DE202005001127U1 - Device for displaying the position/orientation of a tool for preparing a femur for an implant comprises a data-processing system programmed so that it shows the joint ball in a transversal plane of the femur - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur Anzeige der Position und Orientierung eines Werkzeuges zur Vorbereitung eines Femurs für ein mit einer Gelenkkugel in das Acetabulum der Pelvis oder in eine in die Pelvis eingesetzte Gelenkpfanne eingreifendes Femurimplantat oder eines derartigen in einen Femur einzusetzenden Femurimplantates relativ zum Femur und zum Mittelpunkt der Gelenkkugel mit einem Navigationssystem mit dem Femur, der Pelvis sowie dem Werkzeug oder dem Femurimplantat zugeordneten Markierelementen zur Lagebestimmung dieser Teile und mit einer dem Navigationssystem zugeordneten Datenverarbeitungsanlage, die eine Anzeige aktiviert.The The invention relates to a device for displaying the position and Orientation of a tool for preparing a femur for a with a joint ball in the acetabulum of the pelvis or in one in the Pelvis inserted acetabular intervening femoral implant or of such a femoral implant to be inserted into a femur relative to the femur and to the center of the joint ball with a Navigation system with the femur, the pelvis as well as the tool or The femoral implant associated marking elements for determining this Parts and with a data processing system associated with the navigation system, which activates an ad.
Bei Hüftgelenkoperationen ist es notwendig, ein Femurimplantat in den Femur einzusetzen, nachdem der Kopf des Femurs entfernt worden ist. Das Femurimplantat ist dem natürlichen Knochenverlauf in der Regel angepaßt und weist einen in den Femur einführbaren Schaft, einen schräg davon abgehenden Schenkelhals und daran eine Gelenkkugel auf, die in die Gelenkpfanne der Pelvis eingreift, entweder in die natürliche oder in den meisten Fällen in eine künstliche Gelenkpfanne.at hip replacement surgery it is necessary to insert a femoral implant into the femur after the head of the femur has been removed. The femoral implant is the natural one Bony course usually adapted and has a insertable into the femur Shank, an oblique outgoing femoral neck and a ball on it, the engages in the pelvis of the pelvis, either in the natural or in most cases into an artificial one Acetabulum.
Zum Einsetzen des Femurimplantates in den Femur muß dieser vorbereitet werden, und es ist üblich, dies mit Hilfe raspelähnlicher Werkzeuge zu bewerkstelligen, die den Markraum des Femurs so vorbereiten, daß der Schaft des Femurimplantates paßrichtig in den Femur eingesetzt werden kann, d.h. so, daß das Implantat relativ zum Femur die gewünschte Position und Orientie rung einnimmt, so daß beim Eingreifen der Gelenkkugel des Femurimplantates in das Acetabulum eine korrekte Positionierung des Femurs erfolgt.To the Inserting the femoral implant into the femur, it must be prepared and it's common this with the help of rasp-like To make tools that prepare the medullary canal of the femur, that the Shaft of the femoral implant in the correct position into the femur, i. such that the implant is relative to Femur the desired position and Orientie tion occupies, so that when engaging the joint ball of the femoral implant into the acetabulum for proper positioning of the femur.
