假体装置、 为植入假体装置而规划去骨的方法和机器人系 统 相关专利申请的交叉引用
本申请要求于 2009 年 2 月 24 日提交的美国临时专利申请序列第 61/208,451 号 的优先权， 特此通过引用并入其全部内容。
技术领域 本发明涉及一种用于植入骨头中的假体装置、 为将假体装置植入骨头中而规划去 骨的方法和用于将骨头制备成接纳假体装置的机器人系统。
背景技术 常规的假体植入技术涉及从骨头切除一袋物质以在骨头内提供接纳假体装置的 空隙或囊袋。在骨物质的切除结束之后， 将假体装置植入囊袋内。通常用骨粘合剂将假体 装置固定在适当的位置。
通过使用常规技术， 可发生假体装置相对于骨头的有害运动。 具体地讲， 骨头中的 囊袋通常包括提供假体装置与剩余骨头之间的空白空间的伸展间隙。在植入假体装置期 间， 可用骨粘合剂填满或部分填满该伸展间隙， 以使得可均匀地或近乎均匀地分散骨粘合 剂。图 34 显示植入胫骨的内髁 12( 显示外髁 14 以供参考 ) 中的常规假体装置 10 的示例 的俯视图。伸展间隙 16 设在假体装置 10 与内髁中的其余骨头的边沿之间。伸展间隙在 胫骨中通常是 0.5-0.8mm， 为了图示的目的， 在该图中扩大了伸展间隙。该伸展间隙可使得 假体装置不是那么完全受约束， 这可容许假体装置的有害运动。 因此， 当力施加于假体装置 时， 假体装置可相对于骨头运动 ( 比如， 旋转或平移 )。例如， 在腿的试咬合期间， 来自股骨 髁的接触力可引起胫骨镶嵌物的有害运动。另外， 当外科医生抵顶假体装置以分散骨粘合 剂和挤出过多的骨粘合剂时， 在最后固定期间， 可发生有害运动。
通过使用常规技术， 还可能不期望地难以适当地将假体装置定位在骨头中的囊袋 中。 例如， 由于难以准确地知道在全髋关节成形术期间骨盆所位于的位置， 所以可能会难以 将髋臼杯定位成期望的倾斜 / 外展和前倾。
发明内容
实施例涉及用于植入骨头中的假体装置。假体装置包括附连到骨头的本体部分， 其中， 所述本体部分包括被构造为在植入时面向骨头的植入表面。假体装置还包括约束结 构， 所述约束结构包括以下中的至少一个 ： (i) 至少一个压缩突起， 所述压缩突起沿本体部 分的横向从植入表面突出， 并被构造为提供所述至少一个压缩突起与骨头之间的压缩力 ； (ii) 至少一个互锁突起， 所述互锁突起从植入表面突起， 并具有互锁 - 突出表面， 所述互 锁 - 突出表面被构造为在该互锁 - 突出表面与植入表面的近侧部分之间的空间中接纳骨 头； 和 (iii) 植入表面中的至少一个凹槽， 所述凹槽被构造为接纳骨头以便以至少两个平 移自由度约束本体部分。所述约束结构被构造为将假体装置约束在骨头中。另一个实施例涉及一种为将假体装置植入到骨头中而规划去骨的方法。 所述方法 包括将代表假体装置的数据存储在计算机可读介质中， 其中， 所述假体装置包括本体部分 和提供约束结构的至少一个特征， 所述本体部分具有被构造为在植入时面向骨头的植入表 面， 所述约束结构会将假体装置约束在骨头中。所述方法还包括基于所述数据定义至少一 个切骨图案， 所述切骨图案用于 ： (i) 去除足以容纳本体部分的第一区域中的第一部分骨 头； 和 (ii) 去除和保留被构造为与约束结构相互作用的第二区域中的第二部分骨头中的 至少一个。
又一个实施例涉及一种用于将骨头制备成接纳假体装置的机器人系统。 所述机器 人系统包括可控引导结构， 所述可控引导结构被构造为引导将骨切割成用于接纳假体装置 的形状。 所述机器人系统还包括用于存储代表假体装置的数据的计算机可读介质， 其中， 所 述假体装置包括本体部分和提供约束结构的至少一个特征， 所述本体部分具有被构造为在 植入时面向骨头的植入表面， 所述约束结构会将假体装置约束在骨头中。所述机器人系统 还包括用于控制引导结构的控制系统， 其中， 所述控制系统被构造为定义至少一个切骨图 案， 所述切骨图案用于 ： (i) 去除足以容纳本体部分的第一区域中的第一部分骨头 ； 和 (ii) 去除和保留被构造为与约束结构相互作用的第二区域中的第二部分骨头中的至少一个。 附图说明 并入本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出本发明的实施例， 并与描述一 起用于说明本发明的各方面。
图 1 是根据实施例的植入胫骨中的囊袋中的假体装置的透视图。
图 2a 是根据实施例的囊袋和在骨头中设置突起的区域的表示的俯视图。
图 2b 是用于切除的骨头的区域的表示的俯视图。
图 2c 是根据实施例的切骨图案的俯视图。
图 2d 是图 1 的胫骨的一部分的俯视图， 该俯视图显示根据图 2c 的切骨图案切除 的囊袋。
图 2e 是囊袋中具有假体装置的图 1 的胫骨的俯视图。
图 3a 是根据实施例的胫骨的一部分的俯视图， 该俯视图显示计划的具有三个突 起的囊袋。
图 3b 是图 3a 的胫骨的俯视图， 该俯视图显示没有假体装置的囊袋。
图 3c 是囊袋中具有假体装置的图 3a 的胫骨的俯视图。
图 4 是根据实施例的胫骨的透视图， 该胫骨具有含有垂直定向的突起的囊袋。
图 5a 是根据实施例的囊袋的外围周边的透视图。
图 5b 是具有图 5a 的囊袋的胫骨的透视图。
图 5c 是根据实施例的囊袋的透视图。
图 5d 是图 5c 的囊袋的外围周边的透视图。
图 6a 显示根据实施例的示例性突起的透视图。
图 6b 是图 6a 的突起的俯视图。
图 6c 是图 6a 的突起的侧视图。
图 6d 是图 6a 的突起的正视图。
图 7a 是根据实施例的仅部分沿着囊袋的垂直深度延伸的突起的侧截面图。
图 7b 是根据实施例的延伸 100％囊袋的垂直深度的突起的侧截面图。
图 8a 是显示根据实施例的假体装置与骨头的突起之间的过盈配合的侧截面图。
图 8b 是显示用于根据实施例的假体装置与骨头的突起之间的过盈配合的过盈距 离的侧截面图。
图 9 是根据实施例的具有水平定向的突起的胫骨的透视图。
图 10 是根据实施例的在囊袋里具有假体装置的股骨的侧截面图。
图 11a 是沿着图 10 的线 A-A 的顶部截面图。
图 11b 是沿着图 10 的线 B-B 的顶部截面图。
图 12a 是根据实施例的植入的第一阶段中的假体装置的侧截面图。
图 12b 是植入的后期阶段中的图 12a 的假体装置的侧截面图。
图 12c 是被植入时的图 12a 的假体装置的侧截面图。
图 13 是根据实施例的假体装置的透视图。
图 14 是图 13 的假体装置的侧视图。
图 15 是图 13 的假体装置的底视图。
