CN1972646B - 用于膝中隔间置换的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种膝置换系统，其提供可用于更精确地复制自然膝的直径的膝植入物。在一个实施例中，髌股部件通过穿过股骨的螺丝连接到髁部件的后部部分，以允许髌股部件和髁部件扭转抵靠股骨的相对侧。使用两个附加螺丝将髌股部件连接到髁部件的前部部分。如果需要，可以在髌股部件和髁部件的前部部分之间留出缝隙，以提供从髌股部件到髁部件的自然膝的直径的精确复制。

Description

用于膝中隔间置换的系统和方法

本申请要求2004年1月12日提交的美国临时申请号No.60/535,967的优先权。

发明领域

本发明通常涉及用于人体关节的假体，以及更具体地涉及用于膝的假体。

发明背景

用于在总置换手术中置换膝的隔间的总膝置换(TKR)手术和部件系统是熟知的。典型地，外科手术包括切除股骨的远侧端，那么可将股骨部件安装到股骨上。股骨部件置换外侧髁、内侧髁和股骨的髌股部分，因为膝的这些区域中之一或多个区域患病，并且不再经久耐用或不再对患者提供适当的运动范围。

在TKR手术中，还切除胫骨的近侧端，从而可以将胫骨部件安装到胫骨上以接收股骨部件的外侧髁和内侧髁。胫骨部件可以由具有低摩擦系数的材料组成以模拟由胫骨部件置换的半月板。

因而，TKR系统包括用于三个隔间的部件：内侧胫骨股骨隔间、外侧胫骨股骨隔间和髌骨股骨隔间，对其股骨、胫骨和髌骨的相对区域准备安装。

美国专利No.3,816,855公开了一种这样的系统。所述’855专利公开了一种处于具有两个髁部分的壳形式的一体股骨部件。壳的外部表面形成为符合相应于膝关节部件的自然形状。壳的内部表面反映代表在内侧外侧方向以及前部后部方向上弯曲的表面的该形状。虽然提供了大量益处，’855专利的装置还受到数个限制。

患者对TKR手术的准备通常导致实质性的外伤。需要大的切口用以插入TKR系统的所有部件，并且为安装部件所需的骨切除可能需要大量的恢复时间。因而，诸如’855专利的装置的单件置换部件需要大切口。

致力于减少该外伤，并且因此减少与这样的手术相关联的恢复时间，已经发展了TKR系统，其以部分提供TKR部件，上述部分匹配以形成较大的TKR部件。

美国专利申请No.US2003/0158606公开了TKR部件的这样一种系统。如在该申请中所示，股骨部件可以由两件或三件组成。这些件中的每一件小于当安装在膝中时它们形成的股骨部件。结果，用于插入这些件所需的切口小于用于在单一部件中具有所有这些件的股骨部件所需的切口。同样地，胫骨部件由两个部分组成，每一部分小于当安装在膝中时它们形成的胫骨部件。

美国专利申请No.US2002/0138150A1公开了一种可选的两件股骨部件，其允许在移植期间将中心部分和髁部分分别推到股骨上。而后，根据常规方式连接不同的部分。’150申请的装置还描述了意图在极度弯曲期间帮助追踪髌骨的导向装置。

但是，’606申请和’150申请都使用了将置换部件连接到股骨的传统方法。因为置换部件常受到各种压力和挤压，这些方法常遇到问题。一个这样的问题是所述部件的最终松动。当一个部件松动时，邻接部件可能一起摩擦，产生摩擦碎片和部件的过早破坏。

然而植入系统的再一局限性是，出于商业考虑，许多置换部件是成批生产的。虽然有利地降低了植入物的成本，但是这些系统一般提供为有限数目的离散尺寸，其将很可能不恰恰是患者所需的尺寸。例如，患者的股骨可能测得直径为75mm。但是，对该患者的可用植入物可以测得70mm和80mm。因而，外科医生必须用不是太大就是太小的部件替换自然股骨。

需要的是一种用于执行TKR手术从而可将隔间的各件独立地通过切口插入的系统和方法。

需要的是一种用于植入提供了部件增家的稳定性的多件部件的系统和方法。

需要的是一种提供将多件部件夹紧到骨上的能力的系统和方法。

需要的是一种植入股骨部件的系统和方法，所述股骨部件更接近地反映了自然股骨的尺寸。

需要的是一种植入股骨部件的系统和方法，所述股骨部件允许定制连接部件的尺寸。

发明概述

上述需求由根据本发明的原理操作的系统和方法满足。所述系统包括第一和第二股骨置换部件。所述部件由多个螺丝连接在一起。在一个实施例中，将两个螺丝插过股骨以将髌股部件连接到髁部件的后部部分，并将髌股部件和髁部件压到股骨的相对侧。

使用两个附加螺丝以将髌股部件连接到髁部件的前部部分。有利地，可以在髌股部件和髁部件的前部部分之间创建一个缝隙。从而，使用紧固螺丝可使得髌股部件和髁部件附加旋转力于股骨，直到植入的置换部件的直径基本与切除之前的自然膝直径相似。

在一个实施例中，股骨假体系统包括配置成以置换髌股关节轴承表面的一部分的髌股关节部件，配置成以置换内侧髁轴承表面一部分的内侧髁部件，配置成以置换外侧髁轴承表面一部分的外侧髁部件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述内侧髁部件的第一紧固件，以及延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述外侧髁部件的第二紧固件。其中在所述髌股关节部件与所述内侧和外侧髁部件之间限定了骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，并且其中所述第一紧固件和第二紧固件各自延伸穿过所述骨空间。

在又一实施例中，股骨假体系统包括配置成以置换髌股关节轴承表面的一部分的髌股关节部件，配置成以置换髁轴承表面一部分的髁部件，以及延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述髁部件的紧固件。其中在所述髌股关节部件和所述髁部件之间限定骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，并且其中所述紧固件延伸穿过所述骨空间。

此外在另一实施例中，股骨假体系统包括配置成以置换髌股关节轴承表面一部分的髌股关节部件，配置成以置换内侧髁轴承表面一部分的内侧髁部件，配置成以置换外侧髁轴承表面一部分的外侧髁部件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述内侧髁部件的第一紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述内侧髁部件的第二紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述外侧髁部件的第三紧固件，以及延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述外侧髁部件的第四紧固件。其中在所述髌股关节部件与所述内侧和外侧髁部件之间限定了骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，其中所述第一紧固件和所述第三紧固件各自延伸穿过所述骨空间，并且其中所述第二紧固件和所述第四紧固件各自与所述骨空间远离间隔开。

此外在另一实施例中，股骨假体系统包括配置成以置换髌股关节轴承表面一部分的髌股关节部件，配置成以置换髁轴承表面一部分的髁部件，以及配置成以将所述髁部件连接到所述髌股关节部件的第一紧固件。其中当用所述紧固件将所述髁部件连接到所述髌股关节部件时，在所述髁部件和所述髌股关节部件之间限定骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，并且其中所述第一紧固件延伸穿过所述骨空间。

