TWI639409B - 設計手術器械的方法及定位器械 - Google Patents

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林上智
張世昇
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Abstract

一種設計手術器械的方法，包含：根據相關於一患者的一骨骼及一設置於該骨骼的第一植入物之影像資料，產生一對應於該骨骼的三維骨骼模型，及一對應於該第一植入物的三維第一植入物模型；及根據該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型產生定位器械設計資料，該定位器械設計資料相關於一定位器械的幾何形狀，該定位器械包含一適於設置於該骨骼及該第一植入物表面的定位本體，及多個連接於該定位本體的定位部，各該定位部界定出一第一定位槽，各該第一定位槽適於導引一定位件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。

Description

設計手術器械的方法及定位器械
本發明是有關於一種設計器械的方法，特別是指一種設計手術用器械的方法。本發明還有關於一種手術用的定位器械。
脛骨平台骨折(fracture of tibial plateau)是膝關節創傷中最常見的骨折之一。目前對於脛骨平台骨折的處理是以手術為主。若首次手術後骨折復位不完全或固定方式不恰當，將會產生畸形癒合(Malunion)的情形。此情形常常合併有巨大的骨缺損、膝關節內翻/外翻變形及膝關節不穩定，需要再次進行手術。然而當首次手術時植入的骨板和骨釘還在體內，醫療人員不易設計手術用器械。
因此，本發明之目的，即在提供一種能改善前述現有技術缺點的設計手術器械的方法。
本發明之另一目的，在於提供一種能改善前述現有技術缺點的定位器械。
於是，本發明設計手術器械的方法，透過一處理單元 實施，所述的設計手術器械的方法包含：(A)根據影像內容包含有一患者的一骨骼及一設置於該骨骼的第一植入物之一影像資料，產生一對應於該骨骼的三維骨骼模型，及一對應於該第一植入物的三維第一植入物模型；及(B)根據該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型產生定位器械設計資料，該定位器械設計資料相關於一定位器械的幾何形狀，該定位器械包含一適於設置於該骨骼及該第一植入物表面的定位本體，及多個連接於該定位本體的定位部，各該定位部界定出一第一定位槽，各該第一定位槽適於導引一定位件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
在一些實施態樣中，於步驟(A)與(B)之間還包含：(C)根據使用者輸入，於該三維骨骼模型中設定一手術切割路徑；於步驟(B)中，該處理單元是根據該三維骨骼模型、該三維第一植入物模型及該手術切割路徑產生該定位器械設計資料，各該第一定位槽適於導引該定位件插入該骨骼未被該第一植入物覆蓋處且位於該手術切割路徑上。
在一些實施態樣中，步驟(B)中的該定位器械還包含一連接於該定位本體的固定部，該固定部界定出一穿槽，該穿槽適於導引一固定件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
在一些實施態樣中，於步驟(B)之後還包含：(D)根據該三維骨骼模型及該手術切割路徑產生導引器械設計資料，該 導引器械設計資料相關於一導引器械的幾何形狀，該導引器械適於設置於移除該第一植入物後的該骨骼的表面，且界定出多個分別對應於該等定位件的第二定位槽，及一對應於該手術切割路徑的導引槽單元，該等第二定位槽能分別套設於該等插置於該骨骼的定位件，該導引槽單元能導引至少一切除器具沿該手術切割路徑對該骨骼進行切割。
在一些實施態樣中，於步驟(D)該處理單元還根據該三維骨骼模型產生第二植入物設計資料，該第二植入物設計資料相關於一第二植入物的幾何形狀，該第二植入物適於設置於移除該第一植入物及該導引器械後且沿該手術切割路徑切割過後的該骨骼的表面。
在一些實施態樣中，該第一植入物包含一第一骨板，及多個用於將該第一骨板固定於該骨骼的第一骨螺絲，該第二植入物包含一第一骨板，及多個用於將該第二骨板固定於該骨骼的第二骨螺絲，於步驟(D)中，該處理單元是根據該三維第一植入物模型及該三維骨骼模型產生該第二植入物設計資料，且該等第二骨螺絲螺設於該骨骼的位置不同於該等第一骨螺絲螺設於該骨骼的位置。