图 16a 是根据实施例的植入的第一阶段中的假体装置的侧截面图。 图 16b 是植入的后期阶段中的图 16a 的假体装置的侧截面图。 图 16c 是被植入时的图 16a 的假体装置的侧截面图。 图 17a 是根据实施例的具有突出到假体装置的凹槽中的突起的骨头的俯视图。 图 17b 是沿着图 17a 的线 A-A 截取的假体装置植入囊袋中的截面图。 图 18a 是根据实施例的植入图 17a 的制备的骨头的囊袋中的可替换假体装置的俯 图 18b 是沿着图 18a 的线 B-B 截取的截面图。 图 19a 是根据实施例的具有凹槽的假体装置和骨突起的顶部分解图。 图 19b 是沿着图 19a 中的线 B-B 截取的假体装置被植入的截面图。 图 20 是图 19a 的假体装置的截面图。 图 21a 是根据实施例的具有含有突起的囊袋的股骨的等轴视图。 图 21b 是图 21a 的股骨的侧截面图。 图 22 是用于植入图 21a 的囊袋中的假体装置的透视图。 图 23a 是根据实施例的具有被制备成接纳假体装置的囊袋的髋骨的截面图。 图 23b 是当假体装置插入到图 23a 的髋骨中时该髋骨的截面图。 图 23c 是假体装置已经植入到图 23a 的髋骨中之后该髋骨的截面图。 图 24a 是根据实施例的具有突起的假体装置和具有凹槽的骨头的顶部分解图。 图 24b 是沿着图 24a 的线 C-C 截取的假体装置被植入的截面图。 图 25a 是根据实施例的具有突起的假体装置和具有凹槽的骨头的顶部分解图。 图 25b 是沿着图 25a 的线 A-A 截取的假体装置被植入的截面图。 图 26a 是根据实施例的假体装置的侧视图。 图 26b 是图 26a 的假体装置的俯视图。 图 27 是根据实施例的具有囊袋和植入的包括突起的假体装置的骨头的俯视图。7视图。
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说明书4/16 页图 28a 是根据实施例的在囊袋的底部表面上具有突起的骨头的等轴视图。 图 28b 是根据实施例的在囊袋的底部表面上具有突起的骨头的等轴视图。 图 28c 是根据实施例的在囊袋的底部表面上具有多个突起的骨头的等轴视图。 图 29a 是根据实施例的具有突起的假体装置的侧视图。 图 29b 是根据实施例的具有突起的假体装置的侧视图。 图 30 是根据实施例的机器人系统的等轴视图。 图 31a 是根据实施例的经历创伤并被修复的骨头的进展。 图 31b 是根据实施例的已被修复的骨折的愈合。 图 31c 是根据实施例的各种约束结构几何形状的视图。 图 32a 是根据实施例的被制备成与硬件组件接合的骨块的等轴视图。 图 32b 是根据实施例的硬件组件的俯视图和截面图。 图 33 是根据实施例的已经经历创伤并用用作附加骨块的组件修复的骨头的进 图 34 是植入胫骨中的常规假体装置的俯视图。展。
具体实施方式 在附图中示出了本发明的当前优选实施例。在所有附图中， 尽力使用相同或相似 的标号表示相同或相似的部分。
概述
总地来讲， 优选实施例涉及这样的方法， 这些方法用于规划去骨， 以使得假体装置 的植入可形成骨头与假体装置之间的约束关系。 优选实施例还涉及被构造为实现这样的约 束关系的假体装置和可被用于便于形成这样的约束关系的机器人系统。
总地来讲， 规划方法包括将代表假体装置的数据存储在计算机可读介质中。所述 方法还包括基于所述数据定义至少一个切骨图案， 所述切骨图案用于 ： (i) 去除足以容纳 假体装置的本体部分的第一区域中的第一部分骨头 ； 和 (ii) 去除并保留被构造为与假体 装置的约束结构相互作用的第二区域中的第二部分骨头中的至少一个。 所述方法还可包括 例如在常规的监视器上显示代表所述至少一个切骨图案的信息。 以下对规划方法的特定实 现进行描述， 但是本发明不限于这些特定实现。
以下还对对规划方法有用的假体装置和机器人系统的特定实现进行描述。然而， 本发明不限于这些特定实现， 可在没有规划方法的情况下使用假体装置和机器人系统。
形成向假体装置提供压缩力的骨突起
规划方法的一种这样的实现包括限定切骨图案， 所述切骨图案用于去除足以容纳 假体装置的本体部分的第一区域中的第一部分骨头， 并用于保留第二区域中的第二部分骨 头， 以提供骨头的至少一个突起， 所述突起被构造为与假体装置的植入表面接合， 以提供突 起与植入表面之间的压缩力， 并约束假体装置。尽管该压缩力可使突起或植入表面或者这 二者变形， 但是它不必足以使突起或植入表面变形。
图 1 和 2e 显示植入囊袋 ( 或骨腔 )106 中的假体装置 90( 比如， 胫骨镶嵌物 ) 的 视图， 囊袋 ( 或骨腔 )106 通过依照这样的规划方法从胫骨 100 切除骨头而形成。假体装置 90 优选包括本体部分 91 和植入表面 94， 植入表面 94 被构造为在植入时面对胫骨 100 的骨
头。在该实施例中， 植入表面 94 可形成假体装置 90 的约束结构 107。规划方法提供囊袋 106 中的骨突起 104， 骨突起 104 与约束结构 107 接合， 以约束假体装置 90。
为了实现这样的具有突起 104 的囊袋 106， 如图 2a 所示， 一开始可标识期望在其中 定位突起 104 的区域 109。在该图中， 标识前 A、 后 P、 内侧 M 和外侧 L 方向。然后， 基于代表 假体装置 90 的数据， 定义切骨图案， 所述切骨图案用于去除线 162 内的第一区域 101( 参见 图 2b) 中的第一部分骨头， 第一区域 101 足以容纳假体装置 90 的本体部分 91。还定义切骨 图案 ( 或另一个切骨图案 )， 以去除第二区域 103( 线 161 与 162 之间 ) 中的骨头部分， 同时 保留第二部分骨头， 以提供被构造为与假体装置 90 的约束结构 107 相互作用的突起 104。
在图 2c 中显示了所得的一个切骨图案 ( 或多个切骨图案 )。 该切骨图案被设计为 提供具有突起 104 的囊袋 106， 突起 104 朝向囊袋 106 的中心延伸。然后， 可基于该切骨图 案执行骨切除， 以实现如图 2d 所示的具有突起 104 的囊袋 106。
然后， 如图 2e 所示， 可将假体装置 90 设置在囊袋 106 中。突起 104 优选地以下述 方式与假体装置 90 接合， 即， 在假体装置 90 与突起 104 之间提供压缩力， 以使得能够以相 对高的准确度和精度在胫骨 100 内建立假体装置 90 的布置和位置。可提供突起， 以使假体 装置的有害运动最小或者防止假体装置的有害运动， 所述假体装置的有害运动诸如假体装 置的有害平移或旋转。 此外， 当试用或最终假体装置在适当的位置时， 突起可向从业者提供 实时提示， 诸如听觉、 视觉或触觉提示。
由于当假体装置插入到骨头中的位置中时假体装置与突起的接合， 可类似于 “卡 入” 到位的零件那样生成可听声音， 可在视觉上检查假体装置与骨头之间的接合， 并且从业 者可感觉假体装置与突起之间如何紧贴。因此， 假体装置的构造和假体装置与突起的接合 为从业者提供这样的增强信心， 即， 假体装置对于外科手术规划已被紧密地布置和定位。
可形成这样的囊袋 106 来容纳骨粘合剂或其它接合物质 ( 一般称为粘结剂 )。具 体地讲， 可在假体装置 90 与胫骨 100 的表面之间保持伸展间隙 105， 以使得粘结剂可流到伸 展间隙 105 中， 以部分或全部填满伸展间隙 105， 从而帮助将假体装置 90 固定到胫骨 100。
