和股骨构件机械性能。然而，在其他实施方案中，可使用至多不超过3°的变型作为患者腿部的长腿力线的边界或限制。在该示例中，在步骤302处，长腿力线边界被设置为使得177°≤α≤180°，由此对应于中间位到内翻力线。
在步骤302处，还设定了胫骨切割角度的可接受数值范围的边界。图4示出了患者的手术前膝关节400的示意图，并且包括股骨402的远侧部分和胫骨404的近侧部分。还示出了与股骨的远侧部分相邻并且大体对应于股骨髓腔的股骨解剖学轴线208。胫骨的解剖学轴线大部分与胫骨216的机械轴线重合。将上面设置的约定用于此示例，内侧髁为406，侧向髁为408，并且角度α为股骨机械轴线214和胫骨机械轴线216对向形成的角。关节线209与内侧髁406和侧向髁408的最远侧部分相切。关节线角度通常可被限定为线209和胫骨机械轴线216之间对向内侧且低于关节线的角度。如图4所示，胫骨切割角度可被限定为胫骨切割线410和胫骨机械轴线216对向形成的低于关节线的角度，并且在图4中被标记为β。胫骨切割角度的限定同样是很随意的，并且其他限定也是可能的，诸如胫骨切割线和胫骨机械轴线之间对向形成的高于胫骨切割线410的角度。
远侧股骨切割角γ也可被限定为远侧股骨切割线412和股骨机械轴线214之间对向形成的角度。远侧股骨切割角度γ的限定也是很随意的，可以是其他限定。
如上所述，对于如图2A所示的中间位腿部力线，关节线209大致平行于地板，并且从垂直于胫骨机械轴线（与中间位力线的长腿轴线206重合）偏移大约3°。纯粹的解剖外科理念是简单地使胫骨切割线410平行于患者的关节线209，从而复制中间位力线的膝盖几何形状。然而，规划方法300却设定胫骨切割角度的可接受数值范围。在该示例中，数值范围小于垂直于胫骨机械轴线不超过3°，即87°≤β≤90°，从而对应于中间位到内翻力线。腿部力线角度和胫骨切割角度的数值范围大小都是3°纯属巧合。在其他实施方案中，腿部力线角度和胫骨切割角度的数值范围大小可不同。
在步骤302处设定的长腿力线和近侧胫骨切割角度的可接受角度范围可基于多种方案单独或组合使用。可使用理论性和/或经验性方案。例如，一种更加经验性的方案是，分析不同患者中植入物的存活数据，并将其与患者植入物产生的术后长腿力线角度和/或胫骨切割角度相关联。一种更加理论性的方案是，使用患者腿部和膝盖植入物的计算机模型进行计算机分析，来确定各种力的分布、方向和大小。另一种更加经验性的方案是，测量不同长腿力线角度的假体膝盖中产生的力，以确定长腿力线角度和/或近侧胫骨角度对假体膝盖中力的影响，以及/或者由切除胫骨和/或股骨的患者身上的假体膝盖施加的影响。可结合理论性和经验性方案的结果来帮助确定在步骤302处使用的预选角度范围。
如上所述，各种角度的限定在某种程度上是任意的。在步骤302，设定长腿角度和胫骨切割角度的值的范围的边界。当这些范围用于确定是否满足长腿角度和胫骨切割角度要求时，如果范围和角度以相同的方式限定，则这可为直接比较，或者如果范围和角度以不同的方式限定，则这可为间接比较。通过确定各种角度是否对应于落在所述范围内或外的角度，将这种直接或间接比较包括在内。因此，这涵盖了限定相同或不同的情况，在这种情况下可能需要应用变换来使角度与范围直接相比，例如加上或减去180°或90°。
在下面的示例中，在范围中使用的角度和值的限定是相同的，因此当确定各种角度是否对应于在302设定的值的第一范围或第二范围内的角度时，允许直接比较。回到图3，在步骤304，先前在步骤102获得的患者解剖数据用于确定患者的长腿力线是否在步骤302设定的边界内。将患者的股骨机械轴线214与其胫骨机械轴线α之间的角度与在步骤302设定的可接受值的范围进行比较。在第一示例中，α= 178，即轻微内翻，因此大于177°，因此在步骤304确定长腿力线是可接受的。该方法进行到步骤306，其中设定初始规划的股骨切割角度和胫骨切割角度。初始规划的胫骨切割角度被设定为恢复患者的关节线209的角度。因此，胫骨切割线410和胫骨机械轴线216之间的初始规划的胫骨切割角度被设定为使得胫骨切割线410平行于在该示例中为89°的关节线209。类似地，初始规划的股骨切割角度γ被设定为使得远侧股骨切割线412平行于关节线并且在这种情况下还平行于初始规划的胫骨切割线410'的值。因此，在该示例中，初始规划的股骨切割角度为89°。
