CN1299250A - 植入膝假体的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种为准备植入全部膝关节内假体用于在股骨(1)和胫骨(2)处定位和实施切除术的设备,包括一个可以可拆式地锁定在股骨(1)末端区内的基准装置(5),它的定向可相对于股骨(1)位置准确地定位,以及包括一个与基准装置(5)可运动地连接的切割装置,尤其是用于导引锯片(12)的刀具规(11)或带锯片(12)的锯切装置(14),其中,切割装置尤其锯片(12)的定向至少借助于基准装置(5)的定向确定。
Description
本发明涉及一种设备和一种方法，它们允许外科医生在植入全部膝关节内假体时以特别精确的方式实施股骨和胫骨的截切。
在股骨和胫骨上截切线准确定位对于全部膝关节内假体长的使用寿命有决定性意义。迄今实施截切即使对于一位有经验的外科医生也是极其苛求的，因为必须通过手术根据预定的内假体几何尺寸提供规范的支承面，在这种情况下规范的支承面应按照要求的腿的力学轴线定向，必要时还应校正病理学的位置缺陷，而且除此之外应顾及存在的韧带和肌肉的位置和作用。通常胫骨和股骨的定向借助于可能凭借的髓内或髓外的辅助手段通过检查进行，在这种情况下作为附加的阻碍是往往难以接近手术区。这些边界条件即使对于经验非常丰富的外科医生也可能使他们陷入困境。
全部膝关节内假体由一个固定在股骨上的和一个固定在胫骨上的构件组成。在全部膝关节内假体能植入前，股骨和胫骨相邻的骨区必须用恰当的方式切除，以便根据内假体的几何形状提供规范的支承面。通常切除胫骨和股骨的正面。此外，至少股骨提供至少一个所谓的背侧的切口和一个腹侧的切口，因为全部内假体的股骨部分通常设计成U形。一般由膝假体制造厂提供的工具不可能将在股骨上和胫骨上所需要的骨切口制成具有要求的精度。
但还应考虑另一个重要的要求，那就是膝假体在膝弯曲和伸展时互相滑动的构件始终有正确的相对位置，也就是说，腿力学轴线与腿生理学轴线的偏差最大允许3°内偏或3°外偏，优选地偏差小于±2°。此外应考虑在两个构件之间通过韧带和肌肉造成的柔性连接，只要在假体植入时保持了韧带和肌肉。这就要求韧带机构均衡，这种均衡性无论在伸展时还是在屈曲时均保证膝关节有良好的稳定性。
用于植入全部膝关节内假体的已知的工具通常包括下列装置：-胫骨相对于股骨定向以获得要求的腿轴线位置的装置；-形成期望的膝韧带张紧度的装置；-实施截切胫骨和股骨用的形式上为刀具规的装置，它用来导引锯片。
由印刷品EP 0 322 363 A1已知一种此类工具。这种工具为了胫骨和股骨定向采用髓外装置(extramedullary alignment system)，其缺点在于股骨的定向只能借助于X光机确定。此外，用于骨切割的基准系统的固定根据目测进行，在这种情况下还使基准系统难以接近手术区。
由印刷品EP 0 691 110 A2已知另一种工具。这种工具为了胫骨和股骨定向采用髓内装置(imtramedullary alignment system)，其缺点在于，为了胫骨和股骨相互固定各需要一导针，它插入胫骨或股骨的骨髓腔内。这种在骨髓腔内的插入会导致血栓形成或栓塞，从而可能促使致死。
本发明的目的是创造一种为准备植入全部膝关节内假体在股骨和胫骨上用于截切刀口定位的设备及方法，它简单和能可靠再现地实施。
此目的通过具有权利要求1、15或23特征的设备达到。从属权利要求2至14、16至22和24至36涉及按本发明方法的设备其他有利的设计。此外，此目的通过具有权利要求37特征的方法达到。
在一种有利的设计中，按本发明的设备包括一个主要由可以可拆式地锁定在股骨末端区内的基座和铰接和/或可移动地与基座连接的基准体组成的基准装置，基准体有一个坐标系X、Y、Z确定机构，其中，基准体的定向可相对于股骨位置准确地定位，以及设一个在基准体与基座之间作用的操纵机构用于固定它们的相对位置，确定坐标系X、Y、Z的机构设计用于定向地固定加工装置，如刀具规、底梁或测量装置。
这种设备的优点在于，基准装置与股骨牢固连接以及优选地沿股骨负荷轴线的延伸方向定向，以及，在股骨和胫骨上的所有切口均相对于此基准系统定向地操作，所以可以在股骨和胫骨上形成非常准确和按规定方向延伸的截切刀口或截切面。
基准装置可以在股骨上固定许多不同设计的机构，例如借助于骨螺钉或至少部分围绕股骨的夹钳，此外为了改善锚固夹钳可以有插入股骨内的销钉。
按另一种有利的设计，本发明的设备包括一个可以在骨髓外和可拆式地固定在股骨末端区内的基准装置，它的定向可相对于股骨位置准确地定位，以及包括一个可在骨髓外和可拆式地固定在胫骨上的胫骨轨，其中，胫骨轨的定向可相对于胫骨位置准确地定位，以及包括一个将基准装置和胫骨轨可拆式地牢固连接的固定装置。
按本发明的这种实施形式的优点在于，可将胫骨相对于股骨置于一个准确规定的位置，然后可以固定。因此在胫骨上的截切刀口的延伸方向可通过固定在股骨上的切割装置规定。胫骨相对于股骨的位置可以准确调整，以便例如校正腿力学轴线的走向。在一种有利的设计中，固定装置设计成U形或矩形，所以在膝上的手术区即使在装上了固定装置的情况下也能基本上自由接近。
