DE112005002453T5

DE112005002453T5 - System und Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Gelenks und zum Verfolgen einer senkrechten Ebene

Info

Publication number: DE112005002453T5
Application number: DE112005002453T
Authority: DE
Inventors: Jose Luis Moctezuma De La Barrera
Original assignee: Stryker Leibinger GmbH and Co KG
Current assignee: Stryker European Operations Holdings LLC
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2025-10-08
Also published as: US20060095047A1; WO2006067634A1; JP2008515512A; DE112005002453B4; US8007448B2; JP5132313B2

Abstract

Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Schaft-Kugel- und Pfannengelenks mit einem chirurgischen Navigationssystem, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Digitalisieren von Landmarken, um geometrische Parameter des Gelenks und einer davon abhängigen Gliedmaße zur Verfügung zu stellen, einschließlich des Digitalisierens von Aspekten einer Pfannenregion und des Schafts der Gliedmaße;
Bestimmen eines Bewegungsbereichsparameters;
Bestimmen eines Weichteilspannungsparameters;
Berechnen eines funktionalen Ziels auf der Basis der Landmarkendaten, des Bewegungsbereichparameters, des Weichteilspannungsparameters und einer Datenbank potentieller Implantate;
Auflösen nach einer optimalen Pfannenorientierung, um ein Impingement zu minimieren, unter Berücksichtigung von Stabilitätsrandbedingungen auf der Basis eines identifizierten Rotationszentrums der Pfanne;
Wählen einer Implantatskomponentenkombination und -positionierung, um den funktionalen Zielen zu entsprechen;
Auflösen nach einer optimalen Pfannenposition, um ein Impingement zu minimieren, unter Berücksichtigung von Stabilitätsrandbedingungen auf der Basis einer identifizierten Schaftposition und des identifizierten Rotationszentrums der Pfanne;
Auflösen nach einer optimalen Komponentenkombination und -positionierung, um den funktionalen Zielen...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die orthopädische Chirurgie und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Durchführen eines Austauschs oder einer Arthroplastik eines Kugelgelenks (Kugel-Pfannengelenks).
2. Beschreibung des Hintergrundes der Erfindung
Es gibt zwei Hauptarten von Kugelgelenken in der menschlichen Anatomie: zwei Hüftgelenke und zwei Schultergelenke. Es gibt eine Vielzahl chirurgischer Herangehensweisen an die Reparatur dieser Kugelgelenke. Bei dem Hüftgelenk wird eine Hüfttotalarthroplastik („THA = Total Hip Arthroplasty") oder eine Austauschchirurgie verwendet, um Patienten eine erhöhte Mobilität zur Verfügung zu stellen, die signifikante Probleme mit einem ihrer Hüftgelenke oder mit beiden haben, einschließlich Verletzungen, Arthritis, Knochendegeneration, Knorpelbeschädigungen oder -verlust, und Ähnliches. Die klassische THA-Chirurgie beinhaltet das Auskugeln des Hüftgelenks im Anschluss an einen Einschnitt, um einen Zugang zu dem Gelenk zu erhalten. Nach dem Auskugeln des Gelenks wird der Femurkopf von dem Femur entfernt, indem der Femur durch den Femurhals geschnitten wird. Die Hüftpfanne bzw. das Acetabulum wird dann unter Verwendung eines elektrischen Werkzeugs und eines Fräsaufsatzes ausgefräst, um den verbleibenden Knorpel innerhalb des Acetabulums zu entfernen und das Acetabulum zur Aufnahme der acetabularen Implantatskomponente oder Schale ("cup") zu präparieren. Üblicherweise ist der Fräsaufsatz so groß, dass er das Acetabulum derart präpariert, dass es eine bestimmte Größe einer Implantatschale bzw. -komponente aufnimmt. Die Implantatsschale wird mittels Zements, spezieller Schrauben oder mittels eines Gitters, das Knochenwachstum zulässt, verankert, um die Schale an der Hüfte fest anzubringen.
Der Femur wird dann mittels Fräsens des Femurkanals unter Verwendung spezieller RAspeln oder ähnlicher Instrumente präpariert, um den Femurkanal so zu formen, dass er das Femurschaftimplantat aufnimmt. Das Femurschaftimplantat wird dann in dem ausgefrästen Kanal platziert und auf eine ähnliche Weise wie die acetabulare Schale örtlich befestigt. Der letzte Schritt bei diesem klassischen Verfahren besteht darin, eine Metallkugel an dem Schaft zu befestigen, die als Hüftdrehpunkt innerhalb der Schale fungiert.
Bei dem Schultergelenk ist eine Totalaustauschchirurgie weniger gebräuchlich, und bei einer Austauschchirurgie wird üblicherweise lediglich die Kugel des Numerus ausgetauscht und dies bedingt oft kein Schalenimplantat. In diesem Fall wird bei der Operation üblicherweise die Kugel des Humerus ersetzt, und manchmal werden verschiedengradige Modifikationen an der Oberfläche der Glenoidpfanne vorgenommen.
Da die relative Größe und die Konfiguration der Implantate die Länge und den Versatz des Beins oder des Armes beeinflussen können, muss die Auswahl der speziellen Implantate sorgfältig vorgenommen werden. Zusätzlich muss das Ausfräsen der Pfanne, gleich, ob es sich um das Glenoid oder um das Acetabulum handelt, sorgfältig an der geeigneten Position/mit der geeigneten Orientierung vorgenommen werden, um die gewünschte Kinematik zu erzielen. Oft werden vor dem örtlichen Befestigen der dauerhaften Implantate Versuchsimplantate an Ort und Stelle angeordnet, um den Chirurgen beim Beurteilen des Einflusses der Austauschchirurgie auf die Mobilität des Patienten, den Bewegungsbereich und die Lebensqualität zu unterstützen. Diese Belange umfassen bei dem Hüftgelenk das Sicherstellen, dass die Beinlänge gut mit der Länge des nicht operierten Beines übereinstimmt, das Sicherstellen, dass der Versatz des Austauschhüftgelenks soweit zufriedenstellend ist, dass das Erscheinungsbild des Beines dem des nicht operierten Beines entspricht, und das Sicherstellen, dass das Austauschgelenk ausreichend stabil ist, so dass eine normale Aktivität durch den Patienten nicht bewirkt, dass die Hüfte auskugelt oder dass das Bein nicht in der Lage ist, den Patienten während des Gehens oder anderer normaler Routineaktivitäten richtig zu unterstützen. Bei der Schulter müssen die Länge des Arms, der Versatz und der Bewegungsbereichs des Arms und der Schulter mit dem nicht operierten Arm und der nicht operierten Schulter übereinstimmen, und die operierte Schulter darf sich bei normaler Aktivität nicht auskugeln. Bedenken bei der Verwendung von Versuchsimplantaten bestehen darin, dass diese Versuchsvorrichtungen verwendet werden, nachdem die Gesamtpräparation des Knochens stattgefunden hat. Wenn der Versuch anzeigt, dass die Tiefe der Präparation zu groß ist, bleibt dem Chirurgen die Verwendung von Implantaten einer anderen Konfiguration, um zu versuchen, die Situation zu verbessern. Dies bedingt die Verfügbarkeit eines größeren Inventars an Implantaten, bevor die Operation beginnt, um eventuell auftretende Eventualitäten anzugehen.
