DE102005003317A1 - Method for determining the neutral position of a femur relative to a pelvic bone and apparatus for carrying out this method - Google Patents

Method for determining the neutral position of a femur relative to a pelvic bone and apparatus for carrying out this method Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur Bestimmung der neutralen Position eines Oberschenkelknochens relativ zu einem Beckenknochen wird gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: DOLLAR A È Man bestimmt aus den drei Punkten des Beckenknochens DOLLAR A 1) linke spina iliaca anterior superior (linker oberer Darmbeinstachel) DOLLAR A 2) rechte spina iliaca anterior superior (rechter oberer Darmbeinstachel) DOLLAR A 3) symphysis pubis (Schambein) DOLLAR A die anteriore Beckenebene. DOLLAR A È Man bestimmt die Lage des Hüftgelenkmittelpunktes relativ zum Beckenknochen und relativ zum Oberschenkelknochen. DOLLAR A È Man bestimmt die Lage des Kniegelenkes relativ zum Oberschenkelknochen. DOLLAR A È Man beugt den Unterschenkel etwa um 90 DEG gegenüber dem Oberschenkel und bestimmt dann die Lage des Sprunggelenks relativ zum Oberschenkelknochen. DOLLAR A È Man bestimmt aus den Positionsdaten des Hüftgelenkmittelpunktes, des Kniegelenkes und des Sprunggelenkes bei abgewinkeltem Unterschenkel eine Femursagittalebene. DOLLAR A È Man berechnet die Winkeländerungen, die notweindig sind, um die Verbindungslinie des Hüftgelenkmittelpunktes mit dem Kniegelenk (mechanische Femurachse) in eine Linie zu überführen, die in einer Parallelebene zur anterioren Beckenebene durch den Hüftgelenkmittelpunkt und senkrecht zur Verbindungslinie der beiden spinae iliacae anteriores superiores verläuft. DOLLAR A È Man berechnet zusätzlich die Winkeländerungen, die notwendig sind, um die Femursagittalebene senkrecht zur anterioren Beckenebene zu orientieren.A method for determining the neutral position of a femur relative to a pelvic bone is characterized by the following method steps: DOLLAR A È From the three points of the pelvic bone DOLLAR A 1) left anterior superior iliac spine (left iliac spine) DOLLAR A 2) right Spinal iliac anterior superior DOLLAR A 3) symphysis pubis (pubis) DOLLAR A the anterior pelvic plane. DOLLAR A È Determines the position of the hip joint center relative to the pelvic bone and relative to the femur. DOLLAR A È The position of the knee joint relative to the thighbone is determined. DOLLAR A È The lower leg bends about 90 ° to the thigh and then determines the position of the ankle relative to the femur. DOLLAR A È A femoral sagittal plane is determined from the position data of the hip joint center, the knee joint and the ankle in the angled lower leg. DOLLAR A È Calculate the angle changes necessary to bring the line connecting the hip joint center to the knee joint (mechanical axis of the femur) in a plane parallel to the anterior pelvic plane through the midpoint of the hip joint and perpendicular to the connecting line of the two spinae iliacae anteriores superiores runs. DOLLAR A È In addition, the angular changes necessary to orient the femoral sagittal plane perpendicular to the anterior pelvic plane are calculated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der neutralen Position eines Oberschenkelknochens relativ zu einem Beckenknochen.The The invention relates to a method for determining the neutral position of a femur relative to a pelvic bone.

Bei der Implantation eines künstlichen Hüftgelenkes ist es unter anderem notwendig, die Beweglichkeit des Oberschenkelknochens relativ zum Beckenknochen nach dem Einsetzen der Implantatkomponenten rechnerisch zu simulieren, um vorhersagen zu können, ob die Verwendung bestimmter Implantatkomponenten und deren bestimmte Orientierung und Positionierung in den Knochen zu der gewünschten maximalen Beweglichkeit führen. Beispielsweise wird dabei geprüft, ob bei gestrecktem Bein eine Drehung des Oberschenkelknochens nach innen und außen in genügendem Maße möglich ist, außerdem bei abgewinkeltem Bein ein Verschwenken nach innen und nach außen. Die Drehachsen, die dieser Überprüfung zugrundegelegt werden, sind relativ zum Beckenknochen feststehende Achsen, und daher ist es wesentlich, daß der Oberschenkel und damit die in ihm implantierten Implantatteile zur Bestimmung dieser Beweglichkeit eine bestimmte Orientierung zum Beckenknochen aufweisen. Man geht davon aus, daß eine neutrale Position dafür geeignet ist, also eine Position, die im wesentlichen der Orientierung des Oberschenkels bei einem stehenden Patienten und bei gestrecktem Bein entspricht.at the implantation of an artificial hip joint It is necessary, among other things, the mobility of the femur relative to the pelvic bone after insertion of the implant components to be able to predict mathematically in order to predict whether the use of certain Implant components and their specific orientation and positioning in the bones to the desired lead maximum mobility. For example, it is checked whether the leg is stretched, a rotation of the femur inwards and outside in enough Dimensions is possible, also at angled leg pivoting inwards and outwards. The Rotary axes based on this review are relative to the pelvic bone fixed axes, and it is therefore essential that the Thigh and thus implanted implant parts for determination This mobility a certain orientation to the pelvic bone exhibit. It is believed that a neutral position suitable for it is a position that is essentially the orientation of the Thighs in a standing patient and stretched Leg corresponds.

