DE10003533A1

DE10003533A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Daten für das Einpassen einer Knochen- oder Gelenk-Prothese

Info

Publication number: DE10003533A1
Application number: DE10003533A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mueller; Gerrit Voss; Ulrich Bockholt; Armin Lahmer; Martin Boerner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-08-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Daten für das Einpassen einer Knochen- oder Gelenk-Prothese, insbesondere einer Knieprothese. Die Vorrichtung ermöglicht die grafische Darstellung von Schnittebenen durch Knochen sowie einzupassende Prothesen-Komponenten, deren Bilddaten eingegeben werden. Über eine Benutzerschnittstelle lassen sich die darzustellenden Schnittebenen auswählen. Mit Hilfe der grafischen Darstellungen ermöglicht die Benutzerschnittstelle die Festlegung von Hilfslinien in einem mit den Knochen fest verbundenen Koordinatensystem, eine Auswahl von darzustellenden Prothesen-Komponenten sowie deren dreidimensionale Positionierung und Ausrichtung relativ zu den Knochen. Die Vorrichtung weist weiterhin eine Einheit zur Erfassung der Position und Ausrichtung der platzierten Prothesen-Komponenten relativ zu den Knochen und zur Bereitstellung der erfassten Daten an einer Ausgabeschnittstelle auf. DOLLAR A Mit Hilfe der Vorrichtung und des Verfahrens lassen sich die für einen chirurgischen Eingriff erforderlichen Daten über die durchzuführenden Schnitte mit hoher Präzision bestimmen. Die Daten dienen insbesondere zur Ansteuerung eines Werkzeugsystems zur Durchführung der chirurgischen Schnitte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich tung sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Daten für das Einpassen einer Knochen- oder Gelenk-Prothese, ins besondere einer Knieprothese.

Der Ersatz eines Kniegelenks oder eines Teils des Kniegelenks zählt heutzutage zu einem für die Patienten vielversprechenden chirurgischen Eingriff. Die Anzahl der Operationen zum Einsatz von künstlichen Kniegelen ken ist in den letzten Jahren sprunghaft angestiegen, wobei auch jüngere Patienten zunehmend endoprothetisch versorgt werden müssen. Bei einem derartigen Eingriff werden Knochenbereiche am distalen Ende des Oberschen kelknochens (Femur) sowie am proximalen Ende des Schienbeins (Tibia) herausgeschnitten bzw. herausge fräst und durch entsprechende Prothesen-Komponenten er setzt. Der Erfolg des Eingriffes hängt in starkem Maße von einer exakten Schnittführung und einer guten Anpas sung der Prothese an die jeweilige anatomische Situati on bei dem Patienten ab. Für die präzise anatomische Platzierung der einzelnen Komponenten der Knieprothese sind daher eine exakte präoperative Planung und deren intraoperative Umsetzung sehr wichtig.

So kann sich aus einer ungenauen Positionierung und Orientierung bzw. Ausrichtung der Prothesen eine begrenzte Standzeit ergeben. Im Falle einer Lockerung oder eines Verschleißes der Endoprothesen muss anschließend eine schwierigere Revisions- oder Aus tauschoperation durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der präoperativen Planung zur Bestimmung von Daten für das exakte Einpassen einer Knieprothese in der orthopädi schen Chirurgie.

Stand der Technik

Bei den bisher eingesetzten Verfahren zur Implan tation eines künstlichen Kniegelenks werden zunächst Röntgenbilder von Femur, Kniegelenk und Tibia des Pati enten angefertigt. Anschließend wird mit Hilfe von Schablonen die Größe der Prothese sowie deren Orientie rung anhand der zweidimensional vorliegenden Röntgen bilder festgelegt. Nach dieser Festlegung werden die erforderlichen Knochenschnitte am distalen Femur- sowie am proximalen Tibiaende abgeleitet. Die Ausrichtung der einzupassenden Prothesen gilt als ideal, wenn die Kno chenschnitte senkrecht zur mechanischen Achse, der Ver bindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Oberschen kelkopfes und dem Mittelpunkt des Knöchels, liegen. Diese ideale Ausrichtung lässt sich mit der eingesetz ten Schablonentechnik jedoch nur unzureichend verwirk lichen, da die Bestimmung der mechanischen Achse anhand der vorliegenden zweidimensionalen Röntgenbilder nicht unmittelbar erfolgen kann. Die Bestimmung der mechani schen Achse erfolgt hierbei vielmehr nur mittelbar über die Bestimmung der anatomischen Achsen von Femur und Tibia sowie unter Zugrundelegung zusätzlicher Annahmen bezüglich der gegenseitigen Orientierung von anatomi scher und mechanischer Achse.

