專利名稱：具有化學蝕刻金屬插件的整形外科切割臺及制造方法
技術領域：
本發明整體涉及整形外科手術器械，更具體地講涉及具有金屬支承插件的整形外 科切割臺，其中金屬支承插件具有化學蝕刻孔。
背景技術：
關節成形術是熟知的用假體關節置換患病和/或受損的自然關節的外科手術。典 型的人造關節包括膝關節假體、髖關節假體、肩關節假體、踝關節假體以及腕關節假體等。 為了便于用假體置換天然關節，整形外科手術使用多種整形外科手術器械，例如鋸、鉆頭、 擴孔鉆、粗銼刀、鉆孔器、切割臺、導鉆器、銑削導向裝置以及其他外科手術器械。整形外科 手術器械通常采用傳統的制造方法(例如，機械加工、車削和鉆孔)用金屬制成，并需要在 外科手術操作之間消毒。

發明內容
根據一個方面，整形外科切割臺可以包括金屬支承插件和模制到支承插件上的主 體。支承插件可以具有多個化學蝕刻孔，并可以被構造用于支承骨骼切割工具。主體可以 模制到支承插件上，使得多個化學蝕刻孔中的每一個至少部分地被主體的一部分填充。
在一些實施例中，支承插件可以具有接觸主體的界面以及與界面相對的導向面。 支承插件的導向面可以被構造用于支承骨骼切割工具。支承插件中的多個化學蝕刻孔中的 每一個可以從支承插件的界面延伸至導向面。至少部分地填充每個化學蝕刻孔的主體的一 部分可以填充至少一半孔體積。支承插件可以具體表現為軸襯，導向面可以被構造用于支 承骨骼鉆頭。支承插件可以具體表現為非捕獲切割引導裝置，導向面可以被構造用于支承 骨骼鋸片。主體可以用注模聚合物形成。 整形外科切割臺的主體可以包括適于接納患者脛骨前面的一部分的面向骨骼的 表面，支承插件的位置可允許外科醫生利用支承插件的支承在患者的脛骨上進行近側切 割。主體可以包括適于接納患者股骨前面的一部分的面向骨骼的表面，支承插件的位置可 允許外科醫生利用支承插件的支承對患者的股骨進行遠側切割。主體可以包括適于接觸患 者的股骨要切除的遠側面的面向骨骼的表面，支承插件的位置可允許外科醫生利用支承插 件的支持對患者的股骨進行前切、后切和斜切中的至少一者。主體可以包括適于接觸患者 的股骨要切除的前表面的第一面向骨骼的表面和適于接觸患者的股骨要切除的遠側面的第二面向骨骼的表面；支承插件的導向面可以包括面向內側的部分、面向外側的部分和面 向遠側的部分；支承插件的位置可允許外科醫生利用支承插件的支承對患者的股骨進行凹 口切割。 在另一方面，整形外科手術器械可以具體表現為整形外科切割臺。整形外科手術 器械可以包括第一金屬支承插件、第二金屬支承插件、以及模制到第一和第二支承插件上 的主體。第一支承插件可以具有第一多個化學蝕刻孔，并可以被構造用于支承骨骼切割工 具。第二支承插件可以具有第二多個化學蝕刻孔，并可以被構造用于支承骨骼切割工具。主 體可以模制到第一和第二支承插件上，使得第一多個化學蝕刻孔中的每一個和第二多個化 學蝕刻孔中的每一個至少部分地被主體的一部分填充。 在一些實施例中，第一支承插件可以具有接觸主體的第一界面以及與第一界面相 對的第一導向面。第一導向面可以被構造用于支承骨骼切割工具。第一多個化學蝕刻孔中 的每一個可以從第一支承插件的第一界面延伸至第一導向面。第二支承插件可以具有接觸 主體的第二界面和與該界面相對的第二導向面。第二導向面可以被構造用于支承骨骼切割 工具。第二多個化學蝕刻孔中的每一個可以從第二支承插件的第二界面延伸至第二導向 面。第一支承插件可以與第二支承插件相對，兩者之間具有間隙。第一和第二支承插件可 以具體表現為被構造用于支承骨骼鋸片的捕獲切割槽。 根據另一個方面，公開了制造整形外科手術器械的方法。該方法可以包括在金屬 支承插件上化學蝕刻多個孔。該方法還可以包括將主體模制到支承插件上，以形成整形外 科切割臺。該方法可以包括化學蝕刻多個孔中的每一個，使每個孔都穿過支承插件的整個 厚度。該方法還可以包括在支承插件上化學蝕刻凹槽。該方法也還可以包括在將主體模制 到支承插件上之前沿著凹槽折彎支承插件。 在一些實施例中，該方法可以包括形成支承插件上的掩模。掩模可以限定支承插 件上的多個暴露區域。該方法可以包括將具有掩模的支承插件放入化學浴中，借此將多個 暴露區域化學蝕刻成多個孔。該方法也可以包括將具有掩模的支承插件從化學浴中取出， 并將掩模從支承插件上移除。該方法可以包括將光致抗蝕劑材料涂布到支承插件上，用圖 案化的光掩模使光致抗蝕劑材料的部分有選擇地暴露于光源下，然后用顯影劑有選擇地移 除光致抗蝕劑材料部分，以限定支承插件上的多個暴露區域。 在一些實施例中，該方法可以包括將支承插件裝入模具中。支承插件可以接觸模 具的壁。該方法也可以包括將聚合物注入模具中。支承插件可以被聚合物擠壓在模具的壁 上。聚合物可以至少部分地填充多個孔。


特別參照下圖進行詳細描述，下圖中 圖1為整形外科切割臺的一個實施例的透視圖； 圖2為圖1的整形外科切割臺的局部分解透視圖； 圖3A為化學蝕刻前金屬支承插件的一部分的剖視圖； 圖3B為化學蝕刻后圖3A的金屬支承插件的一部分的剖視圖； 圖3C為根據一個實施例與主體一起模制后的金屬支承插件的一部分的剖視圖； 圖3D為根據另一個實施例與主體一起模制后的金屬支承插件的一部分的剖視圖； 圖4為連接到患者骨骼上的圖1的整形外科切割臺的透視圖； 圖5為整形外科切割臺的另一個實施例的局部分解透視圖； 圖6為連接到患者骨骼上的圖5的整形外科切割臺的透視圖； 圖7為整形外科切割工具的一個實施例的透視圖； 圖8為圖7的整形外科切割工具的透視圖； 圖9為整形外科切割工具的另一個實施例的透視圖； 圖10為圖9的整形外科切割工具的一部分的透視圖； 圖11為制造整形外科手術器械的方法的簡化流程圖； 圖12為化學蝕刻金屬插件的方法的簡化流程圖；以及 圖13為形成金屬插件上的掩模的方法的簡化流程圖。
