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CN101415371B - 骨科切割引导器械 - Google Patents

骨科切割引导器械 Download PDF

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CN101415371B CN200780011651.9A CN200780011651A CN101415371B CN 101415371 B CN101415371 B CN 101415371B CN 200780011651 A CN200780011651 A CN 200780011651A CN 101415371 B CN101415371 B CN 101415371B
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Abstract

本发明公开了一种用于骨科外科手术中切割步骤的切割引导器械，其包括参考元件，该参考元件包括相对于骨能够相对于骨以预订的布置被连接或相反地对齐的第一元件(26)和定位臂(30)。本发明还包括切割块(28)，该切割块包括能够通过切割工具啮合的参考表面(34)以在切割步骤期间确定该工具的位置和方向。该切割块还包括至少一个用于接收固定销以将切割块固定到骨上的固定孔(33)。该定位臂可倚靠参考表面配合从而使参考元件和切割块以预定的方式布置。

Description

骨科切割引导器械
本发明涉及一种用于骨科外科手术中切割步骤的切割引导器械。
能够用于骨科手术中的切割引导器械在切割骨的步骤期间控制切割工具的位置和方向。这对保证在该手术随后的步骤中精确地制备骨用于配合假体元件是重要的。
切割引导器械的位置和方向可以根据预定的患者骨头上的解剖学特征手动确定。例如，在器械用于决定膝盖置换手术中用于切除胫骨的平面的位置和方向的情况下，可以设置切割引导到通过限定胫骨轴的踝关节夹具紧固到胫骨的参考杆上。这样的器械可从商标为Specialist II的DePuy骨科有限公司获得。因此，这样的手动器械可包括参考元件，其通过固定元件紧固到在预定的安排中将要被切割的骨头上。然后该器械还可包括能够固定在参考元件上并能够提供参考表面的切割引导。该切割引导能够提供在手术期间通过切割工具啮合的参考表面。该参考表面在切除步骤中可由锯子(例如通过其刀刃)接触。由锯子接触的参考表面可以是平的，例如限定了切除平面。该参考表面可由能够收容诸如钻头或钻孔器的旋转切割工具的孔提供。
该切割引导可通过螺纹紧固件或通过夹具或通过其它的连接部件固定到参考元件上。为了精确地确定该切割引导的参考表面相对于参考元件的位置，不论通过螺纹紧固件或夹具或一些其它的固定部件，相对于固定到参考元件上的点精确地控制该参考表面在切割引导中的位置是重要的。例如，参考表面的位置和方向的精度能够被由参考元件和切割块提供的固定元件和参考元件之间形成的连接以及装配螺钉和螺纹孔之间形成的连接的变化影响。这些特征在尺寸、位置、对准和/或方向上的任何变化可导致切割块参考表面的位置和/或方向从想要的位置和/或方向上偏移。
本发明提供一种切割引导器械，其中参考元件包括定位臂，其与切割块的参考表面啮合从而使该参考元件和切割块以预定的方式布置。
因此，在一方面，本发明提供一种用于骨外科手术中切割步骤的切割引导器械，其包括：
a.参考元件，其能够相对于骨的轴线以预定的布置对准固定到骨上，