Um diese neutrale Position des Oberschenkels relativ zum Beckenknochen in der Praxis zu bestimmen, hat man den Oberschenkelknochen eines Patienten zum Beispiel während einer Operation möglichst genau in diese neutrale Posi tion gebracht. Dies gelingt allerdings nur sehr unvollkommen, da bei einer Operation häufig der Beckenknochen verschwenkt ist und da die Körperteile des Patienten bei der Operation durch Operationstücher abgedeckt und schwer zugänglich sind, außerdem ist eine derart genaue Anordnung bei einem liegenden Patienten problematisch. Aus diesem Grunde war es bisher nur annähernd möglich, eine Neutralposition herzustellen, von der ausgehend dann die gewünschten Simulationsberechnungen durchgeführt werden können.Around this neutral position of the thigh relative to the pelvic bone In practice, one has the femur of a patient for example while an operation as possible placed exactly in this neutral position. This succeeds however only very imperfect, as the pelvic bones often swivel during surgery is and there are the body parts of the patient at surgery covered by surgical drapes and hard to access are, as well such a precise arrangement is problematic in a recumbent patient. For this reason, it was only approximately possible, a neutral position then from the starting then the desired simulation calculations carried out can be.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Neutralposition des Oberschenkelknochens relativ zum Beckenknochen in einfacherer Weise bestimmt werden kann.It Object of the invention to provide a method with which the Neutral position of the femur relative to the pelvic bone can be determined in a simpler way.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, welches gekennzeichnet ist durch die folgenden Verfahrensschritte:

  • • Man bestimmt aus den drei Punkten des Beckenknochens 1) linke spina iliaca anterior superior (linker oberer Darmbeinstachel) 2) rechte spina iliaca anterior superior (rechter oberer Darmbeinstachel) 3) symphysis pubis (Schambein) die anteriore Beckenebene.
  • • Man bestimmt die Lage des Hüftgelenkmittelpunktes relativ zum Beckenknochen und relativ zum Oberschenkelknochen.
  • • Man bestimmt die Lage des Kniegelenkes relativ zum Oberschenkelknochen.
  • • Man beugt den Unterschenkel etwa um 90° gegenüber dem Oberschenkel und bestimmt dann die Lage des Sprunggelenks relativ zum Oberschenkelknochen.
  • • Man bestimmt aus den Positionsdaten des Hüftgelenkmittelpunktes, des Kniegelenkes und des Sprunggelenkes bei abgewinkeltem Unterschenkel eine Femursagittalebene.
  • • Man berechnet die Winkeländerungen, die notwendig sind, um die Verbindungslinie des Hüftgelenkmittelpunktes mit dem Kniegelenk (mechanische Femurachse) in eine Linie zu überführen, die in einer Parallelebene zur anterioren Beckenebene durch den Hüftgelenkmittelpunkt und senkrecht zur Verbindungslinie der beiden spinae iliacae anteriores superiores verläuft.
  • • Und man berechnet zusätzlich die Winkeländerungen, die notwendig sind, um die Femursagittalebene senkrecht zur anterioren Beckenebene zu orientieren.
This object is achieved by a method of the type described above, which is characterized by the following process steps:
  • 1) left anterior superior iliac spine (left upper iliac spine) 2) right anterior superior iliac spine (right iliac spine) 3) symphysis pubis (pubis) the anterior pelvic plane.
  • • Determine the location of the hip joint center relative to the pelvic bone and relative to the femur.
  • • Determine the position of the knee joint relative to the thighbone.
  • • Flex the lower leg about 90 ° with respect to the thigh and then determine the position of the ankle relative to the thighbone.
  • • A femoral sagittal plane is determined from the position data of the hip joint center, the knee joint and the ankle in the angled lower leg.
  • • Calculate the angle changes necessary to bring the hip joint midline line (mechanical femur axis) into line parallel to the anterior pelvic plane through the midpoint of the hip joint and perpendicular to the connecting line of the two anterior superior iliac spine.
  • • Additionally, one calculates the angle changes necessary to orient the femoral sagittal plane perpendicular to the anterior pelvic plane.

