DE102013110706A1

DE102013110706A1 - Chirurgisches Instrumentarium

Info

Publication number: DE102013110706A1
Application number: DE201310110706
Authority: DE
Inventors: Josef Kozak; Jürgen Mollenhauer; Jens Beger
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-02

Abstract

Um ein chirurgisches Instrumentarium mit einem Implantat bereitzustellen, das dem Operateur das Einbringen und die Kontrolle des Sitzes des Implantates erleichtert, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das chirurgische Instrumentarium eine dem Implantat zugeordnete chirurgische Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen umfasst, die mindestens ein mittels Ultraschallstrahlung detektierbares chirurgisches Markierelement aufweist, wobei das mindestens eine Markierelement in vorgebbarer oder vorgegebener räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet ist oder anordenbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrumentarium, umfassend mindestens ein Implantat, insbesondere ein Wirbelsäulenimplantat.
Das Einsetzen und Justieren von Implantaten sowie die postoperative Nachjustierung oder Kontrolle des Sitzes von Implantaten kann mit Unterstützung von bildgebenden Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise Röntgen, Computertomographie oder medizinischem Ultraschall. Der Einsatz von Ultraschall bietet gegenüber den erstgenannten Verfahren den Vorteil, dass er kostengünstig und auf einfachere Weise durchführbar ist. Speziell im Verhältnis zu auf Röntgenstrahlung gestützter Bildgebung weist medizinischer Ultraschall den Vorteil auf, dass der Patient sowie OP-Personal keiner Belastung aufgrund ionisierender Strahlung ausgesetzt ist. Das Auflösungsvermögen ist dennoch gut, und es kann eine gute Tiefendarstellung erzielt werden. Medizinischer Ultraschall erlaubt es dem Operateur auch, ohne Unterbrechung des Operationsablaufes unter Sicht zu arbeiten.
Insbesondere im Fall von Operationen an der Wirbelsäule, beim Implantieren von Wirbelsäulen- oder Bandscheibenimplantaten, unterliegt eine auf Röntgenstrahlung gestützte Bildgebung der Einschränkung, dass beispielsweise keine Darstellung einer transversalen Schnittebene möglich ist und kein Schnittbild durch die Wirbel bzw. die Bandscheiben erstellt werden kann. Stattdessen ist die Darstellung auf anterior-posteriore und laterale Ansichten beschränkt. Die Operation unter Ultraschall bietet hierbei die Möglichkeit, die Untersuchungsebene durch entsprechende Positionierung der Ultraschallsonde oder -sonden wesentlich vielseitiger bedarfsabhängig zu wählen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein chirurgisches Instrumentarium der eingangs genannten Art bereitzustellen, das dem Operateur das Einbringen und die Kontrolle des Sitzes des Implantates erleichtert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein chirurgisches Instrumentarium, umfassend mindestens ein Implantat und eine diesem zugeordnete chirurgische Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen, die mindestens ein mittels Ultraschallstrahlung detektierbares chirurgisches Markierelement aufweist, wobei das mindestens eine Markierelement in vorgebbarer oder vorgegebener räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet ist oder angeordnet werden kann.
Das mindestens eine Implantat ist insbesondere ein Wirbelsäulenimplantat.
Beim erfindungsgemäßen Instrumentarium ist eine Markiervorrichtung mit mindestens einem Markierelement vorgesehen. Das mindestens eine Markierelement ist mittels Ultraschallstrahlung detektierbar. Dies gibt die Möglichkeit, das Markierelement unter Einsatz einer Ultraschallsonde zu detektieren. Das Markierelement kann beispielsweise an einer Anzeigeeinrichtung in den Ultraschallbildsignalen visualisiert werden. Vorzugsweise ist die Möglichkeit gegeben, dass eine Datenverarbeitungseinrichtung, der die Ultraschallbildsignale von der Ultraschallsonde zugeführt werden, die Position des Markierelementes in den Ultraschallbildsignalen erkennt und dem Operateur an der Anzeigeeinheit signalisiert.
Das Markierelement ist in fester räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet oder anordenbar. Dies gibt die Möglichkeit, anhand der Position des mindestens einen Markierelementes auf die Position des Implantates zu schließen. Insbesondere, beispielsweise durch Verwendung von mehr als nur einem Markierelement, kann auch auf die Orientierung des Implantates geschlossen werden. Dem Operateur auf einfache Weise die Möglichkeit gegeben, Lage und vorzugsweise Orientierung des Implantates zu kontrollieren. Dies erleichtert nicht nur das Einbringen des Implantates, wodurch vorzugsweise weniger invasiv implantiert werden kann, sondern auch die Kontrolle von dessen Sitz. Vorzugsweise ist dies perkutan und/oder postoperativ ebenso möglich wie eine perkutane und/oder postoperative Nachjustierung des Implantates. Es ist sogar möglich, dass ein zu entfernendes Implantat postoperativ durch Ultraschalluntersuchung anhand der Markiervorrichtung aufgefunden und dadurch auf einfache Weise entfernt werden kann.
Das Implantat kann beispielsweise ein Wirbelkörperersatzimplantat sein.
Bei einer andersartigen Ausführungsform des Instrumentariums kann es sich bei dem Implantat um ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung benachbarter Wirbelkörper handeln. Dies ist beispielsweise ein Implantat, bei dem Pedikelschrauben an den Wirbelkörpern festgelegt und über ein stabförmiges Stabilisierungselement miteinander verbunden werden. Ein derartiges Implantat ist beispielsweise in der WO 2011/128220 A1 beschrieben.
Bei einem andersartigen Implantat kann es sich um ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung der Dornfortsätze benachbarter Wirbelkörper handeln, wie dies beispielsweise in der WO 2010/000488 A1 beschrieben ist.
Bei einem andersartigen Instrumentarium ist vorgesehen, dass das Implantat ein Bandscheibenersatzimplantat ist.
Bei dem Implantat kann es sich auch um ein Implantat zum Verschließen des Anulus fibrosus der Bandscheibe handeln. Das Implantat kann dadurch zur Behandlung eines Defektes des Anulus fibrosus, insbesondere als Ursache eines Prolapses, eingesetzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Instrumentariums kann vorgesehen sein, dass das Implantat chirurgisches Nahtmaterial ist oder umfasst, beispielsweise fadenförmiges Nahtmaterial zur Behandlung eines Defektes des Anulus fibrosus.
Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die Markiervorrichtung eine Mehrzahl von Markierelement umfasst. Dadurch ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, nicht nur die Lage, sondern auch die Orientierung eines Implantates zu bestimmen, indem jedes Markierelement in definierter räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet ist.
Die Markierelemente können identisch oder unterschiedlich sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Instrumentariums ist es günstig, wenn die Markierelemente relativ zueinander frei positionierbar sind, wodurch die Markiervorrichtung eine hohe Vielseitigkeit aufweist. Jedoch ist jedes Markierelement in vorgebbarer oder vorgegebener räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet oder anordenbar.
Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn die Markierelemente in unveränderlicher Relativorientierung zueinander angeordnet sind. Dadurch ist beispielsweise die Möglichkeit gegeben, dass die Markierelemente eine chirurgische Referenzierungseinrichtung ausbilden (sogenannter "Rigid body"). Dies ist insbesondere dann möglich, wenn drei in einer Ebene angeordnete Markierelemente vorhanden sind. Diese Markierelemente können durch die von ihnen definierte Ebene ein Koordinatensystem festlegen und dem Operateur eine Referenz bereitstellen, anhand derer er sich auf einfachere Weise orientieren kann.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das mindestens eine Markierelement zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen, die günstigerweise zusammenfallen können. Einfallende Ultraschallstrahlung kann mit zeitlicher Verzögerung zunächst an der ersten und anschließend an der zweiten Reflexionsfläche teilweise reflektiert und von der Ultraschallsonde wieder erfasst werden. Dadurch ist es möglich, in den Ultraschallbildsignalen Signalanteile zu ermitteln, die auf die Reflexion der Ultraschallstrahlung an den Reflexionsflächen zurückzuführen sind. Durch gleiche Orientierung der Flächennormalen kann sichergestellt werden, dass sich parallel zu den Flächennormalen ausbreitende Ultraschallstrahlung mit einem an der ersten und einem an der zweiten Reflexionsfläche reflektierenden Anteil wieder von der Ultraschallsonde erfasst werden kann.
Günstig ist es dabei, wenn das mindestens eine Markierelement mehr als zwei Reflexionsflächen aufweist, deren Flächennormalen parallel zueinander ausgerichtet sind, wodurch bevorzugt eine Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am Markierelement erfolgt. Beispielsweise wird Ultraschallstrahlung zunächst an einer ersten Reflexionsfläche an der Außenseite des Markierelementes reflektiert. Anschließend kann an einer Innenseite des Markierelementes die zweite Reflexionsfläche angeordnet sein. An dieser reflektierte Ultraschallstrahlung kann an einer davon beabstandeten innenseitigen dritten Reflexionsfläche abermals reflektiert werden. Diese kann der ersten Reflexionsfläche entsprechen, jedoch in entgegengesetzter Ausbreitungsrichtung der Ultraschallstrahlung. Im Markierelement kann sich Ultraschallstrahlung, vielfach reflektiert, hin und her bewegen, wovon jeweils von der Schallimpedanz des Markierelementes abhängige Anteile ausgekoppelt werden. Diese können im Ultraschallbildsignal als "Schweif" eines sich in Zeitrichtung ausbreitenden Ultraschallsignals erkannt werden. Dies erlaubt es, das mindestens eine Markierelement zuverlässig zu erkennen und vorzugsweise automatisch in den Ultraschallbildsignalen zu detektieren.
Bevorzugt ist die Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung des mindestens einen Markierelementes deutlich unterschiedlich von der Schallimpedanz der Umgebung, in dem es positioniert ist. Dadurch kann das Markierelement in den Ultraschallbildsignalen auf einfachere Weise aufgefunden werden.
Bei der Verwendung medizinischen Ultraschalls ist es insbesondere günstig, wenn das mindestens eine Markierelement aus einem Metall wie zum Beispiel Stahl, Platin, Tantal, Titan, Gold, Silber, Kobalt, Chrom oder einer Legierung aus zwei oder mehr dieser Materialien besteht. Das Markierelement kann auch aus Knochen oder einem Knochenersatzmaterial bestehen (allogenes, autogenes oder xenogenes Material). Auch Materialien wie PEEK, PMMA, keramische Materialien oder insbesondere resorbierbare Materialien für das mindestens eine Markierelement sind denkbar.
Das mindestens eine Markierelement kann eine Kugelform aufweisen oder vorzugsweise eine Kugel sein. Dies gibt die Möglichkeit, das Markierelement richtungsunabhängig zu detektieren. Bezogen auf jede Einfallrichtung für Ultraschallstrahlung weist das Markierelement zwei und insbesondere drei Reflexionsflächen mit zusammenfallenden Flächennormalen auf.
Das mindestens eine Markierelement kann auch eine Würfelform aufweisen oder ein Würfel sein.
Das mindestens eine Markierelement kann ein Vollkörper oder ein Hohlkörper sein. Der Hohlkörper kann ein Füllmaterial aufweisen, beispielsweise ein Kontrastmittel mit einer Schallimpedanz, die sich deutlich von derjenigen der Umgebung unterscheidet, in dem das Markierelement positioniert ist.
Das mindestens eine Markierelement kann eine Aussparung insbesondere in einem Knochen sein, beispielsweise eine kugelförmige Aussparung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Instrumentarium eine Befestigungseinrichtung zur Festlegung des mindestens einen Markierelementes am Körper eines Patienten, am Implantat oder an einem Werkzeug für das Implantat umfasst. Mittels der Befestigungseinrichtung kann sichergestellt werden, dass das mindestens eine Markierelement eine räumlich vorgegebene oder vorgebbare Relativpositionierung zum Implantat einnimmt, wobei das Markierelement am Patientenkörper, am Implantat selber oder an einem Werkzeug für das Implantat festgelegt sein kann.
Die Befestigungseinrichtung weist vorzugsweise eine Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung auf, die sich bevorzugt deutlich unterscheidet von derjenigen des Materials, das für das Markierelement eingesetzt wird. Dadurch kann das mindestens eine Markierelement auf einfachere Weise detektiert werden, wobei die Störeinflüsse der Befestigungseinrichtung verringert werden können. Insbesondere weist die Befestigungseinrichtung eine Schallimpedanz auf, die derjenigen der Umgebung entspricht, in der sie positioniert ist oder an der sie festgelegt ist. Beispielsweise weist die Befestigungseinrichtung eine Schallimpedanz auf, die ungefähr derjenigen von Körpergewebe entspricht, wohingegen sich die Schallimpedanz des Markierelementes wesentlich von derjenigen von Körpergewebe unterscheidet.
Die Befestigungseinrichtung kann zum Beispiel eine Schraube, einen Dübel, einen Niet oder einen Dorn aufweisen. Denkbar sind insbesondere zwei voneinander beabstandete Dorne, wodurch die Befestigungseinrichtung eine krampenförmige Ausgestaltung aufweist.
Die Befestigungseinrichtung kann eine osteointegrative Beschichtung aufweisen, wodurch das Einwachsen in einen Knochen begünstigt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Instrumentariums bildet das Implantat die Befestigungseinrichtung aus. Das Markierelement kann dadurch zugleich in definierter Relativposition zum Implantat angeordnet sein. Das mindestens eine Markierelement ist mit dem die Befestigungseinrichtung bildenden Implantat an Körpergewebe festlegbar. Beispielsweise handelt es sich bei einem solchen Implantat um chirurgisches Nahtmaterial zum Verschließen eines defekten Anulus fibrosus.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Markierelement am Implantat festgelegt ist. Dadurch ist es besonders einfach, durch Auffinden des Markierelementes im Ultraschallbild oder in den Ultraschallbildsignalen unmittelbar das Implantat aufzufinden.
Das mindestens eine Markierelement kann beispielsweise in das Implantat eingebettet sein.
Bei Fixierung am Implantat kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Markierelement eingeklemmt, eingepresst, eingeklebt oder eingegossen ist.