在步骤308，确定胫骨切割角度的初始规划值是否在步骤302设定的边界内。因此，步骤308确定初始规划的胫骨切割角度值89°是否在87°和90°之间，现在该角度值是在这个范围内。因此，在步骤310，将最终规划的股骨切割角度值设定为初始规划值89°，并将最终规划的胫骨切割值设定为初始规划值89°，从而完成规划。因此，初始规划的胫骨切割角度和远侧股骨切割角度已经通过规划方法验证为可接受的最终规划切割角度。
第二个示例进一步说明了规划方法300。图5示出了不同患者的膝盖几何形状500。在该膝盖几何形状中，股骨机械轴线214与胫骨机械轴线216之间的角度α值再次为178°，因此该方法在步骤304至步骤306进行。在该膝盖几何形状中，关节线209与胫骨机械轴线216之间的角度为86°。因此，在步骤306，用于恢复患者的关节线209的初始规划的胫骨切割角度值将为86°（使得胫骨切割线410平行于关节线209）。此外，初始规划的股骨切割角度值被设定成使得股骨切割线412也平行于关节线209。在该示例中，初始规划的股骨切割角度值为92°。在步骤308，确定初始规划的胫骨切割角度是否在步骤302中设定的边界内，在该示例中由于86°小于下限87°，所以该角度不在所述边界内。因此，该方法进行到步骤312。在步骤312，将初始规划的胫骨切割角度值设定为最接近初始规划值的边界值，即在步骤314设定为87°。因此，对初始规划的胫骨切割角度应用1°的调整角度以达到最终规划的胫骨切割角度。这在图5中由对应的最终规划的胫骨切割线414示出，其不再平行于关节线209（为了清楚说明，胫骨切割线在图5中被放大）。
由于胫骨切割的规划角度已经改变，初始规划的股骨切割线412将不再与最终规划的胫骨切割线414平行，因此腿部的力线也将改变。因此，在步骤314，将最终规划的股骨切割角度设定为初始规划的股骨切割角度，但是通过1°的胫骨切割调整角度进行调整。因此，在本示例中，将最终规划的股骨切割角度的值设定为91°，并且产生对应的最终规划的股骨切割线416，其不再平行于关节线209，而是平行于最终规划的胫骨切割线414，因此不改变患者的腿部力线。因此，在该示例中，最终规划的胫骨切割角度和远侧股骨切割角度不再提供术前患者解剖结构的精确复制，因为与原始解剖关节线209相比，所产生的关节线将旋转1°，但是它们在所设定的边界内是尽可能接近的。然而，长腿力线没有被改变，因此患者解剖结构的这个方面将通过这些规划的切割角度而得以保留。因此，在该示例中，仅当初始规划的胫骨切割角度在可接受范围之外时才修改初始规划的股骨切割角度。
第三个示例进一步说明了规划方法300。图6示出了不同患者的膝盖几何形状600。在该膝盖几何形状中，股骨机械轴线214与胫骨机械轴线216之间的角度α的值为176°。因此，在步骤304，因为176°<177°，所以确定长腿力线不在步骤302所设定的长腿力线边界内。因此，方法300进行到步骤316。在步骤316，初始规划的股骨切割角度被设定为恢复关节线209。在该示例中，初始规划的股骨切割角度被设定为87°的值，使得对应的初始规划的股骨切割线418平行于关节线209。同样在步骤316，设定初始规划的胫骨切割角度，其将使长腿力线回到在步骤302设定的边界内。因此，当长腿力线范围的下限为177°时，通过使初始规划的胫骨切割线420相对于平行于关节线209的线422旋转1°，向初始规划的胫骨切割角度（图6所示）添加1°旋转。因此，初始规划的胫骨切割角度值（包括1°调整）为90°。在步骤318，确定初始规划的胫骨切割角度是否在步骤302中设定的胫骨切割角度边界内，在该示例中该角度是在该胫骨切割角度边界内。因此，该方法进行到步骤320，将最终规划的股骨切割角度的值设定为初始规划值87°，并将最终规划的胫骨切割角度的值设定为初始规划值，其包括1°调整，即为91°。因此，由于最终规划的切割线418, 420不再平行（在该示例中夹角为1°），所以腿部力线角度α已增加1°，从而长腿力线已回到可接受的范围内。
