CN102164564A - 用于制造具有提高配合精度的关节造形术夹具的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在关节造形术夹具的第一侧中确定匹配表面的方法。该匹配表面设置成匹配地接收和接触相应病人表面，该病人表面包括骨表面和软骨表面中的至少一个。当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时，第一侧定向成朝着病人表面。该方法包括：a)确定在医疗图像中表示的、与病人表面相关联的轮廓线；b)通过算法来评价轮廓线足够用于确定与轮廓线相关联的匹配表面的一部分的程度；c)当认为轮廓线不足够时改变该轮廓线；以及d)利用改变的轮廓线来确定与轮廓线相关联的匹配表面部分。

Description

用于制造具有提高配合精度的关节造形术夹具的系统和方法

本申请要求美国专利申请No.12/505056的优先权，该美国专利申请No.12/505056的标题为“System and Method for ManufacturingArthroplasty Jigs Having Improved Mating Accuracy”，申请日为2009年7月17日，该美国专利申请根据35USC 119(e)要求美国专利申请No.61/083053的优先权，该美国专利申请No.61/083053的标题为“System and Method for Manufacturing Arthroplasty Jigs HavingImproved Mating Accuracy”，申请日为2008年7月23日，因此这些文献整个被本文参引。

技术领域

本发明涉及用于制造定制的关节造形术切割夹具的系统和方法。更具体地说，本发明涉及制造这种夹具的自动系统和方法。

背景技术

经过一段时间和通过重复使用，骨和关节可能受伤或磨损。例如，在骨和关节上的重复应变(例如通过运动动作)、外伤事件和某些疾病(例如关节炎)可能引起关节区域中的软骨(该软骨通常提供缓冲作用)磨损。当软骨磨损时，流体可能积累在关节区域中，从而导致疼痛、僵硬和降低灵活性。

关节造形术处理过程可以用于修复受损的关节。在普通的关节造形术处理过程中，可以改造或重整关节炎或其它功能障碍的关节，或者可以将植入件植入受损区域中。关节造形术处理过程可以在身体的许多任意不同区域中进行，例如膝盖、臀部、肩部或肘部。

一种类型的关节造形术处理过程是集合膝盖关节造形术(“TKA”)，其中，受损的膝关节由假体植入件来代替。膝关节可能已经被例如关节炎(例如严重的骨关节炎或变性关节炎)、外伤或罕见的破坏关节疾病损坏。在TKA处理过程中，股骨的远侧区域中的受损部分可以除去和由金属壳来代替，且在胫骨的近侧区域中的受损部分可以除去和由具有金属杆的槽道形塑料件来代替。在一些TKA处理过程中，塑料按钮也可以根据膝盖骨的情况而添加在膝盖骨的表面下面。

植入受损区域中的植入件可以向受损区域提供支承和结构，并可以帮助恢复受损区域，从而提高它的功能性。在将植入件植入受损区域中之前，受损区域可以准备接收植入件。例如，在膝盖关节造形术处理过程中，可以对在膝盖区域中的一个或多个骨(例如股骨和/或胫骨)进行处理(例如切割、钻孔、绞孔和/或表面修整)，以便提供一个或多个可以与植入件对齐的表面，从而容纳植入件。

在植入件对齐中的精度是TKA处理过程成功的重要因素。1毫米至2毫米的平移偏差或者1度至2度的旋转偏差都可能导致不平衡韧带，并可能因此明显影响TKA处理过程的效果。例如，植入件误差可能导致无法忍受的外科手术后疼痛，还可能使得病人不能使腿完全伸展和使腿稳定地弯曲。

为了获得精确的植入件对齐，在处理(例如切割、钻孔、绞孔和/或表面修整)骨的任意区域之前，重要的是正确确定将进行处理的位置以及该处理将怎样定向。在一些方法中，关节造形术夹具可以用于在骨的区域上精确定位和定向精修仪器，例如切割、钻孔、绞孔或表面修整仪器。关节造形术夹具例如可以包括设置成接收这种仪器的一个或多个孔和/或狭槽。

已经发展了用于制造定制的关节造形术夹具的系统和方法，该关节造形术夹具设置成使得外科医生能够精确和快速地进行关节造形术处理过程(该关节造形术处理过程将恢复关节的、破坏前的对齐)，从而提高该处理过程的成功率。具体地说，定制的关节造形术夹具指引成使得它们匹配地接收骨的、要进行处理(例如切割、钻孔、绞孔和/或表面修整)的区域。定制的关节造形术夹具还指引成提供对于骨的区域进行处理的正确位置和方位。定制的关节造形术夹具的指引方面使得骨区域的处理能够快速和非常精确地进行，这将使得植入件能够使病人的关节恢复至大致破坏前的状态。不过，用于产生定制的夹具的系统和方法常常依赖于人在计算机屏幕上“仔细查看”骨模型，以便确定用于产生定制夹具所需的结构。在计算机屏幕上“仔细查看”或人工操纵骨模型是低效率的，且不需要地提高了与制造定制的关节造形术夹具相关联的时间、人力和成本。而且，几乎没有人工方法能够提高所形成的夹具的精度。

因此在本领域中需要一种用于减少与制造定制的关节造形术夹具相关联的人工的系统和方法。在本领域中还需要一种用于提高定制的关节造形术夹具的精度的系统和方法。

发明内容

这里公开了一种制造关节造形术夹具的方法。在一个实施例中，该方法包括：产生形成关节的骨的至少一部分的两维图像；由两维图像产生骨的至少一部分的第一三维计算机模型；由两维图像产生骨的至少一部分的第二三维计算机模型；使得第一和第二三维计算机模型有公共的参考位置，其中，该参考位置包括相对于原点的至少一个位置和方位；通过第一三维计算机模型产生第一类型数据；通过第二三维计算机模型产生第二类型数据；利用参考位置来集合第一和第二类型数据成集合夹具数据；在制造装置中利用该集合夹具数据来制造关节造形术夹具。

这里公开了一种制造关节造形术夹具的方法。在一个实施例中，该方法包括：产生形成关节的骨的至少一部分的两维图像；在两维图像中的至少一些两维图像中沿关节造形术目标区域延伸开环轮廓线；由该开环轮廓线产生关节造形术目标区域的三维计算机模型；由三维计算机模型产生属于关节造形术目标区域的表面轮廓数据；以及在制造机器上利用该表面轮廓数据来制造关节造形术夹具。

这里公开了一种制造关节造形术夹具的方法。在一个实施例中，该方法包括：由图像确定与骨的一部分相关的至少一个尺寸；使得该至少一个尺寸与至少两个候选夹具坯料尺寸中的尺寸进行比较；选择充分大以便适应该至少一个尺寸的最小夹具坯料尺寸；将选定尺寸的夹具坯料提供给制造机器；以及由夹具坯料制造关节造形术夹具。

这里公开了根据前述任意一个制造方法而制造的关节造形术夹具。在一些实施例中，关节造形术夹具可以指引成匹配地接收关节骨的关节造形术目标区域。关节造形术夹具还可以指引成定向锯切割狭槽和钻孔引导件，这样，当关节造形术目标区域由关节造形术夹具匹配地接收时，通过锯切割狭槽和钻孔引导件而在关节造形术目标区域进行锯切割和钻孔将有利于关节造形术植入件使得关节大致恢复至退化前的状态(即自然对齐状态)。

这里公开了一种计算机产生形成关节的骨的关节造形术目标区域的三维表面模型的方法。在一个实施例中，该方法包括：产生骨的至少一部分的两维图像；在两维图像中至少一些两维图像中沿关节造形术目标区域产生开环轮廓线；以及由开环轮廓线产生关节造形术目标区域的三维模型。

这里公开了一种产生三维关节造形术夹具计算机模型的方法。在一个实施例中，该方法包括：使得关节的骨的至少一部分的尺寸与候选夹具坯料尺寸比较；以及从候选夹具坯料尺寸中选择能够适应骨的该至少一部分的尺寸的最小夹具坯料尺寸。

这里公开了一种产生三维关节造形术夹具计算机模型的方法。在一个实施例中，该方法包括：形成表示骨的至少一部分的关节造形术目标区域的内部三维表面模型；形成表示夹具坯料的外表面的外部三维表面模型；以及组合内部表面模型和外部表面模型，以便分别形成三维关节造形术夹具计算机模型的内部表面和外部表面。

这里公开了一种产生与关节造形术夹具的制造相关联的生产文件的方法。该方法包括：产生与关节骨的关节造形术目标区域的表面轮廓相关联的第一数据；产生与在关节造形术处理过程中在关节造形术目标区域进行至少一个锯切割和钻孔相关联的第二数据；以及集合第一和第二数据，其中，第一数据相对于原点的位置关系和第二数据相对于原点的位置关系在分别产生第一和第二数据的过程中相互协调成大致相同。

这里公开了一种确定在关节造形术夹具的第一侧中的匹配表面的方法。该匹配表面设置成匹配地接收和接触相应病人表面，该病人表面包括骨表面和软骨表面中的至少一个。当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时，第一侧定向成朝着病人表面。在一个实施例中，该方法包括：a)确定在医疗图像中表示的、与病人表面相关联的轮廓线；b)通过算法来评价轮廓线足够用于确定与轮廓线相关联的匹配表面的一部分的程度；c)当认为轮廓线不足够时改变该轮廓线；以及d)利用改变的轮廓线来确定与轮廓线相关联的匹配表面部分。

这里公开了一种用于帮助进行与病人表面相关联的关节造形术处理过程的关节造形术夹具，该病人表面包括骨表面和软骨表面中的至少一个。在一个实施例中，夹具可以包括第一侧、与该第一侧大致相反的第二侧、以及在第一侧中设置成匹配地接收和接触病人表面的至少一部分的匹配表面。第一侧可以设置成当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时定向成朝着病人表面。该匹配表面可以根据以下处理步骤来确定：a)确定在医疗图像中表示的、与病人表面相关联的轮廓线；b)通过算法来评价轮廓线足够用于确定与轮廓线相关联的匹配表面的一部分的程度；c)当认为轮廓线不足够时改变该轮廓线；以及d)利用改变的轮廓线来确定与轮廓线相关联的匹配表面部分。

这里公开了一种用于帮助在股骨的关节造形术目标区域上进行股骨关节造形术处理过程的股骨关节造形术夹具。在一个实施例中，夹具可以包括第一侧、与该第一侧大致相反的第二侧、以及在第一侧中设置成匹配地接收和接触股骨关节造形术目标区域的特定表面的匹配表面。该特定表面可以限制为中间关节髁表面、侧部关节髁表面以及股骨轴的前侧的大致平区域。第一侧可以设置成当匹配表面匹配地接收和接触该特定表面时定向成朝着股骨关节造形术目标区域表面。

这里公开了一种用于帮助在胫骨的关节造形术目标区域上进行胫骨关节造形术处理过程的胫骨关节造形术夹具。在一个实施例中，夹具包括第一侧、与该第一侧大致相反的第二侧、以及匹配表面。该匹配表面可以在第一侧中设置成匹配地接收和接触胫骨关节造形术目标区域的特定表面。该特定表面可以限制为中间关节平台表面、侧部关节平台表面以及胫骨轴的前侧的大致平区域。第一侧可以设置成当匹配表面匹配地接收和接触该特定表面时定向成朝着胫骨关节造形术目标区域表面。

这里公开了一种用于帮助在胫骨的关节造形术目标区域上进行胫骨关节造形术处理过程的胫骨关节造形术夹具。在一个实施例中，夹具包括第一侧以及与该第一侧大致相反的第二侧。第二侧可以包括在第一侧中的匹配表面。该匹配表面可以设置成匹配地接收和接触胫骨轴前侧的、在胫骨平台边缘的远侧和胫骨结节的大致近侧的大致平区域。第一侧可以设置成当匹配表面匹配地接收和接触该平区域时定向成朝着胫骨关节造形术目标区域表面。

这里公开了一种用于帮助在股骨的关节造形术目标区域上进行股骨关节造形术处理过程的股骨关节造形术夹具。在一个实施例中，夹具包括第一侧、与该第一侧大致相反的第二侧、以及在第一侧中的匹配表面。该匹配表面可以设置成匹配地接收和接触股骨轴前侧的、在膝盖骨面边界的大致近侧和膝关节的大致远侧的大致平区域。第一侧可以设置成当匹配表面匹配地接收和接触该平区域时定向成朝着股骨关节造形术目标区域表面。

尽管公开了多个实施例，但是本领域技术人员由下面的详细说明将清楚本发明的其它实施例，该详细说明表示和介绍了本发明的示例实施例。应当知道，本发明能够在多个方面进行变化，所有这些变化都不脱离本发明的精神和范围。因此，附图和详细说明将认为是举例说明性质，而不是限制。

附图说明

图1A是采用这里所述的自动夹具制造方法的系统的示意图。

图1B-1E是概括这里所述的夹具制造方法的流程图。

图1F和1G分别是示例的定制关节造形术股骨夹具的底部和顶部透视图。

图1H和1I分别是示例的定制关节造形术胫骨夹具的底部和顶部透视图。

图2A是病人的股骨的受损下部或膝关节端部的前-后图像切片，其中，图像切片包括与受损下端的目标区域相对应的开环轮廓线段。

图2B是具有各开环轮廓线段的多个图像切片，积累该开环轮廓线段以便产生目标区域的3D模型。

图2C是利用图2B中所示的开环轮廓线段产生的受损底端的目标区域的3D模型。

图2D是病人的股骨的受损下部或膝关节端部的前-后图像切片，其中，图像切片包括与包括目标区域的股骨下端相对应的闭环轮廓线段。

图2E是具有各开环轮廓线段的多个图像切片，积累该闭环轮廓线段以便产生包括目标区域的股骨下端的3D模型。

图2F是利用图2B中所示的闭环轮廓线段产生的、包括目标区域的股骨下端的3D模型。

图2G是示出制造股骨夹具的方法概述的流程图。

图3A是具有预定尺寸的左股骨切割夹具坯料的俯视透视图。

图3B是图3A中所示的夹具坯料的仰视透视图。

图3C是图3A中所示的夹具坯料的外侧或一部分的平面图。

图4A是多个可用尺寸的左股骨夹具坯料，各夹具坯料表示在与图3C中所示相同的视图中。

图4B是多个可用尺寸的右股骨夹具坯料，各夹具坯料表示在与图3C中所示相同的视图中。

图5是病人的左股骨在沿远侧向近侧延伸方向看时的3D表面模型或关节炎模型的轴向视图。

图6表示了图3C的选定模型夹具坯料叠加在图5的模型股骨下端上。

图7A是用于从多个候选夹具坯料尺寸中选择的、适用于病人的股骨下端的夹具坯料尺寸的示例散点图。

图7B是表示选择合适尺寸的夹具坯料的方法实施例的流程图。

图8A是股骨夹具坯料外表面模型的外部透视图。

图8B是图8A的股骨夹具坯料外表面模型的内部透视图。

图9A是与提取的股骨表面模型组合的提取夹具坯料外表面模型的透视图。

图9B是与提取的股骨表面模型组合的提取夹具坯料外表面模型的透视图。

图9C是组合的夹具坯料外表面模型和股骨表面模型沿图9B中的剖面线9C-9C的剖视图。

图10A是形成的股骨夹具模型的外部透视图。

图10B是图10A的股骨夹具模型的内部透视图。

图11表示了与“关节炎模型”匹配的集合夹具模型的透视图。

图12A是病人胫骨的受损上端或膝关节端的前-后图像切片，其中，图像切片包括与受损上端的目标区域相对应的开环轮廓线段。

图12B是具有各开环轮廓线段的多个图像切片，该开环轮廓线段积累以便产生目标区域的3D模型。

图12C是当使用图12B中所示的开环轮廓线段产生的、受损上端的目标区域的3D模型。

图13A是具有预定尺寸的右胫骨切割夹具坯料的俯视透视图。

图13B是图13A中所示的夹具坯料的仰视透视图。

图13C是图13A中所示的夹具坯料的外侧或一部分的平面图。

图14A是多个可用尺寸的右胫骨夹具坯料，以与图13C中所示相同的视图表示各夹具坯料。

图14B是多个可用尺寸的左胫骨夹具坯料，以与图13C中所示相同的视图表示各夹具坯料。

图15是病人的右胫骨在沿近侧向远侧延伸方向看时的3D表面模型或关节炎模型。

图16表示了图13C的选定模型夹具坯料叠加在图15的模型胫骨上端上。

图17A是用于从多个候选夹具坯料尺寸中选择的、适用于病人的胫骨上端的夹具坯料尺寸的示例散点图。

图17B是表示选择合适尺寸的夹具坯料的方法实施例的流程图。

图18A是胫骨夹具坯料外表面模型的外部透视图。

图18B是图18A的胫骨夹具坯料外表面模型的内部透视图。

图19A是与提取的胫骨表面模型组合的提取夹具坯料外表面模型的透视图。

图19B-19D是与提取的胫骨表面模型组合的提取夹具坯料外表面模型的透视图。

图20A是形成的胫骨夹具模型的外部透视图。

图20B是图20A的胫骨夹具模型的内部透视图。

图21表示了与“关节炎模型”匹配的集合夹具模型的透视图。

图22A表示了图5中所示的病人股骨的3D模型的远侧轴向图，其中，图像切片的轮廓线表示为由切片的厚度D_T间隔开。

图22B表示了病人股骨的3D模型的冠状视图，图像切片的轮廓线表示为由切片的厚度D_T间隔开。

图23表示了基于图22A-B所示切片的连续矢状2D MRI图像的编辑轮廓线的示例矢状图，该切片的切片厚度D_T为2mm。

图24表示了图22A-23中所示的轮廓线中的一个的示例轮廓线，其中，轮廓线表示在矢状图中，并与股骨髁的图像切片相关联。

图25表示了示例的过度估计算法，它可以用于在形成3D模型时识别和调节不规则的轮廓线区域。

图26表示了实施在图24的不规则轮廓线区域2402B上的示例分析方案(根据方框2506)。

图27表示了来自图26的不规则区域2402B，它包括过度估计的提议区域，其中，过度估计处理过程产生了调节轮廓线，并使得该调节轮廓线与初始表面轮廓线位置偏离。

图28表示了根据图25的算法在图24的不规则区域2402C上进行的示例分析方案，其中观察到髁轮廓的不规则表面。

图29A表示了图28的不规则区域2402C，包括由虚线区域2902A-B表示的过度估计的提议区域。

图29B类似于图29A，除了表示工具具有更大直径。

图29C类似于图29B，除了表示工具具有更大直径。

图30表示了图24的不规则区域2402D，包括由虚线表示的过度估计的提议区域。

图31表示了图24的规则区域2402A的分析。

图32A是三个相邻图像切片的三个轮廓线的示意矢状-冠状-远侧等距视图，表示了角度关系，该角度关系可以用于确定一个或多个轮廓线的部分是否可以用于产生3D计算机模型。

图32B-G是可以用于确定图25的每个方框2514的相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点之间的角度偏差θ的示例直角三角形。

图33A表示了在与图23类似的矢状图中的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的部分。

图33B是当沿剖面线33B-33B看时的骨表面轮廓线和线性插值骨表面轮廓线，该剖面线33B-33B横过包含图33A的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的图像切片。

图33C表示了在与图23类似的矢状图中的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的部分。

图33D是当沿剖面线33D-33D看时的骨表面轮廓线和线性插值骨表面轮廓线，该剖面线33D-33D横过包含图33C的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的图像切片。

图33E表示了在与图23类似的矢状图中的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的部分。

图33F是当沿剖面线33F-33F看时的骨表面轮廓线和线性插值骨表面轮廓线，该剖面线33F-33F横过包含图33E的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的图像切片。

图34是类似于图5的远侧图，表示了通过以例如2mm的图像间距D_T对右股骨进行成像而产生的轮廓线。

图35-38是图34的各区域的轮廓线的矢状图。

图39A是股骨远端的远侧-矢状等距视图。

图39B是示例的定制关节造形术股骨夹具的仰视透视图，该股骨夹具通过这里所述的过度估计处理来产生。

图39C是安装在图39A的股骨远端上的、图39B的股骨夹具的前-后剖视图。

图39D是股骨远端的前侧的冠状图。

图40表示了作为从图像切片分割的图像的闭环轮廓线，其中，该轮廓线描述了股骨下端的皮层骨表面。

图41A表示了图15中所示的病人胫骨的3D模型的近侧轴向图，其中，图像切片的轮廓线表示为由切片的厚度D_T间隔开。

图41B表示了病人胫骨的3D模型的冠状图，其中，图像切片的轮廓线表示为由切片的厚度D_T间隔开。

图42表示了基于图41A-B所示切片的连续矢状2D MRI图像的编辑轮廓线的示例矢状图，切片厚度D_T为2mm。

图43表示了图41A-42中所示的轮廓线中的一个的示例轮廓线，其中，轮廓线表示在矢状图中，并与胫骨平台(plateau)的图像切片相关联。

图44表示了实施在图43的不规则轮廓线区域4302B上的示例分析方案(根据方框2506)。

图45表示了来自图44的不规则区域4302B，它包括过度估计的提议区域，其中，过度估计处理过程产生了调节轮廓线，且使得调节轮廓线与初始表面型面轮廓线位置偏离。

图46A和46B表示了图43的规则区域4302A和4302C的分析。

图47是类似于图15的远侧图，表示了通过以例如2mm的图像间距D_T对左胫骨进行成像而产生的轮廓线。

图48-51是图47的各区域的轮廓线的矢状图。

图52A是胫骨近端的远侧-矢状等距视图。

图52B-C分别是示例的定制关节造形术胫骨夹具的俯视和仰视透视图，该胫骨夹具通过这里所述的过度估计处理来产生。

图52D是安装在图52A的胫骨近端上的、图52B-C的胫骨夹具的前-后剖视图。

图52E是胫骨近端的前侧的冠状图。

图53表示了作为从图像切片分割的图像的闭环轮廓线，其中，该轮廓线描述了胫骨上端的皮层骨表面。

图54是股骨远端的前侧等距视图。

图55是胫骨近端的前侧等距视图。

具体实施方式

这里介绍了定制的关节造形术夹具2以及用于制造该夹具2的系统4和方法。夹具2定制成配合特定病人的特定骨表面。根据实施例，夹具2自动设计和产生，并可以类似于在以下三个美国专利申请中所述：Park等人的美国专利申请11/656323，标题为“ArthroplastyDevices and Related Method”，申请日为2007年1月19日；Park等人的美国专利申请10/146862，标题为“Improved Total JointArthroplasty System”，申请日为2002年5月15日；以及Park等人的美国专利申请11/642385，标题为“Arthroplasty Devices and RelatedMethod”，申请日为2006年12月19日。这三个美国专利申请都整个被本文参引。

a.用于制造定制的关节造形术切割夹具的系统和方法的概述

用于制造定制的关节造形术夹具2的系统4和方法的概述将参考图1A-1E。图1A是用于实施这里所述的自动夹具制造方法的系统4的示意图。图1B-1E是概括这里所述的夹具制造方法的流程图。下面的概述可以分成三个部分。

参考图1A和图1B-1E的方框100-125介绍的第一部分属于在三维(“3D”)计算机模型环境中确定锯切割和钻孔相对于3D计算机模型的位置30、32的示例方法，该3D计算机模型称为复原骨模型28。形成的“锯切割和钻孔数据”44参考复原骨模型28，以便提供锯切割和钻孔，该锯切割和钻孔将使得关节造形术植入件能够使病人的关节恢复至它的退化前状态，或者换句话说恢复至它的自然对齐状态。

参考图1A和图1B-1E的方框100-105、130-145介绍的第二部分属于将病人的关节骨的3D计算机产生关节炎模型36的关节造形术目标区域42的3D计算机产生表面模型40输入3D计算机产生夹具模型38中的示例方法。形成的“夹具数据”46用于产生夹具，该夹具定制成匹配地接收病人关节的各骨的关节造形术目标区域。

参考图1A和图1E的方框150-165所述的第三部分属于组合或集合“锯切割和钻孔数据”44以及“夹具数据”46以便形成“集合夹具数据”48的方法。“集合夹具数据”48提供给CNC机器10，该CNC机器10用于由提供给CNC机器10的夹具坯料50制造定制的关节造形术夹具2。所形成的定制关节造形术夹具2包括位于夹具2中的锯切割狭槽和钻孔，这样，当夹具2匹配地接收病人的骨的关节造形术目标区域时，切割狭槽和钻孔有利于这样制备关节造形术目标区域，使得关节造形术关节植入件能够使病人的关节线大致恢复至它的退化前状态或自然对齐状态。

如图1A中所示，系统4包括计算机6，该计算机6有CPU 7、监视器或屏幕9和操作人员界面控制器11。计算机6与医疗成像系统8(例如CT或MRI机器8)和计算机控制机械加工系统10(例如CNC铣床10相连。

如图1A中所示，病人12有要替换的关节14(例如膝盖、肘、踝、腕、臀部、肩部、头骨/椎骨或椎骨/椎骨界面等)。病人12使得关节14在成像机器8中扫描。成像机器8对关节14进行多次扫描，其中，每次扫描属于关节14的薄切片。

由图1B可知，将多次扫描用于产生关节14的多个两维(“2D”)图像16(方框100)。其中，例如关节14是膝盖14，2D图像将为股骨18和胫骨20。成像可以通过CT或MRI来进行。在使用MRI的一个实施例中，成像处理可以如Park的美国专利申请11/946002中所述，该美国专利申请11/946002的标题为“Generating MRI ImagesUsable For The Creation Of 3D Bone Models Employed To MakeCustomized Arthroplasty Jigs”，申请日为2007年11月27日，该文献整个被本文参引。

由图1A可知，将2D图像发送给计算机6，用于创造计算机产生3D模型。如图1B中所示，在一个实施例中，在2D图像16中确定点P(方框105)。在一个实施例中，如图1A的方框105中所示，点P可以在病人关节14的大约中间-侧部和前-后方向的中心。在其它实施例中，点P可以是在2D图像16中的任意其它位置，包括在靠近或远离骨18、20或者由该骨18、20形成的关节14的任意位置。

如在该概述中的后面所述，点P可以用于定位由2D图像16产生的计算机产生3D模型22、28、36，并用于集合通过3D模型产生的信息。根据实施例，用作位置和/或方位参考的点P可以是单个点、两个点、三个点、点加平面、矢量等，只要参考点P可以用于定位和/或定向通过2D图像16产生的3D模型22、28、36。

如图1C中所示，2D图像16用于创造形成病人关节14的骨18、20的、计算机产生的3D仅有骨(即骨模型)22(方框110)。骨模型22定位成使得点P相对于X-Y-Z轴线的原点(X₀、Y₀、Z₀)处于坐标(X_0-j、Y_0-j、Z_0-j)(方框110)。骨模型22通过骨18、20的相应退化关节表面24、26来表示在当前损伤状态下的骨18、20，该退化关节表面24、26可以由于骨关节炎、伤害、它们的组合等造成。

用于从2D图像创造3D计算机产生骨模型22的计算机程序包括：Analyze，由AnalyzeDirect，Inc.，Overland Park，KS获得；InsightToolkit，可由National Library of Medicine Insight Segmentation andRegistration Toolkit(“ITK”)，www.itk.org获得的开放源程序软件；3D Slicer，可由www.slicer.org获得的开放源程序软件；Mimics，由Materialise，Ann Arbor，MI获得；以及Paraview，可由www.paraview.org获得。

如图1C中所示，3D计算机产生骨模型22用于产生3D计算机产生“复原骨模型”或“设计骨模型”28，其中，退化表面24、26改变或恢复成近似它们在退化之前的相应状态(方框115)。因此，复原骨模型28的骨18、20反映成近似它们在退化之前的状态。复原骨模型28定位成使得点P相对于原点(X₀、Y₀、Z₀)处于坐标(X_0-j、Y_0-j、Z_0-j)。因此，复原骨模型28对于原点(X₀、Y₀、Z₀)共用与骨模型22相同的方位和位置。

在一个实施例中，复原骨模型28通过人坐在计算机6前面以及视觉观察骨模型22和它们的退化表面24、26而从骨模型22人工创造为在计算机屏幕9上的3D计算机模型。人视觉观察退化表面24、26，以便确定3D计算机骨模型22上的退化表面24、26需要怎样变化和变化至怎样的程度，从而使得表面24、26恢复至它们退化前的状态。通过与计算机控制11的相互作用，然后人们通过3D模型计算机程序手动操作3D产生表面24、26，以将所述表面24、26恢复到人们认为表示退化前情况的状态。该人工复原处理的结果是计算机产生3D复原骨模型28，其中，表面24′、26′表示处于未退化状态。

在一个实施例中，上述骨复原处理大致或完全自动进行。换句话说，计算机程序可以分析骨模型22和它们的退化表面24、26，以便确定3D计算机骨模型22上的退化表面24、26需要怎样变化和变化至怎样的程度，从而使得它们恢复至它们在退化前的状态。然后，计算机程序操纵3D退化表面24、26，以便使得表面24、26恢复至将表示退化前情况的状态。这样的自动复原处理的结果是计算机产生3D复原骨模型28，其中，表面24′、26′表示处于未退化状态。

如图1C中所示，复原骨模型28用于手术前设计(“POP”)处理过程，以便确定在病人的骨中的锯切割位置30和钻孔位置32，该锯切割位置30和钻孔位置32使得关节造形术的关节植入件能够使得病人的关节线大致恢复至它的退化前的对齐状态(方框120)。

在一个实施例中，POP处理过程是人工处理，其中，计算机产生3D植入件模型34(例如当上下文中的关节是膝盖时为股骨和胫骨植入件)和复原骨模型28通过人坐在计算机6前面以及在计算机屏幕9上视觉观察植入件模型34和复原骨模型28并通过计算机控制器11来操纵模型28、34而彼此相对地进行人工操纵。通过将植入件模型34叠加在复原骨模型28上或者相反，植入件模型34的关节表面可以对齐，或者使得与复原骨模型28的关节表面相对应。通过使得模型28、34的关节表面这样对齐，植入件模型34相对于复原骨模型28定位成使得锯切割位置30和钻孔位置32能够相对于复原骨模型28来确定。

在一个实施例中，POP处理大致或完全自动进行。例如，计算机程序可以使得计算机产生3D植入件模型34(例如当上下文中的关节是膝盖时为股骨和胫骨植入件)和复原骨模型或计划骨模型28彼此相对地进行操纵，以便相对于复原骨模型28确定锯切割和钻孔位置30、32。植入件模型34可以叠加在复原骨模型28上或者相反。在一个实施例中，植入件模型34相对于原点(X₀、Y₀、Z₀)位于点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)处，且复原骨模型28位于点P(X_0-j、Y_0-j、Z_0-j)处。为了使得模型28、34的关节表面相对应，计算机程序可以使得复原骨模型28从点P(X_0-j、Y_0-j、Z_0-j)运动至点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)，或者相反。一旦模型28、34的关节表面紧密接近，植入件模型34的关节表面可以形状匹配成与复原骨模型28的关节表面对齐或相对应。通过使得模型28、34的关节表面这样对齐，植入件模型34相对于复原骨模型28定位成使得锯切割位置30和钻孔位置32能够相对于复原骨模型28确定。

如图1E中所示，在一个实施例中，关于锯切割和钻孔位置30、32相对点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)的数据44打包或合并为“锯切割和钻孔数据”44(方框145)。然后，“锯切割和钻孔数据”44如下面所述用于图1E中的方框150。

由图1D可知，用于相对图1C的方框110产生上述骨模型22的2D图像16也用于创造形成病人的关节14的骨18、20的计算机产生3D骨和软骨模型(即“关节炎模型”)36(方框130)。与上述骨模型22相同，关节炎模型36定位成使得点P相对于X-Y-Z轴线的原点(X₀、Y₀、Z₀)处于坐标(X_0-j、Y_0-j、Z_0-j)处(方框130)。因此，骨和关节炎模型22、36相对于原点(X₀、Y₀、Z₀)共用相同的位置和方位。对于图1B-1E所述的全部处理都大致保持该位置/方位关系。因此，骨模型22和它的各种子代(即复原骨模型28、骨切割位置30和钻孔位置32)相对于原点(X₀、Y₀、Z₀)的运动也用于关节炎模型36和它的各种子代(即夹具模型38)。在骨模型22和关节炎模型36以及它们相应的子代之间保持该位置/方位关系能够使得“锯切割和钻孔数据”44集合成“夹具数据”46，以便形成由CNC机器10用于制造定制的关节造形术夹具2的“集合夹具数据”48。

用于由2D图像16产生3D计算机产生关节炎模型36的计算机程序包括：Analyze，由AnalyzeDirect，Inc.，Overland Park，KS获得；Insight Toolkit，可由National Library of Medicine InsightSegmentation and Registration Toolkit(“ITK”)，www.itk.org获得的开放源程序软件；3D Slicer，可由www.slicer.org获得的开放源程序软件；Mimics，由Materialise，Ann Arbor，MI获得；以及Paraview，可由www.paraview.org获得。

与骨模型22类似，关节炎模型36通过骨18、20的相应退化关节表面24、26来表示在当前损伤状态下的骨18、20，该退化关节表面24、26可以由于骨关节炎、伤害、它们的组合等形成。不过，与骨模型22不同，关节炎模型36并不只是仅有骨的模型，而是除了骨之外还包括软骨。因此，关节炎模型36将关节造形术目标区域42大致表示为当定制的关节造形术夹具2在关节造形术外科手术过程中匹配地接收关节造形术目标区域42时该关节造形术目标区域42将存在的情况。

与图1D中所示和上面所述相同，为了调整骨和关节炎模型36、36和它们相应的子代的位置/方位，跟踪复原骨模型28从点P至点P′的任何运动以使得“关节炎模型”36进行大致相同的移动(方框135)。

与图1D中所示相同，将关节炎模型36的关节造形术目标区域42的计算机产生3D表面模型40输入计算机产生3D关节造形术夹具模型38中(方框140)。因此，夹具模型38设置或指引成匹配地接收关节炎模型36的关节造形术目标区域42。制造成与这样的夹具模型38匹配的夹具2再在关节造形术外科手术过程中匹配地接收实际关节骨的关节造形术目标区域。

在一些实施例中，由于在病人的骨解剖结构中的不规则部分或在成像处理中的限制而使3D表面模型40变化。例如，3D表面模型40可以进行或作为“过度估计”处理的结果。“过度估计的”3D表面模型40可以形成实际夹具的骨匹配表面，该骨匹配表面匹配地接收和接触实际关节骨的关节造形术目标区域的特定部分，而夹具的其它部分与骨间隔开，例如包括实际关节骨的关节造形术目标区域的某些部分。因此，实际夹具的骨匹配表面可以匹配地接触实际关节骨的关节造形术目标区域的某些特定部分，而关节造形术目标区域的其它区域并不匹配接触。在一些实施例中，关节造形术目标区域的、与夹具的骨匹配表面接触的特定部分可以是最可能精确地用3D计算机建模和最可能导致在夹具的骨匹配表面和关节造形术目标区域之间可靠、精确匹配接触的那些区域，而关节造形术目标区域的、不与夹具的骨匹配表面接触的部分可以是精确地用3D计算机建模的可能性最小的那些区域。

