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Die
Erfindung betrifft einen Führungsblock, der
in der Chirurgie, insbesondere der orthopädischen Chirurgie, zum genauen
Lokalisieren eines chirurgischen Instruments verwendet werden kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Chirurgische
Instrumente werden im Laufe eines chirurgischen Eingriffs häufig zum
genauen Lokalisieren eines Instruments verwendet. Bei orthopädischen
Eingriffen, die das Implantieren einer Gelenkprothese beinhalten,
kann dies wichtig sein, um eine korrekte Ausrichtung der Prothese
zu gewährleisten.
So ist bei einem Eingriff zum Implantieren einer Prothese im Allgemeinen
die Resektion des natürlichen
Knochens eines Patienten erforderlich, und für die zuverlässige Leistung
der Prothese ist es erforderlich, dass die Resektion des Knochens
genau ist.
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Das
genaue Lokalisieren eines Instruments kann mithilfe eines Führungsblocks
erreicht werden. Dieser kann ein oder mehrere strukturelle Merkmale aufweisen,
in die das Instrument aufgenommen werden kann. Der Führungsblock
wird an dem Knochen des Patienten befestigt, sodass das Instrument
an den strukturellen Merkmalen, die einen Referenzpunkt zum Lokalisieren
des Instruments bereitstellen können,
angeordnet werden kann. Wenn beispielsweise das Instrument eine
Säge ist,
kann das strukturelle Merkmal eine Oberfläche oder zwei Oberflächen sein,
die einen Schlitz festlegen, in dem die Säge bewegt wird. Wenn das Instrument
ein Bohrgerät
ist, kann das strukturelle Merkmal eine Öffnung aufweisen, in die ein
Bohrer eingesetzt werden kann.
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Damit
der Führungsblock
das genaue Lokalisieren eines Instruments ermöglichen kann, ist es von ausschlaggebender
Bedeutung, dass das bzw. die strukturelle(n) Merkmal(e) des Führungsblocks relativ
zu den anatomischen Merkmalen eines Patienten genau angeordnet ist/sind.
Der gewünschte Ort
des strukturellen Merkmals bzw. der strukturellen Merkmale kann
während
der präoperativen
Planung unter Bezugnahme auf Bilder der Patientenanatomie bestimmt
werden. Er kann auch während
der Operation auf der Basis von freigelegten Knochen bestimmt werden.
Das Fixieren eines Führungsblocks
an dem Knochen eines Patienten wird üblicherweise unter Verwendung
von Knochenschrauben und/oder -stiften erreicht, die in vorgebohrte
Löcher
eingesetzt werden können.
Insbesondere in Abwesenheit einer Stabilisierungsvorrichtung wie
beispielsweise einer Sprunggelenk-Halteklammer kann die Bestimmung der
geeigneten Positionen für
die Knochenschrauben jedoch schwierig sein, und eine ungenaue Positionierung
der Knochenschrauben führt
zu einer ungenauen Positionierung des Führungsblocks und somit auch
der relevanten strukturellen Merkmale.
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US4952213 lehrt eine Knochenresektionsvorrichtung,
die ein Fixierungsbauteil umfasst, das an dem fraglichen Knochen
befestigt ist. Zur Positionierung der Fixierungsplatte wird ein
manuell einstellbarer Mechanismus an einem Stiel befestigt, der
in das Zentrum des Knochens eingetrieben wird, sodass eine gemessene
relative Bewegung zwischen dem Knochen und der Fixierungsplatte
erreicht werden kann. Nach dem zufrieden stellenden Lokalisieren der
Fixierungsplatte wird die Fixierungsplatte an dem Knochen befestigt,
ehe der einstellbare Mechanismus entfernt und die Führung an
der Fixierungsplatte installiert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt einen Führungsblock
bereit, der ein Fixierungsbauteil und ein Führungsbauteil umfasst, das
mittels einer Antriebseinheit relativ zu dem Fixierungsbauteil bewegt
werden kann.
