患者可選擇的關節成形術裝置和手術器具的制作方法

專利名稱：患者可選擇的關節成形術裝置和手術器具的制作方法
技術領域：
本發明涉及整形外科方法、系統和修復裝置，且更詳細來說涉及用于關節表面修整的方法、系統和裝置。本發明也包括經設計以在準備安裝關節植入物的關節中獲得最佳切面的手術模具。
背景技術：
存在各種類型的軟骨，例如透明軟骨和纖維軟骨。透明軟骨存在于骨關節表面處， 例如存在于關節中，且其負責提供可活動關節的平滑滑移運動特征。關節軟骨緊固附著于下層骨骼上，且在人類關節中厚度測量值通常小于5mm，這視關節和關節內的部位而顯著變化。另外，關節軟骨無神經、無血管且無淋巴。在成年人類中，此軟骨通過穿過滑膜并穿過軟骨的稠密基質到達軟骨細胞，即軟骨的結締組織中存在的細胞的雙重擴散系統獲得營養。成年軟骨具有有限修復能力；因此，因諸如風濕病和/或骨關節炎或外傷的疾病導致的軟骨損傷可導致嚴重身體變形和衰弱。此外，隨著人類關節軟骨老化，其拉伸性質變化。膝關節軟骨的淺表區顯示拉伸強度增加直到30歲，此后其隨年齡增加顯著降低，同時關節表面出現II型膠原的可檢測損壞。隨著年齡增加，深區軟骨的拉伸強度也顯示進行性下降，盡管膠原含量似乎并未降低。這些觀察結果指示隨著老化，軟骨的機械組織發生變化且因此結構組織發生變化，如果老化發展得足夠充分，那么軟骨會易于受到外傷損傷。舉例來說，膝關節軟骨的淺表區顯示拉伸強度增加直到30歲，此后其隨年齡增加顯著降低，同時關節表面出現II型膠原的可檢測損壞。隨著年齡增加，深區軟骨的拉伸強度也顯示進行性下降，盡管膠原含量似乎并未降低。這些觀察結果指示隨著老化，軟骨的機械組織發生變化且因此結構組織發生變化，如果老化發展得足夠充分，那么軟骨會易于受到外傷損傷。損傷發生后，可通過許多方法著手關節修復。一種方法包括使用隨細胞(例如軟骨細胞、軟骨細胞祖細胞、基質細胞、間質干細胞等)植入的基質、組織支架或其它載體。這些解決方案已作為軟骨和半月板修復或置換的潛在治療加以描述。也參見1999年10月14日公開的Fofonoff的國際公開案WO 99/51719 ;2001年6月12日公開的Simon等人的 W001/91672 ;和 2001 年 3 月 15 日公開的 Mannsmann 的 W001/17463 ；2001 年 9 月 4 日頒予的Vibe-Hansen等人的美國專利第6，283，980B1號；1998年12月I日頒予的Naughton的美國專利第5，842，477號;1998年6月23日頒予的Schwartz等人的美國專利第5，769, 899 號；1986年9月2頒予的Caplan等人的美國專利第4，609, 551號；1991年8月29日頒予的Vacanti等人的美國專利第5，041，138號；1993年3月30日頒予的Caplan等人的美國專利第5，197，985號；1993年7月13頒予的Caplan等人的美國專利第5，226，914號； 2001年12月11日頒予的Hardwick等人的美國專利第6，328，765號；2001年8月28頒予的Rueger等人的美國專利第6，281，195號；和1989年7月11頒予的Grande的美國專利第4，846，835號。然而，使用諸如同種異體移植和自體移植系統和組織支架的生物置換材料的臨床結果尚不確定，這是由于這些材料中的大多數不能取得與其意欲置換的正常、無病人類組織相似或相同的形態學排列或結構。此外，這些生物置換材料的機械耐久性仍不確定。通常，通過以修復材料(例如，聚硅氧，用于例如美容修復，或金屬合金)置換關節來治療軟骨的嚴重損傷或損失。參見例如，2002年5月7日頒予的Schmotzer的美國專利第6，383，228號；2001年3月20日頒予的Afriat等人的美國專利第6，203, 576號；2000 年10月3日頒予的Ateshian等人的美國專利第6，126，690號。這些修復裝置的植入通常與下伏組織和骨的損失相關，但不能恢復初始軟骨所允許的全部功能，且在使用某些裝置的情況下，與大量組織和骨的損失相關的嚴重長期并發癥可包括感染、骨質溶解以及植入物松動。另外，關節成形術具有高度侵襲性并要求手術切除一或多根骨的全部或大部分關節表面。使用這些程序時，使髓隙擴孔以裝配修復體的莖干。擴孔導致患者的骨存量損失。 1997年I月14日頒予的Scott等人的美國專利5，593，450揭示卵狀半球形髕骨修復體。 所述修復體具有包括兩個髁作為關節接合面的股骨組件。兩個髁配合以形成第二滑車溝槽且騎在關于股骨組件接合的脛骨組件上。提供髕骨組件以嚙合滑車溝槽。2000年7月18 日頒予的Letot等人的美國專利6，090，144揭示包括脛骨組件和適合于通過不對稱嚙合與脛骨組件嚙合的半月板組件的膝修復體。侵襲性關節程序的另一個關節對象是髖關節。2003年9月30日頒予的Storer 等人的美國專利6，262，948揭示置換天然股骨頭的股骨髖關節修復體。分別在2002年 10月3日和2003年6月26日公開的Steinberg的美國專利公開案2002/0143402A1和 2003/0120347也揭示置換股骨頭并提供與髖關節內的關節窩的球形部分連通的部件的髖關節修復體。可使用多種材料來以修復術置換關節，例如，聚硅氧(用于例如美容修復)或合適金屬合金為適當的。參見例如，2002年9月3日頒予的Running的美國專利第6，443，991B1 號；2002年5月14日頒予的Miehlke等人的美國專利第6，387，131B1號；2002年5月7日頒予的Schmotzer的美國專利第6，383, 228號；1002年2月5日頒予的Krakovits等人的美國專利第6，344，059B1號；2001年3月20日頒予的Afriat等人的美國專利第6，203，576 號；2000年10月3日頒予的Ateshian等人的美國專利第6，126，690號；2000年I月11頒予的Kaufman等人的美國專利6，013，103。這些修復裝置的植入通常與下伏組織和骨的損失相關，但不能恢復初始軟骨所允許的全部功能，且使用某些裝置時，與大量組織和骨的損失相關的嚴重長期并發癥可引起植入物松動。一種所述并發癥為骨質溶解。一旦修復體與關節松動，則不管什么原因修復體都將需要置換。由于患者的骨存量有限，因此對于關節成形術來說，可能的置換手術的次數也有限。如可以理解，關節成形術具有高度侵襲性并要求外科切除修復中涉及的一或多塊骨的全部或大部分關節表面。通常在使用這些程序時，將髓隙大面積擴孔以將修復體的莖干裝入骨中。擴孔導致患者骨存量損失，且隨時間流逝，隨后的骨質溶解將經常導致修復體松動。另外，植入物和骨配合的區域隨時間降解，從而最終要求置換修復體。由于患者的骨存量有限，因此對于關節成形術來說，可能的置換手術的次數也有限。簡單來說，在15到20 年的過程且在某些情況下甚至更短的時間段內，患者可能耗盡治療選擇，最終導致疼痛、無功能的關節。可利用多種器具來協助外科醫生進行關節手術。舉例來說，在膝關節中，1985年2 月26頒予的McDaniel的美國專利4，501, 266揭示一種利于膝關節成形術的膝關節牽引裝置。所述裝置具有使得裝置能夠適應待施加到膝關節的各自相對側的韌帶拉伸力的受控選擇的可調節力校準機制。1991年3月26日頒予的Poggie等人的美國專利5，002, 547揭示適用于準備骨表面以供植入模塊全膝修復體的模塊設備。所述設備具有切割導向板(cutting guide)、模板(template)、對準裝置以及牽引器(distractor)和夾持器,其提供模塊并利于骨切除和修復體植入。1993年10月5日頒予的Poggie等人的美國專利5，250, 050也涉及適用于準備骨表面以供植入模塊全膝修復體的模塊設備。1995年2月7日頒予的 Thornhill等人的美國專利5，387，216揭示適用于膝關節矯正手術的儀器。提供承載套插入受損管道中以占據額外體積。桿穿過套筒且經定位以配合骨的天然管道。然后，通過承載套將桿保持在固定位置。然后，可將切割導向板安裝在桿上用于切割骨并提供植入物安裝表面。2000年5月2日頒予的Eng等人的美國專利6，056，756揭示用于準備遠端股骨端以供修復植入的器具。所述器具用以執行供修復置換的切除術，并包括樞軸中樞支撐相對骨的撐桿以使得所述撐桿將相對骨撐起彎曲到預定修復體的空間。2000年8月22日頒予的Techiera的美國專利6，106，529揭示適用于切除術以準備骨末端用于修復關節置換的上髁軸參考鉆孔導向板。2001年10月2日頒予的Williamson的美國專利6，296，646揭示允許執業醫師將腿定位于植入程序結束時指示的對準中，并在使腿固定于對準中時切割股骨和脛骨的系統。2003年9月16頒予的Lombardi等人的美國專利6，620, 168揭示一種用于髓內矯正手術的器具以及脛骨組件。1996年11月26日頒予的Sanders等人的美國專利5，578，037揭示用于股骨切除術的手術導向板。所述導向板使得外科醫生能夠在髖關節成形術程序期間切除股骨頸，以便可植入股骨修復體以保持或密切接近髖關節轉動的解剖學中心。2001年3月27日頒予的Fell等人的美國專利第6，206，927號和2003年5月6 日頒予的Fell等人的美國專利第6，558，421號揭示無需骨切除的可以手術方式植入的膝關節修復體。這一修復體經描述形狀為具有一或多個直邊緣的大體上橢圓形。因此，這些裝置并未經設計以大體上符合活體內剩余軟骨和/或下伏骨的實際形狀(輪廓)。因此，植入物的整合會十分困難，這是由于患者周圍軟骨和/或下伏軟骨下骨與修復體的厚度和曲率之間的差異。
已描述不附著于脛骨與股骨的插入膝關節裝置。舉例說來，Platt等人的“Mould Arthroplasty of the Knee，，，Journal of Bone and Joint Surgery, 51B (I) :76-87 描述使用不剛性附著于脛骨的凸起下表面的半關節成形術。也已經描述附著于骨的裝置。通常使用兩種附著設計。McKeever設計是橫桿部件，從俯視透視圖來看其形狀像“t”，其從裝置的骨配合表面延伸以使得“t”部分貫入骨表面，而“t”從其延伸的周圍表面鄰接骨表面。參見，McKeever, “Tibial Plateau Prosthesis”,第 7 章,第 86 頁。一種替代附著設計是Macintosh設計，其用一系列多個平坦鋸齒或齒置換“t”形翅片。參見，Potter, “Arthroplasty of the Knee with Tibial Metallic Implants of the McKeever and Macintosh Design”, Surg. Clins. OfNorth Am. 49(4) :903-915(1969)。1985年3月5日頒予的Wall的美國專利4，502, 161描述由具有不銹鋼或耐綸線加強材料的諸如聚硅氧橡膠或鐵氟龍(Teflon)的材料構建的修復半月板。1978年3月25 頒予的Goodfellow等人的美國專利4，085, 466描述由塑料制成的半月板組件。也已經嘗試使用碳-纖維-聚氨酯-聚(L-丙交酯)重建半月板病變。Leeslag等人，Biological and Biomechanical Performance of Biomaterials (Christel 等人編)· Elsevier Science Publishers B. V.，Amsterdam. , 1986.第347-352頁。也可能使用可生物再吸收材料和組織支架進行半月板病變的重建。然而，當前可獲得的裝置并非總是提供與關節表面的理想對準和所得關節適合性。不良對準和不良關節適合性可(例如)導致關節不穩定。在膝關節中，不穩定性通常表現為關節橫向不穩定性。因此，對關節修復組合物仍存在需要，包括促進軟骨置換系統與周圍軟骨之間的整合的方法和組合物。也對增加在手術植入(例如)人造關節的準備中對關節中的骨所作切口的精確度的器具存在需要。

發明內容
本發明提供用于以非撓曲的非液體(例如硬體)植入物材料置換關節(例如軟骨和/或骨)的部分(例如患病區域和/或稍微大于患病區域的區域)的新穎裝置和方法， 其中所述植入物與周圍結構和組織達成近似解剖學適合。在所述裝置和/或方法包括與下伏關節骨相關聯的組件的情況下，本發明也規定骨關聯組件與軟骨下骨達成近似解剖學對準。本發明也提供具有單個切口或幾個相對小的切口的植入部位的準備。在一方面中，本發明包括用于提供關節置換材料的方法，所述方法包含產生具有選定尺寸(例如大小、厚度和/或曲率)的關節置換物(例如軟骨置換材料)的步驟。在另一方面中，本發明包括制備軟骨修復材料的方法，所述方法包含以下步驟 (a)測量預定植入部位的尺寸(例如，厚度、曲率和/或大小)或包圍預定植入部位的區域的尺寸；和(b)提供符合步驟(a)中獲得的測量值的軟骨置換材料。在某些方面中，步驟 (a)包含測量包圍預定植入部位的軟骨的厚度和測量包圍預定植入部位的軟骨的曲率。在其它實施例中，步驟(a)包含測量預定植入部位的大小和測量包圍預定植入部位的軟骨的曲率。在其它實施例中，步驟(a)包含測量包圍預定植入部位的軟骨的厚度，測量預定植入部位的大小和測量包圍預定植入部位的軟骨的曲率。在其它實施例中，步驟(a)包含在預定植入部位重建健康軟骨表面的形狀。
在本文所述的任一種方法中，關節置換材料(例如，軟骨置換材料)的一或多個組件可為非撓曲、非液體、固體或硬體。可按照手術中的測量值選擇置換材料的尺寸。也可使用諸如超聲波、MRI、CT掃描、使用X射線染料獲得的X射線成像和熒光成像的成像技術進行測量。也可使用機械探針(具有或不具有成像能力)來選擇尺寸，例如超聲波探針、激光、 光學探針和可變形材料或裝置。在本文所述的任一種方法中，可選擇由細胞生長和/或從各種材料硬化的置換材料(例如，從已存在的修復系統文庫選擇)。因此，材料可在手術前或手術后制造。此外，在本文所述的任一種方法中，也可使用(例如)機械磨蝕、激光消融、射頻消融、冷凍消融和/ 或酶促消化使修復材料成形(例如，人工、自動或通過機器)。在本文所述的任一種方法中，關節置換材料可包含合成材料(例如金屬、液態金屬、聚合物、合金或其組合)或諸如干細胞、胎兒細胞或軟骨細胞的生物材料。在另一方面中，本發明包括修復個體的軟骨的方法，所述方法包含植入根據本文所述的任一種方法制備的軟骨修復材料的步驟。在另一方面中，本發明提供測定關節表面的曲率的方法，所述方法包含使用機械探針在手術時測量關節表面的曲率的步驟。關節表面可包含軟骨和/或軟骨下骨。機械探針(具有或不具有成像能力)可包括(例如)超聲波探針、激光、光學探針和/或可變形材料。在另一方面中，本發明提供產生關節置換材料的方法，其包含提供符合由本文所述的任一種方法獲得的測量值的關節置換材料的步驟。在另一方面中，本發明包括部分或完整關節修復體，其包括包含軟骨置換材料的第一組件；和包含一或多種金屬的可選第二組件，其中所述第二組件可具有類似于軟骨下骨的曲率，其中所述修復體構成關節表面的小于約80%。在某些實施例中，第一和/或第二組件包含非撓曲材料(例如，金屬、聚合物、金屬合金、固體生物材料)。可包括于第一和 /或第二組件中的其它材料包括聚合物、生物材料、金屬、金屬合金或其組合。此外，一或兩個組件可使用任何方法或機制達成平滑或多孔(或經多孔涂布)以實現所屬領域中已知的骨的內生長。在某些實施例中，第一組件顯示類似于關節軟骨的生物力學性質(例如彈性、 對軸向載荷或剪切力的抗性)。第一和/或第二組件可為可生物再吸收的，且另外，第一或第二組件可適合于接受注射。在另一方面中，提供包含位于關節表面的載荷區域中的外表面的關節修復體，其中所述外表面的尺寸與相鄰、下伏或相對軟骨達成近似解剖學適合。所述修復體可包含一或多種金屬或金屬合金。在另一方面中，提供一種關節修復系統，其包含(a)軟骨置換材料，其中所述軟骨置換材料具有類似于周圍、相鄰、下伏或相對軟骨的曲率；和(b)至少一種非生物材料，其中所述關節表面修復系統包含等于、小于或大于承重表面的關節表面的一部分。在某些實施例中，軟骨置換材料為非撓曲的(例如硬羥磷灰石等)。在某些實施例中，所述系統顯示類似于關節軟骨的生物力學(例如彈性、對軸向載荷或剪切力的抗性)和/或生物化學性質。第一和/或第二組件可為可生物再吸收的，且另外，第一或第二組件可適合于接受注射。在本發明的另一方面中，提供一種關節表面修復系統，其包括包含軟骨置換材料的第一組件，其中所述第一組件具有類似于相鄰、周圍、下伏或相對軟骨的尺寸；和第二組件，其中所述第二組件具有類似于軟骨下骨的曲率，其中所述關節表面修復系統占關節表面(例如單個股骨髁、脛骨等)的小于約80%。在某些實施例中，第一組件為非撓曲的(例如硬羥磷灰石等)。在某些實施例中，所述系統顯示類似于關節軟骨的生物力學(例如彈性、對軸向載荷或剪切力的抗性)和/或生物化學性質。第一和/或第二組件可為可生物再吸收的，且另外，第一或第二組件可適合于接受注射。在某些實施例中，第一組件具有類似于相鄰、下伏、相對或周圍軟骨的曲率和厚度。厚度和/或曲率可隨植入物材料而不同。在另一實施例中，提供部分關節修復體，其包含(a)金屬或金屬合金；和(b)位于關節表面的載荷區域中的外表面，其中外表面經設計以與相鄰、周圍、下伏或相對軟骨達成近似解剖學適合。本文所述的任一種修復系統或修復體(例如外表面)可包含附著于(例如)所述金屬或金屬合金的聚合材料。所述修復系統中的任一種可完全由聚合物組成。另外，本文所述的任一種系統或修復體可適合于(例如)通過所述軟骨置換材料的外表面中的開口(例如，外表面中的開口終止于骨表面上的多個開口)接受注射。可通過開口注射骨水泥、聚合物、液態金屬、治療劑和/或其它生物活性物質。在某些實施例中，在壓力下注射骨水泥以達成骨水泥對部分髓隙的滲透。另外，可將本文所述的任一種修復系統或修復體錨定于骨髓或軟骨下骨本身中。一或多種錨定延伸(例如銷、釘等)可延伸穿過骨和/或骨髓。在本文所述的任一實施例和方面中，關節可為膝關節、肩關節、髖關節、椎骨關節、 肘關節、踝關節、腕關節等。在另一方面中，提供設計關節植入物的方法，其包含以下步驟獲得關節影像，其中所述影像包括正常軟骨與患病軟骨兩者；重建患病軟骨表面的尺寸以對應于正常軟骨； 和設計關節植入物以匹配重建患病軟骨表面的尺寸或匹配稍微大于患病軟骨表面的區域。 影像可為(例如)手術中影像，包括使用所屬領域中已知的任何技術的表面檢測方法，例如機械、光學、超聲波和諸如MRI、CT、超聲波、數字斷層合成技術和/或光學相干斷層影像的已知裝置。在某些實施例中，通過追蹤正常軟骨的輪廓獲得表面進行重建。表面可為參數并包括使正常軟骨的輪廓向患病軟骨和/或B樣條(B-spline)表面延伸的控制點。在其它實施例中，通過以下步驟獲得軟骨的二元影像進行重建從影像提取軟骨，其中患病軟骨在二元影像中表現為鋸齒狀缺口 ；和進行(例如)形態學閉合運算(例如，使用結構要素和 /或膨脹運算，接著侵蝕運算以二維或三維方式進行)以確定待填充患病軟骨區域的植入物的形狀。在另一方面中，本文描述用于評估關節修復系統在關節中的適合性的系統，所述系統包含一或多個能夠疊加關節的三維(例如，至少一個關節結構和關節修復系統的三維表示)或二維剖面影像(例如，在多個平面重建的剖面影像)與關節修復系統的影像的計算構件，以確定關節修復系統的適合性。計算構件可能夠將關節和關節修復系統的影像合并到共同坐標系中；能夠選擇具有最佳適合性的關節修復系統；能夠相對于彼此旋轉或移動影像；和/或能夠使關節修復系統與周圍關節表面之間的不良對準的區域突出顯示。可使用參數表面表示產生三維表示。在另一方面中，描述用于準備關節以接收植入物的手術器具，例如包含至少部分符合關節的關節表面形狀(例如，膝關節的股骨髁和/或脛骨平臺)的一或多個表面或部件的器具。在某些實施例中，器具包含盧賽特硅橡膠(Lucite silastic)和/或其它聚合物或適當材料。器具可再用或一次性使用。器具可由單個組件或多個組件組成。在某些實施例中，器具包含一系列可調節、密集間隔的釘。在本文所述的任一實施例中，手術器具可經設計以在其中進一步包含孔，例如一或多個具有小于或等于植入物的一或多個尺寸的尺寸(例如直徑、深度等)的孔，和/或一或多個適合于接收一或多種注射劑的孔。本文所述的任一種器具可進一步包括一或多種(例如)通過器具中的一或多個孔注射并凝固以形成關節表面壓跡的可固化(硬化)材料或組合物。在另一方面中，本文描述評估關節修復系統在關節中的適合性的方法，所述方法包含獲得關節的一或多個三維影像(例如，至少一個關節結構和關節修復系統的三維表示)或二維剖面影像(例如，以多個平面重建的剖面影像)，其中所述關節包括至少一個缺陷或患病區域；獲得一或多個經設計以修復缺陷或患病區域的關節修復系統的一或多個影像；和評估所述影像以確定最佳適合缺陷的關節修復系統(例如，通過疊加影像以確定關節修復系統在關節中的適合性)。在某些實施例中，將關節和關節修復系統的影像合并到共同坐標系中。可使用參數表面表示產生三維表示。在這些方法中的任一種中,可通過人工目測和/或通過電腦(例如自動)進行評估。可使用(例如)C臂系統和/或放射照相造影劑獲得影像。在另一方面中，本文描述將植入物放置到具有缺陷或患病區域的關節表面中的方法，所述方法包含在放置植入物期間使用C臂系統使關節成像，從而將植入物精確放置到缺陷或患病區域中的步驟。也揭示經配置用于放置在關節表面之間的可定制或患者特異性植入物，其通過將具有孔和內腔的空心裝置插入標靶關節中，并將材料注射入空心裝置中以形成植入物而形成。也揭示經配置用于放置在關節表面之間的可定制或患者特異性植入物，其中通過將嚙合一個關節表面的至少一部分的保持裝置插入關節中并將材料注射入保持裝置的孔中形成植入物。本發明也涉及器具。根據本發明的另一實施例，手術器具包括模板。所述模板具有至少一個用于嚙合與關節相關聯的表面的接觸表面。所述至少一個接觸表面大體上符合所述表面。模板進一步包括至少一個用于指弓I手術儀器移動的導向孔。根據本發明的相關實施例，表面可為關節表面、非關節表面、軟骨表面、荷重表面、 非重量表面和/或骨表面。關節具有關節間隙，表面在關節間隙內或在關節間隙以外。模板可包括模具。模板可包括至少兩塊，所述至少兩塊包含包括一或多個所述至少一個接觸表面的第一塊、包括一或多個所述至少一個導向孔或導向表面的第二塊。所述至少一個接觸表面可包括多個不連續接觸表面。根據本發明的其它相關實施例，接觸表面可由諸如丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚苯基砜和聚碳酸酯的生物相容性材料制成。接觸表面可能夠經加熱消毒，而不變形。舉例來說， 接觸表面可能夠在低于207攝氏度的溫度下加熱消毒而不變形，諸如由聚苯基砜制成的接觸表面。接觸表面可為大體上透明或半透明的,諸如由Somos 11120制成的接觸表面。在本發明的其它實施例中，模板可包括諸如釘或對準裝置的參考元件，用于相對于四肢的生物力學軸和解剖學軸中的至少一個確立參考平面。在其它實施例中，可使用參考元件來確立幫助校正軸變形的軸。根據本發明的另一實施例，提供一種關節成形術方法。所述方法包括獲得關節影像，其中所述影像包括與關節相關的表面。構建具有至少一個符合所述表面的接觸表面的模板。所述模板包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向孔或導向表面或元件。模板經定位以使得接觸表面以預定取向鄰接所述表面。在本發明的相關實施例中，關節表面可為關節表面、非關節表面、軟骨表面、荷重表面、非荷重表面和/或骨表面中的至少一個。關節具有關節間隙，其中所述表面可在關節間隙內或在關節間隙以外。所述至少一個接觸表面可包括多個不連續接觸表面。構建模板可包括快速原型技術、軋齒邊和/或構建模具，此外模板可消毒和/或具有生物相容性。快速原型技術可包括鋪設連續塑料層。模板可為多塊模板。多塊模板可包含包括一或多個所述至少一個接觸表面的第一塊和包括一或多個所述至少一個導向孔或導向表面或元件的第二塊。獲得影像可包括測定軟骨下骨的尺寸和將預定厚度添加到骨尺寸，預定厚度表示軟骨厚度。添加預定厚度可為解剖學參考數據庫、年齡、性別和種族匹配中的至少一個的函數。獲得影像可包括執行光學成像技術、超聲波、CT、螺旋CT和/或MRI。在本發明的其它相關實施例中，所述方法可進一步包括將接觸表面錨定到軟骨。 錨定可包括使用基爾希納鋼絲(k-wire)和粘合劑中的至少一個。錨定可包括使鉆頭鉆過軟骨并使鉆頭留在適當的位置。錨定可包括形成正常關節表面、關節炎關節表面或正常與關節炎關節表面之間的界面或其組合的模板。 在本發明的其它相關實施例中，模板可包括參考元件。所述方法可包括通過參考元件相對于四肢的軸和解剖學軸中的至少一個確立參考平面。生物力學軸可從髖關節中心延伸到踝關節中心。或者，可通過在校正軸變形中用以使手術器具對準的參考元件確立軸。在本發明的其它相關實施例中，所述方法進一步包括進行保留肌肉技術和保留骨技術中的至少一種。用于插入模板的切口可等于或小于15cm、13cm、10cm、8cm和6cm中的一個。模板的至少一部分可經消毒。消毒可包括加熱消毒和/或使用氣體消毒。經消毒部分可包括模具。根據本發明的另一實施例，手術器具包括模板。所述模板具有至少一個用于嚙合與關節相關聯的表面的接觸表面，所述至少一個接觸表面大體上符合所述表面。接觸表面視情況大體上透明或半透明。模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向孔。根據本發明的另一實施例，提供一種關節成形術方法。所述方法包括獲得與關節相關的影像。構建具有至少一個符合與關節相關的表面的接觸表面的模板，所述模板包括參考元件和至少一個用于指引手術儀器移動的導向孔或導向表面或元件。將模板在關節上以某一取向對準，使得參考元件相對于四肢的生物力學軸確立參考平面。將模板錨定到關節，以使得接觸表面以所述取向鄰接關節。生物力學軸可(例如)從髖關節中心延伸到踝關節中心。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括獲得關節的影像。構建具有至少一個符合與關節相關的表面的接觸表面的模板，所述模板包括參考元件和至少一個用于指引手術儀器移動的導向孔或導向表面或元件，所述模板包括參考元件。將模板在所述表面上以某一取向對準以使得參考元件確立一個軸。可將模板錨定到所述表面。使用參考元件使手術器具對準以校正軸變形。
根據本發明的另一實施例，手術器具包括模板。模板包括具有至少一個用于嚙合與關節相關聯的表面的接觸表面的模具。所述至少一個接觸表面大體上符合所述表面。模具由生物相容性材料制成。模板進一步包括至少一個用于指弓I手術儀器移動的導向孔或導向表面或導向元件。模具可經消毒和/或大體上透明或半透明。根據本發明的另一實施例，手術器具包括模板。模板包括具有至少一個用于嚙合關節表面的接觸表面的模具。所述至少一個接觸表面大體上符合關節表面。模具由生物相容性材料制成。此外，模具能夠經加熱消毒而不變形。模板包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向孔或導向表面或導向元件。根據本發明的相關實施例，模具可能夠經加熱消毒而不變形。接觸表面可由聚苯基砜制成。根據本發明的另一實施例，提供使用手術器具的方法。手術器具包括可拆卸式連接到第二模板的第一模板。所述方法包括將第一模板錨定到股骨關節表面，所述第一模板具有用于嚙合股骨關節表面的第一接觸表面。將第二模板錨定到脛骨關節表面，所述第二模板具有用于嚙合脛骨關節表面的第二接觸表面。將第一模板和第二模板錨定后，從第一模板釋放第二模板，以使得第二模板能夠獨立于第一模板運動。根據本發明的相關實施例，所述方法可進一步包括使用第二模板來指引在脛骨上進行的手術切割。可在錨定第一模板之后或之前進行錨定第二模板。第一和第二模板中的至少一個可包括模具。第一接觸表面可大體上符合股骨關節表面。第二接觸表面可大體上符合脛骨關節表面。根據本發明的另一實施例，執行關節成形術的方法包括獲得與第一關節相關的第一影像，獲得第二關節的第二影像，和視情況獲得第三關節的第三影像。測定與第一關節和第二關節和視情況第三關節相關的生物力學軸。提供模板以使得手術能夠校正與第一、第二和/或第三關節中的至少一個相關的解剖學異常。在另一實施例中，可使用電腦工作站模擬關節的步態、載荷和其它身體活動以及靜止位置。可使用這一信息優化模板和例如切割、鉆孔、銼磨的所得手術程序以獲得最佳功能結果。舉例來說，可對于不同程度的彎曲和伸展、內部或外部旋轉、外展或內收來將模板和所得植入物位置優化。因此，可使用模板實現在一個、兩個或兩個以上方向經優化的動作。根據本發明的相關實施例，模板可包括至少一個用于嚙合與第一關節、第二關節和/或第三關節相關聯的表面的接觸表面，所述至少一個接觸表面大體上符合所述表面。 模板可包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向孔或導向表面或導向元件。根據本發明的其它相關實施例，獲得第一影像可包括使超出第一關節以外至少 5cm、至少10cm、至少15cm、至少20cm、至少25cm、至少30cm和至少35cm中的一個成像。獲得第一影像和/或第二影像和/或第三影像可包括進行CT或MRI。進行MRI可包括獲得多個MRI掃描。視情況，可使用兩個或兩個以上成像模式且可組合從所述成像模式獲得的信肩、O根據本發明的另一實施例，進行關節成形術的方法包括獲得與第一關節相關聯的表面的電腦影像。移除電腦影像中關于所述表面所見的至少一個變形，以便形成改善的解剖學或功能結果。從所述表面移除至少一個變形以產生改良表面。至少部分基于變形的移除提供模板。模板包括至少一個用于嚙合已改良表面的接觸表面，所述至少一個接觸表面大體上符合已改良表面。根據本發明的另一實施例，進行關節成形術的方法包括獲得與第一關節相關聯的表面的電腦影像。移除電腦影像中所見的至少一個變形，諸如生物力學或解剖學軸變形，以便形成改善的解剖學或功能結果。通過改良模板的形狀或位置，包括導向孔、導向表面或導向元件的形狀和/或位置，在手術設計中移除至少一個變形。至少部分基于變形的移除提供模板。模板包括至少一個用于嚙合關節表面的接觸表面。導向孔、導向表面或導向元件的形狀和/或位置經選擇或經設計以實現變形的校正。根據本發明的相關實施例，可在手術程序中使用模板。模板可包括至少一個導向孔、導向表面或導向元件，所述方法進一步包括使用所述至少一個導向孔、導向表面或導向元件以指引手術儀器的移動。至少一個變形可包括骨贅、軟骨下囊腫和/或關節炎變形。根據本發明的另一實施例，進行關節成形術的方法包括獲得與第一關節相關聯的表面的影像，所述影像包括至少一個變形。至少部分基于影像提供模板，所述模板具有至少一個用于嚙合不含變形的表面的部分的接觸表面。所述至少一個接觸表面大體上符合所述表面的部分。在手術程序中使用所述模板。根據本發明的相關實施例，模板可包括至少一個導向孔、導向表面或導向兀件，所述方法進一步包括使用所述至少一個導向孔、導向表面或導向元件以指引手術儀器移動。 至少一個變形可包括骨贅、軟骨下囊腫和/或關節炎變形。根據本發明的另一實施例，進行關節成形術的方法包括獲得與關節相關聯的表面的影像，所述影像至少包括軟骨下骨。至少部分基于影像提供模板。模板包括至少一個大體上符合軟骨下骨的接觸表面。從所述至少一個接觸表面接觸軟骨下骨的區域中的表面移除殘余軟骨。模板經定位以使得至少一個接觸表面以預定取向鄰接軟骨下骨。根據本發明的另一實施例，進行關節成形術的方法包括提供模板。將模板固定到與相關聯的骨，而不對關節進行任何切削。可在手術程序中使用所述模板。根據本發明的相關實施例，固定可包括鉆入骨內并使鉆頭留在骨中。可獲得與關節相關聯的表面的影像，模板具有至少一個符合所述表面的接觸表面。揭示至少部分就地形成并包含以下各物的另一器具使用膨脹空心裝置或保持裝置中的至少一種就地形成的模具，以在至少一個具有用于嚙合關節表面的表面的表面上符合關節表面；與模具連通的區塊；和至少一個在區塊中的導向孔。也提供一種將植入物放置到關節中的方法。所述方法包含使用C臂系統使關節成像，以C臂系統獲得剖面影像和利用影像將植入物放置到關節中的步驟。根據本發明的另一實施例，用于關節成形術的系統包括第一模板。第一模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為第一表面的部分或全部的鏡像。第一模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。使至少一個手術器具相對于所述導向板并相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個交叉定位聯接。根據本發明的相關實施例，手術器具可為第二模板，所述第二模板包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。第二模板可包括為關節的第二表面的鏡像的表面。第二關節表面可與第一關節表面相對。第二模板的至少一個導向板可將手術儀器導向在相對于所述第一模板的預定位置定向且形狀、大小或取向適合植入物形狀的切口、齒邊和鉆孔中的至少一者。第一模板的至少一個導向板的形狀和/或位置可至少部分基于一或多個與所述關節有關的軸。聯接可為連接機制，其可使第一模板直接接觸所述至少一個手術器具，或者其將第一模板與至少一個手術器具相連接以使得第一模板和至少一個手術器具彼此并不直接接觸。聯接可允許相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個旋轉。第一模板可包括可拆卸式連接的區塊，所述區塊包括第一模板的至少一個導向板。根據本發明的另一實施例，提供用于關節成形術的包括第一模板的系統。第一模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為第一表面的部分或全部的鏡像。第一模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。使與第一表面相對的關節第二表面上的至少一個手術器具交叉定位聯接。根據本發明的另一實施例，提供用于關節成形術的包括第一模板的系統。第一模板包括至少一個用于哨合關節的第一表面的第一模板表面，所述第一模板表面為第一表面的部分或全部的鏡像。第一模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。第二模板包括至少一個用于嚙合關節的第二表面的第二模板表面，所述第二模板表面為第二表面的部分或全部的鏡像。第二模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。使第一模板和第二模板交叉定位聯接。根據本發明的另一實施例，用于關節成形術的系統包括第一模板。第一模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為第一表面的部分或全部的鏡像。第一模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。使至少一個手術器具交叉定位聯接，其中所述聯接允許相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個旋轉。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上。使第二模板與第一模板交叉定位以對準第二模板在關節的第二表面上的位置，所述第二模板包括至少一個導向板。使用第二模板的至少一個導向板指引手術儀器相對于所述導向板并相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個移動。根據本發明的相關實施例，第一模板的至少一個接觸表面大體上為第一表面的鏡像。所述方法可進一步包括獲得關節的電子影像數據并至少部分基于電子影像數據確定第一模板的至少一個接觸表面的形狀。根據本發明的其它相關實施例，所述方法可進一步包括在指引手術儀器移動前， 使第二模板的至少一個接觸表面定位到第二關節表面。第二模板的至少一個接觸表面大體上可為第二表面的鏡像。所述方法可進一步包括獲得關節的電子影像數據并至少部分基于電子影像數據確定第二模板的至少一個接觸表面的形狀。根據本發明的其它相關實施例，交叉定位第二模板到第一模板可包括將第二模板連接到第一模板。將第二模板連接到第一模板可包括進行手術中調節。通過釘將第二模板連接到第一模板，且其中進行手術中調節包括使第二模板繞釘旋轉。所述方法可進一步包括對第二模板在關節的第二表面上的位置進行手術中調節，其中進行手術中調節包括使用分離器、棘齒和伸縮裝置中的一種。所述方法可進一步包括對第二模板在關節的第二表面上的位置進行手術中調節，其中進行手術中調節包括調節關節彎曲、關節伸展、關節外展和關節旋轉中的至少一個。使用第二模板的至少一個導向板指引手術儀器移動可包括作一或多個切口或鉆孔，所述方法進一步包含與所述一或多個切口或鉆孔相關聯植入關節修復體。第一模板可包括至少一個導向板，所述方法進一步包含使用第一模板的至少一個導向板指引手術儀器移動。使用第一模板的至少一個導向板指引手術儀器移動可包括作一或多個切口或鉆孔，所述方法進一步包含與所述一或多個切口或鉆孔相關聯植入關節修復體。 使用第二模板的至少一個導向板指引手術儀器移動可包括作至少一個切口、鉆孔和擴孔， 所述方法進一步包含植入關節修復體。在本發明的其它相關實施例中，關節的第一表面可為股骨表面且關節的第二表面可為脛骨表面。所述方法可進一步包括獲得關節的電子影像數據，至少部分基于所述電子影像數據確定關節的生物力學軸和解剖學軸中的至少一個，其中第二模板的導向板的形狀和/或位置至少部分基于生物力學軸和解剖學軸中的至少一個。可以手術前、手術中、光學、MRI、CT和/或螺旋CT方式獲得電子影像數據。第一模板可包括至少部分基于將附著于關節的第一表面的植入物的厚度和關節的兩個相對表面之間的所需空間中的至少一個。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上。第二模板經交叉定位到第一模板以對準第二模板在關節的第二表面上的位置，所述第二表面與所述第一表面相對。第二模板包括至少一個導向板。使用第二模板的至少一個導向板弓I導手術儀器的移動。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上，其中第一模板的至少一個接觸表面大體上為所述第一表面的鏡像。第二模板經交叉定位到第一模板上以對準第二模板在關節的第二表面上的位置，第二模板的至少一個接觸表面大體上為關節的第二表面的鏡像。第二模板包括至少一個導向板。使用第二模板的至少一個導向板引導手術儀器的移動。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上。第二模板經交叉定位到第一模板以對準第二模板在關節的第二表面上的位置，所述第二模板包括至少一個導向板。交叉定位允許第二模板相對于生物力學軸和解剖學軸中的一個旋轉。使用第二模板的至少一個導向板引導手術儀器的移動。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括獲得關節的電子影像數據和至少部分基于所述電子影像數據確定關節的寬度空間。提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中導向板的形狀和位置中的至少一個是至少部分基于關節的寬度空間。