Der Operateur muß dabei das raspelähnliche Werkzeug oder beim Einsetzen des Femurimplantates dieses selbst relativ zum Femur korrekt führen bzw. plazieren, und dazu ist es bekannt, dem Operateur auf einem Bildschirm anzuzeigen, welche Winkel das raspelähnliche Werkzeug oder das Femurimplantat relativ zum Femur einnehmen. Damit ist die Operation zwar durchführbar, die Anzeige von numerischen Winkelangaben ist aber nicht ohne weiteres verständlich und muß vom Operateur erst in die notwendigen Manipulationen umgesetzt werden.Of the Operator must be there the rasp-like Tool or when inserting the femoral implant this itself lead correctly relative to the femur or place, and it is known to the surgeon on a Screen to indicate which angle the rasp-like tool or the femur implant occupy relative to the femur. Thus, the operation is indeed feasible, the Display of numerical angle information is not easy understandable and must from Operators first be translated into the necessary manipulations.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Anzeige der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß dem Operateur die Veränderung von Position und Orientierung, also der Lage des den Femur vorbereitenden Werkzeuges oder des Femurimplantates so deutlich dargestellt wird, daß er ohne weitere Überlegung durch Änderung der Lage die gewünschte Position erreichen und an einer Anzeige auch ablesen kann.It Object of the invention is a device for displaying the above described type so that the surgeon the change of Position and orientation, ie the position of the femur preparing Tool or femur implant is shown as clearly that he without further consideration by change the location the desired Reach position and also read on a display.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Navigationssystem, mit diesem zugeordneten Markierelementen für den Femur, für die Pelvis sowie für das Werkzeug oder das Femurimplantat, weiterhin durch eine Datenverarbeitungsanlage und eine von dieser aktivierten Anzeige, wobei vorgesehen ist, daß die Datenverarbeitungsanlage so programmiert ist, daß sie auf der Anzeige in eine Transversalebene des Femurs in Höhe des Mittelpunktes der Gelenkkugel diesen und eine Schnittlinie der femuralen Trans versalebene und einer Instrumentenebene darstellt, die durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel hindurchgeht.These The object is achieved by a device with a navigation system, associated with this Markers for the femur, for the pelvis as well as for the tool or the femur implant, continue through a data processing system and one of these activated display, wherein it is provided that the data processing system programmed so that they on the display in a transverse plane of the femur at the level of the midpoint the joint ball this and a line of intersection of the femoral Trans versalebene and an instrumental level represented by the midpoint the ball goes through.
Der Operateur kann somit auf dem Bildschirm einmal den Mittelpunkt der Gelenkkugel sehen und zum anderen die Schnittlinie, die ihm anzeigt, unter welchem Winkel in der Transversalebene die Instrumentenebene schneidet. Die Instrumentenebene kann dabei eine Ebene eines chirurgischen, raspelähnlichen Instrumentes sein, die Instrumentenebene kann aber auch eine Ebene des Femurimplantates sein.Of the Surgeon can thus on the screen once the center of the See joint ball and on the other hand the cutting line, which indicates to him at what angle in the transverse plane the instrument plane cuts. The instrument level can be a plane of a surgical, rasp-like Instrument, but the instrument level can also be a level of the femoral implant.
Es ist vorteilhaft, wenn die Datenverarbeitungsanlage so programmiert ist, daß sie die Mittelebene des Werkzeuges als Instrumentenebene wählt. Häufig haben die Schäfte und dann auch die entsprechenden raspelartigen Werkzeuge einen ovalen oder länglichen Querschnitt, wobei die lange Achse in Richtung des Schenkelhalses der Femurprothese weist, also in Richtung auf die Gelenkkugel. Wenn diese Längsmittelebene des Schaftes als Instrumentenebene verwendet wird, ist sichergestellt, daß diese Ebene durch die Gelenkkugel geht und damit dem Operateur anzeigt, wie die Richtung vom Schaft zum Gelenkpunkt in der Transversalebene verläuft.It is advantageous if the data processing system so programmed is, that you selects the median plane of the tool as the instrument plane. Often have the shafts and then the corresponding grater-like tools an oval or elongated ones Cross-section, with the long axis in the direction of the femoral neck the femoral prosthesis points, ie in the direction of the joint ball. If those Longitudinal center plane the shaft is used as the instrument level is ensured that these Plane passes through the joint ball and thus indicates to the surgeon like the direction from the shaft to the pivot point in the transverse plane runs.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Datenverarbeitungsanlage so programmiert sein, daß sie als Instrumentenebene die Projektion der Längsachse eines den Schaft eines Femurimplantates oder eines Werkzeuges mit der Gelenkkugel verbindenden Haltearmes auf die Transversalebene in der Instrumentenebene auswählt. Es wird dann also nicht die Mittelebene des Werkzeuges oder Instrumentes als Instrumentenebene verwendet, sondern eine Ebene, die durch diese Projektion hindurchgeht. Auch in diesem Falle ist sichergestellt, daß die Instrumentenebene durch die Gelenkkugel geht.In another embodiment For example, the data processing system may be programmed to function as a Instrument plane the projection of the longitudinal axis of the shaft of a Femoral implant or a tool connecting with the joint ball Hold arm to the transverse plane in the instrument level selects. It does not then become the center plane of the tool or instrument used as an instrument level, but a level through this Projection goes through. Also in this case it is ensured that the Instrument level goes through the ball joint.
