-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft eine Pedikelahle zur Vorbereitung des Pedikels für die anschließende Implantation einer Pedikelschraube. Zur Vermeidung von Komplikationen besitzt das Instrument eine Ultraschallsonde, so dass der Chirurg stets die Lage des Instruments innerhalb des Pedikels beurteilen kann.
-
Stand der Technik
-
Zur Versorgung von Erkrankungen der Wirbelsäule werden häufig Operationen durchgeführt, die eine Verankerung von Schrauben in den Pedikeln, oder eine Durchdringung der Pedikel aus anderem Grunde erfordern. Dazu werden die Pedikel an geeigneter Stelle mit Hilfe von Drähten oder einem Pfriem eröffnet und ein transpedikulärer Kanal geschaffen. Dieses sogenannte Pedikulieren erfordert ein hohes Maß an Geschick, da ein versehentlicher Durchbruch des Pedikels eine Verletzung des Rückenmarks mit schwerwiegenden Folgen für den Patienten nach sich ziehen kann. Um das Risiko eines Durchbruchs und einer Fehlplatzierung der Pedikelschrauben zu vermindern, erfolgt der Zugang oft unter Röntgenkontrolle. Trotz Röntgenkontrolle existiert ein Restrisiko von Fehlplatzierungen der Pedikelschrauben da die Röntgenkontrolle aus praktischen Gründen oft nur in einer Ebene stattfinden kann. Mit der Einführung der navigierten Verwendung der Instrumente und das navigierte Einsetzen von Pedikelschrauben konnte dieses Risiko geringfügig vermindert werden (Zausinger 2009). Die Reduktion der Fehlplatzierungen mit Hilfe der computerunterstützten Navigation erfordert einen hohen Zeit- und Kostenaufwand, und oft eine zusätzliche Strahlenbelastung des Patienten.
-
Aus (
WO03068076A1 2002) ist eine Alternative zur navigierten Pedikelschraubenimplantation bekannt, welche in einer klinischen Studie positive Ergebnisse bzgl. der Platzierungsgüte von Pedikelschrauben erwiesen hat (
Bolger 2007). Das Messprinzip der technischen Ausgestaltung basiert auf der Erfassung eines elektrischen Impedanzunterschieds bei Annäherung an ein leitendes Gewebe. Erste Ansätze zu dieser Ideen gehen auf die Dentalchirurgie zurück, wie aus (
DE2134435B2 1970) bekannt ist. Aus (
WO2007035925A3 2005) ist zum Beispiel bekannt, dass mit Hilfe der Impedanzmessungen Nervengewebe bei der Instrumentierung identifiziert werden kann. Die genannten Methoden sind in der Lage einen Kontakt bzw. einen nur sehr kurzen Abstand zu einem Gewebe unterschiedlicher Impedanzen zu detektieren. Da die Impedanz von dem jeweils herrschenden Druck auf die Struktur oder das Gewebe abhängt, ist eine genaue Abstandsmessungen bzw. Strukturerfassungen nicht möglich oder erst nachdem die knöcherne Struktur durchbrochen wurde.
-
Aus (
WO0067645A1 1999) ist ein rotierendes Instrument bekannt, welches das umliegende Gewebe per Ultraschall abtasten kann. Darin ist ein Ultraschallsender und eine Empfangsmöglichkeit vorgesehen, die Messung des Querschnittprofils erfordert jedoch eine fortlaufende Rotation des Instruments. Durch die Schneiden des Bohrers ist ein Durchbrechen der kortikalen Pedikelwand nur schwer über ein taktiles Feedback zu erfassen, außerdem ist das Verletzungsrisiko des Rückenmarks bei Verwendung eines rotierenden Bohrers ungleich höher als bei einer Pedikelahle, so dass dem vorgeschlagenen Instrument gravierende Nachteile gegenüberstehen.