可控制突起 104 的尺寸和布置， 以提供假体装置的最佳布置和定位。如图 1-2e 的 示例所示， 优选地将胫骨 100 制备成提供四个突起 104。
然而， 可提供更少的突起。 图 3a-3c 显示已经通过下述方式制备的胫骨 100 的一部 分的实施例， 即， 切除骨头， 以提供以与前面的实施例类似的方式接纳假体装置的囊袋 116。 图 3a-3c 的实施例仅具有与假体装置 118 接合的三个骨突起 114， 而不是四个骨突起。
可在各个位置处提供骨突起 104、 114， 以帮助将假体装置 90、 118 布置和定位在胫 骨 100、 110 中。可基于例如骨突起的数量来选择这样的突起的位置。例如， 更多数量的骨 突起可使得关于假体装置的植入表面 ( 诸如假体装置的外围表面 ) 的骨突起之间的距离更 小。可提供其它数量的骨突起， 例如 5 个、 6 个或更多个骨突起， 可选择这些数量的骨突起 来影响假体装置与骨头之间的压缩力的分布和影响设在假体装置与骨头之间的伸展间隙 的量。例如， 可选择突起的数量， 以提供假体装置与骨头之间的力的有利分布 ( 例如通过选 择更多数量的突起和被构造为与这样的突起接合的假体装置 )， 但是更大尺寸的伸展间隙 ( 其通过骨粘合剂或其它固定物质提供假体装置与骨头之间的增强接合 ) 指示更少数量的 突起。因此， 当确定要使用哪个假体装置和所选择的突起的数量以及尺寸和 / 或形状时， 必 须考虑各种要考虑的因素。优选地， 突起被构造为沿着囊袋的外围周边 161 的至少 1％且不多于外围周边 161 的 75％延伸 ( 参见图 2b)。或者更特定地， 制备的解剖结构的水平长度可在外围周边 161 的 10％与 50％之间延伸， 或者更特定地， 外围周边 161 的 20％与 35％之间。
另外， 可控制骨突起的尺寸和位置， 以影响骨突起与假体装置之间提供的压缩力 和使保留的骨组织的量最大。 骨突起和假体装置的耐用性可通过控制骨突起的尺寸和位置 来优化。例如， 可通过选择假体装置的构造和与假体装置接合的突起的数量和 / 或尺寸来 分布和优化假体装置与骨头之间的力， 从而使假体装置或者骨头的区域 ( 诸如突起 ) 的有 害损坏或故障最小或者防止假体装置或者骨头的区域 ( 诸如突起 ) 的有害损坏或故障。
骨突起可具有各种几何形状， 例如球体、 圆柱体、 圆锥体、 椭圆轨道或者其它几何 形状。在另一个示例中， 骨突起可基本上形成假体装置的配合表面的凹模或者骨头中基本 上与假体装置的配合表面的形状匹配的腔体或凹口。 这样的骨突起的形式可以是三维或二 维。
还可改变骨突起的方位来影响假体装置与骨头之间的接合。如图 4 的示例所示， 可在骨头 120 中提供骨突起 122， 以使得骨突起 122 相对于骨头 120 在垂直方向上延伸。在 另一个示例中， 如图 9 的示例所示， 可在骨头 124 中准备骨突起 126， 以使得骨突起 126 相对 于骨头 124 在基本上水平的方向上延伸。 另外， 可改变和选择骨突起的形状和尺寸来影响假体装置与骨头之间的接合。骨 突起的合适尺寸不仅对于假体装置的最终布置和定位很重要， 而且对于植入手术期间容易 地插入和移除试用假体装置以使得可在最终植入之前估计假体装置在骨头中的约束也很 重要。此外， 骨突起的尺寸和形状的选择可影响骨突起的位置。因此， 这里所述的假体装置 和方法有利地帮助最终被植入并被固定到骨头的假体装置和试用假体装置的布置和定位， 以使得外科手术的结果可更接近于外科手术规划。
图 5a 显示如图 5b 的示例所示的在骨头 136 中制备的囊袋 134 的示例性外围周边 的透视图。如图 5a 和 5b 的示例所示， 由骨头 136 形成的突起可具有突出到囊袋 134 中的 形状， 以使得突起形成与假体装置的特征接合的约束面 130。突起可被成形为具有弯曲区 域 132， 诸如在突起的约束面 130 的侧边或边沿上。这样的弯曲区域 132 可被用于增大突 起的尺寸， 以增大当与假体装置接合时突起可承受的力的量。可选择弯曲区域的形状来避 免锐角， 这些锐角可充当可导致假体装置与骨头之间的突起或接合破坏的应力提升器或倍 增器。另外， 如图 5c 所示和如图 5d 所示， 囊袋的拐角 138 可被有利地成形为避免锐角和影 响设在假体装置与骨头之间的伸展间隙， 图 5c 显示示例性囊袋 139 内的包括拐角 138 的拐 角， 图 5d 显示囊袋 139 的包括拐角 138 的外围周边。
图 6a 显示以下述方式形成在骨头的表面 142 上的示例性突起 140 的透视图， 即， 突起 140 延伸到形成在骨头内的囊袋 144 中。图 6b 显示图 6a 的突起的俯视图， 图 6c 显示 图 6a 的突起的侧视图， 以及图 6d 显示图 6a 的突起的前视图。如图 6a-6d 的示例所示， 突 起 140 可具有被构造为与假体装置接合的约束表面 146。约束表面 146 可具有如下选择的 尺寸， 即， 使得假体装置与突起 140 之间的接合最大， 从而使假体装置的有害运动最小或者 防止假体装置的有害运动， 而且还提供假体装置与骨头之间的、 也用以约束假体装置的合 适尺寸的伸展间隙。例如， 按优先顺序， 这样的约束表面 146 优选可具有 1-15mm、 1-10mm、 2-8mm、 2-5mm、 2-3mm 或者 2mm 或 3mm 的宽度 X。在另一个示例中， 按优先顺序， 约束表面可
从骨头的环绕表面突出 0.01-10mm、 0.1-5mm、 0.25-2mm、 0.5-1mm 的距离。
还可改变突起的垂直长度来控制假体装置与骨头之间的接合、 伸展间隙的量和准 备期间保留的骨头组织的量。如图 7a 的示例所示， 相对于设在骨头内的囊袋的总深度 L2， 突起 140 可具有垂直高度 L1。突起 140 的这样的垂直高度 L1 可被表达为突起 140 的垂直 高度 L1 与总深度 L2 之比。可以以下述方式制备突起， 即， 突起具有 5-100 ％的垂直高度 比。图 7b 显示具有垂直高度 L1 的突起 140 的示例， 垂直高度 L1 延伸囊袋的总深度 L2 的 100％。在另一个示例中， 按优先顺序， 突起可具有 10-90％、 20-80％、 25-45％或 40％的垂 直高度比。 可替换地， 突起的垂直高度可用突起的垂直高度与假体装置的高度之比来表达。 例如， 按优先顺序， 突起可具有 10-90％、 20-80％、 25-45％或 40％的垂直高度比。在另一个 示例中， 按优先顺序， 每个突起的尺寸能够具有 1-99％、 5-90％、 5-80％、 10-50％、 15-30％ 的突起面积与总面积之比。
