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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Durchführung von
Knochenresektionen in orthopädischen
Operationen wie einer totalen Knie-Arthroplastie unter Verwendung
eines chirurgischen Navigationssystems. Insbesondere betrifft diese
Erfindung eine weniger invasive Technik zur Anbringung von Verfolgungsanordnungen
an Knochenstrukturen.
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2. Beschreibung des Hintergrundes
der Erfindung
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Viele
chirurgische Operationen bedingen das Durchführen von Knochenschnitten oder
Osteotomien. Diese Knochenschnitte müssen mit Präzision durchgeführt werden,
weil die Implantate, die über diesen
Knochenschnitte platziert werden, auf eine Weise funktionieren müssen, die
einer gesunden natürlichen
Anatomie so ähnlich
wie möglich
ist. Eine gängige
Technik zum genauen Ansetzen der Osteotomie verwendet ein chirurgisches
Navigationssystem, welches den Chirurgen in die Lage versetzt, die Instrumente
und Werkzeuge des Chirurgen an genau den Ort zu führen, der
erforderlich ist, um die passenden Schnitte durchzuführen. Orthopädische Chirurgen
verwenden auch Führungen
und Lehren, entweder einzeln oder mit chirurgischer Navigation,
um Knochenstrukturen mit der Genauigkeit vorzubereiten, die erforderlich
ist, um ein Implantat aufzunehmen, welches dem Patienten eine angemessene
Mobilität
und Lebensqualität
bereitstellt.
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Eine
gängige
Art orthopädischer
Operation ist die totale Kniearthoplastie (TKA). Diese Operation bedingt
den Austausch des vollständigen
Kniegelenks gegen Implantate, die ein gesundes Kniegelenk nachbilden.
Die Vorbereitung des Femurs und der Tibia für die TKA-Maßnahme bedingt üblicherweise
mehrere Knochenschnitte, von denen jeder für ein optimales Ergebnis in
einem optimalen Winkel liegen sollte. Eine alternative Kniemaßnahme ist
unter dem Namen unikompartmentale Kniearthoplastie (UKA) bekannt.
Diese Maßnahme
wird verwendet, wenn nur ein Abschnitt von entweder dem Femur oder
der Tibia erkrankt ist. Nur dieser Abschnitt oder dieses Kompartment
wird entfernt, und ein partielles Implantat wird eingesetzt, um
den entfernten Abschnitt zu ersetzen. Ein Vorteil ist, dass der
Abschnitt des Knies, der nicht erkrankt und noch funktionsfähig ist,
zusammen mit dem Implantat verwendet wird, um ein stabileres Knie
mit potenziell weniger Komplikationen bereitzustellen. UKA-Maßnahmen
erfordern immer noch ein sorgsames Anpassen des wiederhergestellten
Abschnitts des Knies, so dass der wiederhergestellte Abschnitt genau
an den natürlichen
Abschnitt angepasst ist, um volle Funktionalität und Beweglichkeit bereitzustellen.
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Chirurgische
Navigationssysteme wurden für Operationen
verwendet, die das genaue Anordnen von Instrumenten bezüglich der
Anatomie eines Patienten bedingen. Diese Systeme wurden zuerst bei Gehirnoperationen
verwendet, die es erfordern, dass der Chirurg ein Instrument, eine
Sonde oder ein ähnliches
Gerät an
einem genau vorgegebenen Ort im Gehirn eines Patienten platziert.
Für orthopädische Operationen
ist die Verwendung von chirurgischen Navigationssystemen weniger
weit verbreitet. Der Grund ist, dass chirurgische Navigationssysteme
es erfordern, dass Verfolgungsanordnungen an dem Patienten in einer
Weise befestigt werden, dass es unwahrscheinlich ist, dass sich
die Verfolgungsanordnung während
der Operation bezüglich
des Patienten bewegt. In der orthopädischen Chirurgie manipuliert
bzw. bewegt der Chirurg häufig
die Anatomie, an der die Operation durchgeführt wird, um einen Beweglichkeitsbereich
sowohl vor als auch nach der Maßnahme
zu bestimmen. Es gibt auch noch weitere Gründe, warum der Patient und
die betroffene Anatomie während
der Maßnahme
nicht vollständig
ruhiggestellt werden können.
Dies bedeutet, dass die für die
chirurgische Navigation erforderliche Verfolgungsanordnung auf eine
solche Weise fest an dem Patienten angebracht werden muss, dass
die Verfolgungsanordnung in einer festen Beziehung zur Anatomie
des Patienten verbleibt. Das übliche
Anbringungsverfahren ist, diese Geräte unmittelbar an einem Knochen
zu befestigen, der in unmittelbarer Beziehung zu der bestimmten
Operation steht. Für
eine Knieoperation müssen
mindestens der Ort des Femurs und derjenige der Tibia verfolgt werden.
Das Anbringungsverfahren basiert üblicherweise auf einem Gerät nach Art
eines Stiftes oder eines Stabes mit einer Spitze, das auf irgendeine
Weise unmittelbar an dem Knochen befestigt wird. Obwohl das Risiko
für den
Patienten gering ist, besteht jedes Mal eine Gelegenheit für eine Infektion
oder eine andere Komplikation, wenn der Kortex des Knochens beeinträchtigt wird.
Außerdem
kann, je nach Größe des verwendeten
Stiftes, das Einsetzen dieser Stifte die Unannehmlichkeiten für den und
den Widerstand des Patienten vergrößern. Für einige Chirurgen überwiegen diese
Nachteile gegenüber
den Vorteilen des genauen Anordnens der knochenbezogener Merkpunkte bzw.
