用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置

摘要

本发明公开了一种用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置，包括胫骨截骨面导板、股骨后髁截骨导板、股骨前髁截骨导板、连接螺钉和测量探针，胫骨截骨面导板上有股骨后髁截骨导板卡槽，与股骨后髁截骨导板卡条连接；股骨后髁截骨导板上有测量探针插孔，与测量探针插杆连接；股骨后髁截骨导板上有股骨前髁截骨导板插口，与股骨前髁截骨导板插板连接；股骨后髁截骨导板连接孔与股骨前髁截骨导板插板连接螺孔通过连接螺钉连接；股骨后髁截骨导板固定钉通过股骨后髁截骨导板上的固定钉孔将股骨后髁截骨导板固定在股骨上，使用本发明技术显著减少手术损伤，股骨假体定位准确，手术过程简单，降低手术费用。

说明书

技术领域

本发明是一种手术操作辅助器械，具体来说是一种用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置，用于人工膝关节初次置换术中股骨远端髓外定位截骨及股骨前后髁测量、外旋定位截骨。

背景技术

一、传统技术

（1）对于伸膝间隙的确定

人工膝关节置换术中使用的传统的股骨远端截骨模板在手术中通过股骨髓内定位确定了股骨远端截骨面的外翻角度，进行正确截骨后才能完成后续的手术步骤。

人工膝关节置换术中，对股骨远端截骨主要要求如下：一、在膝关节伸直位时，股骨远端截骨面与胫骨上段截骨面平行并与股骨轴线成固定角度外翻（5°-7°）；二、股骨远端截骨面与下肢力线成垂直关系。

传统手术器械需要行股骨髓腔内插入定位杆才能确定股骨远端截骨面，然而这样会增加手术创伤，导致手术中及术后出血量的增加，增加术中脂肪栓塞风险，甚至危及患者生命，若患者股骨存在较大前弓弧度时，不能保证力线与股骨远端截骨面垂直，存在不准确性，使用较短定位杆，则会使股骨远端截骨面外翻角度不真实。若患者存在某些因素（例如：曾行同侧髋关节置换股骨柄较长或股骨端畸形导致不能顺利插入定位杆）导致不能使用长定位杆或不能使用定位杆时，传统手术将无法进行。

（2）对于屈膝间隙的确定

在人工膝关节置换术中，在股骨侧假体大小测量及确定股骨假体外旋度数时，传统工具均是以前或后参考测量截骨器测量股骨假体大小及确定股骨侧假体外旋度数后，再使用四合一截骨模板行股骨远端前后髁截骨。并且传统工具的外旋度数只有0°、3°、5°和7°，为固定度数，不能准确更改为患者个体化度数。

人工膝关节置换术中，对股骨远端前后髁截骨主要要求如下：一、屈膝90°时，要求后髁截骨后所成面与胫骨截骨面平行，其所构成屈膝间隙，并且使屈膝间隙等于伸膝间隙；二、在膝关节屈曲90°位时，股骨后髁截骨面与胫骨上段截骨面平行并同时决定了股骨假体在股骨远端横截面上的外旋度数（3°）；三、在膝关节屈曲90°位时，股骨后髁截骨面与胫骨力线成垂直关系。

传统手术器械需要参考股骨后髁连线才能确定股骨后髁截骨面，若患者股骨后髁存在发育畸形、骨缺损时，不能保证股骨远端外旋度数的正确及后髁截骨面与胫骨截骨面在屈膝90°时平行，存在不准确性，从而导致股骨假体外旋度数过大或小，导致股骨假体旋转对线错误，髌骨轨迹不良，导致膝关节屈曲不稳定，影响患者术后功能及假体使用寿命，增加手术翻修风险，使手术满意度下降。

