专利名称：患者特异性整形植入物和模型的制作方法一般来说，患病、受伤或有缺陷的关节，例如具有骨关节炎的关节已使用标准的成 品植入物和其他外科装置来修复。在最近才出现了针对个体患者关节制作的患者特异性植 入物的概念。这种患者特异性植入物、例如iForma 、iUni 和iDuo .提供优于传统 的“数尺寸适合所有”的方法的优势，例如更好的配合、更自然的运动、减少手术过程中切除 的骨量以及创伤更小的手术过程。这种患者特异性的植入物一般从患者关节的图像创建。 基于这些图像，可以创建患者特异性植入物，既包括与关节中的现有表面匹配的表面，又包 括与任何手术过程之前不存在于患者中的理想和/或健康表面接近的表面。
本发明提供基于从现有关节获得的数据形成关节或关节的部分或表面的希望模 型的方法和装置。处理来自现有关节的数据，例如从诸如MRI或CT扫描的关节图像生成的 数据，以生成关节或者关节部分或关节内表面的变化或修正形式。例如，所述数据也可以用 来形成可用于分析患者关节以及设计和评估修正行为过程的模型。所述数据和/或模型也 可以用来设计具有一个或多个患者特异性方面(例如表面或曲率)的植入部件。—方面，一些实施方式提供具有被设计成与骨表面负匹配的内部面向骨表面的植 入部件。在一些实施方式中，第一植入部件的外部面向关节表面被设计成和/或是，在部件 的至少一部分中，与第二植入部件的相对外部面向关节表面负匹配。通过在关节界面处形 成负匹配部件表面，相对的表面可以不具有解剖或近似解剖的形状，而是可以彼此负匹配或接近负匹配。这可具有许多好处，例如减少植入物和关节磨损以及提供更可预测的关节运动。另一方面，一些实施方式提供在一个维度上具有一个或多个患者特异性曲率或半径而在第二维度上具有一个或多个标准或工程化曲率或半径的植入部件。又一方面，提供设计、选择、制造和植入患者特异性植入部件的方法。应当理解，本文描述的多种实施方式的特征并不相互排斥，而是可以以多种组合和交换的方式存在。通过参照结合附图进行的以下描述，实施方式的上述和其他目的、方面、 特征和好处将变得更加清楚并且能够被更好地理解，附图中图1A-1C均显示了一种示例性实施方式的示意图；图2A-2C描绘了具有6个骨切口(图2A)、7个骨切口(图2B)和3个骨切口且其中一个是曲线骨切口(图2C)的植入部件的设计；图3A是显示使用患者特异性双间室装置和患者特异性单间室装置的示例性膝关节置换的图片；图3B和3C是分别显示图3A的装置在冠状平面和矢状平面中的X射线图像；图4A-4E显示两件式植入部件的示例性设计；图5A是具有骨赘的股骨端部的截面图；图5B是图5A的股骨端部的图，其中骨赘被虚拟去除；图5C是骨赘被虚拟去除的图5B的股骨端部的图并显示被设计成骨赘去除后股骨形状的植入物的截面图；图是图5A的股骨端部的图并显示被设计成骨赘保持原样的股骨形状的植入物的截面图；图6A是骨中具有软骨下空隙的股骨端部的截面图，图6B是空隙被虚拟去除后的图6A的股骨端部的图，图6C是空隙被虚拟去除的图6B的股骨端部的图并显示被设计成空隙去除后股骨形状的植入物的截面图；图6D是图6A的股骨端部的图并显示被设计成空隙保持原样的股骨形状的植入物的截面图；图6-1至6-7G说明虚拟肢体对准中的步骤；图7是示例性植入部件，显示了植入物的内部面向骨表面上的骨切口的交叉；图7-1说明远侧股骨的计算机模型，其具有针对覆盖有传统初始植入物的预初始植入物(以轮廓线示出)优化的骨切口；图7-2A和7-2B示意性显示使得关节线脱位的传统植入部件；图7-3示意性显示其中现有或天然关节线得以保持的患者特异性植入部件；图7-4描绘包括直的远侧切口、直的前侧切口、直的后侧切口和曲线斜面切口的植入物或植入物设计；图7-5A和7-5B示意性显示被设计成与患者现有或天然的关节间隙基本正匹配的患者特异性植入部件；图7-6A至7-6K显示具有库中可包括的示例性方面的植入部件；图8显示患者股骨的冠状视图以及虚线的利用传统全膝植入物进行的标准骨切n ；图8-1A和8-1B显示冠状视图(图8-1A)和矢状视图(图8-1B)中股骨植入部件的载荷支承表面；图8-2A和8-2B显示股骨部件的两个股骨髁片段的冠状视图的截面；图8_2C显示与设计待倾斜的股骨部件的矢状曲线或j曲线相关的胫骨植入部件上的较厚材料；图8-3A至8-3E显示股骨部件设计方法的多个方面；图9A和图9B是股骨和髌骨的示意轴向视图；图9-1A至9_1C显示用于股骨部件的三个不同骨切口；图10是指出小面切口的股骨的示意矢状视图；
图IlA和IlB显示一种实施方式的植入部件(图11A)和传统部件(图11B)中的骨水泥袋；图II-IA和II-IB显示示例性髌骨植入物设计；图11-2显示具有扁长形状的髌骨植入部件；图12A和12B显示胫骨切口和单间室内侧和外侧部件，其具有或不具有相对于胫骨平台具有不同高度的聚乙烯层；图12C至12E描述胫骨植入物设计的其他考虑；图13A以截面显示冠状视图中的6种示例性工具尖端和聚乙烯插入件，工具尖端用来生成具有希望冠状曲率的聚乙烯插入件，图13B显示了从不同距离扫到聚乙烯插入件内以在聚乙烯插入件中形成不同矢状曲率的两种示例性工具的矢状视图；图14A和14B显示具有延伸经过整个部件的凹槽或扇形表面的胫骨植入物设计；图例子1-1是描绘用于设计患者特异性植入物(具体为全膝植入物)的示例性过程的流程图；图例子2-1A至例子2-9B显示两种骨切口设计方法的多个方面；图例子3-1显示在内部面向骨表面上具有7个骨切口的植入部件的实施方式的示例性设计；图例子3-2A和图3-2B分别是对应于图例子3-1中所示的虚拟模型的内部面向骨表面的前侧和后侧股骨骨切口的示例性设计的矢状视图；图例子3-3显示在内部面向骨表面上具有7个切口且具有带特定尺寸的水泥切除部分和栓的植入部件的示例性设计；图例子3-4A和图例子3-4B显示骨切口的虚拟模型和针对对股骨关节表面具有5个骨切口的模型(图例子3-4A)和针对对股骨关节表面具有7个骨切口的模型(图例子
