專利名稱：定制矯形植入物和相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及矯形植入物，并且更具體地涉及被利用以設(shè)計用于關(guān)節(jié)置換和修整程序的矯形植入物和矯形夾具的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
膝假體產(chǎn)業(yè)主要關(guān)注的是為開發(fā)可植入的矯形設(shè)備分析不同種族群體之間的膝關(guān)節(jié)的固有形狀差異。所呈現(xiàn)的研究因此是三合一的通過開發(fā)新穎的自動特征檢測算法， 基于高形態(tài)測定變化區(qū)域限定一組自動測量值的集合，所述集合隨后在分析不同群體的膝關(guān)節(jié)差異時允許統(tǒng)計學(xué)框架。下肢形態(tài)學(xué)的種族差異集中于亞洲人群和西方人群體之間的差異，原因是該變化在植入物設(shè)計中是很重要的。例如，中國人的股骨相比于高加索人的股骨在前部更弓曲和更向外旋轉(zhuǎn)，且具有更小的髓內(nèi)管和更小的遠端髁。類似地，高加索人的股骨在長度和遠端髁尺寸方面比日本人的股骨更大。股骨近端的骨礦物質(zhì)密度(BMD)和髖軸線長度的種族差異也存在于美國黑人和白人之間。更高的BMD、更短的髖軸線長度和更短的轉(zhuǎn)子間寬度的組合影響可以解釋黑人女性相比于白人女性更低的骨質(zhì)疏松性骨折的患病率。類似地，已發(fā)現(xiàn)年老的亞洲和黑人男性具有比白人和西班牙人男性更厚的皮質(zhì)和更高的BMD，這可以有助于這些種族群的更高的骨強度。一般而言，黑人具有比白人更厚的骨皮質(zhì)、更窄的骨內(nèi)膜直徑和更高的BMD。盡管有趣的是，與美國黑人相比這些形狀在非洲黑人中最顯著。以下分析考慮現(xiàn)代美國黑人、白人和東亞人的下肢度量和幾何形態(tài)測定變化。使用三維統(tǒng)計學(xué)骨圖譜以便以自動測量值及用于生物醫(yī)學(xué)研究中的測量值和一些新設(shè)計的測量值的形式促進快速和精確的數(shù)據(jù)收集。用組合主成分分析(PCA)和多重判別分析的統(tǒng)計學(xué)處理進行形狀分析；在植入物設(shè)計和分析套具(參見名稱為“IMPLANT DESIGN ANALYSIS SUITE”的共同未決美國專利申請第12/673，640號，該申請的公開內(nèi)容通過引用被合并于本文中)系統(tǒng)中使用t測試、動力測試和線性判別分析執(zhí)行度量分析。這些分析的結(jié)果加入膝關(guān)節(jié)的形態(tài)學(xué)變化的現(xiàn)有知識并且提供可以被提取用于膝假體設(shè)計的有用信息，這將在本公開的剩余部分中進行概述。本方法的創(chuàng)新性部分地源自用于數(shù)據(jù)收集的計算機斷層攝影(CT)掃描與由統(tǒng)計學(xué)骨圖譜提供的計算能力和精度的組合使用。使用CT掃描來掃描包括943個男性和女性個體(81. 5%美國白人，9%美國黑人和9. 5%東亞人，其中男性/女性總比率為65/35% ) 的示例性數(shù)據(jù)集。該研究僅包括正常股骨和脛骨；特定地排除具有重度骨贅和其他異常的股骨或脛骨。僅從每個個體選擇一個股骨和脛骨，對右側(cè)或左側(cè)沒有優(yōu)先選擇。 骨使用0. 625mmX0. 625mmX0. 625mm立方體素進行CT掃描。結(jié)果是呈DICOM圖像切片形式的高分辨率、三維放射線照片。然后分割該層疊圖像數(shù)據(jù)并且生成表面模型。已發(fā)現(xiàn)該過程是可靠的，觀察者間或觀察者內(nèi)的誤差是可忽略的。這些模型然后被加入種族特定的統(tǒng)計學(xué)骨圖譜。簡言之，骨圖譜是捕捉骨的主要形狀變化并且允許比較組群或群體之間的總體形狀差異的平均模或模板網(wǎng)格。骨圖譜最初為了自動醫(yī)學(xué)圖像分段而被開發(fā)；然而，它能被用作數(shù)字地重建骨并且進行統(tǒng)計學(xué)形狀分析的方式。另外，骨圖譜已被證明作為研究兩性二態(tài)性的手段和用于重構(gòu)人類化石和進行化石樣本之間的比較上對生物人類學(xué)是有用的。針對種族差異分析，在前開發(fā)的用于創(chuàng)建骨形狀的統(tǒng)計學(xué)表示的技術(shù)以新穎的方式被使用。編譯股骨的三個不同的統(tǒng)計學(xué)圖譜，其中一個圖譜僅包含美國白人股骨，一個圖譜僅包含美國黑人股骨，并且一個圖譜僅包含東亞人股骨。類似地，創(chuàng)建脛骨的三個不同的圖譜并且以相同的方式進行劃分(即，美國白人、黑人脛骨和東亞人)。在下文概述了創(chuàng)建這些統(tǒng)計學(xué)圖譜并且將骨加入圖譜的過程。首先，比較數(shù)據(jù)集之中的所有骨模型，并且選擇具有平均形狀特性的骨模型用作模板網(wǎng)格。模板網(wǎng)格中的點然后與所有其他訓(xùn)練模型中的相應(yīng)點匹配。這保證所有骨具有相同數(shù)量的頂點和相同的三角連接性。接著，使用一系列配準和翹曲技術(shù)選擇訓(xùn)練集之中所有其他骨模型上的相應(yīng)點。挑選新模型上的點對應(yīng)加入圖譜的該過程是‘非平凡的’。下文所述的匹配算法使用計算機視覺的若干公知技術(shù)以及用于最終表面對準的新穎貢獻。在匹配算法中的第一步驟期間，對準模板網(wǎng)格和新網(wǎng)格的形心，并且預(yù)縮放模板網(wǎng)格以匹配新網(wǎng)格的邊界框尺度。其次，使用標準的頂點到頂點迭代最近點(ICP)算法執(zhí)行模板網(wǎng)格到新網(wǎng)格的剛性對準。再次，在剛性對準之后，在無迭代的情況下執(zhí)行一般仿射變換。該方法被應(yīng)用于使用12個自由度(包括旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和剪切)使模板網(wǎng)格與新網(wǎng)格對準。在仿射變換步驟之后，模板和新模型已達到線性變化的限度，但是模型的局部部分仍然保持相當遠。由于最終表面到表面匹配的目標是創(chuàng)建將具有類似于模板模型的局部空間特性的新模型的表面上的新點，因此開發(fā)了一種新穎的非線性迭代翹曲方法來減小失配。參考圖1，為了完成點對應(yīng)，使用迭代算法，其中與以前一樣尋找從模板到新模型的最近頂點到頂點對應(yīng)，但是現(xiàn)在也尋找從新模型到模板模型的對應(yīng)。使用這些點對應(yīng)兩者，使用對應(yīng)向量的非對稱加權(quán)朝著新網(wǎng)格上的位置移動模板網(wǎng)格上的點。接著，將由迭代平滑算法組成的子例程應(yīng)用于現(xiàn)在變形的模板網(wǎng)格。該平滑算法試圖平均模板網(wǎng)格上的相鄰三角的尺寸，由此消除不連續(xù)性。在翹曲算法的開始，平滑算法使用周圍三角的實際面積來決定應(yīng)用于每個點的平滑向量，這有助于有效地去除具有大三角的外圍點。因此，在過程的開始，模板網(wǎng)格產(chǎn)生大步幅，并且需要更大的平滑。然而，臨近過程的結(jié)束，平滑向量由周圍三角的總面積歸一化，這允許模板網(wǎng)格更大地擴展到高曲率的區(qū)域中。當在它們各自的圖譜中的所有股骨和脛骨上完成該程序之后，圖譜準備好用于形態(tài)學(xué)形狀分析和自動度量比較。一種創(chuàng)新的統(tǒng)計學(xué)處理被用于分析兩個組之間的總體形狀差異。該方法利用(線性和非線性)PCA的能力同時作為變量減少的手段和作為總體形狀描述器。該方法被設(shè)計成尋找當依據(jù)主要被認為縮放的第一主成分(PC)歸一化時不同性別和/或不同種族群之間的高辨別點。該程序突出顯示將高度辨別的模型上的區(qū)域而不使用其他信息。由該算法識別的界標提供足夠的辨別而不使用種族群之間的任何其他界標。該特征尋找算法用于獨立于美國白人、黑人和東亞人之間的尺寸差異來檢查股骨和脛骨形狀差異。使用在種族特定統(tǒng)計學(xué)圖譜上的限定界標處的特定測量值進行各種各樣的比較。 基于外科重要性、臨床相關(guān)性和歷史測量值選擇這些界標。由于圖譜由每個股骨或脛骨模型上的同源點組成，因此它提供用于自動化該過程的大量信息。而且，圖譜中的每個骨模型對準至相同的坐標系?？偣灿嬎?9個股骨和23個脛骨測量值、角度和指數(shù)。此外，為了簡潔起見，在結(jié)果部分中僅論述最重要的度量性質(zhì)。除非另外指出，下面概述的測量值表示界標對之間的三維(3D)歐幾里得距離，并且角度被測量作為各向量間的3D旋轉(zhuǎn)。在一些情況下，這些測量值被投影到平面上以用于與本領(lǐng)域的在前工作比較。在圖2-4中示出了這些測量值的子集。限定測量值端點的界標首先被計算并且在隨后關(guān)于外科和解剖軸線被限定。提出了新穎的方法以在全局標度上確定股骨遠端和脛骨近端的種族差異，從而發(fā)現(xiàn)很可能提供辨別信息的區(qū)域，并且測量相關(guān)外科和解剖學(xué)特征以幫助植入式假體設(shè)計。 