ES2343110T3 - Procedimiento quirurgico de localizacion sin imagen para sustitucion de la cadera. - Google Patents

Abstract

Un método de determinar la posición pélvica de un paciente quirúrgico e introducir dicha posición en un ordenador mediante un sistema de seguimiento, adecuado para uso al navegar en cirugía de sustitución total o parcial de la cadera, incluyendo los pasos de: alinear (200) el paciente en relación a un bastidor de colocación del paciente (120) con características anatómicas pélvicas del paciente dispuestas en relación mecánica fija con características de colocación correspondientes en dicho bastidor de colocación; adquirir (202) con un sistema de seguimiento las posiciones de una pluralidad de puntos índice (171-173), en dicho bastidor de colocación, donde cada uno de dichos puntos índice está dispuesto respectivamente en un desplazamiento previamente conocido con relación a una característica de dichas características de colocación; y definir (206) un plano pélvico mediante cálculo de las posiciones adquiridas de dichos puntos índice, incluyendo dicho cálculo: compensar el desplazamiento previamente conocido de cada punto índice con relación a su característica de colocación correspondiente, hallando por ello las posiciones de dichas características de colocación a partir de las posiciones adquiridas de dichos puntos índice; y definir un plano a partir de las posiciones calculadas de las características de colocación.

Description

Procedimiento quirúrgico de localización sin imagen para sustitución de la cadera.

Antecedentes de las invenciones Campo de la invención

Esta invención se refiere en general a cirugía asistida por ordenador y más específicamente a operaciones asistidas por ordenador de sustitución total de la cadera (THR) o artroplastia de cadera.

Descripción de la técnica relacionada

Las operaciones de sustitución total de la cadera o artroplastia son cada vez más frecuentes en los Estados Unidos, realizándose anualmente más de 300.000 operaciones. Muchos procedimientos requerirán eventualmente revisión, debido a algunos de varios problemas. Pueden surgir problemas con el implante, que se puede desgastar, degradar o incluso fracturar. En otros casos, puede tener lugar dislocación de la cadera sustituida, produciendo dolor extremo (por no mencionar los inconvenientes y el gasto). La frecuencia de la dislocación permanece en aproximadamente 2-6 por ciento, a pesar de las mejoras de la técnica y los materiales.

Es conocido que la incidencia de la dislocación post-quirúrgica está relacionada con la orientación de los componentes de sustitución de la cadera, en particular con la orientación angular del componente de envoltura acetabular en relación a la anatomía ósea. Véase Lewinnek y colaboradores, "Dislocation after total hipreplacement Arthroplasties", Journal of Bone and Joint Surgery, Vol. 60A, N° 2, pág. 217-220 (1978). También se considera que la geometría de la cabeza y cuello del implante es un factor.

A pesar de la investigación publicada, el cirujano típico no ha adoptado ningún método sofisticado de navegar en cirugía de sustitución de la cadera, a pesar de la disponibilidad de varias técnicas. El método más predominante se basa en una herramienta de impactor con un mango colocado en un ángulo predeterminado de modo que si el mango a mantiene a un nivel, orientación horizontal, la envoltura acetabular esté en un ángulo deseado. Este método no tiene en cuenta el considerable movimiento y variación en la posición pélvica del paciente durante la cirugía; peor aún, alinea la envoltura con la mesa de quirófano (no necesariamente la pelvis). Se han desarrollado métodos más tecnológicos, incluyendo el método sofisticado descrito en la Patente de Estados Unidos número 6.205.411 (y solicitudes relacionadas) de DiGioia y colaboradores (2001). El método de DiGioia es un avance sobre los métodos anteriores (que resume perentoriamente en su sección "Antecedentes").

El método de DiGioia comienza con amplia formación de imágenes preoperativas, incluyendo exploración CT relativamente cara. Las imágenes preoperativas se introducen posteriormente en un modelo de ordenador digital, que realiza amplio modelado tridimensional incluyendo simulaciones del rango de movimiento de la anatomía del paciente en relación a un modelo informático específico de un implante concreto. A continuación, en una fase intraoperativa, los modelos preoperativos son registrados con datos de seguimiento óptico intraoperativo: se muestrea un número muy grande de puntos en la pelvis y el fémur, y el ordenador encaja los datos en el modelo preoperativo. Finalmente, el implante se coloca para alinearlo lo más estrechamente posible con el modelo informático optimizado.