参考下列详细描述和伴随附图，对本领域的那些普通技术人员来说上述以及其他特征和优点将变得更容易显而易见。

附图简述

图1示出了可以包括在根据本发明的原理制造的系统中的髌骨股骨部件和胫骨股骨部件；

图2和图3示出了本发明的系统中有滑车伸展区的内侧胫骨股骨、外侧胫骨股骨和髌骨股骨关节(PFJ)部件的典型结构；

图4示出了本发明的系统中有节点的PFJ部件的典型结构；

图5、6和7示出本发明的系统中内侧胫骨股骨、外侧胫骨股骨和PFJ部件的典型结构；

图8、9和10示出本发明的系统中在前部到后部方向上PFJ/髁部件内部的各种结构；

图11a、11b、11c、11d和11e示出了本发明的系统中在内侧到外侧方向上PFJ/髁部件内部的各种结构；

图12示出了具有可用于本发明的系统中的外侧滑车伸展区的PFJ部件；

图13示出了具有可用于本发明的系统中的内侧滑车伸展区的PFJ部件；

图14示出了具有可用于本发明的系统中的内侧滑车伸展区和外侧滑车伸展区的PFJ部件；

图15、16和17示出了根据本发明的特征具有用于可变宽度的股骨的外侧滑车伸展区和内侧滑车伸展区的PFJ部件；

图18示出了可用于本发明的系统中的髌骨股骨部件的从前部到后部方向上的带有小平面的内部；

图19示出了可用于本发明的系统中的髌骨股骨部件的从前部到后部方向上的平坦和弯曲组合的内部。

图20示出了可用于本发明的系统中的髌骨股骨部件的从前部到后部方向上的弯曲内部；

图21示出了可用于图18、19和20的部件前部部分的从内侧到外侧方向上的各种横截面；

图22、23和24示出了可用于本发明的系统中的从前部到后部方向上的具有带小平面的内部、平坦和弯曲组合的内部以及弯曲内部的髁部件的实施例；

图22示出了可用于本发明的系统中的从前部到后部方向上具有带小平面的内部的髁部件的实施例；

图23示出了可用于本发明的系统中的从前部到后部方向上的具有弯曲内部的髁部件的实施例；

图24示出了可用于本发明的系统中的从前部到后部方向上的具有平坦和弯曲组合的内部的髁部件的实施例；

图25示出了可用于本发明的系统中的从前部到后部方向上具有带小平面的内部和后部伸展区的髁部件的实施例；

图26a、26b、26c、26d和26e示出了可用于图22、23、24和25的髁部件中的在从内侧到外侧方向上的各种横截面；

图27、28和29示出了可用于本发明的系统中的定形以符合各种内部前部到后部几何形状的扩增件的实施例；

图30a、30b、30c、30d和30e示出了可用于图27、28和29的扩增件中的从内侧到外侧方向上的各种横截面；

图31a示出了可用于本发明的系统中的胫骨股骨和PFJ部件的开裂前部构造；

图31b示出了已植入的以使得部件互相邻接而不连接的图31a的互补的(complimentary)胫骨股骨部件和PFJ部件；

图32a示出了图31a的部件的骨潮(bone tide)周围的局部横截面；

图32b示出图31b的部件的局部横截面；

图33示出了可用于本发明的系统的骨潮周围的具有不同厚度的可选局部横截面；

图34示出了可用于本发明的系统的植入物的可选边沿构造；

图35示出了可用于本发明的系统的部件和骨潮之间的界面上的珠状隔离结构；

图36示出了可用于本发明的系统中部件之间的界面上的键结构；

图37示出了可用于本发明的系统中部件之间的界面上的可选键结构；

图38示出了可用于本发明的系统中部件之间的界面上的可选键结构；

图39示出了可用于本发明的系统中部件之间的界面上的铰链；

图40示出了可用于本发明的系统的用螺丝在股骨前部连接在一起的两个膝部件的一个实施例；

图41示出了可用于本发明的系统的由螺丝连接在一起的部件，其中在部件之间有空间、骨或间隔材料；

图42示出了可用于本发明的系统的不使用螺丝而连接在一起的部件和间隔材料，其中间隔材料在部件之间；

图43示出了可用于本发明的系统的部件的带螺纹的螺丝连接，其中一个或多个螺丝具有不同的螺距；

图44示出了可用于本发明的系统的用于部件连接的使用带有螺丝的连接柱的部件连接布置；

图45是可用于本发明的系统的具有用于部件连接的可选连接柱布置的部件的前透视图；

图46是图45的部件的侧透视图；

图47示出了可用于本发明的系统的单件部件，具有螺丝机构用于调整部件的两个区域的相对位置；

图48示出了可用于本发明的系统的在植入的部件之间的缝隙之上的髌骨部件，其具有用于促进髌骨运动的槽口；

图49示出了可用于本发明的系统的阶梯状胫骨部件；

图50示出了可用于本发明的系统的具有凸起半月板和凹陷半月板的胫骨部件；

图51示出了可用于本发明的系统中的总膝置换的股骨和胫骨部件，其具有阶梯状髁区域；

图52示出了可用于本发明的系统中的阶梯状一体PFJ/髁部件，其具有附加髁部件；

图53示出了可用于本发明的系统中的具有非辐散的髁区域的股骨部件；

图54示出了可用于本发明的系统中的具有辐散的髁区域的股骨部件；

图55示出了可用于本发明的系统中的具有不对称的髁区域的胫骨部件和股骨部件；

图56和57示出了图55的股骨部件在从前部到后部方向上的不对称髁区域的横截面；

图58示出了可用于本发明的系统中具有不对称髁区域的股骨部件的可选实施例；

图59和60示出了图58的股骨部件从内侧到外侧方向上不对称髁区域的横截面；

图61示出了可用于本发明的系统中具有从部件前部到后部的不同曲率半径的股骨部件的径向视图；

图62和63示出了图34中所示的股骨部件的从内侧到外侧方向上的横截面；

图64示出了在股骨中关于髌骨和胫骨载重线的最优位置植入的部件；

图65示出了与图64部件相同的在股骨中关于髌骨和胫骨载重线的最优位置植入的部件；

图66示出了可能具有用于本发明的系统的部件的图64的部件和图65的部件之间的不同定向；

图67示出了可用于本发明的系统的膝置换的股骨部件；

图68、69和70示出了在从前部到后部方向上图67的部件的内部的各种可能构造；

图71a、71b、71c、71d和71e示出了可用于图67的部件的从内侧到外侧方向上的各种横截面；

图72示出了可由本发明的系统制造的置换部件的放置中的六度自由度；

图73示出了根据本发明放置在适于切除股骨后部的合适位置的切割导向块；

图74示出了根据本发明已经选定用于植入物中的部件；

图75示出了根据本发明的放置在适于切除图73的股骨前部的合适位置的切割导向块；

图76示出了图73和图75的股骨，其中前部、后部和末梢部分已切除；

图77示出了根据本发明具有图74的部件的已植入的图76的股骨；

图78示出了根据本发明可使用的具有一些互相平行的内部表面的部件；

图79a-d示出了根据本发明的髌股部件的植入程序；

图79e-h示出了在图79a-d程序期间用于将髁部件邻接到已植入的髌股部件的植入程序；

图80示出了具有缺陷区域的股骨；

图81a示出了可根据本发明用于切除图79的缺陷区域的切割导向装置；

图81b示出了图81a的导向装置的顶透视图；

图82示出了根据本发明，在使用图81a的导向装置以切除图80的缺陷区域之后可植入到图80的股骨中的部件的顶透视图；

图83示出了插入到图80的股骨中的图81a的导向装置；

图84示出了根据本发明可用图81a的导向装置以便切除图80的股骨一部分的工具；

图85示出了根据本发明使用图81a的导向装置的路径，沿着所述路径可以移动图84的工具以限定将切除的图80的股骨区域；

图86示出了根据本发明可用于限定将切除的图80的股骨区域的可选工具和导向装置；

图87示出了根据本发明可用于限定将切除的骨区域的冲压导向装置；

图88示出了图87的冲压导向装置，其中为清楚起见，移除了内部切割边沿；

图89示出了根据本发明可用于限定将切除的骨区域的位于导向装置管脚上的可选冲压导向装置；

图90示出了根据本发明的安装在可用于安置管脚导向装置的植入部件上的管脚导向装置；

图91示出了根据本发明可用于切除骨的带有导向装置栓钉的锯；

图92示出了根据本发明可用于引导图91的锯执行所需深度的笔直切除的导向装置；

图93示出了根据本发明可与在锯外壳相对侧上具有导向装置栓钉的锯一起使用以执行所需深度的弯曲切除的可选导向装置；

图94示出了图93的导向装置的顶透视图；

图95示出了根据本发明可用于切除骨的线状锯；

图96示出了根据本发明安装在导向装置中的图95的锯，所述导向装置安装到股骨，其中所述导向装置允许对股骨的弯曲切除；

图97示出了图96的导向装置的顶透视图；

图98示出了安装在图96的导向装置中的图95的锯的放大横截面视图；以及

图99示出了根据本发明安装到股骨的可选导向装置，其中所述导向装置允许图95的锯对于股骨执行具有小平面的切除。

发明详述

独立部件

图1示出了根据本发明的原理制造的系统10的一个实施例。系统10由股骨置换件12、胫骨置换件14和髌骨置换件(未示出)组成。所述股骨置换件12包括髌股关节(PFJ)部件16、上部外侧髁部件18、上部内侧髁部件20、外侧股骨前部/后部髁部件22以及内侧股骨前部/后部髁部件24。根据一个实施例(未示出)，将上部髁部件和股骨前部/后部髁部件提供为单一部件。胫骨置换件14包括内侧半月板部件26、外侧半月板部件28以及胫骨支撑部件30。

通过将置换件分割成上部和前部一后部的内侧以及外侧、PFJ、半月板和胫骨支撑部件，本发明的系统10使得外科医生能够仅仅移除股骨或胫骨的病患部分，并植入相应部件以执行局部膝置换。因为这些部件小于总植入物的一体构造，用于植入手术的切口较小并且手术后的恢复时间相应地减少。