Aufgrund dieser Verfahrensschritte erhält man also einen Datensatz von Ortskoordinatentransformationen, die beschreiben, wie der Oberschenkel ver schwenkt und verdreht werden muß, um in die Neutralposition zu gelangen. Diese Verlagerung wird man nicht körperlich durchführen, sondern nur mathematisch, wobei man auf diese Weise auch mathematisch die Verschiebungen und Verdrehungen von Implantatteilen berechnen kann, die in den Oberschenkel tatsächlich implantiert sind oder auch nur in einem Vormodell theoretisch im Oberschenkel angenommen werden. Man kann daher mathematisch die Implantatteile in eine Position und Lage umrechnen, die der Neutralposition entsprechen, und kann ausgehend von dieser Relativlage der oberschenkelseitigen Implantatteile einerseits und der beckenknochenseitigen Implantatteile andererseits, deren Beweglichkeit zueinander in der üblichen Weise berechnen.by virtue of these process steps are obtained So a record of location coordinate transformations that describe as the thigh swings ver and must be twisted in to reach the neutral position. This shift will not happen physically carry out, but only mathematically, whereby in this way also mathematically calculate the displacements and rotations of implant parts can, who are actually implanted in the thigh or even in a previous model theoretically assumed in the thigh become. One can therefore mathematically the implant parts in one position and convert position corresponding to the neutral position, and can starting from this relative position of the thigh-side implant parts on the one hand and the pelvic bone-side implant parts on the other hand, calculate their mobility to each other in the usual way.

Wesentlich für das beschriebene Verfahren ist es, daß keine Öffnung des Körpers notwendig ist, alle beschriebenen Verfahrensschritte können ohne Eingriff in den Körper einfach durch Bewegungen der Gliedmaßen und Abtasten bestimmter Markierungspunkte aufgefunden werden, und zwar unabhängig davon, in welcher Lage sich der Patient befindet und in welcher Lage die Gliedmaßen relativ zum Beckenknochen angeordnet sind. Es genügt bei diesem Verfahren, in irgendeiner Position des Oberschenkels den Unterschenkel etwa rechtwinklig abzuwinkeln, um dann die Lage des Sprunggelenks relativ zum Oberschenkel zu bestimmen, alle übrigen Schritte sind Bestimmungen von körpereigenen Markierungspunkten und Rechenvorgänge, insbesondere ist es also nicht notwendig, den Oberschenkel tatsächlich in die Neutralposition zu bringen.Essential to the method described is that no opening of the body is necessary, all the described method steps can be found without intervention in the body simply by movements of the limbs and scanning certain marker points, regardless of which position the patient is in and in which position the limbs are arranged relative to the pelvic bone. It is sufficient in this method, in some position of the thigh to bend the lower leg approximately at right angles, and then to determine the position of the ankle relative to the thigh, all other steps are determinations of endogenous marking points and calculations, in particular, it is not necessary, the thigh actually to the neutral position.

Der Bestimmung der Femursagittalebene liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Abwinkeln des Unterschenkels der Sprunggelenke in der Femursagittalebene verschwenkt wird, die bei der Neutralstellung des Oberschenkels tatsäch lich senkrecht zur anterioren Beckenebene und senkrecht zur Verbindungslinie der beiden spinae iliacae anteriores superiores liegt.Of the Determination of the femoral axis is based on the knowledge that at Angling the lower leg of the ankle in the femoral axis is pivoted, which in the neutral position of the thigh indeed perpendicular to the anterior pelvic plane and perpendicular to the connecting line the two spinae iliacae anteriores superiores lies.

Es ist vorteilhaft, wenn man die drei Beckenknochenpunkte zur Bestimmung der anterioren Beckenebene durch Palpation bestimmt.It is beneficial when using the three pelvic bone points for determination of the anterior pelvic plane determined by palpation.

Der Hüftgelenkmittelpunkt läßt sich durch Verschwenken des Oberschenkelknochens relativ zum Hüftgelenk bestimmen. Unter der Annahme, daß es sich beim Hüftgelenk um ein Kugelgelenk handelt, bewegen sich alle Punkte des Oberschenkels, die im Abstand zum Hüftgelenkmittelpunkt angeordnet sind, auf einer Kugelschale um den Hüftgelenkmittelpunkt. Diese Kugelschale kann durch Messung bestimmt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Navigationssystems, und daraus läßt sich der Kugelmittelpunkt bestimmen, der mit dem Hüftgelenkmittelpunkt zusammenfällt.Of the Hip center let yourself by pivoting the femur relative to the hip joint determine. Assuming that it is the hip joint is a ball joint, all the points of the thigh move, at the distance to the hip joint center are arranged on a spherical shell around the hip joint center. These Ball cup can be determined by measurement, for example with Help a navigation system, and from it can be the center of the ball determine that with the hip joint center coincides.

