DE202012007479U1

DE202012007479U1 - Patientenwählbare Gelenkarthroplastik-Vorrichtungen und anatomisches Relief enthaltende chirurgische Werkzeuge

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Publication number: DE202012007479U1
Application number: DE202012007479U
Authority: DE
Original assignee: Conformis Inc
Current assignee: Conformis Inc
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2012-10-30
Anticipated expiration: 2022-08-04
Also published as: US8623026B2; US20140163568A1; US20120041446A1; US20160242931A1; US9326780B2; US20160331467A1

Abstract

Ein chirurgisches Hilfswerkzeug für die Gelenkarthroplastik, das chirurgische Hilfswerkzeug umfassend: eine erste Matrize, die erste Matrize umfassend: mindestens eine Oberfläche zum Kontaktieren mindestens eines Teils eines Trochleabereichs eines Kniegelenks, wobei die Oberfläche im Wesentlichen ein Negativ von einem oder mehr Teilen des Trochleabereichs ist; wobei mindestens ein Teil der Oberfläche weiter ein anatomisches Relief umfasst; und mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments; und wobei jene Führung eine vorherbestimmte Orientierung relativ zu einem aus einer anatomischen und einer biomechanischen Achse hat.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S.-Patentanmeldung Nr. 13/207,396, eingereicht am 10. August 2011, mit dem Titel „Patient Selectable Joint Arthroplasty Devices and Surgical Tools Incorporating Anatomical Relief”.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft orthopädische Verfahren, Systeme und prothetische Vorrichtungen und betrifft insbesondere Verfahren, Systeme und Vorrichtungen für Gelenkersatz und Gelenkoberflächenerneuerung, die Oberflächen mit anatomischem Relief und/oder anderen Merkmalen enthalten. Die vorliegende Offenbarung umfasst auch chirurgische Werkzeuge und/oder Schablonen, die Merkmale mit anatomischem Relief enthalten und ausgelegt sind, optimale Schnittebenen in einem Gelenk bei der Vorbereitung zum Einsetzen eines Gelenkimplantats zu erreichen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gelenkarthroplastiken sind allgemein hochinvasive Prozeduren und können die chirurgische Resektion der Gesamtheit oder eines Großteils der Gelenkfläche von einem oder mehr an der Reparatur beteiligten Knochen erfordern. In der Vergangenheit wurde ein erkranktes, verletztes oder fehlerhaftes Gelenk, wie etwa zum Beispiel ein Osteoarthritis aufweisendes Gelenk, unter Verwendung von standardmäßigen vorfabrizierten Implantaten oder anderen verwandten chirurgischen Werkzeugen repariert. Viele Probleme sind entstanden aus einem oder mehr Unterschieden zwischen der vorhandenen Gelenkanatomie eines Patienten und den entsprechenden Merkmalen eines Implantatbestandteils wie auch der chirurgischen Werkzeuge, die die Implantation erleichtern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die hier beschriebenen Ausführungsformen beschreiben Fortschritte, die sich auf dem Gebiet von patientenadaptierten Gelenkimplantaten und verwandten chirurgischen Werkzeugen, die auf die Berücksichtigung der Bedürfnisse individueller, einzelner Patienten zugeschnitten sind, befinden oder daraus hervorgehen. Solche patientenadaptierten Gelenkimplantate und chirurgischen Werkzeuge bieten Vorteile gegenüber dem traditionellen „Eine-Größe-für-alle”-Konzept, oder einem „Wenige-Größen-für-alle”-Konzept. Die Vorteile umfassen zum Beispiel bessere Passform, natürlichere Bewegung des Gelenks, Verringerung der Menge an während der Operation entferntem Knochen und eine weniger invasive Prozedur. Solche patientenadaptierten oder patientenspezifischen Gelenkimplantate oder chirurgischen Werkzeuge können aus Abbildungen des Gelenks des Patienten erzeugt werden. Basierend auf den Abbildungen können patientenadaptierte und/oder patientenspezifische Implantatbestandteile ausgewählt und/oder entworfen werden, um Merkmale (z. B. Oberflächenkonturen, Krümmungen, Formen, Breiten, Längen, Dicken und andere Merkmale) zu umfassen, die zu vorhandenen Merkmalen im Gelenk des individuellen, einzelnen Patienten passen, sowie auch Merkmale, die sich einem idealen und/oder gesunden Merkmal annähern, oder einer Kombination von patientenadaptierten oder patientenspezifischen und konstruierten Merkmalen, die vor der Prozedur im Patienten nicht vorliegen mögen.
Patientenadaptierte Merkmale können patientenspezifische und/oder patientenkonstruierte Merkmale umfassen. Patientenspezifische (oder patientenabgeglichene) Implantatbestandteile oder Führungswerkzeugmerkmale können Merkmale umfassen, die angepasst sind, zu einem oder mehr biologischen Merkmalen des Patienten zu passen, zum Beispiel einer oder mehr biologischen/anatomischen Strukturen, Ausrichtungen, Kinematiken und/oder Weichgewebemerkmalen. Patientenadaptiert kann ein oder mehr Implantat-/Werkzeug-Merkmale umfassen, die abgewandelt sind, um verschiedene anatomische Merkmale des Patienten zu berücksichtigen, oder Merkmale, die entworfen oder gewählt sind, um im Wesentlichen zu den anatomischen Merkmalen eines Patienten zu passen. Patientenspezifisch kann Oberflächenmerkmale umfassen, die im Wesentlichen ein Negativ von einigen oder allen angeborenen anatomischen Merkmalen des Patienten sind, diese im Wesentlichen widerspiegeln und/oder sich im Wesentlichen an sie anpassen. Patientenkonstruierte (oder patientenabgeleitete) Merkmale eines Implantatbestandteils können basierend auf patientenspezifischen Daten entworfen und/oder gefertigt sein (z. B. präoperativ entworfen und gefertigt), um ein oder mehr anatomische und/oder biologische Merkmale des Patienten wesentlich zu fördern oder zu verbessern. Patientenkonstruierte Merkmale können Implantate oder chirurgische Werkzeuge umfassen mit Merkmalen basierend auf aus der Anatomie des Patienten abgeleiteten Informationen kombiniert mit aus nicht patientenspezifischen Quellen abgeleiteten Informationen, einschließlich anatomischer Datenbanken von einem oder mehr Individuen (einschließlich Durchschnittsdaten) aus allgemeinen Bevölkerungsgruppen ähnlichen Alters, medizinischer Verfassung, Alters, Aktivitätsgrades, Ethnie, geographischer Herkunft, Größe, Gewicht, Beschäftigung, usw. Patientenkonstruierte Merkmale können auch Implantate und/oder chirurgische Werkzeuge umfassen mit einigen Merkmalen, die auf aus der Anatomie des Patienten abgeleiteten Informationen basieren, kombiniert mit anderen Merkmalen, die aus nicht patientenspezifischen Daten entworfen oder abgeleitet sind, einschließlich allgemeinen Konstruktions- oder Funktionswissens und/oder -kriterien sowie auch allgemeiner biomechanischer Daten.
Die hier beschriebenen patientenadaptierten (z. B. patientenspezifischen und/oder patientenkonstruierten) Implantatbestandteile und Führungswerkzeuge können ausgewählt (z. B. aus einer Bibliothek), entworfen (z. B. präoperativ entworfen einschließlich, optional, Fertigung der Bestandteile, Instrumente oder Werkzeuge) und/oder ausgewählt und entworfen und/oder abgewandelt (z. B. durch Auswählen eines Rohbestandteils oder -werkzeugs mit bestimmten Rohmerkmalen und anschließender Veränderung der Rohmerkmale, um patientenadaptiert oder patientenspezifisch oder patientenkonstruiert zu sein) sein. Außerdem können verwandte Verfahren wie etwa Entwürfe oder Strategien zur Resektion der biologischen Struktur eines Patienten auch ausgewählt und/oder entworfen werden. Beispielsweise können die dem Knochen zugewandte Oberfläche eines Implantatbestandteils und eine Resektionsstrategie für die entsprechende dem Knochen zugewandte Oberfläche zusammen ausgewählt und/oder entworfen werden, so dass die dem Knochen zugewandte Oberfläche eines Implantatbestandteils zur resezierten Oberfläche passt. Solche Resektionsansätze können mit Sägen, Klingen, Fräsen, Küretten und jeglichem anderen im Stand der Technik bekannten oder in Zukunft entworfenen Werkzeug durchgeführt werden. Die Resektionsansätze können freihändig, mittels chirurgischer Navigation, Sonderschneidevorrichtung oder roboterunterstützten Ansätzen implementiert werden. Zusätzlich können ein oder mehr Führungswerkzeuge optional ausgewählt und/oder entworfen werden, um die Resektionsschnitte zu erleichtern, die in Übereinstimmung mit Resektionsstrategie und Implantatbestandteilauswahl und/oder -entwurf vorherbestimmt werden.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen enthalten die Implantate und assoziierten chirurgischen Werkzeuge Oberflächenmerkmale, die ungewöhnliche, unbekannte, unsichere oder markante anatomische Merkmale berücksichtigen können, und enthalten zusätzlich Oberflächen, die entsprechenden patientenspezifischen und/oder chirurgisch abgewandelten anatomischen Oberflächen der darunterliegenden anatomischen Tragestrukturen des Patienten angepasst sind. Zum Beispiel kann ein Implantat und/oder chirurgisches Werkzeug Oberflächen umfassen, die patientenspezifischen und/oder chirurgisch abgewandelten anatomischen Oberflächen des Gelenks des Patienten angepasst sind, und weiter eine Oberflächenöffnung, -hohlraum und oder anderes „anatomisches Relief”-Merkmal umfassen, das einen oder mehr Osteophyten auf der Oberfläche der anatomischen Zielregion berücksichtigt oder vermeidet. In verschiedenen Ausführungsformen kann die „anatomische Relief”-Oberfläche des Implantats/Werkzeugs wunschgemäß direkten Kontakt mit dem ungewöhnlichen/unbekannten/markanten Merkmal der anatomischen Tragestruktur vermeiden. In anderen Ausführungsformen kann die anatomische Reliefoberfläche mit dem ungewöhnlichen/unbekannten/markanten Oberflächenmerkmal in Kontakt treten oder anderweitig wechselwirken.
Bei verschiedenen Gelegenheiten kann es erwünscht sein, den Kontakt des Implantats/Werkzeugs mit den ungewöhnlichen/unbekannten/markanten anatomischen Oberflächenmerkmalen, wie etwa Osteophyten, Hohlräumen, Weichgeweben und/oder anderen anatomischen Strukturen, zu vermeiden, auszuschalten, zu minimieren und/oder zu verringern. Vermeidung kann erwünscht sein wegen Traglastbeschränkungen auf dem Oberflächenmerkmal, Abbildungsschwierigkeiten, die Oberflächencharakterisierungen ungenau machen, eines Wunsches, die Merkmale heilen oder sich anderweitig umbilden zu lassen, oder aus vielen anderen vom Arzt und/oder den Implantatentwicklern erwünschten Gründen.
Bei verschiedenen anderen Gelegenheiten kann es erwünscht sein, den Kontakt des Implantats/Werkzeugs mit den ungewöhnlichen/markanten anatomischen Oberflächenmerkmalen, wie etwa Osteophyten, Hohlräumen, Weichgeweben und/oder anderen anatomischen Strukturen, zu erhöhen, zu verstärken und/oder zu vergrößern. Verstärkung kann erwünscht sein wegen Lastentragefähigkeiten des Oberflächenmerkmals, der Fähigkeit des Merkmals, die Absicherung des Implantats/Werkzeugs gegen laterale oder gleitende Bewegungen zu vergrößern und/oder auf Grund anderer Wünsche, das Implantat/Werkzeug zu kontaktieren, wie vom Arzt und/oder den Implantatentwicklern erwünscht. Verstärkung kann des Weiteren erwünscht sein, um mit dem Merkmal in einer Weise ähnlich zu einer „Puzzleteilpassform” zu wechselwirken (z. B. passt die Schablone oder das andere Werkzeug oder Implantat nur auf eine Art auf die anatomische Oberfläche mit dem Merkmal).
Verschiedene Ausführungsformen könnten auch anatomische Reliefmerkmale enthalten, die Nicht-Oberflächen-Merkmalen des Knochens entsprechen, einschließlich Merkmalen unter der Oberfläche des Knochens (d. h. Hohlräumen oder Zysten unter der Oberfläche) und/oder Nicht-Oberflächen-Merkmalen über dem Knochen (d. h. angrenzenden und/oder umgebenden Knochen, Bändern, Sehnen, Muskeln und/oder anderen Weichgeweben, usw.).
Die vorliegende Offenbarung beschreibt neue Vorrichtungen und Verfahren zum Ersatz eines Teils (z. B. erkrankten Gebietes und/oder Gebietes etwas größer als das erkrankte Gebiet) eines Gelenks (z. B. Knorpel und/oder Knochen) mit einem nichtbiegsamen, nichtflüssigen (z. B. harten) Implantatmaterial, wo die Implantate und/oder chirurgischen Werkzeuge eine beinahe-anatomische Passform mit den umgebenden Strukturen und Geweben erreichen, und wo das Implantat und/oder Werkzeug weiter mindestens ein anatomisches Relief umfasst. In Fällen, wo die Vorrichtungen und/oder Verfahren ein mit dem darunterliegenden Gelenkknochen assoziiertes Element umfassen, stellen verschiedene Ausführungsformen auch sicher, dass das knochenassoziierte Element eine beinahe-anatomische Ausrichtung mit dem subchondralen Knochen erreicht. Verschiedene Ausführungsformen stellen optional die Vorbereitung einer Implantationsstelle mit einem einzelnen Schnitt, oder wenigen relativ kleinen Schnitten, bereit.
Unter verschiedenen Gesichtspunkten kann das anatomische Relief vollständig von patientenspezifischen oder patientenkonstruierten Oberflächen umschlossen sein (d. h. die Umrandung des anatomischen Reliefs ist vollständig von patientenspezifischen oder patientenkonstruierten Oberflächen des Implantats/Werkzeugs umgeben). In anderen Ausführungsformen kann das anatomische Relief entlang einer oder mehr Kanten der patientenspezifischen oder patientenkonstruierten Oberflächen eines Implantats/Werkzeugs gelegen sein, so dass zumindest ein Teil der Umrandung des anatomischen Reliefs nicht von einer patientenspezifischen und/oder patientenkonstruierten Oberfläche des Implantats/Werkzeugs begrenzt wird. Das anatomische Relief kann sich relativ zum Implantat/Werkzeug und/oder den patientenspezifischen oder patientenkonstruierten Oberflächen nach innen erstrecken, kann sich relativ zum Implantat/Werkzeug und/oder den patientenspezifischen oder patientenkonstruierten Oberflächen nach außen erstrecken oder kann sich relativ zum Implantat/Werkzeug und/oder den patientenspezifischen oder patientenkonstruierten Oberflächen sowohl nach innen als nach außen erstrecken. In verschiedenen Ausführungsformen kann das anatomische Relief auf einer äußeren oder nicht dem Knochen zugewandten Oberfläche des Implantats gelegen sein, um andere dem Implantat benachbarte Hart- und Weichgewebe zu berücksichtigen.