3-4B)的相应骨量；图例子3-5A和图例子3-5B显示骨切口的虚拟模型和针对对股骨关节表面具有5个不弯曲骨切口的模型(图例子3-5A)和针对对股骨关节表面具有5个弯曲骨切口的模型(图例子3-5B)的相应骨量；图例子3-6A至例子3-6D显示与传统植入物的形状重叠(阴影线)的骨切口的示例性虚拟模型；图例子4-1A至例子4-1F显示包括股骨部件和髌骨部件的膝植入物的多个方面，在一些图中材料切除区域用红色突出；图例子5-1A至例子5-7B显示用于在股骨优先技术中引导患者特异性骨切口的一组夹具的多个方面；
图例子6-1至例子6-4显示用于在胫骨优先技术中引导患者特异性骨切口的一组夹具的多个方面；图例子7-1A至例子7-5显示胫骨植入物设计和切割技术的多个方面；图例子8-1A至例子8-3E显示胫骨托和插入件设计的多个方面；图例子9-1A至例子9-11显示在股骨植入部件的三种变型上进行的有限元分析(“FEA”)的多个方面；图例子10-1A是膝植入物的前示意图；图例子10-1B是图例子10-1A的植入物的股骨部件的冠状平面中的截面示意图；图例子11-1至例子11-7C说明用于胫骨植入部件的设计的多个方面；
图例子12-1A和12-1B说明具有后侧和前侧切割线的远侧股骨的计算机模型；图例子12-2A至例子12-2C说明远侧股骨的计算机模型，对内侧髁具有曲线切割线设计；图例子12-3A至例子12-3C说明远侧股骨的计算机模型，对外侧髁具有曲线切割线设计；图例子12-4A至例子13-4C说明远侧股骨的计算机模型，具有用于所有切割线的设计和用于相应植入部件的设计；图例子12-5A至例子12-5C说明用于形成曲线切口的远侧股骨和夹具的模型；图例子12-6A和例子12-6B说明具有曲线切口的远侧股骨和植入物的模型；图例子13-1A和例子13-1B说明在其内部面向骨表面上包括单个后侧切口的股骨植入物的设计；图例子13-2A和例子13-2B说明在其内部面向骨表面上不包括切口的股骨植入物的设计；以及图例子13-2C说明股骨和被设计成在其内部面向骨表面上不包括切口的股骨植入物的模型。

在一些实施方式中，患者特异性植入部件的面向骨表面包括骨切口。例如，植入物的面向骨表面可以被设计为与从对骨的一个或多个切口获得的一个或多个骨表面大致负匹配。植入物的面向骨表面可包括任何数量的骨切口，例如2个、3个、4个、少于5个、5个、多于5个、6个、7个、8个、9个或更多的骨切口。图2A描绘了具有6个骨切口的股骨植入部件100的设计。图2B描绘了具有7个骨切口的股骨植入部件的设计。 在图中，通过植入部件100的内部面向骨表面102上的箭头标识所述6个或7个相应的骨切口。如图中的植入物设计所示，面向骨表面上的每个骨切口都基本是平面的。但是，在一些实施方式中，一个或多个骨切口可以是曲线的。在一些实施方式中，整个面向骨表面可以是大致曲线的。图2C描绘了具有3个骨切口且其中一个是曲线骨切口的股骨植入部件100的设计。在一些实施方式中，植入部件的相应片段上的厚度、表面和/或骨切口可以不同。具体地，厚度、片段体积、骨切口角度、骨切口表面面积、骨切口曲率、骨切口数、栓放置、栓角度和其他特征中的一个或多个可在植入部件的两个或更多个相应片段之间变化。例如，图2A中的股骨植入物设计的标识为X和X’的相应内侧和外侧片段被显示为包括不同的厚 度、片段体积、骨切口角度、骨切口表面面积。在一些实施方式中，植入部件的面向骨表面可包括被设计成例如通过具有与未切的软骨下骨或软骨负匹配的表面来接合重修表面的骨的一个或多个部分，以及被设计成例如通过具有与被切软骨下骨负匹配的表面来接合被切骨的一个或多个部分。I. 2植入部件的面向关节表面患者特异性植入部件的外部面向关节表面可被设计成与患者的关节软骨的形状匹配。例如，面向关节表面可与该部件所更换的关节上的正常或健康软骨的形状基本正匹配；或者，面向关节表面可与关节内的相对关节表面上的软骨的形状基本负匹配。可以对病变软骨的形状进行修正，以重构可以结合到部件的面向关节表面的形状中的正常或接近正常的关节形状。这些修正可以执行，并且任选地在虚拟的二维和三维模型中测试出来。这些修正和测试可以包括动态分析，这将在下面进行描述。在一些实施方式中，患者特异性植入部件的面向关节表面可被设计为与软骨下骨形状正匹配。它可以包括正常的和/或病变的软骨下骨形状。可以对软骨下骨的形状进行修正，以重构可以结合到部件的面向关节表面的形状中的正常或接近正常的关节形状。标准厚度可以添加到面向关节表面。替代地，可以向部件应用可变厚度。可以选择可变厚度以反映患者的实际或健康软骨厚度，例如在个体患者中测量的或者从标准参考数据库选择的。在一些实施方式中，患者特异性的植入部件的面向关节表面可被设计为与标准形状正匹配。例如，标准形状可在一个或多个方向具有固定的半径，或者可在一个或多个方向具有可变的半径。植入部件在选择区域可具有恒定的厚度或者可在选择区域具有可变厚度。所述部件的面向关节表面的标准形状可包括，至少部分地，正常和/或病变的软骨下骨或软骨的形状。可以对软骨下骨或者软骨的形状进行修正以重构可随后结合到该部件的面向关节表面的形状中的正常或接近正常的关节形状。标准厚度可以添加到部件的面向关节表面，或者替代地，可以向植入部件应用可变厚度。在部件的至少一部分中，可以选择可变厚度以反映软骨厚度，例如在个体患者中测量的或者从标准参考数据库选择的。