-
Aus (
DE 10 2005 057 743 A1 2004 und
DE 10 2005 019 371 A1 2005) ist ein stabförmiges Instrument (Katheter) für die Sondierung einer Öffnung mittels Ultraschall beschrieben. Dazu sind zwei oder mehrere Ultraschallsender und -Empfänger angebracht, die in einer bzw. zwei zur Instrumentenachse verlaufenden Linie(n) angeordneten sind. Aus (
WO2004090484A2 2003;
WO2006030408A1 2004) ist bekannt, dass die Ultraschallantwort des Gewebes mit der Auswertung einer Laserlichtbrechung gemessen werden kann, welches Vorteile in der Miniaturisierung des Aufbaus hat. Die genannten Varianten sind für Anwendungen zur Darstellung von Gefäßen konzipiert und aufgrund mangelnder Eigensteifigkeit nicht für das Pedikulieren von Knochen einsetzbar.
-
Technische Aufgabe
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Pedikelahle bereitzustellen, mit der der Abstand zwischen dem erfindungsgemäßen Instrument und der äußeren Begrenzung des Pedikels intraoperativ und praktisch in Echtzeit gemessen werden kann. Ziel der Messung ist Lagebestimmung der Pedikelahle relativ zur Pedikelwand, so dass der Chirurg in die Lage versetzt wird stets mittig den Pedikel zu durchdringen. Des Weiteren wäre es wünschenswert, wenn anhand der Messdaten eine optimale Auswahl des Pedikelschraubendurchmesser getroffen werden kann.
-
Technische Lösung
-
Die Aufgabe wird gelöst indem eine Pedikelahle so ausgestaltet wird, dass diese mindestens zwei Ultraschallsensoren enthält. Aus den Informationen, die sich aus den unterschiedlichen akustischen Impedanzen des umliegenden Gewebes ergeben, kann der Querschnitt des Pedikels bestimmt werden. Für eine bessere Anbindung der Ultraschallsensoren können einerseits elastische Membranen oder eine Spüleinrichtung vorgesehen werden, mit der die akustische Einkopplung an das umgebende Gewebe optimiert wird.
-
Vorteilhafte Wirkungen
-
Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist das deutlich reduziertes Risiko einer ungewollten Pedikelpenetration sowie ein beschleunigter OP-Ablauf. Außerdem kann sich die Strahlenbelastung des Patienten und des OP-Personals verringern indem die Anzahl der Bildwandleraufnahmen reduziert und auf CT-Aufnahmen zur computerunterstützten Navigation verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße Pedikelahle erlaubt ferner die Rekonstruktion des Pedikelquerschnitts – über ein optionales Tiefenmesssystem sogar über die gesamte Pedikellänge – so dass die Messdaten zur Auswahl des optimalen Pedikelschraubendurchmessers und der optimalen Länge herangezogen werden können.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
-
zeigt den Insertionsvorgang der erfindungsgemäßen Pedikelahle in einen Wirbel.
-
zeigt die verschiedenen Komponenten der erfindungsgemäßen Pedikelahle.
-
stellt den distalen Bereich der Pedikelahle dar.
-
illustriert eine Variante der Anordnung von Piezokeramikelementen.
-
zeigt eine weitere Variante der Anordnung von Piezokeramikelementen.
-
zeigt die Verwendung einer Piezokeramik auf einer rotatorischen Welle.
-
beschreibt die Applikation von Sensoren zur Erfassung einer Drehung der Pedikelahle im drei-dimensionalen Raum.
-
zeigt die Verwendung einer gewölbten Oberfläche des distalen Schaftbereichs, mit dem Ziel, dass der Pfad der Pedikelahle im Insertionskanal korrigiert werden kann.
-
illustriert die Ergebnisdarstellung der Pedikelahle im Einsatz auf einen Monitor.
-
Beschreibung der Ausführungsarten
-
Die technischen Lösungen sind nachfolgend oft beispielhaft beschrieben. Dies soll als Mittel zur Erläuterung des zugrundeliegenden Gedankens aufgefasst und nicht als auf die jeweilige konkrete Darstellung beschränkt verstanden werden.
-
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Pedikelahle (1) während des Pedikulierens in einem Wirbel (9) ist in gezeigt. zeigt den prinzipiellen Aufbau der Pedikelahle (1). Diese besteht aus einem vorderen distalen Bereich 10, einem distalen Schaftteil (20), die zusammen (10 und 20) in den Pedikel eindringen, einem mittleren Schaftteil (30) und einem Handgriff (40), wobei ein Kabel (50) zur Energiezufuhr und Übertragung der elektrischen Signale am Handgriff (40) befestigt sein kann. Am Handgriff kann sich außerdem eine Markierung (41) befinden, die zur Ausrichtung, der Pedikelahle (1) dient.