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Demgemäß stellt
die Erfindung in einem Aspekt ein Führungsblocksystem zur Verwendung
in der Chirurgie bereit, um ein chirurgisches Instrument relativ
zu einem anatomischen Merkmal genau zu lokalisieren, mit
- a. einem Fixierungsbauteil (4), welches
konfiguriert ist, direkt an einem Gewebe eines Patienten befestigt
zu sein, und
- b. einem Führungsbauteil
(6) mit wenigstens einem strukturellen Merkmal zur Aufnahme
eines chirurgischen Instruments zum Sicherstellen, dass das chirurgische
Instrument ungefähr
relativ an dem Gewebe des Patienten angeordnet ist, wobei der Führungsblock
wenigstens zwei Antriebe zum Einstellen einer Position des Führungsbauteils
(6) relativ zu dem Fixierungsbauteil (4) aufweist,
wodurch die Position des Führungsbauteils
(6) relativ zu dem Fixierungsbauteil (4) in wenigstens
zwei Freiheitsgraden einstellbar ist, und wenigstens einer Positionsanzeigevorrichtung (30),
welche relativ zu dem Führungsbauteil
(6) fixiert ist,
und wobei das System wenigstens eine
Positionskontrollvorrichtung zum Verfolgen eines Ortes der Positionsanzeigevorrichtung
(30), wodurch die Position des Führungsbauteils (6)
relativ zu einem Referenzpunkt bestimmbar ist, und eine Signalerzeugungsvorrichtung
(36) aufweist, wobei die Signalerzeugungsvorrichtung (36)
mit den Antrieben zum Erzeugen von Positionssignalen verbunden ist,
wodurch die Positionssignale zu den Antrieben übertragbar sind, um das Führungsbauteil (6)
relativ zu dem Fixierungsbauteil zu einer gewünschten Position relativ zu
dem Bezugspunkt zu bewegen.
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Der
erfindungsgemäße Führungsblock
hat den Vorteil, dass er die Lokalisierung des strukturellen Merkmals,
in welches das chirurgische Instrument aufgenommen ist, getrennt
von der Fixierung des Führungsblocks
an dem Gewebe des Patienten ermöglicht.
Das Fixierungsbauteil des Führungsblocks
kann in einem ersten Schritt an dem Gewebe des Patienten befestigt
werden, und jede Ungenauigkeit bei dessen Lokalisierung kann durch
die anschließende
Bewegung des Führungsblocks
relativ zu dem Fixierungsbauteil unter Verwendung des Antriebs ausgeglichen
werden. Dies hat den Vorteil, dass es die Fixierung eines Führungsblocks
an einem Knochen oder anderen Gewebe eines Patienten deutlich vereinfacht.
Es kann auch eine wesentlich verbesserte Genauigkeit bei der Lokalisierung
des strukturellen Merkmals des Führungsblocks
relativ zu den Orientierungspunkten der Anatomie des Patienten bereitstellen.
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Im
erfindungsgemäßen Führungsblock
kann das strukturelle Merkmal eine Oberfläche aufweisen, welche konfiguriert
ist, mittels eines Schneidwerkzeugs wie beispielsweise einer Klinge
aufgenommen zu werden, um eine angemessene Ausrichtung für einen
Schnitt festzulegen. Wenn die Führungsoberfläche eben
ist, wird eine Schneidebene festgelegt. Sie kann jedoch gekrümmt oder
anderweitig uneben sein, sodass das Gewebe des Patienten entlang
einer gekrümmten
Linie durchschnitten wird. Sie kann auch zwei Teile haben, die getrennte
Schneidlinien festlegen, die sich schneiden können, aber nicht müssen. Das
strukturelle Merkmal kann zwei eng beabstandete Führungsoberflächen aufweisen,
die zwischen sich einen Schlitz festlegen, in den eine Klinge eingeführt werden
kann.
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Das
strukturelle Merkmal kann eine Öffnung aufweisen,
welche konfiguriert ist, einen Bohrer aufzunehmen. Das Führungsbauteil
des Blocks kann mit mehr als einer Öffnung für einen Bohrer versehen sein,
beispielsweise mit zwei oder drei Öffnungen. Der erfindungsgemäße Führungsblock
kann auf diese Weise dazu verwendet werden, die Position für ein Implantat
oder ein anderes chirurgisches Instrument, das an einem Knochen
oder anderen Gewebe eines Patienten, beispielsweise mithilfe von
Schrauben, befestigt werden soll, genau zu lokalisieren.
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Das
Fixierungsbauteil des Führungsblocks kann
mithilfe von wenigstens einem Befestigungsmittel, im Allgemeinen
zwei oder drei Befestigungsmitteln, an dem Knochen oder anderen
Gewebe des Patienten befestigt werden. Zu geeigneten Befestigungsmitteln
gehören
beispielsweise Stifte oder Schrauben. Es kann demzufolge bevorzugt
sein, dass das Fixierungsbauteil wenigstens eine Öffnung, vorzugsweise
mehrere Öffnungen,
aufweist, welche sich durch das Fixierungsbauteil erstreckt bzw.
erstrecken und für
eine Anordnung eines oder mehrerer Befestigungsmittel in der/den Öffnung(en)
zur Fixierung des Fixierungsbauteils an dem Gewebe des Patienten
konfiguriert ist/sind.