另外，所述置换允许互补(complimentary)植入。如在此所用，“互补(complimentary)”置换部件定义为可以独立和/或联合使用的部件，这样如果之后需要附加部件，不需要移除预先已植入的部件。而且，植入之后，互补(complimentary)部件不需要在特定方向互相对准，因为这些部件未定形为需要与邻接部件组装成一体件。代替地，外科医生根据特定骨区域的条件自由地定位置换部件。因此，外科医生不需要妥协于局部几何形状适应以获得部件的总体适合。因而系统10使得其具有的膝置换部件的运动和定向的自由度比用在先的隔间置换件已经获得的膝置换部件的运动和定向的自由度多。

因为部件被分割和互补(complimentary)的，外科医生可以仅仅置换骨的病患部分，其可以限制于股骨的单一区域。一些时间之后，如果骨进一步恶化，可以置换骨进一步恶化的部分而不需要移除初始植入的部件。

例如，外科医生可以首先在第一手术程序期间仅仅植入PFJ部件16。一些时间之后，可能数年之后，可能确定上部内侧髁区域需要置换。根据本发明的原理，外科医生需要仅仅将上部内侧髁部件20邻接先前植入的PFJ部件16植入。

本领域的那些普通技术人员将认识到，图1中示出的任何部件可以以许多不同的序列和与许多不同手术程序的结合而植入。因而，首先可以植入前部/后部髁部件24，和在稍后的程序期间植入PFJ部件16，并且在更后的程序期间植入上部内侧髁部件20。可选地，图1中所示的所有部件可以在单一程序中植入。而且，如果一个植入的部件将变得损坏或磨损，可以置换单一部件而不妨碍其他植入的部件。

局部单片部件

为了适应各种布置，髌股关节部件16、上部内侧髁部件20和/或上部外侧髁部件18可以配置成局部单片部件。如图2中所示，PFJ/内侧髁部件32在单一件中包括PFJ区域34和内侧髁区域36。PFJ/内侧髁部件32还可以包括滑车伸展区区域38。图3示出了包括PFJ区域42、外侧髁区域44和内侧滑车伸展区区域46的PFJ/外侧髁部件40。

外侧滑车伸展区区域38和内侧滑车伸展区区域46增强了髌骨跟踪。在超过90度的弯曲，髌骨开始越过股骨的滑车凹槽。当已经置换了部分股骨时，由于髌骨开始越过滑车凹槽，滑车凹槽附近的不协调促使髌骨的脱臼。滑车伸展区允许髌骨在超过90度弯曲的置换部件上用关节连接而不脱臼。外侧滑车伸展区区域特别重要，因为在超过90度的这样弯曲的期间，髌骨趋于向外半脱臼。但是，相对大的外侧滑车伸展区区域38和内侧滑车伸展区区域46限制了髁部件的可能布置。

通过图4中所示的PFJ部件48实现了提供增强的追踪而不过多限制髁部件的布置。PFJ部件48包括节点50和52。节点50和52从PFJ部件48的主要部分向外延伸比外侧滑车伸展区区域38和内侧滑车伸展区区域46分别从PFJ/内侧髁部件32和40延伸较小的程度。因而，可以将髁部件以许多不同的定向邻接PFJ部件48放置。

当然，在本发明的范围内，内侧滑车伸展区区域46可以由节点置换。可选地，如图5中所示，可以制造PFJ/内侧髁部件54而没有任何内侧滑车区域。同样地，可以制造具有节点或没有外侧滑车区域的PFJ/内侧髁部件。

一体部件可以实质上具有比上面描述的一体部件小的尺寸。作为例子，图6示出了延伸跨过大部分PFJ区域的局部一体部件56。但是局部一体部件的最小所需尺寸是需要置换的骨的尺寸的函数。因而，可以形成一体部件以实质上小于局部一体部件56。一个这样的例子是在图7中示出的局部一体部件58。局部一体部件58通常是如图6和7中所示的沿着部件右侧的局部一体部件56的形状。然而，局部一体部件58比局部一体部件56小得多。

如果需要置换骨的第二区域，可以如所示那样由局部一体部件60提供另一局部一体部件。局部一体部件58和60有效地是局部一体部件56的多件变体，当它们植入时在局部一体部件58和60之间提供缝隙。相关领域的那些普通技术人员将认识到，在本发明的范围内可以提供变化尺寸的附加局部一体部件。

但是，在对多件置换部件计划中的考虑是，通常需要避免沿着载重线分离局部一体部件。载重线指示当关节在弯曲和伸展之间移动时经历较大载重的区域。一条这样的载重线在图7中示为载重线62。在该实施例中，已经选择局部一体部件58和60，这样载重线62在局部一体部件58和60之间保持完整的骨上延伸。通过在较低载重的区域中放置骨一部件和/或部件一部件过渡，确保沿着载重线是光滑平面，导致了较少的部件磨损。

根据本发明，局部一体部件可以包括多种内部几何形状。图8示出了在前部到后部方向上具有小平面内部的PFJ/内侧髁部件64，其包括平坦表面66、68、70、72和74。图9示出了带有弯曲内部表面78的PFJ/内侧髁部件76。图10示出了一体部件80，其带有包括弯曲表面82和平坦表面84的弯曲和平坦组合的内部。当然，可以以在此所示的任何内部几何形状构建任何部件。

而且，内部表面可以在内侧到外侧方向上以多种几何形状构建。作为例子，但不局限于，图11a示出了从图8、9或10的横线A-A取得的平坦内部86。图11b示出了弯曲内部88，同时图11c示出了带有小平面的内部90。图11d示出了具有弯曲侧面和平坦底部的内部92，同时图11e示出了具有平坦侧面和弯曲底部的内部94。这些形状适应局部骨几何形状，优于先前已知形状并且使得外科医生能够在关节中留下更多健康骨而不考虑部件是将压配合到健康骨上还是粘到健康骨上。

改进的独立部件

图12示出了具有外侧滑车伸展区区域98的PFJ部件96的可选实施例，同时图13示出了具有内侧滑车伸展区区域102的PFJ部件100的可选实施例。图14示出了具有内侧滑车伸展区区域106和外侧滑车伸展区区域108的PFJ部件104。

对已给出的前部到后部长度，可以对PFJ部件提供变化的宽度。作为非限制性例子，图15、16和17意图提供相对的尺寸比较。如图15、16和17中所示，PFJ部件可以是狭窄的(PFJ部件110)、宽的(PFJ部件112)或者之间的某值(PFJ部件114)。

而且，根据本发明，PFJ部件可以包括多种内部几何形状。图18示出了图12的PFJ部件96，其带有在前部到后部方向上具有小平面的内部，所述内部包括平坦表面116和平坦表面118的。图19示出了图14带有弯曲和平坦组合内部的PFJ部件104，所述内部包括平坦表面120和弯曲表面122。图20示出了带有弯曲内部124的图13的PFJ部件100。当然，可以以在此所示的任何内部几何形状构建任何PFJ部件。

这些部件在内侧一外侧方向上的横截面也可以形成为多种形状，例如图21中所示的横截面(a)、(b)、(c)、(d)和(e)。如这些图中所示，沿着图18、19或20的线A-A取得的横截面可以包括平坦区域、弯曲区域以及平坦和弯曲组合的区域。

单一髁部件

相似地，单一髁部件，例如图12、13和14的外侧髁部件126、128和130以及内侧髁部件132、134和136可以包括多种内部几何形状，如图22、23和24中所示。图22示出了在前部到后部方向上带有小平面内部的内侧髁部件132，其包括平坦表面138、平坦表面140和平坦表面142。图23示出了在前部到后部方向上带有弯曲内部144的内侧髁部件136，并且图24示出了在前部到后部方向上带有包括平坦表面146和弯曲表面148的弯曲和平坦的组合内部的外侧髁部件126。

而且，单一髁部件可以配置成以提供延伸的弯曲。通过图25中所示髁部件152的延伸前部部分150提供了延伸的弯曲。所述延伸部分提供了附加表面区域用以当胫骨围绕股骨旋转时与胫骨接触。当然，可以以在此所示的任意内部几何形状构建任意髁部件。而且，由髁区域的延伸可以以单片构造类似地提供延伸的弯曲。

在内侧一外侧方向上的髁部件的横截面也可以形成多种形状，如在图26a、26b、26c、26d和26e所示的那些形状。如这些图中所示，沿着图22、23和24的线A-A取得的横截面可以包括平坦区域、弯曲区域以及平坦和弯曲的组合区域。更具体地，图26a示出了平坦内部154。图26b示出了弯曲内部156，同时图26c示出了带有小平面的内部158。图26d示出了带有弯曲侧面和平坦底部的内部160，同时图26e示出了带有平坦侧面和弯曲底部的内部162。弯曲和平坦几何形状的组合不局限于这些图。而且，这些内部几何形状可以用于所有在此公开的植入部件，并且不局限于单一髁部件。