第四个示例进一步说明了规划方法300。图7示出了不同患者的膝盖几何形状700。在该膝盖几何形状中，股骨机械轴线214与胫骨机械轴线216之间的角度α的值为176°。因此，在步骤304，因为176°<177°，所以确定长腿力线不在步骤302所设定的长腿力线边界内。因此，方法300进行到步骤316。在步骤316，初始规划的股骨切割角度被设定为恢复关节线209。在该示例中，初始规划的股骨切割角度被设定为91°的值，使得对应的初始规划的股骨切割线424平行于关节线209。同样在步骤316，设定初始规划的胫骨切割角度，其将使长腿力线回到在步骤302设定的边界内。因此，当长腿力线范围的下限为177°时，通过使初始规划的胫骨切割线426相对于平行于关节线209的线428旋转1°，向初始规划的胫骨切割角度（图7所示）添加1°旋转。因此，初始规划的胫骨切割角度值（包括1°调整）为86°。在步骤318，确定初始规划的胫骨切割角度是否在步骤302中设定的胫骨切割角度边界内，在该示例中，由于86°<87°，所以该角度不在该胫骨切割角度边界内。因此，该方法进行到步骤322，将最终规划的胫骨切割角度的值设定为最接近的胫骨切割边界，为87°，因此包括1°的调整角度。这在图7中示出，具体为对应的最终规划的胫骨切割线430从初始规划的胫骨切割线426再旋转1°。该方法进行到步骤324，其中最终规划的股骨切割角度的值被设定为初始规划的股骨切割角度，但是通过将使胫骨切割角度回到可接受范围内所需的胫骨切割角度调整1°来进行调整。因此，最终规划的股骨切割角度被设定为92°的值。这在图7中示出，具体为对应的最终规划的股骨切割线432从初始规划的股骨切割线424再旋转1°的调整角度。因此，由于最终规划的切割线430, 432不再平行（在该示例中夹角为1°），所以腿部力线角度α已增加1°，从而长腿力线已回到可接受的范围内，而且胫骨切割角度也回到可接受的范围内。然而，股骨切割角度已经被调整为远离将重建关节线的角度。
应当理解，图4至图7仅旨在帮助说明文中描述的特定角度和几何形状，并且附图本身并不一定具有与上述示例相同的实际角度。
图3所示的规划方法的实施方案优先考虑远侧股骨切割的角度，因为该方法试图维持股骨切割线平行于关节线，并优先修改胫骨切割的角度。例如，胫骨切割角度而不是股骨切割角度用于在长腿力线轴线在其边界之外情况下修改长腿力线轴线。股骨切割角度仅在胫骨切割角度将在其边界之外的情况下被修改，在这种情况下，将股骨切割角度调整与用于使胫骨切割角度回到其边界内而调整的角度相同的角度量。
或者，本发明还可使用类似的方案实现为胫骨切割优先规划，但其中只有在需要时才将近侧胫骨切割角度保留为解剖切口（即，以重建关节线），以使胫骨切割角度保持在可接受的边界内。基于胫骨的规划方法800由图8中所示的流程图示出。图8中所示的规划方法800使用与图3中所示的规划方法300相同的整体方案来设定腿部力线和胫骨切割边界，然后检查胫骨切割角度和腿部长度力线是否落入该边界内，如果没有落入该边界，则再对胫骨切割和/或股骨切割角度进行调整，使得最终规划的胫骨和股骨切割角度形成落入这些边界内的膝关节几何形状。然而，方法800的方案的不同之处在于，其将胫骨切割角度初始设定为最终规划的胫骨切割角度，然后仅调整股骨切割角度，如果必要，以使腿部长度力线在其可接受的边界内。
在步骤802处，设定腿部长度力线的边界，例如，177°≤α≤180°，并设定相对于胫骨机械轴线的胫骨切割角度的边界，例如，87°≤β≤90°。在步骤804处，将关节线和胫骨机械轴线之间的角度与胫骨切割角度边界进行比较，以查看解剖方案，即复制患者关节线的胫骨切口是否可接受。如果可接受，则在步骤806处，将规划的胫骨切割角度设定为使得胫骨切割线平行于关节线的角度，并且还设定初始规划的股骨切割角度，使得远侧股骨切割线也将平行于关节线。在808处，确定股骨机械轴线和胫骨机械轴线之间的角度是否在802处设定的边界内。如果在808处确定长腿力线在边界内，则在810处将最终规划的股骨切割角度设定为初始规划的股骨切割角度并完成规划。因此，结果是规划的远侧股骨切口和规划的胫骨切口，其每者平行于患者的关节线，并因此再现患者的原始解剖结构，同时还确保假体膝关节适当的机械操作。
