ES2224059T3 - Sistema de ayuda de control de navegacion. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la preparación y realización de un fresado de un acetábulo en el hueso coxal natural con un ángulo de entrada de pelvis y un ángulo de antecurvatura definidos, libremente seleccionables, en el marco de la implantación endoprotésica en un paciente en la zona de la cadera, que presenta - un soporte (1) para el paciente, mediante el que un paciente puede sujetarse en una posición espacial definida, - una ayuda de calibración (2) que está unida directamente con el soporte (1) para el paciente y que está constituida por un dispositivo de sujeción (3) giratorio alrededor de la vertical y de la horizontal, pudiendo inmovilizarse el dispositivo de sujeción (3) en la posición deseada, - una herramienta de fresado (4) para fresar el acetábulo, que va equipado en el campo visual del operador con una unidad electrónica de recepción y de visualización (5) que detecta la posición espacial actual del eje longitudinal de la herramienta de fresado (4) respecto a una señal de marcación en formade un campo de radiación visualizándola ópticamente, - un aparato de marcación (6) que emite la señal de marcación en dirección hacia la unidad de recepción y de visualización (5), que le permite a ésta determinar y visualizar la posición espacial de la herramienta de fresado (4) respecto al aparato de marcación (6), presentando el dispositivo de sujeción (3) de la ayuda de calibración (2) un alojamiento (7) para la herramienta de fresado (4), en el que ésta se puede colocar después del ajuste individual de los ángulos de antecurvatura y de entrada de la pelvis deseados, mediante el giro del dispositivo de sujeción (3), de tal forma que la herramienta de fresado (4) adopte con su eje longitudinal la orientación espacial deseada para el uso in situ, después de lo cual esta orientación espacial se almacena como posición de referencia accionando un interruptor de ajuste (15) en la unidad de recepción y de visualización (5) mediante el almacenamiento de los valores correspondientes de la señalde marcación, recibidos por el aparato de marcación (6), y pudiendo volver a conducirse la herramienta de fresado (4) después de su extracción del alojamiento (7), después de ajustar dicho valor de referencia, a la orientación espacial preajustada en el acetábulo, bajo visualización óptica.
Description
Sistema de ayuda de control de navegación.
La presente invención se refiere a un sistema
para la preparación y realización de un fresado de un acetábulo en
el hueso coxal natural en el marco de una implantación
endoprotésica en un paciente en la zona de la cadera usando un
cótilo articular artificial.
El fresado preparatorio del acetábulo es
relevante con vistas al asiento posterior del cótilo pelviano en el
acetábulo fresado. Generalmente, se intenta realizar el fresado de
tal forma que, a ser posible, se evite una luxación de la
articulación coxofemoral, siendo la tendencia a la luxación mayor en
el caso de piernas fuertemente flexionadas. Para evitar la luxación
influye en gran medida el llamado ángulo de entrada de la pelvis y
el ángulo de antecurvatura. El ángulo de entrada de la pelvis varía
entre 30º y 45º, el ángulo de antecurvatura se sitúa en el
intervalo de aprox. 8º a 15º. Con un ángulo de entrada de la pelvis
de 45º, el cótilo articular artificial presenta la cubrición máxima
de la rótula articular artificial, de modo que una luxación de la
articulación es poco probable. Finalmente, la elección de los
ángulos adecuados le incumbe al operador que por su experiencia
tiende más a ángulos menores o a ángulos mayores.
Generalmente, el ángulo de antecurvatura y el
ángulo de entrada de la pelvis son independientes del paciente. No
obstante, existe la necesidad de que el operador difiera de los
valores normales independientes del paciente, para variar el ángulo
de entrada de la pelvis o el ángulo de antecurvatura o ambos. Un
gran problema en este sentido consiste en realizar en la práctica
una combinación de ángulos percibida como óptima al planificar la
operación, es decir, en fresar el acetábulo con una herramienta de
fresado con los ángulos elegidos. Este problema existe también por
la falta de visibilidad y la falta de espacio en la zona de
operación.