换句话说，对于一些实施例，过度估计可以形成用于实际夹具的骨匹配表面的匹配接触区域，该匹配接触区域基于3D表面模型的、相对于图像扫描数据最可靠、精确以及最容易通过CNC机器的工具进行机械加工的区域。相反，对于一些实施例，过度估计可以形成用于实际夹具的骨匹配或其它表面的非接触区域，夹具的那些区域属于3D表面模型的那些区域，该区域由精确性或可靠性较低的图像扫描数据和/或表示太小以致于不容易通过CNC机器的工具来机械加工的骨特征的图像扫描数据来产生。下面所述的过度估计处理的结果是具有骨匹配表面的实际夹具，该骨匹配表面匹配接触实际关节骨的关节造形术目标区域的特定可靠区域，同时避免与关节造形术目标区域的、某些可靠性更低的区域接触，因此形成具有骨匹配表面的夹具，该骨匹配表面精确和可靠地匹配接收关节造形术目标区域。

在一个实施例中，用于指引夹具模型38至关节造形术目标区域42的处理步骤是人工处理。3D计算机产生模型36、38通过人坐在计算机6前面以及在计算机屏幕9上视觉观察夹具模型38和关节炎模型36并通过与计算机控制器11相互作用来操纵模型36、38而进行彼此相对的人工操纵。在一个实施例中，通过将夹具模型38(例如当上下文中的关节是膝盖时为股骨和胫骨关节造形术夹具)叠加在关节炎模型36的关节造形术目标区域42上或者相反，可以将关节造形术目标区域42的表面模型40输入夹具模型38中，从而导致该夹具模型38指引成匹配地接收关节炎模型36的关节造形术目标区域42。点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)也可以输入夹具模型38中，从而导致夹具模型38相对于点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)定位和定向成使得它们能够与方框125的骨切割和钻孔数据44集合。

在一个实施例中，用于指引夹具模型38至关节造形术目标区域42的处理过程大致或完全自动进行，如在具体实施方式中的后面所述。例如，计算机程序可以产生关节炎模型36的关节造形术目标区域42的3D计算机产生表面模型40。然后，计算机程序可以将表面模型40和点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)输入夹具模型38中，从而导致将该夹具模型38指引成匹配地接收关节炎模型36的关节造形术目标区域42。在一些实施例中，表面模型40可以考虑病人的骨解剖结构中的不规则部分和/或在成像技术中由于在夹具表面和病人的骨之间产生预定间隙而引起的限制。所形成的夹具模型38也相对于点P′(X_0-k、Y_{0- k}、Z_0-k)定位和定向成使得它们能够与方框125的骨切割和钻孔数据44集合。

在一个实施例中，关节炎模型36可以是由下面对于图2D-2F所述的闭环处理产生的3D容积模型。在另一实施例中，关节炎模型36可以是由下面对于图2A-2C和12A-12C所述的开环处理产生的3D表面模型。

如图1E中所示，在一个实施例中，关于夹具模型38和表面模型40相对点P′(X_0-k、Y_0-k、Z_0-k)的数据打包或合并为“夹具数据”46(方框145)。“夹具数据”46再如下面对于图1E的方框150所述来使用。

由图1E可知，“锯切割和钻孔数据”44与“夹具数据”46集合以便形成“集合夹具数据”48(方框150)。如上所述，因为“锯切割和钻孔数据”44、“夹具数据”46和它们的各个前代(例如模型22、28、36、38)相互匹配以便相对于点P和P′定位和定向，因此“锯切割和钻孔数据”44相对于“夹具数据”46合适定位和定向，用于合适集合至“夹具数据”46中。所形成的“集合夹具数据”48在提供给CNC机器10时形成夹具2，该夹具2：(1)设置成匹配地接收病人的骨的关节造形术目标区域；以及(2)具有切割狭槽和钻孔，该切割狭槽和钻孔便于以这样的方式制备关节造形术目标区域，使得关节造形术的关节植入件能够使病人的关节线大致恢复至它的退化前或自然对齐状态。

由图1A和1E可知，“集合夹具数据”48从计算机6传送给CNC机器10(方框155)。将夹具坯料50提供给CNC机器10(方框160)，且CNC机器10利用“集合夹具数据”来由夹具坯料50机械加工关节造形术夹具2。

为了介绍能够通过上述方法来制造的示例定制关节造形术切割夹具2，下面参考图1F-1I。同时，如上所述，上述方法可用于制造设置成用于包括膝盖、肘部、踝、腕、臀部、肩部、椎骨界面等的关节造形术处理过程的夹具2，在图1F-1I中所述的夹具实例用于全膝盖替换(“TKR”)处理过程。因此，图1F和1G分别是示例定制的关节造形术股骨夹具2A的仰视和俯视透视图，而图1H和1I分别是示例定制的关节造形术胫骨夹具2B的仰视和俯视透视图。

如图1F和1G中所示，股骨关节造形术夹具2A可以包括内侧或部分100以及外侧或部分102。当股骨切割夹具2A用于TKR处理过程时，内侧或部分100对着和匹配地接收股骨下端的关节造形术目标区域42，且外侧或部分102在股骨切割夹具2A的、与内侧部分100相反的一侧。

股骨夹具2A的内侧部分100设置成与病人的股骨18的受损底端(即关节造形术目标区域42)的表面特征匹配。因此，当将目标区域42在TKR外科手术过程中接收于股骨夹具2A的内侧部分100中时，目标区域42和内侧部分100的表面匹配。

股骨切割夹具2A的内侧部分100的表面机械加工或以其它方式形成于选定的股骨夹具坯料50A中，并基于或确定于受损下端的目标区域42的3D表面模型40或病人股骨18的目标区域42。在一些实施例中，3D表面模型40可以考虑医疗成像处理中的限制和/或机械加工工艺中的限制而通过下面所述的“过度估计”方法而变化。

如图1H和1I中所示，胫骨关节造形术夹具2B可以包括内侧或部分104以及外侧或部分106。当胫骨切割夹具2B用于TKR处理过程时，内侧或部分104对着和匹配地接收胫骨上端的关节造形术目标区域42，且外侧或部分106在胫骨切割夹具2B的、与内侧部分104相反的一侧上。

胫骨夹具2B的内侧部分104设置成与病人胫骨20的受损上端(即关节造形术目标区域42)的表面特征匹配。因此，当将目标区域42在TKR外科手术过程中接收于胫骨夹具2B的内侧部分104中时，目标区域42和内侧部分104的表面匹配。

胫骨切割夹具2B的内侧部分104的表面机械加工或以其它方式形成于选定的胫骨夹具坯料50B中，并基于或确定于受损上端的目标区域42的3D表面模型40或病人胫骨20的目标区域42。在一些实施例中，3D表面模型40可以考虑医疗成像处理中的限制和/或机械加工工艺中的限制而通过下面所述的“过度估计”方法而变化。

b.用于指引3D关节造形术夹具模型至关节造形术目标区域的自动处理的概述

如上面对于图1D的方框140所述，用于指引3D关节造形术夹具模型38至关节造形术目标区域42的处理可以自动进行。该自动处理的示例的介绍将涉及具体实施方式的其余部分，开始于自动指引处理的概述。

由图1A和图1B的方框100-105可知，病人12有要替换的关节14(例如膝盖、肘部、踝、腕、肩部、臀部、椎骨界面等)。病人12的关节14在成像机器8(例如CT、MRI等机器)中扫描，以便产生形成病人关节14(例如膝盖)的骨(例如股骨18和胫骨20)的多个2D扫描图像16。各扫描图像16是目标骨18、20的薄切片图像。将扫描图像16发送给CPU 7，该CPU 7沿骨18、20的扫描图像16的目标特征42使用开环图像分析来产生沿目标特征42的型面的、用于各扫描图像16的轮廓线。

由图1A和图1C的方框110可知，CPU 7编辑扫描图像16，更具体地说编辑轮廓线，以便产生病人的关节骨18、20的目标特征42的3D计算机表面模型(“关节炎模型”)36。在上下文中所述的全膝盖替换(“TKR”)外科手术中，目标特征42可以是病人股骨18的下端或膝关节端以及病人胫骨20的上端或膝关节端。更具体地，目标特征42可以是病人股骨18的胫骨接触关节表面和病人胫骨20的股骨接触关节表面。

在一些实施例中，“关节炎模型”36可以是分别通过开环或闭环方法形成的表面模型或容积实体模型以使轮廓线分别是开环或闭环的。在这里所述的一个实施例中，“关节炎模型”36可以是通过开环处理形成的表面模型。通过使用开环和表面模型方法，与闭环和容积实体模型方法相反，计算机建模处理需要更少的CPU 7处理能力和时间，因此更有成本效益。

系统4测量“关节炎模型”36的目标区域42的前-后宽度和中间-侧部宽度。该前-后宽度和中间-侧部宽度可以用于确定各骨18、20的3D“关节炎模型”36的纵横比、尺寸和/或形状。在下面介绍的夹具坯料分组和选择方法的一个实施例中，各骨18、20的3D“关节炎模型”36的前-后和中间-侧部尺寸可以用于与在下面介绍的夹具坯料分组和选择方法中的候选夹具坯料50的3D计算机模型的纵横比、尺寸和/或形状进行比较。在下面介绍的夹具坯料分组和选择方法的一个实施例中，各骨18、20的3D“关节炎模型”36的前-后和中间-侧部尺寸可以用于与候选夹具坯料50的3D计算机模型的前-后和中间-侧部尺寸进行比较。

在上下文中所述的TKR中，夹具2将是股骨和胫骨的关节造形术切割夹具2A、2B，它们由股骨和胫骨夹具坯料50A、50B机械加工或以其它方式形成。多个候选夹具坯料尺寸例如存在于夹具坯料库中。尽管各候选夹具坯料可以有前-后和中间-侧部尺寸的独特组合，但是在一些实施例中，两个或更多候选夹具坯料可以共有相同的纵横比或形状。库的候选夹具坯料可以根据它们的纵横比而沿描绘的斜线来分组。系统4使用夹具坯料分组和选择方法来从包含于夹具坯料库中的多个可用夹具坯料尺寸中选择夹具坯料50。例如，胫骨和股骨3D关节炎模型36的形状、尺寸和/或纵横比与候选夹具坯料的3D模型的形状、尺寸和/或纵横比进行比较，且在关节炎模型36和候选夹具坯料的模型之间进行或不进行尺寸比较。

也可选择，在一个实施例中，病人的股骨和胫骨18、20的关节炎模型36的目标区域的前-后和中间-侧部尺寸通过数学公式而增加。然后，形成的数学变化的前-后和中间-侧部尺寸与候选夹具坯料50A、50B的模型的前-后和中间-侧部尺寸进行比较。在一个实施例中，选择的夹具坯料50A、50B是前-后和中间-侧部尺寸最接近病人的骨18、20的数学变化的前-后和中间-侧部尺寸的夹具坯料，而并不超过病人的骨18、20的数学变化尺寸。在一个实施例中，夹具坯料选择方法使得选择的夹具坯料50的尺寸尽可能接近病人的膝盖特征，因此减少在从夹具坯料制造夹具2时涉及的机械加工。

在一个实施例中，如对于图1F-1I所述，各关节造形术切割夹具2包括内侧部分和外侧部分。内侧部分的尺寸特别设置成作为关节造形术的焦点的病人骨的表面特征。因此，当关节造形术用于TKR外科手术时，夹具将是股骨夹具和/或胫骨夹具。股骨夹具的内侧部分定制设置成匹配病人股骨的下端或关节端的受损表面。胫骨夹具的内侧部分定制设置成匹配病人胫骨的上端或关节端的受损表面。

在一个实施例中，由于夹具坯料分组和选择方法，各关节造形术切割夹具2的外侧部分的尺寸基本与病人的股骨和胫骨3D关节炎模型36类似。不过，为了使得切割夹具2具有足够的结构完整性，夹具2的外侧部分可以机械变化成使得夹具2的外侧部分在各个方向上超过3D股骨和胫骨模型，从而使得形成的切割夹具2具有在夹具2的外侧部分和内侧部分之间的足够夹具材料，以便提供足够的结构强度。

由图1D的方框140可知，一旦系统4选择股骨和胫骨夹具坯料50的尺寸和形状充分类似于病人的股骨和胫骨计算机关节炎模型36的尺寸和形状，系统4就将股骨18和胫骨20的目标特征42的3D计算机表面模型40叠加在选择的股骨和胫骨夹具38或者(更合适的是在本实施例的一种形式中)夹具坯料50的各3D计算机模型的内侧部分上。由图1E的方框145可知，结果是成“夹具数据”46形式的股骨和胫骨夹具2的计算机模型，其中，股骨和胫骨夹具计算机模型具有：(1)各外侧部分，该外侧部分紧密接近病人的股骨和胫骨的总体尺寸和形状；以及(2)各内侧部分，该内侧部分的表面与病人的股骨18和胫骨20的目标特征42匹配。

系统4利用来自夹具计算机模型(即“夹具数据”46)的数据来使得CNC机器10由实际夹具坯料机械加工成实际夹具2。结果是自动制造的实际股骨和胫骨夹具2具有：(1)外侧部分，该外侧部分对于尺寸和总体结构大致与病人的实际股骨和胫骨匹配；以及(2)内侧部分，该内侧部分具有病人特殊的尺寸和形状，该尺寸和形状与病人的股骨和胫骨的目标特征42的实际尺寸和形状相对应。系统4和这里所述的方法能够高效制造定制成用于病人的特定骨特征的关节造形术夹具2。

夹具2和系统4以及制造该夹具的方法在这里表示为用于膝盖和TKR外科手术。不过，本领域技术人员应当知道，夹具2和系统4以及制造该夹具的方法可以很容易地用于其它关节和关节替换外科手术，例如肘部、肩部、臀部等。因此，这里包含的、对于夹具2和系统4以及制造该夹具的方法的说明并不认为局限于膝盖和TKR外科手术，而是应当认为包含所有类型的关节外科手术。

c.确定用作股骨关节造形术切割夹具的内侧部分的表面的、股骨下端的关节造形术目标区域的3D表面模型

为了介绍产生病人股骨18的受损下端204的目标区域42的3D模型40的方法，下面参考图2A-2G。图2A是病人股骨18的受损下端或膝关节端204的前-后(“AP”)图像切片208，其中，图像切片208包括与受损底端204的目标区域42相对应的开环轮廓线段210。图2B是具有相应开环轮廓线段(210-1、210-2、～210-n)的多个图像切片(16-1、16-2、～16-n)，对该开环轮廓线段210进行累积，以便产生目标区域42的3D模型40。图2C是利用图2B中所示的开环轮廓线段(16-1、16-2、～16-n)产生的受损底端204的目标区域42的3D模型40。图2D-2F分别与图2A-2C类似，除了图2D-2F属于闭环轮廓线，与开环轮廓线相反。图2G是表示制造股骨夹具2A的方法的概述的流程图。

由图1A、1B和2A可知，成像器8用于产生病人股骨18的受损下端或膝关节端204的2D图像切片16。如图2A中所示，2D图像16可以是股骨18的AP图。根据成像器8是MRI还是CT成像器，图像切片16将是MRI或CT切片。受损下端204包括后部髁212、前部股骨轴表面214以及从后部髁212延伸至前部股骨轴表面214的关注区域或目标区域42。股骨下端的目标区域42可以是股骨下端的关节接触表面，该关节接触表面接触胫骨上端或膝关节端的相应关节接触表面。

如图2A中所示，图像切片16可以表示网状骨216、环绕网状骨的皮层骨218以及皮层骨218的关节软骨衬垫部分。轮廓线210沿目标区域42延伸并紧邻皮层骨和软骨，以便概括股骨下端204的目标区域42的轮廓。轮廓线210沿目标区域42延伸，开始于后部髁212上的点A，并终止于前部股骨轴表面214上的点B。

在一个实施例中，如图2A中所示，轮廓线210沿目标区域42延伸，但是并不沿股骨下端204表面的其余部分延伸。因此，轮廓线210形成开环，如参考图2B和2C所述，该开环可以用于形成开环区域或3D计算机模型40，该开环区域或3D计算机模型参考图1D的方框140所述，并与股骨下端的目标区域42的3D表面紧密匹配。因此，在一个实施例中，轮廓线是开环，并不描述股骨下端204的整个皮层骨表面。还有，在一个实施例中，开环处理用于由3D图像16形成3D表面模型36，该3D表面模型36大致代替对于图1D的方框125-140所述的关节炎模型36，并用于创造表面模型40，该表面模型40用于创造对于图1E的方框145-150所述的“夹具数据”46。

在一个实施例中，与在图2A和2B中所述的开环轮廓线210相反，轮廓线是闭环轮廓线210′，该闭环轮廓线210′描述股骨下端的整个皮层骨表面，并形成闭环区域，如图2D中所述。各图像切片16-1、～16-n的闭环轮廓线210′-2、～210′-n组合，如图2E中所示。闭环区域可能需要分析股骨下端204的整个表面区域，并导致形成整个股骨下端204的3D模型，如图2F中所示。因此，由闭环处理形成的3D表面模型最终有与3D关节炎模型36共有的大量(如果不是全部)表面。在一个实施例中，闭环处理可以通过应用数学算法而由2D图像16形成3D容积解剖结构关节实体模型。美国专利5682886(申请日为1995年12月26日，该文献整个被本文参引)应用形成连续边界或闭环的蛇形算法。在描述股骨后，利用建模处理来产生3D表面模型，例如通过贝塞尔(Bezier)切片方法。其它3D建模处理(例如市场上的3D结构软件，如具体实施方式的其它部分中所述)可以用于闭环、容积实体建模的3D表面模型的产生。

在一个实施例中，闭环处理用于由3D图像16形成3D容积实体模型36，该3D容积实体模型基本与对于图1D的方框125-140所述的关节炎模型36相同。3D容积实体模型36用于创造表面模型40，该表面模型40用于创造对于图1E的方框145-150所述的“夹具数据”46。

形成整个股骨下端的3D容积实体模型使用这样的方法，与使用开环轮廓线产生股骨下端的目标区域42的3D模型相比，该方法可能要多得多的内存和时间。因此，尽管闭环方法可以用于这里所述的系统和方法，但是对于至少一些实施例，开环方法可能优于闭环方法。

闭环方法的一个实例在Park的美国专利申请11/641569中所述，该美国专利申请11/641569的标题是“Improved Total JointArthroplasty System”，申请日为2007年1月19日。该申请整个被本具体实施方式参引。

由图2B和2G可知，成像器8通过重复成像操作来产生多个图像切片(16-1、16-2、～16-n)(方框1000)。各图像切片16有以参考图2A所述的方式沿目标区域42延伸的开环轮廓线(210-1、210-2～210-n)(方框1005)。在一个实施例中，各图像切片是两毫米的2D图像切片16。系统4将多个2D图像切片(16-1、16-2～16-n)和(更具体地说)多个开环轮廓线(210-1、210-2～210-n)编辑成在图2C中所述的3D股骨表面计算机模型40(方框1010)。关于产生表面模型40的这种方法也在对于图1B的方框100-105和图1D的方框130-140的概述部分中所述。类似方法可以用于在图2D-2F中所示的闭环轮廓线。

由图2C可知，3D股骨表面计算机模型40是股骨下端的目标区域42的3D计算机表示。在一个实施例中，目标区域42的3D表示是股骨远端的关节胫骨接触表面的3D表示。当开环产生3D模型40是股骨下端的相关胫骨接触部分的表面模型时，与由闭环轮廓线形成的股骨下端整个表面的3D模型相反，产生开环产生3D模型40需要更少时间和内存强度。

在一个实施例中，开环产生3D模型40是胫骨的、对着股骨下端的端面的表面模型，与股骨下端的整个表面的3D模型相反。3D模型40可以用于确定如前所述的可以是股骨下端的相关胫骨接触部分的关注区域或目标区域42。再有，产生开环产生3D模型40与股骨远端的整个表面的3D模型相比需要更少时间和内存强度，就像由闭环轮廓线来产生一样。因此，对于至少一些这里所述的实施例类型，开环轮廓线方法优于闭环轮廓线方法。不过，这里所述的系统4和方法可以使用开环或闭环方法，且并不局限于一个或另一个。

不管3D模型40是目标区域42的表面模型(即由开环处理产生并用作关节炎模型22的3D表面模型)还是股骨下端的整个胫骨朝向端面的表面模型(即由闭环处理产生并用作关节炎模型22的3D容积实体模型)，属于轮廓线210的数据都可以通过在Park的任意前述美国专利申请中所述的表面产生技术来转变成3D轮廓计算机模型40。例如，使用的表面产生技术包括点至点映射、表面垂直矢量映射、局部表面映射和球表面映射技术。根据情况，可以采用一种映射技术或映射技术的组合。

在一个实施例中，在图2C中所示的3D模型40的产生可以通过使用图像切片16来确定在图2B的开环区域中的各连续间隔开表面点的位置坐标值而形成。然后可以使用数学模型来估计或计算图2C中的3D模型40。可以使用的其它医疗成像计算机程序的实例可以包括但不局限于：Analyze，由AnalyzeDirect，Inc.，Overland Park，KS获得；由例如Paraview of Kitware，Inc.获得到开放源代码软件；Insight Toolkit(“ITK”)，可由www.itk.org获得；3D Slicer，可由www.slicer.org获得；以及Mimics，由Materialise，Ann Arbor，MI获得。

也可选择或者除了用于产生图2C中所示3D模型40的前述系统，用于产生图2C中所示3D模型40的其它系统包括非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-spline)(“NURB”)程序或Bezier程序的表面产生技术。各程序可以用于由多条轮廓线210产生3D轮廓模型40。

在一个实施例中，NURB表面建模技术用于多个图像切片16和(更具体地说)图2B的多个开环轮廓线210。NURB软件产生3D模型40，如图12C中所示，其中，3D模型40有包含网和它的控制点的关注区域或目标区域42。例如见Ervin等人的，Landscape Modeling，McGraw-Hill，2001，该文献整个通过参引被加入本具体实施方式中。

在一个实施例中，NURB表面建模技术使用以下表面方程式：

$G(s,t)=\frac{\underset{i=0}{\overset{k1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{k2}{\mathrm{\Σ}}}W(i,j)P(i,j)b_i\left(s\right)b_j\left(t\right)}{\underset{i=0}{\overset{k1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{k2}{\mathrm{\Σ}}}W(i,j)b_i\left(s\right)b_j\left(t\right)}$

其中，P(i，j)表示顶点矩阵，其中n行＝(k1+1)，n列＝(k2+1)；W(i，j)表示每一个顶点的顶点权重矩阵；b_i(S)表示行方向基础或度M1的混合多项式函数；b_j(t)表示列方向基础或度M2的混合多项式函数；s表示行方向节点的参数组；而t表示列方向节点的参数组。

在一个实施例中，Bezier表面建模技术使用Bezier方程式(1972，Pierre Bezier)来产生3D模型40，如图2C中所示，其中，模型40有关注区域或目标区域42。给定Bezier表面的阶数(n，m)由一组(n+1)(m+1)控制点k_i，j来确定。它将单位正方形描绘成嵌入与(k_i，j)相同尺度空间内的平滑连续表面。例如，当k为四维空间中的所有点时，该表面将在四维空间中。对于一维空间、两维空间、五维空间等也保持这种关系。

两维Bezier表面可以定义为参考表面，其中，作为参数坐标u、v的函数的点p位置由以下给出：

$p(u,v)=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i^n\left(u\right)B_j^m\left(v\right)k_{i,j}$

对单位正方形进行估计，其中：

$B_i^n\left(u\right)=\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)u^i{(1-u)}^{n-i}$

是伯恩斯坦(Bernstein)多项式，

$\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)=\frac{n!}{i!*(n-i)!}$

是二项式系数。见Grune等人的，On Numerical Algorithm andInteractive Visualization for Optimal Control Problems，Journal ofComputation and Visualization in Science，Vol.1，No.4，July1999，该文献整个通过参引被加入本具体实施方式中。

在其它参考文献中介绍了各种其它表面产生技术。例如，见在以下文献中所述的表面产生技术：Lorensen等人，Marching Cubes：Ahigh Resolution 3d Surface Construction Algorithm，ComputerGraphics，21-3：163-169，1987；Farin等人，NURB Curves &Surfaces：From Projective Geometry to Practical Use，Wellesley，1995；Kumar等人，Robust Incremental Polygon Triangulation forSurface Rendering，WSCG，2000；Fleischer等人，Accurate PolygonScan Conversion Using Half-Open Intervals，Graphics Gems III，p.362-365，code：p.599-605，1992；Foley等人，Computer Graphics：Principles and Practice，Addison Wesley，1990；Glassner，Principlesof Digital Image Synthesis，Morgan Kaufmann，1995，它们都整个通过参引被加入本具体实施方式中。

d.选择使得尺寸和/或形状最类似于病人股骨下端尺寸的夹具坯料

如上所述，关节造形术夹具2(例如股骨夹具2A)包括内侧部分100和外侧部分102。股骨夹具2A由股骨夹具坯料50A形成，在一个实施例中，该股骨夹具坯料50A从有限数目的股骨夹具坯料尺寸中选择。股骨夹具坯料50A的选择基于病人股骨下端204的尺寸与各种大小的股骨夹具坯料50A的尺寸和/或形状的比较，以便选择在尺寸和/或形状上最类似于病人股骨下端204的股骨夹具坯料50A。该选定股骨夹具坯料50A的外部或外侧或表面232形成股骨夹具2A的外侧部分232。对于本具体实施方式的前面所述的3D表面计算机模型40用于将3D表面40确定于股骨夹具坯料50A的计算机模型的内侧230中。而且，在一些实施例中，下面所述的过度估计处理过程可以用于调节3D表面模型40。

通过选择外侧部分232的尺寸接近病人的股骨下端204的股骨夹具坯料50A，在内侧部分230和病人的股骨之间精确配合的可能性增加。还有，需要机械加工或以其它方式从夹具坯料50A中除去的材料量减少，从而减少了材料浪费和制造时间。

为了介绍选择尺寸和/或形状最接近病人的股骨下端的夹具坯料50的方法，首先参考图3-4B。图3A是具有预定尺寸的左股骨切割夹具坯料50AL的俯视透视图。图3B是图3A中所示的夹具坯料50AL的仰视透视图。图3C是图3A中所示的夹具坯料50AL的外侧或部分232的平面图。图4A是多个可用尺寸的左股骨夹具坯料50AL，各左股骨夹具坯料50AL表示为与图3C相同的视图。图4B是多个可用尺寸的右股骨夹具坯料50AR，各右股骨夹具坯料50AR表示为与图3C相同的视图。

普通夹具坯料50(例如在图3A-3C中所示的左侧夹具坯料50AL，它将用于创造可用于病人左股骨的左股骨夹具)可以包括后边缘240、前边缘242、侧部边缘244、中间边缘246、侧部髁部分248、中间髁部分250、外侧232和内侧230。图3A-3C的夹具坯料50AL可以是在有限数目标准尺寸中可用的多个左股骨坯料50AL中的任意一个。例如，图3A-3C的夹具坯料50AL可以是第i个左股骨夹具坯料，其中，i＝1、2、3、4、～m，m表示左股骨夹具坯料尺寸的最大数目。

如图3C中所示，从夹具坯料50AL的前边缘242至后边缘240测量夹具坯料50AL的前-后长度JAi。从夹具坯料50AL的侧部边缘244至中间边缘246测量夹具坯料50AL的中间-侧部宽度JMi。

由图4A可知，有限数目的左股骨夹具坯料尺寸可以用于选择为左股骨夹具坯料尺寸，以便机械加工成左股骨切割夹具2A。例如，在一个实施例中，可以有9种尺寸(m＝9)的左股骨夹具坯料50AL。由图3C可知，各股骨夹具坯料50AL有定义为JAi比JMi的前-后/中间-侧部纵横比(例如“JAi/JMi”纵横比)。因此，由图4A可知，夹具坯料50AL-1有定义为“JA₁/JM₁”的纵横比，夹具坯料50AL-2有定义为“JA₂/JM₂”的纵横比，夹具坯料50AL-3有定义为“JA₃/JM₃”的纵横比，夹具坯料50AL-4有定义为“JA₄/JM₄”的纵横比，夹具坯料50AL-5有定义为“JA₅/JM₅”的纵横比，夹具坯料50AL-6有定义为“JA₆/JM₆”的纵横比，夹具坯料50AL-7有定义为“JA₇/JM₇”的纵横比，夹具坯料50AL-8有定义为“JA₈/JM₈”的纵横比，夹具坯料50AL-9有定义为“JA₉/JM₉”的纵横比。

夹具坯料的纵横比用于设计左股骨夹具2A，该左股骨夹具2A的尺寸设置成专用于病人的左股骨特征。在一个实施例中，夹具坯料的纵横比可以是左股骨夹具2A的外部尺寸。在另一实施例中，夹具坯料的纵横比可以用于左股骨夹具制造处理过程，用于选择参数与所希望的左股骨夹具2A的尺寸接近的左侧夹具坯料50AL。该实施例可以提高左股骨夹具制造方法的成本效益，因为它减少了由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量。

在图4A中，N-1方向表示夹具纵横比从夹具50AL-3至50AL-2至50AL-1的增加，其中：“JA₃/JM₃”＜“JA₂/JM₂”＜“JA₁/JM₁”。夹具50AL的增加比表示JAi值相应增加，其中，夹具的JMi值保持相同。换句话说，因为JA₃＜JA₂＜JA₁，且JM₃＝JM₂＝JM₁，因此“JA₃/JM₃”＜“JA₂/JM₂”＜“JA₁/JM₁”。增量水平的一个实例可以是从5％增加至20％。

相同比例用于N-2方向和N-3方向。例如，N-2方向表示夹具纵横比从夹具50AL-6至50AL-5至50AL-4的增加，其中：“JA₄/JM₄”＜“JA₅/JM₅”＜“JA₆/JM₆”。夹具50AL的增加比表示JAi值相应增加，其中，夹具的JMi值保持相同。N-3方向表示夹具纵横比从夹具50AL-9至50AL-8至50AL-7的增加，其中：“JA₇/JM₇”＜“JA₈/JM₈”＜“JA₉/JM₉”。夹具50AL的增加比表示JAi值相应增加，其中，夹具的JMi值保持相同。

由图7中图表300以及本具体实施方式中的后面所述可知，E-1方向对应于连接组1、组4和组7的斜线。类似的，E-2方向对应于连接组2、组5和组8的斜线。还有，E-3方向对应于连接组3、组6和组9的斜线。

如图4A中所示，沿方向E-2，夹具纵横比在夹具50AL-2、50AL-5和50AL-8之间保持相同，其中：“JA₂/JM₂”＝“JA₅/JM₅”＝“JA₈/JM₈”。不过，与夹具50AL-2相比，夹具50Al-5的尺寸设置成比夹具50AL-2更大和更长。这是因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AL-5的JA₅值与它的JM₅值的增量以某种程度成比例地增加。以类似方式，夹具50AL-8的尺寸设置成比夹具50AL-5更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AL-8的JA₈与它的JM₈值的增量以某种程度成比例地增加。增量的一个实例可以是从5％增加至20％。

相同原理用于E-1和E-3。例如，在E-3方向，夹具纵横比在夹具50AL-3、50AL-6和50AL-9之间保持相同。与50AL-3比较，夹具50AL-6的尺寸设置成更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AL-6的JA₆值和JM₆值成比例地增加。与50AL-6比较，夹具50AL-9的尺寸设置成更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AL-9的JA₉值和JM₉值成比例地增加。

由图4B可知，有限数目的右股骨夹具坯料尺寸可以用于选择为右股骨夹具坯料尺寸，以便机械加工成右股骨切割夹具2A。例如，在一个实施例中，可以有9种尺寸(m＝9)的右股骨夹具坯料50AR。由图3可知，各股骨夹具坯料50AR有定义为JAi比JMi的前-后/中间-侧部纵横比(例如“JAi/JMi”纵横比)。因此，由图4B可知，夹具坯料50AR-1有定义为“JA₁/JM₁”的纵横比，夹具坯料50AR-2有定义为“JA₂/JM₂”的纵横比，夹具坯料50AR-3有定义为“JA₃/JM₃”的纵横比，夹具坯料50AR-4有定义为“JA₄/JM₄”的纵横比，夹具坯料50AR-5有定义为“JA₅/JM₅”的纵横比，夹具坯料50AR-6有定义为“JA₆/JM₆”的纵横比，夹具坯料50AR-7有定义为“JA₇/JM₇”的纵横比，夹具坯料50AR-8有定义为“JA₈/JM₈”的纵横比，夹具坯料50AR-9有定义为“JA₉/JM₉”的纵横比。

夹具坯料的纵横比用于设计右股骨夹具2A，该右股骨夹具2A的尺寸设置成专用于病人的右股骨特征。在一个实施例中，夹具坯料的纵横比可以是右股骨夹具2A的外部尺寸。在另一实施例中，夹具坯料的纵横比可以用于右股骨夹具制造处理过程，用于选择参数与所希望的右股骨夹具2A的尺寸接近的右侧夹具坯料50AR。该实施例可以提高右股骨夹具制造方法的成本效益，因为它减少了由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量。

在图4B中，N-1方向表示夹具纵横比从夹具50AR-3至50AR-2至50AR-1的增加，其中：“JA₃/JM₃”＜“JA₂/JM₂”＜“JA₁/JM₁”。夹具50AR的增加比表示JAi值相应增加，其中，夹具的JMi值保持相同。换句话说，因为JA₃＜JA₂＜JA₁，且JM₃＝JM₂＝JM₁，因此“JA₃/JM₃”＜“JA₂/JM₂”＜“JA₁/JM₁”。增量水平的一个实例可以是从5％增加至20％。

相同比例用于N-2方向和N-3方向。例如，N-2方向表示夹具纵横比从夹具50AR-6至夹具50AR-5至夹具50AR-4的增加，其中：“JA₄/JM₄”＜“JA₅/JM₅”＜“JA₆/JM₆”。夹具50AR的增加比表示JAi值相应增加，其中，夹具的JMi值保持相同。N-3方向表示夹具纵横比从夹具50AR-9至夹具50AR-8至夹具50AR-7的增加，其中：“JA₇/JM₇”＜“JA₈/JM₈”＜“JA₉/JM₉”。夹具50AR的增加比表示JAi值相应增加，其中，夹具的JMi值保持相同。