-
In ist der distale Schaftbereich (20) als Vierkant dargestellt, welcher eine Länge von etwa 30 bis 80 mm besitzt. Möglichst nahe der Spitze (100) sind mindestens zwei Ultraschallsonden oberflächennah eingelassen. In einer bevorzugten Ausführung sind vier Sonden (1001, 1002, 1003 und 1004) in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, wobei die Sende- und Empfangsrichtung der Ultraschallwellen (1000) senkrecht zum Umfang des Schafts orientiert sind. Die Ultraschallsonden bestehen vorzugsweise aus einem Werkstoff mit piezokeramisch typischen Eigenschaften, welcher wie in dargestellt, direkt auf der Oberfläche des Bereichs (20) angeordnet sein kann. Zur Vermeidung von Beschädigungen und zur Reduktion des Signalrauschens sind die Sonden nach außen hin elektrisch isolierend beschichtet.
-
Eine weitere Ausgestaltungsvariante der Sonden (1001–1004) ist in bzw. dargestellt. Hierbei sind die Sonden im vorderen Bereich (10) von in Umfangsrichtung verteilten Membranen (160 oder 170) umgeben. Die Membranen (160, 170) können wie dargestellt einseitig mit dem Bereich (30) fest verbunden sein, oder umlaufend durch eine Nut (163) vom Schaft (30) getrennt, und nur indirekt über eine elastische Verbindung (162, 172) wieder damit verbunden sein. Die Nuten werden bevorzugt von einem elastischen Material (z. B. Silikon) verschlossen. Die aus den Bauformen resultierenden Membranen (160 bzw. 170) sind ähnlich einer Zunge frei gelagert und bieten gleichzeitig eine Schutzfunktion für den Ultraschallemitter und -Empfänger. Bei der in gezeigten Anordnung der Piezokeramik (161) ist auf der Innenseite der Membran (160) eine Federzunge ausgebildet, so dass die Längenänderung der Piezokeramik (160) längs der Federzunge erfolgt. Bei aktiver Auslenkung der Piezokeramik (160) verändert die Federzunge dadurch ihre Gestalt. Sie kann sich nach innen oder außen biegen. Die Federzunge erzeugt damit indirekt Schallwellen (1000), welche senkrecht zu ihrer Oberfläche radial ausgestrahlt und empfangen werden. Die Membranen bzw. Federzungen (160, 170) und die damit verbundenen Piezokeramiken (161, 171) können entweder separat eingesetzt, oder aus dem Grundmaterial der Pedikelahle über entsprechende Nuten (163) definiert werden.
-
Eine weitere modifizierte Anordnung des piezokeramisch Werkstoffs mit Ausbildung einer Federzunge ist in gezeigt. Hier ist die Piezokeramik (171) ist zwischen einer starren Seele (173) im Inneren der Pedikelahle (1) und den federnden Zungen bzw. Membranen (170) des distalen Bereichs (10) eingebettet.