不同的研究業(yè)已設(shè)法使用缺少準確度或精度的測量技術(shù)來識別股骨和脛骨的種族差異。不幸的是，這些方法不能用于尋找更小結(jié)果的特征。按照本公開使用的一系列有序的方法證實了性別和種族之間的明顯總體差異，這隨后允許使用特征尋找方法隔離很可能差別很大的區(qū)域，并且最終允許編碼算法以用高度的準確性和可重復(fù)性定位并測量外科相關(guān)解剖學(xué)特征。具有不同標度的骨被認為具有取決于尺寸進行形狀變化的可能性。以該方式，測得變量和尺寸之間的關(guān)聯(lián)被去除以便揭示種族固有的可論證的形狀差異。發(fā)明人使用前述分析來確定美國黑人具有比美國白人更長、更直的股骨和更窄的膝。另外，該分析揭示了導(dǎo)致股骨遠端中的總體形狀差異的外側(cè)髁的尺度和取向的差異。美國黑人具有梯形膝，而美國白人具有更趨向方形的膝。對于每個組群，股骨遠端的差異與在相鄰脛骨中類似，由此美國黑人具有更長的外脛骨髁。脛骨坪的平均內(nèi)-外長度在黑人中比在白人中略長，但是考慮到樣本大小該差異不太明顯。然而，美國黑人確實具有明顯更長且更強壯的脛骨。在該研究中，在東亞人群與美國白人和美國黑人之間發(fā)現(xiàn)主要形狀差異。不清楚遺傳差異對下肢形態(tài)學(xué)的貢獻程度如何，混和個體提出挑戰(zhàn)。實際上，血型數(shù)據(jù)表明從他們來到美國以后，美國黑人變得更類似于美國白人并且與他們的原種西非群體趨異更大。 盡管下肢形態(tài)學(xué)的種族差異是明顯的并且是統(tǒng)計學(xué)顯著的，但是在美國黑人樣本對比美國白人樣本中有更多的統(tǒng)計學(xué)噪聲。該噪聲可能是從他們來到美國以后的遺傳混合以及在更溫和的環(huán)境中的松弛選擇的組合影響的結(jié)果。然而，如先前所述，混合的影響未抹除美國群體的這些子組之間的顯著形態(tài)學(xué)差異。為了理解正常膝關(guān)節(jié)運動學(xué)，必須首先理解膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)連接表面的解剖結(jié)構(gòu)。 膝關(guān)節(jié)是人體下肢中的兩個最長骨(脛骨和股骨)的關(guān)節(jié)連接。在膝關(guān)節(jié)處的關(guān)節(jié)表面由形成股骨遠端部分的外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁的彎曲表面組成，所述彎曲表面與脛骨的近端部分的外和內(nèi)脛骨坪相接觸。
股骨髁合并到前溝(滑車)中，所述滑車是用于髕骨或膝蓋骨的關(guān)節(jié)連接。股骨坪由髁間隆起分離，所述髁間隆起用作前十字韌帶和半月板的附著點。該脛骨坪也是非對稱的，外坪是兩者中的較小者。股脛關(guān)節(jié)連接的解剖學(xué)研究表明內(nèi)隔室具有比外隔室更大的接觸面積。 腓骨沿其長度通過致密膜并且在端部通過由韌帶支撐的軟骨連結(jié)附著到脛骨的外側(cè)。骨的連接允許很小的相對運動。脛-腓近端關(guān)節(jié)在脛_股關(guān)節(jié)連接的水平面之下， 而兩個骨的遠端形成踝關(guān)節(jié)的近端。在正常膝中，在增加屈曲期間常規(guī)地發(fā)生后股骨回滾。已觀察到在需要更大幅度的屈曲(例如大幅膝彎曲動作)的活動期間后股骨回滾的量更大。后回滾在外側(cè)股脛關(guān)節(jié)連接比在內(nèi)側(cè)明顯更大，由此創(chuàng)建內(nèi)側(cè)樞轉(zhuǎn)型的軸向旋轉(zhuǎn)模式，其中當屈曲增加時脛骨相對于股骨內(nèi)部地旋轉(zhuǎn)。許多運動學(xué)評價已發(fā)現(xiàn)在大幅屈曲活動期間后股骨回滾的類似模式和幅度。這與在全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)(TKA)之后觀察到的軸向旋轉(zhuǎn)模式稍有不同，全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)示出更小幅度的軸向旋轉(zhuǎn)和偶見的病理旋轉(zhuǎn)模式，例如外側(cè)樞轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)和反向鎖扣旋轉(zhuǎn) (隨著屈曲的增加脛骨相對于股骨外部地旋轉(zhuǎn))。而且，在TKA之后觀察到的股骨在脛骨上的前平移具有許多潛在的不利后果。首先，前股骨平移導(dǎo)致更前的屈曲軸線，減小最大膝屈曲。其次，四頭肌力矩臂減小，導(dǎo)致四頭肌效率減小。再次，股骨部件在脛骨聚乙烯(PE)表面上的前滑動有加速PE磨損的風險。TKA的主要目的應(yīng)當是再現(xiàn)正常膝運動學(xué)。目前，該目的在很大程度上被忽略。許多體內(nèi)、承重和熒光檢查分析表明在使用現(xiàn)有的矯形植入物的TKA之后難以獲得正常膝運動學(xué)。多種運動學(xué)異常(后股骨回滾減小、反常前股骨平移、反向軸向旋轉(zhuǎn)模式和股骨髁脫離)是常見的。理解這些運動學(xué)變化有助于設(shè)計更好的TKA植入物以朝著減小并消除這些運動學(xué)異?；蛑辽龠m應(yīng)它們而不創(chuàng)建限制植入物性能或耐用性的不利條件的方向發(fā)展。多數(shù)膝植入物是現(xiàn)貨供應(yīng)的膝系統(tǒng)，其針對平均運動而不是患者特定運動學(xué)被設(shè)計。因此，與正常膝不可區(qū)分的TKA運動和膝動力學(xué)應(yīng)當使用針對每個患者的定制。目前，定制是困難的任務(wù)，但是本公開通過提供下文所述的可變形關(guān)節(jié)連接模板(DAT)方法而部分地解決了該定制問題。為了本公開的目的，曲率半徑是具有近似圓形物體的曲率的圓周曲率的圓的半徑。例如，曲率半徑對于直線來說是無窮大的，而當曲率增加時半徑從無窮大減小。在圖5 中可以看到，較小的圓的曲率半徑小于較大的圓的曲率半徑，原因是較小的圓的曲率大于較大的圓的曲率。簡單地說，曲率半徑越小，曲率越大。參考圖6和圖7，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可以通過應(yīng)用沿著從前到后的凸輪表面的兩個或以上曲率半徑來映射并模擬天然膝髁的曲率。特別地，已發(fā)現(xiàn)對于高加索群體，五個不同的曲率半徑(識別為rl-r5)接近地跟蹤從前到后的髁的凸輪表面的曲率。而且，已發(fā)現(xiàn)髁的曲率半徑的不對稱性負責在屈曲期間施加脛骨相對于股骨的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。若屈曲超過20°， 則兩個髁上開始滑動運動。膝關(guān)節(jié)的伸展產(chǎn)生脛骨相對于股骨的關(guān)聯(lián)外旋轉(zhuǎn)；該旋轉(zhuǎn)被描述為膝的“鎖扣”運動。該鎖扣運動歸因于內(nèi)側(cè)髁上的支承表面的面積比外側(cè)髁上的更大。當外側(cè)髁的整個關(guān)節(jié)表面被用完時，股骨圍繞脛骨棘旋轉(zhuǎn)，直到關(guān)節(jié)在伸展中被鎖扣或緊閉。當膝關(guān)節(jié)屈曲和伸展時，該旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致股骨上的脛骨運動呈盤旋或螺旋的形式，這是由股骨內(nèi)側(cè)髁的解剖結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致。當脛骨在股骨上從完 全伸展位置滑動時，脛骨下降或上升股骨內(nèi)側(cè)髁的曲線并且同時外部地旋轉(zhuǎn)。當脛骨移動回到完全屈曲位置時該運動被反向。與股脛關(guān)節(jié)是純鉸接關(guān)節(jié)的可能情況相比，鎖扣機制在任何位置都提供更大的至膝穩(wěn)定性。參考圖8，股骨髁和脛骨關(guān)節(jié)表面之間的半月板軟骨(半月板)是用于加深用于接收股骨髁的脛骨的關(guān)節(jié)表面的兩個新月形纖維軟骨結(jié)構(gòu)。在橫截面上，半月板具有楔狀外觀。半月板執(zhí)行若干重要功能，包括(1)跨關(guān)節(jié)的負荷傳遞，(2)增強關(guān)節(jié)一致性，(3)跨關(guān)節(jié)表面分配滑液，以及(4)防止關(guān)節(jié)運動期間的骨碰撞。當半月板存在時，每個髁的負荷承載面積為大約6cm2，但是當半月板損傷或嚴重退化時該表面積減小到大約2cm2。所以，當負荷承載的有效面積增加時，傳遞到軟骨的應(yīng)力減小，并且反之亦然。參考圖9和10，在正常膝關(guān)節(jié)中，前十字韌帶(ACL)和后十字韌帶(PCL)是固有的，位于關(guān)節(jié)內(nèi)部的髁間間隙中。這些韌帶控制關(guān)節(jié)中的前后和軸向旋轉(zhuǎn)運動。前十字韌帶提供脛骨相對于股骨的前向運動的主要約束，而后十字韌帶提供脛骨的后向運動的主要約束，占到該運動的總阻力的90%以上。