DE102016105208B3

DE102016105208B3 - Medical Instrument

Info

Publication number: DE102016105208B3
Application number: DE102016105208.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Ortmaier; Lüder Kahrs; Samuel Müller; Henning Windhagen; Manuel Krämer; Christof Hurschler
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover; Medizinische Hochschule Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover; Medizinische Hochschule Hannover
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2036-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrumentarium zur Implantation einer künstlichen Hüftgelenkspfanne bei der patientenindividuellen Hüftgelenksplastik, wobei das Instrumentarium wenigstens ein Referenzinstrument in Form einer patientenindividuell angefertigten Schablone und wenigstens ein Werkzeug zur Bearbeitung des Hüftgelenks aufweist.The invention relates to a medical instrumentation for implantation of an artificial acetabular cup in the patient-specific hip joint plastic, wherein the instrument has at least one reference instrument in the form of a patient-customized template and at least one tool for processing the hip joint.

Description

Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Total-Endoprothetik, bei der außer dem Gelenkkopf auch die Gelenkpfanne des Hüftgelenks eines Patienten ersetzt wird. Hierfür ist es bekannt, patientenspezifische Instrumente herzustellen und für die korrekte Positionierung der künstlichen Hüftgelenkspfanne am Patienten zu verwenden. Solche patientenspezifischen Instrumente dienen zur Vorbereitung der knöchernen Pfanne sowie als Führungshilfe zum Einsetzen des Implantats. Zu solchen patientenspezifischen Instrumenten, die allgemein zum medizinischen Instrumentarium der zuvor erläuterten Art zählen, gehört eine Schablone, die in das Acetabulum eingeführt wird oder sich in naher Umgebung zum Acetabulum referenziert. Diese Schablone wird im Vorfeld der Operation mithilfe von aus Bilddatensätzen, z. B. aus MRT- und CRT-Daten, generierten Computermodellen patientenspezifisch angefertigt, z. B. durch Stereolithographie oder andere 3D-Druckmethoden. Die Schablonen sind auch durch andere Technologien herstellbarIn particular, the invention relates to the field of total endoprosthetics, in which in addition to the condyle and the acetabulum of the hip joint of a patient is replaced. For this purpose, it is known to produce patient-specific instruments and to use for the correct positioning of the artificial acetabulum on the patient. Such patient-specific instruments are used to prepare the bony socket and as a guide to insert the implant. Such patient-specific instruments, which generally include medical instruments of the type discussed above, include a template that is inserted into the acetabulum or that references the acetabulum in close proximity. This template is used in the run-up to the operation using image data sets, such as B. from MRI and CRT data generated computer models patient-specific, z. B. by stereolithography or other 3D printing methods. The templates can also be produced by other technologies

Die patientenspezifische Schablone, als Teil der patientenspezifischen Instrumente, verfügt über eine Geometrie, welches sich innerhalb oder in der Nähe des Acetabulums platzieren lässt und durch seine individuelle Form eine vordefinierte Lage gemäß der Planung einnimmt.The patient-specific template, as part of the patient-specific instruments, has a geometry that can be placed within or near the acetabulum and, through its individual shape, occupies a predefined position as planned.

Trotz dieser Maßanfertigung gibt es mehrere Einflussfaktoren, die zu einem falschen Einsetzen der Schablone führen können, wie z. B. Fertigungsungenauigkeiten oder ein Vertauschen der Schablonen. Ein wesentlicher Einflussfaktor ist, dass je nach genutzter Bildgebung manche Gewebe oder Geometrien nicht abgebildet werden. Auf klinischen Standard CT Bildern ist z. B. die Knorpelschicht im Acetabulum nicht zu sehen.Despite this customization, there are several factors that can lead to incorrect insertion of the template, such. B. manufacturing inaccuracies or swapping the templates. An important influence factor is that, depending on the imaging used, some tissues or geometries are not displayed. On clinical standard CT images is z. B. the cartilage layer in the acetabulum can not be seen.

Auch im Bereich des Werkzeugs, z. B. eines Fräsers, kommt es darauf an, dass dieses präzise und entsprechend der Schablone, orientiert, positioniert und geführt wird, wenn am Hüftgelenksknochen die entsprechende Ausfräsung für die künstliche Hüftgelenkspfanne erzeugt wird.Also in the area of the tool, z. B. a milling cutter, it is important that this precise and according to the template, oriented, positioned and guided when the corresponding cutout for the artificial acetabular cup is generated at the hip joint bone.

Aus der DE 42 19 939 A1 ist eine Schablone für Bearbeitungswerkzeuge zur Bearbeitung knöcherner Strukturen und Verfahren zur Definition und Reproduktion der Lagebeziehung eines Bearbeitungswerkzeuges relativ zu einer knöchernen Struktur bekannt. Aus der DE 10 2009 028 503 B4 ist eine Resektionsschablone zur Resektion von Knochen, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Resektionsschablone und ein Operationsset zur Durchführung von Kniegelenk-Operationen bekannt.From the DE 42 19 939 A1 For example, a stencil for machining tools for machining bony structures and methods for defining and reproducing the positional relationship of a machining tool relative to a bony structure is known. From the DE 10 2009 028 503 B4 For example, a resection template for resection of bones, a method for producing such a resection template and an operation set for performing knee joint operations are known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes medizinisches Instrumentarium zur Implantation einer künstlichen Hüftgelenkspfanne anzugeben, mit dem die zuvor genannten Probleme besser bewältigt werden können.The invention is therefore based on the object to provide an improved medical instrumentation for implantation of an artificial acetabular cup, with which the aforementioned problems can be better dealt with.

Es sei dabei von folgenden Begriffsdefinitionen ausgegangen:
Schablone: Anatomisch geformtes patientenspezifisches Teil zur räumlichen Referenzierung der Anatomie des Beckens.
Patientenspezifische Instrumente (PSI): Hilfsmittel zur Führung des Werkzeugs des medizinischen Instrumentariums, z. B. eine Führungseinrichtung oder Schablone.
Werkzeug: Chirurgisches Werkzeug zur Durchführung einer Operation, z. B. Fräser, Reibe, Einschläger.
Lage: Die Lage, auch Pose genannt, setzt sich zusammen aus der Orientierung und der Position. Die Position bezeichnet die dreidimensionale Position im Raum in Bezug auf ein Basiskoordinatensystem. Die Orientierung bezeichnet den Winkelversatz einer bestimmten Achse im Raum zu einer, mehreren oder allen Achsen des Basiskoordinatensystems und kann somit auch als Winkelorientierung bezeichnet werden.It assumed the following definitions:
Template: Anatomically shaped patient-specific part for spatial referencing of the anatomy of the pelvis.
Patient-specific instruments (PSI): aids for guiding the tool of the medical instrumentation, eg. B. a guide device or template.
Tool: Surgical tool for performing an operation, eg. B. cutter, grater, impactor.
Location: The position, also called pose, is made up of the orientation and the position. The position designates the three-dimensional position in space with respect to a base coordinate system. The orientation refers to the angular offset of a certain axis in space to one, several or all axes of the base coordinate system and can therefore also be referred to as angular orientation.

Die Eingangs genannte Aufgabe wird durch ein medizinisches Instrumentarium zur Implantation einer künstlichen Hüftgelenkspfanne bei der patientenindividuellen Hüftgelenksplastik gemäß Anspruch 1 gelöst.The aforementioned object is achieved by a medical instrumentation for implantation of an artificial acetabular cup in the patient-specific hip joint plastic according to claim 1.