Marker, um das Gelenk, beispielsweise das Kniegelenk, vorzubereiten,
die Implantate aufzunehmen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer
Osteotomie eines Knochens unter Verwendung eines chirurgischen Navigationssystems,
ohne eine Knochen-Verfolgungsanordnung direkt an irgendeinem Abschnitt
des Knochens anzubringen, der nach der Osteotomie verbleibt. Dieses
Verfahren umfasst die Schritte des Befestigens einer Verfolgungsanordnung
an einem Knochenabschnitt, der während
der Osteotomie entfernt wird, wobei die Verfolgungsanordnung ein
Bezugssystem aufweist; des Bestimmens eines anatomischen Profils
des Knochens; und des Durchführens
von Schnitten unter Verwendung von Positionierungsunterstützung durch
das chirurgische Navigationssystem
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf ein
Verfahren zum Ausgleichen von Weichgewebe eines Gelenks während einer
Gelenk-Arthoplastie unter Verwendung eines chirurgischen Navigationssystems,
nachdem das Gelenk vorbereitet wurde, Implantate aufzunehmen. Dieses Verfahren
umfasst die Schritte des anfänglichen
Anbringens eines ersten Versuchsimplantats und eines zweiten Versuchsimplantats
an dem vorbereiteten Gelenk; wobei das erste Versuchsimplantat eine
erste am ersten Versuchsimplantat befestigte Verfolgungsanordnung
und das zweite Versuchsimplantat eine zweite am zweiten Versuchsimplantat
befestigte Verfolgungsanordnung aufweist. Das Verfahren enthält außerdem das
Anzeigen von Gelenkausrichtungs-Parametern auf der Basis eines zuvor
bestimmten anatomischen Profils des Gelenks und der Positionen der
ersten und der zweiten Verfolgungsanordnung; und des Anpassens des
Weichgewebes, um die Gelenkausrichtungs-Parameter auszugleichen.
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Noch
ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein System
zur Unterstützung
des Durchführens
einer Osteotomie eines Knochens für eine Gelenk-Arthoplastie. Das
System umfasst ein chirurgisches Navigationssystem, welches eine
Anzeigeanordnung aufweist; eine Fixierungsplatte, die an dem Knochen
an einem Ort befestigt werden kann, der während der Osteotomie entfernt
werden wird, wobei die Fixierungsplatte eine Verbindungsanordnung
aufweist. Das System enthält
auch eine unmittelbar an der Fixierungsplatte angebrachte Knochen-Verfolgungsanordnung,
wobei die Knochen-Verfolgungsanordnung ein Knochenbezugssystem aufweist;
eine an der Fixierungsplatte mittels der Verbindungsanordnung angebrachte
Schneidelehre, wobei die Schneidelehre eine unmittelbar an der Schneidelehre
befestigte Lehrenverfolgungsanordnung und die Lehrenverfolgungsanordnung
ein Lehrenbezugssystem aufweist; und eine Befestigungsanordnung
zum Befestigen der Schneidelehre an Ort und Stelle, wobei die Schneidelehre
unter Verwendung der Anzeigeanordnung und eines zuvor bestimmten
anatomischen Profils des Knochens in ihrer Position eingestellt
werden kann.
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Noch
ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zum Ausgleichen von Weichgewebe eines Knies während einer Knie-Arthroplastie
unter Verwendung eines chirurgischen Navigationssystems, nachdem
ein Femur und eine Tibia vorbereitet wurden, Implantate aufzunehmen.
Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Anbringens eines femoralen
Versuchsimplantats an dem vorbereiteten Femur und eines tibialen
Versuchsimplantats an der vorbereiteten Tibia; wobei das femorale
Versuchsimplantat eine am femoralen Versuchsimplantat befestigte
Verfolgungsanordnung und das tibiale Versuchsimplantat eine am tibialen
Versuchsimplantat befestigte Verfolgungsanordnung aufweisen; des
Anzeigens von Bein-Ausrichtungs-Parametern
auf der Basis eines zuvor bestimmten femoralen anatomischen Profils
und eines zuvor bestimmten tibialen anatomischen Profils und der
Positionen der femoralen Verfolgungsanordnung und der tibialen Verfolgungsanordnung;
und des Anpassens des Weichgewebes, um die Bein-Ausrichtungs-Parameter
auszugleichen.