具體實施例方式
雖然本發明的概念易于具有各種修改形式和替代形式，但其具體示例性實施例已 在附圖中以舉例的方式示出，并且將在本文中詳細說明。然而應當理解，本文無意將本發明 的概念限制為所公開的具體形式，而是相反，目的在于涵蓋所附權利要求限定的本發明的 精神和范圍內的所有修改形式、等同形式和替代形式。 在本公開中有關本文所述的整形外科手術器械和患者的自然解剖部分使用了表 示解剖參考的術語，如前、后、內側、外側、上、下等。這些術語在解剖學和整形外科領域都具 有清晰的含義。除非另外指明，否則說明書和權利要求中使用的此類解剖參考術語旨在符 合其清晰的含義。 本發明整體涉及整形外科手術器械，此類器械包括一個或多個金屬插件和模制到 金屬插件上的主體。金屬插件可以設置在使用過程中經受最大力的整形外科手術器械處或 其鄰近區域。在一些實施例中，主體可以是注模聚合物。金屬插件包括多個化學蝕刻孔。化 學蝕刻孔具有獨特的結構特性，可使金屬插件與主體粘附。本發明的概念適用于使用金屬 支承插件的整形外科切割臺和使用金屬切割插件的整形外科切割工具。 整體參見圖l-4，根據本發明的整形外科手術器械的一個示例性實施例為整形外
科切割臺ioo，該器械設計成可供外科醫生將其與外科手術骨鋸一起使用的凹口引導裝置。
在這些和所有其他圖中，相同的組件用相同的編號標識。整形外科切割臺ioo包括幾個金 屬支承插件118、 120和模制在支承插件118、 120上的主體102。 如圖l和2所示，整形外科切割臺100的主體102包括前板104和兩個遠側板106， 當從側面看時，主體102通常是倒立的"L"形，從頂部看時，是倒立的"U"形。主體102還 包括由面向內側的壁110、面向遠側的壁112和面向外側的壁114限定的中央凹口 108。前 板104包括面向骨骼的表面142，其適合于接觸患者的股骨10要切除的前表面。兩個遠側 板106中的每一個包括面向骨骼的表面144，其適合于接觸患者的股骨10要切除的遠側表 面。主體102還包括六個導孔116(圖1和2中均可以看到其中四個導孔)。導孔116的數 量和位置可以不同，并且不是每個導孔116都需要支承插件118。 主體102可以由能夠模制到支承插件118U20的任何材料形成，包括但不限于聚 合物和樹脂。在一些實施例中，主體102可以由抵抗外力的能力比支承插件118U20小但更便宜、更輕和/或更易于制成復雜形狀的材料形成。主體102可以本質上是異質的或可 以是復合材料。在一個示例性實施例中，主體102由注模聚合物形成。
金屬支承插件118U20通常設置在使用過程中經受最大力的整形外科切割臺100 的區域處或其附近。支承插件可以由金屬或金屬合金形成；在一個示例性實施例中，支承 插件118、 120由316型或17-4型等級的不銹鋼形成。每個支承插件包括接觸主體的界面 122 (在圖2的部分分解圖中可見)。在界面122的對面，每個支承插件還包括被配置成可支 承骨骼切割工具的導向面124、 126。每個支承插件118用作其中一個導孔116的軸襯。這 樣，穿過其中一個導孔116的鉆頭或鉆針只會或至少主要接觸支承插件118的導向面124， 而不會接觸主體102。支承插件120用作中央凹口 108的非捕獲切割引導裝置。導向面126 包括面向內側的部分128、面向遠側的部分130和面向外側的部分132，其分別對應于主體 102的面向內側的壁110、面向遠側的壁112和面向外側的壁114。這樣，沿著中央凹口 108 切割的骨骼鋸片12(示于圖4)只會或至少主要地接觸支承插件120的導向面126，而不會 接觸主體102。在另一個實施例中，可以用兩個或更多個單獨的支承插件取代單一的多部分 支承插件120。 每個支承插件118、120包括多個化學蝕刻孔134。在一個示例性實施例中，多個化 學蝕刻孔134中的每一個從支承插件118U20的界面122延伸至導向面124、126。化學蝕 刻孔134具有獨特的結構特性(下文中將結合圖3A-D對其進行進一步的描述)，并且可以 使支承插件118U20與主體102粘附。可以設想的是化學蝕刻孔134可以包括多種形狀， 并可以在支承插件118U20的表面上排列成多種圖案。在一個示例性實施例中，化學蝕刻 孔134是直徑為大約1/50英寸的圓形。除化學蝕刻孔134外，支承插件118U20也可以包 括其他化學蝕刻部件。在一個示例性實施例中，支承插件120還可以包括一個或多個化學 蝕刻凹槽136和/或化學蝕刻標記138，如參考標記、商標名稱以及產品名稱或編號等。