Um dem Operateur die Funktion des Gelenkmittelpunktes deutlich zu machen, kann es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, daß die Datenverarbeitungsanlage so programmiert ist, daß sie in der Darstellung der Transversalebene des Femurs und der Schnittlinie ein Bild eines Transversalschnittes der Pelvis in Höhe des Mittelpunktes des die Gelenkkugel aufnehmenden Acetabulums so einkopiert, daß der Mittelpunkt der Gelenkkugel und der Mittelpunkt des Acetabulums zusammenfallen. Die Transversalebene ist dabei eine Ebene, die durch die beiden Mittelpunkte der Acetabulen hindurchgeht und bei aufrecht stehendem Patienten horizontal verläuft. Es kann sich dabei um eine Querschnittsansicht handeln, aber auch um eine Draufsicht auf die Pelvis, bei der die Lage des Mittelpunktes des Acetabulums dadurch sichtbar gemacht wird, daß die Pelvis teilweise durchsichtig dargestellt wird. Wesentlich ist nur, daß dem Operateur durch diese Darstellung symbolisch gezeigt wird, daß der Gelenkmittelpunkt des Femurs im Acetabulum der Pelvis angeordnet ist.In order to make clear to the surgeon the function of the joint center, it may be provided according to a preferred embodiment, that the data processing system is programmed so that in the representation of the transverse plane of the femur and the cutting line an image of a transverse section of the pelvis at the level of the center of the articular ball receiving acetabulum so copied that the center of the joint ball and the center of the acetabulum coincide. The transverse plane is a plane which passes through the two centers of the acetabulum and runs horizontally when the patient is standing upright. This may be a cross-sectional view, but may also be a plan view of the pelvis in which the location of the center of the acetabulum is made visible by partially rendering the pelvis transparent. It is only important that the surgeon is shown symbolically by this representation that the joint center of the femur is located in the acetabulum of the pelvis.
Die Datenverarbeitungsanlage kann weiterhin so programmiert sein, daß sie zum Auffinden der Transversalebene des Femurs aus der Position und Orientierung des Mittelpunktes der Gelenkkugel und des Kniegelenks als Verbindungslinie der beiden Punkte eine mechanische Femurachse bestimmt und die Transversalebene als senkrecht auf dieser mechanischen Femurachse und durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel gehend berechnet.The Data processing system can be further programmed to the Finding the transverse plane of the femur from the position and orientation the center of the joint ball and the knee joint as a connecting line the two points determines a mechanical femoral axis and the transverse plane as perpendicular to this mechanical axis of the femur and through the center of the Joint ball calculated going.
Der Operateur kann in der beschriebenen Darstellung bei der Änderung der Position und Orientierung des Werkzeuges und/oder des Femurimplantates sofort sehen, wie sich die Schnittlinie zwischen Instrumentenebene und Transversalebene des Femurs verschiebt, bei einer Drehung des Schaftes des Bearbeitungswerkzeuges oder des Femurimplantates wird sich der Winkel dieser Schnittlinie in der Darstellung verändern, bei einer seitlichen Verschiebung des Werkzeugschaftes oder des Implantatschaftes ohne Drehung wird sich die Linie parallel zu sich selbst verschieben. Eine korrekte Position und Orientierung des Werkzeugschaftes und des Femurimplantatschaftes erhält man dann, wenn die Schnittlinie durch das Bild des Mittelpunkts der Gelenkkugel hindurchgeht. Da die Instrumentenebene selbst durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel hindurchgeht, zeigt dies dem Operateur an, daß sowohl die Winkelorientierung als auch die seitliche Verschiebung des Werkzeugschaftes oder des Femurimplantatschaftes korrekt gewählt sind.Of the Surgeon can in the described presentation at the change the position and orientation of the tool and / or the femoral implant Immediately see how the cutting line between instrument level and transverse plane of the femur shifts, with a rotation of the Shank of the machining tool or the femur implant is the angle of this section line changes in the representation at a lateral displacement of the tool shank or the implant shaft without Rotation will shift the line parallel to itself. A correct position and orientation of the tool shank and of the femoral implant shaft one then when the section line through the image of the center the ball goes through. Since the instrument level itself by the Center point of the joint ball passes, this shows the surgeon to that both the angular orientation as well as the lateral displacement of the tool shank or the femoral implant shaft are correctly selected.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention used in conjunction with the drawings for further explanation. Show it:
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
wird verwendet, um den Femur
Aufgrund der Vorbereitung der Operation weiß der Operateur, wo relativ zum natürlichen Femur der Gelenkkopf zu plazieren ist, außerdem sind die geometrischen Daten des Femurimplantates bekannt, so daß beim Einsetzen des Femurimplantates in den Femur in jedem Falle feststellbar ist, welche Position das Femurimplantat im Femur zu welcher Position des Gelenkkopfes führt.Due to the preparation of the operation, the surgeon knows where to position the condyle relative to the natural femur, and the geometric data of the femoral implant are known, so that when inserting the femoral implant into the femur, it is always possible to determine the position of the femur implant in the femur to which Position of the condyle leads.