根據本發明的相關實施例，模板可包括至少一個用于嚙合關節表面的表面，所述表面為表面的部分或全部的鏡像。獲得電子影像數據可包括CT掃描、MRI掃描、光學掃描和超聲波成像中的至少一種。獲得電子影像數據可包括獲得關節的內側間隙、外側間隙、前部間隙和/或后部間隙的影像數據。可比較關節的外側間隙、前部間隙和后部間隙中的至少兩個。可以兩維或三維方式進行影像數據的獲得。測定關節的寬度可包括測量一個關節表面的軟骨下骨板到相對關節表面的軟骨下骨板的距離。或者，測定關節的寬度可包括測量一個關節表面的軟骨下骨板到相對關節表面的軟骨下骨板的距離。可在關節彎曲、關節伸展和關節旋轉中的至少一個中進行關節影像數據的獲得。導向板的形狀和位置中的至少一個可進一步至少部分基于關節的解剖學或生物力學軸對準。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括獲得關節的電子影像數據和至少部分基于所述電子影像數據確定與關節相關的軟骨損失。可提供包括至少一個用于指引手術儀器移動以便校正關節的軸對準的導向板的模板，其中導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于軟骨損失。根據本發明的相關實施例，所述方法可進一步包括測量至少一個與關節相關的軸。測量可包括支撐式X射線(standing x_ray)、荷重x射線(weight bearing x_ray)、 CT 定位掃描(CT scout scan)、MRI 定位器掃描(MRI localizer scan)、CT 掃描和 / 或 MRI 掃描。獲得影像數據可包括螺旋CT、螺旋CT關節造影術、MRI、光學成像、光學相干斷層照相和/或超聲波。模板可包括至少一個用于嚙合關節表面的接觸表面，所述接觸表面為關節表面的部分或全部的鏡像。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括獲得關節的電子影像數據和至少部分基于影像數據測定多個測量值。測量可選自與關節相關的軸和與關節相關的平面中的至少一個。提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中導向板的形狀和位置中的至少一個是至少部分基于多個測量值。根據本發明的相關實施例，獲得關節的影像數據可包括X射線、支撐式X射線、CT 掃描、MRI掃描、CT定位掃描和/或MRI定位器掃描。所述多個測量值可包括多個軸、多個平面或軸和平面的組合。模板可包括至少一個用于嚙合關節表面的接觸表面，所述接觸表面為關節表面的部分或全部的鏡像。根據本發明的另一實施例，手術器具包括具有用于嚙合關節表面的模板，所述表面為關節表面的部分或全部的鏡像。模板進一步包括兩個或兩個以上用于指引手術儀器移動的導向板，其中至少一個導向板的形狀和/或位置是至少部分基于與所述關節有關的至少一個軸。根據本發明的相關實施例，模板進一步包括可拆卸式連接到所述表面的區塊，所述區塊包括兩個或兩個以上導向板。兩個或兩個以上導向板可包括至少一個用于切口、齒邊和鉆孔的導向板。第二手術器具可經連接到模板，所述第二器具包括至少一個用于指引手術儀器的導向板孔。第二手術器具的至少一個導向板可指引手術儀器作平行、不平行、垂直或不垂直于第一模板所導向的切口的切口。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括進行關節的延伸掃描以獲得包括關節和超出關節以外15cm或更大的電子影像數據。至少部分基于電子影像數據確定與關節相關的解剖學軸和生物力學軸中的至少一個。提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于解剖學軸和生物力學軸中的至少一個。根據本發明的相關實施例，關節可為膝關節，且進行關節的延伸掃描以獲得電子影像數據包括獲得超出脛股骨關節間隙以外至少15cm、20cm或25cm的電子影像數據。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括進行獲得一個以上關節的電子影像數據的成像掃描采集。至少部分基于電子影像數據確定與關節相關的解剖學軸和生物力學軸中的至少一個。提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于解剖學軸和生物力學軸中的至少一個。根據本發明的相關實施例，進行成像采集包括進行CT、MRI、X射線和/或雙平面X 射線(two plane χ-ray),其中CT和MRI包括切面、螺旋和/或容積采集。導向板可指引手術儀器移動以校正內翻變形和/或外翻變形。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括獲得第一平面中關節的第一影像，其中所述第一影像產生第一影像容積。獲得第二平面中關節的第二影像，其中所述第二影像產生第二影像數據容積。組合第一和第二影像數據容積以形成所得影像數據容積，其中所得影像數據容積大體上各向同性。基于所得影像數據容積提供模板，所述模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為所述第一表面的部分或全部的鏡像。 模板進一步包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。根據本發明的相關實施例，獲得第一影像和第二影像可包括螺旋CT、容積CT和/ 或MRI掃描。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括在關節上作第一切口以產生第一切口關節表面。作第一個切口包括使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上，所述至少一個接觸表面為關節的第一表面的鏡像。第一模板包括用于指引手術儀器移動以作第一個切口的導向板。交叉定位第一個切口來作與關節的相對表面相關的第二個切□。根據本發明的相關實施例，交叉定位第一個切口以進行第二個切口可包括將第二模板連接到第一模板，以便協助將第二模板的至少一個接觸表面定位到關節的第二表面上。第二模板包括用于指引手術儀器移動以作第二個切口的導向板。第二模板可包括至少一個為關節的第二表面的鏡像的接觸表面。交叉定位第一個切口以進行第二個切口可包括將第三模板的至少一個接觸表面定位到第一切口表面的至少一部分上，并將第二模板連接到第三模板以便將第二模板的至少一個接觸表面定位到關節的第二表面上。第三模板的至少一個接觸表面可為第一切口表面的鏡像。第一切口可為水平股骨切口，而第二切口為垂直股骨切口。第一切口可為股骨切口，而第二切口為脛骨切口。第一切口可為股骨切口，且第二切口為髕骨切口。第一切口可為髖臼擴孔且第二切口為股骨切口。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括使模板的至少一個接觸表面定位到關節的表面上，所述至少一個接觸表面為關節表面的至少一部分的鏡像。模板包括用于指引手術儀器移動的導向板。將第一模板穩定到第一表面上。根據本發明的相關實施例，所述方法可進一步包括獲得關節的電子影像數據并至少部分基于電子影像數據確定第一模板的至少一個接觸表面的形狀。穩定化可包括使用留在關節的適當位置的基爾希納鋼絲、螺釘、錨和/或鉆頭。穩定化可包括使接觸表面定位到關節上的至少一或多個凹穴和凸起上。穩定化可包括使接觸表面定位到關節上的至少一個凹穴和至少一個凸起上。穩定化可包括使接觸表面至少部分定位到關節的關節炎部分上。穩定化可包括使接觸表面至少部分定位到關節的正常與關節炎部分之間的界面上。穩定化可包括將接觸表面至少部分抵靠解剖學特征定位。解剖學特征可為滑車、髁間窩(intercondylar notch)、內側媒和外側媒、內側滑車和外側滑車、內側胚骨平臺和外側脛骨平臺、股骨頭小凹(fovea capities)、髖白窩、三向放射狀軟骨、髖白壁或髖白緣。將接觸表面定位到關節表面上可包括將接觸表面至少部分定位到關節的正常部分上。可至少部分基于韌帶平衡和/或優化彎曲和伸展間隙中的至少一個來確定導向板在模板上的位置。 所述方法可進一步包括使用(例如)允許旋轉的分離器、棘齒裝置和釘，相對于關節在手術中調節導向板的位置。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括將模板的至少一個接觸表面定位到關節表面上，以使得接觸表面至少部分支撐在關節表面的關節炎與正常部分之間的界面上且為所述界面的鏡像。模板包括用于指引手術儀器移動的導向板。至少部分基于導向板， 以手術儀器對關節進行手術干預。根據本發明的另一實施例，模板包括至少一個用于定位到關節表面上的接觸表面，所述接觸表面至少部分為關節表面的關節炎與正常部分之間的界面的鏡像。導向板指引手術儀器移動。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括使模板的至少一個接觸表面定位到關節表面上，以使得所述接觸表面至少部分支撐在關節表面的關節炎部分上，且為所述關節炎部分的鏡像。模板包括用于指引手術儀器移動的導向板。至少部分基于導向板，以手術儀器對關節進行手術干預。根據本發明的另一實施例，模板包括至少一個用于定位到關節表面上的接觸表面，所述接觸表面至少部分為關節表面的正常部分的鏡像。模板包括用于指引手術儀器移動的導向板。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括進行MRI和CT儀器中的一個的幻象掃描(phantom scan)。使用MRI和CT儀器中的一個,對關節進行掃描。至少部分基于幻象掃描和關節掃描確定第一模板的至少一個接觸表面的形狀，所述至少一個接觸表面為關節表面的至少一部分的鏡像。模板包括用于指引手術儀器移動的導向板。根據本發明的相關實施例，可在關節掃描之前進行幻象掃描，所述方法進一步包含調節MRI和CT儀器中的一個。可在進行關節掃描后進行幻象掃描，其中基于幻象掃描優化關節掃描。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括為單室置換或全膝置換中的一個確定所需股骨組件旋轉。提供包括至少一個用于指引手術儀器、附著聯接和/或器具移動的導向板的模板。導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所需股骨組件旋轉。根據本發明的相關實施例，確定所需股骨組件旋轉可包括測量與股骨組件旋轉有關的一或多個解剖學軸和/或平面。所述一或多個解剖學軸和/或平面可為穿上髁軸 (transepicondylar axis)、懷特賽德線(Whiteside line)和/或后媒軸。導向板可指引股骨切口，所述方法進一步包含使模板旋轉以便使用從內側和外側韌帶和軟組織向內側和向外側施加的大體上相同的張力使股骨切口平行于脛骨切口。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括為單室置換或全膝置換中的一種確定所需脛骨組件旋轉。提供包括至少一個用于指引手術儀器、附著聯接和/或器具移動的導向板的脛骨模板。導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所需脛骨組件旋轉。根據本發明的相關實施例，確定所需脛骨組件旋轉可包括測量與脛骨組件旋轉有關的一或多個解剖學軸和/或平面。所述一或多個解剖學軸和/或平面可在脛骨的前后軸和/或脛骨結節的內側三分之一處。導向板可指引股骨切口，所述方法進一步包含使模板旋轉以便使用從內側和外側韌帶和軟組織向內側和向外側施加的大體上相同的張力使股骨切口平行于脛骨切口。根據本發明的另一實施例，髖關節成形術方法包括測定腿長度差異和獲得髖關節的電子影像數據。提供包括至少一個用于指引手術儀器、附著聯接和/或器具移動的導向板的模板。模板包括至少一個為股骨頸的鏡像的接觸表面，其中模板和/或導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于電子影像數據。根據本發明的相關實施例，確定腿長度差異可包括腿的支撐式X射線、CT定位掃描、CT和/或MRI。導向板可協助手術儀器切割股骨頸。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括為髖關節確定所需股骨組件旋轉。提供包括至少一個用于指引手術儀器、附著聯接和/或器具移動的導向板的模板。導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所需股骨組件旋轉。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括為髖關節確定所需髖白組件旋轉。提供包括至少一個用于指引手術儀器、附著聯接和/或器具移動的導向板的髖白模板。 導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所需髖臼組件旋轉。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括為肩關節確定所需肱骨組件旋轉。提供包括至少一個用于指引手術儀器、附著聯接和/或器具移動的導向板的模板。導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所需肱骨組件旋轉。根據本發明的另一實施例，關節成形術方法包括至少部分基于大體上各向同性的輸入數據，提供包括至少一個用于嚙合關節表面的表面的模板。所述表面為關節表面的部分或全部的鏡像。模板包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。在本發明的相關實施例中，使用影像平面融合或大體上各向同性的MRI和螺旋CT 采集所述輸入數據。根據本發明的另一實施例，用于韌帶修復的方法包括獲得與韌帶相關的至少一個表面的電子影像數據。至少部分基于影像數據構建第一模板。第一模板具有至少一個符合所述表面的至少一部分的接觸表面。第一模板包括至少一個用于指引韌帶修復中涉及的手術儀器移動的導向板。在本發明的相關實施例中，韌帶可為前部十字韌帶或后部十字韌帶。所述方法可進一步包括確定韌帶移植物的隧道部位。確定隧道部位可包括鑒別第一關節表面上韌帶的起點和與第一關節表面相對的第二關節表面上的插入位置。確定隧道部位可包括基于影像數據鑒別韌帶的骨骼標志和剩余部分中的至少一個。所述表面可鄰近于隧道部位或非荷重表面。第一模板可包括鉆孔導向孔，所述方法進一步包括使模板定位以使得至少一個接觸表面接觸所述表面的至少一部分，和將韌帶隧道鉆孔，其中鉆孔受鉆孔導向孔導向。第一模板上鉆孔導向孔的形狀、位置和取向中的至少一個可至少部分基于隧道與相鄰皮層骨之間的距離。鉆孔導向孔可包括止件，以使得獲得所需鉆孔深度。可在手術前獲得影像數據。可通過CT掃描或MRI掃描獲得影像數據。可獲得關節彎曲、關節伸展、關節外展、關節內收和 /或關節旋轉的影像數據。所述方法可進一步包括基于影像數據鑒別移植物收集部位，和使用第一模板來指導形成移植物收集部位的韌帶和骨中的至少一個的收集。所述方法可進一步包括將第二模板交叉定位到第一模板以使第二模板在與韌帶相關的第二表面上的位置對準，所述第二模板包括至少一個導向板，并使用第二模板的所述至少一個導向板指引儀器相對于所述導向板移動。第一和第二表面可與關節表面相對。第一表面可為股骨表面且第二表面可為脛骨表面。第一模板可包括組織牽開器。組織牽開器可為模板上的凸緣或擴張器。模板可用于單束或雙束韌帶重建。在本文所述的任一實施例和方面中，關節可為(但不限于)膝關節、肩關節、髖關節、椎骨關節、肘關節、踝關節、足關節、腳趾關節、手關節、腕關節或手指關節。


通過參考以下實施方式，同時參考附圖，本發明的上述特征將更易于理解，在附圖中圖I為描述本發明的各種方法的流程圖，其包括測量患病軟骨或軟骨損失的區域的大小、測量相鄰軟骨的厚度和測量關節表面和/或軟骨下骨的曲率。基于這一信息，最佳配合植入物可從植入物文庫中選出或可產生患者特異性定制的植入物。隨后準備植入部位并進行植入。圖2為遠端股骨的關節軟骨的三維等厚圖的彩色重現。可(例如)由超聲波、CT 或MRI數據產生三維等厚圖。軟骨物質內的深色孔洞指示全厚度軟骨損失的區域。圖3a展示光的同心排列圓的散光盤(Placido disc)的一實例。圖3b展示具有固定曲率的表面上投射散光盤的一實例。圖4展示在各股骨髁上通過投射光的同心圓(散光盤)產生的映像，示范表面輪廓的變化對反射圓的影響。圖5展示不規則彎曲表面的2D彩色編碼地形圖的一實例。圖6展示不規則彎曲表面的3D彩色編碼地形圖的一實例。圖7A-H以剖面說明根據本發明的各種實施例的膝關節表面修整的各種步驟。圖 7A展示正常厚度軟骨和軟骨缺陷的一實例。圖7B展示測量厚度并檢測指示軟骨缺陷邊緣的厚度突變的成像技術或機械、光學、激光或超聲波裝置。圖7C展示投映到關節軟骨上的荷重表面。圖7D展示預定植入部位和軟骨缺陷。圖7E描述一例示性單組件關節表面修復系統的放置。圖7F展示一例示性多組件關節表面修復系統。圖7G展示一例示性單組件關節表面修復系統。圖7H展示一例示性多組件關節表面修復系統。圖8A-E以剖面說明根據本發明的各種實施例的例示性膝關節成像和表面修整。 圖8A展示患病軟骨區域的放大圖。圖SB展示鄰近于缺陷的軟骨厚度的測量。圖SC描述用于關節表面修整的多組件小型修復體的放置。圖8D為利用莖干或銷的單組件小型修復體的放置的示意性描述。圖8E描述利用莖干和用于注射骨水泥的開口的單組件小型修復體的放置。圖9A-C以剖面說明根據本發明的各種實施例的其它例示性膝關節表面修整裝置和方法。圖9A描述股骨髁的前部和中心和后部的正常厚度軟骨，和股骨髁的后部中的大面積患病軟骨。圖9B描述單組件關節表面修復系統的放置。圖9C描述多組件關節表面修復系統。圖10A-B為說明根據本發明的各種實施例，用于就地形成裝置的步驟的流程圖。圖IlA-G以剖面說明根據本發明的各種實施例，使用膨脹裝置形成植入物。圖IlA 說明插入兩個關節表面之間的單內腔氣囊，其中膨脹發生在關節邊界內。圖IlB說明另一插入兩個關節表面之間的單內腔氣囊，其中可膨脹表面延伸到關節的第一和第二邊緣以外。圖IlC說明另一在兩個關節表面之間的單內腔氣囊。圖IlD說明使用兩個氣囊的多氣囊解決方案，其中氣囊在關節內彼此鄰近。圖IlE說明一替代性多氣囊解決方案，其中第一氣囊包含在第二氣囊中。圖IlF說明另一多氣囊解決方案，其中第一氣囊位于第二氣囊的內腔中，且另外其中第二氣囊與第三氣囊鄰近。圖IlG說明3氣囊配置，其中第一氣囊與第二氣囊相鄰，且使第三氣囊裝配在第一或第二氣囊中的一個的內腔中。
圖12A-E說明根據本發明的各種實施例，使用氣囊實現的具有可變壁厚度或材料組成的多種剖面形狀。在圖12A中，膨脹裝置使得植入物能夠達成符合關節表面的不規則性的表面。在圖12B中，膨脹裝置使得植入物能夠達成位于不規則關節表面上方的表面；圖 12C說明所形成的裝置，其中裝置的中心部分位于不規則關節表面上方，而所說明的近端和遠端形成關節缺陷的外側鄰接表面。圖12D說明使用第二膨脹裝置內的第一膨脹裝置形成的裝置，其具有類似于圖12A所示的外部配置；而圖12E說明使用至少兩個不同膨脹裝置形成的一替代裝置，其具有類似于圖12C所示的裝置的外部形狀。圖13A-J(1_3)展示在垂直于圖11和12所示的圖的位置所取的圖11和12中所示的膨脹裝置的多個剖面圖。圖14A-J說明根據本發明的各種實施例，使用保持裝置就地形成植入物。圖15A-B展示根據本發明的各種實施例的單組件和多組件裝置。圖15A展示具有不同曲率和半徑的例示性單組件關節表面修復系統。圖15B描述具有第二組件和第一組件的多組件關節表面修復系統，所述第二組件反映軟骨下骨的形狀，所述第一組件緊密匹配周圍正常軟骨的形狀和曲率。圖16A-B展示根據本發明的各種實施例，具有與周圍正常軟骨匹配的外部輪廓的例示性關節修復系統。使用一或多個銷將所述系統植入下伏骨中。圖17展示根據本發明的一個實施例的一例示性關節修復裝置的透視圖，所述裝置包括控制深度并防止套接(toggle)的平坦表面；具有正常軟骨的輪廓的外部表面；防止旋轉并控制套接的凸緣；便于組織內生長的溝槽。圖18A-D以剖面描述根據本發明的各種實施例，具有多個錨定銷的植入物的另一實例。圖18B-D展示銷的各種剖面表示；圖18B展示具有溝槽的銷；圖18C展示具有徑向延伸臂的幫助將裝置錨定在下伏骨中的銷；和圖18D展示具有多個溝槽或凸緣的銷。圖19A-B描述根據本發明的各種實施例，具有多個錨定銷的一例示性植入物的頂視圖，并描述銷如何不必沿裝置的縱軸線性對準。圖20A-E描述根據本發明的各種實施例，具有徑向延伸臂的一例示性植入物。圖 20B-E為展示銷的形狀不必為圓錐形的植入物的頂視圖。圖21A說明股骨、脛骨和腓骨以及力學和解剖學軸。圖21B-E說明具有用以產生切面的解剖學和力學軸的脛骨以及經切割的股骨和脛骨。圖21F說明包括股骨頭的股骨的近端。圖22展示根據本發明的一個實施例，具有一個與關節的關節表面的幾何形狀匹配的表面的手術器具的一實例。也展示器具的孔，其能夠控制孔的鉆孔深度和寬度并允許植入或插入具有壓配設計的植入物。圖23為根據本發明的一個實施例，描述本發明的用以構建用于制備用于關節鏡手術的患者關節的模具的各種方法的流程圖。圖24A以剖面描述根據本發明的一實施例，含有孔的手術器具的一實例，通過所述孔可裝配手術鉆或鋸。孔指導鉆或鋸在下伏骨中作適當孔或切口。虛線表示將在骨中作對應于孔的切口之處。圖24B以剖面描述根據本發明的一個實施例，含有孔的手術器具的一實例，通過所述孔可裝配手術鉆或鋸且其指導鉆或鋸在骨中作切口或孔。虛線表示將在骨中作對應于孔的切口之處。
圖25A-R說明根據本發明的各種實施例，用以產生垂直于解剖學軸的用于接收膝關節植入物的脛骨部分的表面的脛骨切割區塊和模具。圖26A-0說明根據本發明的各種實施例，用以產生用于接收膝關節植入物的股骨部分的表面的股骨切割區塊和模具。圖26P說明由脛骨平臺的中心和遠端脛骨的中心界定的軸。圖26Q展示界定脛骨平臺到股骨頭的中心的軸。圖26R和26S分別展示根據本發明的各種實施例的股骨模板和脛骨模板的等角視圖。圖26T說明根據本發明的實施例，連接到股骨模板的股骨導向參考器具。圖26U說明根據本發明的實施例，定位于髁上的一樣品植入物模板。圖26V為根據本發明的實施例，樣品植入物模板的內部表面的等角視圖。圖 26W為根據本發明的實施例，連接到樣品植入物的脛骨模板的等角視圖。圖26X展示根據本發明的實施例，已作脛骨切口后可使用以進一步指導手術器具的脛骨模板。圖26Y分別展示根據本發明的實施例，已作上述切口后插入到脛骨和股骨上的脛骨植入物2415和股骨植入物。圖26Y分別展示根據本發明的實施例，插入到脛節和股骨上的脛骨植入物和股骨植入物。圖27A-G說明根據本發明的各種實施例，用以制備用于接收膝關節植入物的一部分的髕骨的髕骨切割區塊和模具。圖28A-H說明根據本發明的各種實施例，用以產生用于接收膝關節植入物的股骨部分的表面的股骨頭切割區塊和模具。圖29A-D說明根據本發明的各種實施例，用以產生髖關節植入物的表面的髖臼切割區塊和模具。圖30說明根據本發明的一個實施例，髖關節中的3D導向模板，其中面對關節的模板表面為未受關節炎過程影響的關節的一部分的鏡像。圖31說明根據本發明的實施例，髖臼的3D導向模板，其中面對關節的模板表面為未受關節炎過程影響的關節的一部分的鏡像。圖32說明根據本發明的實施例，經設計以使用后部參考平面指導后部切口的3D 導向模板。面對模板表面的關節至少部分為未受關節炎過程影響的關節的部分的鏡像。圖33說明根據本發明的實施例，經設計以使用前部參考平面指導后部切口的3D 導向模板。面對模板表面的關節至少部分為因關節炎過程而改變的關節的部分的鏡像。圖34說明根據本發明的實施例，用于指導脛骨切口(未圖示)的3D導向模板，其中脛骨包括關節炎部分。通過跨過缺陷或囊腫，模板經設計以避免關節炎過程。圖35說明根據本發明的實施例，用于指導脛骨切口的3D導向模板。將正常與關節炎組織之間的界面包括在模板形狀中。圖36A說明根據本發明的實施例的3D導向模板，其中面對關節的模板表面為健康或大體上未受關節炎過程影響的關節的表面的至少部分的鏡像。圖36B說明根據本發明的實施例的3D導向模板，其中面對關節的模板表面為健康或大體上未受關節炎過程影響的關節的表面的至少部分的鏡像。患病區域由模板覆蓋，但模具大體上并未與其接觸。圖 36C說明根據本發明的實施例的3D導向模板，其中面對關節的模板表面為關節炎關節的表面的至少部分的鏡像。圖36D說明根據本發明的實施例的3D導向模板，其中模板精確反映大體上正常或接近正常與患病關節組織之間的界面的形狀。圖37A-D展示根據本發明的各種實施例，在相同關節表面(A-C)和相對關節表面
31(D)上具有聯接的多個模具。圖38說明根據本發明的實施例，患者的股骨和脛骨軸的AP平面的偏差。圖39為展示根據本發明的實施例，利用所測量到的腿長度差異來確定全髖關節成形術的股骨頸切口的最佳切割高度的方法的流程圖。圖40A-C說明根據本發明的實施例，使用3D導向模板來進行韌帶修復。圖41展示根據本發明的實施例，使用3D導向模板治療可控主動運動碰撞 (CAMimpingement)的一實例。圖42展示根據本發明的實施例，使用3D導向模板治療鉗形碰撞(Pincer impingement)的一實例。圖43展示根據本發明的一個實施例，用于放置用于全髖關節成形術的股骨頸模具的預定部位的一實例。圖44展示根據本發明的實施例，具有把手和狹槽的股骨頸模具的一實例。圖45展示根據本發明的實施例，用于全髖關節置換的后部髖臼方法的一實例。圖46展示根據本發明的實施例，用于使髖臼杯的部位擴孔的導向模具的一實例。圖47展示置于股骨頸切口上的提供并評估前傾(anteversion)和縱向股骨軸的可選第二股骨頸模具的一實例。圖48A說明從CT數據模型化的髕骨。圖48B-D說明模具導向板和然后置于髕骨的關節表面上的所述模具導向板。圖48E說明通過模具鉆孔導向板置于髕骨中的鉆孔。圖 48F說明用以準備髕骨的擴孔器。圖49A說明為各髕骨大小制造的擴孔器。圖49B說明準備髕骨植入的擴孔髕骨。圖50A-F說明植入到髕骨上的隱藏髕骨。
具體實施例方式提供以下描述以使得所屬領域的任何技術人員能夠進行并使用本發明。所述實施例的各種改進對所屬領域的技術人員來說將顯而易見，且在不悖離附加權利要求書所定義的本發明的精神和范疇的情況下，本文中定義的通用原理可應用于其它實施例和應用。因此，本發明并不意欲限于所示實施例，而將根據符合本文中所揭示的原理和特征的最寬范圍。在實現完全理解所揭示本發明的必需的程度上，將本申請案中引用的所有頒予專利、專利公開案和專利申請案的說明書和圖式以引用的方式并入本文中。可用于協助手術的本文中稱作3D導向手術模板的3D導向手術器具可包括(但不限于)使用模板、夾具和/或模具，包括3D導向模具。應了解除非上下文另外指示，否則術語“模板”、“夾具”、“模具”、“3D導向模具”和“3D導向模板”在實施方式和附加權利要求書中應可互換使用來描述器具。可使用的3D導向手術器具可包括導向孔。應了解在實施方式和附加權利要求書中，術語導向孔應可互換使用以描述導向表面和導向元件。如所屬領域的技術人員所應了解，除非另有所述，否則本發明的實施采用常規方法，即所屬領域技術范圍內的X射線成像和處理、X射線斷層合成技術、包括A型掃描、B型掃描和C型掃描的超聲波、電腦斷層照相(CT掃描)、磁共振成像(MRI)、光學相干斷層照相、單光子發射斷層照相(SPECT)和正電子發射斷層照相(PET)。這些技術經充分說明于文獻中且無需在本文中描述。參見例如，X-Ray Structure Determination A Practical Guide,第二版，Stout 和 Jensen 編，1989, John ffiley&Sons 出版社；Body CT A Practical Approach, Slone 編，1999, McGraw-Hill 出版社；X-ray Diagnosis A Physician 1 s Approach, Lam 編，1998Springer-Verlag 出版社；和 Dental Radiology !Understanding the X-Ray Image,Laetitia Brocklebank編，1997,Oxford University Press 出版社。也參見，The Essential Physics of Medical Imaging(第二版)，Jerrold T. Bushberg等人。本發明提供用于修復關節、尤其用于修復關節軟骨和用于促進多種軟骨修復材料整合到個體中的方法和組合物。本文所述的技術尤其允許定制例如就大小、軟骨厚度和/ 或曲率來說適合特定個體的軟骨修復材料。當關節軟骨表面的形狀(例如大小、厚度和/ 或曲率)與未受損軟骨或與個體的初始軟骨完全或近似解剖學適合時，修復的成功性得以增加。可在植入前使修復材料成形，且所述成形可基于(例如)提供關于包圍缺陷的任何 “正常”軟骨的曲率或厚度的信息的電子影像，和/或基于缺陷下伏骨的曲率。因此，本發明尤其提供用于部分關節置換的最小侵襲性方法。所述方法將僅要求最小或在某些情況下無骨存量損失。另外，不同于現有技術，本文所述的方法通過在植入物與周圍或相鄰軟骨和/ 或軟骨下骨之間達成完全或近似解剖學匹配，將有助于恢復關節表面的完整性。本發明的優勢可包括(但不限于)(i)關節修復的定制，從而增強修復程序后患者的功效和舒適程度；(ii)在某些實施例中消除對外科醫生測量待手術內修復的缺陷的需要；(iii)消除對外科醫生在植入程序期間使材料成形的需要；(iv)基于骨或組織影像或基于手術中探測技術提供評估修復材料的曲率的方法；(V)提供修復關節而僅具有最小或在某些情況下無骨存量損失的方法；和(Vi)改善手術后關節適合性。因此，本文所述的方法允許設計和使用更精確適合缺陷(例如植入部位)且因此提供改良的關節修復的關節修復材料。I.評估關節和對準可使用本文所述的方法和組合物治療由軟骨疾病(例如骨關節炎)、骨損傷、軟骨損傷、外傷和/或由于過度使用或年齡導致的退化而產生的缺陷。本發明尤其允許保健醫師評估和治療所述缺陷。所關注區域的大小、體積和形狀可僅包括具有缺陷的軟骨區域，但優選地也將包括包圍軟骨缺陷的軟骨的鄰接部分。如所屬領域的技術人員所應了解，可使用任何適當技術獲得大小、曲率和/或厚度測量值。舉例來說，可使用適當機械構件、激光裝置、電磁或光學跟蹤系統、模具、硬化并 “記住表面輪廓”的涂覆于關節表面的材料和/或一或多種在所屬領域中已知的成像技術， 獲得一維、二維和/或三維測量值。可非侵襲性地和/或在手術中獲得測量值(例如使用探針或其它手術裝置)。如所屬領域的技術人員所應了解，依賴于待在關節表面上的任何特定位置校正的軟骨和/或骨損傷的深度，修復裝置的厚度在任何給定點可不同。如圖I中所說明，所述方法通常由首先測量患病軟骨的區域或軟骨損失的大小10 開始。此后，用戶可視情況測量相鄰軟骨的厚度20。進行這些步驟后，測量關節表面的曲率 30。或者，可測量軟骨下骨的曲率。獲知缺陷的大小后，可從庫選出植入物32或可基于測量和評估中所獲得的患者特定參數產生植入物34。在將植入物安裝于關節中之前，準備植入部位40且然后安裝植入物42。可如可選重復步驟11、21、31、33、35和41所示，視需要重復這些步驟中的一或多個。A.成像摶術 .厚度和曲率如所屬領域的技術人員所應了解，適于測量患病軟骨區域或軟骨損失的(例如軟骨和/或骨的)厚度和/或曲率或大小的成像技術包括使用X射線、磁共振成像(MRI)、電腦斷層照相掃描(CT，也稱為電腦軸向斷層照相或CAT)、光學相干斷層照相、超聲波成像技術和光學成像技術。(也參見2002年3月21公開的Alexander等人的國際專利公開案WO 02/22014 ；2002年4月16頒予的Tsoref等人的美國專利第6，373，250號；和Vandeberg 等人(2002)Radiology 222:430-436)。可使用例如靜脈內、關節內等的任何投藥途徑采用造影劑或其它增強劑。基于所進行的成像，軟件可關于尺寸、總體大小和形狀評估不同植入物和/或手術導向模板的適合性。可關于皮層骨形狀和尺寸、皮層骨厚度、骨內骨形狀、髓腔大小、關節表面形狀和尺寸、軟骨下骨形狀和尺寸或軟骨下骨厚度來優化尺寸、總體大小和形狀。因此，例如，植入物可定做或從許多預先制造的關于以下任一因素或其組合經優化的植入物中選出AP尺寸和形狀、內外側尺寸和形狀、上下尺寸和形狀、關節接合面的形狀、與皮層骨接觸的界面的形狀和尺寸、髓內部分或組件的形狀和尺寸。也可關于植入物功能，例如關于不同程度的關節彎曲或延伸或外展或內收或內部或外部旋轉來將這些參數優化。在某些實施例中，使用CT或MRI來評估組織、骨、軟骨和其中的任何缺陷，例如軟骨病變或患病軟骨區域，以獲得關于軟骨下骨或軟骨退化的信息并提供關于損傷區域的形態學或生物化學或生物力學信息。具體來說，可使用這些方法中的一或多種檢測剩余軟骨內諸如裂縫、部分或全部厚度的軟骨損失的變化和信號變化。關于基礎NMR原理和技術的討論，參見 MRI Basic Principles and Applications,第二版，Mark A. Brown 和 Richard C. Semelka，Wiley-Liss，Inc. (1999)。為獲得關于軟骨的信息，對于包括常規Tl和T2加權自旋回波成像(Tland T2_weighted spin-echo imaging)、梯度回波(gradient recalled echo,GRE)成像、磁化傳遞對比(magnetization transfer contrast,MTC)成像、快速自旋回波(fast spin-echo, FSE)成像、對比度增強成像(contrast enhanced imaging)、快速米集弛豫增強(rapid acquisition relaxation enhancement, RARE)成像、穩態梯度回波米集(gradient echo acquisition in the steady state,GRASS)和驅動平衡傅里葉變換 (driven equilibrium Fourier transform, DEFT)成像的 MRI 的討論,參見 Alexander 等人，WO 02/22014。其它技術包括穩態自由衰減(steady state free precision)、靈活平衡(flexible equilibrium)MRI和DESS。因此，在優選實施例中，所產生的測量值是基于如 Alexander等人，WO 02/22014中所述獲得的關節的三維影像，或最終得到3D信息的二維影像的組。可獲得單獨軟骨或與關節的例如彎曲-伸展、平移和/或旋轉的運動模式組合的二維和三維影像或圖。三維影像可包括關于運動模式、接觸點、兩個或兩個以上相對關節表面的接觸區和接觸點或區在關節運動期間的運動的信息。二維和三維影像可包括關于關節軟骨的生物化學組成的信息。另外，可隨時間比較成像技術，以(例如)提供關于所需修復材料的形狀和類型的最新信息。傳統CT和MRI掃描利用在不同成像平面采集到的二維剖面影像以將復雜三維關節解剖結構直觀化。使用電腦斷層照相，通常在軸面采集這些切面。平面內分辨率通常約為O. 25X0. 25毫米。切面厚度可在I到5毫米內變化。因此，使用這些成像研究獲得的分辨率并不為各向同性。此外，CT切面和類似地使用MRI切面可隔開一或數毫米。這意謂著影像的分辨率在成像平面內優良。然而，在垂直于通過CT或MRI掃描儀采集到的切面的平面內可遭遇到2到10倍的影像分辨率損失。下文更詳細描述，這一垂直于成像平面的分辨率限制可導致獲得(在不加限制的情況下)植入物和/或3-D導向模板的三維形狀不精確。根據本發明的一個實施例，利用螺旋CT成像而不是標準CT技術來采集影像。使用最新的CT技術時，將滑環技術并入掃描儀中。滑環是與允許機架持續旋轉而不受電線束縛的滑動電刷的環形接面。使用滑環技術消除在各切面采集結束時的初始限制。因此，旋轉機架在整個檢查關節期間持續自由地旋轉。滑環CT掃描儀設計允許較大旋轉速度，從而縮短掃描時間。使用螺旋CT掃描時，獲取數據的同時工作臺移動。因此，X射線源以盤旋或螺旋方式而不是以環形模式圍繞患者運動。相對于CT機架旋轉的工作臺運動速度對于盤旋或螺旋CT掃描中的影像品質來說是非常重要的考慮因素。將這一參數稱作螺距。在一優選實施例中，將獲取整個關節的螺旋CT掃描，其中這些螺旋CT掃描提供各向同性分辨率，例如在x、y和Z方向上為I毫米X I毫米Xl毫米,或更優選地,在x、y和Z方向上為O. 75毫米X0. 75毫米X0. 75毫米,或更優選地,在x、y和z方向上為O. 5毫米X0. 5毫米X0. 5 毫米，或更優選地，在X、y和z方向上為O. 25毫米X0. 25毫米X0. 25毫米。近似各向同性的數據組也可以接受，尤其當三個特殊取向中的任一個中的最大分辨率不超過I. 5毫米或更優選地I. O毫米或更優選地O. 75毫米或更優選地O. 5毫米時。因此，本發明認識到 與從CT或MRI或其它成像技術獲得的基于傳統2-D切面的數據組相比，使用各向同性或近似各向同性的數據組，在關節表面上放置3-D導向模板或使植入物成形的精確度可得以極大地提高。舉例來說，使用O. 4X0. 4X0. 7毫米的近似各向同性的分辨率(在不同維數之間的分辨率比率小于2 I和所有三維的分辨率優選地超過Imm)獲取的膝關節掃描數據在將3-D導向模板放置在關節表面上時，將產生比使用傳統CT掃描以(例如)O. 4X0. 4 X I. 2 毫米的掃描分辨率獲取的掃描數據高的定位精確度。使用MRI時，標準米集請求序列(standard acquisition call sequences)也產生用于顯示復雜三維關節解剖結構的二維切面。可使用2-D或3-D傅里葉變換獲取二維切面。
2-D或3-D變換后，可使用2-D切面進行影像檢視和影像處理。值得注意的是，成像平面的影像分辨率通常將比垂直于原始成像平面的影像分辨率大兩倍或兩倍以上。類似于CT，這一垂直于成像平面的平面的空間分辨率的限制可導致獲得和隨后放置3-D導向模具不精確。 在一優選實施例中，獲取或處理MRI數據以便用于產生3-D導向模具或植入物的數據具有各向同性或近似各向同性分辨率。例如，可通過融合使用標準2-D或3-D傅里葉變換影像獲取的兩個非平行成像平面，將其相對于彼此配準，并進行影像融合獲得各向同性或近似各向同性分辨率(參見美國專利申請案第10/728，731號，其標題為“融合多個成像平面以供在MRI中各向同性成像和使用各向同性或近似各向同性成像進行定量影像分析(FUSION OF MULTIPLE IMAGING PLANES FOR ISOTROPIC IMAGING IN MRI AND QUANTITATIVE IMAGE ANALYSIS USING ISOTROPIC ORNEAR-1S0TR0PIC IMAGING) ”，據此將其以引用的方式全部并入本文中)。或者，使用最新代掃描技術，例如3-D FSE,3-D DESS、3-D MENSA、3_D PAVA,