Die Durchführung des chirurgischen Eingriffes er folgt anschließend mit Hilfe dieser Daten und unter Einsatz mechanischer Zielsysteme, die eine präzise in traoperative Ausrichtung der Schablonen gewährleisten sollen. Die in der Regel manuelle Werkzeugführung beim Schneiden bzw. Fräsen der Knochenbereiche ist hierbei wiederum stark von der exakten Anordnung der mechani schen Zielsysteme am Knochen sowie der Zuordnung zu den vorangehend eingesetzten und positionierten Schablonen abhängig.

Die Nachteile des bisher eingesetzten Verfahrens bestehen daher in erster Linie in der mangelnden Genau igkeit, mit der die erforderlichen Prothesen und Kno chenschnitte bestimmt werden können. Aufgrund der Pla nung mit Hilfe von einfachen Röntgenbildern und Scha blonen können schon im Vorfeld Genauigkeitsverluste entstehen, die sich bei der intraoperativen geometri schen Zuordnung der Schablonen zu den eingesetzten me chanischen Zielsystemen noch erhöhen können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Daten für das Einpassen einer Knochen- oder Gelenk-Prothese, insbesondere einer Knieprothese, anzugeben, die das Einpassen der Prothese sowie die Durchführung des späteren intraoperativen Schrittes mit erhöhter Genauigkeit ermöglichen. Die Vorrichtung soll weiterhin die Auswahl einer an die je weiligen anatomischen Vorgaben angepassten Prothese er leichtern sowie die exakte Bestimmung der mechanischen Achsen und somit eine ideale Ausrichtung der Prothesen ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Ver fahren nach den Ansprüchen 1 bzw. 5 gelöst. Vorteilhaf te Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Daten für das Einpassen einer Prothese stellt eine Schnittstelle zum Einlesen von Bilddaten zur Verfügung, die eine dreidimensionale Darstellung von Objekten er möglichen. Die Vorrichtung weist eine Recheneinheit auf, die grafische Darstellungen wählbarer Schnittebe nen durch die Objekte und/oder wählbarer perspektivi scher Darstellungen der Objekte aus den eingelesenen Bilddaten berechnet. Die Vorrichtung besteht weiterhin aus einer Anzeigeeinheit zur Wiedergabe der berechneten grafischen Darstellungen und einer Speichereinheit zum Abspeichern der Bilddaten. Die Objekte stellen hierbei Knochen einer Person sowie vorgegebene Prothesen- Komponenten oder Modelle hiervon dar.

Im Nachfolgenden wird in diesem Zusammenhang je weils beispielhaft auf Femur und Tibia sowie auf Knie prothesen-Komponenten Bezug genommen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die erfindungsgemäße Vorrich tung auch für das Einpassen von Prothesen in anderen Körperbereichen geeignet ist, wobei dann die Bilddaten der entsprechenden Knochen und Prothesen-Komponenten durch die Vorrichtung verarbeitet und dargestellt wer den.