Bei der Ausführungsform gemäß Merkmal a) kann die Längsachse des Werkzeugs insbesondere die Drehachse eines drehenden Teils des Werkzeugs oder eine dazu parallele Achse sein.In the embodiment according to feature a), the longitudinal axis of the tool may in particular be the axis of rotation of a rotating part of the tool or an axis parallel thereto.

Die Auswerteeinrichtung kann insbesondere eine computerbasierte Auswerteeinrichtung sein, die die Signale des Neigungssensors z. B. durch entsprechende Softwareprogrammierung auswertet. Die Ausgabeeinrichtung kann z. B. als Anzeigeeinrichtung ausgebildet sein. Die Anzeigeeinrichtung kann als beliebige visuelle Anzeigeeinrichtung ausgebildet sein, z. B. als Display, auf dem die Signale des Neigungssensors in Form einer Ist-Winkelorientierung in Relation zu der Soll-Winkelorientierung dargestellt werden, z. B. als Abweichung voneinander. Die Darstellung kann z. B. durch graphische Elemente auf der Anzeigeeinrichtung realisiert sein.The evaluation device may in particular be a computer-based evaluation device, which detects the signals of the inclination sensor z. B. evaluates by appropriate software programming. The output device can, for. B. be designed as a display device. The display device can be designed as any visual display device, for. As a display on which the signals of the inclination sensor in the form of an actual angular orientation are displayed in relation to the desired angular orientation, z. B. as a deviation from each other. The representation can z. B. be realized by graphical elements on the display device.

Die Soll-Winkelorientierung kann z. B. rechnerisch anhand von zuvor am Patienten ermittelten Bilddatensätzen oder daraus generierten Computermodellen bestimmt werden. Die Soll-Winkelorientierung kann auch durch gesonderte Sensierung bestimmt werden. Insbesondere kann die Soll-Winkelorientierung vorteilhaft bestimmt werden, wenn ein weiterer Neigungssensor an der Schablone befestigt ist. Der weitere Neigungssensor ist dann mit einer weiteren Auswerteeinrichtung verbunden, wobei die weitere Auswerteeinrichtung auch identisch mit der zuvor genannten Auswerteeinrichtung ausgebildet sein kann. Die weitere Auswerteeinrichtung wertet die Signale des weiteren Neigungssensors aus und bestimmt daraus die Soll-Winkelorientierung des Werkzeugs. Beispielsweise kann dies in der praktischen Realisierung dadurch erfolgen, dass ein Anwender die Schablone manuell in die korrekte Position an der Hüftpfanne führt und bei Erreichen der korrekten Position, was z. B. durch die Kontrollvorrichtung kontrolliert werden kann, z. B. durch Betätigung eines Tasters oder Schalters der weiteren Auswerteeinrichtung ein Signal gibt für die Erkennung und Speicherung der Soll-Winkelorientierung. Dementsprechend kann die aktuelle Winkelorientierung als Soll-Winkelorientierung übernommen werden. The desired angular orientation can z. B. can be determined by calculation based on previously determined on the patient image data sets or computer models generated therefrom. The desired angular orientation can also be determined by separate sensing. In particular, the desired angular orientation can advantageously be determined if a further tilt sensor is attached to the template. The further inclination sensor is then connected to a further evaluation device, wherein the further evaluation device can also be formed identically with the aforementioned evaluation device. The further evaluation device evaluates the signals of the further inclination sensor and determines therefrom the desired angular orientation of the tool. For example, this can be done in the practical realization that a user manually guides the template in the correct position on the acetabulum and upon reaching the correct position, which z. B. can be controlled by the control device, for. B. by pressing a button or switch of the other evaluation device is a signal for the detection and storage of the desired angular orientation. Accordingly, the current angular orientation can be adopted as the desired angular orientation.

Bei dem Neigungssensor und dem weiteren Neigungssensor kann es sich auch um dasselbe Bauteil handeln, das zur Erkennung und Speicherung der Soll-Winkelorientierung an der Schablone befestigt wird und später bei der Durchführung des Bearbeitungsvorgangs mit dem Werkzeug an dem Werkzeug befestigt wird.The tilt sensor and the further tilt sensor may also be the same component that is attached to the template for recognition and storage of the desired angular orientation and later attached to the tool when performing the machining operation on the tool.

Ein zusätzlicher Neigungssensor sollte dann zusätzlich zur Bestimmung einer Referenz-Winkelorientierung am Patienten befestigt sein, um beispielsweise Lageveränderungen des Patienten während der Operation kompensieren zu können.An additional inclination sensor should then be attached to the patient in addition to determining a reference angular orientation, for example, to compensate for changes in position of the patient during surgery.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Neigungssensor und/oder der weitere Neigungssensor als Beschleunigungssensor ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Neigungssensor durch bewährte, handelsübliche Elektronik-Bauteile realisiert werden kann. Ein derartiger Neigungssensor orientiert sich an der Richtung des Erdschwerefeldes. Dadurch lassen sich zwei Freiheitsgrade abbilden, was bereits deutliche Verbesserungen bei Operationen ermöglicht. Weitere Freiheitsgrade, z. B. ein dritter rotatorischer Freiheitsgrad, können durch den Neigungssensor berücksichtigt werden, indem z. B. eine Datenfusion aus den Beschleunigungssensor-Daten mit Daten weiterer Sensoren, beispielsweise einem Kompasssensor, erfolgt. Insofern bildet ein solcher zusätzlicher Sensor, z. B. der Kompasssensor, einen Teil des Neigungssensors.According to an advantageous development of the invention, the inclination sensor and / or the further inclination sensor is designed as an acceleration sensor. This has the advantage that the inclination sensor can be realized by proven, commercially available electronic components. Such a tilt sensor is based on the direction of the earth's gravity field. As a result, two degrees of freedom can be mapped, which already allows significant improvements in operations. Other degrees of freedom, z. B. a third rotational degree of freedom can be taken into account by the tilt sensor by z. B. a data fusion from the acceleration sensor data with data from other sensors, such as a compass sensor takes place. In this respect, such an additional sensor, z. As the compass sensor, a part of the inclination sensor.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung und/oder die weitere Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, die aus den zugeführten Sensorsignalen ausgewerteten Daten ohne Integrationsschritt der Signale des jeweiligen Neigungssensors zu bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass unerwünschte Signaldrift-Effekte der Sensorsignale minimiert werden können.According to an advantageous development of the invention, the evaluation device and / or the further evaluation device is configured to determine the data evaluated from the supplied sensor signals without integration step of the signals of the respective inclination sensor. This has the advantage that unwanted signal drift effects of the sensor signals can be minimized.

Die Ausgabe der Auswerteergebnisse der Auswerteeinrichtung kann insbesondere dann vorteilhaft durchgeführt werden, wenn das Werkzeug gerade nicht im Eingriff am Patienten ist, so dass durch das Werkzeug hervorgerufene Abweichungen, z. B. durch übertragene Vibrationen, nicht zu einer Verfälschung der ausgegebenen Auswerteergebnisse führen.The output of the evaluation results of the evaluation can be advantageously carried out in particular when the tool is currently not engaged on the patient, so that caused by the tool deviations, for. B. by transmitted vibrations, not lead to a distortion of the output evaluation results.