假体装置和突起的尺寸优选能够提供突起与假体装置的约束特征之间的过盈配 合或压力配合。图 8a 显示假体装置 150 与骨头 152 之间的示例性过盈配合的侧视图。这 样的假体装置 150 可被构造为提供假体装置 150 与骨头 152 之间的顺从性， 以使得假体装 置 150 和骨头 152 可适应在假体装置 150 与骨头 152 之间产生的压缩力。当假体装置 150 的植入表面 158 与骨头的 ( 诸如突起处的 ) 表面 156 的尺寸过大以使得表面 158、 156 在空 间区域 ( 诸如图 8a 的示例中所指示的区域 159) 中重叠时， 可形成这样的过盈配合。 如图 8b 的示例所示， 假体装置 150 和骨头 152 可在过盈区域 159 中重叠距离 X1， 该距离 X1 按优先顺序可以是例如 0.25-0.75mm、 0.33-0.66mm、 0.40-0.6mm 或 0.5mm 的距 离。可替换地， 骨头的制备的解剖结构和假体装置可被构造为在假体装置与骨头之间存在 0mm 的过盈配合， 以使得假体装置和骨头线到线地且基本上没有空间重叠地组装在一起。 骨 头 152 的表面 156 可被成形为适应和分布骨头 152 与假体装置 150 之间提供的压缩力。例 如， 骨头 152 的与假体装置 150 接合的表面 156 可具有倒圆的或平坦的形状。
可设计假体装置和骨突起， 以使得假体装置与骨头之间提供的压缩力通常保持在 期望的范围内。当设计假体装置和任何制备的解剖结构时， 可利用以下公式 ：
σA ＝ F/A，
σA ＝ E·ε，
其中， σA 代表施加于给定面积的应力， F 代表施加于该面积的力， A 代表面积的量， E 代表材料的模量， 并且 ε 代表材料中引起的应变的量。假体装置或骨头中引起的应力的 量还可以取决于骨头中的制备的解剖特征是临时性的特征 ( 诸如假体装置的试用期间使 用的特征 ) 还是永久性的制备的解剖特征。例如， 如果制备的解剖特征被设为永久性特征， 则假体装置和制备的解剖结构可被设计为 σA 小于 σb， σb 代表骨头的抗屈强度。在另一 个示例中， 假体装置和制备的解剖结构可被设计为 σA 大于 0.1σb 且小于 0.8σb， 或者大于 0.3σb 且小于 0.7σb。 相反， 如果骨头的制备的解剖特征是临时性特征， 则假体装置和制备 的解剖特征可被设计为 σA 大于或等于 σb。更具体地讲， 假体装置和制备的解剖特征可被 设计为 σA 小于或等于 0.5σb。
制备的解剖特征的外围长度可被选择为 ： 使得假体装置与制备的解剖特征之间的 接合最大， 从而使假体装置的有害运动最小或者防止假体装置的有害运动， 而且还提供假 体装置与骨头之间的、 也用以约束假体装置的合适尺寸的伸展间隙， 骨粘合剂或另一种接
合物质设在伸展间隙中。
虽然以上示例涉及用于胫骨的假体装置， 但是本发明还可应用于其它骨头和关 节， 诸如髋关节。 图 10 是股骨 300 的截面图， 股骨 300 已被制备成提供用于假体装置 302 的 囊袋， 假体装置 302 即为股骨柄， 已被插入到形成在股骨 300 中的皮质骨 305 中的开口中。 假体装置 302 可包括本体部分 301。 根据另一个示例， 假体装置可以是包括塑料扶正器的混 合系统， 但是本发明不需要一个塑料扶正器。例如， 股骨 300 的制备的解剖结构可以在没有 附加组件或特征的情况下足以为假体装置 302 提供期望的角度， 以提供准确的、 接近外科 手术规划的内翻 / 外翻角。
股骨 300 的囊袋可被制备成为骨粘合剂 304 或另一种接合物质提供假体装置 302 与股骨 300 之间的伸展间隙。另外， 股骨 300 已被制备成提供与假体装置 302 接合的一个 或多个制备的解剖结构。
如图 11a 和 11b 所示， 制备的解剖结构可被设为从股骨 300 的表面延伸并与假体 装置 302( 诸如假体装置 302 的植入表面 301 上的约束结构 307) 接合的突起 306， 图 11a 是 沿着图 10 中的线 A-A 的截面图， 图 11b 是沿着图 10 中的线 B-B 的截面图。突起 306 可被构 造为与假体装置 302 接合， 以提供突起 306 与假体装置 302 之间的压缩力。例如， 假体装置 可包括从假体装置的植入表面的侧边部分突出的多个突起。根据另一个示例， 突起可如图 10-11b 的示例所示那样垂直延伸， 和 / 或可如关于这里的示例所述的那样沿着为股骨 300 设置的囊袋的外围周边延伸。如图 11a 和 11b 的示例所示， 突起 306 可被设为与假体装置 302 的表面接合的三个突起或四个突起。 在另一个示例中， 可设置五个或更多个突起。 突起 306 可被用于在为骨粘合剂 304 或其它接合物质提供伸展间隙的同时使假体装置 302 在股 骨 300 的囊袋内居中。 上述骨突起优选是永久性的， 即， 在假体装置完全被植入囊袋中之后， 它们基本上 保持完整无损。然而， 并不要求骨突起是永久性的。它们相反可以是临时性的。例如， 可在 外科手术的特定阶段期间利用骨突起来定位假体装置， 其后可消除 ( 比如， 压碎 ) 骨突起。 作为特定示例， 骨突起可被用于实现假体装置的初始定位， 并且当外科医生例如通过冲击 力将假体装置打入到最终植入位置时， 骨突起可被构造为被压碎以使得假体装置可移动到 最终植入位置中。 作为另一个可替换方案， 骨突起可被用于定位试用假体装置， 然后当永久 性假体装置被植入时压碎该试用假体装置。
形成突出到假体装置中的凹槽中的骨突起
规划方法的另一种实现包括定义切骨图案， 所述切骨图案用于去除足以容纳假体 装置的本体部分的第一区域中的第一部分骨头， 并用于保留第二区域中的第二部分骨头的 一部分， 以提供突起， 该突起被构造为突出到假体装置中的、 形成约束结构的至少一部分的 凹槽中。
在该实施例中， 骨头中的囊袋可通过与上述处理类似的处理来形成。 然而， 骨表面 可被制备成提供与假体装置的约束结构 ( 即， 凹槽 ) 相互作用的突起。
图 12a 显示当示例性假体装置 50 正被植入到骨头 60 中时假体装置 50 的截面图。 图 12b 显示植入到骨头 60 中的后期阶段中的假体装置 50， 并且图 12c 显示植入到骨头 60 中之后的假体装置 50。
如图 12a 的示例所示， 假体装置 50 可包括植入表面 58 和约束结构， 所述约束结构
包括第一突起 54 和第二突起 56， 第一突起 54 和第二突起 56 沿如图 12c 的示例中的箭头 L 所示的横向从假体装置 50 的植入表面 58 突出， 以形成凹槽 52。第一突起 54 和第二突起 56 均可以是围绕假体装置 50 的外围的至少一部分延伸的单个连续突起， 或者均可包括围 绕假体装置 50 的外围散布的多个离散突起。类似地， 凹槽 52 可以是围绕假体装置 50 的外 围延伸的单个连续沟槽， 或者可以是围绕假体装置 50 的外围散布的多个离散沟槽。
如图 12a-12c 的示例所示， 凹槽 52 可接纳骨头 60 的突起 62， 并与突起 62 接合， 以 约束假体装置 50。在假体装置 50 与骨头 60 之间提供这样的接合使得从业者可将假体装 置 50“卡入” 到位， 从而提供这样的信心， 即， 假体装置 50 已基本上根据外科手术规划被植 入， 同时使得假体装置 50 的有害运动最小或者防止假体装置 50 的有害运动。