如下文中將要更加詳細討論的，可以通過將金屬支承插件118U20放入可溶解暴 露的金屬的化學浴中形成化學蝕刻孔134，以及化學蝕刻凹槽136、化學蝕刻標記138和其 他部件。如圖3A所示，可以通過在放入化學浴之前在支承插件118、120各處形成包括多個 暴露區域18的掩模14有選擇地蝕刻支承插件118、120，以形成部件，例如多個化學蝕刻孔 134。掩模14可以由基本上不會被化學浴溶解的任何材料形成。 在一個示例性實施例中，掩模14為聚合物光致抗蝕劑材料，其在支承插件120各 處形成，但包括多個暴露區域18(參見圖3A)。圖3B示出了從化學浴中取出之后并且在移 除聚合物光致抗蝕劑掩模14之前的圖3A的支承插件120的橫截面。在支承插件120兩面 上暴露于化學浴的區域中，所得的結構為化學蝕刻孔134。化學蝕刻孔134的獨特結構特性 在一定程度上是由于濕法或液體、化學蝕刻的各向同性的性質。如在圖3B中可以看到的， 當化學浴在垂直方向上溶解支承插件120的金屬時，它還會以垂直方向的大約20-25%的 比率在水平方向上溶解金屬。僅在支承插件120的一面上暴露于化學浴的區域中，所得的 結構為化學蝕刻凹槽136。凹槽136可以貫穿支承插件120的導向面126的整個寬度。如 下文中將要更加詳細討論的，在將主體102模制到支承插件120上之前，凹槽136可允許支 承插件120在導向面126的面向內側的部分128與面向遠側的部分130之間，以及面向遠 側的部分130與面向外側的部分132之間彎曲。 化學蝕刻孔134可使支承插件120與主體102粘附，如圖3C所示。在將主體102
8模制到支承插件120上時，主體102的一部分至少部分地填充多個化學蝕刻孔134中的每 一個。模制之后，主體102在界面122和化學蝕刻孔134的側壁處接觸支承插件120，但通 常不會接觸導向面126，從而提供被成形為可支承整形外科切割工具的基本上全部金屬的 導向面126。在一個示例性實施例中，至少部分地填充每個化學蝕刻孔134的主體102的部 分可以填充每個孔134的至少一半體積。在另一個示例性實施例中，至少部分地填充每個 化學蝕刻孔134的主體102的部分可以填充每個孔134的70-80%之間的體積。
在另一個示例性實施例中，如圖3D所示，支承插件120的化學蝕刻孔134也可以 通過僅暴露支承插件120的一面上的區域形成，但需要使支承插件120在化學浴中保持較 長的時間。這可以形成具有其獨特結構特性的化學蝕刻孔134，包括錐形側壁140。此外， 主體102的一部分至少部分地填充每個化學蝕刻孔134，但通常不會接觸導向面126，從而 提供被成形為可支承整形外科切割工具的基本上全部金屬的導向面126。應該指出的是， 所述的與支承插件120和圖3A-D有關的每個部件都可以同樣應用于支承插件118及其化 學蝕刻孔134。此外，對于這些和下文所公開的所有其他實施例而言，盡管多個化學蝕刻孔 134至少部分地被主體102的一部分填充，但可以設想的是其中有些化學蝕刻孔134可以完 全不被填充。 從圖4中可以清楚地看到手術過程中整形外科切割臺100在患者的股骨10遠端 上的位置和使用。通常外科醫生在使用整形外科切割臺ioo進行凹口切割之前，已在患者 的股骨10上進行了前和遠側切割或切除。整形外科切割臺100的位置可使得前板104的 面向骨骼的表面142接觸患者的股骨IO要切除的前表面，兩個遠側板106的面向骨骼的表 面144接觸患者的股骨10要切除的遠側表面。通過放置一個或多個(通常三個或更多個) 穿過導孔116的外科手術銷軸16將整形外科切割臺100固定在患者的股骨10上。整形外 科切割臺100固定好之后，外科醫生可以用典型的具有骨骼鋸片12的骨鋸進行凹口切割， 并用支承插件120支承骨骼鋸片12。 現在整體參見圖5和6，根據本發明的整形外科手術器械的另一個示例性實施例 為整形外科切割臺200，其設計為可用作前切/后切/斜切引導裝置(在本領域中也稱為四 合一切割臺)，供外科醫生將其與外科手術骨鋸一起使用。整形外科切割臺200包括幾個金 屬支承插件218-226和模制到支承插件218-226上的主體202。 整形外科切割臺200的主體202可以由可以模制到支承插件218-226的任何材料 形成，例如上文關于整形外科切割臺100所述的材料。如圖5所示，主體202包括一對主體 組件204、206，它們組合在一起可以使整形外科切割臺200形成大致立方體，或長方體的外 形。主體組件204和主體組件206都包括面向骨骼的表面238，其適合于接觸患者的股骨 IO要切除的遠側表面。主體組件204還包括細長開口 208，其大致平行于畫在主體組件204 的內側面與外側面之間的假想線。細長開口 208由朝主體組件204的遠側面打開的第一對 錐形壁210和朝主體組件204的近側面打開的第二對錐形壁(未示出)限定。第二對錐形 壁被設計為可接納主體組件206，如圖5所示。主體202也可以包括在主體組件204和主體 組件206上的導孔216。導孔216的數量和位置可以不同，并且不是每個導孔216都需要支 承插件218。 與整形外科切割臺100的支承插件118、 120相似，支承插件218-226可以由金屬 或金屬合金形成，并通常設置在使用過程中經受最大力的整形外科切割臺200的區域處或其附近。每個支承插件包括接觸主體202的界面236。在界面236的對面，每個支承插件 還包括被配置成可支承骨骼切割工具的導向面228-232 (以及其他未示出的面)。每個支 承插件218用作其中一個導孔216的軸襯。穿過其中一個導孔216的鉆頭或鉆針只會或至 少主要地接觸支承插件218的導向面，而不會接觸主體202。支承插件220用作在患者的 股骨10上進行前切的非捕獲切割引導裝置。沿著整形外科切割臺200的前面進行切割的 骨骼鋸片12只會或至少主要地接觸支承插件220的導向面232，而不會接觸主體202。同 樣，支承插件222用作在患者的股骨IO上進行后切的非捕獲切割引導裝置。沿著整形外科 切割臺200的后面進行切割的骨骼鋸片12只會或至少主要地接觸支承插件222的導向面 (未示出)，而不會接觸主體202。