ES2282684T3 - Procedimiento para determinar la posicion del punto articular de una articulacion. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para determinar la posición de un punto articular (90) de una articulación central (30) entre dos cuerpos (34, 38) sustancialmente rígidos, estando localizada la articulación central entre unas articulaciones externas primera y segunda (56, 76) localizadas en los extremos de dichos cuerpos rígidos primero y segundo (34, 38) distales a dicha articulación central, respectivamente, comprendiendo dicho procedimiento los pasos de: identificar la posición de un primer punto (52) sobre dicho primer cuerpo rígido (34) localizado sustancialmente en dicha articulación central; determinar la posición de un primer punto articular (54) de dicho primer cuerpo rígido en dicha primera articulación externa (56); definir un primer eje (58) entre dicho primer punto articular (54) y dicho primer punto (52); identificar las posiciones respectivas de un segundo y tercer punto (60, 62) sobre dicho primer cuerpo rígido en lados opuestos de dicha articulación central; definir un plano (64) sustancialmente perpendicular a dicho primer eje (58) y a unas distancias cartesianas respectivas sustancialmente iguales a dichos segundo y tercer puntos (60, 62), siendo la intersección (70) de dicho plano (64) y dicho primer eje (58) una estimación inicial de dicho punto articular (90) de dicha articulación central (30); determinar la posición de un segundo punto articular (74) de dicho segundo cuerpo rígido (38) en dicha segunda articulación externa (76); definir una región (72) en dicho plano (64) que tiene un tamaño predeterminado, incluyendo dicha región dicha intersección (70) de dicho punto articular (90) de dicha articulación central (30); mover dicho segundo punto articular (74) con relación a dicho primer cuerpo rígido (34) girando dicho segundo cuerpo rígido (38) alrededor de dicha articulación central (30); identificar una multiplicidad de posiciones diferentes de dicho segundo punto articular (74) durante dicha rotación de dicho segundo cuerpo rígido (38); y determinar entre una multiplicidad de puntos del interior de dicha región (72) un punto para el cual la posición sea sustancialmente invariable para cada una de dichas posiciones de dicho segundo punto articular (74), siendo dicho punto dicho punto articular (90) de dicha articulación central (30).
Description
Procedimiento para determinar la posición del
punto articular de una articulación.
La invención se refiere a un procedimiento para
la determinación preoperativa de la posición del punto articular de
una articulación y específicamente de una articulación de
rodilla.
La cirugía ortopédica eficaz, por ejemplo la
sustitución de articulaciones de cadera y de rodilla por
endoprótesis, la corrección de deformidades de rodilla tales como
genu valgo (piernas en X) y genu varo (piernas
arqueadas) por osteotomía exige un conocimiento preciso de la
posición del punto articular de la articulación sobre la cual se va
a operar. El punto articular representa un eje de articulación
imaginario alrededor del cual giran los huesos conectados en la
articulación. Una mayor precisión en el conocimiento del punto
articular de una articulación resulta en unas articulaciones de
reemplazo de mayor duración y una corrección más efectiva de las
deformidades.
Para mejorar la cirugía ortopédica se han
desarrollado sistemas de navegación, tales como el descrito en la
Patente Estadounidense Nº 6.385.475, concedida a Cinquin y otros, y
que se incorpora aquí por referencia. Tales sistemas usan unos
marcadores unidos a los huesos en lados opuestos de la articulación
que conecta los huesos. Los marcadores son observables por un
sistema estereoscópico de cámaras conectado a un sistema de
tratamiento de datos tal como un ordenador que pueda registrar las
posiciones de los marcadores en el espacio y, utilizando un
software, calcular el movimiento cinemático de los huesos, así como
otros parámetros y relaciones matemáticas. Los marcadores sujetos a
los huesos establecen un sistema de coordenadas de referencia con
relación a cada hueso. Unos marcadores observables mediante cámaras
adicionales pueden moverse libremente y pueden ser utilizados para
palpar (tocar) marcas especificas sobre los huesos con el fin de
asegurar la posición de las marcas en el sistema de coordenadas de
referencia de los huesos. Las posiciones de tales marcas son
utilizadas por el software del sistema de tratamiento de datos,
junto con el movimiento relativo de los huesos conectados en la
articulación de interés, para calcular las relaciones geométricas y
cinemáticas necesarias para guiar la cirugía ortopédica. Entre
estos parámetros están incluidos los puntos articulares o ejes de
articulaciones.
Los procedimientos actuales para determinar la
posición de puntos articulares, tales como el centro de la rodilla,
requieren abrir quirúrgicamente la articulación de la rodilla para
dar acceso al centro anatómico de la rodilla (un punto de marca
sobre el fémur) de manera que este punto pueda ser palpado por un
marcador móvil para establecer su posición precisa en el espacio
con relación al sistema de coordenadas de referencia del fémur
definido por el marcador sujeto al fémur. Utilizando la localización
del centro anatómico de la rodilla en conjunción con las posiciones
de otras marcas (tales como los epicóndilos medial y lateral,
también determinados por palpación), así como el movimiento de la
tibia con relación al fémur, el software del sistema de tratamiento
de datos puede calcular una posición relativamente precisa del
centro de la rodilla en los sistemas de coordenadas del fémur y de
la tibia. A continuación la posición del centro de la rodilla es
utilizada para proporcionar una información adicional que dirige la
colocación de la endoprótesis o que guía el corte del hueso en una
osteotomía.
