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Die Erfindung betrifft neben einer Ausgestaltung eines Marknagels eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Setzen eines Bohrlochs für ein in ein Verriegelungsloch eines in einen Röhrenknochen implantierten Marknagels einzufügendes Verriegelungselement.
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Die Behandlung von Frakturen in langen Röhrenknochen erfordert oft den Einsatz eines Marknagels. Um nach dem Einfügen eines Marknagels in den Röhrenknochen eine Verschiebung oder Verdrehung der zu stabilisierenden Frakturelemente zu vermeiden, werden Marknägel durch Verriegelungselemente am Röhrenknochen fixiert. Marknägel weisen zu deren Fixierung beispielsweise Durchgänge oder Vertiefungen mit und ohne Gewindegang auf. Die Länge, Form und Ausgestaltung der Verriegelungselemente ist jeweils auf die zugehörigen Durchgänge oder zylinderförmige Vertiefungen in den Marknägeln abgestimmt. An den Stellen an denen der Marknagel Vorkehrungen für Verriegelungselemente aufweist, müssen durch den Röhrenknochen zumindest eine Bohrung zu diesen gesetzt werden. Die Schwierigkeit bei einer Platzierung des Bohrloches besteht darin, dieses derart anzusetzen, dass exakt die Ausrichtung und Position des jeweiligen Durchgangs oder der Vertiefung in dem Marknagel getroffen wird. In einem ersten Arbeitsschritt wird unter kontinuierlicher Röntgenkontrolle die Position und Ausrichtung eines Durchgangs im Marknagel ermittelt. Der Ansatz für das Bohrloch wird dann auf dem den Knochen umgebenden Gewebe nach Abschaltung der Röntgenquelle markiert und gebohrt. Bei diesem Vorgehen wird der Patient einer hohen Röntgenbelastung ausgesetzt bis die Position und Ausrichtung des Bohrloches gefunden ist. Zusätzlich bedarf es besonderer Erfahrung von Seiten des den Eingriff vornehmenden Arztes, um die Röntgenaufnahmen zu interpretieren und daraus dann eine Führung für ein Bohrhilfsmittel abzuleiten. Ein nicht exakt gesetztes Bohrloch, dass auch als Zugangskanal bezeichnet werde kann, für ein in den Marknagel einzubringendes Verriegelungselement hätte zur Folge, dass bei einem Versatz in Position und Ausrichtung des Zugangskanals es sowohl neuer Röntgenaufnahmen als auch eines neuen Zugangskanals bedarf.
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Um die Röntgenbelastung für den Patienten zu reduzieren, können zum Setzen eines Fixier- oder Verriegelungselementes auch eine Schablone verwendet werden. Mittels der Schablone kann die Position eines Zugangs zu einem Verriegelungsloch ausgehend vom zugänglichen Ende des Marknagels auf dem den Knochen umgebenden Gewebe angezeigt werden. Die Arbeitshilfe bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass diese eine nur eingeschränkte Arbeitshilfe, vorzugsweise für proximal angeordnete Verriegelungslöcher im Marknagel bietet. Bei einer Verwendung der Schablone für Zugangskanäle für Verriegelungselemente im distalen Bereich des Marknagels kann es zu Abweichungen beim Setzen eines Zugangskanals kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie einen Marknagel dazu anzugeben, bei dem die eingangs aufgeführten Nachteile behoben werden.
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Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1, 4 oder 7 angegebenen Merkmale gelöst.