Generell kann ein Tiefenanschlag an einer Stelle der eindimensionalen Bewegungsrichtung positioniert werden, die entsprechend der Operationsplanung als Endposition bestimmt wird, so dass auf mechanischem Weg sichergestellt werden kann, dass das Werkzeug nicht zu tief in die Hüftpfanne eingeführt werden kann. Wird der Tiefensensor eingesetzt, so kann dieser als Wegsensor ausgebildet sein, der die aktuelle Position des Werkzeugs relativ zur Hüftpfanne angibt. Der Tiefensensor kann auch ähnlich einem Schaltkontakt ausgebildet sein, der ein Signal bei Erreichen einer bestimmten Position der eindimensionalen Bewegungsrichtung abgibt (Grenzschalter), so dass anhand dieses Signals erkannt werden kann, dass das Werkzeug die gewünschte Einführtiefe erreicht hat.In general, a depth stop can be positioned at a location of the one-dimensional movement direction, which is determined according to the operation planning as the end position, so that it can be ensured by mechanical means that the tool can not be inserted too deeply into the acetabular cup. If the depth sensor is used, it can be designed as a displacement sensor, which indicates the current position of the tool relative to the acetabular cup. The depth sensor can also be designed similar to a switching contact, which emits a signal upon reaching a certain position of the one-dimensional movement direction (limit switch), so that it can be detected on the basis of this signal that the tool has reached the desired insertion depth.

Der Tiefenanschlag kann sich nach Vorgaben der OP-Planung mit Hilfe einer Skala einstellen lassen und begrenzt das Werkzeug in seiner Tiefenfreiheit.The depth stop can be adjusted according to the specifications of the surgical planning with the help of a scale and limits the tool in its depth.

Die mechanische Kontrollvorrichtung gemäß Merkmal c) kann dabei derart ausgebildet sein, dass sie in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schablone wenigstens abschnittsweise über den Außenumfang der Schablone hinausragt. Die mechanische Kontrollvorrichtung kann auch auf gleicher Höhe mit dem acetabulären Rand verlaufen. Die mechanische Kontrollvorrichtung kann dabei hinsichtlich ihrer Außenkontur an die Kontur des Randes der Hüftpfanne des Patienten angepasst sein und damit zumindest einen Teil der Kontur nachbilden. Hierbei ist es vorteilhaft, die nachgebildete Außenkontur etwas kleiner zu gestalten als die reale Kontur, die nachgebildet wird, so dass etwas Spiel vorhanden ist. Auf diese Weise kann die Schablone mit der Kontrollvorrichtung leichter eingepasst werden. Die Kontrollvorrichtung kann z. B. in einem Arbeitsgang zusammen mit der Schablone erzeugt werden, z. B. anhand von bereits hergestellten Bilddatensätzen oder daraus generierten Computermodellen.The mechanical control device according to feature c) can be designed such that it protrudes in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the template at least in sections over the outer circumference of the template. The mechanical control device may also be at the same height as the acetabular rim. The mechanical control device can be adapted with respect to its outer contour to the contour of the edge of the acetabulum of the patient and thus simulate at least a part of the contour. In this case, it is advantageous to make the simulated outer contour somewhat smaller than the real contour which is reproduced, so that there is some play. In this way, the template can be fitted with the control device easier. The control device may, for. B. are generated in one operation together with the template, z. B. based on already prepared image data sets or generated computer models.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kontrollvorrichtung als von der Schablone separates Bauteil ausgebildet, das z. B. über eine Steckverbindung mit der Schablone verbindbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Kontrollvorrichtung bei Bedarf angesteckt werden kann und andernfalls, z. B. wenn das Vorhandensein der Kontrollvorrichtung störend wäre, leicht entfernt werden kann. According to an advantageous embodiment of the invention, the control device is designed as a separate component from the template, the z. B. is connectable via a plug connection with the template. This has the advantage that the control device can be plugged in if necessary and otherwise, for. B. if the presence of the control device would be annoying, can be easily removed.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kontrollvorrichtung als in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Schablone vollständig um den Umfang der Schablone umlaufende Reling ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Anwendung der Kontrollvorrichtung besonders stark vereinfacht wird und Anwendungsfehler weitestgehend ausgeschlossen werden können.According to an advantageous embodiment of the invention, the control device is designed as in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the template completely around the circumference of the stencil circulating rail. This has the advantage that the application of the control device is greatly simplified and application errors can be largely excluded.

Alternativ kann die Kontrollvorrichtung auch über radiale Verbindungsstege mit der Schablone gekoppelt sein. Die Kontrollvorrichtung kann auch über großflächige Verbindungen mit der Schablone gekoppelt sein, wobei es dann vorteilhaft ist, die Kontrollvorrichtung und/oder die großflächigen Verbindungen aus transparentem Material herzustellen. Auf diese Weise wird die Sicht auf die Operationsstelle nur minimal gestört.Alternatively, the control device may also be coupled to the template via radial connecting webs. The control device can also be coupled to the template over large-area connections, it then being advantageous to produce the control device and / or the large-area connections made of transparent material. In this way, the view of the surgical site is only minimally disturbed.

Vorteilhaft bei der patientenindividuellen Schablone ist, dass sie Merkmale aufweist die eine sichere und eindeutige Positionierung gewährleisten und andererseits Merkmale besitzt mit denen die Lage der eingebrachten Schablone taktil, kinästhetisch oder visuell bezüglich der beabsichtigen Lage leicht verifiziert werden kann. Durch eine besondere Gestaltung der patientenindividuell gefertigten (z. B. 3D-Druck) Schablone ist eine visuelle, taktile oder kinästhetische Kontrolle des korrekten Sitzes gemäß der präoperativen Planung anhand medizinischer Bildgebund oder anhand von Orientierungs-Merkmalen an der Schablone nach dem Einsetzen in wenigen Sekunden möglich. Durch die Wahl geeigneter Materialparameter sowie die Wahl anatomischer Referenzbereiche, lässt sich die Schablone sicher platzieren.An advantage of the patient-individual template is that it has features that ensure a safe and unambiguous positioning and on the other hand has features with which the position of the template introduced tactile, kinaesthetic or visual with respect to the intended location can be easily verified. A special design of the patient-customized (eg 3D printing) template is a visual, tactile or kinesthetic check of the correct fit according to the preoperative planning based on medical imaging or orientation features on the template after insertion in a few seconds possible. By choosing suitable material parameters and choosing anatomical reference areas, the template can be placed safely.

Durch den wenigstens einen Röntgen-Marker gemäß Merkmal d) ist eine Röntgen-optische Kontrolle des Sitzes der Schablone auf einfache Weise möglich. Da die Schablone in der Regel aus in Röntgenbildern nicht sichtbarem Material besteht, kann auf diese Weise ein Vergleich der Lage der Schablone mit der entsprechend der Operationsplanung vorgesehenen Lage durchgeführt werden. Der Röntgen-Marker kann eine Ring-Geometrie oder irgendeine andere Geometrie aufweisen. Insbesondere können mehrere einzelne Teile des Röntgen-Markers vorhanden sein, die wiederum insgesamt eine Ring-Geometrie oder eine andere Geometrie bilden. Entscheidend ist letztendlich, dass der oder die Röntgenmarker eine solche Geometrie aufweisen, dass die gewünschte Röntgen-optische Kontrolle des Sitzes der Schablone eindeutig möglich ist. Zu erwähnen ist noch, dass die 2D Bildgebung des Röntgenmarkers, die Aufschluss über den korrekten Sitz der Schablone gibt, mittels einer Software ausgewertet werden kann, die dem Operateur dann bei der korrekten Platzierung der Schablone unterstützt.By means of the at least one X-ray marker according to feature d), an X-ray optical inspection of the seat of the template is possible in a simple manner. Since the template usually consists of material not visible in x-ray images, a comparison of the position of the template with the position corresponding to the surgical planning can be carried out in this way. The X-ray marker may have a ring geometry or any other geometry. In particular, several individual parts of the X-ray marker can be present, which in turn form a total of a ring geometry or another geometry. The decisive factor is that the one or more X-ray markers have such a geometry that the desired X-ray optical control of the seat of the template is clearly possible. It should also be mentioned that the 2D imaging of the X-ray marker, which provides information on the correct fit of the template, can be evaluated by means of software which then assists the surgeon in correctly placing the template.

