ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ВЕРТЛУЖНЫХ КОМПОНЕНТОВ В СООТВЕТСТВИИ С ОСОБЕННОСТЯМИ ПАЦИЕНТА
TOOL FOR BALANCING OF COTYLOID COMPONENTS IN ACCORDANCE WITH FEATURES OF PATIENT

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США №61/373,993, зарегистрированной 16 августа 2010 года.
Уровень техники
Часто по разным причинам суставы претерпевают дегенеративные изменения. Если дегенерация сустава прогрессирует или становится необратимой, может возникнуть необходимость в замене естественного сустава протезом сустава. Искусственные имплантаты, в том числе тазобедренных суставов, плечевых суставов и коленных суставов, широко применяют в хирургической ортопедии. В частности, широко применяют протезы тазобедренных суставов. С точки зрения механики тазобедренный сустав человека действует как шаровое шарнирное соединение, причем сферическая головка бедренной кости расположена в вертлужной впадине таза, которая имеет форму углубления. При различных дегенеративных заболеваниях и травмах может потребоваться замена всего тазобедренного сустава или его части с применением синтетических материалов, обычно металлов, керамики или пластиков.
Стандартный протез тазобедренного сустава содержит две опорные поверхности, образующие стык между головкой бедренной кости и вертлужной впадиной. Первая опорная поверхность обычно представляет собой часть оболочки протеза или вертлужную чашку, которую могут выполнить из металла или керамики. Затем к этой оболочке плотно подгоняют вкладыш (обычно выполненный из полиэтилена, например из ультравысокомолекулярного полиэтилена, керамики, а в некоторых случаях применяют металлический вкладыш), чтобы обеспечить внутреннюю опорную поверхность, которая вмещает искусственную головку бедренной кости и взаимодействует с ней по типу шарнира, обеспечивая относительное движение между бедренной костью и вертлужной впадиной.
Чашку или узел в сборе, состоящий из чашки и вкладыша, обычно крепят, либо вставляя винты через отверстия в чашке, либо закрепляя чашку при помощи цемента. В некоторых случаях из-за низкого качества костного вещества в кости пациента цементируют только вкладыш. В других случаях на поверхность вертлужной впадины, подготовленную при помощи развертки, могут установить с прессовой посадкой чашку, имеющую пористую поверхность.
При подготовке вертлужной впадины выполняют восстановление естественной анатомии пациента (например, восстановление нормального центра вращения тазобедренного сустава). Для правильного восстановления тазобедренного сустава часто выполняют предоперационное моделирование (например, получение предоперационного рентгеновского изображения, включающего переднезаднюю проекцию таза и бедер, переднезаднюю проекцию пораженного бедра и бедренной кости и вид сбоку на пораженное бедро).
Используя имеющиеся анатомические особенности пациента в качестве направляющей для развертки, вертлужную впадину пациента концентрически расширяют, применяя развертки для обработки вертлужной впадины все большего диаметра (например, с шагом от 1 до 2 мм) до тех пор, пока не получат требуемый диаметр вертлужной впадины, например, пока не достигнут субхондральной кости. Для получения конечного положения вертлужного компонента, расширение вертлужной впадины осуществляют приблизительно под углом 45 градусов абдукции и 20 градусов антеверсии относительно вертлужной впадины. После расширения вертлужной впадины пациента выбирают подходящую вертлужную оболочку, прикрепляют ее к узлу, состоящему из устройства позиционирования вертлужных компонентов и импактора, и вставляют в вертлужную впадину.
В известных системах вертлужную оболочку обычно выравнивают относительно вертлужной впадины пациента, применяя внешний стержень с крестовиной, установленный над операционным столом, на котором лежит пациент. Стержень с крестовиной устанавливают так, что вертикальный стержень располагается перпендикулярно продольной оси тела пациента, а соответствующая поперечина (например, левая или правая) располагается по продольной оси тела пациента. Вертикальная ориентация стержня с крестовиной и расположение соответствующей поперечины по оси тела пациента обеспечивают 45 градусов абдукции и 20 градусов антеверсии. После этого устройство для ввода вколачивают молотком до полной посадки вертлужной чашки.