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Das
Fixierungsbauteil des Führungsblocks weist
vorzugsweise ein hohles Gehäuse
auf, und die Antriebe sind in dem Gehäuse angeordnet. Der Führungsblock
weist vorzugsweise Verbindungsschäfte auf, welche sich von dem
Fixierungsbauteil zu dem Führungsbauteil
erstrecken, wobei die Verbindungsschäfte relativ zu dem Fixierungsbauteil
mittels jeweils einem der Antriebe zum Einstellen des Ortes des
Führungsbauteils
bewegbar sind. Das Fixierungsbauteil weist vorzugsweise Mittel zum
Einstellen der Antriebe auf, wobei die Mittel von außerhalb des
Gehäuses
zugänglich
gebildet sind. Die Antriebe können
beispielsweise durch extern angebrachte Knöpfe eingestellt werden, oder
das Gehäuse
kann Verbindungsschäfte
für die
pneumatische Steuerung oder die Aufnahme eines externen mechanischen Antriebs
aufweisen. Das Gehäuse
kann Öffnungen aufweisen,
welche sich durch dieses erstrecken und welche Befestigungsmittel
(beispielsweise Schrauben oder Stifte) aufnehmen können, mit
denen das Gehäuse
an einem Knochen befestigt werden kann. Ersatzweise kann das Gehäuse eine
Halteklammer aufweisen, mit der es an einem Knochen befestigt werden
kann.
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Der
Antrieb umfasst vorzugsweise wenigstens einen Gewindeschaft an einem
von dem Fixierungsbauteil und dem Führungsbauteil und ein Gewindeloch
in dem anderen von dem Fixierungsbauteil und dem Führungsbauteil.
Der Gewindeschaft kann in dem Gewindeloch aufgenommen werden, wobei die
Position des Führungsbauteils
relativ zu dem Fixierungsbauteil mittels Drehung des Gewindeschafts relativ
zu dem Loch einstellbar ist. Im Allgemeinen ist der Gewindeschaft
vorzugsweise derart an einem von dem Fixierungsbauteil und dem Führungsbauteil befestigt,
dass eine Drehung relativ zu jenem Teil und eine Fi xierung des Gewindelochs
möglich
sind. Der Schaft kann mittels zusammenwirkender Rippen und Nuten
fixiert werden. Der Schaft kann beispielsweise eine Nut aufweisen,
die sich um dessen Umfang herum erstreckt, wobei eine Rippe des
Fixierungsbauteils oder des Führungsbauteils
in die Nut hineinragt. Die Nut kann durch zwei Teile des Schafts
bereitgestellt werden, welche in zusammengebautem Zustand gegenüber liegende
Oberflächen
bereitstellen, zwischen denen die Rippe aufgenommen werden kann.
Ein Teil des Schafts kann eine Schraube sein, die in einem Loch
in dem anderen Teil des Schafts aufgenommen wird.
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Der
Antrieb kann pneumatisch betrieben werden, beispielsweise unter
Verwendung einer Fluidzuleitung und eines Behälters, in dem die Menge des
Fluids oder der Druck des Fluids derart eingestellt werden können, dass
die relativen Positionen des Fixierungsbauteils und des Führungsbauteils veränderbar
sind.
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Der
Antrieb kann einen Knopf aufweisen, welcher manuell einstellbar
ist, um eine relative Drehung zwischen dem Gewindeschaft und dem
Gewindeloch zu ermöglichen.
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Der
Führungsblock
kann einen flexiblen Antriebsschaft aufweisen, welcher mit dem Führungsbauteil
verbunden und konfiguriert ist, von einem entfernten Ort eine Drehbewegung
an das Führungsbauteil
abzugeben, um eine relative Drehung zwischen dem Gewindeschaft und
dem Gewindeloch zu ermöglichen.
Die Drehbewegung kann beispielsweise von einem externen Motor bereitgestellt
werden. Die Drehbewegung könnte
auch manuell bereitgestellt und über
den Antriebsschaft zu dem Führungsblock übertragen
werden.
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Es
ist im Allgemeinen bevorzugt, dass der Führungsblock wenigstens zwei
Antriebe zum Einstellen der Position des Führungsbauteils relativ zu dem
Fixierungsbauteil aufweist, sodass die Position des Führungsbauteils
relativ zu dem Fixierungsbauteil in wenigstens zwei Freiheitsgraden
einstellbar ist. Häufig
ist es besonders bevorzugt, dass der Führungsblock mindestens drei
Antriebe aufweist, sodass die Position des Führungsbauteils relativ zu dem
Fixierungsbauteil in drei oder mehr Freiheitsgraden einstellbar
ist, beispielsweise vier oder fünf
Freiheitsgraden.