二、计算机导航

为突破传统TKA术式的局限性，计算机辅助骨科技术应运而生。它是医学影像技术、计算机技术和空间示踪技术的发展与结合，又被称为计算机手术导航，有对手术精确化、标准化控制的优势。对导航系统而言，减小导航系统的误差，提高假体安装精确性的关键在于术前配准，这是不同类型计算机辅助人工膝关节置换手术系统的基础，也是手术的关键步骤，它是通过体表标志或解剖标志定位，将病人个体骨关节信息与计算机系统进行几何学对应的输入与成型过程。因此，导航系统术前配准时会存在一定误差，原因包括：

（1）对于确定伸膝间隙

所有导航系统髋关节中心的确定依赖髋关节小范围运动，骨性标志的定位依然凭借术者肉眼、手感和经验判断；骨性标志的变异对导航结果有影响，指示器在骨性标志上移动会影响导航测量轴线的准确性，导航可以提高假体对位、对线准确性，但导航系统仍采用传统术式相同的解剖标志定位下肢力线和假体旋转轴线，从而校准传统的截骨导板进行截骨，也没有摆脱传统定位参照和截骨器械，只是基于验证和校正错误力线基础上提高手术准确性。另外，高昂的费用和较高的技术要求也限制了导航系统广泛推广应用。计算机辅助导航系统的工作原理和全球定位系统非常类似。下肢机械轴线的定位通常认为股骨头中心、膝关节中心和踝关节三点在一条直线上，但对于中心点位置的选择却存在很大分歧，特别对于膝关节和踝关节中心的确定，有待于进一步研究；这些外科参照仍存在很大争议，且传统和导航都是依靠术者肉眼、手感和经验判断解剖标志，带有很大的主观性。导航系统可以提高全膝关节置换的准确性，但作为一种新技术，本身存在一定偏倚和不准确性，系统性能和安全性还有许多障碍需要克服，且导航系统需要术中进行注册，延长手术时间，增加了感染和假体植入时骨折的风险。另外，过高的费用和复杂技术要求也限制了其广泛推广应用。因此，无论传统还是导航系统均没有从根本上解决下肢生物力学轴线和假体旋转轴线的定位问题，采用传统的手指触摸法，依靠个人经验和手感来判断和辨认骨性标志，从而定位截骨器械，没有摆脱主观性。也就是说无论传统还是导航系统，在假体置入准确性上没有明显差异，导航系统同时存在费用高昂，手术过程复杂，增加感染风险等问题。

（2）对于确定屈膝间隙

导航系统通过完成示踪器安装及解剖点注册后，行股骨前后髁截骨。导航系统多以股骨外上髁轴线、前后轴线(whiteside线)或后髁轴线为股骨截骨旋转定位参考线。因此，导航系统术前配准时会存在一定误差，原因包括：导航系统股骨远端旋转定位时，依赖股骨远端骨性标志的定位，手术中依然凭借术者肉眼、手感和经验判断；骨性标志的变异对导航结果有影响，指示器在骨性标志上移动会影响导航测量轴线的准确性，导航可以提高假体对位、对线准确性，但导航系统仍采用与传统术式相同的解剖标志定位假体旋转轴线，从而校准传统的截骨导板进行截骨，也没有摆脱传统定位参照和截骨器械。因此，无论传统还是导航系统均没有从根本上解决依靠术者经验和手感来判断和辨认骨性标志，从而定位截骨器械，没有摆脱主观性。在假体置入准确性上没有明显差异，导航系统同时存在费用高昂，手术过程复杂，增加感染风险等问题。

三、3-D打印技术

3-D 打印技术近年来已逐渐应用于骨科领域，完善了骨科复杂手术的术前准备，使手术由复杂变简单化。它通过采集术前CT、X 线等影像数据，经过计算机软件处理，输入快速成型机器，制成实体硬组织一致的模型，有助于术前准确了解硬组织的细微解剖结构及病变与周围结构的关系，提示截骨线、骨块移动的位置信息等，起到指导手术的作用。在关节外科应用上，3-D 打印技术因其可以为患者“量身定制”个体化模型，使关节置换中假体型号的选择、假体安放位置的准确性以及畸形的矫正程度等技术难题得到解决。这使得关节严重畸形、软组织严重挛缩的患者的术前手术方案的制定简单化、准确化，从而提高关节外科复杂高难度手术的成功率，使手术更精确、更安全。

