原位增材制造的运动保留植入物的制作方法

原位增材制造的运动保留植入物
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是2019年12月17日提交的美国申请序列号16/716,697和2019年12月17日提 交的美国申请序列号16/716,771、2020年6月22日提交的美国申请序列号16/907,341以及 2020年8月6日提交的美国申请序列号16/986,869的部分继续申请。各申请的内容全文并入 本文。
技术领域
3.本技术整体涉及用于原位形成运动保留或运动保全的患者植入物的增材制造系统和过程。


背景技术：

4.增材制造过程已经越来越多地用于制造广泛多种零件，包括医学植入物。示例性植入物 是脊柱椎间体或融合器。
5.增材制造技术和材料科学的进步已经扩展可打印零件的类型和配置，包括以前不可能的 具有内部或复杂特征的零件。
6.常规增材制造植入物会具有各种缺点。
7.这些缺点中的一些可与它们通常被批量预制造的事实有关。因此，它们不是定制的，例 如，并不特定于特定患者解剖结构。相反，它们是一种大小/形状适应多种情况。
8.一些产品系列提供多个大小选项。即使如此，产品几何形状也仍可能在一定程度上是通 用的。
9.作为另一个缺点，常规零件因为进入问题而可能难以植入或不可能植入。可存在部分地 阻断将植入物递送到目标植入物位置的患者组织。其他与进入相关的问题可由于塌缩或部分 塌缩的相邻椎骨而发生，这些椎骨阻断进入到相邻椎骨之间的区域。
10.作为又一个缺点，存在与场外制造相关的非期望成本。这些成本包括包装、装运、跟踪、 存储、取出和准备用于植入的成本。
11.在一些医学规程中，可植入多个零件。在这些情况的一些情况下，在手术之前或期间连 接零件以形成构建体。在一些常规脊柱手术中，组装例如预制造部件的构建体以将相邻患者 椎骨固定在一起，以限制椎骨之间的相对移动。固定所选择椎骨之间的相对位置减轻或消除 诸如神经卡压或有问题的椎间接触的影响。此类影响可源于创伤或椎间盘受损。固定还可致 使相邻椎骨融合或生长到一起。
12.除了预制植入物的所提及潜在缺点之外，特定于植入物组件的缺点可包括与手动装配和 连接部件相关联的另外劳力。
13.而且不管常规植入物的类型如何，确保在患者体内的精确定位都可能是一项挑战。
14.由刚性材料形成的常规脊柱植入物的另外挑战在于：它们会减小患者脊柱的运动范围和 /或减弱患者的对应椎骨之间的自然减震。例如，由硬金属材料形成的常规脊柱植
入物可能 不允许获得足够的挠曲特性来提供期望目标运动范围。另外，常规脊柱植入物会消除和/或 降低相关椎骨之间的减震能力。再例如，利用接骨螺钉和/或优化以融合患者的相邻椎骨的 骨生长促进材料的常规脊柱植入物会减小相关椎骨的运动范围并且消除和/或降低相关椎骨 之间的减震能力。
15.上述挑战的解决方案是脊柱手术、需要植入物的其他医学规程以及涉及某种装置(不论 是否称为植入物)的其他行业(包括医学行业之外的行业)所期望的。


技术实现要素：

16.本公开的技术的系统和过程整体涉及用于(诸如在手术期间在患者体内)原位形成零件或 装置的增材制造系统和过程。
17.一方面，本公开提供一种用于打印原位打印的运动保留植入物的方法。所述方法可包括： 在第一定位步骤中，将分配部件定位在允许进入由患者的第一椎骨和第二椎骨限定的椎间盘 空间的椎间体进入空间内或其附近，并且在第一打印步骤中，在所述椎间体进入空间内或其 附近打印刚性材料。另外，所述方法可包括：在第二打印步骤中，在所述椎间体进入空间内 或附近打印柔韧材料。在一些实施方案中，所述刚性材料与所述柔韧材料接触。
18.另一方面，本公开提供一种方法，其包括：提供增材制造系统，所述增材制造系统包括 机器人子系统和控制器设备，所述控制器设备具有处理器和存储原位打印指令的非暂时性计 算机可读介质；以及执行所述原位打印指令，从而控制所述机器人子系统执行所述打印步骤。
19.另一方面，本公开提供一种增材制造系统，其还包括：供给部件，所述供给部件影响到 达或通过所述分配部件的打印材料的流动；以及所述控制器设备，在所述打印步骤中，所述 控制器设备基于分配部件移动数据控制所述供给部件以控制分配所述打印材料的速率。
20.另一方面，本公开提供，每个打印步骤包括沉积第一层的第一类型的打印材料并且在所 述第一层上沉积第二层的第二类型的打印材料。
21.另一方面，本公开提供，在第三打印步骤中，在所述椎间体进入空间内或其附近打印另 一刚性材料，并且在一些实施方案中，所述第二打印步骤的所述柔韧材料由所述第一打印步 骤和所述第三打印步骤的所述刚性材料包围。
22.另一方面，本公开提供一种在患者体内原位形成的运动保留脊柱植入物。在一些实施方 案中，第一端盖由刚性材料形成并且具有对应于第一椎体的大小，并且第二端盖由刚性材料 形成并且具有对应于第二椎体的大小。另外，柔韧材料被配置为填充所述第一端盖与所述第 二端盖之间的内部空间，所述柔韧材料在患者的盘空间内原位由所述分配部件分配并且固化。
23.另一方面，本公开提供，在一些实施方案中，所述第一端盖和所述第二端盖由刚性材料 形成，所述刚性材料由所述分配部件分配。
24.另一方面，本公开提供，在一些实施方案中，所述第一端盖和所述第二端盖是从原材料 提供的。
25.另一方面，本公开提供，所述第一端盖和所述第二端盖联接到所述柔韧材料。
26.另一方面，本公开提供，在一些实施方案中，第一端盖和第二端盖被配置为将所述柔韧 材料限制在其间。
27.另一方面，本公开提供，在一些实施方案中，所述第一端盖和所述第二端盖由拴系件联 接在一起，所述拴系件被配置为限定所述第一端盖与所述第二端盖之间的所述内部空间的高 度。
28.另一方面，本公开提供，所述柔韧材料是扩张材料，所述扩张材料被配置为扩张所述第 一端板与所述第二端板之间的所述内部空间，从而使所述拴系件处于张力下。
29.另一方面，本公开提供，在一些实施方案中，所述第一端盖和所述第二端盖由沿着第一 桡侧设置的至少一个第一拴系件和沿着与所述第一桡侧相反的第二桡侧设置的至少一个第二 拴系件联接在一起，并且所述至少一个第一拴系件长于所述至少一个第二拴系件。
30.另一方面，本公开提供，所述柔韧材料是扩张材料，所述扩张材料被配置为扩张所述第 一端板与所述第二端板之间的所述内部空间，从而使所述至少一个第一拴系件和所述至少一 个第二拴系件处于张力下，并由此使所述第一端板相对于所述第二端板倾斜。
31.另一方面，本公开提供一种用于在患者体内原位打印脊柱植入物的增材制造系统。所述 系统可包括机器人子系统，所述机器人子系统具有：扫描和成像设备，所述扫描和成像设备 被配置为扫描患者的解剖结构；以及支架，所述支架包括至少一个分配喷嘴，所述至少一个 分配喷嘴被配置为选择性地分配至少一种刚性材料和至少一种柔韧材料。所述系统还可包括 控制器设备，所述控制器设备具有处理器和存储计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介 质，所述计算机可执行指令在由所述处理器执行时致使所述控制器：控制所述扫描和成像设 备来确定患者脊柱的目标对准；基于所述患者脊柱的所述目标对准、椎间体进入空间以及所 述患者脊柱的相邻椎骨之间的盘空间开发原位打印计划，包括原位材料选择计划；并且执行 所述原位打印计划。在执行所述原位打印计划时，所述控制器可控制所述支架来分配选自 所述至少一种刚性材料和所述至少一种柔韧材料的至少一种材料以形成至少一个运动保留植 入物。
32.另一方面，本公开提供，在一些实施方案中，可提供供给部件，所述供给部件用于影响 通过所述分配部件的打印材料的流动速率和打印材料的类型。在一些实施方案中，所述控 制器被进一步配置为基于所述原位打印计划和所述原位材料选择计划控制所述供给部件。
33.另一方面，本公开提供，所述控制器被进一步配置为控制由选自所述至少一种刚性材料 和所述至少一种柔韧材料的多种不同打印材料形成所述至少一个运动保留植入物。
34.另一方面，本公开提供混合部件，所述混合部件被配置为选择性地混合选自所述至少一 种刚性材料、所述至少一种柔韧材料和至少一种粘合剂材料的材料。
35.另一方面，本公开提供，所述计算机可执行指令被进一步配置为在由所述处理器执行时， 致使所述控制器形成至少一个运动保留植入物。所述运动保留植入物可包括：第一端盖，所 述第一端盖由刚性材料形成并且具有对应于第一椎体的大小；第二端盖，所述第二端盖由刚 性材料形成并且具有对应于第二椎体的大小；以及柔韧材料，所述柔韧材料被配置为填充所 述第一端盖与所述第二端盖之间的内部空间，所述柔韧材料在患者的盘
空间内原位由所述分 配部件分配并且固化。
36.另一方面，本公开提供，所述计算机可执行指令被进一步配置为在由所述处理器执行时， 致使所述控制器由所述至少一种刚性材料形成具有重复格子图案的网格结构并且用所述至少 一种柔韧材料填充所述格子。
37.附图及以下描述中陈述本公开的一个或多个方面的细节。根据说明书和附图以及权利要 求，将明白本公开所描述技术的其他特征、目标和优点。
附图说明
38.图1是根据本公开的通用实施方案的外科增材制造系统的定位在患者椎骨附近的分配部 件的轴向视图。
39.图2是根据本公开的第一示例性实施方案的增材制造系统的定位在患者椎骨附近的第一 基底分配模式下的多分配布置的轴向视图。
40.图3是根据第一示例性实施方案的定位在患者椎骨附近的第二催化剂分配模式下的另一 多分配布置的轴向视图。
41.图4是根据本公开的第二示例性实施方案的增材制造系统的定位在患者椎骨附近的第一 基底分配模式下的多分配布置的轴向视图。
42.图5是根据第二示例性实施方案的定位在患者椎骨附近的第二催化剂分配模式下的多分 配布置的轴向视图。
43.图6是根据本公开的第三示例性实施方案的增材制造系统的将基底材料沉积到患者椎骨 的第一基底分配模式下的多分配布置的轴向视图。
44.图7是根据第三示例性实施方案的在患者椎骨附近的在从第一模式到第二催化剂分配模 式的转变期间的多分配布置的轴向视图。
45.图8是转变到处于第二催化剂分配模式下的多分配布置的轴向视图。
46.图9是根据第三示例性实施方案的将催化剂沉积到患者椎骨的第二催化剂分配模式下的 多分配布置的轴向视图。
47.图10是定位在手术室中以用于患者的增材制造系统的透视图。
48.图11是图1的轴向视图，其中增材制造系统的分配部件朝向患者的原位位置移动。
49.图12是根据本技术的第一通用实施方案的图1的轴向视图，其中分配部件移动到患者 的示例性原位位置。
50.图13示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件通过将第一行的第一基底材料分 配到患者的原位位置而开始原位形成第一椎间体植入物。
51.图14示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件继续将基底材料分配到患者的原 位位置。
52.图15示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件完成将第一行的基底材料沉积在 患者的原位位置处。
53.图16示出根据本技术的第一通用实施方案的示例性分配部件在患者的原位位置处的第 一行的基底材料之上或向其分配催化剂。
54.图17示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件在患者的原位位置处的第一行的 基底之上完成第一行的催化剂。
55.图18示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件将随后行的基底材料分配到患者 的原位位置。
56.图19示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件完成将随后行的基底材料沉积在 患者的原位位置处。
57.图20示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件在患者的原位位置处的随后行的 基底材料之上沉积催化剂。
58.图21示出根据本技术的第一通用实施方案完成的增材原位植入物的示例性第一层。
59.图22示出根据本技术的第一通用实施方案的分配部件开始在患者的原位位置处的第一 层之上形成随后层的基底材料。
60.图23是在第一患者椎骨和第二相邻椎骨附近原位形成的第一增材原位植入物的侧向视 图。
61.图24是示出可在执行第一通用实施方案之后实现的根据本技术的第二通用实施方案的 处于另一原位位置的分配部件的透视图。
62.图25示出根据本技术的第二通用实施方案的开始在第二原位位置处原位形成呈椎间板 形式的另外的第二增材植入物，第二增材植入物连接到第一增材原位植入物并且位于患者的 第二椎骨处。
63.图26示出根据本技术的第二通用实施方案的继续形成第二增材原位植入物，这包括围 绕预固定到患者的第二椎骨的第一骨锚且与之接触地形成第二植入物。
64.图27示出根据本技术的第二通用实施方案的继续在第二椎骨处形成第二增材原位植入 物。
65.图28示出根据本技术的第二通用实施方案的在患者的第一椎骨处完成第二增材原位植 入物，这包括围绕预固定到患者的第一椎骨的第二骨锚且与之接触地形成第二植入物。
66.图29是根据本公开的第三通用实施方案的增材制造系统的定位在位于患者椎骨附近的 示例性起始位置处的分配部件的侧向视图。
67.图30是根据本公开的第三通用实施方案的分配部件开始在患者椎骨之间分配基底材料 的侧向视图。
68.图31是根据第三通用实施方案的重定位到大体上起始位置以用于开始在患者椎骨之间 沉积催化剂的分配部件的侧向视图。
69.图32是根据第三通用实施方案的分配部件在患者椎骨之间分配催化剂的侧向视图。
70.图33是根据第三通用实施方案的分配部件继续在患者椎骨之间分配打印材料(例如，基 底和粘合剂)以用于原位形成椎间体植入物的侧向视图。
71.图34是根据第三通用实施方案的分配部件继续在椎间体部分和椎骨附近沉积基底和催 化剂以形成连接到椎间体部分的面板部分、从而原位形成组合式椎间体/板植入物的侧向视 图。
72.图35是根据本技术的第四通用实施方案的分配部件面向椎骨且在椎骨之间沉积打印材 料、从而原位形成将椎骨固定在一起的板植入物的侧向视图。
73.图36是两个相邻患者椎骨的侧视图，这两个相邻患者椎骨间隔成使得无法轻易地将所 示椎间体植入物传递到期望椎间位置。
74.图37示出根据本技术的第六通用实施方案的开始原位形成第六椎间体植入物。