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Weitere
Aspekte und Vorzüge
der vorliegenden Erfindung werden unter Berücksichtigung der folgenden
detaillierten Beschreibung ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer TKA-Operation des Standes der
Technik unter Verwendung eines chirurgischen Navigationssystems;
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2 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
einer am distalen Femur befestigten Fixierungsplatte und einer Verfolgungsanordnung;
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3 ist
eine isometrische Draufsicht auf die Fixierungsplatte von 2;
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4 ist
eine Seitenansicht ähnlich 2, welche
die Verwendung einer Zeigeanordnung zeigt;
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5 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Fixierungsplatte und einer Verfolgungsanordnung, welche an
der proximalen Tibia befestigt sind;
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6 ist
eine Seitenansicht ähnlich 2, welche
die Anbringung einer Ausführungsform
einer Schneidelehre an der Fixierungsplatte zeigt;
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7 ist
eine Seitenansicht ähnlich 2, welche
die Anbringung einer Ausführungsform
einer Verfolgungsanordnung an der Schneidelehre zeigt;
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8 ist
ein Foto eines Anzeigeschirms einer Ausführungsform des chirurgischen
Navigationssystems, welches das Platzieren der Schneidelehre zeigt;
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9 ist
eine Seitenansicht ähnlich 2, die
eine Ausführungsform
des Befestigens der Schneidelehre an Ort und Stelle auf dem Femur zeigt;
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10 ist
eine ähnliche
Ansicht wie 7, welche schematisch das Übertragen
des Plattenbezugssystems auf das Lehrenbezugssystem zeigt;
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11 ist
eine Ansicht ähnlich
wie 2, welche die Schneidelehre an einem Femur befestigt zeigt,
welcher teilweise zur Aufnahme des Implantats vorbereitet wurde;
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12 ist
eine Ansicht ähnlich 11,
welche einen optionalen Schritt des Überprüfens des Knochenschnitts zeigt;
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13 ist
ein Foto eines Anzeigeschirms, welches den Ort des Knochenschnitts
bezüglich
des Femurs zeigt;
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14 ist
eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Fixierungsplatte;
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15 ist
eine Seitenansicht der Anordnung von 14 an
Ort und Steile auf einem Femur;
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16 ist
eine Ansicht ähnlich
wie 15, welche die Verwendung eines Zeigers zeigt;
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17 ist
eine Ansicht ähnlich
wie 15, welche das Einsetzen eines Führungsstiftes
zeigt;
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18 ist
eine Ansicht ähnlich
wie 17 mit entfernter Platte;
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19 ist
eine Ansicht ähnlich
wie 18, welche das Einsetzen einer Schraube zeigt;
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20 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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21 ist
eine Ansicht ähnlich
wie 2, welche noch eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Genaue Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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1 zeigt
schematisch ein Verfahren des Standes der Technik zur Vorbereitung
für eine TKA-Operation
unter Verwendung eines chirurgischen Navigationscomputers 100,
der eine Anzeigeanordnung 102 und eine Kamera 104 enthält. Die Kamera 104 ist
in der Lage, den Ort und die Position von Verfolgungsanordnungen 106 zu
bestimmen. Eine Verfolgungsanordnung 106 ist an dem Femur 108 eines
Beins 110 eines Patienten befestigt, und die andere Verfolgungsanordnung 106 ist
an der Tibia 112 befestigt, bevor die TKA-Operation an
dem Knie 114 durchgeführt
wird. Wie oben angemerkt, wird vor der Operation an einem von dem
Operationssaal für
die TKA-Operation entfernten Ort jede Verfolgungsanordnung 106 unmittelbar
an dem betroffenen Knochen, dem Femur 108 oder der Tibia 112,
befestigt. Die Verfolgungsanordnungen 106 oder wenigstens
der Stift, der erforderlich ist, um die Verfolgungsanordnung 106 anzuordnen,
verbleiben während
der Operation an Ort und Stelle und werden entfernt, nachdem die
TKA-Operation abgeschlossen ist.
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Das
Verfahren und System der vorliegenden Erfindung werden im Zusammenhang
mit einer TKA-Maßnahme
beschrieben. Das Verfahren und System der vorliegenden Erfindung
können
jedoch auch verwendet werden, um jede andere chirurgische Maßnahme durchzuführen, bei
der Knochenabschnitte von einer Gliedmaße entfernt werden, wie z. B.
Keil-Osteotomien in oberen und unteren Extremitäten, UKA, Hüfterneuerung und andere, ähnliche Maßnahmen.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, ist eine Ausführungsform
einer Fixierungsplatte 130 an einem distalen Abschnitt 132 des
Femurs 108 befestigt. Die Fixierungsplatte 130 ist
durch eine Vielzahl von Stiften 134, die in den distalen
Abschnitt 132 eingesetzt sind, an Ort und Stelle gehalten.
Die Fixierungsplatte 130 weist eine Basis 136 mit
einer proximalen Oberfläche 138 und
einer distalen Oberfläche 140 auf. Üblicherweise
wird die Fixierungsplatte 130 durch die Stifte 134 an
dem medialen Condy lus 142 und dem lateralen Condylus 144 verstiftet.
Jeder der Stifte 134 tritt durch eine von einer Mehrzahl
von Öffnungen 145 in
der Basis 136 hindurch. Die verschiedenen Öffnungen 145 in
der Fixierungsplatte 130 ermöglichen die korrekte Platzierung
und Befestigung der Fixierungsplatte 130 am distalen Abschnitt 132 des
Femurs 108. Es ist nicht notwendig, dass die Fixierungsplatte 130 an
irgendeinem bestimmten Ort bezüglich
der betroffenen Anatomie, in diesem Fall dem distalen Abschnitt 132 des
Femurs 108, positioniert wird. Es ist jedoch wünschenswert
für bestimmte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die Fixierungsplatte 130 entweder
auf oder normal zu einer bestimmten Ebene oder Achse der betroffenen Anatomie
anzuordnen. Für
den Femur 108 vereinfacht beispielsweise der Ort der Fixierungsplatte 130 parallel
zur Anterior-Posterior-Achse des Femurs die erforderlichen Berechnungen,
um eine Schneidelehre oder eine andere Führung richtig in ihrer Position bezüglich des
Knies 114 zu platzieren.
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Eine
Plattenverfolgungsanordnung 146 ist mittels eines Armes 148 und
einer Kupplungsanordnung 150 lösbar an der Basis 136 befestigt.