返回至步骤808，如果在808处确定长腿力线不在边界内，则将最终规划的股骨切割角度设定为初始规划的股骨切割角度，但在812处调整长腿力线以使其回到边界内。例如，如果患者的股骨机械轴线与胫骨机械轴线之间的角度为175°，则至少需要调整2°来使长腿力线回到边界内。因此，在步骤812处，对初始规划的股骨切割角度进行2°的调整，然后将调整后的值用作最终规划的股骨切割角度。从而完成规划，得到解剖保留胫骨切口，但患者的长腿力线略有变化。
返回至步骤804，如果确定关节线和胫骨机械轴线之间的角度在胫骨切口边界之外，例如为85°，则在步骤814处，将胫骨切割角度规划为最接近的边界值，即87°。应当理解，通过选择最接近的边界值，如方法300中所做的那样，使得远离患者解剖结构的调整被最小化，从而有助于保持由基于解剖结构的手术理念产生的益处。同样在814处，将初始规划的股骨切割角度设定为恢复关节线所需要的角度，而且还包括胫骨切割调整角度。因此，在814处，初始规划的股骨切割角被设定为包括2°的胫骨调整角度。因此，规划的胫骨切割线和初始规划的股骨切割线在该方法的这个阶段是平行的。然而，在该示例中，长腿力线角度已被调整了2°。在816处，确定会从规划的胫骨切割角度和初始规划的股骨切割角度产生的胫骨机械轴线和股骨机械轴线之间的角度是否在可接受的边界内。如果原始的长腿部角度是175°，那么在该阶段调整后的长腿部角度将是177°，因此在边界内。因此，在816处，该方法前进至818，并且将规划的股骨切割角度设定为包括2°调整的初始规划的股骨切割角度。因此，规划的胫骨切割线尽可能靠近解剖切割线的边界，并且已引入对长腿力线的最小调整以便使其在可接受的边界内。
返回至步骤816，如果原始长腿部角度是174°，那么在该阶段调整后的长腿部角度将是176°，因此在边界之外。因此，在816处，该方法前进至820，并且将规划的股骨切割角度设定为初始规划的股骨切割角度，但包括角度调整以使长腿力线回到边界内。因此，对初始规划的股骨切割角度还进行1次调整，以使对应的长腿力线轴线为177°，并且因此在边界内。因此，规划的胫骨切割线尽可能靠近解剖切割线的边界，并且已引入对长腿力线的最小调整以便使其在可接受的边界内，但是所述最小调整略大于前面的示例中的最小调整。
在一些实施方案中，规划方法300和800可在印刷介质中体现或实现，所述印刷介质承载用户可读指令，并且引导用户通过图3和图8中所示的规划方法300和800的步骤，或最终实现如图3和8的具体方法所示的本发明的规划方法的其他步骤。指令可包括书面指令以及图形形式的指令，诸如膝关节的一个或多个示意图示出了在规划方法300、规划方法800中使用的各种轴线和角度。
印刷介质还可具有第一预选值范围例如177°≤α≤180°和第二预选值范围87°≤β≤90°的指示。该介质还可包括一个或多个第一字段，其中用户可记录第一类型的数据。第一类型的数据可以是从患者获得的解剖学数据，并且可包括股骨机械轴线的角度、胫骨机械轴线的角度、股骨机械轴线和胫骨机械轴线之间的角度、关节线角度、关节线和股骨机械轴线之间的角度和/或关节线和胫骨机械轴线之间的角度。解剖学数据应该包括至少足够的数据，以允许确定关节线相对于胫骨机械轴线的角度以及胫骨与股骨机械轴线之间的角度。介质可包括一个或多个第二字段，其中用户可记录计算的结果。计算的结果可为角度的值。因此，在媒体的各个地方，可在指令附近提供字段来增加或减少各种角度以输入该计算的结果，以便保持初始规划的角度、按照规划方法应用的任何角度调整以及所得的最后规划的胫骨和股骨切割角度的记录。
重新参见图1，已经描述了在104处进行的外科规划，现在将参考图9描述对应于步骤101的使用规划的胫骨和股骨切割角度进行全膝置换外科手术的方法。如上所述，规划方法104和外科手术106可用于适于机械轴线力线的任何全膝置换系统。另外，除了对规划的胫骨和股骨切割角度进行角度调整之外，该外科手术是很常规的，因此可使用很常规的外科仪器。因此，没有描述许多常规外科手术步骤，以免使本发明模糊不清。仅作为示例，外科手术106可使用由DePuySynthes以及如Attune Knee System Surgical Technique文档中所述的还由DePuySynthes提供的Attune Knee System和Intuition仪器进行（ATTUNE是DePuySynthes在某些国家注册的商标，INTUITION是DePuySynthes的商标）。