在另一种有利的设计中，按本发明的设备包括一个可以可拆式地锁定在股骨末端区内的基准装置，它的定向可相对于股骨位置准确地定位，以及包括一个与基准装置可运动地连接的切割装置，尤其是用于导引锯片的刀具规或带锯片的锯切装置，其中，切割装置尤其锯片的定向至少借助于基准装置的定向确定。切割装置可采用不同的切割方法，例如锯、超声波切割器，或也可使用激光器。按本发明的设备可按这样的方式导引切割装置，即，使切口沿规定的方向延伸。为了制成切口业已证明采用锯是一种有利的方法。
按一种特别有利的设计，锯切装置包括一锯片，它的延伸方向确定一个锯片平面，其中，锯切装置通过连接机构固定在基准装置或调整装置上，以及，连接机构和锯切装置按这样的方式设计，即，使锯片只能在锯片平面内移动地支承着。
这种实施形式的优点是，明确规定了锯片的定向，所以手术医生只需关注锯片朝骨方向的运动和截切的实施，有把握的是截切平面的定向肯定是正确的。这意味着在截切期间使手术医生的工作变得容易得多，它可以将注意力主要集中于截切，与此同时他可以集中注意力于可能存在的障碍物如韧带上，但无须担忧锯的延伸方向。
按本发明的设备也可以电动机驱动。此外可设一计算机，它监测或甚至控制设备的移动和截切。
按本发明用于在股骨或胫骨上实施截切的方法，尤其借助一固定在股骨末端区上并接着相对于股骨延伸方向定向的基准装置，以及，借助一个用于导引锯片的刀具规或带锯片的锯切装置与已定向的基准装置可移动地连接并沿一个规定截切走向的方向导引，以及借助定向导引的锯片实施截切。
下面借助于实施例说明本发明。其中：
图1a固定在股骨上的底板透视图；
图1b底板下视图；
图2a基准装置侧视图；
图2b基准装置俯视图；
图2c基准装置后视图；
图3固定在股骨上的基准装置透视图；
图4固定在基准装置上的检验规透视图；
图5可与基准装置连接的定向杆透视图；
图6、7胫骨轨透视图；
图8借助于定向杆检验胫骨轨的透视图；
图9借助于固定夹在弯曲90°时固定的关节透视图；
图10固定在基准装置上的移动装置；
图11有底梁和固定在底梁上的测量梁的移动装置视图；
图12固定在底梁上的刀具轨视图；
图13a用于植入膝假体的总系统透视图；
图13b基准装置和固定在基准装置上的切割装置的俯视图；
图13c止动装置详图；
图14借助于计算机控制的驱动器示意图；
图15股骨和胫骨纵向图及其轴线走向；以及
图16a-16d固定在股骨上的底板的另一种实施例。
下面相同的部分采用同一个标号。
用于植入全部膝关节内假体的按本发明的设备或按本发明的方法的基本思想是使用一个基准系统，它可锚固在股骨1上。此基准系统作为所有操作和工艺步骤的基准，以便胫骨2相对于股骨1定向和在关节面上实施截切。锚固在股骨1上的基准系统按一种有利的设计可相对于股骨1调整其定向，以便使基准系统尤其沿股骨1负荷方向延伸地定向。
图1a表示一底板3，它有用于安装骨螺钉4的孔3b、3c、3d。如由图1b的下视图可见，底板3有三个隔开距离布置的支承面3a，它们靠放在股骨1上，由此构成的三点支承保证没有偏倾地放在股骨1上。此外，底板3有一个用于安装卡口式连接装置的孔3f以及两个定向孔3e、3g。此外，如图1a所示，孔3b有一锪孔。
如图3所示，底板3以这样的方式在股骨1上定向地装在髁1a附近，即，由孔3g、3e构成的轴线优选地沿股骨1负荷轴线19b的方向延伸。为此，借助于钻孔规将两个斯台因曼钉大体沿负荷轴线19b延伸方向置入股骨1内，然后将底板3放在股骨1上使每个斯台因曼钉穿过孔3g、3e延伸。之后将一钻孔规装在底板3的孔3b、3c、3d上，在这之后在股骨1中钻孔并接着拧入骨螺钉4，因此底板3其纵向大体沿负荷轴线19b方向延伸地借助于骨螺钉4与股骨1牢固连接。
在一种优选的实施形式中，按本发明的设备有一基准装置5，它可与底板3固定连接，在这里，底板3与基准装置5的相互位置可以调整，为的是尽可能准确地调整在股骨和胫骨上的截切线走向。图2a至2c表示了一个这种基准装置5，它有一些零件，它们的定向确定坐标系X、Y、Z，在股骨1和胫骨2上的所有其他的操作和截切均相对于此坐标系进行。
基准装置5包括一基座5a，在基座上装有带旋转轴线5b和操纵杆5d的卡口连接装置的连接部分5c。基座5a按这样的方式与底板3连接，即，将杆5d置于图示的位置，然后连接部分5c插入孔3f中，并将止动部分5g置入孔3b的锪孔中。接着操纵杆5d沿方向5e运动，因此由部分5c、3f构成的卡口式连接装置锁定，以及基座5a牢固地但可拆地与底板3连接。
在基座5a上装有一块可绕回转轴线5i沿方向5k回转地支承的回转板5h，回转板5h有两个制有内螺纹的孔，它们用于分别安装一个内六角螺钉5l。这些螺钉5l以这样的深度旋入内螺纹，即它们支靠在基座5a上。基座5a与回转板5h之间的相对斜度，如由图2c可以特别清楚地看出的那样，可通过两个处于相对位置的内六角螺钉5l各自的旋入深度调整。