圖10示出了在膝關(guān)節(jié)的不同屈曲角期間ACL和 PCL的長度的變化。ACL和PCL約束對后向穩(wěn)定膝植入物的設(shè)計的影響的詳細描述將在下文更詳細地進行論述。股骨遠端的形態(tài)學(xué)形狀應(yīng)當決定用于TKA的假體置換的形狀、取向和運動學(xué)。傳統(tǒng)的假體設(shè)計包含關(guān)于中心滑車溝對稱的股骨髁。傳統(tǒng)的外科技術(shù)將股骨部件居中于股骨遠端并且相對于可變骨界標定位該部件。然而，記載的失效模式和運動學(xué)研究證實傳統(tǒng)的設(shè)計和外科技術(shù)反映了對股骨遠端形態(tài)學(xué)和膝關(guān)節(jié)運動學(xué)的理解缺乏，以及對髕骨及其跟蹤股骨遠端的忽視?；嚤辉O(shè)計成引導(dǎo)并且保持髕骨。髕骨跟蹤受到許多不同因素影響滑車溝的幾何形狀、髕骨后側(cè)的幾何形狀、軟組織伸肌結(jié)構(gòu)和脛骨的取向。在屈曲期間髕骨在股骨上的正常運動是沿著股骨髕面的中心溝朝髁間窩向下的豎直位移?；嚋虾腕x骨后側(cè)的幾何形狀限制髕骨跟蹤，特別是在高屈曲角下。髕骨通過小面與股骨溝的一致性并且通過髕骨韌帶被居中保持。這些韌帶表示髕骨的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上的增厚結(jié)構(gòu)中的被膜構(gòu)造。這些韌帶在任一側(cè)都上方和下方地定位，并且從髕骨的前表面向后延伸到每個股骨髁側(cè)。這些韌帶也限制髕骨的運動，但是可以由溝約束或由外力超控。在正常膝中可接受的是假設(shè)髕骨的跟蹤將很類似于滑車的取向。因此，膝假體的滑車溝的取向應(yīng)當類似于自然滑車的取向以再現(xiàn)該自然髕骨跟蹤?？傊リP(guān)節(jié)是很好的平衡系統(tǒng)的例子。該系統(tǒng)內(nèi)的微小變化影響整個系統(tǒng)。 髕-股關(guān)節(jié)內(nèi)的變化可以具有顯著的長期影響，原因是膝關(guān)節(jié)的該部分內(nèi)的傳遞力很高。 TKA容易引起髕-股關(guān)節(jié)內(nèi)的變化。目前，TKA部件的模擬滑車溝取向不與自然滑車取向一致。因此，未來股骨部件的溝取向應(yīng)當并入模擬自然股骨的滑車溝的自然取向的滑車溝。
圖1是概述圖譜創(chuàng)建過程的流程圖。圖2是示出使用IDAS軟件自動計算界標的屏幕截圖和相關(guān)圖像。圖3是示出了軸線、界標和所得測量值的股骨遠端的視圖。圖4是示出了特定軸線、界標和所得測量值的圖3股骨的前視圖。
圖5是示出了如何可以使用具有不同半徑的圓來近似骨表面上曲率的示意性圖
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圖6是具有五個曲率半徑的人類膝關(guān)節(jié)外側(cè)髁的輪廓線圖，所述曲率半徑被應(yīng)用以近似從前到后的凸輪表面的曲率。圖7是具有五個曲率半徑的人類膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)髁的輪廓線圖，所述曲率半徑被應(yīng)用于近似從前到后的凸輪表面的曲率。圖8是包括形成人類膝關(guān)節(jié)的一部分的軟骨的人類脛骨近端平面圖。圖9是示出了在部分膝屈曲期間的前十字韌帶和后十字韌帶的膝關(guān)節(jié)前視圖。圖10包括了示出前十字韌帶和后十字韌帶位置的處于各種膝屈曲程度的膝關(guān)節(jié)的一系列前視圖，。圖11是用于設(shè)計矯形植入物的示例性過程的總示意圖，所述矯形植入物針對患者被定制或包括用于一般群體的一系列模板中的一個。圖12是從醫(yī)學(xué)成像設(shè)備生成的對應(yīng)于來自人類患者的實際自然股骨的若干電子 3D股骨遠端模型的仰視圖。圖13是基于實際人類膝關(guān)節(jié)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備數(shù)據(jù)的包括軟骨和韌帶的人類膝關(guān)節(jié)的電子模型，其中關(guān)節(jié)被示出為處于屈曲位置。圖14是基于實際人類膝關(guān)節(jié)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備數(shù)據(jù)的包括軟骨和韌帶的人類膝關(guān)節(jié)的電子模型，其中關(guān)節(jié)被示出為接近完全伸展。圖15是膝關(guān)節(jié)的一系列2D豎直切片表示，示出了接近完全伸展的脛骨、股骨和髕骨之間的相互作用。圖16是圖15的2D切片以及其他豎直切片的3D表示，示出了獲得切片的位置以及接近完全伸展的脛骨、股骨和髕骨的相對位置。圖17是示出了沿著內(nèi)側(cè)和外側(cè)凸輪路徑的最遠前點、遠點和后點的股骨遠端視圖。圖18是股骨遠端的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁的視圖的編繪，具有在每個髁的整個運動范圍中近似每個髁的凸輪表面的最外部分的路徑。圖19是3D表示的立構(gòu)后視圖，該3D表示相對于示例性股骨遠端的每個髁的凸輪表面的最外部分的路徑示出了脛骨和髕骨，以及與股骨遠端關(guān)聯(lián)的滑車溝的最內(nèi)表面。圖20是膝關(guān)節(jié)的側(cè)視輪廓線圖，示出了圖18的脛骨和髕骨，以及凸輪路徑和滑車溝路徑，另外以虛線示出了股骨遠端。圖21是表示用于人類男性和女性的一系列股骨遠端的曲率半徑的測量值以及獲得所述測量值的位置的示例性圖表。圖22是膝關(guān)節(jié)的側(cè)視輪廓線圖，該圖相對于用于外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁的最外凸輪表面路徑的相應(yīng)曲率半徑的位置和尺寸示出了脛骨和髕骨。圖23是示出了亞洲人、美國白人和美國黑人在股骨遠端的形狀之間的共同差異的前視圖。圖24是示出了亞洲人、美國白人和美國黑人在股骨內(nèi)側(cè)髁的形狀之間的共同差異的輪廓線圖。圖25是示出了亞洲人、美國白人和美國黑人在股骨外側(cè)髁的形狀之間的共同差異的輪廓線圖。圖26是示例性外側(cè)髁假體的示例性剖視橫截面，圖中示出了 cl_c4的測量值如何轉(zhuǎn)換為根據(jù)本公開制造的假體裝置的曲率。
圖27是示出了用于示例性股骨遠端的外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁的最外凸輪表面路徑，以及滑車溝的最內(nèi)路徑，外加外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁及滑車溝的弓形輪廓線的3D表示。圖28是重疊在自然股骨的3D骨模型上的圖22的3D表示。圖29是示出了股骨遠端部分和重疊3D表示的圖23的放大圖。圖30是包括表面的示例性3D表示的股骨遠端部分的透視圖。圖31是圖24中所示曲率的數(shù)學(xué)表示。圖32A是針對0-30度繪制的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁彼此之間的比率的圖形圖像。圖32B是針對40-70度繪制的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁彼此之間的比率的圖形圖像。圖32C是針對80-110度繪制的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁彼此之間的比率的圖形圖像。圖32D是針對120-150度繪制的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁彼此之間的比率的圖形圖像。圖33是示出了根據(jù)本公開的軸線、界標和所得測量值的脛骨近端。圖34A是示出了典型亞洲人的滑車路徑的股骨遠端的端視圖。圖34B是示出了典型美國白人的滑車路徑的股骨遠端的端視圖。圖34C是示出了典型美國黑人的滑車路徑的股骨遠端的端視圖。圖35是示出了典型亞洲人、美國白人和美國黑人的滑車路徑的復(fù)合圖。圖36是示出了典型亞洲人、美國白人和美國黑人的滑車路徑的形狀的復(fù)合輪廓線圖。圖37是示出了亞洲人和美國白人之間的最大差異區(qū)域的股骨遠端視圖。圖38是示出了美國白人和美國黑人之間的最大差異區(qū)域的股骨遠端視圖。圖39是示出了美國白人和美國黑人之間的最大差異區(qū)域的脛骨立構(gòu)透視圖。圖40是示出了亞洲人和美國白人之間的最大差異區(qū)域的脛骨近端視圖。圖41是示出了根據(jù)本公開使用C1/C2比率恢復(fù)變形或缺失解剖結(jié)構(gòu)的示例性過程的圖示。圖42是AP高度相對于ML寬度的示例性繪圖。圖43是使用Durm指數(shù)和經(jīng)修改的Durm指數(shù)確定聚類的最佳數(shù)量的繪圖。圖44是備選的Durm指數(shù)方程(ADI)。圖45是描繪了使用正交于內(nèi)坪和外坪主軸線的一系列輪廓的脛骨坪示例性近似的視圖集合。圖46是AP高度相對于ML寬度的示例性繪圖。圖47是示例性聚乙烯植入物的透視圖。圖48是示例性植入物的一系列透視圖。圖49是示例性植入物的透視圖。圖50是示例性植入物的橫截面圖。圖51是示例性植入物的透視圖。圖52是為了十字固定植入物被制造成對應(yīng)于患者膝的解剖形狀的示例性股骨和脛骨部件的前視圖。