除了第一植入部件外，一些实施方式，例如图IB和图IC中示意表示的那些，包括具有相对的面向关节表面的第二植入部件。在这些实施方式中，第二部件上的面向关节表面(至少针对其表面的部分)可被设计为与第一部件的面向关节表面负匹配。将第二部件的面向关节表面设计为与第一部件的面向关节表面负匹配可帮助减小植入物磨损。因此，在一些实施方式中，面向关节表面在形状上不是解剖的或者接近解剖的，而是与关节处的相对部件的面向关节表面负匹配或接近负匹配。因此，在第一部件的面向关节表面被设计为与患者软骨的形状的至少一部分正匹配时，第二部件的相对面向关节表面至少部分与软骨形状负匹配。当第一部件的面向关节表面被设计为与患者软骨下骨的形状的至少一部分正匹配时，第二部件的相对面向关节表面至少部分与软骨下骨形状负匹配。当第一部件的面向关节表面被设计为与患者皮质骨的形状的至少一部分正匹配时，第二部件的面向关节表面至少部 分与皮质骨形状负匹配。当第一部件的面向关节表面被设计为与内膜骨的形状的至少一部分正匹配时，第二部件的相对面向关节表面至少部分与内膜骨形状负匹配。当第一部件的面向关节表面被设计为与骨髓的形状的至少一部分正匹配时，第二部件的相对面向关节表面至少部分与骨髓形状负匹配。第二部件的相对面向关节表面可以在一个平面或维度、两个平面或维度、三个平面或维度或者多个平面或维度中与第一部件的面向关节表面大致负匹配。例如，第二部件的相对面向关节表面可以只在冠状平面、只在矢状平面或者在冠状和矢状两个平面内与第一部件的面向关节表面大致负匹配。在第二部件的相对面向关节表面上形成负匹配轮廓时，几何考虑可改善第一部件和第二部件之间的磨损。例如，可以将第二部件的相对面向关节表面的半径选择成在一个或多个维度上略大于第一部件的面向关节表面的半径。第二部件的相对面向骨表面本身可以被设计为至少部分与关节软骨、软骨下骨、皮质骨、内膜骨或骨髓的形状负匹配。第一部件的面向骨表面可具有上面所述的任何特征，例如具有一个或多个患者特异性骨切口。第一和第二关节表面上可具有部件的面向骨表面和面向关节表面的很多组合。表I提供了可以采用的说明性组合。表I :植入部件的说明性组合第一部件面第一部件面第一部件第二部件面向关节表面第二部件面向第二部件骨向骨表面向关节表面骨切口骨表面切口
例子股骨例子股骨例子股骨例子胫骨例子胫骨~例子胫骨~
至少一个骨I!第一部件面向关节(相对至少一个骨切I
切口软骨)的负匹配口
至少一个骨软骨T第一部件面向关节(相对软骨下骨 ￥iS
切口软骨)的负匹配 至少一个骨软骨^第一部件面向关节(相对软骨(相同侧，任选
切口软骨)的负匹配例如胜骨)
至少一个骨软骨下骨^第一部件面向关节(相对至少一个骨切^
切口软骨下骨)的负匹配口
至少一个骨软骨下骨I第一部件面向关节(相对软骨下骨
切口软骨下骨)的负匹配
至少一个骨软骨下骨是第一部件面向关节(相对软骨(相同侧，任选
切口软骨下骨)的负匹配例如胫骨)
软骨下骨软骨任选第一部件面向关节(相对至少一个骨切叉
软骨)的负匹配口
软骨下骨软骨任选第一部件面向关节(相对软骨下骨任选
软骨)的负匹配
软骨下骨 Wt第一部件面向关节(相对软骨(相同侧，任选
软骨)的负匹配例如胫骨)
软骨下骨软骨下骨任选第一部件面向关节(相对至少一个骨切叉
软骨下骨)的负匹配口
软骨下骨软骨下骨任选第一部件面向关节(相对软骨下骨任选
软骨下骨)的负匹配
软骨下骨软骨下骨 WH第一部件面向关节(相对软骨(相同侧，任选
软骨下骨)的负匹配例如胫骨)
软骨下骨标准/模型IiE第一部件面向关节标准至少一个骨切^
的负匹配口
第一部件面第一部件面第一部件第二部件面向关节表面第二部件面向第二部件骨向骨表面向关节表面骨切口骨表面切口
软骨下骨标准/模型~￥1第一部件面向关节标准软骨下骨 ￥ii
的负匹配
软骨下骨标准/模型IiE第一部件面向关节标准软骨(相同侧，任选
的负匹配例如胫骨)
软骨下骨软骨下骨 IiH非匹配标准表面至少一个骨切
a
软骨下骨 WIiH非匹配标准表面至少一个骨切叉
aI. 3多部件植入物和植入系统本发明的植入物和植入系统可包括任何数量的患者特异性植入部件和任何数量的非患者特异性植入部件。图3A-3C中描绘了一种示例性植入物或植入系统。具体地,图3A显示了包括患者特异性双间室植入部件300和患者特异性单间室植入部件310的患者特异性全膝关节置换植入系统的图片。两个部件在其面向骨表面和面向关节表面上都是患者特异性的。图3B和3C是显示图3A的植入物在冠状平面(3B)和矢状平面(3C)中的x射线图像。在一些实施方式中，植入物和植入系统可包括植入部件的组合,例如传统单间室装置与患者特异性双间室装置的组合，或者患者特异性单间室装置与标准双间室装置的组合。这种植入物组合允许灵活设计包括标准和患者特异性特征和部件的植入物或植入系统。这种灵活性和患者特异性水平允许多种优化，例如保留所有韧带和/或恢复正常或接近正常的患者运动。在一些实施方式中，植入部件作为一个或多个件设计和安装。例如，图4A-4E显示了可以两件形式安装的股骨植入部件的示例性设计。这里描述的实施方式可应用于部分或全膝关节置换系统。这里描述的对关节表面的骨切口或者改变可应用于部分关节表面、整个关节表面或者多个关节表面。因此，例如，一些实施方式可包括部分膝关节置换，例如髌骨股骨膝关节置换、单间室膝关节置换、双间室膝关节置换、以及全膝关节置换。而且,这里描述的实施方式可应用于半关节成形术系统，例如髋关节中的股骨半关节成形术、髋关节中的杯关节成形术、或者胫骨半关节成形术。2.收集和使用患者数据来设计和形成患者特异性植入物如上所述，在一些实施方式中，植入物使用术前收集的患者特异性数据来设计和制造。患者特异性数据包括这里总体称为“参考点”的点、表面和/或标志。在一些实施方式中，参考点可被选择和用来导出变化或改变的表面，例如(没有限制)理想表面或结构。例如，参考点可用来创建具有至少一个患者特异性表面、尺寸或方面的患者特异性植入物。替代地或另外地，参考点可用来创建植入物的至少一个患者优化表面、尺寸或方面。参考点组可被分类，以便形成用于创建关节和/或植入物设计的模型的参考结构。被设计的植入物表面可从单个参考点、三角形、多边形或更复杂的表面或者例如关节软骨、软骨下骨、皮质骨、内膜骨或骨髓的关节材料的模型导出。多种参考点和参考结构可被选择和操纵，以导出变化或改变的表面，例如(没有限制)理想表面或结构。