关节镜仪器组件及在关节镜手术中定位肌骨骼结构的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种关节镜仪器组件，和一种在关节镜手术过程中定位关节中的肌骨 骼组织结构的方法。
【背景技术】
[0002] 前交叉韧带（ACL)是膝关节最常受伤的韧带。在受伤涉及ACL完全破裂的情况中， 可能需要关节镜手术来重构ACL。
[0003] 在手术重构的过程中，被撕裂的ACL可以被替换成插入膝关节中的植入物，诸如 肌腱移植物。为了在没有痛苦、不稳定和/或退行性病变显现的情况下完全恢复之前的膝 关节的功能，最重要的是植入物（特别在ACL的各天然附接位点内）被适当地固定至胫骨 (小腿骨）和股骨（大腿骨）。但是，尽管在不同的研宄中，已经相对于胫骨和股骨的关节 镜可见标志几何描述并且绘制了 ACL的解剖学位置，但是植入物的准确附接仍然很难。这 可能至少部分是由于关节镜提供的受限的二维视图，该受限的二维视图似乎使得前述描述 和标志不足以在关节镜手术的过程中正确地放置植入物。
【发明内容】
[0004] 本发明的目标是提供一种关节镜仪器组件，该关节镜仪器组件帮助在关节镜手术 的过程中定位膝关节内的ACL天然附接位点。
[0005] 本发明的另一目标是提供一种在关节镜手术的过程中定位关节（诸如膝关节）内 的韧带结构（诸如ACL天然附接位点）的方法。
[0006] 为此，本发明的第一方面涉及一种用于观察关节内侧的手术视野的关节镜仪器组 件。该组件可以包括用于照亮所述手术视野的照明系统，该照明系统包括光源，该光源被配 置为产生具有至少一种韧带激发波长的光。该组件还可以包括：关节镜，该关节镜限定了在 近端操作者端和远端手术视野端之间延伸的刚性管状壳体；和图像传输系统，该图像传输 系统至少部分地被所述管状壳体容纳，并且被配置为将在所述管状壳体的远端处的所述手 术视野的荧光图像传输至图像观察系统。所述组件可以进一步包括图像处理系统，该图像 处理系统被并入到所述图像传输系统中，并且被配置为在所述手术视野的荧光图像经过所 述图像传输系统时处理所述手术视野的荧光图像以提供所述手术视野的假色荧光图像，在 所述手术视野的假色荧光图像中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于 未经处理的荧光图像是被增强的，这样在有限的情况中，可能韧带和骨结构中仅有一种，优 选韧带结构仍然是可见的。图像观察系统可操作地与所述图像传输系统连接，并且包括被 配置为能够观察所述手术视野的假色荧光图像的显示器。
[0007] 本发明的第二方面涉及一种区分至少韧带和骨组织，并且由此用于帮助定位关节 内手术视野内的韧带结构的方法。所述方法可包括：使用具有至少一种韧带激发波长的光 照亮所述手术视野，并且获取所述手术视野的荧光图像并且将所述手术视野的荧光图像传 输至图像观察系统。所述方法还可以包括：在获取的所述手术视野的荧光图像被传输至所 述图像观察系统时处理获取的所述手术视野的荧光图像，从而生成所述手术视野的假色荧 光图像，其中，所述手术视野中存在的韧带和骨结构之间的反差相对于未经处理的荧光图 像是被增强的，这样在有限的情况中，使得韧带和骨结构中仅有一种（优选韧带结构）仍然 是可见的成为可能。所述方法可以进一步包括：在图像观察系统上观察所述假色荧光图像， 并且定位在假色荧光图像中的手术视野内存在的韧带结构。
[0008] 从下面参考附图，对本发明的一些实施方式所进行的详细描述（用于例示本发 明，而并不限制本发明）中，将更加充分地理解本发明的这些和其它特征及优点。
【附图说明】
[0009] 图1示意性图示人类膝关节的解剖图；
[0010] 图2是示意性图示激发波长为280nm时，牛膝关节中的ACL组织和骨组织的发射 光谱的曲线图；以及
[0011] 图3示意性图示根据本发明的关节镜仪器组件的示例的实施方式；
[0012] 图4是示出了作为激发波长的函数，骨的发射光谱除以ACL的发射光谱的标准化 差异的曲线图。
【具体实施方式】