Ante estos antecedentes, la invención tiene el
objetivo de proporcionar un sistema mencionado al principio, que
permita una fresado muy exacto y con ángulos precisos de un
acetábulo con un ángulo de entrada de pelvis y un ángulo de
antecurvatura libremente seleccionables.
Este objetivo se consigue mediante un sistema
mencionado al principio, con las características adicionales de la
reivindicación 1. Otras variantes ventajosas resultan de las
reivindicaciones subordinadas.
Básicamente, el sistema según la invención se
compone de cuatro componentes, a saber, un soporte para el paciente,
una ayuda de calibración, una herramienta de fresado y un aparato de
marcación.
El soporte del paciente sirve para soportar a un
paciente en una posición espacial definida durante la operación. Es
imprescindible que el paciente se encuentre en una posición
normalizada respecto a la vertical y la horizontal, para permitir
un ajuste exacto del ángulo de la herramienta de fresado y, por
tanto, un fresado del acetábulo con un ángulo preciso.
Como segundo componente está prevista una llamada
ayuda de calibración con la que está unido directamente dicho
soporte del paciente y que se compone de un dispositivo de sujeción
giratorio alrededor de la vertical y de la horizontal. El
dispositivo de sujeción se puede inmovilizar en la posición
deseada. Con la ayuda de calibración se pueden preajustar
exactamente el ángulo de entrada de la pelvis y el ángulo de
antecurvatura respecto a la vertical o la horizontal, porque el
paciente yace sobre el soporte del paciente en una posición
normalizada.
Como tercer componente está prevista una
herramienta de fresado para fresar el acetábulo. En el campo visual
del operador, ésta está equipada con una unidad electrónica de
recepción y de visualización que registra la posición espacial
actual del eje longitudinal de la herramienta de fresado respecto a
una señal de marcación en forma de un campo de radiación,
visualizándola ópticamente.
Finalmente, está previsto un aparato de marcación
que emite la señal de marcación en dirección hacia la unidad de
recepción y de visualización que le permite detectar y visualizar la
posición espacial de la herramienta de fresado respecto al aparato
de marcación.
El dispositivo de sujeción mencionado de la ayuda
de calibración presenta un alojamiento para la herramienta de
fresado, en el que, tras el ajuste individual de los ángulos
deseados de antecurvatura y de entrada de la pelvis, ésta se puede
introducir haciendo girar el dispositivo de sujeción. De este modo,
la herramienta de fresado adopta con su eje longitudinal la
orientación espacial deseada con los ángulos deseados para el uso
in situ. Esta orientación espacial es salvada ahora como
posición de referencia accionando un interruptor de ajuste en la
unidad de recepción y de visualización almacenando los valores de
la señal de marcación recibidos del aparato de marcación. Después
de ajustar dicho valor de referencia, tras retirarla del alojamiento
del dispositivo de sujeción, la herramienta de fresado se puede
volver a llevar a la orientación espacial preajustada en el
acetábulo, bajo visualización óptica.
Dicho con otras palabras, el operador ajusta el
ángulo de antecurvatura deseado y el ángulo de entrada de la pelvis
deseado, individualmente según cada paciente, en el dispositivo de
sujeción, y los inmoviliza.
A este respecto, preferentemente, la herramienta
de fresado se encuentra en el alojamiento, de forma que durante
estos trabajos de ajuste, el operador obtenga ya una idea de la
orientación espacial de la herramienta de fresado durante el
fresado posterior del acetábulo. A continuación, el operador acciona
el interruptor de ajuste mencionado en la unidad de recepción y de
visualización que almacena esta orientación espacial como posición
de referencia. Entonces, el operador retira la herramienta de
fresado del alojamiento del dispositivo de sujeción y lo acerca al
acetábulo descubierto. A este respecto, el aparato de marcación
estacionario sigue emitiendo la señal de marcación en dirección
hacia la zona de operación, que es recibida y evaluada por la
unidad receptora para detectar si la orientación espacial actual
difiere de la orientación espacial almacenada como posición de
referencia o si coincide con ella. Si coincide la orientación
espacial, la herramienta de fresado adopta, por tanto, exactamente
la orientación espacial que tenía cuando aún se encontraba en el
alojamiento del dispositivo de sujeción y se accionaba el
interruptor de ajuste. En este caso, el operador podrá acercar la
herramienta de fresado al acetábulo y fresar el acetábulo con la
orientación exacta, observando constantemente la visualización.