Los procedimientos que incluyen abrir
quirúrgicamente la articulación de la rodilla para determinar la
posición del centro de la rodilla son aceptables cuando la
operación contemplada requiere además el acceso a la articulación
de la rodilla, tal como durante una artroplastia total de rodilla
(sustitución de la rodilla). Sin embargo, en procedimientos menos
invasivos, tales como la mera obtención de información con
propósitos diagnósticos preoperatorios, o una osteotomía para
corregir una deformidad de rodilla, que no requieran que la rodilla
sea abierta quirúrgicamente, no es ventajoso abrir la rodilla
meramente para palpar el centro anatómico para asegurar la
localización del centro de la rodilla. Existe claramente la
necesidad de un procedimiento no invasivo para determinar la
posición del centro de la rodilla, así como de los puntos
articulares de otras articulaciones.
La patente publicada DE 196 32 273 A describe un
procedimiento para determinar la posición de un punto articular de
una articulación central entre dos cuerpos sustancialmente rígidos,
estando localizada la articulación central entre unas
articulaciones externas primera y segunda localizadas en los
extremos de dichos cuerpos rígidos primero y segundo distales a
dicha articulación central, respectivamente, comprendiendo dicho
procedimiento los pasos de:
identificar la posición de un primer punto sobre
dicho primer cuerpo rígido localizado sustancialmente en dicha
articulación central;
determinar la posición de un primer punto
articular de dicho primer cuerpo rígido en dicha primera
articulación externa;
definir un primer eje entre dicho primer punto
articular y dicho primer punto;
determinar la posición de un segundo punto
articular de dicho segundo cuerpo rígido en dicha segunda
articulación externa.
La invención está relacionada con un
procedimiento para determinar la posición de un punto articular de
una articulación central entre dos cuerpos sustancialmente rígidos,
estando situada la articulación central entre unas articulaciones
exteriores primera y segunda situadas en los extremos de los cuerpos
rígidos primero y segundo por el lado distal a la articulación
central. Los pasos del procedimiento incluyen identificar la
posición de un primer punto sobre el primer cuerpo rígido localizado
sustancialmente en la articulación central. A continuación se
determina la posición de un primer punto articular del primer cuerpo
rígido en la primera articulación externa. Se define un primer eje
entre el primer punto articular y el primer punto determinado
previamente. A continuación se identifican las posiciones
respectivas de un segundo y un tercer punto sobre el primer cuerpo
rígido en lados opuestos de la articulación central. Se define un
plano sustancialmente perpendicular al primer eje y a unas
respectivas distancias cartesianas sustancialmente iguales de los
puntos segundo y tercero. La intersección del plano y del primer
eje se utiliza como estimación inicial del punto articular de la
articulación central. A continuación se determina la posición de un
segundo punto articular del segundo cuerpo rígido en la segunda
articulación externa. Se identifica una zona en el plano que tenga
un tamaño determinado, incluyendo la zona la estimación inicial del
punto articular de la articulación central, así como de otros
puntos. A continuación se mueve el segundo punto articular con
relación al primer cuerpo rígido girando el segundo cuerpo rígido
alrededor de la articulación central. Durante la rotación del
segundo cuerpo rígido se identifica una multiplicidad de diferentes
posiciones del segundo punto articular. Entre una multiplicidad de
puntos dentro de la zona se identifica un punto para el cual la
posición sea sustancialmente invariable para cada una de las
posiciones del segundo punto articular, siendo ese punto el punto
articular de la articulación central.
El procedimiento según la invención es
específicamente aplicable para determinar la posición del punto
articular de la articulación de rodilla (el centro de la rodilla)
entre el fémur y la tibia. Las marcas importantes de la
articulación de rodilla para determinar la posición del punto
articular incluyen la rótula (tapa de la rodilla) y los epicóndilos
medial y lateral (las eminencias del fémur por encima del la
articulación de rodilla). El procedimiento para determinar la
posición del punto articular de la rodilla según la invención
comprende identificar la posición de la rótula y determinar la
posición del punto articular del fémur en la articulación de
cadera. Esta información se usa posteriormente para definir un eje
femoral que se extiende entre el punto articular del fémur y la
rótula. A continuación, se identifican las posiciones de los
epicóndilos medial y lateral. Se define un plano que sea
sustancialmente perpendicular al eje femoral y esté situado a unas
respectivas distancias cartesianas sustancialmente iguales de las
posiciones de los epicóndilos medial y lateral. La intersección del
plano y del eje femoral es la estimación inicial del punto articular
de la articulación de rodilla.
A continuación de estos pasos, se define una
zona en el plano que tenga un tamaño predeterminado. La región
incluye la estimación inicial de la posición del punto articular de
la articulación de rodilla y es preferiblemente un círculo centrado
sobre ese punto. A continuación se define la posición de un punto
articular de la tibia en la articulación de cadera y se desplaza
este punto con relación al fémur girando la tibia alrededor de la
articulación de rodilla mientras se registran múltiples posiciones
del punto articular de la tibia durante la rotación. El punto único
dentro de la citada región que contiene el punto articular de la
rodilla se identifica como el punto articular de la rodilla cuya
posición sea sustancialmente invariable para cada una de las
posiciones del punto articular de la tibia.
Preferiblemente, el punto sustancialmente
invariable está definido por un punto dentro de la región que tenga
la menor desviación estándar de distancia entre ese punto y el punto
articular de la tibia para todas las posiciones registradas del
punto articular de la tibia.
Preferiblemente, el paso de determinar la
posición del punto articular del fémur comprende los pasos de
desplazar la rótula girando el fémur alrededor de la articulación
de cadera, identificar una pluralidad de posiciones de la rótula
durante el movimiento de la rótula alrededor de la articulación de
cadera y luego determinar matemáticamente un punto común en la
articulación de cadera que esté sustancialmente a la misma distancia
a todas las posiciones de la rótula. El punto común es el punto
articular del fémur.