Die Lage des Kniegelenkes kann vorzugsweise ebenfalls durch Palpation der Kniescheibe bestimmt werden, und die Lage des Sprunggelenkes läßt sich auch durch Palpation bestimmen, beispielsweise durch Palpation der beiden seitlichen Sprunggelenkvorsprünge und/oder Knochenvorsprüngen auf der Vorderseite des Unterschenkels.The Position of the knee joint may also preferably by palpation the kneecap can be determined, and the position of the ankle can be also be determined by palpation, for example by palpation of both lateral ankle projections and / or bony prominences the front of the lower leg.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der am Beckenknochen und am Oberschenkelknochen jeweils ein Markierelement festgelegt ist, diese Markierelemente werden hinsichtlich ihrer Lage, also hinsichtlich der Position und Orientierung im Raum, von einem Navigationssystem überwacht, so daß in jedem Augenblick die Lage dieser Markierelemente im Raum festgestellt werden kann.The The invention also relates to a device for carrying out this Procedure, at the pelvic bone and femur in each case a marking element is defined, these marking elements be in terms of their location, so in terms of position and Orientation in the room, monitored by a navigation system, so that in every moment the position of these marking elements in the room determined can be.

Da die Markierelemente an dem Beckenknochen und dem Oberschenkel festgelegt sind, besteht eine dauerhafte Beziehung zwischen den Positionsdaten der Markierelemente einerseits und den Positionsdaten der oben beschriebenen Markierungspunkte am Beckenknochen einerseits und der mechanischen Femurachse und der Sagittalebene am Oberschenkelknochen andererseits, wenn diese Beziehung einmal festgestellt ist, bleibt sie gleich und durch Lagebestimmung der Markierelemente kann man dann auch die jeweilige Lage der genannten Markierungspunkte, Verbindungslinien und Ebenen berechnen.There set the marker on the pelvic bone and thigh There is a permanent relationship between the positional data the marking elements on the one hand and the position data of the above Marking points on the pelvic bone on the one hand and the mechanical Femoral axis and the sagittal plane on the femur, on the other hand, Once this relationship is established, it remains the same and by determining the position of the marking elements can then also the respective position of said marking points, connecting lines and calculate levels.

Günstig ist es, wenn zur Bestimmung der Markierungspunkte ein mit einem Markierelement versehener Taster verwendet wird, dessen Lage ebenfalls vom Navigationssystem überwacht wird. Damit ist in einfacher Weise möglich, die beschriebenen Markierpunkte hinsichtlich ihrer Lage von dem Navigationssystem erfassen zu lassen und einen entsprechenden Datensatz zu erstellen.Cheap is if, for the determination of the marking points, one provided with a marking element Button is used, whose location is also monitored by the navigation system becomes. This is possible in a simple manner, the marking points described in terms of their location to be detected by the navigation system and create a corresponding record.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention used in conjunction with the drawings for further explanation. Show it:

1: eine schematische Ansicht des Beckenknochens, des Oberschenkelknochens und des Unterschenkelknochens eines Patienten und eines Navigationssystems mit Datenverarbeitungsanlage zur Bestimmung der Lagedaten von körpereigenen Markierpunkten und weiteren geometrischen Daten; 1 a schematic view of the pelvic bone, the femur and the lower leg bone of a patient and a navigation system with data processing system for determining the location data of the body's own marking points and other geometric data;

2: eine Ansicht des Patienten ähnlich der Darstellung der 1 unter zusätzlicher Angabe der mechanischen Femurachse des Oberschenkelknochens und 2 : a view of the patient similar to the presentation of the 1 with additional indication of the mechanical femoral axis of the femur and

3: eine Ansicht des Beckenknochens, des Oberschenkelknochens und des um 90° abgewinkelten Unterschenkelknochens eines Patienten unter Angabe der anterioren Beckenebene, der mechanischen Femurachse und der Femursagittalebene. 3 : A view of the pelvic bone, thighbone, and 90 ° angled lower leg of a patient, indicating the anterior pelvic plane, the mechanical femoral axis, and the femoral sagittal plane.

Zur Bestimmung der Neutralposition des Oberschenkels eines Patienten wird ein Navigationssystem 1 verwendet, welches über drei im Abstand zueinander angeordnete Sender 2, 3, 4 eine Infrarotstrahlung aussendet, die auf Reflektorelemente von Markierelementen 5, 6, 7 auftrifft und von dort auf die auch als Empfänger arbeitenden Sender 2, 3,4 zurückgestrahlt wird. Aus den Laufzeitunterschieden und den Richtungen der reflektierten Strahlung kann das Navigationssystem jederzeit die genaue Position und Orientierung, also die Lage, jedes einzelnen Markierelementes 5, 6, 7 im Raum bestimmen und einen entsprechenden Datensatz erzeugen, der dann einer Datenverarbeitungsanlage 8 zur weiteren Bearbeitung zugeführt werden kann. Der Datenverarbeitungsanlage ist unter anderem eine Anzeigeeinheit in Form eines Bildschirmes 9 zugeordnet.To determine the neutral position of the thigh of a patient is a navigation system 1 used, which has three spaced-apart transmitter 2 . 3 . 4 emits an infrared radiation that is on reflector elements of marking elements 5 . 6 . 7 impinges and from there to the transmitter also working as a receiver 2 . 3 . 4 is backblasted. From the transit time differences and the directions of the reflected radiation, the navigation system at any time the exact position and orientation, ie the location of each individual marking element 5 . 6 . 7 determine in space and generate a corresponding record, which then a data processing system 8th can be supplied for further processing. The data processing is among other things a display unit in the form of a screen 9 assigned.