Unter einem anderen Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Entwurf eines Gelenkimplantats und/oder verwandten chirurgischen Werkzeugs bereitgestellt, umfassend die Schritte von Erhalten einer Abbildung eines Gelenks, wobei die Abbildung sowohl normalen Knorpel als auch erkrankten Knorpel umfasst; Rekonstruieren von Dimensionen der erkrankten Knorpeloberfläche, um normalem Knorpel zu entsprechen; und Entwerfen des Gelenkimplantats, um zu den Dimensionen der rekonstruierten erkrankten Knorpeloberfläche zu passen oder um zu einer Oberfläche etwas größer als die erkrankte Knorpeloberfläche zu passen. Die Abbildung kann zum Beispiel eine intraoperative Abbildung sein einschließlich eines Oberflächenauffindungsverfahrens unter Verwendung jeglicher im Stand der Technik bekannter Techniken, z. B. mechanischer, optischer und ultraschallbasierter, und bekannter Vorrichtungen wie etwa MRI-, CT-, Ultraschall-, digitale Tomosythese- und/oder optische Kohärenztomographie-Abbildungen. In bestimmten Ausführungsformen wird die Rekonstruktion mittels des Erhaltens einer Oberfläche, die den Konturen des normalen Knorpels folgt, durchgeführt. Die Oberfläche kann parametrisch sein Kontrollpunkte umfassen, die die Kontur des normalen Knorpels auf den erkrankten Knorpel und/oder eine B-Spline-Fläche ausdehnen. In anderen Ausführungsformen wird die Rekonstruktion durchgeführt mittels des Erhaltens einer binären Abbildung des Knorpels durch Extraktion des Knorpels aus der Abbildung, wobei erkrankter Knorpel in der binären Abbildung als Einbuchtungen erscheint; und des Durchführens beispielsweise einer morphologischen Schließoperation (z. B. durchgeführt in zwei oder drei Dimensionen unter Verwendung eines strukturierenden Elements und/oder einer Dilatationsoperation gefolgt von einer Erosionsoperation), um die Form eines Implantats für die Füllung der Gebiete von erkranktem Knorpel zu bestimmen.
Unter einem noch weiteren Gesichtspunkt werden chirurgische Werkzeuge zur Vorbereitung eines Gelenks auf den Empfang eines Implantats beschrieben, zum Beispiel ein Werkzeug umfassend ein oder mehr Oberflächen oder Elemente, die wenigstens teilweise der Form der Gelenkflächen des Gelenks (z. B. eines Femurkondylus und/oder Tibiaplateaus eines Kniegelenks) angepasst sind. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Werkzeug Lucite Silastic und/oder andere Polymere oder geeignete Materialien. Das Werkzeug kann wieder verwendbar oder Einweg sein. Das Werkzeug kann aus einem einzelnen Bestandteil oder multiplen Bestandteilen bestehen. In manchen Ausführungsformen umfasst das Werkzeug eine Anordnung von einstellbaren, eng beieinander liegenden Nadeln. In beliebigen hier beschriebenen Ausführungsformen kann das chirurgische Werkzeug ausgelegt sein, um weiter eine Öffnung darin zu umfassen, zum Beispiel eine oder mehr Öffnungen mit Dimensionen (z. B. Durchmesser, Tiefe, usw.) kleiner oder gleich zu einer oder mehr Dimensionen des Implantats und/oder eine oder mehr Öffnungen angepasst zum Empfang von einem oder mehr Injektabilia. Beliebige der hier beschriebenen Ausführungsformen können weiter ein oder mehr vernetzbare (aushärtende) Materialien oder Zusammensetzungen umfassen, zum Beispiel die durch eine oder mehr Öffnungen ins Werkzeug injiziert werden und welche erstarren, um einen Abdruck der Gelenkfläche zu bilden.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch Werkzeuge. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen umfasst das chirurgische Werkzeug eine Matrize. Die Matrize hat mindestens eine Kontaktoberfläche zur Wechselwirkung mit einer mit einem Gelenk assoziierten Oberfläche. Die mindestens eine Kontaktoberfläche ist der Oberfläche im Wesentlichen angepasst und enthält optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal. Die Matrize umfasst ferner mindestens eine Führungsöffnung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments.
In Übereinstimmung mit verwandten Ausführungsformen kann die Oberfläche eine Gelenkfläche, eine nicht-Gelenkfläche, eine Knorpeloberfläche, eine lasttragende Oberfläche, eine nicht-lasttragende Oberfläche und/oder eine Knochenoberfläche sein. Das Gelenk hat einen Gelenkspalt mit der Oberfläche entweder innerhalb des Gelenkspalts oder außerhalb des Gelenkspalts. Die Matrize kann eine Schablone umfassen. Die Matrize kann mindestens zwei Teile umfassen, die mindestens zwei Teile umfassend ein erstes Teil, das eine oder mehr der mindestens einen Kontaktoberflächen umfasst, das zweite Teil umfassend eine oder mehr der mindestens einen Führungsöffnungen oder Führungsoberflächen. Die mindestens eine Kontaktoberfläche kann eine Vielzahl diskreter Kontaktoberflächen umfassen, optional einschließlich mindestens einer anatomischen Reliefoberfläche oder anderen -merkmals. In anderen Ausführungsformen kann die mindestens eine Kontaktoberfläche eine Vielzahl von anatomischen Reliefoberflächen oder anderen -merkmalen umfassen.
In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen kann die Kontaktoberfläche aus biokompatiblem Material wie etwa Acylnitril-Butadien-Styrol, Polyphenylsulfon und Polycarbonat hergestellt sein. Die Kontaktoberfläche kann zur Hitzesterilisierung ohne Deformierung fähig sein. Beispielsweise kann die Kontaktoberfläche zur Hitzesterilisierung ohne Deformierung fähig sein bei Temperaturen unter 207 Grad Celsius, wie etwa eine aus Polyphenylsulfon hergestellte Kontaktoberfläche. Die Kontaktoberfläche kann im Wesentlichen transparent oder semitransparent sein, wie etwa eine aus Somos 11120 hergestellte Kontaktoberfläche.
In noch weiteren Ausführungsformen kann die Matrize ein Referenzelement umfassen, wie etwa eine Nadel oder eine Zielvorrichtung, zur Bestimmung einer Referenzebene relativ zu mindestens einem aus einer biomechanischen Achse und einer anatomischen Achse eines Gliedmaßes. In anderen Ausführungsformen kann das Referenzelement zur Bestimmung einer Achse verwendet werden, um bei der Korrektur einer Achsendeformierung zu helfen.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Gelenkoberfläche mindestens eines von einer Gelenkfläche, einer nicht-Gelenkfläche, einer Knorpeloberfläche, einer lasttragenden Oberfläche, einer nicht-lasttragenden Oberfläche und einer Knochenoberfläche. Das Gelenk hat einen Gelenkspalt mit der Oberfläche entweder innerhalb des Gelenkspalts oder außerhalb des Gelenkspalts. Die mindestens eine Kontaktoberfläche kann eine Vielzahl diskreter Kontaktoberflächen umfassen. Das Erzeugen der Matrize kann schnelle Prototypenerstellung, Fräsen und/oder Erzeugen einer Schablone umfassen, die Matrize kann weiter sterilisierbar und/oder biokompatibel sein. Die schnelle Prototypenerstellung kann Ablagern aufeinanderfolgender Schichten von Kunststoff umfassen. Die Matrize kann eine mehrteilige Matrize sein. Die mehrteilige Matrize kann ein erstes Teil, das eine oder mehr der mindestens einen Kontaktoberflächen umfasst, und ein zweites Teil, das eine oder mehr der mindestens einen Führungsöffnungen oder Führungsoberfläche oder -element umfasst, umfassen. Das Erhalten der Abbildung kann die Bestimmung von Dimensionen des unter dem Knorpel liegenden Knochens und Addieren einer vordefinierten Dicke zu den Knochendimensionen umfassen, wobei die vordefinierte Dicke die Knorpeldicke darstellt. Das Addieren der vordefinierten Dicke kann eine Funktion von mindestens einem von einer anatomischen Referenzdatenbank, einem Alter, einem Geschlecht und Rassenabgleich sein. Das Erhalten der Abbildung kann die Durchführung einer optischen Abbildungstechnik, eines Ultraschalls, einer CT, einer Spiral-CT und/oder einer MRI umfassen.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform umfasst das chrirurgische Werkzeug eine Matrize. Die Matrize hat mindestens eine Kontaktoberfläche zur Wechselwirkung mit einer mit einem Gelenk assoziierten Oberfläche, wobei die mindestens eine Kontaktoberfläche im Wesentlichen der Oberfläche angepasst ist, und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal. Die Kontaktoberfläche ist optional im Wesentlichen transparent oder semitransparent. Die Matrize umfasst ferner mindestens eine Führungsöffnung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform umfasst das chrirurgische Werkzeug eine Matrize. Die Matrize umfasst eine Schablone mit mindestens einer Kontaktoberfläche zur Wechselwirkung mit einer mit einem Gelenk assoziierten Oberfläche und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal. Die mindestens eine Kontaktoberfläche ist im Wesentlichen der Oberfläche angepasst. Die Schablone ist aus biokompatiblen Material gefertigt. Die Matrize umfasst ferner mindestens eine Führungsöffnung oder Führungsoberfläche oder Führungselement zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments. Die Schablone kann sterilisierbar und/oder im Wesentlichen transparent oder semitransparent sein.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform umfasst ein System für Gelenkarthroplastik eine erste Matrize. Die erste Matrize umfasst mindestens eine Oberfläche für die Wechselwirkung mit einer ersten Oberfläche eines Gelenks sowie optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal, wobei die mindestens eine Oberfläche ein Spiegel- und/oder Negativbild von Teilen der oder der ganzen ersten Oberfläche ist. Die erste Matrize umfasst ferner mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments. Eine Verknüpfung kreuzreferiert mindestens ein chirurgisches Werkzeug relativ zu jener Führung und relativ zu einer oder mehr von einer anatomischen und einer biomechanischen Achse.
In Übereinstimmung mit verwandten Ausführungsformen kann das chirurgische Werkzeug eine zweite Matrize sein, wobei die zweite Matrize mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments umfasst. Die zweite Matrize kann eine Oberfläche umfassen, die ein Spiegel- und/oder Negativbild einer zweiten Oberfläche des Gelenks ist. Die zweite Gelenkoberfläche kann der ersten Gelenkoberfläche gegenüberliegen. Mindestens eine Führung der zweiten Matrize kann das chirurgische Instrument in mindestens einem von einem Schnitt, einer Fräsung und einer Bohrung leiten, das in einer vordefinierten Lage relativ zu jener ersten Matrize orientiert ist und in Form, Größe oder Orientierung an eine Implantatform angepasst ist. Die Form und/oder Position der mindestens einen Führung der ersten Matrize kann zumindest teilweise auf einer oder mehr mit jenem Gelenk verwandten Achse basieren. Die Verknüpfung kann ein Befestigungsmechanismus sein, der das direkte Inkontakttreten der ersten Matrize mit dem mindestens einen chirurgischen Werkzeug bewirken kann, oder befestigt alternativ die erste Matrize und das mindestens eine chirurgische Werkzeug so, dass die erste Matrize und das mindestens eine chirurgische Werkzeug nicht direkt miteinander in Kontakt treten. Die Verknüpfung kann Drehung relativ zu einem von einer anatomischen und einer biomechanischen Achse zulassen. Die erste Matrize kann einen abnehmbar befestigten Block umfassen, wobei der Block mindestens eine Führung der ersten Matrize umfasst.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform wird ein System für Gelenkarthroplastik vorgestellt, das eine erste Matrize umfasst. Die erste Matrize umfasst mindestens eine erste Matrizenoberfläche für die Wechselwirkung mit einer ersten Oberfläche eines Gelenks und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal, wobei die erste Matrizenoberfläche ein Spiegel- und/oder Negativbild von Teilen der oder der ganzen ersten Oberfläche ist. Die erste Matrize umfasst ferner mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments. Eine zweite Matrize umfasst mindestens eine zweite Matrizenoberfläche für die Wechselwirkung mit einer zweiten Oberfläche eines Gelenks, wobei die zweite Matrizenoberfläche ein Spiegel- und/oder Negativbild von Teilen der oder der ganzen zweiten Oberfläche ist. Die zweite Matrize umfasst ferner mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments. Eine Verknüpfung kreuzreferiert die erste Matrize und die zweite Matrize. Die Verknüpfung kann optional Drehung relativ zu einem von einer anatomischen und einer biomechanischen Achse zulassen.
In Übereinstimmung mit verwandten Ausführungsformen ist mindestens eine Kontaktoberfläche der ersten Matrize im Wesentlichen ein Spiegel- und/oder Negativbild der ersten Oberfläche. Das Verfahren kann weiter das Erhalten von elektronischen Bilddaten des Gelenks und die Bestimmung einer Form der mindestens einen Kontaktoberfläche der ersten Matrize basierend, zumindest teilweise, auf elektronischen Bilddaten umfassen. In Übereinstimmung mit anderen verwandten Ausführungsformen kann das Verfahren ferner, vor der Lenkung der Bewegung des chirurgischen Instruments, das Anordnen von mindestens einer Kontaktoberfläche der zweiten Matrize an der zweiten Gelenkoberfläche umfassen. Die mindestens eine Kontaktoberfläche der zweiten Matrize kann im Wesentlichen ein Spiegel- und/oder Negativbild der zweiten Oberfläche sein. Das Verfahren kann weiter das Erhalten von elektronischen Bilddaten des Gelenks und die Bestimmung einer Form der mindestens einen Kontaktoberfläche der zweiten Matrize basierend, zumindest teilweise, auf elektronischen Bilddaten umfassen.