Preferiblemente, el paso de determinar la
posición del punto articular de la tibia en el tobillo comprende
los pasos de identificar las respectivas posiciones de los maleolos
(protuberancias) medial y lateral en lados opuestos de la
articulación de tobillo y la posición de un punto anterior del
tobillo localizado en el plano sagital de la tibia. Usando esta
información posicional, se define una primera línea entre los
maleolos medial y lateral y se proyecta una segunda línea desde el
punto anterior para cortar perpendicularmente la primera línea en
un punto de intersección. El punto articular de la tibia se
determina como el punto de intersección de estas dos líneas.
Es un objetivo de la invención proporcionar un
procedimiento para determinar el punto o centro articular de una
articulación.
Es otro objetivo de la invención proporcionar un
procedimiento no invasivo para determinar el punto articular de una
articulación.
Es otro objetivo más de la invención
proporcionar un procedimiento para determinar el punto articular de
una articulación que no requiera abrir quirúrgicamente la
articulación.
Es aun otro objetivo de la invención
proporcionar un procedimiento para determinar el punto articular de
una articulación en base a la cinemática de la articulación y a
unas marcas cuya localización pueda ser identificada por técnicas
de palpación.
Es otro objetivo más de la invención
proporcionar un procedimiento para determinar el punto articular de
una articulación para proporcionar información para realizar una
osteotomía que afecte a la articulación.
Estos y otros objetivos y ventajas se harán
aparentes tras la consideración de los dibujos y la descripción
detallada de las realizaciones preferidas de la invención.
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
aparato utilizado para efectuar el procedimiento de determinación
del punto articular de una articulación según la invención;
la Figura 2 es un esquema que ilustra varias
marcas, huesos y construcciones matemáticas importantes para
determinar el punto articular de la rodilla por el procedimiento
según la invención; y
las Figuras 3-7 son vistas en
alzado de una pierna mostrando la estructura esquelética e
ilustrando varios pasos del procedimiento según la invención.
La Figura 1 ilustra un tipo de dispositivo 10 de
navegación quirúrgica ortopédica utilizado preferiblemente para
ejecutar los pasos del procedimiento para determinar la posición del
punto articular de la rodilla según la invención, entendiéndose que
el procedimiento no está limitado a ningún dispositivo particular o
ninguna articulación particular.
El dispositivo de navegación 10 comprende un
sistema estereoscópico 12 de sensores que tiene unos sensores tales
como las cámaras 14 y 16 separadas la una de la otra de manera que
vean los marcadores 18 y 20 desde posiciones diferentes,
permitiendo así deducir las posiciones de los marcadores en el
espacio mediante técnicas tales como la triangulación en base a la
comparación de tiempos de llegada de las señales procedentes de los
marcadores en las diferentes cámaras. Las cámaras 14 y 16 son
sensibles a la radiación infrarroja de manera que puedan ser
utilizables con luz visible ambiental.
Las cámaras 14 y 16 generan unas señales que
describen las posiciones detectadas de los marcadores 18 y 20,
siendo enviadas las señales a un sistema 22 de tratamiento de datos,
que comprende preferiblemente un microprocesador con un software
residente. El software está escrito para que comprenda las señales
de las cámaras e identifique las posiciones de los marcadores que
luego pueden ser almacenadas y matemáticamente manipuladas según sea
necesario para calcular o deducir información adicional. La
información procedente del software es comunicada a un usuario del
sistema por medio de un monitor 24 de ordenador, y el usuario se
comunica con el software por medio de un teclado 26 y unos pedales
27.
Los marcadores 18 y 20 pueden sujetarse a la
pierna 28 de un paciente a cada lado de la articulación de rodilla
30 cuyo punto articular debe ser determinado. Un marcador, el 18,
está sujeto a la porción superior 32 de la pierna que incluye el
fémur 34, el otro marcador, el 20, está sujeto a la porción inferior
36 de la pierna que incluye la tibia 38. Los marcadores se sujetan
preferiblemente por medio de unos respectivos arneses 40 que
impiden que cada marcador se desplace de su posición sobre la pierna
una vez sujeto. Los arneses 40 permiten sujetar los marcadores sin
el uso de cirugía invasiva, cumpliéndose así uno de los objetivos de
la invención. También pueden sujetarse directamente los marcadores
al fémur y a la tibia usando tornillos para hueso si el hueso está
quirúrgicamente expuesto. Es importante que los marcadores se
sujeten con seguridad a las porciones de la pierna, de manera que
siempre indiquen las posiciones verdaderas de las porciones de la
pierna y no un desplazamiento de la posición del marcador con
respecto a la pierna. Esto asegura que todos los cálculos basados
en las posiciones de los marcadores sean significativos con respecto
a las posiciones reales de la pierna.
Un marcador móvil 42 no está sujeto a ninguna
parte de la pierna sino que es posicionable variablemente en
cualquier punto a lo largo de la pierna. El marcador 42 está unido a
un puntero 44, que tiene una punta 46. La posición de la punta 46
con respecto al marcador 42 es conocida por el software, de manera
que la colocación de la punta 46 en una marca sobre la pierna 28
(conocida como "palpar" la marca) permite al software
identificar con precisión la posición de la marca con respecto a la
posición de los marcadores fijos 18 y 10. Esta información
posicional relativa es útil para calcular los parámetros necesarios
para determinar la posición del punto articular de la rodilla,
según se describe más adelante.