Derartige Navigationssysteme sind an sich bekannt und können auch in bekannter Weise abweichend aufgebaut sein, beispielsweise kann statt Infrarotstrahlung elektromagnetische Strahlung oder Ultraschallstrahlung verwendet werden etc. Wesentlich ist nur, daß das Navigationssystem die Lage der Mar kierelemente im Raum jederzeit bestimmen und daraus einen Datensatz erzeugen kann.such Navigation systems are known per se and can also be used in a familiar way be deviating, for example, instead of infrared radiation electromagnetic radiation or ultrasonic radiation used etc. It is essential only that the navigation system the Determine the location of the marking elements in the room at any time and from it can generate a record.

Ein erstes Markierelement 5 ist fest mit einem Oberschenkelknochen 10 eines Patienten verbunden, beispielsweise mit Hilfe einer in den Knochen eingeschraubten Knochenschraube, an der das Markierelement 5 starr befestigt ist. In ähnlicher Weise ist das Markierelement 6 fest mit dem Beckenknochen 11 eines Patienten verbunden, und schließlich ist das Markierelement 7 starr mit einem Tastinstrument 12 verbunden, welches beispielsweise eine nadelförmige Tastspitze 13 aufweist. Mit dieser Tastspitze 13 können markante Punkte am Körper eines Patienten angefahren werden, und aus der Lage des Tastinstruments und den geometrischen Daten des Tastinstruments, also der relativen Lage der Tastspitze 13 relativ zum Markierelement 7, kann dann die genaue Lage der Tastspitze im Raum und damit eines von der Tastspitze 13 angefahrenen Punktes des Patienten festgestellt werden.A first marking element 5 is stuck with a thigh bone 10 a patient connected, for example by means of a bone screw screwed into the bone, to which the marking element 5 is rigidly attached. Similarly, the marker is 6 firmly with the pelvic bone 11 connected to a patient, and finally is the marker 7 rigid with a palpation instrument 12 connected, which, for example, a needle-shaped stylus tip 13 having. With this probe tip 13 can be approached striking points on the body of a patient, and from the position of the Tastinstruments and the geometric data of the Tastinstruments, ie the relative position of the probe tip 13 relative to the marking element 7 , then the exact location of the probe tip in the room and thus one of the probe tip 13 approached point of the patient can be determined.

Zur Bestimmung der Neutralposition des Oberschenkels relativ zum Beckenknochen werden folgende Parameter aufgenommen:
Mit dem Tastinstrument 12 werden am Beckenknochen drei Markierungspunkte angefahren, nämlich die linke spina iliaca anterior superior 14 (linker Darmbeinstachel), die rechte spina iliaca anterior superior 15 (rechter Darmbeinstachel) und die symphysis pubis 16 (Schambein). Aus den Datensätzen, die die Lage dieser drei Markierungspunkte beschreiben, berechnet die Datenverarbeitungsanlage 8 eine Ebene, die nachstehend als anteriore Beckenebene bezeichnet wird. Diese ist bei einem stehenden Patienten nahezu senkrecht angeordnet und bildet eine Bezugsebene für den Beckenknochen.
To determine the neutral position of the thigh relative to the pelvic bone, the following parameters are recorded:
With the feeler instrument 12 At the pelvic bone, three landmarks are approached, namely the left anterior superior iliac spine 14 (left iliac spine), the right anterior superior iliac spine 15 (right iliac spine) and the symphysis pubis 16 (Pubic bone). The data processing system calculates from the datasets that describe the location of these three landmarks 8th a plane, referred to below as the anterior pelvic plane. This is arranged almost vertically in a standing patient and forms a reference plane for the pelvic bone.

In einem weiteren Schritt wird die Lage des Hüftgelenkmittelpunktes 17 bestimmt. Dazu wird der Oberschenkelknochen 10 gegenüber dem Beckenknochen 11 verschwenkt. Bei dieser Verschwenkbewegung bewegt sich das Markierelement 5 auf einer Kugelschale um den Hüftgelenkmittelpunkt 17. Diese Kugelschale wird von dem Navigationssystem gemessen, und die Datenverarbeitungsanlage 8 kann daraus die Lage des Hüftgelenkmittelpunktes 17 bestimmen, und zwar relativ zum Oberschenkelknochen 10, das heißt zum Markierelement 5, und relativ zum Beckenknochen 11, das heißt zum Markierelement 6.In a further step, the location of the hip joint center 17 certainly. This will be the thigh bone 10 opposite the pelvic bone 11 pivoted. During this pivoting movement, the marking element moves 5 on a ball cup around the hip joint center 17 , This spherical shell is measured by the navigation system, and the data processing system 8th it can determine the location of the hip joint 17 determine, relative to the femur 10 that is to the marking element 5 , and relative to the pelvic bone 11 that is to the marking element 6 ,

In einem weiteren Schritt wird die Lage des Kniegelenkes bestimmt. Da dies bei der Operation zunächst nicht eröffnet ist, wird diese Lage annähernd dadurch bestimmt, daß man einen bestimmten Punkt auf der Kniescheibe 18 annimmt und diesen als Kniemittelpunkt definiert.In a further step, the position of the knee joint is determined. Since this is not initially opened in the operation, this position is approximately determined by the fact that a certain point on the kneecap 18 and defines this as a knee center.