b.切割块，其与参考元件分离，并具有能够通过切割工具啮合以在切割步骤期间限定该工具刀刃的位置和方向的参考表面，以及至少一个用于收容固定销以固定切割块到骨上的固定孔，
c.定位臂，其能够固定到参考元件上并能够从参考元件延伸到切割块，在那里它能够以预定的布置与参考表面紧密配合，从而参考元件和切割块相对于彼此以预定的布置排列，其中在参考元件和切割块分开前，切割块能够通过固定销固定到骨上。
在另一方面，本发明提供一种采用该切割引导器械进行骨科手术的方法，其包括以下步骤：
a.相对于骨对准参考元件；并且
b.将切割块的参考表面与参考元件的定位臂啮合从而相对于骨定位该切割块。
该方法可包括采用切割器械切割骨的后续步骤，该切割器械在切割步骤期间相对于骨采用切割块的参考表面定位。在切割步骤期间采用的参考表面同用来相对于参考步骤定位切割块的参考表面是相同的。
定位臂直接啮合切割块的参考表面。本发明因此具有切割块相对于骨直接关于参考表面定位的优点。本发明因此能够使外科医生精确地控制切割块参考表面的位置和方向以便考虑诸如病人解剖学和移植类型等因素。然后调整参考元件和/或第一元件的位置和/或定位使切割块能够固定在所需的位置。
本发明因此具有切割块制造的精度可以比当切割块由参考元件除了在参考表面上啮合时的情况低的优点。这能够使本发明的切割块能够由比那些已知切割块所需的更加有效的技术制造，例如通过铸造技术。
该切割块的参考表面在切割步骤限定了该工具刀刃的位置和方向。可由诸如延伸穿过切割块的诸如槽或孔的开口提供参考表面。切割块能够通过铸造形成。该至少一个开口能够在切割块已经铸造之后形成。例如，该至少一个开口能够采用类似于电火花腐蚀的布线技术在铸造的切割块中形成。该布线技术包括沿着延伸穿过该铸造切割块的电线放电。放电腐蚀切割块以提供所需尺寸的开口。该布线技术能够精确控制开口的尺寸。
可以认识到切割块中每个开口的位置可在铸造切割块间变化。然而本发明具有相对于骨的切割块的位置是关于由开口提供的参考表面的位置控制的优点。因此本发明不需要精确地控制切割块中槽或其它开口的位置并且因此该切割块可由铸造形成，而该至少一个开口可以用上文讨论的布线技术或一些其它的切割技术形成。
定位臂的尺寸设置为足够收容在由切割块提供的开口中并与之啮合。例如，定位臂可包括板部分，其尺寸设置为足够收容在切割块提供的槽中并与之啮合。该板部分能够在切割块的槽中滑动配合。本发明具有定位臂的板部分能够在切割块的槽中移动的优点。这使得外科医生相对于骨对切割块的位置进行较小调节时切割块相对于参考元件定位。优选地，定位臂在切割块中的开口内弹性紧配合从而将定位臂和切割块之间不需要的相对运动减到最小。这可以通过定位臂上的弹性变形舌片而布置，该弹性变形舌片当臂插入到开口中时变形。
切割块中的开口的尺寸应该设置为使切割器械的刀刃在其中滑动配合。当切割器械是锯条时，开口将是槽的形式。当切割器械是钻头时，开口将是孔的形式。这种开口适合的设计是容易建立的。
例如，当切割块中的开口是孔的形式时，定位臂可具有在孔中滑动配合的杆的形式。通常优选的杆的横截面大约与孔的横截面相同。
参考表面可由切割块的外部表面提供。定位臂的尺寸设置为接触由切割块的表面提供的参考表面。参考表面可提供连接部件，其能够配合地啮合由定位臂提供的另一连接部件。定位臂可以为提供突出物的板部分，该突出物适合于切割块的参考表面提供的槽。参考表面可提供形状和尺寸设置为收容并啮合定位臂的板部分的槽。
参考表面可由参考孔提供。定位臂的尺寸设置为足够收容在切割块的参考孔中并与之啮合。定位臂可包括具有适合的横截面形状和适合的横截面尺寸的杆状部分以使该杆状部分能够收容在由切割块提供的参考孔中并与之啮合。定位臂的杆状部分可在切割块的参考孔中滑动配合。例如，由参考表面提供的参考孔可具有圆形的横截面并且定位臂可包括具有圆形横截面的杆状部分。