骨头 60 可具有与假体装置 50 接合的一个或多个骨突起 62。骨突起 62 可以是沿 着假体装置 50 的外围的一部分或整个延伸的单个环形骨突起 62 或者沿着假体装置 50 的 外围散布的多个离散骨突起 62。
凹槽 52 还可用作在植入假体装置 50 期间被部分或全部填满骨粘合剂或其它固定 物质的侧面接合剂沟槽。
图 13 显示诸如刚刚论述的示例中的用于植入到胫骨中的假体装置 20( 即， 胫骨镶 嵌物 ) 的示例。如图 13 的示例所示， 假体装置 20 可包括附连到骨头的本体部分 22 和植入 表面 24， 植入表面 24 被构造为在植入假体装置 20 时面向骨头。假体装置 20 可包括在植 入期间增强假体装置 20 的布置和定位的约束结构。在图 13 所示的示例中， 假体装置 20 可 包括作为约束结构的第一突起 26。第一突起 26 可沿本体部分 22 的横向从假体装置 20 的 植入表面 26 突出， 以使得第一突起 26 被构造为与骨部分 ( 诸如骨头的凹槽或突起 ) 接合。 假体装置 20 还可包括如图 13 和 14 的示例所示的第二突起 28， 图 14 是图 13 所示的假体装 置 20 的侧视图。可替换地或者除了第一突起 26 之外， 第二突起 28 可以用作约束结构， 这 是因为第二突起 28 也可沿本体部分 22 的横向从假体装置 20 的植入表面 24 突出， 以使得 第二突起 28 被构造为与骨头的制备的特征接合， 所述制备的特征诸如被成形为接纳第二 突起 28 的凹槽或沟槽。
第二突起 28 可具有与用于制备骨头表面的器械匹配的形状。 例如， 第二突起 28 可 具有与用于制备骨头表面的器械的尺寸匹配的边沿半径， 诸如毛刺的半径， 例如 6mm 毛刺。 根据另一个示例， 假体装置 20 可被构造为假体装置 20 的所有特征对应于最少数量的器械， 以便利于骨制备。例如， 假体装置 20 可被构造为例如 6mm 毛刺的单个毛刺可被用于制备用 于假体装置 20 的骨头。
假体装置 20 可包括如图 13 和 14 的示例所示的凹槽 30。侧凹槽 30 可被形成为 植入表面 24 中的凹槽， 该凹槽为骨粘合剂或另一种接合物质提供空间， 以使得可在假体装 置 20 与假体装置 20 被植入到其中的骨头之间提供相对大的固定力。因此， 假体装置 20 可 具有与高嵌体设计的拨出强度相当的拨出强度。这样的侧凹槽 30 按优先顺序可具有例如 0.25-10mm、 0.25-5mm、 0.5-3mm、 1-2mm 的尺寸。在相反方向上， 可应用相同的尺寸。形式的 形状可以是矩形、 圆形、 楔形、 圆柱形、 弓形、 波状或其它合适的形式， 诸如那些可由诸如刳 刨机的工具制成的形式。
假体装置 20 可包括在植入期间帮助假体装置 20 的布置和定位的一个或多个 x 射 线标记钢钉 34。另外， 如图 15 的示例所示， 假体装置 20 的底部表面可包括凹槽 38， 图 15显示字母 D 形式的粘合剂囊袋。
图 16a 显示当另一个示例性假体装置 70 正被植入到骨头 80 中时假体装置 70 的 截面图。图 16b 显示植入到骨头 80 中的后期阶段中的假体装置 70， 并且图 16c 显示植入到 骨头 80 中之后的假体装置 70。
在图 16a-16c 的示例中， 假体装置 70 包括植入表面 72 和约束结构。 该约束结构可 由突起 74 形成， 突起 74 从假体装置 70 的植入表面 72 突出， 以在假体装置 70 的侧面形成 凹槽。这样的突起 74 可以是围绕假体装置 70 的外围的至少一部分延伸的单个连续突起， 或者可包括围绕假体装置 70 的外围散布的多个离散突起。这样的突起 74 可与骨头 80 接 合， 以约束假体装置 70， 从而帮助将假体装置 70 固定到骨头 80， 并使假体装置 70 的有害运 动最小或者防止假体装置 70 的有害运动。
骨头 80 包括骨突起 82， 骨突起 82 可以是围绕在骨头 80 中为假体装置 70 形成的 腔体的外围的至少一部分延伸的单个连续突起， 或者可包括围绕骨头 80 中的腔体的外围 散布的多个离散突起。如图 16a-16c 的示例所示， 突起 82 可形成凹槽 84， 凹槽 84 可容纳假 体装置 70 的突起 74。因此， 突起 74 被构造为在凹槽 84 处与骨头 80 接合， 以使得假体装置 70 被约束。类似地， 骨头形成延伸到由突起 74 形成的凹槽中的突起。
图 17a 显示具有制备的囊袋 172 的骨头 170 的示例。骨头 170 包括由骨头形成 的、 设在囊袋 172 内的突起 174。如图 17b 所示， 突起 174 可从制备的囊袋 172 的底部表面 垂直延伸到囊袋 172 中， 图 17b 是沿着图 17a 中的线 A-A 的截面图。这样的突起 174 可被 插入到假体装置中的对应的凹槽或孔中， 以使假体装置在囊袋 172 内居中以及将假体装置 布置和定位在囊袋 172 内， 并使假体装置的有害运动最小或者阻止假体装置的有害运动。
图 18a 是可与图 17a 和 17b 的制备的骨头一起使用的示例性假体装置 180 的俯视 图。如图 18b 所示， 假体装置 180 可包括接纳骨头 170 的骨突起 174 的凹槽或孔， 图 18b 是 沿着图 18a 的线 B-B 的截面图。假体装置 180 还可包括骨突起内的、 用以为骨粘合剂或其 它固定物质提供伸展间隙或空间的沟槽或底切割部位 184。
骨头中制备的凹槽和约束结构还可被构造为彼此互锁， 以约束假体装置。 例如， 图 19a 是假体装置 200 和骨头 202 的俯视图， 骨头 202 已被制备成包括一个或多个互锁突起 204。如图 19b 所示， 互锁突起 204 可从骨头 202 垂直向上延伸， 图 19b 是沿着图 19a 的线 B-B 的截面图， 并且假体装置 200 可包括一个或多个凹槽或沟槽 206， 凹槽或沟槽 206 被构 造为例如通过在图 19a 中的箭头 S 所指示的方向上将假体装置 200 滑到骨头中来接纳互锁 突起 204。如图 19a 和 19b 的示例所示， 沟槽 206 可具有与互锁突起 204 的形状匹配的形 状。在另一个示例中， 骨突起 204 可具有促进假体装置与骨头之间的互锁的锥形形状或其 它形状。
假体装置 200 的植入表面中的凹槽或沟槽 206 可被构造为接纳骨头以便以至少两 个平移自由度约束假体装置 200 的本体部分。 例如， 凹槽或沟槽 206 可被构造为在与图 19a 的示例中的箭头 S 所指示的滑动方向垂直的方向上约束假体装置 200。