75.图38示出继续原位形成第六椎间体植入物。
76.图39示出用于形成第六椎间体植入物的最终原位步骤。
77.图40示出根据第六通用实施方案的在患者体内完成的第四原位形成的椎间体。
78.图41示出根据第六通用实施方案的开始原位形成第六多部件椎间体植入物的第一部件。
79.图42示出根据第六通用实施方案的开始增材形成第六多部件椎间体植入物的第二部件。
80.图43示出椎间体植入物的第六实施方案的定位用于插入到第一部件附近的原位位置的 第二部件。
81.图44示出根据第六通用实施方案的已经将第二部件椎间体植入物推动到与第一部件直 接相邻的期望位置，从而形成第六示例性椎间体。
82.图45示出根据本技术的第七通用实施方案的示例性基准螺钉的透视图。
83.图46示出待连结的患者椎骨的侧向视图。
84.图47示出患者椎骨的侧向视图，患者椎骨各自具有锚定到其前面(例如，椎弓根)部分的 图45的基准螺钉。
85.图48是根据本公开的第七通用实施方案的增材制造系统的分配部件的侧向视图，分配 部件定位在与基准螺钉之一相邻或至少与患者椎骨之一相邻的示例性起始位置处，以用于开 始沉积打印材料以便原位生长融合植入物。
86.图49是根据本公开的第七通用实施方案的增材制造系统的分配部件在椎骨之间施加基 底材料以用于原位打印植入物、从而连接螺钉并由此连接椎骨的侧向视图。
87.图50是根据本公开的第七通用实施方案的增材制造系统的分配部件的侧向视图，分配 部件被重定位到起始位置以用于在椎骨之间施加基底材料，从而连接螺钉并由此连接椎骨。
88.图51是根据本公开的第七通用实施方案的增材制造系统的分配部件施加催化剂、从而 连接螺钉并由此连接椎骨的侧向视图。
89.图52是根据本公开的第七通用实施方案的增材制造系统的分配部件完成打印材料的施 加、从而连接螺钉并由此连接椎骨以形成原位植入物的侧向视图。
90.图53示出根据本公开的第七通用实施方案的连接椎骨的原位打印的植入物的透视斜视 图。
91.图54示出待由原位打印的运动保留植入物支撑和/或操纵的患者椎骨的侧向视图。
92.图55示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在将支架和分配部件定位在 其间之后的侧向视图。
93.图56示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在将支架和分配部件定位在 第一打印区域中之后的侧向视图。
94.图57示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在支架和分配部件已
经打印 出原位打印的运动保留植入物的第一部分之后的侧向视图。
95.图58示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在将支架和分配部件定位在 第二打印区域中之后的侧向视图。
96.图59示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在支架和分配部件已经打印 出原位打印的运动保留植入物的第二部分之后的侧向视图。
97.图60示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在将支架和分配部件定位在 第三打印区域中之后的侧向视图。
98.图61示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在支架和分配部件已经打印 出原位打印的运动保留植入物的第三部分之后的侧向视图。
99.图62示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在支架和分配部件已经接近 打印出完整原位打印的运动保留植入物之后的侧向视图。
100.图63示出待由原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在支架和分配部件已经打印 出原位打印的运动保留植入物之后的侧向视图。
101.图64示出待由刚性端板和原位打印的运动保留植入物支撑的患者椎骨在支架和分配部 件已经在刚性端板之间打印出原位打印的运动保留植入物之后的侧向视图。
102.图65是原位打印的运动保留植入物的横截切面图，所述原位打印的运动保留植入物包 括由刚性材料形成的网格结构和由柔韧材料形成的可填充结构。
103.图66是在第一端部上经历压缩并且在与第一端部相反的第二端部上经历拉伸的原位打 印的运动保留植入物的横截切面图，所述原位打印的运动保留植入物包括由刚性材料形成的 网格结构和由柔韧材料形成的可填充结构。
104.图67是在第一端部上经历拉伸并且在与第一端部相反的第二端部上经历压缩的原位打 印的运动保留植入物的横截切面图，所述原位打印的运动保留植入物包括由刚性材料形成的 网格结构和由柔韧材料形成的可填充结构。
105.图68a是原位打印的运动保留植入物的透视图，所述原位打印的运动保留植入物包括由 多个柔性臂联接到中央部分的第一端板和第二端板。
106.图68b是图68a的原位打印的运动保留植入物的透视图，其中移除了第一端板和第二端 板中的一者。
107.图69a是具有包括多种不同材料组合物的第一端板和第二端板的原位打印的运动保留植 入物的透视图。
108.图69b是包括由柔韧材料包围的第一端板和第二端板的原位打印的运动保留植入物的透 视图。
109.图70是包括由拴系件联接在一起的第一端板和第二端板的原位打印的运动保留植入物 的透视图。
110.图71是包括由拴系件联接在一起的第一端板和第二端板的原位打印的运动保留植入物 的透视图。
具体实施方式
111.虽然本技术主要在脊柱植入物的上下文中描述，但本技术并不限于与脊柱外科手术一起 使用，或甚至不限于用于医学规程。本技术可用于制造其他行业(例如像建筑或汽
车)的装置， 无论是否称为植入物。
112.因此，本文提供的关于医学规程的描述可类推到其他行业。因此，描述应被理解为固有 地包括对此类其他类似实现方式的公开。本文对以对于常规完全预制脊柱植入物来说由于例 如进入、装配或几何挑战而无法完成的方式在两个椎骨之间或在两个椎骨附近打印独特部件 的描述因此包括对用于至少部分地原位打印非医学植入物以克服类似进入、装配或几何挑战 的类似方法的公开。本技术可易于用于在连接任意数量椎骨的多级规程中连接多于两个椎骨 (单级规程)。
113.作为从脊柱规程到其他医学规程和其他行业规程的公开的类似解释的另一示例，结合脊 柱行业或医学行业实现方式描述的财政或劳力成本的消除涉及在可在其中使用本技术的任何 其他行业中可实现的财政或劳力节约。
114.脊柱植入物通常用于将两个或更多个椎骨固定在一起。固定选定椎骨之间的相对位置缓 解或消除诸如神经卡压或有问题的椎间接触的影响。此类影响可源于创伤或椎间盘受损。虽 然将椎骨融合在一起限制患者灵活性，但固定选定椎骨之间的相对位置促进所述影响的持续 缓解。
115.使用本技术的益处包括定制特定于受试患者解剖结构的植入物诸如脊椎植入物的能力。 益处还包括制造具有以其他方式制造不可能或受抑制的几何形状的患者特定植入物的能力。
116.来自根据本技术原位生长植入物的有利几何形状包括可在患者体内实现特定期望最终定 位的那些几何形状。这些优点包括源自消除将完整预制造植入物操控到患者体内的适当位置 方面的挑战的优点。
117.优点包括允许或改进与进入、装配和零件放置(包括取向)相关的问题。关于例如进入， 在许多实现方式中，本技术允许在具有间隙挑战从而使常规预制植入物的植入困难、受抑制 或不可能的空间中打印植入物。装配优点包括实现在患者附近(诸如在患者椎骨之间或在患 者椎骨附近)的高度准确的定位和取向的能力。
118.来自本技术的益处还包括消除或减少各种成本因素中的任一种，诸如包装、装运、跟踪、 存储以及取出和准备用于植入的成本。
119.本技术还可消除常规植入所涉及的一些或全部手动步骤，这取决于本公开所采用的实现 方式。
120.如所提及的，来自本技术的益处还可包括适用于其他行业的那些益处中的任一种。这些 益处可包括本文针对脊柱或医学植入物所提及的那些益处中的任一种，诸如生长或形成定制 适应植入物的能力，以及各种成本节约(消除零件装运、存储和跟踪)。
121.医学行业应用与其他行业应用之间的另一共同益处可包括进入，或将零件递送到原本将 难以或不可能使零件达到的位置或取向的能力。
122.原位生长或形成植入物的能力还提供生长或形成植入物以具有多于一种材料的能力，所 述材料在植入物的部分中选择和打印并且具有根据需要被确定为最适合在患者体内执行的几 何形状。例如，原位生长或形成的植入物可具有不同的机械特性，诸如强度、延展性、硬度、 柔韧性、抗冲击性、弹性和断裂韧性。此外，所公开的原位运动保留植入物可以是各向异性 的，因为其材料特性可随取向而变化。在一些应用中，原位运动保留植入物可以是各向同性 的，因为其材料特性可以是相同的而不论取向如何。
123.在一些实施方案中，生长、形成或添加的另外的材料是骨生长促进材料(bgm)。所述材 料也可诸如在植入物仅部分地生长或形成时原位注入到植入物中，并且bgm可最佳沉积到 期望植入物内位置。
124.本技术可与各种增材制造技术中的任一种一起实现。选定方法将至少部分地原位地邻近 患者组织(诸如一个或多个椎骨)执行。
125.在材料准备(例如，加热)并且在一些情况下，材料沉积(例如，沉积的位置或定时)应注 意患者组织所暴露的温度。
126.应策略性地使用为了从原位角度初始地施加而必须处于较高温度的材料(诸如金属)，或 者应使用本公开的不同实现方式。在预期实施方案中，施加第一层或多层的较冷粉末或液化 材料，之后在第一层之上小心地施加一层较热液化材料(诸如金属)，并且因此不与患者接触。 应考虑在这种情况下仍通过第一层传递给患者的热量的量。在一些实现方式中，在引入第二 材料之前，第一材料应充分冷却或固化，并且在任何情况下都具有足够的绝缘特性。
127.在一些实施方案中，由分配元件将诸如粉末的材料放置在适当位置，然后诸如化学地或 通过加热进行实质性改变。一些材料可通过化学处理有效地熔化。对于这些实施方案，应注 意确保不将患者组织不暴露于非期望的影响，包括但不限于非期望水平的热量。
128.可使用各种打印材料中的任一种，包括生物相容性材料，以及在患者体内实现期望活性 的材料，诸如促进在原位生长或形成的植入物上、穿过其、围绕其或邻近其进行的骨生长的 材料。
129.关于增材技术，通常可使用任何合适的打印方法。合适的打印技术允许原位、至少部分 地在患者体内生成植入物，而不非期望地伤害患者。示例性增材技术通常包括立体光刻 (sla)、数字光处理(dlp)、熔融沉积成型(fdm)、选择性激光烧结(sls)、选择性激光熔化 (slm)、电子束熔化(ebm)、层压实体制造(lom)和粘结剂喷射(bj)。
130.现在描述示例性原位打印技术。在粉末技术中，通过邻近患者组织(例如，患者椎骨)以 期望配置和位置铺放一层粉末，至少部分地在患者体内构建植入物。粉末可包括刚性热塑性 塑料，诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)。此层可称为基底。
131.在施加基底之后，将催化剂施加到基底。示例性催化剂包括粘合剂(诸如医用级胶水、 化学添加剂、固化材料)或能量(诸如热量、电子束、辐射)。
132.此打印层的过程选择性地按位置和量重复，以邻近患者组织生长或形成期望的植入物几 何形状。
133.在另一技术中，使用了珠子。分配部件(诸如喷嘴)在期望位置并且以期望量引入一层珠 子或颗粒。然后，同一喷嘴或另一分配仪器施加催化剂(诸如粘合剂、固化添加剂或能量(例 如，热量以熔化)珠)，以转换珠子的状态，诸如硬度、刚性、柔性和形状。
134.在预期实施方案中，喷嘴包括能量施加元件，诸如加热元件。
135.可使用具有相对低熔化温度的聚合物或其他材料，以避免伤害组织。
136.在一些固定端实施方案中，系统100(包括一个或多个分配部件110和任何其他期望端部 执行器，诸如所提及的热量施加器)被配置成使得选定端部执行器固定地附接(即，不易于移 除/附接)到机器人支架。
137.分配部件110可由多种术语诸如喷嘴、分配器和施加器指代。
138.在其他模块化实施方案中，系统100(包括一个或多个分配部件110和任一个或多个其他 期望端部执行器)可被配置成使得端部执行器可易于附接到机器人支架以及易于从其移除。 支架和端部执行器具有用于选择性地彼此接合的配对特征，诸如配对螺纹、突片/狭槽、其 他互锁特征等。为简单起见，在附图中，所述特征被认为由附图标号111示意性地示出，其 仍可以是允许分配部件110(和/或任何其他端部执行器)与臂或支架112之间的相对关节运动 的接头。连接节点111和臂112可包括任何数量的节点和臂，但在本文中有时通过举例描述 一个或多个节点和臂。
139.系统100的任何部件可在制造中或为了销售或分配而组合成套件。
140.为了在本文中简单地概括对各种两步打印实施方案的描述，在本文中有时将首先铺放在 患者组织上的材料或颗粒称为基底。而且在本文中有时将施加在基底上的能量(例如，热量)、 粘合剂、化学品、固化添加剂等大体称为催化剂。在预期实施方案中，使用单一打印材料， 或使用多于一种基底材料和/或多于一种催化剂。
141.为了允许在患者体内进行期望术后运动，或仅允许进行一个或多个期望运动，打印材料 可包括非刚性材料。材料可以是例如粘性的，以形成运动保留或运动允许植入物。
142.现在转向附图并且更特别地转向第一图，图1示意性地示出根据本技术的各种实施方案 的外科增材制造系统100的喷嘴或分配部件110。
143.部件110在轴向视图中示意性地示出为邻近第一患者椎骨120。椎骨包括围绕松质端板 150具有皮质边沿140的主体130。
144.分配部件110可采用任何合适的形状或形式。虽然分配部件110在附图中示意性地示出 为大体锥形喷嘴，但在各种实施方案中，部件具有其他形状，诸如截锥形、圆柱形、管状、 棱形、针状以及不可描述的形状，诸如适应患者通道的人体工程学或定制形状的形状。部件 110可以是刚性的或柔性的，或在各种部分中刚柔并存的。
145.分配部件110通过至少一个定位或控制臂112连接到系统100的上游部件。在各种实施 方案中，在图1中示意性地示出的连接结构111连接分配部件110和控制臂112。连接结构 110还可连接系统支架112的不同部件，如通过举例在图10中所示。