扩增件

为了进一步促进适应局部骨的几何形状，可以将扩增件放置在部件和切除的骨部分之间。扩增件的使用进一步提供重建更接近类似于自然膝的膝而不需要大量PFJ和/或髁部件，因为扩增件可以配置为有效地扩大PFJ和/或髁部件的外部边界。因而，如图27、28和29中所示，扩增件164、166、168、170、172和174可以放置在植入部件和骨之间，因而使得植入部件移动远离骨。

扩增件的外部表面成形以符合部件的内部表面。例如。扩增件164的外部和扩增件166在前部到后部方向上具有小平面以适配于部件176的带小平面的内部之中。扩增件168和170弯曲以适配于部件178的内部弯曲中。扩增件172是平坦的以适应抵靠部件180内表面的平坦部分，同时扩增件174弯曲以适应抵靠部件180的弯曲内部部分。

当然，在内侧到外侧方向上扩增件横截面的内部部分可以类似上面讨论的髁部件的内部部分成形。因而，通过带有小平面的、弯曲的和平坦的内轮廓和带有小平面的、平坦的和弯曲的外轮廓，实现了多种横截面形状。

作为例子，但不作为限制，图30a示出了具有带小平面的内表面184以及带小平面的外表面186的扩增件182。图30a的扩增件182可以用于具有图26c中所示的横截面的部件。图30b中所示的扩增件188也可以用于具有图26c中所示的横截面的部件。但是，代替带小平面的内表面，扩增件188的内表面190是弯曲的。图30c、30d和30e的扩增件192、194和196可以用于具有图26e所示的横截面的部件，以致实现带小平面的(扩增件192的内表面198)、平坦的(扩增件194的内表面200)或者弯曲的(扩增件196的内表面202)的内表面。

连接和装配机制

此外图31a示出了包括了组合的PFJ和外侧髁区域206以及内侧髁区域208的股骨置换部件204的再一实施例。可选地，部件204可以包括上部髁区域和下部髁区域。如图31a所示，部件片206和208可以植入骨潮(bone tide)210周围。在图32a中示出了部件片206、208和骨潮210之间连接的特写。骨潮210可以包括骨、软骨或合成材料。

在该实施例中，部件片206和208可以配置成互补(complimentary)的。因而，如果需要，外科医生可以植入部件片206、208而没有骨潮。因而，如图31b中所示的，部件206和208邻接，以及如图32b中所示的，部件206和208不连接。

参考图33，示出了骨潮连接的可选实施例。在该实施例中，骨潮212定位在部件片214和216之间。部件片214和216具有不同的深度。根据又一实施例，部件片可以形成有多种形状的末端。因而如图34中所示，部件片218从部件片218的上部表面向内形成角度，部件片220从部件片220的上部表面向外形成角度，部件片222具有方形末端以及部件片224是辐射式的。

部件片的辐射式末端可以包括不同曲率半径的多个分段，其中第一分段具有大于第二分段的曲率半径，第二分段定位于第一分段和部件侧面之间。这样一个构造有助于减小沿着载重线的摩擦力，其忽略邻接部件的连接。边沿的微小曲率确保沿着载重线移动的对象当从一个部件通过到达邻接部件时不遇到由于部件未对准而导致的隆起部。

根据本发明的原理制造的部件可以插入到已切除的骨或骨潮中。为了增强在切除区域中的部件的保持力，可以在部件的侧面形成珠状隔离。如图35所示，部件226包括珠状隔离228和230。相似的，部件232包括珠状隔离234和236。为在无粘合剂应用中使用珠状隔离，在骨中制造了凹槽(rescission)，所述骨与没有珠状隔离的置换部件尺寸相称。因而，当部件插入到切除区域时，将珠状隔离紧紧地压靠凹槽(rescission)壁中的骨。珠状隔离可以是单珠、围绕部件的局部褶皱或者连续褶皱的形式。本领域的那些普通技术人员将认识到，可以使用可选的材料将部件保持在所需位置，代替珠状隔离或除珠状隔离之外包括但不局限于，多孔敷层、原生物材料、花边细胞膜(lacey membrane)、水泥层或粘合剂。

通过将部件互相连接还可以增强部件的植入。为了增强部件之间的压力配合，可以形成具有与另一部件的反键匹配的键的部件。作为例子，如图36中所示，部件240包括键242，所述键242与沿着部件240和246整个连接的部件246的键244匹配。

可选地，如图37中所示，可以用单一键将部件啮合在一起，其中部件250的键248与部件254的键252匹配。在图38中示出了单一键的可选形式，其中部件256具有延伸按钮258并且部件260具有按钮容器262以接收按钮258。因而键可以包括单一匹配元件或可以包括多个匹配元件。而且，当安装部件时，需要使用互相结合的不同类型的键。这些可选实施例落入本发明的范围内。

在另一可选实施例中，可以在部件之间形成铰链以支持运动而部件不分离。如图39中所示，部件264通过铰链268连接到部件266。铰链268可以是传统机械铰链。可选地，铰链268可以由设计屈服于压力的合成材料制成。作为与单一部件或牢固连接的部件相对的，使用通过铰链连接的两个部件减少了断裂的机会。例如，如果部件264和266形成为单一刚性部件，并且如果刚性部件的一端牢固的设置在骨或接合剂中，以及刚性部件的第二端没有完全位于接合剂下，或者如果刚性部件的第二端下的骨被压缩，则刚性部件将在第一和第二端之间的位置上弯曲。刚性部件的这种弯曲或运作导致刚性部件中材料的刚性增加，这可能导致脆性断裂。但是，当以图39中的方式连接时，铰链268允许在两个部件264和266之间的弯曲或移动而不作用于任何材料。

股骨、髌骨和/或胫骨部件还可以通过例如螺丝的机械手段而互相连接。因而，图40示出了通过螺丝274和276连接到部件272的部件270。部件可以是，但不需要是，邻接以连接。参考图41，示出部件278和280由一般指示为间隔282的间隔分隔开。螺丝284可以用于将部件278连接到部件280，同时保持在部件278和部件280之间的间隔282。

而且，部件的连接可以形成在同一骨上或者可选择的跨越骨之间的连接空间。作为例子，图42示出连接到隔层288的PFJ/髁部件286，其依次连接到胫骨部件290。由连接器292形成连接。部件之间的连接器可以是骨、人造组织和/或移植物。

螺丝还可以穿过骨中的孔以保持部件的侧面穿过骨互相相对。参考图43，部件294和部件296定位抵靠股骨298，其具有在那里贯通的孔300。因此，通过将螺丝302通过孔300插入，可以连接部件294和部件296，同时在股骨298下面，螺丝304连接部件294和296。如由螺丝304进一步所示，可以提供具有螺纹306和308的螺丝，其具有不同的螺距以帮助控制夹紧力。在该实施例中，螺丝304的头部310包括容器312以接收扭矩控制扳手，从而促进螺丝304的安装。

图44示出了可以由螺丝以参考图43讨论的方式连接的股骨部件。包括PFJ区域、内侧髁和外侧髁的单一部件314可以由螺丝320、322、324和326可调整地连接到后部髁316和318。部件314、316和318是细长植入部件，其在该实施例中在前部/后部方向以及内侧/外侧方向上是弯曲的。没有这样弯曲的部件也认为是在本发明的范围之内，因为这是带有上面已经讨论的内部几何形状的部件。

连接柱328、330、332、334、336、338、340和342形成在部件314、316和318中，以从部件的内部表面延伸。螺丝320、322、324和326可以放置穿过连接柱328、330、332、334、336、338、340和342，从而这些柱提供用于部件连接的附加支持，而不需要牺牲大量骨用以植入部件。

图45中示出了可选实施例，其中PFJ部件344由垂直定向的螺丝346和348连接到内侧髁部件350和外侧髁部件352。髁部件350和352分别包括在内侧/外侧方向上从部件350和352延伸出的连接柱354和356。图46是图45的部件的侧视图，示出了PFJ部件344通过螺丝346连接到内侧髁部件350。螺丝358插入穿过连接柱354和356以连接髁部件350和352。可选地，内侧髁部件350和外侧髁部件352可以形成为单一部件。

螺丝还可以用于部件以为外科医生提供改变植入的部件相对于另一部件位置的能力。图47示出了包括单件部件360的实施例，其具有螺丝机构362用于在PFJ区域364和内侧髁区域366之间的外侧/内侧调整。以该方式机械地修改部件区域相对位置的能力，使得外科医生能够将部件更好地匹配局部植入几何形状。

胫骨和髌骨部件

现在参考图48，在两个植入的股骨部件367和369之上示出了髌骨部件368。髌骨部件368包括凹槽370，其适应了例如图40中示出的一个分离前部设计。凹槽370减少了髌骨对股骨植入物的连接的碰撞。可选地，可以使用平坦区域代替凹槽370以减少对股骨植入物的连接的碰撞。