Das Instrumentarium kann ein Werkzeug umfassen zum Einwirken auf das Implantat, welches Werkzeug in vorgegebener oder vorgebbarer räumlicher Relativorientierung am Implantat festlegbar ist. Das Werkzeug kann ein Werkzeug zum Hantieren, Drehen, Halten, Einsetzen oder dergleichen des Implantats sein und dementsprechend beispielsweise ein Einsetz- oder Einbringwerkzeug oder ein Positionierwerkzeug. Es kann sich auch um ein Abstreifwerkzeug handeln, beispielsweise einen Niederhalter. Das Werkzeug erlaubt bevorzugt ein perkutanes Einwirken auf das Implantat, damit mit geringer Invasivität operiert werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Instrumentariums ist vorgesehen, dass das mindestens eine Markierelement am Werkzeug festgelegt ist. Durch die vorgegebene oder vorgebbare räumliche Relativorientierung des Werkzeugs und des Implantats ist dadurch die Möglichkeit gegeben, das mindestens eine Markierelement konstruktiv einfach ebenfalls in definierte räumliche Orientierung zum Implantat zu bringen. Durch Detektion des Markierelementes kann dadurch im Ultraschallbild oder in den Ultraschallbildsignalen auf die Position des Implantates geschlossen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass am Implantat und am Werkzeug eine Einführöffnung vorgesehen ist, durch die hindurch ein weiteres Implantat einzuführen ist. Dies ist beispielsweise bei dem vorstehend erwähnten Implantat zur Stabilisierung benachbarter Wirbelkörper der Fall, bei dem ein stabförmiges Stabilisierungselement in eine Öffnung einer Pedikelschraube einzuführen ist. An einem Rand der Einführöffnung kann mindestens ein Markierelement angeordnet sein, so dass dem Operateur das Einführen des Stabilisierungselementes erleichtert wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Markiervorrichtung, die Verwendung eines Körpers als Markierelement einer Markiervorrichtung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für Ultraschalluntersuchungen, bei dem bzw. der Signalbeiträge eines Markierelementes in Ultraschallbildsignalen aufgefunden werden können. Die Markiervorrichtung, die Verwendung, das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere durch folgende Merkmale gekennzeichnet. Diese Merkmale können bei dem Instrumentarium ebenfalls vorhanden sein und/oder das Instrumentarium kann Bestandteil der Vorrichtung sein oder umgekehrt und/oder das Instrumentarium kann bei dem Verfahren eingesetzt werden:

1. Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen, umfassend mindestens ein Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes, das zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen.
2. Markiervorrichtung nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement mehr als zwei Reflexionsflächen aufweist, wobei die Flächennormalen parallel zueinander sind.
3. Markiervorrichtung nach Satz 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen an einer Außenseite oder an einer Innenseite des Markierelementes angeordnet sind.
4. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Reflexionsfläche planar ist.
5. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Reflexionsfläche gekrümmt ist.
6. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen parallel zueinander ausgerichtet sind.
7. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Kugelform aufweist oder eine Kugel ist.
8. Markiervorrichtung nach einem der Sätze 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Polyederform aufweist oder ein Polyeder ist, insbesondere dass es eine Würfelform aufweist oder ein Würfel ist.
9. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Größe in einer Raumrichtung, insbesondere einem Durchmesser, von ungefähr 2 mm bis ungefähr 4 mm aufweist.
10. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement ein Vollkörper ist.
11. Markiervorrichtung nach einem der Sätze 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement ein Hohlkörper ist.
12. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement aus Stahl, Platin, Tantal, Titan, Gold, Silber, Chrom, Kobalt oder einer Legierung aus zwei oder mehr dieser Materialien besteht.
13. Markiervorrichtung nach einem der Sätze 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement aus Knochen oder einem Knochenersatzmaterial besteht.
14. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement aus einem resorbierbaren Material besteht.
15. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallimpedanz des mindestens einen Markierelementes für medizinische Ultraschallstrahlung größer ist als ungefähr 20·10⁶ kg/(m²s), bevorzugt größer als 20·10 kg/(m²s), insbesondere bei einer Frequenz der Ultraschallstrahlung von ungefähr 10 MHz.
16. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallgeschwindigkeit im mindestens einen Markierelement für medizinische Ultraschallstrahlung größer ist als ungefähr 1.500 m/s bevorzugt größer als ungefähr 3.000 m/s, insbesondere bei einer Frequenz der Ultraschallstrahlung von ungefähr 10 MHz.
17. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Markierelement eine Befestigungseinrichtung zum Festlegen am Untersuchungsgegenstand zugeordnet ist.
18. Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiervorrichtung mehrere Markierelemente umfasst.
19. Verwendung eines Körpers, der mindestens eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche mit parallelen Flächennormalen aufweist, als Markierelement zur Markierung eines Untersuchungsgegenstandes, der mit Ultraschallstrahlung untersucht wird.
20. Verfahren zum Auffinden von Signalbeiträgen eines Markierelementes einer Markiervorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze in Ultraschallbildsignalen, die einer Datenverarbeitungseinrichtung von einer Ultraschallsonde übermittelt werden, wobei die Ultraschallbildsignale von der Datenverarbeitungsanlage auf Vorhandensein von Signalanteilen untersucht werden, die sich durch Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am Markierelement infolge eines Sprungs der Schallimpedanz zwischen dem Untersuchungsgegenstands und des Markierelementes ergeben.
21. Verfahren nach Satz 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in Echtzeit durchgeführt wird.
22. Verfahren nach Satz 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung von der Ultraschallsonde bereitgestellte hochfrequente (RF/HF) Ultraschallbildsignale untersucht.
23. Verfahren nach einem der Sätze 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbildsignale in einer Matrix aus Signalanteilen vorliegen, die in einer ersten Richtung eine Rauminformation enthält und in einer zweiten Richtung eine Zeitinformation, und dass die Signalanteile in Zeitrichtung aufsummiert werden und die Position des Markierelementes in Raumrichtung angesehen wird als Position des Maximums der Summation.
24. Verfahren nach einem der Sätze 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallbildsignale in einer Matrix aus Signalanteilen vorliegen, die in einer ersten Richtung eine Rauminformation enthält und in einer zweiten Richtung eine Zeitinformation, und dass die Signalanteile auf in Zeitrichtung, zumindest abschnittsweise, regelmäßig angeordnete Signalamplituden untersucht werden.
25. Verfahren nach Satz 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Untersuchung Signalanteile, die unterhalb einer vorgebbaren Schwellenwertamplitude liegen, als die Schwellenwertamplitude aufweisen angesehen werden.
26. Verfahren nach einem der Sätze 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Ultraschallstrahlung in zwei oder mehr paarweise schief zueinander ausgerichteten Strahlrichtungen verwendet wird, dass die Untersuchung der Ultraschallbildsignale für jede der Strahlrichtung an einem jeweiligen Ultraschallbildsignaldatensatz gesondert vorgenommen wird und dass das Markierelement erst als aufgefunden angesehen wird, wenn es in zumindest zwei Ultraschallbildsignaldatensätzen als vorhanden angesehen wird.