В результате анатомических различий между пациентами или различий в положении пациента во время операции применение в известных системах неспециализированной системы позиционирования при помощи стержня с крестовиной часто не позволяет выровнять вертлужный компонент надлежащим образом. Неправильное расположение вертлужного компонента может привести к разнице в длине ног, непреднамеренной латеризации центра вращения тазобедренного сустава или к тому и другому. Чтобы исправить такое неправильное расположение, хирургу часто приходится проводить повторную или дополнительную операцию (например, повторную операцию на вертлужной впадине). Это может потребовать много времени и затрат и может означать дополнительный риск для здоровья пациента.
Краткое изложение сущности изобретения
В данной заявке раскрыты системы, устройства и способы выравнивания ортопедических имплантатов с применением инструмента для выравнивания в соответствии с особенностями пациента. В частности, описан инструмент, применяемый при выравнивании вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента. Инструмент для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит установочный элемент и одну или несколько опор, прикрепленных к соответствующим соединительным участкам на установочном элементе. Опоры могут привести в заданную конфигурацию относительно установочного элемента или инструмента, после приведения в заданную конфигурацию опоры проходят в сторону от установочного элемента и, таким образом, выравнивают установочный элемент по заданной оси имплантата. Установочный элемент и опоры облегчают выравнивание продольной оси инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента относительно вертлужной впадины пациента под заданным углом ориентации имплантата, специфическим для пациента; этого достигают благодаря формированию опорного основания для этого инструмента на одном или нескольких анатомических ориентирах пациента.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения ортопедическое устройство содержит установочный элемент, который расположен на ортопедическом инструменте для установки имплантатов и имеет несколько соединительных участков. Одна или несколько опор, которые соответствуют одному или нескольким анатомическим ориентирам, соединяются с установочным элементом на одном из нескольких соединительных участках. Каждую опору могут привести в заданную конфигурацию относительно инструмента так, что после приведения в заданную конфигурацию опора проходит в сторону от продольной оси и выравнивает установочный элемент по заданной оси имплантата.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения две или большее число опор, соединенных с установочным элементом, имеют разную форму, разную ширину, разную толщину, разный состав материала или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления изобретения применяют по меньшей мере две опоры, а заданная конфигурация включает первую опору, имеющую длину, отличающуюся от длины второй опоры. Анатомический ориентир для соответствующей опоры может представлять собой костный ориентир. Костные ориентиры включают нижнюю переднюю подвздошную ость, край вертлужной впадины, седалищную ость, лобковый бугорок или вырезку вертлужной впадины.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления каждая опора имеет по меньшей мере один признак, выбранный на основе модели анатомии пациента и требуемой оси имплантата. Ось имплантата определяет требуемый угол версии и требуемый угол наклона относительно вертлужной впадины пациента. Требуемая ось имплантата может соответствовать особенностям пациента и обозначать заданную линию, по которой должен быть ориентирован имплантат относительно кости пациента.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления опоры могут убираться относительно установочного элемента. Ортопедическое устройство может содержать выдвигающий механизм, приведение которого в действие вызывает выдвижение убранных опор.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ выравнивания ортопедического инструмента включает выбор по меньшей мере одной опоры из нескольких опор, причем каждая выбранная опора соответствует соответствующему анатомическому ориентиру. Предлагаемый способ включает присоединение каждой из выбранных опор к установочному элементу и выравнивание установочного элемента так, что каждая из выбранных опор сопрягается с соответствующим анатомическим ориентиром. В некоторых вариантах осуществления предлагаемый способ включает выбор по меньшей мере одной опоры из нескольких опор, причем каждая выбранная опора имеет заданную конфигурацию, которая соответствует соответствующему анатомическому ориентиру. Предлагаемый способ включает присоединение каждой выбранной опоры к установочному элементу в положении, которое соответствует заданной конфигурации, и приведение в действие установочного элемента так, что каждая выбранная опора доходит до своего соответствующего анатомического ориентира.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения две или большее число выбранных опор имеют разную длину, разную ширину, разную толщину, разный состав материала или их комбинацию.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления предлагаемый способ включает создание машинной модели анатомического участка пациента и идентификацию анатомических ориентиров по этой модели. Требуемую ось имплантата определяют по модели анатомического участка пациента, а по меньшей мере одну опору выбирают, основываясь на оси имплантата и одном из анатомических ориентиров. Определение оси имплантата включает определение требуемого угла версии и требуемого угла наклона относительно вертлужной впадины пациента. Кроме того, предлагаемый способ включает извлечение данных из по меньшей мере одного из следующих изображений: рентгеновского изображения, снимка, полученного методом компьютерной томографии, или МРТ-изображения, и создание на основе машинной модели физической модели анатомического участка пациента. Установочный элемент устанавливают на модели анатомического участка пациента так, что каждая опора сопрягается с соответствующим анатомическим ориентиром на физической модели, и продольную ось установочного элемента, расположенной на физической модели, сравнивают с требуемой осью имплантата.