在另一個示例性實施例中，作為另外一種選擇，整形外科 切割臺200的前切和后切引導裝置可以是與以下所述切割引導裝置相似的捕獲切割槽，而 不是非捕獲切割引導裝置。 整形外科切割臺200還包括兩個捕獲切割槽，當在患者的股骨10上進行一對斜切 時，捕獲切割槽可以支承骨骼鋸片12。如上文所述，主體組件204包括細長開口 208，該開 口部分地由朝主體組件204的近側面打開的第二對錐形壁限定。金屬支承插件設置在第二 對錐形壁中的每一個上支承插件224在下面的錐形壁上，另一個支承插件(未示出)在上 面的錐形壁上。主體組件206也具有支承插件226。支承插件226的導向面包括面向下的 部分228和面向上的部分230。當主體組件204和主體組件206組裝在一起時，這些支承插 件形成兩個捕獲切割槽。支承插件226的面向下的部分228與支承插件224相對，兩者之 間具有間隙，從而形成角度向下的捕獲切割槽。支承插件226的面向上的部分230與另一 個支承插件(未示出)相對，兩者之間具有間隙，從而形成角度向上的捕獲切割槽。穿過其 中一個捕獲切割槽沿著細長開口 108進行切割的骨骼鋸片12(示于圖6)只會或至少主要 地接觸支承插件224、226的導向面，而不會接觸主體202。在另一個實施例中，可以用兩個 或更多個單獨的支承插件替代多部分支承插件226。在另一個實施例中，捕獲切割槽中的任 何一個可以由用作細長軸襯的單個支承插件形成，而不是由一對相對的支承插件形成。
每個支承插件218-226包括多個化學蝕刻孔234，化學蝕刻孔可使支承插件 218-226與主體202粘附。化學蝕刻孔234具有與上文關于整形外科切割臺100所述并示 于圖3A-D的化學蝕刻孔134相同的獨特結構特性。當把主體202模制到支承插件218-226 上時，主體202的一部分至少部分地填充化學蝕刻孔234。模制之后，主體202在界面236 和化學蝕刻孔234的側壁處接觸支承插件218-226，但通常不會接觸導向面，從而提供被成 形為可支承整形外科切割工具的基本上全部金屬的導向面。 除了化學蝕刻孔234外，支承插件218-216也可以包括其他化學蝕刻部件，如化學 蝕刻凹槽或標記。在一個示例性實施例中，化學蝕刻凹槽可以貫穿支承插件226的界面236 的整個寬度。在將主體202模制到支承插件226上之前，該化學蝕刻凹槽可允許支承插件 226在面向下的部分228與面向上的部分230之間彎曲。 從圖6中可以清楚地看到手術過程中整形外科切割臺200在患者股骨10的遠端 上的位置和使用。通常，外科醫生在使用整形外科切割臺200進行前切、后切或斜切中的一 者或多者之前已在患者的股骨10上進行了遠側切割或切除。整形外科切割臺200的位置 可使得主體組件204和主體組件206的面向骨骼的表面238靠在患者的股骨10要切除的 遠側表面上。通過放置一個或多個(通常兩個)穿過主體組件204和主體組件206的導孔216的外科手術銷軸16，將整形外科切割臺200固定在患者的股骨10上。整形外科切割臺 200固定好之后，外科醫生可以使用具有骨骼鋸片12的典型骨鋸利用支承插件220的支承 進行前切(完整示出)，利用支承插件222的支承進行后切(也完整示出)，或使用捕獲切 割槽進行兩次斜切，如圖6所示。當外科醫生使用其中一個捕獲切割槽時，可以用支承插件 224、226引導骨骼鋸片12，并且避免骨骼鋸片12接觸主體202，包括第一對錐形壁210。
應該指出的是，除上文所討論的整形外科切割臺以外，根據本發明的整形外科手 術器械可以具體表現為另外的或不同的整形外科切割臺。通過示例性實例的方式，遠側股 骨切割臺可以包括注模的主體和具有多個化學蝕刻孔的金屬支承插件，支承插件的位置可 允許外科醫生利用支承插件的支承在患者的股骨上進行遠側切割。作為另一個示例性實 例，近側脛骨切割臺可以包括注模的主體和具有多個蝕刻孔的金屬支承插件，支承插件的 位置可允許外科醫生利用支承插件的支承在患者的脛骨上進行近側切割。實際上，據信只 有極少數(如果有的話)整形外科切割臺不能采用本發明的原理。 現在整體參見圖7-8，根據本發明的整形外科手術器械的另一個示例性實施例為 整形外科切割工具300，該工具被設計為可供外科醫生將其與外科手術骨鉆一起使用的鉆 頭。整形外科切割工具300包括多個金屬切割插件322和模制到多個切割插件322上的主 體302。 整形外科切割工具300的主體302可以由能夠模制到多個切割插件322的任何材 料形成，例如上文關于整形外科切割臺IOO所述的材料。在一個示例性實施例中，整形外科 切割工具300的主體302由注模聚合物形成。如圖7所示，主體302通常為圓柱形，具有縱 向軸線L。主體302可以是基本上實心的圓柱體，也可以任選地包括空隙312，如圖7所示 的空隙，以便減少形成主體302所用的材料量。主體302包括切割段314，其上面設置了多 個切割插件322。主體302也可以包括在沿著縱向軸線L與切割段314相對的末端處整體 形成的連接部件304。連接部件304可以包括較窄的部分306、較寬的部分308和/或非圓 柱形部分310，以便將典型的外科手術骨鉆(未示出)連接到整形外科切割工具300上。