参考点可位于将接收患者特异性植入物的关节上或关节内。例如，参考点可包括关节内或关节上的承重表面或位置、关节内的皮层和/或关节的骨内膜表面。参考点还可包括关节外侧但与其相关的表面或位置。具体地，参考点可包括功能上与关节相关的表面或位置。例如，在针对膝关节的实施方式中，参考点可包括从髋一直到踝或脚的一个或多个位置。参考点也可包括与接收植入物的关节一致的表面或位置。例如，在针对膝、髋或肩关节的实施方式中，参考点可包括来自相应膝、髋或肩关节的一个或多个表面或位置。 2. I对关节处的生物表面的变型在一些实施方式中，参考点可使用数学函数处理，以导出可以代表可用来设计患者特异性植入物的理想或希望表面的虚拟修正表面。例如，生物结构的一个或多个表面或尺寸可以被建模、改变、添加、变化、变形、消除、修正和/或通过其他方式操控(这里总体称为关节内的现有表面或结构的“变型”)。关节或关节各部分的变型可包括(没有限制)外表面、内表面、面向关节表面、未切表面、已切表面、改变表面和/或局部表面以及骨赘、软骨下囊肿、晶洞或骨质象牙化、关节扁平、轮廓不规则和失去正常形状区域中的一种或多种的变型。表面或结构可以是关节内的任何表面或结构或反映这些表面或结构，包括(没有限制)骨表面、凸脊、平台、软骨表面、韧带表面或其他表面或结构。导出的表面或结构可以是近似的健康关节表面或结构，或者可以是另一变型。可使得该表面或结构包括关节的病理变化。还可制成该表面或结构，由此使得关节的病理变化被整体或部分地虚拟移除。一旦一种或多种参考点、结构、表面、模型或其组合被选择或导出，得到的形状就可以改变、变形或修正。在一些实施方式中，变型可被设计以得到理想的植入物形状。在此实施方式的一种应用中，优选的植入物形状与患者患上关节炎之前患者的关节类似。变型可包括对关节的另外改变，例如骨赘的虚拟去除或被认为有益于患者最终结果的结构性支承的虚拟构建。2. I. I解决骨赘的变型在去除骨赘的情况下，植入物的面向骨表面在骨赘被虚拟去除后导出。替代地，骨赘可以集成到植入物的面向骨表面的形状中。例如，图5A- 是具有骨赘20的股骨10的端部的图。在开发植入物的过程中，可以转换图像，使得骨赘20被虚拟地去除，如图5B去除的骨赘30处所示的，以如图5C所示基于股骨10的端部处的平滑表面产生植入物40。替代地，如图所示，植入物50可被开发成与骨赘20的形状相符。在构建另外或改进结构的情况下，植入物的面向骨表面可在另外的结构被建模后导出。2. I. 2解决软骨下骨空隙的变型软骨下骨空隙可以集成到植入物的面向骨表面的形状中。例如，图6A-6D是具有软骨下骨空隙70的股骨60端部的图。在开发植入物的过程中，可以转换图像，使得空隙70被虚拟地去除，如图6B的去除空隙80处所示的，以如图6C所示基于股骨60的端部处的平滑表面产生植入物90。替代地，如图6D所示，植入物100可被开发成与空隙70的形状相符。注意，在与空隙70虚拟相符时，植入物100实际上可能不能插入所述空隙。因此，在替代实施方式中，植入物只可部分伸入骨的空隙中。2. I. 3解决其他患者特异性缺陷或现象的变型在另一实施方式中，修正可包括虚拟去除软骨下囊肿。那么，植入物的面向骨表面在虚拟去除软骨下囊肿后导出。在另一实施方式中，修正可包括虚拟去除关节缺损。那么，植入物的面向骨表面在虚拟去除关节缺损后导出。在该实施方式中，骨缺损可在术中用骨水泥、骨移植物或其他骨填充物填充。替代地，关节缺损可集成到植入物的面向骨表面的形状中。所述变型可包括圆化关节表面的扁平化的虚拟去除。植入物的面向骨表面和/或面向关节表面接着可在虚拟修正扁平化后导出。这种修正可例如被设计成重建近似正常的形状。替代地，修正可被设计成构建标准化的形状或表面。替代地，扁平化可集成到植入物 的面向骨表面的形状中。在这种情况下，关节植入物的面向关节表面可被设计成重建接近正常解剖结构的形状，例如反映正常软骨或软骨下骨的形状的至少一部分的形状。替代地，它可被设计为构建标准化的形状。2. 2确定关节尺寸在一些实施方式中，例如X射线成像、数字断层合成、锥束CT、非螺旋或螺旋CT、非各向同性或各向同性MRI、SPECT, PET、超声、激光成像、光声成像中的成像测试用来确定二维或三维的尺寸和/或形状。确定关节尺寸和/或形状可包括针对正常软骨、病变软骨、软骨缺陷、剥蚀软骨区域、软骨下骨、皮质骨、内膜骨、骨髓、韧带、韧带附接或起源、半月板、上唇、关节囊或关节结构中的一个或多个确定关节尺寸和/或形状。确定尺寸可包括确定形状、曲率、大小、面积、厚度和/或体积。2. 2. I坯料、定尺寸和库选择使用这些关节尺寸以及任选的其他数据，可设计和制造具有匹配、患者特异性关节尺寸的患者特异性植入部件。替代地，这些患者特异性关节尺寸可用来从坯料植入物的选集、例如小型、中型或大型植入物中选择植入物，或者从植入物库中选择植入物。选择的坯料植入物或选择的库植入物接着可被修改以包括患者特异性特征。2. 3确定肢体对准适当的关节和肢体功能取决于确切的肢体对准。例如，在利用一个或多个膝植入部件修复膝关节时，新膝的最佳功能取决于下肢的解剖和/或机械轴线的确切对准。另外，设计和/或利用一个或多个植入部件更换天然关节的重要考量因素是适当的肢体对准，或者功能失调的关节造成不对准时适当的肢体重新对准。一些实施方式包括收集和使用来自成像测试的数据以虚拟地确定一个或多个平面中一个或多个解剖轴线和机械轴线以及相关的患者肢体的不对准。肢体关节相对于轴线的不对准可确认变形程度，例如冠状平面中的内翻或外翻变形或者矢状平面中的膝前屈或膝反屈变形。接着，可以设计一个或多个患者特异性植入部件和/或植入过程步骤(如骨切除)来帮助修正不对准。可以用来虚拟地确定患者轴线和不对准的成像测试包括诸如X射线成像、数字断层合成、锥束CT、非螺旋或螺旋CT、非各向同性或各向同性MRI、SPECT、PET、超声、激光成像和光声成像、包括利用对比剂的研究中的一种或多种。