27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Sätze 20 bis 26, umfassend eine Markiervorrichtung nach einem der Sätze 1 bis 18, eine Ultraschallsonde und eine Datenverarbeitungseinrichtung, wobei die Ultraschallsonde der Datenverarbeitungseinrichtung Ultraschallbildsignale bereitstellt und die Datenverarbeitungseinrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Ultraschallbildsignale auf Vorhandensein von Signalanteilen untersucht, die sich durch Mehrfachreflexion der Ultraschallstrahlung am mindestens ein Markierelement der Markiervorrichtung infolge eines Sprungs der Schallimpedanz zwischen dem Untersuchungsgegenstand und dem mindestens einen Markierelement ergeben.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung und einen mittels Ultraschallstrahlung untersuchten Patienten;
2: eine schematische Darstellung eines Markierelementes einer erfindungsgemäßen Markiervorrichtung;
3: eine weitere schematische Darstellung eines Markierelementes;
4: eine weitere schematische Darstellung eines Markierelementes;
5: eine Visualisierung von Ultraschallbildsignalen mit einer räumlichen Information in den Zeilen und einer zeitlichen Information in den Spalten, wobei Signalbeiträge von einem Markierelement einer erfindungsgemäßen Markiervorrichtung gezeigt sind;
6: eine vergrößerte Darstellung von Detail A in 5;
7: eine Darstellung, bei der die Signalamplituden der Ultraschallbildsignale in 5 in Zeitrichtung aufsummiert sind;
8: ausschnittsweise die Signalamplituden in Raumrichtung der Ultraschallbildsignale in 5;
9: eine schematische Darstellung eines Markierelementes, das drei Ultraschallstrahlenbündeln ausgesetzt ist;
10: ein Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung;
11: ein weiteres Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung;
12: ein weiteres Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung;
13: ein weiteres Markierelement mit einer Befestigungseinrichtung;
14: ein Markierelement, festgelegt an einer Endfläche eines Wirbelkörpers (teilweise durchbrochen) in Seitenansicht;
15: den Wirbelkörper und das Markierelement aus 14 von caudal;
16: zwei Wirbelkörper mit daran festgelegten Markierelementen;
17: die Wirbelkörper und die Markierelemente aus 16 von caudal;
18: drei Wirbelkörper und daran festgelegte Markierelemente von dorsal;
19: die Wirbelkörper und die Markierelemente aus 18 von caudal;
20: ein Markierelement, an einem Halteteil festgelegt;
21: ein Markierelement, an einem andersartigen Halteteil festgelegt;
22: Implantat in Gestalt chirurgischen Nahtmaterials mit daran festgelegten Markierelementen;
23: ein Implantat in Gestalt chirurgischen Nahtmaterials mit einem daran festgelegten Markierelement;
24: ein Implantat in Gestalt eines Bandscheibenverschlusses mit daran festgelegtem Markierelement;
25: ein weiterer Bandscheibenverschluss mit daran festgelegtem Markierelement;
26: ein weiterer Bandscheibenverschluss mit zwei daran festgelegten Markierelementen;
27: ein weiterer Bandscheibenverschluss mit vier daran festgelegten Markierelementen;
28: weiterer Bandscheibenverschluss mit einem daran festgelegten Markierelement;
29: ein Bandscheibenersatzimplantat mit einem darin eingebetteten Markierelement;
30: ein Implantat zur Abstützung der Dornfortsätze benachbarter Wirbelkörper und drei daran festgelegte Markierelemente;
31: ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung benachbarter Wirbelkörper und drei daran festgelegte Markierelemente und
32: ein Implantat zur Abstützung benachbarter Wirbelkörper und ein Einsetzwerkzeug, wobei am Einsetzwerkzeug zwei Markierelemente festgelegt sind, sowie eine Ultraschallsonde.
In der Zeichnung sind gleiche oder gleichwirkende Merkmale zur Erzielung einer größeren Übersichtlichkeit mit denselben Bezugszeichen belegt.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 für Ultraschalluntersuchungen, die eine Datenverarbeitungseinrichtung 12, eine Ultraschallsonde 14 und eine ein Markierelement 22 umfassende erfindungsgemäße Markiervorrichtung 16 aufweist. Ultraschallbildsignale, die von der Ultraschallsonde 14 erzeugt werden, können der Datenverarbeitungseinrichtung 12 zugeführt werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 12 kann die Ultraschallbildsignale als Ultraschallbild an einer Anzeigevorrichtung 18 darstellen. Ferner kann die Datenverarbeitungseinrichtung 12 die Ultraschallbildsignale nach Signalanteilen untersuchen, die insbesondere vom Markierelement 22 der Markiervorrichtung 16 stammen. Dabei ist es möglich, die hochfrequenten HF/RF-Ultraschallbildsignale unmittelbar zu untersuchen.
Die Vorrichtung 10 kommt vorliegend bei der Untersuchung eines Patienten 20 zum Einsatz, insbesondere dessen Extremitäten wie Armen und Beinen. Nachfolgend wird ferner auch auf Untersuchungen der Wirbelsäule des Patienten 20 und Biopsien eingegangen.
Mit der Vorrichtung 10 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar, wie dies vorstehend und nachfolgend erläutert wurde/wird.
Die Markiervorrichtung 16 umfasst ein oder mehrere Markierelemente 22 zum Markieren eines Untersuchungsgegenstandes. Beispielhafte Markierelemente 22 sind in den 2 bis 4 gezeigt. Allen Markierelementen 22 ist gemein, dass sie eine erste, außenseitige Reflexionsfläche 24 und eine davon beabstandete zweite, inneinseitige Reflexionsfläche 26 aufweisen. Ferner weist jedes Markierelement 22 eine von der zweiten Reflexionsfläche 26 beabstandete dritte, innenseitige Reflexionsfläche 28 auf. Diese entspricht der ersten, außenseitigen Reflexionsfläche 24, jedoch bei umgekehrter Ausbreitungsrichtung der Ultraschallstrahlung, sie ist gewissermaßen rückwärtig zur Reflexionsfläche 24 angeordnet.
Jeder Reflexionsfläche 24 bis 28 ist eine Flächennormale 30, 32, 34 zugeordnet, wobei die Flächennormalen 30 bis 34 parallel zueinander sind und, wie im vorliegenden Fall, vorzugsweise sogar zusammenfallen.
Die Markierelemente 22 sind vorliegend Vollkörper und bevorzugt aus einem Material gefertigt, das eine Schallimpedanz für medizinische Ultraschallstrahlung aufweist, die sich von der Schallimpedanz von Körpergewebe deutlich unterscheidet. Besonders bevorzugt sind die Markierelemente aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Stahl, wobei auch Platin, Tantal, Titan, Gold, Silber, Kobalt, Chrom oder eine Legierung derselben denkbar ist. Für andersartige Anwendungen können die Markierelemente aus Knochen (allogen, autogen oder xenogen) oder Knochenersatzmaterial gefertigt sein, aus PEEK, PMMA, oder einem keramischen Material. Die Markierelemente 22 können resorbierbar sein, z. B. aus Polylaktid oder Calciumphosphat.
Anders als bei den Markierelementen 22 kann vorgesehen sein, dass Markierelemente der Markiervorrichtung nicht aus einem Vollmaterial bestehen, sondern Hohlkörper sind. In den Hohlkörpern kann ein Füllmaterial, wie beispielsweise ein Ultraschall-Kontrastmittel, aufgenommen sein. Denkbar sind auch Markierelemente, die in Form von Aussparungen vorliegen, beispielsweise an einem Knochen.
Das Markierelement 22 von 2 weist eine Kugelform auf, das Markierelement 22 von 3 eine Würfelform und das Markierelement 22 von 4 die Form einer Halbkugel.
Ultraschallstrahlung der Ultraschallsonde 14, die längs einer Ausbreitungsrichtung 36 auf das Markierelement 22 trifft, wird zunächst an der Reflexionsfläche 24 reflektiert. Der Anteil an reflektierter Ultraschallstrahlung ist umso größer, je größer der Sprung der Schallimpedanz zwischen dem Markierelement 22 und der Umgebung ist, in der es aufgenommen ist. Ein Teil der Ultraschallstrahlung wird dementsprechend reflektiert und kann von der Ultraschallsonde erfasst werden, wohingegen ein weiterer Teil der Ultraschallstrahlung in das Markierelement 22 eindringt.
Die eindringende Ultraschallstrahlung wird anschließend an der zweiten Reflexionsfläche 26 reflektiert. Ein Anteil davon kann aus dem Markierelement 22 austreten und wieder von der Ultraschallsonde erfasst werden. Der Restanteil wird abermals reflektiert, und zwar an der dritten Reflexionsfläche 28. Anschließend erfolgen weitere Mehrfachreflexionen von Ultraschallstrahlung innerhalb des Markierelementes 22 an den Reflexionsflächen 26, 28, deren Flächennormalen einander entgegengesetzt sind.