Die Vorrichtung hat eine Benutzerschnittstelle zur Auswahl der darzustellenden Schnittebenen und/oder perspektivischen Darstellungen. Die Benutzerschnittstelle ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie - mit Hilfe der grafischen Darstellungen an der Anzeigeein heit - die Festlegung von Hilfslinien in einem mit Fe mur und Tibia fest verbundenen Koordinatensystem, eine Auswahl von darzustellenden Prothesen-Komponenten und deren dreidimensionale Positionierung und Ausrichtung relativ zu Femur und Tibia innerhalb der grafischen Darstellungen ermöglicht. Die Vorrichtung weist schließlich noch eine Einheit zur Erfassung der Positi on und Ausrichtung der auf diese Weise platzierten Knieprothesen-Komponenten relativ zu Femur und Tibia und zur Bereitstellung der erfassten Daten an einer Ausgabeschnittstelle vor.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich die einzelnen präoperativen Schritte zum Einsetzen einer Knieprothese bei einem Patienten mit hoher Genau igkeit planen. Hierbei ist die Recheneinheit vorzugs weise so ausgestaltet, dass sie die grafischen Darstel lungen wählbarer Schnittebenen bzw. die perspektivi schen Darstellungen aus einer Schichtdatensequenz, wie sie im Rahmen einer Computertomografie erzeugt wird, berechnen kann. Die Bilddaten für die Prothesen- Komponenten liegen vorzugsweise als dreidimensionale Modelle dieser Komponenten vor. Nach dem Eingeben bzw. Einlesen der Bilddaten über die Eingabeschnittstelle kann der Benutzer über die Benutzerschnittstelle die für die Auswahl bzw. Positionierung und Ausrichtung ei ner Prothese erforderlichen Ansichten von Femur und Ti bia wählen. Bei dieser Benutzerschnittstelle handelt es sich um eine grafische Benutzerschnittstelle (Graphical User Interface), über die der Benutzer vorzugsweise drei zueinander senkrechte Schnittebenen durch Femur und Tibia auswählt. Anhand dieser grafischen Darstel lungen ist es möglich, die mechanische Achse als Hilfs linie in den jeweiligen Darstellungen exakt festzule gen. Die jeweiligen einzupassenden Knieprothesen- Komponenten können ebenfalls in diese Darstellungen eingeblendet und entsprechend positioniert und ausge richtet werden. Die Möglichkeit der dreidimensionalen Darstellung bzw. der Darstellung unterschiedlicher Schnittebenen in unterschiedlichen Raumrichtungen er möglicht hierbei die exakte Positionierung und Ausrich tung der jeweiligen Prothesen-Komponenten am Anzeigege rät. Hierbei lassen sich die Prothesen mit ihren Hauptflächen insbesondere auf einfache Weise senkrecht zur vorher bestimmten mechanischen Achse ausrichten.

Es versteht sich von selbst, dass die Darstellung von Prothesen bei der Ausrichtung und Positionierung am Anzeigegerät im gleichen Maßstab erfolgt, wie die Dar stellung von Femur bzw. Tibia. Weiterhin ist es zur Be stimmung der mechanischen Achse erforderlich, die Bild daten von Femur und Tibia einschließlich des Oberschen kelkopfes und des Knöchels zur Verfügung zu haben.

Nach der präzisen Positionierung und Ausrichtung der jeweiligen Prothesen-Komponenten innerhalb des dar gestellten Bilddatensatzes bzw. der Ausschnitte hier von, erfasst eine Einheit der Vorrichtung die Position und Ausrichtung dieser ausgewählten bzw. platzierten, Prothesen-Komponenten in Relation zum patientenspezifi schen Bilddatensatz, das heißt zu Femur und Tibia, und stellt diese Daten an einer Ausgabeschnittstelle zur Verfügung.

Diese Daten werden von einem Werkzeugsystem zur intraoperativen Generierung der einzelnen Schnittflächen weiterverarbeitet und intraoperativ mit hoher Prä zision umgesetzt. Bei diesem System kann es sich um ein automatisches oder teilautomatisches Werkzeugsystem bzw. Robotersystem handeln, das nach entsprechender Po sitionierung relativ zu Femur und Tibia den Schnitt bzw. das Fräsen der mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung bestimmten Schnittflächen an Femur und Tibia des Patienten vornimmt. Es kann sich hierbei auch um ein teilautomatisches System handeln, das eine manuelle Schnittführung ermöglicht, diese jedoch auf bestimmte, durch die vorher erfassten Daten vorgegebene Raumebenen beschränkt.

Da sich die chirurgischen Schnittflächen an Femur und Tibia bereits aus der Positionierung und Ausrich tung sowie den geometrischen Daten der platzierten Knieprothesen-Komponenten ergeben, kann die Festlegung der Schnittflächen durch das teil- bzw. vollautomati sierte intraoperative System erfolgen. Vorzugsweise be inhaltet jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung be reits ein Modul zur Bestimmung dieser chirurgischen Schnittflächen und zur Bereitstellung der Daten über die Schnittflächen an der Ausgabeschnittstelle.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wie auch das zu gehörige Verfahren ermöglichen eine präzisere Positio nierung der Prothesen-Komponenten als sie mit dem be kannten Verfahren des Standes der Technik realisierbar sind. Dies führt zu einer Erhöhung der Implantat- Standzeit und somit zu einer wesentlichen Verbesserung der Lebensqualität der Patienten.

