用于制造膝关节置换植入物的方法以及用于膝关节置换的植入物

摘要

本申请公开了一种制造膝关节置换植入物的方法、利用该方法形成的用于膝关节置换的植入物以及一种膝关节置换植入物。该方法包括：限定下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心和后股骨髁轴；生成股骨几何参数和胫骨几何参数，所述股骨几何参数和胫骨几何参数是相对于所述髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心和后股骨髁轴测量的；利用所述股骨几何参数和胫骨几何参数从限定的群体中采集人体测量数据；以及利用所采集的人体测量数据创建股骨部件和/或胫骨部件。

说明书

技术领域

本申请涉及用于制造膝关节置换植入物的方法以及利用该方法形成的膝关节置换植入物。

背景技术

全膝关节置换术对于因关节炎或损伤而导致其肢体严重受损的患者来说是一种常见的矫形手术。在手术过程中，骨折或受损的破损部分通过适当的植入物在内部固定，或由最合适的可用假体替代。

现有技术中可用的植入物和假体是根据为数不多的几个人种设计的。然而，大量研究表明，不同人种间的人类骨骼是不同的。由于植入物和假体的可用尺寸并不多，并且没有将许多人种的膝关节数据的人体测量学特征引入植入物和假体的设计过程中，所以据报道多个人种的许多患者与可用植入物和假体不匹配。植入物和假体的尺寸不足将导致植入物和假体的下陷，而部件的突出部分将导致软组织磨损并最终导致手术失败。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种制造膝关节置换植入物的方法。该方法包括：限定下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心和后股骨髁轴；生成股骨几何参数和胫骨几何参数，所述股骨几何参数和胫骨几何参数是相对于所述髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心和后股骨髁轴测量的；利用所述股骨几何参数和胫骨几何参数从限定的群体中采集人体测量数据；以及利用所采集的人体测量数据创建股骨部件和/或胫骨部件。

根据本申请的另一个方面，提供了一种膝关节置换植入物，其包括具有股骨几何参数的股骨部件和/或具有胫骨几何参数的胫骨部件。该股骨几何参数可相对于下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴测量；该胫骨几何参数可相对于所述髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴测量。所述股骨几何参数和所述胫骨几何参数用于从限定的群体采集人体测量数据，以用于创建所述股骨部件和所述胫骨部件。

根据本申请的又一个方面，提供了一种用于膝关节置换的植入物，其可通过利用上述方法形成。

根据本申请的实施方式，可利用从特定群体采集的人体测量数据创建适于该群体的膝关节置换植入物的股骨部件和/或胫骨部件。可对从特定群体采集的人体测量数据进行测量并进一步进行分析，以复制植入物和假体的群体解剖学形状。

附图说明

图1为示出根据本申请一个实施方式制造膝关节置换植入物的方法的流程图；

图2为示出根据本申请一个实施方式限定后股骨髁轴的流程图；

图3示出了根据本申请一个实施方式从三个不同方向观看的后股骨髁的示意图，其中限定了后股骨髁轴；

图4示出了根据本申请一个实施方式的股骨头的示意图，其中限定了髋关节中心；

图5示出了根据本申请一个实施方式从两个不同方向观看的膝部关节的示意图，其中限定了膝关节中心；

图6示出了根据本申请一个实施方式从三个不同方向观看的胫骨远端的示意图，其中限定了踝关节中心；

图7为示出根据本申请一个实施方式生成股骨几何参数和胫骨几何参数的流程图；

图8为示出根据本申请一个实施方式建立下肢坐标系的流程图；

图9示出了根据本申请一个实施方式建立的下肢坐标系；

图10为示出根据本申请一个实施方式建立股骨坐标系的流程图；

图11示出了根据本申请一个实施方式建立的股骨坐标系；

图12为示出根据本申请一个实施方式建立股骨髁坐标系的流程图；

图13示出了根据本申请一个实施方式建立的股骨髁坐标系；

图14为示出根据本申请一个实施方式建立胫骨坐标系的流程图；

图15示出了根据本申请一个实施方式建立的胫骨坐标系；

图16示出了根据本申请一个实施方式模拟的股骨远端；以及

图17示出了根据本申请一个实施方式模拟的胫骨平台。

具体实施方式

以下将参照附图对本申请进行详细描述。

本文所描述的膝关节置换植入物可包括用于膝关节置换的植入物和假体。该植入物可用于在内部固定骨折或受损的破损部分。该假体可用于替代骨头的整体或一部分。

图1为示出根据本申请一个实施方式制造膝关节置换植入物的方法的流程图。如图1所示，该方法1000包括步骤S1100-S1400。

在步骤S1100，限定下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴。在本实施方式中，可在医学图像处理软件(例如Mimics，其具有对应解剖学标记的几何拟合功能)中限定下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴。关于髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴的具体讨论将在稍后给出。

在步骤S1200，生成股骨几何参数和胫骨几何参数。特别地，该股骨几何参数和胫骨几何参数是相对于髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴测量的。在本实施方式中，该股骨几何参数和胫骨几何参数可在计算机辅助绘图软件(例如Solidworks)中生成。关于生成股骨几何参数和胫骨几何参数的具体讨论将在稍后给出。