Es wird jeweils nur ein Anteil von auf die Reflexionsfläche 26 treffender Strahlung transmittiert und kann das Markierelement 22 verlassen, und jeweils nur ein Anteil von auf die Reflexionsfläche 28 treffender Ultraschallstrahlung kann das Markierelement 22 verlassen. Im Ergebnis läuft die Ultraschallstrahlung im Markierelement 22 hin und her.
Ultraschallstrahlung, die an der der Ultraschallsonde 14 zugewandten Seite aus dem Markierelement 22 austritt, kann sich entgegen der Ausbreitungsrichtung 36 in Richtung auf die Ultraschallsonde 14 ausbreiten und wird von dieser detektiert. In den Ultraschallbildsignalen kann dadurch eine Struktur entstehen, die sich durch die Mehrfachreflexionen der Ultraschallstrahlung an den Reflexionsflächen 24, 26 und 28 ergibt. Aufgrund der unveränderlichen Geometrie des Markierelementes 22 macht sich die wiederholt reflektierte Ultraschallstrahlung in Form eines "Schweifes" in den Ultraschallbildsignalen bemerkbar (5).
5 zeigt Ultraschallbildsignale der Ultraschallsonde 14 in einer Matrix 37, die eine Raumrichtung 38 und eine Zeitrichtung 40 aufweist. Die Raumrichtung 38 ergibt sich durch zeilenförmig nebeneinander angeordnete Ultraschallwandler der Ultraschallsonde, welche jeweils Ultraschallstrahlung emittieren. Die Ultraschallwandler sind in 5 an der oberen Kante der Matrix 37 angeordnet anzusehen. Die Zeitrichtung 40 ergibt sich in an sich bekannter Weise durch die Zeitdauer zwischen dem Aussenden und dem Eintreffen der Ultraschallstrahlung.
Die Matrix 37 zeigt Signalanteile 42, die sich durch das Markierelement 22 ergeben. In Zeitrichtung führend ist die Position des Markierelementes 22 (in 5 gekennzeichnet durch Bezugszeichen 22') deutlich zu erkennen. An dieser Stelle steigt die Amplitude des Ultraschallsignales aufgrund des großen Anteils an reflektierter Ultraschallstrahlung an der ersten Reflexionsfläche 24 stark an. Die hohe Signalamplitude ergibt sich durch den großen Unterschied der Schallimpedanzen des Markierelementes 22 aus Stahl einerseits und des umgebenden Körpergewebes andererseits. In Zeitrichtung dem Anstieg der Signalamplitude nachgelagert ist in der Matrix 37 der Schweif 44 infolge der wiederholten Reflexion von Ultraschallstrahlung am Markierelement 22 klar zu erkennen.
Als vorteilhaft erweist sich die Verwendung eines Materials für das Markierelement, bei dem die Schallgeschwindigkeit für Ultraschallstrahlung deutlich höher ist als in dem es umgebenden Gewebe. Innerhalb des Markierelementes 22 breitet sich Ultraschallstrahlung schneller aus, so dass Signalanteile 42 des Markierelementes 22 im Verhältnis zu den Signalanteilen der Umgebung in Zeitrichtung gestaucht sind. Dies gibt die Möglichkeit, einen großen Anteil von der insgesamt aus dem Markierelement 22 ausgekoppelten Ultraschallstrahlung mit der Ultraschallsonde 14 zu erfassen. Die Signalanteile 42 erlauben dadurch eine einfache und zuverlässige Detektion des Markierelementes 22' in den Ultraschallbildsignalen sowohl in Zeitrichtung als auch in Raumrichtung.
Aufgrund der wiederholten Reflexion von Ultraschallstrahlung im Markierelement 22 bilden die Signalanteile in Zeitrichtung 40 insbesondere einen Signalkamm 46, der in der vergrößerten Darstellung der 6 besser zu erkennen und in 8, auf die nachfolgend noch eingegangen wird, ebenfalls dargestellt ist.
Das Markierelement 22 kann durch Darstellung der Ultraschallbildsignale als Ultraschallbild an der Anzeigeeinrichtung 18 vom Operateur auf einfache Weise erkannt werden. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 12 die Position des Markierelementes 22 in den Ultraschallbildsignalen ermittelt, indem diese auf Vorhandensein von Signalanteilen des Markierelementes 22 untersucht werden. Diesbezüglich wird insbesondere auf die 7 und 8 verwiesen.
Die Ultraschallbildsignale können von der Datenverarbeitungseinrichtung 12 in Zeitrichtung 40 aufsummiert werden. Dadurch ergibt sich ein Zeitintegral 48 der Ultraschallbildsignale in Raumrichtung 38 (7). Die Datenverarbeitungseinrichtung 12 kann in Zeitintegral 48 das Maximum 50 der Summation ermitteln und nimmt an, dass sich in Raumrichtung 38 das Markierelement 22 am Maximum 50 befindet. Anders ausgedrückt kann die Position des Maximums 50 in Raumrichtung 38 als Position des Markierelementes 22 angesehen werden. In diese Annahme fließt der Gedanke mit ein, dass aufgrund der hohen Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung des Markierelementes 22 in Zeitrichtung mehr Ultraschallstrahlung und damit Ultraschallenergie von diesem reflektiert wird als vom es umgebenden Körpergewebe.
Auf den Signalkamm 46 infolge der Mehrfachreflexion in einem Markierelement 22 wurde bereits eingegangen. 8 zeigt ausschnittsweise einen Teil des Schweifes 44 in der Matrix 37. Deutlich zu sehen ist der Signalkamm 46, der eine Abfolge von sich regelmäßig sich wiederholenden Signalamplituden ungefähr gleicher Höhe aufweist. Der Signalkamm 46 ist teilweise unterbrochen, da die empfangenen Ultraschallbildsignale auch Störeinflüssen wie beispielsweise Streuung oder Interferenzen unterliegen können, wodurch der Signalkamm 46 keine perfekte Kammform erhält. Jedoch kann die regelmäßige Abfolge von Signalamplituden ungefähr gleicher Größe von der Datenverarbeitungseinrichtung 12, vorzugsweise in Echtzeit, untersucht werden.
Zum vereinfachten Auffinden des Signalkamms kann vorgesehen sein, dass Signalamplituden, die unterhalb einer vorgebbaren Schwellenwertamplitude 52 liegen, als die Schwellenwertamplitude 52 aufweisend angesehen werden. Die Ultraschallbildsignale werden also hinsichtlich ihrer Amplitude an der Schwellenwertamplitude 52 unten abgeschnitten. Die Signalanteile, die gleich der Schwellenwertamplitude 52 sind, können von dem Algorithmus der Datenverarbeitungseinrichtung 12 beim Auffinden des Signalkamms 46 übersprungen werden, wodurch eine schnellere Analyse der Ultraschallbildsignale möglich ist.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 12 nimmt die Position des Markierelementes 22 als in Zeitrichtung 40 führend am Signalkamm 46 an (Bezugszeichen 22' in 8).
In der Praxis zeigt sich, dass das Auffinden von Untersuchungsgegenständen, beispielsweise besonderen Strukturen im Patienten 20, unter Einsatz der Markiervorrichtung 16 wesentlich erleichtert wird und zuverlässig von der Datenverarbeitungseinrichtung 12 durch Analyse der Ultraschallbildsignale in Echtzeit unterstützt werden kann.
9 zeigt schematisch das Markierelement 22, welches drei Ultraschallbündeln ausgesetzt ist. Die Ultraschallbündel breiten sich in Ausbreitungsrichtungen 54, 56 und 58 aus, welche paarweise schief zueinander ausgerichtet sind. Beispielsweise wird eine Ultraschallsonde 14 mit Compound-Ultraschallmodus eingesetzt, um die drei Strahlenbündel zu erzeugen.