In noch weiteren Ausführungsformen kann die erste Oberfläche des Gelenks eine Femuroberläche sein und die zweite Oberfläche des Gelenks kann eine Tibiaoberfläche sein. Das Verfahren kann weiter das Erhalten von elektronischen Bilddaten eines Gelenks, die Bestimmung von mindestens einem von einer biomechanischen Achse und einer anatomischen Achse des Gelenks basierend, zumindest teilweise, auf den elektronischen Bilddaten umfassen, wobei die Form und/oder Position der Führung der zweiten Matrize zumindest teilweise auf dem mindestens einem von einer biomechanischen Achse und einer anatomischen Achse basiert. Die elektronischen Bilddaten können präoperativ, intraoperativ, optisch, eine MRI, eine CT und/oder eine Spiral-CT erhalten werden. Die erste Matrize kann eine Dicke basierend, zumindest teilweise, auf mindestens einem von einer Dicke eines an der ersten Oberfläche des Gelenks zu befestigenden Implantats und einem gewünschten Freiraum zwischen zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Gelenks umfassen.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform umfasst ein chirurgisches Werkzeug eine Matrize mit einer Oberfläche zur Wechselwirkung mit einer Gelenkoberfläche und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal, um zumindest einen Teil eines Oberflächenmerkmals des Gelenks zu umschließen, zu vermeiden und/oder mit ihm zu wechselwirken, wobei die Oberfläche ein Spiegel- und/oder Negativbild eines Teils der oder der ganzen Gelenkoberfläche ist. Die Matrize umfasst ferner zwei oder mehr Führungen zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments, wobei die Form und/oder Position mindestens einer der Führungen zumindest teilweise auf mindestens einer mit jenem Gelenk verwandten Achse basiert.
In Übereinstimmung mit verwandten Ausführungsformen umfasst die Matrize ferner einen abnehmbar an der Oberfläche befestigten Block, wobei der Block zwei oder mehr Führungen umfasst. Die zwei oder mehr Führungen können mindestens eine Führung für einen Schnitt, eine Fräsung und eine Bohrung umfassen. Ein zweites chirurgisches Werkzeug kann an der Matrize befestigt sein, wobei das zweite Werkzeug mindestens eine Führungsöffnung zur Führung eines chirurgischen Instruments umfasst. Mindestens eine Führung des zweiten chirurgischen Werkzeugs kann ein chirurgisches Instrument führen, um Schnitte zu machen, die zu den von der ersten Matrize geführten Schnitten parallel, nicht-parallel, senkrecht oder nicht-senkrecht sind.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform umfasst eine Matrize mindestens eine Kontaktoberfläche zur Anordnung auf einer Oberfläche eines Gelenks und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal, um zumindest einen Teil eines Oberflächenmerkmals des Gelenks zu umschließen, zu vermeiden und/oder mit ihm zu wechselwirken, wobei die Kontaktoberfläche zumindest teilweise ein Spiegel- und/oder Negativbild einer Übergangsstelle zwischen einem arthritischen und einem normalen Teil der Gelenkoberfläche ist. Eine Führung leitet die Bewegung eines chirurgischen Instruments.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Bänderreparatur das Erhalten von elektronischen Bilddaten von mindestens einer mit einem Band assoziierten Oberfläche. Eine erste Matrize wird basierend, zumindest teilweise, auf den Bilddaten erzeugt. Die erste Matrize hat mindestens eine Kontaktoberfläche, die zumindest einem Teil der Oberfläche angepasst ist, und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal zur Berücksichtigung des Bandes. Die erste Oberfläche umfasst mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines an der Bänderreparatur beteiligten chirurgischen Instruments.
In verwandten Ausführungsformen kann das Band ein vorderes Kreuzband oder ein hinteres Kreuzband sein. Das Verfahren kann weiter die Bestimmung einer Tunnelstelle für ein Bändertransplantat umfassen. Die Bestimmung der Tunnelstelle kann die Bestimmung eines Ursprungs des Bandes auf einer ersten Gelenkfläche und einer Ansatzposition auf eine der ersten Gelenkfläche gegenüberliegende zweite Gelenkfläche umfassen. Die Bestimmung der Tunnelstelle kann die Identifizierung von mindestens einem von einer knöchernen Bezugsstruktur und einem Überbleibsel eines Bandes auf den Bilddaten umfassen. Die Oberfläche oder anatomische Reliefoberfläche kann der Tunnelstelle oder einer nicht-lasttragenden Oberfläche benachbart sein. Die erste Oberfläche kann eine Bohrerführungsöffnung umfassen, wobei das Verfahren weiter die Anordnung der Matrize so, dass die mindestens eine Kontaktoberfläche den zumindest einen Teil der Oberfläche kontaktiert und optional mindestens eine anatomische Reliefoberfläche oder anderes -merkmal zumindest einen Teil eines Oberflächenmerkmals des Gelenks umschließt, vermeidet und/oder mit ihm wechselwirkt, und das Bohren eines Bändertunnels umfasst, wobei die Bohrung durch die Bohrerführungsöffnung geführt wird. Mindestens eines von der Form, Position oder Orientierung der Bohrerführungsöffnung auf der ersten Matrize kann zumindest teilweise auf einem Abstand des Tunnels zu benachbartem kortikalem Knochen basieren. Die Bohrerführungsöffnung kann einen Stopp umfassen, so dass eine gewünschte Bohrtiefe erhalten wird. Die Bilddaten können präoperativ erhalten werden. Die Bilddaten können durch einen CT-Scan oder einen MRI-Scan erhalten werden. Die Bilddaten können während Gelenkbeugung, Gelenkstreckung, Gelenkabduktion, Gelenkadduktion und/oder Gelenkdrehung erhalten werden. Das Verfahren kann weiter die Identifizierung einer Transplantatentnahmestelle basierend auf den Bilddaten und die Verwendung der ersten Matrize zur Führung der Entnahme von mindestens einem von Band und Knochen von der Transplantatentnahmestelle umfassen. Das Verfahren kann weiter das Kreuzreferieren einer zweiten Matrize zur ersten Matrize, um die Position der zweiten Matrize auf einer zweiten mit dem Band assoziierten Oberfläche auszurichten, wobei die zweite Matrize mindestens eine Führung umfasst, und, unter Verwendung der mindestens einen Führung der zweiten Matrize, das Leiten der Bewegung eines Instruments relativ zu jener Führung umfassen. Die erste und zweite Oberfläche können gegenüberliegende Gelenkflächen sein. Die erste Oberfläche kann eine Femuroberfläche sein und die zweite Oberfläche kann eine Tibiaoberfläche sein. Die erste Matrize kann einen Geweberetraktor umfassen. Der Geweberetraktor kann ein Flansch oder eine Erweiterung auf der Matrize sein. Die Matrize kann für Einzelbündel- oder Doppelbündel-Bänderwiederherstellung verwendet werden.
In beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen und Gesichtspunkte kann das Gelenk ohne Beschränkung ein Knie, eine Schulter, eine Hüfte, Wirbel, ein Ellbogen, ein Knöchel, ein Fuß, ein Zeh, eine Hand, ein Handgelenk oder ein Finger sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die vorangegangenen hier offenbarten Merkmale werden im Hinblick auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden, mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, in denen:
1 eine Oberfläche eines Femurs vor Ableitung einer abgesetzten Gelenkfläche illustriert;
2 eine mittels der Femuroberfläche aus 1 erzeugte abgesetzte Oberfläche illustriert;
2 ein festes Modell eines chirurgischen Werkzeugs, über die abgesetzte Oberfläche gelegt, illustriert;
3 das Zusammenfügen der abgesetzten Oberfläche mit einem relevanten Teil des festen Modells illustriert;
4 und 5 das feste Modell vor und nach Einfügen der abgeleiteten abgesetzen Oberfläche illustrieren;
6 eine Oberfläche eines Femurs vor Ableitung einer abgesetzten Gelenkfläche in Übereinstimmung mit einer alternativen Ausführungsform illustriert;
7 eine mittels der Femuroberfläche aus 6 abgeleitete Trochleakurvenskizze illustriert;
8 die lateral erweiterte und über ein festes Modell eines chirurgischen Werkzeugs gelegte Trochleakurvenskizze aus 7 illustriert;
9 das die abgeleitete Trochleakurvenskizze enthaltende feste Modell illustriert;
10 die lateral erweiterte und über ein festes Modell einer alternativen Ausführungsform eines chirurgischen Werkzeugs gelegte Trochleakurvenskizze aus 7 illustriert;
11 das die abgeleitete Trochleakurvenskizze enthaltende feste Modell aus 10 illustriert;
12 die lateral erweiterte und über ein festes Modell einer alternativen Ausführungsform eines chirurgischen Werkzeugs gelegte Trochleakurvenskizze aus 7 illustriert;
13 das die abgeleitete Trochleakurvenskizze enthaltende feste Modell aus 12 illustriert;
14 die lateral erweiterte und über ein festes Modell einer alternativen Ausführungsform eines chirurgischen Werkzeugs gelegte Trochleakurvenskizze aus 7 illustriert;
15A das die abgeleitete Trochleakurvenskizze enthaltende feste Modell aus 14 illustriert;
15B eine alternative Ausführungsform eines anatomische Referenzoberflächen enthaltenden chirurgischen Zahns illustriert;
16A einen Querschnitt eines Endes eines Femurs mit einem Osteophyten-Oberflächenmerkmal darstellt;
16B den Femur aus 16A mit dem Querschnitt eines Implantats/Werkzeugs illustriert, das ein anatomisches Relief ausgelegt auf die Form des Femurs mit dem intakten Osteophyten enthält;
17A eine Zeichnung eines Querschnitts eines Endes eines Femurs mit einem subchondralen Hohlraum im Knochen ist;
17B den Femur aus 17A mit einem Querschnitt eines auf die Form des Femurs ausgelegten Implantats illustriert, das sich teilweise innerhalb des Hohlraums erstreckt;
18A bis 18D und 19A bis 19D Modelle für einen bestimmten Patienten illustrieren, der ein unikompartimentelles Knieimplantat erhält;
20A bis 20D und 21A bis 21D Modelle für einen bestimmten Patienten illustrieren, der ein bikompartimentelles Knieimplantat erhält;
22 eine Abbildung einer Benutzerschnittstelle für ein Computersoftware-Programm zur Erzeugung von Modellen von patientenspezifischen Wiedergaben von Implantatzusammensetzungs- und Oberflächenmerkmalen (z. B. Osteophytenstrukturen, Hohlräumen, usw.) zusammen mit Knochenmodellen darstellt;
23 ein illustratives Flussdiagramm der Prozesse auf hoher Ebene eines beispielhaften Computersoftware-Programms zur Erzeugung von Modellen von patientenspezifischen Wiedergaben von Implantatzusammensetzungs- und Oberflächenmerkmalen (z. B. Osteophytenstrukturen, Hohlräumen, usw.) zusammen mit Knochenmodellen zeigt;
24A und 24B den posterioren Rand eines Implantatbestandteils darstellen umfassend ein oder mehr externe anatomische Reliefoberflächen ausgewählt und/oder entworfen unter Verwendung der Bilddaten oder aus den Bilddaten abgeleiteter Formen, so dass der Implantatbestandteil das PCL des Patienten nicht stören und ihm fernbleiben wird;
25A bis 25D zusätzliche Ausführungsformen von Implantatbestandteilen darstellen, die ausgewählt und/oder entworfen sind unter Verwendung der Bilddaten oder aus den Bilddaten abgeleiteter Formen, so dass das Implantat dem Kreuzband des Patienten fern bleibt;
26A bis 26C eine zusätzliche Ausführungsform eines chirurgischen Werkzeugs oder Vorrichtung darstellen, das einstellbare Kontaktoberflächen enthält, die erweitert und/oder zurückgezogen werden können;
27A bis 27C einen Humeruskopf und oberen Humerus, der ein Teil des Schultergelenks eines Patienten ist, mit verschiedenen Ausführungsformen von assoziierten patientenspezifischen chirurgischen Werkzeugen darstellen;
28A bis 28C einen oberen Humerus und Humeruskopf mit Osteophyten mit einer normalisierteren Oberfläche, die durch virtuelle Entfernung der Osteophyten korrigiert ist, darstellen;
29A bis 29C einen oberen Humerus und Humeruskopf mit Hohlräumen, Spalten oder Zysten mit einer normalisierteren Oberfläche, die durch virtuelle Entfernung solcher Strukturen korrigiert ist, darstellen;
30A bis 30D einen Pfannenbestandteil eines Schultergelenks mit (30B) virtueller Entfernung von Osteophyten und zwei alternative Ausführungsformen einer Pfannenvorrichtung (30C und 30D), die verschiedene Varianten passender und/oder anatomischer Reliefoberflächen enthalten, darstellen;
31A bis 31C einen Pfannenbestandteil eines Schultergelenks mit Hohlräumen, Spalten oder Zysten und eine Pfannenvorrichtung (31C), die eine Ausführungsform einer anatomischen Reliefoberfläche zur Wechselwirkung mit der Schulterpfanne enthält, darstellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt Systeme, Verfahren und Zusammensetzungen für die Reparatur von Gelenken. Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen können umfassen, aber sind nicht beschränkt auf, (i) Maßanpassung der Gelenkreparatur, wobei die Effizienz und das Komfortniveau für den Patienten nach der Reparaturprozedur verbessert wird; (ii) in manchen Ausführungsformen Eliminieren der Notwendigkeit für einen Chirurgen, den zu reparierenden Defekt intraoperativ zu vermessen; (iii) Eliminieren der Notwendigkeit für einen Chirurgen, das Material während der Implantationsprozedur zu formen; (iv) Bereitstellen von Verfahren zur Auswertung der Krümmung des Reparaturmaterials basierend auf Knochen- oder Gewebeabbildungen oder basierend auf intraoperativen Sondierungstechniken; (v) Bereitstellen von Verfahren zur Reparatur von Gelenken mit minimalem oder, in manchen Fällen, keinem Verlust an Knochensubstanz; und (vi) Verbessern der postoperativen Gelenkkongruenz.
Bei der Ableitung und Fertigung verschiedener Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, die hier offenbarten chirurgischen Werkzeuge und/oder Implantate mit einer oder mehr anatomischen Reliefoberflächen oder -teilen (von verschiedenem Grad) auszustatten. Wo ein Implantat oder Werkzeug eine Oberfläche umfasst, die im Wesentlichen einer oder mehr anatomischen Strukturen angeglichen oder angepasst ist, kann es wünschenswert sein, es durch Absetzen, Subtrahieren oder anderweitiges Abwandeln der bestimmten Gebieten benachbarten Oberflächenbereiche zu vermeiden oder spezifisch auszuschließen, dass solche Gebiete der angeglichenen/angepassten Oberfläche die darunterliegende Anatomie kontaktieren und/oder ihr angepasst/angeglichen sind. Spezifische Fälle, wo solches anatomisches Relief besonders vorteilhaft sein könnte, können umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, anatomische Gebiete, die schwer zugänglich sind; schwer zu entblößen, zu säubern, zu debridieren oder anderweitig zu präparieren sind; Gebiete, die mit Minimalzugang-Prozeduren unverträglich sind und/oder andere Gebiete, die zu vermeiden es aus anderen chirurgischen Gründen wünschenswert ist.