Die Kupplungsanordnung 150 erlaubt es, dass die Plattenverfolgungsanordnung 146 entfernt
werden kann, wenn sie nicht mehr gebraucht wird, und hält auch die
Plattenverfolgungsanordnung 146 in einer festen Position
bezüglich
der Fixierungsplatte 130. Die Plattenverfolgungsanordnung 146 weist
eine Reihe von LEDs 152, die von der Kamera 104 des
chirurgischen Navigationscomputers 100 erfasst werden können, und
ein dreidimensionales kartesisches Bezugssystem 154 auf.
Die Fixierungsplatte 130 weist auch eine Anbringungsanordnung 156 auf,
um es zu ermöglichen,
dass die Fixierungsplatte 130 an anderen Werkzeugen und
Anordnungen befestigt werden kann, wie im Folgenden ausgeführt werden
wird.
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In 4 wird
ein verfolgter Zeiger 160 verwendet, um einen Teil der
anatomischen Vermessung des Femurs 108 durchzuführen. Der
Zeiger 160 enthält
eine Verfolgungsanordnung (nicht gezeigt) ähnlich der Plattenverfolgungsanordnung 146.
Die Zeigerverfolgungsanordnung kann entweder integral mit dem Zeiger 160 ausgebildet
oder mittels eines ähnlichen
Befestigungsmechanismus wie dem in 2 gezeigten
befestigt sein. Der Zeiger 160 weist ferner eine Zeigerspitze 162 und
eine Zeigerachse 164 auf. Sowohl der Ort der Zeigerspitze 162 als auch
die Ausrichtung der Zeigerachse 164 wurden zuvor mittels
bekannter Technologie auf die Zeigerverfolgungsanordnung kalibriert.
Die Zeigerspitze 162 wird verwendet, um die Oberfläche des
distalen Abschnitts 132 des Femurs 108 nachzufahren
und die Form des distalen Abschnitts 132 im Speicher des
chirurgischen Navigationscomputers 100 aufzuzeichnen. Einige
interessierende anatomische Strukturen umfassen die Form des medialen Condylus 142,
die Form des lateralen Condylus 144, die Anterior-Posterior-Achse
des Knies, auch bekannt als die Whitesides-Linie, und möglicherweise
andere Merkmale. Zusätzlich
kann durch Manipulieren bzw. Bewegen des Femurs 108 der
Ort der Plattenverfolgungsanordnung 146 von dem chirurgischen
Navigationscomputer 100 verwendet werden, um den Ort des
Zentrums der Hüfte
zu bestimmen. Dies erfolgt, indem eine große Anzahl von Messwerten der
Plattenverfolgungsanordnung 146 aufgenommen wird, während der
Femur 108 manipuliert bzw. bewegt wird, und indem der wahrscheinlichste
Ort des Zentrums der Hüfte
aus dieser Punktewolke berechnet wird. Der Zeiger 160 kann
auch die mechanische Achse des Femurs 108 unter Verwendung
der Zeigerachse 164 bestimmen. Dies wird bewerkstelligt,
indem das chirurgische Navigationssystem 100 den Chirurgen
erstens anweist, den femoralen Mittelpunkt, der ein dem Chirurgen
wohlbekannter anatomischer Merkpunkt ist, mit der Zeigerspitze 162 aufzusuchen,
zweitens, den Zeiger 160 so zu manipulieren bzw. zu bewegen,
dass die Zeigerachse 164 auch auf den Mittelpunkt der Hüfte zeigt,
und drittens, ein Signal an das chirurgische Navigationssystem 100 zu
senden. An diesem Punkt ist dann die Zeigerachse 164 auf
der mechanischen Achse des Femur angeordnet. In der Vergangenheit
wäre eine
Verfolgungsanordnung, die unmittelbar auf dem Femur 108 verstifted
wurde, verwendet worden, um die Daten bereitzustellen, um den Ort
des Zentrums der Hüfte und
die mechanische Achse zu bestimmen. Die Struktur des Femurs 108,
an dem die Fixierungsplatte 130 verstifted wurde, wird
während
der Vorbereitung für
das Einsetzen des femoralen Implantats entfernt, wie später zu sehen
sein wird. Die Verwendung der Plattenverfolgungsanordnung 146,
um die anatomische Vermessung durchzuführen, vermeidet zusätzliche
Intrusionen in den Femur 108 und spart Zeit im Operationssaal,
weil das Erfordernis, zusätzliche Verankerungsanordnungen
zu platzieren, beseitigt ist. An diesem Punkt der Maßnahme besitzt
der Chirurg ausreichende Informationen aus der mittels des Zeigers 160 und
der Plattenverfolgungsanordnung 146 durchgeführten anatomischen
Vermessung und aus präoperativen
Abtastungen, um den Ort der Modifikationen, die an dem Femur 108 durchgeführt werden
müssen,
zu bestimmen.
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Nachdem
der Femur 108 vermessen wurde, wird die Tibia 112 vermessen.
Wie in 5 gezeigt, wird eine tibiale Fixierungsplatte 170 mittels
Stiften 172, die in einen Abschnitt der Tibia 112 eingesetzt werden,
der während
der Vorbereitung des Einsetzens des tibialen Implantats entfernt
wird, an der Tibia 112 angebracht. Auf eine ähnliche
Weise wie beim anatomischen Vermessen des Femurs 108 wird eine
anatomische Vermessung der Tibia 112 durchgeführt. Die
Orte des Zentrums der Tibia, der tibialen Anterior-Posterior-Achse
und beider Malleoli werden durch Manipulieren bzw. Bewegen der Tibia 112 und/oder
Verwenden des Zeigers 160 bestimmt.