В некоторых вариантах осуществления предлагаемый способ включает убирание опоры относительно установочного элемента и выдвижение опор относительно установочного элемента при вводе установочного элемента в анатомический участок пациента.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения набор для ортопедического имплантата содержит первую опору, имеющую первую конфигурацию, по меньшей мере одну дополнительную опору, имеющую вторую конфигурацию, отличающуюся от первой конфигурации, и установочный элемент, имеющий соединительные участки для соединения с первой опорой и по меньшей мере одной дополнительной опорой.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения первая конфигурация и вторая конфигурация включают разную длину, разную ширину, разную толщину, разный состав материала или их комбинацию. В некоторых вариантах осуществления опоры могут убираться относительно установочного элемента.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ выравнивания ортопедического инструмента включает выбор по меньшей мере одной опоры из нескольких приводимых в действие опор, присоединение каждой выбранной приводимой в действие опоры к установочному элементу, ввод установочного элемента в анатомический участок пациента и выравнивание установочного элемента относительно анатомического участка пациента посредством приведения в действие каждой из выбранных опор до тех пор, пока она не будет сопряжена с соответствующим анатомическим ориентиром.
В некоторых вариантах осуществления изобретения выбор по меньшей мере одной опоры включает выбор двух или более опор, имеющих разную длину, разную ширину, разную толщину, разный состав материала или их комбинацию.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления предлагаемый способ включает моделирование анатомического участка пациента и идентификацию анатомических ориентиров по этой модели. Требуемую ось имплантата определяют по модели анатомического участка пациента, а по меньшей мере одну опору выбирают, основываясь на оси имплантата и одном из анатомических ориентиров. Определение требуемой оси имплантата включает определение требуемого угла версии и требуемого угла наклона относительно вертлужной впадины пациента.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления предлагаемый способ включает убирание опор относительно установочного элемента и выдвижение опор относительно установочного элемента при вводе установочного элемента в анатомический участок пациента.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ изготовления ортопедического инструмента включает получение данных, относящихся по меньшей мере к одному из следующих изображений: рентгеновскому изображению, снимку, полученному методом компьютерной томографии, или МРТ-изображению, определение на основе полученных данных оси имплантата, определение на основе полученных данных соответствующей конфигурации для одной или нескольких опор и изготовление в соответствии с определенными конфигурациями одной или нескольких опор.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения определение соответствующей конфигурации включает определение соответствующей конфигурации для двух или более опор, имеющих разную длину, разную ширину, разную толщину, разный состав материала или их комбинацию. Способ может включать присоединение каждой опоры к установочному элементу, расположенному на ортопедическом инструменте для установки имплантатов, а установочный элемент может иметь несколько соединительных участков для его соединения с опорами.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления способ включает создание на основе полученных данных машинной модели анатомического участка пациента и идентификацию анатомических ориентиров по этой модели. Способ включает определение оси имплантата по модели анатомического участка пациента. Определение требуемой оси имплантата включает определение требуемого угла версии и требуемого угла наклона относительно вертлужной впадины пациента. Способ включает создание физической модели анатомического участка пациента на основе машинной модели и установку установочного элемента на физической модели так, что каждая опора сопрягается с соответствующим анатомическим ориентиром на физической модели. Продольную ось установочного элемента, расположенную на физической модели, сравнивают с определенной осью имплантата.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления соответствующая конфигурация включает один из следующих параметров: длину, ширину, толщину, состав материала или их комбинацию. Каждую опору могут привести в заданную конфигурацию относительно инструмента так, что после приведения в заданную конфигурацию опора проходит в сторону от продольной оси инструмента и выравнивает инструмент по определенной оси имплантата.