Anatomisches Relief kann während der Konstruktion oder Abwandlung der Oberfläche vor jeglicher schnellen Prototypenerstellung oder CNC oder anderem Fertigungsverfahren eines Instrumentes oder eines Implantates mit patientenadaptierten oder patientenspezifischen Merkmalen erreicht werden. Anatomisches Relief kann auch nach der Fertigung solcher Bestandteile zum Beispiel mittels Subtraktion von physischem Material, z. B. durch etwas Schleifen, CNC, Polieren, Hitze, Luft oder Laserabtragung oder andere im Stand der Technik bekannte oder in Zukunft entwickelte Verfahren zur Entfernung von Material erreicht werden. Ähnlich kann anatomisches Relief durch additive Fertigungsprozesse, die dem Gelenk angepasste Oberflächen „aufbauen” oder anderweitig verändern, erreicht werden.
Anatomische Reliefoberflächen können einen Teil der angepassten Oberfläche bilden (oder von ihr umschlossen werden), so dass eine Umrandung der anatomischen Reliefoberfläche vollständig von der angepassten Oberfläche umgeben ist. In anderen Ausführungsformen kann die anatomische Reliefoberfläche teilweise von der angepassten Oberfläche umgeben sein. In noch anderen Ausführungsformen kann die Reliefoberfläche von der angepassten Oberfläche getrennt sein, wie etwa wo die anatomische Reliefoberfläche an der Peripherie des Werkzeugs oder Implantats ist und/oder auf den „dem Gelenk zugewandten”, „nach außen gewandten” und/oder Artikulationsoberflächen des Werkzeugs oder Implantats.
1 bis 5 stellen eine Ausführungsform einer Prozedur zum Einbeziehen und/oder Entwerfen eines anatomischen Reliefs in ein chirurgisches Werkzeug dar. In dieser Ausführungsform wird ein zwei- oder dreidimensionales Modell einer beabsichtigten Eingriffsstelle (eines Femurs in diesem Beispiel) referiert und eine innere Oberfläche 5100 (einschließlich zum Beispiel einer Trochleamulde) wird ausgewählt. Eine abgesetzte Oberfläche 5110 (siehe 2) kann dann von der inneren Oberfläche 5100 abgeleitet werden. In einer Ausführungsform kann die abgesetzte Oberfläche 5110 abgeleitet werden durch Abtasten von einer Vielzahl diskreter Punkte oder Pixel/Voxel auf der inneren Oberfläche 5100 und Versetzen der Punkte von der inneren Oberfläche 5100 um ein festgelegtes Maß, wie etwa 0,1 mm, 0,25 mm, 0,5 mm, 0,75 mm, 1 mm, 2 mm oder jeglichen gewünschten Abstand und/oder in jeglicher Richtung (im Allgemeinen senkrecht in diesem Beispiel oder in einem Winkel verschieden von 90 Grad), wodurch die abgesetzte Oberfläche erstellt wird. Falls gewünscht kann die Erzeugung der abgesetzten Oberfläche 5110 die darunterliegende Anatomie nachbilden oder sie kann weiter eine Filter- oder Ebnungsfunktion umfassen, welche die abgesetzte Oberfläche in einem bestimmten Grad relativ zur inneren Oberfläche wünschenswert glättet oder anderweitig abwandelt. Abhängig vom Typ und/oder den Merkmalen der inneren Oberfläche wie auch von der Lage der Anatomie können verschiedene Abstände, Versetzungen und/oder Richtungen verwendet werden, mit verschiedenen Ergebnissen (d. h. die Absetzung kann für die gesamte Oberfläche konstant sein oder kann an verschiedenen Stellen entlang der Oberfläche variieren.
Sobald die abgesetzte Oberfläche 5110 abgeleitet worden ist, kann die innere Oberfläche 5100 und/oder das anatomische Modell entfernt und/oder versteckt werden und ein chirurgisches Werkzeug 5120 kann über die abgesetzte Oberfläche 5110 gelegt werden, wie am besten in 3 zu sehen. Ein oder mehr relevante Bereiche des chirurgischen Werkzeugs 5120 werden dann mit der abgesetzten Oberfläche 5110 zusammengefügt, wie in 4 gezeigt. Sobald das chirurgische Werkzeug zusammengefügt und modelliert worden ist, kann das Modell verwendet werden, um ein chirurgisches Werkzeug, das das gewünschte anatomische Relief 5130 enthält, zu fertigen (oder kann verwendet werden, ein bereits existierendes Werkzeug oder Implantat zu verändern). In der in 5 gezeigten Ausführungsform enthält das chirurgische Werkzeug ein anatomisches Relief oder eine Freiraumzone, die einem der Trochleamulde des Femurs benachbarten Bereich entspricht, was wünschenswert den Bedarf für eine vollständige Entfernung aller Strukturen und/oder Weichgewebe (z. B. Knorpel und/oder Osteophyten) in der Mulde und direkt umgebenden Gebieten verringert oder umgeht.
Ableitung und Verwendung der abgesetzten Oberfläche auf diese Weise stellt wünschenswert im Wesentlichen angepasste und/oder angeglichene Oberflächen zur Ausrichtung und Platzierung von chirurgischen Werkzeugen und Implantaten bereit, aber erlaubt Freiraum für anatomisch bedenkliche Gebiete und/oder Vermeidung. Zusätzlich erlaubt die Erhaltung eines erwünschten Mindestfreiraums die Vermeidung spezifischer Anatomie, während beispielsweise optional eine Mindestdicke des Werkzeugmaterials beibehalten wird, um die Werkzeugintegrität sicherzustellen. Die offenbarte Prozedur stellt auch ein wiederholbares und leicht identifizierbares Verfahren zur Identifizierung eines Bereichs von Interesse und schnellen und einfachen Erstellung einer angemessenen anatomischen Reliefstruktur zur Berücksichtigung eines Teils des oder des ganzen Bereichs bereit.
6 bis 9 stellen eine alternative Ausführungsform einer Prozedur zum Einbeziehen eines anatomischen Reliefs in ein chirurgisches Werkzeug dar. In diesem Beispiel wird ein zwei- oder dreidimensionales Computermodell einer beabsichtigten Eingriffsstelle (eines Femurs in diesem Beispiel) referiert und eine Trochleamuldenskizze 5200 wird abgeleitet durch Erzeugung einer sagittalen Silhouettenskizze der zentralen Trochlea beispielsweise an ihrem proximalsten Punkt (6 und 7) oder ihrem zentralen oder ihrem distalsten Punkt. Falls erwünscht kann die Trochleamuldenskizze der (den) natürlichen Kontur(en) der Trochleamulde folgen oder kann eine tatsächliche oder stilisierte zweidimensionale Darstellung der dreidimensionalen Trochleamulde, wie projiziert auf eine in einem bestimmten Winkel und/oder Neigung relativ zur Mulde durch den Femur gehende Ebene, umfassen. Dasselbe gilt für jede andere anatomische Stelle, z. B. eine Schulterpfanne einschließlich der Mitte einer Schulterpfanne oder eine Hüftgelenksgrube. In diesem Beispiel wird die Trochleamuldenskizze 5200 dann lateral erweitert 5205 (d. h. entlang einer oder mehr medialer/lateraler oder anderer Richtung(en)) und dann über einen relevanten Bereich eines chirurgischen Werkzeugs 5210 gelegt (siehe 8). Ein oder mehr relevante Teile des chirurgischen Werkzeugs 5210 wird dann mit der lateral erweiterten Skizze 5205 zusammengefügt, wie in 8 gezeigt, was im Endeffekt einen Teil der im Wesentlichen angepassten und/oder angeglichenen Oberfläche in einer oder mehr Bereichen von Interesse „subtrahiert” oder entfernt. Sobald das chirurgische Werkzeug zusammengefügt und modelliert worden ist, kann das Modell verwendet werden, um ein chirurgisches Werkzeug, das das gewünschte anatomische Relief 5230 enthält, zu fertigen. In der in 9 gezeigten Ausführungsform enthält das chirurgische Werkzeug ein anatomisches Relief oder eine Freiraumzone 5230, die einem der Trochleamulde des Femurs benachbarten Bereich entspricht, was wünschenswert den Bedarf für eine vollständige Entfernung aller Strukturen und/oder Weichgewebe (z. B. Knorpel und/oder Osteophyten) in der Mulde und/oder umgebenden anatomischen Bereichen verringert oder umgeht. Des Weiteren umgeht das anatomische Relief zu einem gewissen Grad die Notwendigkeit, die genaue Anatomie der Gesamtheit der Trochleamulde zu vermessen und nachzubilden, während es immer noch eine akkurate Werkzeugplatzierung ermöglicht, unter Verwendung der verbleibenden angepassten und/oder angeglichenen Oberflächen zur Ausrichtung des Werkzeugs in einer gewünschten Weise.
In einer anderen Ausführungsform kann das anatomische Relief erreicht werden durch Nichteinschließen oder Ausschließen ausgewählter Anatomiebereiche von einer Bildsegmentierung oder 2D- oder 3D-Wiedergabe oder Rekonstruktion einer Oberfläche.
In einer anderen Ausführungsform kann ein anatomisches Relief erhalten werden durch Bearbeiten von einer oder mehr Konturen auf den ursprünglichen, nativen Bildern, z. B. CT, MRI oder Ultraschall, beispielsweise, durch Verschieben einer Gelenkfläche in einer gewünschten Richtung, um anatomisches Relief zu erreichen oder zu simulieren.
In einer weiteren Ausführungsform, gezeigt in 15B, stellt ein Querschnitt eines chirurgischen Werkzeugs 5266 eine Referenzoberfläche mit „Sägezahn”-Muster dar, die mehrere anatomische Reliefoberflächen 5267 hat. Das Werkzeug enthält eine Vielzahl von Referenzoberflächen 5268, die ausgelegt sein können, mit Teilen der natürlichen Anatomie der Trochleamulde 5200 in Kontakt zu treten und/oder ihnen im Wesentlichen angepasst zu sein. Die Referenzoberflächen 5268 können ausgelegt und/oder ausgewählt sein, mit der (den) natürlichen Gelenkfläche(n), beschädigten Gelenkfläche(n) und/oder subchondralen Knochenoberfläche(n) (entweder mit oder ohne Entfernung des Gelenkknorpels) oder Kombinationen davon in Kontakt zu treten.
10 bis 15A stellen zusätzliche alternative Ausführungsformen von anatomische Reliefs enthaltenden chirurgischen Werkzeugen dar. Die chirurgischen Werkzeuge dieser Ausführungsformen umfassen wünschenswerterweise einen oder mehr Teile der lateral erweiterten Trochleamuldenskizze 5205 aus 89, und diese Werkzeuge umfassen wünschenswerterweise zusätzliche Bestandteile zur Verwendung in der Implantation eines Teil- oder Gesamtgelenk-Kniegelenkersatzes. Die Werkzeuge aus 6 bis 15A und die Ableitungen und Konstruktionen davon, wären besonders gut geeignet zur Verwendung mit den Gesamtknieimplantaten und chirurgischen Werkzeugen, die in der US-Patentanmeldung Nr. 13/397,457 an Bojarski et al., eingereicht am 15. Februar 2012 mit dem Titel „Patient-Adapted and Improved Articular Implants, Designs and Related Guide Tools”, beschrieben sind, deren Offenbarung mittels Referenz hierin eingegliedert wird. 10 und 11 stellen eine Anordnungsvorrichtung 5240 mit einem anatomischen Relief oder einer Freiraumzone 5245 dar, die einem der Trochleamulde des Femurs benachbarten Bereich entspricht. 12 und 13 stellen eine Anordnungsvorrichtung 5250 mit einem anatomischen Relief oder einer Freiraumzone 5255 dar, die einem der Trochleamulde des Femurs benachbarten Bereich entspricht. 14 und 15A stellen eine Anordnungsvorrichtung 5260 mit einem anatomischen Relief oder einer Freiraumzone 5265 dar, die einem der Trochleamulde des Femurs benachbarten Bereich entspricht.
Es sollte verstanden werden, dass solche anatomischen Reliefs verwendet werden können, um anatomische Variationen in allen Gelenken zu berücksichtigen, einschließlich derer des Knies, der Schulter, der Hüfte, der Wirbel, des Ellbogens, des Knöchels, des Handgelenks, usw. Zusätzlich wären die hier beschriebenen anatomischen Reliefoberflächen von gleichem Nutzen für die Einbeziehung in verschiedene Implantate, einschließlich Teil- oder Gesamtgelenk-Ersatzimplantate, wie auch chirurgische Werkzeuge und/oder Schablonen.
IV. KITS
Ebenfalls sind hier Kits beschrieben umfassend ein oder mehr der hier beschriebenen Verfahren, Systeme und/oder Zusammensetzungen. Insbesondere kann ein Kit eines oder mehr von Folgendem umfassen: Anweisungen (Verfahren) zum Erhalten elektronischer Abbildungen; Systeme oder Anweisungen zur Auswertung elektronischer Abbildungen; ein oder mehr Computermittel, die zur Analyse oder Verarbeitung der elektronischen Abbildungen fähig sind; und/oder ein oder mehr chirurgische Werkzeuge zur Implantation eines Gelenkreparatursystems. Die Kits können andere Materialien umfassen, beispielsweise Anweisungen, Reagenzien, Behälter und/oder Abbildungshilfen (z. B. Filme, Halter, Digitalisierer, usw.).