在一些實施態樣中，於步驟(A)中，該影像資料為斷層掃描影像資料並包含多個斷層影像，步驟(A)包含：(A1)使 用插值校正法、疊代校正法或混合校正法處理該影像資料；(A2)計算出各該斷層影像中該骨骼及該第一植入物的邊界；及(A3)根據各該斷層影像中該骨骼及該第一植入物的邊界使用移動立方體法產生該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型。
本發明定位器械，包含一定位本體及多個定位部。該定位本體適於設置於一患者的一骨骼及一設置於該骨骼的第一植入物之表面。該等定位部連接於該定位本體，各該定位部界定出一第一定位槽，各該第一定位槽適於導引一定位件插入該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
在一些實施態樣中，所述的定位器械還包含一連接於該定位本體的固定部，該固定部界定出一穿槽，該穿槽適於導引一固定件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
本發明之功效在於：藉由該處理單元根據該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型產生該定位器械設計資料，且該定位器械適於設置於該骨骼及該第一植入物表面，並適於導引該定位件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處，進而使得該導引器械能透過該定位件精準地移動至預定位置，從而讓切割的程序順利執行，不受第一植入物的影響。
1‧‧‧定位器械
11‧‧‧定位本體
12‧‧‧定位部
121‧‧‧第一定位槽
122‧‧‧定位件
13‧‧‧固定部
131‧‧‧穿槽
132‧‧‧固定件
2‧‧‧導引器械
21‧‧‧第二定位槽
22‧‧‧穿孔
23‧‧‧銷體
24‧‧‧導引槽單元
241‧‧‧導引槽
3‧‧‧骨骼
4‧‧‧第一植入物
41‧‧‧第一骨板
42‧‧‧第一骨螺絲
5‧‧‧第二植入物
51‧‧‧第二骨板
52‧‧‧第二骨螺絲
S01~S04、S011~S013‧‧‧步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明設計手術器械的方法的一第一實施例的一流程圖；圖2是該第一實施例的一骨骼及一第一植入物的一示意圖；圖3是該第一實施例的步驟S01的子步驟的一流程圖；圖4是該第一實施例的一定位器械固定於該骨骼及該第一植入物表面的一示意圖；圖5是該第一實施例的一定位件受該定位器械導引而插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處的一示意圖；圖6是該第一實施例中移除該定位器械及該第一植入物後的一示意圖；圖7是該第一實施例中一導引器械受該定位件導引而移動至預定位置的一示意圖；圖8是該第一實施例的該導引器械固定於該骨骼表面的一示意圖；圖9是該第一實施例的該骨骼被切割完成並設置一第二植入物於其上的一示意圖；圖10是本發明設計手術器械的方法的一第二實施例的一示意圖；及 圖11是本發明設計手術器械的方法的一第三實施例的一示意圖。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1與圖2，本發明設計手術器械的方法之一第一實施例，透過一處理單元實施。所述的設計手術器械的方法包含下列步驟。
首先，如步驟S01所示，根據影像內容包含有一患者的一骨骼3及一設置於該骨骼3的第一植入物4之一影像資料，產生一對應於該骨骼3的三維骨骼模型，及一對應於該第一植入物4的三維第一植入物模型。該第一植入物4包含一第一骨板41，及多個用於將該第一骨板41固定於該骨骼3的第一骨螺絲42。本實施例之患者的骨骼3發生脛骨平台塌陷的症狀。
在本實施例中，步驟S01中的該影像資料為斷層掃描影像資料並包含多個斷層影像。而步驟S01實際上包含下列子步驟。配合參閱圖3，如步驟S011所示，該處理單元先使用插值校正法(Interpolate correction)、疊代校正法(Iterative correction)或混合校正法(Combines correction)處理該影像資料。藉由前 述步驟能有效校正第一植入物4在該影像資料中所產生的金屬散射假影。