Vorteilhaft bei der patientenindividuellen Schablone ist, dass sie Merkmale besitzt, mit denen die Lage der eingebrachten Schablone mittels medizinischer 2D-Bildgebung intraoperativ kontrolliert werden kann und die spätere Orientierung der künstlichen Hüftpfanne bereits nach dem Einbringen der Schablone eingesehen werden kann. Durch die Verwendung verschiedener Materialien lassen sich Merkmale herstellen, anhand derer in einer Bildgebung die Lage überprüft werden kann. Die Merkmale können aus demselben Material sein wie die Schablone selbst und markante Geometrien aufweisen. Oder alternativ handelt es sich um ein anderes Material, das entweder ein- oder aufgebracht wird. Dies kann bereits während der Herstellung oder nachträglich geschehen. Ein beispielhaftes Vorgehen beinhaltet:

• Erzeugen der Marker Druck einer Negativform und manuelles Einlegen des Markers Aufbringen von „röntgendichtem Lack an definierten Strukturen” Herstellung durch Einsatz verschiedener Materialien Formschluss (Aufstecken) Erzeugen der Marker durch Schablonengeometrie
• Modell des Acetabulums Druck des patentindividuellen Acetabulums mit Markern, Einbringen der Schablone in das Modell-Acetabulum Gegebenenfalls zusätzliche Röntgenaufnahme
• Intraoperative Röntgenbildgebung Visuelles Überprüfen der relativen Lage anhand der Marker und gegebenenfalls der OP-Planung Vergleich mit der Röntgenprojektion des Modell-Acetabulums Überprüfung der korrekten Lage und Geometrie anhand 3D-2D Registrierung
• Überprüfen der Schablonengeometrie Drucken und Nachmessen sichtbarer Marker, z. B. mit einem Messschieber Kodieren des Patienten durch Marker Überprüfung der korrekten Lage und Geometrie anhand 3D-2D Registrierung

An advantage of the patient-individual template is that it has features with which the position of the introduced template can be controlled intraoperatively by means of medical 2D imaging and the later orientation of the artificial acetabulum can be viewed already after the introduction of the template. Through the use of different materials, features can be produced, by means of which the situation can be checked in an imaging. The features may be the same material as the template itself and have distinctive geometries. Or, alternatively, it is another material that is either applied or applied. This can already happen during production or later. An example procedure includes:

• Creation of the markers Printing of a negative mold and manual insertion of the marker Application of "radiopaque lacquer on defined structures" Production by use of different materials Positive locking (attachment) Creation of markers using template geometry
• Model of the acetabulum. Pressure of the patent-specific acetabulum with markers, placing the template in the model acetabulum. If necessary, additional X-ray
• Intraoperative X-ray Imaging Visually checking the relative position using the markers and if necessary the surgical planning Comparison with the X-ray projection of the model acetabulum Checking the correct position and geometry using 3D-2D registration
• Check template geometry Print and retrace visible markers, eg. Eg with a vernier caliper Encoding the patient with markers Checking the correct position and geometry using 3D-2D registration

Die Kontrolle der Schablone erfolgt mittels einer 3D-2D-Registrierung und eingebrachter Kontrollstrukturen.The template is controlled by means of a 3D-2D registration and introduced control structures.

Durch die Oberflächenstrukturierung der Kontaktoberfläche der Schablone gemäß Merkmal e) ist ein Einsetzen und Anpassen der Schablone besser möglich. Es kann ein besserer Sitz auch bei noch vorhandenem Weichgewebe erreicht werden. Durch die Schablone verdrängtes Gewebes oder verdrängtes Flüssigkeit des Patienten können in die Kavitäten ausweichen. Due to the surface structuring of the contact surface of the template according to feature e) insertion and adjustment of the template is better possible. It can be achieved a better fit even with existing soft tissue. Tissue displaced by the template or displaced fluid from the patient may escape into the cavities.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Oberflächenstrukturierung der Kontaktoberfläche der Schablone eine Kreuzrillenstruktur auf. Dies hat den Vorteil, dass die Oberflächenstrukturierung auf einfache Weise hergestellt werden kann, z. B. durch kreuzweise Einschnitte mit einer Trennscheibe.According to an advantageous development of the invention, the surface structuring of the contact surface of the template has a cross groove structure. This has the advantage that the surface structuring can be prepared in a simple manner, for. B. by crosswise cuts with a cutting disc.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Werkzeug über eine Längsführung mit dem Hüftgelenk gekoppelt und darüber in einer eindimensionalen Bewegungsrichtung zum Hüftgelenk hin geführt, wobei der Neigungssensor dazu eingerichtet ist, von dem Werkzeug auf die Längsführung übertragene Biegemomente zu erfassen. In diesem Fall kann der Neigungssensor z. B. als Momentensensor oder Kraftsensor ausgebildet sein. Durch die Längsführung kann die Führung des Werkzeugs bereits deutlich sicherer und anwenderfreundlicher gestaltet werden. Durch die zusätzliche Berücksichtigung des Neigungssensor-Signals wird die Präzision der Führung des Werkzeugs weiter gesteigert, insbesondere bei wenig biegesteifen Ausführungsformen der Längsführung.According to an advantageous embodiment of the invention, the tool is coupled via a longitudinal guide with the hip joint and guided over it in a one-dimensional direction of movement towards the hip joint, wherein the inclination sensor is adapted to detect transmitted from the tool to the longitudinal guide bending moments. In this case, the inclination sensor z. B. be designed as a torque sensor or force sensor. Due to the longitudinal guide, the guidance of the tool can already be made significantly safer and more user-friendly. The additional consideration of the tilt sensor signal, the precision of the leadership of the tool is further increased, especially in less rigid embodiments of the longitudinal guide.

Zusammengefasst ergeben sich durch die Erfindung folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

– Die Schablone lässt sich sicherer positionieren ohne intraoperativ zusätzliches Gewebe entfernen bzw. vorbereiten zu müssen.
– Die Lage der Schablone ist einfach intraoperativ überprüfbar ggf. durch eine einfache medizinische Bildgebung z. B. Röntgen oder Ultraschall, oder das haptische Feedback.
– Die Frästiefe ist einstellbar und kann kontrolliert werden.
– Ein einfacher Operationsablauf ohne Mehraufwand bzw. Verlängerung der Operationszeit.
– Rückzugsmöglichkeit zur konventionellen Implantation ohne zusätzlichen Aufwand.

In summary, the invention provides the following advantages over the prior art:

- The template can be positioned more safely without having to remove or prepare extra tissue intraoperatively.
- The location of the template is easily checked intraoperatively, if necessary, by a simple medical imaging z. As X-ray or ultrasound, or the haptic feedback.
- The milling depth is adjustable and can be controlled.
- A simple operation without additional effort or extension of the operating time.
- Retraction option for conventional implantation without additional effort.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.