定位臂可相对于参考元件以任意角度延伸。定位臂与参考元件邻近部分之间形成的角度能够决定骨切除的角度。
优选地，定位臂啮合切割块的参考表面的部分以相对于参考元件邻近部分的纵向轴成不大于150°的角度延伸，更优选地以相对于参考元件邻近部分的纵向轴成不大于120°的角度延伸，例如以相对于参考元件邻近部分的纵向轴成大约90°的角度延伸。优选地，定位臂啮合切割块的参考表面的部分以相对于参考元件邻近部分的纵向轴成至少30°的角度延伸，更优选地以相对于参考元件邻近部分的纵向轴成至少60°的角度延伸，例如以相对于参考元件邻近部分的纵向轴成75°的角度延伸。
可布置本发明的器械使第一元件和定位臂之间的角度大约等于骨的轴与要被切割的骨所在的平面之间的角度。
定位臂可以为U形。例如，U形定位臂的第一分支的尺寸设置为啮合于切割块上的参考表面。第二分支大致平行于第一分支延伸并且能够接触切割块的另一表面。第二分支可连接到参考元件。该U形定位臂的第一和第二分支可以是相等的长度或可具有不同的长度。该U形定位臂的桥接部分可接触切割块的另一表面。
定位臂可以为L形。该L形定位臂的第一分支的尺寸可以设置为收容在参考表面中并与之啮合。第二分支可连接到参考元件。第一分支和第二分支之间的角度能够取决于需要在骨中制造的切割角度改变。该L形定位臂的第一和第二分支可具有相同的横截面形状和尺寸或可具有不同的横截面形状和尺寸。例如，L形定位臂的第一分支可以为具有大致为矩形横截面的板部分。L形定位臂的第二分支可以为具有大致为圆形横截面的杆状部分。L形定位臂的第一分支可以是具有圆形横截面的杆状部分。L形定位臂的第二分支可具有大致为矩形的横截面。
当定位臂为L形或U形时，定位臂的第二分支优选地大致平行于或垂直于参考元件邻近部分的纵向轴延伸。
定位臂可以是可移除地连接在参考元件上。例如，定位臂可以是通过尺寸调节部件可移除地连接在参考元件上。本发明因此具有外科医生能够选择定位臂的类型用于特定手术的优点。例如，外科医生能够决定需要与特定切割块一起用于特定手术以及用于特定角度切割的定位臂的形状和尺寸。参考元件的形状取决于用到该器械的骨科手术的类型。例如，当采用该器械进行近端胫骨切割时，第一元件可紧固到胫骨上，例如在踝关节，从而参考元件沿着胫骨轴延伸。然后定位臂能够相对于第一元件在其近端固定。
当进行远端股骨切割时，第一元件可紧固到股骨上从而参考元件大致延伸到股骨轴。然后定位臂可相对于参考元件在其近端被固定。
当进行前部股骨切割时，参考元件可紧固到股骨远端切割面上，并关于髓内腔定位。然后参考元件将从股骨轴向前延伸。随后定位臂可被固定到这个元件上并从其向远端延伸。
参考元件和定位臂可以由能组合在一起或能够相对于彼此移除的分离部件提供。参考元件和定位臂可以由一个部件提供。
可配置该器械从而使定位臂的位置相对于参考元件能够调节。这能够使切割块的位置依照患者的需要改变。定位臂和参考元件优选地提供配合的阴阳部分以提供定位臂和参考元件之间的滑动啮合。阴部分优选地由定位臂提供而阳部分优选地由参考元件提供。配合的阴阳部分优选地包含一系列尺度标记使用户相对于参考元件将定位臂定位在所需的位移处。优选地，调节部件使用户沿着参考元件邻近部分的纵向轴移置定位臂。可选地，调节部件能够使用户以与参考元件邻近部分的纵向轴形成角度的方向移置定位臂。该调节部件能够使用户以大致垂直于参考元件邻近部分的纵向轴的方向移置定位臂。