如图4B中所示，沿方向E-2，夹具纵横比在夹具50AR-2、50AR-5和夹具50AR-8之间保持相同，其中：“JA₂/JM₂”＝“JA₅/JM₅”＝“JA₈/JM₈”。不过，与夹具50AR-2相比，夹具50AR-5的尺寸设置成比夹具50AR-2更大和更长。这是因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AR-5的JA₅值与它的JM₅值的增量以某种程度成比例地增加。以类似方式，夹具50AR-8的尺寸设置成比夹具50AR-5更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AR-8的JA₈值与它的JM₈值的增量以某种程度成比例地增加。增量的一个实例可以是从5％增加至20％。

相同原理用于E-1和E-3。例如，在E-3方向，夹具纵横比在夹具50AR-3、50AR-6和50AR-9之间保持相同。与50AR-3比较，夹具50AR-6的尺寸设置成更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AR-6的JA₆值和JM₆值成比例地增加。与50AR-6比较，夹具50AR-9的尺寸设置成更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具50AR-9的JA₉值和JM₉值成比例地增加。

病人股骨18的下端或膝关节形成端204的尺寸可以通过以与对于夹具坯料50所述类似的方式分析3D表面模型40或3D关节炎模型36而确定。例如，如图5中所示(该图5是病人的左股骨18的3D表面模型40或关节炎模型36在沿远侧至近侧的方向看时的轴向图)，表面模型40或关节炎模型36的下端204可以包括前边缘262、后边缘260、中间边缘264、侧部边缘266、中间髁268和侧部髁270。对于病人股骨18的底端面或胫骨关节表面204，股骨尺寸可以通过分析3D关节炎模型36的3D表面模型40而确定。然后，这些股骨尺寸可以再用于设置股骨夹具尺寸和选择合适的股骨夹具。

如图5中所示，病人股骨18的下端204(即关节炎模型36的表面模型40的下端204，不管通过开环分析还是通过闭环分析而形成)的前-后长度fAP是从股骨侧部槽的前边缘262测量至股骨侧部髁270的后边缘260的长度。病人股骨18的下端204的中间-侧部宽度fML是从中间髁268的中间边缘测量至侧部髁270的侧部边缘266的长度。

在一个实施例中，股骨下端204的前-后长度fAP和中间-侧部宽度fML可以用于股骨下端的纵横比fAP/fML。大量(例如数百、数千、数万等)病人膝盖的纵横比fAP/fML可以进行编辑和统计分析，以便确定用于夹具坯料的最普通纵横比(该最普通纵横比将适应最大数目的病人膝盖)。然后，该信息可以用于确定一个、两个、三个等纵横比最可能适应最大数目的病人膝盖。

系统4分析通过关节炎模型36(不管该关节炎模型36是通过开环产生的3D表面模型还是通过闭环处理产生的3D容积实体模型)的表面模型40而提供的、病人股骨18的下端204，以便获得关于股骨下端204的前-后宽度fAP和中间-侧部宽度fML的数据。由图6可知(该图6表示了图3C的选定模型夹具坯料50AL叠加在图5的模型股骨下端204上)，股骨尺寸宽度fAP、fML与夹具坯料尺寸宽度jAP、jML比较，以便确定哪一个夹具坯料模型将选择为用于机械加工工艺的开始点和用于夹具模型的外表面模型。

如图6中所示，预期的左股骨夹具坯料50AL叠加，以便与由表面模型40或关节炎模型36表示的病人解剖模型的左股骨下端204匹配。夹具坯料50AL覆盖中间髁268和侧部髁270的大部分，从而留下很小的暴露髁区域，包括t1、t2、t3。中间的中间-侧部髁区域t1表示在中间髁268的中间边缘264和夹具坯料50AL的中间边缘246之间的区域。侧部的中间-侧部髁区域t2表示在侧部髁270的侧部边缘266和夹具坯料50AL的侧部边缘244之间的区域。后部的前-后区域t3表示在侧部髁270的后边缘260和夹具坯料50AL的后边缘240之间的区域。

夹具坯料50AL的前边缘242经过左股骨下端204的前边缘262延伸，如前部的前-后凸出部t4。具体地说，前部的前-后凸出部t4有在股骨下端204的侧部槽的前边缘262和夹具坯料50AL的前边缘242之间的区域。通过获得和使用股骨前-后fAP数据和股骨中间-侧部fML数据，系统4可以根据以下公式来确定股骨夹具坯料50AL的尺寸：jFML＝fML-t1-t2和jFAP＝fAP-t3+t4，其中，jFML是股骨夹具坯料50AL的中间-侧部宽度，jFAP是股骨夹具坯料50AL的前-后宽度。在一个实施例中，t1、t2、t3和t4有以下范围：2mm≤t1≤6mm；2mm≤t2≤6mm；2mm≤t3≤12mm；且15mm≤t4≤25mm。在另一实施例中，t1、t2、t3和t4有以下范围：t1＝3mm；t2＝3mm；t3＝6mm；t4＝20mm。

图7A是用于从多个候选夹具坯料尺寸中选择适用于病人股骨18的下端204的夹具坯料尺寸的示例散点图300。在一个实施例中，X轴线表示病人的股骨中间-侧部长度fML(单位毫米)，Y轴表示病人的股骨的前-后长度fAP(单位毫米)。在一个实施例中，图分成多个夹具坯料尺寸组，其中，各组包括图表300的区域，并与特定候选夹具坯料尺寸的特征参数JMr、JAr相关联。

在一个实施例中，图7A中所示的示例散点图300有9个夹具坯料尺寸组，各组属于单个候选夹具坯料尺寸。不过，根据实施例，散开图300可以有更多或更少的夹具坯料尺寸组。夹具坯料尺寸组的数目越多，候选夹具坯料尺寸的数目越多，且选定的候选夹具坯料尺寸将会更专用于病人膝盖特征和形成的夹具2。尺寸越专用于选定候选夹具坯料尺寸，由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量越低。

相反，夹具坯料尺寸组的数目越少，候选夹具坯料尺寸的数目越少，且选定的候选夹具坯料尺寸将会更少专用于病人膝盖特征和形成的夹具2。尺寸越少专用于选定候选夹具坯料尺寸，由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量越高，从而在夹具制造处理过程中增加了额外的粗加工。

由图7A可知，在一个实施例中，图300的9个夹具坯料尺寸组具有参数JMr、JAr如下。组1有参数JM₁、JA₁，JM₁表示第一股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₁＝70mm。JA₁表示第一股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中JA₁＝70.5mm。组1覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中55mm＜fML＜70mm，且61mm＜fAP＜70.5mm。

组2有参数JM₂、JA₂，JM₂表示第二股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₂＝70mm。JA₂表示第二股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中JA₂＝61.5mm。组2覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中55mm＜fML＜70mm，且52mm＜fAP＜61.5mm。

组3有参数JM₃、JA₃，JM₃表示第三股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₃＝70mm。JA₃表示第三股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中JA₃＝52mm。组3覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中55mm＜fML＜70mm，且40mm＜fAP＜52mm。

组4有参数JM₄、JA₄，JM₄表示第四股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₄＝85mm。JA₄表示第四股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中JA₄＝72.5mm。组4覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中70mm＜fML＜85mm，且63.5mm＜fAP＜72.5mm。

组5有参数JM₅、JA₅，JM₅表示第五股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₅＝85mm。JA₅表示第五股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中JA₅＝63.5mm。组5覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中70mm＜fML＜85mm，且55mm＜fAP＜63.5mm。

组6有参数JM₆、JA₆，JM₆表示第六股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₆＝85mm。JA₆表示第六股骨夹具坯料尺寸的前-后宽度，其中JA₆＝55mm。组6覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中70mm＜fML＜85mm，且40mm＜fAP＜55mm。

组7有参数JM₇、JA₇，JM₇表示第七股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₇＝100mm。JA₇表示第七股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中JA₇＝75mm。组7覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中85mm＜fML＜100mm，且65mm＜fAP＜75mm。

组8有参数JM₈、JA₈，JM₈表示第八股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₈＝100mm。JA₈表示第八股骨夹具坯料尺寸的前-后宽度，其中JA₈＝65mm。组8覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中85mm＜fML＜100mm，且57.5mm＜fAP＜65mm。

组9有参数JM₉、JA₉，JM₉表示第九股骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中JM₉＝100mm。JA₉表示第九股骨夹具坯料尺寸的前-后宽度，其中JA₉＝57.5mm。组9覆盖病人股骨fML和fAP的数据，其中85mm＜fML＜100mm，且40mm＜fAP＜57.5mm。

由图7B可知(该图7B是表示选择合适尺寸夹具坯料的方法的实施例的流程图)，对于关节炎模型36的表面模型40的下端204，确定骨前-后和中间-侧部宽度fAP、fML(方框2000)。下端204的骨宽度fAP、fML根据上述jFML和jFAP公式而数学变化，以便达到最小股骨夹具坯料前-后长度jFAP和中间-侧部宽度jFML(方框2010)。数学变化的骨宽度fAP、fML或者(更具体地说)最小股骨夹具坯料前-后宽度和中间-侧部宽度jFAP、jFML参考图7A的图300中的夹具坯料尺寸(方框2020)。图300可以图形表示形成夹具坯料库的候选股骨夹具坯料的宽度。选择股骨夹具坯料50A作为夹具坯料尺寸，其具有最小的宽度，但其仍为足够大，以便适应最小股骨夹具坯料前-后长度和中间-侧部宽度jFAP、jFML(方框2030)。

在一个实施例中，选定夹具坯料尺寸的外部用于夹具模型的外表面模型，如下面所述。在一个实施例中，选定的夹具坯料尺寸对应于实际夹具坯料，该实际夹具坯料置于CNC机器内，并铣至最小股骨夹具坯料前-后长度和中间-侧部宽度jFAP、jFML，以便机械加工或以其它方式形成股骨夹具2A的外表面。

在图7B中和参考图7A的图300所述的方法可以由以下示例进一步理解。如在图6中对于病人股骨18的下端204所述，病人股骨的宽度为如下：fML＝79.2mm，而fAP＝54.5mm(方框2000)。如前所述，下端204可以是关节炎模型36的表面模型40的一部分。一旦fML和fAP的测量值由下端204来确定，相应的夹具jFML数据和夹具jFAP数据可以通过上述jFML和jFAP公式来确定：jFML＝fML-t1-t2，其中t1＝3mm，t2＝3mm；且jFAP＝fAP-t3+t4，其中，t3＝6mm，t4＝20mm(方框2010)。jFML和jFAP公式的结果是jFML＝73.2mm，且jFAP＝68.5mm。

如图7的图表300可知，确定的夹具数据(即jFML＝73.2mm，jFAP＝68.5mm)落入图表300的组4中。组4有预定的股骨夹具坯料参数(JM₄、JA₄)：JM₄＝85mm和JA₄＝72.5mm。这些预定股骨夹具坯料参数是仍然足够大以便满足最小股骨坯料宽度jFAP、jFML的多组中最小的(方框2020)。这些预定股骨夹具坯料参数(JM₄＝85mm和JA₄＝72.5mm)可以选择为合适的股骨夹具坯料尺寸(方框2030)。

在一个实施例中，预定股骨夹具坯料参数(85mm、72.5mm)可以用于股骨外部夹具尺寸，如图3C中所示。换句话说，夹具坯料外部用于夹具模型外部，如对于图8A-9C所述。因此，股骨夹具坯料50A的外部并不进行机械加工，且具有预定夹具坯料参数(85mm、72.5mm)的夹具坯料50A的未变化外部用作形成的股骨夹具2A的外部。

在另一实施例中，股骨夹具坯料参数(85mm、72.5mm)可以在机械加工工艺中选择用于夹具制造。因此，具有预定参数(85mm、72.5mm)的股骨夹具坯料50A提供给机械加工工艺，这样，股骨夹具坯料50A的外部将从它的预定参数(85mm、72.5mm)机械加工至合适股骨夹具参数(73.2mm、68.5mm)，以便创造股骨夹具2A的最终外部。因为预定参数(85mm、72.5mm)选择为相对接近合适股骨夹具参数(73.2mm、68.5mm)，因此机械加工时间和材料浪费都减少。

尽管优选是使用上述夹具坯料选择方法来减少材料浪费和机械加工时间，但是在一些实施例中，夹具坯料将简单地提供为足够大，以便可用于所有病人骨宽度fAP、fML。然后，这样的夹具坯料再机械加工至合适的夹具坯料宽度jFAP、jFML，该夹具坯料宽度jFAP、jFML用作形成的夹具2A的外表面。

在一个实施例中，在图300中表示的候选夹具坯料尺寸组的数目是夹具坯料制造商提供的夹具坯料尺寸的数目的函数。例如，第一图300可以只属于由公司A制造的夹具坯料，这里提供了9个夹具坯料尺寸。因此，图300有9个夹具坯料尺寸组。第二图300可以只属于由公司B制造的夹具坯料，这里提供了12个夹具坯料尺寸组。因此，第二图300有12个夹具坯料尺寸组。

例如，多个候选夹具坯料尺寸存在于夹具坯料库中，如图7B的图300所示。尽管各候选夹具坯料可以有前-后和中间-侧部尺寸的独特组合，但是在一些实施例中，两个或更多候选夹具坯料可以共有公共纵横比jAP/jML或结构。库的候选夹具坯料可以根据它们的纵横比jAP/jML沿图300的斜线分组。

在一个实施例中，夹具坯料纵横比jAP/jML可以用于采取可工作夹具坯料形状，并使它的尺寸增大或减小以便适合更大或更小的人。

由图7A可知，具有膝盖疾病的一系列98OA病人输入图300中，作为股骨夹具设计研究的部分。对各病人的股骨fAP和fML数据进行测量和通过上述jFML和jFAP公式进行变化，以便获得病人的夹具坯料数据(jFML、jFAP)。病人的夹具坯料数据再作为点输入图300中。由图7A可知，没有病人的点处于可用组的参数外部。这样的处理可以用于建立组参数和所需组的数目。

在一个实施例中，选定的夹具坯料参数可以是专用于病人膝盖特征的股骨夹具外部尺寸。在另一实施例中，选定的夹具坯料参数可以在制造处理过程中选择。

e.3D股骨夹具模型的形状

为了介绍产生与对于图1E的方框150所述的“集合夹具数据”48大致相对应的3D股骨夹具模型346的方法实施例，下面参考图3A-3C、图8A-8B、图9A-9C和图10A-10B。图3A-3C是股骨夹具坯料50A的各个视图。图8A-8B分别是股骨夹具坯料外表面模型232M的外部和内部透视图。图9A和9B是组合的夹具坯料外部模型232M和骨表面模型40的外部透视图，图9C是组合的模型232M、40沿图9B中的剖面线9C-9C的剖视图。图10A和10B分别是在使得“锯切割和钻孔数据”44集合至夹具模型346中以便成为与对于图1E的方框150所述的“集合夹具数据”48大致相对应的集合或完整夹具模型348之后形成的股骨夹具模型346的外部和内部透视图。

由图3A-3C可知，具有如对于图7所述的选定预定尺寸的夹具坯料50A包括内表面230和外表面232。在图8A和8B中所述的外表面模型232M从夹具坯料模型50A的外表面232中抽取或以其它方式产生。因此，外表面模型232M基于如对于图7所述选择的股骨夹具坯料50A的夹具坯料纵横比，且尺寸设置成专用于病人的膝盖特征。股骨夹具表面模型232M可以通过使用任意上述计算机表面产生技术而由图3A-3C的夹具坯料模型50A抽取或以其它方式产生。

由图9A-9C可知，外表面模型232M与股骨表面模型40组合，以便分别形成股骨夹具模型346的外表面和内表面。股骨表面模型40表示股骨夹具2A的内表面或匹配表面，并对应于股骨关节造形术目标区域42。因此，模型40使得形成的股骨夹具2A能够指引至病人股骨18的关节造形术目标区域42，这样，形成的股骨夹具2A将在关节造形术处理过程中匹配地接收关节造形术目标区域42。两个表面模型232M、40组合以便提供特定病人的夹具模型346，用于制造股骨夹具2A。在一些实施例中，该特定病人的夹具模型346可以包括一个或多个过度估计区域(如后面所述)，以便适应病人的骨表面中的不规则部分和/或在夹具制造能力中的限制。

由图9B和9C可知，一旦模型232M、40合适对齐，在两个模型232M、40之间将存在间隙。图像缝合方法或图像缝合工具用于该对齐模型232M、40，以便将两个表面模型连接在一起，使得图9B的3D计算机产生夹具模型346形成单件的、连接在一起的和塞入的夹具模型346，外观与图10A和10B中所述的集合夹具模型348类似。在一个实施例中，夹具模型346可以大致与对于图1E的方框145所述的“夹具数据”46的说明相对应。

由图9B和9C可知，在两个模型232M、40之间的几何间隙(它们中的一些将在下面对于厚度P1、P2和P3来介绍)可以在两个表面模型232M、40之间提供一定空间，用于狭槽宽度和长度以及钻孔钻头长度，用于在TKA外科手术过程中接收和引导切割工具。因为在图10A和10B中所示的、形成的股骨夹具模型348可以是由3D表面模型232M、40产生的3D容积模型，因此在3D表面模型232M、40之间应当形成空间或间隙。这使得形成的3D容积夹具模型348能够用于产生实际的物理3D容积股骨夹具2。

在一些实施例中，图像处理过程可以包括用于在两个模型232M、40对齐之后修理夹具模型346的模型修整处理过程。例如模型修整的各种方法包括但不局限于：用户引导修理、裂缝识别和填充以及产生多种连接，如下面文献中所述：Nooruddin等人，Simplification andRepair of Polygonal Models Using Volumetric Techniques(IEEETransactions on Visualization and Computer Graphics，Vol.9，No.2，4-6月2003)；C.Erikson，Error Correction of a Large ArchitecturalModel：The Henderson County Courthouse(Technical ReportTR95-013，Dept.of Computer Science，Univ.of North Carolina atChapel Hill，1995)；D.Khorramabdi，A Walk through the PlannedCS Building(Technical Report UCB/CSD 91/652，Computer ScienceDept.，Univ.of California at Berkeley，1991)；Morvan等人，IVECS：An Interactive Virtual Environment for the Correction of.STL files(Proc.Conf.Virtual Design，8月1996)；Bohn等人，ATopology-Based Approach for Shell-Closure，Geometric Modeling forProduct Realization，(P.R.Wilson等人，第297-319页，North-Holland，1993)；Barequet等人，Filling Gaps in the Boundaryof a Polyhedron，Computer Aided Geometric Design(vol.12，no.2，第207-229页，1995)；Barequet等人，Repairing CAD Models(Proc.IEEE Visualization′97，第363-370页，10月1997)；以及Gueziec等人，Converting Sets of Polygons to Manifold Surfaces byCutting and Stitching，(Proc.IEEE Visualization 1998，第383-390页，10月1998)。各参考文献都整个通过参引被加入本具体实施方式中。

由图10A和10B可知，集合夹具模型348可以包括基于外科医生需要的多个特征。例如，夹具模型348可以包括：狭槽特征30，用于接收和引导骨锯；以及钻孔32，用于接收和引导骨钻头。由图9B和9C可知，为了提供足够的结构整体性，以便使得形成的股骨夹具2A不会在关节造形术处理过程中弯曲或变形以及充分支承和引导骨锯和钻头，在模型232M、40之间的间隙350可以有以下偏移P1、P2和P3。

由图9B-10B可知，在一个实施例中，厚度P1在模型232M、40之间沿前部钻孔32A的长度延伸，用于在关节造形术处理过程中支承和引导接收于其中的骨钻。厚度P1可以至少大约4毫米或者至少大约5毫米厚。前部钻孔32A的直径可以设置成接收至少三分之一英寸的切割工具。

厚度P2在模型232M、40之间沿锯狭槽30的长度延伸，用于在关节造形术处理过程中支承和引导接收于其中的骨锯。厚度P2可以至少大约10mm或至少15mm厚。

厚度P3在模型232M、40之间沿后部钻孔32P的长度延伸，用于在关节造形术处理过程中支承和引导接收于其中的骨钻。厚度P3可以至少大约5毫米或者至少8毫米厚。钻孔32的直径可以设置成接收至少三分之一英寸的切割工具。

除了提供足够长的表面用于引导接收于其中的钻头或锯，各厚度P1、P2、P3在结构上设计成使得股骨夹具2A能够在TKR外科手术过程中承受有力的股骨切割、钻孔和绞孔处理过程。

如图10A和10B中所示，集合夹具模型348可以包括：特征400，该特征400与病人的中间髁软骨的远侧部分匹配；特征402，该特征402与病人的侧部髁软骨的远侧部分匹配；凸起404，该凸起404可以设置为触点或钩，并可以在TKR外科手术过程中使得形成的夹具2A牢固啮合在病人的前部股骨关节表面上；以及平表面406，该平表面406提供了空白的标签区域，用于列出关于病人、外科医生和/或外科手术处理过程的信息。还有，如上所述，集合夹具模型348可以包括锯切割狭槽30和钻孔32。夹具模型348(和形成的股骨夹具2A)的内部部分或内侧100是股骨表面模型40，该股骨表面模型40将在关节造形术处理过程中匹配地接收病人股骨18的关节造形术目标区域42。在一些实施例中，后面介绍的过度估计处理过程可以用于调节3D表面模型40。

如参考图1B的方框105和图2A-2F可知，在一个实施例中，当累计图像扫描16以便产生一个或另一个模型40、22时，模型40、22参考点P，该点P可以是单个点或一系列点等，以便使得模型40、22相对于对图1C所述的模型22、28进行参考和定向，并用于POP。在模型22、28中由于POP而相对于点P的任何变化(例如点P变成点P′)都反应在与模型40、22相连的点P中(见图1D的方框135)。因此，由图1D的方框140和图9A-9C可知，当夹具坯料外表面模型232M与表面模型40(或由关节炎模型22形成的表面模型)组合以便产生夹具模型346时，夹具模型346相对于点P′进行参考和定向，并大致等同于对于图1E的方框145所述的“夹具数据”46。

因为夹具模型346相对于点P′进行合适参考和定向，因此对于图1E的方框125所述的“锯切割和钻孔数据”44能够合适集合至夹具模型346中，以便获得在图10A-10B中所示的集合夹具模型348。集合夹具模型348包括锯切割30、钻孔32和表面模型40。因此，集合夹具模型348大致等同于对于图1E的方框150所述的“集合夹具数据”48。

由图11可知(该图11表示了与“关节炎模型”22匹配的集合夹具模型348的透视图)，夹具模型348的内表面40匹配地接收股骨下端204的关节造形术目标区域42，这样，夹具模型348指引成与区域42匹配。(在一些实施例中，内表面40包括后面所述的过度估计区域，以便适应病人骨表面的不规则部分。)由于在整个处理过程中各模型相对于点P、P′进行参考和定向，因此锯切割狭槽30和钻孔32合适定向成形成锯切割和钻孔，该锯切割和钻孔使得形成的股骨夹具2A能够使病人髁恢复至退化前或自然对齐状态。

如图11中所示，集合夹具模型348可以包括夹具本体500、在一侧的凸起502以及在夹具本体500另一侧的两个凸起504、506。凸起504、506与中间和侧部髁软骨匹配。凸起502、504、506成一体地从夹具本体500的两个相对端部伸出。

由图1E的方框155-165可知，集合夹具348或者(更具体地说)集合夹具数据48可以发送给CNC机器10，以便由选定的夹具坯料50A机械加工股骨夹具2A。例如，集合夹具数据48可以用于产生生产文件，该生产文件向快速生产机器10提供自动夹具制造指令，如上述各个Park的专利申请中所述。然后，快速生产机器10根据该指令而由股骨夹具坯料50A制造特定病人的关节造形术股骨夹具2A。

形成的股骨夹具2A可以有集合夹具模型348的特征。因此，由图11可知，根据外科医生的需要，形成的股骨夹具2A可以有形成于凸起502、504、506上的狭槽30和钻孔32。钻孔32设置成在TKR处理过程的远侧股骨切割部分中防止在股骨切割夹具2A和病人受损关节表面之间的可能IR/ER(内部/外部)旋转轴线未对齐。狭槽30设置成接收切割仪器，例如在TKR的远侧股骨切割部分中接收用于横向切割的往复运动锯片。

f.确定用作胫骨关节造形术切割夹具的内侧部分的表面的、胫骨上端的关节造形术目标区域的3D表面模型

为了介绍产生病人胫骨20的受损上端604的目标区域42的3D模型40的方法，下面参考图12A-12C。图12A是病人胫骨20的受损上端或膝关节端604的前-后(“AP”)图像切片608，其中，图像切片608包括与受损上端604的目标区域42相对应的开环轮廓线段610。图12B是具有相应开环轮廓线段(610-1、610-2、～610-n)的多个图像切片(16-1、16-2、～16-n)，将该开环轮廓线段610进行累积，以便产生目标区域42的3D模型40。图12C是利用图12B中所示的开环轮廓线段(16-1、16-2、～16-n)产生的受损上端604的目标区域42的3D模型40。

由图1A、1B和12A可知，成像器8用于产生病人胫骨20的受损上端或膝关节端604的2D图像切片16。如图12A中所示，2D图像16可以是胫骨20的AP图。根据成像器8是MRI还是CT成像器，图像切片16将是MRI或CT切片。受损上端604包括胫骨平台612、前部胫骨轴表面614以及沿胫骨半月板从侧部胫骨平台表面的一部分开始延伸至前部胫骨轴表面614的关注区域或目标区域42。胫骨上端的目标区域42可以是胫骨上端的关节接触表面，该关节接触表面接触股骨下端或膝关节端的相应关节接触表面。

如图12A中所示，图像切片16可以表示网状骨616、环绕网状骨的皮层骨618以及皮层骨的关节软骨衬垫部分。轮廓线610沿目标区域42延伸并紧邻皮层骨和软骨，以便概括胫骨上端604的目标区域42的轮廓。轮廓线610沿目标区域42延伸，开始于侧部或中间胫骨平台612上的点C(取决于切片16延伸穿过胫骨的侧部部分还是中间部分)，并终止于前部胫骨轴表面614上的点D。

在一个实施例中，如图12A中所示，轮廓线610沿目标区域42延伸，但是并不沿胫骨上端604表面的其余部分延伸。因此，轮廓线610形成开环，如参考图12B和12C所述，该开环可以用于形成开环区域或3D计算机模型40，该开环区域或3D计算机模型参考图1D的方框140所述，并与胫骨上端的目标区域42的3D表面紧密匹配。(在一些实施例中，3D模型40可以特意设置成在一个或多个区域中大于骨表面，以便适应不规则部分。见下面的过度估计胫骨匹配表面中所述。)因此，在一个实施例中，轮廓线是开环，并不描述胫骨上端604的整个皮层骨表面。还有，在一个实施例中，开环处理用于由2D图像16形成3D表面模型36，该3D模型36大致代替对于图1D的方框125-140所述的关节炎模型36，并用于创造表面模型40，该表面模型40用于创造对于图1E的方框145-150所述的“夹具数据”46。

在一个实施例中，与在图12A和12B中所述的开环轮廓线610相反，轮廓线是与对于图2D-2E所述的闭环轮廓线210′大致相同的闭环轮廓线，除了该闭环轮廓线属于胫骨，而不是股骨。与对于图2D所述的股骨闭环轮廓线类似，胫骨闭环轮廓线可以描述胫骨上端的整个皮层骨的表面，并形成闭环区域。胫骨闭环轮廓线以与对于图2E中的股骨轮廓线所述类似的方式进行组合。因此，胫骨闭环区域可能需要分析胫骨上端604的整个表面区域，并导致以与图2F中所示的股骨下端204类似的方式形成整个胫骨上端604的3D模型。因此，由胫骨闭环处理形成的3D表面模型最终有与3D胫骨关节炎模型36共有的大量(如果不是完全)表面。在一个实施例中，胫骨闭环处理可以通过应用数学算法而由2D图像16形成3D容积解剖结构关节实体模型。美国专利5682886(申请日为1995年12月26日，该文献整个通过参引被加入本文中)应用形成连续边界或闭环的蛇形算法。在描述胫骨后，利用建模处理来产生3D表面模型，例如通过Bezier切片方法。其它3D建模处理(例如市场上的3D结构软件，如具体实施方式的其它部分中所述)可以用于闭环、容积实体建模的3D表面模型产生。

在一个实施例中，闭环处理用于由2D图像16形成3D容积实体模型36，该3D容积实体模型基本与对于图1D的方框125-140所述的关节炎模型36相同。3D容积实体模型36用于创造表面模型40，该表面模型40用于创造对于图1E的方框145-150所述的“夹具数据”46。

形成整个胫骨上端的3D容积实体模型使用这样的方法，与使用开环轮廓线产生胫骨上端的目标区域42的3D模型相比，该方法可能要多得多的内存和时间。因此，尽管闭环方法可以用于这里所述的系统和方法，但是对于至少一些实施例，开环方法可能优于闭环方法。

闭环方法的一个实例在Park的美国专利申请11/641569中所述，该美国专利申请11/641569的标题是“Improved Total JointArthroplasty System”，申请日为2007年1月19日。该申请整个通过参引被加入本具体实施方式中。

由图12B和2G可知，成像器8通过重复成像操作来产生多个图像切片(16-1、16-2、～16-n)(方框1000)。各图像切片16有以参考图12A所述的方式沿目标区域42延伸的开环轮廓线(610-1、610-2～610-n)(方框1005)。在一个实施例中，各图像切片是两毫米的2D图像切片16。系统4将多个2D图像切片(16-1、16-2～16-n)和(更具体地说)多个开环轮廓线(610-1、610-2～610-n)编辑成在图12C中所示的3D股骨表面计算机模型40(方框1010)。关于产生表面模型40的这种方法也在对于图1B的方框100-105和图1D的方框130-140的概述部分中所述。类似方法可以用于胫骨闭环轮廓线。

由图12C可知，3D胫骨表面计算机模型40是胫骨上端的目标区域42的3D计算机表示。在一个实施例中，目标区域42的3D表示是胫骨近端的关节股骨接触表面的3D表示。当开环产生3D模型40是胫骨上端的相关股骨接触部分的表面模型时，与由闭环轮廓线形成的胫骨上端整个表面的3D模型相反，开环产生3D模型40的产生需要更少时间和内存强度。

在一个实施例中，开环产生3D模型40是对着胫骨上端的端面的股骨的表面模型，与胫骨上端的整个表面的3D模型相反。3D模型40可以用于识别如前所述可以是胫骨上端的相关股骨接触部分的关注区域或目标区域42。再有，开环产生3D模型40的产生与当由闭环轮廓线来产生胫骨近端的整个表面的3D模型相比需要更少时间和内存强度。因此，对于至少一些这里所述实施例类型，开环轮廓线方法优于闭环轮廓线方法。不过，这里所述的系统4和方法可以使用开环或闭环方法，且并不局限于一个或另一个。

不管3D模型40是目标区域42的表面模型(即由开环处理产生并用作关节炎模型22的3D表面模型)还是胫骨上端的整个朝向股骨端面的表面模型(即由闭环处理产生并用作关节炎模型22的3D容积实体模型)，属于轮廓线610的数据都可以通过在Park的任意前述美国专利申请中所述的表面产生技术来转变成3D轮廓计算机模型40。例如，使用的表面产生技术包括点至点映射、表面垂直矢量映射、局部表面映射和球表面映射技术。根据情况，可以采用一种映射技术或映射技术的组合。

在一个实施例中，在图12C中所示的3D模型40的产生可以通过使用图像切片16来确定在图12B的开环区域中的各连续间隔开表面点的位置坐标值而形成。然后可以使用数学模型来估计或计算图12C中的3D模型40。可以使用的其它医疗成像计算机程序的实例可以包括但不局限于：Analyze，由AnalyzeDirect，Inc.，Overland Park，KS获得；由例如Paraview of Kitware，Inc.获得到开放源代码软件；Insight Toolkit(“ITK”)，可由www.itk.org获得；3D Slicer，可由www.slicer.org获得；以及Mimics，由Materialise，Ann Arbor，MI获得。

也可选择或者除了用于产生图12C中所示3D模型40的前述系统，用于产生图12C中所示3D模型40的其它系统包括Non-UniformRational B-spline(“NURB”)程序或Bezier程序的表面产生技术。这些程序中的每一个都可以用于由多条轮廓线610产生3D轮廓模型40。

在一个实施例中，NURB表面建模技术用于多个图像切片16和(更具体地说)图2B的多个开环轮廓线610。NURB软件产生3D模型40，如图12C中所示，其中，3D模型40有包含网和它的控制点的关注区域或目标区域42。例如见Ervin等人，Landscape Modeling，McGraw-Hill，2001，该文献整个通过参引被加入本具体实施方式中。

在一个实施例中，NURB表面建模技术使用以下表面方程式：

$G(s,t)=\frac{\underset{i=0}{\overset{k1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{k2}{\mathrm{\Σ}}}W(i,j)P(i,j)b_i\left(s\right)b_j\left(t\right)}{\underset{i=0}{\overset{k1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{k2}{\mathrm{\Σ}}}W(i,j)b_i\left(s\right)b_j\left(t\right)}$

其中，P(i，j)表示顶点矩阵，其中n行＝(k1+1)，n列＝(k2+1)；W(i，j)表示每一个顶点的顶点权重矩阵；b_i(S)表示行方向基础或度M1的混合多项式函数；b_j(t)表示列方向基础或度M2的混合多项式函数；s表示行方向节点的参数组；而t表示列方向节点的参数组。

在一个实施例中，Bezier表面建模技术使用Bezier方程式(1972，Pierre Bezier)来产生3D模型40，如图12C中所示，其中，模型40有关注区域或目标区域42。给定Bezier表面的阶数(n，m)由一组(n+1)(m+1)控制点k_i，j来确定。它将单位正方形描绘成嵌入与(k_i，j)相同尺度空间内的平滑连续表面。例如，当k为四维空间中的所有点时，该表面将在四维空间中。对于一维空间、两维空间、五维空间等也保持这种关系。

两维Bezier表面可以定义为参考表面，其中，作为参数坐标u、v的函数的点p位置由以下给出：

$p(u,v)=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_i^n\left(u\right)B_j^m\left(v\right)k_{i,j}$

对单位正方形进行估计，其中：

$B_i^n\left(u\right)=\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)u^i{(1-u)}^{n-i}$

是Bernstein多项式，且

$\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)=\frac{n!}{i!*(n-i)!}$

是二项式系数。见Grune等人，On Numerical Algorithm andInteractive Visualization for Optimal Control Problems，Journal ofComputation and Visualization in Science，Vol.1，No.4，July 1999，该文献整个通过参引被加入本具体实施方式中。