在一些实施方案中，外科手术可使用例如图9中所示的计算机辅助外科手术(CAS)系统950进行。CAS系统是众所周知的，并且通常包括计算机系统952、跟踪系统954和显示器956，显示器956向外科医生提供视觉和其他指导，以引导他们通过外科手术过程的工作流程的各个步骤，还提供关于以958、960、962表示的工具、器械、植入物和身体部分的相对位置的指导，以有助于执行各种行为，诸如定位仪器、切割和放置试验构件和假体构件。在CAS系统中使用的身体部分和工具、仪器和植入物可包括可由跟踪系统954跟踪的一个或多个标记物964，该跟踪系统可向计算机系统952提供位置信息或数据966。可使用各种不同类型的跟踪技术，诸如有线或无线跟踪技术，包括红外线、光学、声学或磁学跟踪技术。因此，CAS系统可包括软件942，该软件配置CAS系统以帮助外科医生执行图9中所示的外科手术步骤。CAS系统还可包括规划软件940，该软件配置CAS系统来实现在步骤104处使用的规划方法。因此，由规划软件940生成的胫骨和股骨切割规划数据可被传递到外科手术工作流程软件942，并且被手术工作流程软件942使用以提供胫骨和股骨切口的规划位置的指示，以及任何角度调整或与股骨和胫骨切割块一起使用的设置，以便在显示器956上再现规划的胫骨和股骨切割位置。虽然为了说明而在图9中分别示出了跟踪系统954，但是应当理解，跟踪系统954可被集成到计算机系统952中，以在其他实施方案中提供统一的CAS系统950。
外科手术900在902处通过打开患者的膝盖开始，其中患者的腿部通常是伸展的。在手术部位做好所有准备之后，在904处，股骨切割块可被附接到患者的股骨。这可涉及在股骨的远侧端部钻孔，以进入限定股骨的局部解剖轴线的股骨髓腔。具有角度可调节夹具的髓内杆连接到插入髓腔的远侧股骨切割块。合适的布置是如在Attune SurgicalTechnique文档中所示的远侧股骨夹具组件。
如上面在图4至图7中所示，股骨208的解剖轴线从股骨214的机械轴线偏移一定角度，该角度随患者而变化，主要取决于患者股骨的长度。对于较短的股骨，该角度通常为约3°至4°，对于中等长度的股骨通常为约5°，以及对于较长的股骨，通常为约6°至7°。由于在规划阶段104中相对于股骨机械轴线214限定了股骨切割角度，因此在使用可调节夹具确定要设定的角度时，考虑解剖轴线208与机械轴线之间的角度偏移，以便设定远侧切割块的正确规划位置。这是因为切割块的角度位置通常相对于解剖轴线（髓内杆沿其穿过）来限定，使得调整夹具的零角度对应于垂直于股骨的解剖轴线的远侧切割线。
因此，在步骤906处，调整夹具的角度以便放置远侧股骨切割块，使得远侧股骨切割线对应于规划的远侧股骨切割角度，考虑到股骨机械轴线和解剖轴线之间的偏移。股骨切口的深度将取决于所使用的植入物的尺寸，通常在4mm至16mm的范围内，典型的是在8mm至11mm的范围内。然后将远侧股骨切割块固定在适当的位置，移除股骨夹具和IM杆，然后在908处制造股骨远侧切口。
在910处，将胫骨切割块附接到胫骨。胫骨机械轴线和解剖轴线通常是一致的，因此对于胫骨切割块调整通常没有要考虑的角度偏移。可使用胫骨力线导向装置来定位和附接胫骨切割块。在Attune Surgical Technique文档中描述了一种稳定的胫骨力线导向装置。胫骨力线引导装置通过将第一端部附接到患者的脚踝，并且与患者的脚的第二脚趾和胫骨的机械轴线对准而附接到患者的小腿。胫骨切割块附接到力线引导装置的第二端部并且包括中心孔，骨销穿过该中心孔与膝盖的中心点或中点对准。力线引导装置的第一端部的内侧-侧向位置是可调节的，并且当变化时使得胫骨切割块围绕骨销枢转。因此，在912处，可通过改变胫骨力线引导装置的第一端部的中间-侧向位置来调整胫骨切割块的角度，直到切割块角度对应于规划的胫骨切割线。然后将胫骨切割块固定在适当的位置，并且在914处制造近侧切口。