Es zeigen:Show it:

1 – eine schematische Darstellung einer Seite des Beckenknochens 1 - A schematic representation of a side of the pelvic bone

2–5 – unterschiedliche Ausführungen von patientenspezifischen Schablonen und 2 - 5 - Different versions of patient-specific templates and

6 – eine optische Instrumentenführung und 6 - An optical instrument guide and

7 – eine patientenspezifische Schablone mit Röntgen-Marker und 7 - a patient-specific template with x-ray markers and

8 – ein chirurgisches Navigationssystem und 8th - a surgical navigation system and

9 – ein Werkzeug mit einer Führungseinrichtung und 9 - A tool with a guide device and

10–11 – verschiedene Ausführungen von Kontrollvorrichtungen an patientenspezifischen Schablonen. 10 - 11 - Different versions of control devices on patient-specific templates.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.

Anhand der 1 sei zunächst veranschaulicht, wie der für den Einsatz einer künstlichen Hüftgelenkspfanne bei der patientenindividuellen Hüftgelenksplastik betreffende Bereich des Beckenknochens 1 aussieht. Mit dem Bezugszeichen 3 ist der relevante Bereich für die Verankerung einer Schablone im Bereich der Fossa Acetabuli 2 (markiert durch das Oval).Based on 1 Let us first illustrate how the region of the pelvic bone affecting the use of an artificial acetabular cup in patient-specific hip-joint plastic surgery is illustrated 1 looks. With the reference number 3 is the relevant area for anchoring a template in the area of the acetabular fossa 2 (marked by the oval).

Die 2 zeigt eine patientenspezifische Schablone 4 in einer Ansicht auf die Kontaktoberfläche 41, die als Gegenstück zur Oberfläche der Hüftgelenkspfanne 2 patientenspezifisch geformt ist. Im Bereich dieser Kontaktoberfläche 41 ist eine Oberflächenstrukturierung durch wenigstens eine Kavität 42 vorhanden, die zur Aufnahme verdrängten Gewebes oder verdrängter Flüssigkeit des Patienten dient. Im von der Kontaktoberfläche 41 abgewandten Bereich weist die Schablone 4 einen Schaftbereich 40 auf, der z. B. zum Greifen und Halten der Schablone 4 durch einen Anwender dient.The 2 shows a patient-specific template 4 in a view on the contact surface 41 as a counterpart to the surface of the acetabular cup 2 is patient-specific shaped. In the area of this contact surface 41 is a surface structuring by at least one cavity 42 present, which serves to receive displaced tissue or displaced fluid of the patient. Im from the contact surface 41 remote area has the template 4 a shaft area 40 on, the z. B. for gripping and holding the template 4 by a user.

In den 3 bis 5 sind jeweils nebeneinander Ausführungsformen von Schablonen 4 jeweils in einer Seitenansicht und einer Draufsicht auf die Kontaktoberfläche 41 dargestellt. Die 3 zeigt zum Vergleich eine Schablone 4 gemäß dem Stand der Technik, die im Bereich der Kontaktoberfläche 41 die erwähnten Kavitäten 42 nicht aufweist. Die 4 zeigt eine Ausführungsform der Schablone 4, bei der im Bereich der Kontaktoberfläche 41 Kavitäten 42 durch sich kreuzende Rillen gebildet sind, so dass von einem Grundkörper 46 jeweils nur stabförmige oder säulenförmige Erhebungen abstehen. In der Ausführungsform gemäß 5 sind die Kavitäten 42 dadurch gebildet, dass der Grundkörper 46 im Bereich der Kontaktoberfläche 41 in verschiedenen Höhenlagen parallel eingeschlitzt ist, so dass von einem zentralen Bereich scheibenförmige Erhebungen radial hervorstehen.In the 3 to 5 are each side by side embodiments of templates 4 each in a side view and a plan view of the contact surface 41 shown. The 3 shows a template for comparison 4 according to the prior art, in the area of the contact surface 41 the mentioned cavities 42 does not have. The 4 shows an embodiment of the template 4 in the area of the contact surface 41 wells 42 are formed by intersecting grooves, so that from a basic body 46 each protrude only rod-shaped or columnar elevations. In the embodiment according to 5 are the cavities 42 formed by that the basic body 46 in the area of the contact surface 41 in different Altitudes is slotted parallel, so that from a central area disc-shaped projections protrude radially.

Die 6 zeigt ein medizinisches Instrumentarium zur Implantation einer künstlichen Hüftgelenkspfanne, bei der als Orientierungs- und Führungshilfe für die Führung eines Werkzeugs 5 ein oder mehrere Führungsdrähte 50 z. B. in Form von K-Drähten oder Pins vorhanden sind. Der Anwender kann anhand dieser Führungsdrähte 50 optisch bzw. visuell das Werkzeug 5 in der geeigneten Art ausrichten, so dass z. B. eine parallele Führung zu den Führungsdrähten 50 erfolgt. Die Führungsdrähte 50 können dabei am Hüftgelenk verankert sein.The 6 shows a medical instrumentation for implantation of an artificial acetabular cup, in which as an orientation and guidance aid for the guidance of a tool 5 one or more guidewires 50 z. B. in the form of K-wires or pins are present. The user can use these guide wires 50 visually or visually the tool 5 align in the appropriate manner, so that z. B. a parallel guide to the guidewires 50 he follows. The guide wires 50 can be anchored to the hip joint.

Die Führungsdrähte 50 ermöglichen die Orientierung eines Fräsers bzw. Einschlägers zur Implantation einer Endoprothese alleine durch einen Richtungsanzeiger. Der Richtungsanzeiger kann beispielsweise in Form von Drähten oder Stäben gestaltet sein, welche unter Zuhilfenahme der Schablone ausgerichtet und in den Knochen eingebracht werden. Der eingebrachte Richtungsgeber ist in Soll-Richtung orientiert. Durch die freie Führung des Fräsers und Einschlägers parallel zu den richtungsanzeigenden Elementen kann die Hüftpfanne in geplanter Orientierung eingebracht werden.The guide wires 50 allow the orientation of a router or impactor for implantation of an endoprosthesis alone by a direction indicator. The direction indicator can be designed for example in the form of wires or rods, which are aligned with the aid of the template and introduced into the bone. The introduced direction sensor is oriented in the desired direction. Due to the free guidance of the milling cutter and impactor parallel to the direction-indicating elements, the acetabular cup can be introduced in a planned orientation.

Die 7 zeigt eine Schablone 4, bei der im vorderen Bereich, d. h. im Kopfbereich 46, Material zur Formung eines Röntgen-Markers 43 eingebettet ist. Der Röntgen-Marker 43 kann z. B. eine Ringform aufweisen, die in einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht zur Längsachse 44 der Schablone 4 verläuft.The 7 shows a template 4 , in the front area, ie in the head area 46 , Material for forming an X-ray marker 43 is embedded. The X-ray marker 43 can z. B. have a ring shape which is arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis 44 the template 4 runs.

Ein oder mehrere, eindeutig für diesen Zweck geformte Röntgen-Marker, z. B. konzentrische, kreisförmige oder kugelförmige Röntgen-Marker, die sich in einer definierten Lage (vorzugsweise mittig) zu einer Struktur wie dem acetabulären Rand befinden, ermöglichen eine Kontrolle der Schablonenposition mittels einfacher medizinischer 2D-Bildgebung. Anhand der Markerstruktur und dessen Projektionen bei der medizinischen 2D-Bildgebung wird dem Anwender die geplante Pfannenlage vereinfacht dargestellt. Die besagten Röntgen-Marker können sich dabei durch besondere Röntgendichte hervorheben.One or more X-ray markers clearly shaped for this purpose, e.g. For example, concentric, circular or spherical X-ray markers located in a defined position (preferably centrally) to a structure such as the acetabular rim, allow control of template position by simple 2D medical imaging. Based on the marker structure and its projections in the medical 2D imaging, the user is shown the planned Pfannenlage simplified. The said X-ray markers can be distinguished by special X-ray density.