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Wie
in 6 gezeigt, wird eine Schneidelehre 174 an
der Anbringungsanordnung 156 der Fixierungsplatte 130 mittels
eines Verbinders 176 angebracht. Der Verbinder 176 ist
in der Lage, die relative Position der Schneidelehre 174 zur
Fixierungsplatte 130 einzustellen. Die Schneidelehre 174 weist
einen Körper 178,
eine distale Oberfläche 180 und
eine Reihe von Stiftöffnungen 182 auf.
Eine Vielzahl von Fixierungsstiften 184 werden in einige
der Stiftöffnungen 182 eingesetzt,
aber die Fixierungsstifte 184 werden dieses Mal nicht an
dem Femur 108 befestigt.
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Der
Verbinder 176 enthält
eine Längen-Einstellungsschraube 186,
um den Abstand zwischen der Fixierungsplatte 130 und der
Schneidelehre 174 zu verändern, und eine Winkeleinstellschraube 188, um
den Winkel der distalen Oberfläche 180 relativ
zur Fixierungsplatte 130 einzustellen. Es ist auch möglich, den
Winkel der distalen Oberfläche 180 bezüglich der
frontalen Ebene und der sagittalen Ebene des Knies einzustellen.
Die Schneidelehre 174 weist auch einen Führungsschlitz 190 auf,
der von dem Chirurgen verwendet werden kann, die Schnitte, die an
dem Femur 108 ausgeführt
werden müssen,
zu führen.
Für die
Vorbereitung der Tibia 112 wird eine ähnliche, für die Tibia 112 geeignete
Anordnung an der tibialen Fixierungsplatte 170 angebracht.
Die folgenden Schritte, die bezüglich
des Femurs 108 beschrieben werden, sind auch auf die Tibia 112 anwendbar.
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Wie
in 7 gezeigt, wird eine Lehrenverfolgungsanordnung 192,
die der Plattenverfolgungsanordnung 146 ähnlich ist,
an der distalen Oberfläche 180 mittels
einer Anbringungskupplung 194 angebracht. Die Lehrenverfolgungsanordnung 192 hat
ein Lehrenbezugssystem 196. Das Lehrenbezugssystem 196 kann
entweder dasselbe oder unterschiedlich von dem Plattenbezugssystem 154 sein.
An diesem Punkt wurde die Schneidelehre 174 nicht unmittelbar
an dem Femur 108 fixiert und kann bewegt werden, um die
Schneidelehre 174 genau an dem präzisen Ort zu platzieren, der
von dem Chirurg gewünscht
wird.
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8 ist
ein Foto eines Anzeigeschirms 200 von der Anzeigeanordnung 102,
welches zwei Fenster zeigt, ein erstes Fenster 202, welches
eine digitalisierte Vorderansicht 204 des Femurs 108 zeigt,
und ein zweites Fenster 206, welches eine digitalisierte laterale
Ansicht 208 des Femurs 108 anzeigt. Der Ansicht 204 überlagert
sind eine Zielachse und Zielebene 210 und momentane Positionen
der Achse und Ebene 212 der Schneidelehre auf Basis des
Ortes der Lehrenverfolgungsanordnung 192. In ähnlicher Weise
zeigt das zweite Fenster 206 die laterale Ansicht derselben
Zielachse und Zielebene 210 bezüglich der gegenwärtigen Position
der Achse und Ebene 212 der Schneidelehre, die ebenfalls
auf dem Ort der Lehrenverfolgungsanordnung 192 basieren.
Wie im ersten Fenster 202 gezeigt, ergibt die gegenwärtige Position
der Schneidelehre 174 eine Varus-Anordnung von 2,0°. Das zweite
Fenster 206 zeigt eine Hyperextension des Knies von 16,0°. Durch Manipulieren
der Einstellschrauben 186 und 188 und Beobachten
der Anzeigeanordnung 102 kann der Chirurg die Schneidelehre 174 in
die richtige Position positionieren, um das gewünschte chirurgische Ergebnis
zu erzielen. Es gibt ähnliche
Anzeigeschirme für
die Tibia 112.
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Wie
in 9 gezeigt, werden, wenn die Schneidelehre 170 in
der passenden Position bezüglich
des Femurs 108 angeordnet ist, die Fixierungsstifte 194 mittels
eines Werkzeugs 220 in den Femur 108 eingetrieben.
An diesem Punkt wird die Schneidelehre 174 dann durch die
Fixierungsstifte 184 fest in ihrer Position gehalten. Mit
der jetzt fest an dem Femur 108 fixierten Schneidelehre 174 kann
der chirurgische Navigationscomputer 100 das Lehrenbezugssystem 196 gegen
das Plattenbezugssystem 154 austauschen, falls sich das
Plattenbezugssystem 154 von dem Lehrenbezugssystem 196 unterscheidet.
Dies ist schematisch in 10 durch
den Pfeil 230 gezeigt. Nach dem Transfer ist das Lehrenbezugssystem 196 jetzt
ein primäres
Lehrenbezugssystem 196'.
An diesem Punkt sind das Plattenbezugssystem 154 und das
primäre
Lehrenbezugssystem 196' identisch,
und das primäre
Lehrenbezugssystem 196' stellt
die gleichen Positionsdaten an den chirurgischen Navigationscomputer 100 bereit,
wie es das Plattenbezugssystem 154 zuvor tat. Außerdem passt
der chirurgische Navigationscomputer 100 alle internen
Bezüge
auf das Lehrenbezugssystem 196 an das primäre Lehrenbezugssystem 196' an. In diesem
Fall ist die Verfolgungsanordnung 192 unmittelbar an dem
Femur 108 angebracht, sie ist jedoch an der Schneidelehre 174 angebracht,
ohne eine Invasion bezüglich
des Femurs 108 zu erfordern, die über das Maß hinausgeht, das erforderlich ist,
um die Schneidelehre 174 fest in ihrer Position zu fixieren.
