一种个性化膝关节骨面定位截骨导航系统及方法与流程

1.本发明属于膝关节截骨系统技术领域，尤其是涉及一种个性化膝关节骨面定位截骨导航系统及方法。


背景技术：

2.现有的个性化膝关节股骨侧定位截骨技术，基本摒弃了髓内定位的方式而采用患者骨面信息作为定位依据，一定程度上简化了手术过程减小了患者的手术创伤。但是另一方面，个性化导航系统在截骨方法上仍然是基于传统的手术技术。膝关节置换手术通常会在股骨髁进行5个方向的截骨，其截骨顺序一般都是先进行水平方向的截骨，随后以水平截骨面为基准，采用多功能复合截骨器械进行后续截骨操作。
3.传统手术方案，会采用复杂的髓内定位系统首先确定远端水平方向的截骨面位置，随后采用多合一截骨器械进行后续截骨。个性化手术方案也是采用同样的思路，首先利用骨面信息定位远端水平方向的截骨导板，随后可以利用传统器械或继续采用个性化设计的截骨器械进行后续截骨。现有的个性化手术截骨方案实际上仍是依托于传统定位器械而规划的手术方案，这使得个性化器械的灵活性没有得到有效发挥。个性化截骨导航器械需要依靠骨面信息进行术中定位，而采用传统手术方案首先去除远端骨组织，那么大面积的定位区域被去除，而余下的股骨前髁滑车沟面又存在厚度不均匀的软骨组织，很大程度上降低了个性化器械的定位精度。另外，目前的个性化膝关节股骨侧的截骨器械，设计思路仍是朝着多功能集成的方向发展，使得个性化手术器械在结构上趋于复杂，设计难度增加，加工成本也随之升高，不利于个性化手术技术的发展。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种个性化膝关节骨面定位截骨导航系统及方法，能够解决上述问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种个性化膝关节骨面定位截骨导航系统，包括四合一定位截骨器、远端水平截骨器和远端钻孔导向器，所述四合一定位截骨器用于去除股骨四个方向的骨组织，所述远端水平截骨器用于去除远端水平方向的骨组织，所述远端钻孔导向器用于进行远端骨面钻孔；所述四合一定位截骨器上设置有四合一截骨导向槽以及与其连接的内外侧定位板，所述内外侧定位板上设置有多个钉道。
6.进一步的，所述四合一定位截骨器包括四合一截骨导向槽、内侧定位板、外侧定位板、内侧钉道和外侧钉道组成，所述四合一截骨导向槽分别与所述内侧定位板和外侧定位板连接，同时所述四合一截骨导向槽为内外侧闭合的结构，且所述四合一截骨导向槽的开槽贯穿所述内侧定位板和外侧定位板，所述内测定位板在靠近其边缘的位置设置有所述内侧钉道，所述外测定位板在靠近其边缘的位置设置有所述外侧钉道。
7.进一步的，所述四合一截骨导向槽包括前髁截骨导向槽、前斜截骨导向槽、后斜截骨导向槽和后髁截骨导向槽，这四个方向的截骨导向槽通过曲面连接板在前后方向上连
接。
8.进一步的，所述内侧定位板和外侧定位板的贴合区域分别在前后方向上由前髁边缘延伸至后髁，内外方向上分别由髁间延伸至边缘。
9.进一步的，所述内侧钉道包括内侧第一钉道、内侧第二钉道和内侧第三钉道，三个钉道的钉道方向均为倾斜且指向髁间；所述外侧钉道包括外侧第一钉道、外侧第二钉道和外侧第三钉道，三个钉道的钉道方向均为倾斜且指向髁间。
10.进一步的，所述远端水平截骨器包括水平截骨槽、第一前斜定位板、前髁定位板和前侧钉道组成，所述水平截骨槽与所述第一前斜定位板和前髁定位板分别固定连接，所述前髁定位板上设置有所述前侧钉道，所述前侧钉道包括前侧第一钉道、前侧第二钉道和前侧第三钉道，三个钉道的钉道方向均垂直于所述前髁定位板。
11.进一步的，所述远端钻孔导向器包括第二前斜定位板、远端定位板、内侧后斜定位板、外侧后斜定位板、内侧钻孔导筒和外侧钻孔导筒组成，所述第二前斜定位板通过所述远端定位板与所述内侧后斜定位板连接，所述远端定位板上设置有内侧钻孔导筒和外侧钻孔导筒，同时所述内侧钻孔导筒和外侧钻孔导筒上轴向设置的孔分别贯穿所述远端定位板。
12.一种用于所述系统的方法，包括以下几个步骤：
13.s1用于安置所述四合一定位截骨器的步骤；
14.s2用于去除股骨四个方向的骨组织的步骤；
15.s3用于安置所述远端水平截骨器的步骤；
16.s4用于去除远端水平方向的骨组织的步骤；