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Der Gegenstand der Erfindung bildet eine Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zum Setzen einer Bohrung für einen Zugang zu einem in dem Markernagel angeordneten Verriegelungsloch, wobei mittels eines Registriermoduls ein 3D-Modell von Markerelementen um ein Verriegelungsloch mittels einer 2D/3D Registrierung an den gleichen in einem 2D-Röntgenbild abgebildeten Markerelementen ausgerichtet wird. Die Ausrichtung und Anordnung eines mit den Markern in Beziehung stehenden Verriegelungsloches ist aus der Ausrichtung und Position des 3D-Modells ableitbar. Der Marknagel ist dazu mit einer Mehrzahl von Markerelementen ausgebildet, wobei mehrere Markerelemente jeweils um oder bei einem Verriegelungsloch angeordnet sind und die Markerelemente eine definierte Stellung untereinander und zum jeweiligen Verriegelungsloch aufweisen.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine exakte Platzierung und Ausrichtung von Bohrlöchern im Röhrenknochen zum Platzieren von Verriegelungselementen in den in Marknägeln angeordneten Verriegelungslöchern sowohl am distalen wie auch am proximalen Ende und den dazwischen liegenden Bereichen ermöglicht wird.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Röntgenbelastung für den Patienten minimiert wird.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Marknägel zeitoptimiert mit Verriegelungselemente bestückbar sind.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Verletzung des Knochens sowie das ihn umgebende Gewebe auf ein einmaliges indikationsbedingtes Setzen von Bohrlöchern beschränkt bleibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Nachfolgend wird anhand der Figuren eines Ausführungsbeispieles der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Röhrenknochen mit Marknagel,
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2 eine Röntgeneinrichtung,
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3 ein 3D-Modell von Markern die ein Verriegelungsloch umgeben,
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4 eine Röntgenaufnahme und
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5 ein Flussdiagramm zum Ermitteln und Setzen eines Bohrloches.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren eines Bohrlochs in einen Röhrenknochen zur Einführung eines Verriegelungselementes in ein Verriegelungsloch eines in dem Röhrenknochen implementierten Marknagels, wobei zur Ermittlung der Position und Ausrichtung des Verriegelungsloches im Marknagel eine Mehrzahl von Markern um das Verriegelungsloch räumlich angeordnet sind.
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In 1 ist schematisch ein Röhrenknochen KN sowie ein in den Röhrenknochen eingefügter Marknagel MN gezeigt. Dieser Röhrenknochen KN kann beispielsweise ein Femur, Tibea, Humerus oder Fibula sein. Der Marknagel MN ist in einem eine Bruchstelle FL aufweisenden länglichen in einem Bein B angeordneten Röhrenknochen KN eingeführt bzw. platziert. Der Marknagel MN weist in diesem Bildausschnitt ein Verriegelungsloch VL auf. In dieser Darstellung ist das Verriegelungsloch VL mit einer durch den Marknagel MN gehenden zylindrischen Bohrung ausgeführt. In dieser Darstellung verläuft die zylindrische Bohrung senkrecht zu einer hier nicht angezeigten im Marknagels MN verlaufenden Mittelachse. Der Marknagel MN weist um das Verriegelungsloch VL eine Mehrzahl von Markern M1,..., Mn auf. Diese Marker können beispielsweise als Röntgenmarker M1, ..., Mn, mit unterschiedlicher Größe ausgebildet sein. Die Röntgenmarker M1, ..., Mn können auch derart ausgebildet sein, dass sie sich beispielsweise durch unterschiedliche Röntgenabsorptionskoeffizienten unterscheiden. Die Röntgenmarker M1, ..., Mn, können sowohl im Marknagel MN als auch auf dessen Oberfläche angeordnet sein.
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2 zeigt eine eine Röntgenquelle RQ und einen Detektor D aufweisende Röntgeneinheit RE, eine unter anderem eine Auswerte- AW und eine Steuereinheit SE aufweisende Recheneinheit REE mit einer Visualisierungs- BE und Eingabeeinheit EE. In der Auswerteeinheit AW sind ein Segmentiermodul S zur Markersegmentierung und ein Registriermodul MM für eine 2D/3D Registrierung von einem 3D-Modell von einer Markeranhäufung um ein Verriegelungsmodul im einem 2D-Röntgenbild angeordnet. In der Steuereinheit SE ist mindestens ein Ausrichtmodul AM für die Steuerung der Ausrichtung und ein Positionierungsmodul PB für eine Positionierung eines Bohrhilfsmittels integriert. Abgebildet ist weiter ein in einen Röhrenknochen KN eingeführter Marknagel MN. Der gezeigte Abschnitt des Marknagels MN weist ein mit einer Mehrzahl von Markern M1,..., Mn umgebenes Verriegelungsloch VL auf. Um die Ausrichtung des Verriegelungsloches VL zu ermitteln wird von dem in den Röhrenknochen KN eingeführten Marknagel MN eine Röntgenaufnahme erstellt. Eine Ermittlung der Ausrichtung des Marknagels MN zur Röntgenquelle RQ erfolgt mittels einer durchgeführten Registrierung. Über ein der Röntgeneinheit RE und damit jedem Röntgenbild zugeordnetes Koordinatensystem ist die Ausrichtung des Röntgenbildes und die Ausrichtung des Marknagels MN bestimmbar. Neben einer gleichzeitigen Kontrolle der durch den Marknagel MN fixierten Teile des Röhrenknochens KN werden durch den Röntgenstrahl RS die um das Verriegelungsloch VL angeordneten Marker M1,..., Mn erfasst. Bekannt sind durch Herstellerangaben die jeweilige Anordnung der Marker M1,..., Mn im Marknagel MN, die Röntgenschwächungskoeffizienten der Marker, die Zuordnung der Marker M1,..., Mn zueinander, die Position und Ausrichtung des Verriegelungsloches VL sowie dessen definierte Beziehung zu den einzelnen Markern.