Beispiel 1: Entwurf und Konstruktion eines Implantats und/oder chirurgischen Werkzeugs, das ein negatives anatomisches Relief enthält
Anatomische Reliefmerkmale können verwendet werden, um Osteophyten, subchondrale Hohlräume, restlichen normalen oder erkrankten Knorpel oder Kombinationen davon und andere patientenspezifische Defekte und Anomalien zu berücksichtigen oder anderweitig zu adressieren. Im Fall von Osteophyten kann der Osteophyt in die Form der dem Knochen oder Gelenk zugewandten Oberfläche des Implantatbestandteils oder Führungswerkzeugs integriert werden. 16A und 16B sind beispielhafte Zeichnungen eines Endes eines Femurs 1010 mit einem Osteophyten 1020. In der Auswahl und/oder dem Entwurf eines Implantatbestandteils für einen bestimmten Patienten kann eine Abbildung oder Modell des Knochens des Patienten, der den Osteophyten oder das andere Oberflächenmerkmal umfasst, als ein Modell für die Erzeugung, den Entwurf und/oder die Auswahl eines Implantats und/oder chirurgischen Werkzeugs mit einer oder mehr angepassten Oberflächen verwendet werden. Falls gewünscht kann der Teil der Abbildung mit dem Oberflächenmerkmal abgewandelt, transformiert, kreuzreferiert, geglättet und/oder verbessert werden, was verwendet werden könnte, um die Wiedergabegenauigkeit des Osteophyten zu erhöhen und/oder Ungenauigkeiten oder potentielle Ungenauigkeiten in der Ermittlung und/oder Modellierung der Oberfläche des Osteophyten zu berücksichtigen. In einer Ausführungsform, wie in 16B gezeigt, kann ein Bestandteil 1050 eines Implantats (oder chirurgischen Werkzeugs) ausgewählt und/oder ausgelegt werden, um ein der Form des Osteophyten 1020 angepasstes negatives anatomisches Relief zu umfassen. In alternativen Ausführungsformen könnte das anatomische Relief bemessen und/oder konfiguriert sein, um mehr als einen Osteophyten zu berücksichtigen (d. h. die anatomische Reliefhöhlung könnte größer sein als der Osteophyt oder könnte anders geformt oder „gefiltert” sein, um mehr als einen Osteophyten zu berücksichtigen). In bestimmten Ausführungsformen kann das anatomische Relief einen Teil des, aber nicht den gesamten, Osteophyten oder der anderen anatomischen Struktur kontaktieren (d. h. das anatomische Relief kann übergroß sein, um die Gesamtheit des Osteophyten zu umschließen, wobei optional irgendein Teil des Osteophyten die Wand des anatomischen Reliefs berührt). In anderen Ausführungsformen kann das anatomische Relief nur einen Teil des Osteophyten oder der anderen anatomischen Struktur umschließen, wie etwa wo ein Teil der anatomischen Struktur innerhalb des anatomischen Reliefs liegt und andere Teile der anatomischen Struktur sich außerhalb des anatomischen Reliefs erstrecken.
Als ein weiteres Beispiel kann ein tibialer Bestandteil entworfen werden, entweder bevor oder nachdem virtuelle Modifikation verschiedener Merkmale des Tibiaknochens, einschließlich Oberflächenmerkmalen, vollendet worden sind. In einer Ausführungsform kann der ursprüngliche Entwurf und Platzierung der Tibiaplateau- und assoziierter Bestandteile unter Verwendung von direkt der natürlichen Anatomie des Patienten entnommenen Informationen geplant und vollendet werden. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann der Entwurf und die Platzierung der tibialen Bestandteile nach virtueller Modifikation verschiedener Knochenbereiche geplant und vollendet werden, einschließlich der Entfernung, Modifikation und/oder Verbesserung von einer oder mehr Schnittebenen (um das Tibiaimplantat aufzunehmen) wie auch der virtuellen Entfernung, Modifikation und/oder Verbesserung verschiedener potentiell störender Strukturen (d. h. überhängender Osteophyten, usw.). Ein Fachmann wird leicht erkennen, dass dies auch mit einem auf Entgraten basierenden Verfahren leicht erreicht werden kann. Vorherige virtuelle Entfernung, Modifikation, Verbesserung und/oder Füllung solcher Strukturen kann den Entwurf, die Planung und die Platzierung von tibialen Bestandteilen erleichtern und verbessern und verhindern, dass anatomische Verzerrung den endgültigen Entwurf und Platzierung der tibialen Bestandteilen bedeutend beeinflusst. Sobald beispielsweise eine oder mehr tibiale Schnittebenen virtuell entfernt worden ist oder sobald ein Implantatbett für eine Entgratungsprozedur, einschließlich einer robotischen Prozedur, entworfen worden ist, können die Größe, die Form und der Rotationswinkel eines Tibiaimplantatbestandteils aus den virtuellen Schnittflächen genauer bestimmt werden, verglichen mit der Bestimmung der Größe, der Form und/oder des tibialen Rotationswinkels eines Implantats aus der natürlichen Tibiaanatomie vor solchen Schnitten. Auf eine ähnliche Weise können Strukturen wie überhängende Osteophyten virtuell entfernt (entweder allein oder zusätzlich zu virtueller Entfernung der tibialen Schnittebene(n)) und modifiziert werden (wie etwa zum Beispiel durch Einbeziehen einer Schnittebene in den Osteophyten, die eine Ergänzung oder Erweiterung einer vorhandenen Schnittebene auf dem Knochen bildet), wobei die Tibiaimplantatstruktur und -platzierung (d. h. Tibiaimplantatgröße, -form und/oder Tibiarotation, usw.) anschließend geplant wird. Natürlich können jegliche anderen ungewöhnlichen und/oder unerwünschten anatomischen Merkmale oder Deformation, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) veränderter Knochenachsen, Abflachung, Schlaglöcher, Zysten, Narbengewebe, Osteophyten, Tumoren und/oder Knochenspornen, ähnlich virtuell entfernt, modifiziert, modelliert und/oder anderweitig bei Entwurf und Platzierung des Implantats und/oder chirurgischen Werkzeugs verwendet werden.
Beispiel 2: Entwurf und Konstruktion eines Implantats und/oder chirurgischen Werkzeugs, das ein positives anatomisches Relief enthält
Um einen subchondralen Hohlraum zu adressieren, kann ähnlich eine Auswahl und/oder ein Entwurf für die dem Knochen zugewandte Oberfläche eines Implantatbestandteils ein in die Form der dem Knochen zugewandten Oberfläche des Implantatbestandteils integriertes positives anatomisches Relief umfassen. 17A und 17B sind beispielhafte Zeichnungen eines Endes eines Femurs 1110 mit einem subchondralen Hohlraum 1120. Während der Entwicklung eines Implantats kann eine Abbildung oder ein Modell des Knochens des Patienten bei der Erzeugung, dem Entwurf und/oder der Auswahl einer der Form des Hohlraums 1120 angepassten Oberfläche eines Implantats und/oder chirurgischen Werkzeugs verwendet werden, wie in 17B gezeigt. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann die Abbildung virtuell verändert werden, um zusätzliche Entfernung, Füllung, Modifizierung, Filterung, Glättung und/oder Verbesserung von Hohlräumen usw., einschließlich virtueller Entfernung des Hohlraums falls gewünscht, zu umfassen. Des Weiteren kann es wünschenswert sein, dass das positive anatomische Relief dem Hohlraum 1120 nicht vollständig angepasst ist, wie etwa wo das Implantat 1150 praktisch nicht in den Hohlraum eingeführt werden könnte. Daher kann in manchen Ausführungsformen das Implantat und/oder chirurgische Werkzeug nur teilweise in einen Hohlraum im Knochen hineinragen. Optional kann eine chirurgische Strategie und/oder ein oder mehr Führungswerkzeuge ausgewählt und/oder ausgelegt sein, die Korrektur widerzuspiegeln und dem Implantatbestandteil zu entsprechen.
Zusätzlich zu Osteophyten und subchondralen Hohlräumen können die hier beschriebenen Verfahren, chirurgischen Strategien, Führungswerkzeuge und Implantatbestandteile zur Adressierung verschiedener anderer patientenspezifischer Gelenkdefekte oder -phänomene verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann Korrektur die virtuelle Entfernung von Gewebe umfassen, beispielsweise um einen Gelenkdefekt zu adressieren, subchondrale Zysten zu entfernen und/oder erkranktes oder beschädigtes Gewebe zu entfernen (z. B. Knorpel, Knochen oder andere Arten von Gewebe), wie etwa osteochondrotisches Gewebe, nekrotisches Gewebe und/oder gerissenes Gewebe. In solchen Ausführungsformen kann die Korrektur die virtuelle Entfernung oder andere Modifikation der Gewebsbilddaten (z. B. das dem Defekt entsprechende Gewebe, Zyste, Krankheit oder Schaden) umfassen, und die dem Knochen zugewandte Seite des Implantatbestandteils kann abgeleitet werden, nachdem das Gewebe virtuell entfernt oder modifiziert worden ist. Wenn beispielsweise Knochen stark eburniert ist, ist es möglich, virtuell dem Knochen Material hinzuzufügen und dann ein Implantat zu formen oder zu entwerfen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Implantat und/oder chirurgische Werkzeugbestandteil ausgewählt und/oder entworfen sein, um eine Dicke oder andere anatomische Merkmale zu umfassen, die im Wesentlichen dem Positiv und/oder Negativ (oder verschiedenen Kombinationen davon) der Oberflächenmerkmale, einschließlich jeglichen virtuell entfernten oder hinzugefügten Gewebes, angeglichen sind. Alternativ kann die Modifizierung die Optimierung zusätzlicher funktioneller oder eines oder mehr anderer Parameter des Gelenks umfassen. Optional kann eine Operationsstrategie und/oder ein oder mehr Führungswerkzeuge ausgewählt und/oder entworfen werden, um die Korrektur widerzuspiegeln und dem Implantatbestandteil zu entsprechen.
Beispiel 3: Entwurf und Konstruktion eines chirurgischen Werkzeugs, das multiple anatomische Reliefs enthält
In bestimmten Ausführungsformen können auch ein oder mehr zusätzliche Modelle oder Sätze von Modellen der biologischen Struktur des Patienten erzeugt und dem Chirurgen oder Arzt zugeführt werden, um ein zusätzliches Vorliegen, oder Fehlen, von einem oder mehr Defekten von Interesse, einem oder mehr Resektionsschnitten, einem oder mehr Führungswerkzeugen und/oder einem oder mehr Implantatbestandteilen, oder jeglicher Kombinationen davon, anzuzeigen. 18A bis 18D und 19A bis 19D illustrieren Modelle für einen bestimmten Patienten, der ein unikompartimentelles Knieimplantat mit sowohl fernoralen als auch tibialen Implantatbestandteilen erhält. 18A und 18B stellen zwei perspektivische Ansichten des distalen Femurs eines Patienten dar, und 18C und 18D stellen zwei Abbildungen der proximalen Tibia des Patienten dar, wobei in 18B und 18D patientenspezifische Führungswerkzeuge gezeigt werden. In diesen Figuren werden anatomische Defekte oder andere Oberflächenstrukturen, die in diesem Beispiel Osteophyten sind, mit zwei Schattierungen, heller und dunkler, kategorisiert und differenziert. Die hell gefärbten Osteophyten 1210 stellen Osteophyten dar, die die Platzierung eines chirurgischen Führungsinstruments oder von Implantatbestandteilen nicht stören. Die dunkler schattierten Osteophyten 1220 stellen Osteophyten dar, die erwartungsgemäß die Platzierung eines chirurgischen Instruments oder Implantatbestandteils stören. Entsprechend umfasst diese Ausführungsform die Kategorisierung der Osteophyten oder anderen Oberflächenmerkmale, um als ein Leitfaden oder eine Referenz für den Chirurgen oder Arzt bei der Bestimmung zu dienen, welche, falls überhaupt, Osteophyten vor der Platzierung der Führungswerkzeuge, oder Implantatbestandteile entfernt werden sollten, und/oder welche, falls überhaupt, Osteophyten während der Platzierung von entweder einem oder beiden von dem chirurgischen Führungswerkzeug (oder -werkzeugen) oder den Implantatbestandteilen durch Verwendung beispielsweise eines anatomischen Reliefs berücksichtigt werden sollten.
19A und 19B stellen jeweils zwei Abbildungen des distalen Fernurs eines Patienten mit einem patientenadaptierten Führungswerkzeug und mit einem patientenadaptierten unikompartimentellen fernoralen Implantatbestandteil dar. 19C und 19D stellen jeweils zwei Bilder der proximalen Tibia eines Patienten mit einem patientenadaptierten Führungswerkzeug und mit einem patientenadaptierten unikompartimentellen tibialen Implantatbestandteil dar. Während die Abbildungen in dieser Figur keine Osteophyten zeigen, sollte verstanden werden, dass in verschiedenen Ausführungsformen solche Osteophyten chirurgisch entfernt worden sein können, während in anderen Ausführungsformen die Osteophyten verbleiben und unter Verwendung von, beispielsweise, anatomischen Reliefs auf den verschiedenen chirurgischen Werkzeugen und/oder Implantaten berücksichtigt worden sein können. Auf eine ähnliche Weise könnten verschiedene andere Ausführungsformen Werkzeuge und/oder Implantate umfassen, die anatomische Reliefs zur Berücksichtigung mancher Oberflächenmerkmale (d. h. Osteophyten, usw.) umfassen, während andere Oberflächenmerkmale chirurgisch entfernt werden.
19C und 19D stellen eine weitere Ausführungsform dar, wo das chirurgische Werkzeug aus 19C ein anatomisches Relief enthält (nicht gezeigt), während das entsprechende Implantat 19D keine anatomische Reliefoberfläche enthält. Das chirurgische Werkzeug, das als eine Ausrichtungsführung zur Erzeugung einer Schnittebene dient, verwendet die anatomische Oberfläche der Tibia (einschließlich Oberflächenmerkmale wie etwa Osteophyten, usw.), was, in dieser Ausführungsform, optional die Einbeziehung einer oder mehr anatomischer Reliefstrukturen notwendig macht, um diese Oberflächenstrukturen zu berücksichtigen. Das Implantat jedoch ruht vollständig auf der chirurgischen Schnittebene und muss daher für eine ordentliche Platzierung und Befestigung auf der geschnittenen Tibiaoberfläche kein anatomisches Relief enthalten, wie gewünscht.
20A bis 20D und 21A bis 21D illustrieren Modelle für verschiedene Patienten, die ein bikompartimentelles Knieimplantat mit sowohl fernoralen als auch tibialen Implantatbestandteilen erhalten. Die Merkmale in 20A bis 20D und 21A bis 21D sind ähnlich zu den oben für 18A bis 18D und 19A bis 19D beschriebenen. Im Vergleich der Modelle für die zwei verschiedenen Individuen besitzt das das unikompartimentelle Knieimplantat erhaltende Individuum wesentlich mehr Osteophytenabdeckung als das das bikompartimentelle Knieimplantat erhaltende Individuum.