Si la orientación espacial de la herramienta de
fresado difiere de la deseada, las visualizaciones situadas
permanentemente en el campo visual del operador señalizan la
dirección en la que ha de hacerse girar la herramienta de fresado
para volver a adoptar la posición de referencia.
Por tanto, el operador puede respetar al fresar
con una gran precisión los ángulos ajustados individualmente para el
paciente, favoreciendo el bienestar posterior del paciente y la
estabilidad del cótilo pelviano artificial en el hueso coxal.
Según una forma de realización preferible, el
soporte del paciente comprende como primer componente del sistema
una mesa de operaciones sobre la que se tumba el paciente, al menos
una barra guía guiada de forma exactamente perpendicular en la mesa
de operaciones, en la que está dispuesta la ayuda de calibración
pudiendo detenerse en la posición deseada, así como almohadillas
para la pelvis que sirven para encerrar y mantener en posición la
pelvis del paciente durante la operación.
Es de importancia decisiva la orientación
exactamente perpendicular de la barra guía en la mesa de
operaciones, para que el dispositivo de sujeción guiado en ella
pueda adoptar entonces exactamente el ángulo de antecurvatura
deseado en el ángulo de entrada de la pelvis respecto a la
horizontal o la vertical. Las almohadillas para la pelvis se ocupan
de que la pelvis del paciente se mantenga en posición durante la
operación.
Según una forma de realización preferible, la
ayuda de calibración comprende un primer brazo de sujeción
giratorio alrededor del eje vertical de la al menos una barra guía,
y un segundo brazo de sujeción que está unido de forma articulada,
con uno de sus extremos, con el primer brazo de sujeción, siendo
giratorio independientemente de éste, y cuyo otro extremo está
realizado como alojamiento para la herramienta de fresado.
Con el primer brazo de sujeción giratorio
alrededor del eje vertical se puede ajustar el ángulo de
antecurvatura, mientras que el ángulo de entrada de la pelvis se
puede ajustar con el segundo brazo.
De manera especialmente preferible, la ayuda de
calibración presenta dos escalas que indican las desviaciones del
alojamiento del dispositivo de calibración de la vertical y de la
horizontal, es decir, el ángulo de antecurvatura y el ángulo de
entrada de la pelvis. De esta manera, el operador es capaz de
preajustar dichos ángulos para colocar la herramienta de fresado
después en el alojamiento de la ayuda de calibración y realizar dado
el caso correcciones aún más finas y accionar, a continuación, el
interruptor de ajuste en el dispositivo de recepción y determinar
de esta manera como posición de referencia la posición espacial
adoptada por la herramienta de fresado. Alternativamente, el
operador puede ajustar los dos ángulos con la ayuda de las escalas,
inmovilizar el dispositivo de sujeción y colocar la herramienta de
fresado a su vez en el alojamiento y almacenar la posición de
referencia sin más correcciones.
Según una forma de realización especialmente
preferible, la unidad electrónica de recepción y de visualización de
la herramienta de fresado indica las desviaciones actuales de su
orientación espacial de la posición de referencia almacenada, así
como, mediante una señal óptica, la dirección de los movimientos de
corrección que han de realizarse para llegar a la posición de
referencia deseada.
También en este sentido es de importancia
decisiva que la visualización se encuentre siempre dentro del campo
visual del operador. Se suprime la observación de una señal
correspondiente, por ejemplo en un monitor separado y, por tanto,
la mirada hacia un lugar distinto al lugar de operación. Por
consiguiente, aumentan la seguridad y la precisión de la
operación.