Zusätzlich stellt die klassische Operationstechnik den Chirurgen vor eine Reihe weiterer Herausforderungen. Die Verwendung einer chirurgischen Navigation und eine entsprechende präoperative Planung können diese Herausforderungen minimieren, aber auch bei der Verwendung dieser Werkzeuge muss vorsichtig vorgegangen werden, um sicherzustellen, dass passende Modifikationen an dem Knochen während der Operation vorgenommen werden. Beispielsweise ist es bei einer Hüftaustauschchirurgie notwendig, das Acetabulum auf eine geeignete Tiefe zu präparieren, so dass es eine bestimmte acetabulare Implantatsschale aufnimmt, gleichzeitig muss aber vermieden werden, die mediale Wand des Acetabulums zu verletzen oder zu beeinträchtigen. Gleichzeitig ist es notwendig, sicherzustellen, dass das Acetabulum so präpariert wird, dass es die Implantatsschale richtig aufnimmt. Wenn die Schale nicht gut innerhalb des präparierten Acetabulums sitzt – wenn beispielsweise das präparierte Acetabulum tiefer ist als die Tiefe der Schale oder die Schale nicht ausreichend tief innerhalb des Acetabulums angeordnet werden kann – wird entweder die Schale mit der Zeit lose oder die Beckenstruktur kann beschädigt werden, wenn die Schale an ihren Platz gepresst wird. Für die Schulter können sich die gleichen Bedenken ergeben, wenn die Oberfläche des Glenoids neu modelliert oder modifiziert wird.
Zusätzlich zu den Belangen bezüglich der Gliedmaßenlänge und des Versatzes, wie oben erwähnt, verlassen sich viele Chirurgen auf mechanische Führungen, um Implantate an Ort und Stelle relativ zur Anatomie des Patienten auszurichten, was zu einer unpräzisen und suboptimalen Gelenksfunktion führen kann. Zuletzt muss sich der Chirurg auf Erfahrung verlassen, um den endgültigen Bewegungsbereich und die endgültige Stabilität des zusammengesetzten Gelenks sowie des sich daraus ergebenden Potentials dahingehend, ob sich das Gelenk unter normalen alltäglichen Aktivitäten auskugelt, einzuschätzen.
KURZER ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Schaft-Kugel- und Pfannengelenks mit einem chirurgischen Navigationssystem. Das Verfahren umfasst die Schritte des Digitalisierens von Landmarken, um geometrische Parameter des Gelenks und einer davon abhängigen Gliedmaße zur Verfügung zu stellen, einschließlich des Digitalisierens von Aspekten einer Pfannenregion und des Schafts der Gliedmaße; des Bestimmens eines Bewegungsbereichsparameters; und des Bestimmens eines Weichteilspannungsparameters. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Berechnens eines funktionalen Ziels auf der Basis der Landmarkendaten, des Bewegungsbereichsparameters, des Weichteilspannungsparameters und einer Datenbank potentieller Implantate. Als nächstes umfasst das Verfahren das Auflösen nach einer optimalen Pfannenorientierung, um ein Impingement („Zusammenstoßen") zu minimieren, unter Berücksichtigung von Stabilitätsrandbedingungen auf der Basis eines identifizierten Rotationszentrums der Pfanne; das Auswählen einer Implantatkomponentenkombintation und -positionierung, um den funktionalen Zielen zu entsprechen; das Auflösen nach einer optimalen Pfannenposition, um ein Impingement („Zusammenstoßen") zu minimieren, unter Berücksichtigung von Stabilitätsrandbedingungen auf der Basis einer identifizierten Schaftposition und des identifizierten Rotationszentrums der Pfannen; und das Auflösen nach einer optimalen Komponentenkombination und -positionierung, um den funktionalen Zielen auf der Basis der optimalen Pfannenposition zu entsprechen. Zusätzlich weist das Verfahren die Schritte des und das Auflösen nach einer optimalen Komponentenkombination und -orientierung, um den funktionalen Zielen auf der Basis der optimalen Pfannenposition und der identifizierten Schaftposition zu entsprechen; des Wählens einer endgültigen Komponentenkombination und einer endgültigen Orientierung der Komponenten, um den funktionalen Zielen zu entsprechen; des Präparierens des Gelenks, um die endgültigen Implantatkomponenten aufzunehmen; und des Installierens der endgültigen Implantatkomponenten in das Gelenk auf.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Auswählen und Positionieren eines Implantats in einem Kugel- und Pfannengelenk unter Berücksichtigung sowohl von geometrischen Parametern als auch von Weichteilspannungsparametern mit einem chirurgischen Navigationssystem gerichtet. Das Verfahren umfasst die Schritte des Digitalisierens geometrischer Parameter und Bewegungsbereichsdaten; Messen eines Weichteilspannungsparameters; und des Wählen einer ersten Pfannenposition, die eine geeignete Stabilität und ein minimales Potential für ein Impingement zur Verfügung stellt. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Festlegens eines akzeptablen Toleranzbereichs für die ersten Pfannenposition bezüglich der Gliedmaßenlänge, eines distalen/proximalen Abstands und eines lateralen/medialen Abstands; des Wählens einer anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten; und des Berechnens und graphischen Darstellens von Attributen der anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten sowie einer Position der anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten relativ zu einem Bereich zusätzlicher potentieller Attribute für zusätzliche potentielle Implantatskombinationen aus Komponenten und für zusätzliche Positionen der anfänglichen Kombination aus Komponenten. Schließlich umfasst das Verfahren den Schritt des Modifizierens der anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten und der anfänglichen Position der anfänglichen Kombination aus Komponenten, um zu einer endgültigen Implantatskombination aus Komponenten und einer endgültigen Position der endgültigen Kombination aus Komponenten für optimale funktionale Eigenschaften des Gelenks zu gelangen, während man sich innerhalb des Toleranzbereichs befindet.
Eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Gelenks mit einem chirurgischen Navigationssystem gerichtet. Das Verfahren umfasst die Schritte des Festlegens und Verfolgens einer funktionalen Ebene des Gelenks relativ zu einer vorher bestimmten Ruheposition; und des Festlegens und Verfolgens einer senkrechten Ebene relativ zu der funktionalen Ebene. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Präparierens des Gelenks, um Implantatkomponenten aufzunehmen; des Wählens von Implantatkomponenten, die ein Impingement minimieren und den Bewegungsbereich maximieren; und des Einführens der gewählten Implantatskomponenten in das präparierte Gelenk.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Studium der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines chirurgischen Navigationssystems, das bei einem Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
2 ist eine anatomische Ansicht einer Schulter;
3 ist eine anatomische Ansicht eines Beckens und einer frontalen Beckenebene;
4A ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform gemäß der Offenbarung;
4B ist ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform gemäß der Offenbarung;
5 ist eine graphische Anzeige von Funktionsergebniskurven relativ zu Anteversions- und Inklinationsachsen;
6 ist eine Diagrammansicht eines Anzeigebildschirms, mittels dem die Navigation eines Fräsers geführt wird;
7 ist eine Diagrammansicht eines Operationstisches; und
8A-8C veranschaulichen eine Position einer anatomischen Ebene relativ zu einer senkrechten Ebene.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 veranschaulicht ein chirurgisches Navigationssystem 100, das einen Personalcomputer 102 mit einer CPU (nicht abgebildet), einen internen Speicher (nicht abgebildet), Speicherkapazität (nicht abgebildet), einen Monitor 104 und eine Kameraanordnung oder -matrix 106 umfasst. Die Elemente des chirurgischen Navigationssystems 100 sind dem Fachmann gut bekannt und es gibt viele kommerziell verfügbare Systeme, die an eine Verwendung gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung angepasst werden können, wie etwa das chirurgische Navigationssystem, wie es in der veröffentlichten US-Patentanmeldung 2001/0034530 offenbart ist, wobei die Offenbarung derselben hier durch Bezugnahme eingefügt wird. Ein System und Verfahren zum Durchführen einer Kugelgelenksarthroplastik mit Hilfe eines chirurgischen Navigationssystems wird allgemein in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/655,922, eingereicht am 5. September 2003, erläutert, welche ebenfalls durch Bezugnahme eingefügt wird.
Das funktional orientierte Positionieren einer oder mehrerer Implantatkomponenten berücksichtigt den Bewegungsbereich und die muskuläre Spannung, um die Orientierung und die Position der Implantate festzustellen. Bei einem herkömmlichen chirurgischen Eingriff kann die Orientierung und das Positionieren einer Implantatkomponente ein Stützen auf standardisierte Positionswerte bedingen, die nicht patientenspezifisch sind und daher in einer suboptimalen Positionierung und Orientierung hinsichtlich des funktionalen Standpunkts resultieren können. Beispielsweise kann sich ein Chirurg bei einem herkömmlichen Hüftaustauscheingriff auf einen Standardwert von 20° Anteversion und 45° Inklination der anatomischen Frontalebene für ein Schalenimplantat stützen, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist. Die verfügbare medizinische Literatur zeigt, dass die während eines chirurgischen Eingriffs verwendeten anatomischen Referenzen für diese festen Durchschnittswerte von 20° und 45° in gewisser Weise beliebig sind, da diese Werte Mittelwerte sind und möglicherweise nicht mit der optimalen Funktion des Gelenks korrespondieren. Beispielsweise würde für einen Patienten mit einem beim Aufrechtstehen geneigten Becken die herkömmliche Herangehensweise eine Größe der Schaleninklination und Anteversion auf der Basis der frontalen Ebene des Beckens bestimmen, wie sie gemessen wird, während der Patient liegt, ohne in Betracht zu ziehen, dass, wenn der Patient steht, das Becken gebeugt ist.
Um für ein Kugelgelenk die optimalen Ergebnisse bei einem Gelenksarthroplastikeingriff zu erreichen, versucht der Chirurg, mehrere miteinander verknüpfte Ziele zu erreichen. Das erste Ziel besteht in einer ausreichenden Stabilität der Pfanne. Beispielsweise muss bei einem Hüfteingriff ein acetabulares Schalenimplantat gut in dem Knochen sitzen und geeignet positioniert und orientiert sein, um jahrelanger Belastung Stand zu halten. Das Schalenimplantat darf nicht so tief in die Beckenwand gebohrt werden, dass die strukturelle Unversehrtheit derselben beeinträchtigt wird. Alternativ hierzu darf bei einem Schultereingriff das Glenoid 154 (Schulterpfanne, gezeigt in 2), wenn es maschinenbearbeitet oder gefräst wird, um es an eine Schulterimplantatkomponente anzupassen, nicht in einer derartigen Weise zu stark gefräst werden, dass die strukturelle Unversehrtheit des Glenoids beeinträchtigt werden würde. Bei einem Schultereingriff, bei dem üblicherweise kein Schalen- oder Pfannenimplantat eingesetzt wird, muss das Glenoid 154 soweit wie nötig maschinell bearbeit oder gefräst werden, um eine für das Aufnehmen eines an dem Humerus 148 befestigten Ersatzkugelimplantats geeignete Oberfläche zu erzeugen, wobei das Kugelimplantat mit der Oberfläche wechselwirkt. Auf eine Weise analog zu einem Hüfteingriff beeinflusst die Präparation des Glenoids 154 die endgültige Schultergelenksposition und beeinflusst demnach nicht nur den Bewegungsbereich des Schultergelenks, sondern hat auch zumindest eine gewisse Auswirkung auf die Armlänge und/oder die medial-laterale Armposition.
Das zweite Ziel besteht in einer minimalen Tendenz bzw. einem minimalem Risiko zu einem Impingement/einer Auskugelung. Beispielsweise ist es bei einem Hüfteingriff wünschenswert, ein Schalenimplantat so zu positionieren und zu orientieren, dass ein Halsimplantat nicht gegen einen Rand des Schalenimplantats während der erwarteten normalen Bewegung der Gliedmaße stößt, was potentiell bewirkt, dass die Kugel des Halsimplantats (dessen Kugel in das Schalenimplantat passt) aus dem Schalenimplantat während einer erwarteten normalen Bewegung der Gliedmaße auskugelt (d.h. herausspringt). Diese ersten zwei Ziele der (1) Stabilität und des (2) minimalen Risikos eines Impingements/Auskugelns sind üblicherweise die wichtigsten Betrachtungen für die Pfanne, da eine nicht ausreichende Stabilität und eine Tendenz zum Impingement und zum Auskugeln die Funktion des Gelenks schwer beeinträchtigen würden.
Es gilt zusätzliche Ziele oder Faktoren zu betrachten, wie untenstehend erläutert, die ebenfalls durch die Orientierung und Positionierung der Pfanne oder des Pfannenimplantats beeinflusst werden. Wenn der Chirurg eine erste Position und Orientierung der Pfanne/des Pfannenimplantats einmal bestimmt hat, die/das hinsichtlich der Stabilität und des Impingements/Auskugelns ausreichend wäre, kann der Chirurg erwägen, wie viel er vernünftigerweise von dieser ersten Pfannenposition/orientierung abweichen kann, um die zusätzlichen Ziele zu erreichen. Der Chirurg kann dann die Positionierung und Orientierung ausgehend von der ersten Position/Orientierung fein einstellen oder optimieren, um die zusätzlichen Ziele zu erreichen oder sich ihnen zumindest anzunähern.