凹槽或沟槽 206 可包括至少一个侧壁 221， 侧壁 221 具有用于接合骨头以便以至少 两个平移自由度约束假体装置 200 的本体部分的部分。 例如， 凹槽 206 可包括内表面 205 和 凹进表面 207， 凹进表面 207 设置在内表面 205 与假体装置 200 的植入表面的近侧部分 203 之间， 以在凹进表面 207 与内表面 205 之间形成用于接纳骨头的互锁突起 204 的互锁突出表面的空间 209。凹进表面 207 优选包括相对于植入表面的近侧部分 203 成钝角延伸的基 本平面的部分 211。 在另一个示例中， 互锁突起 204 包括与附加凹进表面 225 接触的附加互 锁 - 突出表面， 附加凹进表面 225 被构造为在附加凹进表面 225 与内表面 205 之间的空间 中接纳骨头。在另一个示例中， 凹进表面 207 可包括基本弓形的部分。在另一个示例中， 凹 槽或沟槽可包括附加凹进表面， 该附加凹进表面被构造为形成该凹槽或沟槽的附加凹进表 面与内表面之间的用于接纳骨头的空间。
图 20 显示可与图 19a 和 19b 所示的方法一起使用的示例性假体装置 36 的截面图。 如图 20 所示， 假体装置可包括假体装置 36 的底部表面上的一个或多个凹槽 38。凹槽 38 可 被构造为在植入假体装置 36 期间容纳骨粘合剂或另一种接合物质， 以增强假体装置 36 的 布置和定位。因此， 凹槽 38 可用作假体装置 36 的约束结构， 假体装置 36 的底部表面用作 植入表面。在植入假体装置 36 期间， 可用骨粘合剂或另一种接合物质部分或全部填满这样 的凹槽 38。
假体装置 36 可具有一个或多个 x 射线标记钢钉 42。此外， 除了凹槽 38 之外， 假体 装置 36 还可包括诸如上述凹槽的凹槽或侧面粘合剂沟槽 44。如这里所述， 这样的凹槽 44 可由一个或多个突起形成。 在另一个示例中， 该方法还可应用于股骨。图 21a 显示已被制备成提供用以接纳 假体装置的囊袋 291 的股骨 290。囊袋 291 已被选择性地制备成提供制备的解剖结构 292， 制备的解剖结构 292 被构造为与假体装置接合， 以布置和定位假体装置， 以使得假体装置 的有害运动最小或者防止假体装置的有害运动。如图 21a 的示例所示， 这样的制备的解剖 结构 292 可以是从股骨 290 的表面延伸的突起。
图 21b 显示图 21a 的股骨 290 的侧截面图。如图 21b 所示， 股骨可被制备成提供 与假体装置 ( 诸如图 22 的装置 294) 接合的多个制备的解剖结构 292， 所述假体装置包括与 解剖结构 292 接合的一个或多个约束结构， 诸如突起 296。如图 22 的示例所示， 假体装置 294 可包括一个或多个约束结构 296。如关于这里的示例所述的， 约束结构 296 可以是从假 体装置的表面延伸的突起。这样的突起可与股骨接合， 以提供股骨与假体装置之间的压缩 力。假体装置可以是如图 22 的示例所示的全膝假体装置， 或者可以是单髁假体装置或者全 膝或单髁假体装置的片段。
制备的解剖结构 292 可以是被构造为接纳假体装置的特征并与假体装置的特征 接合的多个凹槽或沟槽。制备的解剖结构 292 可以是如图 21b 的示例所示的离散结构， 或 者可以是单个连续结构。如图 21b 的示例所示， 制备的解剖结构可在前 - 后方向上延伸。
该方法还可应用于髋臼髋关节假体装置。在全髋关节成形术中， 髋臼接纳形式通 常为球形的杯。在冲击技术中， 杯被按压为尺寸稍微小的紧密配合形式。然而， 由于杯的形 状， 倾斜和 / 或外展可发生， 使得植入可能偏离外科手术规划。
图 23a 显示髋骨 310 一部分的示例， 髋骨 310 包括用于假体装置的制备的囊袋 312。髋骨 310 可被制备成包括与假体装置接合的制备的解剖结构并提供髋骨与假体装置 之间的压缩力。例如， 制备的解剖结构可以是如图 23a 的示例所示的突起 314。
如图 23b 的示例所示， 假体装置 316 可被构造为包括与髋骨 310 的制备的解剖结 构接合的约束结构， 诸如突起和 / 或凹槽 318， 图 23b 显示当假体装置正被插入到髋骨 310 的囊袋 312 中时的假体装置。图 23c 显示植入结束之后的假体装置 316。根据示例， 如图
23b 和 23c 所示， 假体装置 316 的端部 317 可与髋骨 310 的突起 314 中的一个或多个接合。 根据另一个示例， 假体装置包括至少一个凹槽 319， 凹槽 319 包括侧壁 313， 侧壁 313 具有至 少两个用于接合髋骨 310 以便至少两个平移自由度约束髋臼杯的本体部分的部分。
通过在假体装置 316 中提供约束结构和在髋骨 310 中提供制备的解剖特征， 由于 假体装置 316 的有害运动， 可与外科手术规划的偏差很小或者没有的情况下将假体装置 316 布置和定位在髋骨中。 另外， 假体装置 316 中的约束结构和髋骨 310 中的制备的解剖特 征可提供假体装置 316 在髋骨 310 内的受控放置， 从而已经根据外科手术规划提高假体装 置 316 的植入的信心。
形成接纳假体装置的突起的骨凹槽
规划方法的另一种实现包括定义切骨图案， 所述切骨图案用于去除足以容纳假体 装置的本体部分的第一区域中的第一部分骨头， 并用于去除第二区域中的第二部分骨头的 一部分， 以提供凹槽， 该凹槽被构造为接纳假体装置的形成约束结构的至少一部分的突起。 例如， 假体装置的约束结构可包括至少一个互锁突起， 所述互锁突起从植入表面突出， 并具 有互锁 - 突出表面， 所述互锁 - 突出表面被构造为在该互锁 - 突出表面与植入表面的近侧 部分之间的空间中接纳骨头。 图 24a 是根据另一个示例的假体装置 210 和已被制备成包括一个或多个凹槽或沟 槽 214 的骨头 212 的俯视图。假体装置 210 包括从假体装置 210 的植入表面 215 突出的一 个或多个互锁突起 216。如图 24b 所示， 可例如通过如图 24a 的箭头 S 所指示的那样从骨 头 212 的外侧朝向骨头 212 滑动假体装置 210 来将假体装置 210 的互锁突起 216 插入到骨 头 212 的沟槽 214 中， 图 24b 是沿着图 24a 的线 C-C 的截面图。如图 24a 和 24b 的示例所 示， 假体装置 210 可被构造为包括互锁 - 突出表面 217， 互锁 - 突出表面 217 被构造为在互 锁 - 突出表面 217 与植入表面的近侧部分 213 之间的空间 219 中接纳骨头。互锁 - 突出表 面 217 可包括相对于植入表面的近侧部分 213 成锐角地在近侧部分上方延伸的基本平面的 部分 229。可替换地， 互锁 - 突出表面 219 可包括基本弓形的部分 227。
图 25a 是根据另一个实施例的假体装置 194 和已被制备成包括一个或多个凹槽或 沟槽 192 的骨头 190 的俯视图。假体装置 194 包括从假体装置 194 的植入表面 198 突出的 一个或多个互锁突起 196。例如， 互锁突起 196 可从植入表面 198 的底侧部分 223 突出。如 图 25b 所示， 可例如通过如图 25a 的箭头 S 所指示的那样从骨头 190 的外侧朝向骨头 190 滑动假体装置 194 来将假体装置 194 的互锁突起 196 插入到骨头 190 的沟槽 192 中， 图 25b 是沿着图 25a 的线 A-A 的截面图。因此， 互锁突起 196 和沟槽 192 可相对于骨头 190 布置 和定位假体装置 194， 以使得假体装置 194 的有害运动最小或者防止假体装置 194 的有害运 动。互锁突起 196 和沟槽 192 可具有如图 25a 和 25b 的示例所示的楔形形状或者促进假体 装置与骨头之间的互锁的其它形状。