有纵向孔5q的基准体5o可借助螺钉5r与回转板5h固定连接。纵向孔5q(也可称为长孔)设计得比螺钉5r的杆宽。在螺钉5r松开时，基准体5o基于纵向孔5q的长度尺寸，或可平行移动，或除此之外还可以绕旋转轴线5t沿运动方向5u运动。因此，基准体5o可相对于回转板5h移动，尤其略有错移地排列，并借助于螺钉5r固定连接。基准体5o通过基准面5p以及与基准体5o固定连接的叉5m确定了坐标系X、Y、Z的方向，它构成一基准的坐标系。如图2c所示，在基准体5o内设有一导孔5z，它构成一个用于齿条10a的沿X方向延伸的纵向导轨。基准体5o有一个装在它里面的蜗轮蜗杆传动装置5w，它包括两根垂直延伸的旋转轴线5y，在其中一根旋转轴线5y上设一滚花螺钉5v以及在基准体5o内部装一蜗杆，而在另一根旋转轴线5y处装一传动装置5w和一个伸入纵向导轨5z内的齿轮5x，齿轮规定与齿条10a啮合。齿轮5x也可以直接固定在滚花螺钉5v的轴线5y上，从而也可以省去蜗轮蜗杆传动装置5w。
图3表示了股骨1，上面用螺钉安装了底板3。基准装置5与底板3连接并可以通过操纵操纵杆5d随时松开和取下，或重新固定。此外在图3中可见沿X方向延伸的纵向导轨5z。按另一种实施方案，基准装置5也可以设计为，它除了回转轴线5i外，还可沿一条与回转轴线5i垂直延伸的第二条回转轴线5j相对于基座5a沿运动方向5f回转地支承着，在这种情况下此回转角仍可借助螺钉调整并牢固地固定。基准装置5也可以只有唯一的回转轴线5j，取消回转轴线5i。
图4象征性地表示基准体5o，在其纵向导轨5z内置入检验规6的插入和固定部分6a。检验规6包括一支架6b和固定在支架上画有网格线6e的透明体6d。检验规6用于使回转板5h沿回转方向5k定向。为此，在按图3的装置中，插入部分6a插入纵向导轨5z内，然后，沿固定部分6a的延伸方向，亦即沿X方向可移动地安装的透明体6d与支架6b一起移动，使透明体6d，如图4所示，直接靠放在股骨髁1a的前面。然后支架6b用滚花螺钉6c固定在固定部分6a上。在这种情况下网格线6e相对于通过基准体5o规定的坐标系沿Y方向和Z方向延伸。通过适当地旋转螺钉5l，可调整透明体6d绕回转轴5i回转。此外，透明体6d的位置可通过移动基准体5o沿方向5s或沿方向5u调整。由此基准体5o的位置或坐标系可以沿X和Y方向极其精确地相对于髁1a的位置调整。
股骨1的负荷轴线19b(Weight Bearing Axis WBA)按已知的方式，如图15所示，通过股骨头19c中心和通过踝关节中心19e延伸。股骨1解剖学的轴线19a相对于此负荷轴线19b倾斜。胫骨2的走向确定了一条力学轴线19d。在图示的位置，股骨1和胫骨2屈曲为0°，以及负荷轴线19b与力学轴线19d重合地延伸。
图5表示定向杆7，它允许基准体5o相对于股骨头19c的位置定向。定向杆7包括固定块7a，它可借助于滚花螺钉7b固定在叉5m上。带指示头7f的伸缩杆7e通过有转动轴线7g的铰链7d和通过有转动轴线7h的托架7c支承在固定块7a上。定向杆7按这样的方式设计和安装在基准装置5上，即，使伸缩杆7e基本上或尽可能准确地沿X方向延伸以及可在XY平面内回转地支承。基准体5o的位置松开螺钉5r后调整，通过例如用所谓“两指法”触摸确定股骨头19c的中心，然后将伸缩杆7e的指示头7f放在大腿1c的这一部位上，因此基准体5o便定向为使X轴(沿纵向)的投影通过股骨头19c的中心延伸。此外，附加地借助网格线6e调整X轴的走向，使X轴通过髁1a的中心延伸。因此，在图15所示的纵向视图中，X轴的走向与负荷轴线19b重合。拧紧螺钉5r，从而固定基准体5o相对于回转板5h的位置。因此通过基准体5o位置的校准，明确地确定了基准系或沿X、Y、Z方向的正交轴系。
按本发明的基准装置5其优点为，所有操作性的调整工作都在此基准装置5上进行，并因而好象储存在基准装置中。因此可以将按这种方式调整好的基准装置5通过卡口式连接装置5b从底板3松开并取走，以便在股骨1或胫骨2上完在其他的操作。在晚些时候可以将基准装置5重新固定在底板3上，在这种情况下沿X、Y和Z方向的轴如以前已经确定的那样延伸并因而不必再进行调整。
基准装置5的一个优点在于，X、Y和Z轴的走向可以非常准确地相对于股骨1以及髁1a调整。基准装置5还可以设计得更加简单，使基准体5o相对于底板3的调整只能按一维或二维空间进行。
如果在底板3与基准装置5之间的可分性是没有必要的，那么按另一种更加简单的实施形式可以取消底板3，在这种情况下基准装置5的基座5a用螺钉直接固定在股骨1上。
胫骨轨8规定用于胫骨2的定向，图6和7表示了胫骨轨8。胫骨轨8优选地按这样的方式固定在胫骨2上，即，使胫骨轨8与在图15所示的纵向视图中表示的胫骨2力学轴线19d重合地延伸。有两个孔8b的胫骨板8a用两个骨螺钉8c锚固在胫骨2上。支承部分8d通过可锁定的球铰链8x和连接部分8y与胫骨板8a连接。球铰链8x装在用8x标示的机体内部。胫骨杆8k经止挡部分8i和止挡8e通入端段8h。在松开的状态，胫骨杆8k可沿移动方向8f移动，此时螺钉8g与支承部分8d连接，在螺钉的拧紧状态将胫骨杆8k与机体8x牢固地固定在一起，从而沿移动方向8f固定了胫骨杆8k的位置。在远离膝关节的那一端，带支座8t的支承部分8s放在小腿2a上并例如借助绷带与小腿固定在一起。移动部分8u可沿移动方向8w相对于支承部分8s移动并可用螺钉8v固定。胫骨杆8k通入移动杆8l中，后者安装成可相对于胫骨杆8k的纵向8n移动，并可借助于滚花螺钉8m与胫骨杆8k固定在一起。在移动部分8u上装一个伸出的杆状支架8o，它可插入移动杆8l的导引部分8p中并可沿移动方向8r移动以及可用滚花螺钉8q固定。所说明的胫骨杆8k相对于胫骨板8a及支承部分8s调整的可能性，允许将胫骨杆的走向调整为，使胫骨杆8k沿纵向与胫骨2解剖学轴线19d重合地延伸。