3-DLAVA、3-DMERGE、3_D MEDIC成像序列、多通道線圈(multi-channel coil)、高磁場磁體 (high field magnet)、高級梯度技術,可獲得使用3_D傅里葉變換的各向同性或近似各向同性采集。使用這些高級成像技術，可獲得O. 5X0. 5X0. 8毫米或更高的影像分辨率，從而達成近似各向同性且甚至各向同性的分辨率，優選地所有三維的分辨率都小于1mm。如所屬領域的技術人員所應了解，可視需要組合成像技術。例如，對于運動成像可使用C臂成像或X射線熒光檢查，而MRI可產生高分辨率軟骨信息。可組合C臂成像與關節內造影劑以觀測軟骨。也可在手術中使用本文所述的任何成像裝置(也參見下文)，例如在手術中使用手持超聲波和/或光學探針來使關節表面成像。圖2說明遠端股骨關節表面的三維等厚圖的彩色重現。軟骨內的深色孔指示全部軟骨損失的區域。ii.解剖學和力學軸、虛擬靭帶平衡可使用成像來確定與關節相關的肢體的解剖學和生物力學軸，其然后可用于構建植入物或手術導向模板或模具。適當測試包括(例如)x射線或與MRI組合的X射線。通常，在成像測試結果(例如X射線底片)上鑒別解剖學陸標，且接著利用那些陸標來直接或間接確定所需軸。因此，例如，如果預期在髖關節、膝關節或踝關節中進行手術，那么可獲得 X射線。這些X射線可為肢體的荷重底片，例如當患者站立時拍攝的全長腿底片。可使用這一底片來確定股骨和脛骨解剖學軸并估算生物力學軸。如所屬領域的技術人員所應了解， 可在不悖離本發明的范疇的情況下，將這些用于鑒別(例如)關節的解剖學和生物力學軸的方法應用到其它關節。也可使用包括(但不限于)電腦斷層照相和MRI的其它成像形式確定解剖學和生物力學軸。舉例來說，可對整個髖關節、膝關節和踝關節獲得CT掃描。視情況，掃描可在矢狀面、冠狀面或其它平面中重排。然后，可利用CT影像來鑒別解剖學陸標并確定髖關節、膝關節和/或踝關節的解剖學和生物力學軸。類似地，可獲得MRI掃描用于這一目的。舉例來說，可使用身體線圈或腹部相控陣線圈(torso phased array coil)獲得大腿和骨盆區域的MRI掃描。可使用專用肢體線圈獲得膝關節的高分辨率掃描。可使用身體線圈或腹部相控陣線圈再次獲得小腿/脛骨區域和踝關節的掃描。可在這些掃描時在各關節中鑒別解剖學陸標，且可使用這一信息估算解剖學和生物力學軸。在各種實施例中，成像掃描可延伸到關節以上和/或以下5cm，更優選地IOcm或更優選地15cm，從而獲得可用于獲得解剖學和生物力學軸的解剖學信息。舉例來說，可對整個膝關節獲得MRI或CT掃描。所述掃描可延伸到關節以上和以下15cm。可確定股骨中線(mid-femoral line)和胚骨中線(mid_tibial line)以及諸如股骨經股骨上媒線或懷特賽德線或后髁線的其它解剖學陸標，且其可用于估算解剖學和生物力學軸。因此，在膝關節的實例中，不需要對整個髖關節和踝關節進行額外掃描。使用(例如)MRI可獲得甚至更大的覆蓋范圍，例如由例如20cm或20cm以上、優選地25cm或更優選地30cm或更優選地35cm的大檢視視野得到的一系列軸向、矢狀或冠狀切面。如上所述，可利用這些大視野檢視掃描來估算解剖學和生物力學軸。然而，由于空間分辨率限制，其缺乏關于關節的表面細節的信息。可以高分辨率進行第二次或額外掃描，例如以小于I. Omm或更優選地小于O. 8mm或更優選地小于O. 6mm的x和y軸空間分辨率進行。可利用額外高分辨率掃描來獲得導向模板或植入物與關節表面或鄰近結構之間的優良且精確配合所需的關節表面細節。
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可有利地由使所討論的完整肢體成像來界定生物力學軸和在某些情況下的解剖學軸。所述成像可包括通過對整個完整肢體進行CT或MRI掃描或光學成像，或采集諸如髖關節、膝關節或踝關節的相關區域的所選影像或切面或容積，進行剖面、螺旋或容積成像。在一說明性實施例中，掃描涵蓋多個關節的完整肢體的全部或部分可用諸如膝關節的單個關節的延伸掃描置換。舉例來說，以諸如CT掃描或MRI掃描的標準膝關節掃描可能不足以估算生物力學軸或解剖學接入，所述掃描包括(例如)僅10厘米的以上所關注區域或容積，或10厘米的以下所關注脛股骨關節間隙的區域或容積。使用延伸掃描，可將鄰近于標靶關節的較大區域包括在掃描中，例如內側脛股骨關節間隙以上和以下15cm，內側脛股骨關節間隙以上和以下20cm，內側脛股骨關節間隙以上15cm和以下20cm，和內側脛股骨關節間隙以上20cm和以下25cm。盡管與涉及鄰近關節的掃描相比，延伸掃描較少牽涉到手術側，其可視情況用以提供解剖學軸、生物力學軸和/或植入物軸或相關平面的估算。因此，在可能更多輻射和可能較不精確為代價的情況下，提供較好使用容易性。在另一實施例中，可對一個以上關節、通常一或多個鄰近手術所涵蓋關節的關節獲取諸如CT掃描或MRI掃描的剖面或容積影像。舉例來說，對預定進行全膝置換手術的患者的髖關節、膝關節和踝關節獲取CT或MRI切面、CT螺旋、CT或MRI容積、具有可選影像融合的MRI雙平面采集或其它斷層照相采集。可通過使用在相鄰鄰近關節中獲得的解剖學和/或生物力學信息來優化3D手術導向模板，從而(例如)產生改良的解剖學或功能性結果。通過使用剖面或容積成像信息，當與X射線或CT定位掃描相比時，尤其當對鄰近關節獲取剖面或容積數據時，可實現用于鑒別相應解剖學和/或生物力學軸、包括手術平面和植入物平面的相應平面以及植入物軸的解剖學陸標的更精確鑒別。3D導向模板的位置、取向、形狀或其組合的精確度因此可得以提高，使得諸如內翻、外翻、外展、內收或旋轉變形的下伏變型的手術校正的精確度得以提高。在荷重條件中獲得的成像測試具有某些固有優點，這是由于其證明正常以及病理學載荷和負荷分配。諸如CT掃描或MRI掃描的剖面成像研究具有某些優勢，這是由于其允許以三維而不是二維方式觀測和展示解剖學陸標，從而增加精確度。此外，可在諸如矢狀面或斜面的使用常規放射照相法在某些解剖學區域中可能不易達到的其它平面中進行測量。 原則上，可利用任何成像測試達成這一目的。生物力學軸可經定義為在髁表面之間從股骨頭中心開始并穿過踝關節的軸。根據本發明的各種實施例，軟件可自動、半自動或人工協助發現或鑒別相關解剖學點以計算解剖學和生物力學軸。舉例來說，軟件或用戶可發現股骨頭的中心。視情況，此可以3D而不是僅以2D方式進行。因此，例如在股骨頭中，軟件可相對于x、y和z尺度發現股骨頭的中心。或者，可人工選擇相關解剖學點且可計算出軸。在另一實施例中，軟件可基于這些解剖學和生物力學軸測量值，計算調節內翻或外翻或前傾或后傾變形或旋轉變形的方法。舉例來說，可改適手術導向模板的表面以便可定位對于全膝植入物所作的手術切口來校正下伏內翻或外翻變形或例如前傾或后傾。或者，用于鉆孔、切割等的手術導向模板的開口 /切面可經調節以實現將內翻或外翻校正為近似解剖學或生理學范圍。對于例如Johnson & Johnson、Stryker、Smith & N印hew、Biomet 和Zimmer的不同制造商的植入物來說,可優化這些調節。在各種實施例中，可使用電腦工作站模擬關節的步態、載荷和其它身體活動以及靜態關節位置。可使用這一信息優化模板和其孔和所得手術模板和/或例如切割、鉆孔、銼磨的程序以獲得最佳功能結果。舉例來說，對于不同程度的彎曲和伸展、內部或外部旋轉、 外展或內收和前傾或后傾，可優化模板和其孔和所得植入物位置。因此，可使用模板來實現在一個、兩個或兩個以上方向上經優化的動作。以此方式，不僅解剖學而且功能優化也是可能的。可在掃描時觀測韌帶的起點和插入，例如在膝關節情況下的前部十字韌帶和后部十字韌帶和內側副韌帶和外側副韌帶。韌帶可使用MRI直接觀測。如果韌帶撕裂，那么可將起點或連接處的剩余纖維的位置直觀化。然后，可模擬不同關節位置，且可測定不同角度的彎曲和伸展、內部或外部旋轉、外展或內收和前傾或后傾的韌帶長度變化。可在植入物未或已經處于適當位置中的情況下，進行這些模擬。因此，可使用任何給定植入物和植入物大小虛擬估算韌帶長度和通過這一點估算推測張力。可在手術前在電腦工作站上測試不同植入物或組件，且可在手術前確定產生不同關節位置的例如最小韌帶長度變化的最佳韌帶性能的植入物或組件。因此，包括(但不限于)通過直接觀測韌帶或纖維殘余物，本發明尤其提供手術前韌帶平衡。舉例來說，在一實施例中可將載荷裝置施加到患者以模擬荷重同時獲取CT掃描。 Dynamed已用Dynawell裝置描述這一載荷裝置的一非限制性實例。可使用可將軸向或其它生理學或近似生理學載荷力施加到髖關節、膝關節或踝關節或其中兩個或三個的任何載荷裝置。在不悖離本發明的范疇的情況下，可使用其它更成熟掃描程序獲得這一信息。在一優選實施例中，當使下肢的關節成像時，可獲得支撐式、荷重X射線以確定生物力學軸。在膝或髖關節的情況下，例如，可獲得髖關節或膝關節的支撐式、荷重X射線。或者，可從髖關節到足跨過整個腿獲得支撐式、荷重X射線。可以前部到后部或后部到前部投影，也以外側投影或主要以任何其它所需投影獲得X射線。用戶可通過(例如)發現股骨頭的質心和踝關節的質心并連接這些質心來測量生物力學軸。可以人工方式(例如)在X 射線底片上或以電子方式(例如)在數字化或數字影像上，包括使用軟件協助，來進行這一測量。以支撐式、荷重X射線測量的軸可與諸如CT或MRI掃描的另一成像模式相互參考。 舉例來說，可以腿的支撐式X射線確定生物力學軸。可通過(例如)鑒別CT掃描或MRI掃描的對應骨解剖學陸標相互參考結果和數據。然后，可利用所述結果和信息來確定3-D導向模板的最佳形狀。具體來說，可基于生物力學軸的測量值來影響模板的取向、位置或形狀。此外，連接到所述模板或聯接的任何區塊的位置或形狀或連接到模具、區塊或聯接的儀器的位置或形狀可受這一測量值影響。組合支撐式、荷重成像模式與CT掃描或MRI掃描具有在生理學載荷期間評估關節的主要優勢。CT或MRI單獨通常并不提供在載荷、荷重條件下的評估。如上所述，可在不同平面中或以三維方式評估生物力學軸。舉例來說，可在AP平面中評估實際生物力學軸，且可在這一平面中確定所需生物力學軸。另外，可在外側平面中，例如以外側投影放射照相確定實際生物力學軸，且可在外側平面中確定所需生物力學軸。通過在兩個或兩個以上平面中測量相關生物力學和解剖學軸，可進一步改進并優化3-D 導向模板和/或植入物的形狀，使得臨床和患者功能得以改善。也可使用包括非荷重位置的其它方法測量生物力學或解剖學軸。舉例來說，可在 CT定位掃描時鑒別解剖學陸標并與預期進行手術的諸如膝關節或髖關節的關節相互參照。因此，例如，用戶可使用CT定位掃描測量并確定踝關節的質心和髖關節的質心用于膝關節手術。在一優選實施例中，使用CT切面或MRI切面而不是定位掃描來確定解剖學陸標。 CT定位掃描或MRI定位掃描的空間分辨率會具有固有限制。CT定位掃描通常為肢體的單一 2-D放射照相影像，其缺乏3-D解剖學信息且缺乏高空間分辨率。MRI定位掃描通常由可能在一個、兩個或三個平面中獲取的多個2-D MRI切面組成。然而，MRI定位掃描的分辨率通常也有限。通過獲取穿過鄰近關節的選擇性切面和甚至各向同性或近似各向同性數據組，可以更可靠方式鑒別出解剖學陸標，從而提高解剖學和生物力學軸確定的精確度。將這一精確度提高轉化為所得3-D導向模具，例如膝或髖關節的精確度提高，包括其形狀、取向或位置的精確度提高。已展示電腦斷層照相成像對于確定腿的相對解剖學和生物力學軸來說高度精確 (Testi Debora，Zannoni Cinzia，Cappello Angelo和 Viceconti Marco. “Border tracing algorithm implementation for the femoral geometry reconstruction.，，Comp. Meth. and Programs in Biomed.，2000 年 2 月 14 日；Farrar MJ，Newman RJ，Mawhinney RRiKing R. “Computed tomography scan scout film for measurement of femoral axis in knee arthroplasty. ” J. Arthroplasty. 1999 年 12 月；14(8) :1030-1 ；Kim JS, Park TS, Park SB，Kim JS, Kim IY, Kim SI. “Measurement of femoral neck anteversion in 3D. Part 1:3D imaging method.，，Med. and Biol. Eng. and Computing. 38 (6) :603_609，2000 年 11 月；Akagi M， Yamashita E， Nakagawa T， Asano T， Nakamura T. “Relationship between frontal kneealignment and reference axis in the distal femur.，，Clin. Ortho, and Related Res··第 388 期，147-156，2001 ;Mahaisavariya B,Sitthiseripratip K，Tongdee T，Bohez E，Sloten JV, Oris P. “Morphological study of the proximal femur a new method of geometrical assessment using 3 dimensional reverse engineering. , Med. Eng. and Phys. 24(2002)617-622 ;Lam Li On,Shakespeare D. “Varus/Valgus alignment of the femoral component in total knee arthroplasty.，，The Knee，10 (2003) 237-241)。近端和遠端股骨的解剖學結構的角度也展示與內翻或外翻角度或解剖學股骨軸與生物力學軸之間的角度相當的某一變化程度(即標準偏差)(Mahaisavariya B， Sitthiseripratip K，Tongdee TiBohez E，Sloten JV,Oris P. “Morphological study of the proximal femur a new method of geometrical assessment using 3 dimensional reverse engineering.，，Med. Eng. and Phys. 24(2002)617-622)。因此，用于評估軸的一優選方法是基于髖關節、膝關節和踝關節或股骨而不是僅膝關節區域的CT掃描。就骨組織關于周圍解剖學組織的對比度來說，已展示CT有效，因此可以半自動電腦化系統十分精確地提取對應于股骨和腔骨的骨結構(Mahaisavariya B， Sitthiseripratip K，Tongdee TiBohez E，Sloten JV,Oris P. “Morphological study of the proximal femur a new method of geometrical assessment using 3dimensional reverse engineering.，，Med. Eng. and Phys. 24 (2002) 617-622 ;Testi Debora, Zannoni Cinzia, CappelIo Angelo and Viceconti Marco. “Border tracing algorithm implementation for the femoral geometry reconstruction. ”Comp. Meth· and Programs in Biomed. ,2000 年 2 月 14)。
盡管已展示2-D CT在估算生物力學軸方面精確(Mahaisavariya B, Sitthiseripratip K,Tongdee T,Bohez E,Sloten JV,Oris P. “Morphological study of the proximal femur a new method of geometrical assessment using 3dimensional reverse engineering.，，Med. Eng. and Phys. 24 (2002) 617-622 ;前述 Testi Debora ;前述 Lam Li On),但已展示3_D CT對于估算股骨前傾角度來說更精確(Kim JS, Park TS, Park SB, Kim JS, Kim IY, Kim SI. Measurement of femoral neck anteversion in 3D. Part 1:3D imaging method. Medical and Biological engineering and computing. 38(6) 603-609，2000年 11 月；Kim JS, Park TS, Park SB,Kim JS,Kim IY,Kim SI. Measurement of femoral neck anteversion in 3D. Part 1:3Dmodeling method. Medical and Biological engineering and computing. 38 (6) :610-616, 2000 年 11 月)。Farrar 使用簡單 CT 2-D 定位檢視來估算股骨軸(Farrar MJ, Newman RJ,Mawhinney RR, King R. Computed tomography scan scout film for measurement of femoral axis in knee arthroplasty. J. Arthroplasty. 1999Dec ； 14(8) :1030-1)。在一個實施例中，使用CT切面影像的2-D矢狀和冠狀重建人工估算生物力學軸。 所屬領域的技術人員可易于認識到許多使這一方法自動化的不同的方式。舉例來說，獲取至少涵蓋髖、膝和踝區域的CT掃描。這產生可插入以產生矢狀和冠狀視圖的影像切面 (軸)。預處理(過濾)所述切面影像可用于改良骨區域的對比度，以便其可使用簡單閾值處理或如LiveWire或主動輪廓模型的更復雜影像分割工具精確提取。可進行對如脛骨桿質心、踝關節、髁間窩和股骨頭質心的所關注陸標的鑒別。生物力學軸可經定義為連接近端和遠端質心，即股骨頭質心、脛骨或踝關節質心的線。可使用髁間窩的位置來評估可能的偏差、誤差或包括內翻和外翻變形的變形。在一個實施例中，可組合多個成像測試。例如，可使用肢體或肢體部分的荷重X射線估算解剖學和生物力學軸。然后，可組合以此方式獲得的解剖學信息與諸如髖關節、膝關節或踝關節的一或多個關節的CT或MRI掃描。然后，可(例如)將放射照相所見的陸標交叉定位到CT或MRI掃描上。隨后，可將放射照相時進行的軸測量應用到CT或MRI掃描或其它成像模式。類似地，可比較從CT掃描獲得的信息與由MRI或超聲波掃描得到的信息。 在一個實施例中，可進行不同成像模式的影像融合。舉例來說，如果預期在膝關節中進行手術，那么可獲得下肢的全長荷重X射線。此可補充以螺旋CT掃描，視情況使用提供甚至包括半月板和軟骨的膝解剖結構的高分辨率三維解剖學表征的膝關節的關節內造影劑。可利用這一信息以及由放射照相提供的軸信息來選擇或獲得療法，諸如植入物或手術儀器。在某些實施例中，可能需要表征關節內結構，包括軟骨下骨或軟骨的形狀和尺寸。 舉例來說，可通過使用一或多個關節的CT掃描、優選螺旋CT掃描來進行這一表征。可視情況使用關節內造影劑進行螺旋CT掃描。或者，可進行MRI掃描。若利用CT，那么可獲得整個鄰近關節的完全螺旋掃描或數個所選切面。通常，將在預期治療的關節中獲得提供完全三維表征的完全螺旋掃描。如果使用所述掃描選擇手術儀器的植入物或模板或使其成形， 那么可從所得影像數據精確確定軟骨下骨的形狀。可假定關節表面的某些區域的標準軟骨厚度和類似地標準軟骨損失。舉例來說，可將2mm關節軟骨的標準厚度應用到內側和外側股骨髁的前部三分之一中的軟骨下骨。類似地，可將2_關節軟骨的標準厚度應用到內側和外側股骨髁的后部三分之一中的軟骨下骨。可在內側髁的中心荷重區中應用Omm關節軟骨的標準厚度，且可將不同值應用到外側髁。這些區之間的過渡可為漸變的，例如從2mm到 0_。可視情況從參考文獻數據庫獲得關節的不同區域中經估算軟骨厚度和軟骨的這些標準值。參考文獻數據庫可包括諸如年齡、體重指數(“BMI”)、疾病嚴重程度、疼痛、內翻變形嚴重程度、外翻變形嚴重程度、克-勞氏得分(Kellgren-Lawrence score)以及其它經測定為相對的并適用的參數的種類。使用關節軟骨標準厚度可促進手術前計劃所需的成像方案。或者，然而，可通過在關節內造影劑存在下進行關節的螺旋CT掃描或通過使用軟骨敏感性脈沖序列進行MRI掃描完全表征關節軟骨。可使用本文所述的技術獲得固定、荷重或非荷重，或運動或其組合的關節的影像。 在關節運動期間獲得的成像研究可適用于評估載荷表面。這一點可有利于設計或選擇植入物，例如有利于在高負荷區域中選擇加固、有利于手術器具和植入物放置，例如有利于優化植入物相對于高負荷區域的對準。iii.關節間隙根據本發明的另一實施例，根據本發明的實施例提供用于確定關節間隙寬度的方法和系統。進行(但不限于)CT掃描、MRI掃描、光學掃描和/或超聲波成像。評估膝關節的內側和外側關節間隙寬度，髖關節、踝關節或其它關節的關節間隙。可使用諸如矢狀或冠狀面的單一掃描平面取向以二維方式進行所述評估，或其可以三維方式進行。評估關節間隙寬度可包括測量一個關節表面的軟骨下骨板到相對關節表面的軟骨下骨板的距離。或者，可在一或多個關節表面上直接測量軟骨厚度。可測量不同關節區域的關節間隙寬度或軟骨厚度，且可評估前部、后部、內側、外側、上部和/或下部位置的關節間隙寬度和軟骨損失。可進行諸如中性位置、45度彎曲、90度彎曲、5度外展、5度內部旋轉等不同關節位置的測量。舉例來說，在膝關節中，可評估伸展和25度膝關節彎曲和90度膝關節彎曲的關節間隙寬度。可比較內側和外側關節間隙寬度，且可基于這一信息，利用內側和外側關節間隙寬度的差異來優化解剖學或生物力學軸對準中的所需手術后校正。可使用所述信息調節(例如)膝或髖關節植入物放置或其它手術中3D導向模板的形狀、取向或位置。舉例來說，當與正常解剖學參考標準相比時，例如年齡或性別對比對照和/或外側隔室，測量可展示內側隔室中降低的關節間隙寬度或軟骨厚度。這一點可與(例如)在整個髖關節、膝關節和踝關節CT的掃描的定位掃描或包括多個定位器掃描的MRI掃描的定位器掃描時測得的膝關節的外翻對準一致。如果在比較內側和外側關節間隙寬度時估算出的生物力學軸與在定位掃描時測得的肢體的生物力學軸一致，可不必進一步調節。如果在比較內側與外側關節間隙寬度時估算出的生物力學軸與在CT或MRI定位掃描時測得的肢體的生物力學軸不一致，那么可實現外翻變形(或在其它實施例中，內翻或其它變形)的額外校正。可通過(例如)以下方式確定這一額外校正將基于比較內側外側關節間隙寬度所測得的生物力學軸所需的軸校正與基于測量在定位或定位器掃描時測得的肢體的生物力學軸所需的軸校正的差異添加到基于測量在單獨定位或定位器掃描時測得的肢體的生物力學軸所需的軸校正中。通過組合來自內側和外側隔室的關節間隙寬度的測量與使用定位掃描或定位器掃描或(例如)荷重X射線生物力學軸測量的信息，可由3D導向模板的形狀、取向或位置和相關連接或聯接的所得改良獲得載荷條件期間軸對準的評估改良。視情況，在掃描儀中時肢體可使用(例如)加壓背帶(compression harness)加以載荷。舉例來說，加壓背帶的實例已由Dynawell公開。iv.評估軟骨損失在另一實施例中，可使用諸如螺旋CT、螺旋CT關節造影術、MRI、光學成像、光學相干斷層照相、超聲波及其它的成像模式以一、二或三維方式估算軟骨損失。可使用所述信息來確定所測量生物力學或解剖學軸的所需校正。校正可在從前部到后部、從內側到外側和/ 或從上部到下部的方向上，或任何其它適用或需要方向或其組合。可組合所述信息與其它 (例如)來自支撐式荷重X射線或CT定位掃描或MRI定位器掃描或CT掃描或MRI掃描的包括髖關節、膝關節和踝關節的軸向/螺旋或其它影像的其他數據。可基于(例如)支撐式X射線、非荷重X射線、CT定位掃描、MRI定位器掃描等，使用所述信息改進所需的軸校正。在另一實施例中，可在在生物力學或在解剖學上相關或需要的單一平面(例如從內側到外側平面)、雙平面(從內側到外側和從前部到后部平面)或多個平面(包括斜面) 中進行任何軸校正。V.高分辨率成象可通過使用不僅在成像平面內，而且沿所有三個平面，具體來說X、Y和Z軸都產生高空間分辨率的成像技術獲得3D導向模板和/或植入物表面的精確度的額外改良。使用 CT掃描的情況下，隨著螺旋CT掃描技術的問世可實現這一點。使用MRI時，可進行雙重或更多平面掃描或容積采集。如果進行雙重或更多平面MRI掃描，那么可(例如)通過交叉配準(cross-registration)和沿X、Y和Z軸再取樣將這些多個掃描平面融合。與標準CT 掃描或標準MRI掃描相比，X、Y和Z方向上的所得有效分辨率得以極大地改良。分辨率改良具有所得3D導向模板可(例如)關于其位置、形狀或取向大體上更精確的優勢。vi.幻象掃描使成像模式服從掃描以掃描(例如)包括空間變形的變化。在一個實施例中，可進行幻象掃描以優化掃描品質，尤其空間分辨率和空間變形。可在患者掃描之前，與患者掃描同時或在患者掃描后進行幻象掃描。使用幻象掃描數據，有可能進行掃描儀調節和優化且此外進行影像后處理以進行校正，例如校正幾何變形。因此，如果幻象掃描檢測某些在X、 Y或Z軸中的幾何變形，且在幻象掃描時測得變形的量，那么在產生3D導向模板之前，可將校正因數包括在數據中。所得3D導向模板因此更精確，使得手術中對解剖學表面的交叉定位得到改良，且使得諸如鉆孔或切割的任何手術干預的精確度改良。在另一實施例中，可(例如)使用低頻濾波器進行平滑操作，以移除任何影像相關人為因素，諸如相鄰CT或MRI切面之間的分級人為因素。在某些應用中，平滑操作可有助于提高關節與模板之間的適合性。B.手術中測量或者或另外，可在手術中在關節鏡檢查或開放關節切開術期間獲得如上所述的非侵襲性成像技術、患病軟骨區域或軟骨損失區域的尺寸的測量、軟骨厚度和/或軟骨或骨的曲率的測量。手術中測量可(但不必)包括與關節表面的一或多個區域實際接觸。適于獲得軟骨或骨或其它關節結構的手術中測量并產生表面的地形圖的裝置包括(但不限于)散光盤、光學測量器具和裝置、光學成像器具和裝置和激光干涉儀和/或可變形材料或裝置。(參見例如，2002年5月7日頒予的Wooh等人的美國專利第6，382，028 號；2000年5月2日頒予的Levesque等人的6，057, 927 ； 1996年6月4日頒予的Yamane 等人的5，523，843 ；1998年12月8日頒予的Sarver等人的5，847，804 ;和1997年11月4 日頒予的 Fujieda 的 5, 684, 562)。圖3A說明光的同心排列圓的散光盤。散光盤的同心陣列投射明確界定的不同半徑的光環，所述光環由通過光學纖維傳輸的激光或白光產生。可將散光盤連接到內窺鏡裝置的末端(或任何探針，例如手持探針)，以便將光環投射到軟骨表面上。圖3B說明投射到具有固定曲率的表面上的散光盤的一實例。可使用一或多個成像照像機(例如連接到裝置)來捕獲環反射。使用數學分析確定表面曲率。然后，可使曲率(例如)以軟骨表面的彩色編碼地形圖形式顯現在顯示器上。另外，可使用地形圖的數學模型確定理想表面地形學以置換所分析區域的任何軟骨缺陷。圖4展示在各股骨髁上由光(散光盤)的同心圓環的投影產生的反射，證明表面輪廓的變化對反射圓的影響。類似地，也可將例如激光干涉儀的光學成像裝置或測量器具連接到內窺鏡裝置的末端。視情況，可將小型感應器連接到裝置以使用相移干涉測量法確定軟骨表面或骨曲率， 產生軟骨表面的條紋圖分析相圖(fringe pattern analysis phase map)(波前)顯現。然后，可將曲率以軟骨表面的彩色編碼地形圖形式顯現在顯示器上。另外，可使用地形圖的數學模型確定理想表面地形學以置換所分析區域的任何軟骨或骨缺陷。然后，可將這一計算出的理想表面或多個表面顯現在顯示器上，且可用于選擇置換軟骨或模具的曲率。可利用光學成像技術產生軟骨或骨的3D顯現或表面圖，其可用于產生關節修復系統或模具。所屬領域的技術人員將易于認識到在不悖離本發明的范疇的情況下，可采用用于光學測量軟骨表面曲率的其它技術。舉例來說，可產生諸如圖5和圖6中所示的二維或三維圖。也可使用機械裝置(例如探針)用于手術中測量，例如可變形材料，諸如凝膠、模具、任何硬化材料(例如直至加熱、冷卻或者操作時仍可變形的材料)。參見例如，2002年 5月2日公開的Dickson等人的WO 02/34310。舉例來說，可將可變形凝膠涂覆到股骨髁。 指向髁的膠凝的側面可產生髁表面輪廓的負壓跡。然后，可使用負壓跡確定缺陷的大小、缺陷的深度和缺陷中和鄰近于缺陷的關節表面的曲率。可使用這一信息來選擇療法，例如關節表面修復系統或模具。其也可用于使用壓跡直接產生模具或(例如)通過掃描壓跡間接產生模具。在另一實例中，可將硬化材料涂覆到關節表面，例如股骨髁或脛骨平臺。硬化材料可保留在關節表面上直到發生硬化。然后，可從關節表面移除硬化材料。指向關節表面的硬化材料的側面可產生關節表面的負壓跡。然后，可使用負壓跡確定缺陷的大小、缺陷的深度和缺陷中和鄰近于缺陷的關節表面的曲率。然后，可使用這一信息來選擇療法，例如關節表面修復系統或模具。其也可以用于使用壓跡直接產生模具或(例如)通過掃描壓跡間接產生模具。在某些實施例中，硬化系統可保留在適當位置并形成實際關節表面修復系統。在某些實施例中，可變形材料包含多個可單獨移動機械元件。當抵靠所關注表面擠壓時，可在相對方向上推擠各元件，且其被推擠(變形)的程度可對應于所關注表面的曲率。裝置可包括制動機制，以便將元件維持在符合軟骨和/或骨的表面的位置。然后，可從患者移除裝置并分析曲率。或者，各個別可移動元件可包括指示其在給定點變形的量和/ 或程度的標記。可使用照相機使裝置在手術中成像并保存影像且分析曲率信息。適當標記包括(但不限于)實際線性測量值(度量或經驗)、對應于不同變形量和/或不同圖案陰影的不同顏色或相同顏色的色彩。也可使用電子裝置測量可移動組件的置換。手術中測量軟骨和軟骨下骨的其它裝置包括(例如)超聲波探針。可對軟骨應用超聲波探針(優選地手持)，且可測量軟骨和/或軟骨下骨的曲率。此外，可評估軟骨缺陷的大小且可測定關節軟骨的厚度。可以A模式、B模式或C模式獲得這些超聲波測量。如果獲得A模式測量，那么操作員通常可以數種不同探針取向(例如內外側和前后部)重復測量以獲得大小、曲率和厚度的三維評估。所屬領域的技術人員將易于認識到使用光學、激光干涉測量、機械和超聲波探針的不同探針設計是可能的。探針優選地手持。在某些實施例中，探針或探針的至少一部分， 通常與組織接觸的部分可經消毒。舉例來說，可類似于那些在1999年2月25日公開的Lang 的WO 99/08598A1中所揭示者，使用消毒保護層實現消毒。使用成像測試和/或手術中測量對關節軟骨或軟骨下骨的曲率進行分析可用于確定患病軟骨區域或軟骨損失的大小。舉例來說，在軟骨損失區域曲率可突然變化。可使用這些曲率突然或突發變化來檢測患病軟骨或軟骨缺陷的邊界。如上所述，可在關節固定時以荷重或非荷重方式，或在運動中進行測量。II.修復材料使用多種材料實施本發明，其包括(但不限于)塑料、金屬、晶體游離金屬、陶瓷、 生物材料(例如膠原或其它胞外基質材料)、羥磷灰石、細胞(例如干細胞、軟骨細胞或其類似物)或其組合。基于關于缺陷和關節表面和/或軟骨下骨獲得的信息(例如測量值)，可形成或選擇修復材料。另外，使用本文所述的這些技術中的一或多種，具有將適合特定軟骨缺陷的曲率的軟骨置換或再生材料將符合關節表面的輪廓和形狀，且將匹配周圍軟骨的厚度。修復材料可包括任何材料組合，且通常包括至少一種非撓曲材料，例如不易于彎曲或改變的材料。A.金屬和聚合物修復材料目前，關節修復系統通常采用金屬和/或聚合材料，包括(例如)可錨定在下伏骨中的修復體(例如在膝關節修復體情況下的股骨)。參見例如，2001年3月20頒予的 Afriat等人的美國專利第6，203，576號和2001年11月27日頒予的Ogle等人的6，322，588 和其中引用的參考文獻。多種金屬適用于實施本發明，且其可基于任何標準加以選擇。舉例來說，材料選擇可基于彈性以賦予所需程度的剛性。適當金屬的非限制性實例包括銀、 金、鉬、!B、銥、銅、錫、鉛、鋪、秘、鋅、鈦、鈷、不銹鋼、鎳、鐵合金、鈷合金，諸如Elgiloy ( 一種鈷-鉻-鎳合金)，和MP35N( —種鎳-鈷-鉻-鑰合金)，和Nitinol ( 一種鎳-鈦合金)； 招；猛；鐵；鉭；晶體游離金屬，諸如Liquidmetal 合金(可由LiquidMetalTechnologies獲得,WWW, liquidmetal. com);可緩慢形成多價金屬離子以(例如)抑制與患者體液或組織接觸的所植入基材鈣化的其它金屬，和其組合。適當合成聚合物包括(但不限于)聚酰胺(例如尼龍)、聚酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯基聚合物(例如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯)、聚碳酸酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、乙酸纖維素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚砜、硝基纖維素、類似共聚物和其混合物。也可以使用可生物再吸收合成聚合物，諸如葡聚糖、羥乙基淀粉、明膠衍生物、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚[N-(2_羥基丙基)甲基丙烯酰胺]、聚(羥基酸)、聚(ε-己內酯)、聚乳酸、聚乙醇酸、聚(二甲基乙醇酸)、聚(羥基丁酸酯)，且也可使用類似共聚物。其它材料也將為適當的，例如，稱為聚醚醚酮(PEEK )的聚酮。其包括材料 PEEK450G,其為可由英國蘭開夏(Lancashire, Great Britain)的Victrex獲得經批準用于醫療植入的未填充PEEK。(Victrex位于www. matweb. com或參見Boedeker www. boedeker. com)。所述材料的其它來源包括位于印度潘諾里(Panoli, India)的Gharda (www. ghardapolymers. com)。應注意到所選材料也可經填充。舉例來說，也可獲得并涵蓋其它等級的PEEK，諸如 30 %玻璃填充或30 %碳填充的PEEK，只要這些材料經FDA或其它管理機構批準用于可植入性裝置。玻璃填充PEEK降低膨脹率并增加PEEK相對于未填充部分的彎曲模量。已知所得產物對于改良的強度、剛性或穩定性來說為理想的。已知碳填充PEEK增強PEEK的壓縮強度和剛性并降低其膨脹率。碳填充PEEK提供耐磨性和負荷承載能力。如應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，可使用抗疲勞、具有良好記憶性、柔韌和/或可偏轉、具有極低吸濕性和良好的耐磨損和/或磨蝕性的其它適當類似生物相容性熱塑性或熱塑性縮聚材料。植入物也可由聚醚酮酮(PEKK)組成。可使用的其它材料包括聚醚酮(PEK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)和聚醚醚酮酮 (PEEKK)和通常聚芳基醚醚酮。另外，可使用其它聚酮以及其它熱塑性材料。對于可用于植入物的適當聚合物可參考以下文獻，所述文獻將以引用的方式全部并入本文中。這些文獻包括日期為2002年I月10日且標題為生物相容性聚合材料 (Bio-Compatible Polymeric Materials)的 PCT 公開案 TO 02/02158A1 ;日期為 2002 年I月3日且標題為生物相容性聚合材料(Bio-Compatible Polymeric Materials)的 PCT公開案WO 02/00275A1 ;和日期為2002年I月3日且標題為生物相容性聚合材料 (Bio-Compatible Polymeric Materials)的 PCT 公開案 WO 02/00270A1。可通過包括習知聚合物加工方法的多種方法中的任一種制備聚合物。優選方法包括(例如)射出成型，其適合于制造具有顯著結構特征的聚合物組件，和快速原型法，諸如反應射出成型和立體平版印刷術。基材可通過物理磨蝕或化學改變而紋理化或多孔化以利于合并金屬涂層。其它方法也為適當的，諸如擠壓、注射、擠壓模制和/或機械加工技術。通常，關于聚合物的物理和機械性質選擇聚合物且所述聚合物適合于承載和擴散關節表面之間的身體負荷。可相互組合使用一種以上金屬和/或聚合物。舉例來說，一或多個含金屬基材可在一或多個區域中經聚合物涂布，或者一或多個含聚合物基材可在一或多個區域中經一或多種金屬涂布。系統或修復體可為多孔的或經多孔涂布。多孔表面組件可由包括金屬、陶瓷和聚合物的各種材料制成。這些表面組件又可由各種構件固定到由各種金屬形成的大量結構性核心上。適當多孔涂層包括(但不限于)金屬、陶瓷、聚合物(例如生物學中性彈性體，諸如聚硅氧橡膠、聚對苯二甲酸乙二酯和/或其組合)或其組合。參見例如，1971年9月20日頒予的Hahn的美國專利第3，605, 123號；1974年5月7日頒予的Tronzo的美國專利第 3，808，606號；和1974年10月29日頒予的Tronzo的美國專利第3，843，975號；1967年4 月18日頒予的Smith的美國專利第3，314, 420號；1976年10月26日頒予的Scharbach的美國專利第3，987，499號；和德國專利申請公開案(Offenlegungsschrift) 2, 306，552。可存在一個以上涂層且所述層可具有相同或不同孔隙率。參見例如，1976年2月17日頒予的 Kahn等人的美國專利第3，938，198號。可通過以粉狀聚合物包圍核心且加熱直到固化以形成具有相連孔的內部網絡的涂層來涂覆涂層。孔的曲折度(例如通過孔的路徑的長度比直徑的量度)在評估所述涂層在用于修復裝置上的可能成功性方面可為重要的。也參見1980年7月22日頒予的Morris 的美國專利第4，213，816號。可以粉末形式涂覆多孔涂層，且使物品作為一個整體經受使粉末與基材粘結的高溫。可鑒于本文中引用的教示和參考文獻，(例如)基于各自的熔融指數確定適當聚合物和/或粉末涂層的選擇。B.生物修復材料修復材料也可包括一或多種單獨或與非生物材料組合的生物材料。舉例來說，可設計任何基底材料或使其成形，并可應用諸如胎軟骨細胞的適當軟骨置換或再生材料作為基底。然后，可使細胞連同基底一起生長直到已達到包圍軟骨缺陷的軟骨的厚度(和/或曲率)。