如图 25a 和 25b 的示例所示， 假体装置 194 可被构造为包括互锁 - 突出表面 197， 互锁 - 突出表面 197 被构造为在互锁 - 突出表面 197 与植入表面的下部 199 之间的空间 195 中接纳骨头。如图 25a 和 25b 所示， 互锁 - 突出表面 197 可包括基本平面的部分， 该部 分在植入表面的下部 199 上方突出， 并相对于植入表面的下部 199 成锐角延伸。
假体装置的植入表面中的凹槽或沟槽可被构造为接纳骨头以便以至少两个平移 自由度约束假体装置的本体部分。 例如， 凹槽或沟槽可被构造为将假体装置约束在与图 24a
和 25a 的示例中的箭头 S 所指示的滑动方向垂直的方向上。
以上关于图 24a、 24b、 25a 和 25b 描述的凹槽或沟槽和突起可与骨粘合剂或者将假 体装置固定到骨头的其它接合物质一起使用。可替换地， 这些凹槽或沟槽和突起可被用于 在没有骨粘合剂或其它粘结物质的情况下将假体装置约束在骨头中。
图 26a 显示具有多个约束结构的假体装置 328( 即， 髋臼杯 ) 的另一个示例， 所述 约束结构可以是如图 26a 和 26b 所示的多个垂直延伸的突起 330。图 26a 和 26b 所示的突 起可被构造为与髋骨的制备的解剖特征接合， 以提供突起与制备的解剖结构之间的期望定 位。
在另一个示例中， 凹槽或沟槽可包括侧壁， 该侧壁具有至少两个用于接合骨头以 便以至少两个平移自由度约束假体装置的本体部分的部分。 凹槽或沟槽可包括内表面和凹 进表面， 凹进表面设置在内表面与假体装置的植入表面的近侧部分之间， 以形成凹进表面 与内表面之间的用于接纳骨头的空间。在另一个示例中， 凹进表面可包括相对于植入表面 的近侧部分成钝角延伸的基本平面的部分。例如， 凹进表面可被设为楔形榫头的形状。在 另一个示例中， 凹进表面可包括基本弓形的部分。 在另一个示例中， 凹槽或沟槽可包括附加 凹进表面， 该附加凹进表面被构造为形成该凹槽或沟槽的附加凹进表面与内表面之间的用 于接纳骨头的空间。
接纳具有压缩突起的假体装置
为了提供假体装置在骨头中的增强布置和定位， 假体装置可包括附连到的骨头的 本体部分和被构造为将假体装置约束在骨头中的约束结构， 本体部分包括被构造为在植入 时面向骨头的植入表面。约束结构可包括从植入表面突出的至少一个突起。这样的突起可 沿本体部分的横向从植入表面突出， 并可被构造为提供假体装置与骨头之间的压缩力。这 样的突起可通过使突起被压缩、 骨头被压缩或者突起和骨头都被压缩来产生压缩力。
图 27 显示植入骨头 500( 诸如胫骨 ) 中的假体装置 510 的示例。假体装置 510 包 括至少一个约束结构， 诸如突起 512， 所述约束结构从假体装置 510 的植入表面 514 突出， 以 与骨头 500 在骨头 500 内制备的囊袋内的表面接合， 从而提供假体装置 510 与骨头 500 之 间的压缩力。这样的突起 512 可具有如关于这里所述的示例性突起所述的不同的尺寸和形 状， 并可被构造为提供与骨头 500 的过盈配合。通过提供假体装置 510 与骨头 500 之间的 压缩力， 可帮助假体装置 510 的布置和定位， 并可使假体装置 510 的有害运动最小或者防止 假体装置 510 的有害运动。
在以上各个实施例中所述的突起优选是永久性的， 即， 在假体装置已被完全植入 囊袋中之后， 它们保持基本上完整无损。然而， 并不要求突起是永久性的。它们相反可以是 临时性的。例如， 可在外科手术的特定阶段期间利用突起来定位假体装置， 其后可消除 ( 比 如， 压碎 ) 假体装置。作为特定示例， 突起可被用于实现假体装置的初始定位， 并且当外科 医生例如通过冲击力将假体装置打入到最终植入位置中时， 突起可被构造为被压碎， 以使 假体装置可移动到该最终植入位置中。
提供用于定位假体装置的突起
根据另一个示例， 骨头内制备的囊袋的底部表面可包括制备的解剖结构， 假体装 置被构造为与该制备的解剖结构接合， 以使得假体装置被约束， 以使有害运动最小。如图 28a 的示例所示， 可在骨头 250 中制备囊袋 252， 并可在囊袋 252 的骨表面 256 上形成至少一个突起 254。可通过下述方式制备突起 254， 即， 选择性地去除和保留骨组织， 以提供垂直 延伸到囊袋 252 中的突起 254。突起 254 可以是如图 28a 的示例所示的十字形形状的单个 突起， 或者可以是具有各种形状的一个或多个离散突起。
突起 254 可被用于控制假体装置插入到囊袋 252 中的深度。例如， 突起 254 的高 度可被设计， 以控制假体装置在囊袋 252 内的深度和 / 或控制假体装置与骨头 250 之间的 用于骨粘合剂或其它接合物质的伸展间隙。 因此， 假体装置可坐落在或者被放置在囊袋 252 内的一个或多个突起 254 的顶部。 在另外的示例中， 突起 254 可使得从业者可在更少的时间 内制备囊袋 252， 这是因为可以以相对高的精度制备突起 254 的顶部接合表面， 同时可以以 较低的精度制备底部表面 256 的其余部分， 这使得囊袋 252 的制备可在较少的时间内完成。 另外， 通过提供与假体装置接合并支承假体装置的一个或多个突起 254， 通过在突起 254 的 底部表面 256 上方支承假体装置， 避免了否则将会出现在底部表面 256 中的任何突点以及 它们对假体装置的布置和定位的影响。
图 28b 显示在骨头 260 中制备的囊袋 262 的另一个示例。骨头 260 已被选择性地 制备成提供围绕囊袋 262 的底部表面 266 的外围周边延伸的单个连续环形突起 264。如以 上关于图 28a 的示例所述的， 这样的突起 264 可被用于与假体装置接合并支承假体装置。
图 28c 显示在骨头 270 中制备的囊袋 272 的另一个示例。骨头 270 已被选择性地 制备成提供从囊袋 272 的底部表面 276 垂直向上延伸的多个突起 274。如以上关于图 28a 的示例所述的， 这样的突起 274 可与假体装置接合并支承假体装置。突起 274 可具有基本 上平坦的、 稍微倒圆的或其它形状的顶部表面 278， 以便利于假体装置与突起之间的接合。
图 29a 显示包括多个约束结构的假体装置 320( 即， 髋臼杯 ) 的示例。如图 29a 的 示例所示， 约束结构可以是沿着假体装置 320 的外表面径向延伸的多个突起 322。 这样的突 起可被构造为提供假体装置与假体装置与其接合的骨头之间的期望位置。图 29b 显示包括 多个水平定向的约束结构 ( 诸如突起 326) 的假体装置 324 的示例。