Die Röntgen-Marker können des Weiteren dazu genutzt werden um zu prüfen, ob Toleranzen bei der Herstellung der Schablone eingehalten wurden oder ob die vorliegende Schablone und die damit verbundene OP-Planung für den ebenfalls vorliegenden Patienten erstellt wurden. Dabei ist der Röntgen-Marker derart gestaltet, dass dieser dem Patienten eindeutig zuordenbare Merkmale enthält,In addition, the X-ray markers can be used to check whether tolerances in the production of the template have been adhered to or whether the present template and the associated surgical planning have been created for the present patient. In this case, the X-ray marker is designed in such a way that it contains features which can be clearly assigned to the patient,

Die 8 zeigt als Teil des medizinischen Instrumentariums Elemente eines chirurgischen Navigationssystems, das durch Verwendung von Neigungssensoren 20, 45, 52 die Führung des Werkzeugs 5 in der richtigen Soll-Winkelorientierung unterstützt. Am Werkzeug 5 ist ein Neigungssensor 52 angeordnet. An der Schablone 4 ist ein weiterer Neigungssensor 45 angeordnet. Ein dritter Neigungssensor 20 kann am Patienten, d. h. am Hüftgelenk 1, angeordnet sein. Die Neigungssensoren können z. B. jeweils als Beschleunigungssensoren ausgebildet sein, die die Winkelabweichung von der Wirkrichtung der Erdbeschleunigung g ermitteln. Die von den Neigungssensoren ermittelten Signale können z. B. drahtlos an eine Auswerteeinrichtung 60 übertragen werden. Die Auswerteeinrichtung 60 wertet die Signale des jeweiligen Neigungssensors aus und bestimmt damit Daten, die ohne Integrationsschritt der Signale des jeweiligen Neigungssensors bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Signaldrift minimiert werden. Aus dem Signal des weiteren Neigungssensors 45 kann die Soll-Winkelorientierung bestimmt werden. Aus dem Signal des Neigungssensors 52 wird die Ist-Winkelorientierung des Werkzeugs bestimmt, die in Relation zu der Soll-Winkelorientierung ausgewertet werden kann und von der Auswerteeinrichtung 60 an eine Anzeigeeinrichtung 61 übergeben werden kann, um eine Soll-Ist-Abweichung hinsichtlich der Winkelorientierung anzuzeigen. Als weitere Größe kann das Signal des dritten Neigungssensors 20 berücksichtigt werden. Nach einer Kalibrierung auf eine Soll-Lage des Hüftgelenks kann die Auswerteeinrichtung diese kalibrierte Winkelorientierung berücksichtigen, um bei Veränderungen der Lage des Hüftgelenks die Soll-Winkelorientierung und/oder die Ist-Winkelorientierung anzupassen.The 8th shows as part of the medical instrumentation elements of a surgical navigation system, by using inclination sensors 20 . 45 . 52 the leadership of the tool 5 supported in the correct target angular orientation. On the tool 5 is a tilt sensor 52 arranged. At the template 4 is another tilt sensor 45 arranged. A third tilt sensor 20 can be on the patient, ie at the hip joint 1 be arranged. The inclination sensors can z. B. each be designed as acceleration sensors that determine the angular deviation of the effective direction of the gravitational acceleration g. The signals detected by the inclination sensors can, for. B. wirelessly to an evaluation 60 be transmitted. The evaluation device 60 evaluates the signals of the respective tilt sensor and thus determines data that are determined without integrating step of the signals of the respective tilt sensor. In this way, unwanted signal drift can be minimized. From the signal of the other inclination sensor 45 the desired angular orientation can be determined. From the signal of the inclination sensor 52 the actual angular orientation of the tool is determined, which can be evaluated in relation to the desired angular orientation and by the evaluation device 60 to a display device 61 can be passed to indicate a target-actual deviation with respect to the angular orientation. As another size, the signal of the third tilt sensor 20 be taken into account. After calibration to a desired position of the hip joint, the evaluation device can take account of this calibrated angular orientation in order to adapt the desired angular orientation and / or the actual angular orientation to changes in the position of the hip joint.

Mit dem Navigationssystem gemäß 8 kann z. B. wie folgt gearbeitet werden. Anhand präoperativer Bildgebung wird der gewünschte Sitz der künstlichen Hüftgelenkspfanne vom Chirurgen bestimmt. Dafür werden Position und Orientierung der künstlichen Hüftgelenkspfanne festgelegt. Anhand der Planungsdaten wird eine patientenindividuelle Schablone 4 gefertigt, die formschlüssig in das Acetabulum passt. Die Schablone besitzt eine Kopplungseinheit, z. B. den Schaft 40, die sich in einer definierten Orientierung relativ zur Patientenanatomie befindet. An diesem Schaft 40 kann der weitere Neigungssensor 45 befestigt werden. Nach Einbringen der Schablone 4 in das Acetabulum und Kontrolle der richtigen Positionierung kann die aktuelle Winkelorientierung gespeichert werden, z. B. durch Betätigen eines Tasters. Damit ist die Soll-Winkelorientierung festgelegt. Die Richtung des Erdschwerefelds wird dabei als konstant angenommen und dient während der Operation als Referenz, wenn die Neigungssensoren 45, 52 als Beschleunigungssensoren ausgebildet sind.With the navigation system according to 8th can z. B. be worked as follows. Based on preoperative imaging, the desired seat of the artificial acetabulum is determined by the surgeon. For this, the position and orientation of the artificial acetabular cup are determined. Based on the planning data becomes a patient-specific template 4 manufactured, which fits positively into the acetabulum. The template has a coupling unit, z. B. the shaft 40 which is in a defined orientation relative to the patient's anatomy. On this shaft 40 can the more tilt sensor 45 be attached. After inserting the template 4 into the acetabulum and control the correct positioning, the current angular orientation can be stored, for. B. by pressing a button. This sets the target angular orientation. The direction of the earth's gravity field is assumed to be constant and serves as a reference during the operation when the tilt sensors 45 . 52 are designed as acceleration sensors.

Optional kann ein zusätzlicher Neigungssensor 20 fest am Knochen 1 befestigt werden, um so eventuelle Bewegungen des Patienten zu kompensieren. Andernfalls muss der Patient fixiert werden. Die Datenübertragung zwischen dem jeweiligen Neigungssensor 20, 45, 52 und der Auswerteeinrichtung 60 kann kabellos oder kabelgebunden ablaufen. Die Schablone 4 kann zusätzlich dazu verwendet werden, um eine mechanische Führung für weitere chirurgische Werkzeuge zu befestigen. Optionally, an additional tilt sensor 20 firmly on the bone 1 be attached so as to compensate for any movements of the patient. Otherwise, the patient must be fixed. The data transmission between the respective inclination sensor 20 . 45 . 52 and the evaluation device 60 can run wireless or wired. The template 4 may additionally be used to secure a mechanical guide for other surgical tools.