146.如下文结合图10进一步所描述，控制臂112被致动以根据需要定位一个或多个分配部 件110以用于将一个或多种材料原位沉积到患者体内的选定位置。在各种实施方案中，系统 移动由机器人控制。在预期实施方案中，任何或所有控制臂移动可手动地(诸如由外科医生) 控制或辅助。
147.在预期实施方案中，系统100被配置为使得远程定位的外科医生能够控制系统100的方 面。系统100可被配置为例如允许外科医生从远程位置控制操作特性,诸如分配部件110的位 置和取向以及材料分配速率。为此，控制器1050的计算部件1060被配置为与致动控件通信。 远程位置控件可包括(a)机械控件，诸如一个或多个把手、控制杆等；(b)自动化控件，诸如 计算机，其用于(b)(i)将来自患者-手术室控制器1050的图像或其他数据呈现给外科医生以及 (b)(ii)将指示外科医生移动的数据从机械致动控件传递到系统控制器1050，以用于相应地致 动现场系统部件(例如，一个/多个泵1040、机器人1030)。
148.在各种实施方案中，任何或所有此类远程部件是系统100的一部分。
149.泵1040可由各种术语(诸如供给部件、材料供应部件、材料供应装置、材料致动系统或 子系统等)中的任一种指代。
150.控制臂112可包括单个臂或多个臂或子零件。控制臂112可采用任何合适的形状或形式。 虽然控制臂112在附图中示意性地示出为大体圆柱形，但在各种实施方案中，部件可具有任 何合适的形状，并且可以是刚性的、柔性的，或在各种部分中刚柔并存的。
151.在各种实施方案中，分配部件110在大小、形状、材料等上被配置为实现打印材料的小 心递送，打印材料诸如粉末、颗粒或材料流或材料线，诸如凝胶或其他液体或部分或半液体 材料。例如，在一些实现方式中，在一致层中施加材料是期望的。
152.期望分配部件110被配置为将精确量的打印材料(例如，基底和催化剂)分配到患者体内 的具体位置。
153.本技术的此类特征允许原位生长具有期望强度以及精确患者体内定位和几何形状的植入 物。例如，适当的形状、构成和定位确保植入物将根据需要在患者体内起作用，并且不冲击 患者体内的植入物并不意图用于的区域。分配部件110可例如包括用于记录或感测部件110 处的力的至少一个应变计或其他装置(未详细示出)。虽然此类感测装置未在附图中明确示出， 但分配部件110通过其示出被视为包括示出应变计，因为它们可大体或完全设计成无缝的， 或以其他方式在部件110的表面之上和/或之下，以便不会不利地影响部件110移动，例如， 以便不会在外科规程期间非期望地冲击患者组织或任何邻近外科器械。下文进一步描述的计 算控制器1050可适于部分地基于此喷嘴计量器输出来控制喷嘴。
154.当在分配部件接近、定位移动或打印移动中喷嘴(计量器)碰撞到周围解剖结构时，可相 应地移动喷嘴以限制或避免碰撞。在预期实施方案中，计量器对检测在接触之前不应接触的 物体敏感。因此，可操控喷嘴以避免接触。这可称为接近子系统、接近避免子系统等。在预 期实施方案中，系统100包括在一定程度上基于计量器反馈调整喷嘴移动的电路或开关。在 这种情况下，计算控制器1050可基于计量器反馈进行较少校正或不进行校正。
155.在一个实施方案中，一个或多个计量器被配置并且使用来促进记录患者骨质量并相应地 调整植入物。例如，如果计量器在分配部件110附近感测到弱的或相对较弱的骨材料，则系 统100(例如，计算控制器1050)可相应地施加材料，诸如以更高的量或以更好地解决弱度的 空间构型，诸如通过在弱区处、弱区中或弱区附近覆盖更多表面区域的配置。相反情况也成 立。也就是说，当检测到强骨时，可使用更少材料或特殊配置，诸如使用更少材料，这可节 省材料和时间，从而节省成本，并且具有较小侵入性。下文提及形成根据邻近患者组织条件 定制形成的定制内部配置，诸如空隙或通道。
156.如所提及，分配部件110包括多个喷嘴或其他器具，诸如能量施加元件，以实现本技术 的目标。
157.对于其中邻近患者组织施加多种材料的实现方式，分配部件110可包括(a)多个对应分配 部件110的布置或(b)可通过其选择性地分配多种材料的单个分配部件110。下文结合图2至 图3、图4至图5和图6至图9描述三种示例性多材料分配布置。虽然布置被描述为多材料 的，但如所提及，被描述为催化剂的材料可不是材料，诸如是能量，诸如热量、电子束或辐 射。
158.在各种实施方案中，第一材料2201通过第一输送部件(诸如导管、通道、管道或管)递送 到第一分配部件1101。而且第二材料2202通过第二输送部件递送到第二分配部件1102。输送 部件2101、2102在图2至图10中示意性地指示。
159.各种导管、通道等在本文中诸如结合喷嘴或分配部件、系统臂等来描述。虽然这各种元 件在一些情况下分开描述，诸如喷嘴中的一个元件连接到相邻臂中的一个元件，但描述意图 包括其中两个相邻元件可以是单个元件的实施方案，包括在权利要求中也是如此。当描述或 要求保护例如两个连接通道、或通道和输送部件时，可使用单个通道。
160.图2是具有至少两个分配部件1101、1102的第一示例性多材料分配布置200的轴向视图。 分配部件1101、1102通过连接结构111连接。连接结构111可包括任何合适数量的连接点或 节点1110、1111、1112。节点1110、1111、1112中的任一者可以是例如相邻结构(喷嘴和/臂) 可围绕其相对于彼此移动的接头。
161.入口节点1110例如允许入口臂1120相对于第一递送臂1121和第二递送臂1122进行关节 运动。或者，反之亦然—即，允许控制这些臂相对于入口臂进行关节运动。第一节点1112允 许第一递送臂1121相对于第一分配部件1101进行关节运动，并且反之亦然。而且第二节点 1112允许第二递送臂1122相对于第二分配部件1102进行关节运动，并且反之亦然。
162.位于分配部件110上游的部件可称为定位部件。图2的视图示出处于第一模式的多材料 分配布置，其中定位部件(例如，臂1120、1121)被布置成使得第一分配元件1101被定位来将 第一打印材料230原位分配给患者，并且在此示例中，特别地分配到第一椎骨120的端板 150，或分配到端板150并分配到其附近。
163.第一分配部件1101通过至少一个输送部件2101接收第一原位植入物生长材料2201。
164.通过以用于准备分配和根据需要分配第一材料2201的任何合适的方式移动控制臂(例如， 臂1120、1121)和任何连接部件(例如，连接器1110、1111)来操控分配部件1101。动作由图2 中的示例性箭头指示。
165.对于一些实施方案，如所提及，第一材料2201可称为基底材料。材料可包括pmma或 另一热塑性塑料，并且呈粉末形式，如所提及。在预期实施方案中，基底材料以诸如液体、 半液体(例如，凝胶)、浆料或另一形式的各种其他形式中的任一种分配。
166.在预期实施方案中，仅第一材料2201应用于第一层，并且第二层和后续层包括相同材料。
167.如所提及，在各种实施方案中，在施加第一层的第一材料2201之后，原位施加第二层的 第二植入物打印或生长材料2202，如图3所示。
168.通过以用于准备分配和分配第二材料2202的任何合适的方式移动控制臂(例如，臂1120、 1122)和任何连接部件(例如，连接器1110、1112)来操控第二分配部件1102。动作由图3中的 示例性箭头指示。
169.在一些情况下，从使用第一分配部件转变到第二分配部件需要将第一分配部件从患者体 内移除以为插入第二部件腾出空间。从第二分配部件转变到第一分配部件的那些情况也是如 此。
170.在预期实施方案中，相关系统部件(尤其包括分配部件)被设定大小、设定形状并连接到 其他系统部件(例如，支架112、一个/多个连接器111)，使得可在不将它们从患者体内完全 移除或甚至根本不将分配部件从患者体内移除的情况下实现转变。
171.在图3中，第二分配部件1102被示出为正在分配第二材料2202。第二材料2202被施加 到第一材料2201或被施加在其上。
172.第二分配部件1102通过至少一个输送部件2102接收第二原位植入物生长材料2202。
173.系统100包括上游源和致动部件(例如，泵)，其选择性地推动或拉动第一材料2201和第 二材料2202选择性地通过分配部件1101、1102。下文结合图10进一步描述上游部件。
174.如所提及，第二材料2202可以是催化剂。示例性催化剂是粘合剂或胶水，但不限于这些。 催化剂还可包括引起第一材料2201的反应诸如固化的能量、化学品、添加剂或其他材料。喷 嘴或其他器具可被配置为施加例如热量、电子、光子、激光、辐射等。
175.图4和图5示出用于提供基底2201和催化剂2202的第二示例性多材料分配布置400。所 述布置包括分配部件1101、1102所连接到的任何数量的连接结构，诸如所示的示例连接结构 1110、1113。
176.如在其他实施方案中，可使用任何数量的具有任何大小、形状或材料(包括柔性和/或刚 性)的连接结构。第一输送部件2101和第二输送部件2102将第一材料2201和第二材料2202递 送到分配部件1101、1102。
177.系统100包括上游源和致动部件(例如，泵、螺钉钻、螺钉、输送机等)，其选择性地推 动或拉动第一材料2201和第二材料2202通过分配部件1101、1102。下文结合图10进一步描 述上游部件。
178.图6至图9示出用于分配第一材料230和第二材料330的第三示例性多材料分配布置 600。布置600包括单个分配部件1103所连接到的任何数量的连接结构，诸如所示的示例性 连接结构1110、1114。如在本文所述的其他实施方案中，可使用任何合适或期望数量的具有 任何大小、形状或材料(包括柔性和/或刚性)的连接结构。
179.系统100包括上游源和致动部件(例如，泵)，其选择性地推动或拉动第一材料2201和第 二材料2202选择性地通过分配部件1103。下文结合图10进一步描述上游部件。
180.在预期实施方案中，系统部件中的任一者(诸如连接部件111、输送部件210或上游源 1020或致动部件1030)包括流量控制部件(未详细示出)(诸如阀)，以调节将哪种材料馈送到 或通过分配部件1103以及在一些情况下以什么量或速率馈送。
181.在各种实施方案中，第一材料2201或第二材料2202在任何一个时间被推动通过输送部 件210，从而迫使所述材料通过和离开分配部件1103并进入患者体内。当材料(2101或2102) 中的一者被推动通过分配部件1103时，此时驻留在分配部件1103中的足够量的另一种材料 (2101或2102)被迫离开分配部件，直到所推动的材料(2101或2102)开始分配为止。
182.在预期实施方案(未详细示出)中，分配部件1103被配置成使得当系统100从第一材料分 配模式改变到第二材料分配模式时，第二材料不需要置换太多或任何第一材料。在这种情况 下，分配部件1103的导管、通道或管件延伸到分配部件1103的尖端或其附近，从而在从部 件1103分配之前保持材料分离或基本分离。
183.在预期实施方案中，通过分配部件1103同时向患者递送多种材料，诸如基底/催化剂混 合物。这两种材料可在各种位置中的任一个处合并，所述位置诸如(i)在填充一个/多个贮存 器1020的设施处，(ii)在手术前在手术设施处—在室外、在后工作台处或在外科手术室中， (iii)在系统基座1010中的贮存器(1020等)中，(iv)在贮存器10201、10202下游，诸如(iv)(a)在 基座1010内或在基座1010附近及其外部，(iv)(b)在支架112中的任何一者中，诸如在基座 1010或分配部件110之中、之处或附近，(iv)(c)在喷嘴的任何零件中，或
(iv)(d)在分配时(例 如，分别从喷嘴分配材料之后在喷嘴尖端处或在尖端外部)。贮存器可由各种术语(诸如储存 装置、供应装置或源)指代。
184.在另一预期实施方案中，从分配部件110递送仅一种合适植入物形成材料。在此实施方 案中，例如，不存在基底和催化剂的分开施加。
185.图6至图9还示出示例性操作。图6示出正在分配第一材料2201。
186.图7示出在开始推动第二材料2202通过分配部件1103时继续从分配部件1103分配第一 材料2201。此时，引起或推动第二材料2202的致动由此作用于仍然定位在分配部件1103中 的第一材料2201。此时，第一材料2201因被推动通过分配部件1103的第二材料2202的力而 被迫离开分配元件1103。分配部件1103的示例性移动同样由箭头指示。
187.在图8中，第二材料2202已被推动到分配元件1103的远侧端部或尖端，使得现在可从分 配元件1103分配第二材料2202。分配部件1103的示例性移动同样由箭头指示。
188.在图9中，第二材料2202现在正从分配部件1103分配。
189.现在结合图10进一步描述系统100的部件。
190.此图提供定位在手术室中以用于患者1000的增材制造系统100的透视图。
191.分配部件110从控制臂或支架112和连接部件或节点111延伸。控制臂112、连接部件111和分配部件110可以各种方式中的任一种、包括本文诸如结合图1至图9所述的方式中 的任一种来配置(编号、设定大小、材料等)。
192.臂112的结构可包括例如一个或多个刚性部分1125和一个或多个柔性部分1126。柔性 和刚性位置可沿着支架112定位在任何位置。虽然预期在更接近一个/多个端部执行器(110等) 的地方更大的灵活性将是有用的，但柔性部分可位于那里、一个/多个其他位置或两者。
193.任何支架部分可通过示意性示出的接头111连接到相邻系统零件，诸如其他臂或分配部 件110(如图10所示)或系统基座1010。
194.基座1010包括至少一个贮存器1020，用于容纳增材打印材料120。在各种实施方案中， 贮存器1020无论是否在基座1010中都定位成邻近或靠近端部执行器。
195.臂112包括或连接到用于根据需要操控分配部件110以用于原位形成本技术的增材植入 物的部件。
196.一个/多个控制臂112、一个/多个连接部件111和一个/多个分配部件110被致动到期望 位置，以用于准备分配并将植入物生长材料原位分配到患者1000的组织附近的选定区域。 在各种实施方案中，系统移动由合适的机器人控制。在各种实施方案中，系统移动由合适的 机器人控制。
197.机器人可包括由附图标号1030示意性地指示的任何合适的致动和控制部件。