Resulta especialmente preferible la forma de
realización, según la cual la señal de marcación emitida por el
aparato de marcación es un campo de radiación infrarroja y la unidad
de recepción y de visualización presenta al menos dos sensores
infrarrojos, con cuya ayuda se determina la posición espacial
respecto al campo de radiación. Si la orientación espacial de la
herramienta de fresado y, por tanto, de la unidad de recepción y de
visualización difiere de la posición de referencia, el campo de
radiación en el primer sensor se sombrea correspondientemente,
mientras que el segundo sensor infrarrojo es irradiado de forma más
fuerte. Entonces, a partir de esta diferencia la electrónica de la
unidad receptora determina la desviación de la posición de
referencia, indicándola por ejemplo con una serie de LED, pudiendo
visualizarse también la dirección en la que ha de moverse la
herramienta de fresado para acercarse a la posición de referencia.
La visualización puede estar constituida, por ejemplo, por una cruz
de LED, iluminándose el electrodo luminoso en el punto de cruce de
las dos barras cuando la herramienta de fresado adopte la posición
de referencia. Las desviaciones de ello se señalizan mediante otros
electrodos luminosos, iluminándose siempre los diodos luminosos
situados más al exterior cuando la desviación es más fuerte, y
iluminándose los electrodos luminosos cerca del diodo luminoso
central cuando casi se ha alcanzado la posición de referencia.
A continuación, la invención se describe
detalladamente con la ayuda de un ejemplo de realización.
Muestran:
la figura 1 la vista esquemática sobre el
sistema, observada desde el pie de una mesa de operaciones,
la figura 2 la vista con un paciente tumbado en
la mesa de operaciones, y
la figura 3 la vista desde arriba sobre la unidad
de recepción y de visualización.
A continuación, las mismas piezas están provistas
de las mismas referencias.
La figura 1 ofrece una primera vista general. Se
puede ver el soporte 1 del paciente que en el presente caso
comprende una mesa de operaciones 8, una barra guía 9 guiada de
forma exactamente perpendicular en la misma, así como almohadillas
10 para la pelvis. En la figura 1, el paciente está caracterizado
por un modelo 16 de una pelvis. Ésta está encerrada por las
almohadillas 10 para la pelvis, para poner la pelvis 16 en una
posición exacta en la mesa de operaciones 8 y mantenerla durante la
operación.
La mesa de operaciones 8 y la barra guía 9
montada en la misma de forma exactamente perpendicular forman un
sistema de coordenadas cartesianas.
Con la barra guía 9 va unida una ayuda de
calibración 2 que se compone de un dispositivo de sujeción 3
giratorio alrededor de la vertical y de la horizontal. Se puede
inmovilizar en cualquier posición deseada.
Además, forma parte del sistema una herramienta
de fresado 4 de la que están representadas el cabezal portafresa 17
situada en el lado de la cabeza, así como el soporte 18. El cabezal
portafresa 17 sirve finalmente para fresar el acetábulo en la
pelvis 16. No está representada la unidad de accionamiento para la
herramienta de fresado 4 que se puede acoplar a su extremo proximal.
En el campo visual del operador, la herramienta de fresado 4
presenta una unidad electrónica de recepción y de visualización 5.
Dicha unidad de recepción y de visualización 5 es capaz de
registrar la posición espacial actual de la herramienta de fresado
4 respecto a una señal de marcación y visualizarla ópticamente.