17.s5用于安置所述远端钻孔导向器的步骤；
18.s6用于进行远端骨面钻孔的步骤。
19.进一步的，所述步骤s1包括：
20.将四合一定位截骨器安置在与骨面对应的位置；
21.分别沿内侧钉道和外侧钉道置钉固定四合一定位截骨器。
22.进一步的，所述步骤s3包括：
23.取出四合一定位截骨器两侧钉道中的定位钉，取下四合一截骨导向槽；
24.安放远端水平截骨器，使其上设置的第一前斜定位板贴合股骨前斜面，前髁定位板贴合股骨前髁面；
25.沿前侧钉道置钉固定远端水平截骨器。
26.相对于现有技术，本发明所述的一种个性化膝关节骨面定位截骨导航系统及方法具有以下优势：
27.(1)四合一定位截骨器采用股骨远端内外侧大面积的骨面区域进行术中定位，导板贴合稳定性好，定位精度更高，术中安置过程能够更快地找准导板位置；
28.(2)四合一定位截骨器采用内外侧倾斜置钉方式，在不干涉截骨路线的情况下实现稳定的固定效果；
29.(3)利用四合一定位截骨器截骨后的不同方向的截骨面，可以实现简单而准确的定位，本发明采用的远端水平截骨器结构简单，定位方式便捷，可靠性高；
30.(4)调整了术中截骨和钻孔的顺序，简化导板结构的同时提升了截骨系统的定位精度，使得术中操作更加便捷流畅；
31.(5)采用远端钻孔导向器将股骨远端水平面的钻孔步骤单独剥离出来，简化了四合一截骨器的结构，降低了整个个性化定位截骨系统的设计难度和加工难度；
32.(6)该系统的各个组件均呈厚度均匀的薄板式结构，能够有效节约材料；
33.(7)该系统可以采用医用金属和高强度的医用非金属材料通过3d打印的方式制造。
附图说明
34.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
35.图1为本发明实施例所述的个性化膝关节骨面定位截骨导航系统的结构示意图；
36.图2为本发明实施例所述的四合一定位截骨器的结构示意图；
37.图3为本发明实施例所述的四合一定位截骨器的安置示意图；
38.图4为四合一截骨后股骨远端截骨面示意图；
39.图5为本发明实施例所述的四合一定位截骨器的侧面结构示意图；
40.图6为本发明实施例所述的四合一定位截骨器的俯视结构示意图；
41.图7为本发明实施例所述的远端水平截骨器的安置示意图；
42.图8为远端水平截骨后股骨远端示意图；
43.图9为本发明实施例所述的远端钻孔导向器的安置前侧示意图；
44.图10为本发明实施例所述的远端钻孔导向器的安置后侧示意图。
45.附图标记说明：
46.10、四合一定位截骨器；20、远端水平截骨器；30、远端钻孔导向器；
47.110、四合一截骨导向槽；111、前髁截骨导向槽；112、前斜截骨导向槽；113、后斜截骨导向槽；114、后髁截骨导向槽；115、曲面连接板；121、内侧定位板；122、外侧定位板；130、内侧钉道；131、内侧第一钉道；132、内侧第二钉道；133、内侧第三钉道；140、外侧钉道；141、外侧第一钉道；142、外侧第二钉道；143、外侧第三钉道；
48.210、水平截骨槽；221、第一前斜定位板；222、前髁定位板；230、前侧钉道；231、前侧第一钉道；232、前侧第二钉道；233、前侧第三钉道；
49.311、第二前斜定位板；312、远端定位板；313、内侧后斜定位板；314、外侧后斜定位板；321、内侧钻孔导筒；322、外侧钻孔导筒；
50.01、股骨远端；11、股骨前髁面；12、股骨前斜面；13、股骨内侧后斜面；14、股骨外侧后斜面；15、股骨内侧后髁面；16、股骨外侧后髁面；17、股骨远端截骨面。
具体实施方式
51.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
53.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