在其它参考文献中介绍了各种其它表面产生技术。例如，见在以下文献中所述的表面产生技术：Lorensen等人，Marching Cubes：Ahigh Resolution 3d Surface Construction Algorithm，ComputerGraphics，21-3：163-169，1987；Farin等人，NURB Curves &Surfaces：From Projective Geometry to Practical Use，Wellesley，1995；Kumar等人，Robust Incremental Polygon Triangulation forSurface Rendering，WSCG，2000；Fleischer等人，Accurate PolygonScan Conversion Using Half-Open Intervals，Graphics Gems III，第362-365页，code：第599-605页，1992；Foley等人，Computer Graphics：Principles and Practice，Addison Wesley，1990；Glassner，Principlesof Digital Image Synthesis，Morgan Kaufmann，1995，它们都整个通过参引被加入本具体实施方式中。

g.选择使得尺寸和/或形状最类似于病人胫骨上端尺寸的夹具坯料

如上所述，关节造形术夹具2(例如胫骨夹具2B)包括内侧部分104和外侧部分106。胫骨夹具2B由胫骨夹具坯料50B形成，在一个实施例中，该胫骨夹具坯料50B从有限数目的股骨夹具坯料尺寸中选择。胫骨夹具坯料50B的选择基于病人胫骨上端604的尺寸与各种大小的胫骨夹具坯料50B的尺寸和/或形状的比较，以便选择在尺寸和/或形状上最类似于病人胫骨上端604的胫骨夹具坯料50B。该选定胫骨夹具坯料50B的外部或外侧或表面632形成胫骨夹具2B的外侧部分632。对于本具体实施方式的前面所述的3D表面计算机模型40用于将3D表面40确定于胫骨夹具坯料50B的计算机模型的内侧630中。而且，在一些实施例中，下面所述的过度估计处理过程可以用于调节3D表面模型40。

通过选择外侧部分632的尺寸接近病人的胫骨上端604的胫骨夹具坯料50B，在内侧部分630和病人的胫骨之间精确配合的可能性增加。还有，需要机械加工或以其它方式从夹具坯料50B中除去的材料量减少，从而减少了材料浪费和缩短了制造时间。

为了介绍选择尺寸和/或形状最接近病人的胫骨上端的夹具坯料50，首先参考图13A-14B。图13A是具有预定尺寸的右胫骨切割夹具坯料50BR的俯视透视图。图13B是图3A中所示的夹具坯料50BR的仰视透视图。图13C是图13A中所示的夹具坯料50BR的外侧或部分232的平面图。图14A是多个可用尺寸的右胫骨夹具坯料50BR，各右胫骨夹具坯料50BR表示为与图13C相同的视图。图14B是多个可用尺寸的左胫骨夹具坯料50BR，各左胫骨夹具坯料50BR表示为与图13C相同的视图。

普通夹具坯料50(例如在图13A-13C中所示的右侧夹具坯料50BR，它将用于创造可用于病人右胫骨的右胫骨夹具)可以包括用于与中间胫骨平台匹配的中间胫骨脚凸起648、用于与侧部胫骨平台匹配的侧部胫骨脚凸起650、后边缘640、前边缘642、侧部边缘644、中间边缘646、外侧632和内侧630。图13A-13C的夹具坯料50BR可以是在有限数目标准尺寸中可用的多个右胫骨坯料50BR中的任意一个。例如，图13A-13C的夹具坯料50BR可以是第i个右胫骨夹具坯料，其中，i＝1、2、3、4、～m，m表示右胫骨夹具坯料尺寸的最大数目。

如图13C中所示，夹具坯料50BR的前-后长度TAi是从夹具坯料50BR的前边缘642测量至后边缘640。夹具坯料50BR的中间-侧部宽度TMi是从夹具坯料50BR的侧部边缘644测量至中间边缘646。

由图14A可知，有限数目的右胫骨夹具坯料尺寸可以用于选择为右胫骨夹具坯料尺寸，以便机械加工成右胫骨切割夹具2B。例如，在一个实施例中，可以有3种尺寸(m＝3)的右胫骨夹具坯料50BR。由图13C可知，各胫骨夹具坯料50BR有定义为TAi比TMi的前-后/中间-侧部纵横比(例如“TAi/TMi”纵横比)。因此，由图14A可知，夹具坯料50BR-1有定义为“TA₁/TM₁”的纵横比，夹具坯料50BR-2有定义为“TA₂/TM₂”的纵横比，夹具坯料50BR-3有定义为“TA₃/TM₃”的纵横比。

夹具坯料的纵横比用于设计右胫骨夹具2B，该右胫骨夹具2B的尺寸设置成专用于病人的右胫骨特征。在一个实施例中，夹具坯料的纵横比可以是右胫骨夹具2B的外部尺寸。在另一实施例中，夹具坯料的纵横比可以用于右胫骨夹具制造处理过程，用于选择参数与所希望的右胫骨夹具2B的尺寸接近的右侧夹具坯料50BR。该实施例可以提高右胫骨夹具制造方法的成本效益，因为它减少了由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量。

在图14A中，具有表示为用于候选胫骨夹具坯料尺寸的单个夹具坯料纵横比。在具有用于候选胫骨夹具坯料尺寸的更多夹具坯料纵横比的实施例中，图14A将类似于图4A，并将有N-1个方向和可能的N-2个和N-3个方向，表示增加的夹具坯料纵横比。在各胫骨夹具坯料纵横比之间的关系可以与参考图4A的对于股骨夹具坯料纵横比所述的类似。

由图17中图900以及本具体实施方式中后面所述的可知，E-1方向对应于连接图900中的组1、组2和组3的斜线。

如图14A中所示，沿方向E-1，夹具坯料纵横比在夹具坯料50BR-1、50BR-2和50BR-3之间保持相同，其中：“TA₁/TM₁”＝“TA₂/TM₂”＝“TA₃/TM₃”。不过，与夹具坯料50BR-1相比，夹具坯料50BR-2的尺寸设置成比夹具坯料50BR-1更大和更长。因为沿全部X、Y和Z轴线方向中，用于夹具坯料50BR-2的TA₂值与它的TM₂值的增量以某种程度成比例地增加。以类似方式，夹具坯料50BR-3的尺寸设置成比夹具坯料50BR-2更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向，TA₃值与它的TM₃值的增量以某种程度成比例地增加。增量的一个实例可以是从5％增加至20％。在有附加纵横比可用于胫骨夹具坯料尺寸的实施例中，如对于股骨夹具坯料尺寸的图4A中所示，在胫骨夹具坯料尺寸之间的关系可以与对于图4A和14A所述的类似。

由图14B可知，有限数目的左胫骨夹具坯料尺寸可以用于选择为左胫骨夹具坯料尺寸，以便机械加工成左胫骨切割夹具2B。例如，在一个实施例中，可以有3种尺寸(m＝3)的左胫骨夹具坯料50BL。由图13C可知，各胫骨夹具坯料50BL有定义为TAi比TMi的前-后/中间-侧部纵横比(例如“TAi/TMi”纵横比)。因此，由图14B可知，夹具坯料50BL-1有定义为“TA₁/TM₁”的纵横比，夹具坯料50BL-2有定义为“TA₂/TM₂”的纵横比，夹具坯料50BL-3有定义为“TA₃/TM₃”的纵横比。

夹具坯料的纵横比用于设计左胫骨夹具2B，该左胫骨夹具2B的尺寸设置成专用于病人的左胫骨特征。在一个实施例中，夹具坯料的纵横比可以是左胫骨夹具2B的外部尺寸。在另一实施例中，夹具坯料的纵横比可以用于左胫骨夹具制造处理过程，用于选择参数与所希望的左胫骨夹具2B的尺寸接近的左侧夹具坯料50BL。该实施例可以提高左胫骨夹具制造方法的成本效益，因为它减少了由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量。

在图14B中，具有表示为用于候选胫骨夹具坯料尺寸的单个夹具坯料纵横比。在具有用于候选胫骨夹具坯料尺寸的更多夹具坯料纵横比的实施例中，图14B将类似于图4B，并将有N-1个方向和可能的N-2个和N-3个方向，表示增加的夹具坯料纵横比。在各胫骨夹具坯料纵横比之间的关系可以与参考图4B对于股骨夹具坯料纵横比所述的类似。

如图14B中所示，沿方向E-1，夹具纵横比在夹具坯料50BL-1、50BL-2和50BL-3之间保持相同，其中：“TA₁/TM₁”＝“TA₂/TM₂”＝“TA₃/TM₃”。不过，与夹具坯料50BL-1相比，夹具坯料50BL-2的尺寸设置成比夹具坯料50BL-1更大和更长。因为沿全部X、Y和Z轴线方向，用于夹具坯料50BL-2的TA₂值与它的TM₂值的增量以某种程度成比例地增加。以类似方式，夹具坯料50BL-3的尺寸设置成比夹具坯料50BL-2更大和更长，因为沿全部X、Y和Z轴线方向，TA₃值与它的TM₃值的增量以某种程度成比例地增加。增量的一个实例可以是从5％增加至20％。在有附加纵横比可用于胫骨夹具坯料尺寸的实施例中，如对于股骨夹具坯料尺寸的图4B中所示，在胫骨夹具坯料尺寸之间的关系可以与对于图4B和14B所述的类似。

病人胫骨20的上端或膝关节形成端604的尺寸可以通过以与对于夹具坯料50所述类似的方式分析3D表面模型40或3D关节炎模型36而确定。例如，如图15中所示(该图15是病人的右胫骨20的3D表面模型40或关节炎模型36在沿近侧至远侧的方向看时的轴向图)，表面模型40或关节炎模型36的上端604可以包括前边缘660、后边缘662、中间边缘664和侧部边缘666。对于病人胫骨20的顶端面或股骨关节表面604，胫骨尺寸可以通过分析3D关节炎模型36的3D表面模型40而确定。然后，这些胫骨尺寸可以用于设置胫骨夹具尺寸和选择合适的胫骨夹具。

如图15中所示，病人胫骨20的上端604(即关节炎模型36的表面模型40的上端604，不管通过开环分析还是通过闭环分析而形成)的前-后长度tAP是从胫骨平台的前边缘660至胫骨平台的后边缘662测量的长度。病人胫骨20的上端604的中间-侧部宽度tML是从中间胫骨平台的中间边缘至侧部胫骨平台的侧部边缘666测量的长度。

在一个实施例中，胫骨上端604的前-后长度tAP和中间-侧部宽度tML可以用于胫骨上端的纵横比tAP/tML。大量(例如数百、数千、数万等)病人膝盖的纵横比tAP/tML可以进行编辑和统计分析，以便确定用于夹具坯料的最普通纵横比(该最普通纵横比将适应最大数目的病人膝盖)。然后，该信息可以用于确定一个、两个、三个等纵横比最可能适应最大数目的病人膝盖。

系统4分析通过关节炎模型36(不管该关节炎模型36是通过开环产生的3D表面模型还是通过闭环处理产生的3D容积实体模型)的表面模型40而提供的、病人胫骨20的上端604，以便获得关于胫骨上端604的前-后长度tAP和中间-侧部宽度tML的数据。由图16可知(该图16表示了图13C的选定模型夹具坯料50BR叠加在图15的模型胫骨上端604上)，胫骨尺寸宽度tAP、tML与夹具坯料尺寸宽度TAi、TMi比较，以便确定哪一个夹具坯料模型将选择为用于机械加工工艺的开始点和用于夹具模型的外表面模型。

如图16中所示，预期的右胫骨夹具坯料50BR叠加，以便与由表面模型40或关节炎模型36表示的病人解剖结构模型的右胫骨上端604匹配。在一个实施例中，夹具坯料50BR可以覆盖胫骨平台的前面大约三分之二，从而使得胫骨的后面大约三分之一暴露。胫骨平台的侧部和中间暴露区域(分别由在图16中的区域q 1和q2表示)包含在胫骨平台的暴露部分中。具体地说，暴露区域q1是暴露的胫骨平台的、在胫骨和夹具坯料侧部边缘666、644之间的区域，暴露区域q2是暴露胫骨平台的、在胫骨和夹具坯料中间边缘664、646之间的区域。

通过获得和使用胫骨前-后tAP数据和胫骨中间-侧部tML数据，系统4可以根据以下公式来确定胫骨夹具坯料50BR的尺寸：jTML＝tML-q1-q2，其中，jTML是胫骨夹具坯料50BR的中间-侧部宽度。在一个实施例中，q 1和q2有以下范围：2mm≤q1≤4mm；且2mm≤q2≤4mm。在另一实施例中，q1将近似为3mm，且q2将近似为3mm。

图17A是用于从多个候选夹具坯料尺寸中选择的适用于病人胫骨20的上端604的夹具坯料尺寸的示例散点图900。在一个实施例中，X轴线表示病人的胫骨中间-侧部长度tML(单位毫米)，Y轴表示病人的胫骨的前-后长度tAP(单位毫米)。在一个实施例中，图900分成多个夹具坯料尺寸组，其中，各组包括图表900的区域，并与特定候选夹具坯料尺寸的特定参数TMr相关联。

在一个实施例中，图17A中所示的示例散点图900有3个夹具坯料尺寸组，各组属于单个候选夹具坯料尺寸。不过，根据实施例，散开图900可以有更多或更少的夹具坯料尺寸组。夹具坯料尺寸组的数目越多，候选夹具坯料尺寸的数目越多，且选定的候选夹具坯料尺寸将会更专用于病人膝盖特征和形成的夹具2。尺寸越专用于选定候选夹具坯料尺寸，由选定夹具坯料50制造合适夹具2所需的机械加工量越低。

相反，夹具坯料尺寸组的数目越少，候选夹具坯料尺寸的数目越少，且选定的候选夹具坯料尺寸将会更少专用于病人膝盖特征和形成的夹具2。尺寸越少专用于选定候选夹具坯料尺寸，由选定夹具坯料50制造合适的夹具2所需的机械加工量越高，从而在夹具制造处理过程中增加了额外的粗加工。

对于胫骨夹具坯料50B(例如对于图13C-14B和17A所述)，胫骨前-后长度tAP可以相关，因为它可以用作确定纵横比TAi/TMi的值。尽管这样，在一些实施例中，候选夹具坯料的胫骨前-后长度TAi可以并不反映在图17A所示的图900中或图16所示的关系中，因为在用于一些实施例的实际设置中，胫骨夹具前-后长度的重要性可以低于胫骨夹具中间-侧部长度的重要性。例如，尽管病人的胫骨前-后距离根据这些膝盖特征而变化，但是胫骨夹具2B的脚凸起800、802(见图20A)的长度简单地增加，而并不需要创造定制成与胫骨前-后长度TAi相对应的夹具坯料或夹具。换句话说，在一些实施例中，在各胫骨夹具之间的前-后长度差只是在它们的各脚凸起800、802的前-后长度中的差。

在一些实施例中，由图16和21可知，胫骨夹具2B(与它的脚凸起800、802)的前-后长度覆盖胫骨平台的大约一半。部分由于该“一半”距离覆盖(这在病人之间变化几毫米至几厘米)，一个实施例中，夹具的前-后长度并不是重要的考虑因素。不过，因为夹具可以覆盖胫骨平台的中间-侧部长度的较大部分，因此夹具的中间-侧部长度会较重要(与前-后长度相比)。

尽管在一些实施例中，胫骨夹具2B的前-后长度与中间-侧部长度相比会较不重要，但是在一些实施例中，胫骨夹具的前-后长度也很重要。在这样的实施例中，夹具尺寸可以在图17A中由它们的纵横比TAi/TMi来表示，而不是只由TMi。换句话说，夹具尺寸可以在图17A中以与图7A中所示类似的方式来表示。而且，在这样的实施例中，图14A和14B可以有附加夹具坯料比例，与图4A和4B中所示的类似。因此，图17A的图900有附加斜线，该附加斜线连接属于各夹具坯料比例的夹具坯料尺寸，与图7A的图300中所示类似。还有，在图17A中和以图7A中所示类似的方式，可以有附加水平线，该附加水平线根据前-后长度来分开图900，以便表示各夹具坯料尺寸的边界。

由图17A可知，在一个实施例中，图900的3个夹具坯料尺寸组具有参数TMr、TAr如下。组1有参数TM₁、TA₁，TM₁表示第一胫骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中TM₁＝70mm。TA₁表示第一股骨夹具坯料尺寸的前-后宽度，其中TA₁＝62mm。组1覆盖病人胫骨tML和tAP的数据，其中55mm＜tML＜70mm，且45mm＜tAP＜75mm。

组2有参数TM₂、TA₂，TM₂表示第二胫骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中TM₂＝85mm。TA₂表示第二股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中TA₂＝65mm。组2覆盖病人胫骨tML和tAP的数据，其中70mm＜tML＜85mm，且45mm＜tAP＜75mm。

组3有参数TM₃、TA₃，TM₃表示第三胫骨夹具坯料尺寸的中间-侧部宽度，其中TM₃＝100mm。TA₃表示第三股骨夹具坯料尺寸的前-后长度，其中TA₃＝68.5mm。组3覆盖病人胫骨tML和tAP的数据，其中85mm＜tML＜100mm，且45mm＜tAP＜75mm。

在一些实施例中，与对于图3A-7B所述的股骨夹具坯料的选择方法相比，对于图13A-17B所述的胫骨夹具坯料选择方法可以只考虑或使用中间-侧部胫骨夹具值jTML和相关中间-侧部值TMi、tML。因此，在这样的实施例中，用于胫骨夹具和胫骨平台的前-后胫骨夹具值jTAP和相关前-后值TAi、tAP并不考虑。

由图17B可知(该图17B是表示选择合适尺寸夹具坯料的方法的实施例的流程图)，对于关节炎模型36的表面模型40的上端604，确定骨中间-侧部宽度tML(方框3000)。上端604的骨中间-侧部宽度tML根据上述jTML公式而数学变化，以便达到最小胫骨夹具坯料中间-侧部宽度jTML(方框3010)。数学变化的骨中间-侧部宽度tML或者(更具体地说)最小胫骨夹具坯料中间-侧部宽度jTML参考图17A的图900中的夹具坯料尺寸(方框3020)。图900可以图形表示形成夹具坯料库的候选胫骨夹具坯料的宽度。胫骨夹具坯料50B选择为具有最小宽度的这种夹具坯料尺寸，该夹具坯料尺寸仍然足够大，以便容纳最小胫骨夹具坯料中间-侧部宽度jTML(方框3030)。

在一个实施例中，选定夹具坯料尺寸的外部用于夹具模型的外表面模型，如下面所述。在一个实施例中，选定的夹具坯料尺寸对应于实际夹具坯料，该实际夹具坯料置于CNC机器内，并铣至最小胫骨夹具坯料前-后长度和中间-侧部宽度jTAP、jTML，以便机械加工或以其它方式形成胫骨夹具2B的外表面。

在图17B中和参考图17A的图900所述的方法可以由以下示例进一步理解。如在图16中对于病人胫骨20的上端604所述，病人胫骨的宽度为如下：tML＝85.2mm(方框3000)。如前所述，上端604可以是关节炎模型36的表面模型40的部分。一旦tML的测量值由上端604来确定，相应的夹具jTML数据可以通过上述jTML公式来确定：jTML＝tML-q1-q2，其中q1＝3mm，q2＝3mm(方框3010)。jTML公式的结果是jTML＝79.2mm。

由图17A的图表900可知，确定的夹具数据(即jTML＝79.2mm)落入图表900的组2中。组2有预定的胫骨夹具坯料参数(TM₂)：TM₂＝85mm。该预定胫骨夹具坯料参数是仍然足够大以便满足最小胫骨坯料宽度jTML的各组中最小的(方框3020)。这些预定胫骨夹具坯料参数(TM₂＝85mm)可以选择为合适的胫骨夹具坯料尺寸(方框3030)。

在一个实施例中，预定胫骨夹具坯料参数(85mm)可以用于胫骨外部夹具尺寸，如图13C中所示。换句话说，夹具坯料外部用于夹具模型外部，如对于图18A-19C所述。因此，胫骨夹具坯料50B的外部并不进行机械加工，且具有预定夹具坯料参数(85mm)的夹具坯料50B的未变化外部用作形成的胫骨夹具2B的外部。

在另一实施例中，胫骨夹具坯料参数(85mm)可以在机械加工工艺中选择用于夹具制造。因此，具有预定参数(85mm)的胫骨夹具坯料50B提供给机械加工工艺，这样，胫骨夹具坯料50B的外部将从它的预定参数(85mm)机械加工至合适胫骨夹具参数(79.2mm)，以便创造胫骨夹具2B的最终外部。因为预定参数(85mm)选择为相对接近合适股骨夹具参数(79.2mm)，因此机械加工时间和材料浪费都减少。

尽管优选是使用上述夹具坯料选择方法来减少材料浪费和机械加工时间，但是在一些实施例中，夹具坯料将简单地提供为足够大，以便可用于所有病人骨宽度tML。然后，这样的夹具坯料再机械加工至合适的夹具坯料宽度jTML，该夹具坯料宽度jTML用作形成的夹具2B的外表面。

在一个实施例中，在图900中表示的候选夹具坯料尺寸组的数目是夹具坯料制造商提供的夹具坯料尺寸的数目的函数。例如，第一图900可以只属于由公司A制造的夹具坯料，这里提供了3个夹具坯料尺寸。因此，图900有3个夹具坯料尺寸组。第二图900可以只属于由公司B制造的夹具坯料，这里提供了6个夹具坯料尺寸组。因此，第二图900有6个夹具坯料尺寸组。

例如，多个候选夹具坯料尺寸存在于夹具坯料库中，如图17B的图900所示。尽管各候选夹具坯料可以有前-后和中间-侧部尺寸的独特组合，但是在一些实施例中，两个或更多候选夹具坯料可以共有公共纵横比tAP/tML或结构。库的候选夹具坯料可以根据它们的纵横比tAP/tML沿图900的斜线分组。

在一个实施例中，夹具坯料纵横比tAP/tML可以用于采取可工作夹具坯料形状，并使它的尺寸增大或减小以便适合更大或更小的人。

由图17A可知，具有膝盖疾病的一系列98OA病人输入图900中，作为胫骨夹具设计研究的一部分。各病人的胫骨tAP和tML数据进行测量。各病人的胫骨tML数据通过上述jTML公式进行变化，以便获得病人的夹具坯料数据(jTML)。病人的夹具坯料数据再作为点输入图900中。由图17A可知，没有病人的点处于可用组的参数外部。这样的处理可以用于建立组参数和所需组的数目。

在一个实施例中，选定的夹具坯料参数可以是专用于病人膝盖特征的胫骨夹具外部尺寸。在另一实施例中，选定的夹具坯料参数可以在制造工艺过程中选择。

h.3D胫骨夹具模型的形状

为了介绍产生与对于图1E的方框150所述的“集合夹具数据”48大致相对应的3D胫骨夹具模型746的方法实施例，下面参考图13A-13C、图18A-18B、图19A-19D和图20A-20B。图13A-13C是胫骨夹具坯料50B的各个视图。图18A-18B分别是胫骨夹具坯料外表面模型632M的外部和内部透视图。图19A-19D是组合的胫骨夹具坯料外部模型632M和骨表面模型40的外部透视图。图20A和20B分别是在使得“锯切割和钻孔数据”44集合至夹具模型746中以便成为与对于图1E的方框150所述的“集合夹具数据”48大致相对应的集合或完整夹具模型748之后形成的胫骨夹具模型746的外部和内部透视图。

由图13A-13C可知，具有如对于图17A和17B所述的选定预定尺寸的夹具坯料50B包括内表面630和外表面632。在图18A和18B中所述的外表面模型632M从夹具坯料模型50B的外表面632中抽取或以其它方式产生。因此，外表面模型632M基于如对于图17A和17B所述选择的胫骨夹具坯料50B的夹具坯料纵横比，且尺寸设置成专用于病人的膝盖特征。胫骨夹具表面模型632M可以通过使用任意上述计算机表面产生技术而由图13A-13C的夹具坯料模型50B抽取或以其它方式产生。

由图19A-19C可知，外表面模型632M与胫骨表面模型40组合，以便分别形成胫骨夹具模型746的外表面和内表面。胫骨表面模型40表示胫骨夹具2B的内表面或匹配表面，并对应于胫骨关节造形术目标区域42。因此，模型40使得形成的胫骨夹具2B能够指引至病人胫骨20的关节造形术目标区域42，这样，形成的胫骨夹具2B将在关节造形术处理过程中匹配地接收关节造形术目标区域42。两个表面模型632M、40组合以便提供特定病人的夹具模型746，用于制造胫骨夹具2B。

由图19B和19C可知，一旦模型632M、40合适地对齐，在两个模型632M、40之间将存在间隙。将图像缝合方法或图像缝合工具用于该对齐模型632M、40，以便将两个表面模型连接在一起，使得图19B的3D计算机产生夹具模型746形成单件的、连接在一起的和充满的夹具模型746，外观与图20A和20B中所述的集合夹具模型748类似。在一个实施例中，夹具模型746可以大致与对于图1E的方框145所述的“夹具数据”46的说明相对应。

由图19B-19D、20A和20B可知，在两个模型632M、40之间的几何间隙(它们中的一些将在下面对于厚度V₁、V₂和V₃来介绍)可以在两个表面模型632M、40之间提供一定空间，用于狭槽宽度和长度以及钻孔钻头长度，以在TKA外科手术过程中接收和引导切割工具。因为在图20A和20B中所示的、形成的胫骨夹具模型748可以是由3D表面模型632M、40产生的3D容积模型，因此在3D表面模型632M、40之间应当形成空间或间隙。这使得形成的3D容积夹具模型748能够用于产生实际的物理3D容积胫骨夹具2B。

在一些实施例中，图像处理过程可以包括用于在两个模型632M、40对齐之后修整夹具模型746的模型修整处理过程。例如模型修整的各种方法包括但不局限于：用户引导修整、裂缝识别和填充以及产生多种连接，如下面文献中所述：Nooruddin等人，Simplification andRepair of Polygonal Models Using Volumetric Techniques(IEEETransactions on Visualization and Computer Graphics，Vol.9，No.2，April-June 2003)；C.Erikson，Error Correction of a LargeArchitectural Model：The Henderson County Courthouse(TechnicalReport TR95-013，Dept.of Computer Science，Univ.of North Carolinaat Chapel Hill，1995)；D.Khorramabdi，A Walk through the PlannedCS Building(Technical Report UCB/CSD 91/652，Computer ScienceDept.，Univ.of California at Berkeley，1991)；Morvan等人，IVECS：An Interactive Virtual Environment for the Correction of.STL files(Proc.Conf.Virtual Design，Aug.1996)；Bohn等人，ATopology-Based Approach for Shell-Closure，Geometric Modelingfor Product Realization，(P.R.Wilson  等人，pp.297-319，North-Holland，1993)；Barequet等人，Filling Gaps in the Boundaryof a Polyhedron，Computer Aided Geometric Design(vol.12，no.2，pp.207-229，1995)；Barequet等人，Repairing CAD Models(Proc.IEEE Visualization′97，pp.363-370，Oct.1997)；以及Gueziec等人，Converting Sets of Polygons to Manifold Surfaces by Cutting andStitching，(Proc.IEEE Visualization 1998，pp.383-390，Oct.1998)。各参考文献都整个通过参引被加入本具体实施方式中。

由图20A和20B可知，集合夹具模型748可以包括基于外科医生需要的多个特征。例如，夹具模型748可以包括：狭槽特征30，用于接收和引导骨锯；以及钻孔32，用于接收和引导骨钻头。由图19B和19C可知，为了提供足够的结构整体性，以便使得形成的胫骨夹具2B不会在关节造形术处理过程中弯曲或变形以及充分支承和引导骨锯和钻头，在模型232M、40之间的间隙可以有以下偏移V₁、V₂和V₃。

由图19B-20B可知，在一个实施例中，厚度V₁在模型632M、40之间沿后部钻孔32P的长度延伸，用于在关节造形术处理过程中支承和引导接收于其中的骨钻。厚度V₁可以至少大约4毫米或者至少大约5毫米厚。前部钻孔32P的直径可以设置成接收至少三分之一英寸的切割工具。

厚度V₂在内表面和外表面632M、40之间沿夹具脚800、802的厚度延伸。该厚度提供了用于夹具脚800、802的足够的结构强度，以便防止夹具在制造和使用中弯曲和变形。厚度V₂可以至少大约5毫米或者至少大约8毫米厚。

厚度V₃在模型632M、40之间沿锯狭槽30的长度延伸，用于在关节造形术处理过程中支承和引导接收于其中的骨锯。厚度V₃可以至少大约10mm或至少15mm厚。

除了提供足够长的表面用于引导接收于其中的钻头或锯，各厚度V₁、V₂、V₃在结构上设计成使得胫骨夹具2B能够在TKR外科手术过程中承受有力的胫骨切割、钻孔和绞孔处理过程。

如图20A和20B中所示，集合夹具模型748的外部部分或侧部106可以包括：特征或夹具脚800、特征或夹具脚802、凸起804、以及外表面632的平面部分，该特征或夹具脚800在病人的胫骨平台的中间部分上面延伸并与它匹配；该特征或夹具脚802在病人的胫骨平台的侧部部分上面延伸并与它匹配；该凸起804从胫骨夹具2B的上部外表面632向下延伸；该平面部分提供了空白的标签区域，用于列出关于病人、外科医生和/或外科手术处理过程的信息。还有，如上所述，集合夹具模型748可以包括锯切割狭槽30和钻孔32。夹具模型748(和形成的胫骨夹具2B)的内部部分或侧部104是胫骨表面模型40，该胫骨表面模型40将在关节造形术处理过程中匹配地接收病人胫骨20的关节造形术目标区域42。

如参考图1B的方框105和图12A-12C所述，在一个实施例中，当累计图像扫描16以便产生一个或另一个模型40、22时，模型40、22参考点P，该点P可以是单个点或一系列点等，以便使得模型40、22相对于对图1C所述的模型22、28进行参考和定向，并用于POP。反映在模型22、28中由于POP而相对于点P的任何变化(例如点P变成点P′)都反映在与模型40、22相连的点P中(见图1D的方框135)。因此，由图1D的方框140和图19A-19C可知，当夹具坯料外表面模型632M与表面模型40(或由关节炎模型22形成的表面模型)组合以便产生夹具模型746时，夹具模型746相对于点P′进行参考和定向，并大致等同于对于图1E的方框145所述的“夹具数据”46。

因为夹具模型746相对于点P′进行合适参考和定向，因此对于图1E的方框125所述的“锯切割和钻孔数据”44能够合适集合至夹具模型746中，以便获得在图20A-20B中所示的集合夹具模型748。集合夹具模型748包括锯切割30、钻孔32和表面模型40。因此，集合夹具模型748大致等同于对于图1E的方框150所述的“集合夹具数据”48。

由图21可知(该图表示了与“关节炎模型”22匹配的集合夹具模型748的透视图)，夹具模型748的内表面40匹配地接收胫骨上端604的关节造形术目标区域42，这样，夹具模型748指引成与区域42匹配。由于在整个处理过程中各模型相对于点P、P′进行参考和定向，因此锯切割狭槽30和钻孔32合适定向成形成锯切割和钻孔，该锯切割和钻孔使得形成的胫骨夹具2B能够使病人关节恢复至退化前状态。

如图21中所示，集合夹具模型748可以包括夹具本体850、中间胫骨平台覆盖凸起852、侧部胫骨平台覆盖凸起854、从本体850伸出的下部部分856、后部钻孔32P、前部钻孔32A、锯狭槽30和用于在上面接收病人、外科手术和外科医生的数据的上部平面部分857。凸起852、854在它们的相应中间和侧部胫骨平台部分上面延伸。凸起852、854、856、857成一体地从夹具本体850伸出。

由图1E的方框155-165可知，集合夹具748或者(更具体地说)集合夹具数据48可以发送给CNC机器10，以便由选定的夹具坯料50B机械加工胫骨夹具2B。例如，集合夹具数据48可以用于产生生产文件，该生产文件向快速生产机器10提供自动夹具制造指令，如上述各个Park的专利申请中所述。然后，快速生产机器10根据该指令而由胫骨夹具坯料50B制造特定病人的关节造形术胫骨夹具2B。

形成的胫骨夹具2B可以有集合夹具模型748的特征。因此，由图21可知，根据外科医生的需要，形成的胫骨夹具2B可以有形成于凸起852、854、856、857上的狭槽30和钻孔32。钻孔32设置成在TKR处理过程的近侧胫骨切割部分中防止在胫骨切割夹具2B和病人受损关节表面之间的可能IR/ER(内部/外部)旋转轴线的未对齐。狭槽30设置成接收切割仪器，例如在TKR的近侧胫骨切割部分中接收用于横向切割的往复运动锯片。

i.过度估计处理

如上面在本具体实施方式的子部分a中所述，3D表面模型40的某些区域与其它区域相比可以更准确地表示实际病人骨表面和/或可以更容易机械加工。例如，由于医疗成像处理的限制(例如必须依赖于有限数目的图像切片16而不是无限数目的图像切片、容积平均问题以及由于存在骨赘、脂肪组织、断裂软骨等而由不规则轮廓产生的问题)，在某些区域中的3D表面模型40可能并不准确表示关节造形术目标区域的相应实际骨表面。因此，实际夹具2的、基于这种不是很准确的数据的骨匹配表面可能最终与实际骨表面的关节造形术目标区域干涉配合，而不是匹配配合。

对于机械加工，用于机械加工实际夹具的骨匹配表面的工具的尺寸可能超过在3D表面模型40中的某些特征的尺寸。因此，CNC机器可能无法将实际夹具的骨匹配表面精确机械加工成与3D表面模型匹配。

为了解决由于成像和机械加工限制而引起的这些问题，3D表面模型40(或者更具体地说，用于产生3D表面模型的轮廓线210、210′)可以进行下面介绍的过度估计处理。过度估计处理的结果是使得实际夹具具有：(1)骨匹配表面，该骨匹配表面匹配地接收和接触关节造形术目标区域的实际骨表面的一定区域，其中，该一定区域对应于实际骨表面的、能够精确和可靠地3D计算机建模和实际机械加工的区域；以及(2)夹具的、朝向骨的表面(即当夹具的骨匹配表面匹配地接收和接触关节造形术目标区域的骨表面时朝向该骨的夹具的那些表面)，该表面避免与关节造形术目标区域的实际骨表面的某些其它区域接触，其中，该某些其它区域对应于实际骨表面的、不可能精确和可靠地3D计算机建模和/或不可能实际机械加工的区域。

在创造夹具的、与不可能精确3D建模和/或实际机械加工的骨表面区域相对应的朝向骨表面时，过度估计处理将过度估计或使得轮廓线210从图像切片16的骨区域远离或向外运动，这样，CNC机器将沿过度估计的轮廓线进行额外的机械加工。轮廓线210的这样向外移动将在夹具的骨匹配表面匹配地接收和接触关节造形术目标区域时使得夹具的、与过度估计轮廓线相对应的朝向骨的表面与关节造形术目标区域的相应实际骨表面间隔开。