圖53是橫剖用于示例性股骨和脛骨部件的外側(cè)髁和髁接收器獲得的橫截面圖， 所述股骨和脛骨部件為了十字固定植入物被制造成對應(yīng)于患者膝的解剖形狀。 圖54是橫剖用于示例性股骨和脛骨部件的內(nèi)側(cè)髁和髁接收器獲得的橫截面圖， 所述股骨和脛骨部件為了十字固定植入物被制造成對應(yīng)于患者膝的解剖形狀。圖55是示出了解剖植入物和現(xiàn)有功能植入物之間差異的比較。圖56是示出了膝內(nèi)側(cè)和外側(cè)前部分之間正確比率的恢復(fù)差異的比較。圖57和圖58示出了多個功能植入物的輪廓線。圖59是示出了非裔美國人和高加索人群體之間變化的示例性陰影圖，其中更少的陰影對應(yīng)于更大的差異，而更多的陰影對應(yīng)于更小的差異。圖60是用于從3D骨模型生成患者特定植入物的示例性流程圖。圖61是用于表示患者骨表面并且用于計算骨橫截面輪廓的點云的描繪。圖62是在創(chuàng)建患者特定植入物的早期階段用患者特定輪廓更新參數(shù)化植入物約束的描繪。圖63是示出根據(jù)本公開的掃描輪廓以生成患者特定的平滑關(guān)節(jié)連接植入物表面的描繪。圖64是用解剖友好模板更新現(xiàn)有先代植入物系統(tǒng)的示例性過程的流程圖。圖65是并入了更為解剖學(xué)精確的髕骨溝的更新的現(xiàn)有先代植入物系統(tǒng)的描繪。圖66是用于描述根據(jù)本公開被設(shè)計的示例性股骨部件的參數(shù)的示例性列表。圖67是描述自動更新模板參數(shù)并生成植入物CAD的過程的示例性流程圖。圖68是被示出為具有突出顯示的相應(yīng)接觸區(qū)域的股骨遠端。圖69是被示出為具有針對0-40度之間的膝屈曲突出顯示的相應(yīng)接觸區(qū)域的脛骨近端。圖70是被示出為具有針對60-140度之間的膝屈曲突出顯示的相應(yīng)接觸區(qū)域的脛骨近端。圖71是已被修改或重新設(shè)計成模擬或近似正常膝運動學(xué)的脛骨托盤插入物的俯視圖。圖72是具有有限軸向旋轉(zhuǎn)的常規(guī)PS膝植入物。圖73是根據(jù)本公開被設(shè)計的示例性膝假體的立構(gòu)透視圖，所述膝假體提供前十字韌帶的固位。圖74是根據(jù)本公開被設(shè)計的示例性膝假體的前視圖，所述膝假體用于前十字韌帶修整外科程序之后。表1列出了典型亞洲人、典型美國白人和典型美國黑人的重要股骨測量值——平均、標準差、t測試和動力測試結(jié)果。表2列出了典型亞洲人、典型美國白人和典型美國黑人的重要脛骨測量值——平均、標準差、t測試和動力測試結(jié)果。表3列出了前十字韌帶和后十字韌帶相對于膝屈曲角的百分比長度變化。
具體實施例方式如下描述并例示了本發(fā)明的示例性實施例以包含用于設(shè)計假體膝植入物的方法和設(shè)備，并且更具體地，包含用于設(shè)計更接近地遵循自然膝的生物力學(xué)的膝植入物的設(shè)備和方法以及所得到的植入物本身。當然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯見如下所述的優(yōu)選實施例實質(zhì)上是示例性的并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下被重構(gòu)。然而，為了清楚和準確起見，如下論述的示例性實施例可以包括本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將識別為不是必須落入本發(fā)明范圍內(nèi)的可選步驟、方法和特征。以下是涉及關(guān)于股骨遠端的軸線、界標和測量值的定義(參見圖2-4)。這些定義也支配在本公開中使用的這些術(shù)語的適當構(gòu)建。經(jīng)上髁軸線(TEA)——該測量值在人類學(xué)文獻中被稱為雙上髁寬度。為了計算臨床經(jīng)上髁軸線(TEA)，在平均股骨上在外上髁的最外側(cè)隆起和內(nèi)上髁的最內(nèi)側(cè)隆起上人工地限定頂點的粗糙集。該步驟僅執(zhí)行一次，原因是圖譜股骨中的頂點是同源的。使用這些點的粗糙集，在外側(cè)和內(nèi)側(cè)從頂點的粗糙集的形心限定IOmm半徑的搜索區(qū)域。從這些形心的每一個限定向量然后給出TEA的大致方向。通過最大化在該大致方向上的距離而選擇一對點；這些選定點形成TEA測量值的端點(參見圖2)。遠端解剖軸線——通過將骨干形心定位在股骨總長度的遠端三分之一和遠端五分之一處來限定遠端解剖軸線。中心AP軸線(CAP)——使用遠端解剖軸線和TEA，人工地限定垂直軸線，其終點處于髁間窩的后方位和髁間溝的最前部分。該軸線的長度被記錄為CAP(圖3)。該軸線類似于“髁間窩的高度”。股骨鞍點——位于髁間溝的最遠端延伸處的界標。膝中心⑷——使用CAP測量值的兩個端點和股骨鞍點限定平面，所述平面將股骨兩分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)。該平面與TEA的交點是膝中心，其形成股骨的力學(xué)軸線(MA)的遠端端點。MA的近端端點是股骨頭的中心(參見如下的近端股骨測量值)。AP方向——使用MA和TEA，使用其原點處于膝中心的相互垂直向量來限定前-后 (AP)方向，得到類似于Whiteside線的方向。前內(nèi)-外寬度(AML)和后內(nèi)-外寬度(PML)——AP方向用于定位四個界標股骨遠端的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁上的最前和最后點。連接兩個最前點給出沿著滑車線的前內(nèi)-外寬度(AML)的測量值，而連接兩個最后點給出沿著后髁軸線(PCA)測得的后內(nèi)-外寬度(PML) 的測量(參見圖2)。內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁的AP長度(LAP和MAP)——分別連接如上限定的外內(nèi)頂點對給出外側(cè)髁的AP長度(LAP)和內(nèi)側(cè)髁的AP長度(MAP)(參見圖3)。后平面——包含PML測量值端點的唯一平面(該平面也平行于MA)用于限定后平AP總長度——前外側(cè)髁的隆起和后平面之間的最小距離(參見圖3)。AP角——AML向量相對于后平面的角(參見圖3)。遠端內(nèi)-外側(cè)長度(DML)——內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁的最遠端方位使用MA被記錄為基準方向。這兩個界標之間的距離被表示為DML。后角(PA)——連接DML長度的向量和股骨的平均軸線之間的角(參見圖4)。
髁扭轉(zhuǎn)角(CTA)——TEA和PCA之間的角。髕骨溝高度(GH)——在髁間窩的后方位和兩個DML軸線點之間的中點之間算出(參見圖4)。股骨軸曲率(SC)——股骨平均軸線的曲率半徑。定義部分結(jié)束參考圖11，示例性膝設(shè)計過程100的示意性概要包括獲得存儲在電子數(shù)據(jù)庫中的一個或多個電子三維(3D)骨表示。為了設(shè)計全膝植入物的目的，在將置換股骨的遠端部分、脛骨的近端部分、其間的軟骨以及髕骨的至少一部分的全膝關(guān)節(jié)成形術(shù)的情況下，有用的是具有股骨遠端、脛骨近端和髕骨的3D骨表示以及用于為接收TKA矯形部件準備股骨、 脛骨和髕骨的3D夾具表示。為了生成這些3D骨表示和3D夾具表示，患者或尸體可以經(jīng)受 CT掃描、一系列X射線、MRI和/或超聲成像。來自這些測試的骨和軟組織的圖像以及骨或軟組織的可能內(nèi)插方位被用于構(gòu)造一個或多個3D骨表示和一個或多個3D夾具表示。來自前述測試的圖像被載入計算機以供數(shù)據(jù)分析。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知， MRI創(chuàng)建人體解剖結(jié)構(gòu)的相關(guān)部分的一系列2D “切片”。這些2D切片然后可以被分割并且彼此堆疊以創(chuàng)建人體解剖結(jié)構(gòu)的3D模型或表示。在MRI用于構(gòu)造切片的程度上，3D模型的準確性部分地取決于切片離MRI有多“厚”。類似過程用于CT掃描、X射線和超聲，其中 2D圖像從不同點拍攝并且用于構(gòu)造討論中的解剖學(xué)特征的3D模型，為了示例性目的討論中的該解剖學(xué)特征僅在人類膝關(guān)節(jié)的情境中被描述。用于拍攝2D圖像并且使用這些圖像創(chuàng)建3D模型的該相同過程可應(yīng)用于生成人體關(guān)節(jié)或(一個或多個)骨的任何3D模型。該相同過程可以被應(yīng)用于活的或死的人類以生成多個骨或關(guān)節(jié)模型供進一步分析。