Um
dies überprüfen zu können, werden
am Femur
Die
Lage der Markierelemente
Die
entsprechenden Lagedatensätze
werden von dem Navigationssystem
Mit
Hilfe der beschriebenen Vorrichtung wird zunächst die Lage des Mittelpunktes
der Gelenkkugel relativ zum Femur bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt
vor der Entfernung des natürlichen
Femurkopfes einfach dadurch, daß der
Femur relativ zur Pelvis verschwenkt wird. Bei dieser Verschwenkbewegung bewegt
sich das Markierelement
Außerdem wird
die Lage des Kniegelenks bestimmt, dies kann durch Palpation mit
Hilfe eines mit einem Markerielement
Aus
dieser mechanischen Femurachse
Dem
Werkzeug
Wenn
ein Femurimplantat mit ähnlicher Schaftform
verwendet wird, kann vorgesehen sein, daß der sich an den Schaft
Die
Datenverarbeitungsanlage erhält
vom Navigationssystem jeweils die Lagedaten des Werkzeuges
Wenn
diese Schnittlinie
Zusätzlich wird
auf dem Bildschirm
Normalerweise wird die femurale Transversalebene nicht mit der Schnittebene zusammenfallen, die sich bei einer horizontalen durch die Hüftgelenkmittelpunkte verlaufenden Querschnittsansicht der Pelvis ergibt.Usually if the femoral transverse plane does not coincide with the cutting plane, extending at a horizontal through the hip joint centers Cross-sectional view of the pelvis results.
Es besteht aber die Möglichkeit, aus der Lage der femuralen Transversalebene relativ zu dieser horizontalen Querschnittsebene einen Datensatz zu bestimmen, der beschreibt, wie der Femur und die mit dem Femur verbundenen Teile verschoben und verschwenkt werden müssen, damit die femurale Transversalebene mit dieser horizontalen Querschnittsebene, die als Transversalebene der Pelvis bezeichnet wird, zusammenfällt. Wenn der Femur in einer Stellung steht, bei der diese beiden Ebenen zusammenfallen, spricht man von einer neutralen Position des Femurs.It but it is possible from the position of the femoral transverse plane relative to this horizontal Cross-sectional level to determine a record that describes as the femur and the parts connected to the femur are displaced and have to be pivoted, so that the femoral transverse plane with this horizontal cross-sectional plane, which is referred to as the transverse plane of the pelvis coincides. If the femur is in a position where these two planes coincide, one speaks of a neutral position of the femur.
Unter Verwendung dieses Transformationsdatensatzes wäre es dann auch möglich, statt eines Schnittes in der Transversalebene des Femurs einen Schnitt in der Transversalebene der Pelvis darzustellen, da beide Ebenen in der neutralen Position zusammenfallen. Voraussetzung ist aber, daß die die Position des Femurs und der damit starr verbundenen Teile angebenden Positions- und Orientierungsdaten so umgerechnet werden, daß sich der Femur relativ zur Pelvis in der neutralen Position befindet.Under Using this transformation record would then also be possible instead a section in the transverse plane of the femur a cut to represent in the transverse plane of the pelvis, as both levels collapse in the neutral position. But the prerequisite is that the indicating the position of the femur and the rigidly connected parts Position and orientation data be converted so that the femur is in the neutral position relative to the pelvis.
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Effective date: 20080228 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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Effective date: 20110405 |
|
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