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Der
Führungsblock
kann einen elektrischen Motor für
eine relative Drehung zwischen dem Gewindeschaft und dem Gewindeloch
aufweisen. Der Motor kann innerhalb des Führungsblocks, beispielsweise
in dem Fixierungsbauteil, vorgesehen sein. Ersatzweise kann der
Motor außerhalb
des Führungsblocks
vorgesehen sein. Der Antrieb vom Motor zum Führungsblock kann mithilfe einer
geeigneten Antriebsschaftverbindung vorgesehen sein.
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Der
Führungsblock
weist vorzugsweise drei (oder mehr) Positionsanzeigevorrichtungen
auf, sodass der Ort und die Ausrichtung des Führungsbauteils genau bestimmt
werden können.
Positionsanzeigevorrichtungen, die bei chirurgischen Eingriffen verwendbar
sind, sind bekannt. Zu geeigneten Positionsanzeigevorrichtungen
gehören
passive Anzeigen, die reflektierend sind, und Emissionsanzeigen, wie
diejenigen, die eine oder mehrere Leuchtdioden umfassen. Ein Führungsblock
mit einer oder mehreren Positionsanzeigevorrichtungen kann in einem System
verwendet werden, das eine Positionserfassungsvorrichtung aufweist,
welche Signale von der Positionsanzeigevorrichtung erfassen und
den Ort und/oder die Ausrichtung des Führungsbauteils relativ zu einem
Referenzkoordinatensystem bestimmen kann. Das System umfasst vorzugsweise
Positionserfassungsvorrichtungen, welche Signale bereitstellen,
die auch die Bestimmung des Orts und/oder der Ausrichtung des Patienten
ermöglichen.
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Der
erfindungsgemäße Führungsblock
findet insbesondere in der orthopädischen Chirurgie Anwendung,
wo eine genaue Positionierung von Instrumenten, die bei Operationen
verwendet werden, und der Prothesebestandteile von entscheidender
Bedeutung ist. Der erfindungsgemäße Führungsblock kann
beispielsweise zum Lokalisieren einer Säge relativ zu den anatomischen
Merkmalen, insbesondere an einem Knochen, bei einem Resektionsschritt
verwendet werden. Er kann beispielsweise zum Lokalisieren der Ebene
der Tibiaresektion beim Implantieren einer Kniegelenkprothese verwendet
werden. Bei diesem Eingriff weist der Führungsblock eine Oberfläche auf,
an der ein Sägeblatt
positioniert werden kann, insbesondere zwei Oberflächen, um
einen Schlitz zu definieren. Der Führungsblock wird ungefähr an dem
korrekten Ort relativ zu zuvor identifizierten anatomischen Orientierungspunkten
befestigt, beispielsweise mit drei Knochenschrauben, die durch die
Fixierungslöcher
in dem Fixierungsbauteil des Blocks geführt werden. Der Führungsblock
weist drei Antriebe auf, mit denen der Ort des Führungsbauteils relativ zu dem
Fixierungsbauteil eingestellt werden kann. Ein erster Antrieb kann
die anterior-posteriore Neigung des Führungsbauteils einstellen.
Der zweite Antrieb kann die medial-laterale Neigung des Führungsbauteils
einstellen. Der dritte Antrieb kann den Abstand zwischen dem Führungsbauteil
und dem Fixierungsbauteil entlang einer gewünschten Achse, beispielsweise
im Wesentlichen entlang der anatomischen Achse des Patienten, einstellen.
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Der
erfindungsgemäße Führungsblock
ist vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt, wie
es üblicherweise
für chirurgische
Instrumente verwendet wird. Zu Beispielen für geeignete Materialien gehören bestimmte
Edelstahle.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf Figuren einer Zeichnung näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
isometrische Ansicht, die einen erfindungsgemäßen Führungsblock zeigt, der zum Lokalisieren
der Ebene der Tibiaresektion bei einem chirurgischen Eingriff zum
Implantieren einer Kniegelenkprothese verwendet werden kann,
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2 eine
isometrische Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Führungsblocks.
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Unter
Bezugnahme auf die Figuren zeigt 1 einen
Führungsblock 2,
der ein Fixierungsbauteil 4 und ein Führungsbauteil 6 aufweist.
Das Fixierungsbauteil 4 hat drei Löcher 8, welche sich
durch das Fixierungsbauteil erstrecken und für eine Anordnung an der Tibia
des Patienten konfiguriert sind. Der Ort der Befestigung des Fixierungsbauteils
des Führungsblocks
an der Tibia kann unter Bezugnahme auf anatomische Orientierungspunkte,
die während
der präoperativen
Planungsphasen des chirurgischen Eingriffs bestimmt werden, festgelegt
werden.