Die zusätzlichen Ziele umfassen ein drittes Ziel, nämlich bei einer Pfannenposition und Orientierung anzugelangen, die in einer Übereinstimmung des lateral-medialen Abstandes der operierten Gliedmaße zu der nicht operierten Gliedmaße (d.h. der kontralateralen Seite) oder zumindest einer Annäherung des lateral-medialen Abstandes ähnlich zu der kontralateralen Seite resultiert. Ein viertes Ziel umfasst ein Positionieren/Orientieren der Pfanne derart, dass die distal-proximale Anordnung der operierten Gliedmaße mit der kontralateralen übereinstimmt oder sich dieser annähert. Ein fünftes Ziel besteht darin, die Länge der operierten Gliedmaße der der kontralateralen Seite anzupassen. Ein sechstes Ziel umfasst das Übereinstimmen (oder Annähern) des Rotationszentrums mit der kontralateralen (an die kontralaterale) Seite. Es sollte beachtet werden, dass das Übereinstimmen des Rotationszentrums mit dem der kontralateralen Seite als weniger wichtig erachtet werden kann als das Anpassen der Beinlänge oder andere Ziele. Beispielsweise kann der Chirurg ein beliebiges Rotationszentrum/eine beliebige erste Pfannenposition festlegen, das/die eine präzise Übereinstimmung der Pfannenposition mit der kontralateralen Seite ignoriert, aber eine optimale Stabilität für die Pfanne bietet. Wie unten erläutert, kann der Chirurg dann überschüssige Freiheitsgrade zum Feineinstellen der ersten Pfannenposition verwenden, um eine optimale Funktion und eine gewünschte Gliedmaßenlänge zu erreichen. Ein siebtes Ziel besteht in einer Übereinstimmung der Kinematiken mit der kontralateralen Seite (d.h. ein ähnlicher Bewegungsbereich). In Abhängigkeit von den anatomischen Randbedingungen des Patienten kann jedoch eine Übereinstimmung der Kinematiken weniger wichtig als die anderen Ziele sein. Wie aus der obigen Verwendung des Wortes „Annähern" evident sein sollte, kann der Chirurg von einem oder von mehreren dieser zusätzlichen Ziele geringfügig oder wesentlich abweichen, um zu einer Position und Orientierung der Pfanne zu gelangen, die optimal bezüglich der Mehrheit der Ziele eins bis sieben ist. Der Grad, bis zu dem von einem oder von mehreren der sieben Ziele abgewichen werden muss, kann zum Großteil von den anatomischen Randbedingungen des Patienten abhängen.
Neben der Pfannenpositionierung/-orientierung beeinflusst die Auswahl des/der Implantate die vorgenannten Ziele. Die tatsächlichen Dimensionen (d.h. die Größe) und die Geometrie (z.B. Winkel) des/der ausgewählten Implantate/Implantats sind ein wichtiger Aspekt hinsichtlich des Erreichens eines oder mehrerer der Ziele eins bis sieben. Beispielsweise kann bei einem Hüfteingriff ein bestimmtes Implantat eine Halslänge aufweisen, die länger oder kürzer als andere verfügbare Implantate ist. Die spezielle Länge des Halses beeinflusst den lateral-medialen und distal-proximalen Abstand des operierten Femurs relativ zur kontralateralen Seite. Zusätzlich beeinflusst der spezielle Winkel des Halses bezüglich eines femoralen Schaftimplantats die lateral-medialen und distal-proximalen Abstände.
Es wird Bezug genommen auf 1. Ein Chirurg bringt mit einem chirurgischen Navigationssystem 100 geeignete Markierungen 120a, 120b, 120c, gesichert in einer festen Beziehung zu geeigneten anatomischen Landmarken, auf eine im Stand der Technik gut bekannte Weise an, um geometrische Parameter eines Kugelgelenks 122 und einer davon abhängigen Gliedmaße 124 in das System 100 einzugeben. Der Chirurg kann auch verschiedene Positionen einer beweglichen Sonde 125 digitalisieren, wie es auch im Stand der Technik gut bekannt ist. Zusätzlich werden üblicherweise ein oder mehrere stationäre Markierungen 126 digitalisiert. Der Chirurg digitalisiert auch Bewegungsbereichsdaten, indem er die Gliedmaße 122 um das Gelenk 124 bewegt, und misst Weichteilspannungsdaten mit einem geeigneten Kraftsensor, wie untenstehend erläutert. Das System 100 transformiert diese Daten, um eine erste Pfannenposition sowie ein bestimmtes Implantat oder eine bestimmte Kombination aus Implantatkomponenten zu berechnen, die hinsichtlich des ersten und zweiten Ziels sowie aller oder einiger der Ziele drei bis sieben als optimal be stimmt wird. An diesem Punkt zeigt das System 100 die beste Kombination an Implantatkomponenten an, um das gewünschte funktionale Resultat zu erzielen. Nachdem es eine endliche Anzahl an Implantatkomponentenkombinationen gibt, zeigt das System 100 die Kombination aus Implantatkomponenten an, die das optimale Ergebnis am besten erzielt.
Der Chirurg kann, ausgehend von der ersten Pfannenposition/-orientierung, dann einen akzeptablen Toleranzbereich festlegen, innerhalb dessen sich der Chirurg wohlfühlt, indem er, ausgehend von der ersten Pfannenposition/-orientierung, diese anpasst. Unter Bezugnahme auf 5 zeigt das System 100 vorzugsweise eine graphische Darstellung 130 an, die eine erste Achse 133 für die Anteversion und eine zweite Achse 136 für die Inklination umfasst. Ein Punkt 137 stellt die momentane Pfannenposition relativ zur Inklination und Anteversion dar. Funktionskurven 138a-138f stellen Transformationen aller verfügbaren geometrischen Bewegungsbereichs- und Weichteilspannungsdaten relativ zu veränderlichen Inklinations- und Anteversionswerten dar. Diese Transformationen werden durch das System mit einem geeigneten Algorithmus berechnet. Das System 100 bestimmt auch (eine) erste Implantatkomponente(n) bezüglich des ersten und des zweiten Ziels und möglicherweise bezüglich eines oder mehrerer der Ziele drei bis sieben. In dieser Hinsicht nutzt das System 100 eine Implantatdatenbank 143 (4A) mit geometrischen Eigenschaften jedes potentiellen Implantats zur Berechnung des optimalen ersten Implantats. Das System 100 und die hier offenbarte Methodik berücksichtigen alle obigen Parameter gleichzeitig. Der durch das System 100 verwendete Algorithmus verwendet die Datenbank 143 mit allen Implantatkomponenten und optimiert die obigen Parameter durch Auswählen einer geeigneten Kombination aus Komponenten und entsprechenden Ausrichtungen (z.B. Kopfversatz, Halswinkel, Schalenorientierung). Die Implantatkomponenten in der Datenbank 143 können vollständige Implantatssätre mit unterschiedlichen Größen sowie modulare Implantate sein, die durch den Chirurgen kombiniert werden können, um ein besser individualisiertes Implantat zu erzeugen. Die modularen Implantate umfassen separate und austauschbare Schafte, Hälse und Kugeln oder Köpfe. Das System 100 zeigt dann auf der Anzeige 104 das (die) bestimmte(n) optimierte(n) Implantat(e) an und zeigt auch den Graph 130 mit den verschiedenen Funktionskurven 138a-138f für das bestimmte optimierte Implantat an. Als Teil des Optimierungsalgorithmus sind einige Parameter binär, z.B. kein Auskugeln, während andere Parameter einen kleinen Toleranzbereich besitzen, wie etwa der Beinlängentoleranzbereich von +/– 5 mm relativ zur kontralateralen Seite. Zwei beliebige Punkte auf einer beliebigen der Kurven 138a-138f sind bezüglich eines funktionalen Standpunkts des Gelenks 124 äquivalent. Beispielsweise er zeugen auf der Kurve 138d die Punkte 140 und 141 ein äquivalentes funktionales Ergebnis bezüglich des Bewegungsbereichs und der Spannung, obwohl sie verschiedene Inklinations- und Anteversionswerte besitzen. Zusätzlich kann das System 100 auch abwechslend Graphen anzeigen, welche die Ergebnisse für andere Auswahlen an Implantatkomponenten zeigen, wie etwa die benachbarten Größen zu der bestimmten optimalen Lösung oder eine unterschiedliche Implantatsfamilie unter Verwendung eines alternativen Implantatdesigns. Ein Chirurg kann einen minimalen Anteversionswert 143 und einen maximalen Anteversionswert 146 bezüglich der Ziele eins und zwei der Stabilität und des Nicht-Impingements/Auskugelns bestimmen. Auf ähnliche Weise kann der Chirurg auch minimale und maximale Werte 148 und 150 festlegen, zwischen denen der Chirurg ausgehend von der Position 137 Veränderungen vornehmen kann, um die Gelenkfunktion zu verbessern, ohne das erste und das zweite Ziel zu beeinträchtigen. Allgemein verbessert sich im Graph 130 die Funktion von der Kurve 138a in Richtung der Kurve 138f. Demnach kann der Chirurg die Inklination und Anteversion von der Position 137 zu einer Position 152 der Kurve 138c anstatt einer Position 154 der Kurve 138b einstellen, da die Kurve 138c ein besseres funktionelles Ergebnis als die Kurve 138b ergibt.