而且，股骨部件367和369的上部边沿的微小弯曲减少了可能甚至由股骨部件367和369微小的未对准而产生的潜在摩擦力。相似地，设计股骨部件367和369以便于植入，其中带有沿着股骨部件367和369的邻接边的部件之间的小缝隙371。如果在两个部件之间发生相对运动，缝隙371减少了股骨部件367和369之间摩擦接触的可能。但是，如从图48显然看出的，设计的缝隙371足够小从而另一骨忽略该缝隙，在该实施例中，髌骨部件368，自由地忽略缝隙371。

在图49中示出了胫骨部件的实施例。胫骨部件372是成阶梯状的，以对外侧半月板374提供高于对内侧半月板376提供的支持平台。这一构造适应了部件378的不对称髁。如图50中所示，内侧半月板380可以形成为具有凹陷的表面382，同时外侧半月板384形成为具有凸起的表面386。半月板部件的这种构造更好地符合了正常膝解剖结构。

阶梯状部件

除了上面讨论的各种几何形状和构造，本发明为各种不规则成形的骨几何形状提供部件。图51示出总膝系统388，其具有成阶梯状的股骨部件390和成阶梯状的胫骨部件392。股骨部件390的内侧侧面394比外侧侧面396更远。

相似地，图52示出了包括PFJ区域400和髁区域402的PFJ/髁部件398。PFJ/髁部件398在该实施例中成阶梯状。根据本发明，即使PFJ/髁部件398已经植入，在一些时间之后也可以容易地增加附加部件。作为例子，图52示出了成阶梯状的髁部件404，其可以在比PFJ/髁部件398更晚(或更早)的时期植入。而且，PFJ/髁部件398的髁区域402和髁部件404可以具有不同尺寸。同样，如下讨论的那样，PFJ/髁部件398和髁部件404可以具有不同的曲率半径。

本发明进一步为特定患者条件提供最优化胫骨部件的范围，所述特定患者条件例如用于较早或较晚植入部件的不规则骨几何结构。如图52所示，胫骨部件插入物406和408可以在股骨部件400和404植入之前或之后的任意时间植入。胫骨部件插入物406和408可以有利地固定或是为半月板轴承植入物。本发明还提供胫骨部件插入物406和408的单独最优化的尺寸，而不考虑其他插入物或股骨部件的尺寸。这允许外科医生最优化股骨和胫骨部件之间的一致性，同时减少存货成本。

髁变化方案

本发明包括各种髁几何形状的构造。图53示出了带有髁区域412和414的股骨部件410。该实施例中髁区域412和414是非辐散的。图54示出了带有内侧髁区域418和外侧髁区域420的股骨部件416。该实施例中髁区域418和420是辐散的。另外，可以将髁区域设计成相等地辐散(图54的距离“A”＝图54的距离“B”)，或者一个髁区域可以多于另一髁区域辐散(图54的距离“A”＞图54的距离“B”)。在图54的实施例中，内侧髁区域418还宽于外侧髁区域420(图54的距离“C”＜图54的距离“D”)。可选地，髁区域可以制成相等(图54的距离“D”＝图54的距离“C”)。

图55示出了膝置换件的股骨部件422和胫骨部件424，其中股骨部件422具有不对称性。更特别地，外侧髁区域426具有比内侧髁区域428大的半径。这在图56和图57中更清楚地示出。

图56是沿着线A-A取得的股骨部件422的内侧髁区域428的横截面视图。图56示出了从内侧髁区域428的中心点到内表面的大量曲率半径r₁。图57是沿着线B-B取得的股骨部件422的外侧髁区域426的横截面视图。图57示出了从外侧髁区域426的中心点到内表面的大量曲率半径r₂。内侧半径r₁和外侧半径r₂的比较示出了内侧髁区域428的曲率半径小于外侧髁区域426的曲率半径(通常，r₁小于r₂)。

相似地，正交于图56和图57的横截面的平面中的曲率半径可以改变。图58示出了包括外侧髁区域432和内侧髁区域434的股骨部件430，其中股骨部件430在该正交平面中即从各个髁区域的一端到另一端具有不对称性。这在图59和图60中更清楚地示出。

图59是沿着图58的线A-A取得的股骨部件430的内侧髁区域434的横截面视图。图59示出了内侧髁区域434的从一端到另一端的曲率半径r₁。图60是沿着图58的线B-B取得的股骨部件430的外侧髁区域432的横截面视图。图60示出了外侧髁区域434的从一端到另一端的曲率半径r₂。内侧半径r₁和外侧半径r₂的比较示出了内侧髁区域434的曲率半径小于外侧髁区域432的曲率半径(r₁小于r₂)。

应当进一步注意到，从髁区域的前部到后部，每个髁区域的不同横截面的曲率半径可以改变。图61示出了以这样一种方式改变的股骨部件436。在图62和63中分别示出了在股骨部件436的后部部分438处的图58的线A-A的和在股骨部件436的更前部部分440处的图58的线B-B的横截面和曲率半径。半径的比较示出后部部分438的半径r₃小于前部部分440的半径r₄。

根据本发明提供的带有特别适于特定髁的几何形状的部件的可选方案，使得单一部件的位置和定向适应于髁的特定几何形状。这通过参考图64、65和66来解释。图64示出了带有PFJ部件444和植入在股骨442的外侧髁上的髁部件446的股骨442。PFJ部件444包括内侧节点445。当腿从伸展到弯曲时，髌骨跨过股骨442的轨迹由髌骨轨迹448指示。当腿从伸展到弯曲时，胫骨跨过股骨442的轨迹由胫骨轨迹450指示。安置髁部件446从而胫骨轨迹450位于沿着髁部件446的最长部分。

图65示出了带有PFJ部件454和与髁部件446相同的植入在股骨452的内侧髁上的髁部件456的股骨452。PFJ部件454与PFJ部件444相同，除了PFJ部件454同时包括内侧节点455和外侧节点457。当腿从伸展到弯曲时，髌骨跨过股骨452的轨迹由髌骨轨迹458指示。当腿从伸展到弯曲时，胫骨跨过股骨452的轨迹由胫骨轨迹460指示。安置髁部件456从而胫骨轨迹460位于沿着髁部件456的最长部分。

为了该例子的目的，股骨452的PFJ区域与股骨442的PFJ区域相同。而且，髌骨轨迹448和髌骨轨迹458同样定向在各自的股骨上。因而，因为PFJ部件444和454是相同的部件，除了在PFJ部件444上缺少了外侧节点，它们已经植入在股骨442和452的相同位置。但是，股骨442的内侧髁低于股骨452的内侧髁。另外，当与胫骨轨迹446相比时，胫骨轨迹456偏斜。这在图66中更清楚地示出。

图66是图64和图65的股骨452上部件的覆盖图。因而图66示出了图65的股骨452、PFJ部件454、髁部件456和髌骨轨迹460。在上面阐明的条件之下，将图64的部件并置在图66的部件之上，导致了PFJ部件444精确对准PFJ部件454，除了PFJ部件444上缺少了外侧节点。这在图66中由虚线参考线444指示。

图66进一步示出了髁部件446和胫骨轨迹450的位置，其中具有与如图64中所示的PFJ部件444相同的对准。但是，即使髁部件456与髁部件446相同，图66示出髁部件456与髁部件446放置到PFJ部件456相比更接近地放置到PFJ部件454。另外，与髁部件446相比，以轻微逆时针方向旋转髁部件456。

因而，根据本发明，股骨上部件的定位和定向可适于最优化股骨上部件的性能。而且，虽然髁几何形状的上述讨论使用了具有某些单片部件的髁区域的例子，仍然可以用髁部件以及具有髁区域的部件实现所述几何形状。

单片股骨部件

虽然在置换手术期间使用较小部件通常是有益的，可能有需要植入完整的单片股骨部件的情况。图67示出了包括PFJ区域464、内侧区域466和外侧区域468的股骨部件462。

根据本发明，股骨部件462可以包括多种内部几何形状。图68示出了在前部到后部方向上带有具有小平面的内部的股骨部件462，其包括平坦表面470、472、474、476和478。图69示出了带有弯曲内部表面480的股骨部件462’。图70示出了具有包括平坦表面482和弯曲表面484的弯曲和平坦组合内部的股骨部件462”。

而且，股骨部件462的内部表面可以在内侧到外侧方向上构建有多种几何形状。作为例子，而不作为限制，图71a示出了沿着图68、69或70的线A-A取得的平坦横截面486。图71b示出了弯曲内部488，同时图71c示出了具有小平面的内部490。图71d示出了具有弯曲侧面和平坦底部的内部492，同时图71e示出了具有平坦侧面和弯曲底部的内部494。这些形状比先前已知形状更好地适应局部骨几何形状，并且使外科医生能够在关节中留下更多健康骨。