整形外科切割工具300的主體302的切割段314(在圖8中詳細示出)包括多個 切割刃316。多個切割刃316圍繞整形外科切割工具300的縱向軸線L向外徑向排列。槽 318位于每對相鄰的切割刃316之間，以便將整形外科切割工具300切下的骨骼碎片移出患 者的骨骼。在手術中，外科醫生可以將整形外科切割工具300連接到外科手術骨鉆上，使得 切割段314以圖8所示的箭頭R的方向圍繞縱向軸線L旋轉。主體302的切割段314還可 以包括尖頂320，以有助于引導整形外科切割工具300。 與整形外科切割臺100的支承插件118、 120相似，整形外科切割工具300的切割 插件322可以由金屬或金屬合金形成。多個切割插件322中的每一個設置在多個切割刃 316中的一個切割刃上，并且通常與其所在的切割刃316的前沿對齊。還可以設想的是，多 個切割刃316中的一些(但不是全部)可以具有設置在其上面的切割插件322。每個切割 插件322包括接觸主體302的界面328。在界面328的對面，每個切割插件322還包括工作 面324，該工作面324被配置成在整形外科切割工具300以箭頭R的方向旋轉過程中可接觸 并移除患者骨骼的一部分。 每個切割插件322包括多個化學蝕刻孔326，化學蝕刻孔可使多個切割插件322與 主體302粘附。化學蝕刻孔326具有與上文關于整形外科切割臺100所述并示于圖3A-D的化學蝕刻孔134相同的獨特結構特性。當把主體302模制到切割插件322上時，主體302 的一部分至少部分地填充多個化學蝕刻孔326中的每一個。模制之后，主體302在界面328 和化學蝕刻孔326的側壁處接觸多個切割插件322，但通常不會接觸工作面324，從而提供 被配置成可移除患者的部分骨骼的基本上全部金屬的工作面324。 現在整體參見圖9-10，根據本發明的整形外科手術器械的另一個示例性實施例為 整形外科切割工具400，該工具被設計為可用作供外科醫生在用手移除患者的部分骨骼時 使用的粗銼刀。整形外科切割工具400包括金屬切割插件412和模制到切割插件412上的 主體402。 整形外科切割工具400的主體402可以由能夠模制到金屬切割插件412的任何材 料形成，例如上文關于整形外科切割臺IOO所述的材料。在一個示例性實施例中，整形外科 切割工具400的主體402由注模聚合物形成。如圖9所示，主體402包括切割段404，在切 割段404上設置了切割插件412。主體402還包括在與切割段404相對的末端處整體形成 的柄部406，該柄部可以在使用過程中供外科醫生抓握。柄部404可以為符合人體工程學的 形狀，主體402還可以包括靠近柄部406的末端的突出部分408，以使得外科醫生能夠更容 易地抓握整形外科切割工具400。主體402可以是基本上實心的，也可以任選地包括空隙 410，如圖9所示的空隙，以便減少形成主體402所用的材料量。 整形外科切割工具400的主體402的切割段404 (在圖10中詳細示出)模制到切 割插件412上。與整形外科切割臺100的支承插件118、 120相似，整形外科切割工具400 的切割插件412可以由金屬或金屬合金形成。切割插件412包括接觸主體402的界面422。 在界面422的對面，切割插件412還包括工作面414，該工作面被配置成可在以圖10所示的 箭頭M方向移動整形外科切割工具400的過程中移除患者的部分骨骼。在手術中，外科醫 生可以握住整形外科切割工具400的柄部406，使工作面414接觸患者的骨骼，并以箭頭M 方向往復移動整形外科切割工具400。 切割插件412包括多個化學蝕刻孔416，化學蝕刻孔可使切割插件412與主體402 粘附。化學蝕刻孔416具有與上文關于整形外科切割臺100所述并示于圖3A-D的化學蝕 刻孔134相同的獨特結構特性。當把主體402模制到切割插件412上時，主體402的一部 分至少部分地填充多個化學蝕刻孔416中的每一個。模制之后，主體在界面422和化學蝕 刻孔416的側壁處接觸切割插件412，但通常不會接觸工作面414，從而提供被配置成可移 除患者的部分骨骼的基本上全部金屬的工作面414。 為了有助于移除患者的部分骨骼，切割插件412的工作面414包括多個化學蝕刻 切齒418。在圖10所示的一個示例性實施例中，切割插件412的工作面414中蝕刻了多個 化學蝕刻切齒418，以提供包括兩個臺階的橫截面，所述臺階具有被成形為可移除患者的部 分骨骼的銳利的、為直角的邊緣。化學蝕刻切齒418貫穿切割插件412的整個寬度，并垂直 于切割插件412的長度排列。工作面414還包括位于每對相鄰的切齒412之間的浮雕表面 420。在該實施例中，多個化學蝕刻孔416從切割插件412的界面422延伸至浮雕表面420。 可以設想的是，工作面414可以采用其他形式，例如具有在浮雕表面420上凸起并排列成多 種圖案的多個化學蝕刻切齒418的單一浮雕表面420。可以通過下文所述的單步或多步蝕 刻方法，將切割插件412的一個或兩個面上的區域有選擇地暴露于化學浴中形成多種構造 的工作面414。