После рассмотрения данного описания специалисту могут прийти в голову изменения и модификации этих вариантов осуществления изобретения. Вышеприведенные элементы и аспекты могут применить в любой комбинации и подкомбинациях (включая различные зависимые комбинации и подкомбинации) с одним или несколькими другими раскрытыми в данном документе элементами. Различные элементы, описанные или изображенные выше, включая любые их комбинации, могут комбинировать с другими системами или внедрить в другие системы. Кроме того, некоторые элементы могут исключить или не применять.
Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые и другие задачи и преимущества изобретения станут понятны из нижеследующего подробного описания, сопровождаемого прилагаемыми чертежами, на которых одни и те же элементы обозначены одинаковыми номерами позиций.
На фиг.1 показан вид тазового пояса и система координат.
На фиг.2 показан пример устройства для установки вертлужных компонентов.
На фиг.3А-3B показан пример инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента.
На фиг.4А-4B показан пример инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, имеющего различные опоры, выбранные для изменения продольной оси указанного инструмента.
На фиг.5 показан пример инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, имеющего различные опоры, выбранные для приспосабливания к различным анатомическим ориентирам.
На фиг.6А показан ввод инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента с убранными опорами.
На фиг.6B показано выравнивание инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, изображенного на фиг.6А, посредством раскрывания убранных опор.
На фиг.6С показано извлечение инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, изображенного на фиг.6B, посредством отсоединения вертлужной чашки и убирания раскрытых опор.
Подробное описание
Ниже описаны примерные варианты осуществления изобретения, позволяющие более полно понять описываемые в настоящей заявке системы, устройства и способы. Хотя варианты осуществления изобретения и элементы описаны на примере вертлужных систем, понятно, что все компоненты, регулируемые системы, способы изготовления и другие обрисованные в общих чертах элементы могут комбинировать друг с другом любым подходящим образом, адаптировать и применить к медицинским устройствам и имплантатам, используемым в других медицинских процедурах, включая в качестве неограничивающих примеров следующие процедуры: артропластику коленного сустава, артропластику плечевого сустава, а также хирургические операции на ноге, голеностопном суставе, руке и другие операции на конечностях.
На фиг.1 показан тазовый пояс и система координат, применяемая при выравнивании в соответствии с особенностями пациента. Тазовый пояс 100 содержит вертлужную впадину 102, подвздошную кость 104, седалищную кость 106 и лобковую кость 108. Для описания конкретной анатомии каждого пациента могут использовать систему координат, например систему декартовых координат. Например, локальная система координат может содержать начало 110 координат (например, центр вертлужной впадины пациента), ось Z 112 (например, ось, проходящую параллельно краю вертлужной впадины), ось Y 114 (например, ось, проходящую во фронтальной плоскости перпендикулярно оси Z) и ось Х 116 (например, ось, проходящую под прямым углом к оси Y 114 и оси Z 112). Линия Хильгенрейнера 118 определяется горизонтальной линией между двумя центрами Y-образного хряща бедер, ее могут использовать для определения угла 120 вертлужной впадины - угла между линией 118 Хильгенрейнера и осью Y 112. Например, у взрослых угол 120 вертлужной впадины обычно составляет приблизительно от 33 до 38 градусов.
Продольную ось ортопедического инструмента для установки имплантатов (например, вводной стержень позиционирующего устройства или инструмент для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента) приводят в соответствие с анатомией пациента, чтобы восстановить нормальный центр вращения тазобедренного сустава. Требуемая продольная ось ортопедического инструмента для установки имплантатов обозначена как ось 130 имплантата, которая может представлять собой соответствующую особенностям пациента ось имплантата, обозначающую заданную линию, по которой должен быть ориентирован имплантат относительно кости пациента. Ось 130 имплантата образует угол 132 версии (угол между осью Y 114 и осью 130 имплантата) и угол 134 наклона (угол между осью Z 112 и осью 130 имплантата. Например, ось 130 имплантата могут выровнять так, что угол 132 версии соответствует 20 градусам антеверсии, а угол 134 наклона соответствует 20 градусам антеверсии.
На фиг.2 в аксонометрии показан пример вертлужной имплантационной системы 200, включающей вертлужную впадину 102 и узел 250, включающий устройство позиционирования вертлужных компонентов и импактор (узел устройства позиционирования/импактора). Локальная система координат, применяемая для описания анатомии пациента, включает начало 110 координат, ось Z 112, ось Y 114 и ось Х 116. Продольная ось узла 250 устройства позиционирования/импактора, обозначена как ось 130 имплантата, образующая угол 132 версии и угол 134 наклона.