Die Datenverarbeitungsanlage 8 berechnet aus den Lagedaten des Hüftgelenkmittelpunktes 17 und des Kniegelenkes eine Verbindungslinie, die als mechanische Femurachse 19 bezeichnet wird (2). Damit ist auch die Orientierung dieser mechanischen Femurachse gegenüber dem Oberschenkelknochen 10 und damit gegenüber dem Markierelement 5 bestimmt.The data processing system 8th calculated from the position data of the hip joint center 17 and the knee joint a connecting line, as a mechanical femoral axis 19 referred to as ( 2 ). This is also the orientation of this mechanical femoral axis relative to the femur 10 and thus with respect to the marking element 5 certainly.

In einem weiteren Schritt wird der Unterschenkel des Patienten gegenüber dem Oberschenkel um etwa 90° abgewinkelt, wie dies in 3 dargestellt ist. In dieser Stellung des Unterschenkels wird die Lage des Sprunggelenks 20 bestimmt. Auch dies kann durch Palpation mit dem Tastinstrument 12 erfolgen, beispielsweise werden die am weitesten herausstehenden Punkte der beiden Sprunggelenke des Fußes oder auf der Vorderseite des Beines ein markanter Knochenpunkt im Bereich des Sprunggelenks ertastet und aus diesen Daten wird die Lage des Sprunggelenks bestimmt. Die Datenverarbeitungsanlage 8 berechnet aus den Lagedaten des Hüftgelenkmittelpunktes 17, des Kniegelenkes und des Sprunggelenkes eine Ebene, diese wird als Femursagittalebene 21 bezeichnet. Die geometrischen Daten dieser Femursagittalebene 21 relativ zum Oberschenkelknochen 10 sind damit bekannt, und damit auch relativ zum Markierelement 5.In a further step, the lower leg of the patient is angled relative to the thigh by about 90 °, as in 3 is shown. In this position of the lower leg becomes the position of the ankle 20 certainly. Again this can be done by palpation with the palpation instrument 12 For example, the most prominent points of the two hocks of the foot or on the front of the leg, a prominent bone point in the ankle are palpated and from these data, the position of the ankle is determined. The data processing system 8th calculated from the position data of the hip joint center 17 , the knee joint and the ankle joint, this is called a femoral sagittal plane 21 designated. The geometric data of this femoral axis 21 relative to the femur 10 are known, and thus also relative to the marking element 5 ,

Bei der beschriebenen Messung wird das Bein des Patienten normalerweise nicht relativ zum Beckenknochen ausgerichtet sein, das heißt es wird sich nicht in der neutralen Position befinden.at The measurement described will normally be the patient's leg not be aligned relative to the pelvic bone, that is, it will be not in the neutral position.

Es wird jetzt angenommen, daß die neutrale Position dadurch gekennzeichnet, ist, daß die mechanische Femurachse 19 parallel zur anterioren Beckenebene 22 und senkrecht zur Verbindungslinie 23 der beiden spinae iliacae anteriores superiores verläuft und daß die Femursagittalebene 21 senkrecht zur anterioren Beckenebene 22 angeordnet ist. Diese Annahme trifft im wesentlichen bei den meisten Patienten zu, so daß diese Beschreibung eine sehr gute Darstellung der Neutralposition ist.It is now assumed that the neutral position is characterized in that the mechanical axis of the femur 19 parallel to the anterior pelvic plane 22 and perpendicular to the connecting line 23 the two spinae iliacae anteriores superiores runs and that the Fursuragittalenbene 21 perpendicular to the anterior pelvic plane 22 is arranged. This assumption is essentially true in most patients, so this description is a very good representation of the neutral position.