Beispiel 4: Identifizierung, Klassifizierung und/oder Modifikation von relevanten Oberflächendefekten und/oder anderen anatomischen Merkmalen, die für die potentielle Einbeziehung von anatomischen Reliefoberflächen relevant sind
In bestimmten Ausführungsformen können die Referenzpunkte und/oder anatomischen Merkmale eines Patienten unter Verwendung von mathematischen Funktionen verarbeitet werden, um virtuelle, korrigierte Merkmale abzuleiten, die ein wiederhergestelltes, ideales oder gewünschtes Merkmal darstellen können, von dem aus ein patientenadaptierter Implantatbestandteil entworfen werden kann. Beispielsweise können ein oder mehr Merkmale, wie etwa Oberflächen oder Dimensionen von biologischen Strukturen, modelliert, abgewandelt, hinzugefügt, verändert, verformt, eliminiert, korrigiert und/oder anderweitig manipuliert werden (hier zusammenfassend als „Variation” einer bestehenden Oberfläche oder Struktur innerhalb des Gelenks bezeichnet). Während es im Knie beschrieben ist, können diese Ausführungsformen auf jegliches Gelenk oder Gelenkoberfläche im Körper angewandt werden, z. B. ein Knie, eine Hüfte, einen Knöchel, einen Fuß, einen Zeh, eine Schulter, einen Ellbogen, ein Handgelenk, eine Hand und eine Wirbelsäule oder Wirbelsäulengelenke.
Variation des Gelenks oder Teile des Gelenks kann umfassen, ohne Einschränkung, Variation einer oder mehr äußerer Oberflächen, innerer Oberflächen, dem Gelenk zugewandter Oberflächen, ungeschnittener Oberflächen, geschnittener Oberflächen, veränderter Oberflächen und/oder partieller Oberflächen, sowie auch von Oberflächenunter der Oberfläche gelegenen und/oder externen Merkmalen wie etwa Osteophyten, subchondralen Zysten, Geoden oder Gebieten mit Eburnierung, Gelenkabflachung, Konturunregelmäßigkeit und Verlust von normaler Form. Die Oberfläche oder Struktur kann jegliche Oberfläche oder Struktur im Gelenk sein oder widerspiegeln, einschließlich, ohne Einschränkung, Knochenoberflächen, Graten, Plateaus, Knorpeloberflächen, Bänderoberflächen oder anderer Oberflächen oder Strukturen. Die abgeleitete Oberfläche oder Struktur kann eine Annäherung an eine gesunde Gelenkoberfläche oder -struktur sein oder kann eine andere Variation sein. Die Oberfläche oder Struktur kann so gemacht sein, dass sie eine pathologische Veränderung des Gelenks umfasst. Die Oberfläche oder Struktur kann auch gemacht sein, wobei die pathologischen Gelenkveränderungen ganz oder teilweise virtuell entfernt werden.
Computersoftware-Programme zur Herstellung von Modellen von patientenspezifischen Wiedergaben von Implantatzusammensetzung und Defekten (z. B. Osteophyten oder anderen anatomischen Strukturen), zusammen mit Knochenmodellen, zur Hilfe in der Planung von Operationen können unter Verwendung von verschiedenen öffentlich erhältlichen Programmierumgebungen und -sprachen, zum Beispiel Matlab 7.3 und Matlab Compiler 4.5, C++ oder Java entwickelt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Computersoftware-Programm eine Benutzerschnittstelle haben, die einen oder mehr der in 22 identifizierten Bestandteile umfasst. Alternativ können eine oder mehr bestehende Anwendungen zur Herstellung der Modelle verwendet werden, wie etwa SolidWorks, Rhinoceros, 3D Slicer oder Amira.
Ein illustratives Flussdiagramm der Prozesse auf hoher Ebene eines beispielhaften Computersoftware-Programms ist in 23 gezeigt. Kurz gesagt wird ein Datenpfad ausgewählt, der mit einem oder mehr Patientenordnern assoziiert ist, die Datendateien enthalten, beispielsweise patientenspezifische CT-Bilder, feste Modelle und Segmentationsbilder. Die mit dem Datenpfad assoziierten Datendateien können überprüft werden, zum Beispiel mittels Dateifiltern, um zu bestätigen, dass alle Datendateien vorhanden sind. Beispielsweise kann bei der Erzeugung eines Modells für ein Knieimplantat ein Datenpfad das Vorliegen einer, mehrerer oder aller koronaler CT- oder MRI-Datendateien, sagittaler CT- oder MRI-Datendateien, einer fernoralen Festmodell-Datendatei, einer tibialen Festmodell-Datendatei, eines femoralen Führungswerkzeugmodells, eines tibialen Führungswerkzeugmodells, eines fernoralen koronalen Segmentationsmodells, eines fernoralen sagittalen Segmentationsmodells, eines tibialen koronalen Segmentationsmodells, und eines tibialen sagittalen Segmentationsmodells bestätigen. Wenn die Filterüberprüfung eine fehlende Datei identifiziert, kann der Benutzer benachrichtigt werden. In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn eine tibiale oder femorale Führungswerkzeugmodelldatei nicht erhältlich ist, kann der Benutzer wählen, den Prozess ohne bestimmte Schritte fortzusetzen, zum Beispiel ohne Führungswerkzeug-Defekt-(z. B. Osteophyten- oder anderes Oberflächenmerkmal-)Störungsanalyse.
Als nächstes wird ein patientenspezifisches Knorpel- oder Knochen-Oberflächenmodell erhalten und/oder wiedergegeben. Das Knorpel- oder Knochen-Oberflächenmodell liefert grundlegende patientenspezifische Merkmale der biologischen Struktur des Patienten und dient als eine Referenz zum Vergleich mit einem Modell oder Wert, der den (die) Defekt(e) und/oder Oberflächenmerkmale von Interesse umfasst. Als ein illustratives Beispiel können vorher erzeugte patientenspezifische Dateien, beispielsweise aus „SOLID” IGES-Dateien in SolidWorks exportierte STL-Dateien, beispielsweise als Triangulationspunkte mit Sequenzindizes und Normalvektoren geladen werden. Die Dreiecke können dann wiedergegeben werden (z. B. mittels Matlab TRISURF-Funktion), um das Knorpel- oder Knochen-Oberflächenmodell zu liefern oder zu erzeugen. Das Knorpel- oder Knochen-Oberflächenmodell kann Defekte und/oder andere Oberflächenmerkmale, wie etwa Osteophyten, umfassen. Auf Wunsch können manche oder alle dieser Oberflächenmerkmale selektiv analysiert, ausgewertet, korrigiert, gefiltert, entfernt, gefüllt, geglättet, in Form oder Größe oder Zusammensetzung verändert, verbessert oder anderweitig manipuliert und/oder mit anderen Merkmalen in derselben Abbildung oder mit ähnlichen Merkmalen aus anderen Abbildungen kreuzreferiert werden. Auf diese Weise können ein oder mehr Knorpel- und/oder Knochenmodelle, Implantatmodelle und/oder chirurgische Werkzeugmodelle erhalten und/oder wiedergegeben werden.
Als nächstes kann ein patientenspezifisches Modell oder Werte des biologischen Merkmals des Patienten, das den Defekt von Interesse (oder andere Oberflächenmerkmale) enthält, erhalten, wiedergegeben und/oder anderweitig manipuliert werden. Zum Beispiel können patientenspezifische Oberflächenmerkmale wie etwa Osteophyten aus der Analyse der Segmentationsbilder und der entsprechenden CT-Scan-Bilder des Patienten identifiziert werden. Die Transformationsmatrix von Scannerkoordinaten-Raum zu Bildmatrix-Raum kann aus Bildscheiben-Positionen (z. B. der ersten und letzten Bildscheibenposition) berechnet werden. Dann können patientenspezifische Segmentationsbilder für die entsprechende Scanrichtung ausgewertet werden, zusammen mit CT-Bildscheiben, die den geladenen Segmentationsbildern entsprechen. Bilder können Scheibe für Scheibe oder als ein Volumen verarbeitet werden, und unter Verwendung ausgewählter Schwellenwerte (z. B. Intensitätsschwellen, Hounsfield-Einheit-Schwellen oder Schwellen für den Wert benachbarter Pixel/Voxel) können dem Oberflächenmerkmal von Interesse (z. B. Osteophyten) entsprechende Pixel und/oder Voxel identifiziert werden. Die identifizierten Voxel können ein binares Knorpel- oder Knochen-Oberflächenvolumen liefern, das die Oberflächenmerkmale von Interesse als Teil der Oberfläche der biologischen Struktur des Patienten enthält. Falls gewünscht können verschiedene Masken verwendet werden, um Oberflächenmerkmale, die nicht von Interesse sind, beispielsweise eine benachbarte biologische Oberfläche, zu maskieren. In manchen Fällen kann Maskierung anscheinend nicht zusammenhängende Teile eines Osteophytendefekts oder anderen Oberflächenmerkmals erzeugen, zum Beispiel wenn eine Maske einen Teil einer Osteophytenerweiterung bedeckt.
Als nächstes werden die Oberflächenstrukturen von Interesse isoliert, indem das Modell, das die Defekte von Interesse nicht enthält (z. B. Knorpel- oder Knochen-Oberflächenmodell), mit dem Modell oder Wert, das die Oberflächenmerkmale von Interesse enthält (z. B. das binäre Knorpel- oder Knochen-Oberflächenvolumen), verglichen wird. Zum Beispiel können die Triangulationspunkte des Knorpel- oder Knochen-Oberflächenmodells auf einen Bildvolumenraum transformiert werden, um eine binäre Darstellung des Modells zu erhalten. Dieses Volumenbinär kann gedehnt und ausgedünnt werden, um ein binäres Knorpel- oder Knochenmodell zu erhalten. Das binäre Knochenmodell kann dann als Maske für das binäre Knorpel- oder Knochen-Oberflächenvolumen dienen, um ein vom binären Knorpel- oder Knochen-Oberflächenvolumen verschiedenes Oberflächenmerkmalvolumen zu identifizieren. Beispielsweise können zur Osteophytenauffindung das Osteophytenvolumen (z. B. binäres Osteophytenvolumen) sowie die Osteophytenposition und das Gebiet der Anheftungsfläche, von der biologischen Struktur des Patienten mittels dieser vergleichenden Analyse unterschieden werden. Verschiedene Schwellen oder Filter können angewendet werden, um Rauschen zu entfernen und/oder Oberflächenmerkmalauffindung in diesem Schritt zu verbessern. Zum Beispiel können Strukturen mit weniger als einem minimalen Voxelvolumen (z. B. weniger als 100 Voxel) entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich können Regeln hinzugefügt werden, um jeglichen Teil eines Osteophyten oder anderen Oberflächenmerkmals, das, z. B. auf Grund eines Maskierungsschritts, als nicht zusammenhängend erscheint, „wieder zu befestigen”.
In einer alternativen Herangehensweise können bei dem Vergleich des Knochenoberflächenmodells mit korrigierten Oberflächenmerkmalen und der tatsächlichen Knochenoberfläche des Patienten Oberflächendaten anstatt Voxel- oder Volumendaten verwendet werden. Das Knochenoberflächenmodell beispielsweise kann als eine Gitteroberfläche (z. B. in einer STL-Datei) oder eine parametrische Oberfläche (z. B. in einer IGES-Datei) ohne Umwandlung zu volumetrischen Voxeldaten geladen werden. Die natürliche Knorpel- und Knochenoberfläche des Patienten kann aus den medizinischen Bilddaten (z. B. CT-Daten) unter Verwendung beispielsweise eines Wanderwürfel- oder Isoflächen-Algorithmus abgeleitet werden, was zu einem zweiten Oberflächendatensatz führt. Das Knorpel- oder Knochenoberflächenmodell und die natürliche Knorpel- oder Knochenoberfläche können zum Beispiel durch die Berechnung der Durchkreuzung der beiden Oberflächen verglichen werden.
In einer anderen alternativen Herangehensweise kann die 3D-Darstellung der biologischen Struktur erzeugt oder manipuliert, zum Beispiel geglättet oder korrigiert, werden zum Beispiel mittels Verwendung eines 3D-Polygons oder einer Gitteroberfläche, einer Unterteilungsfläche oder parametrischen Oberfläche, zum Beispiel einer nichteinheitlichen rationalen B-Spline-(NURBS-)Oberfläche, oder einer impliziten Oberfläche. Für die Beschreibung verschiedener parametrischer Oberflächendarstellungen siehe zum Beispiel Foley, J. D. et al., Computer Graphics: Principles and Practice in C; Addison-Wesley, 2. Ausgabe (1995). Verschiedene Verfahren stehen zur Verfügung, um eine parametrische Oberfläche zu erzeugen. Zum Beispiel kann die 3D-Darstellung direkt als eine parametrische Oberfläche aus Bilddaten der biologischen Struktur, zum Beispiel CT- oder MR-Bildern, mittels Annäherung der Oberfläche an die Konturen der biologischen Struktur erzeugt werden. Alternativ kann eine parametrische Oberfläche an die 3D-Darstellung bestangepasst werden, indem Datenpunkte zur Erzeugung von Polygonen verbunden werden und Regeln für Polygonkrümmungen, Oberflächenkrümmungen und andere Merkmale angewendet werden oder öffentlich erhältliche Software wie etwa Geomagic^®-Software (Research Triangle Park, N. C.) verwendet wird. Andere mögliche 3D-Darstellungen der biologischen Struktur können als implizite Oberflächen definiert werden, wie etwa Ebenensätze, Isoflächen oder adaptive Datenstrukturen. Alternativ kann die Oberfläche volumetrisch oder als eine Punktwolke dargestellt werden.
Als nächstes können optional die Modelle verwendet werden, um Störungen zwischen jeglichem Oberflächenvolumen und der Platzierung von einem oder mehr Führungswerkzeugen und/oder lmplantatbestandteilen zu erkennen. Zum Beispiel können Triangulationspunkte eines Führungswerkzeugmodells auf einen Bildvolumenraum transformiert werden, um eine binäre Darstellung des Führungswerkzeugs zu erhalten. Die binäre Struktur kann dann manipuliert werden (z. B. mittels Voxelbällen mit voreingestellten Durchmessern gedehnt oder erodiert werden), um eine Festfeldmaske zu erhalten. Die Festfeldmaske kann gegen das Oberflächenmerkmalvolumen, zum Beispiel das binäre Osteophytenvolumen, abgeglichen werden, um störendes Oberflächenmerkmalvolumen zu identifizieren, zum Beispiel binäres störendes Osteophytenvolumen. Auf diese Weise kann störendes Oberflächenmerkmalvolumen und nichtstörendes Oberflächenmerkmalvolumen bestimmt werden (z. B. mittels Matlab ISOSURFACE-Funktion), zum Beispiel unter Verwendung repräsentativer Farben oder irgendwelcher anderer unterscheidender Merkmale in einem Modell. Das resultierende Modellbild kann auf einer virtuellen Darstellungsleinwand dargestellt werden (z. B. mittels Matlab GETFRAME-Funktion) und auf ein computerlesbares Medium gespeichert werden.