但3-D 打印目前仍然存在使用上的缺点。（1）因该项技术尚未得到广泛推广，3-D打印的使用费用高，包括3-D 打印设备的购置、运行，打印材料及相关专业人员费用，大多数患者不能承担其费用。（2）3-D 技术因打印模型的个体化，使得在打印部分要求较高的模型时，耗时时间较长。（3）3-D打印技术仍以膝关节骨性标识作为制作截骨导板的基础，这也存在人为的主观性，也会导致膝关节置换术中假体力线及股骨假体旋转对线的不准确。总之，3-D打印技术也存在和传统手术在假体置入准确性上没有明显差异，同时存在术前准备时间长，费用高昂等问题。

总结，对于确定伸膝间隙，上述技术（传统工具、计算机导航、3D打印）均存在手术过程中需反复加切股骨及胫骨的可能。因为，为了获得满意的伸膝间隙，必须到达膝关节伸直时，胫骨及股骨之间能放入相应的间隔器来测量伸膝间隙，我们发现，使用传统工具时存在为了使间隔器能放入伸膝间隙内，不得不重复行股骨远端及胫骨截骨，这使手术时间增加，导致手术感染风险增加及患者麻醉时间延长而带来的一系列问题。其中传统工具还需行股骨髓内定位，加大患者创伤，增加脂肪栓塞等发生的可能，增加出血。

对于确定屈膝间隙而言，以上技术对股骨假体外旋定位时均参照了股骨外上髁轴线、前后轴线(whiteside线)或后髁轴线。总结起来，目前在人工膝关节置换术中，均通过以下四种方法进行股骨侧外旋定位，并且有资料显示他们术后股骨假体外旋度数分别如下：外上髁轴定位组：内旋17°~外旋11°，后髁线组：13°~14°，Whitesides线组：17°~15°，间隙平衡组：12°~14°，股骨假体旋转度数＞5°的发生率分别如下：外上髁轴定位组：56% 后髁线组：72%、Whitesides线组：60%、间隙平衡组：20%。也有资料显示，以上四种技术发生股骨假体外旋＞5°的概率分别为：外上髁轴定位组：56%、后髁线组：72%、Whitesides线组：60%、间隙平衡组：20%。可以看出，四种技术中，间隙平衡组的准确性最高。外上髁轴，术中用手触摸股骨内外侧髁最凸起处，确定股骨外旋，存在不同观察者出现不同结果的偏倚。后髁线组，后髁轴是股骨后髁关节面的连线，目前多数手术定位器械均以其作为参考。但膝关节内翻畸形的骨关节炎患者后髁常被侵蚀，外翻畸形患者外髁则变小，也有患者后髁骨缺损或软骨缺损者，如采用后髁轴作为参考轴，将造成股骨假体旋转对线不良。Whiteside线，即股骨滑车最低点与髁间窝中点的轴线。由于髁上轴相当于膝关节的旋转中心，Whiteside线与髁上轴垂直，在髌骨脱位后即可标记，较其他参考轴线标记容易，创伤性更小，更可靠，适用于传统和微创手术。但对于股骨髁发育不良和膝关节外翻畸形患者，因股骨髁外形发生改变，影响了该参考轴线的可靠性。屈曲间隙平衡技术首先由Insall等提出，即TKA术中必须在伸直位和屈曲位达到平衡(内侧和外侧软组织结构相等的紧张度)，使其具有正常的运动学和稳定性。股骨远端截骨后首先在伸直位松解紧张的韧带结构，直到膝关节力线达中立位；然后在屈曲90°时将张力器或层状分离器插入膝关节，先行胫骨近端截骨，当采用张力器牵开膝关节时，股骨前髁和后髁截骨平行于胫骨截骨面。我们认为应用间隙平衡技术股骨假体旋转可以产生更好的屈膝稳定性，提高术后膝关节功能，减少聚乙烯假体磨损。