198.在各种实施方案中，基座1010包括机器人部件中的一些或全部，包括控制和致动子系 统(未详细示出)。
199.机器人设备1030包括臂112、连接到臂112或者是臂112的一部分，用于诸如根据预制 定的手术计划实现期望臂移动。所述计划可基于来自具有分配部件110的或患者外部的传感 器的感测数据实时调整。例如，感测数据可指示患者组织以计划未预料到的方式成形或正在 成形或定位。而且下文进一步描述的系统控制器可被配置(例如，编码)成因此在具有或不具 有外科医生或外科人员干预的情况下对计划进行必要调整。
200.机器人设备1030可包括或连接到由附图标号1040示意性地指示的一个或多个泵。泵 1040被配置和定位成选择性地从贮存器10201、10202推动打印材料2201、2202。
201.在预期实施方案中，一个/多个泵1040或另外的泵定位在基座1010的上游，诸如在机器 人支架112中或在分配部件110中或在分配部件110处或其附近。如果除了一个或多个下游 泵之外还提供一个或多个上游泵，则一个/多个上游泵可称为增压泵、放大泵等。
202.机器人设备1030包括或连接到在图10中由附图标号1050示意性地指示的控制部件，诸 如计算设备。
203.控制器1050与机器人装置1030和泵1040之间的数据通信连接可以是无线的或有线的， 并且由标号1080指示。
204.附图标号1060指示控制器1050的部件。这些部件可包括任何合适的自动化部件、计算 部件或控制部件。示例性部件包括：(i)通信总线，(i)存储器部件，所述存储器部件存储计算 机可读数据、或指令、这种原位形成计划(可以是或包括计算机辅助设计(cad)数据)，和(iii) 处理器，所述处理器用于接收并执行所存储数据以控制和/或接收来自系统部件(诸如泵1040 和机器人设备1030)的数据。
205.在各种实现方式中，控制器1050控制和/或接收来自一件或多件扫描设备的数据，在一 些实施方案中，所述扫描设备中的任一个被视为系统的一部分。
206.控制器1050的计算部件1060的存储器部件可由诸如计算机可读介质、计算机可读子系 统、存储器、存储设备或存储部件的多种术语中的任一种来指代，并且在各种实施方案中是 非暂时性的。存储器部件可包括任何格式或部件，诸如随机存取存储器(ram)和只读存储器 (rom)。
207.控制器1050还可包括或被配置用于易于连接到至少一个接口以用于进和/或出控制器 1050的通信。接口由附图标号1070示意性地指示。接口1070可包括任何可用接口设备，诸 如视觉或音频输入/输出设备、键盘等。视觉输入和/或输出设备可包括触敏显示器，诸如显 示患者1000的一部分脊柱的图像的显示屏，所述图像是自诸如来自感测设备1093的感测数 据呈现的。在各种实施方案中，感测设备是系统100的一部分或连接到系统100。视觉部件 可包括可穿戴视觉部件，诸如一个或多个ar或vr部件，诸如至少一个头盔、护目镜或眼 镜等，并且视为在附图中由i/o设备1070的所示指示示出。感测设备无论是ar/br部件的一 部分还是所示远程传感器1093都可感测外科医生移动。系统还可包括一个或多个相机或视 觉感测装置，诸如分配部件上相机、机器臂上相机或一个/多个其他选择性定位的相机。可 视化设备和这种视觉感测设备可连接到控制器1050，使得(i)向外科医生提供相关视觉，并且 (ii)通过机器人将外科医生移动(例如，手移动)转换成分配部件110的移动或其他功能。在预 期实施方案中，控制器1050在这些功能中的任一个中作用有限或没有作用—例如，可穿戴 视觉部件可无线连接到一个/多个源视觉传感器。作为一个示例，除了分配部件移动、外科 医生将手指向一起移动或挤压诸如从而握成拳头之外，外科医生可以此方式产生影响的其他 控制可在挤压的程度上影响分配打印材料220的量和/或速率。
208.控制器1050通过有线或无线方式与各种设备通信地连接到，所有这些由附图标号1080 示意性地指示。示例性设备包括受控部件，诸如一个/多个泵1040、机器人部件1030和与控 制器1050通信的任何其他设备，诸如扫描或成像机1092。成像机1092可包括单独的计算系 统，如图10的视图左侧所示。
209.在预期实施方案中，任何或所有致动、包括用于材料泵送(1020)、或支架112或分配部 件110定位的那些致动都可由外科人员手动地实现或辅助。
210.对于手动操控分配部件110的实施方案中的一些，预期系统100可包括致动器，诸如触 发器、或按钮、或分配部件110或臂112的可压下部分。图10中由附图标号1085示意性地 指示的致动器还可包括或连接到阀或可根据需要影响材料流动的其他结构。
211.术语供给部件通常可用于影响打印材料或能量到一个/多个分配部件1050和原位位置的 供给的任何系统部件，诸如泵1040、引起材料流动的致动器1085、影响流动的可控阀或其 他合适的供给元件或设备。
212.在各种实施方案中，控制器1050可被配置为控制泵1040。无论泵1040位于何处(例如， 在基座中或在基座下游)并且无论分配部件110是由机器人控制还是由外科医生手动控制，控 制器部件1050的软件(自动化部件1060的一部分)都可被配置为基于各种因素中的任一种致 动泵送，即，例如控制打印材料进给定时和/或速率。
213.示例性因素包括(a)规程所处的预制定的计划的阶段、时期或时间，所述计划可在系统控 制器1050的软件中编程，这种编程包括计算机辅助设计(cad)文件，(b)分配部件110的位置 或取向，和(c)分配部件110的移动。
214.关于后一因素(c)，为了例如更一致、更均匀地沉积，可有利的是：在分配部件110移动 比较缓慢(通过机器人或手动地)时每次分配较少打印材料(较低速率供给)或较少材料(速率)， 并且在分配部件110移动比较快速时分配较多材料(较高速率供给)。
215.对于材料进给速率是基于喷嘴移动或位置的实施方案，系统100可包括向控制器1050提 供喷嘴位置或运动指示数据的位置或运动感测部件。来自臂中的的传感器、连接到臂的传 感器或房间感测导航部件(参见例如部件1094)中的远程传感器(参见例如传感器1093)的数据 还可指示臂112位置或取向。下文进一步描述远程特征1093、1094。
216.为了附图的简单起见，位于支架或分配部件110中或与其连接的感测部件也可被视为由 附图标号1085示意性地指示。
217.控制器1050(并且更特别地控制器部件1060的存储器)可存储广泛多种数据。示例性数 据包括程序、患者身份或解剖数据、原位打印计划、机器学习或人工智能代码或实际外科规 程信息，诸如所执行的步骤、步骤的结果、患者的被感测特征或打印过程等。任何数据(诸 如手术计划)都可以是部分或完全由外科医生创建的。
218.在各种实施方案中，系统100被配置成使得数据可由用户或另一控制器或计算系统经由 控制器接口1070或通信连接1080访问或生成。数据可通过任何合适的硬件或方法从控制器 1050传输或传输到控制器1050，诸如通过有线、蓝牙、wi-fi、便携式驱动器、电子邮件或 任何可用通信技术。
219.在一些实施方案中，控制器1050通过控制器部件1060控制患者定位设备，诸如手术台 控制系统1090。控制器1050通过有线或无线方式连接到手术台控制系统1090，这些由附图 标号1091示意性地指示。
220.在预期实施方案中，在手术期间、在原位打印的第一阶段之后调整手术台控制系统1090 至少一次，以改进原位打印的随后阶段的定位、间隔、动力学等。
221.在各种实施方案中，患者1000可相对于水平面成一定角度地定位，诸如通过手术台控 制系统1090展开手术台。这样做可具有以下益处：使得能够以有利方式定位或定向患
者组 织(例如，椎体端板150)的同时在所述组织上进行打印。示例性有利方式可包括例如以下方 式：(a)更好地允许分配部件110装配到患者体内或在患者体内移动，(b)控制、驾驭或利用材 料特性，诸如以在沉积在成角度表面上时迁移或传开(例如，一些粉末或液体基底，在施加 催化剂之前)，以及(c)避免或驾驭重力。
222.如以上所提及，在预期实施方案中，控制部件1050控制和/或接收来自感测设备的信息 以促进原位植入物打印。示例性感测设备包括扫描或成像机1092。扫描机1092被定位来在 准备原位打印(isp)规程时和/或在isp规程期间获得患者的图像。
223.规程前扫描可包括配准过程和手术计划或者是它们的一部分。配准、手术计划以及配准 和计划存储可由控制器1050和/或其他计算装置执行。
224.手术计划可以是部分或完全由外科医生创建的。
225.扫描数据可由控制器1050用于识别和记录期望患者手术位置，包括患者解剖结构(包括 受伤或受损区域)的位置。可在手术前(通常在手术前一天)一次或多次地进行重复扫描，并且 再次为手术做准备、休息，从而确保患者是根据需要定位的。如以上所提及，配准可包括患 者针对手术计划在多个位置中的配准数据。
226.如所提及的，系统100可包括导航感测系统1093或与其一起使用。导航感测系统1093 感测附连到导航仪器1095的目标1094，诸如被导航导件、手术钻或接接骨螺钉旋凿。
227.在各种实施方案中，导航部件1093、1094、1095中的任一者都是系统100的一部分。
228.导航设备1095可针对其目的由外科医生1096和/或由控制器部件1050和机器人1030基 于从导航感测系统1093接收的数据来操控。关于机器人控制，导航仪器1095可以是例如系 统100的连接到支架112的端部执行器。导航数据由控制器1050或外科医生用于根据执行外 科操控的需要精确地定位导航设备1095。
229.所促进操控可包括定位分配部件110以用于打印。为此，分配部件110或远侧支架112 可包括例如导航目标1094。
230.无论是否进行导航，机器人设备除打印功能之外还用于手术功能的实施方案都可包括任 何相关外科规程。对于例如脊柱手术，系统100可包括或连接到用于牵张或校正的仪器。对 于牵张，机器人设备或外科医生将根据需要或视需要施加适当的力来操纵椎体，以便设定椎 间空间大小和形状(参考例如图36中由3610指示的空间)或根据需要以其他方式定向脊柱的 一个或多个椎骨。使用机器人的牵张可专门用于进入盘空间，或用于在植入物打印之后进 行校正。机器人可例如移动椎体，使得所打印植入物(例如，融合器)最初不接触两个相邻端 板中的一者或两者，然后移动一个/多个椎体以接触融合器。作为另一示例，植入物可被打 印成具有突出部，诸如尖刺，使得使一个或多个相邻椎体移动以接触植入物会将突出部驱动 到一个/多个椎体中，从而促进植入物固定在适当位置。下文进一步描述此类
‘
正’特征(对比
ꢀ‘
负’特征，如孔、通道等)。
231.在各种实施方案中，外科医生或机器人1030在植入物形成之后移动或以其他方式调整 植入物。
232.现在将进一步描述一些示例性规程。
233.图11是图1的轴向视图，其中增材制造系统100的分配部件110朝向患者1000的邻近 患者椎体130的期望或预计划的原位打印位置移动。在各种实施方案中，由箭头1100示意 性地示出的分配部件移动由控制器1050和机器人设备1030控制。
234.通过向植入物中或在植入物上制备打印特征和/或以合适方式制备组织，诸如通过粗糙 化或开槽，可增强通过原位打印患者形状植入物实现的所生长或所形成的植入物与患者组织 120、122之间的稳健固定。
235.促进植入物与组织粘附和/或连接的植入物特征可包括表面粗糙化、表面成形(例如，齿 状物、凹槽、通道)和表面涂覆、或穿透患者组织(诸如骨表面，例如椎体)的物理特征或用于 附接打印后装置的特征(诸如用于插入螺钉的孔眼)。表面特征无论粗糙度还是光滑度水平和/ 或其他特征都可被配置为促进或控制在植入物上、在植入物处或其附近的骨生长，或保护相 邻解剖结构。通常，较粗糙表面促进骨生长，而较光滑表面限制对相邻解剖结构的影响。
236.此实施方案或本文中任何实施方案的植入物还可被形成为具有促进强度、重量和骨生长 中的任一者的几何形状。关于后者，植入物可被形成为具有例如部分或完全穿过植入物以促 进向植入物中或穿过植入物的骨生长的至少一个孔、凹陷或空洞。
237.图12示出根据本技术的第一通用实施方案的移动到患者1000的示例性原位位置的分配 部件110。移动由箭头400指示。
238.实施方案称为通用的，是因为它们与使用哪种特定分配部件布置(诸如图2至图9的布置 200、400、600)无关。
239.图13示出分配部件110通过将第一行的第一基底材料2201分配到患者1000的原位位置 来开始原位形成第一椎间体植入物。
240.如上所述，分配部件110可包括本文所示和所述的那些中的任一者。施加第一材料2201的分配器110可以是例如通过布置200、400、600描述的第一材料分配喷嘴1101、1103中的 任一者。
241.图14示出分配部件110继续将基底材料1101分配到患者1000的原位位置。
242.图15示出分配部件110完成将基底材料2201分配到患者1000的原位位置处。
243.图16示出分配部件110在患者1000的原位位置处的第一行的基底材料2201之上分配催 化剂2202。如所提及，催化剂可包括各种施加中的任一种，诸如粘合剂、固化材料或能量 (诸如热量、电子束或辐射)。
244.这里同样地，分配部件110可包括本文所示和所述的那些中的任一者。在图16的视图 中，施加第二材料2202的分配器110可以是例如通过布置200、400、600描述的第二材料分 配喷嘴1102、1103中的任一者。
245.图17示出分配部件110在患者1000的原位位置处的第一行的基底2201之上完成第一行 的催化剂2202。
246.图18示出分配部件110将随后行的基底材料2201分配到患者的原位位置。
247.图19示出分配部件110完成将随后行的基底2201分配在患者1000的原位位置处。
248.图20示出分配部件110在原位位置处的随后行的基底材料2201之上分配催化剂2202。
249.图21示出增材原位植入物的示例性完成的第一层2100。
250.在各种实施方案中，打印不必是严格地逐层的。例如，可开始第一层，然后是第二层， 然后是第三层，然后添加到第一层或第二层，之后开始第四层。
251.在各种实施方案中，部件可在其形成之后由系统100(例如，分配部件110或另一端
部执 行器)或外科医生移动，以装配或更好地装配在期望患者体内位置中。
252.图22示出分配部件110在患者1000的原位位置处的第一完成层2100之上开始随后层的 基底材料2201。