优选地参考元件还包括锁定杆，其啮合调节部件从而相对与参考元件将定位臂固定在所需位移处。调节部件的阳部分优选地提供开口。调节功能部件的阴部分优选地提供多个开口，这些开口其沿着该调节部件阴阳部分的滑动啮合方向彼此间隔。锁定杆尺寸和形状优选地设置为收容在该调节部件阴阳部分的开口中。
该器械通常由金属材料制造。所知的可用于外科器械制造的材料包括某些不锈钢。
依照本发明用于决定切割块的适当位置的技术包括在已知外科手术中的常规技术。例如，可关于解剖学特征确定定位，特别是采用髓内或髓外轴定位的骨轴。适合的位置能够采用参照其他骨头特征的器械定位。例如，切割块的位置可以关于患者天然骨的尺寸或预期的植入物的尺寸或两者同时确定，其可包括例如采用诸如触针的测量器械关于骨头表面参考切割块的位置。切割块的位置可以采用患者骨头的图像数据确定。切割块的位置可以采用导航手术技术决定，如已知的，例如采用固定到一个或多个器械元件上的反射器或发射器阵列，以及至少两个能够用来立体地确定阵列的位置和方向的摄像机。
在使用中，外科医生能够通过调整该调节部件相对于参考元件调整定位臂的位置和切割块参考表面的位置。一旦定位臂已经相对于参考元件被定位在所需的位移处，外科医生能够插入锁定杆穿过由参考元件提供的开口并穿过由定位臂提供的对准开口以固定定位臂和参考元件的相对位置。
一旦切割引导的参考表面已经相对于用于特定切除的骨而被定位所需的位置和所需的方向，该切割块可以通过插入至少一个第一元件穿过至少一个由该切割引导提供的固定孔而被连接到骨上。然后定位臂可以从与该切割引导的参考表面啮合中移出。然后外科医生可以进行切除。
本发明将通过关于附图的实例进行描述，其中：
图1是已知的用于确定近端胫骨切割的位置和方向的器械的视图；
图2a和2b是本发明用于决定近端胫骨切割的位置和方向的器械的第一实施例的等距图；
图3a和3b示出了本发明用于确定远端股骨切割的位置和方向的器械的第二实施例；并且
图4a-4c举例说明了本发明用于决定前股骨切割的位置和方向的器械的第三实施例。
图1举例说明了用于确定胫骨4的近端切割的位置和方向的已知器械2。该已知系统2包括参考元件6和引导切割块8。该参考元件和切割块可采用用于制造外科器械的常规技术形成。该参考元件6包括具有上部第一端10和下部第二端(未示出)的髓外对准杆。第一端10包括成形板形式的第一连接部件12。该连接部件包括能够用来围绕延伸穿过杆和板的枢轴销旋转板的杠杆13。该杆在其诸如踝关节夹(未示出)的下部第二端具有第一元件。该引导切割块8提供槽16，该槽16提供用于参考近端切割的位置和方向的参考表面。切割引导块8还包括开口14形式的第二连接元件。该开口成形为当板在第一旋转位置时收容成形板12。该切割块具有被接入穿过开口14的咬边，从而当板被旋转时，通过该咬边啮合并保持在开口中。该切割引导块的开口包括杆6能够配合在其中的槽。该引导切割块8提供多个固定孔18。
使用中，髓外杆通过踝关节夹或其他位于杆的低端的元件紧固到患者脚踝上。杆6沿着胫骨延伸从而杆6的纵向轴与胫骨4的轴对齐。位于杆6的顶部的成形板12被定位在切割块8中的开口14中，并通过杠杆13旋转从而通过咬边保持在开口中。然后一个或多个固定销(未示出)插入穿过引导切割块8的固定孔18以固定该切割块到胫骨上。然后对准杆6能够通过旋转成形板12直到它能够从切割块中的开口14脱离而从该引导切割块上分离。提供切割块中参考表面的槽16然后被定位用于进行骨的切除。
由切割引导8的槽16提供的参考表面(未示出)的位置和方向因此参考相对于胫骨4的参考元件6。然而由槽16提供的参考表面(未示出)的位置和方向将因切割块和参考元件尺寸上的任何变化以及由系统连接部件12和14的啮合引起的对准中的任何误差而影响和改变。系统包含任何变化的可能性通过采用已经被加工具有所需精密尺寸的元件降低了。