Die Weichteilspannungsdaten werden durch das System durch einen beliebigen geeigneten Drucksensor gesammelt, der in die acetabulare Schale oder in den femoralen Kopf oder das Halsimplantat der Versuchsimplantate eingebaut ist. Die Drucksensoren sind herkömmliche Spannungsmessgeräte, die in die Versuchskomponenten eingebaut sind. Diese Versuchskomponenten ermöglichen es dem Chirurgen, die Konfiguration zu testen, um zu bestätigen, dass die optimale Lösung tatsächlich für den Patienten optimal ist. Die Druckwerte können an das System 100 drahtlos gesendet werden und können mit der jeweiligen Position der Gliedmaße in Bezug gesetzt werden. Als Teil des Prozesses des Erfassens der Weichteilspannungsdaten kann der Chirurg Versuchsimplantatkomponenten verwenden, die nicht nur die obigen Drucksensoren besitzen, sondern motorisierte Teile, die eine oder mehrere Implantateigenschaften einstellen, wie etwa den Halsversatz/die Halslänge oder den Halswinkel, und das System 100 könnte Weichteilspannungsparameter relativ zu verschiedenen Werten der Halslänge oder des Halsversatzwinkels berechnen. Während eines Bewegens der Gliedmaße 122 wird das Systems mit Abhebedaten („Lift-Off-Data") versorgt, auf die hin das System den Abstand des Rotationszentrums des Gelenks 124 detektiert, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist.
Das Durchführen von Versuchen mit einem Drucksensor kann erfolgen, nachdem das System 100 die erste Pfannenposition/das (die) erste(n) Implantat(e) bestimmt.
Beispielsweise kann der Chirurg den Halswinkel und/oder die Halslänge verändern und einen weiteren Funktionsgraphen ähnlich oder identisch zu Graph 130 der 5 anzeigen. Die Veränderung in der Halslänge/dem Halswinkel bietet weitere Kraftdaten für weitere Transformationen für weitere Funktionskurven ähnlich zu den Kurven 138a-138f, was es dem Chirurgen ermöglicht, ausgehend von der ersten Position die Funktion relativ zu den Zielen drei bis sieben fein einzustellen.
Ein übliches Szenario wäre wie folgt. Der Chirurg erfasst den präoperativen Bewegungsbereich. Der Chirurg präpariert das Acetabulum oder das Glenoid und ordnet ein Drehversuchselement ("swivel trial") an. Der Chirurg führt eine Versuchsahle ("trial broach") in den Femur ein. Gemäß einer ersten Option bzw. Prozedur fräst der Chirurg bis zu einer Endposition hinsichtlich der Tiefe und der Anteversion, wodurch die Freiheitsgrade für eine spätere Optimierung verringert werden. Der Chirurg ordnet als nächstes einen Versuchshals und -kopf an und durchläuft einen weiteren Bewegungsbereich. Das System 100 leitet dann einen optimalen Halswinkel und Kopfversatz und eine optimale Anteversion und Inklination der Schale ab.
Gemäß einer zweiten Option bzw. Prozedur bringt der Chirurg eine vorläufige Ahle an, statt bis zur Endposition hinsichtlich Tiefe und Anteversion zu fräsen. Gemäß dieser zweiten Option bzw. Prozedur werden maximale Freiheitsgrade zur Verfügung gestellt, da die Position noch nicht endgültig ist. Der Chirurg testet als nächstes den Versuchshals und -kopf und führt dafür eine Bewegungsbereichsanalyse durch. Das System 100 ermittelt eine optimale Schaft-Anteversion und all das Obige. Der Chirurg verifiziert als nächstes die vorgeschlagenen femoralen Komponenten. Die Verifikation umfasst den Zusammenbau der ausgewählten Komponenten in situ oder, wenn eine automatisch einstellbare Vorrichtung angebracht ist, die Freiheitsgrade der Vorrichtung werden entsprechend eingestellt. Der Versuchshals mit dem vorgeschlagenen Winkel und der Kopf mit dem vorgeschlagenen Versatz werden manuell angebracht. Der Chirurg führt einen oder mehrere intelligente Versuche ("smart trials") durch, unter Ausnutzung der motorisierten Implantatkomponenten, wie oben erläutert, um den vorgeschlagenen Halswinkel, Versatz und Anteversion in situ einzustellen. Es werden zusätzliche Kraftdaten gesammelt, die weitere Transformationen und weitere graphische Anzeigen wie etwa die graphische Anzeige 130 durch das System 100 erlauben und dadurch dem Chirurg eine Feineinstellung der Geometrie der Implantatkomponente(n) ermöglichen. Das Versuchsimplantat kann einen verlängerbaren femoralen Hals und einen Kraftsensor umfassen, der Kraftdaten an das System kommuniziert, so dass während der Registrierung der zweiten Bewegung der Chirurg die Auswirkung der Weichteilspannung auf die Halslänge einschätzen kann. Der Chi rurg kann die Halslänge bei der Durchführung der Bewegungsanalysen variieren und Kraftdaten für verschiedene Halslängen übertragen. Auf der Basis der erfassten Kraftdaten kann der Chirurg das System dazu verwenden, eine optimale Halslänge zu bestimmen, die eine geeignete Spannung zur Verfügung stellt, während sich auch ein Offset ergibt, der kosmetisch akzeptabel ist (d. h. innerhalb geeigneter geometrischer Parameter). Schließlich navigiert der Chirurg die endgültigen Komponenten an die optimierten Positionen. In Abhängigkeit von den Vorlieben des Chirurgen können die obigen Optionen bzw. Prozeduren in der Reihenfolge und in den verfügbaren Freiheitsgraden für die Optimierung variieren.