Da bei der Aufnahme der Messung diese Lage des Beines nicht eingenommen worden ist, ergeben sich Abweichungen, und diese Abweichungen kann die Datenverarbeitungsanlage 8 ohne weiteres berechnen, daß heißt es werden die Koordinatentransformationen berechnet, die notwendig sind, um aus den tatsächlich gemessenen Orientierungen der Femursagittalebene 21 und der mechanischen Femurachse 19 in die entsprechenden Lagen bei der Neutral stellung zu gelangen. Aus diesen Transformationsdaten lassen sich dann auch die Transformationsdaten berechnen, die den Übergang der Lage des Markierelementes 5 aus der tatsächlichen Meßstellung in die neutrale Position beschreiben oder aber den Übergang eines in den Oberschenkelknochen eingesetzten und mit diesem fest verbundenen Implantates. Die Lage dieses Implantates im Oberschenkelknochen 10 wird entweder vor der Operation rechnerisch simuliert, es heißt es wird eine bestimmte Lage des Implantates im Oberschenkelknochen angenommen, beispielsweise unter Verwendung von Bilddaten des Oberschenkelknochens und Bilddaten des Implantatteils, die übereinander kopiert werden, oder aber erhält man die Lage des Implantatteils nach erfolgter Implantation dadurch, daß auch das Implantatteil navigiert wird, beispielsweise durch ein zeitweise starr mit dem Implantatteil verbundenes Markierelement. Auf jeden Fall ist es auf diese Weise der Datenverarbeitungsanlage 8 möglich, aus der tatsächlichen Lage des Implantates, die durch Lagebestimmung des oberschenkelknocheneigenen Markierelementes 5 jederzeit bestimmbar ist, die Lage des Implantates in der Neutralposition des Oberschenkelknochens zu berechnen, und zwar relativ zum Beckenknochen 11.Since this position of the leg was not taken when taking the measurement, there are deviations, and these deviations can the data processing system 8th It is readily calculated, that is, the coordinate transformations necessary to derive from the actually measured orientations of the femoral axis plane are calculated 21 and the mechanical Fe murachse 19 to get into the appropriate positions at the neutral position. From this transformation data can then also calculate the transformation data, the transition of the position of the marking element 5 describe from the actual measurement position in the neutral position or the transition of an inserted into the thigh bone and fixedly connected to this implant. The location of this implant in the femur 10 is either mathematically simulated before surgery, it is said that a certain position of the implant in the femur, for example, using image data of the femur and image data of the implant part, which are copied one above the other, or you get the position of the implant part after implantation characterized in that the implant part is also navigated, for example by a marking element which is at times rigidly connected to the implant part. In any case, it is the data processing system that way 8th possible, from the actual position of the implant, by determining the location of the thigh bone marking element 5 can be determined at any time to calculate the position of the implant in the neutral position of the femur, relative to the pelvic bone 11 ,

Ohne den Oberschenkelknochen 10 tatsächlich in diese neutrale Position gebracht zu haben, kann also für die Simulation der Bewegungsabläufe eine Position des Implantatteils im Oberschenkelknochen relativ zum Beckenknochen angegeben werden, die der Neutralposition des Oberschenkelknochens entspricht, und damit kann die Simulation der Beweglichkeit realitätsnah durchgeführt werden. Für diesen Vorgang ist es weder notwendig, Eingriffe am Körper vorzunehmen, noch muß das Bein in die Neutralposition gebracht werden. Die beschriebenen Meßwerte sind für den Operateur leicht aufzunehmen und führen zu verläßlichen, gut reproduzierbaren Werten für die Bestimmung der Neutralposition des Oberschenkels.Without the thighbone 10 In fact, to have brought this neutral position, a position of the implant part in the femur relative to the pelvic bone corresponding to the neutral position of the femur can be specified for the simulation of the movement sequences, and thus the simulation of the mobility can be carried out in a realistic manner. For this procedure, it is not necessary to make any interventions on the body, nor must the leg be brought into the neutral position. The measured values described are easy for the surgeon to record and lead to reliable, well reproducible values for the determination of the neutral position of the thigh.

Claims (6)