接著，如步驟S012所示，該處理單元以區域成長法(region growing by pixel aggregation)計算出各該斷層影像中該骨骼3及該第一植入物4的邊界。最後，如步驟S013所示，該處理單元根據各該斷層影像中該骨骼3及該第一植入物4的邊界使用移動立方體法(Marching Cube)產生該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型。
產生該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型之後，接著如步驟S02所示，根據使用者輸入，於該三維骨骼模型中設定一手術切割路徑。
接著，參閱圖1及圖4，如步驟S03所示，該處理單元根據該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型產生定位器械設計資料。該定位器械設計資料相關於一定位器械1的幾何形狀，該定位器械1包含一適於設置於該骨骼3及該第一植入物4表面的定位本體11、多個連接於該定位本體11的定位部12，及多個連接於該定位本體11的固定部13。
各該固定部13界定出一穿槽131，各該穿槽131適於導引一固定件132插置於該骨骼3未被該第一植入物4覆蓋處。本實施例的固定件132為一固定銷，但不以此為限。藉此，該定位器械1 能固定於該骨骼3及該第一植入物4表面。
參閱圖1及圖5，各該定位部12界定出一第一定位槽121，各該第一定位槽121適於導引一定位件122插置於該骨骼3未被該第一植入物4覆蓋處。本實施例的定位件122為一定位銷，但不以此為限。定位件122的功能將在步驟S04說明。在本實施例中，於步驟S03，該處理單元是根據該三維骨骼模型、該三維第一植入物模型及該手術切割路徑產生該定位器械設計資料，各該第一定位槽121適於導引該定位件122插入該骨骼3未被該第一植入物4覆蓋處且位於該手術切割路徑上，藉此，能減少手術過程中於該骨骼3上產生的鑽孔，而有利於該患者的復原。
參閱圖6，當該等定位件122插置於該骨骼3未被該第一植入物4覆蓋處，該固定件132、該定位器械1及該第一植入物4即可被移除。
接著，參閱圖1及圖7，如步驟S04所示，該處理單元根據該三維骨骼模型及該手術切割路徑產生導引器械設計資料，並根據該三維骨骼模型產生第二植入物設計資料。
該導引器械設計資料相關於一導引器械2的幾何形狀，該導引器械2適於設置於移除該第一植入物4後的該骨骼3的表面，且界定出多個分別對應於該等定位件122的第二定位槽21、多個穿孔22，及一對應於該手術切割路徑的導引槽單元24。該等第 二定位槽21能分別套設於該等插置於該骨骼3的定位件122，也就是說，該導引器械2受該定位件122導引而能移動至預定的位置。
參閱圖1及圖8，各該穿孔22適於導引一銷體23插置於該骨骼3。藉此，該導引器械2能固定於該骨骼3表面。該導引槽單元24能導引至少一切除器具(圖未示)沿該手術切割路徑對該骨骼3進行切割，在本實施例中，該導引槽單元24包含多個導引槽241，各該導引槽241能導引該切除器具沿該手術切割路徑對該骨骼3進行切割。
參閱圖1及圖9，於切割完成後，醫療人員即可將該導引器械2、該銷體23及該等定位件122自該骨骼3移除，並將該骨骼3受切割的部位移除，或移動至預定位置，在本實施例中，是將切割的部位沿圖9所示的箭頭向上移動一段距離至預定位置，也就是將脛骨平台塌陷的部位恢復至正常高度。
而在步驟S04所產生的該第二植入物設計資料是相關於一第二植入物5的幾何形狀，該第二植入物5適於設置於移除該第一植入物4及該導引器械2後且沿該手術切割路徑切割過後的該骨骼3的表面，以固定被切割且被移動過後的部位。該第二植入物5包含一第一骨板41，及多個用於將該第二骨板51固定於該骨骼3的第二骨螺絲52。
在本實施例中，該處理單元是根據該三維第一植入物 模型及該三維骨骼模型產生該第二植入物設計資料，且該等第二骨螺絲52螺設於該骨骼3的位置不同於該等第一骨螺絲42螺設於該骨骼3的位置。藉此，能讓該第二植入物5更穩固地固定於該骨骼3上。
圖10及圖11分別是本發明設計手術器械的方法的第二實施例及第三實施例。在第二實施例中，該患者的骨骼3發生脛骨平台塌陷並傾斜的混合症狀，在第三實施例中，該患者的骨骼3發生脛骨平台傾斜的症狀。第二實施例及第三實施例的流程步驟與第一實施例相近，只是混合型症狀及傾斜型症狀所對應的該手術切割路徑的態樣與第一實施例不同，使得該定位器械1及該導引器械2的形狀略有差異。