本发明是以等量截骨、平行截骨、屈曲间隙平衡技术为原理，在完成胫骨标准截骨后，伸直膝关节时使用本发明可以直接确定股骨远端截骨面，并能保证下肢力线，股骨远端截骨面外翻角度可以实现个体化，并且不重复加切动作，屈曲膝关节时以等量截骨可以完成股骨后髁截骨，并能确保正确的股骨假体外旋度数及最合适的股骨假体前后径大小。

屈膝间隙平衡技术是指韧带松解后膝关节维持在一张力状态，使股骨与胫骨之间的间隙呈矩形。其方法是在膝关节内、外侧予以相同负重，平行于胫骨切面切除股骨后髁。膝关节置换截骨后，肢体伸直时膝关节的间隙为伸直间隙，屈膝时的间隙为屈曲间隙，以两者相等为宜。由于股骨内、外髁曲率不等，要使两间隙相等，进行股骨前后髁截骨时必须外旋截骨。屈曲间隙平衡技术与股骨上髁轴线、股骨后髁线、前后轴线技术相比较，发现屈曲间隙平衡技术对膝关节屈膝时的稳定性更好。

在做人工膝关节初次置换术时，需要对股骨远端髓外定位截骨及股骨前后髁测量、外旋定位截骨。在手术过程中使用传统工具存在损伤大，股骨假体定位不准，手术过程复杂，手术费用高等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提供一种用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置，减少手术损伤，股骨假体定位准确，手术过程简单，降低手术费用。

本发明是这样来实现的，一种用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置，包括胫骨截骨面导板、股骨后髁截骨导板、股骨前髁截骨导板、连接螺钉、测量探针、股骨后髁截骨导板固定钉和力线杆，胫骨截骨面导板上有股骨后髁截骨导板卡槽，与股骨后髁截骨导板上的股骨后髁截骨导板卡条连接；股骨后髁截骨导板上有测量探针插孔，与测量探针上的测量探针插杆连接；股骨后髁截骨导板上有股骨前髁截骨导板插口，与股骨前髁截骨导板上的股骨前髁截骨导板插板连接；股骨后髁截骨导板有股骨后髁截骨导板连接孔，股骨前髁截骨导板插板上有股骨前髁截骨导板插板连接螺孔，股骨后髁截骨导板连接孔与股骨前髁截骨导板插板连接螺孔通过连接螺钉连接；股骨后髁截骨导板固定钉通过股骨后髁截骨导板上的固定钉孔将股骨后髁截骨导板固定在股骨上。

本发明工具应用于人工膝关节置换术，可以实现无需打开股骨髓腔，减少损伤及出血，达到微创，减少病人痛苦，可以直接确定伸膝间隙与屈膝间隙相等，伸膝间隙与屈膝间隙等量截骨，无需多次截骨，最少量截骨。手术时间缩短，减少反复多次胫骨、股骨截骨，能确定股骨远端截骨面个体化外翻角，伸膝间隙与屈膝间隙等量截骨决定了本发明工具能进行最少的截骨来完成手术，选择最合适的股骨假体大小，获得良好的股骨假体旋转位置，使旋转度数真正个体化，不过度依赖手术器械，减少失误，操作简便。摆脱传统技术必须依赖股骨解剖标志才能定位，从而避免了识别股骨解剖标志过程中带来的误差，在患者存在某些因素，例如：曾行同侧髋关节置换股骨柄较长或股骨端畸形不能顺利插入定位杆，导致不能使用长定位杆或不能使用定位时和在股骨后髁发育畸形、后髁软骨或骨缺损时，也能较为精确的进行股骨远端外翻角度定位，确保下肢力线，能确保股骨假体旋转对线，保证膝关节屈曲稳定，髌骨活动轨迹良好，术后患者膝关节功能良好，增加假体使用寿命。本工具操作简单，缩短手术时间，减少手术污染机会，无需增加诸如购买导航及3D打印技术制作一次性截骨导板的额外手术费用，本发明使用工具简化，工具数量少，相对于传统手术工具较多，减少了消毒及运输等费用。