应当理解，在其他实施方案中，制造远侧股骨切口和近侧胫骨切口的顺序可颠倒，并且在步骤910至步骤914之后可进行步骤904至步骤908，其中对由其所得的外科手术步骤进行任何适当的修改，并且所述修改对本领域的普通技术人员将显而易见。
因此，现在已制造出远侧股骨切口和近侧胫骨切口，但是使用从规划步骤104获得的规划的切割取向，而不使用常规的规划位置。规划的胫骨和股骨切割取向有助于确保假体膝盖适当的机械操作，同时还尽可能地保持患者的长腿力线和解剖结构。
在916处，可将间隔件器械插入到切除的胫骨和股骨之间的延伸间隙中以评估间隙，并且可进行任何软组织释放以提供与伸展的膝盖的平衡。在长腿力线已被改变的情况下，更可能需要软组织释放。
在918处，膝关节可通过关节运动弯曲，以允许评估股骨尺寸和旋转。可使用两种不同的方法。可如步骤920所示使用测量的股骨尺寸和旋转方案。可使用如在AttuneSurgical Technique文档中所描述的测量的股骨尺寸和旋转引导装置。可确定股骨的尺寸，并且可确定用于制造其余股骨切口的股骨切割块的位置。可使用附接到引导装置的触针来确定股骨的尺寸。该引导装置是角度可调整的，从而允许股骨切割块的角度位置被设置在切除的远侧股骨表面上。如果在规划期间没有对胫骨切口的角度进行调整，并且其对应于关节角度，则在此阶段可能不会引入股骨的旋转变化。股骨的旋转由与侧向和内侧髁的后侧大部分相切的线限定。通常期望该线与切除的近侧胫骨的平面之间的角度关系保持相同。因此，如果在规划期间引入胫骨切口的角度调整（例如，3°），以使胫骨切割角度和/或长腿力线回到其边界内，则对股骨旋转还进行相同的角度调整。因此，股骨切割块额外旋转3°，以在固定到切除的远侧股骨之前，保持前髁的后部与近侧胫骨表面的平面之间的角度关系。
因此，规划方法的特征还可包括规划后股骨切割的角度以设置股骨旋转，并且其包括在规划方法104期间对胫骨切割角度作出的任何角度调节。
步骤920的替代形式是在步骤922处，对股骨尺寸和旋转使用平衡的方法而不是测量的方法。使用例如包括一对吊具的平衡设备并将其引入到弯曲间隙中，以对内侧髁和侧向髁的后部施加相等的力。外科医生然后将切割块定位成一个角度，使得当后髁承受载荷时，后切口通常平行于被切除的胫骨表面的平面。因此，在该方法中，软组织结构限定了股骨旋转而不是后侧股骨切口的角度。
在定位股骨切割块之后，在924处使用测量的方法920或使用922的平衡的方法，在924处制造后侧股骨切口，所述测量的方法920可包括对切割块的位置进行角度调整。
在924处制造后侧股骨切口之后，可将间隔块插入弯曲间隙中，并且可评估关节的平衡并执行任何软组织松解来改善关节的平衡。
该外科手术的其余部分是很常规的。在926处制造其余的股骨切口来完成股骨的准备。可在试验阶段928期间附加试验植入物，并进行关节的试验减少。如将会理解的那样，试验可引起切割和/或软组织的迭代变化，直到外科医生满意为止。最后，在930处植入假体胫骨和股骨构件，然后关闭膝盖932。
如上所述，本发明可包括来自图1的一般患者数据获取102、规划104和外科手术方法106步骤中的每一者的各种操作。而且，该规划方法可通过各种方式实现，从软件到印刷媒体提供指导以引导用户通过规划方法，和/或包括用于输入信息或数据和/或进行计算的字段以确定规划的胫骨和股骨切割角度。
通常，本发明的一些方面的一些实施方案（例如，规划和/或外科手术方法的一些实施方案）可采用涉及存储在一个或多个计算机系统中或通过一个或多个计算机系统传输的数据的各种过程。本发明的实施方案还涉及一种执行这些操作的装置。该装置可被专门构造用于所需目的，或者其可以是通用计算机，所述通用计算机由存储于计算机中的计算机程序和/或数据结构来选择性地启动或重新配置。本文呈现的过程并不固有地与任何具体的计算机或其他装置相关。具体地讲，各种通用机器可与根据本文的教导编写的程序一起使用，或者可更方便地构造更专业的装置来执行所需的方法步骤。各种这些机器的具体结构将从下文给出的描述中体现。
此外，本发明的实施方案涉及包括用于执行各种计算机实施的操作的程序指令和/或数据（包括数据结构）的计算机可读介质或计算机程序产品。计算机可读介质的示例包括但不限于磁介质，诸如硬盘、软盘和磁带；光介质，诸如CD-ROM盘；磁光介质；半导体存储器设备；以及被专门配置为存储和执行程序指令的硬件设备，诸如只读存储器设备(ROM)和随机存取存储器(RAM)。程序指令的示例包括诸如由编译器产生的机器代码以及包含可由计算机使用解释器执行的较高级代码的文件。