舉例來說，1995年12月26日頒予的Slivka等人的美國專利第5，478，739號；1998 年12月I日頒予的Naughton等人的5，842, 477 ；2001年9月4日頒予的Vibe-Hansen等人的6，283，980和2002年4月2日頒予的Salzmann等人的6，365，405描述使細胞(例如軟骨細胞)在培養物中在各種基材上離體和活體內生長的條件。適當基材的非限制性實例包括塑料、組織支架、骨置換材料(例如羥磷灰石、可生物再吸收材料)或任何其它適于使軟骨置換或再生材料生長的材料。生物聚合物可為天然產生的，或通過發酵作用等活體外產生。適當生物聚合物包括(但不限于)膠原、彈性蛋白、絲蛋白、角蛋白、明膠、聚氨基酸、羊腸線、多醣(例如纖維素和淀粉)和其混合物。生物聚合物可生物再吸收。用于本文所述的方法中的生物材料可為自體移植物(來自同一受檢者)；同種異體移植物(來自相同物種的另一個體)和/或異種移植物(來自另一物種)。也參見，2002 年3月21日公開的Alexander等人的國際專利公開案WO 02/22014和1997年8月7日公開的Lee的WO 97/27885。在某些實施例中，優選自體材料，這是因為其對宿主來說具有低免疫學并發癥(包括材料再吸收、植入物部位周圍的組織的發炎和/或結疤)的風險。在本發明的一個實施例中，使用探針從供體部位收集組織并準備受體部位。供體部位可位于異種移植物、同種異體移植物或自體移植物中。使用探針實現供體組織樣品與受體部位之間的良好解剖學匹配。探針經特別設計以在供體組織樣品與受體部位之間實現無縫或接近無縫匹配。探針可為(例如)圓柱狀的。探針的遠端通常為尖銳的以利于組織穿透。另外，探針的遠端通常為空心的以接受組織。探針可在距離其遠端的確定距離處、例如在距離遠端Icm處具有邊緣，且可使用所述邊緣來達成確定深度的組織穿透以便收集。邊緣可在外部或可在探針空心部分的內部。舉例來說，在諸如膝關節等關節的情況下，整形外科醫生可持探針且以物理壓力使其前進進入軟骨、軟骨下骨和下伏骨髓中。外科醫生可使探針前進直到外部或內部邊緣到達軟骨表面。在那一點，邊緣將阻止進一步組織穿透，從而實現恒定和可重現的組織穿透。探針的遠端可包括一或多個刀刃、鋸狀結構或組織切割機制。舉例來說，探針的遠端可包括由數個小型刀刃組成的虹膜樣機制(iris-like mechanism)。可使用人工、機動或電氣機制驅動刀刃，從而切斷組織并從下伏組織分離出組織樣品。通常，將在供體和受體中重復這一操作。在虹膜形刀刃機制的情況下，可驅動個別刀刃以便閉合虹膜，從而從供體部位分離出組織樣品。在本發明的另一實施例中，可在探針遠端內部整合激光裝置或射頻裝置。可使用激光裝置或射頻裝置切斷組織并從下伏組織中分離出組織樣品。在本發明的一個實施例中，可在供體和受體中使用同一探針。在另一實施例中，可使用物理尺寸稍不同的類似形狀的探針。舉例來說，用于受體的探針可稍微小于用于供體的探針，從而在組織樣品或組織移植物與受體部位之間實現緊密配合。用于受體的探針亦可稍微短于用于供體的探針，從而校正在從供體材料中的下伏組織中分離或切割組織樣品期間的任何組織損失。可將任何生物修復材料消毒以將諸如細菌、病毒、酵母、霉菌、支原體和寄生蟲的生物污染物滅活。可使用例如輻射(諸如Y輻射)的任何適用技術進行消毒。可使用自動裝置收集本文所述的任何生物材料。自動裝置可使用來自用于組織收集的電子影像的信息。在某些實施例中，軟骨置換材料具有特定生物化學組成。例如，可通過取組織樣品且進行化學分析或通過成像技術來評估包圍缺陷的軟骨的生物化學組成。舉例來說， Alexander的WO 02/22014描述使用釓來使關節軟骨成像以監測軟骨內的糖氨聚糖含量。 然后，可以獲得類似于包圍植入部位的軟骨的組成的生物化學組成的方式制備或培養軟骨置換或再生材料。用以獲得所需生物化學組成的培養條件可包括(例如)不同濃度。軟骨置換或再生材料的生物化學組成可(例如)通過控制某些營養素和生長因子的濃度和暴露時間來加以影響。III.裝置設計A.軟骨模型使用關于軟骨的厚度和曲率的信息，可構建關節軟骨和下伏骨的表面的實體模型。這一實體模型可表示關節內的限定區域或其可包涵整個關節。舉例來說，在膝關節中， 實體模型可包涵僅內側或外側股骨髁、股骨髁與窩區域、內側脛骨平臺、外側脛骨平臺、整個脛骨平臺、內側髕骨、外側髕骨、整個髕骨或整個關節。如WO 02/22014中所述，可(例如)使用3D坐標系統或3D歐幾里德距離(3D Euclidian distance)確定軟骨的患病區域的位置。以此方式，可測定待修復的缺陷的大小。如將顯而易見，某些(但非所有)缺陷將包括小于整個軟骨。因此，在本發明的一個實施例中，測量包圍一或多個軟骨缺陷的正常或僅中度患病軟骨的厚度。可在單點或優選地多個點獲得這一厚度測量值，例如2個點、4-6 個點、7-10個點、多于10個點或越過整個剩余軟骨的長度。此外，測定出缺陷的大小后，可選擇適當療法(例如關節修復系統)以使得保存盡可能多的健康周圍組織。在其它實施例中，可測量關節表面的曲率以設計修復材料和/或使修復材料成形。另外，可測量剩余軟骨的厚度與關節表面的曲率以設計修復材料和/或使修復材料成形。或者，可測量軟骨下骨的曲率，并可將所得測量值用于選擇修復材料或使軟骨置換材料成形。舉例來說，可使用軟骨下骨的輪廓重新構建虛擬軟骨表面可鑒別患病軟骨區域的邊緣。可測量患病區域中軟骨下骨的形狀。然后，可通過拷貝軟骨下骨表面到軟骨表面中構建虛擬輪廓，由此軟骨下骨表面的拷貝連接患病軟骨區域的邊緣。現參見圖7A-H，展示膝表面修整的各種步驟。圖7A說明在股骨髁的后部部分中具有軟骨缺陷705的股骨髁702的前部、中心和后部部分中正常厚度軟骨700的一實例。圖 7B展示檢測厚度的突然變化，其指示使用如上所述的成像技術或機械、光學、激光或超聲技術將觀察到的軟骨缺陷710的邊緣。圖7C展示投映到關節軟骨700上的荷重表面715的邊緣。軟骨缺陷705位于荷重表面715內。圖7D展示預定植入部位(點線)720和軟骨缺陷705。在這一描述中，植入部位 720稍微大于患病軟骨705的面積。圖7E描述單組件關節表面修復系統725的放置。關節表面修復系統726的外部表面具有從周圍軟骨700無縫延伸出的彎曲，這產生周圍正常軟骨700與關節表面修復系統725之間的良好手術后對準。圖7F展示一例示性多組件關節表面修復系統730。第二組件732的遠端表面733 具有從相鄰軟骨下骨735的彎曲延伸出的彎曲。第一組件736具有厚度t和從周圍正常軟骨700延伸出的表面彎曲738。在這個實施例中，必要時，第二組件732可由具有大于形成第一組件736的材料的肖氏(Shore)或洛氏(Rockwell)硬度的材料形成。因此，預期具有與關節的骨連通的組件的至少部分的第二組件732比從通常天然較軟軟骨材料延伸出的第一組件736硬。當然，在不悖離本發明的范圍的情況下，其它配置是可能的。通過提供較軟第一組件736和較硬第二組件732，整個植入物可經配置以便其相對硬度類似于其鄰接的骨-軟骨或骨-半月板區域的相對硬度。因此，由較軟材料形成的較軟材料第一組件736可執行附近半月板或軟骨的緩沖功能。圖7G展示另一具有周圍邊緣745的單組件關節表面修復系統740，周圍邊緣745 經配置以便其大體上不垂直于周圍或相鄰正常軟骨700。圖7H展示具有第一組件751和第二組件752的多組件關節表面修復系統750，類似于圖7G所示，第二組件752的周圍邊緣 745大體上不垂直于周圍或相鄰正常軟骨700。現轉向圖8A-E，這些圖描述例示性膝關節成像和表面修整方法。圖8A描述患病軟骨區域805的放大圖，其示范當與周圍正常軟骨800相比時軟骨厚度降低。缺陷的邊緣 810已經確定。圖SB描述鄰近于缺陷805的軟骨厚度815的測量。圖SC描述用于關節表面修整的多組件小型修復體824的放置。第一組件823的厚度820密切接近相鄰正常軟骨 800的厚度。修復體的不同區域中的厚度可變。第一組件823的遠端部分824的彎曲密切接近包圍缺陷的正常軟骨800的延伸。第二組件825的遠端部分826的彎曲為相鄰軟骨下骨830的表面827的突出部分且可具有與周圍軟骨下骨的全部或部分相同或大體上相似的曲率。圖8D為利用錨定莖干845的單組件小型修復體840的放置的示意性描述。如所屬領域的技術人員所應了解，可采用包括莖干、桿和結節的多種配置。另外，組件經描述以使得其內部表面829位于軟骨下骨830內。在一替代構造中，內部表面829符合軟骨下骨 831的表面。圖8E描述利用錨定莖干845和處于外部表面的用于注射骨水泥855或其它適當材料的開口 850，來放置單組件小型修復體840。注射材料855可從在小型修復體的下表面處的數個開口 860自由地溢出進入相鄰骨和髓隙中，從而錨定所述小型修復體。圖9A-C描述一替代性膝表面修整裝置。圖9A描述在股骨髁900的前部、中心和后部部分中的正常厚度軟骨和朝向股骨髁的后部部分的大面積患病軟骨905。圖9B描述單組件關節表面修復系統910的放置。再次，如所說明植入部位已準備有單個切口 921。然而，如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，修復系統可垂直于相鄰正常軟骨900。關節表面修復系統并不垂直于相鄰正常軟骨900。圖9C描述多組件關節表面修復系統920。再次，植入部位已準備有單個切口(展示為921的切割線)。第二組件930具有類似于相鄰軟骨下骨935的延伸表面930的曲率。第一組件940具有從相鄰軟骨900延伸出的彎曲。B.就地裝置造型如圖10A-B中所示，另一種修復缺陷的方法是就地模型缺陷修復系統。如圖IOA 中所示，一種方法是將諸如氣囊的空心裝置插入標靶關節中1000。任何能夠接受(例如) 材料的注射的裝置將為適當的。適當注射材料包括(例如)以上第II部分討論的聚合物和其它材料，其可在不悖離本發明的范疇的情況下使用。在一個實施例中，預期插入裝置具有匹配關節的至少一個關節表面或軟骨下骨的大體上固定的形狀。將插入裝置插入1000后，通過插入裝置將材料注射入關節1010，隨后將材料在此處就地硬化，形成植入物1052。注射材料可視情況在硬化時與裝置粘結。或者，例如如第IV部分所述可在硬化后移除植入物1020以便進一步加工1030，諸如拋光。如果植入物在就地硬化后可移除，那么優選形成植入物以便其形狀可收縮、可折疊或通常可變以利于移除。加工后，可將植入物重新安裝1040。可將一或多個模具應用于一或多個關節表面。模具可具有大體上符合關節軟骨的形狀和/或軟骨下骨的形狀的面對關節表面的內部表面。然后，可通過模具中的開口注入包括聚合物或金屬的硬化材料。開口可包括允許插入諸如針的注射裝置的膜。膜有助于避免注射入關節腔中的材料回流。或者，模具可由提供足夠結構剛性以允許硬化具有適當形狀的注射物質，同時允許通過模具放置針和其它裝置的材料制成。另外，植入物裝置可包含多個亞組件，其中各亞組件的體積或大小小于植入物的體積。可在插入關節之前連接或裝配不同亞組件1050(無論在身體以外或與關節相鄰，但在身體以內或大體上在身體以內)或在某些情況下可在插入關節后裝配1052。可注射材料的硬化已發生后，亞組件可在關節內或與關節相鄰拆卸。另外,可在植入后將植入物固定到骨表面表面1060。舉例來說，固定機制可包括機械結構，諸如翅片、龍骨、齒和銷，或非機械構件，諸如骨水泥等。通常，在將裝置植入和/ 或固定在關節內后，測試植入物的功能性1070以確定其是否使得關節能夠參與所需關節活動范圍。如所屬領域的技術人員所應了解，如可選重復步驟1001、1011、1021、1031、1041、 1051、1053、1061和1071所示，在不悖離本發明的范疇的情況下，可重復這些步驟中的一或多個。如圖IOB中所示，另一種方法是將保持裝置插入標靶關節中1002。任何能夠接受 (例如)材料的注射的裝置將為適當的。適當材料包括(例如)以上第II部分討論的聚合物和其它材料，其可在不悖離本發明的范疇的情況下使用。
在一個實施例中，預期插入裝置具有匹配關節的至少一個關節表面或軟骨下骨的大體上固定的形狀。插入保持裝置1002后，將材料通過孔注射入在保持裝置與關節表面之間形成的空心區域1012，隨后使材料在此處就地硬化，形成植入物1052。注射材料可視情況在硬化時與裝置粘結。或者，例如如第IV部分所述可在硬化后移除植入物1020以供進一步加工1030，諸如拋光。如果植入物在就地硬化后可移除，那么優選形成植入物以便其形狀可收縮、可折疊或通常可變以利于移除。加工后，可將植入物重新安裝1040。另外，植入物裝置可包含多個亞組件，其中各亞組件的體積或大小小于植入物的體積。可在插入關節之前連接或裝配不同亞組件1050(無論在身體以外或與關節相鄰，但在身體以內或大體上在身體以內)或在某些情況下可在插入關節后裝配1052。可注射材料的硬化已發生后，亞組件可在關節內或與關節相鄰拆卸。另外，可在植入后將植入物固定到骨表面1060。舉例來說，固定機制可包括機械結構，諸如翅片、龍骨、齒和銷，或非機械構件，諸如骨水泥等。通常，在將裝置植入和/或固定在關節內后，測試植入物的功能性1070以確定其是否使得關節能夠參與所需關節活動范圍。如所屬領域的技術人員所應了解，如可選重復步驟1003、1013、1021、1031、1041、1051、 1053、1061和1071所示，在不悖離本發明的范疇的情況下，可重復這些步驟中的一或多個。在進行圖IOB所示的方法之前，可以垂直于骨表面或設置在某一角度的一定角度在骨的表面中鉆一或多個孔或孔隙。將材料注射到保持裝置下方后，材料包埋在孔內且在硬化后形成銷。在一個預期實施例中，植入裝置的至少一部分在注射材料硬化后就地保留。在這種情況下，可由可生物再吸收材料形成植入裝置。在這種情況下，通常在注射材料硬化后某時，形成植入裝置的容器可被再吸收。可固定植入裝置的形狀。如果固定形狀，那么可使用成像測試或手術中測量來成形或選擇特定患者的最佳配合裝置，例如使用以上第IA-B部分中所述的成像技術和手術中測量技術。在其它實施例中，裝置的部分可為剛性或大體上剛性的，而裝置的其它部分為可變形的或可塑的。或者，裝置的一部分比另一部分的剛性可相對更大，對任何部分為剛性、 可變形或可塑不具任何要求，但那個部分相對于另一部分硬度可變。以此方式，可(例如) 使用成像測試測定剛性、大體上剛性或相對剛性更大部分的形狀。與此相反，有可能植入裝置的可塑、可變形或相對可變形性更大的部分然后可就地呈一或多個關節表面的形狀。這種情況尤其發生在已注射植入材料后和材料就地硬化時。在其它實施例中，整個裝置可變形。在其它實施例中，植入裝置可膨脹或可收縮。舉例來說，可將諸如Nitinol 網的支撐結構插入關節中。可通過(例如)導管或關節鏡檢查入口進行插入。進入關節內后， 然后可使植入裝置膨脹。植入裝置可包括諸如袋的接受器以接收所注射硬化材料，諸如聚乙烯或其它包括金屬制劑的液體。植入裝置的接受器部分可生物再吸收和/或可與注射材料結合。或者，可在注射材料后移除植入裝置。如果使用支撐材料，那么可通過切口或通過使植入裝置收縮并通過(例如)導管或關節鏡檢查入口將其移除，在移除植入裝置的同時或之后移除支撐材料。在另一實施例中，可使用諸如圖IlA-E中所示的氣囊作為植入裝置。可使用不同氣囊形狀和大小。并不包括氣囊的所有可能形狀和大小的詳細描述以避免使本發明含糊， 但其對于所屬領域的技術人員來說將顯而易見。如果使用氣囊，那么可將其插入關節中并膨脹。可以關節鏡檢查方式或通過開啟切口或使用(例如)成像測試相對于關節表面和其它關節狹窄評估氣囊的大小、高度、形狀和位置。可進行活動范圍測試以確保裝置在全部活動范圍內的足夠大小、形狀和位置。插入后，可對氣囊緩慢注入(例如)自硬化材料或活化后硬化的材料。以下描述適當材料且其對所屬領域的技術人員來說應顯而易見。通常，注入后，材料呈流體或半流體狀態。當注入材料時，其使氣囊膨脹，這使得氣囊呈現(例如)如圖IlA中所示的關節表面和其它關節結構的形狀，使得其填充缺陷。可對氣囊緩慢注入諸如聚合物且甚至金屬的自硬化或硬化材料。材料最初呈流體或半流體狀態。材料使氣囊膨脹，由此氣囊的形狀將大體上呈現關節表面和其它關節結構的形狀。聚合物隨后將在氣囊內部硬化，從而大體上呈關節腔和關節表面/結構的形狀。氣囊也可由可生物再吸收材料組成。所述程序后也可移除氣囊。舉例來說，比較圖IlA-C中說明的實施例，圖IlA說明插入關節1110的兩個關節表面1102、1104之間的單個氣囊1100。在所述圖中，以相關軟骨1106、1108說明關節表面。 氣囊的近端1112經配置以與通過(例如)以物質填充氣囊1100使得氣囊能夠膨脹的裝置連通。物質包括(但不限于)空氣、聚合物、晶體游離金屬或任何其它適當材料，諸如那些在以上第II部分中所討論的物質。圖IlA的氣囊1100經配置使得氣囊1114的遠端不延伸超出關節1120的遠端以外(其中關節的遠端是相對于氣囊進入關節的關節區域界定)。圖IlB說明一替代性氣囊1130，其中氣囊1130的遠端1114和氣囊1130的近端 1113延伸超出關節的遠端1120和近端1122以外。通過使用不同氣囊大小，所述延伸可對于彎曲和伸展經優化。圖IlC說明氣囊1140，其中氣囊1140經配置以使得氣囊1140的遠端1114延伸超出關節的遠端1120以外，而氣囊1140的近端1114不延伸超出關節的末端以外。如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，其它改變是可能的。另外，可將諸如解剖刀的尖銳儀器插入氣囊中或鄰近于氣囊插入，且所述氣囊可經切削或切開。然后，可將氣囊從硬化材料拉回，并優選地通過導管或關節鏡檢查入口從關節移除。如圖IlD-G所說明可使用一個以上氣囊。如果使用多個氣囊,那么氣囊可經配置以使得氣囊如圖IlD中1150、1152所示并排插入；如圖IlE中1154、1156所示插入不同隔室中；如圖IlF-G中1160、1162和1170、1172、1174所示以從上部到下部的關系將一或多個
氣囊包涵在另一個氣囊的內腔中；和/或其組合。 各氣囊可具有相同或不同壁厚或可由相同或不同材料組成。由于材料差異，所屬領域的技術人員應了解使各氣囊膨脹所需的壓力量可均一地或以非均一方式變化。所屬領域的技術人員應已知這些壓力，且本文中并不詳細地討論以避免使本發明含糊。舉例來說，在一種情況下，第一、內部氣囊的上表面和下表面可相對于第二氣囊具有低膨脹壓力。因此，當注入材料時，氣囊的內腔中產生的壓力被直接傳輸到一或多個關節表面。以此方式，可控制兩個關節表面之間的距離且可獲得最短距離，從而確保所得植入物的足夠厚度。這一實施例可適用于關節表面接觸區內或其邊界處的區域。可提供相對于第一氣囊要求較高膨脹壓力的第二外部或周圍氣囊。可將內部、低膨脹壓力氣囊置于荷重區中。相同氣囊在氣囊的不同區域也可具有不同壁性質，例如在周圍具有高膨脹壓力的剛性壁和在中心處具有中等或低膨脹壓力的較低剛性壁。或者，在關節表面的接觸區的邊界處的區域中提供相對于第二氣囊具有低膨脹壓力的第一氣囊。再次，當注入材料時，氣囊的內腔中產生的壓力被直接傳輸到一或多個關節表面。以此方式，可控制兩個關節表面之間的距離且可獲得最短距離，從而確保所得植入物的足夠厚度。可在存在相對更大荷重的區域中提供第二氣囊。這一氣囊可經配置以相對于第一氣囊要求較高膨脹壓力。也可使用氣囊的壁厚、耐壓性和可膨脹性差異來影響所注入材料的所得形狀。將使用具有不同壁厚或耐壓性的膨脹裝置或氣囊的結果展示于圖12A-F中。如圖 12A中所示，氣囊1200具有上表面1210和下表面1212以及近端1214和遠端1216。氣囊或膨脹裝置1200的相對耐壓性在下表面低于上表面1210。因此,氣囊1210的上表面相對于其對應關節表面具有相對平坦構型，而下表面1212相對于其對應關節表面具有相對一致的形狀。現參看圖12B，所用膨脹裝置1220具有相對高的相對恒定耐壓性，這使得上表面 1210和下表面1212相對于其對應關節表面的每一個具有相對平坦的構型，而無關于關節表面解剖結構。圖12C說明在近端1214和遠端1216具有低膨脹壓力，在中心區域1218具有較高膨脹壓力的氣囊1230。這種配置的結果為當氣囊膨脹時，近端和遠端膨脹成比中心區域大的外形(例如高度)。如所示，盡管中心區域的膨脹壓力高于近端和遠端，但其可經設置以使得中心區域相對于對應關節表面具有相對平坦構型，或其可經配置以達成圖12A所示的結果。如所屬領域的技術人員所應了解，這些氣囊中的任一個可經配置以具有在同一氣囊中使得壁的部分的剛性小于其它部分的可變性質，例如在周圍具有高膨脹壓力的剛性壁和在中心具有中等或低膨脹壓力的較低剛性壁。如果氣囊的厚度不止一個，那么其可(例如)在前部具有較小硬度；在中心具有較大硬度；和在后部具有較小硬度。壁厚變化將使得裝置能夠適應形狀形成。中心厚度將有助于防止裝置完全符合關節的不規則表面，這在諸如骨刺的關節表面不規則的情況下可為重要的。或者，如果與前部和后部部分相比中心部位具有較低硬度，那么裝置將經配置以更緊密符合關節表面的形狀，包括任何不規則性。裝置越符合關節形狀，裝置就會越位于關節內。視情況，外科醫生可選擇移除表面不規則，包括骨刺。可使用諸如關節鏡檢查或開放關節切開術的已知技術實現這一點。如果使用一個以上氣囊，那么不同氣囊可具有不同形狀和大小。對于給定患者和關節來說，形狀和大小可調節或選擇。除氣囊的大小和形狀差異之外，各氣囊也可以經配置以具有不同和/或可變壁厚。舉例來說，一個氣囊可經配置具有硬度低于前部和后部部分的中心部位，而第二個氣囊可經配置以便與前部和后部部分相比中心部位具有較大硬度。
圖12D-E說明使用兩個氣囊的配置。如圖12D中所示，第一氣囊1244位于第二氣囊1242內以形成膨脹裝置1240。在這一實施例中，外部第二氣囊1242的下表面1246經配置具有使得裝置的至少一個表面能夠符合或大體上符合對應關節表面的膨脹壓力。圖12E 也說明具有第一氣囊1254和第二氣囊1252的兩個氣囊配置1250。在這一實施例中，裝置的膨脹壓力經配置以使得表面大體上不符合對應關節表面。圖13A-J(1_3)說明圖11_12中所示的實施例的多種可能剖面。這些實施例說明使用單個氣囊達成的可能外形(圖13Α(1-3));—個氣囊在約中心位置裝配在第二氣囊內 (圖13Β(1-3))或在偏離中心位置中裝配在第二氣囊內(圖13D(l-3))的雙氣囊實施例； 兩個氣囊裝配在第一氣囊中(圖13C(l-3))、三個氣囊緊接于彼此定位(圖13Η(1-3))或兩個氣囊彼此相鄰而一個氣囊在其內腔中具有另一個氣囊(圖13E(2-3)、F(2)、G(2))的三氣囊設置；兩個氣囊彼此相鄰且各氣囊在其內腔中具有氣囊(圖13G(3))，或三個氣囊彼此相鄰，三個氣囊中的至少一個在其內腔中具有另一氣囊(圖131(2-3))的四氣囊設置；或三個氣囊彼此相鄰定位且三個氣囊中的兩個在其內腔中具有氣囊的五氣囊設置(圖13J(1))。 如所屬領域的技術人員所應了解，可在不悖離本發明的范疇的情況下，使用本發明的教示達成其它組合和外形。并未說明所有可能的組合以免使本發明含糊。在另一實施例中，可將探針插入氣囊或裝置中。可利用探針來測量裝置厚度(例如最小和最大值)。在這一和其它實施例中，最初可對氣囊注入通常不硬化的測試材料。在氣囊或裝置內后，對于(例如)給定膨脹壓力可測量裝置或氣囊的厚度。以此方式，可確保充分最小植入物厚度。測量裝置或氣囊的厚度的探針包括(但不限于)超聲波，包括A型、 B型或C型掃描。現參看圖14A-J，其說明圖IOB所述的利用保持裝置的軟骨修復系統。圖14A和D 說明矢狀面S和冠狀面C的關節表面1500上的軟骨缺陷1501。外科醫生清除缺陷，從而視情況產生平滑邊緣1502。將保持裝置1510應用到缺陷1501以界定腔1520。可將硬化材料注入保持裝置 1510的孔1512中。適當材料包括(但不限于)聚合物或晶體游離金屬。另外，如所屬領域的技術人員所應了解，最初可以粉狀形式與隨后注入的液體催化劑或硬化材料一起注入材料。如圖14G所說明，可通過(例如)刮匙或鉆準備骨1550的表面，以便骨1550的表面界定小型齒、孔，或幫助將所得裝置錨定到關節表面1550的錨定部件1552。如圖14G(2) 和(5)中所示，可相對于彼此平行鉆鉆孔，其中存在兩個以上且垂直于軟骨下骨1552的表面。或者，如圖15G(3-4)所說明，可相對于彼此成一定角度且以不垂直于軟骨下骨1553的角度鉆出鉆孔。如所屬領域的技術人員所應了解，可在骨表面上產生一或多個銷。舉例來說，圖14G(2)說明兩個銷設置，而圖14G(8)說明單個銷情況且圖14G(4)說明某些銷呈平行關系而其它銷并非如此的4個銷情況。如圖14G(9)中所示，可形成孔(1552或1553)以便孔不形成圓柱體，而是具有進入骨的通道凸出1572，當填充時其形成螺釘的旋轉通道，因此使得填充孔形成使得經錨定裝置能夠通過以順時針方向或反時針方向旋轉而移除的螺釘。如圖14H中所示，可使用通常環形的脊1546。環形脊可有助于在阻留裝置與軟骨之間實現密封以免關節腔中的注入材料溢出。或者，模具的周圍可包括有助于在模具與周圍軟骨之間實現密封的軟質、可壓縮性材料。圖141說明具有置于骨表面上的把手的保持模具。如圖14J所示，保持裝置1510可具有一或多個與其附接的把手1547。把手可便于外科醫生在注入材料硬化時將保持裝置維持在適當位置。保持裝置的孔1512接受注射且如圖14J中所示可包括膜1513。所述配置在移除用以將材料1570注入腔1520的針1560 或注射儀器后協助產生密封。另外，或取代膜1513，可提供在注入材料1570后密封孔1512 的封蓋1514。另外，可提供與半月板1591或包圍缺陷的軟骨連通的錨定齒1590。當放置在缺陷上時，錨定齒1590幫助保持裝置穩定。如圖14G(4)所說明，在不悖離本發明的范疇的情況下，可提供一個以上孔1512、 1512，。保持裝置系統可經設計以注射等于或稍大于患病軟骨區域的區域。或者，保持裝置系統可經設計用于隔室的整個荷重表面或整個關節表面。可在相對關節表面上、例如在股骨髁和脛骨平臺上使用保持裝置，從而在兩個關節表面上重新產生平滑滑移表面。保持裝置可經設計以允許包括UV光的光曝露。舉例來說，可使用透明塑料制造保持裝置。保持裝置也可經制造以允許超聲波通過。C.定制容器在本發明的另一個實施例中，可形成所選規格的容器或孔以(例如)匹配特定患者所需的材料或產生多種大小的修復材料原料。可使用獲自關節和軟骨缺陷的厚度和曲率信息設計容器的大小和形狀。更具體來說，容器的內部可經成形以遵循(例如)如從特定患者的軟骨缺陷獲得的任何選定測量值。可以軟骨置換或再生材料填充容器，所述材料例如含有膠原的材料、塑料、可生物再吸收材料和/或任何適當組織支架。軟骨再生或置換材料也可由干細胞或隨后在容器內發育成更成熟軟骨的胎軟骨細胞或未成熟軟骨細胞或成熟軟骨細胞的懸浮液組成。另外，可使用某些組織營養素和生長因子加強發育和/或分化。所述材料允許在容器內部硬化和/或生長直至材料具有所需性狀，例如厚度、彈性、硬度、生物化學組成等。可使用任何適用技術產生模具，例如電腦裝置和自動化，例如電腦輔助設計(CAD)和例如電腦輔助建模(CAM)。由于所得材料通常遵循容器內部的輪廓，因此其更佳適合缺陷本身并利于整合。D.包涵多組件修復材料的設計本文所述的關節修復系統或植入物可包括一或多個組件。圖I5A-B展示單和多組件裝置。圖15A說明具有不同曲率和半徑的單組件關節表面修復系統1400的一實例，其裝配在軟骨下骨1420中以使得系統1400的內部表面1402不形成軟骨下骨表面1422的延伸。選擇關節表面修復系統以包括凸起1402和凹穴1404部分。在外側股骨髁或諸如肘關節的小型關節中可優選所述裝置。圖15B描述具有第二組件 1410和第一組件1405的多組件關節表面修復系統，第二組件1410具有形成軟骨下骨1420 的表面1422的延伸的表面1412，第一組件1405具有形成周圍正常軟骨1415的曲率和形狀的延伸的內部表面1406。第二組件1410和第一組件1405示例對應于軟骨下骨1420和/ 或正常軟骨1415的曲率的凸起和凹穴的不同曲率和半徑。如所屬領域的技術人員所應了解，可形成所述兩個組件以使得所述部分相互一體成形，或可經成形以使得各部分彼此鄰接。另外，所述部分之間的關系可為任何適當機制，包括粘合劑和機械構件。
圖16A-B展示具有形成周圍正常軟骨200的延伸的外部輪廓102的關節修復系統 100。使用一或多個銷150、175將系統植入下伏骨300中。銷、釘或螺釘可為經多孔涂布的且可如圖15B中所示具有凸緣125。圖17展示一例示性關節修復裝置500，其包括控制深度并防止肘接固定的平坦表面510 ;具有正常軟骨的輪廓的外部表面515 ;防止旋轉并控制肘接固定的凸緣517 ;便于組織內生長的溝槽520。圖18A-D以剖面描述具有多個錨定銷、莖干或螺釘645的植入物640的另一實例。 圖18B-D展示銷或錨定莖干的各種可能實施例的各種剖面表示。圖18B展示具有環繞周邊的槽口 646或溝槽的銷645 ;圖18C展示具有幫助將裝置錨定在下伏骨中的徑向延伸臂647 的銷645 ;和圖18D展示具有多個溝槽或凸緣648的銷645。圖19A-B描述具有多個錨定銷655的一例示性植入物650的頂視圖，其說明銷不必沿裝置的縱軸線性對準。圖20A描述具有具有徑向延伸臂665的銷661的植入物660。圖20B-E為植入物銷的俯視圖，其說明多種適當替代形狀。單組件系統的實例包括(但不限于)塑料、聚合物、金屬、金屬合金、晶體游離金屬、生物材料或其組合。在某些實施例中，面對下伏骨的修復系統的表面可為平滑的。在其它實施例中，面對下伏骨的修復系統的表面可為多孔的或經多孔涂布的。在另一方面中，面對下伏骨的修復系統的表面經設計具有一或多個溝槽以(例如)利于周圍組織內生長。裝置的外部表面可具有階梯形設計，其對于改變生物力學壓力可為有利的。視情況，也可在裝置上的一或多個位置添加凸緣(例如以防止修復系統旋轉、控制肘接固定和/或防止下陷入骨髓腔中)。凸緣可為圓錐或圓柱狀設計的部分。面對下伏骨的修復系統的部分或全部也可為平坦的，這可有助于控制植入物的深度并防止肘接固定。多組件系統的非限制性實例包括金屬、塑料、金屬合金、晶體游離金屬和一或多種生物材料的組合。關節表面修復系統的一或多個組件可包含生物材料(例如，具有諸如僅軟骨細胞或干細胞或接種在諸如可生物再吸收材料或組織支架的基材中的軟骨細胞或干細胞的細胞的組織支架；同種異體移植物、自體移植物或其組合)和/或非生物材料(例如聚乙烯或諸如鉻鈷的鉻合金)。因此，修復系統可包括一或多個單一材料或材料組合區域，例如關節表面修復系統可具有第一和第二組件。第一組件通常經設計以具有類似于損失軟骨組織的大小、厚度和曲率，而第二組件通常經設計以具有類似于軟骨下骨的曲率。另外，第一組件可具有類似于關節軟骨的生物力學性質，包括(但不限于)相似彈性和對軸向荷載或剪切力的抗性。第一和第二組件可由兩種不同金屬或金屬合金組成。系統的一或多個組件(例如第二部分) 可包含包括(但不限于)骨的生物材料或包括(但不限于)羥磷灰石、鉭、鉻合金、鉻鈷或其它金屬合金的非生物材料。關節表面修復系統的一或多個區域(例如第一部分和/或第二部分的外緣)可生物再吸收，以(例如)允許關節表面修復系統與患者正常軟骨之間的界面隨時間被透明軟骨或纖維軟骨填充。類似地，一或多個區域(例如，關節表面修復系統的第一部分和/或第二部分的外緣)可為多孔的。在整個多孔區域中，孔隙度可線性或非線性地變化，其中朝向關節表面修復系統的中心孔隙度通常將降低。孔可經設計以供軟骨細胞、軟骨基質和結締組織的內生長，從而在關節表面修復系統與周圍軟骨之間獲得平滑界面。可使用諸如甲基丙烯酸甲酯、可注射羥基-或鈣磷灰石材料的水泥狀材料，將修復系統(例如，多組件系統的第二組件)附接到患者的骨上。在某些實施例中，關節表面修復系統的一或多個部分在植入時可為易撓曲的或為液體或可變形，且隨后可硬化。可在I秒到2小時(或其之間的任何時間段)、優選I秒到 30分鐘(或其之間的任何時間段)、更優選I秒與10分鐘(或其之間的任何時間段)之間進行硬化。關節表面修復系統的一或多個組件可適合于接收注射。舉例來說，關節表面修復系統的外部表面可在其中具有一或多個開口。開口可經定尺寸以接收螺釘、管、針或其它可插入并前進到預定深度的裝置，舉例來說通過關節表面修復系統前進到骨髓隙中。然后，可通過開口(或通過其插入的管)將諸如甲基丙烯酸甲酯和可注射羥基-或鈣磷灰石材料的注射劑引入骨髓隙中，從而粘結關節表面修復系統與骨髓隙。類似地，可將螺釘或釘或其它錨定機制插入開口中且使其前進到下伏軟骨下骨和骨髓或骨骺以實現關節表面修復系統到骨的固定。螺釘或釘的部分或所有組分可生物再吸收，例如，突出進入骨髓隙的螺釘的遠端部分可生物再吸收。在手術后的初始階段中，螺釘可提供關節表面修復系統的主要固定。 隨后，骨沿關節軟骨修復系統的下表面向內生長進入多孔涂布區域可接替成為關節表面修復系統相對于骨的主要穩定器。可使用釘或螺釘或其它附接機制將關節表面修復系統錨定到患者的骨。附接機制可生物再吸收。可插入螺釘或釘或附接機制并使其從骨的非軟骨覆蓋部分或從關節的非荷重表面朝向關節表面修復系統推進。關節表面修復系統與周圍正常軟骨之間的界面可成一定角度，例如相對于下伏軟骨下骨成90度角度定向。可鑒于本文中的教示確定適當角度，且在某些情況下，關于沿關節表面修復系統與周圍正常軟骨之間的界面的負荷分配非90度角可具有優勢。關節表面修復系統與周圍正常軟骨和/或骨之間的界面可由醫藥或生物活性劑覆蓋，例如刺激修復系統生物整合入正常軟骨和/或骨的材料。界面的表面區域可為不規則的以(例如)增加界面對醫藥或生物活性劑的暴露。E.預存在修復系統如本文所述，可獲得包括手術儀器、模板、導向板和/或模具的各種大小、曲率和厚度的修復系統。可將這些包括手術儀器、導向板、模板和/或模具的修復系統分類并儲存以產生系統庫，然后可從中選擇用于個別患者的適當系統。換句話說，評估特定患者的缺陷或關節表面，且從庫中選擇出包括手術儀器、模板、導向板和/或模具的具有適當形狀和大小的預存在修復系統用于進一步操作(例如成形)和植入。F.小型修復體如上所述，可使用本文所述的方法和組合物置換僅關節表面的一部分，例如關節表面上的患病軟骨或軟骨損失區域。在這些系統中，關節表面修復系統可經設計以置換僅患病或軟骨損失區域，或其可延伸超出患病或軟骨損失區域以外，例如延伸到正常相鄰軟骨內3或5_。在某些實施例中，修復體置換小于約70%到80% (或其之間的任何值)的關節表面(例如，任何給定關節表面，諸如單個股骨髁等)，優選小于約50%到70% (或其之間的任何值)，更優選小于約30%到50% (或其之間的任何值)，更優選小于約20%到30% (或其之間的任何值)，甚至更優選小于約20%的關節表面。修復體可包括多個組件，例如植入附接到經成形以覆蓋遮蓋骨的軟骨的缺陷的組件的骨中的組件(例如金屬性裝置)。也可包括例如中間板、半月板修復系統的其它組件。 預期各組件置換小于全部對應關節表面。然而，各組件不必置換關節表面的相同部分。換句話說，修復體可具有置換小于30%的骨的骨植入組件和置換60%的軟骨的軟骨組件。修復體可包括任何組合，其限制條件為各組件置換小于整個關節表面。關節表面修復系統可經形成或選擇以便其將與周圍或相鄰軟骨達成近似解剖學適合性或匹配性。通常，關節表面修復系統經形成和/或選擇以便其位于外部表面的外緣將與周圍或相鄰軟骨對準。因此，關節修復系統可經設計以置換(例如)股骨髁中關節表面的荷重部分(或大于或小于荷重部分)。荷重表面是指正常日常生活活動(例如正常步態)中兩個相對關節表面之間的接觸區域。可以此方式置換(例如)股骨髁和脛骨上的至少一或多個荷重部分。在其它實施例中，可鑒別荷重區域和僅荷重區域的一部分中患病軟骨或軟骨損失區域，可以關節表面修復系統置換尤其含有患病軟骨的部分或軟骨損失區域。在另一實施例中，關節修復系統可經設計或選擇以置換大體上全部關節表面，例如媒。在另一實施例中，例如，在患有擴散軟骨損失的患者中，關節修復系統可經設計以置換稍大于荷重表面的區域。在某些方面中，待修復的缺陷僅位于一個關節表面、通常患病最嚴重的表面上。舉例來說，在患有嚴重內側股骨髁軟骨損失、但不太嚴重脛骨疾病的患者中，可僅將關節表面修復系統施用到內側股骨髁。優選地，在本文所述的任何方法中，關節表面修復系統經設計以與相鄰正常軟骨達成精確或近似解剖學適合性。在其它實施例中，可修復一個以上關節表面。修復區域通常將限于荷重表面中患病軟骨或軟骨損失區域或稍大于患病軟骨或軟骨損失的區域的區域。植入物和/或植入物部位可經造型以在植入物與植入部位之間達成近似解剖學對準。在本發明的另一個實施例中，使用電子影像來測量關節軟骨或軟骨下骨的厚度、曲率或形狀，和/或缺陷的大小，且使用這一信息選擇關節表面修復系統。可以關節鏡檢查方式插入關節表面修復系統。關節表面修復系統可具有單一半徑。然而，更通常地，如圖15A中所示，以上所討論，關節表面修復系統1500在相同平面內，例如前后或內外或上下或斜面， 或在多個平面內具有不同曲率和半徑。以此方式，關節表面修復系統可經成形以在植入物與植入部位之間達成近似解剖學對準。這種設計不僅允許不同凸度或凹度，而且也允許主要凸形內的凹穴部分或反過來也如此1500。在另一個實施例中，(例如)如2001年5月I日頒予的Pappas等人的美國專利第6，224，632號中所述，關節表面修復系統具有用以錨定裝置的錨定莖干。莖干或銷可具有不同形狀，尤其包括圓錐形、矩形、翅片形。配合骨腔通常類似成形為對應莖干。如圖16中所示，以上所討論，可以延伸穿過軟骨下板進入骨髓隙中的一或多個莖干或銷150將關節表面修復系統100固定到軟骨下骨300。在某些情況下，這種設計可通過抵靠軟骨下骨支撐植入物部分來降低植入物將隨時間深入地下陷到關節中的可能性。莖干或銷可具有任何適于進行將裝置錨定到骨的功能的形狀。舉例來說，銷可為圓柱狀或圓錐狀。視情況，莖干或銷可進一步包括槽口或開口以允許骨向內生長。另外，莖干可經多孔涂布以供骨向內生長。可使用骨水泥將錨定莖干或銷固定于骨。也可將另一錨定裝置固定于莖干或銷。錨定裝置可具有傘形(例如徑向延伸組件)，其較寬部分指向軟骨下骨并遠離銷。錨定裝置可有利于提供植入物的直接固定。面對軟骨下骨的關節修復系統的下表面可經紋理化或為粗糙的，從而增加關節修復系統與軟骨下骨之間的接觸表面。或者，關節修復系統的下表面可經多孔涂布，從而允許向內生長。外科醫生可通過銼磨處理軟骨下骨，通常以產生較大表面積和/或直至軟骨下骨出現出血，來支持骨向內生長。在另一實施例中，可使用骨水泥將關節表面修復系統附接到下伏骨或骨髓。骨水泥通常由丙烯酸系聚合材料制成。通常，骨水泥包含兩種組分干粉狀組分和液體組分，其在隨后混合在一起。干燥組分通常包括丙烯酸系聚合物，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。 干燥組分也可含有諸如過氧化苯甲酰的聚合引發劑，其引發骨水泥形成時發生的自由基聚合過程。在另一方面，液體組分通常含有諸如甲基丙烯酸甲酯(MMA)的液體單體。液體組分也可含有諸如胺(例如，N，N-二甲基-對-甲苯胺)的加速劑。也可將諸如氫醌的穩定劑添加到液體組分中以防止液體單體的過早聚合。當將液體組分與干燥組分混合時，干燥組分開始在液體單體中溶解或膨脹。胺加速劑與引發劑反應以形成開始鍵聯單體單元以形成聚合物鏈的自由基。在接下來的2到4分鐘，聚合過程進行，將混合物的粘度從糖漿狀稠度(低粘度)改變成面團狀稠度(高粘度)。最終，發生進一步聚合和固化，使得水泥硬化且將修復體固定到骨。在本發明的某些方面中，如以上圖7E所示，可通過修復體中的一或多個開口 750 將骨水泥755或諸如可注射鈣磷灰石的另一種液體附接材料注射入骨髓腔中。修復體中的這些開口可從關節表面延伸到修復體760的下表面。注入后，可以聚合物、娃、金屬、金屬合金或可生物再吸收栓塞使開口閉合。在另一實施例中，關節表面修復的一或多個組件(例如指向下伏骨或骨髓的系統表面)可為多孔的或經多孔涂布。已提出多種不同多孔金屬涂層用于通過骨組織向內生長加強金屬性修復體的固定。因此，舉例來說，1974年12月24日頒予的Pilliar的美國專利第3，855，638號揭示一種手術修復裝置，其可用作骨修復體，其包含由固體金屬材料基材和粘附到基材表面的至少一部分并在其上延伸的相同固體金屬材料的多孔涂層組成的復合結構。多孔涂層由在接觸點彼此粘結在一起以在涂層中界定多個連接空隙孔的金屬材料的多個小離散微粒組成。可分布在多個單層中的顆粒的大小和間隔可使得平均空隙孔尺寸不大于約200微米。另外，孔徑分布從基材到涂層表面的涂層界面可大體上均勻。在另一實施例中，關節表面修復系統可含有一或多種聚合材料，其可負載有并釋放包括藥物的治療劑或其它可用于藥物傳遞的藥理學療法。舉例來說，可將聚合材料放置在多孔涂層的內部區域。可使用聚合材料釋放治療藥物，例如骨或軟骨生長刺激藥物。可組合這一實施例與其它實施例，其中關節表面修復系統的部分可生物再吸收。舉例來說，第一層關節表面修復系統或其第一層的部分可生物再吸收。當第一層變得越發再吸收時，軟骨生長刺激藥物的局部釋放可促進軟骨細胞的向內生長和基質形成。在本文所述的任一方法或組合物中，可預先制造具有一定尺寸、曲率和厚度范圍的關節表面修復系統。或者，對于個別患者來說，可定制關節表面修復系統。