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In 3 sind die ein Verriegelungsloch VL umgebenden Marker M1, ..., M6 gesondert dargestellt. Die Marker M1, ..., M6 sind in dieser Darstellung kugelförmig ausgebildet. Die Marker M1, ..., M6 sind in markanter Weise zueinander angeordnet. Aus den räumlichen Positionierungen können eindeutige Beziehungen zwischen den Markern M1,..., M6 hergestellt werden. Diese Beziehungen sind durch die Zuordnungslinien ZL zwischen den Markern M1,..., M6 angedeutet. Das innerhalb der Markeranhäufung M1, ..., M6 definiert ausgerichtete Verriegelungsloch VL bekommt dadurch eine ermittelbare eindeutige Positionierung und Ausrichtung. Ein 3D-Modell von den um das Verriegelungsloch VL angeordneten Markern M1,..., M6 mit und ohne Verriegelungsloch VL kann von dem Hersteller beispielsweise über das Internet oder auf einem Speichermedium hinterlegt und abrufbar vorgehalten werden. Denkbar ist auch eine Erstellung eines 3D-Modells der Marker M1, ..., M6 vor dem Einsatz des Marknagels MN durch den Anwender. Durch ein der Röntgeneinheit RE zugeordnetes Koordinatensystem kann die eindeutige Lage und Ausrichtung des Marknagels MN bestimmt werden. Die eindeutige Lage und Ausrichtung des darin jeweils angeordneten Verriegelungslöches kann anhand der jeweiligen Marker M1, ..., M6 in Position und Ausrichtung im Marknagel MN und der Daten des vorliegenden Röntgenbildes RB rechnergestützt ermittelt werden.
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In 4 ist ein Röntgenbild RB mit einem in dem Röhrenknochen KN implementierten Marknagel MN abgebildet. Zu erkennen sind auf dem Röntgenbild RB neben der Frakturlinie FL auch das Verriegelungsloch VL sowie des um das Verriegelungsloch VL angeordneten ersten bis sechsten Markers M1, ..., M6. In einem ersten Verarbeitungsschritt werden die Marker M1,..., M6 in dem Röntgenbild RB segmentiert. Nachfolgend wird via einer 2D/3D-Registrierung das 3D-Modell der Markerpunkte M1,..., M6 mit den segmentierten Markern im 2D-Röntgenbild RB in einem Registrierungsprozess zur Überlagerung gebracht. Nachdem die Registrierungsprozedur abgeschlossen ist, ist die Lage und Orientierung der Marker M1,..., M6 und damit gekoppelt der Ort und die Orientierung des Verriegelungsloches VL ermittelbar. In dieser Ausgestaltung ist die Röntgenquelle RQ mit einem Laservisier ausgerüstet. Der von dem Laservisier abgegebene Laserstrahl LS fällt mit dem Zentralstrahl der Röntgenquelle RQ zusammen. Die Ausrichtung eines Bohrers erfolgt mittels des Laserstrahls LS. Der Laserstrahl LS wird dann entsprechend der bekannten räumlichen Anordnung und Ausrichtung der Mittelachse des Verriegelungsloches VL derart positioniert, dass die Mittelachse des Verriegelungsloches VL mit dem auf dem Zentralstrahl ZS der Röntgenquelle RQ liegenden Laserstrahl LS zusammenfällt. Die Röntgeneinheit RE, beispielsweise an einem C-Bogen angeordnet, weist eine mit der Röntgenquelle RQ angeordnete Laserquelle auf. Bei Ausrichtung des Laserstrahls LS wird der C-Bogen entweder manuell, halb manuell oder elektronisch gesteuert ausgerichtet bis der Laserstrahl LS mit der Mittelachse des Verriegelungsloches VL zusammenfällt. Geführt durch den Laserstrahl LS kann dann durch Markierungspunkte im Griffbereich oder am Gehäuse des Bohrhilfsmittels, beispielsweise eine Bohrmaschine, derart ausgerichtet werden, dass der Bohrer der Bohrmaschine entlang des Laserstrahls LS führbar ist und eine Zugangsbohrung durch den Röhrenknochen für das Verriegelungselement gesetzt werden kann.