图11示出了一种典型的计算机系统，该计算机系统在被适当地配置或设计时，可用作根据本发明的规划计算机或CAS计算机或CAS系统的一部分。计算机系统970包括耦合到存储器设备的任何数量的处理器972（也称为中央处理单元或CPU），该存储器设备包括主存储器976（通常为随机存取存储器或RAM）、主存储器974（通常为只读存储器或ROM）。CPU972可为各种类型，包括诸如可编程设备（例如，CPLD和FPGA）的微控制器和微处理器以及诸如门阵列ASIC或通用微处理器的不可编程设备。如本领域所熟知的，主存储器974用于将数据和指令单向地传送到CPU，并且主存储器976通常用于以双向方式传送数据和指令。这两个主存储器设备都可包括任何合适的计算机可读介质，诸如上文所述的那些。大容量存储器设备978也双向耦合到CPU 972并提供额外的数据存储容量，并且可包括上述任何计算机可读介质。大容量存储器设备978可用于存储程序、数据等，并且通常是诸如硬盘的次要存储介质。应当理解，保留在大容量存储器设备978中的信息在适当的情况下可以标准方式并为作为虚拟内存的主存储器497的一部分。特定大容量存储器设备诸如CD-ROM 974也可将数据单向地传递给CPU。
CPU 972还耦合到接口980，该接口连接到一个或多个输入/输出设备，诸如视频监视器、跟踪球、鼠标、键盘、麦克风、触敏显示器、换能器读卡器、磁带或纸带读取器、平板电脑、触笔、语音或手写识别器，或者其他众所周知的输入设备，当然诸如其他计算机。最后，CPU 972可选地可使用外部连接（如大致在982处所示）来耦合到外部设备，诸如跟踪系统、数据库或者计算机或电信网络。通过这样的连接，可以设想CPU在执行本文所述的方法步骤的过程中，可从跟踪系统、网络接收信息，或者可将信息输出到跟踪系统、网络或其他设备。
尽管上文已经根据特定的规划方法和外科手术大致描述了本发明，但是本发明具有更广泛的适用范围。按照上述讨论，本领域的普通技术人员将认识到其他变型形式、修改形式和替代形式。

Claims (15)

1.一种数据处理装置，包括：
数据处理器；以及
以非瞬时形式存储计算机程序代码的计算机可读取介质，并且其中所述计算机程序代码能够由所述数据处理器执行来实施确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度的计算机可实施方法(800)，所述方法将用于在患者腿部膝盖上执行的全膝置换外科手术中，包括：
设定(802)在所述胫骨机械轴线和所述股骨机械轴线之间的长腿角度的第一预选数值范围；
设定(802)近侧胫骨切割角度的第二预选数值范围；以及
使用从所述患者获得的解剖学数据来确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度，所述解剖学数据限定所述患者的胫骨机械轴线、所述患者的股骨机械轴线和所述患者的膝关节线，其中确定规划的近侧胫骨切割角度和规划的远侧股骨切割角度的步骤包括：
确定(804)关节线和胫骨机械轴线之间的角度是否对应于落入第二预选数值范围的角度；
当确定关节线和胫骨机械轴线之间的角度对应于落入第二预选数值范围的角度时，设定(806)所述规划的近侧胫骨切割角度以重建所述关节线以及初始规划的远侧股骨切割角度以重建关节线；或者
当确定关节线和胫骨机械轴线之间的角度不对应于落入第二预选数值范围的角度时，使用调整角度将所述规划的近侧胫骨切割角度设定(814)成对应于落入第二预选数值范围的角度，并使用所述调整角度设定初始规划的远侧股骨切割角度，且
其中所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度确保由所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度对应于所述第一预选数值范围内的角度，并且所述规划的近侧胫骨切割角度对应于所述第二预选数值范围内的角度。