253.过程逐层或逐部分继续，以完成原位打印的脊柱植入物。特定种类的植入物可称为原位 生长或形成的椎间体或融合器。
254.图23是邻近第一患者椎骨120和第二相邻椎骨122形成的第一原位生长或形成的植入物 2300的侧向视图。
255.植入物2300原位生长或形成为从前端2310延伸到后端2320并且从下端或基座2330延 伸到上端或顶部2340。植入物2300可原位打印成具有任何期望配置(例如，大小、几何形状)， 以在规程期间和规程之后完成所需身体上调整或组织位置维护。在所示示例中，原位生长或 形成的植入物2300被创建成具有大体从最大前高度10渐缩到最小后高度12的高度。
256.在各种实施方案中，高度沿另一方向(从最大后端向下)渐缩，如图23所示，不一致地渐 缩(例如，在一个或多个部分中而不是跨越整体渐缩，并且可能不是直接在相同方向上渐缩)， 或者不渐缩。反向渐缩(从最大路端向下)可以是有用的，例如，当患者解剖结构或外科策略 需要较大后部分时，如图36的情况中所需所示。下文进一描述图36。
257.在本实施方案中，并且对于所提供实施方案中的任一者，原位生长或形成的植入物2300 的几何形状可具有益于促进植入物上、穿过植入物、围绕植入物或邻近植入物的骨生长的任 何特征。在预期实施方案中，材料可包括或涂覆有任何有益材料。示例性材料包括药用材料、 抗生素材料和细菌或病毒耐性或抗性材料。材料可如上所论述由分配部件110引入，或由另 一喷嘴或分配部件引入。
258.植入物2300几何形状可被设定形状以避免存在任何剩余骨结构，诸如局部截骨规程中 可能发生的。在预期实施方案中，打印材料包括被配置为影响患者组织的材料。
259.植入物2300几何形状可包括促进手术的特征，诸如可用作钻导件或用于解剖固持的那 些特征。作为后者(解剖固持)的示例，植入物2300可被设定形状来(a)阻止或移动患者1000 的硬脑膜，(b)屏蔽离开神经根，或(c)阻止任何血管在手术中受伤。(硬脑膜、根和血管未详 细示出)促进特征可以是暂时的，在它们达到其目的后可移除的，这可在打印步骤结束之前 或规程结束之前的任何时间进行。
260.在各种实施方案中，系统控制器1050控制其他系统100部件以形成具有与患者解剖结构 对应的几何形状的植入物。控制器1050可通过例如控制机器人1030和泵1040在正在形成的 植入物中形成植入物凹坑或凹陷来做到这一点。例如，此类特征可与实际患者解剖结构对齐 或偏离。这可帮助避免或限制非期望植入物/解剖结构接触。作为另一潜在益处，将植入物 打印成具有此类解剖学相关的或解剖学定制的特征可允许形成植入物的优选壁厚或其他大小 设定，同时仍然允许植入物装配在患者1000体内的期望位置中。
261.图24是示出根据第二通用实施方案的在患者1000的椎骨120、122附近的另一原位位置 的分配部件110的透视图。患者的介于第一椎骨120与另一下椎骨2430之间的天然椎间盘由 附图标号2430指示。
262.第二通用实施方案可包括以上结合图11至图23所述的第一通用实施方案下的步骤，或 者在所述步骤的执行、进行之后实现。分配部件110可从后入路和/或前入路打印椎
间体2300。 例如，从完成从后入路进行分配的步骤开始，部件110可移动到前入路以开始或继续打印板 部件2500(图25至图28)。
263.在预期实施方案中，患者椎骨120、122之间的椎间体并非原位打印的或并非完全原位 打印的(参见例如以下结合图41至图44所述的实施方案)。椎间体可以是例如在制造设施处 预制造的。
264.应了解，正如本文所述的其他原位生长或形成的植入物，此实施方案的所得植入物2300 是根据患者解剖结构高度定制的，在患者组织附近以及在患者组织上或患者组织处形成，在 主要示例中所述患者组织包括但不限于椎骨120、122。
265.此实施方案或本文的任何实施方案的植入物2300还可包括用于促进打印材料与组织粘 附和/或连接和/或强化植入物的接口特征。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例如， 齿状物)和表面涂覆、或穿透患者组织(诸如骨表面，例如椎体)的物理特征或用于附接打印后 装置的特征(诸如用于插入螺钉的眼孔)。
266.图24示出处于适当位置的植入物，诸如图23的原位生长或形成的椎间体。此图还示出 附连到患者1000的上椎骨122和前椎骨120的相应前面的锚定部件2410、2420。示例性锚 定部件或锚定件是接骨螺钉。在一些实施方案中，锚定件包括在脊柱手术中常规使用的任何 类型的接骨螺钉。在预期实施方案中，锚定件2410、2420被定制成促进植入物生长或植入 物质量(例如，形状、强度)。
267.在各种实施方案中，锚定件2410、2420被打印在适当位置。本技术包括：在椎骨122、 120的前面中预形成孔；以及在所述孔中且从所述孔生长锚定件。
268.在一个实施方案中，锚定件诸如通过使用驱动器仪器来机械驱动或推动(即，与打印相 比，通过力、扭转等)到骨中。锚定件可以是例如金属螺钉。锚定件可由系统部件(未详细示 出)驱动或推动，所述系统部件诸如连接到机器人支架的端部的锚定件驱动器，具有或者在 模块化实施方案中，诸如选择性地替代分配部件的驱动器端部执行器，在这种情况下它是可 容易移除的端部执行器。
269.预期用于此目的的钻孔设备(未详细示出)可以是系统100的部分。一个或多个钻孔端部 执行器可附接到机器人支架，诸如图2至图9的视图中的具有喷嘴的另外执行器。或者钻孔 端部执行器可选择性地连接到支架，如在一些实施方案中分配部件所能够的那样，如上所述。 钻孔设备可以是以上所提及的套件的部分。出于说明目的，钻孔设备(无论是否是模块化的) 被视为由图24的端部执行器110示出。
270.图25示出根据本技术的第二通用实施方案的开始在第二原位位置处原位形成呈椎间板 形式的另外的第二增材植入物，第二增材植入物连接到第一增材原位植入物并且位于患者的 第二椎骨处。虽然图25被引用为形成的开始，但是取决于实现方式，实际开始可能更早。 如果首先打印椎间体2310，则所述打印可被视为开始，或者如果第一原位打印涉及生长骨锚 定件2410、2420，则所述打印可被视为开始。
271.另外的原位打印的植入物构造由标号2500指示。椎间体外部分可由多种术语(诸如板、 表面部分或表面连接器)中的任一种指代。
272.在预期实施方案中，预成型或预存在的植入物2300包括另外的原位打印的植入物2300 所成形或连接到的接口2510处的一个或多个连接特征。连接接口2510在图25中在另外的原 位打印的植入物2500与预植入的椎间体2300之间形成的拐角处由引线示意性地指
示。然而， 连接接口2510可位于另外的原位打印的植入物2500被形成为与预植入的椎间体2300接触的 任何一个或多个位置处。示例性接口特征位置包括例如椎间体2300的面2310、椎间体的前 顶部边缘以及椎间体的前底部边缘。
273.在各种实施方案中，椎间体/板组合在同一外科规程中构建，或者所述组合可通过在第 一规程中打印两者中的一者并且在第二手术中(诸如在与第一规程不同的日、月或年)结合第 一者打印另一者来产生。
274.首先构建的植入物(例如，椎间体2300)可用作用于产生密切地连接到第一者和患者组织(例如，骨)的第二者(例如，板2500)的引导件，无论这两者是在相同还是不同手术中构建的。
275.接口特征2310可包括突出部、粗糙化、压痕、凹槽、钩、上悬或下垂元件等，以促进 椎间体2300与结合椎间体2300形成的另外的原位打印的植入物2500之间的稳健连接。
276.而且如在本文所述的其他实施方案中，可通过根据需要准备组织(诸如通过粗糙化或开 槽)来增强从原位打印、根据患者解剖结构定制以及直接到患者解剖结构的椎间体部分与患 者组织120、122之间以及板部分与患者组织之间的稳健附连。
277.图26示出继续形成第二增材原位植入物2500，包括围绕第一骨锚定件2410并且与之接 触地形成第二植入物。原位打印可包括本文所述的技术中的任一种技术，包括仅用一种材 料打印或用两种材料打印。
278.在其中打印骨锚定件2410的所提及实施方案中的一个实施方案中，可在此步骤中、在 打印相邻另外的原位打印的植入物2500的主体之前或与所述打印一起打印锚定件2410。同 样操作结合也同样在图26中示出并且以下结合图28进一步描述的第二骨锚定件2420是可能 的。
279.图27示出根据本技术的第二通用实施方案的继续在患者100的第二椎骨122处形成第二 增材原位植入物2500。
280.图28示出根据本技术的第二通用实施方案的在患者100的第一椎骨120处形成第二增材 原位植入物2500的完成步骤，包括紧密地围绕附连到第一椎骨的第二骨锚定件2420形成第 二植入物。
281.在各种实施方案中，系统100将另外的原位打印的植入物2500移动并打印成具有任何期 望的尺寸—例如，厚度、高度、宽度和形状。
282.应了解，正如本文所述的其他原位生长或形成的植入物，此实施方案的所得植入物2500 是根据患者解剖结构高度定制的，在患者组织附近以及在患者组织上或患者组织处形成，在 此示例中所述患者组织包括但不限于椎骨120、122。
283.此实施方案或本文的任何实施方案的植入物2500还可包括用于促进打印材料与组织粘 附和/或连接和/或强化植入物的接口特征。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例如， 齿状物)和表面涂覆。接口特征可包括例如位于板上的用于接收骨锚定件(例如，螺钉)(如果 未预锚定)的孔眼。
284.图29至图33示出用于通过原位打印形成椎间体植入物的另一种技术。植入物还可被形 成为包括板部分，如图33所示。
285.从图29开始，提供根据本公开的第三通用实施方案的增材制造系统100的定位在位于 患者1000的椎骨120、122附近的示例性起始位置处的分配部件1010的侧向视图。
286.图30示出根据本公开的第三通用实施方案的分配部件110开始在患者椎骨120、122之 间分配基底材料2201。
287.图31示出根据第三通用实施方案的重定位到起始位置(图29)或其附近以开始在患者椎骨 120、122之间分配第二催化剂材料2202的分配部件110。
288.图32示出分配部件110在患者椎骨120、122之间向基底材料2201、在基底材料2201之 上或在基底材料2201处分配催化剂材料2202。
289.图33是根据第三通用实施方案的分配部件完成打印材料以用于形成原位打印的植入物 3300的侧向视图。
290.应了解，正如本文所述的其他原位生长或形成的植入物，此实施方案的所得植入物3300 是根据患者解剖结构高度定制的，在患者组织附近以及在患者组织上或患者组织处形成，在 此示例中所述患者组织包括但不限于椎骨120、122。
291.图34是根据第三通用实施方案的分配部件110继续在先前原位生长或形成的椎间体3300 附近并且在患者1000的椎骨120、122附近并与之接触地分配基底2201和催化剂2202以形成 连接到椎间体部分3300的面板部分3400、由此原位打印组合的椎间体/板植入物3410的侧 向视图。
292.虽然使用术语“面”，但术语并非对于所有实施方案都是限制性的。椎间体外部分在椎间 体空间外部并且结合至少两个椎骨的外表面形成。椎间体外部分可由多种术语(诸如板、表 面部分或表面连接器)中的任一种指代。
293.板部分可由多种术语(诸如板、表面部分或表面连接器)中的任一种指代。
294.如在本文所述的其他实施方案中，可通过根据需要准备组织(诸如通过粗糙化或开槽)来 增强从原位打印、根据患者解剖结构定制以及直接到患者解剖结构的椎间体部分3300与患 者组织120、122之间以及板部分与患者组织之间的稳健附连。
295.而且，同样如本文结合其他实施方案所描述，两个连接植入物3300、3400或植入物 3410的部分3300、3400中的任一者或两者可被形成为包括接口特征2310，诸如突出部、粗 糙化、压痕、凹槽、钩、上悬或下垂元件等以促进它们之间的稳健连接。
296.此实施方案或本文的任何实施方案的植入物3400还可包括用于促进打印材料与组织粘 附和/或强化植入物的接口特征。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例如，齿状物) 和表面涂覆、或穿透患者组织(诸如骨表面，例如椎体)的物理特征或用于附接打印后装置的 特征(诸如用于插入螺钉的眼孔)。
297.图35是由系统100的机器人1030和支架112定位以用于分配的分配部件110的侧向视 图。根据本技术的第四通用实施方案，系统100借助于分配部件110将打印材料(例如，基底 和催化剂)沉积到椎骨120、122的面3510、3520或者沉积到面3510、3520以及它们之间， 从而原位形成将椎骨固定在一起的板植入物3500。
298.实施方案可包括板植入物3500生长或形成到的骨锚定件(图35未示出)的预植入或原位 打印。上文与图26的实施方案一起描述了锚定件预植入和打印。
299.应了解，正如本文所述的其他原位生长或形成的植入物，此实施方案的所得植入物3500 是根据患者解剖结构高度定制的，在患者组织附近以及在患者组织上或患者组织处形成，在 此示例中所述患者组织包括但不限于椎骨120、122。
300.而且如在所描述的其他实施方案中，可通过根据需要准备组织(诸如通过粗糙化
或开槽) 来增强从原位打印、根据患者解剖结构定制以及直接到患者解剖结构的原位生长或形成的板 3500与患者组织之间的稳健附连。
301.而且此实施方案或本文的任何实施方案的植入物3500还可包括用于促进打印材料与组 织粘附和/或连接和强化植入物的接口特征。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例 如，齿状物)和表面涂覆。
302.一些实施方案解决与具有挑战性的患者组织间隔相关的问题。有时通向患者100的目标 植入物区域的入口开口太小而无法穿过其装配预制植入物。以上所述的本公开的各种技术可 用于补救这些情形。作为其他示例性解决方案，图37至图40示出进行补救的一种方式，并 且图41至图44示出另一种方式。
303.作为此类装配挑战的示例，图36示出患者椎骨120、122的侧视图，患者椎骨120、122 间隔成使得针对特定椎间体空间3610设定大小的预打印或以其他方式预制的椎间体植入物 3600无法轻易地传递到空间中的位置。患者1000位于开口3620处的前椎间体间隔11小于 植入物3600的进入高度13。