在步骤S1300，利用该股骨几何参数和胫骨几何参数从限定的群体中采集人体测量数据。在步骤S1300中，可从特定群体中采集人体测量数据，从而使所要制造的膝关节置换植入物可适合于该群体的人。在本实施方式中，可利用CAD绘图工具采集人体测量数据。

在步骤S1400，利用从限定的群体采集的人体测量数据创建股骨部件和/或胫骨部件。

这样，可利用从特定群体收集的人体测量数据创建适于该群体的膝关节置换植入物的股骨部件和/或胫骨部件。可测量并进一步分析从特定群体采集的人体测量数据，以用于复制植入物和假体中的群体解剖学形状。对于工业生产，源自某个群体的多个样本的人体测量数据可用于设计适于该群体的膝关节置换植入物。对于患者的手术，他自己的人体测量数据或源自该患者的群体的一人或多人的人体测量数据可用于设计适于该患者的膝关节置换植入物。

图2为示出了根据本申请一个实施方式限定后股骨髁轴的流程图。如图2所示，步骤S1100包括子步骤S1110-S1130。

在子步骤S1110，对下肢的股骨髁的后股骨髁从内凹弧到端部的表面区域进行标记。在子步骤S1120，使圆柱体与所标记的表面区域相匹配。在子步骤S1130，将匹配的圆柱体的轴定义为后股骨髁轴。

如前文所述，步骤S1100可在医学图像处理软件(例如Mimics，其具有对应解剖学标记的几何拟合功能)中执行。也就是说，子步骤S1110-S1130可在医学图像处理软件中执行。

图3示出了根据本申请一个实施方式从三个不同方向观看的后股骨髁的示意图，其中定义了后股骨髁轴。如图3所示，对股骨髁的后股骨髁从内凹弧到端部的表面区域310进行标记，使圆柱体320与被标记的表面区域310相匹配，随后将匹配的圆柱体320的轴330定义为后股骨髁轴。

图4示出了根据本申请一个实施方式的股骨头的示意图，其中定义了髋关节中心。如图4所示，髋关节中心410是与下肢的股骨头表面420相匹配的球体的中心。

图5示出了根据本申请一个实施方式从两个不同方向观看的膝关节的示意图，其中定义了膝关节中心。如图5所示，膝关节中心510是参照图3描述的匹配圆柱体320的轴的中心。

图6示出了根据本申请一个实施方式从三个不同方向观看的胫骨远端的一部分的示意图，其中定义了踝关节中心。如图6所示，踝关节中心610是与胫骨远端640的关节表面630相匹配的圆柱体620的重力中心。

如上所述，对下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴进行了限定，从而可相对于所限定的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴测量股骨几何参数和胫骨几何参数，这对于采集人体测量数据是一项独特的设计。

图7为示出了根据本申请一个实施方式生成股骨几何参数和胫骨几何参数的流程图。如图7所示，步骤S1200包括子步骤S1210-S1220。

在子步骤S1210，基于下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心以及后股骨髁轴建立多个坐标系。之后，在子步骤S1220，利用所建立的坐标系限定股骨几何参数和胫骨几何参数。关于坐标系的具体讨论将在稍后给出。

如前文所述，步骤S1200可在计算机辅助绘图软件(例如Solidworks)中执行。也就是说，在计算机辅助绘图软件中，可建立多个坐标系，并且可限定股骨几何参数和胫骨几何参数。

根据本申请的一个实施方式，多个坐标系包括下肢坐标系。图8为示出根据本申请一个实施方式建立下肢坐标系的流程图。如图8所示，子步骤S1210包括子步骤S1211-S1216。

在子步骤S1211，将下肢的下肢机械轴定位为通过髋关节中心和踝关节中心。在子步骤S1212，将下肢冠状面创建为通过下肢机械轴并平行于后股骨髁轴。在子步骤S1213，将下肢坐标系的原点定位于髋关节中心。在子步骤S1214，将下肢坐标系的Y轴方向设置为从踝关节中心至髋关节中心。在子步骤S1215，将下肢坐标系的Z轴方向设置为与下肢冠状面垂直并从下肢的后部延伸至前部。在子步骤S1216，根据右手定则设置下肢坐标系的X轴方向。

这样，建立了下肢坐标系。图9示出了根据本申请一个实施方式建立的下肢坐标系，其中下肢坐标系的原点910以及X轴、Y轴和Z轴根据图8中示出的过程定位。

根据本申请的一个实施方式，多个坐标系包括股骨坐标系。图10为示出根据本申请一个实施方式建立股骨坐标系的流程图。如图10所示，子步骤S1210包括子步骤S1211’-S1215’。

在子步骤S1211’，将股骨冠状面创建为通过后股骨髁轴和髋关节中心。在子步骤S1212’，将股骨坐标系的原点定位于膝关节中心。在子步骤S1213’，将股骨坐标系的Y轴方向设置为从膝关节中心至髋关节中心。在子步骤S1214’，将股骨坐标系的Z轴方向设置为垂直于股骨冠状面并从下肢的后部延伸至前部。在子步骤S1215’，根据右手定则设置股骨坐标系的X轴方向。