最晚在装上胫骨轨8后，在股骨1与胫骨2之间安装一张紧工具20，在印刷品FR2648699中公开了张紧工具的一种实施例。
张紧工具20基于撑钳的原理，它用于将胫骨2和股骨1的关节面分别朝内侧和外侧的髁压开，使股骨1与胫骨2之间形成要求的定向。采用按本发明的设备对于股骨1的负荷轴线19b应沿股骨2力学轴线19d方向延伸的要求可用简单的方式满足，只要将指示负荷轴线19b走向的定向杆7绕旋转轴线7h旋转地朝胫骨2方向回转。因为胫骨杆8k指示了胫骨2力学轴线19d的走向，所以现在胫骨2可通过适当地调整张紧工具20定向为，使胫骨杆8k沿纵向相对于定向杆7重合地延伸。通过调整张紧工具20，腿的轴线也能调整为沿内偏或外偏方向略有折角地延伸。因此存在这样的可能性，即故意在负荷轴线19b与胫骨轴线19d之间引入一个角度。
若内侧和外侧的韧带不允许为达到所期望的腿轴线位置所要求的撑开，则必须通过已知的外科手术局部切除骨的增生部位减小韧带的紧度。这一手术应一直做到在所有的屈曲状态均存在适当的韧带紧度为止。
然后，在置入张紧工具20的情况下将关节置于90°弯曲位置，如图9所示。在这种情况下将大腿和小腿靠放在适当的支座上。然后，股骨1和胫骨2在此90°的弯曲位置，借助一U形的固定夹9彼此固定。固定夹9包括一胫骨轨支架9a，通过它的滚花螺钉9b可牢固地夹紧胫骨杆8k的端段8h。固定夹9还包括固定夹底部9g和调整部分9c，调整部分9c可沿纵向9f相对于底部9g移动并可用滚花螺钉9h固定。胫骨轨支架9a可沿移动方向9e移动地与调整部分9c连接，并可用滚花螺钉9d固定。固定夹底部9g与固定夹横向部分9i固定连接，后者有一个用于支承在基准体5o上的槽9k。固定夹横向部分9i可通过滚花螺钉9l与基准体5o固定连接。固定夹9的多种调整可能性，允许胫骨杆8k的端段8h在规定的位置与基准体5o牢固连接。在这一步骤之后，股骨1和胫骨2彼此牢固地保持在一个准确规定的位置。优选地在这一位置下负荷轴线19b和胫骨轴线19d彼此对齐，以及它们的夹角为90度。按另一种有利的实施形式，固定夹9也可以设计为矩形，其中，胫骨轨支架9a和固定夹横向部分9i在两侧与固定夹底部9g和固定夹调整部分9c连接。这样一种矩形的固定夹9与图9所示的实施形式相比有更高的稳定性。
在这之后取走张紧工具20，股骨1和胫骨2如图9所示固定。按本发明的固定夹9其优点在于，股骨1和胫骨2在规定的定向位置牢固地固定，以及，由于固定夹9的这种U形结构，不妨碍接近手术区。
图10表示按图9的配置，其中，在基准装置5上还附加地装一移动装置10，它允许底梁10g和固定在底梁上的转接部分10h沿X和Y方向运动。也可称为调整装置或进给装置的移动装置10包括一个进给装置10e，它与齿条10a固定连接。齿条10a部分延伸地装入纵向导轨5z内，在这里滚花螺钉5v的齿轮5x与齿条10a啮合，使齿条10a沿与X方向对应的移动方向10b运动。类似于在图2a至2c中所表示的基准装置5，进给装置10e有一滚花螺钉10f，它驱动一个看不见的蜗轮蜗杆传动装置，后者通过一个装在纵向导轨内的齿轮与通过纵向导轨导引的齿条10c啮合，以便使齿条10c沿移动方向10d运动。在图10所示的实施例中，移动方向10d与Y方向一致。这两根运动轴线或移动方向10b、10d优选地互成直角延伸，不过也可以互相成另一个角度延伸。有利的是，其中一个移动方向10b平行于负荷轴线19b延伸，而第二个移动方向10d则垂直于负荷轴线19b的方向延伸。调整装置10也可以装在固定夹9上而不是在基准装置5上，在这种情况下固定夹9有一纵向导轨5z和滚花螺钉5v，用于容纳和运动齿条10a。
为了实施股骨和胫骨的截切，如图12所示在调整装置10的底梁10g上固定一刀具规11，它包括一些沿不同角度延伸的缝11a，以便使带锯齿12a的锯片12准确地按由植入物预先规定的角度导引。图12表示在胫骨正面2b处用锯片12实施的截切刀口。根据膝关节内假体的设计形式，截切刀口的角度可以有不同的走向。因此可提供不同的刀具规11，而将当时适用的刀具规固定在底梁10g上。此外，刀具规11有孔11b，用于导引用于髌骨通道的钻头。刀具规11可通过手动旋转滚花螺钉5v、10f移动到要求的位置。在这里刀具规11准确地平行移动，从而可在股骨1和胫骨2上制成准确地平行延伸的截切面。齿条10a、10c可有一测量杆，例如刻入表面的测量杆，通过它可读出移动的距离。这尤其在手动移动或手动操纵滚花螺钉5v、10f时是有利的。手动移动的可能性带来的优点是，此设备甚至在计算机或电动机发生故障时仍能操作，所以即使遇到此类紧急情况仍保证手术的继续进行。