正如从上面的说明书和伴随附图中理解的，本发明的系统提供了整体或双隔间膝，包括可植入的具有六度自由度的部件。特别地，参考如图72中所示的PFJ/内侧髁部件496，髁部件498可以向上、向下、向左、向右移动或者向左转或向右转。因而，可以处理不同的患者几何形状而不为每个可能的患者几何形状的要求不同的部件几何形状，或不需要外科医生通过移除健康骨使骨符合部件的几何形状。代替地，外科医生可以选择植入物的微小不同的放置或者部件的定向以适应患者骨的几何形状。

典型方法

在此描述的系统的一个优点是，其允许外科医生对每个患者建立自定义植入物。当前，以有限数目的离散尺寸提供植入物系统，其很可能将不恰恰是患者所需的尺寸。例如，患者的膝可能测得75mm。但是，用于该患者的可用植入物可能测得70mm和80mm。

在这些情况下，外科医生通常使用为置换部件设计的单一切割块。切割块放置抵靠股骨的后部或者抵靠股骨的前部，并对执行股骨的四个切除提供导向装置，两个切除在后部侧面以及两个切除在前部侧面。因此，外科医生必须为部件的前部适应或后部适应选择最优化切割，或者分离不相称的部件。

无论如何，外科医生需要在太小或者太大的植入物之间选择。这可以不利地影响程序的结果。在本发明中描述的植入物系统将允许外科医生建立精确为75mm的植入物。同样，外科医生可以完成此而不需要具有包括许多尺寸的庞大存货的附加成本。

根据本发明的原理为了执行自定义的植入，外科医生首先确定将置换骨的哪些区域。为了该例子的目的，将切除股骨的前部、后部和末梢部分。因此，外科医生在股骨的末梢端执行第一切割。其次，如图73所示，外科医生将第一切割块500定位于邻接股骨506的已切除末梢端502和后部部分504。所述切除块500包括切割导向装置508和510，其确保股骨506的已切除后部截面将与图74中所示的部件512的尺寸匹配。更特别地，股骨506的阴影部分514将与部件512的阴影部分516匹配。然后切除股骨506的阴影部分514。从而，确定股骨506的前部区域的切割位置作为股骨506的后部边界的函数。因此，当部件512连接到股骨506时，部件512的外部边界将模拟股骨506后部的自然外部边界。

然后，外科医生将第二切割块518放置在适当的位置以切除股骨506的前部部分520，如图75所示。切割块518包括切割导向装置522和524，其确保股骨506已切除的前部区域将与图74中所示的部件526的尺寸匹配。更特别地，股骨506的阴影部分528将与部件526的阴影部分530匹配。然后，切割股骨506的前部截面，留下股骨506使其为图76中示出的构造。从而，确定股骨506的前部区域的切割位置作为股骨506的前部边界的函数。因此，当部件526连接到股骨506时，部件526的外部边界将模拟股骨506前部的自然外部边界。

其次，测量从点A到点B(参见图76)的股骨宽度并保留以便将来使用。该测量称作前部一后部(AP)测量。然后，通过钻孔532和另一个孔(未示出)，准备骨以接收部件512和部件526。其次，如图77所示，部件512和部件526放置在邻接股骨506的位置，并且插入和扭转螺丝534、536以及两个其他相似的螺丝(未示出)。扭转螺丝534和536以及两个其他螺丝直到AP测量，图77中从点A到点B的距离，测得比初始AP测量少大约0.001到0.5英寸。这确保将实现植入物的良好压配合，同时在切除之前接近地模拟了股骨506的尺寸。

一旦已经合适地扭转了部件，由此在部件512和部件526之间夹紧了股骨506，就可以在部件512和部件526之间保留缝隙538。缝隙538表现了股骨506的直径与部件512和526的组合直径的差别。因此，本方法允许置换部件的外边界以模拟自然骨的外部直径，甚至对不规则的直径进行模拟。根据本发明，可以配置部件512和526从而缝隙538不定位在载重线上。如果需要，外科医生可以用可接受的材料填充该缝隙，所述材料例如参考骨潮在此描述的材料。

因此，通过提供多个切割块，每个块对特殊部件最优化，和通过使用例如部件512和526的部件，可以对患者实现自定义适应，而不考虑患者膝的尺寸。因而，根据本发明的系统和方法，可以自定义植入部件的尺寸。而且，多个切割块可以各自提供骨准备以适应具有不同内部几何形状的部件。从而，外科医生具有附加自由为特殊患者最优化每个切除。而且，通过使用例如部件512和526的部件，可以将股骨部件夹紧到骨，由此提供部件到骨的改进固定。

根据可选方法，通过在股骨中执行一系列平行切割以准备以接收植入物的股骨。典型地，通过在骨上定位一个盒子而准备骨，并且选择导向装置并放置在所述盒子中。配置导向装置以距离盒子的侧面一定距离之处装配在盒子中。可获得用于在盒子中的大量的导向装置，每个导向装置配置为以距离盒子的侧面并与其他导向装置不同的一定距离之处装配在盒子中。因而，基于将切除的骨的数量选择导向装置。在执行了切除之后，移动盒子以提供另一切割。

但是，根据本方法的一个实施例，在移动盒子之前使用第二导向装置执行第二平行切割。这是有益的，因为一旦放置好盒子，通过仅仅使用附加导向装置，容易地实现平行于第一切割的附加切割。

通过提供具有多平行内表面的置换部件，使该方法可行。在图78中示出了两个这样的部件。PFJ 540和单一髁部件542示为如当植入在股骨(未示出)上时它们将被放置的位置。PFJ部件540包括内表面544、546和548。单一髁部件542包括内表面550、552、554和556。在该实施例中，PFJ 540的内表面544、546和548分别平行于单一髁部件542的内表面550、556和554。因而，例如，当放置盒子以执行股骨中的将适应内表面544的切割时，通过使用第二导向装置，还可以不移动盒子而执行股骨中的将适应内表面550的切割。

根据又一方法，经过大量间隔开的外科手术程序，股骨假体系统越来越多地植入患者的股骨。参考图79a，在第一外科手术程序期间，在患者的腿553中产生切口551。如图79b所示，患者的股骨555包括病患部分557，其通常定位在股骨555的髌股关节区域559中。因此，在第一外科手术程序期间，与最小量健康骨一起，切除了病患部分557。其次，将置换髌股关节部件561通过切口551推入并植入髌股关节的切除区域中，如图79c所示。然后，闭合切口551，如图79d所示。

在第二外科手术程序中，在同一患者的同一腿553上产生切口563，如图79e所示。在该例子中，在腿553的相对侧产生如切口551的切口563，以允许接近如图79f中所示的内侧髁567的病患部分565。在与内侧髁567中最小量健康骨一起切除了病患部分565之后，将置换内侧髁部件569植入内侧髁567中，如图79g所示。

根据本发明的原理，将内侧髁部件569植入内侧髁567中，邻近髌股部件561但与其间隔开。可选地，内侧髁部件569可以植入内侧髁567中邻近并邻接髌股部件561。无论这样还是那样，不需要移除或置换髌股部件561。

本领域的那些普通技术人员将认识到，前述程序可以颠倒，从而在第一程序中植入髁部件并且在第二程序中植入髌股关节部件。而且，可以与前述程序一起或在前述程序之前或之后的程序期间植入附加部件。从而，根据本发明的原理，外科医生仅仅需要置换股骨的病患部分。而且，如果股骨的另一部分在之后的时间患病，可以置换新的病患部分而不移除先前植入的部件。

导向装置和器械

传统地，对整体或局部膝假体的骨准备已经依赖于与摆锯和刀片一起使用的上述讨论的盒子和导向装置。因而，对呈现有图80中所示的缺陷区域558，外科医生将传统地在股骨560上执行切割，如由虚线562所指示的那样，切除髁564的整个前部部分。对传统的置换部件，这种切除的方法非常有效。但是，这样一种方法导致了大量切除骨的健康部分。

为了提供比使用传统工具能获得的更好的适应性，最近形成了一种趋势以在移除骨中使用其他类型的器械。这样的工具包括高速钻器、粗锉刀、骨凿和刨槽机。由这些新使用的工具提供的增强的适应性，包括将外科手术切除限制到仅仅实际需要置换的骨的那些区域的能力。因而，参考图80，股骨560的切除可以限制于缺陷区域558和较小量健康骨。由于能够将骨的切除限制到相应于选定部件的区域，这种能力是对上述各种部件的补充。