Bei der Anordnung gemäß 9 ist es von Vorteil, wenn das Markierelement 22 Kugelgestalt aufweist. Die Mehrfachreflexion von eintreffenden Ultraschallbündeln ist in diesem Fall richtungsunabhängig. Es wird daher nur reflektierte Ultraschallstrahlung desselben Ultraschallbündels wieder bei der Ultraschallsonde 14 empfangen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, einen Ultraschallbilddatensatz für jedes Ultraschallstrahlenbündel zu erzeugen. Erst dann, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung 12, beispielsweise auf eine der vorstehend beschriebenen Weisen, das Markierelement 22 in den Ultraschallbilddatensätzen von zumindest zwei Strahlenbündeln detektiert, wird dieses insgesamt als detektiert angesehen.
Zum Festlegen am Untersuchungsgegenstand, beispielsweise einem Knochen, kann die Markiervorrichtung 16 eine Befestigungseinrichtung 60 aufweisen (10 bis 13). Die Befestigungseinrichtung 60 ist bevorzugt mit dem Markierelement 22 verbunden und aus einem andersartigen Material gefertigt. Das Material der Befestigungseinrichtung 60 weist bevorzugt eine Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung auf, die sich wesentlich unterscheidet von derjenigen des Materials, aus dem das Markierelement 22 gefertigt ist. Vorzugsweise kann das Material der Befestigungseinrichtung 60 eine Schallimpedanz aufweisen, die gleich oder ähnlich ist zu derjenigen der Umgebung, in der das Markierelement 22 positioniert ist. Ein Störeinfluss von Reflexionen an der Befestigungseinrichtung 60 auf die Signalanteile 42 infolge des Markierelementes 22 kann dadurch verringert werden.
Beim Markierelement 22 gemäß 10 ist die Befestigungseinrichtung 60 eine Knochenschraube 62.
Beim Markierelement 22 gemäß 11 ist die Befestigungseinrichtung 60 ein chirurgischer Dübel 64, insbesondere zur Verankerung am Knochen.
Beim Markierelement 22 gemäß 12 umfasst die Befestigungseinrichtung 60 zwei voneinander beabstandete Stifte 66. Die Befestigungseinrichtung 60 ist dadurch krampenartig.
Beim Markierelement 22 gemäß 13 umfasst die Befestigungseinrichtung 60 einen Stift 68, der von einer Beschichtung überzogen ist. Die Beschichtung ist beispielsweise eine osteointegrative Beschichtung, insbesondere mit Titanpulver, um eine bessere Verankerung am Knochen zu ermöglichen.
Die Vorrichtung 10, die Markiervorrichtung 16 und das vorstehend erläuterte Verfahren eignen sich insbesondere für den Einsatz bei einer ultraschallgestützten Biopsie, beispielsweise an der Wirbelsäule des Patienten 20. Besonders vorteilhaft ist beispielsweise die Anwendung bei einer ADCT-Operation (Autologous Disc-derived Chondrocyte Transplantation), einem Verfahren zur biologischen Rekonstruktion geschädigter Bandscheiben, auf das kurz eingegangen wird. Bei einem derartigen Verfahren werden einer geschädigten Bandscheibe, beispielsweise nach einem Bandscheibenvorfall (Prolaps) patienteneigene Bandscheibenzellen entnommen. Die Zellen werden in vitro außerhalb des Patienten 20 expandiert und nach einer Latenzzeit von einigen Monaten, beispielsweise drei Monaten, erneut in wässriger Lösung in die geschädigte Bandscheibe injiziert. Das Entnehmen und das Injizieren der Zellen erfolgt bislang unter nur eingeschränkter Kontrollmöglichkeit durch röntgenbasierte Bildgebung.
Bekannt ist es auch, das Verfahren der konventionellen ADCT dadurch zu verbessern, dass ergänzend oder alternativ zu den körpereigenen Zellen Biomaterial in die Bandscheibe injiziert wird. Das Biomaterial kann beispielsweise nach Injektion in der Bandscheibe polymerisieren.
Bei der bisherigen ADCT, die unter Röntgenkontrolle durchgeführt wird, unterliegt die Operation erheblichen Einschränkungen. Es ist insbesondere keine Darstellung einer transversalen Schnittebene durch die Wirbelsäule möglich, sondern die Darstellung der Wirbelsäule erfolgt lediglich in anterior-posteriorer oder lateraler Darstellung. Weiter besteht das Problem, dass bei Röntgenkontrolle nur die Positionierung der Injektionskanülen vor der Entnahme oder Injektion an der Bandscheibe kontrolliert werden kann, die eigentliche Entnahme oder Injektion der Zellen oder des Biomaterials jedoch ohne Röntgensicht "blind" durchzuführen ist, um Schädigungen durch ionisierende Röntgenstrahlung zu vermeiden. Negativ ist in diesem Zusammenhang natürlich auch die Belastung des Patienten oder des OP-Personals durch ionisierende Röntgenstrahlung.
Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die Entnahme von Zellen oder die Injektion von Zellen oder Biomaterial in die Bandscheibe unter Ultraschallsicht durchzuführen. Hierzu ist vorzugsweise die Möglichkeit gegeben, die Wirbelsäule 70 des Patienten 20 an Wirbelkörpern 72, 74 und/oder der Bandscheibe 76 zu markieren. Zu diesem Zweck wird die Markiervorrichtung 16 mit mindestens einem und vorzugsweise mehreren Markierelementen 22 eingesetzt.
Die Verwendung von Ultraschallstrahlung der Ultraschallsonde 14 erweist sich dabei als besonders vorteilhaft, da ohne Strahlenbelastung für den Patienten 20 Zellen entnommen und injiziert werden können. Die Wahl der Schnittebene kann durch Orientierung der Ultraschallsonde 14 und damit des Ultraschallfeldes frei gewählt werden. Orientiert an dem oder den Markierelementen 22 ist es für den Operateur auf einfache Weise möglich, die Kanülen zur Extraktion oder Emission sicher und zuverlässig an der Bandscheibe 76 zu platzieren (nicht gezeigt).
Nachfolgend wird unter Verweis insbesondere auf die 14 bis 32 auf unterschiedliche Möglichkeiten der Platzierung von Markierelementen 22 an der Wirbelsäule 72 eingegangen. Die Markierelemente 22 können beispielsweise an den Wirbelkörpern 72, 74, deren cranialen oder caudalen Endplatten, deren Laminae, den Facettengelenken benachbarter Wirbelkörper 72, 74 oder Dornfortsätzen der Wirbelkörper 72, 74 positioniert werden.
Bei den Darstellungen gemäß den 14 und 15 ist ein Markierelement 22 über die Befestigungseinrichtung 60, beispielsweise den Dübel 64 in eine Endplatte 78 von caudal oder cranial eingebracht. Zum Einbringen des Markierelementes 22 kann beispielsweise ein Distraktionswerkzeug verwendet werden, das mit einem Arbeitsende das Markierelement 22 mit der Befestigungseinrichtung 60 aufnimmt und in die Endplatte 78 eindrückt. Ein weiteres Arbeitsende des Werkzeuges kann sich an der gegenüberliegenden Endplatte 78 des Wirbelkörpers 74 abstützen.
Bei der Darstellung gemäß 16 ist an den Wirbelkörpern 72, 74 jeweils ein Markierelement 22 festgelegt, vorzugsweise nahe der Bandscheibe 76, insbesondere angrenzend an die Bandscheibe 76. Die Bandscheibe kann als Mitte zwischen den Markierelementen 22 erkannt werden. Für eine Positionierung der beiden Markierelemente kann eine Schablone vorgesehen sein, beispielsweise eine Abstandsbohrhülse, durch deren Einsatz Aufnahmen für die Markierelemente 22 mit Befestigungseinrichtungen in definiertem Abstand voneinander in die Wirbelkörper 72, 74 eingebracht werden können.