在一种优选的实施形式中，滚花螺钉5v、10f电动机驱动。图14示意表示了按本发明的驱动器17，它通过双向数据线16c与计算机16连接并由计算机控制。驱动器17包括有轴17c的电动机17d。在轴17c上装一分度盘17e和一个测量转角的传感器17f。电动机17d受计算机控制，以及电动机17d的转角通过传感器信号17f由计算机16监控。滚花螺钉5v、10f和轴17c通过两端有转接件17b的软轴17a互相连接。软轴17a优选地由金属丝制成。图14所示的装置有下列优点：
在骨上动手术在无菌方面提出了最高的要求。因此所有靠近手术区的物体必须有无菌的特性。制造可直接装在移动装置10上可消毒的电动机需要昂贵的费用。采用金属丝，例如弹簧钢丝带来的优点是，电动机例如可安置在离手术区1至2米远处。尤其使用弹簧钢丝绳可带来高的弹性模量以及小的滞后效应的优点。由于离手术区有较大的间距，所以对驱动器17无菌方面的要求降低。此外，按本发明的轴17a的优点在于它可以消毒，以及因为它可以经济地制造，所以也可以设计为一次性使用的产品。驱动器17还有一个优点，即它既可以驱动滚花螺钉5v，也可以通过传感器17f监控其转角。驱动器17也可以有多个独立的软轴17a用的驱动装置。轴17a既可设计为实心线或也可设计为空心线。优选地采用钢丝，在这里其他金属的丝或塑料或复合材料制的丝也是适用的。按另一种有利的实施形式，包括电动机17d、分度盘17e和传感器17f的驱动器17设在滚花螺钉5v内或它所在的位置，在这种情况下驱动器17通过电控制线和数据线16c与计算机16连接。
在一种优选的实施形式中，按图10的移动装置10借助图14所示的驱动器17驱动，其中，滚花螺钉5v、10f各与一根轴17a连接。因此，不仅可以沿X和Y方向移动底梁10g和固定在其上的转接件10h，除此以外还可以测量在所选出点的髁1a的几何尺寸以及胫骨的平直段。在按图10的实施例中，在转接件10h上装有一个用于带测量头10n的触针10l的导轨10k。导轨10k可沿方向10m移动地支承在转接件10h上。
股骨髁1a的几何形状例如可按如下所述确定：
底梁10g首先在没有固定在它上面的转接件10h的情况下按这样的方式移动，即将底梁10g移到股骨1的前面挡靠在股骨髁1a上。这就制止了轴17b的转动，这一情况可以被传感器17f检测到。由此可以确定股骨1前面的位置并储存在计算机16内。然后重新移开底梁10g，并如图10所示在底梁10g上安装带触针10l的转接件10h。在这之后移动底梁10g直至触针10l的侧量头10n如图所示与股骨1接触。这一位置储存在计算机16内。接着，如图11所示，底梁10g重新移开并为触针的导轨10k配装另一个触针10l，它可用滚花螺钉10p固定。若触针10l安装成偏心的，则通过移动底梁10g可以测量髁1a背部1d的尺寸。若触针10l安装在中心，则通过移动底梁10g可以测量穴10b的深度。通过适当地设计触针，还可以在多点测量髁。按图11的触针10l还可用于测量髁1a的整个宽度，只要将测量头10n安置在内侧和外侧与髁1a接触，在这种情况下有利的是设一根在转接件10h上沿其纵向延伸的标尺，它允许读出测量头的侧面位置，所以基于测得的髁1a内侧和外侧的尺寸便可以确定股骨关节头的总宽度。这一宽度可例如用手输入计算机内，从而为计算机提供了用于进一步计算的股骨关节头的几何数据。
触针10l可设计成不同的形状，以便在考虑到股骨解剖学形状的情况下探测其表面。例如触针10l也可以设计为类似于图11中所示可将它安装在导轨10k上并允许探测股骨1的背部区。
用于植入全部膝关节内假体的全部系统，在一种优选的实施形式中包括一台带屏幕的计算机。股骨的髁用触针10l确定的测量点位置的坐标，通过驱动器17传输给计算机，在这里分度盘17e的分度以及进给装置10e传动装置的传动比预置在计算机内，所以计算机可以计算各测量点在绝对坐标系内和优选地按毫米单位的距离。此外，在计算机内储存有一个包括可供使用的膝关节植入物几何数据的数据库，计算机将这些数据与测得的数据比较，以及建议一个最适配的膝关节植入物并将它显示在屏幕上。按一种优选的实施形式，如图13a所示，在屏幕上显示了测出的股骨、截切线以及要安置在股骨处的膝关节植入物。外科医生检验显示的建议，或批准此建议，调动全部截切线，或选择另外的看起来对它更恰当的膝关节植入物。在选出恰当的膝关节植入物后计算机存取数据库，在数据库内储存了植入物的全部几何数据，尤其是植入物规范的支承面的布局和走向和相应的截切线。以这些数据为基础，计算机确定应在底梁11g上固定多个可供使用的刀具规11中的那一个，以便操作事先已确定的截割。可能只采用唯一的刀具规11，它规定当时的截切线的角度。通过制备不同的其截切线的走向与相应的植入物协调一致的刀具规11，便可以根据具体植入物的设计和尺寸在股骨上加工出这些截切线。在刀具规11固定后，由计算机控制移动装置10，使刀具规11移到第一个切割位置。然后，如图12所示，外科医生将锯片12插入刀具规11相关的缝11a中并实施切割。在完成切割后，例如通过操纵脚踏开关18将此情况通知计算机，因此计算机16将移动装置10或刀具规11移到下一个切割位置，于是外科医生可以操作下一个切口。通过计算机16或刀具规11预先准确给定切口位置及其方向，所以截切刀口可以非常精确地遵循要安置的植入物的几何尺寸完成。这种方法使外科医生的工作变得非常轻松，因为在截割时他不再需要担忧刀口的位置，所以他的全部注意力可以放在截割本身上，尤其是还应留神不要在截割过程中伤害到韧带或其他软组织。此外，按本发明的设备也允许经验还较少的外科医生没有困难地准确截割股骨1和胫骨2并置入植入物。