Узел 250 устройства позиционирования/импактора содержит вводной стержень 252, вертлужную чашку 254 (например, вертлужную оболочку, чашку, каркас или аугмент) и импактор 256. После рассверливания вертлужной впадины 102 выбирают соответствующую конфигурацию (например, диаметр, форму, материал) вертлужной чашки 254. Вертлужную чашку 254 прикрепляют к узлу 250 устройства позиционирования/импактора, вставляют в вертлужную впадину 102, устанавливают в вертлужной впадине (например, ударяя по импактору 256 деревянным молотком) и отделяют от узла 250 устройства позиционирования/импактора, который затем извлекают из тела пациента. Вертлужную чашку 254 могут прикрепить к вертлужной впадине 102 любым подходящим способом, например при помощи костного цемента или механическим путем с использованием винтов.
На фиг.3А в аксонометрии показан пример вертлужной имплантационной системы 300, содержащей инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента. Инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит вводной стержень 352, вертлужную чашку 354 и импактор 356. Кроме того, инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит опору и установочный элемент для улучшения выравнивания оси имплантата по углу версии и углу наклона в соответствии с особенностями пациента. Например, инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит опору 370 и опору 380, прикрепленные к установочному элементу 360 соответственно на соединительном участке 372 и соединительном участке 382.
Вводной стержень 352, вертлужную чашку 354, импактор 356 и установочную головку (на аксонометрическом виде по фиг.3А головка не показана) могут предварительно собрать на заводе-изготовителе в единый узел. Чтобы осуществить сборку, установочную головку снимают с конца вводного стержня 352, установочный элемент 360 (вместе с опорами 370 и 380, прикрепленными в убранном положении) перемещают по вводному стержню 352, после чего установочную головку снова прикрепляют к концу вводного стержня 352. После этого к установочной головке прикрепляют вертлужную чашку 354, получая, таким образом, инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента.
Опора 370 и опора 380 соединены с установочным элементом в положении, при котором опоры выровнены по ориентирам на кости вертлужной впадины конкретного пациента (например, по таким ориентирам на кости вертлужной впадины, как нижняя передняя подвздошная ость, край вертлужной впадины, седалищная ость, лобковый бугорок, вырезка вертлужной впадины), чтобы выровнять установочный элемент 360 по оси 330 имплантата. Конфигурацию опоры 370 и опоры 380 подбирают в соответствии с особенностями пациента специфическим образом, придавая опоре 370 и опоре 380 такую конфигурацию, которая соответствует анатомии того конкретного пациента, к которому она применяется. В частности, параметры опоры 370 и опоры 380, например форма, длина, ширина, толщина и местоположение соединительного участка (например, 372 и 374) относительно инструмента, предварительно выбраны в соответствии с особенностями пациента так, что в выдвинутом положении опоры будут позиционированы напротив специфических ориентиров на кости пациента в указанной заданной конфигурации. В некоторых вариантах осуществления изобретения опору 370 и опору 380 маркируют в соответствии с анатомическими ориентирами на кости, с которыми их должны сопрягать. Опоры могут иметь торцы, сопрягающиеся со специфическими участками на кости.
В одном из вариантов осуществления опоры присоединяют к установочному элементу 360 в заранее определенных местах вдоль элемента 360, приводят в действие установочный элемент 360 и раскрывают опоры до тех пор, пока они не достигнут своих соответствующих ориентиров на кости. Опоры могут иметь один или несколько заранее определенных параметров, чтобы при приведении опор в действие они пришли в соответствие с костью пациента. Чтобы повысить устойчивость инструмента 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента во время операции, инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента может иметь третью опору (например, опору 390 фиг.3B), чтобы образовать вокруг установочного элемента 360 конфигурацию в форме треноги. Благодаря предварительному выбору конфигурации опор и соединительных участков в соответствии с данными о пациенте инструмент 350 для выравнивания могут точно позиционировать, чтобы получить надлежащую ось имплантата.