来自这些测试的数据可用来确定解剖参考点或肢体对准，包括相同和不同关节之间的对准角度或者用来模拟正常肢体对准。与这种不对准有关的任何解剖特征可被选择和成像。例如，在一些实施方式中，例如针对膝或髋植入物，成像测试可包括来自髋关节、膝关节和踝关节的至少一个或者几个的数据。成像测试可在躺、俯卧、仰卧或者站立的位置获得。成像测试可只包括目标关节或者既包括目标关节又包括通过一个或多个邻接关节的选择数据。使用成像数据，可确定一个或多个机械或者解剖轴线、角度、平面或其组合。在一些实施方式中，这种轴线、角度和/或平面可包括或由下列中的一个或多个导出Whiteside’ s 线、Blumensaat’ s 线、上媒(transepicondylar)线、股骨轴轴线、股骨颈轴线、髋臼角、与上下髋臼缘相切的线、与前后髋臼缘相切的线、股骨轴轴线、胫骨轴轴线、transmalleolar轴线、后髁线、膝关节滑车的切线、内外髌骨小面的切线、与内外后髁相切或垂直的线、与内外股骨髁的中央承重区域相切或垂直的线、例如经过各自的中心点横断内外后髁的线、与胫骨结节相切或垂直的线、与任意上述线垂直或成角度的线、和/或与关节相邻或关节中包围的任意骨的皮质骨相切或横交的线。而且，可使用通过两个或更多个关节，例如膝关节和踝关节获得的成像数据对机械轴线、角度或平面进行评估，例如通过使用股骨轴轴线和踝中的中心点或其他点(例如髁之间的点)。作为一个例子，如果考虑膝或髋的手术，则成像测试可包括通过髋关节、膝关节或者踝关节的至少一个或几个获取的数据。作为另一例子，如果考虑的是膝关节的手术，则可确定机械轴线。例如，可确定髋关节、膝关节和踝关节的中心点。通过将髋的中心点与踝的中心点连接，可在冠状平面中确定机械轴线。膝相对于所述机械轴线的位置可以是内翻或外翻变形程度的反映。可以在矢状平面中进行相同的确定，例如以确定膝前屈或反屈的程度。类似地，可以在任何其他希望的平面内在二维或三维上进行任何这些确定。2. 3. I用于设计膝植入物和植入过程的虚拟肢体对准从三维角度看，身体下肢在整个屈曲伸展曲线上在被称为内侧前后平面(MAP-平面)的单个平面内理想地起作用。为了实现这一点，股骨头、股骨机械轴线、髌骨沟、髁间窝、髌骨关节嵴、胫骨和踝在屈曲伸展运动过程中保持在MAP-平面内。在运动过程中，胫骨随着膝关节在上髁轴线上屈曲和伸展而转动，上髁轴线垂直于MAP-平面。 如图6-1所示，患者下肢的机械轴线可通过髋1902的中心(位于股骨1932的头部1930)、膝1904的中心(位于胫骨1936的髁间结节1934接触股骨的窝处)以及踝1906的中心限定。在附图中，胫骨1936的长轴与下肢1910的机械轴线共线。解剖轴线1920在外翻或在向外方向上以与机械轴线偏离5-7度的0对准。可以在每个关节、例如膝关节1950、髋关节1952和踝关节的一个或多个处获得多个图像片断以确定针对每个关节的机械中心点。在一些优选实施方式中，解剖参考点用来虚拟确定患者的不对准和他或她下肢的合适机械轴线。基于患者不对准和合适机械轴线之间的差别，可虚拟地设计膝关节植入物和植入过程来包括基本与患者肢体重新对准从而具有合适机械轴线的植入物和/或切除尺寸。植入物设计过程可包括制造植入物(例如使用CAM软件)，并且任选地，植入物可根据虚拟设计的过程被外科植入到患者。在一些实施方式中，患者下肢的合适机械轴线以及下肢的不对准程度使用合适的计算机辅助的设计软件程序、例如SolidWorks软件(Dassault Systemes SolidfforksCorp. , 300 Baker Avenue,Concord,MA 01742)来虚拟地确定。使用该软件，例如解剖参考点集合的患者特异性信息可用来生成包括患者膝关节的虚拟模型。所述虚拟模型还可包括来自髋关节和/或踝关节的参考点。使用该虚拟模型，使用者可通过确定模型中的患者胫骨机械轴线、股骨机械轴线和来自每个轴线的一个或多个平面虚拟地确定患者下肢的不对准和机械轴线。例如，患者的胫骨机械轴线可在模型中虚拟地确定为连接患者踝中心和患者胫骨中心的线。患者的股骨机械轴线可在模型中虚拟地确定为连接患者髋中心和患者远侧股骨中心的线。患者的踝、胫骨、髋和/或远侧股骨的中心可根据用来生成虚拟模型的患者特异性解剖参考点或标记来确定。接着，使用者可通过共线地对准胫骨和股骨机械轴线来虚拟地对准下肢。这种共线对准可通过将膝关节处的相交轴线的角度调节为零来实现。所述轴线可通过将例如矢状平面或冠状平面的一个或多个公共平面与两个轴线对准来轴向对准。图6-2A至6-2C分别表示显示患者下肢的现有不对准(灰的实线)的模型和使用所述模型确定的虚拟对准(白的虚线)。用于确定胫骨机械轴线、股骨机械轴线和针对每个轴线的矢状和冠状平面的示例性方法在下文中更加详细地描述。2. 3. 2胫骨机械轴线及其矢状和冠状平面在一些实施方式中，胫骨机械轴线和胫骨矢状和冠状平面用包括来自患者膝关节和踝关节的参考点的模型虚拟地确定，具体如下I.胫骨机械轴线Ia.踝的轴向平面。如图6-3A所示，踝处的轴向平面使用胫骨的下关节表面处的三个或更多点识别。所述三个或更多点选自胫骨的下关节表面上的相同或密切类似的挺起。该任选步骤可用来为随后的虚拟确定建立初步参考平面。Ib.胫骨机械轴线的远侧点。患者胫骨机械轴线的远侧点可限定为踝的中心。如图6-3B所示，踝的中心可通过从内侧踝到外侧踝连出一线并从所述线的中心向内侧标出4 %来虚拟地确定。例如，如果踝间距离为100，则线的中心在50处，且踝的中心为从线的中心向内侧4%，或者换句话说，在从内侧踝46和从外侧踝54处。Ic.胫骨机械轴线的近侧点。胫骨机械轴线的近侧点可虚拟地确定为ACL插入点的后侧方面，如图6-3C所示。Id.胫骨机械轴线。胫骨机械轴线可虚拟地确定为连接胫骨机械轴线的远侧点和近侧点的线，如图6-3D所示。2.胫骨的矢状或A-P平面2a.胫骨轴线垂直平面(“TAPP”)。