應該指出的是，除上文所討論的整形外科切割工具以外，根據本發明的整形外科 手術器械可以具體表現為另外的或不同的整形外科切割工具。通過示例性實例的方式，整 形外科手術擴孔鉆可以包括注模的主體和多個金屬切割插件，金屬切割插件具有化學蝕刻 孔并設置在器械的切割邊緣處，以便外科醫生用切割插件挖通長骨的骨髓腔。作為另一個 示例性實例，整形外科手術鉆孔器可以包括注模的主體和具有化學蝕刻孔和切齒的金屬切 割插件，以便外科醫生在髖關節成形術過程中制備用于放置股骨組件的股骨。實際上，據信 只有極少數(如果有的話)整形外科切割工具不能采用本發明的原理。 現在參見圖11-13，圖中示出了制造根據本發明的整形外科手術器械的方法的示 例性實施例的一系列簡化的流程圖。制造方法500可以用于制造整形外科切割臺或者可以 用于制造整形外科切割工具，在用于制造整形外科切割臺的情況下將會使用一個或多個金 屬支承插件，在用于制造整形外科切割工具的情況下將會使用一個或多個金屬切割插件。 在描述此方法的示例性實施例時，沒有修飾語的術語"插件"將用于表示一個或多個金屬支 承插件和一個或多個金屬切割插件中的任一者。制造方法500包括多個步驟502-512，如圖 11所示。 制造方法500從工序502開始，在該工序中對用于形成整形外科手術器械的一個 或多個插件進行化學蝕刻，以形成多個孔和任何其他所需的部件。可以用任何可溶解金屬 的化學品進行化學蝕刻，這些化學品包括但不限于鹽酸、過硫酸銨以及氯化鐵。如以下結合 圖12更詳細的說明，工序502將包括在每個實施例的插件上化學蝕刻多個孔，但也可以包 括蝕刻另外的部件，包括一些示例性實施例中的凹槽、標記、切齒和/或浮雕表面。根據需 要，工序502可以包括單次化學蝕刻，或者可以包括多次化學蝕刻。 在工序502之后，如果必要的話，制造方法500可以任選地進行工序504，在該工序 中插件可以被彎曲成整形外科手術器械所需的近似形狀。當單個插件要占據完成的手術器 械的多個平面時可以使用工序504。例如，在工序506之前，整形外科手術臺100中的支承 插件120和整形外科手術臺200中的支承插件226被彎曲。可以通過一個或多個化學蝕刻 凹槽(例如上文所述和圖3B中所示的凹槽136)幫助插件折彎。插件只需彎曲成其近似的 形狀，因為如下文所述，通過工序508會進一步使插件形成正確的形狀。
在工序502或任選的工序504之后，制造方法500繼續進行工序506，在該工序中 把插件裝入模具。在一個示例性實施例中，把插件裝入模具中，使得導向面(如果是支承插 件的話)或工作面(如果是切割插件的話)接觸模具的一個或多個壁。可以用多種方法使 插件保持在模具中的合適位置，這多種方法包括重力、磁力或其他力。 在工序506之后，制造方法500繼續進行工序508，在該工序中將主體材料注入模 具中。如上文所述，主體材料可以是能夠模制到插件上的任何物質，包括但不限于聚合物和 樹脂。在一些示例性實施例中，主體材料可以是比金屬插件更便宜、更輕和/或更容易加工 成復雜形狀的物質。工序508可以包括加熱主體材料，以使得材料適于注入模具中。在工 序508中，注入模具中的主體材料的力將插件壓在模具的壁上，進一步將在任選工序504中 彎曲的插件成型為合適的形狀。主體材料的一部分可以至少部分地填充在工序502中化學 蝕刻的插件中的多個孔。在一些實施例中，主體材料將基本上填充插件中的所有孔。在其 他實施例中，許多或大部分孔會被填充，而其他孔將不被填充。 在工序508之后，制造方法500繼續進行工序510，在該工序中主體材料形成其最
13終的堅硬形式。工序510可以包括使加熱的主體材料冷卻至比其注入模具時的溫度低的溫 度。在一些示例性實施例中，在工序508中主體材料在注入過程中會接觸模具的壁，并與導 面(如果是支承插件的話)或工作面(如果是切割插件的話)齊平。在工序510中，主體 材料定形時會稍稍收縮，導致主體的一部分僅部分地填充孔，如圖3C和3D的剖面圖所示。
在工序510之后，制造方法500繼續進行工序512，在該工序中從模具中取出形成 的主體和插件。這時，按照工序506將已按照工序502進行化學蝕刻的另一個插件或另一組 插件裝入模具中，并重復所述工序。還可以設想的是，制造方法500可以包括另外的工序。 例如，在一些實施例中，在工序512中從模具中取出形成的主體和插件后，可能需要對整形 外科手術器械進行附加的組裝。 圖12詳細示出了制造方法500的工序502的一個示例性實施例，這是包括工序 520-526的化學蝕刻子工序。在每個實施例中，化學蝕刻子工序502將包括在插件上化學蝕 刻多個孔。在一些示例性實施例中，化學蝕刻子工序502還可以包括在插件上蝕刻另外的 部件，包括凹槽、標記、切齒和/或浮雕表面。這些特征可以與孔同時化學蝕刻到插件上，即 在化學蝕刻子工序502的單循環過程中蝕刻到插件上。作為另外一種選擇，在返回制造方 法500之前，根據需要可以重復工序520-526，以形成合適的化學蝕刻特征。
化學蝕刻子工序502從工序520開始，在該工序中在一個或多個插件上形成掩模。 如圖3A的剖面圖所示，掩模14在要化學蝕刻到插件中的金屬各處形成，但包括多個暴露區 域18。掩模可以由基本上不會被工序522的化學浴溶解的任何材料形成。如獎下文結合圖 13的詳細描述，工序520的一個示例性實施例可以包括在插件各處形成聚合物光致抗蝕劑 層，用作蝕刻過程中的掩模。掩模可以在插件的一個面、兩個面上的各種位置形成，或兩個 面上都沒有，這取決于該位置所需的部件。 在工序520之后，化學蝕刻子工序502繼續進行工序522，在該工序中將具有一個 或多個掩模的一個或多個插件放入化學浴中。化學浴可以包括可溶解插件金屬但基本上不 會溶解掩模材料的任何化學品，包括但不限于鹽酸、過硫酸銨和氯化鐵。在工序522中，化 學浴有選擇地侵蝕和溶解插件金屬的多個暴露區域18 (圖3A)。由于濕的或液體的化學蝕 刻劑是各向同性的，因此化學浴可在水平方向和垂直方向上溶解插件金屬，形成圖3B-D所 示的結構。水平方向上的蝕刻為垂直方向的大約20-25%。 在工序522之后，化學蝕刻子工序502繼續進行工序524，在該工序中在預定時間 后將具有一個或多個掩模的一個或多個插件從化學浴中取出。除了工序520所用的掩模圖 案外，插件的形式還將由工序522與524之間占用的時間確定。如果使化學蝕刻大致進行 能夠溶解插件一半厚度所需的時間，則插件兩面都暴露于化學浴的區域會形成穿過插件整 個厚度的孔，而只有插件的一面暴露于化學浴的區域會形成凹槽，如圖3B所示。如果使化 學蝕刻大致進行能夠溶解插件整個厚度所需的時間，則只有插件的一面暴露于化學浴的區 域會形成具有錐形側壁的孔，其結構與圖3D所示結構相似。可以設想的是，用第一掩模在 插件的一面上化學蝕刻特定的距離，然后用第二掩模重復化學蝕刻子工序502，并從相反的 一面化學蝕刻剩余的插件厚度，從而形成多種其他橫切面的孔或其他部件。