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5 zeigt ein Flussdiagramm mit einer möglichen in eine Auswerte- AW und eine Steuereinheit SE aufgeteilten Anordnung. Die Auswerte- AW und Steuereinheit SE ist in eine der Röntgeneinheit REE zugeordneten Röntgeneinheit RE integriert. Gemäß dem Flussdiagramm ist in einer präoperativen Phase ein 3D-Modell von den Markern M1,..., M6 mittels eines 3D-Modellerstellungsmoduls ME von einzelnen oder mehreren Markeranhäufungen zu erstellen. Ein 3D-Modell von den Markern M1,..., M6 kann beispielsweise auch vom Hersteller bereits in einem USB-Stick abgespeichert und dem Marknagel MN beiliegend zur Verfügung gestellt werden. Ist der Marknagel MN im Bein B, beispielsweise dem Femur, zur Fixierung der Knochenteile implementiert, wird zur Kontrolle und zur Ermittlung der Ausrichtung von zu verwendenden Verriegelungslöchern VLn eine Röntgenaufnahme RB erstellt. In einem Segmentierungsmodul S werden die Marker M1,..., M6 segmentiert. Anhand der charakteristischen Entfernung und Anordnung der Markerelemente M1,..., M6 bei den jeweiligen Markeranhäufungen und einer möglichen zusätzlichen Differenzierung durch unterschiedliche Größen und/oder Grauwerte kann ein 3D-Model von den Markern M1,..., M6 anhand der Röntgenaufnahme RB im Registriermodul MM ausgerichtet bzw. gemappt werden bis das 3D-Modell die gleiche Position und Ausrichtung hat wie die im Röntgenbild RB korrespondierenden Markerelemente. Als Ergebnis kann zur Ausrichtung des Marknagels MN, die Ausrichtung der Mittelachse des oder der Verriegelungslöcher oder/und der Öffnungen der Verriegelungslöcher in den 2D-Röntgenbild eingeblendet werden. Je nach Erfordernis können dann die geeigneten Verriegelungslöcher VL dem Chirurgen angezeigt oder von diesem ausgewählt werden. Die von der Recheneinheit REE ermittelten Daten werden sowohl an das Ausrichtmodul zur Steuerung der mit dem Röntgengerät verbundenen Lasereinheit als auch an ein Positionierungsmodul für die Positionierung einer Bohrhilfeeinrichtung weitergeleitet. Mit der Positionierungshilfe können entweder ein Laserstrahl zielgenau auf die Mittelachse eines Verriegelungslochs ausgerichtet oder die Koordinaten und die Ausrichtung eines ausgewählten Verriegelungsloches an eine rechnergesteuerte Einrichtung, z.B Roboterarm mit Bohreinrichtung zur Erstellung eines Bohrloches weiterleitet werden.
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Bezugszeichenliste:
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- M1,..., Mn
- Marker, Röntgenmarker, Markerelemente
- M1
- erster Marker
- M2
- zweiter Marker
- M3
- dritter Marker
- M4
- vierter Marker
- M5
- fünfter Marker
- M6
- sechster Marker
- ZL
- Zuordnungslinien
- FL
- Frakturlinie
- KIMN
- Knochen mit Marknagel
- MN
- Marknagel
- VL
- Verriegelungsloch
- B
- Bein
- KN
- Knochen/Röhrenknochen
- RQ
- Röntgenquelle
- D
- Detektor
- RS
- Röntgenstrahl
- ZS
- Zentralstrahl
- LS
- Laserstrahl
- REE
- Recheneinheit
- EE
- Eingabeneinheit
- BE
- Bildschirmeinheit
- MH
- 3D-Modell vom Hersteller
- ME
- 3D-Modell vor einzelnen oder mehreren Markeranhäufungen
- AW
- Auswerteeinheit
- RB
- Röntgenbild
- S
- Segmentierungsmodul
- MM
- Registriermodul
- SE
- Steuereinheit
- AM
- Ausrichtmodul zur Steuerung der Ausrichtung
- PB
- Positionierungsmodul zur Positionierung eines Bohrhilfsmittels