55.如图1-图10所示，本发明为一种个性化膝关节骨面定位截骨导航系统，包括四合一定位截骨器10、远端水平截骨器20和远端钻孔导向器30，所述四合一定位截骨器10用于去除股骨四个方向的骨组织，将所述四合一定位截骨器10安置在与骨面对应位置，由于所述四合一定位截骨器10的内、外侧定位板122是根据患者骨面形状进行设计，因此所述四合一定位截骨器10的安置位置是唯一的，术中通过手动调整很容易实现准确定位；所述远端水平截骨器20用于去除远端水平方向的骨组织，所述远端钻孔导向器30用于进行远端骨面钻孔，三者分别用于术中不同的截骨过程；采用远端钻孔导向器30将股骨远端01水平面的钻孔步骤单独剥离出来，简化了目前四合一截骨器的结构，降低了整个个性化定位截骨系统的设计难度和加工难度，同时，通过针对四合一定位截骨器10、远端水平截骨器20和远端钻孔导向器30的作用调整了术中截骨和钻孔的顺序，简化导板结构的同时提升了截骨系统的定位精度，术中操作更加便捷流畅，所述四合一定位截骨器10上设置有四合一截骨导向槽110以及与其连接的内外侧定位板122，所述内外侧定位板122上设置有多个钉道，所述四合一定位截骨器10采用股骨远端01内外侧大面积的骨面区域进行术中定位，导板贴合稳定性好，定位精度更高，术中安置过程能够更快地找准导板位置。
56.所述四合一定位截骨器10包括四合一截骨导向槽110、内侧定位板121、外侧定位板122、内侧钉道130和外侧钉道140组成，所述四合一截骨导向槽110分别与所述内侧定位板121和外侧定位板122连接，同时所述四合一截骨导向槽110为内外侧闭合的结构，可以防止摆具滑出截骨槽，且所述四合一截骨导向槽110的开槽贯穿所述内侧定位板121和外侧定位板122，沿着截骨槽方向截骨摆具的运动不受干涉，所述内测定位板在靠近其边缘的位置设置有所述内侧钉道130，所述外测定位板在靠近其边缘的位置设置有所述外侧钉道140。
57.所述四合一截骨导向槽110包括前髁截骨导向槽111、前斜截骨导向槽112、后斜截骨导向槽113和后髁截骨导向槽114，这四个方向的截骨导向槽通过曲面连接板115在前后方向上连接，四个截骨导向槽的方向与股骨假体对应，同时四个方向的截骨导向槽的槽壁厚度均匀，能够有效节约材料。
58.所述前髁截骨导向槽111、前斜截骨导向槽112、后斜截骨导向槽113和后髁截骨导向槽114的槽壁厚度范围均为0.8mm至3.5mm；四个方向的截骨导向槽的槽宽度均为截骨刀具厚度的1.1至2倍；四个方向的截骨导向槽的有效导向距离范围均为8mm至40mm。
59.所述内侧定位板121和外侧定位板122上表面分别根据股骨远端01内外侧骨面形状进行个性化设计，所述内侧定位板121和外侧定位板122的贴合区域分别在前后方向上由
前髁边缘延伸至后髁，内外方向上分别由髁间延伸至边缘，沿截骨槽方向的开槽贯穿内、外侧定位板122，防止与截骨刀具产生干涉。
60.所述内侧钉道130包括内侧第一钉道131、内侧第二钉道132和内侧第三钉道133，三个钉道的钉道方向均为倾斜且指向髁间；所述外侧钉道140包括外侧第一钉道141、外侧第二钉道142和外侧第三钉道143，三个钉道的钉道方向均为倾斜且指向髁间，骨钉沿钉道方向互相不发生干涉，骨钉为现有基础。所述内侧钉道130和外侧钉道140形成夹角，起到固定和压紧导板的作用。
61.所述内侧钉道130和外侧钉道140的钉道导向距离范围分别为3mm至6mm。
62.所述远端水平截骨器20包括水平截骨槽210、第一前斜定位板221、前髁定位板222和前侧钉道230组成，所述水平截骨槽210与所述第一前斜定位板221和前髁定位板222分别固定连接，所述前髁定位板222上设置有所述前侧钉道230，所述前侧钉道230包括前侧第一钉道231、前侧第二钉道232和前侧第三钉道233，三个钉道的钉道方向均垂直于所述前髁定位板222。
63.所述水平截骨槽210的有效导航距离范围为12mm至36mm，所述水平截骨槽210的内外侧槽宽为股骨远端01水平截骨面内外侧宽度的0.6至1.2倍；所述第一前斜定位板221和前髁定位板222的厚度范围均为0.6mm至2.5mm。
64.所述远端钻孔导向器30包括第二前斜定位板311、远端定位板312、内侧后斜定位板313、外侧后斜定位板314、内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322组成，所述第二前斜定位板311通过所述远端定位板312与所述内侧后斜定位板313连接，所述远端定位板312上设置有内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322，同时所述内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322上轴向设置的孔分别贯穿所述远端定位板312；