图13a、13b、13c公开了一个用于置入膝假体的总系统，它不再需要刀具规11，因为锯切装置14的位置并因而锯片12的位置直接由移动装置10控制和规定。
如图13c在侧视图中所示，在移动装置10的底梁10g上装一旋转调整装置13q，它设计为止动装置13a。止动装置13a有沿其圆周分布设置的止动位置13n，每个止动位置13n确定臂13c的一个沿回转方向13m预定的固定的回转角。滚花螺钉13b可以将螺钉杆13o提升或下沉。旋转调整装置13q也可以由电动机驱动器取代，它允许调整一个可预定的转角。这样一种电动机驱动的旋转调整装置13q优选地还包括一个转角传感器检测转角，因此例如借助于一个调节器或计算机可预定旋转调整装置13q应取的转角。如图13b所示，臂13c通过一个沿运动方向13d运动的铰链与第二臂13f连接，第二臂本身通过沿运动方向13g运动的铰链与第三臂13h连接。第三臂13h一方面构成锯切装置14的轴向固定点13i，另一方面构成带锯片12用的缝13l的导槽13k。如此设计的支臂13允许锯片12在一个平面内，优选地在锯片平面内可运动地导引或回转。锯片12构成一个锯片平面并可在此平面内移动地支承。支臂13可按这样的方式设计，即，使它有弹性力，所以当锯片12朝髁1a方向输送时在锯切装置14上作用一个越来越大的复位力。为了能造成这样一个弹性力可例如在支臂13的这些铰链内设扭转弹簧。在图示的实施例中，导槽13k与臂13h固定连接。但导槽13k也可以通过铰链铰接在臂13h上，所以导槽13k可朝固定点13i的方向回转地支承着。采取此措施，锯片12可以更深地贯入要截切的体内。
锯切装置14有一把手14a，为了减小在操作时引起的过大的力矩，把手可相对于支臂13沿方向14g绕轴线14h回转。此外，把手14a可绕旋转轴线13p回转地支承。因此，把手14a用于沿方向14c和沿绕轴线13p的回转方向14d引入运动。其结果是，把手14a沿垂直回转方向的位置与锯片12的位置无关。如图13c所示，支臂13可通过绕止动装置旋转轴线13e转动臂13c相对于底梁10g倾斜。除此之外，锯片12的位置通过由计算机16控制的移动装置10确定。因为锯片12沿延伸方向14c设计得比较长，所以导槽13k优选地采用一个缝13l，以便导引此比较薄的锯片12处于一个确定的位置，并避免锯片12挠曲。因为支臂13与锯切装置14一起可能在移动装置10或底板3上作用比较大的力，因此在图13a所示的实施例中采用了一个机架15，它包括绳索卷绕装置14f和绳索14e，它的任务是产生一个至少平衡锯切装置14重力的反力F。机架15包括托架15a、直杆15b、底架15c以及一些滚轮15d。此外，在机架15上装有用于锯切装置14驱动器的引入和导出线14b。在机架15上还固定有带屏幕16a和键盘16b的计算机16。除此之外驱动器17也固定在机架15上，在这种情况下，两个滚花螺钉5v、10f均由驱动器17通过软轴17a驱动。
所表示的支臂13也可以设计为它有一些传感器，它们可以检测沿运动方向13d、13g及13m的角度，以便检测到锯片12准确的位置，或与一个装在锯片12所在位置的测量探头一起测出髁1a的位置和几何尺寸。
图16a至16d公开了可锚固在股骨1上的底板3或基托3另一种实施例。此基托3包括一个有纵轴线3s的基本平台3h，在基本平台上装有四只可沿方向3l移动的脚3i、3k。这些脚3i、3k可移动地支承在沿方向3l延伸的槽3o中。有外螺纹的轴3n与脚3i、3k的内螺纹啮合。轴3n有一个可从侧面接近的螺钉头3p。在脚3i内的螺纹设计为左螺纹，在脚3k内的螺纹设计为右螺纹，在这种情况下，轴3n的螺纹为了啮合设计成相应地相匹配的。因此当旋转螺钉头3p时，每两个并列设置的脚3i、3k或彼此移近或互相离开。轴3n在中央有一个圆柱形的超出轴3n直径的分段3m，它布置在基本平台3h的一个空隙3r内以及沿移动方向3l两侧具有小量间隙地靠在基本平台3h上，并由此确定了轴3n沿方向3l相对于基本平台3h的位置，因此它也用作定心部分3m。图16b在侧视图中表示了两只处于相对位置的脚3i、3k，它们在相对的内表面有沿移动方向3l伸出的顶尖3q，顶尖规定用于刺入股骨1内。如图16d所示，基托3按这样的方式固定在股骨1上，即，它首先沿股骨轴线19a的延伸方向放在股骨1上，然后通过旋转轴3n将处于相对位置的脚3i、3k彼此拉近，直至顶尖3q插入股骨1内以及将基托3与股骨1可靠连接为止。按一种有利的设计，轴3n两端有螺钉头3p，所以根据选择可在两只脚3i、3k之一那里操纵轴3n。基托3图示实施例的一个优点在于，当它在股骨1上固定后它沿股骨轴线19a的方向或沿股骨1髓内的空腔的方向延伸。因此，基托3有髓内的延伸方向，但无需使用一个装在髓内的物体。