Schließlich können optional, wie in 18A bis 21D beispielhaft gezeigt, eine oder mehr Kombinationen von Modellmerkmalen zu einem oder mehr Modellen oder Modellsätzen kombiniert werden, die dem Chirurgen oder Arzt die gewünschten Informationen zukommen lassen. Zum Beispiel können patientenspezifische Knorpel- oder Knochenmodelle mit jeglicher Anzahl von Oberflächenmerkmalen und/oder Oberflächenmerkmaltypen, jeglicher Anzahl von Resektionsschnitten, jeglicher Anzahl von Bohrlöchern, jeglicher Anzahl von Achsen, jeglicher Anzahl von Führungswerkzeugen und/oder jeglicher Anzahl von Implantatbestandteilen kombiniert werden, um so viel Information wie gewünscht dem Chirurgen oder Arzt zukommen zu lassen. Das patientenspezifische Knorpel- oder Knochenmodell kann jegliche biologische Struktur modellieren, zum Beispiel jegliches ein oder mehr (oder Teil von) einem Femurkopf und/oder Acetabulum; einem distalen Femur, einem oder beiden femoralen Kondylus/en und/oder einem Tibiaplateau; einer Trochlea und/oder einer Patella; einer Schulterpfanne und/oder einem Humeruskopf, einer Talusrolle und/oder einem Tibiapilon; einem distalen Numerus, einem Radiuskopf und/oder einer Ulna; und einem Radius und/oder einem Scaphoideum. Oberflächenmerkmale, die mit einem patientenspezifischen Knorpel- oder Knochenmodell kombiniert werden können, können zum Beispiel Osteophyten, Hohlräume, subchondrale Zysten, Gelenkformdefekte (z. B. gerundete oder abgeflachte Gelenkflächen oder -flächenteile), Varus- oder Valgusdeformitäten oder jegliche andere Deformitäten oder andere an der Oberfläche oder unter der Oberfläche gelegenen oder externen (d. h. nicht an oder unter der Oberfläche gelegenen) dem Fachmann bekannten Merkmale umfassen.
Die Modelle können virtuelle Korrekturen und/oder Modifikationen umfassen, die einen chirurgischen Plan widerspiegeln, wie etwa ein oder mehr entfernte oder modifizierte Oberflächenmerkmale wie etwa Osteophyten, Schnittebenen, Bohrlöcher, Neuausrichtungen von mechanischen oder anatomischen Achsen. Die Modelle können Vergleichsansichten umfassen, die die anatomische Situation vor und nach Anwendung der geplanten Korrektur anzeigen. Die einzelnen Schritte des chirurgischen Plans können auch in einer Reihe von Schritt-für-Schritt-Bildern illustriert sein, wobei jedes Bild einen anderen Schritt der chirurgischen Prozedur zeigt.
Die Modelle können dem Chirurgen als ein gedruckter oder digitaler Satz von Abbildungen präsentiert werden. In einer anderen Ausführungsform werden die Modelle dem Chirurgen als eine digitale Datei übermittelt, die der Chirurg auf einem lokalen Computer anzeigen lassen kann. Die digitale Datei kann Bildwiedergaben der Modelle enthalten. Alternativ können die Modelle in einer Animation oder einem Video angezeigt werden. Die Modelle können auch als ein 3D-Modell präsentiert werden, das interaktiv auf dem Computer des Chirurgen wiedergegeben wird. Die Modelle können zum Beispiel gedreht werden, um sie aus verschiedenen Winkeln zu betrachten. Verschiedene Bestandteile der Modelle, wie etwa Knorpel- oder Knochenoberflächen, Oberflächenmerkmale und/oder -defekte, Resektionsschnitte, Achsen, Führungswerkzeuge oder Implantate können gemeinsam oder einzeln ein- und ausgeblendet werden, um den chirurgischen Plan des individuellen Patienten zu illustrieren oder zu simulieren. Das 3D-Modell kann dem Chirurgen in einer Vielfalt von Formaten übermittelt werden, zum Beispiel in Adobe 3D PDF oder als ein Solid Works eDrawing.
Beispiel 5: Die Verwendung von externen anatomischen Reliefoberflächen, um Nicht-Gelenk-Oberflächen und/oder -strukturen zu berücksichtigen
Die Auswahl, der Entwurf oder das Modellieren von Implantaten oder chirurgischen Werkzeugen kann auch externe anatomische Reliefoberflächen einbeziehen, um chirurgische Prozeduren und Implantate zu erleichtern, die bänderschonend sind, sowie für andere Weich- und Hartgewebe, die Teile bilden von, oder benachbart sind zu, den behandelten anatomischen Strukturen. Zum Beispiel kann, in Hinsicht auf das PCL und/oder das ACL, ein Abbildungstest verwendet werden, um zum Beispiel den Ursprung und/oder den Ansatz des PCL und des ACL auf dem Femur und der Tibia zu identifizieren. Der Ursprung und der Ansatzkönnen identifiziert werden beispielsweise mittels direkter Visualisierung der Bänder, wie es mit MRI oder Spiral-CT-Arthrographie möglich ist, oder mittels Visualisierung von knöchernen Bezugsstrukturen, von denen bekannt ist, dass sie der Ursprung oder der Ansatz des Bandes sind, wie etwa der medialen und lateralen Tibiakämme. Solche Strukturen können anschließend auf einem geeigneten Computersystem modelliert werden oder direkt aus den Strukturen abgebildet werden, oder eine Kombination davon.
Ein Implantatsystem und/oder chirurgisches Werkzeug kann dann basierend auf den Bilddaten ausgewählt oder entworfen werden, so dass zum Beispiel der femorale Bestandteil den Ad- und/oder PCL-Ursprung erhält und der tibiale Bestandteil den ACL- und/oder PCL-Ansatz erhält. Das Implantat kann so ausgewählt oder entworfen werden, dass dem Ad- oder PCL-Ursprung oder -Ansatz benachbarte Knochenschnitte den Knochen nicht so schwächen, dass ein möglicher Bruch verursacht wird. Falls gewünscht kann eine Bewegungsstudie oder andere dreidimensionale Analyse durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob Teile des Implantats umgebende Weich- oder Hartgewebestrukturen direkt oder indirekt kontaktieren oder anderweitig beeinflussen würden (d. h. andere Strukturen in den Kontakt mit ihnen zwingen). Ähnliche Studien können das Implantat und/oder die umgebenden Hart- oder Weichgewebe analysieren, um zu bestimmen, welche, falls überhaupt, Auswirkungen das Implantat auf umgebende Gewebe hätte, einschließlich durch die Auswirkung der chirurgischen Prozedur, z. B. Schneiden, Bohren, Fräsen, Schnitttiefe, usw.
Zur ACL-Erhaltung kann das Implantat zwei unikompartimentelle tibiale Bestandteile haben, die unter Verwendung der Bilddaten ausgewählt oder entworfen und platziert werden können. Alternativ kann das Implantat einen anterioren Brückenbestandteil haben. Die Breite der anterioren Brücke in der AP-Dimension, ihre Dicke in der superoinferioren Dimension oder ihre Länge in der mediolateralen Dimension können unter Verwendung der Bilddaten und spezifisch des bekannten Ansatzes des ACL und/oder PCL ausgewählt oder entworfen werden.
Wie in 24A und 24B gesehen werden kann, kann der posteriore oder jegliche Rand eines Implantatbestandteils, z. B. eine polyethylen- oder metallunterstützte Wanne mit Polyethylen-Einlagen, unter Verwendung der Bilddaten oder aus den Bilddaten abgeleiteter Formen ausgewählt und/oder entworfen werden, so dass der Implantatbestandteil eine oder mehr externe anatomische Reliefoberflächen 1300 umfasst, die wünschenswerterweise das PCL oder andere Sehnen wie etwa die Popliteussehne nicht stören oder und ihnen fernbleiben werden. Dies kann zum Beispiel durch die Einbeziehung externer anatomischer Reliefoberflächen, die eine oder mehr Konkavitäten umfassen, oder die Entfernung von anderen Strukturen am Umriss des Implantats erreicht werden, die spezifisch entworfen oder ausgelegt oder angepasst sind, den Bandansatz zu vermeiden. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann das Implantat eine externe anatomische Reliefoberfläche umfassend eine oder mehr Vorsprünge oder andere Oberflächen umfassen, die andere Gewebe kontaktieren, führen oder in irgendeiner anderen Weise beeinflussen, um unerwünschten Kontakt und andere Wechselwirkung mit anderen Teilen des Implantats zu verhindern (z. B. könnte ein Vorsprung als eine Führung oder ein anderes Merkmal dienen, um zu verhindern, dass eine Sehne oder andere Struktur durch wechselwirkende Gelenkflächen des Implantats und/oder andere Oberflächen des Implantats und/oder des natürlichen Gelenks „eingeklemmt” und/oder durchtrennt wird. Solche externen anatomischen Reliefoberflächen könnten verhindern, dass Strukturen bewegliche Teile des Implantats kontaktieren, sowie auch verhindern, dass Strukturen sich in Kontakt mit Oberflächen bewegen, die die Strukturen durchtrennen, abscheuern und/oder anderweitig beschädigen oder verletzen könnten (entweder schnell oder nach langfristigem wiederholtem Kontakt).
Falls gewünscht und/oder nach Notwendigkeit kann jeglicher Implantatbestandteil ausgewählt und/oder angepasst werden, um externe anatomische Reliefoberflächen zu umfassen, die wichtigen Bänderstrukturen wünschenswert fernbleiben. Bilddaten können helfen, Form- oder Positionsinformationen über solche ligamentösen Strukturen zu identifizieren oder abzuleiten. Zum Beispiel kann der laterale femorale Kondylus eines unikompartimentellen, bikompartimentellen oder vollständigen Kniesystems eine Konkavität oder Delle umfassen, um die Popliteussehne zu vermeiden. Bilddaten können zum Entwerfen eines tibialen Bestandteils verwendet werden (ganz aus Polyethylen oder anderem Kunststoffmaterial oder metallunterstützt), der den Ansatz des vorderen und/oder hinteren Kreuzbandes vermeidet; spezifisch kann die Kontur des Implantats so geformt werden, dass sie diesen ligamentösen Strukturen fernbleiben wird. Ein Sicherheitsabstand, z. B. 2 mm oder 3 mm oder 5 mm oder 7 mm oder 10 mm, kann beim Entwerfen des Randes des Bestandteils angewendet werden, um dem Chirurgen mehr intraoperative Flexibilität zu gewähren. In einer Schulter kann der Pannenbestandteil eine oder mehr externe anatomische Reliefoberflächen, wie etwa Konkavitäten oder Dellen, umfassen, um eine Subscapularissehne oder eine Bizepssehne oder andere Sehnen zu vermeiden. In einer Hüfte kann der femorale Bestandteil eine externe anatomische Reliefoberfläche umfassen, die ausgewählt oder entworfen ist, um eine Iliopsoas- oder Adduktorensehne oder andere Sehnen zu vermeiden.
Im Hinblick auf den tibialen Wannenbestandteil könnten verschiedene Ausführungsformen externe anatomische Reliefoberflächenmerkmale umfassen, um unerwünschten Kontakt mit umgebenden Bändern und/oder Sehnen zu vermeiden, einschließlich (1) Schalentiefe, optional angepasst für Vorliegen oder Fehlen intakter vorderer und/oder hinterer Kreuzbänder, und (2) Trogtiefe, optional angepasst für Vorliegen oder Fehlen intakter vorderer und/oder hinterer Kreuzbänder.
Zusätzliche Tibiawannenentwürfe könnten Merkmale umfassen, um zusätzliche Weichgewebestrukturen zu vermeiden, einschließlich der in 25A bis 25D offenbarten. Zum Beispiel stellt 25C eine Tibiawanne und -einsatz dar mit einer unerwünschten mediolateralen Breite, was zum Kontakt mit dem medialen kollateralen Band (MCL) auf einer Seite und dem lateralen kollateralen Band (LCL) auf der anderen Seite der Wanne/des Einsatzes führt. Falls gewünscht könnte die Wanne und/oder der Einsatz eine oder mehr Einkerbungen oder Hohlräume (nicht gezeigt) auf einer oder mehr Seiten umfassen, die die MCL- und/oder LCL-Bänder berücksichtigen und dem Knie erlauben, sich ohne unangemessenen Kontakt und/oder Abnutzung der Bänder entlang der Seiten der Wanne und/oder des Einsatzes zu beugen und zu strecken.
Alternativ, oder in Kombination mit einer oder mehr anatomischen Reliefoberflächen, Einkerbungen und/oder Hohlräumen, kann die Wanne und/oder der Einsatz eine oder mehr Formen) einbeziehen, die verschiedene Bänder des Knies berücksichtigen und unerwünschten Kontakt mit solchen ligamentösen Strukturen wünschenswert vermeiden und/oder verringern, um Entwürfe, wie die in gepunkteten Linien in 25A und 25B gezeigten, sowie auch den in 25D gezeigten Entwurf, zu umfassen.
Beispiel 6: Einstellbare Kontaktoberflächen und anatomische Reliefoberflächen in chirurgischen Werkzeugen
26A bis 26C Stellen eine Reihe von Vorrichtungen dar, die entworfen sind, um patientenspezifische Schnitte an der Tibia zu machen. Eine beispielhafte Tibiavorrichtung, dargestellt in 26A, wird zuerst auf dem anterioren Tibiakortex platziert, mit Extendern auf das Tibiaplateau. Die Extender können dem Knorpel- oder Knochen zugewandte Oberflächen umfassen, die patientenspezifisch sind. Eine Steinmann- oder andere Nadel kann durch ein Loch im Extender im medialen und/oder lateralen Tibiaplateau platziert werden. Die Steinmann-Nadel kann dann als eine Führung für ein Werkzeug verwendet werden, das zum Entkernen oder chirurgischen Entfernen des die Nadel umgebenden Knorpels verwendet wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Extender so zu entwerfen, dass die patientenspezifische Form vom subchondralen Knochen statt vom Knorpel, z. B. dem unter dem Knorpel liegenden subchondralen Knochen, abgeleitet ist, und dass der Extender nach der Entkernungsprozedur auf dem subchondralen Knochen ruhen kann. Diese Technik kann vorteilhaft sein, wenn verschiedene Grade von Knorpelverlust in einem Plateau oder Unterschiede im Knorpelverlust zwischen einem medialen Plateau und einem lateralen Plateau auf einem CT-Scan oder MRI-Scan nicht gut visualisiert werden.
26A bis 26C stellen eine Ausführungsform eines chirurgischen Werkzeugs oder Vorrichtung dar, die einstellbare Kontaktoberflächen enthält, die erweitert oder zurückgezogen werden können, um verschiedene Dicken des Gelenkknorpels, einschließlich normalen und erkrankten Knorpels, zu berücksichtigen. In verschiedenen Ausführungsformen können die verschiedenen Kontaktoberflächen eine oder mehr anatomische Reliefoberflächen enthalten und/oder davon getrennt werden.