-
In einer hier nicht gezeigten Ausgestaltungsvariante kann die akustische Einkopplung des Ultraschallsignals mit einer Irrigationseinrichtung optimiert werden. Dazu befindet sich mindestens ein Irrigationskanal in der Pedikelahle, welcher den distalen Bereich (10) und die Öffnungen zu den Ultraschallsensoren beispielsweise mit einer physiologischen Kochsalzlösung spült.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Einkopplung von Ultraschall (1000) in einen Pedikel ist in dargestellt. Hierbei ist der distale (20) und mittlere Schaft (30) hohl. Im Inneren befindet sich die Ultraschallsonde (185) an einem drehbaren Schaft (181). Dieser Schaft (181) wird durch einen im Schaft (30) oder Griff (40) befindlichen Motor (182) angetrieben. Die rotierende Sonde ist zur besseren Schallübertragung in einer Flüssigkeit (184) eingebettet. Zur Verbesserung des Durchdringungsverhaltens des Schalls und zur Unterdrückung von Reflexionen kann der Bereich (20) mit Fenstern (183) versehen werden. Die Fenster (183) sind aus einem geeigneten Material (z. B. Metall oder Kunstsoff) schwingungsisoliert, z. B. über einen umlaufenden Silikonspalt (183), mit dem Bereich (20) verbunden. Die Schallsonde (185) kann eine oder mehrere Piezokeramiken (z. B. 1001, 1002) beinhalten, die in Umfangsrichtung verteilt sind. Bevorzugte Ausführungen beinhalten eine oder zwei gegenüberliegende Piezokeramiken. Außerdem kann jede Piezokeramikfläche als sogenanntes Array ausgeführt sein, um eine dreidimensionale Darstellung des Pedikelquerschnitts zu ermöglichen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, ein hochauflösendes, drei-dimensionales Abbild des Pedikels zu erstellen indem Informationen zur räumlichen Position der Pedikelahle zu den Querschnittmessungen der Ultraschallsensoren addiert werden ( ). Indem die Pedikelahle (1) per Hand (beispielsweise während der Einbringung) leicht gedreht wird, kann dadurch der Querschnitt mit einer weitaus größeren Auflösung erfasst werden als es die nominelle Anzahl der Sensoren erlaubt. Die Drehung kann anhand unterschiedlicher Sensorsysteme (400) erfasst werden, so dass aus einzelnen Punktmessungen Kurvenzüge in Umfangsrichtung generiert werden können. Durch die Verschiebung in Längsrichtung des Instruments entsteht eine Vielzahl von Hüllkurven, die zusammen eine dreidimensionale Information der Pedikelgeometrie repräsentieren. Die entsprechende Sensorik (400) kann beispielsweise einen Beschleunigungssensor (401) und/oder einen Gyrometer (402) beinhalten, welche sich vorzugsweise im Handgriff (40) der Pedikelahle befinden. Zur genauen Auflösung der Tiefeninformation kann optional eine verschiebbare Hülse über dem Schaft (30) angebracht sein. Diese stützt sich an der Pedikeleintrittstelle an der knöchernen Struktur ab und erlaubt durch die Relativbewegung zwischen Hülse und Schaft eine rein visuelle bzw. über geeignete Wegaufnehmer eine elektronische Erfassung der jeweiligen Eindringtiefe des vorderen, distalen Endes der Ahle.
-
Generell hat die Erfindung die Aufgabe während ihrer Einführung ein Abbild des Pedikels (91) mit seinen äußeren Grenzen zu erstellen und nach Einschätzung der Platzverhältnisse eine seitliche Penetration des Pedikels zu verhindern. Ein gewisses Maß an Flexibilität der Pedikelahle kann hilfreich sein um eine Richtungsänderung bzw. die Lage des Insertionskanals (92) zu korrigieren. Deshalb kann der distale Schaft (20) Wölbungen aufweisen, die so angeordnet sind, dass ein größerer Radius der Pedikelahle (201) im Bereich nach den Ultraschallsensoren (1001–1004) vorliegt und in proximaler Richtung der Radius der Pedikelahle abnimmt (202) ( ). Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass sich der proximale Bereich (20 nach 30) leicht verjüngt. So kann die Richtung der Pedikelahle (1) im Insertionskanal (92) geändert werden, ohne dass das Instrument gebogen wird.
-
zeigt eine bevorzugte Form der Signalauswertung auf einem Monitor 6. Die Signale der Ultraschallsonden werden entsprechend der Markierung (41) und der Ausrichtung der Sonden (400) bzw. der Winkelstellung des Motors (182) in einem Diagramm 61 dargestellt. Dabei wird jeweils die Entfernung von der Mitte der Pedikelahle (1) zur kortikalen Begrenzungsschicht des Pedikels (91) dargestellt. Mit bereits vier feststehenden Sonden kann eine gute Näherung einer Kontur (62) des Pedikelquerschnitts erzeugt werden. Mit steigender Zahl der Sonden bzw. Drehungen der Ultraschallsensoren der Pedikelahle (1) steigt die Präzision in der Darstellung des Pedikelquerschnitts. Der Chirurg erhält somit laufend eine Rückmeldung über die Position der Pedikelahle (1) relativ zum Pedikelquerschnitt, und kann frühzeitig einer drohenden Penetration entgegenwirken. Außer Querschnitt und Position des Pedikels ermöglicht die erfindungsgemäße Pedikelahle auch die Messung des Durchmessers des Pedikels. Auf einem Monitor kann der aktuelle und der minimale Durchmesser angezeigt werden, was die korrekte Auswahl des Pedikelschraubendurchmessers erleichtert. Um den Blick nicht ständig auf den Monitor zu fixieren, ist außerdem eine akustische Rückmeldung zweckmäßig. Dabei wird z. B. die Frequenz eines Signaltons, oder der Abstand aufeinanderfolgender Töne analog zur Abweichung der Pedikelahle vom Pedikelzentrum ausgegeben.