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In 11 wurden
die Fixierungsplatte 130, der Verbinder 176 und
beide Verfolgungsanordnungen 146 und 192 entfernt,
und nur die Schneidelehre 174 am Femur angebracht belassen.
Die Ansicht in 11 besteht, nachdem die Modifikationen
an dem distalen Abschnitt 132 des Femurs 108 durchgeführt wurden,
wodurch ein Plateau 240 verbleibt, welches entweder mit
dem Führungsschlitz 190 oder
mit der distalen Oberfläche 180 der
Schneidelehre 174 ausgerichtet ist. Die Knochenmodifikationen
wurden auf eine konventionelle Art und Weise mittels wohlbekannter
orthopädischer
Werkzeuge und Verfahren durchgeführt.
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Wie
in 12 gezeigt, wurde die Lehrenverfolgungsanordnung 192 wieder
an der distalen Oberfläche 180 der
Schneidelehre 174 angebracht. Die Kupplung 194 zum
erneuten Anbringen der Lehrenverfolgungseinrichtung 192 stellt
sicher, dass die Lehrenverfolgungseinrichtung 192 in exakt
derselben Position und Ausrichtung bezüglich der Schneidelehre 174 wieder
angebracht wird. Dies stellt das primäre Lehrenbezugssystem 196' für den chirurgischen Navigationscomputer 100 wieder
her. Eine Ebenen-Verfolgungsanordnung 250 mit einer angebrachten
Ebenen-Sonde 252 wird verwendet, um die Genauigkeit der
durchgeführten
Knochenmodifikationen zu überprüfen. Die
Ebenen-Sonde 252 und die Ebenen-Verfolgungs-anordnung 250 wurden
derart kalibriert, dass der chirurgische Navigationscomputer 100 die
Position und Ausrichtung einer ebenen Oberfläche 254 der Ebenen-Sonde 252 bezüglich der
Position und Ausrichtung der Ebenen-Verfolgungsanordnung 150 kennt.
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13 ist
ein Foto eines Anzeigeschirms 260 ähnlich dem Foto des Anzeigeschirms 200.
Das linke Fenster 202 zeigt die relativen Positionen der Zielachse
und Zielebene 210 und der gegenwärtigen Achse und Ebene 208 auf
Basis von Daten der Ebenen-Sonde 252 an.
Wie gezeigt, ergibt die gegenwärtige
Position in der Überprüfung durch
die Ebenen-Sonde 252 eine Varus-Ausrichtung von 0,5° und eine
Hyperextension von 4,0°.
Falls dies das chirurgische Ziel war, dann kann die Maßnahme damit
fortfahren, die Implantate auf eine konventionelle Art und Weise
einzusetzen. Werden weitere Modifikationen benötigt, können sie an diesem Punkt durchgeführt werden.
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14 und 15 zeigen
eine weitere Ausführungsform
einer Fixierungsplatte 300. Die Fixierungsplatte 300 weist
einen Körper 302 mit
einer distalen Oberfläche 304 und
einer proximalen Oberfläche 306 auf.
Es sind eine Reihe von Öffnungen 308 (nicht
alle sind gezeigt) durch den Körper 302 hindurch
vorhanden, um die Verwendung von Stiften 134 zu ermöglichen,
um die Fixierungsplatte 300 an dem distalen Abschnitt 132 des
Femurs 108 oder an dem proximalen Abschnitt der Tibia 112 anzubringen. Eine
Aussparung 310 befindet sich in der Mitte des Körpers 302.
Die Aussparung 310 weist einen beweglich in ihr angebrachten
Gleiter bzw. Schlitten 312 auf. Bei der normalen Positionierung
der Fixierungsplatte 300 auf dem distalen Abschnitt 132 des
Femurs 108 gestattet die Aussparung 310 dem Schlitten 312,
sich in der Lateral-Medial-Richtung zu bewegen. Der Schlitten 312 weist
ebenfalls eine Aussparung 314 auf, die senkrecht zur Achse
der Aussparung 310 verläuft,
um sich in Anterior-Posterior-Richtung zu bewegen. In der Aussparung 314 ist
ein Universal- bzw.
Kugelgelenk 316 montiert, das eine derart durch das Kugelgelenk 316 passierende
Kanüle 318 aufweist,
dass eine Sonde in die Kanüle
eingesetzt werden und durch die Kanüle 318 und die Aussparungen 310 und 314 hindurch
treten kann. Das Kugelgelenk 316 ist auch in der Lage,
in seiner Position innerhalb der Aussparung 314 festgestellt
zu werden, um den Winkel der Kanüle 318 bezüglich der Fixierungsplatte 300 zu
fixieren. Auf eine ähnliche Weise
weist der Schlitten 312 Einstellschrauben 320 auf,
um den Ort des Schlittens 312 innerhalb der Aussparung 310 zu
fixieren. Zusätzlich
gibt es einen Arm 322 mit einem an dem Körper 302 fixierten
Verbindungsstift 324 zum Montieren der Ebenen-Verfolgungsanordnung 146.
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Die
Fixierungsplatte 300 wird bezüglich der Verwendung der Fixierungsplatte 300 mit
dem Femur 108 erörtert.