图2a和2b举例说明了本发明用于确定胫骨24近端切割的位置和方向的器械22的第一个实施例。图2a是装置的分解图，而图2b显示了组合的器械。器械22包括髓外杆26和切割引导块28形式的参考元件。杆26具有上部第一端29和第二端(未示出)。该杆在其上部第一端具有定位臂30。杆26和定位臂30成形为单一部件。定位臂30包括从杆26的第一端29以角度θ延伸到杆26邻近部分的纵向轴的板部分。定位臂30的板部分相对于杆26邻近部分的纵向轴延伸的角度θ确定了相对于骨的纵向轴切割的角度θ。
切割引导块28可通过铸造形成。切割块28提供槽32和多个固定孔33。切割块28还提供与槽32分离的参考表面34用于参考胫骨24近端切割的位置和方向。参考表面34可提供平行于胫骨24的前后轴延伸的槽，其形状和尺寸设置为在装配参考元件26时接收并啮合定位臂30的板部分。
使用中，例如使用常规的踝关节夹将杆26在其下部端固定到患者脚踝上。杆26沿着胫骨24延伸从而纵向轴(未示出)平行于胫骨24的轴排列。定位臂30的板部分被收容并啮合在由切割块28的参考表面34提供的槽(未示出)中。
可选地，如图2b所示，定位臂30的板部分插入到切割引导块的槽32中。
胫骨切割的位置和方向仅仅依赖于定位臂30从第一元件(未示出)上的分离以及定位臂30和参考元件26的邻近部分的纵向轴之间形成的角度θ。因此器械22具有切割块28直接关于参考表面34或槽32而相对于胫骨24定位的优点。因此外科医生能够精确地控制切割板的位置和/或方向(依照外科医生的偏好通过参考表面34或槽32而确定)。
一旦切割引导块28所需的位置和方向已经被确定，外科医生插入固定螺钉或销(通常两个或多个)到相应的固定孔33之一。外科医生将定位臂30从切割块28上脱离。然后外科医生进行胫骨切割从而切割的后倾角与胫骨轴成θ角。
图3a和3b举例说明了用于确定股骨44远端切割的位置和方向的本发明器械42的第二个实施例。图3a是装置的分解图，而图3b显示了组合的器械。器械42包括髓内对准杆46形式的参考元件。这沿着股骨中髓腔延伸，第一端48在腔体中，而第二端50从腔体中延伸(其可用作把手以操纵该器械)。杆46具有固定于其上的块52，与可刺入股骨踝突上的骨组织以防止杆绕由杆限定的轴旋转的削尖的销51。
竖立部件48通过适合进入块52中的孔内的杆53安装在块52上。该竖立部件具有延伸穿过它的孔55。
定位臂54能够插入到竖立部件中的孔55内。该定位臂在一端具U形托架，以及第一臂56和第二臂58。第二臂58大致平行于第一臂56延伸。
器械42包括可由铸造形成的切割引导60。该切割引导60具有形成于其中的槽62以及固定孔64。切割引导60的参考表面由槽62提供。
器械42包括一个或多个固定销66，其尺寸和形状设置为收容于切割引导60的固定孔64中。
使用中，髓内杆46插入到股骨中的轴腔中，穿过踝突间的开口。向踝突推进块52从而使削尖的销51刺入踝突骨组织。竖立构件48通过将杆53纳入到块中的孔中而与块52配合。定位臂54通过将其与孔55配合而与竖立构件48配合。
定位臂54的第一臂56被纳入到切割引导60的槽62中。定位臂54的第一臂56与该槽的啮合确定了切割块60相对于用于引导远端股骨切割的股骨的槽的位置和方向。
器械42具有使外科医生能够直接关于用于限定切割板的槽而精确地为切割块60定位和定向的优点。
定位臂能够平行于由竖立构件中的孔55限定的纵向轴平移，将通过定位臂啮合的切割块60定位在所需的位置。一旦参考表面已经定位在所需的位置，外科医生将该切割块定位固定。