IV.制造A.成形在某些情況下，將在形成(例如生長到所需厚度)之前或之后要求修復材料的成形，例如，其中所要求軟骨材料的厚度并不均勻(例如，其中軟骨置換或再生材料的不同部分要求不同厚度)。可通過任何適用技術使置換材料成形，所述適用技術包括(但不限于)機械磨蝕， 激光磨蝕或消融，射頻處理，冷凍消融，改變營養素、酶或生長因子的暴露時間和濃度，和任何其它適于影響或改變軟骨厚度的方式。參見例如，2000年3月23日公開的Mansmann的 WO 00/15153 ;如果使用酶促消化，那么可使軟骨置換或再生材料的某些部分暴露于較高劑量的酶，或可暴露較長時間，作為在所述材料的不同部分中獲得軟骨置換或再生材料的不同厚度和曲率的方法。可使用(例如)已輸入預選厚度和/或曲率的裝置且然后使用輸入信息對裝置進行程式設計以獲得所需形狀，來以人工和/或自動方式使材料成形。除使軟骨修復材料成形之外，或代替使軟骨修復材料成形，也可通過任何適用技術使植入部位(例如，骨表面、任何剩余軟骨材料等)成形以增強修復材料的整合。B.定尺寸關節修復系統可經形成或選擇以便其將與周圍或相鄰軟骨或軟骨下骨或半月板和其它組織達成近似解剖學適合性或匹配性。修復系統的形狀可基于對電子影像(例如 MRI、CT、數字斷層合成技術、光學相干斷層照相等)的分析。如果關節修復系統意欲置換患病軟骨或軟骨損失區域，那么可使用在電子影像中提供健康軟骨的形狀的虛擬重建的方法達成近似解剖學適合性。在本發明的一個實施例中，可通過在軟骨缺陷或患病軟骨區域上插入健康軟骨表面來重建軟骨缺陷位置的近似正常軟骨表面。可通過(例如)借助于參數表面(例如B樣條表面)描述健康軟骨實現這一點，其中控制點經定位以使得參數表面符合健康軟骨的輪廓并橋接軟骨缺陷或患病軟骨區域。參數表面的連續性質將提供橋接軟骨缺陷或患病軟骨區域的部分與周圍健康軟骨的輪廓的平滑整合。可使用軟骨缺陷區域或患病軟骨區域上參數表面的部分來確定關節修復系統的形狀或形狀的部分以與周圍軟骨相匹配。在另一實施例中，可使用形態學影像處理來重建軟骨缺陷位置或患病軟骨區域處的近似正常軟骨表面。在第一步中，可使用人工、半自動和/或自動分割技術(例如人工跟蹤、區域生長(region growing)、動態線(live wire)、基于模型的分割)從電子影像提取軟骨，從而產生二元影像。軟骨缺陷表現為可以在2-D或3-D中以適當選定結構化要素進行的形態學閉合運算填充的鋸齒狀缺口。閉合運算通常經定義為膨脹運算，接著為侵蝕運算。如果結構化要素中的至少一個像素位于源像區域內部，那么膨脹算子將輸出影像的當前像素設置為I。如果整個結構化要素位于源像區域內部，那么侵蝕算子將輸出影像中的當前像素設置為I。軟骨缺陷或患病軟骨區域的填充在軟骨缺陷區域或患病軟骨區域上產生新表面，其可用于確定關節修復系統的形狀或形狀的部分以與周圍軟骨或軟骨下骨相匹配。如上所述，可形成包括手術器具和儀器、模具、就地修復系統等的關節修復系統， 或其可選自各種尺寸、曲率和厚度的系統的庫或數據庫，以便其將與周圍或相鄰軟骨和/或軟骨下骨達成近似解剖學適合性或匹配性。可預先制造或個別患者可定做這些系統。為在手術前控制關節修復系統與周圍或相鄰軟骨或軟骨下骨或半月板和其它組織的適合性或匹配性，可使用將關節修復系統投射到其將植入的解剖學位置上的軟件程序。適當軟件可購得和/或易于由熟練程序員改進或設計。在另一個實施例中，可使用一或多個2-D或3-D影像將包括單室和全膝植入物以及髖關節裝置的關節修復系統投射到植入部位上。可使用人工、半自動和/或自動分割技術視情況從諸如MRI或CT的2-D或3-D電子影像提取軟骨和/或軟骨下骨和其它解剖學結構。可使用(例如)多角形或NURBS表面或其它參數表面表示產生軟骨和/或骨和其它解剖學結構以及關節修復系統的2-D或3-D表示。可以2-D和3-D方式顯示韌帶、半月板和其它關節結構。對于各種參數表面表示的描述，參見例如Foley, J. D.等人，Computer Graphics !Principles and Practice in C ;Addison_Wesley,第二版，1995)。可將軟骨和/或軟骨下骨和其它解剖學結構和關節修復系統的2-D或3-D表示合并到共同坐標系中。然后，可將包括手術器具和儀器、模具、就地修復系統等的關節修復系統置于所需植入部位。將軟骨、軟骨下骨、韌帶、半月板和其它解剖學結構和關節修復系統的表示呈現于2-D或3-D影像中，例如應用程序設計界面(application programming interfaces,API) OpenGL (由SGI, Inc.開發的高級3_D圖形功能的標準庫；可作為基于 PC的顯卡驅動程序的部分獲得，例如對于NVIDIA顯卡來自www. nvidia. com或對于3Dlabs 產品來自www. 3dlabs. com,或作為UNIX工作站的系統軟件的部分)或DirectX (基于 Microsoft Windows 的 PC 系統的多媒體 API ；由 www. microsoft. com 獲得)。可通過(例如)實時或非實時旋轉或交互或非交互地移動呈現或顯示展示軟骨、軟骨下骨、韌帶、半月板或其它解剖學目標和不同角度的關節修復系統的2-D或3-D影像。在另一實施例中，可如2002年11月27日申請的標題為“關節修復的方法和組合物(Methods and Compositions for Articular Repair)，，的美國第 10/305，652 號中所述 (據此將其以引用的方式全部并入中)，使用一或多個剖面2-D影像顯現植入部位。通常，將使用一系列2-D剖面影像。可使用所屬領域的技術人員已知的方法和器具以諸如CT、MRI、 數字斷層合成技術、超聲波、光學成像、光學相干斷層照相、其它成像模式的成像測試產生 2-D影像。然后，可將關節修復系統或植入物疊加到這些2-D影像中的一或多個上。可在其它平面(例如從矢狀面到冠狀面等)中重建2-D剖面影像。也可使用各向同性數據組(例如切面厚度與平面內分辨率相同或幾乎與平面內分辨率相同的數據組)或接近各向同性的數據組。可使用(例如)分割屏幕顯示器(split screen display)同時顯示多個平面。 操作員也可以任何所需取向實時或接近實時滾動2-D影像；操作員可在進行這一操作時使成像組織容積轉動。可利用不同顯示平面，例如矢狀面、冠狀面或軸向以剖面顯示關節修復系統或植入物，通常匹配那些示例軟骨、軟骨下骨、韌帶、半月板或其它組織的2-D影像。或者，對于關節修復系統可使用三維顯示。可將關節修復系統或植入物的2-D電子影像和2-D 或3-D表示合并到共同坐標系中。然后，可將軟骨修復系統或植入物置于所需植入部位。可交互地(例如操作員可滾動一系列切面)或非交互地(例如，作為穿過一系列切面的動畫片)實時或非實時顯示所述系列的解剖學結構的2-D剖面、植入部位和關節修復系統或植入物。使用(例如)上述技術中的一或多種，軟件可經設計以便自動選擇包括手術器具和儀器、模具、就地修復系統等的相對于軟骨和/或軟骨下骨具有最佳適合性的關節修復系統。或者，操作員可選擇包括手術器具和儀器、模具、就地修復系統等的關節修復系統并將其投射或拖到顯示在剖面2-D或3-D影像上的植入部位上。然后，操作員可相對于植入部位移動并旋轉關節修復系統并滾動關節修復系統和解剖學結構的剖面2-D或3-D顯示。 操作員可進行關節修復系統與植入部位之間的配合的視覺和/或電腦輔助檢視。可對關節的不同位置進行這一操作，例如伸展，45度、90度彎曲，內收，外展，內部或外部旋轉。可重復所述程序直到達成令人滿意的配合。可由操作員完全人工地進行所述程序；然而，其也可經電腦輔助。舉例來說，軟件可選擇操作員可測試(例如評估配合)的初試植入物。也可設計并使用使植入物與周圍軟骨或軟骨下骨或半月板或其它組織之間的不良對準的區域突出的軟件。基于所述信息，軟件或操作員可選擇另一種植入物并測試其對準。在以上所有實施例中，可在2-D或3-D顯示中與關節和/或關節修復裝置同時顯示生物力學軸和相應的解剖學軸或平面。同時顯示至少一或多個生物力學軸或解剖學軸或平面可有助于提高對關節修復系統的適合性的評估。也可顯示關節的不同位置的生物力學軸或相應的解剖學軸或平面。C.快速原型技術、其它制造技術快速原型技術是用于由目標的電腦模型制造三維目標的技術。使用特殊打印機來從多個二維層制造原型。電腦軟件將目標的表示劃分成多個不同二維層，且然后三維打印機制造由軟件劃分的各層的材料層。各制造層一起形成所需原型。可在2002年6月27日公開的Russell等人的美國專利公開案第2002/0079601A1號中獲得關于快速原型技術的更多信息。使用快速原型技術的優勢為其使得安全地使用毒性或有效化合物的無模制造技術能夠得以使用。可將這些化合物安全地并入賦形劑外膜中，其降低工作人員的暴露。提供粉末柱塞(powder piston)和建造床(build bed)。粉末包括可制成粉末或以液體粘結的任何材料(金屬、塑料等)。散布器將粉末從進料器源滾涂到床表面上。以計算機控制層厚度。然后，印刷頭在需要粉末粘結的位置將粘結劑流體沉積到粉末層上。將粉末再次滾涂到建造床中，并重復所述過程，在各層控制粘結流體沉積以對應于裝置形成的三維位置。對于這種方法的進一步討論，參見例如2003年9月18公開的Monkhouse等人的美國專利公開案第2003/017365A1號。如上在第I部分中所述，快速原型技術可使用所獲得的二維影像以確定原型機的各層的各二維形狀。在此情況下，各二維影像切面將對應于二維原型幻燈片。或者，如上所述，可測定缺陷的三維形狀，且然后分解為用于快速原型方法的二維切面。使用三維模型的優勢為用于快速原型機的二維切面可遵循與取二維影像相同的平面或遵循完全不同平面。可將快速原型技術與鑄造技術組合或結合使用。舉例來說，可使用快速原型法制備具有對應于包括手術儀器、模具、對準導向板或手術導向板的關節修復系統的內部尺寸的外殼或容器。對于所述目的通常使用塑料或蠟狀材料。隨后，可以(例如)陶瓷涂布容器內部以供后續鑄造。使用所述方法可產生個性化鑄造物。可使用快速原型技術用于制造包括手術器具、模具、對準導向板、切削導向板等的關節修復系統。可在生產設施進行快速原型技術。或者，其可在進行手術中測量后在手術室中進打。或者，可利用銑削技術來制造包括手術器具、模具、對準導向板、切削導向板等的關節修復系統。或者，可利用基于激光的技術來制造包括手術器具、模具、對準導向板、切削導向板等的關節修復系統。V.植入在一或多個操作(例如成形、生長、發展等)后，然后可將軟骨置換或再生材料植入缺陷區域中。可以仍附接到基底材料或從基底材料移除的軟骨置換或再生材料進行植入。可使用任何適當方法和裝置進行植入，例如如2002年4月23日頒予的Hangody等人的美國專利第6，375，658號；2002年3月19日頒予的Torrie等人的6，358，253 ；2001年 12月11日頒予的Hardwick等人的6，328，765 ;和2001年3月22日公開的Cummings等人的國際公開案WO 01/19254中所述的裝置。在所選軟骨缺陷中，可(例如)如圖8中所示以在整個關節表面上作的單個切口準備植入部位。在這種情況下，可利用單組件810和多組件820修復體。A.關節置換程序i.膝關節進行全膝關節成形術為復雜程序。在以人工膝關節置換膝關節中，重要的是使下肢的解剖學和力學軸正確對準以確保所植入膝關節的最佳功能。如圖21A中所示，髖關節的中心1902(位于股骨1932的頭部1930)、膝關節的中心1904(位于脛骨1936的髁間結節1934接觸股骨的窩)和踝關節1906大致沿界定下肢的力學軸的直線1910定位。解剖學軸1920從外翻或向外方向的力學軸偏移5-7°對準。脛骨的長軸1936與下肢的力學軸1910共線。從三維透視圖可見，身體的下肢理想地在稱為內側前部到后部平面(median anterior-posterior plane, MAP平面)的單個平面內在彎曲-伸展弧(flexion-extension arc)中起作用。為實現這一點,在彎曲-伸展移動期間，股骨頭1930、股骨的力學軸、髕骨溝、髁間窩、髕骨關節嵴、脛骨和踝保持在MAP 平面內。在移動期間，當膝在垂直于MAP平面的上髁軸中彎曲和伸展時，脛骨旋轉。可在各個關節，例如膝關節1950_1950 和髖關節1952_1950n取多個影像切面。可如以上第I部分中所述使用這些影像切面以及整個腿的影像以確定軸。在膝關節患病和功能失常的情況下，解剖學軸對準被改變。進行全膝關節成形術是校正患病膝關節的一個解決方案。植入全膝關節，諸如Johnson & Johnson的PFC Sigma RP膝系統要求對形成膝關節的表面進行一系列切除術以利于人工膝關節的安裝。應進行切除術以使得所安裝人工膝關節能夠在MAP平面內達成彎曲-伸展移動并優化患者的下肢解剖學和力學軸。首先，切除脛骨1930以產生接受植入物的脛骨組件的平坦表面。在大多數情況下，在冠狀面中垂直于脛骨的長軸切除脛骨表面，但其通常在矢狀面中向后傾斜4-7°以匹配脛骨的正常坡度。如所屬領域的技術人員所應了解，如果待植入的裝置不要求傾斜脛骨切口，那么矢狀坡度可為0°。切除線1958垂直于力學軸1910，但切除線與平臺1960的表面之間的角度根據膝損傷的量而不同。圖21B-D分別說明在解剖學上正常的脛骨組件、內翻膝中的脛骨組件和外翻膝中的脛骨組件的切除術的前視圖。在各圖中，力學軸1910垂直地延伸穿過骨且切除線1958 垂直于冠狀面中的力學軸1910，根據關節損傷的量，不同于由關節形成的表面線。圖21B說明正常膝關節，其中對應于關節的表面的線I960平行于切除線1958。圖21C說明內翻膝關節，其中對應于關節的表面的線I960不平行于切除線1958。圖21D說明外翻膝關節，其中對應于關節的表面的線1960不平行于切除線1958。 已準備脛骨表面后，外科醫生致力于準備股骨髁。切除股骨1970的平臺以提供與股骨修復體的內部連通的平坦表面。對股骨所作的切口是基于待在脛骨與股骨之間產生的間隙的總高度。通常，需要20_間隙為植入修復體提供足夠空間以獲得全部關節活動范圍。以與股骨的力學軸外翻的5-7°角度切除骨。 經切除表面1972形成與毗連表面1974、1976具有角度關系的平坦平面。表面1972-1974 與1972-1976之間的角度Θ ’、Θ ”根據植入物的設計改變。ii.髖關節如圖21F所說明，近端股骨的外部幾何形狀包括頭部1980、頸部1982、小轉子 1984、大轉子1986和近端股骨骨干。轉子1984、1986的相對位置、股骨頭中心1902和股骨干1988與頸干角的傾斜度相關連。也展示力學軸1910和解剖學軸1920。這些關系的評估可改變擴孔方向以達成修復體與股骨管的中性對準。使用前后和外側放射照相，測量近端和遠端幾何形狀以確定植入物的大小和最佳設計。通常，在獲得髖關節手術入口后，沿(例如)線1990切除股骨頸1982。切除頸后， 將髓管擴孔。可以(例如)圓錐形或直槽擴孔器或柔韌擴孔器實現擴孔。通過植入物的特定設計規定擴孔深度。已將管擴孔后，通過連續銼磨以直接進入管道的木銼準備近端擴孔器。B.手術器具另外，可通過使用施用到關節軟骨或包括軟骨下骨的骨的外部表面的裝置提供手術協助，以匹配關節修復系統與受體部位或關節的對準。裝置可為圓形、環形、卵形、橢圓形、彎曲形或不規則形。形狀可經選擇或調整以匹配或圍繞患病軟骨區域或稍微大于患病軟骨區域或大體上大于患病軟骨的區域。區域可包涵整個關節表面或荷重表面。通常當預期置換大多數或整個關節表面時優選這些裝置。可使用機械裝置進行手術協助(例如手術器具)，例如使用凝膠、模具、塑料或金屬。可獲得一或多個電子影像或手術中測量值，從而提供界定關節和/或骨表面和形狀的目標坐標(object coordinate)。可利用目標的坐標使用(例如)CAD/CAM技術來使裝置成形，以適合于患者關節解剖結構或替代地選擇與患者關節解剖學具有優良適合性的通常預制造的裝置。裝置可具有將匹配關節軟骨、軟骨下骨和/或其它骨表面和形狀的全部或部分的表面和形狀，例如類似于“鏡像”的表面和形狀。裝置可包括(但不限于)一或多個切削平面、孔隙、狹槽和/或孔以容納諸如鉆、擴孔器、刮匙、基爾希納鋼絲、螺釘和鋸的手術儀器。裝置可具有單個組件或多個組件。可將組件附接到關節解剖結構內或關節解剖結構外的未手術和手術部分。舉例來說，可將一個組件附接到股骨頸，而另一個組件可與大或小轉子接觸。通常，可使用不同組件來協助手術程序的不同部分。當使用多個組件時，也可以將一或多個組件附接到不同組件而非關節軟骨、軟骨下骨或骨或非骨解剖結構的其它區域。舉例來說，可將脛骨模具附接到股骨模具，并可參考股骨切口作脛骨切口。
組件也可以經設計以在已進行手術步驟后裝配到關節。舉例來說，在膝中一個組件可經設計以在作任何切口之前裝配到遠端股骨的全部或部分，而另一個組件可經設計以裝配到用先前已使用的模具或組件所作的切口上。在髖關節中，可使用一個組件通過(例如)股骨頸作初始切口，而另一個隨后使用的組件可經設計以在切削后裝配到股骨頸上， 例如以用于插入擴孔器的中心開口覆蓋切口區域。使用這種方法，也可高度精確地進行后續手術步驟，例如將骨髓腔擴孔。在另一實施例中，可將導向板附接到模具以控制手術儀器的方向和取向。舉例來說，已切削股骨頸后，可將模具附接到切削區域，由此其配合暴露骨表面的部分或全部。模具可具有適合于擴孔器的開口。在引入擴孔器后，可將股骨擴孔器導向板插入模具中并推進到骨髓腔中。可通過股骨模具確定擴孔器導向板的位置和取向。然后，可使擴孔器前進到擴孔器導向板上并可以高精確度將骨髓腔擴孔。類似方法在膝關節和其它關節中可行。所有模具組件都可為一次性的。或者，某些模具組件可再次使用。通常，在諸如所進行的切削的手術步驟后應用的模具組件可再次使用，這是由于可重現解剖學界面將得以確立。可使用互連或橋接組件。舉例來說，所述互連或橋接組件可耦合附接到關節的組件與在膝關節或髖關節手術期間使用的標準、優選未經修改或僅最低限度的修改的切削區塊。互連或橋接組件可由塑料或金屬制成。當由金屬或其它硬質材料制成時，其可有助于保護關節以防塑料碎片侵害，例如當擴孔器或鋸將以其他方式與模具接觸時。組件或模具與軟骨或軟骨下骨或其它骨結構之間的附接的精確度通常超過2_， 更優選地超過1mm，更優選地超過O. 7mm,更優選地超過O. 5mm或甚至更優選地超過O. 5mm。 不同組件之間或一或多個模具與一或多個手術儀器之間的附接的精確度通常超過2_，更優選地超過1mm，更優選地超過O. 7mm,更優選地超過O. 5mm,或甚至更優選地超過O. 5mm。任何附接或任何組件之間或組件、模具、儀器和/或解剖學或生物力學軸之間的角誤差優選小于2度、更優選小于I. 5度、更優選小于I度且甚至更優選小于O. 5度。總角誤差優選小于2度、更優選小于I. 5度、更優選小于I度且甚至更優選小于O. 5度。通常，將選擇產生用于隨后放置關節修復系統或利于放置關節修復系統的在解剖學上合意的切面、鉆孔或通用儀器取向的位置。此外，裝置可經設計以便可控制鉆、擴孔器或其它手術儀器的深度，例如鉆不能比裝置所界定更深入地進入組織中，且區塊中孔的大小可經設計以基本上匹配植入物的大小。當選擇這些狹槽或孔的位置時，可包括關于其它關節或軸的信息和關節或肢體的對準信息。或者，可大于容納這些儀器所需作裝置的開口。 裝置也可以經配置以符合關節形狀。所提供的孔或開口可足夠寬以允許改變例如擴孔器、 鋸、鉆、刮匙和其它手術儀器的手術儀器的位置或角度。然后，可將通常由相對硬質材料組成的儀器導向板施用到裝置。所述裝置有助于使儀器導向板相對于關節的三維解剖結構取向。模具可接觸整個關節表面。在各種實施例中，模具可與僅一部分關節表面接觸。因此，1旲具可接觸(但不限于):100%的關節表面；80%的關節表面；50%的關節表面；30% 的關節表面；30%的關節表面；20%的關節表面；或10%或10%以下的關節表面。較小表面接觸面積的優勢為模具大小降低，從而實現節省成本制造，和更重要地最低限度侵襲性手術技術。然而，模具和其表面接觸面積的大小必須足夠以確保精確放置，以便可以足夠精確度進行后續鉆孔和切削。在各種實施例中,模具的最大直徑小于10cm。在其它實施例中，模具的最大直徑可小于8cm、5cm、4cm、3cm、或甚至小于2cm。模具可與三個或三個以上表面點而不是整個表面接觸。這些表面點可在關節表面上或在關節表面以外。通過使用接觸點而不是整個表面或表面的部分，可降低模具的大小。可使用模具的大小降低來實現髖關節、膝關節、肩關節和其它關節的最低限度侵襲性手術(MIS)。使用小型模具的MIS技術將有助于降低手術中失血、保存包括可能為骨的組織、實現保留肌肉技術并降低手術后疼痛和實現較快恢復。因此，在本發明的一個實施例中，結合保留肌肉技術使用模具。在本發明的另一個實施例中，可使用模具與保留骨技術。 在本發明的另一個實施例中，模具經成形以實現具有小于15cm或更優選地小于13cm或更優選地小于10cm、更優選地小于8cm、更優選地小于6cm的切口大小的MIS技術。模具可經放置與關節表面以外的點或表面接觸。舉例來說，模具可支撐在髁間窩的骨或脛骨或髖白緣的前部或其它面觀或小轉子或大轉子上。視情況，模具可僅支撐在關節表面以外的點或表面上。此外，模具可支撐在荷重表面內的點或表面上，或支撐在荷重表面以外的點或表面上。模具可經設計以支撐在待處理(例如切削、鉆孔等)的區域外部的骨或軟骨上。以此方式，可使用相同模具進行多個手術步驟。舉例來說，在膝中，可相對于髁間窩的部分穩定模具，所述部分可經選擇在全膝關節成形術或其它程序待移除的區域以外。在髖關節中， 模具可附接到髖白窩外部，提供在例如全髖關節成形術等程序期間保持的可重現參考。可以(例如)釘或鉆等將模具固定到下伏骨。在其它實施例中，模具可支撐在關節軟骨上。模具可支撐在軟骨下骨或關節間隙中的關節表面以外的結構或關節間隙以外的結構上。如果模具經設計支撐在軟骨上，那么在一個實施例中可使用顯示關節軟骨的成像測試。其可(例如)包括超聲波、螺旋CT關節照相術、使用(例如)軟骨顯示脈沖序列的MRI或MRI關節照相術。在另一實施例中，可使用顯示軟骨下骨的例如CT或螺旋CT的成像測試，且可將標準軟骨厚度添加到掃描。可使用(例如)解剖學參考數據庫、年齡、性別和種族匹配、年齡調節和所屬領域中已知或將來開發的用于獲得軟骨厚度的估算值的任何方法獲得標準軟骨厚度。在某些實施例中，標準軟骨厚度在一或多個關節表面上可為均勻的或其可在整個關節表面上變化。模具可適合于大體上支撐在軟骨下骨上。在這種情況下，剩余軟骨可產生某些偏移和不精確結果，導致手術切口、鉆孔等不精確。在一個實施例中，在第一步中在模具經設計以接觸骨并使軟骨下骨暴露的區域中移除剩余軟骨。在第二步中，然后將模具置于軟骨下骨上。患有晚期骨關節炎可導致顯著關節變形。關節表面可變得平坦。可存在囊腫形成或骨贅形成。可在關節表面上形成“電車軌道”狀結構。在本發明的一個實施例中，可在產生模具之前通過電腦軟件移除骨贅或其它變形。在用戶輸入情況下，軟件可自動、半自動或人工地模擬骨贅或其它變形的手術移除，并預測關節和相關表面的所得形狀。然后，可基于所預測形狀設計模具。然后，也可在放置模具并進行程序之前，將這些骨贅或其它變形在手術中視情況移除。或者，模具可經設計以避免這些變形。舉例來說，模具可僅與不受骨贅影響或不牽涉到骨贅的關節表面上或關節表面以外的點接觸。模具可支撐在關節表面上或支撐在關節表面以外的三個或三個以點或小表面上，模具的主體升高或與關節表面分開以便其位置的精確度不受骨贅或其它關節變形影響。模具可支撐在一或多個脛骨棘或脛骨棘的部分上。或者，模具的全部或部分可經設計以支撐在骨贅或其它贅生物或病理學改變上。外科醫生可視情況在對準裝置與儀器導向板之間進行細調。以此方式，可(例如) 在膝關節彎曲間隙和伸展間隙中，(例如)在生物力學對準與關節松弛或生物力學對準與關節功能之間發現最佳兼顧。通過過度放大對準導向板中開口的尺寸，外科醫生可利用儀器并在不損傷對準導向板的情況下將其插入儀器導向板中。因此，尤其如果對準導向板由塑料制成，那么碎片將不會引入關節中。也可借助于(例如)所插入的間隔器、楔、螺釘和所屬領域中已知的其它機械或電學方法優化對準導向板與儀器導向板之間的位置和取向。外科醫生可能希望影響關節松弛以及關節對準。對于不同彎曲和伸展、外展或內收、內部和外部旋轉角，這一點可經優化。出于所述目的，例如可將附接或接觸一或多個模具的間隔器引入。外科醫生可使用不同厚度的間隔器或一或多個具有相同厚度的間隔器在手術中評估關節的松弛或緊密度。舉例來說，可在一或多個模具存在下將間隔器施用到膝關節中，且可在彎曲中評估膝關節的彎曲間隙。然后，可使膝關節伸展，且可評估伸展間隙。 最終，外科醫生將選擇用于給定關節的間隔器與模具的最佳組合。可將手術切削導向板施用到模具，視情況將間隔器插入在模具與切削導向板之間。以此方式，可影響手術切口的精確位置且其可經調節以達成最佳結果。因此，對于軟組織張力、韌帶平衡或彎曲、伸展、旋轉、外展、內收、前傾、后傾和其它關節或骨位置和運動，可相對于關節、骨或軟骨優化模具的位置。對于軟組織張力、韌帶平衡或彎曲、伸展、旋轉、外展、內收、前傾、后傾和其它關節或骨位置和運動，可相對于模具優化切削區塊或其它手術儀器的位置。對于軟組織張力、韌帶平衡或彎曲、伸展、旋轉、外展、內收、前傾、后傾和其它關節或骨位置和運動，可優化模具的位置與包括切削區塊和手術儀器的其它組件的位置。所屬領域的技術人員應認識到其它用于優化手術切口或其它介入的位置的方式。 如上所述，可利用可插入關節中或可附接或可接觸模具的可膨脹或棘齒狀裝置(也參見圖 37D)。所述裝置可從切削區塊或其它附接到模具的裝置延伸出，優化不同關節位置的鉆孔或切口的位置，或其可整合在模具內部。由于可膨脹或棘齒狀機制可消毒且在其它手術期間(例如在其它患者中)再使用，因此優選整合在切削區塊或其它附接到模具的裝置中。視情況，可膨脹或棘齒狀裝置可為一次性的。可膨脹或棘齒狀裝置可在未嚙合或接觸模具的情況下延伸到關節，或者這些裝置可嚙合或接觸模具。鉸鏈樣機制適用。類似地，支撐樣機制適用。原則上，可使用任何適用于相對于模具細調切削導向板的位置的機械或電氣裝置。 這些實施例有助于不同靜止位置和關節運動期間不同關節的軟組織張力優化和韌帶平衡。外科醫生可能希望影響關節松弛以及關節對準。對于不同彎曲和伸展、外展或內收、內部和外部旋轉角，這方面可經優化。出于這一目的，例如，可利用可附接或可與一或多個模具接觸的間隔器或可膨脹或棘齒狀裝置。外科醫生可使用具有不同厚度的間隔器或一或多個具有相同厚度的間隔器或使用所述可膨脹或棘齒狀裝置在手術中評估關節的松弛或緊密度。舉例來說，可在一或多個模具存在下將間隔器或棘齒狀裝置施用到膝關節中，且可在彎曲中評估膝關節的彎曲間隙。然后，可使膝關節伸展，且可評估伸展間隙。最終，外科醫生將選擇用于給定關節的間隔器或可膨脹或棘齒狀裝置的最佳位置與模具的最佳組合。可將手術切削導向板施用到模具，間隔器或可膨脹或棘齒狀裝置視情況插入在模具與
66切削導向板之間，或在所選實施例中，插入在模具與關節或模具與相對關節表面之間。以此方式，可影響手術切口的精確位置且其可經調節以達成最佳結果。所屬領域的技術人員應認識到用于優化手術切口或鉆孔的位置的其它方式。舉例來說，可利用可插入關節中或可附接或可接觸模具的可膨脹或棘齒狀裝置。鉸鏈樣機制適用。類似地支撐樣機制適用。原則上，可使用任何適用于相對于模具細調切削導向板的位置的機械或電氣裝置。可組合模板和諸如間隔器或棘齒的任何相關儀器與張力計以提供關節的較佳手術中評估。可利用張力計來進一步優化關節的解剖學對準和緊密度并改良手術后功能和結果。視情況，可在手術中使用(例如)如Tekscan, South Boston, Mass所制造的感應器來評估局部接觸壓力。可在模具與關節之間或在模具與諸如手術切削區塊的任何附接裝置之間測量接觸壓力。模板可為由塑料或聚合物制造的模具。如所屬領域中已知，可通過快速原型技術制造模具，其中鋪設塑料連續層。在其它實施例中，可由金屬制造模板或模板的部分。可使用基于激光的制造技術銑削或制造模具。可使用快速原型技術和(例如)失蠟技術來鑄造模板。其也可經銑削。舉例來說， 起先可使用具有通用形狀的預形成模具，然后其可經銑削成患者特異性尺寸。可僅在模具的一個表面、優選面對關節表面的表面上進行銑削。可組合銑削與快速原型技術。可使用可(例如)使用快速原型技術產生的形式傾注的可固化材料。例如，可使用液態金屬。可視情況銑削固化材料或可使用其它技術進一步改進表面。可將金屬插入物應用到塑料組件。舉例來說，塑料模具可具有至少一個導向孔以接受擴孔裝置或鋸。可使用金屬插入物以提供接受擴孔器或鋸的硬壁。當鋸或其它手術儀器可與模具接觸時，使用這種或類似設計可適用于避免塑料或其它碎片在關節中的累積。 其它硬質材料可用于充當插入物。這些材料也可包括(例如)硬質塑料或陶瓷。在另一實施例中，模具不具有接受擴孔裝置或鋸的金屬插入物。金屬插入物或導向板可為通常與模具接觸的附接裝置的部分。因此，金屬鉆導向板或金屬鋸導向板可(例如)具有透過模具，從而(例如)也相對于模具的實體主體穩定任何施用到模具的裝置的金屬或硬質擴張器。模板可不僅用于協助手術技術，而且可用于指引手術儀器的放置和定向。另外，可利用模板指引植入物或植入物組件的放置。舉例來說，在髖關節中，髖白組件的傾斜是全髖關節成形術頻繁出現的問題。可將模板施用到中心具有足夠大以容納外科醫生意欲放置的髖臼組件的開口的髖白壁。模板可具有匹配可為植入物的部分或可施用到植入物的小型延伸的形狀的接受器或槽口。舉例來說，植入物可具有施用到12點或6點位置的小型部件或延伸。參見例如，以下討論的圖9A-D。通過將這些部件與模具中的槽口或接受器對準，外科醫生可確保插入植入物而不傾斜或旋轉。當骨水泥以凝結設計(cemented design)硬化時，這些槽口或接受器也可有助于將植入物保持在適當位置中。在手術期間可使用一或多個模板。舉例來說，在髖關節中，最初可在切除股骨頭之前將模板施用到密切接近3D解剖結構的近端股骨。模板可包括容納鋸的開口(參見圖 8-9)。開口經定位以達成最佳放置的用于后續擴孔和放置修復體的手術切口。然后，可在已作手術切口后，將第二模板施用到近端股骨。第二模板可適用于在放置修復體之前指引擴孔器的方向。如在這一以及其它實例中可見，可在任何外科手術介入之前制造用于關節的模板。然而，也可能制造經設計以在外科醫生已進行所選手術程序(諸如切削、擴孔、鉆孔等)后，裝配到骨或關節的部分的模板。模板可說明由這些程序產生的骨或關節的形狀。在某些實施例中，手術協助裝置包含一系列可調節、密集間隔的釘(例如多個可單獨移動的機械組件)。可獲得一或多個電子影像或手術中測量值，從而提供界定關節和/ 或骨表面和形狀的目標坐標。可(例如)以人工或電子方式使這些目標的坐標進入或轉移到裝置中，并可使用信息通過移動一或多個元件來產生將匹配關節和/或骨表面和形狀的全部或部分的表面和形狀，例如類似于“影像”的表面和形狀。裝置可包括容納諸如鉆、刮匙、基爾希納鋼絲、螺釘和鋸的手術儀器的狹槽和孔。可通過移動一或多個機械元件來調節這些狹槽和孔的位置。通常，將選擇產生用于后續關節修復系統放置或利于關節修復系統放置的在解剖學上合意的切面、擴孔方向或鉆孔或儀器取向的位置。當根據本發明的實施例，選擇模板上(但不限于)切面、孔隙、狹槽或孔的位置時， 可包括關于其它關節或軸的信息和關節或肢的對準信息。可使用上述成像技術獲得生物力學和/或解剖學軸，所述技術包括(但不限于)標準放射照相，包括荷載放射照相，例如直立膝關節X射線或全腿長底片(例如，足髖關節)。可在不同突出部分(例如前后，后前、外側、傾斜等)中獲取這些放射照相。如以上實施例中所述，也可以單獨或組合使用諸如肢體部分或全部的CT掃描或MRI掃描、CT定位掃描或MRI局部掃描的其它成像形式獲得生物力學和解剖學軸。舉例來說，當預期全部或部分膝關節成形術時，可獲得膝關節螺旋CT掃描。膝關節的螺旋CT掃描充當用于產生將固定到膝關節的部分或全部的負輪廓模板/模具的基礎。可獲得髖關節和踝關節的其它CT或MRI掃描。舉例來說，這些掃描可用以界定各關節中的質心或中心點或其它解剖學陸標，且然后獲得生物力學和其它軸。在另一實施例中，可使用包括傳統手術儀器和測量器具(諸如髓內桿、對準導向板以及手術導航)的非基于影像的方法來確定生物力學軸。舉例來說，在膝關節中，可將光學或射頻標記附接到肢體。然后，可繞髖關節旋轉下肢，且可記錄不同肢體位置的標記的位置。旋轉中心將決定股骨頭中心。可在踝關節等中確定相似參考點。然后，對于給定生物力學負荷圖，可(例如)在內翻或外翻對準中優化模板的位置或更通常手術儀器相對于模板的位置。因此，通過進行這些手術前或手術中測量，手術儀器的位置可相對于模具經優化， 且切口可經定位以校正諸如內翻或外翻未對準或前傾或后傾的下伏軸誤差。成像后，根據本發明的實施例產生諸如膝關節或髖關節或踝關節或肩關節的實體模板。可使用模板進行影像指引的手術程序，諸如部分或完全關節置換、關節表面修整或韌帶修復。模板可包括用于諸如鉆、鋸、磨石等的手術儀器的參考點或開口或孔。為獲得鉆孔、切面、鋸平面等的優選取向，調節所述模板或附接中的開口或接受器以解決至少一個軸。軸可為(例如)膝關節、髖關節、踝關節、肩關節或肘關節的解剖學軸或生物力學軸。在一個實施例中，僅使用單個軸用于放置并優化這些鉆孔、鋸平面、切面和/或其它手術介入。這一軸可為(例如)解剖學軸或生物力學軸。在一優選實施例中，可使用軸和/或平面的組合來優化鉆孔、鋸平面、切面或其它手術介入的放置。舉例來說，在3D導向模板和相關附接或聯接的位置、形狀或取向中可考慮兩個軸(例如一個解剖學軸和一個生物力學軸)。舉例來說，可使用兩個軸(例如一個解剖學軸和生物力學軸)和一個平面(例如由脛骨平臺界定的上平面)。或者，如影像或患者解剖結構所確定，可使用兩個或兩個以上平面(冠狀面和矢狀面)。視需要，可在這些一或多個，優選兩個或兩個以上，優選三個或三個以上多個平面中進行角度和距離測量和表面地形學測量。這些角度測量可(例如)產生關于內翻或外翻變形、彎曲或伸展缺乏、高度或不足彎曲或高度或不足伸展、外展、內收、內部或外部旋轉缺乏，或高度或不足外展、高度或不足內收、高度或不足內部或外部旋轉的信息。然后，可通過(例如)調節手術切口或鋸平面或其它手術介入利用單或多軸線或平面測量值來確定優選校正角度。通常，雙軸校正將優于單軸校正，雙平面校正將優于單平面校正等。根據本發明的另一實施例，對于諸如放置關節表面修整或置換植入物或其組件的特定處理，進行一次以上鉆孔、切削、鉆探和/或擴孔或其它手術介入。相對于生物力學軸和/或解剖學軸和/或植入物軸，進行這些兩次或兩次以上手術介入(例如鉆孔、切削、擴孔、鋸)。3D導向模板或其附接或聯接包括兩個或兩個以上開口、導向板、孔或參考平面以相對于生物力學軸、解剖學軸、植入物軸或由其獲得或與其相關的其它軸進行至少兩次或兩次以上鉆孔、擴孔、鉆探、鋸或切削。盡管在簡單實施例中，有可能相對于生物力學軸、解剖學軸、植入物軸和/或與其相關的軸僅進行單次切削或鉆孔，但在最有意義的實施例中，將相對于生物力學軸、解剖學軸和/或植入物軸進行兩次或兩次以上鉆孔、鉆探、擴孔、切削和/或鋸或其組合。舉例來說，初始切削可相對于特定關節的生物力學軸定位。可關于解剖學軸進行后續鉆孔、切削或其它介入。兩者都可經設計以達成生物力學軸和/或解剖學軸校正。在另一實例中，可相對于生物力學軸進行初始切削，而相對于植入物軸或植入物平面進行后續切削。手術介入和使其與生物力學軸、解剖學軸、植入物軸或與其相關的平面的任何組合相關的任何組合是可能的。在本發明的許多實施例中，需要相對于生物力學或解剖學軸進行單次切削或鉆孔。然后，可參考所述首次介入進行后續切削或鉆孔或其它手術介入。可直接脫離同一 3D導向模板進行這些后續介入，或其可通過將手術儀器或聯接或參考框架或第二或其它模板附接到第一模板或以第一模板產生的切面或孔等進行。圖22展示具有一個與關節的關節表面的幾何形狀匹配的表面400的手術器具410 的一實例。也展示器具410的孔隙415，其能夠控制孔的鉆孔深度和寬度并允許具有壓配設計的植入物420的植入或插入。在另一實施例中，可將框架施用于患病骨或軟骨以外的區域中的骨或軟骨。框架可包括用于手術儀器的固持器和導向板。可將框架附接到一個或優選地多個先前定義的解剖學參考點。或者，使用成像測試或手術中測量，例如一或多個在手術中獲取的熒光影像， 可相對于一個或多個解剖學陸標交叉配準框架的位置。可獲得包括使用機械裝置的一或多種電子影像或手術中測量，提供界定關節和/或骨表面和形狀的目標坐標。可(例如)以人工或電子方式使這些目標的坐標進入或轉換到裝置中，且可使用所述信息來移動一或多個用于手術儀器的固持器或導向板。通常，將選擇產生用于后續放置關節修復系統的手術或在解剖學上合意的切面或鉆孔取向的位置。當選擇這些狹槽或孔的位置時，可包括關于其它關節或軸的信息和關節或肢體的對準信息。此外，也可創制并采用可再次使用的器具(例如模具)。可再次使用的材料的非限制性實例包括油灰和其它可變形材料(例如，一系列可調節的緊密間隔釘，其可經配置以匹配關節表面的地形)。在其它實施例中，可使用氣囊制造模具。氣囊可視情況以硬化材料填充。可產生表面或可將其并入允許放置手術切削導向板、擴孔導向板、鉆孔導向板或放置其它手術器具的氣囊中。氣囊或其它可變形材料可在手術中成形以符合至少一個關節表面。其它表面可經成形以平行或垂直于解剖學或生物力學軸。可使用手術中成像測試或通常用于此目的的手術器具在髖關節、膝關節或其它關節成形術中找出解剖學或生物力學軸。在各種實施例中，模板可包括諸如釘等參考元件，在將模板定位在關節表面上后， 其確立相對于肢的生物力學軸或解剖學軸或平面的參考平面。舉例來說，在膝關節手術中， 參考元件可確立從髖關節的中心到踝中心的參考平面。在其它實施例中，參考元件可確立隨后被手術器具用來校正軸變形的軸。在這些實施例中，可使用(例如)一或多個計算機程序來確定界定關節表面輪廓的目標坐標并將這些坐標轉換(例如撥進)到器具，在手術期間直接從關節創制模板或替代性地從關節的影像創制模板。