两个槽3b、3f类似于在图1a所示的底板3中的那样设计并用于借助于卡口式连接固定基准体5。图16c在俯视图中表示槽3b、3f在基本平台3h上的布局。两个在下面的槽3b、3f确定了一条直线19b，它与通过基本平台3h中央延伸的直线19a、3s相交为角α。角α优选地在6±2度的范围内。当基托3在股骨1上固定后，直线19a与股骨1解剖学轴线19a的走向一致。经调查统计得出，负荷轴线19b与解剖学轴线19a走向的偏差约6度，所以在图16c中表示的轴线19b当在股骨1上固定了基托3后大体与负荷轴线19b的走向一致。基托3有两对槽3b、3f，位于直线19a、3s上方的那一对，如图16d所示，用于右腿的股骨1，而下方的那一对可在左腿的股骨1上使用，以便在股骨1解剖学轴线19a预先规定的情况下大体预定负荷轴线19b的走向。
Claims (37)
1．为准备植入全部膝关节内假体在股骨(1)和胫骨(2)处用于截切刀口定位的设备，包括一个基准装置(5)，它主要由可以可拆式地锁定在股骨(1)末端区内的基座(5a)和铰接和/或可移动地与基座(5a)连接的基准体(50)组成，基准体有一个坐标系(X、Y、Z)确定机构(5m、5p、5z)，基准体(50)的定向可相对于股骨(1)位置准确地定位，以及设一个在基准体(50)与基座(5a)之间作用的操纵机构(5l、5r)用于固定它们的相对位置，确定坐标系(X、Y、Z)的机构(5、5p、5z)设计用于定向地固定加工装置，如刀具规(11)、底梁(10g)或测量装置。
2．按照权利要求1所述的设备，其特征为：基座(5a)可相对于基准体(50)至少围绕一根在基座(5a)锁定时基本上沿股骨(1)负荷轴线(19b)方向延伸的轴线(5i)回转地支承。
3．按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为：设一锚固件(3)，它可固定在股骨(1)上；以及，锚固件(3)与基座(5a)一起构成可拆式连接，这一连接尤其设计为卡口式连接。
4．按照权利要求3所述的设备，其特征为：锚固件(3)有三点支承(3a)，它规定用于靠放在股骨(1)上。
5．按照权利要求3或4所述的设备，其特征为：锚固件(3)包括一个有纵轴线(3s)的基本平台(3h)；至少两只脚(3k、3i)可相对于基本平台(3h)移动地安装并彼此相对地大体垂直于纵轴线(3s)布置；以及，脚(3k、3i)有伸出的朝股骨(1)方向延伸地排列的顶尖(3q)，这些伸出的顶尖(3q)尤其彼此相对地布置。
6．按照权利要求3至5之一所述的设备，其特征为：锚固件(3)有一条纵轴线(3s)；以及，基准装置(5)可沿大体垂直于纵轴线(3s)延伸的方向(5s)移动并可锁定地安装。
7．按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为：确定X方向的机构设计为纵向导轨(5z)，尤其用于导引一根杆。
8．按照权利要求7所述的设备，其特征为：纵向导轨(5z)设计用于导引一根齿条(10a)；以及，齿轮(5x)伸到纵向导轨(5z)的内腔中，它规定与齿条(10a)啮合。
9．按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为：基准装置(5)包括一驱动器(21；5v、5w、5x、5y)，它作用在与基准装置(5)可运动地连接的调整装置(10)上并允许它相对于基准装置(5)移动。
10．按照权利要求9所述的设备，其特征为：调整装置(10)安装成至少可沿X方向和Y方向相对于基准装置(5)移动。
11．按照权利要求9或10所述的设备，其特征为：驱动器(21)包括一个可手操纵的滚花螺钉(5v)，它驱动一个作用在调整装置(10)上的齿轮(5x)。
12．按照权利要求9或10所述的设备，其特征为：驱动器(21)包括一电动机驱动器或一个将电动机驱动轴(17a)连接在驱动器(21)上的转接件(17b)。
13．按照前列诸权利要求之一所述的设备，其特征为：定向杆(7)沿X方向延伸并可绕沿Z方向延伸的旋转轴线旋转地安装在基准体(50)上。
14．按照权利要求13所述的设备，其特征为：定向杆(7)包括伸缩杆(7e)，它的长度尺寸可以加长或缩短。
15．为准备植入全部膝关节内假体在股骨(1)和胫骨(2)处用于截切刀口定位的设备，包括一个可以在骨髓外和可拆式地固定在股骨末端区内的基准装置(5)，它的定向可相对于股骨(1)位置准确地定位；包括一个可以在骨髓外和可拆式地固定在胫骨(2)上的胫骨轨(8)，胫骨轨(8)的定向可相对于胫骨(2)位置准确地定位；以及，包括一个将基准装置(5)和胫骨轨(8)可拆式地牢固连接的固定装置(9)。
16．按照权利要求15所述的设备，其特征为：固定装置(9)设计成U形，在两个边(9a、9i)的每一个上设一固定机构(9b、9l)，以便使固定装置(9)既与胫骨轨(8)又与基准装置(5)可拆式地固定。
17．按照权利要求15所述的设备，其特征为：固定装置(9)设计成矩形，在两个相对边(9a、9i)上设固定机构(9b、9l)，以便使固定装置(9)既与胫骨轨(8)又与基准装置(5)可拆式地固定。
18．按照权利要求15至17之一所述的设备，其特征为：带有固定机构(9b、9l)的边(9a、9i)按这样的方式布置和设计，即可将股骨(1)和胫骨(2)固定成约90度的拐角。