La señal de marcación que es preferentemente un
campo de radiación infrarroja es generada por un aparato de
marcación 6. El aparato de marcación 6 se coloca de forma
estacionaria en la sala de operación de tal forma que la zona de
operación se irradie en cualquier caso de forma fiable. La unidad
receptora 5 dispone de varios sensores que reciben los rayos
infrarrojos del aparato de marcación 6 y que por el sombreado con
una determinada orientación espacial de la herramienta de fresado
determinan las desviaciones de la posición de referencia. La
posición de referencia se determina y se establece de la manera que
se describe a continuación:
El operador hace girar el brazo de sujeción 11 de
la ayuda de calibración 2 alrededor del eje vertical de la barra
guía 9 hasta que se haya alcanzado el ángulo de antecurvatura
deseado. Puede servir de ayuda la escala 13. Girando el segundo
brazo de sujeción 12 que va unido de forma articulada al primer
brazo de sujeción 11, al extremo del mismo, se puede ajustar el
ángulo de entrada de la pelvis, preferentemente tomando como ayuda
una escala 13'. Ahora, el operador coloca la herramienta de fresado
4 en el alojamiento 7 realizado en el segundo brazo de sujeción 12
de la ayuda de calibración 2. Después de insertar la herramienta de
fresado 4 en el alojamiento 7, el eje longitudinal de la
herramienta de fresado 4 tiene exactamente la orientación que debe
tener cuando la herramienta de fresado 4 se acerca al acetábulo y
cuando el cabezal portafresa 17 fresa el acetábulo. Después de
depositar la herramienta portafresa 4 en el alojamiento 7, el
operador acciona un interruptor de ajuste 15, después de lo cual el
aparato receptor 5 evalúa con su electrónica los rayos infrarrojos
que entonces inciden en sus sensores, generando señales a partir de
los mismos que almacena como señales de referencia. Dichas señales
de referencia corresponden a la posición de referencia de la
herramienta de fresado 4 en el espacio que la herramienta de fresado
4 debe adoptar al fresar el acetábulo.
Ahora, el operador extrae la herramienta de
fresado 4 del alojamiento 7 y la conduce hasta la zona de la pelvis
del paciente. Una visualización óptica guía al operador de tal
forma que en su campo visual pueda ver exactamente las desviaciones
actuales de la orientación del eje longitudinal de la herramienta
de fresado 4 de la posición de referencia. El aparato de recepción y
de visualización 5 genera una visualización óptica que le guía al
operador hacia la posición correcta, es decir hacia la posición de
referencia.
Es decir que con el sistema se produce un
traspaso de una orientación espacial definida de la herramienta de
fresado 4 hacia la zona de operación.
La figura 2 muestra a un paciente tumbado en la
mesa de operaciones 8. La figura 2 sirve para redondear la imagen.
Se puede ver claramente la herramienta de fresado 4 con la unidad
electrónica de recepción y de visualización 5 montada en la
misma.
La figura 3 muestra detalles de la unidad
electrónica de recepción y de visualización 5. El interruptor de
ajuste 15 ya se ha mencionado. Se acciona cuando la herramienta de
fresado 4 ha adoptado la orientación espacial deseada, ajustable
individualmente para cada paciente, en la ayuda de calibración 2,
después de lo cual las posiciones angulares de los sensores se
evalúan en la unidad receptora 5 en cuanto a la señal de marcación
del aparato de marcación 6, almacenándose las señales
correspondientes.
Si ahora el operador saca la herramienta de
fresado 4, calibrada en cuanto a su orientación espacial, del
alojamiento 7, los sensores detectan posibles desviaciones de las
señales almacenadas, excitando en el presente caso
correspondientemente otros diodos luminosos 16. En el presente caso
está previsto un campo en forma de cruz de diodos luminosos 16 como
visualización, siendo el diodo luminoso en el punto de cruce aquél
que es excitado cuando la herramienta de fresado 4 se encuentra en
la posición de referencia. En el caso de desviaciones del ángulo de
antecurvatura se iluminan los diodos luminosos en la barra
horizontal del campo. En el caso de desviaciones en el ángulo de
entrada de la pelvis se iluminan los diodos luminosos en la barra
vertical. En caso de la superposición de desviaciones, se excita
respectivamente un diodo luminoso en la barra horizontal y uno en
la barra vertical. Esto le ofrece al operador la posibilidad de
poner la herramienta de fresado 4 rápidamente en la posición de
referencia ajustada individualmente para el paciente y realizar el
fresado del acetábulo.