Manchmal werden anfängliche Kinematiken des Patienten mit berücksichtigt. Sie können als Referenz verwendet werden, um die Verbesserung der chirurgischen Maßnahme zu dokumentieren. Manchmal ist es, wenn es die Krankheit erlaubt, wünschenswert, das Rotationszentrum, den Bewegungsbereich und die Weichteilspannung wiederherzustellen. Die am meisten auftretende Situation jedoch besteht darin, zu versuchen, die ipsilaterale Seite ohne Berücksichtigung des Anfangszustands zu optimieren, so dass der Chirurg eine beliebige erste Pfannenposition/ein beliebiges erstes Rotationszentrum wie oben erläutert festlegt. In Fällen, in denen eine Wiederherstellung des ursprünglichen Rotationszentrums erwünscht ist, wird eine erste kinematische Analyse durch Bewegen der kontralateralen Gliedmaße um das Gelenk durchgeführt, um erste kinematische Daten zu erhalten, und die operierte Gliedmaße 124 wird um das Gelenk 122 bewegt, um zweite kinematische Daten zu erhalten, die mit den ersten kinematischen Daten verglichen werden.
Unter Bezugnahme auf 4A initialisiert ein Block 160 das System 100 und ermöglicht die Eingabe von biographischen Patienteninformationen und Tests, ob die Marker 120a-120c und die Sonde 125 sich innerhalb des Gesichtsbereichs der Kameraanordnung 106 befinden. Ein Block 164 empfängt eine Eingabe von jedem der Marker zum Bestimmen geometrischer Parameter, und ein Block 168 berechnet einen Bewegungsbereich durch Digitalisieren der Markierungen 120a-120c nach oder während der Bewegung der Gliedmaße 122 um das Gelenk 124 innerhalb des Gesichtsbereichs. Während die Gliedmaße aber einen vollen Bewegungsbereich bewegt wird, wird der Gliedmaßenort wiederholt bei verschiedenen Orten auf eine bekannte Weise digitalisiert. Der Chirurg bewertet üblicherweise extreme Positionen wie etwa maximale Flexion, maximale Extension, maximale interne Rotation, maximale externe Rotation, maximale Abduktion und maximale Adduktion. Der Chirurg digitalisiert üblicherweise auch mittlere Positionen derselben. Der Chirurg muss keine frontale Ebene digitalisieren, wie etwa die anatomische frontale Beckenebene 250 auf der Basis des Ligamentumsuspensoriums 271, einer linken und einer rechten ASIS 273 und der Tuberculi pubicum 275 (siehe 3), da die ersten kinematischen Daten, welche geometrische Parameter und Bewegungsbereichsdaten umfassen, ausreichen, um die Kinematik des Gelenks zu beurteilen und nach einer optimalen Schalenposition aufzulösen und um tatsächlich ein besseres Ergebnis erzeugen. Die funktionalen frontalen Ebenen, die in dem System und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, replizieren die Hüftposition in bestimmten Stellungen, z.B. stehend oder sitzend, bezüglich der Schwerkraft. Diese funktionalen frontalen Ebenen sind sodann eine patientenspezifische Referenz für das Implantatpositionieren in einem statischen Szenario. Diese haben eine größere Bedeutung bei der Erfüllung der täglichen Aktivitäten als eine beliebig definierte anatomische frontale Ebene. Ein Block 172 bestimmt den Weichteilspannungsparameter des Gelenks 124 über einen drahtlosen Empfang der Kraftdaten wie oben beschrieben. Ein Block 176 berechnet ein funktionales Ziel über ein Zugreifen auf die Implantatdatenbank 143 und Durchführen eines Optimierungsalgorithmus, der das (die) beste(n) Implantat(e) auf der Basis der geometrischen Parameter, der Weichteilspannungsdaten, des ersten und des zweiten Ziels und einem oder mehreren der Ziele drei bis sieben auswählt. Ein Block 180 zeigt die optimale Pfannenposition und das (die) optimale(n) Implantat(e) an. In einem Block 184 präpariert der Chirurg das Gelenk 124 für die Aufnahme eines Implantats, egal ob es sich um ein Versuchsimplantat oder ein endgültiges Implantat handelt. Das Fräsen/die Präparation des Gelenks 124 kann durch das System 100, wie es im Stand der Technik bekannt ist, geführt werden, wie etwa durch Führen eines geeigneten Fräsers (nicht gezeigt, aber bekannt) mit geeigneten darauf angebrachten aktiven oder passiven Verfolgungsmarkierungen. Schließlich wird (werden) in Block 188 das (die) Implantat(e) in dem Gelenk 124 installiert. Es sollte beachtet werden, dass zwischen den Blöcken 184 und 188 der Block 172 wiederholt werden könnte, evtl. mit der Durchführung eines intelligenten Versuchs, wie oben erläutert, um die Pfannenpositionierung und die Implantatsauswahl fein einzustellen. Es sollte ferner beachtet werden, dass die Blöcke 168, 172 sowohl kombiniert als auch getrennt (wie abgebildet) sein können.
Unter Bezugnahme auf 4B löst ein Block 181 ähnlich oder identisch zu dem Block 180 nach einer ersten Pfannenposition und einem ersten Implantat auf, indem er die von den Blöcken 160, 164, 168, 172 und 143 erhaltenen Daten optimiert. Ein Block 190 zeigt die funktionalen Attribute der ersten Pfannenposition/des ersten Implantats relativ zu den variierenden Werten Inklination und Anteversion. Beispielsweise könnte der Block 190 den Punkt 137 (5) relativ zu den verschiedenen Kurven 138a, 138f anzeigen. Schließlich werden in den Blöcken 192, 194 die optima le Pfannenposition bzw. das optimale Implantat ausgewählt. Ein intelligenter Versuch, wie oben erläutert, könnte optional zwischen dem Block 190 und den Blöcken 192, 194 durchgeführt werden, um weitere Optimierungsdaten zu erhalten.