也應(yīng)當理解這些相同的2D圖像有用于構(gòu)造可以選擇地內(nèi)插在骨(在示例性的形式中，股骨和脛骨)之間的軟骨的3D模型以更精確地描繪每個人體特征的解剖結(jié)構(gòu)(骨、關(guān)節(jié)等)。如下文將論述的，軟骨的3D模型可以有用于構(gòu)造3D 夾具模型。參考圖12，示出了一系列3D股骨遠端表示。如下文將更詳細地論述的，示例性膝設(shè)計過程100可以用于設(shè)計和構(gòu)造對于每個患者的解剖結(jié)構(gòu)唯一的定制膝植入物。另外， 示例性膝設(shè)計過程100可以用于在定制成本在商業(yè)上不可行或不合適的情況下設(shè)計和構(gòu)造可以用于近似更大群體的解剖結(jié)構(gòu)的一個或多個通用植入物。還是參考圖11，在一個或多個骨被建模使得電子形式的3D表示已被生成之后，3D 表示被存儲在使附加數(shù)據(jù)與3D表示相關(guān)的數(shù)據(jù)庫104中。在示例性形式中，數(shù)據(jù)庫104 還包括每個3D表示特有的數(shù)據(jù)以便分類表示，包括而不限于從其掃描骨、關(guān)節(jié)等的人的年齡、性別、種族和身高。同時，每個3D表示可以包括關(guān)于骨、關(guān)節(jié)等的狀況的等級或評估。 在示例性形式中，當膝關(guān)節(jié)(至少脛骨近端和股骨遠端)的3D繪圖被保存在數(shù)據(jù)庫104中時，可以識別軟骨磨損、骨退化和骨贅生長的分類。參考圖13和14，在生成每個單獨的骨模型之后，示例性過程100包括生成膝關(guān)節(jié) 300的3D模型。膝關(guān)節(jié)的該3D模型300包括將股骨遠端302、脛骨近端304和髕骨306定向成當關(guān)節(jié)處于完全伸展時它們所處的狀態(tài)。其后，計算機軟件可操作地重定位3D模型的骨以通過完全屈曲創(chuàng)建膝關(guān)節(jié)的虛擬運動范圍。同時，3D模型300可以包括內(nèi)插骨302、 304,306的軟骨(未示出)以表示與脛骨304的近端協(xié)作以形成內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁接收器的自然軟骨。參考圖15和16，3D關(guān)節(jié)模型300有用于生成2D接觸輪廓線或“切片”，其示出當通過它的運動范圍拍攝膝關(guān)節(jié)時每個切片的取向如何變化。特別地，這些2D表示有用于理解假體植入物(如自然膝那樣)能夠被視為組合并且一起工作以形成整個關(guān)節(jié)的一系列切片。因此，通過評價和理解每個切片的幾何形狀，可以看到對于每個患者將是唯一的并且可以在更廣泛人群中泛化的特定輪廓。應(yīng)當注意的是3D關(guān)節(jié)模型300可以取決于種族、性別和/或年齡并入不同形貌。這些不同的形貌導(dǎo)致不同的切片。參考圖17-20，在生成并且保存每個3D模型300之后，針對與每個3D模型關(guān)聯(lián)的內(nèi)側(cè)髁308和外側(cè)髁310進行一系列曲率測量。在示例性形式中，股骨遠端3D模型包括由滑車溝312分離的相應(yīng)的內(nèi)側(cè)髁308和外側(cè)髁310。內(nèi)側(cè)髁308和外側(cè)髁310各自包括凸輪表面，所述凸輪表面具有當股骨旋轉(zhuǎn)通過它的運動范圍時沿著凸輪表面最遠離骨中心的點。為了計算內(nèi)側(cè)輪廓線，由內(nèi)側(cè)前點(內(nèi)側(cè)髁中的最前點)、內(nèi)側(cè)遠點(內(nèi)側(cè)髁上的最遠點)和內(nèi)側(cè)后點(內(nèi)側(cè)髁中的最后點)限定的平面與股骨遠端相交，這導(dǎo)致對應(yīng)于內(nèi)側(cè)髁表面上的最突出點的輪廓，相同方法用于計算外側(cè)輪廓線，如圖17、19和20中所示。這些 3D路徑然后針對每個髁被轉(zhuǎn)換為一個平面內(nèi)的單一最佳擬合路徑。對于溝輪廓線計算，通過使股骨遠端與以10度增量圍繞經(jīng)上髁軸線旋轉(zhuǎn)的一系列平面相交而提取一組輪廓。這些輪廓上的最低點然后用于限定溝點，如圖19中所示。類似程序用于使用當股骨旋轉(zhuǎn)通過它的運動范圍時沿著最接近骨中心的表面的點生成沿著滑車溝的3D路徑的一組點。這些最近點(即，槽的最下部分)在圖19和20中示出。該3D路徑然后被轉(zhuǎn)換為一個平面內(nèi)的單一最佳擬合路徑(如圖19和20中所示)。參考圖21和22，本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)為了試圖設(shè)計接近地類似股骨遠端的自然形狀的假體股骨部件，用于內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁支承表面兩者的2D路徑以及用于滑車溝的 2D路徑的形狀是重要的。為了針對股骨部件的生成而生成特定尺寸和曲率測量值，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)將四個曲率半徑應(yīng)用于每個股骨髁精確地模仿自然股骨髁的曲率。參考圖23-25，圖23是白人、黑人和亞洲人的股骨外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁的復(fù)合圖，而圖 24示出了白人、黑人和亞洲人的股骨內(nèi)側(cè)髁的內(nèi)側(cè)輪廓線，并且圖25示出了白人、黑人和亞洲人的股骨外側(cè)髁的外側(cè)輪廓線。參考回到圖6和21以及圖26，用于最外內(nèi)側(cè)髁凸輪表面和最外外側(cè)髁凸輪表面的每個路徑被分割為四個區(qū)帶。本發(fā)明人已確定這些區(qū)帶各自的曲率可以由圓的曲率近似。 換句話說，每個區(qū)帶具有近似圓的恒弧的曲率。例如，第一區(qū)帶具有被標識為Cl的曲率半徑。簡單地說，該cl值是最接近地近似凸輪表面2D路徑的該部分的曲率(所述部分是路徑的最后部分)的圓的半徑。緊鄰第一區(qū)帶的第二區(qū)帶具有c2的曲率半徑。同樣地，該c2 值是最接近地近似該第二區(qū)帶的曲率的圓的半徑。第三區(qū)帶在第二區(qū)帶之后并且也包括曲率半徑c3。最后，近似各髁中的每一個的前部分輪廓的第四區(qū)帶具有曲率半徑c4。在從X射線、CT掃描、MRI等電子建模一系列膝關(guān)節(jié)的情況下，可以執(zhí)行比較以了解曲率半徑在每個區(qū)帶內(nèi)和在所有區(qū)帶上如何變化。圖21中的圖表從源自人體X射線、CT 掃描、MRI和/或超聲的實際3D骨模型導(dǎo)出。該圖表包括基于性別的每個區(qū)帶的十進制單位的平均曲率半徑(以厘米計)。除了提供每個區(qū)帶的平均曲率半徑以外，該表也表示每個區(qū)帶的標準差以提供針對外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁的區(qū)帶之間的快速比較。還是參考圖22和26，人類膝關(guān)節(jié)的輪廓線圖去除股骨的遠端部分，并且用對應(yīng)于針對內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁兩者的四個區(qū)帶(cl_c4)中的每一個的曲率半徑的圓來代替該遠端部分。在與股骨遠端的相鄰解剖學(xué)特征相關(guān)的圓的弧和相關(guān)尺寸方面，該圖提供曲率半徑表示的是什么的代表性視圖。如下文將論述，這些圓在試圖在假體植入物中近似自然股骨遠端的曲率中是相關(guān)的。圓的中心的位置可以用于示例性模型的內(nèi)部。它們可以使用每個曲線點集合中的圓的線性二乘擬合進行計算，其為曲線提供最佳近似圓的半徑和中心。參考圖27-32，如上所述，創(chuàng)建3D路徑，所述3D路徑跟蹤內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁兩者的整個運動范圍的最外凸輪點，以及滑車溝的整個運動范圍中的最內(nèi)點。每個最外凸輪路徑與用于滑車溝的路徑一起用于在數(shù)學(xué)上映射兩個髁和滑車溝的形貌。然后通過尋找精確地近似曲線的最佳數(shù)量的經(jīng)過圓而計算內(nèi)側(cè)、外側(cè)和溝輪廓線的曲率，如圖27中所示。為了捕捉髁表面的曲率，先前通過使股骨與圍繞TEA的平面相交而產(chǎn)生的曲線圍繞內(nèi)側(cè)、外側(cè)和溝輪廓線被修剪，這些經(jīng)修剪的輪廓的每一個的曲率的圓然后被計算，如圖27中所示。除了滑車溝槽形路徑以外，當股骨遠端相對于脛骨旋轉(zhuǎn)時每個最外髁凸輪路徑沿著股骨遠端的運動范圍被分為可變度數(shù)增量。在所提供的圖像中，使用十度增量，盡管其他增量也在公開的范圍內(nèi)(例如，在一些示例性實施例中可以使用5-15度增量)。每個路徑的長度被分為十度增量，曲線被應(yīng)用于每個增量的邊界。獨立的內(nèi)-外側(cè)曲線以每十度的增量被應(yīng)用于每個髁和滑車溝的寬度方向部分(內(nèi)側(cè)至外側(cè))。