304.作为对图36的上下文呈现的挑战的所提及解决方案中的第一种解决方案，图37示出根 据本技术的第五通用实施方案的开始原位形成第五椎间体植入物3700。
305.分配部件110被设定大小、设定形状并且操控以容易地通过图36的前开口3620进行装 配，并且延伸到组织间空间3610中并且到达椎骨120、122之间的后区域3710。
306.图38示出(以举例的方式，从后向前)继续原位成形第五椎间体植入物3700。
307.图39示出完成以用于形成第五椎间体植入物3700的最终原位步骤。
308.图40示出根据第五通用实施方案的在患者1000体内完成的原位生长或形成的椎间体 3700。
309.如在本文所述的其他实施方案中，可通过根据需要准备组织(诸如通过粗糙化或开槽)来 增强从原位打印、根据患者解剖结构定制以及直接到患者解剖结构的椎间体部分与患者组织 120、122之间以及原位生长或形成的植入物3700与患者组织120、122之间的稳健附连。
310.应了解，正如本文所述的其他原位生长或形成的植入物，此实施方案的所得植入物3700 是根据患者解剖结构高度定制的，在患者组织附近以及在患者组织上或患者组织处形成，在 此示例中所述患者组织包括但不限于椎骨120、122。
311.此实施方案或本文的任何实施方案的植入物3700还可包括用于促进打印材料与锚定件 粘附和/或连接和强化植入物的接口特征。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例如， 齿状物)和表面涂覆、或穿透患者组织(诸如骨表面，例如椎体)的物理特征或用于附接打印后 装置的特征(诸如用于插入螺钉的眼孔)。
312.作为对由图36指示的装配挑战的另一种解决方案，图41示出根据第六通用实施方案的 开始在患者1000的椎骨120、122之间原位形成多部件椎间体植入物的第一零件4100。
313.图42示出根据第六通用实施方案的开始增材形成多部件椎间体植入物的第二零件4200。 所述形成示意性地示出在台4210(诸如手术室中的准备台)上。
314.在预期实施方案中，在其上生长或形成第二零件的表面包括患者组织表面，诸如椎骨或 其他骨的外部。
315.在预期实施方案中，第二零件4200至少部分地生长或形成在第一零件4100上。这
两者 之间的连接以各种方式可能是轻微的，以在完成第二零件之后允许零件之间的轻易相对移动 (诸如以实现最终的组合植入物形状，诸如图44所示)。轻微连接可来自在第一零件4100上 仅打印一个或多个小件(诸如突片)并且在小件上打印第二零件。
316.然后，可在向后方向上容易地推动第二零件4200，从而破坏小件，然后达到最终植入物 形状。轻微连接的另一示例可来自以下方式，其中诸如在第一零件的顶层已固化或凝固足以 使打印在上面的第二零件相对于第一零件容易地移动、由此再次允许后续相对移动的量之后， 在第一零件上打印第二零件。
317.在各种实施方案中，第二零件由系统100实时地生长或形成，如图所示，或者是预制造 部件，无论是否是打印的。在各种实施方案中，第二零件4200被制成为具有对应于第一零 件4100和患者解剖结构(即椎骨120、122)的大小和形状的大小和形状。同样地，第一零件 4100被制成为具有对应于第二零件4200以及患者解剖结构的大小和形状的大小和形状。
318.图43示出定位在组织开口3620附近以用于插入的椎间体植入物的第六实施方案的第二 零件4200。
319.图44示出被推动到图44所示的与第一零件4100相邻的最终位置的第二部件4200。移 动可致使第二部件4200楔入第一零件4100与第二椎骨122之间，这可将一个或两个椎骨稍 微推离彼此。推动致使第二零件4200根据需要与第一零件一起基本上填充患者1000的组织 间空间3610。根据第六通用实施方案，这原位形成多部件椎间体植入物(其是至少部分地原 位生长或形成的)。
320.在预期实施方案中，系统100施加或用于施加力以将第二零件4200移动到适当位置。分 配部件110可用于施加力，例如通过外科医生或由系统控制器1050控制的机器人1030的促 动。
321.零件4100、4200之间的间隔可具有任何期望的大小或尺寸，或者零件可被形成和连接 成使得它们之间没有或基本上没有空间。在一些情况下，间隔可能是期望的，诸如以在患者 在规程之后移动和痊愈(例如，椎间融合)时允许零件4100、4200之间的相对移动。
322.零件4100、4200中的一者或两者可具有由附图标号4410示意性地(通过位置)指示的接 口特征。接口特征4410可包括突出部、粗糙化、压痕、凹槽、钩、上悬或下垂元件等以促 进零件4100、4400之间的稳健连接。
323.作为另一示例，零件4100、4200可包括促进两者的准确相对定位的匹配特征。或者具 有促进这两者之间的连接的匹配的或几何上对应的特征，诸如通过将一者制成为具有一个或 多个轨道并且将另一者制成为具有用于接收轨道的一个或多个对应狭槽。或者为了促进它们 之间的连接，并且可能地还为了提供恰当相对定位的指示，诸如通过对系统100或外科医生 将第二零件4200操控到与第一零件4100相邻的适当位置的触觉反馈。
324.在各种实施方案中，第二零件4200可以是预制造的。在一些情况下，第一零件4100被 结构化(例如设定大小和形状)以容纳(例如，接收)第二零件4200。第一零件4100可生长或形 成为具有例如第二零件4200可连接到和/或第二零件4200可放置到其中的凹陷、空洞、空隙 或其他间隔。
325.第一零件4100可在植入第二零件4200之后打印。第一零件4100可在内部和/或周围打 印。第一零件4100并且因此所述组合因此将是患者解剖结构优化的。这些实施方案的
另一 益处可以是省时，并且有时是成本节约的，也可能是劳力和材料节约的。
326.当根据这些实施方案预制时，第二零件可具有任何期望的形式，包括用于相同或类似目 的的任何现有零件—例如，现有脊柱植入物。一个或多个预制零件可包括在出售或提供给外 科团队的套组中。
327.如在所描述的其他实施方案中，可通过根据需要准备组织(诸如通过粗糙化或开槽)来增 强从原位打印、根据患者解剖结构定制以及直接到患者解剖结构的椎间体零件4100、4200 与患者组织120、122之间以及所得原位生长或形成的植入物4400与患者组织120、122之间 的稳健附连。
328.此实施方案或本文的任何实施方案的植入物4400还可包括用于促进打印材料与锚定件 粘附和/或连接和强化植入物的接口特征。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例如， 齿状物)和表面涂覆、或穿透患者组织(诸如骨表面，例如椎体)的物理特征或用于附接打印后 装置的特征(诸如用于插入螺钉的眼孔)。
329.应了解，正如本文所述的其他原位生长或形成的植入物，此实施方案的所得植入物4400 是根据患者解剖结构高度定制的，在患者组织附近以及在患者组织上或患者组织处形成，在 此示例中所述患者组织包括但不限于椎骨120、122。
330.转向本公开的第七通用实施方案，图45示出示例性基准骨锚定件植入物4500(诸如接骨 螺钉)的透视图。
331.在各种实现方式中，骨锚定件4500可称为基准锚定件或基准螺钉，并且其功能可包括 基于植入物的特性被扫描或成像设备轻易可视化的能力。
332.示例性识别特性包括特征的形状。锚定件4500还可包括可检测特征，无论就这里所使 用的意义而言是否用于识别。这些特征可能是眼睛可见的或不可见的。示例包括条形码、 qr码、rfid标签、紫外线墨以及表面或嵌入标记物。标记物可包括技术辅助(ta)标记物或 具有一种或多种选定材料的其他标记物，所述一种或多种选定材料以独特的方式查看或扫描 /成像以用于锚定件标识、锚定件或锚定件部分识别、位置确定或取向确定。
333.在预期实施方案中，识别特征包括植入物的材料。
334.所提及的扫描或成像设备的示例是图10的环绕扫描仪1092或导航系统1093。
335.锚定件4500包括头部4510、轴4520和至少一个螺纹4530以用于将植入物固定到骨。 在各种实施方案中，头部4510包括驱动特征4540。驱动特征被配置为由驱动器仪器(未示出) 接合。示例性驱动特征是六角形状，如图45所示。
336.锚定件植入物4500的任何方面可具有基准的、可轻易识别的特性。头部4510是示例。 头部4510可具有用于基准目的的多种独特的或特殊的基准形状或几何形状中的任一种。在 各种实施方案中，头部4510是大体上球形的。
337.当具有基准特性时，头部4510可称为基准头部，或锚定件4510的基准部分。在各种实 施方案中，基准头部4510被配置(例如，基准成形)和/或构成(例如具有基准材料)为促进通过 扫描或成像设备诸如环绕扫描仪1092或导航系统1093传感器进行轻易识别。
338.头部形状由于例如不同于常规螺钉头部形状而可以是独特的或特殊的。而且控制器1050 的执行存储在计算部件1060的存储器中的指令的处理器识别扫描数据中的相异形状，并且 利用相异形状识别头部或锚定件的位置。
339.螺钉的其他部分诸如轴4520或上面的螺纹4530连同或代替头部也可使基准特征
是高度 基准的。
340.更特别地，基准头部4510或者锚定件4500的任何基准部件具有特定几何形状，系统100 的控制器1050(参见例如图10)的软件被编程为在扫描仪或图像数据中识别所述特定几何形状。
341.就基准头部4510而言，示例性几何形状可以是例如锥形的、立方形的或圆柱形的—诸 如通过包括例如圆柱形柱。
342.作为另一示例性基准几何形状，植入物4500可具有基准特性，所述基准特性不是植入 物的主要部件，诸如植入物4500的头部、轴或螺纹。此类特性可以是临时的，可在已经起 到目的之后移除，这可在打印步骤结束之前或在规程结束之前的任何时间进行。
343.示例性附加基准特性是突出部4550。附加特征可与植入物4500一起形成或添加到植入 物4500，诸如通过由系统打印，所述系统还可打印整个植入物4500。突出部或其他基准特 征可被配置和/或附接到植入物4500以在规程期间轻易地移除。移除可包括折断或拉下。虽 然外科人员可实现移除，但在预期实施方案中，控制器1050通过处理器执行存储在控制器 中的指令而被配置为操控仪器诸如分配器110来移除基准特征。
344.如所提及的，基准植入物部件诸如基准头部4510或基准附加特征诸如突出部4550可包 括尤其有利于可视化的材料。所述材料被配置为是扫描仪/成像设备和/或控制器1050的接收 图像数据的软件特别感测的和/或特别识别的。示例性扫描技术包括x射线、mri和相机。
345.在各种实施方案中，基准锚定件4500包括接口特征以促进原位打印材料(参见例如图49 至图53中的标号220)与锚定件450的接合。接口特征还可促进打印材料220与锚定件450粘 附和/或连接，并且强化锚定件4500。示例性接口特征包括表面粗糙化、表面成形(例如，齿 状物)和表面涂覆。
346.图46示出待融合的患者椎骨120、122的侧向视图。
347.图47示出其中骨锚定件4500锚定到椎骨120、122的前椎弓根部分中的侧向视图。
348.在各种实施方案中，锚定件4500是在适当位置打印的。本技术包括：在椎骨122、120 的锚定件位置处预形成孔；以及在所述孔中且从所述孔生长锚定件4500。
349.在一个实施方案中，锚定件4500诸如通过常规驱动器仪器(未示出)来机械驱动(通过螺 接、扭转或以其他方式推动锚定件)到骨中。
350.锚定件4500可以是例如金属螺钉。在各种实施方案中，锚定件由系统部件(未详细示出) 诸如连接到机器人支架112的端部的锚定件驱动器驱动。在模块化实施方案，驱动器端部执 行器是选择性地连接到支架以替代分配部件的驱动器端部执行器，并且是在使用之后可轻易 移除的。然后，将期望的分配端部执行器110连接到支架112以用于打印步骤。
351.预期出于此目的的钻孔设备(未详细示出)也可以是系统100的部分。一个或多个钻孔端 部执行器可附接到机器人支架，诸如图2至图9的视图中的具有喷嘴的另外执行器。或者钻 孔端部执行器可作为可移除端部执行器选择性地连接到支架。
352.此类另外设备(驱动器和钻孔设备)(无论是否是模块化的)被视为由图24所示的端部执行 器110示出以简化图式。
353.图48是根据本公开的第七通用实施方案的增材制造系统100的分配部件110的侧向视 图，分配部件110定位在邻近基准螺钉4500中的一个或至少邻近患者椎骨中的一个的
示例 性起始位置处，以用于开始沉积打印材料(例如，基底和催化剂)以用于原位打印连接椎骨 120、122的植入物。
354.起始位置可由控制器1050基于通过识别在分配部件110定位之前取得的扫描或图像数据 中所指示的锚定件的基准特性确定的锚定件定位来确定。然后，控制器1050控制机器人部 件1030来相应地定位分配部件110。
355.在各种实施方案中，还用于确定起始位置的控制器1050识别植入物位置附近的患者解 剖结构。
356.控制器1050可将此类基准植入物和/或患者解剖结构信息并入预制定原位打印计划中， 或者可基于基准植入物和/或患者解剖结构信息生成计划。
357.图49是增材制造系统100的分配部件110的侧向视图，分配部件110正被机器人设备1030或外科医生移动，并且在椎骨120、122之间沉积基底材料2201以用于原位打印连接植 入物，从而连接骨锚定件4500并由此连接椎骨。
358.图50示出增材制造系统100的重定位到起始位置(从图45)或其附近以用于施加催化剂的 分配部件110。
359.图51示出增材制造系统100的分配部件110正被移动并且在基底材料2201之上、向基 底材料2201或在基底材料2201处施加催化剂2202，从而连接骨锚定件4500并由此连接椎骨 120、122。
360.图52是增材制造系统100的分配部件110完成打印材料2202、2201的沉积、连接骨锚定 件4500并由此连接椎骨120、122的侧向视图。
361.图53是根据本公开的第七通用实施方案的连接椎骨120、122的原位打印的连接植入物 5200的透视斜视图。