2.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中确定所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度还包括：
确定(808)由所述规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度是否对应于落入所述第一预选数值范围内的角度。
3.根据权利要求2所述的数据处理装置，其中确定所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度还包括：
当确定由所述规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度对应于落入所述第一预选数值范围内的角度时，将所述规划的远侧股骨切割角度设定(810)为所述初始规划的远侧股骨切割角度。
4.根据权利要求3所述的数据处理装置，其中确定所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度还包括：
当确定由所述规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度不对应于落入所述第一预选数值范围内的角度时，将所述规划的远侧股骨切割角度设定(812)为修改达调整角度的所述初始规划的远侧股骨切割角度，使得所产生的长腿角度对应于落入所述第一预选数值范围内的角度。
5.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中确定所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度还包括：
确定(816)由所述规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度是否对应于落入所述第一预选数值范围内的角度。
6.根据权利要求5所述的数据处理装置，其中确定所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度还包括：
当确定由所述规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度对应于落入所述第一预选数值范围内的角度时，将所述规划的远侧股骨切割角度设定(818)为所述初始规划的远侧股骨切割角度。
7.根据权利要求5所述的数据处理装置，其中确定所述规划的近侧胫骨切割角度和所述规划的远侧股骨切割角度还包括：
当确定由所述规划的近侧胫骨切割角度和初始规划的远侧股骨切割角度引起的所述长腿角度不对应于落入所述第一预选数值范围内的角度时，将所述规划的远侧股骨切割角度设定(820)为修改达另一调整角度的所述初始规划的远侧股骨切割角度，使得所产生的长腿角度对应于落入所述第一预选数值范围内的角度。
8.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中所述第一预选数值范围不大于3°。
9.根据权利要求8所述的数据处理装置，其中所述第一预选数值范围对应于177°至180°的内侧长腿角度。
10.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中所述第二预选数值范围不大于3°。
11.根据权利要求10所述的数据处理装置，其中所述第二预选数值范围对应于所述胫骨切割线和胫骨机械轴线之间且在内侧上的87°至90°的角度。
12.根据权利要求1所述的数据处理装置，其中所述调整角度使所述近侧胫骨切割角度对应于所述第二预选范围的最接近值。
13.根据权利要求4所述的数据处理装置，其中所述调整角度使所述长腿角度对应于所述第一预选范围的最接近值。
14.根据权利要求7所述的数据处理装置，其中所述另一调整角度使所述长腿角度对应于所述第一预选范围的最接近值。
15.一种计算机辅助外科手术系统，其包括根据权利要求1到14的任一项所述的数据处理装置。
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