DE102011007512B4 - Vorrichtung zum Setzen eines Bohrlochs für Verriegelungselemente eines Marknagels - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Ermitteln einer Einbringposition eines Verriegelungselementes in einem mit mindestens einem Bohrloch (7) versehenen in einen länglichen Knochen eingeführten röhrenförmigen Marknagel (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem optischen und einem elektromagnetischen Sensor (6, 9) versehenes Hilfsmittel (1) zum Einführen in den röhrenförmigen Marknagel (2) derart ausgeprägt ist, dass mit dem optischen und dem elektromagnetischen Sensor (6, 9) die Position und Ausrichtung eines Bohrloches (7) ermittelbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Setzen von Bohrungen für Verriegelungselemente bei einem Marknagel.
• Die Behandlung von Frakturen in langen Röhrenknochen erfordert u.U. den Einsatz von einem Marknagel. Um nach Einsetzen eines Marknagels eine Verschiebung oder Verdrehung der Frakturelemente relativ zueinander zu verhindern und den Röhrenknochen zu stabilisieren, werden die Marknägel durch Verriegelungsschrauben am Knochen fixiert.
• Um Verriegelungselemente in die Marknägel einzubringen, besitzen diese Durchgänge mit und ohne Gewindegang. Die Form und Ausgestaltung der Verriegelungselemente ist jeweils auf die zugehörigen Durchgänge in den Marknägeln abgestimmt. An den Stellen an denen der Marknagel Durchgänge für Fixierungen aufweist, muss zumindest an einer Seite der Knochen bis zum vorgesehenen Durchgang im Marknagel angebohrt werden. Das Problem bei diesem Arbeitsschritt besteht darin, die Bohrlöcher in dem Knochen derart zu platzieren, dass exakt die Position und Ausrichtung der jeweiligen Durchgänge in dem Marknagel getroffen werden. Mit einem ersten Arbeitsschritt wird unter kontinuierlicher Röntgenkontrolle die Position und Ausrichtung eines Durchgangs im Marknagel ermittelt. Das Bohrloch wird manuell markiert und nach Abschaltung der Röntgenquelle gebohrt. Dieser Ansatz bringt jedoch das Risiko mit sich, dass ein Ansetzen und insbesondere die Ausrichtung des Bohrers anhand von Erfahrungswerten eines Chirurgen zu erfolgen hat. Zusätzlich könnte die Bohrspitze an der Kortikalis abrutschen und das Bohrloch falsch platziert werden. Dies hätte dann zur Folge, dass der Marknagel gedreht und ein neues Bohrloch unter Röntgenkontrolle markiert und an anderer Stelle gesetzt werden muss.
• Bei einem weiteren Ansatz wird, um eine Fixierschraube oder Verriegelungselement zu setzten, eine Schablone verwendet. Mittels der Schablone kann die Position der Fixierlöcher in dem Marknagel auf dem Knochen angezeigt werden. Die Arbeitshilfe bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass diese bevorzugt nur bei proximalen Verriegelungslöchern im Marknagel eine Arbeitshilfe bietet. Bei einer Verwendung der Schablone bei distalen Verriegelungslöchern im Marknagel kommt es häufig zu Abweichungen beim Setzen eines Bohrlochs.
• Die EP 0 135 804 A2 offenbart eine Vorrichtung zum Auffinden von Querbohrungen in Marknägeln, welche in Knochen implantiert werden können, wobei die Vorrichtung mindestens einen, z.B. zwei, gleichartige magnetische Sensoren in Form von Hallsensoren aufweist. Werden diese entsprechend ausgerichtet, so kann mittels ebenso vieler Richtmagnete der ideale Einstichpunkt für Querbolzen zur Verriegelung des Marknagels aufgefunden werden.
• Aus der DE 10 2009 025 248 A1 ist ein Medizinsystem zur Positionierung eines medizinischen Werkzeugs im Körper eines Patienten relativ zu einem Implantat, umfassend ein elektromagnetisch arbeitendes Navigationssystem und Positionsmarker, vorgesehen.
• Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zum Setzen von Bohrlöchern für Verriegelungselemente in Marknägeln anzugeben.