由于过度估计处理，在一个实施例中，在夹具的骨匹配表面和关节造形术目标区域的骨表面之间的接触限制为关节造形术目标区域的、能够精确和可靠地3D计算机建模和实际机械加工的区域。夹具的所有其它朝向骨表面都可以是过度估计处理的结果，这样，这些其它朝向骨的表面与关节造形术目标区域的骨表面的这些相应区域间隔开而并不接触，因为这些骨区域对应于不可能精确3D计算机建模和/或不可能实际机械加工的区域。过度估计夹具2的朝向骨表面的结果是夹具更可能在关节造形术处理过程中精确和可靠地匹配接收关节造形术目标区域。

示例过度估计处理将在下面用于产生股骨夹具和胫骨夹具的朝向骨的表面，其中，一些朝向骨的表面是骨匹配表面，其它朝向骨的表面是过度估计的结果。尽管下面的实例提供为用于膝盖关节造形术的夹具，但是并不能认为过度估计处理就局限于膝盖。而是，这里所述的过度估计概念可由本领域技术人员用于所有类型的关节造形术外科手术，包括用于其它类型的骨与骨界面的外科手术，例如踝、臀部、腕、肘部、肩部、趾、手指和其它类型关节、椎骨与椎骨界面、椎骨与臀部结构界面、椎骨与颅骨界面等。

1.过度估计3D股骨表面模型

如上面对于图1D的方框140所述，“夹具数据”46用于制造具有骨匹配表面的夹具，该骨匹配表面定制成匹配地接收病人关节的相应骨的目标区域42。用于目标区域42的数据可以至少局部基于病人的关节骨的3D计算机产生表面模型40。而且，如上面对于图1A和图1B的方框100-105所述，这些3D计算机产生表面模型40可以基于由成像机器8获取的多个2D扫描图像切片，(更准确地说)来自通过本领域已知的图像分割处理而由这些2D扫描图像切片产生的轮廓线，或者也可选择，如美国临时专利申请61/126102中所述，该美国临时专利申请61/126102的申请日为2008年4月30日，该文献整个通过参引被加入本文中。

各扫描图像切片16表示合适骨的薄切片。图22A表示了在图5中所示的病人股骨的3D模型的远侧轴向图，其中，图像切片的轮廓线2301表示为由厚度D_T的切片间隔开。图22B表示了病人股骨的3D模型的冠状图，其中，图像切片的轮廓线2301表示为由厚度D_T的切片间隔开。

图22A-B中所示的切片具有与图2B和2E中所示的开环和闭环轮廓线段210、210′类似的轮廓线2301。各图像切片16的轮廓线2301编辑在一起，以便形成病人股骨的3D模型。通过将各切片的轮廓线编辑在一起(方框1010中所示)而形成的3D模型40(图2C和2F中所示)的总体分辨率或精度可能受到图22A-B中所示的切片厚度D_T的影响。具体地说，切片厚度D_T越大，形成的3D模型的分辨率/精度越低，且切片厚度D_T越小，形成的3D模型的分辨率/精度越高。

当3D模型的分辨率/精度增加时，可以产生更精确的定制关节造形术夹具2。因此，通常促使形成更薄的切片，而不是更厚的切片。不过，根据使用的成像技术，图像切片的可行厚度D_T可以变化，并可能由于各种原因而受到限制。例如，具有足够精度以便提供合适成像分辨率的成像厚度D_T也可能需要与成像持续时间进行平衡，该成像持续时间将足够短，以便使得病人能够在整个成像持续时间中保持静止。

在利用MRI技术的实施例中，切片厚度D_T的范围为从大约0.8mm至大约5mm。低于该范围的MRI切片厚度D_T可能不可行，因为它们的相关成像持续时间对于大部分病人太长，以至于不能保持静止。还有，低于该范围的MRI切片厚度D_T可能不可行，因为它们可能导致实际信号的较高噪音水平，留在切片之间的剩余部分以及MRI机器的容积均分限制。高于该范围的MRI切片厚度不能提供足够的图像分辨率/精度。在一个实施例中，MRI切片厚度D_T为大约2mm。

尽管利用CT技术的实施例可以有从大约0.3mm至大约5mm的切片厚度D_T范围，但是CT成像不能捕获存在于病人关节内的软骨以产生上述关节炎模型。

不管使用的成像技术和形成的3D模型的分辨率/精度如何，CNC机器10都可能由于机器限制而不能制造定制的关节造形术夹具2，特别是当骨表面存在不规则部分时。例如，这可能导致铣削工具的刀头尺寸超过要铣削的特征的尺寸。

图23表示了编辑连续矢状2D MRI图像的轮廓线的示例矢状图，该2D MRI图像基于图22A-B中所示的切片，该切片的切片厚度D_T为2mm。由图22A-23可知，所示轮廓线在膝盖的中间侧开始于与轮廓线2310相对应的图像切片，并在膝盖的侧部侧终止于与轮廓线2330相对应的图像切片。因此，在一个实施例中，轮廓线2310和2330表示最先和最后获取的股骨图像切片的轮廓线，且在轮廓线2310和2330之间的其它轮廓线表示中间获取的股骨图像切片的轮廓线。各轮廓线有独特的尺寸和形状，可以为开环或闭环，且对应于独特的图像切片16。

图24表示了图22A-23中所示的轮廓线中的一个示例轮廓线2400，其中，轮廓线2400表示于矢状图中，并与股骨髁的图像切片16相关联。如图所示，轮廓线2400包括多个表面坐标点(例如，h-n～、h-3、h-2、h-1、h、h+1、h+2、h+3～、h+n；j-n～、j-3、j-2、j-1、j、j+1、j+2、j+3～、j+n；k-n～、k-3、k-2、k-1、k、k+1、k+2、k+3～、k+n；i-n～、i-3、i-2、i-1、i、i+1、i+2、i+3～、i+n)。轮廓线和相关联的点可以通过成像技术产生，例如通过图像分割处理，该图像分割处理例如可以采用形状识别处理和/或像素亮度识别处理。在一个实施例中，轮廓线2400可以表示沿皮层-网状骨边缘的边界线。在一个实施例中，边界线可以表示软骨表面的外边界线。

在多个表面轮廓点中的各表面轮廓点可以分开距离“d”。在一个实施例中，距离“d”可以是最小成像分辨率的函数。在一些实施例中，距离“d”可以是用于制造夹具的铣削工具的尺寸的函数或与该尺寸相关联。例如，距离“d”可以设置成比铣削工具的直径小大约10倍。换句话说，距离“d”可以设置为铣削工具的直径的大约1/10或更小。在其它实施例中，距离“d”可以在铣削工具的直径的大约一半至铣削工具的直径的大约1/100或更小之间的范围内。

根据本实施例，分开距离d可以沿轮廓线2400是均匀的，或者可以是不均匀的。例如，在一些实施例中，骨的不规则部分的区域可以有比没有不规则部分的区域更靠近的点。在一个实施例中，沿示例轮廓线2400表示的点可以有大约2mm的分开距离d。在其它实施例中，距离d可以在大约0.8mm至大约5mm的范围内。

示例轮廓线2400的骨表面包括在轮廓线2400的远侧后部部分上的规则区域2402A以及在该部分的不规则区域2402B。轮廓线2400还包括分别在远侧和远侧前部部分上的不规则区域2402C-D。不规则区域2402B-D可以是由于病人的各种特殊因素。例如，不规则区域2402B表示了称为“骨赘”的一种骨不规则部分，其中，在股骨的髁中产生骨的向外生长。骨赘可以存在于受到骨创伤或患有退化关节病的病人中。

不规则区域2402C-D表示了股骨髁的、受到软骨损伤的区域，表现为在轮廓线2400中的凹槽。不管不规则部分的原因如何，在轮廓线2400中存在不规则部分可能对于在实际关节造形术夹具中产生匹配表面(该匹配表面在关节造形术处理过程中准确和可靠地与病人的相应骨表面匹配)的能力有不利影响。这可能是在轮廓的不规则区域2402B-D附近成像不精确的结果，或者是因为轮廓不规则区域2402B-D的表面轮廓对于CNC机器10的工具来说太小以至于不能产生。为了考虑与成像不精确和/或特征太小以至于不能通过CNC机器的工具来铣削相关的轮廓线区域，在一些实施例中，这样的轮廓线区域可以进行识别，并通过在编辑以便形成3D模型40之前通过过度估计处理来校正或调节。

图25表示了示例的过度估计算法2500，它可以用于在形成3D模型40时识别和调节不规则区域2402B-D。在方框2502中，医疗成像可以在受损的骨上以合适的切片厚度D_T来进行，在一些实施例中，该切片厚度D_T可以等于上面对于图22A-22B所述的那些切片厚度D_T。例如，MRI和/或CT扫描可以在如图22A-B中所示的预定厚度D_T下进行。在一些实施例中，在方框2502中使用的合适厚度D_T设置为2mm，或者是在上述厚度D_T范围内的任意其它厚度D_T。

由该医疗成像可以产生一系列切片16，且图像分割处理可以用于产生对于图2、22A-B和24所述的轮廓线210、210′、2301、2310、2330、2400(见方框2504)。还在方框2504中，沿各轮廓线段2402A-D的多个表面坐标点可以确定，如图24中对于轮廓线2400所示。例如，在与轮廓线段2402B相对应的不规则区域中的点可以确定和标引为i-n～、i-1、i、i+1、i+2、i+3～i+n。

对于沿轮廓线2400确定的表面坐标点，可以在两个或更多点(例如i和i+1)上进行分析，以便确定在各方框2506的轮廓线段中是否存在不规则部分。

图26表示了在图24的不规则轮廓线区域2402B上执行示例分析方案(根据方框2506)。如图所示，分析可以包括构成一条或多条切线(标记为t_i-1、t_i、t_i+1、t_i+2、t_i+3、t_i+4等)，对应于在不规则区域2402B中的点。方框2506的分析还可以包括计算在由一个或多个切线形成的角度之间的差。例如，在由切线t_i和t_i+1形成的角度之间的差异可以定义为w_i，其中：

$w_i={\cos }^{-1}\left(\frac{t_{i+1}\·t_1}{\left|t_{i+1}\right|\left|t_i\right|}\right)$

在一些实施例中，方框2506的操作可以在轮廓线段中的各点上重复进行。

在一些实施例中，方框2506的操作可以在连续的点(例如在t_i和t_i+1之间)上计算，在其它实施例中可以在并不连续的点(例如在t_i+2和t_i+4之间)上计算。

角度差w_i可以表示轮廓线段的部分是否在用于构成3D模型40时太偏心。在方框2508中，角度差w_i可以与预定角度标准w_c来比较。角度标准w_c可以根据多个因素来确定，包括CNC机器10的物理尺寸和特征。在一些实施例中，预定角度标准w_c设置为大约5度。在其它实施例中，预定角度标准w_c设置为在大约5度和大约20度之间。

为了介绍图26中所示的示例不规则区域2402B，在一个实施例中，角度标准w_c设置为5度。在与相邻点i-2、i-1、i、i+1、i+2相关联的切线之间的角度差在5度的预定角度标准w_c内，但是在与相邻点i+2和i+3相关联的切线之间以及在相邻点i+3和i+4之间的角度差超过5度的预定角度标准w_c，因此表示轮廓线的不规则区域。在与相邻点例如i+5和i+6相关联的切线之间的差可以表示类似的不规则区域。如上所述，这些不规则区域可以由病人的骨的情况(例如关节炎或骨关节炎)引起，并大致导致轮廓线段在形成3D模型40时不适合使用。因此，当方框2508的比较表明角度差w_i大于预定标准w_c时，与不规则轮廓线段相关联的数据可以通过过度估计来变化(例如将不规则轮廓线段向外调节或远离图像切片16的骨部分)，如后面对于图27更详细所述(见方框2510)。

图27表示了图26的不规则区域2402B，包括过度估计的建议区域，其中，过度估计处理过程创造了调节的轮廓线2702，并使得调节的轮廓线2702可能在位置上偏离初始表面轮廓线2402B。当在方框2508中进行的比较表示在任意点i至i+14之间的角度差超过预定角度标准w_c时，轮廓线段可以在这些点之间进行过度估计，如虚线2702所示。由轮廓线2402B与过度估计或调节的线2702的比较可知，调节线2702从轮廓线2402B的位置向外或远离地调节或运动一偏移距离。根据实施例，在轮廓线2402B和调节线2702之间的偏移距离的范围可以在几毫米至几厘米之间。过度估计可以形成用于构造3D表面模型40的数据，并产生在夹具2的骨匹配表面的各区域和病人的骨表面的相应部分之间的间隙，从而避免在夹具的这些区域和骨表面之间的接触。其它区域(例如i-1、i-2、i-3、i+15、i+16、i+17和i+18)不需要过度估计(各方框2510)，因为在它们的切线之间的差值落在角度差标准w_c内。这些区域可以指定为潜在的目标区域，它们可以在以后用作3D表面模型40(当满足其它角度标准(后面将介绍)时)。

通过将过度估计数据形成于3D表面模型40中，可以在定制关节造形术夹具2的、与病人骨的不规则部分相对应的区域中故意产生空间，在该区域中通常很难从2D MRI中预测这些不规则部分的尺寸和形状，或者很难精确机械加工轮廓线成夹具的骨匹配表面(因为相对于轮廓变化，铣削工具较大)。因此，夹具2可以包括一个或多个故意形成的空间，以便适应这些不规则部分或不能机械加工的情况。没有这些故意形成的空间时，夹具2可能在TKR外科手术过程中未对齐，并可能降低外科手术成功的机率。

方框2506、2508和2510的图像产生、分析和过度估计可以在图24中所示的其它不规则部分上进行。图28表示了根据在不规则区域2402C上执行的算法2500的示例分析方案，在该不规则区域2402C中观察到髁轮廓的不规则表面。与不规则区域2402B的分析类似，该分析可以包括构成一个或多个切线(标记为t_j-1、t_j、t_j+1、t_j+2、t_j+3等)，对应于在不规则区域2402C中的点。方框2506的分析还可以包括计算在由一个或多个切线形成的角度之间的差，定义为w_j，其中，在连续点t_j和t_j+1之间：

$w_j={\cos }^{-1}\left(\frac{t_{j+1}\·t_j}{\left|t_{j+1}\right|\left|t_j\right|}\right)$

其它实施例包括在非连续点(例如t_j+2和t_j+4)之间的分析。

与不规则区域2402B的分析类似，角度差w_j可以表示在不规则区域2402C中的轮廓线段的部分是否在用于构成3D模型40时太偏心。在方框2508中，角度差w_j可以与预定角度标准w_c来比较。当角度标准w_c设置为5度。在与j-6、j-5、j-4、j-3、j-2、j-1相关联的相邻切线之间的角度差在预定角度标准w_c内。不过在j-1、j和j+1之间的差值超过5度的预定角度标准w_c，因此可以表示轮廓线2400的不规则区域。类似的，用于在与连续点j-6、j-7、j-8相关联的切线之间的角度差的角度标准w_c可以表示类似的不规则区域。

如上所述，这些不规则区域可以由病人的骨的情况(例如关节炎或骨关节炎)引起，并大致导致轮廓线段在形成3D模型40时不适合使用。因此，当方框2508的比较表明角度差w_j大于预定标准w_c时(例如在j-1、j和j+1以及j-6、j-7、j-8处的情况)，用于形成3D模型40的数据可以在用于形成3D模型40之前通过过度估计处理来调节。

图29A表示了图28的不规则区域2402C，包括由虚线区域2902A-B表示的、过度估计的建议区域，其中，虚线区域2902A-B偏离初始皮层-松质边界或轮廓线2402C。因为在方框2508中进行的比较表示角度差w_j在点j-1、j和j+1以及点j-6、j-7和j-8处大于预定角度标准w_c，因此在这些点处进行过度估计(分别标记为区域2902A-B)。在一些实施例中，考虑到要使用的工具的直径，为了能够从非过度估计区域向过度估计区域充分过渡，过度估计可以包括在落在预定标准w_c之外的点(即点j-1、j和j+1以及点j-6、j-7和j-8)的任一侧的附加点。因此，在区域2902A中的过度估计可以从j-2延伸至j+2，而在区域2902B中的过度估计可以从j-10延伸至j-5。而且，因为在方框2508中进行的比较表示角度差w_j在点j-6、j-5、j-4、j-3和j-2处小于预定标准w_c(标记为区域2902C)，因此这些点j-5、j-4和j-3(将附加点j-6和j-2调节至区域2902A-B)可以用于构成3D模型40，只要满足其它标准(后面在方框2514-2520中介绍)

工具2904可以用于由3D模型40形成夹具的骨匹配表面的表面，该3D模型40由编辑的轮廓线形成，该轮廓线中的一些可以通过过度估计处理来变化。工具2904可以是CNC机器10或者任意其它类型机械加工或制造装置(该装置有用于在夹具坯料中形成表面的任意类型工具或装置)的部分。不管用于铣削或形成夹具2的装置的类型如何，工具2904都可以有与夹具机械加工工艺相关联的某些属性，当各方框2510进行过度估计时考虑这些属性。相关属性可以包括机械加工工具可进入的空间，以便到达和机械加工夹具的骨匹配表面。这些属性的实例可以包括钻孔切刀装置的轴环直径、钻孔装置可以与要钻孔的表面形成的允许角度(例如45度±10％)和/或钻孔刀头的总长度。

例如，当过度估计区域2902A-B的最小直径大于工具2904的直径D1时，方框2510的过度估计可以不需要考虑工具2904的尺寸，除了通过在预定标准w_c之外的点的任一侧附加单个或几个点(例如点j-2、j+2、j-5和j-10)而提供通向如上所述的过度估计区域的充分过渡。

另一方面，当工具2904具有更大直径D2时，如图29B的示例实施例所示，在方框2510中进行的过度估计可以包括在它的过度估计中考虑该更大工具尺寸。为了确定过度估计是否需要进行调节以便适应该更大直径D2，可以获得区域2902A-B的曲线2902A′和2902B′的最小直径的第一测量值。此外，可以获得与区域2902C相关联的距离的一半加上区域2902A-B的曲线2902A′和2902B′的最小直径的第二测量值。当第一和第二测量值都小于直径D2时，在方框2510中进行的过度估计量可以设置成使得区域2902A-B的最小曲率分别大于或等于D2，并分别增加至2902A″和2902B″。逻辑上，该示例曲率要求可以表示为：当直径_最小(2902A或2902B)＜D2以及(直径_最小(2902A或2902B)+(2902C)/2)＜D2时，那么过度估计使得直径_最小(2902A和/或2902B)≥D2。还有，在过度估计需要考虑工具直径D2的情况下，可以包括一个或多个附加点(当不需要考虑工具直径时通常不需要该附加点)，这样，区域2902A-B分别延伸通过点j-4至j+2以及j-12至j-4。用于各区域2902A-B的曲线2902A′和2902B′可以进一步向外调节(由图29B中的箭头表示)至分别考虑直径的曲线2902A″和2902B″，以便确定用于3D模型40的潜在夹具匹配表面。因此，区域2902A-B的尺寸可以通过牺牲区域2902C的部分区域而增加至适应工具2904的直径D2。应当知道，当在考虑工具直径的过程中在过度估计区域2902A、2902B的任一侧附加一个或多个点并不导致平滑过渡至形成的曲线2902A″、2902B″时，还可以向过度估计区域进一步附加点，直到实现平滑过渡。

图29C表示了工具2904的示例实施例，该工具2904具有甚至比图29A-B中所示更大的直径D3。在这种情况下，当直径_最小(2902A或2902B)＜D3以及(直径_最小(2902A或2902B)+(2902C)/2)＜D3时，那么过度估计使得直径_最小(2902A-C)≥D3。如箭头所示，当工具直径的尺寸足够大时，全部三个区域2902A-C可能需要过度估计，从而使得整个区域2902C牺牲为与区域2902A-B相关联的过度估计。因此，初始过度估计曲线2902A′和2902B′最终为包含全部区域2902A-C的单个曲线2902A-C″。当然，需要时可以将附加点加在过度估计区域2902A-C的任一侧，以便提供平滑过渡至形成的曲线2902A-C″。

通过使得过度估计的曲线考虑与工具2904相关的因素，可以储存形成的过度估计表面型面或轮廓用于产生3D模型40，只要满足其它标准(后面在方框2514-2520中介绍)。

主要参考图24，算法2500的分析和过度估计可以在不规则区域2402D上进行，其中，在股骨髁中的皮层和网状骨之间的边界为不规则的，且不能由成像切片清晰识别。图30表示了根据方框2510在不规则区域2402D上的示例过度估计方案。如图30中所示，不规则区域2402D在点h+1至h+10之间延伸。所示的每两个相邻坐标点的切线(图30中未示出)具有大于w_c的角度差，因此可以进行过度估计，如在点h-2至h+13之间的虚线3002所示。

图31表示了规则区域2402A的类似分析(由图24)。与不规则区域2402B-D的情况相同，沿轮廓线k-1至k+4的点可以进行确定，然后可以在各方框2506构成切线(标记为t_k-1、t_k、t_k+1、t_k+2、t_k+3等)。在各方框2508中，利用公式

$w_k={\cos }^{-1}\left(\frac{t_{k+1}\·t_k}{\left|t_{k+1}\right|\left|t_k\right|}\right)$

比较在这些切线之间的角度差W_k，示出它们在角度标准w_c内，在本例中该角度标准w_c为5度。因此，在图31中所示的点可以储存，并用作用于股骨夹具匹配表面的潜在表面型面(当在这些点和在相邻切片的轮廓线上的点之间的表面变化不太大时)。也就是，当与特殊切片的轮廓线相关联的角度差落在角度标准w_c内，且点用作潜在的夹具表面时，在相邻切片的轮廓线之间的表面变化可以在方框2514中进行检查。该方法可以帮助识别某些区域，在这些区域中，在成像中没有观察到软骨损伤或骨赘，但是还需要过度估计，因为在图22A-B中所示的相邻切片之间的表面变化可能太大，以至于不能用作实际骨表面的精确表示(作为潜在的股骨夹具表面)。对于股骨髁，这些落入该类的示例区域包括靠近滑车状槽的前髁部分的区域以及靠近髁间凹槽的远侧髁部分的区域以对几个示例定名称。

图32A是三个相邻图像切片16的三个轮廓线210的示意矢状-冠状-远侧等距视图，表示了可以用于确定一个或多个轮廓线的部分是否可以用于产生3D计算机模型40的角度关系。如上所述，尽管轮廓线段和它们的相关坐标点满足角度标准w_c，以至于如对于方框2508和2510所述不需要过度估计，但是当在相邻成像切片16的表面轮廓线210之间的表面变化过大时，这些轮廓线段和相关坐标点仍然可能需要过度估计。过大表面变化可能导致在3D计算机产生模型的、与过大表面变化相应的区域中产生容积平均误差。基于3D计算机产生模型的(作为容积平均误差的结果的)区域的夹具匹配表面可能很难精确匹配地接收关节造形术目标区域的相关骨表面。

这样的过大变化通常是病人膝盖特征变化的结果。例如，在大部分病例中，观察靠近滑车状槽的前髁部分的区域为平滑凹陷。不过，在其它病人中存在尖锐边缘，代替平滑凹陷。因为在不同病人之间对于这些变化表面区域和/或其它变化表面区域(例如靠近髁间凹槽的远侧髁部分的区域)的解剖结构变化，这些变化表面区域通常被排斥在用于产生3D模型40的潜在轮廓线之外。换句话说，这些变化表面区域可以进行过度估计处理，如下面所述。

三个轮廓线段分别在图32A中标记为m^th、m^th+1、m^th+2轮廓线段，对应于由切片厚度D_T彼此相互间隔开的三个连续图像切片16。各轮廓线包括表面轮廓点A-C、A′-C′和A″-C″，它们储存为用于潜在的夹具表面型面，因为例如这些点落在对于方框2506和2508所述的角度标准内。这时，点A-C、A′-C′和A″-C″可以用于确定切片-切片表面变化是否超过预定界限。例如，在图32A中的m^th轮廓线上，点A、B和C可以在方框2506和2508中确定为潜在的夹具匹配表面。类似的，在图32A中的m^th+1轮廓线上，点A′、B′和C′可以在方框2506和2508中确定为潜在的夹具匹配表面。同样，在图32A中的m^th+2轮廓线上，点A″、B″和C″可以在方框2506和2508中确定为潜在的夹具匹配表面。

因为各病人的骨解剖结构可以是唯一的，因此在相邻切片的轮廓线上的相应点(例如A-A′、A′-A″、B-B′、B′-B″、C-C′、C′-C″)之间的表面轮廓的变化可能对于用作潜在的夹具表面来说太明显，从而导致容积平均误差，这可能导致3D计算机模型的表面不准确。如下面对于图32A中所述的示例骨轮廓线详细所述，由点A-A′-A″确定的骨表面可以提供潜在的夹具匹配表面，由点B-B′-B″确定的骨表面可能具有太大相关的垂直矢量角度偏差，以至于不能被用作潜在的夹具匹配表面，而由点C-C′-C″确定的骨表面可能在相邻图像切片的轮廓线的相应点之间有太大的相关角度偏差，以至于不能用作潜在的夹具匹配表面。

如上面对于图24所述，轮廓线2400可以有多个坐标点。根据图25的方框2508的操作，坐标点可以落入两类中的一类，即，处于潜在的夹具匹配区域2402A中的那些坐标点以及处于非夹具匹配区域2402B、2402C和2402D中的那些坐标点。通过图25的方框2514的标准，在潜在的夹具匹配区域2402A中的一个轮廓线2400的表面坐标点可以通过多切片(例如3切片)检查来进一步研究。例如，位于区域2402A内的坐标点k+1可以是图32A中的坐标点A。类似的，在区域2402A中的坐标点k和k-1可以分别是坐标点B和C。坐标点A、A′和A″可以相互对应，坐标点B、B′和B″可以相互对应，坐标点C、C′和C″可以相互对应。用于各点A、B、C的相应点A′、A″、B′、B″、C′、C″可以通过多种方法来确定，包括下面对于图33A-33F所述的三种方法。

图25中的方框2514表示了示例比较和/或确定，它可以在相邻图像切片的轮廓线上的相应点之间进行，以便确定对于这些点和轮廓线段的表面变化是否太大以至于不能用于产生夹具匹配表面。比较和/或确定可以涉及两个方面，它们是：(1)确定在相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点之间的角度偏差θ；以及(2)比较与相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ。确定的这两个方面将在下面解释，随后将确定的这两个方面用于图32A中所示的轮廓。

由图32A可知，在一个实施例中，轮廓线对于角度偏差θ和角度差Φ的比较可以对于三个相邻图像切片的轮廓线来进行。在其它实施例中，轮廓线对于角度偏差θ和角度差Φ的比较可以对于两个、四个或更多相邻图像切片的轮廓线来完成。换句话说，根据实施例，轮廓线的比较可以在两组、三组、四组或更多组轮廓线中进行。在一个实施例中，一起进行评价的多组轮廓线可以由相邻轮廓线组成。在其它实施例中，一组轮廓线的一个或多个轮廓线可以并不是相邻轮廓线(例如落在一组中的轮廓线可以跳跃)。

当图像切片16是矢状切片时(例如在图22A-23中所示的那些切片2301、2310和2330)，在一个实施例中(例如下面对于图32A和对于图33A-33B所述)，在相邻图像切片16的轮廓线210上的相应坐标点可以是都存在于单个平面中的那些坐标点，该单个平面基本垂直于所述矢状图像切片。因此，由图32A可知，点A、A′和A″都存在于与各图像切片垂直的单个平面中。线段AA′在点A和A′之间延伸，线段A′A″在点A′和A″之间延伸。尽管线段AA′和A′A″可以都存在于与各图像切片垂直的相同单个平面中，但是线段AA′和A′A″可以彼此角度偏移，这样它们并不沿公共线延伸。该角度偏差可以是由于各点A、A′和A″位于它的相应轮廓线m^th、m^th+1、m^th+2以及各轮廓线在它的相应点处有相对于相邻轮廓线上的相应点的不同高度。在点A、A′和A″之间的该高度差可以是因为骨轮廓几何形状从轮廓线m^th、m^th+1、m^th+2变化到轮廓线。轮廓线m^th、m^th+1、m^th+2的顺序可以对应于各图像切片的顺序，图像切片顺序对应于沿膝盖的MRI扫描的运动。类似关系存在于点B、B′和B″和点C、C′和C″，从而分别形成类似的线段BB′、B′B″和CC′、C′C″。

一旦通过上面已经讨论的和下面对于图32A和33A-33B所述的方法或者通过下面对于图33C-33F所述的任意方法来确定相应的坐标点，在相邻轮廓线之间的表面变化可以这样分析，即通过：(1)确定在相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点之间的角度偏差θ；以及(2)比较与相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ。

由图32A以及上面所述可知，在一个实施例中，轮廓线对于角度偏差θ和角度差Φ的比较可以对于三个相邻图像切片的轮廓线来进行。在其它实施例中，轮廓线对于角度偏差θ和角度差Φ的比较可以对于两个、四个或更多相邻图像切片的轮廓线来进行。换句话说，根据实施例，轮廓线的比较可以在两组、三组、四组或更多组轮廓线中完成。在一个实施例中，一起进行评价的多组轮廓线可以由相邻轮廓线组成。在其它实施例中，一组轮廓线的一个或多个轮廓线可以并不是相邻轮廓线(例如落在一组中的轮廓线可以跳跃)。

由图32A可知，在一个实施例中，轮廓线m^th、m^th+1、m^th+2可以作为一组三个轮廓线来评价，其中，轮廓线m^th与轮廓线m^th+1和m^th+2比较。然后，轮廓线m^th+1可以与轮廓线m^th+2和m^th+3比较，轮廓线m^th+2可以与轮廓线m^th+3和轮廓线m^th+4比较。也可选择，一旦轮廓线m^th与轮廓线m^th+1和m^th+2比较，比较可以再次开始于轮廓线m^th+2与轮廓线m^th+3和轮廓线m^th+4的比较。也可选择，一旦轮廓线m^th与轮廓线m^th+1和m^th+2比较，比较可以再次开始于轮廓线m^th+4与轮廓线m^th+5和轮廓线m^th+6的比较。不管轮廓线在两组、四组还是更多组中比较，可以使用类似顺序来比较轮廓线。

下面将介绍表面变化分析的第一方面，即确定在各方框2514的相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点之间的角度偏差θ。图32B示例直角三角形3214，它可以用于确定在各方框2514的相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点之间的角度偏差θ。直角三角形3214表示点A和A′以及在这两个点之间延伸的线段AA′。点A和A′处于各轮廓线m^th和m^th+1上。包含两个轮廓线m^th和m^th+1的图像切片由切片厚度D_T分开，该切片厚度D_T是在两个图像切片之间的垂直距离。因此，切片厚度D_T可以在直角三角形3214中表示为直角三角形3214的长侧边，其中，线段AA′是直角三角形3214的斜边。在两个点A和A′之间的升高或降低距离d_AA′是垂直于切片厚度D_T的距离，并在直角三角形3214中由直角三角形3214的短侧边表示。直角三角形3214的较小角度θ_AA′表示在各方框2514的相邻图像切片的轮廓线m^th和m^th+1的相应坐标点A和A′之间的角度偏差θ_AA′。因此，由三角形3214可知，在相邻图像切片的轮廓线m^th和m^th+1的相应坐标点A和A′之间的角度偏差θ_AA′可以由以下三个公式中的任意一个来计算：

${\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{AA}}^{\′}}={\tan }^{-1}\left[\frac{d_{{\mathrm{AA}}^{\′}}}{D_T}\right];$ ${\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{AA}}^{\′}}={\cos }^{-1}\left[\frac{D_T}{{\mathrm{AA}}^{\′}}\right];$ 或 ${\mathrm{\θ}}_{{\mathrm{AA}}^{\′}}={\sin }^{-1}\left[\frac{d_{{\mathrm{AA}}^{\′}}}{{\mathrm{AA}}^{\′}}\right]$

理想的是在点A和A′之间没有表面变化，那么线段AA′的长度将等于切片厚度D_T，且在轮廓线m^th和m^th+1的相应坐标点A和A′之间的角度偏差θ_AA′为零。

这样确定在相应坐标点A和A′之间的角度偏差θ_AA′可以表示在点A和A′之间的表面是否太陡峭或变化太大，以至于不能用作潜在的夹具匹配表面。例如，在坐标点之间的角度偏差θ可以与角度标准θ_c比较，且当在坐标点之间的角度偏差θ大于角度标准θ_c时，与坐标点相对应的表面可以认为不适合用于产生夹具的骨匹配表面。相反，在坐标点A和A′中，当角度偏差θ_AA′小于角度标准θ_c时，与坐标点A和A′相对应的表面可以是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选(即[θ_AA′＜θ_c]＝与坐标点A和A′相对应的表面是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选)。

在一个实施例中，角度标准θ_c可以是大约1度。不过，在一些实施例中，角度标准θ_c可以在大约1至大约5度的范围内。在其它实施例中，角度标准θ_c可以小于或大于角度标准θ_c的这些所述值。

由图32C可知，图32B的示例直角三角形3214可以变化成另一示例直角三角形3216，并用于确定在各方框2514的相邻图像切片的轮廓线m^th+1和m^th+2的相应坐标点A′和A″之间的角度偏差θ_A′A″。前述三个tan^-1、sin^-1和cos^-1函数可以变化，以便匹配图32C的示例直角三角形3216的情况，用于计算各角度偏差θ_A′A″。因此，由图32C可知，在相邻图像切片的轮廓线m^th+1和m^th+2的相应坐标点A′和A″之间的角度偏差θ_A′A″可以由以下三个公式中的任意一个来计算：

${\mathrm{\θ}}_{A^{\′}{A}^{\′\′}}={\tan }^{-1}\left[\frac{d_{A^{\′}{A}^{\′\′}}}{D_T}\right];$ ${\mathrm{\θ}}_{A^{\′}{A}^{\′\′}}={\cos }^{-1}\left[\frac{D_T}{A^{\′}{A}^{\′\′}}\right];$ 或 ${\mathrm{\θ}}_{A^{\′}{A}^{\′\′}}={\sin }^{-1}\left[\frac{d_{A^{\′}{A}^{\′\′}}}{A^{\′}{A}^{\′\′}}\right]$

由图32D-32G可知，图32B的直角三角形可以类似变化成图32D-32G的各示例直角三角形3218、3220、3222和3224，它们将分别有利于确定分别在相应坐标点B和B′、B′和B″、C和C′以及C′和C″之间的角度偏差θ_BB′、θ_B′B″、θ_CC′和θ_C′C″。前述三个tan^-1、sin^-1和cos^-1函数可以变化，以便匹配图32D-32G的各示例直角三角形3218、3220、3222和3224的情况，用于计算各角度偏差θ_BB′、θ_B′B″、θ_CC′和θ_C′C″。