Bei der Verwendung von zwei oder mehr Markierelementen 22 ist es möglich, eine Richtung (Gerade durch die Markierelemente) oder eine Ebene zu definieren, die durch drei Markierelemente 22 aufgespannt wird.
Bei der Darstellung gemäß 17 kommen zwei Markierelemente 22 zum Einsatz, die an einem Dornfortsatz 80 und einer Lamina 82 des Wirbelkörpers 72 festgelegt sind, wobei anstelle der Festlegung an der Lamina auch eine Festlegung an einem Facettengelenk erfolgen kann. Bevorzugter ist die Verwendung von drei Markierelementen 22, vgl. die 18 und 19, beispielsweise am Dornfortsatz 80, an einem Facettengelenk 84 superior und einem Facettengelenk 84 inferior.
Die von den Markierelementen 22 definierte Ebene erlaubt es, ein Koordinatensystem zu definieren, anhand dessen eine Orientierung erfolgen kann. Insbesondere bilden die Markierelemente 22 eine chirurgische Referenzierungseinrichtung in Gestalt eines sogenannten "Rigid body". Der Rigid body erleichtert es insbesondere, eine Extraktion oder Injektion an der Bandscheibe 76 durchzuführen. Mit der Ultraschallsonde 14 kann die Ebene der Markierelemente 22 erfasst werden. Beispielsweise kann durch eine mechanische Kopplung die Lage der Ultraschallebene relativ zur Kanüle eingestellt werden. Beispielsweise wird die Kanüle senkrecht zur Ultraschallebene ausgerichtet. Die Positionierung der Kanüle in caudaler-cranialer Richtung kann dabei dadurch eingestellt werden, dass aufgrund des Abstandes von Markierelementen 22 voneinander die Lage der Bandscheibe 76 ermittelt werden kann.
Zwei oder mehr Markierelemente 22 können auch über eine gemeinsame Befestigungseinrichtung verbunden sein, beispielsweise eine der Befestigungseinrichtungen 60 der 10 bis 13. Dementsprechend kann die Befestigungseinrichtung einen Träger, gewissermaßen einen "Rigid body" für zwei oder mehr Markierelemente 22 sein, die über diesen Träger an einer Körperstruktur fixiert werden können.
Einem oder mehreren Markierelementen 22 kann auch ein Halteteil 86 zugeordnet sein zum Festlegen an Körpergewebe oder, wie nachfolgend erwähnt, an einem Implantat. Das Halteteil 86 gemäß 20 hat eine klammerförmige Gestalt mit zwei voneinander beabstandeten Schenkeln 88, 90. Das Markierelement 22 kann zwischen die Schenkel 88, 90 geklemmt oder gepresst sein.
Bei dem Halteteil 86 gemäß 21 ist eine sacklochförmige Aufnahme 92 gebildet, in die das Markierelement 22 eingesetzt sein kann. Das Markierelement 22 kann beispielsweise verklemmt oder verpresst oder durch Verklebung in der Aufnahme 92 gehalten sein.
Denkbar ist auch, dass ein Markierelement 22 in einem Halteteil durch Eingießen fixiert ist (nicht gezeigt).
Wie bei der Befestigungseinrichtung 60 ist es von Vorteil, wenn die Schallimpedanz für Ultraschallstrahlung eines Halteteils 86 von derjenigen des Materials unterschiedlich ist, aus dem das Markierelement 22 gefertigt ist. Idealerweise ist die Schallimpedanz des Materials des Halteteils 26 gleich oder ungefähr gleich der Schallimpedanz von Körpergewebe.
Wie bereits erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein chirurgisches Instrumentarium mit mindestens einem Implantat und einer dieser zugeordneten Markiervorrichtung. Das Implantat und das mindestens eine Markierelement der Markiervorrichtung sind in vorgegebener oder vorgebbarer räumlicher Beziehung zueinander angeordnet oder anordenbar. Dadurch ist es möglich, die Markiervorrichtung als Zielvorrichtung zur Bestimmung der Lage und vorzugsweise der Orientierung des Implantates heranzuziehen. Dem Operateur ist auf einfache Weise die Möglichkeit gegeben, das Implantat mit Hilfe des mindestens einen Markierelementes aufzufinden. Dabei kann insbesondere die Vorrichtung 10, deren Bestandteil das Instrumentarium sein kann oder das Bestandteil des Instrumentariums sein kann, und unter deren Einsatz eines der vorstehend beschriebenen Verfahren zum Einsatz kommen.
Nachfolgend wird unter Verweis auf die 22 bis 32 auf unterschiedliche Instrumentarien eingegangen und die jeweils von diesen umfassten Implantate. Markierelemente von Markiervorrichtungen der Instrumentarien werden jeweils mit dem Bezugszeichen 22 belegt. Diese sind insbesondere kugelförmig und beispielsweise aus einem Metall gefertigt.
Bei einem Instrumentarium 94 gemäß 22 sind zwei identische Implantate 96 vorgesehen, jeweils ausgestaltet als chirurgisches Nahtmaterial 98. Das fadenförmige Nahtmaterial 98 weist jeweils ein an ihm festgelegtes Markierelement 22 auf. Das Implantat 96 bildet dadurch jeweils eine Befestigungseinrichtung für das Markierelement 22.
Die Implantate 96 dienen insbesondere zum Schließen eines Defektes 100 in einem Anulus fibrosus 102 der Bandscheibe 76. Das Markierelement 22 kann jeweils außerhalb oder innerhalb der Bandscheibe 76 platziert werden. Die Nahtmaterialien 98 können beispielsweise vernäht oder verknotet werden, um den Defekt 100 zu schließen.
Bei einem Instrumentarium 104 gemäß 23 ist ein Implantat 106 in Gestalt von Nahtmaterial 108 und einem daran festgelegten Markierelement 22 vorgesehen. Zwei Abschnitte 110, 112 des Nahtmaterials können miteinander vernäht oder verknotet werden, um den Defekt 110 zu schließen.
Die 24 bis 27 zeigen verschiedene Varianten eines Instrumentariums 114, die jeweils ein Schließimplantat 116 zum Verschließen eines Defektes im Anulus fibrosus 102 umfassen. Das Schließimplantat 116 weist zwei Anlagebereiche 118, 120 zum außenseitigen bzw. innenseitigen Anliegen am Anulus fibrosus 102 auf. Die Anlagebereiche 118, 120 sind über einen Verbindungsbereich 122, der den Defekt 100 durchgreifen kann, miteinander verbunden.
Das Schließimplantat 116 ist bevorzugt elastisch, beispielsweise mit einer textilen Struktur.
Bei der Variante gemäß 24 ist ein Markierelement innenseitig in der Bandscheibe am Anlagebereich 120 festgelegt, bei der Variante 25 ein Verbindungselement 22 am Anlagebereich 118 außerhalb der Bandscheibe 76. Die Variante gemäß 26 umfasst zwei Markierelemente 22 innenseitig und außenseitig an den Anlagebereichen 118, 120.
Die Variante gemäß 27 weist vier Markierelemente auf, die außenseitig am Anlagebereich 120 angeordnet sind. Drei oder mehr Markierelemente 22 können konzentrisch bezüglich einer Achse 124 angeordnet sein, welche eine Zielachse für die Kanüle darstellen kann.
Markierelemente 22 können auch in das Schließimplantat 116 eingebettet sein.