在工序524之后，化學蝕刻子工序502繼續進行工序526，在該工序中將工序520 中涂布的掩模從一個或多個插件上取下。這時，根據需要可以重復化學蝕刻子工序502，或 者制造方法500可以進行工序504或工序506中的一個工序。還應該指出的是，化學蝕刻子工序502可以每次應用于一個插件，或者對多個插件同時進行化學蝕刻。在一個示例性 實施例中，包括多行和多列插件的合適厚度的大金屬板可以進行化學蝕刻子工序502。工 序520中形成的掩模可以包括圍繞所有或基本上所有各個插件的輪廓，使得插件既可以在 化學蝕刻過程中從板上掉下來，也可以隨后輕易地取下。 圖13中詳細示出了化學蝕刻子工序502的工序520的一個示例性實施例，這是包 括工序530-536的掩模形成子工序。該掩模形成子工序520為光刻法，其中一個或多個圖 案化的光掩模用于在一個或多個插件上的具有多個暴露區域的掩模中形成光敏材料。
掩模形成子工序520從工序530開始，在該工序中涂布光致抗蝕劑材料，使其基 本上覆蓋一個或多個插件的表面。光致抗蝕劑材料為聚合物物質，其可以在暴露于紫外 ("UV")光源時改變其結構。光致抗蝕劑材料涂層可以是正光致抗蝕劑，當暴露于紫外光 時，它會變得更加易溶。作為另外一種選擇，光致抗蝕劑材料涂層可以是負光致抗蝕劑，當 暴露于紫外光時，它會發生聚合并且可溶性下降。可以用多種方法涂布光致抗蝕劑材料涂 層，這多種方法包括高速旋涂。光致抗蝕劑材料在變成光敏材料之前可能還需要稍稍加熱。
在工序530之后，掩模形成子工序520繼續進行工序532，在該工序中將第一圖案 化的光掩模設置在紫外光源與被光致抗蝕劑材料覆蓋的插件的第一面之間。第一圖案化的 光掩模包括半透明和不透明的部分。如果工序530中使用正光致抗蝕劑材料，則光掩模的 半透明部分將對應于掩模14中的多個暴露區域18(圖3A)。如果工序530中使用負光致抗 蝕劑材料，則光掩模的不透明部分將對應于掩模14中的多個暴露區域18 (圖3A)。
在工序532之后，掩模形成子工序520繼續進行工序534，在該工序中打開紫外光 源，光致抗蝕劑材料的區域通過第一圖案化光掩模的半透明部分有選擇地暴露于光源下。 作為反應，光致抗蝕劑暴露區域的化學結構會改變，變得更加易溶，或更不易溶，這取決于 使用的光致抗蝕劑類型。如果需要的話，可以用第二光掩模和插件的第二面重復進行工序 530和532。作為另外一種選擇，可以同時設置第一和第二光掩模，每個都具有其自己的光 源，并且插件的第一面和第二面可以同時暴露。 在工序534之后，掩模形成子工序520繼續進行工序536，在該工序中將顯影劑涂 布到插件上，有選擇地移除光致抗蝕劑材料區域，以限定插件上的多個暴露區域。顯影劑為 化學溶液，其可以溶解光致抗蝕劑材料的較可溶區域，但不會溶解較不可溶的區域。可以用 多種方法涂布顯影劑，這多種方法包括高速旋涂。顯影之后，剩余的光致材料可能需要再次 加熱，以硬化成可以經受化學浴的掩模。這時，掩模形成子工序520就完成了，化學蝕刻子 工序502可以繼續進行工序522。 盡管在附圖和前面的說明中對本發明進行了詳細的圖示和描述，但此類圖示和描 述應視為示例性的，而不是限制性的，應當理解的是，僅示出和描述了示例性的實施例，并 且本發明精神范圍內的所有變更和修改形式都應受到保護。 本文所述裝置和方法的多個特征使本發明具有多個優點。應當注意的是，本發明 的裝置和方法的替代實施例可以不包括所有所述特征，但仍然可以具有這些特征的至少某 些優點的有益效果。本領域的普通技術人員可以輕松設計出其自己的裝置和方法的實施方 式，這些裝置和方法可整合本發明特征中的一項或多項，并且落入由所附權利要求限定的 本發明的精神和范圍內。
權利要求
整形外科切割臺，包括金屬支承插件，所述金屬支承插件具有多個化學蝕刻孔，所述金屬支承插件被構造用于支承骨骼切割工具；以及主體，所述主體模制到所述金屬支承插件上，以使得所述多個化學蝕刻孔中的每一個至少部分地被所述主體的一部分填充。
2. 根據權利要求1所述的整形外科切割臺，其中所述金屬支承插件具有(i)接觸所述主體的界面和(ii)與所述界面相對的導向面，所述導向面被構造用于支承所述骨骼切割工具；并且所述多個化學蝕刻孔中的每一個從所述金屬支承插件的所述界面延伸至所述導向面。
3. 根據權利要求2所述的整形外科切割臺，其中至少部分地填充每個化學蝕刻孔的所述主體的所述一部分填充所述化學蝕刻孔的至少一半體積。
4. 根據權利要求2所述的整形外科切割臺，其中所述金屬支承插件包括軸襯，所述導向面被構造用于支承骨骼鉆頭。
5. 根據權利要求2所述的整形外科切割臺，其中所述金屬支承插件包括非捕獲切割引導裝置，所述導向面被構造用于支承骨骼鋸片。