一旦外科医生对切割块60在所需的位置和所需的方向满意，外科医生插入一个或多个连接固定销66穿过由切割引导60提供的固定孔64。然后将定位臂54从与由切割引导60的槽62提供的参考表面(未示出)的啮合中移出。然后外科医生能够进行股骨的远端切割。
图4a到4c举例说明了利用本发明确定股骨前部切割的位置和方向。
在图4a所表示的初始步骤中，钻头引导70倚靠股骨73的远端面71放置。它采用定位元件72关于后部踝突沿着前后轴放置，该定位元件72还可控制安装板内侧和外侧边缘的相对高度(以及因此它的方向)。如图4a所示，钻头引导的位置通过经过板中的孔74在骨中钻孔而用于定位用于本发明器械的固定孔。
图4b和4c示出了本发明的切割引导器械，其包括安装板76和切割块78。图4b是器械的分解图，而图4c显示了组合的器械。
该器械包括安装板76，其如所期望的采用关于钻头引导70形成的骨中的孔对准骨头。以这样的布置采用削尖的固定销80将安装板固定到骨上。
安装板具有从其前面延伸的托架82，其具有形成在其中的槽84，该槽具有鸽尾式的横截面。该器械包括具有第一和第二肢88、90的L型定位臂86。尽管第一和第二肢之间的不同角度可用来适合于改变远端和前部切割之间的角度关系，第一和第二肢布置为使它们彼此近似垂直。臂86的第一肢88在槽84中滑动配合。第一肢具有形成在其中的槽89，其能够接收锁定螺钉91以锁定该臂防止其在板中的槽中滑动。
切割块76具有形成于其中的槽92以提供用于确定股骨前部切割的位置和方向的参考表面。切割块76还提供多个固定孔94，其能够接收用于固定该块到股骨上的固定销96。

Claims (13)

1.一种用于骨外科手术中切割步骤的组件，其包括具有刀刃的切割工具，以及切割引导器械，该切割引导器械包括：
a.参考元件，其包括能够固定到骨的外部或能够被定位在骨中的髓内腔中的对准杆，从而与骨的轴线对齐，
b.切割块，其与对准杆分离，并具有能够通过切割工具啮合以在切割步骤期间确定该切割工具的刀刃的位置和方向的参考表面，以及至少一个用于接收固定销以将切割块固定到骨上的固定孔，
c.定位臂，其能够固定到对准杆上从对准杆延伸到切割块，在那里它能够以预定的布置与参考表面紧密配合，从而对准杆和切割块相对于彼此以预定的布置排列，其中在对准杆和切割块的分离前，切割块能够通过固定销固定到骨上。
2.如权利要求1所述的组件，其中定位臂啮合参考表面的部分和对准杆的轴之间的角度在30°和150°之间。
3.如权利要求1所述的组件，其中对准杆是髓外对准杆，并且包括用于将杆夹到骨上的夹具。
4.如权利要求1所述的组件，其中对准杆是髓内对准杆。
5.如权利要求1所述的组件，其中参考表面由至少一个由切割块提供的槽提供。
6.如权利要求1所述的组件，其中参考表面由切割块的外部表面提供。
7.如权利要求5或6所述的组件，其中定位臂包括能够倚靠参考表面配合的板部分。
8.如权利要求5所述的组件，其中定位臂包括在切割块中的槽内滑动配合的板部分。
9.如权利要求1所述的组件，其中参考表面由切割块提供的参考孔提供。
10.如权利要求9所述的组件，其中定位臂包括在切割块中的孔内滑动配合的杆状部分。
11.如权利要求1所述的组件，其中定位臂和对准杆包括用于提供定位臂和对准杆之间滑动啮合的配合的阴阳部分。
12.如权利要求1所述的组件，其中切割工具的刀刃是锯条。
13.如权利要求1所述的组件，其中切割工具的刀刃是钻头或钻孔器。
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