Claims (6)
1. Sistema para la preparación y realización de
un fresado de un acetábulo en el hueso coxal natural con un ángulo
de entrada de pelvis y un ángulo de antecurvatura definidos,
libremente seleccionables, en el marco de la implantación
endoprotésica en un paciente en la zona de la cadera, que
presenta
- -
- un soporte (1) para el paciente, mediante el que un paciente puede sujetarse en una posición espacial definida,
- -
- una ayuda de calibración (2) que está unida directamente con el soporte (1) para el paciente y que está constituida por un dispositivo de sujeción (3) giratorio alrededor de la vertical y de la horizontal, pudiendo inmovilizarse el dispositivo de sujeción (3) en la posición deseada,
- -
- una herramienta de fresado (4) para fresar el acetábulo, que va equipado en el campo visual del operador con una unidad electrónica de recepción y de visualización (5) que detecta la posición espacial actual del eje longitudinal de la herramienta de fresado (4) respecto a una señal de marcación en forma de un campo de radiación visualizándola ópticamente,
- -
- un aparato de marcación (6) que emite la señal de marcación en dirección hacia la unidad de recepción y de visualización (5), que le permite a ésta determinar y visualizar la posición espacial de la herramienta de fresado (4) respecto al aparato de marcación (6),
presentando el dispositivo de
sujeción (3) de la ayuda de calibración (2) un alojamiento (7) para
la herramienta de fresado (4), en el que ésta se puede colocar
después del ajuste individual de los ángulos de antecurvatura y de
entrada de la pelvis deseados, mediante el giro del dispositivo de
sujeción (3), de tal forma que la herramienta de fresado (4) adopte
con su eje longitudinal la orientación espacial deseada para el uso
in situ, después de lo cual esta orientación espacial se
almacena como posición de referencia accionando un interruptor de
ajuste (15) en la unidad de recepción y de visualización (5)
mediante el almacenamiento de los valores correspondientes de la
señal de marcación, recibidos por el aparato de marcación (6), y
pudiendo volver a conducirse la herramienta de fresado (4) después
de su extracción del alojamiento (7), después de ajustar dicho valor
de referencia, a la orientación espacial preajustada en el
acetábulo, bajo visualización
óptica.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el soporte (1) para el paciente comprende:
- -
- una mesa de operaciones (8) sobre la que se tumba el paciente,
- -
- al menos una barra guía (9) guiada de forma exactamente perpendicular en la mesa de operaciones, en la cual está dispuesta la ayuda de calibración (2) pudiendo inmovilizarse en la posición deseada,
- -
- almohadillas (10) para la pelvis que sirven para encerrar y mantener en posición la pelvis del paciente durante la operación.
3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, en el
que la ayuda de calibración (2) comprende:
- -
- un primer brazo de sujeción (11) que se puede hacer girar alrededor del eje vertical de la al menos una barra guía (9), y
- -
- un segundo brazo de sujeción (12) que está unido de forma articulada, con uno de sus extremos, con el primer brazo de sujeción (1), siendo giratorio independientemente de éste, y cuyo otro extremo está realizado como alojamiento (7) para la herramienta de fresado (4).
4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
3, en el que la ayuda de calibración (2) presenta dos escalas (13,
13') que indican las desviaciones del alojamiento de la ayuda de
calibración (2) de la vertical y de la horizontal.
5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
4, en el que la unidad electrónica de recepción y de visualización
(5) de la herramienta de fresado (4) indica las desviaciones
actuales de su orientación espacial de la posición de referencia
almacenada, visualizando mediante una señal óptica la dirección de
los movimientos de corrección que han de realizarse para alcanzar la
posición de referencia deseada.
6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a
5, en el que la señal de marcación emitida por el aparato de
marcación (6) es un campo infrarrojo y la unidad de recepción y de
visualización (5) presenta al menos dos sensores infrarrojos, con
cuya ayuda se determina la posición espacial respecto al campo de
radiación.
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