Anschließend wird die Schablone 4 entfernt und das Werkzeug 5 mit dem Neigungssensor 52 genutzt. Alternativ kann auch der weitere Neigungssensor 45 von der Schablone 4 entfernt werden und an dem Werkzeug 5 befestigt werden. Beim Einsatz des Werkzeugs 5 wird nun mittels des Neigungssensors 52 die Ist-Winkelorientierung bestimmt. Die Differenz zwischen der Ist-Winkelorientierung und der gespeicherten Soll-Winkelorientierung wird dem Anwender optisch, akustisch oder haptisch mitgeteilt. Hierfür kann sich eine Feedback-Komponente direkt am patientenspezifischen Instrument, am Werkzeug 5, auf einem externen Monitor oder einem mobilen Gerät befinden. Nach Abschluss der Arbeit mit dem Werkzeug 5 wird der Vorgang mit einem weiteren Werkzeug wiederholt, z. B. indem erst gefräst wird und dann der Einschläger in entsprechender Weise geführt wird.Subsequently, the template 4 removed and the tool 5 with the tilt sensor 52 used. Alternatively, the other inclination sensor 45 from the template 4 be removed and attached to the tool 5 be attached. When using the tool 5 is now using the tilt sensor 52 the actual angular orientation is determined. The difference between the actual angular orientation and the stored desired angular orientation is communicated to the user visually, acoustically or haptically. For this purpose, a feedback component directly on the patient-specific instrument, the tool 5 , on an external monitor or a mobile device. After completing work with the tool 5 the process is repeated with another tool, eg. B. by first being milled and then the impactor is performed in a corresponding manner.

Zusätzlich oder alternativ kann, wie in 9 dargestellt, anhand der Schablone 4 eine mechanische Führungseinrichtung 55 zur Führung des Werkzeugs 5 am Knochen 1 verankert werden. Auch eine Befestigung durch eine Haltevorrichtung ist möglich. Die Position und Orientierung der Führungseinrichtung 55 wird durch die Schablone 4 definiert. Die Schablone 4 verfügt dazu über eine Vorrichtung, welche die Lage der Führungseinrichtung 55 vorgibt und ein geführtes Einbringen selbiger ermöglicht. Mit Hilfe der Führungseinrichtung 55 ist es möglich, die maximale Frästiefe welche aus der OP-Planung hervor geht, direkt auf den Patienten zu übertragen.Additionally or alternatively, as in 9 represented by the template 4 a mechanical guide device 55 for guiding the tool 5 on the bone 1 anchored. An attachment by a holding device is possible. The position and orientation of the guide device 55 is through the template 4 Are defined. The template 4 has a device which detects the position of the guide device 55 pretends and a guided introduction selbiger allows. With the help of the guide device 55 It is possible to transfer the maximum milling depth which results from the surgical planning directly to the patient.

Die 9 zeigt eine Führungseinrichtung 55, z. B. in Form eines Stabs oder Drahts, an der entlang einer eindimensionalen Bewegungsrichtung, hier einer linearen Bewegungsrichtung, über ein Verbindungsstück 53 das Werkzeug 5 geführt ist. An der Führungseinrichtung 55 ist ein Tiefenanschlag 56 vorgesehen, der verhindert, dass das Werkzeug 5 zu weit gegen die Knochensubstanz des Hüftgelenks geführt werden kann.The 9 shows a guide device 55 , z. B. in the form of a rod or wire, along along a one-dimensional direction of movement, here a linear direction of movement, via a connecting piece 53 the tool 5 is guided. At the management facility 55 is a depth stop 56 provided that prevents the tool 5 can be performed too far against the bone substance of the hip joint.

Es kann außerdem eine Sensorkomponente 54 vorhanden sein, welche den Winkel, den Abstand, die Kraft und/oder das Moment zwischen dem Werkzeug 5 und der Führungseinrichtung 55 erfasst. Diese Information kann über die erwähnte Feedback-Komponente dem Anwender mitgeteilt werden. So kann z. B. in dem Verbindungsstück 53 ein Momentensensor 54 angeordnet sein, über den die von dem Werkzeug 5 über das Verbindungsstück 53 auf die Führungseinrichtung 55 übertragenen Momente erfassbar sind. Die Signale des Momentensensors 54 können ebenfalls einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die z. B. dazu eingerichtet sein kann, ein Warnsignal bei zu großen Momenten auszugeben. Auf diese Weise kann auch bei einer Führungseinrichtung mit geringer Biegesteifigkeit eine sichere Führung des Werkzeugs 5 entlang der gewünschten Bewegungsrichtung sichergestellt werden.It can also be a sensor component 54 be present which the angle, the distance, the force and / or the moment between the tool 5 and the guide device 55 detected. This information can be communicated to the user via the mentioned feedback component. So z. B. in the connector 53 a moment sensor 54 be arranged over that of the tool 5 over the connector 53 on the leadership device 55 transmitted moments are detected. The signals of the torque sensor 54 can also be fed to an evaluation, z. B. may be configured to output a warning signal at too high a moment. In this way, even with a guide device with low bending stiffness secure guidance of the tool 5 be ensured along the desired direction of movement.

Die 10 zeigt das Hüftgelenk 1 mit einer in die Hüftgelenkspfanne 2 eingesetzten Schablone 4. Die Schablone 4 weist eine über den Außenumfang der Schablone 4 hinausstehende Kontrollvorrichtung 7 auf, die über radiale Stege 70 mit der Schablone 4 verbunden ist. Die Kontrollvorrichtung ist dabei entsprechend dem äußeren Rand der Hüftgelenkspfanne 2 geformt, so dass der Anwender auf einfache Weise optisch oder taktil die richtige Lage der Schablone 4 kontrollieren kann.The 10 shows the hip joint 1 with one in the acetabular cup 2 inserted template 4 , The template 4 has an over the outer circumference of the template 4 standing out control device 7 on, over radial ridges 70 with the template 4 connected is. The control device is corresponding to the outer edge of the acetabular cup 2 Shaped so that the user can easily or optically tactile the correct position of the template 4 can control.

Die 11 zeigt in einer Schrägansicht auf die Hüftgelenkspfanne 2 eine Schablone 4 mit einer weiteren Ausführungsform der Kontrollvorrichtung 7. Die hier dargestellte Kontrollvorrichtung 7 steht nur über einen Teil des Umfangs über die Schablone 4 hinaus. Dies ist aber ausreichend für eine Kontrolle des richtigen Sitzes der Schablone 4. Ferner ist die Kontrollvorrichtung 7 im hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen steckbaren Zapfen 71 mit der Schablone 4 verbunden. Auf diese Weise kann die Kontrollvorrichtung 7 ähnlich wie bei einer Steckverbindung als separates Bauteil bei Bedarf an die Schablone 4 angesteckt werden.The 11 shows in an oblique view of the acetabular cup 2 a template 4 with a further embodiment of the control device 7 , The control device shown here 7 is only over part of the circumference over the template 4 out. But this is sufficient for checking the correct fit of the template 4 , Furthermore, the control device 7 in the embodiment shown here via a plug-in pin 71 with the template 4 connected. In this way, the control device 7 similar to a connector as a separate component if necessary to the template 4 be infected.