Gerade die durch die Vorrichtung ermöglichte Pla nung und Bestimmung der erforderlichen Daten in drei Dimensionen unter Berücksichtigung der patientenspezi fischen anatomischen Situation erhöht die Präzision bei der Bestimmung der Daten in vorteilhafter Weise. Hier bei ist man nicht mehr wie beim bekannten Verfahren des Standes der Technik auf zweidimensionale Projektionen angewiesen, sondern kann beliebige dreidimensionale An sichten im patientenspezifischen Datensatz wählen, wo bei die großen individuellen Schwankungen anatomischer Formen berücksichtigt werden können. Durch die Möglich keit der dreidimensionalen Darstellung bzw. der Dar stellung beliebiger Schnittebenen durch Femur und Tibia lassen sich gerade die für eine exakte Ausrichtung der Prothesen wichtigen mechanischen Achsen zuverlässig be stimmen und darstellen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet diese ein Modul mit Bilddaten einer Vielzahl von verfügbaren Prothesen- Komponenten, deren Daten, wie Größe, Typ und Herstel ler, am Anzeigegerät darstellbar sind. Aufgrund dieser Daten kann der Benutzer zunächst geeignete Prothesen- Komponenten auswählen und anschließend zur Positionie rung und Ausrichtung grafisch darstellen.

In einer weiteren Ausbaustufe der erfindungsgemä ßen Vorrichtung ist weiterhin eine Einheit zur Erfas sung von Abständen und/oder Winkeln in der grafischen Darstellung sowie zur Anzeige dieser Abstände bzw. Win kel am Anzeigegerät vorgesehen. Dies erleichtert zu sätzlich die Auswahl der geeigneten Prothesen, indem vor der Auswahl die entsprechenden Abstände bzw. Winkel in der am Anzeigegerät gewählten Darstellung von Femur und Tibia erfasst werden. Anhand dieser geometrischen Werte kann dann in Verbindung mit den Prothesendaten eine geeignete Prothese aufgefunden werden. Dies ermög licht eine wesentlich zuverlässigere Auswahl der Pro thesen als sie mit dem bekannten Verfahren erreicht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Daten für das Einpassen einer Prothese zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst eine dreidimensionale Dar stellung ermöglichende Bilddaten von Objekten in ein Datenverarbeitungssystem eingelesen werden. Diese Bild daten umfassen beispielsweise Femur und Tibia sowie ei ne oder mehrere Modelle einzupassender Knieprothesen- Komponenten. Schnittebenen durch diese Objekte in drei zueinander senkrechten Ebenen und/oder perspektivische Darstellungen der Objekte werden durch das Datenverar beitungssystem an einer Anzeigeeinheit angezeigt. Schließlich werden die einzupassenden Knieprothesen- Komponenten relativ zu Femur und Tibia innerhalb der Darstellungen in drei Dimensionen positioniert und aus gerichtet. Die Position und Ausrichtung der platzierten Knieprothesen-Komponenten relativ zu Femur und Tibia wird durch das Datenverarbeitungssystem erfasst. Die erfassten Daten werden anschließend für die Ansteuerung eines Werkzeugsystems oder Roboters zur intraoperativen Durchführung der Knochenschnitte bereitgestellt. Die Positionierung und Ausrichtung der Prothesen- Komponenten erfolgt anhand der vorliegenden Geometrien des distalen Femurendes bzw. des proximalen Tibiaendes und der bekannten Geometrien der Prothesen-Komponenten. Zusätzlich kann die mechanische Achse von Femur und Ti bia in der grafischen Darstellung festgelegt und als Hilfsmittel zur Positionierung und Ausrichtung der Knieprothesen-Komponenten eingesetzt und in die grafi schen Darstellungen eingeblendet werden. Weiterhin kön nen die für die intraoperative Durchführung erforderli chen chirurgischen Schnittflächen vom Datenverarbei tungssystem bestimmt und für die Ansteuerung des Sy stems zur Durchführung der Knochenschnitte bereitge stellt werden.

Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass es nicht notwendigerweise durch einen Chirurgen durchge führt werden muss, sondern jederzeit von einer gewerb lichen Drittfirma eingesetzt werden kann, die dem Chir urgen die berechneten Daten zur Verfügung stellt. Der Chirurg kann anschließend die Daten nochmals vor der Durchführung des Eingriffes anhand einer grafischen Darstellung überprüfen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfin dungsgemäße Verfahren werden nachfolgend ohne Beschrän kung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals an hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Beispiel für den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 2 ein Beispiel für die grafischen Darstellungen an der grafischen Benutzerschnittstelle der Vorrichtung der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrich tung in stark schematisierter Form dargestellt. Die Fi gur zeigt die Eingabeschnittstelle 1 für die Eingabe einer Schichtdatensequenz 2 - zur Veranschaulichung als einzelne Schichtbilder einer Computertomografie darge stellt - und der Bilddaten 3 für einzupassende bzw. verfügbare Knieprothesen-Komponenten 4 - zur Veran schaulichung als Bild einer Knieprothese 4 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst weiterhin das Planungssystem 5 umfassend die Recheneinheit, die Speichereinheit sowie die Einheit zur Erfassung der Position und Ausrichtung der platzierten Knieprothesen-Komponenten. Die berech neten grafischen Daten werden der Anzeigeeinheit 6 zu geführt, die gleichzeitig die grafische Benutzer schnittstelle 7 darstellt. Die Eingaben an dieser gra fischen Benutzerschnittstelle 7 werden wiederum dem Planungssystem 5 übermittelt. Die schließlich erfassten Daten werden an der Ausgabeschnittstelle 8 als Steuer daten für einen Roboter zur Durchführung bzw. Unter stützung der Schnittführung beim chirurgischen Eingriff zur Verfügung gestellt.

Es versteht sich von selbst, dass die Bilddaten zur Eingabe in die erfindungsgemäße Vorrichtung belie bige Datenformate aufweisen können. Die Erfindung ist somit nicht auf die Bereitstellung der Daten in Form eines Computertomogramms beschränkt. Ebenso umfasst die Benutzerschnittstelle 7 nicht notwendigerweise aus schließlich eine grafische Benutzerschnittstelle son dern kann mit weiteren Eingabeschnittstellen, bei spielsweise einer Tastatur, ausgestattet sein.

Im Folgenden werden beispielhaft Schritte zur Vor bereitung einer Implantation von Knieprothesen- Komponenten, das heißt zur Bestimmung der erforderli chen Daten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt. Zunächst wird der patientenspezifische drei dimensionale Bilddatensatz ausgewählt und über die Schnittstelle 1 in die Vorrichtung geladen. Dieser pa tientenspezifische Bilddatensatz setzt sich im vorlie genden Beispiel aus den Daten einer Computertomografie am Bein des Patienten zusammen.

Anschließend werden geeignete Darstellungen von Femur und Tibia ausgewählt, die die Bestimmung der me chanischen und anatomischen Achsen am Bildschirm 6 er möglichen. Hierbei werden vorzugsweise jeweils Schnit tebenen in den drei zueinander senkrechten Raumachsen gewählt. Durch ein entsprechendes Eingabegerät, z. B. eine Maus, können die Mittelpunkte des Oberschenkelkop fes sowie des Knöchels festgelegt und in jeder beliebi gen Darstellung innerhalb des Bilddatensatzes darge stellt werden. Der patientenspezifische Bilddatensatz kann ausgerichtet werden. Auf diese Weise ist eine bes sere Orientierung gewährleistet, um beispielsweise den Verlauf der anatomischen oder mechanischen Achsen deut licher darzustellen und besser beurteilen zu können. Dabei ist die Ansicht frei wählbar und man ist nicht wie bei den bisher eingesetzten Methoden auf zweidimen sionale Projektionen angewiesen.