Verfahren zur Bestimmung der neutralen Position eines Oberschenkelknochens relativ zu einem Beckenknochen gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: • Man bestimmt aus den drei Punkten des Beckenknochens 1) linke spina iliaca anterior superior (linker oberer Darmbeinstachel) 2) rechte spina iliaca anterior superior (rechter oberer Darmbeinstachel) 3) symphysis pubis (Schambein) die anteriore Beckenebene. • Man bestimmt die Lage des Hüftgelenkmittelpunktes relativ zum Beckenknochen und relativ zum Oberschenkelknochen. • Man bestimmt die Lage des Kniegelenkes relativ zum Oberschenkelknochen. • Man beugt den Unterschenkel etwa um 90° gegenüber dem Oberschenkel und bestimmt dann die Lage des Sprunggelenks relativ zum Oberschenkelknochen. • Man bestimmt aus den Positionsdaten des Hüftgelenkmittelpunktes, des Kniegelenkes und des Sprunggelenkes bei abgewinkeltem Unterschenkel eine Femursagittalebene. • Man berechnet die Winkeländerungen, die notwendig sein, um die Verbindungslinie des Hüftgelenkmittelpunktes mit dem Kniegelenk (mechanische Femurachse) in eine Linie zu überführen, die in einer Parallelebene zur anterioren Beckenebene durch den Hüftgelenkmittelpunkt und senkrecht zur Verbindungslinie der beiden spinae iliacae anteriores superiores verläuft. • Und man berechnet zusätzlich die Winkeländerungen, die notwendig sind, um die Femursagittalebene senkrecht zur anterioren Beckenebene zu orientieren.Method for determining the neutral position of a femur relative to a pelvic bone through the following process steps: • One determines from the three Points of the pelvic bone 1) left spina iliaca anterior superior (left upper iliac spine) 2) right spina iliaca anterior superior (right upper iliac spine) 3) symphysis pubis (Pubic bone) the anterior pelvic plane. • One determines the location of the hip joint center relative to the pelvic bone and relative to the femur. • One determines the position of the knee joint relative to the femur. • You bow the lower leg about 90 ° opposite to the Thighs and then determines the location of the ankle relatively to the thighbone. • Man determined from the position data of the hip joint center, Knee joint and the ankle in angled lower leg one Femursagittalebene. • Man calculates the angle changes, which may be necessary to the connecting line of the hip joint center with the knee joint (mechanical femur axis) into a line, the in a parallel plane to the anterior pelvic plane through the hip joint midpoint and perpendicular to the connecting line of the two spinae iliacae anteriores superiores runs. • And you calculated additionally the angle changes, which are necessary to the femoral sagittal plane perpendicular to the anterior Orient the pelvic plane. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die drei Beckenknochenpunkte zur Bestimmung der anterioren Beckenebene durch Palpation bestimmt.Method according to claim 1, characterized in that that he the three pelvic bone points to determine the anterior pelvic plane determined by palpation. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Hüftgelenkmittelpunkt durch Verschwenken des Oberschenkelknochens relativ zum Hüftgelenk bestimmt.Method according to claim 1 or 2, characterized that he the hip joint center Swiveling the femur relative to the hip joint certainly. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lage des Kniegelenkes durch Palpation der Kniescheibe bestimmt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the position of the knee joint is determined by palpation of the kneecap. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lage des Sprunggelenkes durch Palpation bestimmt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that The position of the ankle is determined by palpation. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einer der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Navigationssystem, mit am Oberschenkelknochen und am Beckenknochen eines Patienten festgelegten Markierelementen, deren Position und Orientierung durch das Navigationssystem bestimmbar sind, mit einem mit einem Markierelement verbundenen Tastelement und mit einer Datenverarbeitungsanlage zur Verarbeitung der vom Navigationssystem gelieferten Lagedaten der Markierelemente und damit des Oberschenkelknochens, des Beckenknochens und des Tastinstruments, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanlage so programmiert ist, daß sie aus den drei Punkten des Beckenknochens (11) linke spina iliaca anterior superior (14), rechte spina iliaca anterior superior (15) und symphysis pubis (16) die anteriore Beckenebene (22) bestimmt und daß sie aus der Lage des Hüftgelenkmittelpunktes (17) relativ zum Beckenknochen (11) und relativ zum Oberschenkelknochen (10), der Lage des Kniegelenkes relativ zum Oberschenkelknochen (10) und der Lage des Sprunggelenks (20) relativ zum Oberschenkelknochen (10) bei um etwa 90° abgewinkel tem Unterschenkel eine Femursagittalebene (21) bestimmt, daß sie die Winkeländerungen berechnet, die notwendig sind, um die Verbindungslinie (19) des Hüftgelenkmittelpunktes (17) mit dem Kniegelenk (mechanische Femurachse) in eine Linie zu überführen, die in einer Parallelebene zur anterioren Beckenebene (22) durch den Hüftgelenkmittelpunkt (17) und senkrecht zur Verbindungslinie der beiden spinae iliacae anteriores superiores (14, 15) verläuft, und daß sie zusätzlich die Winkeländerungen berechnet, die notwendig sind, um die Femursagittalebene (21) senkrecht zur anterioren Beckenebene (22) zu orientieren.Device for carrying out the method of one of claims 1 to 5 with a navigation system, with the thigh bone and the pelvic bone of a patient defined marking elements, the position and orientation of which can be determined by the navigation system, with a connected to a marking element probe element and with a data processing system for processing the Position data supplied by the navigation system of the marking elements and thus of the femur, the pelvic bone and the palpation instrument, characterized in that the data processing system is programmed so that it from the three points of the pelvic bone ( 11 ) left spina iliaca anterior superior ( 14 ), right spina iliaca anterior superior ( 15 ) and symphysis pubis ( 16 ) the anterior pelvic plane ( 22 ) and that from the location of the hip joint ( 17 ) relative to the pelvic bone ( 11 ) and relative to the femur ( 10 ), the position of the knee joint relative to the femur ( 10 ) and the position of the ankle ( 20 ) relative to the femur ( 10 ) at about 90 ° Angewinkel tem lower leg a femoral sagittal plane ( 21 ) determines that it calculates the angle changes necessary to make the connecting line ( 19 ) of the hip joint center ( 17 ) with the knee joint (mechanical axis of the femur) in a line parallel to the anterior pelvic plane ( 22 ) through the hip joint center ( 17 ) and perpendicular to the connecting line of the two spinae iliacae anteriores superiores ( 14 . 15 ) and that it additionally calculates the angle changes necessary to move the femoral 21 ) perpendicular to the anterior pelvic plane ( 22 ).
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