362.本技术的其他实施方案包括原位生长、打印、形成或原位制造的运动保留植入物、运动 保留植入物、用于原位形成运动保留植入物的增材制造系统以及用于形成运动保留植入物的 方法。在一些实施方案中，可在根据迭代过程定位和/或重定位的离散部分中生长或形成原 位制造的运动保留植入物。在一些实施方案中，可在定位在椎间盘空间之间的预打印或预制 造的端板之间生长或形成原位制造的运动保留植入物。在其他实施方案中，可顺序地生长或 形成并且重定位或以其他方式操纵多个原位制造的运动保留植入物，以便填充相邻椎骨之间 的盘空间并且恢复、支撑或以其他方式校正患者脊柱的对准、神经末梢和/或运动范围。在 一些实施方案中，可将原位制造的运动保留植入物形成为选择性地具有刚性特性和运动保留 特性的复合原位运动保留脊柱植入物。例如，复合原位运动保留脊柱植入物可具有刚性网格 样框架，所述刚性网格样框架填充或部分地填充有相对较软的柔韧材料。如本文所使用，术 语“刚性的”意图具有其关于材料硬度的通常技术含义，其中如果材料是坚硬的或硬的，则材 料可被视为“刚性的”，并且在一些情况下，“半刚性材料”可以是稍微可变形的或柔性的。如 本文所使用，术语“柔韧”意图具有其关于容易弯曲、压缩和/或柔性的材料的通常技术含义。
363.术语原位制造的运动保留植入物或运动保留植入物在本文中主要用于描述主题椎间体植 入物10000、11000、12000或其离散部件是用各种材料形成的并且具有促进设计运动范围的 特性和/或具有赋予诸如相邻椎骨之间的缓冲或减震的优点的柔性特性。在一些实施方案中， 多个原位制造的运动保留植入物被生长或形成并融合在一起和/或定位成
彼此相邻，并且称 为单个原位制造的运动保留植入物。示例性使用案例、制造方法及其对应说明并不旨在是限 制性的，诸如限制主题椎间体植入物10000、11000、12000的形状或大小，除非本说明书或 所附权利要求中另外明确描述。
364.图54和图55可示出待由一个原位打印的运动保留植入物和/或多个原位打印的运动保留 植入物支撑和/或操纵的患者椎骨的侧向视图。示例性实施方案可用于例如校正患者脊柱的 相邻椎骨之间的间隔和/或患者脊柱在冠状面或矢状面中的对准。在一些实施方案中，目标 对准可通过由控制器1050协同可评估患者的当前脊柱对准并且计算目标对准的扫描数据、 导航设备1095、ct图像等执行的数据解析来预先确定。例如，示例性实施方案可包括机器 人子系统，所述机器人子系统具有机器人设备1030，所述机器人设备1030包括被配置为扫 描患者的解剖结构的扫描和成像设备。示例性实施方案还可包括支架112，所述支架112包 括分配部件110，所述分配部件110被配置为分配至少一种打印材料和/或在靠近分配尖端的 混合部件或混合部分(未示出)处混合多种单独存储的材料。控制器设备1050可包括处理器和 非暂时性计算机可读介质。控制器1050可被配置为控制包括各种扫描和成像设备的机器人 设备1030来确定患者脊柱的目标对准，并且开发原位打印计划(或原位打印指令)，包括原位 材料选择计划。在一些实施方案中，原位打印计划可基于患者脊柱的目标对准，以及可仅部 分地允许进入患者脊柱的相邻椎骨之间的盘空间的椎间体进入空间。在一些实施方案中，原 位材料选择计划可基于特定植入物的设计标准，例如，一些植入物和手术情形可受益于基本 上刚性的植入物，而其他则可受益于赋予缓冲益处和相对较大的运动范围的高度柔性的植入 物。控制器1050可执行原位打印计划以由此控制支架112来从分配部件110分配至少一种打 印材料，以形成至少一个运动保留植入物。
365.原位制造的运动保留植入物可由多种材料和材料组合打印、生长或形成。本文所列材料 不是详尽的，它们也不旨在是限制性的，并且应被认为在本质上是示例性的。例如，一些材 料可取代其他材料，尤其是当取代是用具有相同或基本上相同的材料特性的材料和/或针对 3-d打印技术优化的替代构型进行时。以下是可由所公开的原位增材制造系统通过例如分配 部件110打印的潜在材料的示例性列表。
366.由分配部件110选择性地分配的至少一种打印材料可以是或包括聚甲基丙烯酸甲酯 (pmma)，通常称为亚克力。pmma可被认为是具有与骨基本上类似的材料硬度(或至少具 有在松质骨至皮质骨的范围内的材料硬度)的刚性聚合物。例如，pmma可具有约3gpa的 弹性模量，这落在松质骨至皮质骨的弹性模量范围(约0.3gpa
–
20gpa)内。pmma可能够在 相对低的温度下原位固化，这使得它是用于在患者体内进行原位打印的理想材料。pmma 可被认为是相对脆弱的聚合物，其具有大约1％-3％的低断裂应变同时也是适合处于压缩下的 材料，并且通常适合用作填充剂材料。
367.由分配部件110选择性地分配的另一种打印材料可以是和或包括环氧树脂。环氧树脂可 用作粘合剂以连结运动保留植入物的可分离部件和/或将运动保留植入物粘附到相关解剖特 征，例如像椎骨。环氧树脂可作为单组分环氧树脂或作为双组分环氧树脂原位固化，双组分 环氧树脂包括在分配部件110的混合部分处混合在一起的基底材料和固化材料。一些环氧 树脂可在紫外光(uv)下固化，并且因为相对低的固化温度而在目标领域中是有利的。一般地， 环氧树脂可与其他所公开材料(例如刚性材料，诸如pmma)形成高质量结合，并且因此可用 于联接所公开运动保留植入物的相关部件。
368.由分配部件110选择性地分配的另一种打印材料可以是和或包括聚四氟乙烯(ptfe)。 ptfe的至少一个优点在于：它被认为是化学稳定并且因此所造成的引起生物并发症诸如宿 主排斥材料的风险相对低的高惰性材料。ptfe可包括可促进孔隙之间的骨向内生长的多孔 材料。由分配部件110选择性地分配的另一种打印材料可以是和或包括硅树脂。硅树脂可被 认为是相对软的弹性体材料(橡胶样材料)，其具有约0.05gp的相对低弹性模量。硅树脂能 够在相对低的温度下原位固化，这使得它是用于在患者体内进行原位打印的有利材料。硅树 脂一般也被认为是化学稳定并且因此所造成的引起生物并发症诸如宿主排斥材料的风险相对 低的高惰性材料。
369.由分配部件110选择性地分配的另一种打印材料可以是和或包括聚氨酯。聚氨酯可以具 有自柔韧(软)变化至刚性(硬)的宽泛范围的机械特性的多种不同组合物产生。在至少一个实 施方案中，第一聚氨酯组合物作为一种类型的原位固化可压缩泡沫来应用，所述原位固化可 压缩泡沫可适合用作可具有与骨结构(例如，松质骨)基本上类似的材料特性的填充剂类型材 料。在替代实施方案中，第二聚氨酯组合物被形成用于具有与骨结构(例如，皮质骨)基本上 类似的材料特性的刚性应用。由分配部件110选择性地分配的另一种打印材料可以是和或包 括聚乳酸(pla)。pla可以是可生物降解聚合物，这是在其预期目的之后分解成自然副产物 (诸如水、生物质、无机盐、二氧化碳和氮)的一类特殊聚合物。
370.在利用聚氨酯泡沫的一些实施方案中，分配部件110和控制器150可考虑到在混合/固化 /打印之后自然出现的聚氨酯泡沫的预定扩张量。例如，控制器150可开发考虑到一些材料的 扩张、使得扩张不会不利地影响打印在聚氨酯泡沫顶部或与之接触的后续材料和/或层的原 位打印计划和原位材料选择计划。例如，打印的材料的初始体积可小于完全固化和扩张的材 料的最终设计体积，并且控制器150可初始地控制分配部件110来打印小于设计体积的量的 材料(因为控制器150认识到：材料将在完全固化和或扩张之后扩张到设计体积)。类似地， 在其他实施方案中，控制器150可确定：应至少部分地以扩张聚氨酯泡沫填充具有预定三维 设计体积的盘空间，所述扩张聚氨酯泡沫由于聚氨酯的扩张而可有利地在限定盘空间的上椎 骨和下椎骨上施加预加载力。例如，患者的自然解剖特征可受到来自扩张材料诸如聚氨酯的 预加载力。类似地，在其他实施方案中，扩张材料可在原位增材制造的端板之间(例如，在 刚性材料和/或端板之间)施加预加载力。
371.可由分配部件110选择性地分配的另一类材料可以是和或包括水凝胶材料。在一些实施 方案中，pmma可用作水凝胶材料。在其他实施方案中，聚乙烯可用作水凝胶材料。水凝 胶可由“智能”聚合物构成，所述“智能”聚合物具有通过水吸收而成为扩张的软柔韧形态和通 过水蒸发而成为收缩的刚性形态而适于用作致动器的机械特性。水凝胶可比拟椎间盘的机械 特性。
372.在一些实施方案中，控制器1050可指挥支架112和分配部件110通过自由式可逆打印技 术来打印材料。自由式可逆打印技术可用于打印原本由于缺乏周围结构和/或大气空气而可 能无法在患者体内原位打印的软的聚合物和/或所公开水凝胶。根据至少一种自由式可逆打 印技术，分配部件110可在凝胶样物质中打印液态预聚物以便生成特定形状。在所公开技术 中，凝胶样物质可在液态预聚物固化时为液态预聚物提供结构或框架。然后，在固化之后， 可将所得聚合物从凝胶样物质移除，或反之亦然。自由式打印技术还可用于打印具有在触摸 纤维性胶原至相对较软的胶原的范围内的盘样机械特性的组织样结构。
配部件110。第二打印区域可以是大体靠近椎骨120并且沿着椎骨120的内侧面在盘空间中 延伸的区域。图59示出支架112和分配部件110正在打印原位打印的运动保留植入物10000 的第二部分10000b。第二部分10000b可邻接椎骨120由刚性材料形成，所述刚性材料与第 一部分10000a的刚性材料相同或基本上相同。
377.图60示出定位在第三打印区域中的支架112和分配部件110。第三打印区域可以是大体 设置在盘空间的中央部分并且在第一区域与第二区域之间延伸的区域。图61示出支架112和 分配部件110正在打印原位打印的运动保留植入物10000的第三部分10000c。第三部分 10000c可由柔韧材料形成，所述柔韧材料与第一部分10000a和第二部分10000b的刚性材料 相比相对较软。依据本文的公开内容，控制器1050可继续指挥支架112和分配部件110继续 顺序地在第一区域、第二区域和第三区域中的每一者中打印部分10000a、10000b、10000c， 直到基本上填充盘空间为止。例如，图62示出支架112和分配部件110已经接近打印出完整 的原位打印的运动保留植入物10000。图63示出完成的原位打印的运动保留植入物10000。 这样做时，可通过所公开的增材制造系统形成复合原位运动保留植入物，其具有邻接上椎骨 的顶部刚性端部部分、邻接下椎骨的底部刚性端部部分、以及位于其间的柔韧减震部分。
378.应理解，在一些实施方案中，可在打印过程中通过例如从分配部件110在相邻部分 10000a、10000b、10000c的相关端部表面处分配的环氧树脂来将部分10000a、10000b和 10000c融合在一起。例如，环氧树脂可选择性地将部分10000a、10000b的刚性材料融合、 粘结或联接到部分10000c的柔韧材料。另外地或替代地，可通过环氧树脂将部分10000a、 10000b的刚性材料融合到对应的相邻椎骨120、122。在其他实施方案中，可使用硅将部分 10000a、10000b的刚性材料融合、粘结或联接到部分10000c的柔韧材料。仍然在一些实施 方案中，将刚性第一部分10000a融合到彼此，将刚性第二部分10000b融合到彼此，并且只 是将其间的柔韧材料限制在刚性第一部分10000a与第二部分10000b之间。在其他实施方案 中，可期望通过以上所公开的自由形成技术单独地打印每个部分10000a、10000b、10000c， 并且由于被椎骨120、122包围而简单地将其维持在适当位置。
379.图64示出待由复合原位打印的运动保留植入物10000’支撑的患者椎骨120、122的侧向 视图。复合原位打印的运动保留植入物10000’可包括第一刚性端板10000y和第二刚性端板 10000z，以及具有与图54至图63的原位打印的运动保留植入物10000相同、基本上相同或 类似的特性的原位打印的运动保留植入物10000。在一些实施方案中，第一刚性端板10000y 和第二刚性端板10000z可由原材料、即来自现成的原材料供应的预成型刚性材料预成型， 并且由机器人臂等插入盘空间中，即，不一定是原位打印或根据本文所公开的增材制造过程 打印的。类似地，在一些实施方案中，第一刚性端板10000y和第二刚性端板10000z可通过 所公开实施方案根据原位打印计划和原位材料选择计划打印，并且被配置为使相邻椎骨正常 化。例如，第一刚性端板10000y和第二刚性端板10000z可被打印成具有引导壁和/或成角度 几何形状，使得它们可被配置为可操作地与预成型柔韧材料接合或将预成型柔韧材料从现成 的原材料供应引导到期望位置中，例如，部分10000c的柔韧材料可不一定是原位打印或根 据本文所公开的增材制造过程打印的。在其他实施方案中，第一刚性端板10000y和第二刚 性端板10000z可例如在手术室中根据本文所公开的增材制造过程在椎间盘空间内或靠近椎 间盘空间打印。第一刚性端板10000y和第二刚性端板10000z可
由其形成的示例性材料可包 括pmma、ptfe、聚氨酯，以及甚至具有大体在如上文所解释的骨性结构的范围内的弹性 模量的其他生物相容性金属材料。然而，应理解，第一刚性端板10000y和第二刚性端板 10000z不应局限于本文所公开的具体材料和/或形状。
380.图65是原位打印的运动保留植入物的横截切面图，所述原位打印的运动保留植入物可 包括由一个或多个重复单元格子构成的由刚性材料形成的网格结构10100。在一些实施方案 中，网格结构10100可由椭圆形格子10200a和菱形格子10200b的重复图案形成。在所示实 施方案中，一对椭圆形格子10200a和菱形格子包括在节点10100a处连接的支柱样元件。网 格结构10100的重复图案可在端部表面10101和10102处断开。端部表面10101、10102可由 与网格结构10100的其余部分相同的材料形成，或者它们可由替代材料形成。此外，端部表 面10101、10102可在其(延伸穿过页面的)外侧表面上具有纹理化高摩擦表面，这些表面被配 置为促进放置和保持在椎骨120、122之间。然而，图65的实施方案在本质上是示例性的， 并且本文所公开的原位打印的运动保留植入物可具有网格结构10100，所述网格结构10100 包括具有任何期望形状的开放格子的任何重复图案，且具有或不具有纹理化高摩擦表面。在 至少一个实施方案中，网格结构10100包括在一个方向上延伸的多个相对长的单管(圆柱体)， 当抵靠一者定位时，单管在其间产生也在所述一个方向上延伸并且限定相对长的单管之间的 间隙空间的菱形空间。管可单独打印，然后在各种接触点处层压或粘附在一起。另外，管及 其间的菱形空间可一体地打印。另外，一些实施方案可包括肉眼可见的网格结构10100，即， 宏观尺度的网格结构10100。然而，在其他实施方案中，网格结构可不是肉眼可见的，即， 是微观尺度的网格结构10100。然而，网格结构10100和格子10200a、10200b可通过任何以 上所公开的原位增材制造技术来打印或形成。