綜上所述，本發明設計手術器械的方法藉由該處理單元根據該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型產生該定位器械設計資料，且該定位器械1適於設置於該骨骼3及該第一植入物4表面，並適於導引該定位件122插置於該骨骼3未被該第一植入物4覆蓋處，進而使得該導引器械2能透過該定位件122精準地移動至預定位置，從而讓切割的程序順利執行，不受第一植入物4的影響，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明 書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (9)

  1. 一種設計手術器械的方法，透過一處理單元實施，所述的設計手術器械的方法包含：(A)根據影像內容包含有一患者的一骨骼及一設置於該骨骼的第一植入物之一影像資料，產生一對應於該骨骼的三維骨骼模型，及一對應於該第一植入物的三維第一植入物模型；及(B)根據該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型產生定位器械設計資料，該定位器械設計資料相關於一定位器械的幾何形狀，該定位器械包含一適於設置於該骨骼及該第一植入物表面的定位本體，及多個連接於該定位本體的定位部，各該定位部界定出一第一定位槽，各該第一定位槽適於導引一定位件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
  2. 如請求項1所述的設計手術器械的方法，其中，於步驟(A)與(B)之間還包含：(C)根據使用者輸入，於該三維骨骼模型中設定一手術切割路徑；於步驟(B)中，該處理單元是根據該三維骨骼模型、該三維第一植入物模型及該手術切割路徑產生該定位器械設計資料，各該第一定位槽適於導引該定位件插入該骨骼未被該第一植入物覆蓋處且位於該手術切割路徑上。
  3. 如請求項2所述的設計手術器械的方法，其中，步驟(B)中的該定位器械還包含一連接於該定位本體的固定部，該固定部界定出一穿槽，該穿槽適於導引一固定件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
  4. 如請求項2所述的設計手術器械的方法，其中，於步驟(B)之後還包含：(D)根據該三維骨骼模型及該手術切割路徑產生導引器械設計資料，該導引器械設計資料相關於一導引器械的幾何形狀，該導引器械適於設置於移除該第一植入物後的該骨骼的表面，且界定出多個分別對應於該等定位件的第二定位槽，及一對應於該手術切割路徑的導引槽單元，該等第二定位槽能分別套設於該等插置於該骨骼的定位件，該導引槽單元能導引至少一切除器具沿該手術切割路徑對該骨骼進行切割。
  5. 如請求項4所述的設計手術器械的方法，其中，於步驟(D)該處理單元還根據該三維骨骼模型產生第二植入物設計資料，該第二植入物設計資料相關於一第二植入物的幾何形狀，該第二植入物適於設置於移除該第一植入物及該導引器械後且沿該手術切割路徑切割過後的該骨骼的表面。
  6. 如請求項5所述的設計手術器械的方法，其中，該第一植入物包含一第一骨板，及多個用於將該第一骨板固定於該骨骼的第一骨螺絲，該第二植入物包含一第一骨板，及多個用於將該第二骨板固定於該骨骼的第二骨螺絲，於步驟(D)中，該處理單元是根據該三維第一植入物模型及該三維骨骼模型產生該第二植入物設計資料，且該等第二骨螺絲螺設於該骨骼的位置不同於該等第一骨螺絲螺設於該骨骼的位置。
  7. 如請求項1所述的設計手術器械的方法，其中，於步驟(A)中，該影像資料為斷層掃描影像資料並包含多個斷層影像，步驟(A)包含：(A1)使用插值校正法、疊代校正法或混合校正法處理該影像資料；(A2)計算出各該斷層影像中該骨骼及該第一植入物的邊界；及(A3)根據各該斷層影像中該骨骼及該第一植入物的邊界使用移動立方體法產生該三維骨骼模型及該三維第一植入物模型。
  8. 一種定位器械，包含：一定位本體，適於設置於一患者的一骨骼及一設置於該骨骼的第一植入物之表面；及多個定位部，連接於該定位本體，各該定位部界定出一第一定位槽，各該第一定位槽適於導引一定位件插入該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
  9. 如請求項8所述的定位器械，還包含一連接於該定位本體的固定部，該固定部界定出一穿槽，該穿槽適於導引一固定件插置於該骨骼未被該第一植入物覆蓋處。
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