Unter Bezugnahme auf 6 kann die Navigation eines Fräswerkzeugs 200 durch das Bereitstellen geeigneter Hinweise auf der Anzeige 104 (siehe auch 1) ausgeführt werden, wie beispielsweise einer oder mehrerer Führungslinien 204a-204d, welche den gewünschten Fräsort, der auf der Anzeige 104 angezeigt wird, wiederspiegeln. Die Position des Fräswerkzeugs 200 wird in Echtzeit durch beliebige geeignete Hinweise wie etwa durch ein Kreuz 207 ("crucible") angezeigt, und das Kreuz 207 wird relativ zu den Führungslinien 186 angezeigt. Die Hinweise können ferner eine Führungslinie 208 umfassen, welche die maximale Frästiefe wiederspiegelt. Es sollte beachtet werden, dass der Chirurg einen oder mehrere virtuelle Versuche (wie in der gemeinsam übertragenen US-Anmeldung mit der Seriennummer 10/655,922 erläutert) für verschiedene hypothetische Positionen eines hypothetischen Implantats durchführen kann, um die von dem Chirurgen geschätzte Position vor jeglichem Fräsen zu testen. Das System 100 würde das erwartete kinematische Ergebnis derartiger Versuche anzeigen, um die von dem Chirurgen geschätzte optimale Pfannenposition zu bewerten. Der Chirurg kann darüber hinaus weitere virtuelle Versuche durchführen, indem er verschiedene hypothetische Implantate mit unterschiedlichem Dimensionen verwendet. Über einen Prozess nach Versuch und Irrtum könnte der Chirurg nach der optimalen Pfannenposition auflösen, und wenn einmal eine optimale Pfannenposition bestimmt worden ist, zeigt das System geeignete Hinweise wie etwa die Führungslinien 204A und 204B (6) an, um die Präparation des Gelenks zu leiten.
Unter Bezugnahme auf 7 kann der Chirurg optional eine Schwerkraft- bzw. senkrechte Ebene P relativ zu einer anatomischen Ebene des Patienten während der Datensammlung festlegen und verfolgen, wie es in Verbindung mit den oben beschriebenen Blöcken 160, 164, 168 und 172 beschrieben wurde. Bei einem Hüfteingriff ermöglicht die senkrechte Ebene P, dass das System die Position des Beckens relativ zur Schwerkraft beurteilen kann. In dieser Hinsicht wird eine optimale Pfannenpositionierung allgemein mit dem Becken in neutraler Stellung ermittelt, bei der die funktionale frontale Ebene des Beckens relativ zu der senkrechten Ebene P versetzt ist, wenn der Patient liegt. Der Winkel des Versatzes variiert nicht nur zwischen den Geschlechtern, sondern auch in Abhängigkeit von dem Lebensstil, dem Alter, der Rasse etc. Er reicht typischerweise von –10 bis +10 Grad, kann aber auch außerhalb dieses Bereichs liegen. Das Verfolgen der senkrechten Ebene P ermöglicht es, dass das System die Gelenkpräparation oder die Implantatnavigation relativ zu der senkrechten Ebene P oder vorzugsweise relativ zu einer festgelegten funktionalen frontalen Ebene leitet, ohne dass Daten durch eine Ungenauigkeit verschleiert werden, die durch einen nicht waagerechten Tisch bewirkt wird, der einen Schwerkrafteffekt auf das Becken ausübt, oder dass die Daten durch ein Verschieben des Beckens des Patienten während eines Eingriffs verschleiert werden.
Ein einfaches Verfahren zum Festlegen der senkrechten Ebene P während der Operation verwendet ein oder mehrere geeignete Nivellierinstrumente 230, um einen Operationstisch 235 zu nivellieren. Der Tisch 235 umfasst einen oder mehrere geeignete Verfolgungsmarkierungen 240, um es dem System zu ermöglichen, die Position und die Orientierung des Tisches 235 zu verfolgen. Der Tisch 235 wird von einer ersten Höhenposition A zu einer zweiten Höhenposition B bewegt, und die Tischposition wird bei jeder dieser Positionen A, B digitalisiert, um die senkrechte Ebene P festzulegen. Wie vorher erläutert, kann eine vorhergehend festgelegte funktionale frontale Ebene nun relativ zu der senkrechten Ebene verfolgt werden. Die Position und die Orientierung der Ebene kann dann relativ zu der senkrechten Ebene P, die in den 8A-8C veranschaulicht ist, beurteilt werden.
Für Schultern ist die Referenzposition eine neutrale Stellung. Dies bietet Informationen relativ zu der geeigneten Positionierung des Schultergelenks, um die postoperative Flexibilität und Stabilität zu maximieren.
Das chirurgische Navigationssystem 100 umfasst geeignete Software und Schaltungen, um die offenbarten Funktionen auszuführen. Das Computerprogramm des Systems kann beliebige geeignete Benutzerschnittstellenbildschirme zum Ausführen der verschiedenen oben erläuterten Merkmale umfassen.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Zahlreiche Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann im Hinblick auf die vorhergehende Beschreibung offenkundig sein. Beispielsweise können virtuelle Versuche zu einer beliebigen Zeit während einer arthroplastischen Prozedur durchgeführt werden, wie etwa vor oder nach dem Auskugeln der Gliedmaße aus dem Gelenk. Dementsprechend soll die Beschreibung als lediglich beispielhaft für die hierin gelehrten erfinderischen Konzepte erachtet werden und wird für den Zweck präsentiert, dem Fachmann das Herstellen und die Verwendung der Erfindung zu ermöglichen und den besten Weg zum Ausführen derselben zu lehren. Die aus schließlichen Rechte an allen Modifikationen, die innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche fallen, werden vorbehalten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Kugel-Pfannengelenks mit einem chirurgischen Navigationssystem umfasst den Schritt des Digitalisierens von Landmarken, um geometrische Parameter des Gelenks und einer davon abhängigen Gliedmaße zur Verfügung zu stellen, einschließlich des Digitalisierens von Aspekten einer Pfannenregion des Kugel-Pfannengelenks. Dann wird ein Bewegungsbereichsparameter bestimmt. Anschließend wird ein Weichteilspannungsparameter bestimmt. Ein funktionales Ziel wird auf der Grundlage der Landmarkendaten, des Bewegungsbereichsparameters, des Weichteilspannungsparameters und einer Datenbank potentieller Implantate berechnet. Daraufhin wird nach einer optimalen Pfannenposition aufgelöst, um ein Zusammenstoßen („Impingement") potentieller Implantate zu minimieren. Basierend auf der optimalen Pfannenposition und dem funktionalen Ziel wird ein Implantat gewählt. Schließlich wird das Gelenk präpariert, um das gewählte Implantat aufzunehmen, und das gewählte Implantat wird in dem Gelenk installiert.