隨后，可使器具在關節上方精確對準，且因此手術儀器導向板或植入物將更精確地置于關節表面中或其上。在單次使用與可再次使用的實施例中，器具可經設計以便儀器控制鉆的深度和/ 或方向，即鉆不能比儀器所允許更深入地進入組織，且儀器中孔或孔隙的大小可經設計以基本上匹配植入物的大小。可使用器具用于一般修復體植入，包括(但不限于)本文所述的關節修復植入物，且在總關節成形術情況下用于將骨髓擴孔。也可使用這些手術器具(裝置)來移除患病軟骨和下伏骨的區域或稍大于患病軟骨和下伏骨的區域。另外，可在例如尸體試樣的“供體”上使用裝置以獲得可植入性修復材料。裝置通常定位于受體中的組織經移除的相同通用解剖學區域。然后，使用裝置的形狀來鑒別供體部位，在供體組織樣品與受體部位之間提供無縫或近似無縫匹配。可通過鑒別當施用到軟骨時例如尸體試樣的供體中的關節表面與內部表面具有無縫或近似無縫接觸的裝置的位置來實現這一點。裝置可基于患病軟骨區域的大小并基于軟骨或下伏軟骨下骨的曲率或其組合或使用關節間隙內部或外部的鄰近結構加以成型、快速原型、加工和/或形成。在達到關節表面配置時裝置可考慮手術移除(例如)半月板。在一個實施例中，然后可將裝置施用到供體(例如尸體試樣)且可通過使用刀刃或鋸或其它組織移除裝置得到供體組織。然后，(適用時)可將裝置在關節和患病軟骨區域施用到受體，且可使用刀刃或鋸或其它組織切削裝置移除下伏骨，由此含有患病軟骨的所移除組織的大小和形狀將嚴格地類似供體組織的大小和形狀。然后，可將供體組織附接到受體部位。舉例來說，可使用螺釘或釘(例如金屬、非金屬或可生物再吸收)或其它包括 (但不限于)組織粘合劑的固定方法實現所述附接。可通過軟骨表面或者通過骨髓隙附接。可通過使用自動裝置來準備植入物部位。自動裝置可使用來自電子影像的信息用于準備受體部位。可通過手術導航系統支持植入物部位的鑒別和準備和植入物的插入。在所述系統中，可在一或多個2D或3D影像中實時跟蹤手術儀器相對于患者解剖學的位置或取向。可由諸如MR或CT影像的手術前獲取的影像計算這些2D或3D影像。舉例來說，也可使用利用關節運動找出軸或解剖學結構的不基于影像的手術導航系統。可從附接到這些裝置的標記確定手術儀器以及包括對準導向板、手術儀器導向板、擴孔導向板、鉆孔導向板、鋸導向板的模具的位置和取向。可通過檢測器使用(例如)光學、聲學或電磁信號定位這些標記。也可使用C臂系統支持植入物部位的鑒別和準備和植入物的插入。C臂系統可提供關節在一個或優選多個平面中的成像。多平面成像能力可幫助界定關節表面的形狀。可使用這一信息選擇與關節表面具有優良配合的植入物。當前可用的C臂系統也提供剖面成像能力，以用于(例如)鑒別和準備植入物部位并插入植入物。可將C臂成像與投與放射照相造影劑相組合。在各種實施例中，本文所述的手術裝置可包括一或多種硬化以形成關節表面的模具的材料。在優選實施例中，所用材料具有生物相容性，諸如(但不限于)丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚苯基砜和聚碳酸酯。如本文中所用的“生物相容性”應意謂對身體無毒的任何材料 (例如，產生ISO 10993標準下的負反應，將所述標準以引用的方式并入本文中)。在各種實施例中，這些生物相容性材料可與快速原型技術相容。在其它實施例中，模具材料能夠加熱消毒而不變形。一例示性模具材料為聚苯基砜，其在高達207攝氏度的溫度下不變形。或者，模具可能夠使用例如氧化乙烯等氣體消毒。模具可能夠使用例如Y-輻射等輻射消毒。模具可能夠使用過氧化氫或其它化學方法消毒。模具可能夠使用所屬領域中已知或將來開發出的消毒中的任一或多種方法來消毒。能夠就地硬化的多種材料包括可經觸發以經歷相變的聚合物，例如為液體或半液體且在暴露于空氣、應用紫外光、可見光、暴露于血液、水或其它離子型變化后硬化成固體或凝膠的聚合物。(也參看2002年9月3日頒予的Felt等人的美國專利第6，443，988 號和其中引用的文獻)。適當可固化和硬化材料的非限制性實例包括聚氨酯材料(例如，Felt等人的美國專利第6，443，988號；1994年2月22日頒予的Khalil的美國專利第5，288，797號；1978年7月4日頒予的Graham等人的美國專利第4，098，626號和 1986年6月10日頒予的Chapin等人的美國專利第4，594，380號；和Lu等人·(2000) BioMaterials21 (15) :1595_1605，其描述多孔聚(L-乳酸發泡體)；如(例如)美國專利第5，162,430號所揭示的親水聚合物；水凝膠材料，諸如那些在Wake等人.(1995)Cell Transplantation 4(3) :275_279、Wiese 等人·(2001) J. Biomedical Materials Research 54(2) :179-188和Marler 等人.(2000)Plastic Reconstruct. Surgery 105(6) :2049-2058 中描述的水凝膠材料；透明質酸材料(例如，Duranti等人.(1998)Dermatologic Surgery 24(12) :1317-1325);諸如殼多糖珠粒的膨脹珠粒(例如，Yusof等人.(2001) J. Biomedical Materials Research 54(1) :59-68);晶體游離金屬,諸如液體金屬.RTM.和/或用于牙齒應用的材料(參見例如 Brauer and Antonucci,“Dental Applications”第 257-258 頁，在 “Concise Encyclopedia of Polymer Science and Engineering，，中；和 1983 年 I 月 11 日頒予的Weissman的美國專利第4，368，040號)。可使用任何可充分流動以允許傳遞到關節并在生理上可接受的條件下就地經歷完全固化的生物相容性材料。材料也可生物降級。可結合如本文所述的手術器具使用可固化材料。舉例來說，手術器具可為在其中包括一或多個適合于接收注射的孔隙且可通過所述孔隙注射可固化材料的模板。在就地凝固之前，材料將符合面對手術器具的關節表面(軟骨下骨和/或關節軟骨)且因此硬化后將形成表面的鏡像壓跡，從而重新產生正常或近似正常關節表面。另外，也可基于關節影像通過(例如)使可固化材料或手術器具成型，結合本文所述的任何成像測試和分析使用可固化材料或手術器具。舉例來說，可使用快速原型技術進行模板的自動構造。快速原型技術可包括使用(但不限于)3D打印機、立體平板印刷機或選擇性激光燒結系統。快速原型技術通常基于電腦輔助制造(CAM)。盡管通常使用快速原型技術制造原型，但現在日益采用其制造器具或甚至制造生產品質部分。在一例示性快速原型方法中，機器讀取來自CAD制圖的數據并鋪設連續毫米厚塑料或其它工程材料層，且以此方式可由一長列剖面建造模板。將這些層膠合在一起或融合(通常使用激光)以產生 CAD制圖中描述的橫截面。圖23為說明與設計用于準備關節表面的模具有關的步驟的流程圖。視情況，第一個步驟可為測量患病軟骨區域或軟骨損失的大小2100，測量軟骨損失的大小后，用戶可測量相鄰軟骨的厚度2120，然后測量關節表面和/或軟骨下骨的曲率2130。或者，用戶可省略測量相鄰軟骨的厚度的步驟2102。確定對軟骨下骨的形狀的了解和測定后，可從模具庫選擇模具3132或可產生患者特異性模具2134。在任一情況下，接著準備植入部位2140且進行植入2142。可以可選重復步驟2101、2121、2131、2133、2135、2141重復這些步驟中的任一個。如上所述，可使用多種技術獲得模板的形狀。舉例來說，如果預期進行膝關節手術，那么可使用數個通過髖關節的所選CT切面以及穿過膝關節的全螺旋CT和數個穿過踝關節的所選擇切面來幫助界定軸。界定軸后，可獲得軟骨下骨的形狀，接著應用標準化軟骨損失。現將描述用于使3D導向模板穩定的方法。可使用多個手術器具穩定3D導向模板， 所述手術器具諸如(但不限于)基爾希納鋼絲；鉆頭，其經錨定到骨中并留在模板內以使其相對于骨穩定；面對軟骨的表面上的一或多個凸起或腔；視情況使用(例如)從關節表面到外部關節表面上的擴張器，相對于內部/外部關節表面骨穩定；和/或相對于新近安置的切口或其它手術介入的穩定。可在3D導向模板的設計和制造中選擇特定解剖學陸標以進一步優化解剖學穩定。舉例來說，3D導向模板可經設計以覆蓋部分或全部骨贅或骨刺以增強3D導向模板相對于下伏關節解剖結構的錨定。可將3D導向模板設計成滑車或髁間窩形狀，且其可同時包涵多個解剖學區域，諸如滑車、內側和外側股骨髁。在脛骨中，3D導向模板可經設計以同時包涵內側和外側脛骨平臺，且其可視情況包括脛骨棘以用于最佳穩定化和交叉定位。在髖關節中，可利用股骨頭小凹來穩定3D導向模板。視情況，外科醫生可選擇切除股骨頭韌帶以提高穩定。同時在髖關節中，髖曰模具可經設計以延伸到三向放射狀軟骨、內側、外側、 上、下、前部和后部髖白壁或環的區域中。通過具有這些用于穩定的延伸和其它特征，可獲得3D模板的更可重現位置，這使得手術程序的精確度得以提高。通常，與僅具有諸如單一凸起的很少表面特征的模具相比，具有一個以上凸起或凹穴或多個凸起或凹穴的模板將在解剖學表面中提供較好交叉定位且提供較高精確度和較高穩定作用。因此，為提高執行和手術中精確度，需要謹慎手術規劃和手術前規劃，其在關節表面或毗連表面(包括荷重表面外部的骨和軟骨)上優選包涵一個以上凸起，更優選兩個以上凸起且甚至更優選三個以上凸起，或其包涵一個以上凹穴，更優選兩個以上凹穴且甚至更優選三個以上凹穴。在一甚至更優選實施例中，模具表面中包括一個以上凸起和凹穴、更優選兩個以上凸起和凹穴且甚至更優選三個以上凸起和凹穴，以在任何手術介入之前優化手術中交叉定位和穩定模具。現轉向特定3D手術模板配置和用于特定關節應用的模板，其意欲教示設計的概念，這是由于其隨后將應用于體內的其它關節。i. 3D導向模板配置/定位根據本發明的一實施例，3D導向模板可包括復制植入物或植入物組件的內部表面和/或至少部分符合關節表面的表面。模板的一個以上表面可匹配或符合植入物、植入物組件和/或關節表面的這些表面中的一或多個中的一或多個表面或部分。圖30展示根據本發明的一個實施例的髖關節中3D導向模板3000的一實例，其中模板具有延伸到關節邊緣以外以提供額外穩定性并使模板固定到適當位置的擴張器3010。 面對關節的模板表面3020為未受關節炎過程影響的關節的一部分3030的鏡像。通過將模板設計為未受關節炎過程影響的關節的至少一部分的鏡像，可在放置模板中獲得更大重現性。在這一設計中，模板省去關節的關節炎部分3040且未將其包括在面對關節的表面中。 模板可視情況具有金屬套筒3050以容納擴孔器或其它手術儀器以保護塑料。金屬套筒或視情況模板也可包括止件3060以在達到預定深度后限制手術儀器前進。圖31展不根據本發明的一實施例用于髖臼的3D導向模板3100的另一實施例。關節炎過程使關節表面的某些部分3110變粗糙。將模板的至少一部分3120制造為被關節炎過程所改變的關節表面3110的鏡像。通過使模板與關節在關節被關節炎過程改變的區域中匹配，可實現提高的手術中定位和提高的固定。在其它部分中，模板可與未由關節炎過程改變的關節的部分3130匹配。圖32展示經設計以使用后部參考平面3220導向后部切口 3210的3D導向模板 3200的另一個實施例。模板的面對關節的表面3230至少部分為未由關節炎過程改變的關節的部分的鏡像。關節炎過程包括骨贅3240。模板包括幫助避免骨贅3240的凹座3250。 模板至少部分大體上與關節炎過程未涉及的關節的部分相匹配。圖33展示經設計以使用前部參考平面3320指導前部切削3310的3D導向模板 3300的另一個實施例。模板的面對關節的表面3230至少部分為由關節炎過程改變的關節的部分的鏡像。關節炎過程包括骨贅3240。模板的面對關節的表面3230為至少部分包括骨贅3240的關節炎過程的鏡像。模板至少部分大體上與關節炎過程所涉及的關節的部分相匹配。圖34展不用于指導胚骨切削(未圖不)的3D導向模板3400的另一個實施例,其中脛骨3410包括在這一實例中為軟骨下囊腫3430的關節炎部分3420。通過跨過缺陷3440 或囊腫，模板經設計以避免關節炎過程。圖35展不用于指導胚骨切削(未圖不)的3D導向模板3500的另一個實施例,其中脛骨3510包括在這一實例中為軟骨下囊腫3530的關節炎部分3520。通過延伸進入缺陷 3540或囊腫3530，模板經設計以包括關節炎過程3520。面對關節的模板的表面3550是正常關節部分3560和由關節炎過程改變的關節部分3530的鏡像。將正常與關節炎組織之間的界面3520包括在模板形狀中。圖36A-D展示根據本發明的各種實施例具有股骨髁3600的膝關節，股骨髁3600 包括正常區域3610和關節炎區域3620。展示正常組織3610與關節炎組織3620之間的界面3630。模板經設計以使用導向平面3650或導向孔3660指導后部切削3640。
在圖36A中所示的一個實施例中，面對關節的模板表面3670為健康或大體上未受關節炎過程影響的關節表面的至少部分的鏡像。可存在凹進區域3670以避免與患病關節區域接觸。當使用不提供關于關節的患病區域的充分細節以精確產生模板的成像測試時， 這種設計可為有利的。在圖36B中所不的一類似實施例中，面對關節的模板表面3670為健康或大體上未受關節炎過程影響的關節表面的至少部分的鏡像。患病區域3620由模板覆蓋，但模板大體上并未與其接觸。在圖36C中所示的另一個實施例中，面對關節的模板表面3670為有關節炎的關節表面的至少部分的鏡像。患病區域3620由模板覆蓋，且模板與其緊密接觸。如果關節炎區域在成像測試時經(例如)高分辨率螺旋CT或接近各向同性MRI采集或具有成像融合的 MRI充分界定，那么這種設計可有利于獲得模板定位的較大精確度。這種設計也可通過相對于不規則下伏表面更牢固地固定模板在手術介入期間提供增強的穩定性。在圖36D中所示的另一個實施例中，面對關節的模板表面3670為有關節炎的關節表面的至少部分的鏡像。患病區域3620由模板覆蓋，且模板與其緊密接觸。此外，健康或大體上正常區3610由模板覆蓋且模板與其緊密接觸。模板亦嚴格反映大體上正常或接近正常與患病關節組織之間的界面3630的形狀。由于界面處的表面外形或輪廓改變和關節表面上模板的所得改良放置，因此這種設計可有利于獲得甚至更大模板定位精確度。這種設計通過相對于下伏表面和界面3630更牢固地固定并錨定模板，在手術介入期間也可提供增強的穩定性。根據本發明的一實施例，模板可包括用于兩個或兩個以上平面或至少一個切面和用于銷或植入物莖干的鉆孔或擴孔中的一個的導向孔或參考點。可在手術中關于關節或關節位置的不同姿態角度，諸如不同程度的彎曲、伸展、外展、內收、內部和外部旋轉將兩個相對的關節接合植入物組件之間的距離優化。舉例來說， 可將通常至少部分符合模板的間隔器放置在模板與相對表面之間，其中相對表面可為原生未切削關節、切削關節、以手術方式準備的關節、試驗植入物或那個關節表面的限定植入物組件。或者，可將間隔器放置在模板與將實現后續手術介入的關節表面之間。舉例來說，通過將間隔器放置在脛骨模板與脛骨之間，可優化脛骨切口高度。間隔器越厚，或插入脛骨模板與脛骨平臺之間的間隔器越多，則切口的深度將越小，即將從脛骨的頂部移除的骨越少。間隔器可不符合模板，例如其可為自然平坦的。間隔器可為凸起或凹陷的或包括多個凸起或凹穴。間隔器可部分符合模板。舉例來說，在一個實施例中，視情況面對關節表面的間隔器的表面可經模制且個別化為關節表面，從而形成模板/模具，而間隔器的相對表面可為平坦或彎曲的，或具有任何其它非患者特異性設計。相對表面可允許放置區塊或其它手術儀器或允許其它手術儀器和測量裝置的聯接。在另一實施例中，模板可包括多個等距離或以可變距離隔開的狹槽，其中這些狹槽允許以可在手術中決定的多個切口高度或切削深度進行切削。在另一實施例中，模板可包括棘齒樣機制，其中可將棘齒放置在關節表面與模板之間或放置在模板與相對表面之間，其中相對表面可包括原生未切削相對表面、切削相對表面、相對表面模板、為相對表面設計的試驗植入物或植入物組件。通過使用棘齒樣裝置，可關于(例如)關節或關節位置的不同姿態角度，諸如在各方向的一或多種程度的彎曲、伸展、外展、內收、內部旋轉和外部
74旋轉優化軟組織張力。優化軟組織張力將提高有利地增強手術后性能的關節功能。舉例來說，可關于韌帶張力或肌肉張力，而且關于囊袋張力優化軟組織張力。在膝關節中，軟組織張力優化通常包括對于不同程度的膝彎曲和膝伸展進行的韌帶平衡，例如十字韌帶和/或側副韌帶。在一優選實施例中，3D導向模板可附接到關節上的兩個或兩個以上點。在一甚至更優選實施例中，模板可附接到關節上的三個或三個以上點，甚至更優選關節上的四個或四個以上點，甚至更優選關節上的五個或五個以上點，甚至更優選關節上的六個或六個以上點，甚至更優選關節上的七個或七個以上點，甚至更優選關節上的十個或十個以上點，甚至更優選待置換的整個表面的部分。在另一實施例中，模板可包括一或多個用于手術儀器的聯接。也可利用聯接來附接其它測量裝置，諸如對準導向板、髓內導向板、激光指向裝置、激光測量裝置、光學測量裝置、射頻測量裝置、手術導航等。所屬領域的技術人員應認識到可將許多手術儀器和對準測量裝置附接到模板。或者，可將這些手術儀器或對準裝置包括在模板內。在另一實施例中，鏈路或聯接可附接或可并入或可為支撐在第一關節表面上的模板的部分。所述鏈路或聯接可進一步延伸到通常為相對關節表面的第二關節表面。因此，所述鏈路或聯接可幫助第一關節表面與第二關節表面的交叉定位，最終使用第一關節表面的交叉定位輔助執行第二關節表面上的手術介入。第二關節表面可視情況經第二模板切削。 或者，可使用通過鏈路交叉定位到置于第一關節表面上的手術模具上的非個別化標準手術儀器切削第二關節表面。鏈路或聯接可包括調節構件，諸如棘齒、伸縮裝置和其類似物以優化第一關節表面與第二相對關節表面之間的空間關系。可關于不同程度的關節彎曲、伸展、 外展、內收和旋轉進行這一優化。在另一實施例中，可對切削關節表面或更通常的已使用模板和相關手術介入改變的關節表面進行聯接。因此，可從第一關節表面從附接到所述第一關節表面的模具、附接到以手術方式改變的(例如)切削關節表面的模具、附接到使用模具改變(例如切削或鉆) 的所述關節表面的手術儀器等進行交叉定位。所屬領域的技術人員將易于認識到這種方法的多個不同變化形式。與各種變化無關，在第一步中以手術方式，例如通過切削、鉆或擴孔使用模具改變關節表面，而在第二步中，以第二關節表面確立交叉定位。通過在所述第一與所述第二關節表面之間通過模板和/或在手術介入前或后確立交叉定位，可使用關于所述關節接合相對第一關節表面的更大精確度和提高的可用性進行對第二關節表面進行的手術介入。圖37A-D展示根據本發明的各種實施例，在相同關節表面(A-C)上具有聯接和具有與相對關節表面(D)的聯接的多個模板。生物力學軸表示為3700。在這一實例中設計水平股骨切口 3701、前部股骨切口 3702、后部股骨切口 3703、前部倒角切口 3704和后部倒角切口 3705。施用第一模板3705以確定水平切面并進行切削。切口垂直于生物力學軸3700。 第一模板3705具有用于連接用于前部切口 3702的第二模板3715和用于連接用于后部切口 3703的第三模板3720的聯接或擴張器3710。連接第一模板3705與第二模板3715和第三模板3720的聯接3710有助于實現模板相對于彼此的可重現位置。至少一個模板、優選第一模板3705將具有為關節表面3708的鏡像的表面3706。在這一實例中，所有三個模板具有面對關節并作為關節的鏡像的表面，盡管一個具有符合關節的表面的模板滿足本發明的許多應用。可視情況使用第四模板3725以作前部倒角切口 3704。第四模板可具有可確定前部倒角切口 3704的導向孔或參考平面3730。第四模板可(但不必)具有至少一個匹配一或多個經切削關節表面3740的表面3735。第四模板可具有一或多個外伸支架或擴張器 3745，以便相對于經切削或未切削關節表面穩定模板。可視情況使用第五模板3750作前部倒角切口 3705。第五模板可具有可確定后部倒角切口 3705的導向孔或參考平面3755。第五模板可具有至少一個匹配一或多個經切削關節表面3740的表面3735。斜面3760可有助于在程序期間進一步穩定模板。第五模板可具有一或多個外伸支架或擴張器3745,以便相對于經切削或未切削關節表面穩定模板。在另一實施例中，可參考第一關節側面3766插入相對關節側面3765。任何切削順序都是可能的首先股骨，然后脛骨；首先脛骨，然后股骨；首先髕骨等。模板3770可經成形為未切削或在這一實例中經切削第一關節側面。模板可具有抵靠第一關節表面的穩定器，例如具有在先前產生的用于植入物的銷孔3773中的擴張器3772。模板可具有到第二關節表面3765的聯接或擴張器3775。可將手術儀器附接到聯接或擴張器3775。在這一實例中，附接具有用于水平脛骨切削的多個空隙或參考平面3779的脛骨切削導向板3778。脛骨切削導向板可，但可不具有匹配脛骨表面的表面。通過將第一(例如)股骨定位到第二(例如)脛骨切口，可在這些切口的對準中獲得更大精確度，其將產生提高的植入物組件對準和較小磨損。可將棘齒樣裝置3785或鉸鏈樣裝置或間隔器插入第一與第二關節表面之間的間隙中，且可評估在第一關節表面3766 與第二 3765關節表面(其中的一或多個經切削或未經切削)之間達成的不同距離的軟組織張力和韌帶平衡。以此方式，可在不同姿態角度，例如彎曲或伸展程度，測試軟組織張力和韌帶平衡。可視情況使用張力計。已達成理想軟組織張力和/或韌帶平衡后，可通過一個導向孔3779參考股骨切口作脛骨切口。圖38為示例患者的股骨軸3801與脛骨軸3803的AP平面偏差的一實例。可在不僅包括ML平面而且包括AP平面的任何所需平面中測定軸偏差。可測量軸偏差。可測定所需校正，且可調節3D導向模板的位置、取向和形狀以達成必要校正。校正可(例如)經設計以達成股骨軸3801與脛骨軸3803將與生物力學軸3805 —致的結果。本發明視情況提供輔助手術中測試使用3D導向模具達成的手術介入的結果的試驗植入物和試驗裝置。試驗植入物或裝置可尤其適用于手術介入的后續調節和細調，從而 (例如)優化不同關節姿態角度的軟組織張力。在另一實施例中，模板也可允許手術中調節。舉例來說，模板可包括用于釘的開口。可將釘置于骨中，且模板可繞釘旋轉，從而優化(例如)膝關節的內側和外側韌帶張力或從而優化切口取向和植入物相對于解剖學或生物力學軸的所得旋轉和對準。在另一實施例中，可通過(例如)聯接將包括對準導向板的標準器具附接到模具， 且所述附接可允許對模具和隨后植入物對準與旋轉的額外調節。上述實施例可尤其適用于優化(例如)膝關節的包括韌帶平衡的軟組織張力。優化軟組織張力可有利地提高手術后功能和活動范圍。也可利用聯接來在關節表面上穩定并固定其他模具或手術儀器。此外，聯接可允許將一個大模具分離成多個較小模具。使用多個較小的連接模具有利地使得較小手術軸具有增強保留肌肉并降低皮膚切口大小的可能性。在另一實施例中，模板的全部或部分可由金屬、金屬-合金、鐵氟龍、陶瓷制成。在一更優選實施例中，將金屬、金屬-合金、鐵氟龍、陶瓷和其它硬質材料，通常提供(但不限于)大于邵氏(shore)60D的硬度的材料置于手術儀器將接觸模板的區域中。ii.用于韌帶修復和置換的3D導向模具根據本發明的實施例，也可利用3D導向模具來規劃方法并準備手術介入且進行用于韌帶修復和置換的手術介入。在一個實例中，使用3D導向模具來置換前部十字韌帶。前部十字韌帶為位于膝關節中心處的膠原性結構，且其由滑膜鞘覆蓋。韌帶具有三十(30)到三十八(38)毫米的平均長度和十(10)到十一(11)毫米的平均寬度。將韌帶接近附接到外側股骨髁內側表面的后部面觀。韌帶在關節內穿過前部、內側和遠端來到其在脛骨突起之間的脛骨平臺的前內側區的附接。韌帶的遠端部分成扇形展開以產生稱為韌帶印跡的大脛骨附接。韌帶具有包括前內部帶和后外側帶的兩個功能性分支。當膝關節伸展時，后外側帶緊張；且當膝關節彎曲時，前內側帶變緊張。由于ACL的內部結構和在股骨和脛骨上的附接側，ACL對膝關節彎曲和過度伸展時脛骨的前部平移和內部旋轉提供約束。在美國ACL損傷的發病率為3，000 個個體中約I個，且每年新增約250，000例損傷。舉例來說，包括肩袖、踝腱和韌帶或后部十字韌帶的其它腱和韌帶損傷也可能高
度普遍并頻繁。選擇理想骨隧道視野是例如前部和后部十字韌帶的韌帶重建的關鍵步驟。在以下段落中，將詳細地描述實施例，因為其可適用于前部十字韌帶。然而，明顯地下述所有實施例和其改進形式適用于其它韌帶，包括后部十字韌帶以及諸如踝關節或肩袖和肩關節周圍的膜的膜。前部十字韌帶正常前部十字韌帶包含大量纖維。各纖維可具有不同長度、不同起點和不同止點， 且在膝關節活動范圍中頻繁地處于不同張力下。現今ACL移植物的限制之一是其具有平行纖維。因此，即使理想選擇骨隧道的放置，ACL移植物的纖維也將隨關節活動范圍經歷長度和張力變化。因此，現今ACL置換不能復制初始韌帶。然而，將骨隧道的中心放置在最等距點使在運動期間可獲得的穩定性最大并使過后移植物磨損和最終所導致的失敗最小。在說明性實施例中，3D導向模板可經選擇并設計以在股骨和脛骨中實現高度精確、可重現和最低限度侵襲性的移植物隧道。在一個實施例中，在手術前進行諸如MRI的成像。在脛骨前部十字韌帶的情況下， 可利用影像來鑒別韌帶起點和其于相對關節表面上的止點。已鑒別出起點和印跡(即韌帶的止點)的估算位置后，可將3D導向模板施用于這些區域或其附近。可制造3D導向模板且使其成形到(例如)鄰近于預定隧道位置的關節表面，或其可經成形到(例如)髁間窩中荷重區外部的骨或軟骨。用于ACL修復的股骨或脛骨隧道放置的3D導向模板可包括用于參考點或導向孔的區塊、附接或聯接，所述參考點或導向孔導向并指引鉆的方向和取向和視情況也導向和指引鉆孔聞度。視情況，3D導向I旲板可為空心的。3D導向模板可為圓形、半圓形或橢圓體。3D導向模板可具有中心開口以容納鉆。在一個實施例中，將3D導向模板置于預定股骨或脛骨入口點上或其附近且隨后鉆孔。達成適當解剖學定位后，可創建韌帶隧道。3D導向模板、其形狀、位置和取向可經優化以反映股骨和脛骨中的所需隧道位置，其中選擇隧道定位、位置、取向和彎曲以達成最佳可能的功能性結果。放置股骨或脛骨隧道時的其它考慮事項包括距離皮層骨的充分距離以免隧道破損或破裂。因此，視需要，可視情況在股骨或脛骨3D導向模板的位置、形狀和取向中考慮隧道距相鄰皮層骨以及其它關節結構的距離以在最佳韌帶功能和可能的手術后并發癥(諸如隧道破損)之間達成最佳兼顧。在另一實施例中，可利用成像測試來確定韌帶的起點和止點。可基于例如CT掃描或MRI掃描的掃描時鑒別出的骨骼陸標進行這一確定。或者，可通過鑒別(例如)韌帶起點和韌帶附接區域內的韌帶殘余物進行這一確定。通過確定韌帶的起點和止點，可估算并測量預定移植物長度。可對不同關節姿態角度，諸如不同程度的彎曲、伸展、外展、內收、內部和外部旋轉，進行這一測量。在另一實施例中，可利用成像測試來鑒別理想移植物收集部位，其中可視情況選擇移植物收集部位以在近端和遠端包括足夠長的韌帶部分和下伏骨區塊，以滿足如先前在成像測試中測量出的移植物長度的要求。在自體移植物情況下，可利用可能具有聯接的相同3D導向模板的另一 3D導向模板來從供體部位收集韌帶和骨。視情況，也可利用3D導向模板或其經設計或成形或選擇以指導可選髁間窩成形的程度。這可包括(例如)移除骨贅。在ACL置換的情況下，3D導向模板可以此方式優化股骨和脛骨隧道部位的選擇。 甚至可對于不同膝姿態角度(即關節位置)和不同關節活動范圍優化隧道部位。選擇適當定位的股骨隧道部位確保最大手術后膝關節穩定性。脛骨隧道的關節內部位對移植物長度的變化具有較小影響，但可使用3D導向模板的適當放置、位置和形狀優化其位置以防止髁間窩碰撞。此外，3D導向模板可包括用于鉆的可選止件，以(例如)避免對相鄰神經血管束或包括關節軟骨或其它韌帶的相鄰關節結構的損傷。視情況，3D導向模板也可以包括用于(例如)鉆的止件以包括鉆孔深度。可使用3D導向模板確定脛骨隧道以及股骨隧道的方向和取向，由此其也將包括選擇最佳隧道取向以使如手術前測量出的移植物長度與隧道長度和移植韌帶的關節內長度匹配。在一個實施例中，脛骨3D導向模板經(例如)選擇以便其開口直接位于ACL脛骨印跡的解剖中心的后部。視情況，在脛骨導向模板的設計、形狀、取向和位置中可考慮解剖學陸標。這些包括(但不限于)外側半月板的前角、內側脛骨棘、后部十字韌帶和前部十字韌帶殘端。可在前部后部平面中通過延伸延續外側半月板的前角的內緣的線，利用3D導向模板定位隧道部位。這一平面通常將位于PCL內部邊界之前六(6)到七(7)毫米處。3D 導向模板的位置、形狀和取向通常將使得(處于適當的位置后)所得脛骨隧道和ACL移植物的所得位置和取向可接觸PCL的外側面觀，但不使其顯著偏離。類似地，處于適當的位置后，脛骨導向模板和所得韌帶隧道的位置和ACL移植物的所得位置可經選擇以便當膝關節 (例如)充分伸展時移植物既不磨損也不碰撞外側股骨髁的內側面觀或髁間窩的頂。以此方式，高度精確移植物放置是可能的，從而避免碰撞和后續移植物破損問題。
在另一實施例中，可評估手術前掃描以確定最大可能的移植物長度，例如髕骨腱移植物。如果擔心最大移植物長度對預定ACL置換并不足夠，那么可改變隧道位置和取向， 尤其股骨或脛骨出口，且其可經優化以使移植物長度與隧道長度和關節內長度匹配。在一優選實施例中，通過(例如)測量對于不同彎曲和伸展角度的最佳移植物長度在手術前測量或模擬移植物長度。使用這種方法，可以等距移植物放置、避免對PCL的碰撞和/或避免對股骨髁的碰撞之間的最佳兼顧達成3D導向模板的最佳位置、形狀、取向和設計，從而使可達到的移植物長度最大化。在手術中，股骨和/或脛骨3D導向模板可包括調節構件。這些調節構件可(例如)允許模板在后部或內側或外側取向上移動I或2或2毫米以上的間距，使得股骨或脛骨隧道移動。另外，手術中調節也可允許模板旋轉，使得所得股骨或脛骨隧道旋轉。可利用單個模板來獲得股骨隧道。也可利用單個模板來獲得脛骨隧道。可在任一側使用一個以上模板。視情況，模板可包括(例如)用于附接其他測量裝置、導向線或其它手術儀器的聯接。可以此方式附接或并入包括機械、電氣或光學裝置的對準導向板。在另一實施例中，可相對于第一關節表面交叉定位相對關節表面。舉例來說，在 ACL修復的情況下，可首先使用3D導向模板準備股骨隧道，由此3D導向模板幫助確定最佳股骨隧道定位、位置、取向、直徑和形狀。股骨導向模板可包括在脛骨下的鏈路或可附接聯接，其中可利用所述鏈路或所述可附接聯接來確定脛骨隧道的理想關節入口點。以此方式， 可在解剖學環境和股骨隧道的機械交叉定位中創建脛骨隧道。相反方法是可能的，由此首先使用具有到隨后創建的股骨隧道的鏈路或聯接的3D導向模板創建脛骨隧道。彼此參考創建股骨或脛骨隧道有利地幫助降低進行韌帶修復的難度，且其也可提高所選臨床情形中的手術的精確度。在另一實施例中，用于韌帶修復的模板可包括可選凸緣或擴張器。這些凸緣或擴張器可具有組織牽引器的功能。通過具有組織牽引器功能，用于韌帶修復的關節內模板可向外科醫生提供手術介入的預定部位的較清楚入口且提高觀測。此外，源自于或附接到3D 導向模板的凸緣或擴張器也可充當組織保護裝置，例如保護后部十字韌帶、關節軟骨或其它關節結構以及關節外結構。在另一實施例中，可利用另一 3D導向模板或與第一或第二關節3D導向模板的聯接來置放韌帶附接構件，例如干涉組。如果選擇同種異體移植物且所述同種異體移植物長度和視情況尺寸在手術前已知，那么可進行3D導向模板和其它隧道的位置、形狀和取向的額外調節以使移植物尺寸與隧道尺寸匹配，且使移植物長度與股骨內隧道長度、關節內長度和脛骨內隧道長度匹配。視情況，對于關節的不同姿態角度，例如不同程度的彎曲或伸展，可進行所述調節和優化。圖40A-C說明3D導向模板用于進行韌帶修復、在此情況下前部十字韌帶(ACL)修復的一例示性用途。將3D導向模板4000置放于髁間窩區域4005中。模板4000的至少一個表面4010為窩4005或股骨的至少部分的鏡像。可視情況抵靠滑車和/或股骨髁(未圖示)置放模板4000。模具4000包括開口 4020和視情況金屬套筒4030，其中開口 4020和 /或金屬套筒4030的定位、位置和取向確定股骨移植隧道4040的位置和取向。可使用胚骨模板4050確定胚骨隧道4060的位置和取向。具體來說,胚骨模具4050內的開口 4065將確定脛骨隧道4060的位置、角度和取向。開口可包括可選金屬套筒4068。 脛骨模板4050的至少一個表面4070將大體上匹配脛骨4075的表面。模板可與脛骨脊4080 相匹配，其中脛骨脊在手術介入期間可幫助鑒別模具的正確位置和幫助將模板固定在適當的位置。值得注意的是，套筒4030和4068可由例如陶瓷的其它硬質材料制成。可視情況在程序期間使用(例如)基爾希納鋼絲或螺釘將股骨和/或脛骨模板附接到股骨或脛骨關節表面。圖40C展示脛骨平臺4085的俯視圖。將PCL 4086視為半月板4087。展示ACL附接4090的初始部位。預定隧道部位4092可稍微位于原始ACL附接4090的后部。可將模板4095放置在預定移植物隧道4092上方。模板通常將具有稍微大于預定隧道部位的周長。 模板可允許附接、聯接或把手。PCL 修復以上所述的所有實施例也可適用于PCL修復以及其它韌帶或腱的修復。對于PCL修復，可為單一以及雙束手術技術設計3D導向模板。以單束手術技術， 可使用將幫助在韌帶的解剖學起點的位置中創建股骨隧道的手術儀器的模板或相關參考點或導向孔的位置、取向和形狀創建3D導向模板。或者，模板和任何相關參考點或導向孔或聯接可經設計和放置，以便進行股骨隧道在解剖學印跡中的前部放置。股骨隧道的更前部放置可優于等距移植物放置恢復正常膝松弛。3D導向模板可經設計以便不僅在膝關節伸展時獲得最佳張力，而且在膝關節彎曲、尤其90度膝關節彎曲時獲得最佳張力。因此，可在手術前在掃描時通過鑒別剩余纖維束或鑒別下伏解剖學陸標來鑒別PCL的起點和止點。因此，起點和止點之間的距離可在伸展時確定，且對于不同彎曲程度或其它關節位置，其可經模擬。然后，可優化股骨和脛骨隧道置放和取向以達成等距或接近等距韌帶置放。如上述實施例中，所述手術中調節是可行的。也可使用雙束重建技術來將3D導向模板設計在股骨以及脛骨側上。以雙束重建技術，股骨或脛骨模板可包括或并有鏈路或可具有可附接聯接，以便股骨隧道可創建且與脛骨隧道交叉定位，或脛骨隧道可創建且經交叉定位到股骨隧道。如對于ACL所述，模板可包括用于鉆和擴孔裝置或其它手術儀器的止件以(例如) 保護膝后彎的神經血管結構。模板可包括充當組織牽引器以及組織保護裝置的擴張器或凸緣。原則上，模板可經設計以與任何所需手術技術相容。在PCL修復的情況下，模板可經設計以與單束或雙束重建、脛骨鑲嵌技術以及其它方法相容。如先前所述，3D導向模板適用于任何類型的韌帶或腱修復，且可提供預定附接部位或隧道的可重現、簡單手術中定位。對于關節解剖學以及生物力學情形，3D導向模板的形狀、取向和位置可經個別化和優化，且其不僅可并入關節形狀，而且可并入解剖學線、解剖學平面、生物力學線或生物力學平面，以及植入期間待植入或使用或韌帶或腱撕裂手術修復期間待使用的裝置或錨或儀器的形狀的部分或全部。iii.碰撞綜合癥、移除包括骨贅的外生性骨生長也可通過(例如)模板導向的骨贅或外生性骨生長的移除，利用3D導向模板來治療碰撞綜合癥。在本發明的一個實施例中，通過關注區域獲得諸如CT掃描或MRI掃描的成像測試。如果使關節成像，那么影像可顯示在關節內和關節外位置中的骨贅或更通常外生性骨生長。然后，可利用掃描數據設計匹配鄰近于外生性骨生長或骨贅的表面、覆蓋外生性骨生長或骨贅或兩者或一者或兩者的部分的表面的模板。模板可具有允許放置用于移除外生性骨生長或骨贅的手術器具的開口或孔隙或聯接，所述手術器具諸如擴孔器、鉆、可轉動刀刃和其類似物。所屬領域的技術人員應認識到可以此方式使用的許多不同手術儀器。可應用3D導向模板治療局部碰撞綜合癥的兩個代表性實例是髖關節鉗形和可控主動運動碰撞綜合癥。鉗形和可控主動運動碰撞表示由末端活動范圍中近端股骨和髖臼輪緣之間的鄰接所導致的股骨-髖白碰撞癥候群。未經治療的股骨-髖白碰撞可引起髖關節骨關節炎。在可控主動運動碰撞中，通常位于頭-頸接合面附近的股骨頭的非球形部分在髖關節運動期間擠進髖白中。可控主動運動碰撞可導致大量剪切力和隨后導致軟骨侵蝕。在本發明的一個實施例中，可在手術前進行諸如CT掃描或MRI掃描的成像測試。 可使用成像測試來鑒別在造成碰撞的頭-頸接合面的股骨頭的非球形部分。可設計可在手術中應用到這一區域的3D導向模板。模板經設計以實現三個主要功能I.通過將3D模板的個別化部分放置于所述區域上或直接鄰近于所述區域放置， 在手術中高度精確鑒別股骨的非球形部分。2.指導手術儀器移除非球形部分并重建球形或基本上球形的形狀。3.控制骨移除的深度和骨移除的形狀。出于這一目的，可將止件并入3D導向模板的設計中。值得注意的是，止件可為不對稱的且甚至可經設計成所需關節輪廓的鏡像。圖41展示使用3D導向模板4100治療可控主動運動碰撞的一實例。可使用插入導向孔4110中的鋸(未圖示)移除碰撞區域4105。導向孔可經設計并放置以便僅移除關節的碰撞部分。在鉗形碰撞中，在正常股骨頭-頸接合面與髖白的擴大或肥大部分之間發生線性骨接觸。在手術前可進行成像測試以鑒別髖白的異常、高覆蓋或擴大區域。可在例如CT掃描或MRI掃描的成像研究時確定骨移除的量。然后，可設計將達成以上在可控主動運動碰撞中所述的相同三個功能的3D導向模板。圖42展不使用3D導向模板4200治療鉗形碰撞的一實例。可使用插入導向孔4210 中的鋸(未圖示)移除碰撞區域4205。導向孔可經設計并放置以便僅移除關節的碰撞部分。在任何形式的肌肉骨骼碰撞綜合癥中，造成碰撞的異常骨表面的精確且可重現鑒別都很關鍵。3D導向模板系統為理想地適合于達成所述目的且指導手術儀器移除碰撞源。 此外，由于在手術前在成像測試期間和在手術中使用3D導向模板進行碰撞區域的定位，因此所述方法允許最低限度侵襲性、保留組織、尤其保留肌肉的方法。iv.手術導航和3D導向樽板可組合如本文所述的3D導向模板技術與手術導航技術。出于所述目的，手術導航技術可經影像指導或未經影像指導。可采用被動或主動手術導航系統。可使用采用光學或射頻傳輸或配準的手術導航系統。一代表性實例為Brain Lab, Germany制造的Vector Vision導航系統。其為被動紅外導航系統。患者經適當地定位于手術室中后，可在預定手術區域附近將后反射標記施用于肢體。使用影像指導的導航，可將諸如CT掃描或MRI掃描的成像研究轉換到導航系統的工作站中。出于配準目的，外科醫生可(例如)利用指針導