В некоторых вариантах осуществления инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит вспомогательный элемент 374 и вспомогательный элемент 384, применяемые при убирании и раскрытии соответственно опор 370 и 380. Опору 370 убирают и раскрывают, приводя в действие вспомогательный элемент 374, который соединен с установочным элементом 360 на соединительном участке 372 и может поворачиваться вокруг соединительного участка 376. Аналогично опору 380 убирают и раскрывают, приводя в действие вспомогательный элемент 384, который соединен с установочным элементом 360 на соединительном участке 382 и поворачивается вокруг соединительного участка 386. Вспомогательные элементы 374 и 384 могут привести в действие при помощи любого подходящего приводного механизма или способа привода, например, дергая за рычаг или рукоятку, поворачивая маховичок, нажимая на выключатель или осуществляя любое другое соответствующее действие. В результате убирания опор они складываются, профиль опор относительно установочного элемента 360 уменьшается, в результате при вводе уменьшается внешний контур инструмента 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента. Благодаря уменьшенному внешнему контуру возможен менее инвазивный хирургический ввод вертлужной чашки. После ввода в мягкую ткань пациента раскрытие опор (например, с образованием треноги) позволяет повысить устойчивость инструмента 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента за счет увеличения опорного основания инструмента и контакта с естественными ориентирами на кости вертлужной впадины.
На фиг.3B в аксонометрии показан еще один пример вертлужной имплантационной системы 300, содержащей инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента. Инструмент 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит опору 370, опору 380 и опору 390, которые расположены так, чтобы образовать вокруг установочного элемента 360 треногую конфигурацию. Опора 390 прикреплена к установочному элементу 360 на соединительном участке, аналогичном соединительному участку 372. В некоторых вариантах осуществления изобретения опору 390 убирают и раскрывают, приводя в действие вспомогательный элемент, аналогичный вспомогательному элементу 384, который соединен с установочным элементом 360 на соединительном участке, аналогичном соединительному участку 382, и вращается вокруг соединительного участка, аналогичного соединительному участку 386. На аксонометрическом виде фиг.3B соединительный участок, установочный элемент и соединительный участок, относящиеся к опоре 390, не показаны.
На фиг.4А показан пример вертлужной имплантационной системы 400, аналогичной имплантационной системе 300, описанной со ссылкой на фиг.3А и 3B. Она содержит опору 370, опору 380 и установочный элемент 360, сконфигурированные так, что опора 370 и опора 380 выравнивают ось 330 имплантата по нормальному центру вращения бедра пациента (например, в результате достижения требуемых углов наклона и версии). Как показано на указанном чертеже, опоры приведены в действие так, что они контактируют с ориентирами 404 и 406, расположенными вдоль края вертлужной впадины 402. Это соответствует расположению под углом приблизительно 40 и, соответственно, 30 градусов относительно оси 330, так что при контактировании с участками 404 и 406 опоры стабилизируют все устройство. Продольная ось стабилизирующего устройства расположена параллельно оси 330 имплантата. Анатомические ориентиры 404 и 406 могут представлять собой любые участки анатомии пациента, подходящие для ориентации инструмента 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, например, они могут представлять собой один или несколько естественных ориентиров на кости вертлужной впадины (например, такие ориентиры на кости вертлужной впадины, как нижняя передняя подвздошная ость, край вертлужной впадины, седалищная ость, лобковый бугорок, вырезка вертлужной впадины).
Чтобы определить месторасположение анатомических ориентиров и конфигурацию опор, соединяемых с этими ориентирами для надлежащего восстановления тазобедренного сустава, могут применить предоперационное моделирование. Предоперационное моделирование может включать анализ данных, полученных из предоперационного рентгеновского изображения, рентгеновского снимка, полученного методом компьютерной томографии, МРТ-изображения или любым другим подходящим методом. В некоторых вариантах осуществления изобретения полученные данные соответствуют переднезадней проекции таза и бедер, переднезадней проекции пораженного бедра и бедренной кости и виду сбоку на пораженное бедро. В некоторых вариантах осуществления изобретения на основе предоперационных данных создают машинную модель участка анатомии пациента, по которой могут идентифицировать анатомические ориентиры.