• Die Aufgabe wird durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass keine Röntgenstrahlung zum Setzen von Bohrlöchern erforderlich ist.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine exakte Platzierung und Ausrichtung eines Verriegelungselementes am distalen sowie am proximalen Ende erfolgen kann.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Verriegelungselemente zeitoptimiert in die Marknägel einfügbar sind.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Verletzung von Gewebe, Knochen und Nerven auf ein einmaliges indikationsbedingtes Setzen von Bohrlöchern für Fixierelemente beschränkt bleibt.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Stabilität eines Knochens durch den Wegfall von Mehrfachbohrungen erhalten bleibt.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die exakte Position und Ausrichtung des Bohrlochs für ein Verriegelungselement automatisch erfolgt.
• Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Bohrung auch perkutan erfolgen kann, eine große Stichinzision ist nicht erforderlich.
• Nachfolgend wird mittels eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
• Die Zeichnung gibt schematisch einen Längsschnitt AB einer Knochenröhre, eines Marknagels sowie ein Teil eines chirurgischen Hilfsmittels wieder.
• Das chirurgische Hilfsmittel, ein Endoskop 1, ist in einem Marknagel 2 eingeführt. Der Marknagel 2 ist in einem eine Bruchstelle 4 aufweisenden länglichen Knochen 3 platziert. Das Endoskop 1 weist an seinem distalen Ende mindestens einen ersten Sensor 6 auf. Mittels eines ersten Sensors 6 der als optischer Sensor, beispielsweise als eine bildaufnehmende Einheit, ausgebildet ist, können Strukturen der unmittelbaren seitlichen Umgebung an der Endoskopspitze aufgenommen werden. In der Spitze des chirurgischen Hilfsmittels 1 ist in unmittelbarer Nähe des ersten Sensors 6 ein zweiter Sensor 9, ein Sensor zur elektromagnetischen Positionserfassung und Ausrichtung des chirurgischen Hilfsmittels 1, angeordnet. Dieser zweite Sensor 9 ist, beispielsweise eine definiert ausgerichtete Spule, an einer vorbestimmten, definierten Stelle im Kopf des stabförmig ausgebildeten chirurgischen Hilfsmittels 1 angeordnet. Die Position und Ausrichtung der bildaufnehmenden Einheit 6 werden durch eine hier nicht explizit dargestellten Recheneinheit ermittelt. Die Position und Ausrichtung der Spule 9 wird durch ein elektromagnetisches Navigationssystem ermittelt. Die Position und Ausrichtung der Spule werden an die Recheneinheit zur Ermittlung und Ausrichtung eines Durchbruchs übertragen. Zusätzlich können weitere Daten über die Geometrie des Marknagels mit den Daten der Ausrichtung und Einführlänge des Endoskops 1 in den Marknagel in die Ermittlung einer Position und Ausrichtung eines bestimmten Durchbruchs im Marknagel der ermittelnden Recheneinheit zur Verfügung gestellt werden.
• Bei einer schräg zu einer im Kern des Marknagels 1 verlaufenden Achse 11 auszuführenden Bohrung können elektronisch vorliegende Konstruktionsdaten des Marknagels herangezogen werden. Diese können mit den vorliegenden Daten bezüglich Position und Ausrichtung des ersten und/oder zweiten Sensors 6 verrechnet werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Sensor 6 derart ausgeprägt, das dieser nach zwei Koordinatenrichtungen hin verschwenkbar ist.