以与对于在相应坐标点A和A′之间的角度偏差θ_AA′所述类似的方式，在任意其它对的相应坐标点(即A′和A″、B和B′、B′和B″、C和C′以及C′和C″)之间的角度偏差θ可以与角度标准θ_c比较。因此，当在相应坐标点之间的角度偏差θ大于角度标准θ_c时，与坐标点相关联的表面可以认为不适合用于产生夹具的骨匹配表面。相反，当角度偏差θ小于角度标准θ_c时，与该坐标点相对应的表面可以是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选(即[θ＜θ_c]＝与坐标点相对应的表面是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选)。

在一个实施例中，角度标准θ_c可以是大约1度。不过，在一些实施例中，角度标准θ_c可以在大约1至大约4度的范围内。在其它实施例中，角度标准θ_c可以小于或大于角度标准θ_c的这些所述值。

下面将介绍表面变化分析的第二方面，即比较与相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ。如图32A中所示，各轮廓线表面坐标点A、A′、A″、B、B′、B″、C、C′和C″包括各切线t_A、t_A′、t_A″、t_B、t_B′、t_B″、t_C、t_C′和t_C″，这些切线平行于相关轮廓线m^th、m^th+1、m^th+2所处于的平面，并在各坐标点A、A′、A″、B、B′、B″、C、C′和C″处与相关轮廓线m^th、m^th+1、m^th+2的曲线相切。垂直矢量线NV_A、NV_A′、NV_A″、NV_B、NV_B′、NV_B″、NV_C、NV_C′和NV_C″，从各坐标点A、A′、A″、B、B′、B″、C、C′和C″伸出，并与各切线t_A、t_A′、t_A″、t_B、t_B′、t_B″、t_C、t_C′和t_C″垂直。与各轮廓线m^th和m^th+1的各相应坐标点A和A′相关联的垂直矢量NV_A和NV_A′的角度差Φ_A-A′可以由以下公式确定：

类似的，与各轮廓线m^th+1和m^th+2的各相应坐标点A′和A″相关联的垂直矢量NV_A′和NV_A″的角度差Φ_A′-A″可以由以下公式确定：

与各轮廓线m^th和m^th+1的各相应坐标点B和B′相关联的垂直矢量NV_B和NV_B′的角度差Φ_B -B′可以由以下公式确定：

类似的，与各轮廓线m^th+1和m^th+2的各相应坐标点B′和B″相关联的垂直矢量NV_B′和NV_B″的角度差Φ_B′-B″可以由以下公式确定：

与各轮廓线m^th和m^th+1的各相应坐标点C和C′相关联的垂直矢量NV_C和NV_C′的角度差Φ_C-C′可以由以下公式确定：

类似的，与各轮廓线m^th+1和m^th+2的各相应坐标点C′和C″相关联的垂直矢量NV_C′和NV_C″的角度差Φ_C′-C″可以由以下公式确定：

这样确定与各轮廓线的相应坐标点相关联的垂直矢量角度差Φ可以表示在相应点之间的表面是否变化太大，以至于不能用作潜在的夹具匹配表面。例如，与各相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ可以与角度标准Φ_c比较，且当角度差Φ的值大于角度标准Φ_c时，与相应点相关联的表面可以认为不适合用于产生夹具的骨匹配表面。相反，当与各相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ小于角度标准Φ_c时，与坐标点相对应的表面可以是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选(即[Φ＜Φ_c]＝与坐标点相对应的表面是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选)。在一个实施例中，角度标准Φ_c可以是大约2度。不过，在一些实施例中，角度标准Φ_c可以在大约2至大约6度的范围内。在其它实施例中，角度标准Φ_c可以小于或大于角度标准Φ_c的这些所述值。

因此，尽管轮廓线的一个或多个坐标点可以满足方框2508的切线角度标准w_c，如上面对于图24和26-31所述，但是坐标点可能仍然不足以用于产生夹具的骨接触表面。这种不充分结果可能由于坐标点不满足方框2514的标准，即在任意相应坐标点之间的角度偏差θ不满足角度偏差标准θ_c，和/或与各相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ不满足角度标准Φ_c。在一些实施例中，当一个或多个坐标点不满足方框2508的标准θ_c和Φ_c时，在这些无效坐标点的位置处的轮廓线可以通过与上面对于方框2510和图29A-30所述类似的过度估计处理而变化。

在如方框2516反映的其它实施例中，当一个或多个坐标点不满足方框2508的标准θ_c和Φ_c时，可以确定切片厚度D_T是否能够调节成更薄切片厚度D_T。减小各方框2518的切片厚度D_T可以减小在相邻轮廓线之间的变化，从而使得坐标点更可能满足标准θ_c和Φ_c(整个处理在方框2502处以新的切片厚度D_T来开始)。当确定改变切片厚度D_T并不优选时(例如由于切片厚度D_T已经最小，因为进一步减小切片厚度D_T可能在像素中产生明显更高的干涉、残余、信噪比和不可靠的容积平均)，轮廓线可以进行各方框2510的过度估计。

当轮廓线的一个或多个坐标点满足方框2508的切线角度标准w_c以及方框2514的角度标准θ_c和Φ_c时，这样的一个或多个坐标点可以进行记录，用于产生夹具的骨匹配表面，如图25的方框2520中所示。换句话说，当轮廓线的一个或多个坐标点满足方框2508的切线角度标准w_c以及方框2514的角度标准θ_c和Φ_c时，与这样的一个或多个坐标点相关联的表面可以用于产生夹具的相应骨匹配表面，如方框2520中所述。

下面将提供方框2514对于图32A中所示的轮廓线m^th、m^th+1和m^th+2的功能的应用实例。在本例中，假定坐标点A、A′、A″、B、B′、B″、C、C′和C″以及它们的各轮廓线部分已经满足方框2508的切线角度标准w_c。

由图32A-C可知，点A、A′和A″由于它们的相应轮廓线段紧邻而彼此紧邻。相应轮廓线的紧邻是由于在点A、A′和A″处的升高或降低距离d_AA′和d_A′A″很小，因为在全部点A、A′、A″、B、B′、B″、C、C′和C″处的轮廓线m^th、m^th+1和m^th+2由于有均匀切片厚度D_T而沿中间-侧部方向均匀间隔开。由于点A、A′和A″紧邻，因此线段AA′和A′A″相对较短，从而导致角度偏差θ_AA′和θ_A′A″小于角度标准θ_c，在一个实施例中，该角度标准θ_c可以在大约1度至大约4度的范围内。当角度偏差θ_AA′和θ_A′A″小于角度标准θ_c时，对于点A、A′和A″满足角度标准θ_c，且这些点是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选。

如图32A中所示，在垂直矢量NV_A、NV_A′和NV_A″之间的角度差Φ_AA′和Φ_A′A″较小，从而导致角度差Φ_AA′和Φ_A′A″小于角度标准Φ_c，在一个实施例中，该角度标准Φ_c在大约2度至大约5度的范围内。当角度差Φ_AA′和Φ_A′A″小于角度标准Φ_c时，满足角度标准Φ_c。因为点A、A′和A″满足方框2514的角度标准θ_c和Φ_c，因此由点A、A′和A″表示的表面可以用于产生夹具的、与病人的关节造形术目标表面匹配地接触的表面(各方框2520)。

由图32A和32D-E可知，用于与对于点A、A′和A″所述类似的原因，点B、B′和B″由于它们的相应轮廓线段紧邻而彼此紧邻。因此线段BB′和B′B″相对较短，从而导致角度偏差θ_BB′和θ_B′B″小于角度标准θ_c。当角度偏差θ_BB′和θ_B′B″小于角度标准θ_c时，对于点B、B′和B″满足角度标准θ_c，且这些点是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选。

如图32A中所示，在垂直矢量NV_B和NV_B′之间的角度差Φ_BB′较小，使得它小于角度标准Φ_c，因此满足角度标准Φ_c。不过，在垂直矢量NV_B′和NV_B″之间的角度差Φ_B′B″较大，使得它大于角度标准Φ_c，因此并不满足角度标准Φ_c。当点B和B′满足方框2514的角度标准θ_c和Φ_c时，由点B和B′表示的表面可以用于产生夹具的、与病人的关节造形术目标表面匹配地接触的表面(各方框2520)。不过，当点B′和B″并不满足方框2514的角度标准θ_c和Φ_c时，由点B′和B″表示的表面不可以用于产生夹具的、与病人的关节造形术目标表面匹配地接触的表面。而切片间距D_T可以在各方框2516进行评价，并在各方框2518进行重新设置，然后处理在方框2502处开始。也可选择，点可以进行过度估计(各方框2510)。

由图32A和32F-G可知，由于在点C、C′和C″处的轮廓线之间的较大升高和降低距离d_CC′和d_C′C″，点C、C′和C″由于在它们的相应轮廓线段之间的较大距离而并不彼此紧邻。因此线段CC′和C′C″相对较长，从而导致角度偏差θ_CC′和θ_C′C″大于角度标准θ_c，因此并不满足角度标准θ_c。

如图32A中所示，在垂直矢量NV_C、NV_C′和NV_C″之间的角度差Φ_CC′和Φ_C′C″较小，使得它们小于角度标准Φ_c，因此满足角度标准Φ_c。不过，当点C、C′和C″并不都满足角度标准θ_c和Φ_c时，由点C、C′和C″表示的表面不可以用于产生夹具的、与病人的关节造形术目标表面匹配地接触的表面。而切片间距D_T可以在各方框2516进行评价，并在各方框2518进行重新设置，然后处理在方框2502处开始。也可选择，点可以进行过度估计(各方框2510)。

由前述介绍可知，在一个实施例中，轮廓线的分析可以横过一系列轮廓线一个切片接一个切片地进行。换句话说，第一轮廓线m^th+1在它的各坐标点处与在第一轮廓线的中部和侧部的紧邻轮廓线(即轮廓线m^th和m^th+2)的相应坐标点进行比较。

尽管给出前面对于图32A-32G所述的前述示例方法用于三个轮廓线m^th、m^th+1和m^th+2和9个坐标点A-C″，但是当然该方法可以很容易地用于更多或更少数目的轮廓线和坐标点。因此该方法应当解释为并不局限于任意数目的轮廓线或坐标点。

对于方框2514的功能的另一应用实例，参考图33A-33F。图33A、33C和33E各自表示了轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的部分的矢状图，与图23的矢状图类似。图33B、33D和33F各自表示了当横过包含各图33A、33C和33E的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的图像切片沿截断线33B-33B、33D-33D和33F-33F看时的骨表面轮廓线3300和线性插值骨表面轮廓线3302。

如图33A-F中所示，各轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4包括各坐标点D、D′、D″、D′″和D″″。在一个实施例中，相应坐标点可以通过上面对于图32A所述的方法来确定。具体地说，由图33A-B可知，相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″可以是各自存在于相同中间-侧部平面中的那些坐标点D、D′、D″、D′″和D″″，该中间-侧部平面大致垂直于包含轮廓线和坐标点的矢状图像切片。其它组的相应坐标点可以通过类似垂直平面方法来确定。

由图33C-D可知，相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″可以通过第二方法来确定。具体地说，轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4可以叠加在相同的图像切片层上，如图33D中箭头33D1所示，从而形成复合平面33D2，该复合平面33D2具有在坐标点D和D″″之间的总升高或降低距离d_DD″″。该总升高或降低距离d_DD″″可以是下面对于图33B、33C和33F所述的各升高或降低距离d_DD′、d_D′D″、d_D″D″、d_{D′″D″″}的总和。

如图33C中所示，垂直矢量线NV_D、NV_D′、NV_D″、NV_D′″和NV_D″″(它们的确定如下面对于图33A、33C和33E所述)用于确定相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″。例如，坐标点D的垂直矢量线NV_D延伸至轮廓线n^th+1，且在垂直矢量线NV_D和轮廓线n^th+1之间的交叉点确定了与坐标点D相对应的坐标点，即坐标点D′。坐标点D′的垂直矢量线NV_D′延伸至轮廓线n^th+2，且在垂直矢量线NV_D′和轮廓线n^th+2之间的交叉点确定了与坐标点D′相对应的坐标点，即坐标点D″。坐标点D″的垂直矢量线NV_D″延伸至轮廓线n^th+3，且在垂直矢量线NV_D″和轮廓线n^th+3之间的交叉点确定了与坐标点D″相对应的坐标点，即坐标点D′″。坐标点D′″的垂直矢量线NV_D′″延伸至轮廓线n^th+4，且在垂直矢量线NV_D′″和轮廓线n^th+4之间的交叉点确定了与坐标点D′″相对应的坐标点，即坐标点D″″。其它组的相应坐标点可以通过垂直矢量线方法来确定。

由图33F-E可知，相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″可以通过第三方法来确定。具体地说，轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4可以叠加在相同的图像切片层上，如图33F中箭头33D1所示，从而形成复合平面33D2，该复合平面33D2具有在坐标点D和D″″之间的总升高或降低距离d_DD″″。该总升高或降低距离d_DD″″可以是下面对于图33B、33C和33F所述的各升高或降低距离d_DD′、d_D′D″、d_D″D′″、d_{D′″D″″}的总和。

如图33E中所示，确定中心点CP，中心点CP可以大致对应于与矢状图像切片大致垂直地延伸的轴线。中心点CP可以认为是与全部轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的曲率大致共有的中心点，所有轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4都绕该中心点成弓形延伸。

如图33E中所示，径向线R、R′、R″等可以成直线从中心点CP横过轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4径向延伸。由径向线R可知，相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″确定为径向线R与各轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4的交叉处。其它组的相应坐标点可以通过径向线R′、R″等来确定。

一旦相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″通过三种方法的任意一个来确定，在相应坐标点D、D′、D″、D′″和D″″之间的表面变化程度可以分析如下。

由图33A-F可知，各坐标点D、D′、D″、D′″和D″″包括相应切线t_D、t_D′、t_D″、t_D′″和t_D″″，该切线t_D、t_D′、t_D″、t_D′″和t_D″″在坐标点D、D′、D″、D′″和D″″处与相应轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4相切，各切线t_D、t_D′、t_D″、t_D′″和t_D″″平行和包含在它的轮廓线的图像切片中。矢量线NV_D、NV_D′、NV_D″、NV_D′″和NV_D″″在各坐标点D、D′、D″、D′″和D″″处从各切线t_D、t_D′、t_D″、t_D′″和t_D″″垂直地伸出。线段DD′、D′D″、D″D′″和D′″D″″在它们的相关坐标点之间延伸，以便产生骨轮廓线3300的线性插值3302。

在本例中，假定坐标点D、D′、D″、D′″和D″″以及它们的轮廓线部分已经满足方框2508的切线角度标准w_c。例如，点D可以是图24中的轮廓线2400的潜在匹配区域2402A的点k，坐标点D′-D″″可以是在相邻图像切片的轮廓线上的点，其中，坐标点D′D″″确定为与坐标点D相对应的坐标点。然后，再对各坐标点D、D′、D″、D′″和D″″进行评价，以便确定方框2514的标准θ_c和Φ_c是否也满足。

由图33B、33D和33F可知，点D″、D′″和D″″由于它们各自的轮廓线段紧邻而彼此紧邻。各轮廓线紧邻是由于在点D″、D′″和D″″处的升高或降低距离d_D″D′″和d_{D′″D″″}较小，因为在全部点D、D′、D″、D′″和D″″处的轮廓线n^th、n^th+1、n^th+2、n^th+3和n^th+4都由于具有相等切片厚度D_T而沿中间-侧部方向均匀间隔开，该切片厚度D_T例如为2mm。由于点D″、D′″和D″″紧邻，因此线段D″D′″和D′″D″″的尺寸相对较短，几乎为零，从而导致角度偏差θ_D″D′″和θ_{D′″D″″}小于角度标准θ_c，在一个实施例中，该角度标准θ_c可以在大约1度至大约4度的范围内。当角度偏差θ_D″D′″和θ_{D′″D″″}小于角度标准θ_c时，对于点D″、D′″和D″″满足角度标准θ_c，且这些点是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选。由图33B、33D和33F可知，角度偏差θ_D″D′″和θ_{D′″D″″}小于角度标准θ_c使得相应线段D″D′″和D′″D″″非常接近骨表面3300的轮廓。

如图33A、33C和33E中所示，在垂直矢量NV_D″、NV_D′″和NV_D″″之间的角度差Φ_D″-D′″和Φ_{D′″-D″″}较小，从而导致角度差Φ_D″-D′″和Φ_{D′″-D″″}小于角度标准Φ_c，在一个实施例中，该角度标准Φ_c在大约2度至大约5度的范围内。当角度差Φ_D″-D′″和Φ_{D′″-D″″}小于角度标准Φ_c时，满足角度标准Φ_c。由图33A、33C和33E中所示的切线t_D″、t_D′″和t_D″″可知，在各坐标点D″、D′″和D″″处的轮廓线斜度近似相同，表示在坐标点之间几乎没有表面变化，且坐标点将非常接近实际骨表面。

因为点D″、D′″和D″″满足方框2514的角度标准θ_c和Φ_c，因此由点D″、D′″和D″″表示的表面可以用于产生夹具的、与病人的关节造形术目标表面匹配地接触的表面(各方框2520)。

由图33B、33D和33F可知，因为在点D、D′和D″处的轮廓线之间的升高和降低距离d_DD′和d_D′D″较大，因此点D、D′和D″由于在它们的轮廓线段之间的较大距离而彼此不紧邻。因此，线段DD′和D′D″相对较长，从而导致角度偏差θ_DD′和θ_D′D″大于角度标准θ_c，因此并不满足角度标准θ_c。当角度偏差θ_D″D′″和θ_{D′″D″″}大于角度标准θ_c时，对于点D、D′和D″并不满足角度标准θ_c，且这些点并不是用于产生夹具的骨匹配表面的潜在候选。由图33B、33D和33F可知，角度偏差θ_DD′和θ_D′D″大于角度标准θ_c导致相应线段DD′和D′D″并不紧密接近骨表面3300的轮廓。

如图33A、33C和33E中所示，在垂直矢量NV_D、NV_D′和NV_D′、NV_D″之间的角度差Φ_D-D′和Φ_D′-D″较大，使得它们大于角度标准Φ_c，因此不满足角度标准Φ_c。因此，当点D、D′和D″并不都满足角度标准θ_c和Φ_c时，由点D、D′和D″表示的表面不可以用于产生夹具的、与病人的关节造形术目标表面匹配地接触的表面。而切片间距D_T可以在各方框2516进行评价，并在各方框2518进行重新设置，然后处理在方框2502处开始。也可选择，点可以进行过度估计(各方框2510)。

图34是与图5和22A类似的远侧视图，表示了通过以例如2mm的图像间距D_T对右股骨进行成像而产生的轮廓线3400。如图所示，为了进行介绍，轮廓线3400可以沿侧部-中间方向分组成多个区域3402-3408。区域3402包括股骨侧部髁的最靠侧部一半的轮廓线3400，并从股骨侧部髁的最侧部侧向中间延伸至股骨侧部髁的中间-侧部的中部。区域3404包括股骨侧部髁的最靠中间一半的轮廓线3400，并从股骨侧部髁的中部向中间延伸至髁间凹槽的中间-侧部的中部。区域3406包括股骨中间髁的最靠侧部一半的轮廓线3400，并从髁间凹槽的中间-侧部的中部延伸至股骨中间髁的中间-侧部的中部。区域3408包括股骨中间髁的最靠中间一半的轮廓线3400，并从股骨中间髁的中间-侧部的中部延伸至股骨中间髁的最中间侧。

图35是图34的区域3402的轮廓线3400的矢状图。区域3402的轮廓线3400包括轮廓线3502、3503、3504、3505、3506、3507和3508，其中，股骨侧部髁的最侧部部分由轮廓线3502表示。从区域3402的最侧部轮廓线3502向区域3402的最中间轮廓线3508(该最中间轮廓线3508靠近侧部髁的中间-侧部的中间)而向中间移动时，区域3402的各连续轮廓线3400的尺寸增加。

由图35可知，轮廓线3502-3504环绕它们的整个边界与各相邻轮廓线间隔开较大量。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线3502-3504相对应的夹具表面将并不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图35可知，在股骨髁的远侧部分中，在区域3510中的轮廓线3505-3508聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域3510中的这些轮廓线3505-3508很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域3510中的箭头可知，在区域3510内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线3505-3508的、在区域3510内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线3505-3508的、在区域3510内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域3510。在一个实施例中，由下面所述的图39A可知，最佳接触区域3510可以是侧部髁的表面的侧部一半，它移动抵靠侧部胫骨平台的凹口。

在一个实施例中，最佳接触区域3510配地与夹具的骨匹配表面40相应以使由区域3510表示的轮廓线3402的部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40，图25的各算法2500。相反，各算法2500，在区域3510外侧的轮廓线3402的部分可以进行如上所述的过度估计处理以使由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成不与病人关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

图36是图34的区域3404的轮廓线3400的矢状图。区域3404的轮廓线3400包括轮廓线3602、3603、3604、3605、3606、3607、3608、3609和3610，其中，区域3404的最侧部部分由靠近侧部髁的中间-侧部的中间的轮廓线3602来表示，且区域3404的最中间部分由轮廓线3610表示，其靠近髁间凹槽的中间-侧部的中心。从最侧部轮廓线3602向最中间轮廓线3610而向中间移动时，区域3404的各连续轮廓线3400的尺寸减小。

由图36可知，轮廓线3607-3610在它们的后部部分与各相邻轮廓线间隔开较大量，并在它们的远侧部分间隔开较小量，这些远侧部分对应于髁间凹槽和滑车状槽。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线3607-3610相对应的夹具表面将不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图36可知，在股骨髁的远侧部分中，在区域3614中的轮廓线3602-3606聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。类似的，在远侧股骨的前髁部分中，轮廓线3602-3606在区域3616中聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域3614和3616中的这些轮廓线3602-3606很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域3614和3616中的箭头可知，在区域3614和3616内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线3602-3606的、在区域3614和3616内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线3602-3606的、在区域3614和3616内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域3614和3616。

在一个实施例中，最佳接触区域3614和3616与夹具的骨匹配表面40匹配地对应，这样，由区域3614和3616表示的轮廓线3404部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500，在区域3614和3616之外的轮廓线3404部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成并不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

在一个实施例中，由图39A可知和如后面所述，最佳接触区域3614可以是侧部髁表面的中间一半，它移动抵靠侧部胫骨平台的凹口。在一个实施例中，由图39A可知，如后面所述，最佳的接触区域3616可以是前部髁的大致平表面的侧部一半，其中，平表面位于膝盖面的凹陷滑车状槽附近的区域中，并伸向股骨轴的前部部分附近的点。

图37是图34的区域3406的轮廓线3400的矢状图。区域3406的轮廓线3400包括轮廓线3702、3703、3704、3705、3706、3707、3708、3709和3710，其中，区域3404的最侧部部分由靠近髁间凹槽的中间-侧部的中心的轮廓线3702来表示，且区域3406的最中间部分由靠近中间髁的中间-侧部方向中间的轮廓线3710来表示。从最侧部轮廓线3702向最中间轮廓线3710而向中间移动时，区域3406的各连续轮廓线3400的尺寸增加。

由图37可知，轮廓线3702-3706在它们的后部部分中与它们的各相邻轮廓线间隔开较大量，并在它们的远侧部分间隔开较小量，这些远侧部分对应于髁间凹槽和滑车状槽。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线3607-3610相对应的夹具表面将不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图37可知，在股骨髁的远侧部分中，在区域3714中的轮廓线3707-3710聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。类似的，在远侧股骨的前髁部分中，轮廓线3707-3710在区域3716中聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域3714和3716中的这些轮廓线3707-3710很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域3714和3716中的箭头可知，在区域3714和3716内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线3707-3710的、在区域3714和3716内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线3707-3710的、在区域3714和3716内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域3714和3716。

在一个实施例中，最佳接触区域3714和3716与夹具的骨匹配表面40匹配地对应，这样，由区域3714和3716表示的轮廓线3406部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500，在区域3714和3716之外的轮廓线3406部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成并不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

在一个实施例中，由图39A可知和如后面所述，最佳接触区域3714可以是中间髁表面的侧部一半，它移动抵靠中间胫骨平台的凹口。在一个实施例中，如后面所述由图39A可知，最佳的接触区域3716可以是前部髁的大致平表面的中间一半，其中，平表面位于膝盖面的凹陷滑车状槽附近的区域中，并伸向股骨轴的前部部分附近的点。

图38是图34的区域3408的轮廓线3400的矢状图。区域3408的轮廓线3400包括轮廓线3802、3803、3804、3805、3806、3807、3808、3809、3810、3811和3812，其中，股骨侧部髁的最中间部分由轮廓线3812表示。从区域3408的最侧部轮廓线3802(靠近中间髁的中间-侧部的中间)向区域3408的最中间轮廓线3812而向中间移动时，区域3408的各连续轮廓线3400的尺寸减小。

由图38可知，轮廓线3810-3812环绕它们的整个边界与各相邻轮廓线间隔开较大量。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线3810-3812相对应的夹具表面将不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图38可知，在股骨髁的远侧部分中，在区域3814中的轮廓线3802-3809聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域3814中的这些轮廓线3802-3809很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域3814中的箭头可知，在区域3814内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线3802-3809的、在区域3814内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线3802-3809的、在区域3814内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域3814。在一个实施例中，如后面所述由图39A可知，最佳接触区域3814可以是中间髁的表面的中间一半，它移动抵靠中间胫骨平台的凹口。

在一个实施例中，最佳接触区域3814与夹具的骨匹配表面40匹配地对应，这样，由区域3814表示的轮廓线3408部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500中，在区域3814之外的轮廓线3408部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

由前述说明可知，这里介绍的过度估计处理可以用于确定最佳目标区域(例如最佳目标区域3510、3614、3616、3714、3716和3814，如对于图35-38所述)。更具体地说，这里介绍的过度估计处理可以利用这些最佳目标区域来产生夹具2的骨匹配表面40，同时夹具的其它表面区域设置成使得这些其它夹具表面区域在夹具的骨匹配表面40匹配地接收和接触关节造形术目标区域时不与关节造形术目标区域的表面接触。结果是夹具有骨匹配表面40，该骨匹配表面40基于关节造形术目标区域的、通过3D计算机建模最精确表示和最可能机械加工成夹具的区域。这样的夹具增加了在夹具的匹配表面40和病人的骨的关节造形术目标区域之间的配合的精度。

对于大部分病人，通常图25中概括的过度估计处理将导致股骨的关节造形术目标区域的某些区域确定为上面对于图35-38所述的最佳目标区域。例如，如图39A中所述(该图39A是股骨远端3900的远侧-矢状等距视图)，通常遇到的、健康的、未变形的股骨远端3900可以有关节造形术目标区域3902，该关节造形术目标区域3902有某些最佳目标区域3904、3906和3908。通常在大部分病人上通过图25的过度估计处理来确定的这些最佳目标区域3904、3906和3908在图39A中通过交叉阴影区域来表示。已经发现，这些最佳目标区域3904、3906和3908是关节造形术目标区域3902的、最可能满足图25的方框2508和2514的标准w_i、θ_c和Φ_c的区域。因此，这些目标区域3904、3906和3908可以用于产生夹具的骨匹配表面40。

尽管在一个实施例中图25的过度估计处理很可能形成最佳目标区域，例如通过交叉阴影3904、3906和3908表示的区域，但是在其它实施例中，最佳目标区域可以形成在股骨远端3900上的其它位置处的目标区域，该目标区域附加或代替在图39A中所示的这些区域3904、3906和3908。

图25的过度估计处理的一个优点是它确定两种轮廓线210，第一种是最可能不接受用于产生夹具的骨匹配表面40的轮廓线，第二种是最可能接受用于产生夹具的骨匹配表面40的轮廓线。第一种轮廓线不能够接受用于产生夹具的骨匹配表面40，因为它们属于变化太大以至于不能精确3D计算机建模的骨表面和/或不容易机械加工成夹具坯料的骨表面。相反，第二种轮廓线很可能接受用于产生夹具的骨匹配表面40，因为它们属于变化不大以至于能够精确3D计算机建模的骨表面和/或容易机械加工成夹具坯料的骨表面。尽管最佳目标区域3904、3906和3908表示了很可能与用于大部分普通病人的第二种轮廓线相对应的区域，但是也可以采用这里所述的过度估计处理，以便形成其它或附加的最佳目标区域。

在一些情况下，整个目标区域3904、3906和3908可以对应于第二种轮廓线，即满足图25的方框2508和2514的标准w_i、θ_c和Φ_c的这种轮廓线。在这种情况下，整个目标区域3904、3906和3908由夹具的骨匹配表面40匹配地接触。

不过，在一些情况下，一个或多个目标区域3904、3906和3908的一个或多个部分可能进行过度估计，这样，夹具的骨匹配表面40不会接触目标区域3904、3906和3908的该部分，尽管夹具的骨匹配表面40仍然匹配地接触目标区域3904、3906和3908的、与第二种轮廓线相对应的其它部分。例如当在髁关节表面3918、1918上存在较大表面变化(例如孔、变形或骨赘)，而它的表面的其余部分满足方框2508和2514的标准w_i、θ_c和Φ_c时可能出现这样的情况。

这里所述的过度估计处理可以导致确定目标区域3904、3906和3908，该目标区域3904、3906和3908最可能形成夹具2的骨匹配表面40(该骨匹配表面40很容易机械加工成夹具2)，并最可能有利于使得夹具与关节造形术目标区域可靠和精确地匹配。过度估计处理形成这种精确和可靠的骨匹配表面40，同时当骨匹配表面40匹配地接收实际关节造形术目标区域的目标区域3904、3906和3908时使得夹具2的、与不可预测的骨表面相对应的其它表面并不与骨表面接触。

如图39A中交叉阴影区域所示，最佳目标区域3904、3906和3908可以包括股骨髁3910的三个总体区域。例如，前部最佳目标区域3904可以包括股骨远端3900的、恰好在髁3910区域的近侧的前部部分，侧部最佳目标区域3906可以包括侧部髁3912的远侧部分，而中间最佳目标区域3908可以包括中间髁3914的远侧部分。

如图39A中所示，股骨远端3900可以包括侧部髁3912和侧部上髁3913、中间髁3914和中间上髁3915、膝盖骨表面的髁间凹槽3939和滑车状槽3916(使得两个髁3912和3914分离)、以及从髁区域3910向远侧延伸的股骨轴3917。各髁3912和3914包括关节表面3918和3919，该关节表面3918和3919铰接抵靠胫骨平台的相应关节表面。

如图39D中所示(该图39D表示了股骨远端3900的前侧的冠状图)，髁3914、3912的关节表面和滑车状槽3916相互过渡，以便形成膝盖骨面39D1，该膝盖骨面39D1有前部边界或接缝39D2。沿中间-侧部方向成弧形延伸的被膜线39D3在膝盖骨面边界39D2的近侧并由虚线表示。内收肌结节表示为39D4，腓骨侧部韧带表示为39D5，腘肌部表示为39D6，股中间表示为39D7，膝关节表示为39D8。

如图39A中交叉阴影所示，在一个实施例中，侧部最佳目标区域3906可以与铰接抵靠胫骨平台的相应关节表面的侧部髁关节表面3918大致共同延伸。在一个实施例中，侧部最佳目标区域3906可以：在侧部髁关节表面3918的前端3920和后端3921之间前-后延伸；以及在侧部髁关节表面3918的侧部侧3922和中间侧3923之间沿侧部-中间延伸。在一个实施例中，侧部最佳目标区域3906大致开始于侧部髁3912的前部-远端3920附近和膝盖骨表面的滑车状槽3916的外部，并终止于侧部髁3912的后部-远端3921附近。在一个实施例中，由图39A可知，侧部最佳目标区域3906可以是整个交叉阴影区域3906或者该交叉阴影区域3906的任意一个或多个部分。

在一个实施例中，如图39A中双交叉阴影所示，前部目标区域3906A和远侧目标区域3906D可以通过这里所述的过度估计处理而确定于侧部最佳目标区域3906中。因此，尽管侧部最佳目标区域3906可以与侧部髁关节表面3918大致共同延伸，但是在侧部最佳目标区域3906内的、确定为用于产生关节造形术夹具的匹配表面的可靠表面的实际区域可以限制为前部目标区域3906A和远侧目标区域3906D，侧部最佳目标区域3906的其余部分进行过度估计处理。前部目标区域3906A可以位于侧部最佳目标区域3906的前部三分之一处，远侧目标区域3906D可以位于侧部最佳目标区域3906的最远侧点附近。

如图39A中交叉阴影所示，在一个实施例中，中间最佳目标区域3908可以与铰接抵靠胫骨平台的相应关节表面的中间髁关节表面3919大致共同延伸。具体地说，在一个实施例中，中间最佳目标区域3908可以：在中间髁关节表面3919的前端3924和后端3925之间前-后延伸；以及在中间髁关节表面3919的侧部侧3926和中间侧3927之间沿侧部-中间方向延伸。在一个实施例中，中间最佳目标区域3908大致开始于中间髁3914的前部-远端3924附近和膝盖骨表面的滑车状槽3916的外部，并终止于中间髁3914的后部-远端3925附近。在一个实施例中，由图39A可知，中间最佳目标区域3908可以是整个交叉阴影区域3908或者该交叉阴影区域3908的任意一个或多个部分。

在一个实施例中，如图39A中双交叉阴影所示，前部目标区域3908A和远侧目标区域3908D可以通过这里所述的过度估计处理而确定于中间最佳目标区域3908中。因此，尽管中间最佳目标区域3908可以与中间髁关节表面3919大致共同延伸，但是在中间最佳目标区域3908内的、确定为用于产生关节造形术夹具的匹配表面的可靠表面的实际区域可以限制为前部目标区域3908A和远侧目标区域3908D，对中间最佳目标区域3908的其余部分进行过度估计处理。前部目标区域3908A可以位于中间最佳目标区域3908的前部三分之一处，远侧目标区域3908D可以位于中间最佳目标区域3908的最远侧点附近。

如图39A中交叉阴影所示，在一个实施例中，前部最佳目标区域3904可以是股骨轴3917的前侧的、在近侧邻近股骨远端3900的髁部分3910的大致平面形区域。换句话说，前部最佳目标区域3904可以是股骨轴3917的前侧的、在近侧邻近滑车状槽3916的前端3940的大致平面形区域。