6. 根據權利要求1所述的整形外科切割臺，其中所述主體包括面向骨骼的表面，所述表面適于接納患者脛骨的前面的一部分；并且所述金屬支承插件的位置允許外科醫生利用所述金屬支承插件的支承在所述患者的脛骨上進行近側切割。
7. 根據權利要求1所述的整形外科切割臺，其中所述主體包括面向骨骼的表面，所述表面適于接納患者股骨的前面的一部分；并且所述金屬支承插件的位置允許外科醫生利用所述金屬支承插件的支承在所述患者的股骨上進行遠側切割。
8. 根據權利要求1所述的整形外科切割臺，其中所述主體包括面向骨骼的表面，所述表面適于接觸患者股骨要切除的遠側面；并且所述金屬支承插件的位置允許外科醫生利用所述金屬支承插件的支承在所述患者的股骨上進行前切、后切和斜切中的至少一者。
9. 根據權利要求1所述的整形外科切割臺，其中所述主體包括適于接觸患者股骨要切除的前面的第一面向骨骼的表面，以及適于接觸所述患者股骨要切除的遠側面的第二面向骨骼的表面；所述金屬支承插件的所述導向面包括面向內側的部分、面向外側的部分和面向遠側的部分；并且所述金屬支承插件的位置允許外科醫生利用所述金屬支承插件的支承在患者的股骨上進行凹口切割。
10. 根據權利要求1所述的整形外科切割臺，其中所述主體包含注模聚合物。
11. 整形外科手術器械，包括整形外科切割臺，所述整形外科切割臺具有(i)具有第一多個化學蝕刻孔的第一金屬支承插件，所述第一金屬支承插件被構造用于支承骨骼切割工具、(ii)具有第二多個化學蝕刻孔的第二金屬支承插件，所述第二金屬支承插件被構造用于支承所述骨骼切割工具以及(iii)主體，所述主體模制在所述第一和第二金屬支承插件上，使得所述第一多個化學蝕刻孔中的每一個和所述第二多個化學蝕刻孔中的每一個至少部分地被所述主體的一部分填充。
12. 根據權利要求11所述的整形外科手術器械，其中所述第一金屬支承插件具有(i)接觸所述主體的第一界面和(ii)與所述第一界面相對的第一導向面，所述第一導向面被構造用于支承所述骨骼切割工具；所述第一多個化學蝕刻孔中的每一個從所述第一金屬支承插件的所述第一界面延伸至所述第一金屬支承插件的所述第二導向面；所述第二金屬支承插件具有(i)接觸所述主體的第二界面和(ii)與所述第二界面相對的第二導向面，所述第二導向面被構造用于支承所述骨骼切割工具；并且所述第二多個化學蝕刻孔中的每一個從所述第二金屬支承插件的所述第二界面延伸至所述第二金屬支承插件的所述第二導向面。
13. 根據權利要求11所述的整形外科手術器械，其中所述第一金屬支承插件與所述第二金屬支承插件相對，所述第一和第二金屬支承插件之間具有間隙，所述第一和第二金屬支承插件包括被構造用于支承骨骼鋸片的捕獲切割槽。
14. 制造整形外科手術器械的方法，所述方法包括在金屬支承插件上化學蝕刻多個孔；以及將主體模制到所述金屬支承插件上，以形成整形外科切割臺。
15. 根據權利要求14所述的制造整形外科手術器械的方法，其中在所述金屬支承插件上化學蝕刻所述多個孔的步驟包括化學蝕刻出穿過所述金屬支承插件的整個厚度的所述多個孔中的每一個。
16. 根據權利要求14所述的制造整形外科手術器械的方法，其中在所述金屬支承插件上化學蝕刻所述多個孔的步驟包括在所述金屬支承插件上形成掩模，所述掩模限定了多個暴露區域；將具有所述掩模的所述金屬支承插件放入化學浴中，借此將所述多個暴露區域化學蝕刻成所述多個孔；從所述化學浴中取出具有所述掩模的所述金屬支承插件；以及從所述金屬支承插件上移除所述掩模。
17. 根據權利要求16所述的制造整形外科手術器械的方法，其中在所述金屬支承插件上形成所述掩模的步驟包括將光致抗蝕劑材料涂布到所述金屬支承插件上；使用圖案化的光掩模將所述光致抗蝕劑材料的部分有選擇地暴露于光源下；以及用顯影劑有選擇地移除所述光致抗蝕劑材料的所述部分，以限定所述金屬支承插件上的所述多個暴露區域。
18. 根據權利要求14所述的制造整形外科手術器械的方法，其中將所述主體模制到所述金屬支承插件上的步驟包括將所述金屬支承插件裝入模具中，所述金屬支承插件接觸所述模具的壁；以及將聚合物注入所述模具中，使得所述金屬支承插件被所述聚合物壓在所述模具的壁上，并且所述聚合物至少部分地填充所述多個孔。
19. 根據權利要求14所述的制造整形外科手術器械的方法，其中在所述金屬支承插件上化學蝕刻所述多個孔的步驟還包括在所述金屬支承插件上化學蝕刻凹槽。
20. 根據權利要求19所述的制造整形外科手術器械的方法，還包括在將所述主體模制到所述金屬支承插件上之前沿著所述凹槽彎曲所述金屬支承插件。
全文摘要
本發明公開了具有整形外科切割臺的整形外科手術器械，包括被構造用于支承骨骼切割工具的金屬支承插件和模制到所述金屬支承插件上的主體。所述金屬支承插件包括多個化學蝕刻孔，并且所述主體被模制到所述金屬支承插件上，使得所述多個化學蝕刻孔中的每一個至少部分地被所述主體的一部分填充。所述整形外科切割臺的所述主體可以包括適于接觸患者骨骼的一部分的面向骨骼的表面，并且所述金屬支承插件的位置可允許外科醫生利用所述金屬支承插件的支承在所述患者的骨骼上進行切割。還公開了制造整形外科手術器械的方法。
文檔編號A61B17/56GK101791240SQ20091026251
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月29日 優先權日2008年12月29日
發明者D·E·韋林, H·G·小阿塞林, J·M·愛德華茲, R·J·懷特, T·R·博普雷 申請人:德普伊產品公司