• Zur Bereitstellung der Positionsdaten und der Orientierung einer Bohrung werden die Daten beispielsweise zur Weiterverarbeitung auf ein der Patientenliege ausgerichtetes Koordinatensystem übertragen. Das auf die Ausrichtung der Patientenliege bezogene Koordinatensystem kann auch als erstes Koordinatensystem bezeichnet werden. Zur Ermittlung der Sensordaten wird das Endoskop 1 in den Marknagel 2 eingeführt und unter optischer Kontrolle so lange in den Marknagel 2 eingeschoben bis die für die Fixierung des Marknagels 2 vorgesehene Bohröffnung im Fokus des Sensors 6, z.B. einer Kameraoptik, liegt. Das Endoskop 1 kann auch zielgerichtet bis zu dem Bohrloch im Marknagel 2 für das Verriegelungselement eingeführt werden, da die Länge des Marknagels 2 bis zum jeweiligen Bohrloch aus den Konstruktionsdaten bekannt ist. Ist die Spitze des Endoskops 1 bei den Verriegelungslöchern 7 des Marknagels 2 angekommen, wird die Optik, beispielsweise eine Mikrooptik, so ausgerichtet, dass der Durchbruch bzw. das ausgewählte Verriegelungsloch 7 im Zentrum der Optik 6 platziert ist. Durch eine Bildauswertung in Verbindung mit den vorliegenden Ausrichtdaten des chirurgischen Hilfsmittels 1 werden dann rechnergesteuert Ort und Richtung des Bohrloches bestimmt. Durch die Ausrichtung der Optik 6 und die Ortung der Spule 9 kann die Position und Ausrichtung des chirurgischen Hilfsmittels 1 geführt erfolgen. Entsprechende Darstellungen vom Marknagel 2, Hilfsmittel 1 sowie Positionsdaten werden auf einem hier nicht dargestellten Bildschirm visualisiert. Die Position der Spule wird mittels eines elektromagnetischen Navigationssystems ermittelt und an das erste Koordinatensystem übertragen. Dem ersten Koordinatensystem wird auch die Ausrichtung der Optik des Endoskops zugeordnet.
• In einer Ausführungsvariante kann, da die Ausrichtung des Bohrloches des Marknagels bekannt ist, die bekannte Geometrie des Marknagels in einer schematischen Darstellung mit Ausrichtung und Position des Durchbruchs bzw. des Bohrloches auf einer Bildschirmeinheit dargestellt werden. Mit Hilfe von Steuerprogrammen wird die Ausrichtung eines Bohrers zur Erstellung eines Bohrloches ermittelt und eingestellt.
• In einer Ausführungsvariante wird die Bohrung mittels einer Bohrhilfe in Form einer ausrichtbaren Bohrhülse durchgeführt. Die Bohrhülse, ebenfalls ausgerüstet mit einer Navigationsspule wird an der Stelle positioniert an der das Bohrloch für ein Verriegelungselement entstehen soll. Die Bohrung oder die Platzierung der Bohrhülse kann mittels eines Roboterarmes im Einsatzbereich prozessorgesteuert erfolgen.
• Der zur Ortung der Feldspule im chirurgischen Hilfsmittel notwendige Feldgenerator kann an einer beliebigen Position in der Nähe der möglichen Verriegelungsbohrung platziert werden. Ist die Bohrhülse positioniert, kann auch mit magnetischen Werkzeugen weitergearbeitet werden, da in der Regel der Marknagel aus Titan hergestellt ist und eine Indifferenz mit dem elektromagnetischen Positionserfassungssystem nicht gegeben ist.