В некоторых вариантах осуществления изобретения хирург или другой специалист-медик выбирает опоры 370 и 380 из набора опор, основываясь на анатомических ориентирах, с которыми их будут соединять, чтобы ориентировать ось 330 имплантата инструмента 350 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения ось 330 имплантата и конфигурацию (например, длину, ширину, толщину, состав материала) опор 370 и 380, необходимую для ориентации установочного элемента 360 по оси 330 имплантата, определяют при помощи процессора (например, при помощи процессора компьютера, соединенного с центром механизированной обработки) на основе данных, полученных из предоперационного рентгеновского изображения, рентгеновского снимка, полученного методом компьютерной томографии, и/или МРТ-изображения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения опоры 370 и 380 могут быть изготовлены конкретно для отдельного пациента. Например, изготовитель может получить рентгеновское изображение пациента, рентгеновский снимок, полученный методом компьютерной томографии, МРТ-изображение или любые другие подходящие данные и на основе полученных данных определить ось 330 имплантата. Затем могут определить конфигурацию опор 370 и 380, чтобы ориентировать установочный элемент 360 по оси 330 имплантата. После этого опоры 370 и 380 могут изготовить в соответствии с заданной конфигурацией и направить хирургу, который будет проводить операцию.
Опоры соединяют с установочным элементом в заранее определенной ориентации, благодаря чему продольная ось инструмента выравнивается по требуемой оси имплантата. Это выполняют конкретно для каждого отдельного пациента, придавая каждой опоре особую форму, длину, ширину, толщину или другой параметр, так что опора будет контактировать с участками на кости пациента в заранее определенных, специфических местах. На фиг.4B показано двумерное изображение вертлужной имплантационной системы 400. Эта система аналогична системе 400, изображенной на фиг.4А, но она имеет другие опоры 470 и 480, выбранные так, чтобы изменить продольную ось примерного инструмента (например, поменять ось 330 имплантата с фиг.4А на ось имплантата 430 с фиг.4B).
Опору 470 и опору 480 выбирают так, чтобы выровнять продольную ось 430 по нормальному центру вращения тазобедренного сустава пациента при контактировании с анатомическим ориентиром 404 и, соответственно, с анатомическим ориентиром 407 (местоположение которого отличается от местоположения анатомического ориентира 406). Как показано на этом чертеже, опора 470 имеет меньшую длину, чем опора 370 на фиг.4А, используемая для получения оси 330 имплантата. Альтернативно опора 480 имеет большую длину, чем опора 380 на фиг.4А, чтобы получить другую ось имплантата и контактировать с анатомическим ориентиром 407 (который расположен дальше от центра вертлужной впадины 402, чем анатомический ориентир 406).
На фиг.5 показано двумерное изображение примера вертлужной имплантационной системы 500, которая содержит инструмент 550 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, имеющий другие опоры, выбранные для приспосабливания к анатомическим ориентирам, отличным от анатомических ориентиров, показанных на фиг.4. Например, вертлужная впадина 502 может относиться к другому пациенту, чем вертлужная впадина 402, показанная на фиг.4, или может представлять собой вертлужную впадину того же пациента, но находящуюся с другой стороны.
Инструмент 550 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит вводной стержень 352, вертлужную чашку 354 и установочную головку 358, опору 570 (имеющую другую конфигурацию, чем опора 370, показанная на фиг.4А) и опору 580 (имеющую другую конфигурацию, чем опора 380, показанная на фиг.4А), прикрепленные к установочному элементу 360, соответственно, на соединительном участке 372 и соединительном участке 382. Опору 570 и опору 580 выбирают так, чтобы выровнять продольную ось 530 по нормальному центру вращения тазобедренного сустава пациента при контактировании с анатомическим ориентиром 504 и, соответственно, с анатомическим ориентиром 506. В одном из примеров опора 570 имеет меньшую длину, чем опора 580, чтобы получить ось 530 имплантата.
Примеры работы с инструментом для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, который имеет убирающиеся и раскрывающиеся опоры, показаны на фиг.6А-С. В результате убирания опор они складываются, профиль опор относительно установочного элемента уменьшается, в результате при вводе уменьшается внешний контур инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента. Благодаря уменьшенному внешнему контуру возможен менее инвазивный хирургический ввод вертлужной чашки. После ввода в мягкую ткань пациента благодаря раскрытию опор (например, с образованием треноги) могут получить повышенную устойчивость инструмента для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, возникающую вследствие увеличения опорного основания инструмента и контактирования с естественными ориентирами на кости вертлужной впадины.