这样，建立了股骨坐标系。图11示出了根据本申请一个实施方式建立的股骨坐标系，其中股骨坐标系的原点1110以及X轴、Y轴和Z轴根据图10中示出的过程定位。

根据本申请的一个实施方式，多个坐标系包括股骨髁坐标系。图12为示出根据本申请的一个实施方式建立股骨髁坐标系的流程图。如图12所示，子步骤S1210包括子步骤S1211”-S1215”。

在子步骤S1211”，将股骨髁冠状面创建为通过后股骨髁轴和髋关节中心。在子步骤S1212”，将股骨髁坐标系的原点定位于膝关节中心。在子步骤S1213”，将股骨髁坐标系的Y轴方向设置为垂直于后股骨髁。在子步骤S1214”，将股骨髁坐标系的Z轴方向设置为垂直于股骨髁冠状面并从下肢的后部延伸至前部。在子步骤S1215”，根据右手定则设置股骨髁坐标系的X轴方向。

这样，建立了股骨髁坐标系。图13示出了根据本申请一个实施方式建立的股骨髁坐标系，其中股骨髁坐标系的原点1310以及X轴、Y轴和Z轴根据图12中示出的过程定位。

根据本申请的一个实施方式，多个坐标系包括胫骨坐标系。图14为示出根据本申请一个实施方式建立胫骨坐标系的流程图。如图14中所示，子步骤S1210包括子步骤S1211”’-S1215”’。

在子步骤S1211”’，将胫骨冠状面创建为通过后股骨髁轴和踝关节中心。在子步骤S1212”’，将胫骨坐标系的原点定位于膝关节中心。在子步骤S1213”’，将胫骨坐标系的Y轴方向设置为从踝关节中心至膝关节中心。在子步骤S1214”’，将胫骨坐标系的Z轴方向设置为垂直于胫骨冠状面并从下肢的后部延伸至前部。在子步骤S1215”’，根据右手定则设置胫骨坐标系的X轴方向。

这样，建立了胫骨坐标系。图15示出了根据本申请一个实施方式建立的胫骨坐标系，其中胫骨坐标系的原点1510以及X轴、Y轴和Z轴根据图14中示出的过程定位。

综上所述，设计并建立了下肢坐标系、股骨坐标系、股骨髁坐标系以及胫骨坐标系，以用于采集人体测量数据。根据本申请的一个实施方式，在采集人体测量数据的步骤S1300，可利用多个坐标系测量下肢的股骨、股骨髁、胫骨以及胫骨平台的人体测量数据。在一个实施例中，所采集的人体测量数据可包括由多个坐标系限定的坐标和曲率。

如前文所述，步骤S1300可利用CAD绘图工具执行。也就是说，可利用CAD绘图工具测量下肢的股骨、股骨髁、胫骨以及胫骨平台的人体测量数据。

图16示出了根据本申请一个实施方式模拟的股骨远端。在本实施方式中，在步骤S1400，股骨部件的创建可包括基于所采集的人体测量数据模拟股骨远端。如图16中所示，股骨远端1600可通过以下方式模拟：基于所采集的人体测量数据模拟髌骨沟1610和后股骨髁1620，并将所模拟的髌骨沟1610和后股骨髁1620相结合。

可选地，可通过形成髌骨沟1610的径向截面曲线和矢状截面曲线来构建模拟的髌骨沟1610，并且可通过形成后股骨髁1620的径向截面曲线和矢状截面曲线来构建模拟的后股骨髁1620。

图17示出了根据本申请一个实施方式模拟的胫骨平台。在本实施方式中，在步骤S1400，胫骨部件的创建可包括基于所采集的人体测量数据模拟胫骨近端。如图17所示，通过基于所采集的人体测量数据模拟胫骨平台1700来模拟胫骨近端。

可选地，可通过形成胫骨平台1700的冠状截面曲线、矢状截面曲线以及轴向圆周来构建模拟的胫骨平台1700。

在另一个方面，本申请提供了膝关节置换植入物，包括具有股骨几何参数的股骨部件和/或具有胫骨几何参数的胫骨部件。股骨几何参数可相对于下肢的髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心和后股骨髁轴测量；胫骨几何参数可相对于髋关节中心、膝关节中心、踝关节中心和后股骨髁轴测量。股骨几何参数和胫骨几何参数可用于从限定的群体中采集人体测量数据，以用于创建股骨部件和胫骨部件。

在又一个方面，本申请提供用于膝关节置换的植入物，其可利用前述方法形成。

尽管前述说明包括许多特定布置和参数，但应该注意的是这些特定布置和参数仅用于阐述本申请的实施方式。这不应该被看作是对本申请范围的限制。本领域技术人员能够理解的是可以对本申请做出各种修改、添加和替换，而不脱离本申请的范围和精神。因此，本申请的范围应该基于附加的权利要求构建。