Die Fixierungsplatte 300 kann auch auf eine ähnliche
Weise mit der Tibia 112 verwendet werden. Die Fixierungsplatte 300 ist
an dem distalen Abschnitt 132 des Femurs 108 mittels
der durch die Öffnungen 308 fixierten
Stifte 134 befestigt. Die proximale Oberfläche 306 ruht üblicherweise
auf dem medialen Condylus 142 und dem lateralen Condylus 144.
Der genaue Ort und die genaue Ausrichtung der Fixierungsplatte 300 sind
nicht wichtig. Wie oben erörtert,
kann es jedoch die Positionierung anderer Ausrüstung bezüglich der Fixierungsplatte 300 erleichtern,
wenn die Fixierungsplatte 300 auf einer gewählten anatomische
Bezugsebene oder Bezugsachse wie der Anterior-Posterior-Achse platziert
wird. Der Femur 108 wird dann vermessen, teilweise indem
der Femur 108 derart manipuliert bzw. bewegt wird, dass
das Zentrum des Hüftgelenks
geortet und die mechanische Achse des Femurs 108 bestimmt werden
kann. Dies wird auf dieselbe Weise wie oben beschrieben und gemäß wohlbekannter
anatomischer Prinzipien durchgeführt.
Wie unten beschrieben ist, kann später eine intramedulläre Schraube eingesetzt
werden.
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Eine
Zeigeanordnung 340 wird dann durch die Kanüle 318 eingesetzt
und derart manipuliert bzw. bewegt, dass eine Zeigerspitze 324 auf
einen femoralen Mittelpunkt 344 weist. Sobald die Zeigerspitze 342 auf
dem femoralen Mittelpunkt 344 angeordnet ist, wird die
Zeigeanordnung manipuliert bzw. bewegt, und die Schlitze 310 und 314 und
das Kugelgelenk 316 erlauben es einer Zeigerachse 346,
sich zu bewegen, um auf den Mittelpunkt der Hüfte zu zeigen. Wenn die Zeigerachse 346 auf
den Mittelpunkt der Hüfte
zeigt und die Zeigerspitze 342 am femoralen Mittelpunkt 344 anliegt,
wie in 16 gezeigt, ist die Zeigerachse 346 mit
einer mechanischen Achse 348 des Femurs 108 ausgerichtet.
An diesem Punkt werden die Einstellschrauben 320 und das
Kugelgelenkt 316 festgestellt, um die Kanüle 318 derart
zu fixieren, dass die Achse der Kanüle 318 mit der mechanischen
Achse des Femurs 108 ausgerichtet ist.
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Bezug
nehmend auf die 17 bis 19 wird
ein Führungsstift 350 durch
die Kanüle 318,
die an Ort und Stelle fixiert und mit der mechanischen Achse 348 des
Femurs 108 ausgerichtet ist, eingesetzt, und der Führungsstift 350 wird
fest an dem Femur 108 angebracht. Eine hohle selbstschneidende Schraube 352 wird über dem
Führungsstift 350 platziert
und ebenfalls fest in ihre Position geschraubt. Der Führungsstift 350 ist
an einem Teil des distalen Abschnitts 132 fixiert, der
während
der Vorbereitung für
die Implantation entfernt wird. Die Schraube 352 hat eine äußere Oberfläche 354,
die den selben Durchmesser wie ein gewöhnlicher intramedullärer Stab
hat. An diesem Punkt kann die chirurgische Maßnahme fortfahren, indem die
Schneidelehre 170 über
der Schraube 352 platziert wird und Maßnahmen durchgeführt werden,
um die Schneidelehre 170 auszurichten, ohne das Einführen in
den Knochen zu erfordern, welches normalerweise das Einsetzten eines
intramedullären
Stabes begleitet.
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Weil
die hohle selbstschneidende Schraube 352 entlang der mechanischen
Achse des Femurs 108 ausgerichtet wurde, ist ein Einstellen
von Varus/Valgus oder Flexion nicht erforderlich, falls die Schnitte
senkrecht zur mechanischen Achse verlaufen sollen. In diesem Fall
kann eine wesentlich einfachere Lehre verwendet werden, welche lediglich
das Einstellen der internen/externen Rotation der Lehre erfordert,
um die Lehre richtig auszurichten.
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Mit
Bezug auf 20 wird, nachdem der Femur 108 und/oder
die Tibia 112 vorbereitet wurden, Implantate aufzunehmen,
ein femorales Versuchsimplantat 360 auf dem vorbereiteten
Femur 108 platziert. Das femorale Versuchsimplantat 360 stimmt
in Form und Funktionalität
mit einem endgültigen
femoralen Implantat überein,
welches auf Basis der Vorbereitung des Femurs 108 und der
Größenerfordernisse
des Knies 114 ausgewählt
wurde. Zusätzlich
wird ein tibiales Versuchsimplantat 362, welches ebenfalls das
endgültige
tibiale Implantat nachbildet, auf der vorbereiteten Tibia 112 platziert.
Das femorale Versuchsimplantat 360 weist eine femorale
Versuchsverfolgungsanordnung 364 auf, die derart auf dem
femoralen Versuchsimplantat 360 angebracht ist, dass die
femorale Versuchsverfolgungsanordnung 364 nicht die Funktionalität und die
Flexibilität
des Knies 114 beeinträchtigt.