Ein in 28 dargestelltes Instrumentarium 126 umfasst ein Implantat 128, das ein Schließimplantat zum Verschließen des Anulus fibrosus 102 ist. Das Implantat 128 hat eine netzförmige Gestalt. Mindestens ein Markierelement 22 ist am Implantat 128 befestigt. Das Implantat 128 kann zum Verschließen eines Defektes 100 beispielsweise außenseitig auf den Anulus fibrosus 102 aufgenäht werden.
29 zeigt ein Instrumentarium 130 mit einem Implantat 132, das ein Bandscheibenersatzimplantat ist. Es kann zwischen die Wirbelkörper 72, 74 eingebracht werden und hat vorzugsweise eine schwammartige Struktur und Gestalt. Zusätzlich kann das vorstehend erwähnte polymerisierende Biomaterial und Zellen durch Injektion eingebracht werden. Das Implantat 132 dient insbesondere als Ersatz für den Nucleus pulposus einer Bandscheibe.
Mindestens ein Markierelement 22 kann in das Implantat 132 eingebettet sein oder daran befestigt sein. Dadurch ist insbesondere die Möglichkeit gegeben, postoperativ unter Ultraschallsicht das Implantat 132 wieder aufzufinden, insbesondere um dort weiteres Biomaterial und Nucleuszellen zu injizieren.
30 zeigt ein Implantat 138 zur gegenseitigen Abstützung von Dornfortsätzen 80, 136 benachbarter Wirbelkörper 72, 74, wie es beispielsweise in der WO 2010/000488 A1 beschrieben ist. Das Implantat 138 ist Bestandteil eines Instrumentariums 140 und umfasst ein erstes Stützelement 142 und ein zweites Stützelement 144 für die Dornfortsätze 80 bzw. 136 sowie ein Spannelement 146 zum Spannen der Stützelemente 142, 144 relativ zueinander. An den Stützelementen 142, 144 und am Spannelement 146 ist jeweils ein Markierelement 22 festgelegt.
Die Markierelemente 22 erlauben es, das Implantat 138 im Körper aufzufinden und dessen Lage an den Dornfortsätzen 80, 136 und deren Spreizung relativ zueinander zu kontrollieren. Vorzugsweise ist es auch möglich, das Implantat 138 postoperativ und perkutan zu kontrollieren und insbesondere nachzujustieren. Die Markierelemente 22 können auch zum postoperativen Auffinden der Bandscheibe 76 eingesetzt werden, soll postoperativ eine weitere Injektion in diese im Rahmen eines ADCT-Eingriffs erfolgen.
Ein Instrumentarium 148 gemäß 31 umfasst ein Implantat 150 mit Pedikelschrauben 152, die durch ein Stabilisierungselement in Gestalt eines Stabes 154 miteinander verbunden sind. Die Pedikelschrauben 152 sind in an sich bekannter Weise mit Wirbelkörpern 72, 74 und 155 verschraubt. Dadurch können diese relativ zueinander abgestützt werden. An zumindest einer Implantatkomponente, beispielsweise einer Pedikelschraube 152, kann mindestens ein Markierelement 22 festgelegt sein. Beispielsweise, siehe 31, sind an einer Pedikelschraube 152 drei Markierelemente 22 festgelegt. Diese können einen vorstehend erwähnten "rigid body" zur Definition eines Koordinatensystems bilden. Auch hier kann postoperativ eine Injektion in eine Bandscheibe 76 im Rahmen eines ADCT-Eingriffs erfolgen, indem die Markierelemente 22 zum Auffinden der Bandscheibe 76 herangezogen werden.
Ein Instrumentarium 156 mit einem Implantat 158 ist beispielsweise von der Art eines Fixationssystems, wie es in der WO 2011/128220 A1 beschrieben ist. Das Implantat 158 kann beispielsweise eine Pedikelschraube 160 und ein mit dieser zu verbindendes Stabilisierungselement in Gestalt eines Stabes 162 umfassen. Es kann sich dabei um das Implantat 150 gemäß 31 handeln.
Das Instrumentarium 156 umfasst ferner ein Werkzeug 164. Das Werkzeug 164 kann vorliegend perkutan mit der Pedikelschraube 160 verbunden werden, und deren Ausrichtung perkutan einzustellen. Dies dient dazu, eine Öffnung der Pedikelschraube 160 relativ zum Stab 162 auszurichten, damit dieser in die Öffnung eingeführt werden kann. Zu diesem Zweck kann das Werkzeug 164 eine Einführöffnung 166 aufweisen, welche mit der Öffnung der Pedikelschraube fluchtet. An einem Rand der Einführöffnung 166 kann mindestens ein Markierelement 22 festgelegt sein, vorzugsweise mehrere Markierelemente 22.
Unter Sicht mittels der Ultraschallsonde 14 ist es möglich, die Markierelemente 22 wie vorstehend erläutert zu erfassen und dadurch die Einführöffnung 166 zum Einführen des Stabes 162 auf einfache Weise aufzufinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/128220 A1 [0010, 0134]
WO 2010/000488 A1 [0011, 0131]

Claims

Chirurgisches Instrumentarium, umfassend mindestens ein Implantat und eine diesem zugeordnete chirurgische Markiervorrichtung für Ultraschalluntersuchungen, die mindestens ein mittels Ultraschallstrahlung detektierbares chirurgisches Markierelement aufweist, wobei das mindestens eine Markierelement in vorgebbarer oder vorgegebener räumlicher Beziehung zum Implantat angeordnet oder anordenbar ist.
Instrumentarium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Wirbelkörperersatzimplantat ist.
Instrumentarium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung benachbarter Wirbelkörper ist.
Instrumentarium nach einem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Implantat zur gegenseitigen Abstützung der Dornfortsätze benachbarter Wirbelkörper ist.
Instrumentarium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Bandscheibenersatzimplantat ist.
Instrumentarium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat ein Implantat zum Verschließen des Anulus fibrosus der Bandscheibe ist.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat chirurgisches Nahtmaterial ist oder umfasst.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiervorrichtung eine Mehrzahl von Markierelement umfasst.
Instrumentarium nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierelemente identisch sind oder unterschiedlich sind.
Instrumentarium nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierelemente relativ zueinander frei positionierbar sind.
Instrumentarium nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierelemente in unveränderbarer Relativorientierung zueinander angeordnet sind.
Instrumentarium nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiervorrichtung drei in einer Ebene angeordnete Markierelemente aufweist.
Instrumentarium nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Markierelemente so angeordnet oder anordenbar sind, dass sie von einem Punkt identische Abstände aufweisen.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement zumindest eine erste Reflexionsfläche und eine davon beabstandete zweite Reflexionsfläche für Ultraschallstrahlung aufweist, wobei die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche parallele Flächennormalen aufweisen.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement eine Kugelform aufweist oder eine Kugel ist.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium eine Befestigungseinrichtung umfasst zur Festlegung des mindestens einen Markierelementes am Körper, am Implantat oder an einem Werkzeug für das Implantat.
Instrumentarium nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine Schraube, einen Niet oder einen Dorn aufweist.
Instrumentarium nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung eine osteointegrative Beschichtung aufweist.
Instrumentarium nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Implantat die Befestigungseinrichtung ausbildet.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement am Implantat festgelegt ist.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement in das Implantat eingebettet ist.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium ein Werkzeug umfasst zum Einwirken auf das Implantat, welches Werkzeug in vorgegebener oder vorgebbarer räumlicher Relativorientierung am Implantat festlegbar ist.
Instrumentarium nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markierelement am Werkzeug festgelegt ist.