81航器具來接觸CT或MRI掃描時同時共鑒別且交叉配準到工作站上的4個或4個以上參考點。在膝關節中，參考點可包括滑車溝槽、外側髁的最外側點、最內側股骨髁、脛骨脊的尖端等。使用影像指導的導航，可以可靠地確定關節的解剖學和生物力學軸。或者，可利用非影像指導的導航。在所述情況下，可將后反射標記或小型射頻傳輸器置于肢體上。利用肢體和關節的運動來(例如)鑒別轉動中心。如果預期膝關節手術， 那么膝關節可繞股骨旋轉。可利用標記或射頻傳輸器運動來鑒別旋轉中心，其將與股骨頭中心一致。以此方式，可非侵襲性地確定生物力學軸。可利用產生成像指導的導航的關于解剖學或生物力學軸的信息優化附接到3D導向模具或通過3D導向模具指導的任何模具、區塊、聯接或手術儀器的位置。在一個實施例中，可在手術中使用(例如)超聲波或光學成像方法掃描關節或更尤其關節表面。光學成像方法可包括立體照相或立體照相類成像方法，例如關節和關節表面的多光程立體照相成像或甚至單光程3D光學成像。適用的其它掃描技術為(例如)視情況也可用于產生剖面影像的安裝C臂的熒光成像系統，諸如CT掃描。手術中CT掃描儀也適用。使用手術中掃描，可產生可用來產生個別化模板的關節或關節表面的點云或3D重建或3D直觀化和其它3D表示，其中所述模板的至少一部分包括為關節或關節表面的鏡像的表面。可在手術室中或在手術室附近獲得快速原型技術或銑床或其它生產機械，且可在手術中產生3D導向模板。手術中掃描結合完全或至少部分匹配關節或關節表面的個別化3D導向模板的快速產生具有快速產生用于使包括關節陸標的解剖學陸標快速手術中定位的器具的優勢。然后，可使用(例如)以手術導航系統附接到模板的光學標記或射頻傳輸器，視情況交叉配準 3D導向模板。通過以手術導航系統交叉定位3D導向模板，現在可重現地使手術儀器關于 3D導向模板定位以與一或多個解剖學軸和/或至少一或多個生物力學軸或平面對準或與其呈確定關系進行后續程序。V.立體觀測、立體成像除包括CT、螺旋CT和MRI的剖面或容積成像技術外，還可使用立體成像模式。立體成像為任何能夠從兩個二維投影成像記錄三維信息的技術。傳統立體成像包括由一對2D 影像起始產生3D直觀顯示或表示。偏移2D影像的投影路徑。偏移(例如)經設計以對觀察者的眼產生目標深度的印象。雙目視覺中兩個眼天然接收的兩個影像之間的偏移或微小偏差與探測器相似。使用具有透視中的偏移或微小偏差的兩個或兩個以上影像，有可能產生關節或關節表面的點云或3D表面或3D直觀顯示，然后可將其輸入諸如快速原型技術或銑床的制造系統中。可采用雙或多光程以及單光程系統。vi.膝關節當預期全膝關節成形術時，患者可經歷如以上更詳細討論的成像測試，其將顯示膝關節的關節解剖結構，例如股骨髁、脛骨平臺的寬度等。另外，可將其它關節包括于成像測試中，從而產生關于股骨和脛骨軸、諸如內翻和外翻的變形和其它關節對準的信息。成像測試可為X射線影像(優選地在支撐式、載荷承載位置)、CT或螺旋CT掃描或MRI掃描或其組合。螺旋CT掃描可優于標準CT掃描，這是由于除X和y分辨率之外其還具有提高的z 方向上空間分辨率。成像測試產生的關節表面和形狀以及對準信息可用來使手術協助裝置成形，從具有預制造形狀和尺寸的不同裝置的庫中選擇出手術協助裝置，或可進入手術協助裝置且可用于界定鋸導向板或鉆孔或用于擴孔裝置或其它手術儀器的導向板的優選位置和取向。在手術中，通過使手術協助裝置的表面與關節表面匹配，或通過將其附接到骨或軟骨上的解剖學參考點，將手術協助裝置施用到脛骨平臺且隨后施用到股骨髁。然后，外科醫生可引入擴孔器或鋸穿過導向板且準備關節以供植入。通過沿在解剖學上界定的平面切削軟骨和骨，可實現植入物的更可重現放置。通過優化施加到患者解剖結構的植入物和周圍骨的生物力學壓力，和最小化植入物的軸對準偏離，這一點最終可產生改良的手術后結果。另外，手術協助裝置可極大地降低全或單室膝關節成形術所需的手術儀器的數目。因此，使用一或多個手術協助裝置可幫助更精確地進行關節成形術，提高手術后結果，提高長期植入物存活，通過降低所用手術儀器的數目降低成本。此外，使用一或多個手術協助裝置可幫助降低程序的技術難度且可幫助降低手術室(“0R”)時間。因此，也可設計本文所述的手術器具且(例如)當準備接收植入物的部位時使用其控制鉆對準、深度和寬度。舉例來說，本文所述的通常符合關節表面的器具可提供提高的鉆對準和任何植入物的更精確放置。可通過許多方法構造在解剖學上恰當的器具，且所述器具可由任何材料制成，所述材料優選地為大體上半透明和/或透明材料，諸如塑料、盧賽特(Lucite)、硅橡膠、SLA或其類似物，其在成型前通常為塊狀形狀。圖24A以剖面描述胚骨表面上所用的具有上表面620的模具600的一實例。模具 600含有孔隙625，通過其可裝配手術鉆或鋸。如圖21B-D所說明，孔隙指導鉆或鋸在下伏骨610中作適當孔或切口。虛線632說明將在骨中作對應于孔隙的切口之處。圖24B描述適用于在股骨上使用的模具608。如從此透視圖可了解，提供其它孔隙以在骨表面上實現其它切口。孔隙605使得能夠對股骨表面作切口 606。通常如圖21E 中所示，所得股骨形狀對應于股骨植入物的內部表面的形狀。必要時，可通過改變孔隙的大小、取向和放置實現其它形狀。如果(例如)植入物的股骨組件的內部形狀要求所準備股骨表面的不同形狀，那么將需要所述變化。現參見圖25，提供展示脛骨切削區塊和模具系統的多個插圖。圖25A結合脛骨切削區塊2300說明尚未切除的脛骨2302。在這一圖中，切削區塊2300由至少兩塊組成。第一塊為患者特異性內部塊2310或模具，其經設計在其下表面2312上以配合或大體上配合患者脛骨2302的現有地形。第一塊2310的上表面2314和側表面2316經配置以配合在外部塊2320的內部。可再次使用的外部塊2320裝配在內部塊2310上方。所述系統可經配置以使模具固持到骨上。可再次使用的外部塊具有上表面2322和與第一塊2310配合的下表面2324。可再次使用的外部塊2320包括切削導向板2328以輔助外科醫生作上述脛骨表面切口。如本文所示，可提供多個切削導向板以向外科醫生提供多個在作脛骨切口中可選擇的位置。必要時，可提供裝配在第一患者配置或成型塊2310與第二可再次使用的外部塊或切削區塊 2320之間的其它間隔器。明顯地，模具可為單組件或多組件。在一優選實施例中，一或多個組件為患者特異性的，而諸如與手術儀器的間隔器或連接器的其它組件為普通的。在一個實施例中，模具可支撐在關節表面上的關節部分上或在關節表面以外。然后，可將其它手術器具連接到模具。 舉例來說，如對于標準植入物所述的標準手術切削區塊，例如在膝關節中，J&J PFC Sigma 系統、Zimmer Nexgen系統或Stryker Duracon系統,可連接或置于模具上。以此方式,可使患者特異性組件最小化且與標準手術儀器相容。模具可包括用于包括對準器具或導向板的標準手術儀器的接受器。舉例來說，適用于膝關節手術的脛骨模具可具有擴張器或接受器或開口以接收脛骨對準桿。以此方式， 可相對于標準對準器具和方法校驗模具的位置。此外，模具與標準對準器具(也包括手術導航技術)的組合使用可幫助提高關節成形術(諸如髖關節或膝關節成形術)中組件放置的精確度或優化關節成形術中的組件放置。舉例來說，模具可幫助界定用于放置脛骨組件的水平脛骨切口的深度。結合脛骨模具使用的脛骨對準導向板，例如髓外或髓內對準導向板，可幫助找出最佳前后彎曲、后部坡度、脛骨傾斜或脛骨切口的內翻-外翻角度。模具可經設計以結合所屬領域中已知的傳統對準器具工作。模具可包括例如光電子或射頻標記的標記用于手術導航。模具可具有可直接或通過連接部件附接所述標記的接受器。模具可組合手術導航系統使用。其可用于將與關節相關的骨配準到手術導航系統的坐標系統中。舉例來說，如果用于關節表面的模具包括用于手術導航的跟蹤標記，那么可在將模具放置在其獨特位置后，通過手術導航系統檢測骨的確切位置和取向。這幫助避免獲取用于配準的關節表面上數十個到數百個點的坐標的耗時需要。再次參見圖25，內部塊的可變性質利于獲得最精確切口，而不管關節疾病的程度， 這是由于其使外部塊2320定位以使得其可達成垂直于力學軸的切口。內部塊2310或外部塊2320可由以上在第II部分中所討論的任何材料或任何其它適當材料形成。另外，所屬領域的技術人員應了解本發明不局限于本文所述的兩塊配置。可再次使用的外部塊2320 和患者特異性內部塊2310可為患者特異性(其中材料的制造成本支持所述產品)或基于回應已知或常見脛骨表面尺寸和缺陷開發出的大體上符合缺陷的形狀的庫的可再次使用的單個塊。內部塊2310通常經成型吻合包括軟骨下骨和/或軟骨的脛骨。外科醫生通常將在應用模具之前移除任何剩余半月板組織。視情況，模具的內部表面2312可包括半月板的部分或全部的形狀信息。現參見圖25B-D，可移除外部塊2320的多個圖。外部塊的上表面2322可相對平坦。鄰接內部塊的下表面2324符合內部塊的上表面的形狀。在這一插圖中，內部塊的上表面平坦，因此可再次使用的外部表面的下表面2324也是平坦的以提供最佳配合表面。提供沿外部塊2320的至少一部分的側面延伸的導向隔板2326。導向隔板2326提供一或多個狹槽或導向板2328，通過其可插入鋸條以實現脛骨表面所需的切口。另外，狹槽或導向板可經配置以便鋸條在垂直于力學軸的線切削，或以便其在垂直于力學軸、但在矢狀面中具有4-7°坡度以匹配脛骨的正常坡度的線切削。視情況，可提供(例如)使鉆能夠將孔擴孔入骨中用于膝關節植入物的脛骨組件的莖干的中心孔2330。圖25E-H由多個透視圖說明內部、患者特異性塊2310。圖25E展示說明均一上表面2314和非均一側表面2316以及不規則下表面2316的塊的側視圖。下表面與胚骨2302 的不規則表面配合。圖25F說明模具的內部、患者特異性塊2310的俯視圖。視情況具有孔隙2330。圖25G說明內部患者特異性模具塊2310的仰視圖，其進一步說明視需要包括表面凸起和凹穴部分以實現與脛骨表面的最佳配合的不規則表面。圖25H說明內部患者特異性模具塊2310的剖面圖。如剖面中可見，內部表面的表面沿其長度變化。如從圖25B和D中所示的圖將顯而易見，導向隔板2326的長度可使得其沿脛骨平臺的全部或部分延伸，例如，其中如25B中所示導向隔板2326經不對稱定位，或如圖23D 所示對稱。如果預期全膝關節成形術，那么導向隔板2326的長度通常沿脛骨平臺的全部延伸。如果預期單室關節成形術，那么導向隔板的長度通常沿外科醫生將動手術的隔室的長度延伸。類似地，如果預期全膝關節成形術，那么成型、內部塊2310的長度通常沿脛骨平臺的全部延伸；其可包括一或兩個脛骨脊。如果預期單室關節成形術，那么成型內部塊的長度通常沿外科醫生將動手術的隔室的長度延伸；其可視情況包括脛骨脊。現參看圖251，描述孔隙2330的一替代實施例。在這一實施例中，孔隙的特征在于外側凸出以容納使用擴孔器，或沖壓以在骨中產生接受具有凸緣的莖干的開口。圖25J和M描述本發明的替代實施例，其經設計以控制切削區塊2320相對于模具 2310的移動和旋轉。如圖25J中所示，提供一系列說明為銷2340的從模具的上表面延伸出的凸出。如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，可使用一或多個銷或凸出。為達成說明目的，已經將兩個銷展示于圖25J中。根據所需控制，銷2340經配置以裝配在(例如)實現如圖23K所說明的旋轉調節的彎曲狹槽2342內或裝配在如圖 25L中所示形狀符合銷2340的凹座2344內。如所屬領域的技術人員所應了解，凹座2344 可經定尺寸以恰好地包涵銷，或經定尺寸大于銷以允許有限外側和旋轉移動。凹座可包含金屬或其它硬質插入物544。如圖25M所說明，模具2310的表面可經配置以使得上表面形成裝配于在切削區塊 2320的內部表面上提供的凹形孔2352中的凸起半球2350。這種配置實現繞力學軸的較大旋轉移動，同時限制外側移動或平移。在不悖離本發明的范圍的情況下，可使用其它實施例和配置來實現這些結果。如所屬領域的技術人員所應了解，如果適當，可使用兩個以上塊構成所述系統。舉例來說，患者特異性內部塊2310可為經配置以當置于脛骨上時形成單塊的兩塊。另外，外部塊2320可為兩個組件。舉例來說，第一組件可具有切削導向孔2328。使用切削導向孔 2328進行切除術后，可移除外部塊2320且可使用第二外部塊2320’，其不具有帶有切削導向孔2328的導向隔板2326，但具有利于在脛骨表面中鉆出接收膝關節植入物的脛骨組件的莖干的孔隙的孔隙2330。必要時，這些設計中的任一種的特征也可在于圖25J-M所示的表面配置。圖25N說明切削區塊2320的一替代設計，其提供其它結構2360以在準備脛骨平臺期間保護(例如)十字韌帶不受切削。這些其它結構可呈如圖25N中所示的齒狀導向板 2360的形式或為其它適當結構。圖250說明在內部塊2310的表面上具有將內部塊2310錨定到軟骨或半月板區域中的錨定銷2362的系統的剖面。圖25P和Q說明經配置以覆蓋脛骨平臺的一半以使得其為單室的裝置2300。圖25R說明根據本發明的一個實施例，與脛骨2302具有多個接觸表面2312的內部塊2310。與一個大接觸表面相反，內部塊2310包括多個較小接觸表面2312。在各種實施例中，多個接觸表面2312并不在樣品平面上且相對于彼此成一定角度以確保在脛骨2302 上適當定位。可需要兩個或三個接觸表面2312來確保適當定位。在各種實施例中，僅可使內部塊的接觸表面2312成型，使用所屬領域中已知的方法，諸如粘合劑，將模具附接到模板的剩余部分。可將模具可拆卸式附接到模板。應了解在包括一個或多個塊的模板實施例中可利用多個接觸表面2312。現參見圖26，描述利于準備股骨表面以使得最終植入的股骨植入物將達成最佳力學和解剖學軸對準的股骨模具系統。圖26A說明股骨2400，其具有置于其上的模具的第一部分2410。在這一圖中，模具2412的上表面具有多個孔隙。在所述情況下，孔隙由一對矩形孔隙2414、一對方形孔隙 2416、中心孔孔隙2418和長矩形孔隙2420組成。第一部分2410的側表面2422也具有矩形孔隙2424。各孔隙大于待在股骨上作的最終切口以便在模具的第一部分的材料由諸如塑料的軟質材料制成的情況下，在關節表面準備過程中，其將不會被無意中切削。另外，可調節形狀，例如將矩形形狀制成梯形形狀，以在不增加另一區域的靈活性的情況下，提供沿一個區域的切削長度的較大靈活性。如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，可改變孔隙或孔口的其它形狀。圖26B由說明孔隙2424的側表面2422的透視圖說明第一部分2410的側視圖。如所說明，外部表面2411具有平坦或相對平坦配置的均一表面，而內部表面2413具有符合或大體上符合股骨表面的不規則表面。圖26C說明第一、患者特異性成型部分2410的另一側視圖，更尤其說明內部的不規則表面2413。圖26D由俯視圖說明第一部分2410。視情況提供中心孔孔隙2418以利于
使第一塊定位并防止中心旋轉。圖26D說明第一部分2410的俯視圖。插圖的底部對應于相對于膝關節的前部位置。如上所述，由俯視圖說明各孔隙。如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，孔隙可經不同地成形。現參見圖26E，說明具有置于股骨上的切削區塊的第一部分2410和置于第一部分 2410上方的第二外部部分2440的股骨2400。第二外部部分2440的特征在于一系列矩形溝槽(2442-2450)，其利于通過其插入鋸條以作實現圖21E所說明的股骨形狀必需的切口。 這些溝槽可使得刀刃能夠以90°角度或例如45°角度達到外部部分的表面。在不悖離本發明的范疇的情況下，其它角度也是可能的。如由虛線所示，第二部分2440的溝槽(2442-2450)覆蓋第一層的孔隙。圖26F說明第二外部切削區塊部分2440的側視圖。從側視圖可見，提供單個孔隙 2450以達到股骨切口。圖26G為第二外部部分2440的另一側視圖，其展示矩形溝槽的位置和相對角度。如由此圖所指出，溝槽2442、2448和2450的取向垂直于第二外部部分2440 的至少一個表面。溝槽2444、2446的取向成一個不垂直于第二外部部分2440的至少一個表面的角度。這些溝槽(2444、2446)利于對股骨作成一定角度的倒角切口。圖26H為第二外部部分2440的俯視圖。如所屬領域的技術人員所應了解，溝槽的位置和取向將取決于股骨植入物的設計和股骨與植入物連通所需的形狀而變化。圖261說明用于第一部分2410與第二部分2440之間的間隔器2401。間隔器2401 相對于第一部分提升第二部分，因此相對于股骨表面增加作穿過溝槽2424的切口的區域。 如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，可采用一個以上間隔器。也可使用間隔器作脛骨切口。可提供可選溝槽或通道2403以容納(例如)圖26J所示的釘2460。類似于以上關于圖25所討論的設計，可使用替代設計來控制切削區塊2440相對于模具2410的移動和旋轉。如圖26J中所示，提供一系列說明為銷2460的從模具的上表面延伸出的凸出。必要時，這些銷或凸出可為便于模具使用的伸縮裝置。如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下，可使用一或多個銷或凸出。為達成說明目的，已經將兩個銷展示于圖26J中。取決于所需控制，銷2460經配置以裝配在(例如)類似于圖25K所說明的狹槽實現旋轉調節的彎曲狹槽內，或裝配在類似于圖251所示且關于脛骨切削系統所述，形狀符合銷的凹座內。如所屬領域的技術人員所應了解，凹座2462可經定尺寸以恰好包涵銷，或經定尺寸大于銷以允許有限側向和旋轉移動。如圖26K所說明，模具2410的表面可經配置以使得上表面形成裝配在提供于切削模塊2440的內部表面上的凹形孔2466中的凸起半球2464。這種配置實現繞力學軸的較大旋轉移動，同時限制側向移動或平移。在安裝植入物中，首先使用諸如圖26所示的脛骨區塊切削脛骨表面。將患者特異性模具置于股骨上。接著，使膝關節處于伸展形式，且(必要時)使用諸如圖26M所示的間隔器2401或墊片直到在伸展與彎曲中達成關節最佳功能。間隔器或墊片通常具有例如5mm 厚的增量大小以當使腿處于伸展與彎曲中時提供增加的距離。可使用張力計來協助所述測定或可將張力計并入模具或間隔器中以提供最佳結果。在所屬領域中已知張力計的設計且其并不包括在本文中以避免使本發明含糊。適當設計包括(例如)那些描述于1997年5 月20日頒予的Todd的美國專利5，630, 820中的設計。如圖26N(矢狀圖)和260 (冠狀圖)所說明，模具2410的內部表面2413可包括可幫助抵靠軟骨2466或軟骨下骨2467穩定模具的小型齒2465或延伸。根據本發明的一實施例，可使用3D導向模板來在同一和/或相對關節表面或相對關節骨上產生一個以上切口。可使用一或多個導向模板將這些切口與其它切口交叉定位。根據本發明的一個實施例，利用3D導向模板在諸如膝關節的股骨側的同一關節側上作一個以上切口。在另一實施例中，可利用3D導向模板來將手術介入交叉定位到相對關節表面上。舉例來說，在膝關節中，第一關節表面可為股骨表面。相對關節表面可為脛骨表面或髕骨表面。在髖關節中，第一關節表面可為髖白。相對關節表面或相對骨可為近端股骨。因此，在膝關節中，可將水平股骨切口與前部或后部股骨切口或視情況也與倒角、 傾斜切口交叉定位。類似地，可將脛骨水平切口與同一關節側或表面上的任何脛骨傾斜或垂直切口交叉定位。根據另一實施例，可將一或多個股骨切口與一或多個脛骨切口交叉定位。或在髖關節中，可將一或多個髖白切口或手術介入與一或多個股骨切口或諸如鉆、擴孔或鉆孔的手術介入交叉定位。類似地，再次在膝關節中，可將一或多個股骨切口與一或多個髕骨切口交叉定位。任何組合和順序都是可能的。可通過包括間隔器或鉸鏈或棘齒樣裝置的附接或聯接從第一關節骨和/或軟骨表面到第二關節骨和/或軟骨表面進行交叉定位。可通過測試多個姿態角度或關節位置 (諸如彎曲、伸展、內部或外部旋轉、外展或內收)的切口來優化相對關節、骨或軟骨表面上切口的所得定位。因此，例如在膝關節中，可以模具作遠端股骨切口。通過聯接或附接，可將脛骨模板與其附接或附接到切口或其它手術介入，因此交叉定位可從股骨切口關聯到脛骨切口或其它手術介入。通過(但不限于)與模板的附接或聯接從第一關節表面交叉定位到第二關節表面具有以下優勢確保第一關節表面的植入物或其它治療裝置組件與第二關節表面上的植入物或其它治療裝置組件的最佳對準。此外，通過將第一關節表面上的手術介入交叉定位到第二關節表面，所得手術程序可獲得提高的效率和時間節省。可以單個聯接或附接或多個聯接或附接在(諸如)膝關節中進行第一、第二和視情況第三或更多關節表面的交叉定位。在整個手術介入期間可測試并優化關節的單個姿態角度或位置或關節的多個姿態角度或位置。此外，可通過視情況交叉定位到諸如標準對準導向板的其它測量器具來進一步優化相對第二關節表面、骨或軟骨上的任何所得手術介入。舉例來說，在膝關節中，可利用3D模板在股骨側上進行一或多個手術介入，諸如股骨切口。然后，可通過聯接、附接或通過間接交叉定位直接到手術介入的部位上利用其指導手術介入，諸如脛骨側切口。在脛骨側進行手術介入之前，可使用與踝轉動的內側和外側踝具有交叉定位的傳統脛骨對準導向板來優化諸如切口的所規劃手術介入的位置、取向和 /或深度和程度。舉例來說，交叉定位到股骨切口可幫助界定脛骨切口的相對上下高度，而可視情況利用交叉定位胚骨對準導向板來確定內后部方向上切口的傾斜度。現描述一例示性系統和方法，其中使用股骨模板在股骨上作切口，然后將其交叉定位以適當地對準脛骨模板以供在脛骨平臺上作切口。最初，使用上述實施例中詳述的成像技術獲得腿的電子影像。舉例來說，可獲得患者腿的手術前CT掃描以獲得電子影像數據。然后，將影像處理應用于影像數據以獲得(但不限于)相關關節表面、軸和/或剖面。影像處理技術可包括(但不限于)點云的分割和發散。可通過鑒別(例如)中心股骨頭、中心膝關節和遠端脛骨的中心獲得有關生物力學和/或解剖學軸數據。然后可基于這些軸中的至少一個界定切削平面。舉例來說，如圖 26P所說明，承載脛骨植入物的表面可經界定垂直于由脛骨平臺2496的中心和遠端脛骨 2497的中心界定的軸；如圖26Q所說明脛骨植入物的內側邊緣可投影到股骨頭；且脛骨的前部到后部坡度可接近天然解剖學坡度(或者可校正過度脛骨坡度)。可至少部分基于所獲得關節表面、軸和/或切面設計脛骨和股骨模板和植入物。 圖26R和26S分別展示根據本發明的一實施例的股骨模板2470和脛骨模板2480的等角視圖。股骨模板2470具有在各種實施例中符合或大體上符合股骨2475的解剖學表面(骨和 /或軟骨)的內部表面。此外，股骨模板的內部表面可繞髁的解剖學骨表面延伸所需量以進一步確保適當固定。脛骨切削區塊2480的內部表面可符合或大體上符合脛骨2481的表面 (骨和/或軟骨)。在一例示性用途中，例如當膝關節彎曲時，將股骨模板2470放置在股骨髁2475 上。可使用(但不限于)通過鉆套孔2471和2472插入的錨定螺釘/鉆釘將股骨模板2470 固定到股骨髁2475上。髁上孔2471和2472的位置可為用以將最終植入物錨定到股骨的相同位置。在各種實施例中，孔2471和2472可包括金屬插入物/套以防止當鉆孔時降級。 將模板2470固定到股骨髁2475有利地防止模板在后續切削或其它手術介入期間移動，從而確保所得手術切口的精確度。
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為協助股骨模板2470的精確定位，如圖26T中所示可將股骨導向參考器具2473 附接到股骨模板2470。股骨導向參考器具2473可(但不限于)附接到孔2471和2472中的一個。股骨導向參考器具2473可參考脫離后部髁的切線邊緣并輔助(例如)股骨模板 2470的正確前部到后部定位。將股骨模板2470適當固定到股骨髁2475后，使用切削導向表面或元件2474對股骨髁作切口。切削導向表面或元件2474與股骨模板2470可為整體，或可以由比股骨模板 2470硬的材料制成的附接附接到股骨模板2470。舉例來說，切削導向表面或元件2474可為在股骨模板2470上滑移的金屬突起，模板2470可由(但不限于)較軟塑料材料制成。根據本發明的一實施例，作股骨切口并移除股骨模板2475后，如圖26U中所示將樣品植入物模板2476(不是最終植入物)視情況定位于髁上。可通過使用(但不限于)通過用以將最終植入物錨定到股骨的相同孔插入的錨定螺釘/鉆釘將樣品植入物模板2474 附接到髁。樣品植入物模板2476包括用于附接脛骨模板2480的附接機制2494，從而關于股骨切口 /植入物放置交叉定位遠端脛骨切口的放置。附接機制2494可為(但不限于)如圖26U中所示的軸節，或所屬領域中已知的其它附接機制，諸如卡扣固定(snap-fit)機制。 應注意在替代實施例中，并不要求樣品植入物模板2476。舉例來說，可將脛骨模板2480直接附接到股骨模板2470。然而,在本實施例中，股骨模板2475的鉆套特征將干擾膝進入延伸中，阻止脛骨切削。在說明性實施例中，樣品植入物模板2476的厚度不僅可包括最終股骨植入物的厚度，而且可包括對應于脛骨與股骨植入物之間的優選關節間隙的額外厚度。舉例來說，額外厚度可有利地提供經鑒別用于適當韌帶平衡或彎曲、伸展、旋轉、外展、內收、前傾、后傾和其它關節或骨位置與運動的所需關節間隙。圖26V為根據本發明的一實施例，樣品植入物模板2476的內部表面的等角視圖。 在各種實施例中，在軟骨切除的情況下，股骨植入物通常支撐在軟骨下骨上。在樣品植入物模板2474延伸超出股骨植入物的尺寸以外以使得樣品植入物模板2476的部分支撐在軟骨上的實施例中，可提供在樣品植入物模板2476的內部表面中的偏移2477。圖26W為根據本發明的一實施例，當膝關節伸展時附接到樣品植入物2476的脛骨模板2480的等角視圖。穿過軸節2494插入的橫釘2478將脛骨模板2480固定到樣品植入物模板2474。當然，如上所述可使用其它附接機制。在優選實施例中，使用(但不限于)穿過鉆套孔2479插入的錨定螺釘/鉆釘，脛骨模板2480也可被固定到脛骨2481。在各種實施例中，孔2479包括金屬插入物(或其它硬質材料)以防止當鉆孔時降級。就象股骨模板 2475，脛骨模板2480的切削導向表面或元件與脛骨模板2475可為整體，或可附接到脛骨模板2480，附接由比脛骨模板2480硬的材料制成。將脛骨模板2480的位置固定后，脛骨模板 2475的切削導向板有助于指導在脛骨上的所要切削。圖26X展示根據本發明的一實施例，已作脛骨切口后，在形成用于由脛骨植入物 (例如，脛骨植入物可包括用以將脛骨植入物錨定到脛骨中的銷和/或龍骨)使用的在脛骨中的錨定孔隙中，可用于進一步指導手術器具的脛骨模板2490。脛骨模板2490的一部分的外部周邊可模擬脛骨植入物的周邊。脛骨模板2490的導向孔對應于脛骨植入物固定特征。脛骨模板2490的一部分符合(但不限于)脛骨的前部表面以利于模板2490的定位和錨定。圖26Y分別展示根據本發明的一實施例，已作上述切口后插入到脛骨和股骨上的脛骨植入物2425和股骨植入物2426。因此,脛骨上使用的脛骨模板2480可交叉定位到股骨模板2476、股骨切口和/或樣品植入物2474。類似地，在髖關節中，可參考髖白模具放置股骨模板，或反過來也如此。 通常，當將修復或置換兩個或兩個以上關節表面時，可將模板置于其中一或多個上，且可參考所述第一表面在另一表面或其它表面上進行包括切削、鉆孔、鋸或銼磨的手術程序。在說明性實施例中，可利用三維導向模板確定經優化植入物旋轉。以下參考膝關節提供實例，然而應了解優化植入物旋轉也可應用于其它關節。股骨旋轉可以許多不同方式確定用于單室髕骨股骨置換或全膝置換的股骨組件或股骨植入物的最佳旋轉。通常使用各種解剖學軸或平面界定植入物旋轉。這些解剖學軸可包括 (但不限于)經股骨上髁軸；懷特賽德線，即滑車前后軸，其通常垂直于至少一個切口 ；和/ 或后部髁軸。另一種優化股骨組件旋轉的方法是所謂的平衡間隙技術。使用平衡間隙技術， 平行于脛骨作股骨切口，即通常首先切削脛骨。在作股骨切口之前，優化股骨切削板以便內側和外側韌帶和軟組織張力大致相等。通過測量相關解剖學軸或平面，可確定最佳植入物旋轉。根據本發明的一實施例， 在3D導向模板的形狀、定位或取向中可考慮測量。然后，使包括切削、鉆孔或鋸的任何所得手術介入并入所述測量，從而達成最佳股骨組件旋轉。此外，為達成最佳平衡，可改變模板的旋轉以便在內側和外側施加大體上相等張力的情況下切口平行于脛骨切口。脛骨旋轉根據本發明的一實施例，也可利用3D導向模板優化用于單室或全膝置換的脛骨組件旋轉。可使用所屬領域中已知的許多不同方法測量脛骨組件旋轉。在脛骨組件旋轉測量的一個實例中，測定脛骨的前后軸。對于全膝置換，脛骨組件可經放置以便植入物的軸與脛骨結節的內側三分之一一致。當脛骨對稱時所述方法也十分有效。在另一實施例中，將對稱脛骨組件盡可能放置在后外側，且使其在外部旋轉，以便脛骨平臺的后內側拐角暴露三(3)與五(5)毫米之間的程度。以上實例僅代表文獻中已開發的不同方法。明顯地，可進行其它各種解剖學軸、平面和面積測量以優化植入物旋轉。在說明性實施例中，在設計3D導向模板中可考慮這些測量，且可利用這一信息來優化3D導向模板的位置、形狀或取向。因此，諸如切削、鋸和/或鉆孔的任何后續手術介入將在(例如)水平或近水平平面產生優化的植入物旋轉。現參見圖27，提供展示髕骨切削區塊和模具系統的多個插圖。圖27A-C結合并未切除的髕骨2702說明髕骨切削區塊2700。在這一圖中，必要時，切削區塊2700可僅由單塊或多塊組成。內部表面2703為患者特異性的且經設計以配合或大體上配合患者髕骨2702 的現有地形。存在接受鋸的小開口 2707。模具或區塊可具有僅一個或多個開口。開口可大于鋸以允許某些旋轉或其它細調。圖27A為矢狀面S的圖。展示四頭肌腱2704和髕骨腱 2705。
圖27B為軸面A的圖。展示軟骨2706。可使模具成型吻合軟骨或軟骨下骨或其組合。圖27C為模具的前視圖F，其顯示用于鋸的開口 2707。虛線指示髕骨2702的相對位置。圖27D(矢狀圖)和E(軸向圖)結合并未切除的髕骨2702說明髕骨切削區塊 2708。在這一圖中，切削區塊2708由至少兩塊組成。第一塊為患者特異性內部塊2710或模具，其經設計在其下表面2712上以配合或大體上配合患者髕骨2702的現有地形。第一塊2710的后部表面2714和側表面2716經配置以配合在外部塊2720的內部。可再次使用的外部塊2720裝配在內部塊2710上方且將其保持在髕骨上。可再次使用的外部塊具有配合第一塊2710的內部表面2724。可再次使用的外部塊2720包括切削導向板2707以輔助外科醫生作上述髕骨表面切口。可提供多個切削導向板以向外科醫生提供多個在作髕骨切口中可選擇的位置。必要時，可提供裝配在第一患者配置或成型塊2710與第二可再次使用的外部塊或切削區塊2720之間的其它間隔器。第二可再次使用的外部塊或切削區塊2720可具有溝槽2722和延伸2725，其經設計以配合諸如髕骨夾持器2726的手術儀器。髕骨夾持器2726可具有環形抓握器2728和鎖定機制，例如棘齒樣鎖定機制2730。抓握器開口 2732裝配在第二可再次使用的外部塊2720 的延伸2725上。抓握器的把手的第一部分的部分可相對于把手的第二部分成斜角2734，或彎曲(未圖示)以利于插入。通常，面對關節內側面的抓握器的部分將具有傾斜或曲線形狀，從而允許稍小的缺口。內部塊的可變化性質利于獲得最精確切口而不管關節疾病的程度，這是由于其使外部塊2720定位在所需平面中。內部塊2710或外部塊2720可由以上在第II部分中所討論的任何材料或任何其它適當材料形成。另外，所屬領域的技術人員應了解本發明不局限于本文所述的兩塊構型。可再次使用的外部塊2720和患者特異性內部塊2710可為患者特異性(其中材料的制造成本支持所述產品)或基于回應已知或常見脛骨表面尺寸和缺陷開發出的大體上符合缺陷的形狀的庫的可再次使用的單個塊。內部塊2710通常經成型吻合包括軟骨下骨和/或軟骨的髕骨。從所述確定，確定對平衡膝關節所需空間的量的了解，然后結合切削區塊和模具使用適當數目的間隔器以達成切削表面和防止移除過多骨。如果切削區塊具有(例如)IOmm的厚度，且各間隔器具有5mm的厚度，那么在準備用于切削的膝關節中，當應用切削區塊以在彎曲和伸展期間達成鑒別為最佳的切面時將移除兩個間隔器。使用插入在模具與切削導向板之間的棘齒或支撐物樣設計可獲得相似結果。vii.髖關節現參見圖28，展示多個展示適用于髖關節的樣品模具和切削區塊系統的圖。圖 28A說明放置模具和切削區塊系統2520以跨過股骨頸2512提供切面2530以利于移除股骨頭2514且產生用于髖關節球修復體的表面2516的股骨2510。圖28B說明切削區塊系統2520的俯視圖。切削區塊系統2520包括內部患者特異性成型部分2524和外部切削區塊表面2522。內部患者特異性成型部分2524可包括管道 2526以利于將內部部分2524放置在股骨頸上方。如所屬領域的技術人員所應了解，管道的寬度將取決于用以制造內部成型部分的材料的剛性而不同。外部切削區塊表面2522經配置以恰好裝配在內部部分周圍。如所屬領域的技術人員所應了解，可提供類似于以上關于膝關節切削區塊系統所述的控制外部切削區塊2524相對于內部模具部分2522移動的其它結構。如果內部部分2524包涵股骨頸的全部或部分，那么切削區塊系統可經配置以使得已通過(例如)提供把手2501作切口后，其幫助移除股骨頭。圖28C說明可放置在經切削股骨上方以提供用于在使用展示于圖28A中的切削區塊移除股骨頭后擴孔的導向板的第二切削區塊系統2550。圖28D為圖28C中所示的切削區塊的俯視圖。如所屬領域的技術人員所應了解，圖28C-D所示的切削區塊可為一或多個塊。 如圖28E中所示，孔隙2552可經配置以使得其能夠使植入物的柱在相對于股骨表面90°的角度擴孔。或者如圖28F中所示，必要時，孔隙2552可經配置以提供不為90°的用于擴孔的角度。圖29A(矢狀圖)和29B(前視圖，向下到模具上)說明用于髖臼2957的模具系統 2955。模具可具有使其抵靠髖白輪緣2960穩定的溝槽2959。可使例如擴孔器的手術儀器穿過模具2956內的開口。開口 2962的側壁可指導擴孔器或其它手術儀器的方向。可將金屬套筒2964插入側壁2962中，從而保護模具的側壁免于損傷。金屬套筒2964可具有抵靠模具固定套筒和幫助避免套筒抵靠關節表面移動的唇緣2966或外伸邊緣。圖29C為圖29A和29B中所示的相同模具系統的前視圖。已在6點和12點位置添加溝槽2970。可使用溝槽來精確定位或放置手術儀器。此外，溝槽可適用于精確放置髖臼組件而無旋轉誤差。所屬領域的技術人員應認識到可使用一個以上溝槽或內部導向板以不僅降低旋轉誤差而且降低與植入物傾斜有關的誤差。如圖29D所見，植入物2975可具有匹配溝槽從而指導植入物放置的小延伸2977。延伸2977可為植入物設計的永久部分或其可分離。應注意髖白組件的金屬輪緣2979和內部聚乙烯杯2980。圖29D說明成型部分2924的內部表面2960具有齒2962或溝槽以利于抓握股骨頸的系統的剖面。根據本發明的一實施例，可進行各種步驟以設計和制造用于髖關節植入物的3D 導向模板。舉例來說，在初始步驟中，可以(例如)毫米為單位測定左腿與右腿的長度差異。 可使用(例如)通常包括整個腿的支撐式X射線而且也使用諸如CT或MRI的剖面成像形式測定腿長度差異。可利用CT定位掃描估算腿長度。或者，可使用CT或MRI利用整個髖關節與踝關節的所選影像切面來估算腿長度。然后，使用影像數據進行手術前規劃。第一 3D導向模板經設計以支撐在股骨頸上。圖43展示用于放置用于全髖關節成形術的股骨頸模具的預定部位4300的一實例。可獲得整合于所述模板中的切削或鋸平面。可基于諸如股骨頸軸的解剖學軸、生物力學軸和/ 或也基于任何下伏腿長度差異確定3D導向模具或夾具或模板的位置、形狀和取向(圖39)。 具體來說，上下切削或鋸導向板高度可適合于說明腿長度差異。舉例來說，如果左腿比右腿短五(5)毫米，那么考慮到所述差異可將切削高度移動五(5)毫米。股骨頸切削高度最終決定股骨莖干的位置。因此，以此方式，使用這種類型的手術前規劃，可使用3D導向模板優化股骨頸切削高度。圖39為可利用腿長度差異的測量值來確定經切削用于全髖關節成形術的股骨頸的最佳切削高度的方法的流程圖。最初，通過(但不限于)髖關節、膝關節和踝關節進行成像，例如CT和/或MRI，步驟3902。使用所獲得的影像數據確定腿長度差異，步驟3904。然后，可視情況確定優選植入物大小，步驟3906。至少部分基于為最佳股骨組件放置校正腿長度差異，確定優選股骨頸切削定位。圖44展示具有把手4410和可選狹槽4420的股骨頸模具4400的另一實例。髖臼在髖臼中，髖臼組件或髖臼杯的位置和取向對于髖關節手術的成功也很關鍵。舉例來說，髖白杯的最低部分可經放置以便其在符合放射照相淚狀物(radiographic tear drop)的下邊界的骨盆X射線上的解剖學陸標外側五(5)毫米。如果髖白組件經放置得(例如)太靠上，那么可能損失顯著數量的骨。使用3D導向模板放置髖臼組件可包括(例如)以下步驟步驟I :使用(例如)光學成象方法、CT或MRI成像；步驟2 :確定髖臼的前部旋轉和髖臼杯的所需旋轉；步驟3 :找出最佳配合杯大小；步驟4 :確定3D導向模板的最佳形狀、取向和/或位置。模板可視情況經設計以主要支撐在髖白窩的邊緣上。以此方式，有可能通過模板擴孔。圖45展示用于全髖關節置換的后部髖白方法的一實例。組織牽引器4510在適當的位置上。髖白窩4520可見。圖46展示用于將髖白杯的部位擴孔的導向模具的實例。模具4600可視情況經附接到通用框架4610。展示擴孔器的導向板4620。擴孔器4630或模具可具有可選止件4640。 在所述實例中，止件4640經附接到擴孔器4630且嚙合用于擴孔器的導向板4620。為達成擴孔的目的，可使用(例如)金屬長釘或基爾希納鋼絲將模板固定到骨盆。 模板也可具有用于將其固定到骨的鉗夾。因此，外科醫生可視情況相對于骨按壓模板，同時第二外科醫生將通過模板內的開口進行擴孔。鉗夾或任何穩定器可向外側延伸且視情況充當組織牽引器，從而將任何潛在地干擾軟組織保持在手術區域以外。模板也可包括止件 4640以避免擴孔器過度穿透。這些止件可設計成界定擴孔器的周邊部分或其它部分的最深穿透區域的金屬止件形式。視情況，模板也可呈錐形且內部半徑下降，從而一旦擴孔器達到模板的最深處部分則產生止件。可使用所屬領域中已知的任何止件。可使用成像測試來以幫助獲得最佳擴孔深度的方式設計模具或使模具成形。可參考成像測試將止件放置在模具或擴孔器上以獲得可選擴孔深度。可利用3D導向模板優化髖白杯的前傾。舉例來說，使用后外側方法，在男性和女性中通常需要40到45度的前傾。使用前外側方法，可需要零度前傾。與所需前傾程度無關，模板的形狀、取向和/或位置可經優化以包括所需程度的前傾。類似地，在股骨側上，可關于形狀、取向和定位優化3D導向模板以解決股骨干的中性、內翻或外翻位置。也可利用3D導向模板優化股骨干前傾。因此，已利用第一模板作股骨頸切口且已利用第二模板在髖白側上進行手術介入后，可視情況利用第三模板以放置在股骨切口上。圖47展示置于股骨頸切口上的提供并評估前傾和縱向股骨軸的可選第三模具 4700的一實例。