Los marcadores 18, 20 y 42 emiten una radiación
infrarroja visible para las cámaras 14 y 16 que les permite ver y
seguir las posiciones y movimientos relativos de los cuerpos a los
cuales están sujetos los marcadores 18 y 20 o los cuales está
palpando el marcador 42. Los marcadores pueden tener unos emisores
activos que generen su propia radiación infrarroja, o unos emisores
pasivos que reflejen la radiación infrarroja de una fuente de
radiación infrarroja asociada al dispositivo de navegación 10.
En el procedimiento según la invención, las
localizaciones de los marcadores 18 y 20 son identificadas por el
sistema sensor 12 para el software del sistema 22 de tratamiento de
datos. Según se muestra en la Figura 3, las localizaciones de los
marcadores establecen unos marcos de referencia 48 y 50 sobre el
fémur 34 y la tibia 38 respectivamente. Las localizaciones de
marcas sobre la pierna 28 así como el movimiento relativo de las
marcas y el movimiento relativo del fémur y la tibia pueden ser
identificados dentro de los marcos de referencia.
A continuación se describe un procedimiento para
determinar la posición del punto articular de la articulación de
rodilla (también llamado "centro de la rodilla"). El
procedimiento no está limitado a la articulación de rodilla sino
que puede usarse sobre cualquier articulación que conecte dos
cuerpos rígidos.
Con referencia a la Figura 1, el procedimiento
según la invención requiere en primer lugar que se sujete el
marcador 18 a la porción superior 32 de la pierna que incluye el
fémur 34. El marcador 20 se sujeta a la porción inferior 36 de la
pierna que incluye la tibia 38. Una vez sujetos de manera segura,
por medio de unos arneses 40, los marcadores 18 y 20 son
visualizados por unas cámaras 14 y 16 y definidos para el software
del sistema 22 de tratamiento de datos como sujetos al fémur y a la
tibia respectivamente. Para los marcadores emisores activos que se
ilustran, el software controla las emisiones infrarrojas procedentes
de cada marcador mediante unos cables 18a, 20a y 42a de
comunicación asociados a cada marcador. El software puede distinguir
así los marcadores conectándolos uno cada vez. Es preferible
dedicar un marcador, por ejemplo el 18, para que esté siempre
colocado sobre la porción superior 32 de la pierna, otro marcador,
el 20, para que esté siempre colocado sobre la porción inferior 36
de la pierna, y el tercer marcador, el 42, para que sea el marcador
móvil. Esta asignación de marcadores está programada en el
software, y cuando los marcadores sean visibles para las cámaras 14
y 16, el software sabrá cual de los marcadores está en cual porción
de pierna. Los pedales 27 pueden ser utilizados para comunicar
interactivamente una respuesta al software para indicar que los
marcadores están en su lugar. Con los marcadores 18 y 20 en su
posición, según se muestra en la Figura 1, se aprieta el pedal 27
en respuesta a un comando de petición del software, visualizado en
el monitor 24, para indicar que los marcadores están en posición y
preparados. El software activa entonces los marcadores 18 y 20, los
cuales emiten unas señales infrarrojas que son leídas por las
cámaras 14 y 16. Las cámaras identifican las localizaciones de los
marcadores en el espacio y transmiten la información al software, el
cual registra su localización y establece matemáticamente los
marcos 48 y 50 de coordenadas de referencia para el fémur y la tibia
que se muestran en la Figura 3.
A continuación, según se muestra en la Figura 3,
se identifica la posición de la rótula 52 (tapa de la rodilla)
palpando (tocando) la rótula con la punta 46 del puntero 44. Durante
la palpación, el marcador móvil 42 sujeto al puntero 44 es visto
por las cámaras 14 y 16 y la posición de la rótula 52 es comunicada
al software y por lo tanto es conocida con relación a ambos marcos
de referencia 48 y 50 del fémur y de la tibia. El marcador 42 puede
ser identificado interactivamente para el software manteniendo
estacionario el puntero 44 con su punta 46 sobre la rótula 52 y el
marcador 42 visible para las cámaras 14 y 16, y apretando entonces
el pedal 27 en respuesta a un comando de petición que solicite la
introducción de la localización de la rótula, siendo visible el
comando en el monitor 24. Utilizando los cables de comunicación 18a,
20a y 42a, el software activa los marcadores 18, 20 y 42 en
secuencia, sus emisiones infrarrojas son vistas por las cámaras 14 y
16, y el software puede distinguir entre los tres marcadores e
identificar y registrar su localización relativa al recibir la
información de las cámaras.
Conociendo la posición de la rótula 52 en el
marco de referencia 48 del fémur, puede determinarse el punto
articular 54 del fémur moviendo el fémur 34 alrededor de la
articulación de cadera 56 según se ilustra con línea de trazos en
la Figura 4 en respuesta a una petición del monitor 24. Las cámaras
14 y 16 observan el movimiento del marcador 18 y señalan al
software varias posiciones discretas del marcador. El software
calcula las posiciones de la rótula 52 a partir de las posiciones
del marcador 18 observadas por las cámaras durante el movimiento
del fémur. Particularmente, puesto que la rótula 52 está en el
extremo de un cuerpo rígido (el fémur 34) cuyo extremo opuesto está
restringido en su movimiento por una articulación esférica (la
articulación de cadera 56), el software sabe que las posiciones que
puede adoptar la rótula quedan todas en una esfera centrada en el
punto articular de la articulación de cadera. Así pues, a partir de
las posiciones del marcador observadas e identificadas para el
software durante el movimiento del fémur y las relaciones espaciales
conocidas de la rótula 52 palpada, con relación al marcador femoral
18, el software puede calcular el punto articular 54 del fémur en
el marco de referencia 48 del fémur, siendo el punto articular 54 un
punto común en la articulación de cadera que está sustancialmente a
la misma distancia de todas las posiciones de la rótula 52.