TAPP可虚拟地确定为垂直于胫骨机械轴线并包括胫骨机械轴线的近侧点的平面，如图6-4A所示。该任选步骤可用来为随后的虚拟确定建立参考平面。任选地在A-P取向上倾斜的TAPP也可用来确定胫骨切割线。2b.从Cobb方法导出的胫骨A-P线。胫骨的A-P线可根据从Cobb等人(2008)导出的方法“The anatomical tibial axis reliable rotational orientation in kneereplacement" J Bone Joint Surg Br. 90 (8) : 1032-8” 虚拟地确定。具体地，胚骨的 A-P线可虚拟地确定为与连接胫骨外侧髁和内侧髁的直径中心的线垂直的线。例如，如图6-4B1和6-4B2所示，可以勾勒出最佳拟合圆来确定外侧髁(即，胫骨外侧平台)的直径中心。另夕卜，可勾勒出最佳拟合圆来确定内侧髁(即，胫骨的内侧平台)的直径中心。在一些实施方式中，可勾勒出一个或两个圆以便在胫骨的上关节表面处最佳拟合对应的髁。替代地，可勾勒出一个或两个圆以在胫骨的上关节表面处最佳拟合磨损形式的一部分。还有，可勾勒出一个或两个圆以在胫骨上关节表面远侧的特定距离处最佳拟合髁。例如，可针对内侧媒勾勒出圆以胚骨上关节表面下方或远侧的10mm、15mm、20mm、25mm或更多处最佳拟合内侧髁；接着可将所述圆向近侧调整以位于胫骨上关节表面的平面上。接着，如图6-4B3所示，胫骨的A-P线可虚拟地确定为与连接胫骨的外侧髁和内侧髁的直径中心的线垂直且包括该线的中点的线。如果连接外侧髁和内侧髁的直径中心的线的中点的位置与胫骨机械轴线的近侧点的位置不同，则可远离所述中点移动A-P线以包括胫骨机械轴线的近侧点同时保持其垂直于连接外侧髁和内侧髁的直径中心的线 。从Agaki方法导出的胫骨A-P线。用于虚拟地确定A-P线的替代方法可从另一公开方法、例如 Agaki (2004) “An Anteroposterior Axis of the Tibia for Total KneeArthroplasty, " Clin Orthop 420 :213_219” 导出。2c.胫骨的矢状或A-P平面。如图6-4C所示，胫骨的矢状或A-P平面可虚拟地确定为包括胫骨的A-P线和胫骨机械轴线的平面。矢状或A-P平面也垂直于TAPP。3.胫骨的冠状或内-外侧(“M-L”)平面。如图6-4D所示，胫骨的冠状或M-L平面可虚拟地确定为与胫骨的A-P平面垂直(或与A-P线垂直)且包括胫骨机械轴线的平面。冠状或M-L平面也垂直于TAPP。2. 3. 3股骨机械轴线及其矢状和冠状平面在一些实施方式中，股骨机械轴线和股骨矢状和冠状平面用包括来自患者膝关节和髋关节的参考点的模型来虚拟地确定，具体如下I.股骨机械轴线Ia.股骨的轴向平面。如图6-5A所示，股骨的轴向平面使用基本位于相同轴向平面的球形股骨头内的三个或更多点虚拟地选择。该任选步骤可用来为随后的虚拟确定建立初步参考平面。Ib.股骨机械轴线的近侧点。如图6-5B所示，患者股骨机械轴线的近侧点可虚拟地确定为球形股骨头的中心。Ic.股骨机械轴线的远侧点。如图6-5C所示，股骨机械轴线的远侧点可虚拟地确定为股骨滑车切迹的后侧方面的点。Id.股骨机械轴线。股骨机械轴线可虚拟地确定为连接股骨机械轴线的远侧点和近侧点的线，如图6- 所示。2.股骨的矢状或A-P平面2a.股骨机械轴线垂直平面(“FMAPP”)。FMAPP可虚拟地确定为垂直于股骨机械轴线并包括股骨机械轴线的远侧点的平面，如图6-6A所示。该任选步骤可用来为随后的虚拟确定建立参考平面。在需要股骨切口的植入过程的某些实施方式中，可在FMAPP处应用远侧股骨切口。2b.从whiteside线导出的股骨A-P线。如图6-6B所示，股骨的A-P线可虚拟地确定为与上髁线垂直且经过股骨机械轴线的远侧点的线。上髁线是连接内侧上髁和外侧上髁(最远外点)的线。2c.股骨的矢状或A-P平面。如图6-6C所示，股骨的矢状或A-P平面可虚拟地确定为包括股骨的A-P线(从whiteside线导出)和股骨机械轴线的平面。矢状或A-P平面也垂直于与股骨轴线垂直的平面。3.股骨的冠状或内-外侧(“M-L”)平面。如图6-6D所示，股骨的冠状或M-L平面可虚拟地确定为与股骨的A-P平面垂直(或与A-P线垂直)且包括股骨机械轴线的平面。冠状或M-L平面也垂直于与股骨轴线垂直的平面。在虚拟地确定了胫骨和股骨机械轴线及其矢状和冠状平面后，可通过将膝关节处的相交机械轴线的角度调节为零来虚拟地对准下肢。所述轴线可通过分别如图6-6E和
6-6F所示将来自每个轴线的矢状或冠状平面的一个或两个对准来轴向对准。图6-7A和
6-7B显示了虚拟对准前后在从股骨头片断向远侧看到远侧股骨片断再到胫骨片断的轴向 视图中的模型。类似地，图6-7C和6-7D显示了虚拟对准前后在从远侧胫骨片断向近侧看到远侧股骨片断并在图6-7C中再到股骨头片断的轴向视图中的模型。图6-7E-7G显示了虚拟对准前后的模型(图6-7E和G)以及两者在虚拟对准前后的重叠(图6-7F)。2. 4评估变形一个间室中的软骨损失会导致渐进的关节变形。例如，膝关节的内侧间室中的软骨损失会导致内翻变形。在一些实施方式中，软骨损失可从受影响的间室评估。软骨损失可使用超声MRI或CT扫描或其他成像形态，任选地利用静脉内或关节内对比来进行评估。软骨损失的评估可以像测量或评估X射线上看见的关节空间损失量那样简单。对于后者来说，通常优选立式X射线。如果使用关节空间损失从X射线测量软骨损失，可例如通过将测量或评估的关节空间损失除以2以反映一个关节表面上的软骨损失来评估一个或两个相对的关节表面上的软骨损失。根据关节或关节内的位置可应用其他比值或计算。接着，可通过模拟正常软骨厚度在一个或多个关节表面上虚拟建立正常软骨厚度。以此方式可以导出正常或接近正常的软骨表面。