根据另一个示例， 制备的解剖结构可被用于帮助假体装置在植入骨头中期间的布 置和 / 或定位。这样的制备的解剖结构可被用于帮助布置和 / 或定位假体装置的一个或多 个表面， 诸如第一基准面、 第二基准面和 / 或第三基准面。例如， 这里所述的骨制备的技术 可被用于在骨盆区中提供几何地标。这样的几何地标可帮助植入假体装置。例如， 制备的 解剖结构可在骨盆区中提供用作参考的地标， 所述参考提供在植入假体装置期间骨盆的定 位信息。 在另一个示例中， 可执行骨头的选择性去除或不去除来提供制备的解剖结构， 并且 假体装置可具有与制备的解剖结构接合或紧密配合的对应的特征， 诸如表面、 突起或凹槽。 这两种类型的制备的解剖特征可提供假体植入的更佳定位和外科医生布置假体装置的视 觉验证， 从而提高假体装置的植入已完全成功的信心。
代替假体装置或者除了假体装置之外， 这里所述的制备的解剖结构 ( 诸如骨突 起 ) 还可被用于布置或定位器械。例如， 当定向和定位包括必须被准确地插入到胫骨中的 龙骨的胫骨基板时， 诸如骨突起的制备的解剖结构可被用作视觉提示。制备的解剖结构还 可与引导和 / 或放置假体装置的器械 ( 诸如具有龙骨的胫骨基板 ) 接合或紧密配合。
机器人系统
这里所述的规划方法和假体装置不需要使用机器人系统。例如， 夹具或类似的引 导器械可被用于帮助骨头的制备。然而， 用于将骨头制备成接纳假体装置的机器人系统对于实施规划方法和植入假体装置可能特别有益。例如， 它可提高骨制备和在骨制备的期间 生成的特征的准确性和精度。图 30 显示优选的触觉机器人系统 600 的示例。在公布的美 国专利申请公开 No.2009/0000626 中描述了这样的机器人系统 600， 特此通过引用并入其 全部内容。
机器人系统 600 优选包括可控引导结构， 该可控引导结构被构造为将骨头切割为 用于接纳假体装置的形状。可控引导结构可包括， 例如， 机器臂 610。机器臂 610 被构造为 引导外科医生控制骨头的切除。如图 30 的示例所示， 机器人系统的机器臂 610 可被用于对 包括股骨 F 和胫骨 T 的腿 L 操作， 但是可在其它骨头和关节上使用机器人系统 600。
机器人系统 600 可包括计算机 620。计算机 620 可具有用于存储代表假体装置的 数据的计算机可读介质。计算机 620 还可形成用于控制引导结构 ( 比如， 机器臂 610) 的控 制系统的至少一部分。
控制系统优选地被构造为定义至少一个切骨图案， 所述切骨图案用于 (i) 去除足 以容纳假体装置的本体部分的第一区域中的第一部分骨头和 (ii) 去除和保留被构造为与 约束结构相互作用的第二区域中的第二部分骨头中的至少一个。 控制系统可被构造为定义 以上结合规划方法所述的各种切骨图案。例如， 控制系统可包括规划软件和关于假体装置 的几何形状、 所使用的外科手术器械和 / 或正被制备的解剖结构的信息， 从而由于机器人 系统的准确性和精度而提供更大的外科手术信心。软件可使得可操纵特征规划， 所述特征 规划可包括关于假体装置和正被制备的解剖结构中的至少一个的位置、 方位、 尺寸和 / 或 形状的信息， 以使得特征规划可针对患者个性化， 但是可顺应所使用的器械和假体装置及 其特征， 所述特征包括假体装置的任何紧密配合和约束的特征。
机器人系统 600 还可包括显示器 630， 显示器 630 由控制系统控制， 以在显示器上 显示代表至少一个切骨图案的信息。
创伤
根据另一个示例， 可为经历创伤 ( 诸如骨折 ) 的骨头提供这里所述的示例的特征。 图 31a 显示骨头 340， 骨头 340 经受创伤 ( 诸如一次或多次骨折 )， 从而使得骨头 340 折断 为多个块 342。例如当骨折在股骨中段发生时， 这样的骨折可能需要外科手术， 包括复位和 固定。这样的外科手术需要骨块 342 的适当对齐和定向。
如图 31a 的示例所示， 骨块 342 可被制备成包括每个骨块 342 上的用以提供紧密 配合的对应结构的制备的解剖结构 344， 诸如凹槽或沟槽或突起。例如， 第一骨块可设有凹 槽或沟槽， 而与第一骨块紧密配合的第二骨块可设有与第一骨块的凹槽或沟槽接合或紧密 配合的突起。如图 31b 的示例所示， 这样的对应的骨块可设有一对对应结构或者多个对应 结构， 图 31b 显示沿着骨折线 346 接合的对应骨块的放大部分。这样的结构引导骨块的接 合， 并帮助骨块相对于彼此的布置和定位。另外， 制备的解剖结构 344 可仅用作帮助骨块的 对齐和定位的提示， 而不充当接合结构。图 31c 显示可被用于制备的解剖结构 344 或者用 于这里所述的其它解剖结构的各种示例性几何形状。
图 32a 显示由于创伤而从骨头折断的骨块 350 的另一个示例。在该示例中， 骨块 350 已被制备成包括与硬件组件接合的制备的解剖结构 352， 所述硬件组件帮助接合骨块 和愈合骨块之间的折断。这样的制备的解剖结构可以是例如如图 32a 的示例所示的凹槽或 沟槽或者从骨块 350 的通过骨块 350 的表面的选择性制备而制备的表面延伸的突起。如图32b 的示例所示， 制备的解剖结构 352 可被构造为与硬件组件 ( 诸如骨折板 354) 的约束结 构接合。例如， 骨折板 354 可包括可插入到设在骨头 350 中的凹槽 352 中的突起 356， 从而 引导骨折板 354 相对于骨块 350 的插入和对齐。
图 33 显示已被折断为多个骨块 B 的骨头 360 的另一个示例。然而， 由于骨块的外 科手术制备， 一个块 B 可能不适合于重新接合， 或者要不然可能在骨块 B 的组装中产生空 隙。附加块 HB( 诸如收集的骨块或生物相容的材料块 ) 可被用于替换缺失的块或空隙并促 进创伤的愈合。骨块 B 和附加块 HB 可包括关于图 31a-32b 的示例所述的用以帮助骨块 B 和附加块 HB 的布置和定位的制备的解剖结构和约束结构。
总结
这里所述的假体装置、 系统和方法可用在各种骨头、 关节和外科手术技术中。例 如， 这里所述的假体装置、 系统和方法可用在全部或部分膝部手术、 髋部手术或肩部手术 中。另外， 这里所述的假体装置、 系统和方法可用在脊柱手术、 踝部手术、 肘部手术、 腰部手 术、 手部手术、 足部手术、 牙齿手术 ( 诸如上颌骨和下颌骨手术 ) 和外伤手术中。
这里所述的假体装置可用粘合剂或者诸如羟基磷灰石 (HA) 的其它物质 ( 这里共 称为粘接剂 ) 固定到骨头。在另一个示例中， 这里所述的假体装置可通过不需要粘合剂或 粘结物质的机械连接或互锁装置固定到骨头。例如， 假体装置可包括具有与骨头的表面机 械接合的微观纹理的多孔表面。 以上关于髋部假体装置所述的特征和示例还可应用于肩部 假体装置， 这是因为这些假体装置和骨头具有相似性。
这里所述的假体装置可由诸如聚合物材料的任何合适的材料制成。 聚合物可以是 例如超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)。
通过考虑本说明书和实施这里所公开的发明， 本发明的其它实施例对于本领域技 术人员将是清楚的。意图是本说明书和示例仅被认为是示例性的。