65.所述远端钻孔导向器30各定位板的尺寸和形状由患者股骨远端01各截骨面的尺寸和形状确定，各定位板的厚度范围均为0.6mm至2.5mm，所述内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322分别与股骨假体定位柱位置相对应，所述内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322的内径分别与股骨假体定位柱的直径相匹配，所述内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322的筒壁厚度均为0.6mm至1.5mm，所述内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322的导筒深度均为5mm至12mm。
66.一种用于所述系统的方法，包括以下几个步骤：
67.s1用于安置所述四合一定位截骨器10的步骤；
68.s2用于去除股骨四个方向的骨组织的步骤，沿着四个方向的截骨槽依次进行截骨，本发明不限制四个方向截骨的先后顺序；
69.s3用于安置所述远端水平截骨器20的步骤；远端水平截骨器20利用股骨前髁面11和股骨前斜面12这两个存在夹角的截骨面作为定位基准面，很容易实现术中定位，远端水平截骨器20另一个特点是安置位置不唯一，可以沿着内外方向移动而不影响远端水平面的截骨精度，术中操作非常便捷。
70.s4用于去除远端水平方向的骨组织的步骤；
71.s5用于安置所述远端钻孔导向器30的步骤；远端钻孔导向器30利用股骨远端截骨面17、股骨前斜面12、股骨内侧后斜面13和股骨外侧后斜面14这几个截骨面作为定位基准面，导板的轮廓形状根据患者截骨面轮廓形状进行设计，因此术中定位便捷且精度高。
72.s6用于进行远端骨面钻孔的步骤。
73.所述步骤s1包括：
74.将四合一定位截骨器10安置在与骨面对应的位置，由于四合一定位截骨器10的内侧定位板121和外侧定位板122均是根据患者骨面形状进行设计，因此四合一定位截骨器10的安置位置是唯一的，术中通过手动调整很容易实现准确定位；
75.分别沿内侧钉道130和外侧钉道140置钉固定四合一定位截骨器10。
76.所述步骤s3包括：
77.取出四合一定位截骨器10两侧钉道中的定位钉，取下四合一截骨导向槽110；
78.安放远端水平截骨器20，使其上设置的第一前斜定位板221贴合股骨前斜面12，前髁定位板222贴合股骨前髁面11；
79.沿前侧钉道230置钉固定远端水平截骨器20。
80.在实际工作过程中，术中暴露出股骨远端01，将四合一定位截骨器10安置在与骨面对应位置，由于四合一定位截骨器10的内侧定位板121和外侧定位板122均是根据患者骨面形状进行设计，因此四合一定位截骨器10的安置位置是唯一的，术中通过手动调整很容易实现准确定位；找准四合一定位截骨器10的位置后，分别沿内侧钉道130和外侧钉道140置钉固定四合一定位截骨器10；随后沿着四个方向的截骨槽依次进行截骨，本发明不限制四个方向截骨的先后顺序；
81.四和一截骨完成后股骨远端01截出了股骨前髁面11、股骨前斜面12、股骨内侧后斜面13、股骨外侧后斜面14、股骨内侧后髁面15和股骨外侧后髁面16；取出四合一定位截骨器10两侧的定位钉，取下四合一定位截骨器10，随后安放远端水平截骨器20，使第一前斜定位板221贴合股骨前斜面12，使前髁定位板222贴合股骨前髁面11，并置钉固定远端水平截骨器20，即可进行远端水平截骨操作；
82.完成远端水平截骨后，取出定位钉，取下远端水平截骨器20，安置远端钻孔导向器30，对齐远端钻孔导向器30和股骨远端截骨面17边缘后，分别沿内侧钻孔导筒321和外侧钻孔导筒322进行钻孔，此处需要注意的是，远端钻孔导向器30仅用于钻孔，结构上无需通过骨钉进行固定即可实现钻孔导向功能。
83.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。