附图说明

图1是胫骨截骨面导板与股骨后髁截骨导板的连接示意图。

图2是胫骨截骨面导板、股骨后髁截骨导板和测量探针的连接示意图。

图3是胫骨截骨面导板、股骨后髁截骨导板和股骨前髁截骨导板的连接示意图。

图4是胫骨截骨面导板结构示意图。

图5是股骨后髁截骨导板结构示意图。

图6是股骨前髁截骨导板结构示意图。

图7是股骨后髁截骨导板固定钉结构示意图。

图8是力线杆。

图中的A是胫骨截骨面导板、B是股骨后髁截骨导板、C是股骨前髁截骨导板，D是测量探针，1是股骨后髁截骨导板卡槽，2是股骨后髁截骨导板卡条，3是固定钉孔，4是测量探针插孔，5是测量探针插杆，6是股骨前髁截骨导板插口，7是股骨前髁截骨导板插板，8是股骨后髁截骨导板连接孔，9是股骨前髁截骨导板插板连接螺孔，10是连接螺钉。

具体实施方式

现就附图对本发明作进一步说明，如图1-8所示，本发明工具一种用于膝关节置换术的股骨远端及前后髁测量定位截骨装置，包括胫骨面导板A，股骨后髁截骨导板B，股骨前髁截骨导板C，测量探针D，连接螺钉10和导板固定钉，胫骨截骨导板A上有股骨后髁截骨导板卡槽1，股骨后髁截骨导板B上有股骨后髁截骨导板卡条2，可以卡入胫骨截骨导板上的股骨后髁截骨导板卡槽1；股骨后髁截骨导板B上有测量探针插孔4，测量探针上有测量探针插杆5，可以插入股骨后髁截骨导板B上的测量探针插孔4；股骨后髁截骨导板B上有股骨前髁截骨导板插口6，股骨前髁截骨导板C上有股骨前髁截骨导板插板7，可以插入股骨后髁截骨导板B上的股骨前髁截骨导板插口6；股骨后髁截骨导板B有股骨后髁截骨导板连接孔8，股骨前髁截骨导板C上的股骨前髁截骨导板插板7上有股骨前髁截骨导板插板连接螺孔9，可以用连接螺钉10在股骨前髁截骨导板插板7插入股骨后髁截骨导板上的股骨前髁截骨导板插口6时将股骨后髁截骨导板B和股骨前髁截骨导板C连接在一起，股骨后髁截骨导板固定钉通过股骨后髁截骨导板上的固定钉孔将股骨后髁截骨导板固定在股骨上。使用本发明在人工膝关节置换术中，完成胫骨近端标准截骨及膝关节内外软组织平衡后，用于确定伸膝间隙时，使用本发明的胫骨截骨面导板A通过股骨后髁截骨导板卡槽1与股骨后髁截骨导板B相连，以胫骨截骨面为基准，将本工具的胫骨截骨面导板如图1所示面贴平胫骨截骨面，牵引小腿使膝关节内外侧韧带张力平衡，同时如图8所示的力线杆对准股骨头中心、膝关节中心及踝关节中心，使用如图7所示的导板固定钉将股骨后髁截骨导板B固定至股骨远端前方，使胫骨截骨面导板A与股骨后髁截骨导板B分离，则可以直接进行股骨远端横截面截骨。使用本发明可直接实现与伸膝间隙等量截骨，手术中，屈膝90°，以胫骨截骨面为基准，牵引小腿，在保持膝关节内外侧韧带张力平衡时，将本工具的胫骨截骨面导板A面贴平胫骨截骨面，股骨后髁截骨导板B面贴平股骨远端截骨面，使用测量探针D测出股骨前后髁大小，确定最合适假体大小，再使用连接螺钉10连接股骨前髁截骨导板C，使用导板固定钉将股骨前、后髁截骨导板固定在股骨上，选择合适的截骨槽进行股骨前髁截骨，进而可以完成股骨远端及前后髁截骨。