• In der Zeichnung ist ein Längsschnitt AB an einem länglichen Knochen 3 wiedergegeben. Gezeigt ist ein länglicher Knochen 3 der durch eine Frakturlinie 4 unterbrochen ist. Der längliche Knochen 3 kann beispielsweise der Femur- oder Tibiaknochen sein. Ist dieser Knochen 3 durch einen Bruch unterbrochen bedarf es eines chirurgischen Eingriffs in der Art, dass in die Knochenmarkshöhle ein Marknagel 2 eingeführt wird. Der röhrenförmige Marknagel 2 ist in seinem Innern hohl und weist an definierten Stellen, vorzugsweise in seinen Endbereichen mindestens eine Bohrung 7 auf. Durch diese Bohrung 7 wird ein Verriegelungselement eingeführt. Diese Bohrung 7, die auch als Verriegelungsloch bezeichnet wird, können Verriegelungselemente wie Nägel, Schrauben oder Stifte mit passendem Querschnitt eingefügt werden. Diese Verriegelungselemente dienen wie oben bereits beschrieben zur Fixierung und Ausrichtung der Knochenfragmente. In den Kern des Marknagels 2 kann dann an dessen proximalem Ende ein Endoskop 1 eingeführt werden. Dieses Endoskop 1 ist an seiner Spitze derart ausgestaltet, dass ein erster Sensor 6 eine Kameraoptik 6 sowie ein zweiter Sensor 9 eine Positionsspule angebracht sind. Die Kameraoptik 6 ist seitlich an der Spitze des Endoskops 1 angeordnet. Durch die Optik kann der behandelnde Chirurg die Verriegelungslöcher 7 für die Verriegelungselemente exakt lokalisieren. In einer Ausführungsvariante kann bei der rechnerischen Auswertung der Positionierung des Kopfes des Endoskops 1 die Geometrie und Ausrichtung des Bohrloches bestimmt werden. In unmittelbarer Nähe der Optik ist die Positionsspule 9 am Ende des Endoskops 1 integriert. Zur Ermittlung der Lage und Ausrichtung des Bohrloches wird die Kameraausrichtung durch den Chirurgen ausgeführt und die Lage der Spule mittels eines Navigationssystems ermittelt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Navigationssystem einen Feldgenerator umfasst, der im Umfeld des Operationsgebietes positioniert ist und ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Indem der durch die Spule in der Spitze des Endoskops 1 gebildete Positionsmarker detektierbar ist, ist die Lage des Positionsmarkers und seiner bekannten Relativposition am Ende des Endoskops 1 bekannt. Die Position wird einerseits durch die exakte Ausrichtung der Optik in Richtung Verriegelungsloch des Nagels durch die Lage und Position des Endoskops und andererseits durch die elektromagnetische Positionserfassung des Navigationssystems in einer beigestellten Recheneinheit ermittelt. Zusätzlich kann mit einer 3D-Animation auf einem Bildschirm die Ausrichtung des Endoskops 1 zur Ausrichtung des Knochens bzw. des Nagels dargestellt werden. Um die Verriegelungsbohrung 7 positionsgenau mittels einer Bohrvorrichtung zu erfassen kann hierzu eine ausrichtbare, beispielsweise durch einen Roboterarm gehaltene, Bohrhülse 8 mit integrierter Positionsspule verwendet werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ermitteln einer Einbringposition eines Verriegelungselementes in einem mit mindestens einem Bohrloch (7) versehenen in einen länglichen Knochen eingeführten röhrenförmigen Marknagel (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem optischen und einem elektromagnetischen Sensor (6, 9) versehenes Hilfsmittel (1) zum Einführen in den röhrenförmigen Marknagel (2) derart ausgeprägt ist, dass mit dem optischen und dem elektromagnetischen Sensor (6, 9) die Position und Ausrichtung eines Bohrloches (7) ermittelbar ist.
2. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (6) eine Kameraoptik ist, wobei die Kameraoptik seitlich des stabförmig ausgeprägten Hilfsmittels (1) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Sensor (9) in unmittelbarer Nähe des optischen Sensors (6) angeordnet und die Position der Bohrlochöffnung mittels einer elektromagnetischen Navigation ermittelbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine elektronische Einheit aufweist, dass diese die Ausrichtung des optischen Sensors (6) an einem ausgewählten Bohrloch (7) im Marknagel (2) ermittelt, dass die Daten der Ausrichtung des Bohrlochs (7) im Marknagel (2) und der Daten der ermittelten Position des elektromagnetischen Sensors (9) in ein erstes Koordinatensystem zur Einbringung eines Bohrloches (7) in den den Marknagel (2) umgebenden Knochen (3) verrechnet werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (6) ein CCD Sensor ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmittel (1) ein Endoskop ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Bohrhilfe (8) mit einem elektromagnetischen Sensor aufweist, wobei eine der Bohrhilfe zugeordnete Achse der dem Bohrloch (7) im Marknagel (2) zugeordneten Achse zur Deckung gebracht wird und die Bohrung entlang der zugeordneten Achse erfolgt.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrhilfe (8) eine Bohrhülse und mit einem mit mindestens einem Gelenk verschwenkbaren Arm positionierbar ist.

Images