-
Patentdokumente
-
- DE2134435B2 and INOUE, N. (1970) ”VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER LAENGE EINES ZAHNWURZELKANALES” YUGEN KAISHA HAYASHI SHIKA SLO
- DE 10 2005 019 371 A1 and MASCHKE, M. (2005) ”ULTRASONIC CATHETER, COMPRISES INTEGRATED DUCTS DISPENSING CONTRAST MEDIA FOR ULTRASONIC INSPECTION AS WELL AS FOR X-RAYING” SIEMENS AG
- DE 10 2005 057 743 A1 , WILSER, W. T., GARBINI, L. J. and MO, J. H. (2004) ”ULTRASONIC CATHETER, FOR SCANNING BLOOD VESSELS IN A VASCULAR SYSTEM, HAS A TRANSDUCER ARRAY WITHIN A TRANSDUCER SECTION ROTATED BY A MOTOR WITH A DRIVE SHAFT THROUGH A FLEXIBLE CATHETER SECTION” SIEMENS MEDICAL SOLUTIONS
- WO0067645A1 , KLEFFNER, B. V., MAYER, H. M. and WING, C. (1999) ”ROTIERENDES CHIRURGISCHES WERKZEUG” AESCULAP AG and CO KG
- WO03068076A1 , BOURLION, M. and VANQUAETHEM, A. (2002) ”DEVICE FOR MONITORING PENETRATION INTO ANATOMICAL MEMBERS” SPINEVISION
- WO2004090484A2 , AHARONI, R. and MATCOVITCH, A. (2003) ”ULTRASONIC PROBING DEVICE WITH DISTRIBUTED SENSING ELEMENTS” BIOSCAN LTD
- WO2006030408A1 , MATCOVITCH, A., KHACHATUROV, A., VOITSECHOV, Y., BAR-LEV, Z., JAPHA, Y. and HASSON, S. (2004) ”INTRAVASCULAR ULTRASOUND IMAGING DEVICE” BIO SCAN LTD
- WO2007035925A3 , CALANCIE, B., GHARIB, J., FARQUHAR, A. and LAYMAN, D. (2005) ”SYSTEM AND METHODS FOR PERFORMING PEDICLE INTEGRITY ASSESSMENTS OF THE THORACIC SPINE” NUVASIVE INC
-
Nichtpatentliteratur
-
- Bolger, C., Kelleher, M. O., McEvoy, L., Brayda-Bruno, M., Kaelin, A., Lazennec, J. Y., Le Huec, J. C., Logroscino, C., Mata, P., Moreta, P., Saillant, G. and Zeller, R. (2007). "Electrical conductivity measurement: a new technique to detect iatrogenic initial pedicle perforation." Eur Spine J 16 (11): 1919–1924.
- Zausinger, S., Scheder, B., Uhl, E., Heigl, T., Morhard, D. and Tonn, J. C. (2009). "Intraoperative computed tomography with integrated navigation system in spinal stabilizations." Spine (Phila Pa 1976) 34 (26): 2919–2926.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 03068076 A1 [0003, 0027]
- DE 2134435 B2 [0003, 0027]
- WO 2007035925 A3 [0003, 0027]
- WO 0067645 A1 [0004, 0027]
- DE 102005057743 A1 [0005, 0027]
- DE 102005019371 A1 [0005, 0027]
- WO 2004090484 A2 [0005, 0027]
- WO 2006030408 A1 [0005, 0027]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Zausinger 2009 [0002]
- Bolger 2007 [0003]