正常软骨厚度可使用计算机例如根据计算机模型、例如使用相邻正常软骨、对侧关节中的软骨的厚度或者包括软骨下骨形状或其他关节几何形状的其他解剖信息来虚拟地模拟。软骨模型和软骨厚度的评估也可从可与例如患者的重量、生理性别、高度、种族、心理性别或关节几何结构匹配的解剖参考数据库导出。肢体对准可在通过移动例如股骨和胫骨的关节体，使得包括任何添增或派生或虚拟软骨表面的相对软骨表面通常在优选接触区域中彼此接触而在受影响的间室中建立正常软骨厚度或形状后通过重新对准膝关节来虚拟地修正。这些接触区域可针对各种程度的屈曲或伸展来模拟。可以使用当前和未来用于确定肢体对准和模拟正常膝关节对准的任何方法。3.用于设计患者特异性植入物的参数一些实施方式的患者特异性植入物可根据患者特异性数据设计以优化一个或多个参数，包括但不限于(I)变形修正和肢体对准(2)最大限度地保存骨、软骨或韧带，(3)保存和/或优化患者生物学的其他特征，例如滑车和滑车形状，(4)恢复和/或优化关节运动，以及(5)恢复和/或优化关节线位置和/或关节间隙宽度。植入部件的多个方面可根据患者特异性数据设计或工程化，以帮助满足针对这些参数的任何数量的使用者限定的阈值。可以针对患者特异性地设计和/或工程化的植入物的多个方面可包括但不限于(a)植入物外部和内部形状，(b)植入物大小，以及(C)植入物厚度。被设计和/或工程化以满足或改善一个或多个这些参数的患者特异性植入物相对于传统植入物可具有许多优点。这些优点可包括例如肢体的改善机械稳定性；对于预初始或另外修订植入物的机会；与现有或修改的生物学特征的改善配合；改善的运动和运动学；以及其他优点。3. I变形修正和优化肢体对准
有关患者肢体不对准和合适机械对准的信息可用来术前设计和/或选择关节植入物和/或植入过程的一个或多个特征。例如，根据患者的不对准和合适机械轴线之间的差别，可术前设计和/或选择膝关节植入物和植入过程以包括基本上使得患者肢体重新对准的植入物和/或切除尺寸以修正或改善患者的对准变形。另外，该过程可包括选择和/或设计一个或多个外科工具(例如引导工具或者切割夹具)以根据术前设计和/或选择的切除尺寸指导临床医生切除患者的骨。在一些实施方式中，建立希望的肢体对准必要的变形修正程度可根据成像数据来计算。希望的变形修正可以是实现任何程度的内翻或外翻对准或者前屈或反曲对准。在优选实施方式中，希望的变形修正使腿返回正常的对准，例如冠状平面中0度的生物机械轴线且矢状平面中没有膝前屈和反曲。修正可在单个平面内进行，例如在冠状平面或者在矢状平面内。修正也可在多个平面内进行，例如在冠状平面以及矢状平面内。而且，修正可以在三维上进行。为此，可以使用关节的三维表示。3. 2保存骨、软骨或韧带传统的整形植入物包含骨切口。这些骨切口实现了两个目的它们构建了与植入物适应的骨形状并且它们帮助实现正常或接近正常的轴线对准。例如，骨切口可以与膝植入物一起使用以修正下面的内翻或外翻变形并且形成与传统植入部件的标准面向骨表面相适应的骨的关节表面。对于传统的植入物，设置多个骨切口。然而，因为传统植入物成品的制造没有使用患者特异性信息，这些骨切口是为给定的植入物预置的而没有考虑到患者的独特形状。因此，通过切割患者的骨以与传统的植入物适应，丢弃的骨比设计用于处理特殊患者结构和缺陷的植入物所必需的要多。3. 2. I规划用于一个或多个关节表面的骨切口在一些实施方式中，基于患者关节解剖结构和几何形状的一系列二维图像或三维表示以及希望的肢体对准和/或希望的变形修正，对骨切口进行优化，以便为每个个体患者保存最大的骨量。两个相对关节表面上的骨切口可以被优化以实现从两个关节表面上的最小骨切除量。通过调节例如股骨头和髋白、一个或两个股骨髁和胫骨平台、滑车和髌骨、关节窝和肱骨头、距骨圆顶和胫骨平台、远侧肱骨和桡骨小端和/或尺骨、或桡骨和舟状骨的两个相对关节表面上的一系列二维图像或三维表示中的骨切口，一些实施方式允许患者个性化的、骨保存的植入物设计，这种植入物设计可以帮助适当韧带平衡且可以帮助避免关节“装填过度”，同时实现了在每个患者中的一个或多个关节表面上优化的骨保存量。骨切口还可被设计成满足或超过特定最小材料厚度，例如，确保植入物的生物机械稳定性和耐用性所需的最小厚度量。在一些实施方式中，限制的最小植入物厚度可限定在植入部件的内部面向骨表面上的两个邻接骨切口的相交处。例如，在图7所示的股骨植入部件700中，植入部件的最小厚度出现在一个或多个相交处710。在股骨植入部件的一些实施方式中，最小植入物厚度可以小于10mm、小于9mm、小于8mm、小于7mm和/或小于6mm。可以对一个、两个或三个相对的关节表面进行这些优化，例如在膝中，可以在胫骨、股骨和髌骨上进行这些优化。3. 2. 2针对膝关节置换中的关节表面优化骨切口在膝关节中，可针对内侧股骨髁和外侧股骨髁规划不同的骨切口。内侧和外侧股骨髁具有不同的几何结构，包括例如像冠状和矢状平面的多个平面中的宽度、长度和半径。在股骨中可以针对每个髁单独地优化骨切口，从而在一个髁中相对于另一髁形成不同深度或角度的骨切口。例如，与外侧髁中的水平切口相比，内侧髁中的水平切口可在解剖上放置成相对于肢体更加靠下。但是，每个髁中水平切口距软骨下骨的距离可近似相同。为了优化骨保存，内侧髁和外侧髁中的斜面切口可沿着不同而不是相同的平面放置。此外，为了使 得骨保存最大化，内侧髁和外侧髁中的斜面切口可放置在不同的角度。后面的切口可放置在内侧髁和外侧髁中平行或不平行的不同平面中，以使骨保存最大化。内侧髁可比外侧髁包括更多的骨切口，以便增加骨保存，反之亦然。在一些实施方式中，骨保存的测量可包括切除的骨的总容量、从一个或多个切除切口切除的骨容量、被切除以适合一个或多个植入部件骨切口的骨容量、切除的骨的平均厚度、从一个或多个切除切口切除的骨的平均厚度、被切除以适合一个或多个植入部件骨切口的骨的平均厚度、切除骨的最大厚度、从一个或多个切除切口切除的骨的最大厚度、被切除以适合一个或多个植入部件骨切口的骨的最大厚度。