本发明包括大量可以用于协助执行该切除中的导向装置。在图81a中示出了一个这样的导向装置。导向装置566包括管脚568、导向装置表面570和潮标记(tide mark)572。管脚568用于将导向装置566锚定在骨中。使用计算机辅助外科手术可以实现将导向装置566放置在骨中。潮标记572用于指示导向装置566将插入到骨中的深度。使用计算机辅助建模，可以确定可消除的潮标记572。现在参考图81b，导向装置表面570通常是定尺寸和定轮廓的以匹配如图82中所示的部件574的置换部件的曲率和基本形状。

参考图80说明了导向装置566的典型使用。最初，对缺陷区域558和股骨560建模。基于该建模，确定了置换部件574稍微大于缺陷区域558并且匹配于在缺陷区域558附近的股骨560的基本轮廓。从而，认为与部件574相关的导向装置566是将使用的合适的导向装置。因此，将潮标记572在导向装置556上的定位确定为部件574的厚度的函数。在该实施例中，该系统将进一步确认将用于导向装置566的钻器头尺寸。

在使用潮标记572标记导向装置566之后，导向装置566插入股骨560中，如图83所示。导向装置566放入股骨560可以是计算机辅助的。确认使用的钻器头，例如图84中所示的钻器头576，插入到高速钻器工具578中。高速钻器工具578包括导向装置表面支持台580和辊582。然后，供给高速钻器工具578能量并且将导向装置表面支持台580放置在导向装置表面570，其中辊582位于导向装置566的侧面。然后外科医生指导围绕导向装置566外围的高速钻器工具578，如图85中的箭头584所示，在股骨560中围绕图83中所示的缺陷区域558产生通道586。通道586可以形成为一个连续切口或者一系列切口。然后外科医生移除导向装置566，并在由通道586限定的区域中切除骨到通道586的深度。

如上所述，导向装置566通常是置换部件574的形状。因而，选择合适尺寸的钻器头导致了通道586的外壁符合置换部件574的尺寸和形状，同时完全切除病患区域558的外部边界。而且，由插入导向装置566到潮标记572的深度和钻器头576底部之上的导向装置表面支持台580的高度来确定切除的深度。因而，可以确定切除的深度与置换部件574的厚度相符。

通过提供不同尺寸的钻器头，单一导向装置可以用于不同宽度和高度的不同置换部件。可选地，高速钻器工具578的辊582的边沿和钻器头576的外周之间的远程距离可以变化以实现相同的功能。相似地，导向装置表面支持台580的高度可以调整以提供不同深度的切除。该器械还可以配置为侧面切割器械，例如图86中所示的侧面切割工具588。侧面切割工具588包括配置成用来接收导向装置表面592的通道590。在一些实施例中，导向装置表面592处于围绕导向装置外周的连续褶皱的形式。

相关领域的那些普通技术人员将认识到，导向装置表面的外周界可以形成为适应各种形状置换部件的多种形状。另外，外周界可以包括多个轴上的曲率以提供例如在骨的球形区域的使用。这些和其他普及方案落入本发明的范围。

在图87中示出了导向装置的可选实施例。导向装置594是冲压导向装置。导向装置594包括外部切割边沿596和大量内部切割边沿598。为了清楚的解释，图88示出了移除了内部切割边沿598的导向装置594。外部切割边沿596成形以符合置换部件的外部形状。外部切割边沿596的高度符合置换部件的厚度。每个内部切割边沿598可以单独成形和定尺寸以符合置换部件的内部轮廓和厚度。因而，当压靠骨时，外部切割边沿596和每个内部切割边沿598切入骨中。然后可以移除导向装置594，在骨上留下一系列切口，其符合置换部件的形状、轮廓和厚度。通过使用工具以向下切除骨到切口的水平面，可以切除骨而接收置换部件。在可选实施例中，导向装置仅仅包括外部切割边沿596。

根据多种可选方法，可以促进放置冲压导向装置。一种方法使用图89中所示的装置。导向装置600包括围绕导向装置600外周的切割边沿602以及导孔604和606。导向装置600还可以包括内部切割边沿。导向装置600示为插入分别延伸穿过导孔604和606的管脚608和610。实际上，管脚608和610插入骨中。然后，导向装置600安置在管脚608和610上，将导孔604和606与管脚608和610对准。然后，移动导向装置600使其抵靠骨。因而，导向装置600定位在所需位置。然后，使用导向装置600的该方法可以以与参考导向装置594描述的相似的方式进行。

由导向装置600产生的切割深度可以以大量方式确定。例如，由切割边沿602的深度、由在切割边沿602上标记所需深度、由管脚608和610上的潮标记或由在管脚608和610上提供超过其则导向装置600不能移动的止动部，可以确定切割的深度。使用计算机辅助外科手术或者其他图像协助技术可以实现管脚608和610的放置以确保切割的适当深度和定位。

可选地，在股骨上的位置是已知的先前植入的部件可以与管脚导向装置一起使用以放置用于对准导向装置的管脚。参考图90讨论了这样一个管脚导向装置，其中在股骨614中植入了单一试验部件612。单一试验部件612包括孔616和618。

在图90中还示出了管脚导向装置620。在该实施例中，管脚导向装置620包括摇臂622、基臂624以及管脚导孔626和628。基臂624配置成将插入到单一试验部件612的孔616中。而且，基臂624和管脚导孔616配置以提供基臂624关于单一试验部件612定向的已知定向。这样一种构造可以包括键一锁构造或仅仅在基臂624上的一个标记，该标记对准单一试验部件612上的标记。基臂624还可以在高度上调整以致解决骨的曲率。

还提供一种机制以建立摇臂622关于基臂624的所需定向。这可以是位于一臂上的参考标记和位于另一臂上的一序列数字。因此，实现了管脚导向装置620关于股骨614的精确定向。

特别地，股骨614的建模提供了股骨614的几何形状。单一试验部件612的成像和随后的建模提供了孔616关于股骨614的准确定位。因为已知基臂624的高度和定向，和因为已知摇臂622的长度和定向，可知管脚导向装置620关于股骨614的精确位置。因此，管脚可以精确地插入股骨614中并经过管脚导孔626和628。

可选地，可以在股骨614的任何切除之前，在股骨614上放置临时部件。在本发明的该可选方法中，一旦放置好就成像该临时部件。因而，用于PFJ或髁部件的任一个或两者的导向装置管脚的放置，可以由临时部件以与上面描述的PFJ导向装置管脚的放置相似的方式而导向。相关领域的那些普通技术人员将认识到，使用该方法可以放置任意数目的部件导向装置管脚。

某些器械非常有利于产生进入骨平面表面的切口。作为例子，图91中所示的锯630包括连接到轴杆634的研磨尖端632。在锯630的外壳640上定位的两个导向装置凸钮636和638。轴杆634从一端移动到另一端(如图91所示的上和下)。轴642和644示出了由轴杆634通过运动的每个循环扫到的圆弧的外限。

因此，当在例如箭头646的方向上的垂直于外壳640的轴的方向上移动锯630时，骨可以仅仅切割到由骨上的一次通过的尺寸A-A指示的深度。这在此称作“通路深度”。可以由提供不同尺寸的研磨头而调节通路深度，因为较长的头扫到较大的圆弧。而且，锯可以定向以沿着行进方向或者正交于行进方向切割。因而，依赖于锯中研磨头的构造，单一研磨头可以提供两种不同宽度的切除。

锯630可以用于图92中示出的导向装置648，以在骨中产生特定深度的切口，包括大于单一通路深度的深度。导向装置648包括通道650。通道650通常是曲折的，在该实施例中包括基本平行的子通道652、654和656。子通道652、654和656间隔开高达具有特殊研磨头的锯630的通路深度的距离。子通道652通过末端通道658连接到子通道654，而且子通道654通过末端通道660连接到子通道656。因此，通道650从通道入口662到通道止动部664是连续的。

通过确认将切除的骨的区域，开始操作带有导向装置648的锯630。然后为锯630选择研磨尖端。一旦选定了研磨头，就已知通路深度并可选定合适的导向装置648。

提供可以用于构建用于特定切除的特定导向装置的成套子通道和弯曲，上述预期落入本发明的范围。当用计算机程序辅助执行该方法时，设计该程序以产生导向装置的设计。无论如何，一旦已知通路深度，就可以确定导向装置子通道的间距。选择导向装置通道间距，从而导向装置的邻近子通道之间的距离不大于研磨头的通路深度。在一个实施例中，子通道间距是分隔邻接子通道的导向装置的壁厚度的函数。

因而，该成套工具可以提供可以互相连接的多个子通道部件。子通道部件可以包括将用于骨的各种区域的多个几何形状。因而，弯曲子通道截面可以用于股骨头附近的切除，同时相对直的子通道可以用于限制到髁的一个区域的切除。基于骨的建模以及将切除的区域，可以使用计算机程序以确认子通道和将使用的弯曲和导向装置部件的构造。