每個獨立的內(nèi)_外側(cè)曲線的弓度被選擇成最接近地近似在沿著各自路徑的每個點處的內(nèi)-外側(cè)曲率。其后，確定每個內(nèi)-外側(cè)曲線的曲率半徑。參考圖33，自動地識別股骨遠端的以下界標和測量值1)髁間隆起點——內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁間隆起上的兩個最高突出點。2)隆起中點——外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁間隆起點之間的中點。3)脛骨粗隆——胚骨粗隆上的最向前突出點。4)ML——胚骨坪在內(nèi)-外側(cè)方向上的最大寬度。5)AP——胚骨坪在前-后(AP)方向上并且穿過脛骨髁間隆起的中點(即，隆起中點)的的長度。6)隆起寬度(EW)——內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁間隆起點之間的距離。7)脛骨扭轉(zhuǎn)角(TTA)——AP方向與連接髁間隆起中點和脛骨粗隆的線之間的角。8)外坪高度(LPH)——外脛骨坪在AP方向上的長度。9)外坪寬度(LPW)——外脛骨坪在ML方向上的長度。10)內(nèi)坪高度(MPH)——內(nèi)脛骨坪在AP方向上的長度。11)內(nèi)坪寬度(MPW)——內(nèi)脛骨坪在ML方向上的長度。12)隆起ML比率——ML上的MPW (S卩，內(nèi)坪寬度)的比率。13)最大長度——從內(nèi)側(cè)踝到髁間隆起的脛骨的長度。參考圖34A-36，可以看到不同種族的滑車溝具有不同的形狀和路徑。圖34A表示典型亞洲人的滑車溝路徑，而圖34B表示典型美國白人的滑車溝路徑，而圖34C表示典型美國黑人的滑車溝路徑。另外，圖35提供了典型亞洲人、典型美國白人和典型美國黑人的滑車溝路徑的復(fù)合圖。最后，圖36提供了輪廓線圖，其示出了滑車溝的形狀也如何在亞洲人、 美國白人和美國黑人之間變化。如上所述，來自特征尋找形狀分析工具的結(jié)果突出顯示了股骨骨干、外側(cè)髁和大轉(zhuǎn)子以及股骨遠端的形狀差異。參考表1和圖37-40，結(jié)果來自針對自動測量值的t測試和動力測試。在美國黑人中，外側(cè)髁具有更高的AP高度(P <0.01)，而內(nèi)側(cè)髁高度不顯著，由此產(chǎn)生更趨向于梯形的膝(與美國白人中的更趨向于方形的膝形成對比)這導(dǎo)致美國黑人中的更大AP髁角。在另一方面，在東亞人群體的股骨遠端上執(zhí)行的我們的分析被識別為AP和ML的不同模式，其中與高加索人和非裔美國人群體兩者相比，AP和ML測量值在東亞人群體中更小(ρ < 0. 01)。 通常，亞洲人群體具有比高加索人和非裔美國人群體更趨向于梯形的形狀(P < 0. 01)。另外，東亞人群體也具有更窄的前側(cè)寬度(P < 0. 01)。分析外側(cè)和內(nèi)側(cè)輪廓線兩者的曲率已發(fā)現(xiàn)它們對于美國黑人和美國白人可以由四個不同的曲率半徑精確地近似并且對于東亞人可以由三個不同的半徑精確地近似(參見圖6)。發(fā)現(xiàn)這四個半徑在兩個種族(美國黑人和美國白人)之間是一致的，然而這些半徑的值在每個種族中是不同的，如圖23-25中所示。脛骨的特征尋找結(jié)果表明相比于脛骨粗隆區(qū)域周圍的更大形狀差異，美國白人和美國黑人之間的種族形狀差異在內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁區(qū)域處不明顯。除了前脛骨近端中的微小差異以外，顯出明顯的唯一區(qū)域是內(nèi)踝的末端(參見圖39和40)。然而，主要形狀差異在東亞人群體與美國白人和美國黑人兩者之間發(fā)現(xiàn)(圖23-25)。來自t測試和動力測試的結(jié)果也強調(diào)了這些發(fā)現(xiàn)。最重要的變量是與標度相關(guān)的那些變量，包括最大長度、骨干強壯性的測量和脛骨坪的若干測量值。簡言之，美國黑人脛骨更長，具有更強壯的骨干和略大的脛骨坪。表2示出了脛骨的自動測量值，其中外側(cè)坪高度作為最重要的測量值(ρ <0.05)， 其與股骨外側(cè)髁高度的顯著差異相關(guān)。還是參考圖31，以從后到前每十度的增量確定內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁兩者的內(nèi)_外側(cè)曲線的曲率半徑。第一列以十度的增量沿著用于內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁兩者的每個最向外凸輪表面構(gòu)造。第二和第三列表示在各自角增量處的內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁的曲率半徑。最后兩列是對應(yīng)于內(nèi)-外側(cè)曲率半徑的曲率除以各自凸輪表面路徑的曲率半徑的比率。換句話說，該比率具有的分子是每個髁的側(cè)到側(cè)曲率半徑，并且分母是沿著每個髁的最外凸輪表面的路徑的區(qū)帶的曲率半徑(其對于一區(qū)帶是相同的數(shù))。對于相對于力學(xué)軸線(MA)成特定角的各種平面，然后為每個區(qū)帶繪制該比率。參考圖41，比率Cl/C2(參見圖29)可以用于恢復(fù)變形的解剖結(jié)構(gòu)以生成患者特定植入物的平滑關(guān)節(jié)連接表面。該過程可以開始于計算外側(cè)和內(nèi)側(cè)輪廓線和針對該患者髁表面的曲線，如先前部分中所述，這些輪廓然后被評價以檢驗每個部分曲線的曲率在正常解剖范圍內(nèi)。然后突出顯示變形部分并且為解剖學(xué)上正確部分計算C1/C2，這些部分然后用于為變形部分內(nèi)插該比率，當完成該過程時生成模仿患者正確解剖結(jié)構(gòu)的平滑植入物關(guān)節(jié)連接曲率。當骨內(nèi)存在異常時，結(jié)果用于近似沿著髁的曲率半徑C2。內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁的Cl和 C2的比率之間的關(guān)系已被識別并且可以用于計算沿著任一髁的特定位置的曲率半徑C2。使用用于內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁的最外凸輪表面路徑的曲率半徑以及用于內(nèi)_外側(cè)弧的曲率的映射，可以制造患者特定的新穎假體植入物。在每一度增量，使用沿著內(nèi)側(cè)髁、滑車溝和外側(cè)髁的曲率半徑和三個點生成平滑曲線(參見圖29)。然后使用這些平滑曲線的掃掠表面近似植入物的關(guān)節(jié)表面。參考圖41和26，已經(jīng)識別了針對外側(cè)髁和內(nèi)側(cè)髁的最外凸輪表面的四個不同的曲率半徑。參考圖42-44，通過分析前-后高度和ML寬度之間的縱橫比識別六個裁切框尺寸。 AP高度被定義為股骨上的定型點和最后點之間的距離，而ML寬度被定義為在內(nèi)外側(cè)維度上的股骨的尺寸。然后計算所有群體的該縱橫比，該比率然后與表I中突出顯示的特征一起(但不限于所述特征)用作多維特征向量以聚類群體，使用用于識別聚類的緊湊和分離程度如何的Durm指數(shù)和替代Durm指數(shù)兩者確定聚類的最佳數(shù)量(參見圖43和44)。在示例性形式中，找到最佳地表示男性被分成六個聚類并且女性被分成六個聚類的美國白人群體的十二個聚類。參考圖45，使用正交于內(nèi)側(cè)坪和外側(cè)坪的主軸線的一系列輪廓近似脛骨坪。這些輪廓用于參數(shù)化用于脛骨植入物的聚乙烯的表面。參考圖46，通過測量在前-后方向上的脛骨表面的長度和測量在內(nèi)-外側(cè)方向上的脛骨長度而識別六個脛骨坪尺寸。然后使用模糊c平均來聚類這兩個測量之間的比率以識別最佳擬合群體的六個尺寸。參考圖47-51，聚乙烯反映用于十字固位植入物(參見圖47)和用于雙十字植入物 (參見圖45-51)的脛骨坪的解剖形狀。聚乙烯也可以是模塊化的并且可以包括保留脛骨隆起的內(nèi)側(cè)和外側(cè)聚乙烯插入物。使用連接器(圖39)以保證插入物的準確放置。一旦固定，去除連接器，僅僅留下處于適當位置的內(nèi)側(cè)和外側(cè)聚乙烯插入物和脛骨托盤(圖51)。參考圖52-54，對應(yīng)于膝的解剖形狀的植入物的股骨和脛骨部件示出了兩個部件半徑之間的曲率匹配。參考圖55-58，比較示出了解剖學(xué)植入物和現(xiàn)有功能植入物之間的差異。圖55示出了在恢復(fù)膝內(nèi)側(cè)和外側(cè)前部之間的正確比率時的差異?，F(xiàn)有功能植入物(藍)未正確地恢復(fù)該比率，導(dǎo)致沿著四頭肌的更大張力，這可以改變膝的運動并且可以導(dǎo)致髕骨的半脫位。圖56-58示出了解剖學(xué)植入物與現(xiàn)有功能植入物比較的內(nèi)側(cè)和外側(cè)輪廓線的曲率。圖 56例示了與典型植入物的直接比較，而圖57和58示出了多個功能植入物的輪廓線。參考圖59，彩圖示出了非裔美國人和高加索人群體之間的變化。