一些实施方式涉及在植入部件的内部、面向骨表面上具有多于5个骨切口，例如6个、7个、8个或更多骨切口的股骨植入部件。替代地，一些实施方式涉及不同取向的5个骨切口，例如弯曲取向。具有更多数量骨切口和/或不同取向骨切口的患者特异性植入物允许在具有5个标准骨切口的传统股骨植入物上增加骨保存，因此可实施为预初始植入物。然而，具有与随后的初始植入物的切口不平行的骨切口的患者特异性植入物可导致在初始植入物的内部、面向骨表面和骨之间具有小的间隙的初始植入物。这些小间隙会造成预初始植入物和随后的初始植入物之间不对准交叉。例如，如图7-1所示，用于具有5-弯曲切口的预初始植入物的骨切口(以灰色显示)与传统初始植入物(以轮廓显示)相比可以保存骨，但预初始切口也可形成小间隙730。任何这种小间隙730可在安装随后的初始植入物时用骨水泥填充。除了优化骨保存外，确定切除切口和/或植入部件骨切口的深度、数量和/或取向的另一因素是希望的植入物厚度。最小植入物厚度可作为切除切口和/或骨切口设计的部分被包括以确保植入物在面对与例如站立、走跑的关节运动相关的应力和力时具有阈值强度。表2显示了对各种尺寸且具有各种骨切口数量和取向的股骨植入部件进行有限元分析(FEA)评估的结果。在FEA分析中分析的最大主应力可用来针对具有特定尺寸的植入部件以及任选地针对特定患者(例如具有特定重量、年龄、活动水平等)建立可接受的最小植入物厚度。在建立最小植入部件厚度的过程中、之前和/或之后，可例如针对最大骨保存设计切除切口的最佳深度和切除切口和骨切口的最佳数量和取向。在一些实施方式中，可至少部分根据阈值最小植入部件厚度设计或选择植入部件。继而，阈值最小植入部件厚度可至少部分取决于例如髁宽度、股骨上髁轴长度和/或患者具体重量的患者特异性数据。以此方式，阈值植入物厚度和/或任何植入部件特征可根据患者特异性几何数据和患者特异性人体测量数据的组合适应特定的患者。这种方法可应用于用于例如膝关节、髋关节或肩关节的任何关节的任何植入部件特征。表2 :针对多种植入物设计的有限元分析
植入物描述j远侧髁几何结j相对尺寸~j扫描#I最大主应力，mPa
构
6-切口，不弯曲Sigma #1.5 3017161
5-切口，不弯曲共面Sigma #1.5 3017201 6-切口，弯曲 5 度Sigma #1.5 30172296-切口，不弯曲共面 Sigma #3 2825 221
5-切口，不弯曲共面Sigma #3 2825211
6-切口，弯曲5 度共面Sigma#3 2825l i
5-切口，不弯曲共面Sigma#7 1180292
6-切口，不弯曲共面Sigma #7 1180221
6-切口，弯曲5 度共面Sigma #7 1180214
7-切口，不弯曲Sigma#7 1180203
6-切口，不弯曲不共面，w/step Sigma #7 1180"173
7-切口，弯曲 5 度不共面，w/out Sigma #7 1180202
step关于实现的骨保存程度可向每个骨施加任意权重。例如，如果希望在胫骨或者胫骨的子区段上实现最大骨保存，可相应地施加和移动股骨切口以确保合适的植入物对准和韧带平衡。相反，如果希望在股骨髁上实现最大骨保存，可相应地调节胫骨切口。如果希望在髌骨上实现最大骨保存，可相应地调节相对滑车上的骨切口以确保最大髌骨保存而不引起任何伸展缺陷。如果希望在滑车上实现最大骨保存，可相应地调节相对髌骨上的骨切口以确保最大髌骨保存而不引起任何伸展缺陷。可以进行任何组合且可以施加不同权重。可使用数学模型或者例如从患者参考数据库获得的数据来施加权重。3. 2. 3韧带保存植入物设计和建模也可以用于实现节约韧带，例如关于PCL和/或ACL。成像测试可以用于识别例如在股骨和胫骨上的PCL和ACL的起端和插入部。起端和插入部可以通过采用MRI或螺旋CT关节照相术直接观察例如韧带或通过观察公知为如内侧胫骨棘和外侧胫骨棘的韧带的起端或插入部的骨标志来识别。植入系统可以接着基于图像数据进行选择或设计使得例如股骨部件保留ACL和/或PCL起端，并且胫骨部件保留ACL和/或PCL附属物。植入物可以被选择或设计使得与ACL或PCL附属物或起端邻接的骨切口不会削弱骨而引起潜在的断裂。
对于ACL保留，植入物可以具有可以利用图像数据来选择或设计并放置的两个单间室胫骨部件。替代地，植入物可以具有前侧桥部件。前侧桥部件在前后维度上的宽度、其在上下维度上的厚度或其在内外维度上的长度可以利用成像数据以及特别地利用已知的ACL和/或PCL插入部来选择或设计。任何植入部件的形状可被选择和/或调整，使其离开重要的韧带结构。成像数据可有助于识别或导出这种韧带结构的形状或位置信息。例如，单间室、双间室或整个膝关节系统的外侧股骨髁可包括凹度或凹部，以避让肌腱。在肩部，关节窝部件可包括避让软骨下肌腱或二头肌肌腱的形状或凹度或凹部。在髋部，股骨部件可被选择或设计成避让髂腰肌或内收肌肌腱。3. 3构建正常或接近正常的关节运动在一些实施方式中，骨切口和植入物形状(包括植入物的面向骨表面或面向关节表面的至少一个)可被设计或选择成能够实现正常的关节运动。在一些实施方式中，可以采用模拟例如膝关节或膝和踝关节或髋、膝和/或踝关 节的一个或多个关节的生物活动的计算机程序。在一些实施方式中，患者特异性成像数据可被输入此计算机程序。例如，患者膝关节的一系列二维图像或患者膝关节的三维表示可被输入程序。另外，患者踝关节和/或髋关节的二维图像或三维表示可以被添加。替代地，例如在步态实验室中获得的患者特异性运动数据可被输入此计算机程序。替代地，例如使用手术导航系统、图像引导或非图像引导所生成的患者特异性导航数据可被输入此计算机程序。这种运动或者导航数据可例如通过对肢体施加光学或者RF标记并且记录标记、然后测量例如弯曲、伸展、外展、内收、旋转的肢体运动和其他肢体运动来产生。任选地，包括人体度量数据的其它数据可针对每个