Aus einer Prothesenbibliothek können die für den Patienten geeigneten Prothesen-Komponenten gewählt und geladen werden. Bereits vor der Auswahl der geeigneten Prothesen können Distanzmessungen innerhalb des Bild datensatzes am Bildschirm durchgeführt werden und er lauben in Verbindung mit der Anzeige bzw. dem Einblen den prothesenspezifischer Informationen eine präzise Selektion der Prothesen unter Berücksichtigung der pa tientenspezifischen Besonderheiten. Die prothesenspezi fischen Informationen beziehen sich hierbei in erster Linie auf Größe, Hersteller und Typ der jeweiligen Pro thesen. Nach Auswahl der Prothesen können diese in die jeweilige Darstellung von Femur und Tibia maßstabsge treu eingeblendet und darin positioniert und ausgerich tet, das heißt in ihrer dreidimensionalen Orientierung zu Femur und Tibia verändert werden. Das System erlaubt eine separate präzise Positionierung und Ausrichtung der tibialen und femuralen Komponenten auf Basis des patientenspezifischen Bilddatensatzes.

Dies ist in Fig. 2 zu erkennen, in der ein Bei spiel einer grafischen Benutzerschnittstelle 7 der er findungsgemäßen Vorrichtung im Detail dargestellt ist. Die Figur zeigt eine Momentaufnahme während des Einsat zes dieser grafischen Benutzerschnittstelle. Die oberen beiden Bildausschnitte stellen hierbei zwei orthogonale Schnittebenen durch Femur 9 und Tibia 10 eines Patien ten dar. Im linken unteren Bildausschnitt ist eine Schnittansicht in der verbleibenden orthogonalen Raume bene zu erkennen. In allen drei Abbildungen ist eine Knieprothesen-Komponente 4 in der jeweiligen Schnittan sicht dargestellt. Diese Knieprothesen-Komponente kann innerhalb der Darstellungen relativ zu Femur 9 und Ti bia 10 in drei Dimensionen verschoben und gedreht, d. h. positioniert und ausgerichtet werden.

In allen drei Ansichten ist schließlich auch die bereits vorher bestimmte mechanische Achse 11 zu erken nen, die die Ausrichtung der Knieprothese 4 erleich tert. Das zusätzliche Einblenden von Raumachsen oder der mechanischen bzw. den anatomischen Achsen gewähr leistet die Überprüfung der Lage der jeweiligen Kompo nenten zueinander. In gleicher Weise können die Abstän de und Winkel nochmals gemessen und überprüft werden.

Die Berechnung der Schnittflächen und deren dreidimen sionale Darstellung in einem separaten Ausgabefenster, wie dies im rechten unteren Bild der Fig. 2 zu erken nen ist, erlaubt die Kontrolle der geplanten Schnitt führung. Auch hierbei kann wiederum die Ansicht frei gewählt werden.

Als Ergebnisdaten liefert die Vorrichtung prothe senspezifische Informationen der ausgewählten Kniepro these sowie die Lage, das heißt die Position und Aus richtung bzw. Orientierung, des Implantats in Relation zum patientenspezifischen Bilddatensatz. Diese für die intraoperative Umsetzung relevanten Parameter werden abgespeichert und dem nachfolgenden (intraoperativen) System zur Generierung der einzelnen Schnittflächen zur Verfügung gestellt.

Durch den Einsatz dieser Vorrichtung wird die prä zise Bestimmung der mechanischen Achsen im Vorfeld ei ner Operation ermöglicht, so dass die geeigneten Pro thesen-Komponenten zuverlässig ausgewählt werden kön nen. Diese Bestimmung sowie die Möglichkeit der präzi sen Positionierung und Ausrichtung der Prothesen im pa tientenspezifischen Bilddatensatz führt zu einer präzi seren Einpassung einer Prothese. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt schließlich die erforderlichen Steu erdaten für die unterschiedlichen durchzuführenden Kno chenschnitte für ein chirurgisches Robotersystem zur Verfügung.

Bezugszeichenliste

1

Eingabeschnittstelle

2

CT-Bilddaten

3

Knieprothesen-Komponenten-Bilddaten

4

Knieprothesen-Komponente

5

Planungssystem

6

Anzeigeeinheit

7

grafische Benutzerschnittstelle

8

Ausgabeschnittstelle

9

Femur

10

Tibia

11

mechanische Achse

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung von Daten für das Ein passen einer Knochen- oder Gelenk-Prothese, insbe sondere einer Knieprothese, mit