Conociendo la posición del punto articular 54
del fémur, puede definirse el eje femoral 58. Según se muestra
esquemáticamente en la Figura 2, el eje femoral 58 es una línea
imaginaria que se extiende entre el punto articular 54 del fémur
(es decir, el centro de la articulación de cadera) y la posición de
la rótula 52, y está definido matemáticamente por el software. El
eje femoral 58 no coincide necesariamente con el fémur 34 y se usa
en conjunción con las posiciones de los epicóndilos medial y lateral
60 y 62, respectivamente, para determinar una estimación inicial
del punto articular de la rodilla según se describe más adelante.
Los epicóndilos son unas eminencias que sobresalen por cada lado
del fémur 34 por encima de la articulación de rodilla 30.
Según se muestra en la Figura 5, las posiciones
de los epicóndilos medial y lateral 60 y 62, respectivamente, se
identifican palpando cada uno con la punta 46 del puntero 44 y
permitiendo que el marcador móvil 42 sea observado por las cámaras
14 y 16. Mientras se palpa cada epicóndilo, su posición respectiva
es comunicada al software, una vez más respondiendo
convenientemente a las peticiones interactivas del monitor 24,
posicionando el usuario apropiadamente el puntero 44 en respuesta a
una orden y apretando el pedal 27. A continuación, según se ilustra
en la Figura 2, el software define matemáticamente un plano 64
perpendicular al eje femoral 58. El plano 64 está localizado a lo
largo del eje femoral allí donde el plano está a unas distancias
cartesianas respectivas 66 y 68 sustancialmente iguales de las
posiciones de los epicóndilos medial y lateral 60 y 62. El punto de
intersección 60 entre el plano 64 y el eje femoral 58 es la
estimación inicial del punto articular de la rodilla. Una vez
establecido el punto estimado inicial 70, se define en el plano 64
una región 72 que incluye el punto estimado. Preferiblemente, la
región 72 es un círculo de 1 cm de diámetro centrado sobre el punto
estimado inicial 70. La región 72 contiene los puntos candidatos al
punto articular de la rodilla, uno de los cuales será seleccionado
matemáticamente, usando preferiblemente procedimientos estadísticos
tal como se describe más adelante.
A continuación, según se muestra en las Figuras
2 y 6, se determina la posición del punto articular 74 de la tibia
en la articulación de tobillo 76 con respecto al marcador fijo 20,
usando preferiblemente las posiciones de los maleolos medial y
lateral 78 y 80. Los maleolos son las protuberancias a cada lado de
la articulación de tobillo. Las posiciones de los maleolos medial y
lateral 78 y 80 respectivamente se identifican palpándolos con la
punta 46 del puntero 44 unida al marcador móvil 42 cuando lo pida el
software. Durante la respectiva palpación, el marcador 42 es
observado por las cámaras 14 y 16 que señalan al software la
información posicional respectiva de los maleolos. La actuación del
pedal 27 puede utilizarse para efectuar la captura de datos como
con las palpaciones anteriores. A continuación se identifica la
posición de un punto anterior 82 de la articulación de tobillo 76
palpando la región anterior del tobillo en el plano sagital de la
tibia 38. Conociendo las posiciones de los maleolos 78 y 80, el
software define matemáticamente una línea imaginaria 84 (véase la
Figura 2) entre los maleolos medial y lateral 78 y 80. Conociendo
la posición del punto anterior 82, el software proyecta
matemáticamente desde el punto anterior 82 otra línea 86 que se
corta sustancialmente perpendicularmente con la línea 84. El punto
74 en el cual se cortan las líneas 84 y 86 se define como el punto
articular de la
tibia.
tibia.
Según se muestra en la Figura 7, a continuación
se gira la tibia 38 alrededor de la articulación de rodilla 30 con
un margen de movimiento especificado. Preferiblemente, la tibia 38
se coloca inicialmente con un ángulo sustancialmente recto respecto
al fémur 34 y luego se gira en flexión (alejándola del fémur), según
se muestra con línea de trazos, sobre un ángulo comprendido entre
unos 10º y unos 90º, pero preferiblemente entre unos 10º y unos
40º. Al mover la tibia se mueve el punto articular 74 de la tibia
sobre una trayectoria 88 con relación a la articulación de rodilla
30, estando restringido el movimiento por la naturaleza de la
articulación de rodilla, que puede ser aproximada a una bisagra con
un movimiento angular comprendido entre unos 10º y unos 40º, y por
el hecho de que el punto articular esté en el extremo de un cuerpo
rígido (la tibia 38) que puede moverse alrededor de la articulación
de bisagra (la rodilla 30). Las cámaras 14 y 16 observan el
movimiento del marcador 20 sobre la tibia 38 con relación al
marcador 18 sobre el fémur 34 y señalan al software las posiciones
de una multiplicidad de puntos del marcador 20. El software conoce
la posición del punto articular 74 de la tibia en el marco de
referencia 50 de la tibia (es decir, con relación al marcador 20)
para todos los movimientos de la tibia. Usando esta información, el
software puede calcular el correspondiente movimiento del punto
articular 74 con relación a los puntos del interior de la región 72
(fijados en el marco de referencia 48 del fémur según se muestra en
la Figura 2) a través de la trayectoria 88 definida por las
restricciones de un cuerpo rígido (la tibia 38) que gira alrededor
de una articulación de bisagra (la articulación de rodilla 30) con
relación a otro cuerpo rígido (el fémur 34). El software utiliza
entonces la información posicional del punto articular 74 de la
tibia, durante su movimiento a través de la trayectoria 88, para
elegir un punto entre los puntos de la región 72 (véase la Figura
2) que represente la mejor estimación de la posición del punto
articular 90 de la rodilla en base a un conjunto de criterios
particulares.