381.在所公开实施方案中，网格结构10100可由能够至少部分地弯曲或挠曲的刚性材料或半 刚性材料形成，并且格子10200a和10200b中的至少一者可填充有柔韧材料。例如，网格结 构10100可由pmma、ptfe、聚氨酯、peek、pekk以及甚至其他生物相容性材料和/或纤 维形成或包含上述项，并且格子10200a、10200b可由硅树脂、聚氨酯、水凝胶、聚乙烯和 其他相关生物相容性材料形成或包含上述项。在所示实施方案中，格子10200a是填充的， 并且格子10200b是开放格子，即，未填充的。然而，在一些实施方案中，网格结构10100可 限制格子10200a和10200b的柔韧材料。例如，格子10200a和10200b中的每一者可填充有 柔韧材料，并且格子10200a、10200b中的每一者可填充有不同类型的柔韧材料。
382.图66是在第一端部(由右侧的向下箭头表示)上经历压缩并且在与第一端部相反的第二端 部(由左侧的向上箭头表示)上经历拉伸的原位打印的运动保留植入物10000的横截切面图， 原位打印的运动保留植入物10000包括由刚性材料形成的网格结构10100，所述网格结构 10100包括可填充有柔韧材料的多个重复的格子10200a、10200b。图67是在第二端部(由左 侧的向下箭头表示)上经历压缩并且在与第二端部相反的第一端部(由右侧的向上箭头表示)上 经历拉伸的原位打印的运动保留植入物10000的横截切面图，原位打印的运动保留植入物 10000包括由刚性材料形成的网格结构10100，所述网格结构10100包括可填充有柔韧材料的 多个重复的格子10200a、10200b。如图所示，网格结构10100的相对薄的刚性材料部段可挠 曲以促进运动，并且柔韧材料(或半刚性材料)的格子10200a、10200b可允许运动并且还为网 格结构10100的刚性材料部段提供支撑。以此方式，控制器150可确定特定运动保留植入物 的适当支撑量和移动量，这些可取决于格子10200a、
10200b的填充剂材料(或缺乏填充剂材 料)相对于网格结构10100的材料硬度、厚度、长度和横截面几何形状的材料硬度。
383.图68a是原位打印的运动保留植入物11000的透视图，原位打印的运动保留植入物 11000包括由多个柔性臂11100联接到中央部分11400的第一端板11200(上端板)和第二端板 11300(下端板)。图68b是图68a的实施方案的透视图，其中为易于理解移除了顶部端板 11300。在示例性实施方案中，第一端板11200、第二端板11300、中央部分11400和柔性臂 11100可根据任何以上所公开的原位增材制造技术来打印或形成。在一些实施方案中，第一 端板11200、第二端板11300、中央部分11400和柔性臂11100中的每一者可由相同材料打 印。在其他实施方案中，第一端板11200、第二端板11300、中央部分11400和柔性臂11100 可由具有不同材料特性和各种分层(如图69a的交替剖面线大体所表示)的多种材料打印。例 如，在一些实施方案中，第一端板11200、第二端板11300和中央部分11400可由具有至少 一个层或多个层的刚性或半刚性材料打印，并且柔性臂11100可由柔韧的或至少与端板 11200、11300相比相对柔性的替代材料打印。在所公开实施方案中，四个最上侧弯曲柔性臂 11100可联接到盘形中央连接部分11400和第一端板11100，以由此在其间限定穹顶形内部空 间。类似地，四个最下侧弯曲柔性臂11100可联接到盘形中央连接部分11400和第二端板 11200，以由此在其间限定穹顶形内部空间。在一些实施方案中，柔性臂11100、端板11200、 11300和连接部分11400彼此单独打印，并且在对应端部部分处通过环氧树脂粘附到彼此。 在一些实施方案中，多个柔性臂11100、中央部分11400和/或填入的柔韧材料可称为减震部 分。
384.在一些实施方案中，可有利的是：第一端板11200、第二端板11300、中央部分11400和 柔性臂11000由刚性材料打印；柔性臂11000是相对薄的，使得它们可挠曲；并且端板11200 与11300之间的间隙区域填充有柔韧材料。例如，如图69b所示，第一端板11200、第二端 板11300、中央部分11400和柔性臂11000(为了易于理解，以骨架线示出)可由对应形状的柔 韧材料(为了易于理解，以实线示出)包围。类似地，在其他实施方案中，第一端板11300、 最上侧臂11000和中央盘形连接部分11400之间的穹顶形区域可填充有柔韧材料，并且第二 端板11400、最下侧臂11000和中央盘形连接部分11400之间的穹顶形区域可填充有柔韧材 料。然而，应理解，由相关部件限定的离散部分可选择性地填充有柔韧材料、刚性材料或其 任何组合。此外，依据以上公开内容，任一相关部件可具有限定填充有柔韧材料的多个重复 的格子11200a、11200b的网格样结构10100。
385.图70是包括由拴系件12300联接在一起的第一端板12100和第二端板12200的原位打印 的运动保留植入物12000的透视图。在示例性实施方案中，第一端板12100、第二端板12200 和拴系件12300可根据任何以上所公开的原位增材制造技术来打印或形成。在一些实施方案 中，第一端板12100、第二端板12200和拴系件12300可由相同材料打印。在其他实施方案 中，第一端板12100、第二端板12200和拴系件12300可由具有不同材料特性的多种材料打 印。
386.在所公开实施方案中，拴系件12300可以是纤维或表现出纤维样材料特性，因为拴系件 12300可表现出相对强的拉伸强度和相对低的压缩强度。端板12100、12200可由刚性材料形 成。拴系件12300可通过环氧树脂或其他粘结剂或机械地联接到端板12100、12200。依据以 上所公开的实施方案，控制器1050可根据原位打印计划和原位材料选择计划确定：
端板 12100、12200应具有对应于患者的椎间盘空间的大小设定，并且拴系件12300应具有对应于 相邻椎骨120、122之间的期望间隔(同时也考虑到端板12100、12200的相关宽度的)长度。 因此，原位打印的运动保留植入物12000的组合高度可对应于如控制器1050所确定的相邻 椎骨之间的目标间隔。
387.图70和图71的实施方案的至少一个优点在于：原位打印的运动保留植入物12000的端 板12100、12200可塌缩(图70)以便例如由支架112初始地将原位打印的运动保留植入物 12000定位在椎骨120、122之间。在将原位打印的运动保留植入物12000定位在椎骨120、 122之间之后，支架112可将分配部件110定位在患者的盘空间中且定位在端板12100、 12200之间以用于进一步打印。例如，分配部件110可分配打印材料，例如柔韧材料，以填 充和/或扩张端板12100、12200之间的间隔。在一些实施方案中，分配部件110可分配在固 化过程期间随时间推移扩张以填充端板12100、12200之间的空间的扩张泡沫样材料，例如 聚苯乙烯或聚氨酯泡沫，所述扩张泡沫样材料可选择性地由联接到分配部件110的混合部件 或混合部分混合。例如，扩张泡沫样材料可以是由于材料之间随时间推移的化学过程或相互 作用而扩张和/或最初处于压力下并且在由分配部件分配之后允许扩张的自扩张的或自动扩 张的泡沫。此外，运动保留植入物12000或其部分可以是现成提供的并且如以上所解释植入 的，然后控制器150可根据患者或外科医生的需要指挥分配部件110在运动保留植入物12000 周围打印柔韧材料。拴系件的一个优点在于：它可防止端板12100、12200的过度扩展或过 度扩张。例如，在一些实施方案中，拴系件12300被预加载以使得其处于张力下，从而主动 地防止盘空间过度扩展超过预设计标准。在一些实施方案中，端盖12100、12200可以是预 成型的，并且所公开的原位增材制造系统可确定可调整拴系件12300的适当长度，然后将拴 系件12300调整到适当长度，或向外科医生提供指令来执行所述操作。此后，可将端盖 12100、12200和调整后的拴系件12300放置在患者的椎间空间中，并且可用柔韧材料、半刚 性材料、扩张泡沫或其任何组合填充端盖12100、12200之间的空隙空间。
388.另外，尽管示例性实施方案被示出为具有单个拴系件12300，并且第一端板12100和第 二端板12200具有彼此平行伸出的侧向表面；但其他实施方案可包括多个拴系件12300，其 中第一端板12100和第二端板12200具有相对于彼此倾斜的侧向表面。例如，在一些实施方 案中，第一组拴系件12300可具有第一长度并且径向设置在端板12100、12200的左侧部分之 间，并且第二组拴系件12300可具有大于第一长度的第二长度并且径向设置在端板12100、 12200的右侧部分之间。依据以上所公开的实施方案，端板12100、12200之间的区域可填充 有柔韧材料，从而将拴系件置于张力下并且扩张端板12100、12200之间的间隔。因具有不 同长度的拴系件12300，第一端板12100和第二端板12200可相对于彼此倾斜。此布置的至 少一个优点在于：可在冠状面或矢状面中校正患者脊柱和/或以其他方式对准患者脊柱。
389.依据以上关于植入物10000、11000和12000的公开内容，每个植入物可被进一步配置为 具有至少一个孔口，所述至少一个孔口被配置为接收锚定件，例如接骨螺钉等，以用于锚定 到相邻椎骨中。锚定件可帮助维持对应植入物10000、11000、12000与相邻椎骨接触以促进 负载分布。
390.附加示例性方面
391.进一步关于在规程期间保护患者，如以上所提及，在各种实施方案(诸如涉及在植
入物 形成时施加化学制品和/或热量的那些实施方案)中，应注意确保不将患者组织暴露于非期望 的影响，包括但不限于非期望水平的热量。还考虑到所述过程可包括材料的冷融合。这样 的一个示例包括利用水泥反应。这些是保护患者免受极端温度或条件影响的其他方式。
392.进一步关于相对于患者解剖结构定制植入物构造和结构，如以上所提及，可使用计量器 来促进配准患者骨质量和相应地调整植入物。例如，如果计量器在分配部件110附近感测到 弱的或相对较弱的骨材料，则系统100(例如，计算控制器1050)可相应地施加材料，诸如以 更高的量或以更好地解决弱度的空间构型，诸如通过在弱区处、弱区中或弱区附近覆盖更多 表面区域的构型。而且如所提及的，反之亦然。也就是说，当检测到强骨时，可使用更少材 料或特殊配置，诸如使用更少材料，这可节省材料和时间，从而节省成本，并且具有较小侵 入性。另一方面，系统100可响应于计量器记录或其他患者解剖结构数据(通过成像等)而形 成或多或少的通道或空隙，以更具选择性地引导骨向植入物中生长，诸如通过促进患者/植 入物的某些区域中的更多的骨生长。
393.进一步关于正或突出特征，如所提及的，植入物可被打印成具有突出部，诸如尖峰，使 得移动一个/多个相邻椎体以接触植入物会将突出部驱动到一个/多个椎体中，从而促进将植 入物固定在适当位置。连同或替代尖峰，这些正特征(对比负特征，像通道、孔等)可包括例 如齿状物、凸脊、棘爪、凸面、单向齿状物等或其他特征。
394.在所设想实施方案中，正特征和负特征一起形成并起作用。根据本技术的植入物内的通 道可具有例如在其一个/多个壁上形成的正特征，诸如突出部。此类负特征内的一个/多个正 特征可提供益处，诸如促进更强的骨到植入物连接部的向内生长以及更强的所得植入物构建 体。相反地，任何植入物正特征(诸如外表面突出部)可具有形成在其中的负特征(诸如凹窝、 孔、微通道等)。益处可包括例如改进的抓持(植入物到患者)或增强的骨到植入物的向内生长。
395.相对于任何实施方案所公开的任何特征可通过本文提供的任何其他实施方案实现。例如， 根据一个或多个实施方案的本文所述的打印材料选项可用于实现任何其他实施方案。
396.来自一个或多个实施方案的任何特征可通过相对于任何其他实施方案描述的任何特征实 现。
397.应理解，本文所公开的各种方面可以本说明书和附图中特别呈现的组合之外的组合的形 式来组合。还应理解，根据示例，可按其他顺序执行、添加、合并、或完全忽视本文所述的 任何过程或方法的某些行为或事件(例如，并非所有所描述的行为或事件都是执行技术所必 须的)。
398.本文提及方向的任何公开内容或权利要求并不意图限制本公开的解释，除非所述公开内 容或权利要求明确要求这种限制。例如，对例如在椎骨表面上沉积材料的引用不限于包括在 大体上横向设置的椎骨表面的顶部上进行打印，并且可包括例如在部分或完全竖向设置的椎 骨表面上进行打印。作为另一示例，对所生长或所形成植入物的顶部或底部的引用不限于仅 指示植入物在站立患者参考系中的的上部表面和下部表面。
399.进一步关于结合包括但不限于分配部件110的部件描述的方向、定位和移动的指示，其 不限于通过举例在附图中示出的定位和移动。系统100在使用中的实际位置和移动
可由计算 控制器1050和/或外科医生或其他外科人员在规程前或规程内确定，并且可不同于所描述或 示出的位置和移动。
400.另外，虽然为清楚期间将本公开的某些方面被描述为由单个模块或单元执行，但是应理 解，本公开的技术可由单元或模块的组合执行。而且被描述为由多个模块或单元执行的方面 在替代实施方案中可由单个模块或单元执行。
401.除非本文另外具体限定，否则应给予所有术语其最广泛的可能解释，包括本说明书隐含 的意义以及本领域技术人员所理解和/或如字典、论文等中限定的意义。还必须注意到，除 非另外指明，否则当在本说明书和所附权利要求中使用时，单数形式“一个”、“一种”和“所 述”包括复数指代物，并且当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises和/或comprising)”指 明所陈述特征、元件和/或部件的存在，而并不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元 件、部件和/或其群组的存在或添加。
402.应理解，可对本文公开的实施方案进行各种修改。因此，上述描述不应被解释为限制性 的，而是仅作为各种实施方案的例示。本领域技术人员将设想到在所附权利要求的范围和精 神内的其他修改。