[0013] 图1示意性例示了处于大约90°弯曲状态的人类膝关节10。膝关节10由四根 主要的骨构成：股骨（大腿骨）12、胫骨（小腿骨）14、腓骨（外小腿骨）16和髌骨（膝盖 骨）18。腓骨16是位于胫骨14外侧的相对细的骨，并且直接向下直至踝关节。其它三根骨 限定了两个关节连接，一个在股骨12和胫骨14之间，而另一个在股骨12和髌骨18之间。 为此，股骨12的下端限定了两个髁（即圆形突出物），内侧（内部）股骨髁30和外侧（外 部）股骨髁32,这两个髁与胫骨平台（即胫骨14的大体平坦的上部）关节连接。在前端， 股骨髁30和32略有突出，并且通过被称为髌面34的光滑、浅的关节窝彼此分离，髌面34 与髌骨18关节连接。在后端，踝30和32显著突出，并且它们之间的间隔形成被称为髁间 窝36的深的凹口。
[0014] 除了骨12、14、16和18之外，膝关节10的解剖结构还包括半月板28和许多韧 带，包括内侧副韧带（MCL) 20、外侧副韧带（LCL) 22、前交叉韧带（ACL) 24和后交叉韧带 (PCL) 26。半月板28起到膝关节10的减震器的作用，该半月板28限定了分别位于胫骨平 台38的内侧和外侧边缘上的两个月牙形的半月板。韧带20、22、24和26为膝关节10提供 了很大的稳定性，其中，每一个韧带都用于在各种不同的膝关节位置中的一种或多种位置 提供稳定性。交叉韧带24、26在膝关节10的中间彼此交叉。PCL26从胫骨14的后面延伸 至股骨12的前面，而ACL24从胫骨14的前面延伸至股骨12的后面。更具体地，ACL24在 踝间窝36内、在外侧股骨髁32的后内侧表面处附接至股骨12。在胫骨14上，ACL24附接 至前胫骨棘（一个在胫骨平台38中间的骨嵴）的前外侧。
[0015] ACL24是膝关节10最常受损的韧带。可能例如通过扭动膝关节10而使ACL受到 损伤（诸如被过度拉伸或破坏的ACL)，并且导致它严重不稳定。然而，ACL24中的小的撕裂 可以随着时间痊愈，ACL中的大的撕裂和被完全破坏的ACL则需要关节镜手术。
[0016] 在对被完全破坏的ACL24进行手术重构的过程中，植入物（例如肌腱移植物）可 以被插入到膝关节10中以替代ACL。为了在没有痛苦、不稳定和/或退行性病变显现的情 况下恢复之前的功能，最重要的是植入物（特别在ACL24的各天然附接位点内）被适当地 固定至胫骨14和股骨12。但是，尽管已经相对于关节镜的可见标志几何描述并且绘制了 ACL24的解剖学位置，植入物的准确附接仍然很难。这可能至少部分是由于关节镜提供的受 限的二维视图，该受限的二维视图可能使得前述研宄提供的标志和描述不足以在关节镜手 术的过程中正确地放置ACL。
[0017] 本发明公开了一种关节镜仪器组件，该关节镜仪器组件极大地促进了在手术操作 过程中ACL24的天然附接位点的定位，具体是通过为它的手术者提供膝关节内的手术视野 中天然附接位点可见性增强的假色荧光图像。假色图像的合成可基于一方面ACL24、具体 为用于附接至胫骨14和股骨12的ACL的末端部分和另一方面骨组织之间的荧光性质的差 异。为此，本发明设想了两种主要的成像方法，每一种成像方法都可以在关节镜仪器组件中 独立地实施。下面，依次简单地讨论这些成像方法。
[0018] 第一种成像方法利用如下的实验发现：激发波长在260nm~300nm范围内时，ACL 组织和骨组织的发射光谱显现出显著的差异。通过例示的方式，图2示意性示出了激发波 长为280nm时，牛膝关节中的ACL组织和骨组织的发射光谱。反映 ACL组织的发射光谱的 强度曲线被标记为"韧带"，而反映骨组织的发射光谱的强度曲线被标记为"骨骼"。还示出 了反映"韧带"和"骨骼"两个强度曲线之间的差异的曲线，并且被标记为"差异"。从图2 的曲线能够看出，在发射波长范围325nm~345nm内可发现差异曲线的局部最小值，而在发 射波长范围370nm~450nm内可发现差异曲线的局部最大值。尽管可在约390nm的发射波 长附近发现实际最大差异，但是特别感兴趣的是400nm~450nm的发射波长范围，因为骨组 织的发射强度在这一范围内随着发射波长的增加而快速下降。相应地，通过使用激发波长 在260nm~300nm范围内，优选在270nm~280nm范围内的光照亮膝关节内撕裂的ACL天 然附接位点的大概