19．按照权利要求16至18之一所述的设备，其特征为：连接这两个边(9a、9i)的部分(9c、9g)设计成其长度是可调的。
20．按照权利要求16至19之一所述的设备，其特征为：边(9a、9i)的长度尺寸这样确定，即，使连接两个边(9a、9i)的部分(9c、9g)相对于膝关节有侧向间距地停放，所以膝关节前面可自由接近。
21．按照权利要求15至20之一所述的设备，其特征为：胫骨轨(8)包括一根在骨髓外沿胫骨(2)延伸方向定向的胫骨杆(8k)以及一块尤其可用螺钉固定在胫骨(2)上的胫骨板(8a)，其中，胫骨杆(8k)可垂直于胫骨(2)延伸方向移动地装在胫骨板(8a)上并可与胫骨板锁定。
22．按照权利要求21所述的设备，其特征为：胫骨轨(8)包括一个可固定在小腿(2a)表面上的支承部分(8s)，它布置在与胫骨板(8a)的相对端。
23．为准备植入全部膝关节内假体在股骨(1)和胫骨(2)处用于截切刀口定位和实施切除术的设备，包括一个可以可拆式地锁定在股骨(1)末端区内的基准装置(5)，它的定向可相对于股骨(1)位置准确地定位；以及包括一个与基准装置(5)可运动地连接的切割装置，尤其是用于导引锯片(12)的刀具规(11)或带锯片(12)的锯切装置(14)，其中，切割装置尤其锯片(12)的定向至少借助于基准装置(5)的定向确定。
24．按照权利要求23所述的设备，其特征为：设一调整装置(10)，它一方面可与基准装置(5)牢固连接，以及另一方面刀具规(11)或锯切装置(14)可固定在调整装置上，在这种情况下，调整装置(10)允许刀具规(11)或锯切装置(14)相对于基准装置(5)移动位置。
25．按照权利要求24所述的设备，其特征为：基准装置(5)确定一个坐标系(X、Y、Z)，当基准装置(5)定位后坐标系的X方向基本上沿股骨(1)负荷轴线(19b)的方向延伸；以及，调整装置(10)至少允许沿X方向移动。
26．按照权利要求25所述的设备，其特征为：除此之外还允许调整装置(10)沿Y方向移动，其中，X和Y方向互相垂直延伸地展开成一个平面，负荷轴线(19b)基本上位于此平面内。
27．按照权利要求24至26之一所述的设备，其特征为：基准装置(5)有一个沿X方向延伸的直线导轨(5z)；调整装置(10)包括一根与直线导轨(5z)相配并可沿X方向移动的杆，它尤其设计为齿条(10)；以及，基准装置(5)包括驱动器(21)，它作用在齿条(10a)上并允许齿条(10a)相对于基准装置(5)移动。
28．按照权利要求27所述的设备，其特征为：驱动器(17)包括一个电动机驱动器(17d)，它或直接装在基准装置(5)内，或相对于基准装置(5)有间距地布置并通过软轴(17a)与基准装置(5)在工作上连接起来。
29．按照权利要求23至28之一所述的设备，其特征为：调整装置(10)有一可移动的基座(10g)，刀具规(11)或锯切装置(14)可固定在基座上。
30．按照权利要求23至29之一所述的设备，其特征为：调整装置(10)上至少可拆式地固定一传感器(10l)，以检测股骨(1)的髁(1a)的位置。
31．按照权利要求23至30之一所述的设备，其特征为：锯切装置(14)包括一锯片(12)，其延伸方向确定一个锯片平面；锯切装置(14)通过连接机构(13)固定在基准装置(5)或调整装置(10)上；以及，连接机构(13)和锯切装置(14)按这样的方式设计，即，使锯片(12)只能在锯片平面内移动地支承着。
32．按照权利要求31所述的设备，其特征为：连接机构(13)允许锯片(12)在锯片平面内沿两个正交的方向运动，在这种情况下连接机构(13)尤其设计为一个可回转的臂(13f、13h)或一个双轴式伸缩导引装置。
33．按照权利要求31或32所述的设备，其特征为：把手(14a)按这样的方式铰接在锯切装置(14)上，即，使把手(14a)的位置不影响锯片(12)的定向。
34．按照权利要求31至33之一所述的设备，其特征为：连接机构(13)通过一个有旋转轴(13e)的旋转调整装置(13q)与基准装置(5)或调整装置(10)连接；以及，旋转调整装置(13q)允许连接机构(13)相对于基准装置(5)或调整装置(10)回转一个转角。
35．按照权利要求34所述的设备，其特征为：旋转调整装置设计为机械止动装置(13q)；以及，止动装置(13q)有止动件(13b、13o)，以便将旋转轴(13e)的转角锁定在预定位置。
36．按照权利要求34所述的设备，其特征为：旋转调整装置(13q)包括一电动机驱动器，它允许调整一个可预定的转角；以及，旋转调整装置(13q)优选地包括一转角传感器；用于检测转角。
37．实施在股骨(1)或胫骨(2)上截切的方法，借助一固定在股骨(1)末端区上并接着相对于股骨(1)的延伸方向定向的基准装置(5)，以及，借助一个用于导引锯片(12)的刀具规(11)或带锯片(12)的锯切装置(14)，与已定向的基准装置(5)可移动地连接，并沿一个规定截切刀口走向的方向导引，以及借助定向导引的锯片(12)实施截切。
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