如图39D中交叉阴影所示，在一个实施例中，前部最佳目标区域3904可以位于股骨轴3917的前侧的、在膝关节39D8的大致远侧和膝盖骨面边界39D2的大致近侧的大致平表面区域中。在一个实施例中，前部最佳目标区域3904可以位于股骨轴3917的前侧的、在膝关节39D8的大致远侧和被膜线39D3的大致近侧的大致平表面区域中。在任意情况下，前部最佳目标区域3904都可以在股骨轴3917前侧的中间-侧部大致定心。

由图39A可知，在一个实施例中，前部目标区域3904可以有大约1厘米至大约7厘米的侧部-中间尺寸。在一个实施例中，前部最佳目标区域3904可以近似定心在这样的线上，该线大致平行于股骨的解剖结构轴线，并从滑车状槽3916的中心伸出。在一个实施例中，前部最佳目标区域3904的中间-侧部宽度可以由从滑车状槽3916的最中间和最侧部的边界大致平行于股骨解剖结构轴线地延伸的线来沿中间-侧部界定。在一个实施例中，由图39A可知，前部目标区域3904可以是整个交叉阴影区域3904或者该交叉阴影区域3904的任意一个或多个部分。

在一个实施例中，如图39A和39D中双交叉阴影所示，前部目标区域3904A可以通过这里所述的过度估计处理而确定于前部最佳目标区域3904中。因此，尽管前部最佳目标区域3904可以与在膝关节39D8和被膜线39D3之间的大致平表面区域大致共同延伸，但是在前部最佳目标区域3904内的、确定为用于产生关节造形术夹具的匹配表面的可靠表面的实际区域可以限制为前部目标区域3904A，前部最佳目标区域3904的其余部分进行过度估计处理。前部目标区域3904A可以位于前部最佳目标区域3904内的任意位置。

图39B是通过这里所述的过度估计处理产生的示例定制关节造形术股骨夹具2A的仰视透视图。与图1G和1F中所示的股骨夹具2A类似，图39B的股骨夹具2A包括内部或朝向骨的一侧100以及外侧102。当夹具2A在外科手术处理过程中安装在关节造形术目标区域上时，朝向骨的一侧100朝着关节造形术目标区域的表面，而外侧102朝向相反方向。

股骨切割夹具2A的内部或朝向骨的一侧100包括骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908，它们根据满足图25的方框2508和2514的标准的轮廓线而机械加工至夹具内部或朝向骨的一侧100，并分别对应于图39A的最佳目标区域3904、3906和3908。内部或朝向骨的一侧100的其余部分100′(即内部或朝向骨的一侧100的、在骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908的边界外侧的区域100′)是过度估计处理的结果，其中，相应轮廓线不满足图25的方框2508和2514的一个或多个标准，因此远离骨表面。因此，内侧表面100′机械加工成远离关节造形术目标区域的骨表面，以便使它在骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908匹配地接收和接触关节造形术目标区域的、与区域3904、3906和3908相对应的骨表面时并不与骨表面接触。

由图39B可知，根据病人的骨外形，这里所述的过度估计处理可以形成骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908，该骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908为实际多个骨匹配表面和/或比图39B中所示基本更小。例如，侧部髁骨匹配表面40-3906可以实际是前部的侧部髁骨匹配表面40-3906A和远侧的侧部髁骨匹配表面40-3906D，且侧部髁骨匹配表面40-3906的、在前部和远侧的骨匹配表面40-3906A和40-3906D外侧的区域是过度估计处理的结果，以便在前部和远侧的匹配表面40-3906A和40-3906D 匹配地接收和接触各相应骨表面时不与相应骨表面接触。前部和远侧的骨匹配表面40-3906A和40-3906D可以设置和定位在夹具内表面100中，以便匹配地接收和接触上面对于图39A所述的前部和远侧最佳目标区域3906A和3906D。

由图39B可知，中间髁骨匹配表面40-3908可以实际是前部的中间髁骨匹配表面40-3908A和远侧的中间髁骨匹配表面40-3908D，且中间髁骨匹配表面40-3908的、在前部和远侧的匹配表面40-3908A和40-3908D外侧的区域是过度估计处理的结果，以便在前部和远侧的骨匹配表面40-3908A和40-3908D匹配地接收和接触各相应骨表面时不与相应骨表面接触。前部和远侧的骨匹配表面40-3908A和40-3908D可以设置和定位在夹具内表面100中，以便匹配地接收和接触上面对于图39A所述的前部和远侧最佳目标区域3908A和3908D。

由图39B可知，前部轴骨匹配表面40-3904可以实际是更小的前部轴骨匹配表面40-3904A，且前部轴骨匹配表面40-3904的、在该更小前部匹配表面40-3904A外侧的区域是过度估计处理的结果，以便在该更小前部匹配表面40-3904A匹配地接收和接触它的相应骨表面时不与相应骨表面接触。该更小前部骨匹配表面40-3904A可以设置和定位在夹具内表面100中，以便匹配地接收和接触上面对于图39A和39D所述的前部最佳目标区域3904A。

由图39C可知(该图39C是图39B的股骨夹具2A安装在图39A的股骨远端3900上的前-后剖视图)，内部或朝向骨的一侧100由骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908和间隔开表面100′(即朝向骨的表面100，它是过度估计处理的产品，并与关节造形术目标区域3902的相应骨表面间隔开)形成。如区域3984、3986和3988中的多个相对箭头所示，骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908匹配地接收和接触相应骨表面3904、3906和3908，以便形成匹配的表面接触区域3984、3986和3988。相反，间隔开表面100′与相应骨表面间隔开，以便形成间隔开的非接触区域3999，其中，间隔开的表面100′并不与它们的相应骨表面接触。除了有匹配表面40-3904、40-3906和40-3908和间隔开表面100′，股骨夹具2A还可以有锯切割引导狭槽30以及前部和后部钻孔32A和32P，如上所述。

图39C中的箭头表示病人的骨外形和形成的过度估计处理已经产生骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908时的情况，该骨匹配表面40-3904、40-3906和40-3908与目标区域3904、3906和3908匹配，该目标区域3904、3906和3908与它们的整个相应潜在区域大致共同延伸，如上所述。当然，当病人的骨外形和形成的过度估计处理产生骨匹配表面40-3904A、40-3906A、40-3906D、40-3908A和40-3908D时(该骨匹配表面40-3904A、40-3906A、40-3906D、40-3908A和40-3908D与目标区域3904A、3906A、3906D、3908A和3908D匹配，该目标区域3904A、3906A、3906D、3908A和3908D基本比它们各自的目标区域3904、3906和3908更小)，与图39C中所示相比，匹配表面接触区域3984、3986和3988可以更小和/或分段。

图40表示了作为由图像切片分段的图像的闭环轮廓线4002、4004和4006，其中，轮廓线描绘了股骨下端的皮层骨表面。这些轮廓线4002、4004和4006可以通过图像分段技术而由通过例如MRI或CT产生的医疗成像切片来确定。

如图40中所示，轮廓线有后部部分(表示为4007)，该后部部分在过度估计过程中并不重要，因为轮廓线区域4007对应于膝盖的、在外科手术过程中不能接近且并不与夹具表面相对应的区域(因为夹具部分不能在外科手术过程中接近区域4007)。在轮廓线区域4008中的骨赘可以根据算法2500来确定。区域4008中的轮廓线可以随后进行过度估计(基于算法2500)，这样，形成的夹具表面在夹具的骨匹配表面40匹配地接收和接触关节造形术目标区域的骨表面时并不与骨赘(即由轮廓线区域4008表示的骨赘骨表面)接触。另外，最佳轮廓线区域4010和4012可以在执行算法2500的过程中确定为病人的骨解剖结构的这些区域，该区域的表面变化在算法2500的角度标准内，因此用于产生夹具的骨匹配表面40，该骨匹配表面40匹配地接收和接触关节造形术目标区域的骨表面。

轮廓线区域4010可以属于图39A的区域3904和图39B的股骨夹具区域40-3904。轮廓线区域4012可以属于图39A的区域3906或3908和图39B的股骨夹具区域40-3906或40-3908。利用最佳区域4010和4012作为夹具的骨匹配表面40将能够适应病人的骨解剖结构的不规则区域，同时不影响夹具2与病人的骨解剖结构的配合。实际上，在夹具2和病人的骨解剖结构之间的精确和定制配合可以通过只使用几个这样的最佳区域而形成。这使得夹具表面能够基本在与不规则部分相对应的区域中进行过度估计，从而防止不规则部分影响在夹具的骨匹配表面和关节造形术目标区域的、与这些骨匹配表面相对应的骨表面之间的精确和可靠的配合。过度估计处理的结果是具有骨匹配表面的夹具，该骨匹配表面提供了与关节造形术目标区域的可靠和精确定制的配合。这可以增加TKR或局部膝盖替换外科手术的成功率，因为夹具可以与最可靠的骨表面进行定制配合，并特意与不可靠的骨表面(例如由于成像或工具机器限制)间隔开。

2.过度估计3D胫骨表面模型

如上面对于图1D的方框140所述，“夹具数据”46用于制造具有骨匹配表面的夹具，该骨匹配表面定制成匹配地接收病人关节的相应骨的目标区域42。用于目标区域42的数据可以至少局部基于病人的关节骨的3D计算机产生表面模型40。而且，如上面对于图1A和图1B的方框100-105所述，这些3D计算机产生表面模型40可以基于由成像机器8获取的多个2D扫描图像切片，(更准确地说)来自通过本领域已知的图像分割处理而由这些2D扫描图像切片产生的轮廓线，或者也可选择的，如美国临时专利申请61/126102中所述，该美国临时专利申请61/126102的申请日为2008年4月30日，该文献整个通过参考而加入本文。

各扫描图像切片16表示合适骨的薄切片。图41A表示了在图15中所示的病人胫骨的3D模型的近侧轴向图，其中，图像切片的轮廓线4101表示为由厚度D_T的切片间隔开。图41B表示了病人胫骨的3D模型的冠状图，其中，图像切片的轮廓线4101表示为由厚度D_T的切片间隔开。

图41A-B中所示的切片具有与图2B和2E中所示的开环和闭环轮廓线段210、210′类似的轮廓线4101。各图像切片16的轮廓线4101编辑在一起，以便形成病人胫骨的3D模型。通过将这些切片中的各切片的轮廓线编辑在一起(方框1010中所示)而形成的3D模型40(图12C中所示)的总体分辨率或精度可能受到图41A-B中所示的切片厚度D_T的影响。具体地说，切片厚度D_T越大，形成的3D模型的分辨率/精度越低，且切片厚度D_T越小，形成的3D模型的分辨率/精度越高。

当3D模型的分辨率/精度增加时，可以产生更精确的定制关节造形术夹具2。因此，通常促使有更薄的切片，而不是更厚的切片。不过，根据使用的成像技术，图像切片的可行厚度D_T可以变化，并可能由于各种原因而受到限制。例如，具有足够精度以便提供合适成像分辨率的成像厚度D_T也可能需要与成像持续时间进行平衡，该成像持续时间将足够短，以便使得病人能够在整个成像持续时间中保持静止。

在利用MRI技术的实施例中，切片厚度D_T的范围为从大约0.8mm至大约5mm。低于该范围的MRI切片厚度D_T可能不可行，因为它们的相关成像持续时间对于大部分病人太长，以至于不能保持静止。还有，低于该范围的MRI切片厚度D_T可能不可行，因为它们可能导致实际信号的较高噪音水平，留在切片之间的剩余部分以及MRI机器的容积均分限制。高于该范围的MRI切片厚度不能提供足够的图像分辨率/精度。在一个实施例中，MRI切片厚度D_T为大约2mm。

尽管利用CT技术的实施例可以有从大约0.3mm至大约5mm的切片厚度D_T范围，但是CT成像不能捕获存在于病人关节内的软骨以产生上述关节炎模型。

不管使用的成像技术和形成的3D模型的分辨率/精度如何，CNC机器10都可能由于机器限制而不能制造定制的关节造形术夹具2，特别是当骨表面存在不规则部分时。例如，这可能导致铣削工具的刀头尺寸超过要铣削的特征的尺寸。

图42表示了编辑连续矢状2D MRI图像的轮廓线的示例矢状图，该2D MRI图像基于图41A-B中所示的切片，该切片的厚度D_T为2mm。由图41A-42可知，所示轮廓线在膝盖的中间侧开始于与轮廓线4110相对应的图像切片，并在膝盖的侧部侧终止于与轮廓线4130相对应的图像切片。因此，在一个实施例中，轮廓线4110和4130表示最先和最后获取的胫骨图像切片的轮廓线，且在轮廓线4110和4130之间的其它轮廓线表示中间获取的胫骨图像切片的轮廓线。各轮廓线有独特的尺寸和形状，可以为开环或闭环，且对应于独特的图像切片16。

图43表示了图41A-42中所示的轮廓线中的一个的示例轮廓线4300，其中，轮廓线4300表示于矢状图中，并与胫骨平台的图像切片16相关联。如图所示，轮廓线2400包括多个表面坐标点(例如，i-n～、i-3、i-2、i-1、i、i+1、i+2、i+3～、i+n；j-n～、j-3、j-2、j-1、j、j+1、j+2、j+3～、j+n；和k-n～、k-3、k-2、k-1、k、k+1、k+2、k+3～、k+n)。轮廓线和相关联的点可以通过成像技术产生，例如通过图像分割处理，该图像分割处理例如可以采用形状识别处理和/或像素亮度识别处理。在一个实施例中，轮廓线4300可以表示沿皮层-网状骨边缘的边界线。在一个实施例中，边界线可以表示软骨表面的外边界线。

在多个表面轮廓点中的各表面轮廓点可以分开距离“d”。在一个实施例中，距离“d”可以是最小成像分辨率的函数。在一些实施例中，距离“d”可以是用于制造夹具的铣削工具的尺寸的函数或与该尺寸相关联。例如，距离“d”可以设置成比铣削工具的直径小大约10倍。换句话说，距离“d”可以设置为铣削工具的直径的大约1/10或更小。在其它实施例中，距离“d”可以在与铣削工具的直径大致相等至铣削工具的直径的大约1/100或更小之间的范围内。

根据实施例，分开距离d可以沿轮廓线4300均匀，或者可以不均匀。例如，在一些实施例中，骨的不规则部分的区域可以有比没有不规则部分的区域更靠近的点。在一个实施例中，沿示例轮廓线4300表示的点可以有大约2mm的分开距离d。在其它实施例中，距离d可以在大约0.8mm至大约5mm的范围内。

示例轮廓线4300的骨表面包括在胫骨平台的前部部分上的区域4302A、在胫骨平台上表示不规则部分的区域4302B以及在胫骨平台的关节表面上的区域4302C。不规则区域4302B可以是由于病人的各种特殊因素形成的。例如，不规则区域4302B表示了称为“骨赘”的一种骨不规则部分，其中，在胫骨平台中产生骨的向外生长。骨赘可以存在于受到骨创伤或患有退化关节病的病人中。

不规则区域可以由于其它原因，例如软骨损伤，该软骨损伤可能看起来象轮廓线4300中的凹槽。不管不规则部分的原因如何，在轮廓线4300中存在不规则部分可能对于在实际关节造形术夹具中产生匹配表面(该匹配表面在关节造形术处理过程中准确和可靠地与病人的相应骨表面匹配)的能力有不利影响。这可能是在轮廓的不规则区域4302B附近成像不精确的结果，或者是因为轮廓不规则区域4302B的表面轮廓对于CNC机器10的工具来说太小以至于不能产生。为了考虑与成像不精确和/或特征太小以至于不能通过CNC机器的工具来铣削的轮廓线区域，在一些实施例中，这样的轮廓线区域可以进行识别，并通过在编辑以便形成3D模型40之前通过过度估计处理来校正或调节。

图25表示了示例的过度估计算法2500，它可以用于在形成3D模型40时识别和调节不规则区域4302B。在方框2502中，医疗成像可以在受损的骨上以合适的切片厚度D_T来进行，在一些实施例中，该切片厚度D_T可以等于上面对于图41A-B所述的这些切片厚度D_T。例如，MRI和/或CT扫描可以在如图41A-B中所示的预定厚度D_T下进行。在一些实施例中，在方框2502中使用的合适厚度D_T设置为2mm，或者是在上述厚度D_T范围内的任意其它厚度D_T。

由于该医疗成像，可以产生一系列切片16，且图像分割处理可以用于产生对于图2、41A-B和43所述的轮廓线210、210′、4101、4110、4130、4300(见方框2504)。还在方框2504中，沿各轮廓线段4302A-C的多个表面坐标点可以确定，如图43中对于轮廓线4300所示。例如，在与轮廓线段4302B相对应的不规则区域中的点可以确定和标引为k-n～、k-3、k-2、k-1、k、k+1、k+2、k+3～k+n。

对于沿轮廓线4300确定的表面坐标点，可以在两个或更多点(例如k和k+1)上进行分析，以便确定在各方框2506的轮廓线段中是否存在不规则部分。

图44表示了在图43的不规则轮廓线区域4302B上执行示例分析方案(根据方框2506)。如图所示，分析可以包括构成一个或多个切线(标记为t_k-1、t_k、t_k+1、t_k+2、t_k+3、t_k+4等)，对应于在不规则区域4302B中的点。方框2506的分析还可以包括计算在由一个或多个切线形成的角度之间的差异。例如，在由切线t_k和t_k+1形成的角度之间的差异可以定义为w_k，其中：

$w_k={\cos }^{-1}\left[\frac{t_{k+1}\·t_k}{\left|t_{k+t}\right|\left|t_k\right|}\right].$

在一些实施例中，方框2506的操作可以在轮廓线段中的各点上重复进行。

在一些实施例中，方框2506的操作可以在连续的点(例如在t_k和t_k+1之间)上计算，在其它实施例中可以在不连续的点(例如在t_{k +2}和t_k+4之间)上计算。

角度差w可以表示轮廓线段的部分是否在用于构成3D模型40时太偏心。在方框2508中，角度差w可以与预定角度标准w_c来比较。角度标准w_c可以根据多个因素来确定，包括CNC机器10的物理尺寸和特征。在一些实施例中，预定角度标准w_c设置为大约5度。在其它实施例中，预定角度标准w_c设置为在大约5度和大约20度之间。

为了介绍图44中所示的示例不规则区域4302B，在一个实施例中，角度标准w_c设置为5度。在与相邻点k-4、k-3、k-2以及k+12、k+13和k+14相关联的切线之间的角度差在5度的预定角度标准w_c内，但是在与相邻点k-3、k-2、k-1、k_i、k+1、k+2～、k+10相关联的切线之间的角度差超过5度的预定角度标准w_c，因此表示轮廓线的不规则区域。如上所述，这些不规则区域可以由于病人的骨的情况(例如关节炎或骨关节炎)引起，并大致导致轮廓线段在形成3D模型40时不适合使用。因此，当方框2508的比较表明角度差w大于预定标准w_c时，与不规则轮廓线段相关联的数据可以通过过度估计来变化(例如将不规则轮廓线段向外调节或远离图像切片16的骨部分)，如后面对于图45更详细所述(见方框2510)。

图45表示了图44的不规则区域4302B，包括过度估计4501的建议区域，其中，过度估计处理过程创造了调节的轮廓线4502，并使得调节的轮廓线4502位置上偏离初始表面轮廓线4302B。当在方框2508中进行的比较表示在任意点k-3至k+10之间的角度差超过预定角度标准w_c时，轮廓线段可以在这些点之间进行过度估计，如虚线4502所示。由轮廓线4302B与过度估计或调节的线4502的比较可知，调节线4502从轮廓线4502B的位置向外或远离地调节或运动一偏移距离。根据实施例，在轮廓线4302B和调节线4502之间的偏移距离的范围可以在几毫米至几厘米之间。过度估计可以形成用于构造3D表面模型40的数据，并产生在夹具2的骨匹配表面的各区域和病人的骨表面的相应部分之间的间隙，从而避免在夹具的这些区域和骨表面之间的接触。其它区域(例如k-6、k-7、k-8、k-9以及k+15、k+16、k+17和k+18)不需要过度估计(各方框2510)，因为在它们的切线之间的差值落在角度差标准w_c内。这些区域可以指定为潜在的目标区域，它们可以在以后用作3D表面模型40(当满足其它角度标准(后面将介绍)时)。

通过将过度估计数据形成于3D表面模型40中，可以在定制关节造形术夹具2的、与病人骨的不规则部分相对应的区域中故意产生空间，在该区域中通常很难从2D MRI中预测这些不规则部分的尺寸和形状，或者很难精确机械加工轮廓线成夹具的骨匹配表面(因为相对于轮廓变化，铣削工具较大)。因此，夹具2可以包括一个或多个故意形成的空间，以便适应这些不规则部分或不能机械加工。没有这些故意形成的空间时，夹具2可能在TKR外科手术过程中未对齐，并可能降低外科手术成功的机率。

如上面对于图28和30所述，方框2506、2508和2510的图像产生、分析和过度估计可以在轮廓线4300的其它不规则部分上进行(当这些附加不规则部分存在于图43中时)。

如图45中所示，具有直径D2的工具4504可以用于将轮廓线4302机械加工至夹具坯料中。如上面对于图29A所述，在一些实施例中，考虑到要使用的工具4504的直径D2，为了能够从非过度估计区域向过度估计区域4501充分过渡，过度估计可以包括在落在预定标准w_c之外的点(即点k-3、k-4和k-5以及点k+12、k+13和k+14)的任一侧的附加点。因此，在区域4302B中的过度估计可以从k-5延伸至k+14。而且，因为在方框2508中进行的比较表示角度差w_k在点k-3、k-4、k-5、k-6、k-7、k-8、k-9和k+12、k+13、k+14、k+15、k+16、k+17和k+18处小于预定角度标准w_c，因此点k-6、k-7、k-8、k-9以及k+15、k+16、k+17和k+18(将附加点k-3、k-4、k-5和点k+12、k+13调节至过度估计过渡区域4501)可以用于构成3D模型40，只要满足其它标准(后面在方框2514-2520中介绍)

工具4504可以用于由3D模型40形成夹具的骨匹配表面的表面，该3D模型40由编辑的轮廓线形成，该轮廓线中的一些可以通过过度估计处理来变化。工具4504可以是CNC机器10或者任意其它类型机械加工或制造装置(该装置有用于在夹具坯料中形成表面的任意类型工具或装置)的一部分。不管用于铣削或形成夹具2的装置的类型如何，工具4504都可以有与夹具机械加工工艺相关联的某些属性，当各方框2510进行过度估计时考虑这些属性。相关属性可以包括机械加工工具可进入的空间，以便到达和机械加工夹具的骨匹配表面。这些属性的实例可以包括钻孔切刀装置的轴环直径、钻孔装置可以与要钻孔的表面形成的允许角度(例如45度±10％)和/或钻孔刀头的总长度。

例如，如图45中所示，当过度估计区域4501的最小直径大于工具4504的直径D2时，方框2510的过度估计可以不需要考虑工具4504的尺寸，除了通过在预定标准w_c之外的点的各侧附加单个或几个点(例如点k-3、k-4和k-5以及点k+12、k+13)而提供通向过度估计区域4501的充分过渡。

另一方面，当工具4504具有比过度估计区域的直径更大的直径D2时，过度估计区域可以考虑到该较大工具直径而增大直径，如上面对于图29B-29C所述。通过使得过度估计的曲线考虑与工具4504相关的因素，形成的过度估计表面型面或轮廓可以储存为用于产生3D模型40，只要满足其它标准(后面在方框2514-2520中介绍)。

图46A-B表示了规则区域4302A和4302C的类似分析(由图43)。与不规则区域4302B的情况相同，对于区域4302A和4302C，沿轮廓线4300的点i+1、i+2、i+3～、i+n和j+1、j+2、j+3～、j+n可以进行确定，然后可以在各方框2506构成切线(标记为t_j+1、t_j+2、t_j+3等和t_i+1、t_i+2、t_i+3等)。在各方框2508中，利用公式：

$w_j={\cos }^{-1}\left[\frac{t_{j+1}\·t_j}{\left|t_{j+1}\right|\left|t_j\right|}\right]$

和

$w_i={\cos }^{-1}\left[\frac{t_{i+1}\·t_i}{\left|t_{i+1}\right|\left|t_i\right|}\right]$

比较在这些切线之间的角度差w表示了它们w_j、w_i在角度标准w_c内，在本例中该角度标准w_c为5度。因此，在图46A-B中所示的区域4302A和4302C的点可以储存，并用作用于胫骨夹具匹配表面的潜在表面型面(当在这些点和在相邻切片的轮廓线上的点之间的表面变化不太大时)。也就是，当与特殊切片的轮廓线相关联的角度差落在角度标准w_c内，且点用作潜在的夹具表面时，在相邻切片的轮廓线之间的表面变化可以在方框2514中进行检查。该方法可以帮助识别某些区域，在这些区域中，在成像中没有观察到软骨损伤或骨赘，但是还需要过度估计，因为在图41A-B中所示的相邻切片之间的表面变化可能太大，以至于不能用作实际骨表面的精确表示(作为潜在的胫骨夹具表面)。对于近侧胫骨平台，这一种的示例区域包括中间和侧部胫骨平台附近的区域，邻近和包括几个实例的脊部分。

一旦确定轮廓线的特定部分满足图25的方框2508的标准w_c，该轮廓线部分可以进一步分析，以便确定轮廓线部分是否还满足方框2514的标准θ_c和Φ_c，如上面对于图25和32A-33B所述。更具体地说，相应坐标点通过上面对于图33A-33F所述的三个方法中的任意一个来确定。如上面对于图33A-33F所述，在相应坐标点之间的表面变化对于以下进行分析：(1)在相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点之间的角度偏差θ；以及(2)与相邻图像切片的轮廓线的相应坐标点相关联的垂直矢量的角度差Φ。当轮廓线部分满足图25的方框2508和2514的所有标准w_i、θ_c和Φ_c时，如上面在图25的方框2520中所示，该轮廓线部分可以进行记录，用于产生夹具的骨匹配表面。也可选择，当轮廓线部分并不满足方框2508和2514的任意一个或多个标准w_i、θ_c和Φ_c时，如图25中所示和上面所述，轮廓线部分可以进行各过度估计处理改变(方框2510)，或者在一些情况下，图像切片厚度D_T可以重新设置成更窄的厚度D_T，且在图25的方框2502处开始重复整个处理。

图47是与图15类似的胫骨平台近侧图，表示了通过以例如2mm的图像间距D_T对左胫骨进行成像而产生的轮廓线4700。如图所示，为了进行介绍，轮廓线4700可以沿侧部-中间方向分组成多个区域4702-4708。区域4702包括中间胫骨平台的最靠中间一半的轮廓线4700，并从中间胫骨平台的最中间侧向侧部延伸至中间胫骨平台的中间-侧部方向中部。区域4704包括中间胫骨平台的最靠侧部一半的轮廓线4700，并从中间胫骨平台的中部向侧部延伸至胫骨脊附近的中间-侧部点。区域4706包括侧部胫骨平台的最靠中间一半的轮廓线4700，并从胫骨脊附近的中间-侧部点向侧部延伸至侧部胫骨平台的中间-侧部方向中部。区域4708包括侧部胫骨平台的最靠侧部一半的轮廓线4700，并从侧部胫骨平台的中间-侧部方向中部向侧部延伸至侧部胫骨平台的最侧部侧。

图48是图47的区域4702的轮廓线4700的矢状图。区域4702的轮廓线4700包括轮廓线4802-4812，其中，中间胫骨平台的最中间部分由轮廓线4802表示。从区域4702的最中间轮廓线4802向区域4702的最侧部轮廓线4812(该最侧部轮廓线4812靠近中间胫骨平台的中间-侧部方向的中间)而向侧部移动时，区域4702的各连续轮廓线4700的尺寸增加。

由图48可知，轮廓线4802-4803环绕它们的整个边界与各相邻轮廓线间隔开较大量。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大量的升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线4802-4803相对应的夹具表面将并不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图48可知，在中间胫骨平台的近侧部分中，在区域4814中的轮廓线4804-4812聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小量(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域4814中的这些轮廓线4804-4812很可能满足第一角度标准θ_c。类似的，在近侧胫骨的前部胫骨平台部分中，在区域4816中的轮廓线4811-4812聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小量(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域4814中的这些轮廓线4804-4812和区域4816中的轮廓线4811-4812很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域4814和4816中的箭头可知，在区域4814和4816内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线4804-4812的、在区域4814内的部分和轮廓线4811-4812的、在区域4816内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线4804-4812的、在区域4814内的部分和轮廓线4811-4812的、在区域4816内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域4814和4816。

在一个实施例中，由下面所述的图52A可知，最佳接触区域4814可以是中间胫骨平台的、移动抵靠中间股骨髁的相应关节表面的表面，最佳接触区域4816可以是近侧胫骨的、恰好在胫骨平台边缘远侧和胫骨结节中间的中间前部区域。

在一个实施例中，最佳接触区域4814和4816与夹具的骨匹配表面40匹配地相对应，这样，由区域4814和4816表示的轮廓线4702部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500中，在区域4814和4816之外的轮廓线4702部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成并不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

图49是图47的区域4704的轮廓线4700的矢状图。区域4704的轮廓线4700包括轮廓线4902、4903、4904、4905、4906、4907、4908、4909和4910，其中，区域4704的最中间部分由靠近中间胫骨平台的中间-侧部方向中间的轮廓线4802来表示，且区域4704的最侧部部分由作为胫骨脊附近的中间-侧部点的轮廓线4810来表示。从最中间轮廓线4902向最侧部轮廓线4910而向侧部移动时，区域4704的各连续轮廓线4700的尺寸增加。

由图49可知，轮廓线4902-4910在它们沿胫骨轴的后部和前部部分与各相邻轮廓线间隔开较大量，并在它们的胫骨脊部分中间隔开较小量。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大量升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线4902-4910相对应的夹具表面将并不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图49可知，在近侧胫骨的前部胫骨平台部分中，在区域4912中的轮廓线4902-4910聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小量(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域4912中的这些轮廓线4902-4910很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域4912中的箭头可知，在区域4912内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线4902-4910的、在区域4912内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线4902-4910的、在区域4912内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域4912。

在一个实施例中，最佳接触区域4912与夹具的骨匹配表面40匹配地对应，这样，由区域4912表示的轮廓线4902-4910部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500中，在区域4912之外的轮廓线4902-4910部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成并不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

在一个实施例中，由图52A可知和如后面所述，最佳接触区域4912可以是近侧胫骨的、恰好在胫骨平台边缘远侧和恰好在胫骨的结节的远侧的前部区域，它从胫骨的结节的恰好中间沿中间-侧部方向延伸，以便相对于胫骨的结节大致沿中间-侧部方向定心。

图50是图47的区域4706的轮廓线4700的矢状图。区域4706的轮廓线4700包括轮廓线5002、5003、5004、5005、5006、5007、5008、5009和5010，其中，区域4706的最中间部分由作为胫骨脊附近的中间-侧部点的轮廓线5002来表示，且区域4704的最侧部部分由靠近侧部胫骨平台的中间-侧部方向中间的轮廓线5010来表示。从最中间轮廓线5002向最侧部轮廓线5010而横向移动时，区域4704的各连续轮廓线4700的尺寸减小。

由图50可知，轮廓线5002-5010在它们沿胫骨轴的后部和前部部分中与各相邻轮廓线间隔开较大量，并在它们的胫骨脊和胫骨结节部分间隔开更小量。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线5002-5010相对应的夹具表面将并不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图50可知，在近侧胫骨的前部胫骨平台部分中，在区域5012中的轮廓线5002-5010聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域5012中的这些轮廓线5002-5010很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域5012中的箭头可知，在区域5012内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线5002-5010的、在区域5012内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线5002-5010的、在区域5012内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域5012。

在一个实施例中，最佳接触区域5012与夹具的骨匹配表面40匹配地对应，这样，由区域5012表示的轮廓线5002-5010部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500中，在区域5012之外的轮廓线5002-5010部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成并不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

在一个实施例中，由图52A可知和如后面所述，最佳接触区域5012可以是近侧胫骨的、恰好在胫骨平台边缘的远侧和胫骨结节的远侧的前部区域，它从胫骨的结节的恰好侧部沿中间-侧部方向延伸，以便相对于胫骨的结节大致沿中间-侧部方向定心。

图51是图47的区域4708的轮廓线4700的矢状图。区域4708的轮廓线4700包括轮廓线5102-5112，其中，侧部胫骨平台的最侧部部分由轮廓线5102表示。从区域4708的最中间轮廓线5102(靠近中间胫骨平台的中间-侧部方向中间)向区域4708的最侧部轮廓线5110而向侧部移动时，区域4708的各连续轮廓线4700的尺寸增加。

由图51可知，轮廓线5110-5112环绕它们的整个边界与各相邻轮廓线间隔开较大量。这样宽的间距对应于在相邻轮廓线之间的较大升高或降低距离，如上面对于图33B所述。因此，这些轮廓线很可能不满足角度标准θ_c，并进行过度估计处理，这样，与轮廓线5110-5112相对应的夹具表面将并不与关节造形术目标区域的相应表面接触。

由图51可知，在侧部胫骨平台的近侧部分中，在区域5114中的轮廓线5102-5109聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域5114中的这些轮廓线5102-5109很可能满足第一角度标准θ_c。类似的，在近侧胫骨的前部胫骨平台部分中，在区域5116中的轮廓线5102-5105聚拢，这样，在相邻轮廓线之间有很小(当有时)的升高或降低距离。因此，在区域5114中的这些轮廓线5102-5109和在区域5116中的这些轮廓线5102-5105很可能满足第一角度标准θ_c。

由区域5114和5116中的箭头可知，在区域5114和5116内的轮廓线部分的垂直矢量之间的角度差将很小，很可能满足第二角度标准Φ_c。因此，当轮廓线5102-5109的、在区域5114内的部分和轮廓线5102-5105的、在区域5116内的部分很可能满足两个角度标准θ_c和Φ_c时，轮廓线5102-5109的、在区域5114内的部分和轮廓线5102-5105的、在区域5116内的部分表示用于与夹具的骨匹配表面40匹配地接触的最佳接触区域5114和5116。

在一个实施例中，由下面所述的图52A可知，最佳接触区域5114可以是侧部胫骨平台的、移动抵靠侧部股骨髁的相应关节表面的表面，最佳接触区域5116可以是近侧胫骨的、恰好在胫骨平台边缘远侧和胫骨结节侧部的侧部前部区域。

在一个实施例中，最佳接触区域5114和5116与夹具的骨匹配表面40匹配地对应，这样，由区域5114和5116表示的轮廓线4708的部分可以用于产生夹具的骨匹配表面40(图25的各算法2500)。相反，各算法2500中，在区域5114和5116之外的轮廓线4708的部分可以进行上述过度估计处理，这样，由过度估计的轮廓线部分产生的夹具表面形成并不与病人的关节造形术目标区域的相应部分接触的夹具表面。