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第三模板可視情況包括把手。第三模板可經成形、設計、取向和/或定位以便其經優化以向外科醫生提供股骨4710的長軸和股骨前傾4720的信息和參考點。適當位置中可見具有手鉆把手4740的手鉆4730。可見經切削股骨頸4750。第三模具4700與其附接。通過提供關于股骨長軸和股骨前傾的信息，可省去為獲得所述信息必需的手術中X射線。視情況，可利用諸如模塊化莖干的模塊化髖關節植入物組件。所述模塊化設計可通過選擇(例如)不同莖干形狀幫助進一步優化所得股骨前傾。在另一實施例中，外科醫生可進行股骨優先技術，其中使用第一 3D導向模具將第一切口施加到股骨。視情況，經切削股骨干中的手鉆可留在原地。視情況，可將試驗植入物頭應用到手鉆。試驗植入物頭半徑和上下直徑可變，且其可用于確定最佳軟組織張力。視情況，也可利用試驗頭確定髖白杯位置，其中基于股骨切口獲得所述髖白杯位置。因此，可使用相對關節表面視情況獲得髖白位置。在反向髖白優先技術中，可首先并使用軟組織平衡技術準備髖白，可參考髖白組件放置股骨組件。視情況，甚至可有意地過近放置股骨切口， 且通過利用各種試驗頭測量軟組織張力，選擇隨后改變最佳股骨切口的高度來隨后優化股骨切口。模板定位在本發明的一說明性實施例中，為可靠且可重現地制造導向模板，在第一步中鑒別關節的一部分，其中關節的所述部分并未由關節炎過程改變。在第二步中，獲得關節的所述部分的表面或點云，且可視情況使用其獲得虛擬3D模型，且在第三步中產生導向模板的部分的實體模型。使用并未由關節炎過程改變的關節的部分可有利地提高所得模具或夾具或模板的重現性和精確度。鑒別關節的所述部分的步驟可為視覺的、半自動的或全自動的。解剖學模型可幫助所述過程。可利用解剖學參考標準。如所屬領域中已知，可使用用于影像分割的各種方法來獲得點云或表面。適當算法包括例如(但不限于)蛇算法(snakes)、動態線算法(live wire)、閾值處理、主動輪廓算法、可變形模型算法等。可采用人工神經網絡提高模具的精確度。在另一實施例中，在第一步中可確定或估算當前生物力學軸。在第二步驟，測定所需生物力學軸。在第三步中，可通過(例如)鋸和鉆等狹槽位置或開口的位置的變化進行調節以改變切口或鉆位置以在第四步中校正生物力學軸。在第五步中，對于韌帶平衡和/ 或優化彎曲和伸展間隙，可調節鋸和鉆等狹槽或開口的位置。可在制造過程之前在3D模型中進行所述調節。或者，可在手術中通過(例如)允許某些程度的旋轉的間隔器或棘齒樣裝置或釘進行調節。在另一實施例中，從受關節炎過程影響的關節的一部分獲得模具或夾具或模板的表面的至少一部分。視情況，調節意謂可通過(例如)軟件進行以模擬正常形狀。可利用實際形狀與經調節形狀之間的差異優化模具或模板或夾具內狹槽或開口的位置。在一優選實施例中，可從受關節炎過程影響的關節的部分和未由關節炎過程改變的關節的部分獲得與關節接觸的模具或夾具或模板的表面的至少一部分。通過跨過正常和患病關節部分，將正常與患病關節部分之間的界面包括于模具表面中。正常與患病關節部分之間的界面的特征通常在于輪廓或形狀突變，例如軟骨厚度降低，軟骨下骨輪廓變化、 囊腫或骨刺。所述關節輪廓或形狀變化提供用于精確放置模具或夾具或模板的額外參考點。另外，所述關節輪廓或形狀變化也提供模具或夾具或模板在關節表面上的額外穩定或固定，尤其在進行諸如切削、鉆孔或鋸的手術介入時。viii.髕骨模板圖48A說明具有髕骨脊4802、髕骨小面4804、4804的髕骨4800。也描述上表面 4810、下表面4812、外側表面4814和內側表面4816。圖48B由髕骨匹配表面4822的透視圖說明模具鉆導向板4820。模具鉆導向板 4820經配置以便其大體上為圓形圓柱體。然而，在不悖離本發明的范疇的情況下可采用其它形狀。這些形狀可為例如卵形的嚴格幾何學形狀，或為非幾何學形狀。髕骨匹配表面4822具有匹配或嚴格符合髕骨的表面的關節表面。提出所述設計以使得將導向板成型以精確適合各患者的髕骨關節表面的解剖結構，因此提供所需髕骨平坦化的精確位置。如所屬領域的技術人員所應了解，盡管需要完全或精確配合，但在不悖離本發明的范疇的情況下可出現與精確配合的偏差。因此，預期可允許設計中一定量的誤差。圖48C由相對透視圖說明導向板4820。將平面導向板表面或元件4824描述成平坦或大體上平坦。然而，如所屬領域的技術人員所應了解，在不悖離本發明的范疇的情況下可采用其它表面配置。圖48A與B都描述孔隙4830、4832。提供容納(例如)1/8鉆頭的中心孔隙4830。在不悖離本發明的范疇的情況下，中心孔隙4830可經定位以使得其位于導向板中心、偏離中心或稍微偏離中心。可使用圓形圓柱體配置的偏離中心或稍微偏離中心配置，但也可使用其它配置的偏離中心或稍微偏離中心配置。可提供一或多個額外孔隙4832 以使得能夠鉆釘孔。如同第一孔隙4830般，孔隙4832可經配置以具有較大直徑、較小直徑或相同直徑。如圖48D中所示，將模具鉆導向板裝配到髕骨的關節表面上。由于面對關節的表面(展示于圖48A中)經配置以匹配或大體上匹配髕骨的關節表面，鉆導向板配合髕骨表面以使得鉆孔能夠排列在植入物的所需位置中。圖48E說明裝配在髕骨的關節表面上的模具鉆導向板，其具有定位在中心孔隙4830內的1/8"鉆4850。在髕骨中形成中心孔隙4818后，使用髕骨擴孔器4860對髕骨4800進行表面修整。擴孔器4860具有裝配在孔隙4818內的導向板4862和具有平坦表面或刀刃表面1066 的擴孔器4864。參見圖49A，展示擴孔器1060。平坦表面1066經配置以提供雙平坦表面以使髕骨和明確周圍骨凹入。提供雙平坦表面有助于確保僅多金屬關節接合。圖49B相對于髕骨說明擴孔器。準備用于30mm髕骨插入物的區域1062且將周圍區域1061擴孔。圖50A說明髕骨植入物5000。植入物5000的內部表面具有一或多個銷5010。在這一情況下，下表面5002經描述具有三個銷5010。如圖50C中所示，將植入物5000定位在髕骨上以使得植入物的上表面5004上的突起5020大致定位于天然髕骨的頂點。圖50D-F 說明疊置在髕骨內的植入物，其更清楚地展示對應于天然髕骨的頂點的突起。B.小型病灶性軟骨缺陷使用如本文所述的專利U形軟骨缺陷定位器裝置鑒別軟骨缺陷且標記皮膚表面后，放置3cm切口且插入組織牽引器。使軟骨缺陷直觀顯示。將匹配股骨髁的3D表面的第一盧賽特區塊放置在軟骨缺陷上。盧賽特區塊的中心部分含有具有對應于植入物的基部板的直徑的(例如)I. 5cm的內徑的鉆孔。穿過盧賽特區塊插入具有用于深度控制的鉆導向板的標準手術鉆，且準備受體部位用于植入物的基部組件。然后移除鉆和盧賽特區塊。然后，將相同外部尺寸的第二盧賽特區塊放置在植入物受體部位上。第二盧賽特區塊具有匹配第一鉆孔的大小(且匹配植入物的基部組件的形狀)的圓形圓柱狀延伸，其具有比第一鉆孔小O. Imm且比植入物的基部小O. 2mm的直徑。將圓柱狀延伸放置在第一鉆孔內部。第二盧賽特區塊含有從區塊的外部表面延伸到圓柱狀延伸的鉆孔。第二鉆孔的內徑匹配植入物的翅片形穩定器支柱的遠端部分的直徑，例如3_。將例如3_直徑的具有用于深度控制的鉆導向板的鉆插入第二孔中且為具有4個翅片和階梯設計的穩定器支柱準備受體部位。然后移除鉆和盧賽特區塊。然后，將匹配最終植入物的3-D形狀的塑料模型/試驗植入物放置在軟骨缺陷內部，塑料模型/試驗植入物的基部組件直徑比最終植入物小O. 2mm,且其圓柱狀而非錐形支柱穩定器的直徑比最終植入物的遠端部分小O. 1_。使用塑料模型/試驗植入物確定植入物表面與周圍軟骨的對準。然后，外科醫生進行最后調節。隨后，將植入物放置在受體部位內部。以紅色標記植入物的前部翅片且標示為 “A”。以標簽“P”將后部翅片標記為綠色且以標簽“M”將內側翅片彩色編碼為黃色。然后， 將盧賽特區塊放置在植入物上。利用塑料錘使植入物緩慢前進到受體部位中。借助于支柱的錐形和4個翅片設計，以及基部組件相對于鉆孔的稍微較大直徑(O. Imm)實現壓配合。移除盧賽特區塊。然后移除組織牽引器。使用標準手術技術閉合3em切口。也可將以上對于內側股骨髁所述的相同程序應用于外側股骨髁、內側脛骨平臺、外側脛骨平臺和髕骨。必要時，可通過將裝置與骨水泥組合實現裝置的立即穩定。IV.試劑盒本文也描述包含本文所述的方法、系統和/或組合物中的一或多者的試劑盒。具體來說，試劑盒可包括以下各物中的一或多者獲得電子影像的說明書(方法)；用于評估電子影像的系統或說明書；一或多種能夠分析或處理電子影像的電腦工具；和/或一或多種用于植入關節修復系統的手術器具。試劑盒可包括其它材料，例如說明書、試劑、容器和 /或成像助劑(例如薄膜、固持器、數字轉換器等)。包括以下實例以更充分地說明本發明。另外，這些實例提供本發明的優選實施例且并不意謂限制其范疇。實例I :三維關節修復系統的設計和構造如本文所述使軟骨區域成像以檢測軟骨損失和/或患病軟骨區域。測定鄰近于患病區域的軟骨和軟骨下骨的邊緣和形狀。測定軟骨的厚度。基于以上測量確定關節修復系統的大小(圖12-14)。具體來說，從具有一系列不同尺寸和曲率的現有預制造的植入物的產品目錄選擇(基于最佳配合)修復系統或使用CAD/CAM技術定制設計。現有形狀的庫通常約為約30個尺寸。植入物為鉻鈷植入物(也參見圖12-14和17-19)。拋光關節表面且外部尺寸稍微大于患病軟骨區域。使用周圍軟骨和下伏軟骨下骨的形狀信息，改適形狀以實現理想或接近理想關節適合性。植入物的其它設計特征可包括與相鄰軟骨的傾斜(60到70度角)界面；用于深度控制的基于寬度的基部組件；基部組件的壓配合設計；用于骨向內生長和剛性穩定化的基部組件的多孔涂層；用于大缺陷植入物穩定的也經多孔涂布的雙銷設計(圖 12A);具有用于小型、病灶性缺陷的錐形4個翅片和階梯設計的也經多孔涂布的單個穩定器支柱(圖12B);和可適用于股骨表面修整(凸起外部表面)和脛骨表面修整(凹陷外部表面)的設計。實例2:最低限度侵襲性、關節鏡檢杳輔助的手術技術使用關節鏡檢查協助插入關節修復系統。裝置不要求單室和全膝關節成形術中使用的15到30cm切口。在局部麻醉下，通常在硬膜外麻醉下進行程序。外科醫生可在患者的大腿根上應用壓脈器以限制程序期間血液流動到膝。以無菌技術預備腿且使腿伸出。使用經典關節鏡檢查技術，使用通針(stylette)在關節的前內側和前外側面觀產生兩個小型2_埠。通過外側埠將關節鏡插入。通過內側埠插入關節鏡檢查儀器。使用關節鏡目測軟骨缺陷。將軟骨缺陷定位器裝置放置在患病軟骨的內部。探針具有U形，其第一臂接觸關節內部患病軟骨區域的中心且U形的第二臂保留在關節外部。U形的第二臂指示軟骨相對于皮膚的位置。外科醫生在皮膚上標記軟骨缺陷的位置。在缺陷上方產生3cm切口。插入組織牽引器且目測缺陷。將匹配相鄰軟骨和軟骨缺陷的3D形狀的半透明盧賽特區塊放置在軟骨缺陷上 (圖13)。對于較大缺陷，盧賽特區塊包括用于插入鋸的外側狹槽。插入鋸且橫穿關節表面進行直線切削，移除稍微大于患病軟骨的面積。盧賽特區塊的中心含有兩個具有7. 2mm直徑的鉆孔。通過鉆孔插入具有控制組織穿透深度的鉆導向板的7. Imm鉆。產生用于植入物的圓柱狀銷的孔。隨后移除鉆和盧賽特區塊。然后插入匹配植入物的外部尺寸的小型修復系統的塑料模型/試驗植入物。利用試驗植入物確定實際植入物的解剖學放置。如果指示，那么外科醫生此時可進行較少調節以提高匹配，例如稍微擴大鉆孔或調節切面。然后插入植入物，其中銷瞄準鉆孔進入。將植入物的前部和后部位置進行彩色編碼；具體來說以紅色和小寫字母“A”標記前部銷，而后部銷具有綠色和小寫字母“P”。類似地，將植入物的內側面觀彩色編碼為黃色且以小寫字母“M”標記，且以小寫字母“L”標記植入物的外側面觀。然后，將盧賽特區塊放置在植入物的外部表面上，且使用塑料錘輕輕使銷前進進入鉆孔中。銷經設計以實現壓配合。相同技術可應用于脛骨。植入物具有匹配脛骨平臺的3D形狀的凹陷關節表面。必要時，可通過將裝置與骨水泥組合實現裝置的立即穩定。為達到說明和描述目的而提供對本發明的實施例的以上描述。其并不意欲詳盡或將本發明限于所揭示精確形式。許多修飾和變化對于所屬領域的執業醫師將顯而易見。選擇且描述實施例以充分說明本發明的原理和其實際應用，從而使所屬領域的技術人員能夠理解本發明和各種實施例和適合于所預期的特定用途的各種修飾。希望本發明的范疇由以下權利要求書、其等效物界定。
權利要求
1.一種用于關節成形術的系統，所述系統包含第一模板，所述第一模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為所述第一表面的部分或全部的鏡像；和至少一個用于指引手術儀器移動的導向板；和用于相對于所述導向板并相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個交叉定位至少一個手術器具的聯接。
2.根據權利要求I所述的系統，其中所述手術器具為第二模板，所述第二模板包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述第二模板包括作為所述關節的第二表面的鏡像的表面。
4.根據權利要求3所述的系統，其中所述第二關節表面與所述第一關節表面相對。
5.根據權利要求2所述的系統，其中所述第二模板的所述至少一個導向板指引所述手術儀器進行在相對于所述第一模板的預定位置取向且形狀、大小或取向適合植入物形狀的切削、銑削和鉆孔中的至少一種。
6.根據權利要求I所述的系統，其中所述第一模板的所述至少一個導向板的形狀和/ 或位置至少部分基于一或多個與所述關節有關的軸。
7.根據權利要求I所述的系統，其中所述聯接為附接機制。
8.根據權利要求I所述的系統，其中所述附接機制使所述第一模板直接接觸所述至少一個手術器具。
9.根據權利要求I所述的系統，其中所述附接機制附接所述第一模板與所述至少一個手術器具以使得所述第一模板與所述至少一個手術器具并不彼此直接接觸。
10.根據權利要求I所述的系統，其中所述聯接允許相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個旋轉。
11.根據權利要求I所述的系統，其中所述第一模板包括可拆卸式附接的區塊，所述區塊包括所述第一模板的所述至少一個導向板。
12.一種用于關節成形術的系統，所述系統包含第一模板，所述第一模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為所述第一表面的部分或全部的鏡像；和至少一個用于指引手術儀器移動的導向板；和用于將至少一個手術器具交叉定位到與所述第一表面相對的所述關節的第二表面上的聯接。
13.一種用于關節成形術的系統，所述系統包含第一模板，所述第一模板包括至少一個用于哨合關節的第一表面的第一模板表面，所述第一模板表面為所述第一表面的部分或全部的鏡像；和至少一個用于指引手術儀器移動的導向板；第二模板，所述第二模板包括至少一個用于嚙合關節的第二表面的第二模板表面，所述第二模板為所述第二表面的部分或全部的鏡像；和至少一個用于指引手術儀器移動的導向板；和用于交叉定位所述第一模板和所述第二模板的聯接。
14.一種用于關節成形術的系統，所述系統包含第一模板，所述第一模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為所述第一表面的部分或全部的鏡像；和至少一個用于指引手術儀器移動的導向板；和用于交叉定位至少一個手術器具的聯接，其中所述聯接允許相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個旋轉。
15.一種關節成形術方法，所述方法包含使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上；將第二模板交叉定位到所述第一模板以對準所述第二模板在所述關節的第二表面上的位置，所述第二模板包括至少一個導向板；和使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引手術儀器相對于所述導向板并相對于解剖學軸和生物力學軸中的一個移動。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述第一模板的所述至少一個接觸表面大體上為所述第一表面的鏡像。
17.根據權利要求16所述的方法，其進一步包含獲得所述關節的電子影像數據；至少部分基于電子影像數據確定所述第一模板的所述至少一個接觸表面的形狀。
18.根據權利要求15所述的方法，其進一步包含在指引所述手術儀器移動之前，使所述第二模板的至少一個接觸表面定位到所述第二關節表面。
19.根據權利要求17所述的方法，其中所述第二模板的所述至少一個接觸表面大體上為所述第二表面的鏡像。
20.根據權利要求18所述的方法，其進一步包含獲得所述關節的電子影像數據；至少部分基于電子影像數據確定所述第二模板的所述至少一個接觸表面的形狀。
21.根據權利要求15所述的方法，其中將所述第二模板交叉定位到所述第一模板包括將所述第二模板附接到所述第一模板。
22.根據權利要求21所述的方法，其中將所述第二模板附接到所述第一模板包括進行手術中調節。
23.根據權利要求21所述的方法，其中所述第二模板經由釘附接到所述第一模板，且其中進行手術中調節包括使所述第二模板繞所述釘旋轉。
24.根據權利要求15所述的方法，其進一步包含對所述第二模板在所述關節的所述第二表面上的位置進行手術中調節，其中進行所述手術中調節包括使用分離器、棘齒和伸縮裝置中的一種。
25.根據權利要求15所述的方法，其進一步包含對所述第二模板在所述關節的所述第二表面上的位置進行手術中調節，其中進行所述手術中調節包括調節關節彎曲、關節伸展、 關節外展和關節旋轉中的至少一種。
26.根據權利要求15所述的方法，其中使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引所述手術儀器移動包括進行一或多次切削或鉆孔，所述方法進一步包含將關節修復體與所述一或多次切削或鉆孔相關聯植入。
27.根據權利要求15所述的方法，其中所述第一模板包括至少一個導向板，所述方法進一步包含使用所述第一模板的所述至少一個導向板指引手術儀器移動。
28.根據權利要求27所述的方法，其中使用所述第一模板的所述至少一個導向板指引所述手術儀器移動包括進行一或多次切削或鉆孔，所述方法進一步包含將關節修復體與所述一或多次切削或鉆孔相關聯植入。
29.根據權利要求15所述的方法，其中使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引所述手術儀器移動包括進行切削、鉆孔及擴孔中的至少一種，所述方法進一步包含植入關節修復體。
30.根據權利要求15所述的方法，其中所述關節的所述第一表面為股骨表面，且所述關節的所述第二表面為脛骨表面。
31.根據權利要求15所述的方法，其進一步包含獲得關節的電子影像數據；至少部分基于所述電子影像數據確定所述關節的生物力學軸和解剖學軸中的至少一個；和其中所述第二模板的所述導向板的形狀和位置至少部分基于所述生物力學軸和所述解剖學軸中的至少一個。
32.根據權利要求31所述的方法，其中所述電子影像數據是通過手術前、手術中、光學、MRI, CT和螺旋CT中的至少一種獲得。
33.根據權利要求15所述的方法，其中所述第一模板包括至少部分基于待附接到所述關節的所述第一表面的植入物的厚度和所述關節的兩個相對表面之間的所需間隙中的至少一個的厚度。
34.一種關節成形術方法，所述方法包含使第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上；將第二模板交叉定位到所述第一模板以對準所述第二模板在所述關節的第二表面上的位置，所述第二表面與所述第一表面相對，所述第二模板包括至少一個導向板；和使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引手術儀器移動。
35.一種關節成形術方法，所述方法包含將第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上，其中所述第一模板的所述至少一個接觸表面大體上為所述第一表面的鏡像；將第二模板交叉定位到所述第一模板以對準所述第二模板在所述關節的第二表面上的位置，所述第二模板的所述至少一個接觸表面大體上為所述關節的所述第二表面的鏡像，所述第二模板包括至少一個導向板；和使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引手術儀器移動。
36.一種關節成形術方法，所述方法包含使第一模板的至少一個接觸面定位到關節的第一表面上；將第二模板交叉定位到所述第一模板以對準所述第二模板在所述關節的第二表面上的位置，所述第二模板包括至少一個導向板，其中交叉定位允許所述第二模板相對于生物力學軸和解剖學軸中的一個旋轉；和使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引手術儀器移動。
37.一種關節成形術方法，所述方法包含獲得關節的電子影像數據；至少部分基于所述電子影像數據確定所述關節的寬度間隙；和提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述關節的所述寬度間隙。
38.根據權利要求37所述的方法，其中所述模板包括至少一個用于嚙合關節的表面的表面，所述表面為所述表面的部分或全部的鏡像。
39.根據權利要求37所述的方法，其中獲得電子影像數據包括CT掃描、MRI掃描、光學掃描和超聲波成像中的至少一種。
40.根據權利要求37所述的方法，其中獲得電子影像數據包括；獲得關節的內側間隙、外側間隙、前部間隙和后部間隙中的至少一個的影像數據。
41.根據權利要求40所述的方法，其進一步包含比較關節的外側間隙、前部間隙和后部間隙中的至少兩個。
42.根據權利要求37所述的方法，其中獲得影像數據是以兩維和三維方式中的一種進行。
43.根據權利要求37所述的方法，其中測定所述關節的寬度包括測量一個關節表面的軟骨下骨板到相對關節表面的軟骨下骨板的距離。
44.根據權利要求37所述的方法，其中測定所述關節的寬度包括測量一個關節表面的軟骨下骨板到相對關節表面的軟骨下骨板的距離。
45.根據權利要求37所述的方法，其中獲得所述關節的所述影像數據是在關節彎曲、 關節伸展和關節旋轉中的至少一個中進行。
46.根據權利要求37所述的方法，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個進一步至少部分基于所述關節的所述解剖學或生物力學軸對準。
47.一種關節成形術方法，所述方法包含獲得關節的電子影像數據；至少部分基于所述電子影像數據確定與所述關節相關的軟骨損失；提供包括至少一個用于指引手術儀器移動以便校正所述關節的軸對準的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述軟骨損失。
48.根據權利要求47所述的方法，其進一步包含測量至少一個與所述關節相關的軸。
49.根據權利要求47所述的方法，其中測量包括支撐式X射線、荷重X射線、CT定位掃描、MRI定位器掃描、CT掃描和MRI掃描中的至少一種。
50.根據權利要求47所述的方法，其中獲得影像數據包括螺旋CT、螺旋CT關節造影術、MRI、光學成像、光學相干斷層照相和/或超聲波中的一種。
51.根據權利要求47所述的方法，其中所述模板包括至少一個用于嚙合所述關節的表面的接觸表面，所述接觸表面為所述關節表面的部分或全部的鏡像。
52.一種關節成形術方法，所述方法包含獲得關節的電子影像數據；至少部分基于所述影像數據確定多個測量值，所述測量值選自與所述關節相關的軸和與所述關節相關的平面中的至少一個；和提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述多個測量值。
53.根據權利要求52所述的方法，其中獲得所述關節的影像數據包括X射線、支撐式X 射線、CT掃描、MRI掃描、CT定位掃描、MRI定位器掃描中的至少一種。
54.根據權利要求52所述的方法，其中所述多個測量值包括多個軸、多個平面和軸與平面的組合中的一個。
55.根據權利要求52所述的方法，其中所述模板包括至少一個用于嚙合關節表面的接觸表面，所述接觸表面為所述關節表面的部分或全部的鏡像。
56.—種手術器具,其包含模板，其包括用于嚙合關節表面的表面，所述表面為所述關節表面的部分或全部的鏡像；和兩個或兩個以上用于指引手術儀器移動的導向板，其中所述導向板中的至少一個的形狀和/或位置至少部分基于與所述關節有關的至少一個軸。
57.根據權利要求56所述的手術器具，其中所述模板進一步包括可拆卸式附接到所述表面的區塊，所述區塊包括所述兩個或兩個以上導向板。
58.根據權利要求56所述的手術器具，其中所述兩個或兩個以上導向板包括至少一個用于切削、銑削和鉆孔的導向板。
59.根據權利要求56所述的手術器具，其進一步包含附接到所述模版的第二手術器具，所述第二器具包括至少一個用于指引手術儀器的導向孔。
60.根據權利要求59所述的手術器具，其中所述第二手術器具的所述至少一個導向板指引手術儀器作平行、不平行、垂直和不垂直于由所述第一模板所指引的切口的切口。
61.一種關節成形術方法，所述方法包含進行關節的延伸掃描以獲得包括所述關節和超出所述關節以外至少15cm或15cm以上的電子影像數據；至少部分基于所述電子影像數據確定與所述關節相關的解剖學軸和生物力學軸中的至少一個；提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述解剖學軸和所述生物力學軸中的至少一個。
62.根據權利要求61所述的方法，其中所述關節為膝關節，且進行關節的所述延伸掃描以獲得電子影像數據包括獲得超出所述脛股骨關節間隙以外15cm、20cm和25cm中至少一個的電子影像數據。
63.一種關節成形術方法，所述方法包含進行通過一個以上關節獲得電子影像數據的成像掃描采集；至少部分基于所述電子影像數據確定與所述關節相關的解剖學軸和生物力學軸中的至少一個；和提供包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述解剖學軸和所述生物力學軸中的至少一個。
64.根據權利要求63所述的方法，其中進行成像采集包括進行CT、MRI、局部x射線和雙平面X射線中的至少一種，其中所述CT和所述MRI包括切面、螺旋和容積采集中的至少一種。
65.根據權利要求63所述的方法，其中所述導向板指引手術儀器移動以校正內翻變形和外翻變形中的一種。
66.—種關節成形術方法,所述方法包含獲得關節在第一平面中的第一影像，其中所述第一影像產生第一影像容積；獲得關節在第二平面中的第二影像，其中所述第二影像產生第二影像數據容積；組合所述第一與第二影像數據容積以形成合成影像數據容積，其中所述合成影像數據容積大體上各向同性；基于所述合成影像數據體積提供模板，所述模板包括至少一個用于嚙合關節的第一表面的表面，所述表面為所述第一表面的部分或全部的鏡像；和至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。
67.根據權利要求66所述的關節成形術方法，其中獲得所述第一影像和所述第二影像包括螺旋CT、容積CT和MRI掃描中的一種。
68.一種關節成形術方法，所述方法包含在關節上進行第一次切削以產生第一切削關節表面，其中進行所述第一次切削包括 將第一模板的至少一個接觸表面定位到關節的第一表面上，所述至少一個接觸表面為所述關節的所述第一表面的鏡像，所述第一模板包括用于指引手術儀器移動以進行所述第一次切削的導向板；和將所述第一次切削交叉定位以進行與所述關節的相對表面相關的第二次切削。
69.根據權利要求68所述的方法，其中交叉定位第一次切削以進行第二次切削包括 將第二模板附接到所述第一模板，以便協助將所述第二模板的至少一個接觸表面定位到所述關節的第二表面上，所述第二模板包括用于指引手術儀器移動以進行第二次切削的導向板。
70.根據權利要求69所述的方法，其中所述第二模板包括至少一個為所述關節的所述第二表面的鏡像的接觸表面。
71.根據權利要求68所述的方法，其中交叉定位所述第一次切削以進行第二次切削包括將第三模板的至少一個接觸表面定位到所述第一切削表面的至少一部分上；和將第二模板附接到所述第三模板以便將所述第二模板的至少一個接觸表面定位到所述關節的第二表面上，所述第二模板包括用于指引手術儀器移動以進行第二次切削的導向板。
72.根據權利要求71所述的方法，其中所述第三模板的所述至少一個接觸表面為所述第一切削表面的鏡像。
73.根據權利要求68所述的方法，其中所述第一切口為水平股骨切口，且所述第二切口為垂直股骨切口。
74.根據權利要求68所述的方法，其中所述第一切口為股骨切口，且所述第二切口為脛骨切口。
75.根據權利要求68所述的方法，其中所述第一切口為股骨切口，且所述第二切口為髕骨切口。
76.根據權利要求68所述的方法，其中所述第一切口為髖白擴孔且所述第二切口為股骨切口。
77.一種關節成形術方法，所述方法包含將模板的至少一個接觸表面定位到關節的表面上，所述至少一個接觸表面為所述關節的所述表面的至少一部分的鏡像，所述模板包括用于指引手術儀器移動的導向板；和將所述第一模板穩定到所述第一表面上。
78.根據權利要求77所述的方法，其進一步包含獲得所述關節的電子影像數據；和至少部分基于電子影像數據確定所述第一模板的所述至少一個接觸表面的形狀。
79.根據權利要求77所述的方法，其中穩定化包括使用留在所述關節的適當位置的基爾希納鋼絲(k-wires)、螺釘、錨和鉆頭中的一種。
80.根據權利要求77所述的方法，其中穩定化包括使所述接觸表面定位到所述關節上的至少一或多個凹穴和凸起上。
81.根據權利要求77所述的方法，其中穩定化包括使所述接觸表面定位到所述關節上的至少一個凹穴和至少一個凸起上。
82.根據權利要求77所述的方法，其中穩定化包括使所述接觸表面至少部分定位到所述關節的關節炎部分上。
83.根據權利要求77所述的方法，其中穩定化包括使所述接觸表面至少部分定位到所述關節的正常與關節炎部分之間的界面上。
84.根據權利要求77所述的方法，其中穩定化包括使所述接觸表面至少部分依靠解剖學特征定位。
85.根據權利要求84所述的方法，其中所述解剖學特征為滑車、髁間窩、內側髁和外側髁、內側滑車和外側滑車、內側脛骨平臺和外側脛骨平臺、股骨頭小凹、髖臼窩、三向放射狀軟骨、髖白壁和髖白緣中的一種。
86.根據權利要求77所述的方法，其中將所述接觸表面定位到所述關節的所述表面上包括將所述接觸表面至少部分定位到所述關節的正常部分上。
87.根據權利要求77所述的方法，其進一步包含至少部分基于韌帶平衡和/或優化彎曲和伸展間隙中的至少一個來確定所述導向板在所述模板上的位置。
88.根據權利要求77所述的方法，其進一步包含相對于所述關節在手術中調節所述導向板的位置。
89.根據權利要求88所述的方法，其中調節所述導向板的所述位置包括允許旋轉的分離器、棘齒裝置和釘中的至少一種。
90.一種關節成形術方法，所述方法包含將模板的至少一個接觸表面定位到關節的表面上，以使得所述接觸表面至少部分抵靠在所述關節表面的關節炎與正常部分之間的界面上且為其鏡像，所述模板包括用于指引手術儀器移動的導向板；至少部分基于所述導向板，以所述手術儀器對所述關節進行手術介入。
91.一種模板,其包含至少一個用于定位到關節表面上的接觸表面，所述接觸表面至少部分為所述關節表面的關節炎與正常部分之間的界面的鏡像；用于指引手術儀器移動的導向板。
92.一種關節成形術方法，所述方法包含將模板的至少一個接觸表面定位到關節的表面上，以使得所述接觸表面至少部分抵靠在所述關節表面的關節炎部分上且為其鏡像，所述模板包括用于指引手術儀器移動的導向板；至少部分基于所述導向板，以所述手術儀器對所述關節進行手術介入。
93.—種模板,其包含至少一個用于定位到關節表面上的接觸表面，所述接觸表面至少部分為所述關節表面的正常部分的鏡像；用于指引手術儀器移動的導向板。
94.一種關節成形術方法，所述方法包含進行MRI和CT儀器中的一種的幻象掃描；使用所述MRI和CT儀器中的一種對關節進行掃描；至少部分基于所述幻象掃描和所述關節掃描確定第一模板的至少一個接觸表面的形狀，所述至少一個接觸表面為所述關節的所述表面的至少一部分的鏡像，所述模板包括用于指引手術儀器移動的導向板。
95.根據權利要求94所述的方法，其中在所述關節的所述掃描之前進行所述幻象掃描，所述方法進一步包含調節所述MRI和所述CT儀器中的一種。
96.根據權利要求94所述的方法，其中在進行所述關節的所述掃描之后進行所述幻象掃描，其中基于所述幻象掃描優化所述關節的所述掃描。
97.一種關節成形術方法，所述方法包含對于單室或全膝關節置換中的一種，確定所需股骨組件旋轉；提供包括至少一個用于指引手術儀器、附接聯接和器具中的至少一種移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述所需股骨組件旋轉。
98.根據權利要求97所述的方法，其中確定所述所需股骨組件旋轉包括測量與股骨組件旋轉有關的一或多個解剖學軸和/或平面。
99.根據權利要求97所述的方法，其中所述一或多個解剖學軸和/或平面為穿上髁軸 (transepicondylar axis)、懷特賽德線(Whiteside line)和后媒軸中的至少一個。
100.根據權利要求97所述的方法，其中所述導向板指引股骨切口，所述方法進一步包含使所述模板旋轉以便使用從內側和外側韌帶和軟組織向內側和向外側施加的大體上相同的張力使所述股骨切口平行于脛骨切口。
101.一種關節成形術方法，所述方法包含對于單室或全膝關節置換中的一種，確定所需脛骨組件旋轉；提供包括至少一個用于指引手術儀器、附接聯接和器具中的至少一個移動的導向板的脛骨模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述所需脛骨組件旋轉。
102.根據權利要求101所述的方法，其中確定所述所需脛骨組件旋轉包括測量與脛骨組件旋轉有關的一或多個解剖學軸和/或平面。
103.根據權利要求102所述的方法，其中所述一或多個解剖學軸和/或平面是所述脛骨的前后軸和所述脛骨結節的內側三分之一中的至少一個。
104.根據權利要求101所述的方法，其中所述導向板指引股骨切口，所述方法進一步包含使所述模板旋轉以便使用從內側和外側韌帶和軟組織向內側和向外側施加的大體上相同的張力使所述股骨切口平行于脛骨切口。
105.一種髖關節成形術方法，所述方法包含確定腿長度差異；獲得所述髖關節的電子影像數據；提供包括至少一個用于指引手術儀器、附接聯接和器具中的至少一個移動的導向板的模板，所述模板包括至少一個為所述股骨頸的鏡像的接觸表面，其中所述模板和/或導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述電子影像數據。
106.根據權利要求105所述的方法，其中確定腿長度差異包括所述腿的支撐式X射線、 CT定位掃描、CT和MRI中的至少一種。
107.根據權利要求105所述的方法，其中所述導向板協助手術儀器切削所述股骨頸。
108.一種關節成形術方法，所述方法包含測定髖關節的所需股骨組件旋轉；提供包括至少一個用于指引手術儀器、附接聯接和器具中的至少一個移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述所需股骨組件旋轉。
109.一種關節成形術方法，所述方法包含測定髖關節的所需髖白組件旋轉；提供包括至少一個用于指引手術儀器、附接聯接和器具中的至少一個移動的導向板的髖臼模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述所需髖白組件旋轉。
110.一種關節成形術方法，所述方法包含測定肩關節的所需肱骨組件旋轉；提供包括至少一個用于指引手術儀器、附接聯接和器具中的至少一個移動的導向板的模板，其中所述導向板的形狀和位置中的至少一個至少部分基于所述所需肱骨組件旋轉。
111.一種關節成形術方法，所述方法包含至少部分基于大體上各向同性的輸入數據提供包括至少一個用于嚙合關節表面的表面的模板，所述表面為所述關節表面的部分或全部的鏡像，所述模板包括至少一個用于指引手術儀器移動的導向板。
112.根據權利要求111所述的方法，其中使用影像平面融合、大體上各向同性的MRI和螺旋CT中的一種采集所述輸入數據。
113.—種用于韌帶修復的方法,所述方法包含獲得至少一個與韌帶相關聯的表面的電子影像數據； 至少部分基于所述影像數據產生第一模板，所述模板具有至少一個符合所述表面的至少一部分的接觸表面，所述模板包括至少一個用于指引所述韌帶修復中涉及的手術儀器移動的導向板。
114.根據權利要求113所述的方法，其中所述韌帶為前部十字韌帶。
115.根據權利要求113所述的方法，其中所述韌帶為后部十字韌帶。
116.根據權利要求113所述的方法，其進一步包含確定韌帶移植物的隧道部位。
117.根據權利要求116所述的方法，其中確定所述隧道部位包括鑒別第一關節表面上所述韌帶的起點和與所述第一關節表面相對的第二關節表面上的止點位置。
118.根據權利要求116所述的方法，其中確定所述隧道部位包括基于所述影像數據鑒別韌帶的骨骼陸標和剩余部分中的至少一個。
119.根據權利要求116所述的方法，其中所述表面為鄰近于所述隧道部位和非荷重表面的表面。
120.根據權利要求113所述的方法，其中所述第一模板包括鉆孔導向孔，所述方法進一步包含使所述模板定位以使得所述至少一個接觸表面接觸所述表面的至少一部分；和將韌帶隧道鉆孔，其中所述鉆孔受所述鉆孔導向孔指導。
121.根據權利要求120所述的方法，其中所述第一模板上所述鉆孔導向孔的形狀、位置和取向中的至少一個至少部分基于所述隧道與相鄰皮層骨之間的距離。
122.根據權利要求121所述的方法，其中所述鉆孔導向孔包括止件，以使得獲得所需鉆孔深度。
123.根據權利要求113所述的方法，其中在手術前獲得所述影像數據。
124.根據權利要求113所述的方法，其中通過CT掃描和MRI掃描中的至少一種獲得所述影像數據。
125.根據權利要求113所述的方法，其中獲得關節彎曲、關節伸展、關節外展、關節內收和關節旋轉中的至少一種的所述影像數據。
126.根據權利要求113所述的方法，其進一步包含基于所述影像數據鑒別移植物收集部位；使用所述第一模板來指導形成所述移植物收集部位的韌帶和骨中的至少一種的收集。
127.根據權利要求113所述的方法，其進一步包含將第二模板交叉定位到所述第一模板以使所述第二模板在與所述韌帶相關的第二表面上的位置對準，所述第二模板包括至少一個導向板；和使用所述第二模板的所述至少一個導向板指引所述儀器相對于所述導向板移動。
128.根據權利要求127所述的方法，其中所述第一和第二表面與關節表面相對。
129.根據權利要求128所述的方法，其中所述第一表面為股骨表面且所述第二表面為 脛骨表面。
130.根據權利要求113所述的方法，其中所述第一模板包括組織牽開器。
131.根據權利要求130所述的方法，其中所述組織牽開器為凸緣或擴張器中的一種。
132.根據權利要求113所述的方法，其進一步包含在單束或雙束韌帶重建中的至少一 種中使用所述模版。
全文摘要
本文揭示用于修復關節表面修復材料和用于修復關節表面的方法、組合物和器具。關節表面修復可定制或具有高度患者可選擇性且適合提供最佳適合性和功能。手術器具經設計以可定制或具有高度患者可選擇性以增加進行全或部分關節成術形的速度、精確度和簡單性。
文檔編號A61B17/14GK102599960SQ20121005404
公開日2012年7月25日 申請日期2007年2月6日 優先權日2006年2月6日
發明者丹尼爾·斯丁, 小阿爾伯特·G·波杜里斯, 沃夫岡·弗茲, 熱內·瓦嘎斯瓦熱斯克, 瑞莽·A·波亞斯基, 飛利浦·郎 申請人:康復米斯公司