更亮色示出了比更暗色更高的差異。股骨遠端存在的變化很小，盡管外側(cè)髁的確示出了微小差異。選擇最佳地擬合患者解剖結(jié)構(gòu)的模板的示例性過程可以如下進行描述。首先將成像患者的膝并且將生成患者股骨和脛骨的3D表面。然后分析股骨以計算內(nèi)側(cè)和外側(cè)凸輪路徑。然后計算內(nèi)側(cè)和外側(cè)矢狀曲線。也計算股骨的前后尺寸和內(nèi)外側(cè)尺寸。凸輪路徑的曲率可以與矢狀曲線、AP尺寸和/或內(nèi)外側(cè)寬度一起用于定位適合患者的最佳模板。對于植入物模板不適合其解剖結(jié)構(gòu)的患者，生成定制植入物，如圖11的右分支所示。參考圖60，用于從任何成像模態(tài)生成患者特定植入物的示例性過程包括生成三維患者特定模型，這些模型然后被加入前述(DAT)統(tǒng)計學(xué)圖譜以獲得點對應(yīng)和歸一化，當完成該過程時自動地計算相關(guān)外科界標(TEA、MA、PCA…等)。參考圖61-63，圍繞TEA的旋轉(zhuǎn)平面然后用于計算骨橫截面輪廓(參見圖61)并且然后計算正交于MA的另一組輪廓(參見圖62)。這兩組輪廓然后用于自動更新參數(shù)化植入物模板的約束，一旦更新這些約束，隨后掃掠植入物關(guān)節(jié)連接表面以生成平滑連續(xù)表面 (參見圖63)。從患者的骨的前-后高度和內(nèi)-外側(cè)寬度的測量值也用于更新模板裁切框。 該框然后與平滑關(guān)節(jié)連接表面組合以生成患者特定植入物CAD模型。然后對比患者特定骨的3D模型評價該植入物3D CAD模型以檢驗放置并且用3D植入物模型和3D骨模型執(zhí)行運動范圍的模擬。一旦完成檢驗過程，將3D植入物模型從計算機輸出到制造工廠以制造所述植入物。在示例性形式中，3D植入物模型的計算機輸出可以呈用于CNC機器的G代碼的形式。參考圖64，示例性流程圖概述了從最佳地擬合群體的聚類生成的植入物模板如何還可以用于更新現(xiàn)有的先代系統(tǒng)以保證與患者解剖傾向的一致性。該過程包括輸入現(xiàn)有的植入物系統(tǒng)的CAD模型并且將它變換為與解剖模板相同的參數(shù)化空間。該過程包括生成圍繞植入物中軸線的一組三維輪廓。這些輪廓用于以與解剖模板相同的方式生成一組約束。 一旦植入物正如模板被參數(shù)化，模板參數(shù)值就被用于更新參數(shù)化植入物特征。這些參數(shù)化植入物特征包括但不限于髕骨溝曲率、髁曲率、AP高度和ML寬度。圖65示出了解剖學(xué)友好模板如何可以用于更新現(xiàn)有的植入物家族以創(chuàng)建模仿髕骨溝解剖結(jié)構(gòu)的植入物。參考圖66和67，示例性參數(shù)股骨CAD模型由300個以上的參數(shù)組成。CAD模型由以10度的增量圍繞TEA軸線的橫截面限定。參數(shù)限定每個橫截面的特定點和曲率。植入物的髕-股部分由來自內(nèi)側(cè)、外側(cè)和溝曲率的三個點與如先前所述的3個半徑一起限定。關(guān)于髁橫截面，內(nèi)側(cè)和外側(cè)由兩個點和單一半徑限定。成形信息是橫截面內(nèi)固有的，以便自動創(chuàng)建完整的植入物CAD模型。參考圖68-70，為了設(shè)計最佳地模仿正常膝運動的功能植入物，股骨相對于脛骨的完整范圍應(yīng)當被完整地表征。為了實現(xiàn)該目標，一組解剖區(qū)域在股骨上被定位并且在完整的運動范圍期間被投影到脛骨上。首先，在股骨的內(nèi)側(cè)的最遠端區(qū)域被定位，所述區(qū)域是在完全伸展的情況下股骨和脛骨之間的接觸區(qū)域(Al)(參見圖69)。第二區(qū)域是外側(cè)髁的最遠端區(qū)域(A2)，而第三區(qū)域是內(nèi)側(cè)髁的最后區(qū)域(A3)并且第四區(qū)域是外側(cè)髁的最后區(qū)域 (A4)(參見圖70)。在完整的運動范圍期間，股骨上的每個區(qū)域被投影到脛骨上以表征這些區(qū)域相對于脛骨坪表面的運動。在內(nèi)側(cè)觀察到不同運動模式，其中區(qū)域Al向前移動直到40 度屈曲并且然后脫離與脛骨表面的任何接觸。同時在40度之后，區(qū)域A3開始向前移動，同時執(zhí)行軸向旋轉(zhuǎn)跟蹤。在外側(cè)，區(qū)域A2以比Al更小的幅度向前移動直到40度屈曲，其中它以類似于Al的方式脫離。同時，區(qū)域A4進行接觸并且在比區(qū)域A3更小的區(qū)域中向前移動。參考圖68-72，為了用功能PS植入物獲得正常運動模式，股骨植入物曲率和聚乙烯部件兩者的設(shè)計應(yīng)當被修改以提供更自然的運動。另外，修改聚乙烯部件上的凸輪位置來為股骨運動提供約束并且允許更大的軸向旋轉(zhuǎn)(參見圖71)。沒有任何現(xiàn)有的功能植入物可操作地提供與在正常膝中觀察到的相同軸向旋轉(zhuǎn)。當PS植入物(例如參見圖72)被植入并且其后執(zhí)行X射線熒光檢查研究以觀察股骨部件相對于凸輪的位置時，觀察到擠入股骨植入物中的凸輪位置，由此意味著凸輪位置不允許充分的軸向旋轉(zhuǎn)。為了改善植入物關(guān)節(jié)的軸向旋轉(zhuǎn)，凸輪位置被修改以根據(jù)內(nèi)側(cè)的軌跡向外側(cè)傾斜。該修改允許更佳的軸向旋轉(zhuǎn)范圍，這更接近地近似自然膝關(guān)節(jié)的正常運動范圍。如圖69和70中所見，脛骨的外側(cè)具有兩個不同的軌跡。圖71中的PS聚乙烯的外側(cè)曲率被設(shè)計成適應(yīng)這樣的獨特條件。在從0至40度的屈曲期間，聚乙烯部件的前部由四組曲率限定。該幾何形狀也成角以防止在這些屈曲角期間股骨部件的過度向前滑動。聚乙烯部件的后部也由從60至140度的屈曲接合外側(cè)髁的四組曲率限定。該部被設(shè)計成展平以提供更平滑的運動并且防止碰撞。內(nèi)側(cè)具有被成形為用于60至140度的屈曲期間的滾動運動的深盤的一組曲率。第二組曲率引入首先從60至120度的屈曲沿著軌跡并且從 0至40度的屈曲合并到軌跡中的唯一軌道，這允許兩個軌跡軌道之間的平滑過渡。參考圖73-74和表3，為了設(shè)計解剖學(xué)友好的雙十字、ACL和PCL植入物，應(yīng)當研究當使膝關(guān)節(jié)通過它的運動范圍時PCL和ACL的位置。統(tǒng)計學(xué)圖譜用于在整個群體上定位和傳播ACL和PCL的插入位置。通過使膝關(guān)節(jié)通過運動范圍而變形ACL和PCL兩者以便映射在運動范圍期間韌帶的形狀和長度的變化。表3突出顯示了 ACL長度和作為ACL長度百分比的PCL的差異。使用該數(shù)據(jù)，植入物可以被設(shè)計成適應(yīng)PCL或ACL、或ACL和PCL兩者的固位固定。根據(jù)以上描述和發(fā)明內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯見盡管本文中所述的方法和裝置構(gòu)成本發(fā)明的示例性實施例，但是包含在本文中的發(fā)明不限于這樣的實施例，而是可以對這樣的實施例進行變化而不脫離如權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。另外，應(yīng)當理解本發(fā)明由權(quán)利要求限定并且描述本文中所述的示例性實施例的任何限制或要素不應(yīng)當被包含到任何權(quán)利要求要素的解釋中，除非明確地說明這樣的限制或要素。類似地，應(yīng)當理解不必滿足本文中公開的發(fā)明的任何或全部識別的優(yōu)點或目標以便涵蓋在任何權(quán)利要求的范圍內(nèi)，原因是本發(fā)明由權(quán)利要求限定并且本發(fā)明的固有的和/或不可預(yù)見的優(yōu)點可能存在，盡管未在本文中明確地論述它們。
權(quán)利要求
1.一種基于患者的唯一解剖學(xué)特征生成植入物的方法，包括使用來自唯一患者的人體解剖學(xué)特征的至少一個醫(yī)學(xué)掃描來生成所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示，所述三維電子表示并入了模擬所述人體解剖學(xué)特征的尺寸和曲率特征的尺寸和曲率特征；設(shè)計假體植入物以模仿特定于所述唯一患者的所述人體解剖學(xué)特征的尺寸和曲率特征；以及使用所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示來視覺地測試擬合所設(shè)計的假體植入物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用所述至少一個醫(yī)學(xué)掃描包括識別接觸線，將所述接觸線分成多個段，并且通過識別對應(yīng)于每個段的曲率半徑來創(chuàng)建所述接觸線的曲率的模型，以及將所述模型并入所述電子表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使用所述至少一個醫(yī)學(xué)掃描包括識別沿著所述接觸線的多個成角度分離點，使用與每個點關(guān)聯(lián)的曲率半徑來近似靠近所述接觸線的解剖學(xué)特征的表面，并且將與所述點關(guān)聯(lián)的曲率半徑并入所述電子表示，其中與各單獨點關(guān)聯(lián)的曲率半徑表示在大致正交于所述接觸線的方向上的所述解剖學(xué)特征的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的方法，其中設(shè)計假體植入物包括設(shè)計假體植入物以近似所述接觸線的模型。