Wo die patientenspezifischen Bildinformationen mittels Röntgenstrahlen und/oder CT-Scans oder ähnlichem gesammelt worden sind (oder wo Artefakte benachbart zu oder in der Sichtlinie von abgebildeten Gebieten sind), ist es oft schwierig (wenn nicht unmöglich), den Gelenkknorpel oder andere Weichgewebe zu visualisieren, was potentiell zu einer unbekannten Knorpeltiefe während der chirurgischen Prozedur führt. In dieser Ausführungsform umfassen die Kontaktoberflächen für den subchondralen Knochen eine einstellbare Schraubenanordnung oder einen anderen einstellbaren Mechanismus, der nach Wunsch vorgeschoben und/oder zurückgezogen werden kann, um der unterschiedlichen Dicke des Gelenkknorpels Rechnung zu tragen und/oder andere Variationen oder unbekannte Quantitäten im Hinblick auf die anatomischen Oberflächen zu berücksichtigen. Ein oder mehr solcher Schrauben- oder Einstellmechanismen können nach Wunsch des Chirurgen zu gleicher Tiefe vorgeschoben werden oder können asymmetrische Längen sein. Optional können die Schrauben während der Erzeugung der wegwerfbaren Vorrichtung mit einem 3D-Druckverfahren bedruckt werden. In verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann das patientenspezifische chirurgische Werkzeug so entworfen sein, dass es Teile enthält, die auf Knorpel ruhen, andere Teile, die auf Knochen ruhen (subchondrale, kortikale, trabekulare und/oder verschiedene anatomische Reliefoberflächen wie hier beschrieben). Zum Beispiel kann ein Werkzeug auf dem Gelenkknorpel eines femoralen Kondylus ruhen und sich auch um die Kondylusränder wölben, um Knochen zu kontaktieren. Das chirurgische Werkzeug kann auch anatomische Reliefoberflächen umfassen, die auf Osteophyten umfassenden Gebieten ruhen oder diese anderweitig kontaktieren oder berücksichtigen, oder die anderweitig den Kontakt mit verschiedenen Teilen der darunterliegenden anatomischen Oberflächen vermeiden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die anatomische Information des Patienten für das chirurgische Werkzeug unter Verwendung verschiedener 2D- oder 3D-Abbildungstechniken abgeleitet werden. Da manche Abbildungstechniken kein Weichgewebe anzeigen, kann Knorpeloberflächeninformation geschätzt werden, indem die darunterliegende Knochenoberfläche um die erwartete Knorpeldicke abgesetzt wird. Wenn ein chirurgisches Werkzeug entworfen wird, um auf Knorpel und auf Knochen zu ruhen, können anatomische Reliefoberflächen (d. h. „abgesetzte” Oberflächen) und nicht abgesetzte Oberflächen wünschenswert kombiniert werden, um das patientenspezifische Werkzeug zu entwerfen. Dies kann durch Berechnung von glatten Übergängen zwischen Gebieten mit abgesetzten und nicht abgesetzten Oberflächen erreicht werden. Alternativ kann eine abgesetzte Oberfläche verwendet werden, um eine nicht abgesetzte Oberfläche abzukanten, oder umgekehrt.
Beispiel 7: Anatomische Reliefoberflächen in chirurgischen Werkzeugen für unterschiedliche Anatomie
Falls gewünscht können ein oder mehr Sätze von Vorrichtungen so entworfen werden, dass sie anatomische Reliefoberflächen umfassen, die chirurgische Prozeduren an Knochen und Gelenken außer dem Knie wünschenswert erleichtern und/oder berücksichtigen. Wünschenswerterweise werden die chirurgischen Werkzeuge/Vorrichtungen im Zusammenhang mit dem Entwerfen eines patientenspezifischen Implantatbestandteils entworfen. Die entworfenen Vorrichtungen führen den Chirurgen bei der Durchführung von einem oder mehr patientenspezifischen Schnitten an dem Knochen, so dass jene geschnittene(n) Knochenoberfläche(n) den patientenspezifischen Schnitten an dem Implantatbestandteil negativ angeglichen sind.
27A stellt einen normalen Humeruskopf und oberen Numerus dar, der Teil eines Schultergelenks bildet. 27B stellt den Humeruskopf mit einer Ausrichtungsvorrichtung dar, die ausgelegt ist, verschiedene Teile der Humerusanatomie zu identifizieren und zu orten. In dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von angepassten Oberflächen entworfen worden unter Verwendung von patientenspezifischer Information bezüglich einem oder mehr aus dem Numerus, dem Humerushals, dem Tuberculum maius und/oder dem Tuberculum minus des Numerus. Wünschenswerterweise werden die angepassten Oberflächen nur in einer Position und Orientierung auf den Numerus passen, wobei sie sich zum Numerus in einer bekannten Position ausrichten. Diese Ausführungsform kann ein Ausrichtungsloch 18400 umfassen, das sich an einer Achse 18410 des Humeruskopfes ausrichtet. Nach ordnungsgemäßer Platzierung der Vorrichtung kann eine Nadel oder ein anderer Mechanismus (d. h. Bohrer, Räumer, usw.) in das Loch 18400 eingeführt werden, um einen sicheren Referenzpunkt für verschiedene chirurgische Operationen zu gewähren, einschließlich des Ausräumens des Humeruskopfes und/oder Bohrens der Achse 18400 in Vorbereitung für ein Oberflächenerneuerungsimplantat für den Humeruskopf oder eine andere chirurgische Prozedur. Die Ausrichtungsmechanismen können mit den einen oder mehr angepassten Oberflächen mittels Verknüpfungen (entfernbar, beweglich und/oder fest) oder anderen Vorrichtungen verbunden sein, oder die gesamte Vorrichtung kann aus einem einzigen Stück geformt sein und sich über einen wesentlichen Teil des Humeruskopfes und/oder anderen Knochens erstrecken.
27C stellt eine alternative Ausführungsform einer Humeruskopfvorrichtung dar, die eine einzelne angepasste Oberfläche zur Ausrichtung der Vorrichtung verwendet. In dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine anatomische Reliefoberfläche, die im Wesentlichen ein Negativ ist und mit einer oder mehr Vorsprüngen oder Osteophyten der anatomischen Oberfläche in Kontakt tritt, was die Ausrichtung und Platzierung der Vorrichtung auf eine bekannte Weise erleichtert.
28A stellt einen Humeruskopf mit Osteophyten dar, und 28B und 28C stellen den Humeruskopf mit einer normalisierteren Oberfläche dar, die durch die virtuelle Entfernung der Osteophyten korrigiert worden ist. 29A stellt einen Humeruskopf mit Hohlräumen, Spalten oder Zysten dar, und 29B und 29C stellen den Humeruskopf mit einer normalisierteren Oberfläche dar, die durch die virtuelle Entfernung der Hohlräume, Spalten oder Zysten korrigiert worden ist. Wie vorher offenbart, können verschiedene Ausführungsformen der hier beschriebenen chirurgischen Werkzeuge und/oder Implantate anatomische Reliefoberflächen umfassen, die solchen anatomischen Merkmalen angepasst sind, im Wesentlichen ein Negativ von ihnen sind, sie umgeben, umschließen oder anderweitig in Kontakt mit ihnen treten und/oder Kontakt mit ihnen vermeiden, was die virtuelle oder tatsächliche Entfernung mancher, aber nicht aller, solcher Oberflächenmerkmale aus der Anatomie des Patienten vor Einführung der chirurgischen Werkzeuge und/oder des Implantats umfassen kann.
30A stellt einen Schulterpfannenbestandteil mit Osteophyten dar, und 30B stellt den Schulterpfannenbestandteil mit einer normalisierteren Oberfläche dar, die durch die virtuelle Entfernung der Osteophyten korrigiert worden ist. 30C und 30D stellen zwei alternative Ausführungsformen einer Schulterpfannenvorrichtung zur Verwendung mit der Schulterpfanne dar, von denen jede angepasste Oberflächen mit Reliefoberflächen, die Osteophyten berücksichtigen, umfasst. Falls gewünscht kann die Vorrichtung aus 30C aus einem elastischen oder biegsamen Material gefertigt sein, um es zu ermöglichen, dass sie „einschnappend” über den Schulterpfannenbestandteil und assoziierte Osteophyten passt. Wie vorher bemerkt können die Vorrichtungen verschiedene Ausrichtungslöcher, -schlitze, usw. umfassen, um die Platzierung von Nadeln oder andere chirurgische Tätigkeiten zu erlauben.
31A stellt einen Schulterpfannenbestandteil mit Hohlräumen, Spalten oder Zysten dar, und 31B stellt den Schulterpfannenbestandteil mit einer normalisierteren Oberfläche dar, die durch die virtuelle „Füllung” der Hohlräume, Spalten oder Zysten korrigiert worden ist. 31C stellt eine Ausführungsform einer Schulterpfannenvorrichtung zur Verwendung mit dem Schulterpfannenbestandteil dar, die verschiedene angepasste Oberflächen mit anatomischen Reliefoberflächen, die die Hohlräume, Spalten und/oder Zysten (und andere Oberflächen) des Schulterpfannenbestandteils berücksichtigen, umfasst.
Die vorhergehende Beschreibung von Ausführungsformen sind zu den Zwecken der Illustration und Beschreibung bereitgestellt worden. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend oder auf die genauen offenbarten Formen beschränkt sei. Viele Modifikationen und Variationen werden für den Fachmann offensichtlich sein. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien und ihre praktischen Anwendungen am besten zu erklären, wodurch andere Fachmänner die Offenbarung und die verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die für die besondere angedachte Verwendung geeignet sind, verstehen können. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzbereich durch die folgenden Anspruchsäquivalente davon definiert werde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Foley, J. D. et al., Computer Graphics: Principles and Practice in C; Addison-Wesley, 2. Ausgabe (1995) [0096]

Claims

Ein chirurgisches Hilfswerkzeug für die Gelenkarthroplastik, das chirurgische Hilfswerkzeug umfassend: eine erste Matrize, die erste Matrize umfassend: mindestens eine Oberfläche zum Kontaktieren mindestens eines Teils eines Trochleabereichs eines Kniegelenks, wobei die Oberfläche im Wesentlichen ein Negativ von einem oder mehr Teilen des Trochleabereichs ist; wobei mindestens ein Teil der Oberfläche weiter ein anatomisches Relief umfasst; und mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments; und wobei jene Führung eine vorherbestimmte Orientierung relativ zu einem aus einer anatomischen und einer biomechanischen Achse hat.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei jenes anatomische Relief Teile einer Trochleamulde einbezieht.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei die mindestens eine Führung eines aus einer Führungsöffnung, einer Ausräumungsöffnung, einer Bohröffnung und einer Schnittebene ist.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1 weiter umfassend einen Einstellmechanismus zum Einstellen einer Position der mindestens einen Führung relativ zu der mindestens einen Oberfläche.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1 weiter umfassend einen Einstellmechanismus zum Einstellen einer Orientierung der mindestens einen Führung relativ zu der mindestens einen Oberfläche.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei die Oberfläche im Wesentlichen ein Negativ eines Teils einer Gelenkknorpeloberfläche des Trochleabereichs ist.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei die Oberfläche im Wesentlichen ein Negativ eines Teils einer subchondralen Knochenoberfläche des Trochleabereichs ist.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei die mindestens eine Oberfläche eine Vielzahl von anatomischen Reliefoberflächen umfasst.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei die mindestens eine Oberfläche eine Vielzahl von Oberflächen zum Kontaktieren mindestens eines Teiles des Trochleabereichs des Kniegelenks umfasst.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei jenes anatomische Relief einen oder mehr Osteophyten auf dem Trochleabereich des Kniegelenks berücksichtigt.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von normalem Knorpel auf dem Trochleabereich des Kniegelenks berücksichtigt.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von erkranktem Knorpel auf dem Trochleabereich des Kniegelenks berücksichtigt.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von normalem und erkranktem Knorpel auf dem Trochleabereich des Kniegelenks berücksichtigt.
Das chirurgische Hilfswerkzeug aus Anspruch 1, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von subchondralem Knochen auf dem Trochleabereich des Kniegelenks berücksichtigt.
Ein System für die Gelenkarthroplastik, das System umfassend: eine erste Matrize, die erste Matrize umfassend: mindestens eine Oberfläche zum Kontaktieren einer ersten Gelenkfläche eines Gelenks, wobei die Oberfläche im Wesentlichen ein Negativ von Teilen der oder der ganzen ersten Gelenkfläche ist; wobei mindestens ein Teil der Oberfläche weiter ein anatomisches Relief umfasst; und mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments; und wobei jene Führung eine vorherbestimmte Orientierung relativ zu einem aus einer anatomischen und einer biomechanischen Achse hat.
Das System aus Anspruch 15, wobei die mindestens eine Führung eines aus einer Führungsöffnung, einer Ausräumungsöffnung, einer Bohröffnung und einer Schnittebene ist.
Das System aus Anspruch 15 weiter umfassend einen Einstellmechanismus zum Einstellen einer Position der mindestens einen Führung relativ zu der mindestens einen Oberfläche.
Das System aus Anspruch 15 weiter umfassend einen Einstellmechanismus zum Einstellen einer Orientierung der mindestens einen Führung relativ zu der mindestens einen Oberfläche.
Das System aus Anspruch 15, wobei jenes anatomische Relief einen oder mehr Osteophyten auf der Oberfläche des Gelenks berücksichtigt.
Das System aus Anspruch 15, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von normalem Knorpel auf der Oberfläche des Gelenks berücksichtigt.
Das System aus Anspruch 15, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von erkranktem Knorpel auf der Oberfläche des Gelenks berücksichtigt.
Das System aus Anspruch 15, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von normalem und erkranktem Knorpel auf der Oberfläche des Gelenks berücksichtigt.
Das System aus Anspruch 15, wobei jenes anatomische Relief ein Gebiet von subchondralem Knochen auf der Oberfläche des Gelenks berücksichtigt.
Ein chirurgisches Hilfswerkzeug für die Gelenkarthroplastik, das chirurgische Hilfswerkzeug umfassend: eine erste Matrize, die erste Matrize umfassend: mindestens eine Oberfläche zum Kontaktieren mindestens eines Teils eines Trochleabereichs eines Kniegelenks, wobei die Oberfläche im Wesentlichen ein Negativ von einem oder mehr Teilen des trochlearen Knorpels ist; wobei mindestens ein Teil der Oberfläche weiter ein anatomisches Relief umfasst; und mindestens eine Führung zur Leitung der Bewegung eines chirurgischen Instruments.