На фиг.6А показано двумерное изображение примера вертлужной имплантационной системы 600, включающей инструмент 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, с убранными опорами, предназначенный для ввода в мягкую ткань 604 пациента. Инструмент 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит вводной стержень 652, вертлужную чашку 654 и установочную головку 658. Вертлужную чашку 654 временно прикрепляют к установочной головке 658 (например, благодаря фрикционному или резьбовому соединению) так, что после установки в вертлужную впадину 602 вертлужную чашку 654 могут отсоединить от установочной головки 658. Кроме того, инструмент 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента содержит опору 670, опору 680 и установочный элемент 660. Опору 670 и опору 680 прикрепляют к установочному элементу 660 соответственно на соединительном участке 672 и соединительном участке 682.
В некоторых вариантах осуществления изобретения опору 670 и опору 680 убирают, приводя в действие вспомогательные элементы, соответствующим образом соединенные с каждой опорой и установочным элементом 660 (на чертеже это не показано). Убирание опор делает возможным менее инвазивный хирургический ввод вертлужной чашки благодаря уменьшению диаметра отверстия в мягкой ткани 604, который должен быть выбран с учетом внешнего контура инструмента 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента при его вводе. Систему 600, показанную на фиг.6А, вводят в убранном положении в мягкие ткани пациента до тех пор, пока чашка 654 не установится в вертлужной впадине.
Когда чашка 654 доходит до вертлужной впадины, оператор приводит в действие инструмент для ввода, чтобы раскрыть опоры 670 и 680 в направлении края вертлужной впадины, чтобы выровнять ось 630 инструмента по требуемой оси имплантата. На фиг.6B схематично показано выравнивание инструмента 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, изображенного на фиг.6А, посредством раскрывания убранных опор. Как показано на этом чертеже, инструмент 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, имеющий раскрытую опору, контактирует с анатомическими ориентирами 606 и 608 пациента.
В некоторых вариантах осуществления изобретения опору 670 и опору 680 раскрывают, приводя в действие вспомогательные элементы, соответствующим образом соединенные с каждой опорой и установочным элементом 660 (на чертеже это не показано). После ввода в мягкую ткань пациента благодаря раскрыванию опор могут получить повышенную устойчивость инструмента 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, возникающую вследствие увеличения опорного основания инструмента и контактирования с естественными ориентирами на кости вертлужной впадины (например, с анатомическими ориентирами 606 и 608).
На фиг.6С схематически показано извлечение инструмента 650 для выравнивания вертлужных компонентов в соответствии с особенностями пациента, изображенного на фиг.6B, посредством отсоединения вертлужной чашки и убирания раскрытых опор. Чтобы убрать инструмент, оператор отсоединяет инструмент 650 от вертлужной чашки, например, отвинтив установочную головку 658 от чашки 654, а затем приведя в действие опоры при помощи рычага, в результате опоры складываются. После этого весь инструмент 650 удаляют с анатомического участка пациента.
Вышеизложенное лишь иллюстрирует содержащиеся в данном описании принципы; рассмотренные в нем системы, устройства и способы могут быть реализованы на практике в вариантах, отличных от описанных вариантов осуществления изобретения, которые представлены только с целью иллюстрации и не носят ограничительного характера. Разумеется, хотя описанные в данном документе системы, устройства и способы показаны применительно к вертлужным системам, их могут применить к медицинским устройствам, используемым в других медицинских процедурах, включая в качестве неограничивающих примеров следующие процедуры; артропластику коленного сустава, артропластику плечевого сустава, а также хирургические операции на ноге, голеностопном суставе, руке и операции на конечностях.
Очевидно, что описанные в данной заявке варианты осуществления изобретения могут претерпевать различные изменения и модификации. Раскрытые признаки могут применить в любой комбинации и подкомбинациях (включая различные зависимые комбинации и подкомбинации) с одним или несколькими другими раскрытыми в данном документе признаками. Различные элементы, описанные или проиллюстрированные выше, включая любые их комбинации, могут комбинировать с другими системами или внедрить в другие системы. Кроме того, некоторые элементы могут опустить или не применить.
На основании содержащихся в заявке сведений специалист может найти варианты изменений, замен и модификаций изобретения и осуществить указанные модификации, не выходя за рамки вышеуказанных сведений. Все приведенные в данной заявке источники полностью включены в нее путем ссылки и составляют ее часть.