- einer Schnittstelle (1) zum Einlesen von Bildda ten (2, 3), die eine dreidimensionale Darstellung von Objekten ermöglichen;
- einer Recheneinheit, die grafische Darstellungen wählbarer Schnittebenen durch die Objekte und/oder wählbare perspektivische Darstellungen der Objekte aus eingelesenen Bilddaten (2, 3) berechnet, wobei die Objekte Knochen (9, 10) oder Knochenabschnitte sowie vorgegebene Prothesen-Komponenten (4) sind;
- einer Anzeigeeinheit (6) zur Wiedergabe der be rechneten grafischen Darstellungen;
- einer Speicher-Einheit zum Abspeichern der Bild daten;
- einer Benutzerschnittstelle (7) zur Auswahl der darzustellenden Schnittebenen und/oder perspekti vischen Darstellungen, wobei die Benutzerschnitt stelle (7) derart ausgebildet ist, dass sie die Festlegung von Hilfslinien (11) in einem mit dem/den Knochen (9, 10) fest verbundenen Koordina tensystem in den grafischen Darstellungen, eine Auswahl von darzustellenden Prothesen-Komponenten (4) und deren dreidimensionale Positionierung und Ausrichtung relativ zu dem/den Knochen (9, 10) in nerhalb der grafischen Darstellungen ermöglicht; und
- einer Einheit zur Erfassung der Position und Ausrichtung der positionierten und ausgerichteten Prothesen-Komponente(n) (4) relativ zu dem/den Knochen (9, 10) und zur Bereitstellung der erfass ten Daten an einer Ausgabeschnittstelle (8).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Modul zur Bestimmung von chir urgischen Schnittflächen an dem/den Knochen (9, 10) anhand der platzierten Prothesen-Komponente(n) (4) und zur Bereitstellung von Daten über die Schnittflächen an der Ausgabeschnittstelle (8) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Modul mit Bilddaten und Informationen einer Vielzahl von verfügbaren Prothesen- Komponenten (4) beinhaltet, wobei die Informatio nen an der Anzeigeeinheit (6) dargestellt werden können.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Einheit zur Erfassung von Ab ständen und/oder Winkeln in den grafischen Dar stellungen und zur Anzeige dieser Abstände und/oder Winkel an der Anzeigeeinheit (6) vorgese hen ist.

5. Verfahren zur Bestimmung von Daten für das Einpas sen einer Knochen- oder Gelenk-Prothese, insbeson dere einer Knieprothese, mit folgenden Schritten:

- Einlesen von Bilddaten (2, 3) von Objekten in ein Datenverarbeitungssystem (5), die die dreidi mensionale Darstellung der Objekte ermöglichen, wobei die Objekte ein oder mehrere Knochen (9, 10) oder Knochenabschnitte sowie eine oder mehrere einzupassende Prothesen-Komponenten (4) sind;

- rechnergestützte grafische Darstellung von Schnittebenen durch die Objekte in drei zueinander senkrechten Ebenen und/oder perspektivische Dar stellungen der Objekte durch das Datenverarbei tungssystem (5) an einer Anzeigeeinheit (6);
- dreidimensionales Positionieren und Ausrichten der Prothesen-Komponente(n) (4) relativ zu dem/den Knochen (9, 10) innerhalb der Darstellung(en);
- Erfassen der Position und Ausrichtung der plat zierten Prothesen-Komponente(n) (4) relativ zu dem/den Knochen (9, 10) durch das Datenverarbei tungssystem (5); und
- Bereitstellung der erfassten Daten für die An steuerung eines Werkzeugsystems zur Durchführung der Schnitte.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mechanische Achsen (11) des/der Knochen (9, 10) in der grafischen Darstellung festgelegt und als Hilfsmittel zur Positionierung und Ausrichtung der Prothesen-Komponente(n) (4) eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Positionierung und Ausrichtung der Prothesen-Komponente(n) (4) vom Datenverarbeitungssystem (5) die chirurgischen Schnittflächen bestimmt und als Daten für die Ansteuerung des Werkzeugsystems bereitgestellt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Positionierung und Ausrichtung ein oder mehrere Prothesen-Komponente(n) (4) anhand ihrer Geometrie und Abmessungen aus einer Daten bank mit den eingelesenen Prothesen-Komponenten ausgewählt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten (2) von dem/den Knochen (9, 10) als Schichtdatensätze eines Computertomografen vorliegen.