一旦安装或选定了导向装置648，其连接到将切除的骨，其中通道入口662定向远离将切除的骨。导向装置648定位在骨上的一个高度，从而当导向装置凸钮636和638在子通道652中并且抵靠最靠近骨的子通道652的壁时，研磨尖端将延伸进入骨一个通路深度或更少的距离。导向装置648到骨的连接可以通过使用夹具完成，并且导向装置648的放置可以用计算机指导的外科手术完成。

然后，导向装置凸钮636和638插入通道入口662并且对锯630提供能量。然后外科医生沿着通道650移动锯630穿过子通道652。当导向装置凸钮636和638都在末端通道658中时，锯630能够下降到子通道654并且在将切除的区域上形成另一通路。

如果将切除的区域宽于可能由锯630产生的切口，可以使用第二导向装置邻接导向装置648或为了骨上的第二陶通道可以重新定位导向装置648。

图93示出了导向装置的可选实施例，用于在锯的外壳的相对侧上有导向装置管脚的锯。导向装置666包括在该实施例中弯曲以符合股骨670的下表面的通道668。导向装置666还包括在图94中示出的通道672。通道668和672定位在腔674的任一侧。因此，为了使用导向装置666，锯的相对的导向装置管脚分别插入到通道668和672中，并且研磨尖端和锯通过腔674的开口插入。

在一个实施例中，通道668和672配置成相同的以提供一致的切口。但是，如果需要，可以选择子通道的长度和间距以提供从切口的一侧到切口的另一侧的形状和深度变化的切口。

在图95中示出了可以用于合成了本发明的特征的导向装置的线状锯。锯676包括手柄(未示出)、导向装置平台678、导向装置管脚680和线682。锯676还可以包括用于移动线682的器件，例如往返器件或旋转器件。锯676还可用于在图96中示为连接到股骨686的导向装置684。导向装置684包括图97中示出的通道688和通道690。

在操作中，导向装置管脚680插入通道688和690中，并且导向装置平台+78搁置在通道688和690的顶部。这在图98中更清楚的示出。在切除期间，搁置在基本上平行的通道688和690上的导向装置平台678的相对宽的底部确保线682保持垂直于通道688和690。然后，外科医生通过沿着通道688和690移动锯676而切割骨。当移动锯676时，由通道688和690限制的导向装置管脚680和搁置在基本平行的通道688和690上的导向装置平台678保持线682在股骨686中的所需定位。使用导向装置684导致了平滑的弯曲切割表面，如图96的虚线692所示。

使用本发明的原理可以获得其他骨表面的几何形状。作为例子，但不作为限制，锯676可以用于图99中示出的导向装置694。导向装置694的通道696包括大量线性片断。因此，使用导向装置694导致股骨698的带小平面的切除，如虚线700所示。该实施例和其他实施例落入本发明的范围内。

本领域的那些普通技术人员将认识到，上述系统可以用于宽范围变化的相当大量的程序。前述描述了一个清楚简单的方法，以在膝置换外科手术中结合本发明的系统，以便于示出本发明的一个优点。本领域的那些普通技术人员将认识到，本发明可以允许许多可选方法，那些可选方法落入本发明的范围内。

虽然已经由典型处理和系统部件的描述阐述了本发明，并且虽然已经相当详细的描述了各种处理和部件，但是申请人不意旨限制或并不作为对附加权利要求的范围限制到这些细节的任何限制。对本领域的那些普通技术人员来说，附加的优点和修改方案也可以容易地显现。因此，处于其最宽方面的本发明不局限到特定细节、实施方式或示出和描述的示意性例子。因此，在不脱离申请人的基本发明理念的精神和范围之下可以脱离开这些细节。作为例子，但不作为限制，在此描述的系统可以应用到除了膝以外的其他骨和关节，甚至具有单一关节隔间的关节。这些骨可以包括胫骨和肱骨。

Claims (17)

1.一种股骨假体系统，包括：

髌股关节部件，配置成便于置换髌股关节轴承表面的一部分；

内侧髁部件，配置成便于置换内侧髁轴承表面的一部分；

外侧髁部件，配置成便于置换外侧髁轴承表面的一部分；

第一紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述内侧髁部件；

第二紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述外侧髁部件，

其中，在所述髌股关节部件与所述内侧和外侧髁部件之间限定一骨空间，所述骨空间配置成便于接收股骨的切除部分，并且

其中，所述第一紧固件和所述第二紧固件各自延伸穿过所述骨空间。

2.根据权利要求1的所述系统，其中所述内侧髁部件包括第一柱，配置成以接收所述第一紧固件的末端部分。

3.根据权利要求2的所述系统，其中所述外侧髁部件包括第二柱，配置成以接收所述第二紧固件的末端部分。

4.根据权利要求1的所述系统，还包括：

第三紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件和进入所述内侧髁部件；以及

第四紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件和进入所述外侧髁部件。

5.根据权利要求4的所述系统，其中所述髌股关节部件包括第一柱，所述第一紧固件延伸穿过所述第一柱。

6.根据权利要求5的所述系统，其中所述髌股关节部件包括第二柱，所述第二紧固件延伸穿过所述第二柱。

7.一种股骨假体系统，包括：

髌股关节部件，配置成以置换髌股关节轴承表面的一部分；

髁部件，配置成以置换髁轴承表面的一部分；以及

紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述髁部件，

其中在所述髌股关节部件与所述髁部件之间限定了骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，并且

其中所述紧固件延伸穿过所述骨空间。

8.根据权利要求7的所述系统，其中所述髁部件包括第一柱，配置成以接收所述紧固件的末端部分。

9.根据权利要求8的所述系统，其中所述髌股关节部件包括第二柱，所述紧固件延伸穿过所述第二柱。

10.一种股骨假体系统，包括：

髌股关节部件，配置成以置换髌股关节轴承表面的一部分；

内侧髁部件，配置成以置换内侧髁轴承表面的一部分；

外侧髁部件，配置成以置换外侧髁轴承表面的一部分；

第一紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述内侧髁部件；

第二紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述内侧髁部件；

第三紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述外侧髁部件；以及

第四紧固件，延伸穿过所述髌股关节部件并进入所述外侧髁部件，

其中在所述髌股关节部件与所述内侧和外侧髁部件之间限定了骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，

其中所述第一紧固件和所述第三紧固件各自延伸穿过所述骨空间，并且

其中所述第二紧固件和所述第四紧固件各自远离所述骨空间而被隔开。

11.根据权利要求10的所述系统，其中：

所述髌股关节部件包括第一柱、第二柱、第三柱和第四柱，

所述内侧髁部件包括第五柱和第六柱，

所述外侧髁部件包括第七柱和第八柱，

所述第一紧固件延伸穿过所述髌股关节部件的所述第一柱并进入所述内侧髁部件的所述第五柱，

所述第二紧固件延伸穿过所述髌股关节部件的所述第二柱并进入所述内侧髁部件的所述第六柱，

所述第三紧固件延伸穿过所述髌股关节部件的所述第三柱并进入所述外侧髁部件的所述第七柱，以及

所述第四紧固件延伸穿过所述髌股关节部件的所述第四柱并进入所述外侧髁部件的所述第八柱。

12.一种股骨假体系统，包括；

髌股关节部件，配置成以置换髌股关节轴承表面的一部分；

髁部件，配置成以置换髁轴承表面的一部分；以及

第一紧固件，配置成以将所述髁部件连接到所述髌股关节部件，

其中当用所述紧固件将所述髁部件连接到所述髌股关节部件时，在所述髁部件与所述髌股关节部件之间限定了骨空间，所述骨空间配置成以接收股骨的切除部分，并且

其中所述第一紧固件延伸穿过所述骨空间。

13.根据权利要求12的所述系统，其中所述髁部件包括第一柱，配置成以接收所述第一紧固件的末端部分。

14.根据权利要求13的所述系统，其中所述髌股关节部件包括第二柱，所述第一紧固件延伸穿过所述第二柱。

15.根据权利要求12的所述系统，还包括第二紧固件，配置成以将所述髁部件连接到所述髌股关节部件，其中所述第二紧固件远离所述骨空间而被隔开。

16.根据权利要求15的所述系统，其中所述髁部件包括(i)第一柱，配置成以接收所述第一紧固件的末端部分，和(ii)第二柱，配置成以接收所述第二紧固件的末端部分。

17.根据权利要求15的所述系统，其中所述髌股关节部件包括(i)第三柱，所述第一紧固件延伸穿过所述第三柱，和(ii)第四柱，所述第二紧固件延伸穿过所述第四柱。

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