Die Kontrollvorrichtung 7 ermöglicht es dem Anmelder, die sachgemäße Lage der Schablone 4 ohne weitere Hilfsmittel zu überprüfen. Im Wesentlichen vergleicht dabei der Anwender beim Einsetzen der Schablone 4 in die Hüftpfanne 2 eine an der Schablone 4 angebrachte Geometrie mit Bereichen des knöchernen Acetabulums (z. B. Randbereich der Hüftpfanne). Die an der Schablone 4 angebrachte Kontrollvorrichtung 7 weist eine Topologie auf, welche einzelnen Bereichen der knöchernen Struktur der Hüftpfanne 2 ähnelt. Bei einer Lage der Schablone 4 innerhalb der Hüftpfanne 2, welche der zuvor definierten Soll-Lage entspricht, stimmt die Topologie der Kontrollvorrichtung 7 mit der Topologie ausgesuchter Bereiche der Hüftpfanne 2 überein. Dem Anwender wird es, unter Zuhilfenahme seiner Seh- und Tastsinne, ermöglicht die Geometrie der Kontrollvorrichtung mit der der Hüftpfanne zu vergleichen, um Rückschlüsse auf die Richtigkeit der Schablonenlage zu ziehen.The control device 7 allows the applicant the proper location of the template 4 without further aids. In essence, the user compares when inserting the template 4 in the acetabulum 2 one on the template 4 attached geometry with areas of the bony acetabulum (eg border area of the acetabulum). The one on the template 4 attached control device 7 has a topology of which individual areas of the bony structure of the acetabulum 2 similar. At a location of the template 4 inside the acetabulum 2 , which corresponds to the previously defined target position, agrees the topology of the control device 7 with the topology of selected areas of the acetabular cup 2 match. The user, with the aid of his visual and tactile senses, allows the geometry of the control device to be compared with that of the acetabular cup in order to draw conclusions about the correctness of the stencil position.

Die beschriebenen patientenspezifischen Instrumente, insbesondere die Schablone 4, kann aus einem oder mehreren Materialien gestaltet sein, welche ein sicheres Einführen und Positionieren der Schablone durch ihre besonderen Materialeigenschaften gewährleisten. Das Material hat dabei zur Eigenschaft, dass sich dieses mit Hilfe einer computergesteuerten Bearbeitungsmaschine (e. g. Stereolithografie etc.) zu einer Schablone bearbeiten lässt. Bedingt durch die Materialwahl und -zusammensetzung verfügt die Schablone über Bereiche, welche durch ihre Nachgiebigkeit eine Anpassungsfähigkeit der Schablone gegenüber der Acetabulumsgeometrie erlaubt. Das Material ermöglicht zudem eine erhöhte Haftung der Schablone an der Knochen- bzw. Knorpeloberfläche.The patient-specific instruments described, in particular the template 4 , can be made of one or more materials, which ensure a safe insertion and positioning of the template by their special material properties. The material has the property that this can be edited using a computer-controlled processing machine (eg stereolithography, etc.) to a template. Due to the choice of material and its composition, the template has areas which, due to its flexibility, allow the template to adapt to the geometry of the acetabulum. The material also allows for increased adhesion of the template to the bone or cartilage surface.

Die patientenspezifische Schablone kann derart gestaltet sein, dass eine Seite der Schablone geometrische Konformitäten mit der Oberflächentopologie des Acetabulums aufweist. Neben der Innenfläche des Acetabulums welches durch den acetabulären Rand begrenzt ist, weißt die Schablone einen Konformitätsbereich mit Regionen kaudal der fossa Acetabuli, außerhalb des Acetabulums auf.The patient-specific template may be configured such that one side of the template has geometric conformations with the surface topology of the acetabulum. In addition to the inner surface of the acetabulum, which is bounded by the acetabular rim, the template has a conformal area with regions caudal to the acetabular fossa, outside the acetabulum.

Die Schablone kann bezüglich ihrer Kontaktoberfläche mit der Hüftpfanne in einer Art und Weise gestaltet sein, welche es vermag restliches Weichgewebe sowie Flüssigkeiten beim Einpassen in die Hüftpfanne zu verdrängen. Dabei besitzt die Schablone Kavitäten, die eine Aufnahme des verdrängten Gewebes oder der verdrängten Flüssigkeit ermöglichen.The template may be designed with respect to its contact surface with the acetabular cup in a manner which is able to displace residual soft tissue as well as fluids when fitting into the acetabular cup. In this case, the template has cavities, which allow a recording of the displaced tissue or the displaced liquid.

Claims

Medical instrumentation for the implantation of an artificial acetabulum in the patient-specific hip joint plastic, wherein the instrumentation at least one reference instrument in the form of a patient-specific template ( 4 ) and at least one tool ( 5 ) for machining the hip joint, characterized by one, several or all of the following features a) to e): a) the tool ( 5 ) has at least one inclination sensor ( 52 ), with which the angular orientation of the longitudinal axis ( 51 ) of the tool ( 5 ) in the room absolutely or relative to the acetabulum 2 ), wherein the medical instrumentation further comprises an evaluation device ( 60 ) having the signals of the inclination sensor ( 52 ) and which is adapted to the signals of the inclination sensor ( 52 ) in relation to a desired angular orientation of the tool ( 5 ), and the instrument also has an output device ( 61 ), which is adapted to the evaluation results of the evaluation device ( 60 ) visually, acoustically and / or haptically, b) the tool ( 5 ) has a guide device ( 55 ), over which it is guided relative to the hip joint in a one-dimensional direction of movement towards the hip joint, wherein the guide device ( 55 ) has a depth sensor, via which the position of the tool ( 5 ) can be detected along the one-dimensional movement direction at least at one position of the one-dimensional movement direction, c) the template ( 4 ) has a mechanical control device ( 7 ), which informs the user of the template ( 4 ) allows the correct arrangement of the template ( 4 visually and / or tactilely at the hip joint, the control device ( 7 ) than from the template ( 4 ) Separate component is formed, the z. B. via a plug connection with the template ( 4 ), the control device ( 7 ) than in a plane perpendicular to the longitudinal axis ( 44 ) of the template ( 4 ) completely around the circumference of the template ( 4 ) circumferential rail is formed and / or the control device ( 7 ) via radial connecting webs ( 70 ) with the template ( 4 ), d) the template ( 4 ) has at least one X-ray marker ( 43 ) in a defined geometry and a defined position on or in the template ( 4 ), so that on the basis of the X-ray marker ( 43 ) by means of an X-ray examination, the position of the template ( 4 ) is testable, e) the template ( 4 ) has a contact surface ( 41 ), which is adapted to the acetabulum ( 2 ) of a patient, the contact surface ( 41 ) in terms of their shape as a counterpart to the surface of the acetabulum ( 2 ) and / or the template has regions that extend beyond the acetabulum, and wherein the contact surface ( 41 ) is surface structured such that cavities ( 42 ) are formed for receiving displaced tissue or displaced fluid of the patient, by in the region of the contact surface ( 41 ) Cavities ( 42 ) are formed by intersecting grooves, so that from a base body ( 46 ) of the template ( 4 ) protrude only rod-shaped or columnar elevations, or the cavities ( 42 ) formed by the basic body ( 46 ) in the area of the contact surface ( 41 ) is slit parallel in different heights, so that from a central area disc-shaped projections protrude radially.

Instrumentarium according to the preceding claim, characterized in that a further inclination sensor ( 45 ) on the template ( 4 ), wherein the further inclination sensor ( 45 ) is connected to a further evaluation device which receives the signals of the further inclination sensor ( 45 ) are arranged and which is adapted from the signals of the further inclination sensor ( 45 ) the desired angular orientation of the tool ( 5 ).

Instrument set according to one of the preceding claims, characterized in that the inclination sensor ( 52 ) and / or the further inclination sensor ( 45 ) is designed as an acceleration sensor, and the evaluation device and / or the further evaluation device ( 60 ) is adapted to the evaluated data from the supplied sensor signals without integrating step of the signals of the respective inclination sensor ( 52 . 45 ).

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the X-ray marker ( 43 ) has a ring geometry.

Instrumentation according to one of the preceding claims, characterized in that the inclination sensor is adapted to move from the tool ( 5 ) to the management body ( 55 ) to record transmitted bending moments.