由前述说明可知，这里介绍的过度估计处理可以用于确定最佳目标区域(例如最佳目标区域4814、4816、4912、5012、5114、5116，如对于图47-51所述)。更具体地说，这里介绍的过度估计处理可以利用这些最佳目标区域来产生夹具2的骨匹配表面40，同时夹具的其它表面区域设置成使得这些其它夹具表面区域在夹具的骨匹配表面40匹配地接收和接触关节造形术目标区域时并不与关节造形术目标区域的表面接触。结果是夹具有骨匹配表面40，该骨匹配表面40基于关节造形术目标区域的、通过3D计算机建模最精确表示和最可能机械加工成夹具的区域。这样的夹具增加了在夹具的匹配表面40和病人的骨的关节造形术目标区域之间的配合的精度。

对于大部分病人，通常图25中概括的过度估计处理将导致胫骨的关节造形术目标区域的某些区域确定为上面对于图47-51所述的最佳目标区域。例如，如图52A中所述(该图52A是胫骨近端5200的近侧-矢状等距视图)，通常遇到的、健康的、未变形的胫骨近端5200可以有关节造形术目标区域5202，该关节造形术目标区域5202有某些最佳目标区域5204、5206和5208。通常在大部分病人上通过图25的过度估计处理来确定的这些最佳目标区域5204、5206和5208在图52A中通过交叉阴影区域来确定。已经发现，这些最佳目标区域5204、5206和5208是关节造形术目标区域5202的、最可能满足图25的方框2508和2514的标准w_i、θ_c和Φ_c的区域。因此，目标区域5204、5206和5208可以用于产生夹具的骨匹配表面40。

尽管在一个实施例中图25的过度估计处理很可能形成最佳目标区域，例如通过交叉阴影5204、5206和5208表示的区域，但是在其它实施例中，最佳目标区域可以形成在胫骨近端5200上的其它位置处的目标区域，该目标区域附加或代替在图52A中所示的这些区域5204、5206和5208。

图25的过度估计处理的一个优点是它确定两种轮廓线210，第一种是最可能不接受用于产生夹具的骨匹配表面40的轮廓线，第二种是最可能接受用于产生夹具的骨匹配表面40的那些轮廓线。第一种轮廓线不能够接受用于产生夹具的骨匹配表面40，因为它们属于变化太大以至于不能精确3D计算机建模的骨表面和/或不容易机械加工至夹具坯料中的骨表面。相反，第二种轮廓线很可能接受用于产生夹具的骨匹配表面40，因为它们属于变化不大以至于能够精确3D计算机建模的骨表面和/或容易机械加工成夹具坯料的骨表面。尽管最佳目标区域5204、5206和5208表示了很可能与用于大部分普通病人的第二种轮廓线相对应的区域，但是也可以采用这里所述的过度估计处理，以便形成其它或附加的最佳目标区域。

在一些情况下，整个目标区域5204、5206和5208可以对应于第二种轮廓线，即满足图25的方框2508和2514的标准w_i、θ_c和Φ_c的这种轮廓线。在这种情况下，整个目标区域5204、5206和5208由夹具的骨匹配表面40匹配地接触。

不过，在一些情况下，一个或多个目标区域5204、5206和5208的一个或多个部分可能进行过度估计，这样，夹具的骨匹配表面40不会接触目标区域5204、5206和5208的该部分，尽管夹具的骨匹配表面40仍然匹配地接触目标区域5204、5206和5208的、与第二种轮廓线相对应的其它部分。例如当在胫骨平台关节表面5218、5219上存在较大表面变化(例如孔、变形或骨赘)，而它的表面的其余部分满足方框2508和2514的标准w_i、θ_c和Φ_c时可能出现这样的情况。

这里所述的过度估计处理可以导致确定目标区域5204、5206和5208，该目标区域5204、5206和5208最可能形成夹具2的骨匹配表面40(该骨匹配表面40很容易机械加工成夹具2)，并最可能有利于使得夹具与关节造形术目标区域可靠和精确地匹配。过度估计处理形成这种精确和可靠的骨匹配表面40，同时当骨匹配表面40匹配地接收实际关节造形术目标区域的目标区域5204、5206和5208时使得夹具2的、与不可预测的骨表面相对应的其它表面并不与骨表面接触。

如图52A中交叉阴影区域所示，最佳目标区域5204、5206和5208可以包括胫骨髁5210的三个总体区域。例如，前部最佳目标区域5204可以包括胫骨近端5200的、恰好在胫骨平台5210的前边缘5212远侧和恰好在胫骨结节5214近侧的前部部分，该前部最佳目标区域5204沿髁的中间和侧部方向延伸。还有，例如中间最佳目标区域5206可以包括中间胫骨平台5220的关节部分(即中间胫骨平台5224的、铰接抵靠中间股骨髁的关节表面的部分)，而侧部最佳目标区域5208可以包括侧部胫骨平台5222的关节部分(即侧部胫骨平台5226的、铰接抵靠中间股骨髁的关节表面的部分)。

如图52A中所示，胫骨近端5200可以包括中间胫骨平台5224、侧部胫骨平台5226、分离两个平台5224、5226的胫骨脊5228、胫骨结节5214以及从胫骨平台区域5210向远侧延伸的胫骨轴5230。各平台5224和5226包括关节表面5220和5222，该关节表面5220和5222铰接抵靠股骨髁的相应关节表面。

如图52E中所示(该图52E表示了胫骨近端5200的前侧的冠状图)，中间胫骨平台5524和侧部胫骨平台5226聚拢，以便形成胫骨脊5228，该胫骨脊5228分开两个平台5224和5226，并形成髁间凸起52E1。胫骨轴5230从胫骨平台区域5210向远侧延伸，且胫骨结节5214位于轴5230的近侧区域。侧部半月板表示为52E2，囊膜以虚线表示为52E3，侧部髁位于52E4处，二头肌和前部胫骨-股骨韧带表示为52E5，股骨侧部韧带表示为52E6，侧部趾长肌表示为52E7，胫骨轴的侧表面或胫骨前部表示为52E17，半腱肌表示为52E8，裁匠肌表示为52E9，股薄肌表示为52E10，膝盖骨韧带的远侧部分表示为52E11，胫骨侧部韧带表示为52E12，中间髁表示为52E13，前部十字韧带表示为52E14，冠状韧带表示为52E15，且中间半月板表示为52E16。

如图52A中交叉阴影所示，在一个实施例中，中间最佳目标区域5206可以与铰接抵靠中间股骨髁的相应关节表面的中间关节表面5220大致共同延伸。在一个实施例中，中间最佳目标区域5220可以：在中间胫骨平台5224的前边缘5240和后边缘5242之间前-后延伸；以及在中间胫骨平台5224的中间侧5446和中间胫骨脊的中间基部5248之间沿侧部-中间方向延伸。在一个实施例中，由图52A可知，中间最佳目标区域5206可以是整个交叉阴影区域5206或者该交叉阴影区域5206的任意一个或多个部分。

在一个实施例中，如图52A中双交叉阴影所示，中间目标区域5206A可以通过这里所述的过度估计处理而确定于中间最佳目标区域5206中。因此，尽管中间最佳目标区域5206可以与中间关节表面5220大致共同延伸，但是在中间最佳目标区域5206内的、确定为用于产生关节造形术夹具的匹配表面的可靠表面的实际区域可以限制为中间目标区域5206A，中间最佳目标区域5206的其余部分进行过度估计处理。中间目标区域5206A可以位于最佳目标区域5206的中心部分附近。

如图52A中交叉阴影所示，在一个实施例中，侧部最佳目标区域5208可以与铰接抵靠侧部股骨髁的相应关节表面的侧部关节表面5222大致共同延伸。在一个实施例中，侧部最佳目标区域5222可以：在侧部胫骨平台5226的前边缘5250和后边缘5252之间前-后延伸；以及在侧部胫骨平台5226的侧部侧5256和侧部胫骨脊的侧部基部5258之间沿侧部-中间方向延伸。在一个实施例中，由图52A可知，侧部最佳目标区域5208可以是整个交叉阴影区域5208或者该交叉阴影区域5208的任意一个或多个部分。

在一个实施例中，如图52A中双交叉阴影所示，侧部目标区域5208A可以通过这里所述的过度估计处理而确定于侧部最佳目标区域5208中。因此，尽管侧部最佳目标区域5208可以与侧部关节表面5222大致共同延伸，但是在侧部最佳目标区域5208内的、确定为用于产生关节造形术夹具的匹配表面的可靠表面的实际区域可以限制为侧部目标区域5208A，侧部最佳目标区域5208的其余部分进行过度估计处理。侧部目标区域5208A可以位于最佳目标区域5208的中心部分附近。

如图52A中交叉阴影所示，在一个实施例中，前部最佳目标区域5204可以是胫骨平台区域5202的、在关节线远侧或者(更具体地说)在前部胫骨平台边缘5212远侧的前部表面。前部最佳目标区域5204可以是胫骨近端的、在平台边缘5212和胫骨结节5214的近侧边缘5255之间延伸的前部区域。前部目标区域5204可以在胫骨结节5214的中间和侧部边缘5256、5257附近沿胫骨向远侧延伸。前部目标区域5204可以向中间延伸至胫骨的前部中间边缘5260和向侧部延伸至胫骨的前部侧边缘5261。

如图52E中交叉阴影所示，前部最佳目标区域5204可以分成三个子区域5204-1、5204-2和5204-3。第一或中间子区域5204-1可以为大致平表面区域，大致从平台边缘5212或被膜线52E3向远侧延伸至大致与胫骨结节5214的远侧一半至远侧三分之一的开始处大致平齐的点。中间子区域5204-1可以从中间胫骨髁的中间边缘沿中间-侧部方向延伸至与胫骨结节5214的中间边缘大致平齐的点。中间子区域5204-1可以为大致锥形，且远侧方向为大致三角形。

第二或中部子区域5204-2可以为从平台边缘5212或被膜线52E3向远侧延伸至胫骨结节5214的近侧边缘附近的点的大致平表面区域。中部子区域5204-2可以从中间子区域5204-1的侧边缘沿中间-侧部方向延伸至与胫骨结节5214的侧边缘大致平齐的点。第一子区域5204-1可以为大致矩形，具有沿中间-侧部方向延伸的较长长度。

第三或侧部子区域5204-3可以为大致平表面区域，大致从平台边缘5212或被膜线52E3向远侧延伸至大致与胫骨结节5214的远侧三分之二至远侧四分之三的开始处大致平齐的点。侧部子区域5204-3可以从中部子区域5204-2的侧边缘沿中间-侧部方向延伸至侧部胫骨结节的侧边缘。侧部子区域5204-3可以为大致锥形，且远侧方向为大致三角形。

在一个实施例中，由图52A和52E可知，前部目标区域5204可以是整个交叉阴影区域5204，或者是交叉阴影区域5204的任意一个或多个子区域5204-1、5204-2、5204-3，或者是子区域5204-1、5204-2、5204-3的任意一个或多个部分。例如，如双交叉阴影所示，各子区域5204-1、5204-2、5204-3可以有其中的各目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A，该目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A可以通过这里所述的过度估计处理来确定。因此，尽管前部最佳目标区域5204或者(更具体地说)它的子区域5204-1、5204-2、5204-3可以与上面参考图52E确定的三个大致平表面区域大致共同延伸，但是在前部最佳目标区域5204内确定为用于产生关节造形术夹具的匹配表面的实际区域可以限制为目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A，子区域5204-1、5204-2、5204-3的其余部分进行过度估计处理。前部目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A可以位于各子区域5204-1、5204-2、5204-3内的任意位置。

图52B-C分别是通过这里所述的过度估计处理产生的示例定制关节造形术胫骨夹具2B的俯视透视图和仰视透视图。与图1H和1I所示的股骨夹具2A类似，图52B-C的胫骨夹具2B包括内部或朝向骨的一侧104以及外侧106。当夹具2B在外科手术处理过程中安装在关节造形术目标区域上时，朝向骨的一侧104朝着关节造形术目标区域的表面，而外侧106朝向相反方向。

胫骨切割夹具2B的内部或朝向骨的一侧104包括骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208，它们根据满足图25的方框2508和2514的标准的轮廓线而机械加工至夹具内部或朝向骨的一侧104，并分别对应于图52A的最佳目标区域5204、5206和5208。内部或朝向骨的一侧104的其余部分104′(即内部或朝向骨的一侧104的、在骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208的边界外侧的区域104′)是过度估计处理的结果，其中，相应轮廓线不满足图25的方框2508和2514的一个或多个标准，因此远离骨表面。因此，内侧表面104′机械加工成远离关节造形术目标区域的骨表面，以便使它在骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208匹配地接收和接触关节造形术目标区域的、与区域5204、5206和5208相对应的骨表面时并不与骨表面接触。

由图52C可知，中间骨匹配表面40-5206可以包括更小的子区域骨匹配表面40-5206A，其中，中间骨匹配表面40-5206的、在该更小子区域匹配表面40-5206A外部的区域是过度估计处理的结果，以便当该更小子区域匹配表面40-5206A匹配地接收和接触相应骨表面时并不接触相应骨表面。该更小子区域骨匹配表面40-5206A可以设置和定位在夹具内表面100内，以便匹配地接收和接触上面对于图52A和52E所述的最佳目标区域5206A。

由图52C可知，侧部骨匹配表面40-5208可以包括更小的子区域骨匹配表面40-5208A，其中，侧部骨匹配表面40-5208的、在该更小子区域骨匹配表面40-5208A外部的区域是过度估计处理的结果，以便当该更小子区域骨匹配表面40-5208A匹配地接收和接触其相应骨表面时并不接触相应骨表面。该更小子区域骨匹配表面40-5208A可以设置和定位在夹具内表面100内，以便匹配地接收和接触上面对于图52A和52E所述的最佳目标区域5208A。

由图52C可知，根据病人的骨外形，这里所述的过度估计处理可以形成前部骨匹配表面40-5204，该前部骨匹配表面40-5204实际为多个骨匹配表面，具有子区域匹配表面，该子区域匹配表面基本可以比图52A和52E中所示的表面5204更小。例如，前部髁骨匹配表面40-5204可以实际是由前部的中间骨匹配表面40-5204-1、前部的中部骨匹配表面40-5204-2和前部的侧部骨匹配表面40-5204-3组成。这些匹配表面40-5204-1、40-5204-2、40-5204-3可以有各自的子区域骨匹配表面40-5204-1A、40-5204-2A、40-5204-3A，其中，匹配表面40-5204-1、40-5204-2、40-5204-3的、在相应子区域骨匹配表面40-5204-1A、40-5204-2A、40-5204-3A外部的区域是过度估计处理的结果，以便当各子区域骨匹配表面40-5204-1A、40-5204-2A、40-5204-3A匹配地接收和接触它们各相应骨表面时并不接触相应骨表面。该子区域骨匹配表面40-5204-1A、40-5204-2A、40-5204-3A可以设置和定位在夹具内表面100内，以便匹配地接收和接触上面对于图52A和52E所述的各最佳目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A。

由图52D可知(该图52D是图52B-C的胫骨夹具2B安装在图52A的胫骨近端5200上的前-后剖视图)，内部或朝向骨的一侧104由骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208和间隔开表面104′(即朝向骨的表面104，它是过度估计处理的产品，并与关节造形术目标区域5202的相应骨表面间隔开)形成。如区域5284、5286和5288中的多个相对箭头所示，骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208匹配地接收和接触相应骨表面5204、5206和5208，以便形成匹配的表面接触区域5284、5286和5288。相反，间隔开表面104′与相应骨表面间隔开，以便形成间隔开的非接触区域5299，其中，间隔开表面104′不与它们的相应骨表面接触。除了有匹配表面40-5204、40-5206和40-5208和间隔开表面104′，胫骨夹具2B还可以有锯切割引导狭槽30以及前部和后部钻孔32A和32P，如上所述。

图52D中的箭头表示病人的骨外形和形成的过度估计处理已经产生骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208时的情况，该骨匹配表面40-5204、40-5206和40-5208与目标区域5204、5206和5208匹配，该目标区域5204、5206和5208与它们的整个相应潜在区域大致共同延伸，如上所述。当然，当病人的骨外形和形成的过度估计处理产生骨匹配表面40-5204-1A、40-5204-2A、40-5204-3A、40-5206A和40-5208A时(该骨匹配表面40-5204-1A、40-5204-2A、40-5204-3A、40-5206A和40-5208A与目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A、5206A和5208A匹配，该目标区域5204-1A、5204-2A、5204-3A、5206A和5208A基本比它们各自的目标区域5204-1、5204-2、5204-3、5206和5208更小)，与图52D中所示相比，匹配表面接触区域5284、5286和5288可以更小和/或分段。

图53表示了作为由图像切片分段的图像的闭环轮廓线5302、5304和5306，其中，轮廓线描绘了胫骨上端的皮层骨表面。这些轮廓线5302、5304和5306可以通过图像分段技术而由通过例如MRI或CT产生的医疗成像切片来确定。

如图53中所示，轮廓线有后部部分(表示为5307)，该后部部分在过度估计过程中并不重要，因为轮廓线区域5307对应于膝盖的、在外科手术过程中不能接近且并不与夹具表面相对应的区域(因为夹具部分不能在外科手术过程中接近区域5307)。还有可以大致与平台边缘5212相对应和并不与夹具表面相对应的轮廓线部分(表示为5309)，因为夹具部分不可以抵靠或匹配地啮合该轮廓线区域5309。在轮廓线区域5308中的骨赘可以根据算法2500来确定。区域5308中的轮廓线可以随后进行过度估计(基于算法2500)，这样，形成的夹具表面在夹具的骨匹配表面40匹配地接收和接触关节造形术目标区域的骨表面时并不与骨赘(即由轮廓线区域5308表示的骨赘骨表面)接触。另外，最佳轮廓线区域5310和5312可以在执行算法2500的过程中确定为病人的骨解剖结构的这些区域，该区域的表面变化在算法2500的角度标准内，因此用于产生夹具的骨匹配表面40，该骨匹配表面40匹配地接收和接触关节造形术目标区域的骨表面。

轮廓线区域5310可以属于图52A的区域5204和图52B的胫骨夹具区域40-5204。轮廓线区域5312可以属于图52A的区域5206或5208和图52C的胫骨夹具区域40-5206或40-5208。

利用最佳区域4310和4312作为夹具的骨匹配表面40将能够适应病人的骨解剖结构的不规则区域，同时并不影响夹具2与病人的骨解剖结构的配合。实际上，在夹具2和病人的骨解剖结构之间的精确和定制配合可以通过只使用几个这样的最佳区域而形成。这使得夹具表面能够基本在与不规则部分相对应的区域中进行过度估计，从而防止不规则部分干涉在夹具的骨匹配表面和关节造形术目标区域的、与这些骨匹配表面相对应的骨表面之间的精确和可靠的配合。过度估计处理的结果是具有骨匹配表面的夹具，该骨匹配表面提供了与关节造形术目标区域的可靠和精确定制的配合。这可以增加TKR或局部膝盖替换外科手术的成功率，因为夹具可以与最可靠的骨表面进行定制配合，并特意与不可靠的骨表面(例如由于成像或工具机器限制)间隔开。

由图54和55可知(该图54和55分别是股骨3900和胫骨5200的前部等距视图)，病人的骨3900、5200可以有与病人骨的其它区域相比更可能由两维医学图像切片进行精确计算机建模的区域。这些区域的实例3904、3906、3908、5204-1、5204-2、5204-3、5206和5208以及怎样确定这些区域在前述说明中提出和在图54和55中表示。

对于股骨3900和胫骨5200的关节区域3906、3908、5206、5208，在一个实施例中，当图25的方框2508和2514的分析表示沿特定轮廓线或在相邻轮廓线之间有很小(当有时)轮廓线变化时，股骨3900和胫骨5200的这些区域3906、3908、5206、5208可以理解为最紧密地接近柱体5402、5504的周边表面5400、5500，各柱体5402、5404有沿中间-侧部方向延伸的轴线5406、5408、5506、5508，并有它们各自的周边表面5400、5500，这些周边表面5400、5500叠加在关节区域3906、3908、5206、5208上。因此，这些区域3906、3908、5206、5208很可能可以很容易地精确计算机建模。

在一个实施例中，周边表面5400、5500可以对应于椭圆形柱体，该椭圆形柱体有横过它的轴线5406、5408、5506、5508的椭圆形截面，并有它的椭圆长轴(大致沿前-后方向延伸)和椭圆短轴(大致沿近侧-远侧方向延伸)。在一个实施例中，周边表面5400、5500可以对应于圆柱体，该圆柱体有横过它的轴线5406、5408、5506、5508的圆形截面。

应当知道，上面对于图22A-55所述的过度估计处理用于产生定制的关节造形术夹具，而不管关节造形术夹具设置成使得进行关节造形术手术的病人膝盖产生自然对齐或零角度或机械轴线对齐。还有，上述过度估计处理可以用于产生用于全膝盖关节造形术和局部或单部分膝盖关节造形术的夹具。而且，尽管过度估计处理在上下文中介绍为用于膝盖关节造形术，但是本领域技术人员应当知道，这里教导的概念可以用于制造其它类型关节造形术的夹具，例如包括用于臀部、踝、肘部、肩部、腕、脚趾关节、手指关节、椎骨-椎骨界面、椎骨-盆骨界面、椎骨-颅骨界面等。因此，这里所述的过度估计处理和形成的夹具应当认为用于所有类型的关节造形术处理过程。

尽管已经参考优选实施例介绍了本发明，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对形式和细节进行变化。

Claims (73)

1.一种确定在关节造形术夹具的第一侧中的匹配表面的方法，该匹配表面设置成匹配地接收和接触相应病人表面，该病人表面包括骨表面和软骨表面中的至少一个，当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时，将第一侧定向成朝着病人表面，该方法包括：

a)确定在医疗图像中表示的与病人表面相关联的轮廓线；

b)通过算法来评价轮廓线是否适合用于确定与轮廓线相关联的匹配表面的一部分；

c)当认为轮廓线不适合时改变该轮廓线；以及

d)利用改变的轮廓线来确定与轮廓线相关联的匹配表面的部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤c包括调节轮廓线的一部分，以便形成调节的轮廓线部分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：调节轮廓线的一部分包括使得轮廓线的该部分远离病人表面。

4.根据权利要求2所述的方法，其中：步骤d导致第一侧表面的确定，该第一侧表面与调节的轮廓线部分相关联且当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时该第一侧表面不与相应病人表面接触。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c包括：

i)调节轮廓线的一部分，以便形成调节的轮廓线部分；以及

ii)使得轮廓线的另一部分未调节，以便形成未调节的轮廓线部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤d导致确定了：

i)第一侧的、与调节的轮廓线部分相关联且当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时不与相应病人表面接触的表面；

ii)与未调节的轮廓线部分相关联的匹配表面的一部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括比较在第一位置处的轮廓线的第一特征与在第二位置的轮廓线的第二特征。

8.根据权利要求7所述的方法，其中：第一特征包括与第一位置相切的切线，第二特征包括与第二位置相切的切线。

9.根据权利要求8所述的方法，其中：第一切线与第二切线的比较包括评价在两个切线之间的角度差。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：当在第一和第二切线之间的角度差超过选定值时，与该第一和第二切线相关联的轮廓线部分不足以用于确定与轮廓线的该部分相关联的匹配表面部分。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：选定值在大约20度和大约5度之间。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：该选定值为大约5度。

13.根据权利要求7所述的方法，其中：第一和第二位置是在轮廓线上的各坐标点。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：各坐标点在轮廓线上彼此紧邻。

15.根据权利要求7所述的方法，其中：第一特征包括与第一位置相关联的第一角度关系，第二特征包括与第二位置相关联的第二角度关系。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：各角度关系与延伸通过各位置的切线和法线中的至少一个相关联。

17.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括比较在轮廓线上的第一位置处的轮廓线第一特征与在轮廓线上的第二位置处的另一轮廓线第二特征。

18.根据权利要求17所述的方法，其中：第一特征包括与第一位置垂直的法线，第二特征包括与第二位置垂直的法线。

19.根据权利要求18所述的方法，其中：第一法线与第二法线的比较包括评价在两个法线之间的角度差。

20.根据权利要求19所述的方法，其中：当在第一和第二法线之间的角度差超过选定设置值时，与第一和第二法线相关联的轮廓线部分不适合用于确定与该轮廓线部分相关联的匹配表面部分。

21.根据权利要求20所述的方法，其中：选定值在大约2度和大约6度之间。

22.根据权利要求20所述的方法，其中：该选定值小于大约2度。

23.根据权利要求17所述的方法，其中：第一和第二位置是在两个轮廓线上的相应点。

24.根据权利要求23所述的方法，其中：两条轮廓线是紧邻的轮廓线。

25.根据权利要求17所述的方法，其中：第一特征包括与第一位置相关联的第一角度关系，第二特征包括与第二位置相关联的第二角度关系。

26.根据权利要求25所述的方法，其中：各角度关系与通过各位置延伸的切线和法线中的至少一个相关联。

27.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括比较在轮廓线上的第一位置与在另一轮廓线上的第二位置之间的高度变化。

28.根据权利要求27所述的方法，其中：第一和第二位置是彼此相对应的第一和第二点，轮廓线和另一轮廓线彼此相邻。

29.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括评价与在轮廓线上的第一点与另一轮廓线上的第二点之间的高度变化相关联的角度值。

30.根据权利要求29所述的方法，其中：角度值包括在第一线和第二线之间的角度，第一线从第一点朝着包含另一轮廓线的图像切片延伸并垂直于包含轮廓线的图像切片，第二线从第一点延伸至第二点。

31.根据权利要求30所述的方法，其中：当角度超过选定设置值时，与第一和第二点相关联的轮廓线部分不适合用于确定与轮廓线部分相关联的匹配表面部分。

32.根据权利要求31所述的方法，其中：选定值在大约1度和大约5度之间。

33.根据权利要求31所述的方法，其中：选定值为大约1度。

34.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b包括评价下面至少一个：i)轮廓线是否导致与轮廓线相关联的匹配表面部分不可能进行机械加工；以及ii)轮廓线是否属于不可能用于精确地确定匹配表面的病人表面区域。

35.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括比较在轮廓线上的第一位置处的轮廓线第一特征与在第二轮廓线上的第二位置处的第二轮廓线第二特征以及在第三轮廓线上的第三位置处的第三轮廓线第三特征。

36.根据权利要求35所述的方法，其中：第一特征包括与第一位置垂直的法线，第二特征包括与第二位置垂直的法线，第三特征包括与第三位置垂直的法线。

37.根据权利要求36所述的方法，其中：第一法线与第二和第三法线的比较包括在三个法线之间的角度差评价。

38.根据权利要求37所述的方法，其中：当在第一、第二和第三法线之间的角度差超过选定设置值时，与第一、第二和第三法线相关联的轮廓线部分不适合用于确定与轮廓线部分相关联的匹配表面部分。

39.根据权利要求35所述的方法，其中：三个轮廓线与各相邻图像切片相关联。

40.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括评价与以下相关联的角度值：在轮廓线上的第一点至第二轮廓线上的第二点之间的高度变化；以及在第二轮廓线上的第二点至第三轮廓线上的第三点之间的高度变化。

41.根据权利要求1所述的方法，其中：步骤b的适合性评价包括：比较第一位置处的轮廓线特征与第二位置处的轮廓线特征；以及比较在轮廓线上的第一位置处的轮廓线的另一特征与另一轮廓线上的一个位置处的所述另一轮廓线的特征。

42.一种用于帮助进行与病人表面相关联的关节造形术处理过程的关节造形术夹具，该病人表面包括骨表面和软骨表面中的至少一个，夹具包括；

第一侧、与该第一侧大致相反的第二侧、以及在第一侧中设置成匹配地接收和接触病人表面的至少一部分的匹配表面；

其中，第一侧设置成当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时定向成朝着病人表面；

该匹配表面可以根据以下处理步骤来确定：a)确定在医疗图像中表示的、与病人表面相关联的轮廓线；b)通过算法来评价轮廓线是否适合用于确定与轮廓线相关联的匹配表面的一部分；c)当认为轮廓线不适合时改变该轮廓线；以及d)利用改变的轮廓线来确定与轮廓线相关联的匹配表面部分。

43.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，其中：步骤c包括调节轮廓线的一部分，以便形成调节的轮廓线部分。

44.根据权利要求43所述的关节造形术夹具，其中：步骤d导致确定第一侧的、与调节的轮廓线部分相关联且当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时并不与相应病人表面接触的表面。

45.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，其中，步骤c包括：

i)调节轮廓线的一部分，以便形成调节的轮廓线部分；以及

ii)使得轮廓线的另一部分未调节，以便形成未调节的轮廓线部分。

46.根据权利要求45所述的关节造形术夹具，其中，步骤d导致确定了：

i)第一侧的、与调节的轮廓线部分相关联且当匹配表面匹配地接收和接触病人表面时并不与相应病人表面接触的表面；

ii)与未调节的轮廓线部分相关联的匹配表面部分。

47.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，其中：步骤b的适合性评价包括比较在第一位置处的轮廓线的第一特征与在第二位置处的轮廓线的第二特征。

48.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，其中：步骤b的适合性评价包括比较在轮廓线上的第一位置处的轮廓线的第一特征与在另一轮廓线上的第二位置处的所述另一轮廓线的第二特征。

49.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，其中：步骤b的适合性评价包括比较在轮廓线上的第一位置处的轮廓线的第一特征与在第二和第三轮廓线上的相应位置处的相应第二和第三轮廓线的第二和第三特征。

50.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，其中：步骤b的适合性评价包括比较在轮廓线上的第一位置与另一轮廓线上的第二位置之间的高度差。

51.根据权利要求42所述的关节造形术夹具，还包括：切割引导表面，该切割引导表面相对于匹配表面定位和定向成以所需位置和方位在病人表面中形成切口。

52.根据权利要求51所述的关节造形术夹具，其中：该所需位置和方位使得关节造形术植入件能够使病人的关节恢复至自然对齐。

53.一种用于帮助在股骨的关节造形术目标区域上进行股骨关节造形术处理过程的股骨关节造形术夹具，该夹具可以包括：

第一侧；

与该第一侧大致相反的第二侧；以及

在第一侧中设置成匹配地接收和接触股骨关节造形术目标区域的特定表面的匹配表面，该特定表面可以限制为中间关节髁表面、侧部关节髁表面以及股骨轴的前侧的大致平区域；

第一侧设置成当匹配表面匹配地接收和接触该特定表面时定向成朝着股骨关节造形术目标区域表面。

54.根据权利要求53所述的股骨关节造形术夹具，还包括：切割引导表面，该切割引导表面相对于匹配表面定位和定向成以所需位置和方位在股骨的关节造形术目标区域中形成切口。

55.根据权利要求54所述的股骨关节造形术夹具，其中：该所需位置和方位允许修复的股骨植入件能够使病人的膝关节恢复至自然对齐。

56.根据权利要求53所述的股骨关节造形术夹具，其中：与中间关节髁表面相关联的特定表面大致限制为中间关节髁的前部和远侧区域。

57.根据权利要求53所述的股骨关节造形术夹具，其中：与侧部关节髁表面相关联的特定表面大致限制为侧部关节髁的前部和远侧区域。

58.根据权利要求53所述的股骨关节造形术夹具，其中：与股骨轴的前侧的大致平区域相关联的特定表面大致限制为膝关节的大致远侧和被膜线的大致近侧。

59.一种用于帮助在胫骨的关节造形术目标区域上进行胫骨关节造形术处理过程的胫骨关节造形术夹具，该夹具包括：

第一侧；

与该第一侧大致相反的第二侧；以及

匹配表面，该匹配表面在第一侧中设置成匹配地接收和接触胫骨关节造形术目标区域的特定表面，该特定表面可以限制为中间关节平台表面、侧部关节平台表面以及胫骨轴的前侧的大致平区域；

第一侧设置成当匹配表面匹配地接收和接触该特定表面时定向成朝着胫骨关节造形术目标区域表面。

60.根据权利要求59所述的胫骨关节造形术夹具，还包括：切割引导表面，该切割引导表面相对于匹配表面定位和定向成以所需位置和方位在胫骨关节造形术目标区域中形成切口。

61.根据权利要求60所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该所需位置和方位允许修复的胫骨植入件能够使病人的膝关节恢复至自然对齐。

62.根据权利要求59所述的胫骨关节造形术夹具，其中：与胫骨轴的前侧的大致平区域相关联的特定表面大致限制为胫骨平台边缘的大致远侧和胫骨结节的大致近侧。

63.一种用于帮助在胫骨的关节造形术目标区域上进行胫骨关节造形术处理过程的胫骨关节造形术夹具，该夹具包括：

第一侧；

与该第一侧大致相反的第二侧；

匹配表面，该匹配表面在第一侧中设置成匹配地接收和接触胫骨轴前侧的、在胫骨平台边缘的远侧和胫骨结节的大致近侧的大致平区域；

其中，第一侧设置成当匹配表面匹配地接收和接触该平区域时定向成朝着胫骨关节造形术目标区域表面。

64.根据权利要求63所述的胫骨关节造形术夹具，其中：大致平区域包括大致从胫骨平台边缘向远侧延伸至与胫骨结节的远侧一半或远侧三分之一的开始处大致平齐的点的部分。

65.根据权利要求64所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该部分从中间胫骨髁的中间边缘沿中间-侧部延伸至与胫骨结节的中间边缘大致平齐的点。

66.根据权利要求65所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该部分大致沿远侧方向渐缩。

67.根据权利要求63所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该大致平区域包括大致从胫骨平台边缘向远侧延伸至胫骨结节的近侧边缘附近的点的部分。

68.根据权利要求67所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该部分大致在胫骨结节的侧边缘和中间边缘之间沿中间-侧部延伸。

69.根据权利要求68所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该部分为大致矩形，具有沿中间-侧部延伸的较长长度。

70.根据权利要求63所述的胫骨关节造形术夹具，其中：大致平区域包括大致从胫骨平台边缘向远侧延伸至大致与胫骨结节的远侧三分之二至远侧四分之三的开始处大致平齐的点的部分。

71.根据权利要求70所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该部分大致从胫骨结节的侧边缘沿中间-侧部延伸至大致侧部胫骨髁的侧边缘。

72.根据权利要求71所述的胫骨关节造形术夹具，其中：该部分沿远侧方向为大致渐缩。

73.一种用于帮助在股骨的关节造形术目标区域上进行股骨关节造形术处理过程的股骨关节造形术夹具，该夹具包括：

第一侧；

与该第一侧大致相反的第二侧；以及

匹配表面，该匹配表面在第一侧中设置成匹配地接收和接触股骨轴前侧的、在膝盖骨面边界的大致近侧和膝关节的大致远侧的大致平区域；

第一侧设置成当匹配表面匹配地接收和接触该平区域时定向成朝着股骨关节造形术目标区域表面。

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