5.一種生成患者特定假體植入物的方法，包括使用來自唯一患者的人體解剖學(xué)特征的至少一個醫(yī)學(xué)掃描來生成所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示，所述三維電子表示并入了模擬人體解剖學(xué)特征的尺寸和輪廓特征的尺寸和曲率特征；使用人體解剖學(xué)特征的三維電子表示來選擇多個假體植入物模板中的至少一個以構(gòu)建患者特定植入物，所述多個假體植入物中的至少五個在輪廓和尺寸中的至少一個中是彼此互不相同的；定制選定的假體植入物模板以模仿特定于所述唯一患者的所述人體解剖學(xué)特征的尺寸和曲率特征；以及使用所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示來視覺地測試擬合所定制的假體植入物。
6.一種生成一系列假體植入物模板的方法，包括生成表示跨人類群體的相同人體解剖學(xué)特征的多個電子三維模型；在數(shù)據(jù)庫中分組所述多個模型；使年齡、種族和性別中的至少一個與所述數(shù)據(jù)庫中的所述多個模型中的每一個關(guān)聯(lián)；以及設(shè)計多個矯形植入物模板，其中所述多個矯形植入物模板中的每一個對于為其生成三維模型的所述人類群體的至少一部分是通用的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中設(shè)計活動包括并入尺寸和輪廓中的至少一個，所述尺寸和輪廓中的至少一個近似為其生成三維模型的所述人類群體的至少一部分的平均尺寸和平均輪廓中的至少一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，還包括將所述多個矯形植入物模板中的至少一個視覺地測試擬合到所述多個電子三維模型中的至少一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中的任一項所述的方法，還包括為所述多個電子三維模型中的至少兩個測量內(nèi)側(cè)髁凸輪表面形貌、外側(cè)髁表面形貌和滑車溝形貌中的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中的任一項所述的方法，還包括使用自然人體解剖學(xué)特征的至少一個醫(yī)學(xué)掃描來生成人體解剖學(xué)特征的電子三維模型，其中所述電子三維模型并入了模擬所述自然人體解剖學(xué)特征的尺寸和曲率特征的尺寸和曲率特征；為所述多個電子三維模型中的至少兩個測量內(nèi)側(cè)髁凸輪表面形貌、外側(cè)髁表面形貌和滑車溝形貌中的至少一個。其中重復(fù)所述電子三維模型的生成以生成表示跨人類群體的相同人體解剖學(xué)特征的多個電子三維模型。
11.一種生成患者特定假體植入物的方法，包括使用來自唯一患者的人體解剖學(xué)特征的至少一個醫(yī)學(xué)掃描來生成人體解剖學(xué)特征的三維電子表示，所述三維電子表示并入了模擬所述人體解剖學(xué)特征的尺寸和輪廓特征的尺寸和曲率特征；考慮所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示所呈現(xiàn)的尺寸和曲率特征來選擇多個假體植入物模板的三維電子表示中的至少一個；其中選擇活動包括評估所述多個假體植入物模板中的哪一個具有離所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示最低的百分比偏差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述人體解剖學(xué)特征的三維電子表示包括接觸線的模型，所述模型包括多個曲率半徑，其中每個曲率半徑與所述接觸線的一部分關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的方法，其中選擇活動包括將與所述接觸線的模型關(guān)聯(lián)的曲率半徑和與所述多個假體植入物模板中的至少一個關(guān)聯(lián)的相應(yīng)曲率半徑相比較。
14.一種方法，從骨映射生成股骨的外形，然后生成通過以每隔十度圍繞所述骨掃掠從所述外形生成的輪廓線/點，然后從所述輪廓線/點生成曲線，并且然后使至少四個半徑匹配到所述曲線。
15.一種骨建模方法，所述方法包括識別與骨的接觸表面關(guān)聯(lián)的多個點；將與所述接觸表面關(guān)聯(lián)的所述多個點分成多個區(qū)帶，其中所述多個區(qū)帶的每一個包括所述多個點中的一些；使用由曲率半徑限定的第一曲線來近似每個區(qū)域中的所述多個點；以及組合每個第一曲線以創(chuàng)建所述接觸表面的模型。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括識別沿著所述接觸表面的模型的多個間隔開的位置；以及使用由曲率半徑限定的第二曲線來近似靠近每個所述間隔開的位置的骨的形狀，其中所述第二曲線被布置為大體正交于所述接觸表面的模型。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中識別所述多個間隔開的位置包括通過成角度地將所述接觸表面的模型分為多個大致角相等部分來識別所述多個間隔開的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述大致角相等部分在大約5度至大約15度之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述大致角相等部分為大約10度。
20.一種用于生成表示處于其當前態(tài)的患者的骨的至少部分的患者特定骨外形的方法，所述方法包括成像患者的解剖結(jié)構(gòu)的至少一部分以創(chuàng)建正交于延伸通過患者的解剖結(jié)構(gòu)的軸線拍攝的所述患者的解剖結(jié)構(gòu)的多個2D圖像切片，其中所述多個2D圖像切片中的每一個包括骨段，所述骨段包括對應(yīng)于患者的骨的外表的封閉邊界；構(gòu)建至少為其拍攝患者的骨的所述多個2D圖像切片的所述患者的骨的至少部分的3D 圖像骨外形，其中所述3D圖像骨外形的構(gòu)建包括通過使用非患者特定的模板3D圖像骨外形而使用軟件來識別每個骨段的所述封閉邊界，并且其中所述3D圖像骨外形描繪患者的骨的當前狀態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述成像包括磁共振成像和計算機斷層攝影中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述患者的骨包括股骨、脛骨和肱骨中的至少一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括通過軟件部件生成3D圖像外科夾具以與所述 3D圖像骨外形配合，其中所述3D圖像外科夾具包括根據(jù)所述3D圖像骨外形的外表特征定制的形貌特征。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述軟件部件可操作地輸出用于制造外科夾具的指令文件，所述外科夾具具有所述3D圖像外科夾具的有形形貌特征。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括使用患者的解剖結(jié)構(gòu)的所述多個2D圖像切片來構(gòu)建表示患者的軟骨的至少部分的3D圖像軟骨外形，其中所述3D圖像軟骨外形的構(gòu)建包括使用軟件來識別出現(xiàn)在2D圖像切片中的軟骨的輪廓圖。
全文摘要
一種設(shè)計假體植入物的方法。示例性方法可以包括從一個或多個二維圖像形成解剖學(xué)特征的三維模型。所述三維模型可以包括表示接觸表面的各自部分的形狀的多個曲率半徑。在一些示例性實施例中，與群體的大量成員關(guān)聯(lián)的三維模型可以用于創(chuàng)建假體植入物的模板。患者的解剖學(xué)特征的三維模型可以與可用模板相比較，并且可以通過將所述模板虛擬地植入患者的解剖學(xué)特征的三維模型來測試合適的模板。在一些實施例中，沒有合適的預(yù)先制造的模板可用的患者的三維模型可以用于定制預(yù)先制造的模板以設(shè)計合適的植入物。
文檔編號A61F2/00GK102365061SQ201080013943
公開日2012年2月29日 申請日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者穆罕默德·拉什萬·馬赫福茲 申請人:穆罕默德·拉什萬·馬赫福茲