Preferiblemente, el punto de la región 72 que
tiene una posición que es sustancialmente invariable para una
multiplicidad de posiciones del punto articular de la tibia, a lo
largo de su trayectoria 88 y alrededor de la articulación de
rodilla 30, se selecciona como el centro de la rodilla o punto
articular 90 de la rodilla. Por ejemplo, el punto de la región 72
que tenga la menor desviación estándar de distancia hasta el punto
articular 74 de la tibia, para una multiplicidad de posiciones del
punto articular 74 de la tibia a lo largo de la trayectoria 88,
puede ser seleccionado como el punto articular de la rodilla o
centro 90 de la rodilla. La precisión con la cual se determina la
posición del punto articular 90 de la rodilla será proporcional
tanto al número de posiciones del punto articular 74 de la tibia
que se midan a lo largo de la trayectoria 88 como al número de
puntos de la región 72 con los cuales se comparen cada uno de estos
puntos. Generalmente, cuantos más puntos se usen mayor será la
precisión de la respuesta. Los límites físicos naturales de la
capacidad de las cámaras para medir con precisión pequeñas
diferencias de posición, así como la acumulación de errores
numéricos en los algoritmos matemáticos usados por el software,
limitarán naturalmente la precisión de la respuesta.
El procedimiento para determinar el punto
articular de una articulación según la invención proporciona un
procedimiento rápido para adquirir información preoperatoria precisa
respecto a la posición de un centro de articulación que no requiera
cirugía y, por lo tanto evita que el cirujano provoque un
trauma
innecesario a un paciente.
innecesario a un paciente.
Claims (18)
1. Un procedimiento para determinar la posición
de un punto articular (90) de una articulación central (30) entre
dos cuerpos (34, 38) sustancialmente rígidos, estando localizada la
articulación central entre unas articulaciones externas primera y
segunda (56, 76) localizadas en los extremos de dichos cuerpos
rígidos primero y segundo (34, 38) distales a dicha articulación
central, respectivamente, comprendiendo dicho procedimiento los
pasos de:
identificar la posición de un primer punto (52)
sobre dicho primer cuerpo rígido (34) localizado sustancialmente en
dicha articulación central;
determinar la posición de un primer punto
articular (54) de dicho primer cuerpo rígido en dicha primera
articulación externa (56);
definir un primer eje (58) entre dicho primer
punto articular (54) y dicho primer punto (52);
identificar las posiciones respectivas de un
segundo y tercer punto (60, 62) sobre dicho primer cuerpo rígido en
lados opuestos de dicha articulación central;
definir un plano (64) sustancialmente
perpendicular a dicho primer eje (58) y a unas distancias
cartesianas respectivas sustancialmente iguales a dichos segundo y
tercer puntos (60, 62), siendo la intersección (70) de dicho plano
(64) y dicho primer eje (58) una estimación inicial de dicho punto
articular (90) de dicha articulación central (30);
determinar la posición de un segundo punto
articular (74) de dicho segundo cuerpo rígido (38) en dicha segunda
articulación externa (76);
definir una región (72) en dicho plano (64) que
tiene un tamaño predeterminado, incluyendo dicha región dicha
intersección (70) de dicho punto articular (90) de dicha
articulación central (30);
mover dicho segundo punto articular (74) con
relación a dicho primer cuerpo rígido (34) girando dicho segundo
cuerpo rígido (38) alrededor de dicha articulación central (30);
identificar una multiplicidad de posiciones
diferentes de dicho segundo punto articular (74) durante dicha
rotación de dicho segundo cuerpo rígido (38); y
determinar entre una multiplicidad de puntos del
interior de dicha región (72) un punto para el cual la posición sea
sustancialmente invariable para cada una de dichas posiciones de
dicho segundo punto articular (74), siendo dicho punto dicho punto
articular (90) de dicha articulación central (30).
2. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el cual dicho paso de determinar la posición de un primer punto
articular (54) comprende los pasos de:
mover dicho primer punto (52) girando dicho
primer cuerpo rígido (34) alrededor de dicha primera articulación
externa (56);
identificar una pluralidad de posiciones de
dicho primer punto (52) durante el movimiento de dicho primer punto
alrededor de dicha primera articulación externa; y
determinar matemáticamente un punto común en
dicha primera articulación externa (56) que esté sustancialmente a
la misma distancia de todas dichas posiciones de dicho primer punto,
siendo dicho punto común dicho primer punto articular (54).
3. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el cual dicho paso de determinar la posición de dicho segundo
punto articular (74) comprende los pasos de:
identificar las posiciones respectivas de un
cuarto y quinto punto (78, 80) en lados opuestos de dicha segunda
articulación externa (76);
definir una primera línea (84) entre dichos
puntos cuarto y quinto;
identificar la posición de un sexto punto
situado en un plano sustancialmente perpendicular a dicha primera
línea (84) y aproximadamente equidistante a dichos puntos cuarto y
quinto; y
proyectar una segunda línea (86) desde dicho
sexto punto para cortar dicha primera línea (84) en un punto de
intersección, siendo dicha segunda línea sustancialmente
perpendicular a dicha primera línea, siendo dicho punto de
intersección dicho segundo punto articular (74).
4. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el cual dicho punto articular (90) sustancialmente invariable
está definido por un punto dentro de dicha región (72) que tenga la
menor desviación estándar de distancia entre dicho punto y dicho
segundo punto articular (74) para todas dichas posiciones de dicho
segundo punto articular.
5. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el cual dicho paso de mover dicho segundo punto articular (74)
comprende inicialmente orientar dicho segundo cuerpo rígido (38) con
un ángulo sustancialmente recto respecto a dicho primer cuerpo
rígido (34) y girar dicho segundo cuerpo rígido alrededor de dicha
articulación central (30) un ángulo comprendido entre unos 10º y
unos 90º con respecto a dicho primer cuerpo rígido.
6. Un procedimiento según la reivindicación 5,
en el cual se gira dicho segundo cuerpo rígido (38) un ángulo
comprendido entre unos 10º y unos 40º.
7. Un procedimiento según la reivindicación 1,
en el cual dicha región (72) comprende un círculo centrado en dicha
estimación inicial de dicho punto articular (90) de dicha
articulación central.
8. Un procedimiento para determinar la posición
de un punto articular (90) de una articulación de rodilla (30)
entre el fémur (34) y la tibia (38), comprendiendo la articulación
de rodilla una rótula y unos epicóndilos medial y lateral (60, 62),
y estando situada entre una articulación de cadera (56) y una
articulación de tobillo (76) situadas en los respectivos extremos
de dicho fémur y dicha tibia distales a dicha articulación de
rodilla, comprendiendo dicho procedimiento los pasos de:
identificar la posición de dicha rótula
(52);
determinar la posición de un punto articular
(54) de dicho fémur y dicha articulación de cadera (56);
definir un eje femoral (58) que se extienda
entre dicho punto articular del fémur y dicha rótula;
identificar las posiciones de dichos epicóndilos
medial y lateral;
definir un plano (64) sustancialmente
perpendicular a dicho eje femoral y a una distancia cartesiana
respectiva y sustancialmente igual hasta dichas posiciones de
dichos epicóndilos medial y lateral (60, 62), siendo la
intersección de dicho plano y dicho eje femoral una estimación
inicial de dicho punto articular de dicha articulación de
rodilla;
definir una región (72) en dicho plano que tenga
un tamaño predeterminado, incluyendo dicha región dicha estimación
inicial (70) de dicho punto articular de dicha articulación de
rodilla;
determinar la posición de un punto articular
(74) de dicha tibia en dicha articulación de tobillo (76);
mover dicho punto articular (74) de la tibia con
relación a dicho fémur girando dicha tibia alrededor de dicha
articulación de rodilla;
identificar una multiplicidad de posiciones
diferentes de dicho punto articular (74) de la tibia durante dicha
rotación de dicha tibia; y
determinar un punto entre una multiplicidad de
puntos dentro de dicha región para el cual la posición sea
sustancialmente invariable para cada una de dichas posiciones de
dicho punto articular de la tibia, siendo dicho punto dicho punto
articular (90) de dicha articulación de rodilla (30).
9. Un procedimiento según la reivindicación 8,
en el cual dicho paso de determinar la posición de dicho punto
articular (54) del fémur comprende los pasos de:
mover dicha rótula (52) girando dicho fémur
alrededor de dicha articulación (56) de cadera;
identificar una pluralidad de posiciones de
dicha rótula durante el movimiento de dicha rótula alrededor de
dicha articulación de cadera; y
determinar matemáticamente un punto común en
dicha articulación de cadera que esté sustancialmente a la misma
distancia de todas dichas posiciones de dicha rótula, siendo dicho
punto común dicho punto articular (54) del fémur.
10. Un procedimiento según la reivindicación 8,
en el cual dicho paso de determinar la posición de dicho punto
articular (74) de la tibia comprende los pasos de:
identificar las posiciones respectivas de los
maleolos medial y lateral (60, 62) en lados opuestos de dicha
articulación de tobillo (76);
identificar la posición de un punto anterior de
dicho tobillo situado en un plano sagital de dicha tibia;
definir una primera línea (84) entre dichos
maleolos medial y lateral; y
proyectar una segunda línea (86) desde dicho
punto anterior para cortar dicha primera línea (84) en un punto de
intersección, siendo dicha segunda línea sustancialmente
perpendicular a dicha primera línea, siendo dicho punto de
intersección dicho punto articular (74) de la tibia.
11. Un procedimiento según la reivindicación 8,
en el cual dicho punto (90) sustancialmente invariable está
definido por un punto dentro de dicha región (72) que tenga la menor
desviación estándar de distancia entre dicho punto y dicho punto
articular (74) de la tibia para todas dichas posiciones de dicho
punto articular de la tibia.
12. Un procedimiento según la reivindicación 8,
en el cual dicho paso de mover dicho punto articular (74) de la
tibia comprende inicialmente orientar dicha tibia (38) con un ángulo
sustancialmente recto respecto a dicho fémur (34) y girar dicha
tibia alrededor de dicha articulación de rodilla (30) un ángulo
comprendido entre unos 10º y unos 90º con respecto a dicho primer
fémur.
13. Un procedimiento según la reivindicación 12,
en el cual se gira dicha tibia (38) un ángulo comprendido entre
unos 10º y unos 40º.
14. Un procedimiento según la reivindicación 8,
en el cual dicha región (72) comprende un círculo de diámetro
predeterminado que tiene como centro dicha estimación inicial (70)
de dicho punto articular (90).