Auf eine ähnliche
Weise wird eine tibiale Versuchsverfolgungsanordnung 366 an
dem tibialen Versuchsimplantat 362 angebracht. Die Anzeigeeinrichtung 104 zeigt
einen Bildschirm, welcher die anatomischen Parameter enthält, die
für den
Femur 108 und die Tibia 112 bestimmt wurden. Die
femorale Versuchsverfolgungsanordnung 364 und die tibiale
Versuchsverfolgungsanordnung 366 werden vom chirurgischen
Navigationscomputer 100 erkannt, und die Bezugssysteme
für diese
beiden Verfolgungsanord nungen werden mit der vorherigen primären femoralen
Bezugsebene 196' und
dem ähnlich
bestimmten tibialen Bezugssystem abgeglichen. Das Knie 114 wird
manipuliert bzw. bewegt, um die Funktionalität und Stabilität der vorgeschlagenen
Implantate mittels wohlbekannter Techniken zu testen. Auf Basis
der Ergebnisse der Manipulation bzw. des Bewegens können, falls
erforderlich, Einstellungen auf eine angemessene Weise an der Weichgewebehülle des
Knies 114 durchgeführt
werden. Sobald die Funktionalität
des wiederhergestellten Knies 114 optimiert worden ist,
werden das femorale Versuchsimplantat 360 und das tibiale
Versuchsimplantat 362 durch die finalen Implantate ersetzt,
die an dem Femur und der Tibia mittels konventioneller Verfahren
fixiert werden.
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Es
gibt auch ein alternatives Verfahren, um das femorale Versuchsimplantat 360 und
das tibiale Versuchsimplantat 362 in einem Knie 114 zu
verwenden, welches ohne die Verwendung des chirurgischen Navigationssystems 100 vorbereitet
wurde. In diesem Fall werden das femorale Versuchsimplantat 360 und
das tibiale Versuchsimplantat 362 in einem Knie 114 platziert,
welches auf eine konventionelle Weise vorbereitet wurde. Die femorale
Versuchsverfolgungsanordnung 364 ist an dem femoralen Versuchsimplantat 360 angebracht
und die tibiale Versuchsverfolgungsanordnung 366 ist an
dem tibialen Versuchsimplantat 362 angebracht. Das Knie 114 und
der Femur 108 und die Tibia 112 werden manipuliert
bzw. bewegt, um die erforderlichen anatomischen Merkpunkte zu bestimmen,
und um den Chirurg bei der Bestimmung zu unterstützen, ob irgendwelche Anpassungen
an der Weichgewebehülle
des Knies 114 erforderlich sind. Obwohl die an dem Femur 108 und
der Tibia 112 durchgeführten
Resektionen ohne die Unterstützung
des chirurgischen Navigationssystems 100 durchgeführt wurden,
kann das chirurgische Navigationssystem 110 den Chirurgen darin
unterstützen,
das Knie 114 mit Hilfe der ausgewählten Implantate auszugleichen,
indem es ihn darin unterstützt,
die passenden Loslösungen
des das Knie 114 umgebenden weichen Gewebeumschlags durchzuführen.
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21 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform hat ein Stift 370 ein
proximales Ende (nicht gezeigt), welches einen Haken bzw. Widerhaken
oder eine andere konventionelle Verbindungsanordnung enthält, um den
Stift 370 an dem distalen Abschnitt 132 des Femurs 108 zu
fixieren. Der Stift 370 hat außerdem ein distales Ende 372.
Eine Kupplungsanordnung 374 ist an dem distalen Ende 372 fixiert.
Die Kupplungsanordnung 374 ist der Kupplungsanordnung 150 ähnlich.
Eine der Verfolgungsanordnung 146 ähnliche Verfolgungsanordnung 376 kann
in die Kupplungsanordnung 374 eingesetzt werden. Sobald der
Stift 370 mit der angebrachten Verfolgungsanordnung 376 an
dem Femur 108 fixiert ist, kann das anatomische Profil
des Femurs auf eine ähnliche
wie die oben beschriebenen Weise bestimmt werden. Der Stift 370 wird
in den Femur 108 derart eingesetzt, dass, wenn während einer
späteren
chirurgischen Maßnahme
Schnitte an dem Femur 108 durchgeführt werden, der Teil des distalen
Abschnitts 132, an welchem der Stift 370 angebracht
wurde, entfernt worden sein wird.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das
Verfahren und System unterstützen
die Durchführung
orthopädischer
Operationen, wie der TKA-Operation und der UKA-Operation, mit einer
minimalen Anzahl zusätzlicher
Invasionen in den Knochen.
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Zahlreiche Änderungen
an der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten angesichts obiger
Beschreibung ersichtlich sein. Dementsprechend ist diese Beschreibung
als lediglich illustrativ auszulegen und wird zum Zweck des Befähigens von
Fachleuten, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und um
die beste Weise zu lehren, diese auszuführen, dargelegt. Die ausschließlichen
Rechte an allen Veränderungen,
die innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche liegen, werden vorbehalten.
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Zusammenfassung
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System und Verfahren zur Knochenresektion
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Ein
Verfahren und System zur Durchführung einer
Osteotomie eines Knochens unter Verwendung eines chirurgischen Navigationssystems,
ohne eine Knochen-Verfolgungsanordnung
direkt an irgendeinem Abschnitt des Knochens, der nach der Osteotomie
verbleibt, anzubringen, beinhalten das Fixieren einer Verfolgungsvorrichtung
an einem Abschnitt des Knochens, der während der Osteotomie entfernt wird,
das Bestimmen eines anatomischen Profils des Knochens und das Durchführen von
Schnitten unter Verwendung von Positionierungsanleitung durch das chirurgische
Navigationssystem.