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In
dem Führungsbauteil 6 des
Führungsblocks
befindet sich ein Schlitz 10. Der Schlitz erstreckt sich
durch das Führungsbauteil,
sodass sich eine Klinge, die in den Schlitz eingeführt wird,
durch den Schlitz erstrecken und zum Schneiden eines Knochens verwendet
werden kann, an dem der Führungsblock
befestigt ist. Der Schlitz ist so bemessen, dass die Klinge wie
in vorhandenen Schneidblöcken eine
gleitende Passung erhält.
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Der
Ort und die Ausrichtung der Resektionsebene werden durch die Position
des Schlitzes 10 relativ zu dem Knochen des Patienten bestimmt.
Dies kann durch eine Bewegung des Führungsbauteils 6 des
Schneidblocks relativ zu dem Fixierungsbauteil 4 eingestellt
werden.
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Auf
dem Fixierungsbauteil befinden sich drei Steuerungsknöpfe. Jeder
davon bildet einen Teil eines Antriebs, der dazu verwendet werden
kann, den Ort und die Ausrichtung des Führungsbauteils relativ zu dem
Fixierungsbauteil einzustellen. Ein erster Knopf 12 wird zur
Einstellung der anterior-posterioren Neigung des Führungsbauteils
verwendet. Ein zweiter Knopf 14 wird zur Einstellung der
medial-lateralen Neigung des Führungsbauteils
verwendet. Ein dritter Knopf 16 wird zur Einstellung des
Abstands zwischen dem Führungsbauteil
und dem Fixierungsbauteil im Wesentlichen entlang der anatomischen Achse
des Patienten verwendet.
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Eine
Fernbedienung der Antriebe kann durch Verwendung flexibler Antriebsschäfte erreicht
werden, die mit dem Führungsbauteil
des Führungsblocks
verbunden sind. Beispielsweise kann ein Antriebsschaft mit einem
hexagonalen Steckerteil in einer hexagonalen Buchse am Fixierungsbauteil
des Führungsblocks
aufgenommen werden. Der Antriebsschaft kann manuell in einer Entfernung
zum Führungsblock
bedient werden. Ersatzweise kann der Antriebsschaft aus der Entfernung über einen Motor
angetrieben werden.
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2 zeigt
einen Führungsblock,
der dem in 1 gezeigten ähnlich ist. Statt Knöpfen 12, 14, 16 zur
Steuerung der Bewegungen des Fixierungsbauteils 4 relativ
zu dem Führungsbauteil 6 weist
der Block jedoch drei Motoren 22, 24, 26 auf.
Der Motor erhält
Signale von einer Signalerzeugungsvorrichtung, die eine Bewegung
des Führungsbauteils
des Führungsblocks
verursachen.
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Das
Führungsbauteil
weist ferner drei Positionsanzeigevorrichtungen 30 auf.
Jede der Positionsanzeigevorrichtungen kann eine Leuchtdiodenanordnung
aufweisen, wie sie aus Navigationssystemen, die bei chirurgischen
Eingriffen verwendet werden, bekannt sind. Andere Positionsanzeigevorrichtungen sind
bekannt.
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Der
in 2 dargestellte Führungsblock wird als Teil eines
computergestützten
chirurgischen Navigationssystems verwendet, das Positionsanzeigevorrichtungen
(nicht dargestellt) aufweist, welche an dem Knochen des Patienten
befestigt werden können,
um die Erzeugung von Informationen über den Ort und die Ausrichtung
des Knochens zu ermöglichen.
Das System weist ferner eine Positionserfassungsvorrichtung 32 auf,
die Signale von den Positionsanzeigevorrichtungen erfassen kann.
Daten, die unter Verwendung der Positionserfassungsvorrichtung über die
Positionsanzeigevorrichtungen erhalten werden, können unter Verwendung eines
Rechners 34 zur Erzeugung von Informationen bezüglich der
Position des Knochens und des Führungsbauteils
verwendet werden. Der Rechner umfasst auch eine Signalerzeugungsvorrichtung 36,
mit der Antriebssignale für
die Motoren 22, 24, 26 erzeugt werden
können.
Wenn festgestellt wurde, dass das Führungsbauteil nicht ordnungsgemäß relativ
zu dem Knochen angeordnet oder ausgerichtet ist, können dessen
Ort und/oder Ausrichtung durch das Bereitstellen von Signalen an
den Motoren 22, 24, 26 mithilfe der Signalerzeugungsvorrichtung
eingestellt werden.