Claims

Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Schaft-Kugel- und Pfannengelenks mit einem chirurgischen Navigationssystem, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Digitalisieren von Landmarken, um geometrische Parameter des Gelenks und einer davon abhängigen Gliedmaße zur Verfügung zu stellen, einschließlich des Digitalisierens von Aspekten einer Pfannenregion und des Schafts der Gliedmaße; Bestimmen eines Bewegungsbereichsparameters; Bestimmen eines Weichteilspannungsparameters; Berechnen eines funktionalen Ziels auf der Basis der Landmarkendaten, des Bewegungsbereichparameters, des Weichteilspannungsparameters und einer Datenbank potentieller Implantate; Auflösen nach einer optimalen Pfannenorientierung, um ein Impingement zu minimieren, unter Berücksichtigung von Stabilitätsrandbedingungen auf der Basis eines identifizierten Rotationszentrums der Pfanne; Wählen einer Implantatskomponentenkombination und -positionierung, um den funktionalen Zielen zu entsprechen; Auflösen nach einer optimalen Pfannenposition, um ein Impingement zu minimieren, unter Berücksichtigung von Stabilitätsrandbedingungen auf der Basis einer identifizierten Schaftposition und des identifizierten Rotationszentrums der Pfanne; Auflösen nach einer optimalen Komponentenkombination und -positionierung, um den funktionalen Zielen auf der Basis der optimalen Pfannenposition zu entsprechen; Auflösen nach einer optimalen Komponentenkombination und -orientierung, um den funktionalen Zielen auf der Basis der optimalen Pfannenposition und der identifizierten Schaftposition zu entsprechen; Wählen einer endgültigen Komponentenkombination und einer endgültigen Orientierung der Komponenten, um den funktionalen Zielen zu entsprechen; Präparieren des Gelenks zur Aufnahme der endgültigen Implantatkomponenten; und Installieren der endgültigen Implantatkomponenten in das Gelenk.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Graph mit Achsen angezeigt wird, welche die Positionierungs- oder Größenparameter der optimalen Komponentenkombination anzeigen, wobei eine Mehrzahl von Kurven in dem Graph angezeigt wird, welche die Auswirkung der geometrischen Parameter auf anatomische, kinematische und Spannungswerte der sich ergebenden Gelenkkonfiguration darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Graph ein Graph ist, der mit einer ersten und einer zweiten Achse angezeigt wird, wobei die erste Achse eine Größe der Anteversion und eine zweite Achse eine Größe der Inklination der Pfanne ist und wobei eine Mehrzahl von Kurven in dem Graphen angezeigt wird, welche die Auswirkung der Anteversion und der Inklination auf anatomische, kinematische und Spannungswerte der sich ergebenden Gelenkkonfiguration darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Graph ein Graph ist, der mit einer ersten und einer zweiten Achse angezeigt wird, wobei die erste Achse eine Größe der Anteversion des Schafts und eine zweite Achse eine Größe der Halswinkelverhältnisse und des Pfannenversatzes ist und wobei eine Mehrzahl von Kurven auf dem Graph angezeigt werden, welche die Auswirkung der letzteren geometrischen Parameter auf anatomische, kinematische und Spannungswerte der sich ergebenden Gelenkkonfiguration darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Marker die erste Pfannenkomponentenposition relativ zu der Mehrzahl der Kurven anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gelenk ein Hüftgelenk ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Gelenk ein Schultergelenk ist.
Verfahren zum Auswählen und Positionieren eines Implantats in einem Kugel- und Pfannengelenk unter Berücksichtigung sowohl von geometrischen Parametern als auch von Weichteilspannungsparametern mit einem chirurgischen Navigationssystem, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Digitalisieren geometrischer Parameter und Bewegungsbereichsdaten; Messen eines Weichteilspannungsparameters; Wählen einer ersten Pfannenposition, die eine ausreichende Stabilität und ein minimales Potential für ein Impingement bietet; Festlegen eines akzeptablen Toleranzbereichs aus der ersten Pfannenposition bezüglich einer Gliedmaßenlänge, eines distalen/proximalen Abstandes und eines lateralen/medialen Abstandes; Wählen einer anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten; Berechnen und grafisches Anzeigen von Attributen der anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten und einer Position der anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten relativ zu einem Bereich zusätzlicher potentieller Attribute für zusätzliche potentielle Implantatskombinationen aus Komponenten und für zusätzliche Positionen der anfänglichen Kombination aus Komponenten; und Modifizieren der anfänglichen Implantatskombination aus Komponenten und der anfänglichen Position der anfänglichen Kombination aus Komponenten, um zu einer endgültigen Implantatskombination aus Komponenten und einer endgültigen Position der endgültigen Kombination aus Komponenten für optimale funktionale Eigenschaften des Gelenks während eines Verbleibens innerhalb des Toleranzbereichs zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei der Bestimmung geometrischer Parameter anatomische Landmarken digitalisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Weichteilspannungsparameter mit einem Kraftsensor während der Bewegung der Gliedmaße um das Gelenk gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Datenbank aus Implantatskomponenten zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Graph mit Achsen angezeigt wird, die geometrische Parameter der Implantatskombination aus Komponenten zeigen, wobei eine Mehrzahl von Kurven in dem Graphen angezeigt wird, welche die Auswirkungen der geometrischen Parameter auf anatomische, kinematische und Spannungswerte der sich ergebenden Gelenkkonfiguration darstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Achse eine Größe einer Anteversion und die zweite Achse eine Größe einer Inklination der Pfanne ist, und wobei eine Mehrzahl von Kurven in dem Graphen angezeigt wird, welche die Auswirkung der Anteversion und der Inklination der Pfanne auf anatomische, kinematische und Spannungswerte der sich ergebenden Gelenkkonfiguration darstellt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Achse eine Größe einer Anteversion des Schafts und eine zweite Achse eine Größe der Halswinkelverhältnisse und des Pfannenversatzes ist und wobei eine Mehrzahl von Kurven in dem Graphen angezeigt wird, welche die Auswirkung der Anteversion des Schafts und der Größe der Halswinkelverhältnisse und des Pfannenversatzes auf anatomische, kinematische und Spannungswerte der sich ergebenden Gelenkkonfiguration zeigt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Marker die ersten Pfannenkomponentenposition relativ zu der Mehrzahl von Kurven anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Gelenk ein Hüftgelenk ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Gelenk ein Schultergelenk ist.
Verfahren zum Durchführen einer Arthroplastik eines Gelenks mit einem chirurgischen Navigationssystem, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Festlegen und Verfolgen einer funktionalen Ebene des Gelenks relativ zu einer vorher bestimmten Ruheposition; Festlegen und Verfolgen einer senkrechten Ebene relativ zu der funktionalen Ebene; Präparieren des Gelenks zur Aufnahme von Implantatkomponenten; Wählen von Implantatkomponenten, die ein Impingement minimieren und einen Bewegungsbereich maximieren; und Einführen der ausgewählten Implantatkomponenten in das präparierte Gelenk.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die funktionale Ebene eine frontale Beckenebene in Bezug auf eine Stellung des Beckens während des Stehens ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Gelenk ein Kugel- und Pfannengelenk ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Gelenk ein Hüftgelenk ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die senkrechte Ebene durch Nivellieren eines Operationstischs, Verfolgen einer der Marker relativ zu dem Operationstisch und lineares Bewegen des Operationstisches zwischen einer ersten Höhenposition und einer zweiten Höhenposition bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren ferner die Schritte des Einführens von Versuchskomponenten in das präparierte Gelenk und Evaluieren der Versuchskomponente relativ zu vorbestimmten Zielen umfasst.