15. Un procedimiento para determinar la posición
de un punto articular (90) de una articulación de rodilla (30)
entre el fémur (34) y la tibia (38) de una pierna, comprendiendo la
articulación de rodilla una rótula (52) y unos epicóndilos medial y
lateral (60, 62), y estando situada entre una articulación de cadera
(56) y una articulación de tobillo (76) situadas en los respectivos
extremos de dicho fémur y dicha tibia distales a dicha articulación
de rodilla, comprendiendo dicho procedimiento los pasos de:
fijar un primer marcador (18) sobre una porción
de dicha pierna que comprende dicho fémur (34);
fijar un segundo marcador (20) a una porción de
dicha pierna que comprende dicha tibia (38);
identificar las posiciones de dichos primer y
segundo marcadores (18, 20) en el espacio usando un dispositivo de
medición (14, 16);
palpar dicha rótula (52) usando un tercer
marcador (42):
identificar la posición de dicha rótula usando
dicho dispositivo de medición para medir la posición de dicho
tercer marcador en el espacio durante dicho paso de palpación de la
rótula;
determinar la posición de un primer punto
articular (54) usando un sistema (22) de tratamiento de datos
adaptado para recibir señales correspondientes a los datos
posicionales de los marcadores y procedentes del dispositivo de
medición;
definir matemáticamente un eje femoral (58) que
se extiende entre dicho punto articular (54) del fémur y dicha
rótula (52) usando dicho sistema de tratamiento de datos;
palpar dichos epicóndilos medial y lateral (60,
62) usando dicho tercer marcador (42);
identificar las posiciones de dichos epicóndilos
usando dicho dispositivo de medición para medir la posición de
dicho tercer marcador en el espacio durante dicho paso de palpación
de los epicóndilos;
definir matemáticamente, usando dicho sistema de
tratamiento de datos, un plano (64) sustancialmente perpendicular a
dicho eje femoral (58) y a unas respectivas distancias cartesianas
sustancialmente iguales hasta las posiciones de dichos epicóndilos
medial y lateral, siendo la intersección (70) de dicho plano y dicho
eje femoral una estimación inicial de dicho punto articular de
dicha articulación de rodilla (30);
definir en dicho plano una región (72) que tenga
un tamaño predeterminado, incluyendo dicha región dicha estimación
inicial (70) de dicho punto articular de dicha articulación de
rodilla;
determinar la posición de un punto articular
(74) de dicha tibia en dicha articulación de tobillo (76);
mover dicho punto articular (74) de la tibia con
relación a dicho fémur (34) girando dicha tibia (38) alrededor de
dicha articulación de rodilla (30);
identificar una multiplicidad de diferentes
posiciones de dicho punto articular (74) de la tibia usando dicho
dispositivo de medición (14, 16) para medir las posiciones de dichos
primer y segundo marcadores (18 20) durante el movimiento de dicho
punto articular (74) de la tibia; y
determinar matemáticamente, usando dicho sistema
(22) de tratamiento de datos, un punto entre una multiplicidad de
puntos dentro de dicha región (72) para el cual la posición sea
sustancialmente invariable para cada una de dichas posiciones de
dicho punto articular (74) de la tibia, siendo dicho punto dicho
punto articular (90) de dicha articulación de rodilla.
16. Un procedimiento según la reivindicación 15,
en el cual dicho paso de determinar la posición de dicho punto
articular (54) del fémur comprende los pasos de:
mover dicha rótula (52) girando dicho fémur
alrededor de dicha articulación de cadera (56);
identificar una pluralidad de posiciones de
dicha rótula durante el movimiento de dicha rótula alrededor de
dicha articulación de cadera; y
determinar matemáticamente un punto común en
dicha articulación de cadera que esté sustancialmente a la misma
distancia de todas dichas posiciones de dicha rótula, siendo dicho
punto común dicho punto articular (54) del fémur.
17. Un procedimiento según la reivindicación 15,
en el cual la determinación de la posición de un punto articular de
dicha tibia y dicha articulación de tobillo comprende los pasos
de:
palpar los maleolos medial y lateral (78, 80) de
dicha articulación de tobillo (76) con dicho tercer marcador
(42);
identificar las posiciones respectivas de dichos
maleolos usando dicho dispositivo de medición (14, 16) para medir
la posición de dicho tercer marcador en el espacio durante dicha
palpación de dichos maleolos;
palpar un punto anterior (82) de dicho tobillo
en el plano sagital de dicha tibia con dicho tercer mar-
cador;
cador;
identificar la posición de dicho punto anterior
(82) usando dicho dispositivo de medición para medir la posición de
dicho tercer marcador en el espacio durante dicha palpación de dicho
punto anterior;
definir matemáticamente, usando dicho sistema de
tratamiento de datos, una primera línea (84) entre dichos maleolos
medial y lateral; y
proyectar matemáticamente, usando dicho sistema
de tratamiento de datos, una segunda línea (86) desde dicho punto
anterior para cortar dicha primera línea en un punto de
intersección, siendo dicha segunda línea sustancialmente
perpendicular a dicha primera línea, siendo dicho punto de
intersección dicho punto articular (74) de la tibia.
18. Un procedimiento según la reivindicación 15,
en el cual dicho punto (90) sustancialmente invariable está
definido por un punto dentro de dicha región (72) que tenga la menor
desviación estándar de distancia entre dicho punto y dicho punto
articular (74) de la tibia para todas dichas posiciones de dicho
punto articular (74) de la tibia.
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