El método de DiGioia y colaboradores es complejo y requiere sofisticadas técnicas digitales y radiológicas. Todavía se necesita un método más simple de navegación quirúrgica que facilite la geometría apropiada de la cadera con un mínimo de imágenes preoperativas y gasto. Se observa frecuentemente que los médicos son reacios a adoptar cualesquiera métodos, y en particular cualesquiera métodos computerizados, que sean excesivamente complejos, caros o lentos. Por ello se pueden olvidar, a la luz de las crecientes limitaciones económicas que lastran la práctica médica moderna.

El documento CA-A-2334495 describe un método de determinar la posición pélvica de un paciente quirúrgico e introducir dicha posición en un ordenador mediante un sistema de seguimiento usando una sonda rastreada para digitalizar puntos de referencia en el paciente.

Así, persiste la necesidad de un sistema intraoperativo de navegación en cadera asistido por ordenador que se aprenda fácilmente, ejecute rápidamente, sea económicamente práctico, e independiente de las caras o exóticas imágenes radiológicas preoperativas.

Además, se necesitan métodos específicos que faciliten el seguimiento del plano pélvico del paciente y el fémur del paciente, en conexión con un sistema de navegación en cadera asistido por ordenador.

Resumen de la invención

En vista de los problemas anteriores, la presente invención incluye un método de determinar la posición pélvica de un paciente quirúrgico e introducir dicha posición en un ordenador mediante un sistema de seguimiento, adecuado para uso al navegar en cirugía de sustitución parcial o total de la cadera según la reivindicación 1. Según el método, primero se alinea el paciente con puntos de referencia anatómicos en relación a las características de colocación correspondientes en un posicionador de paciente. Las posiciones de las características índice en el posicionador de paciente se adquieren entonces mediante un sistema de seguimiento. En base a las posiciones de las características índice y su relación conocida con las características de localización se calculan las posiciones de las características de referencia anatómicas y se define un plano pélvico.

Estas y otras características y ventajas de la invención serán evidentes a los expertos en la técnica de conocer la descripción detallada de realizaciones preferidas, tomada conjuntamente con los dibujos acompañantes, en los que:

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques a nivel de sistema del entorno en el que opera la invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva despiezada un marcador femoral rastreable que une al fémur mediante un dispositivo de fijación.

La figura 3 es una vista en perspectiva del marcador femoral rastreable de la figura 2, fijado en una posición típica en un fémur humano.

La figura 4 es una vista frontal de la porción de fijación ósea del marcador femoral rastreable, con el blanco rastreable quitado y el acoplamiento soltable separado.

La figura 5 es una vista superior de un primer elemento en cola de milano del acoplamiento soltable, útil para unir extraíblemente la fijación ósea al blanco rastreable.

La figura 6 es una vista lateral del primer elemento en cola de milano representado en la figura 5.

La figura 7 es una vista superior de un segundo elemento del acoplamiento soltable, capaz de acoplamiento con el primer elemento representado en las figuras 5 y 6.

La figura 8 es una vista frontal del segundo elemento representado en la figura 7.

La figura 9 es una vista lateral (de extremo) del segundo elemento representado en las figuras 7 y 8.

La figura 10 es una vista isométrica de un posicionador de paciente calibrado, útil para localizar un plano pélvico del paciente según la invención.

La figura 11 es una vista superior del posicionador de paciente calibrado de la figura 10.

Y la figura 12 es un diagrama de flujo de un método para determinar una posición pélvica del paciente e introducir dicha posición en un ordenador mediante un rastreador óptico.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 representa un diagrama de bloques a nivel de sistema de un sistema o aparato 20 que proporciona el entorno en el que opera la presente invención. El sistema o aparato 20 es generalmente un sistema asistido por ordenador para navegar en cirugía ortopédica. Un médico u otro profesional 22 realiza una cirugía de cadera (por ejemplo, sustitución total de la cadera) en un paciente 24. Un localizador óptico o equivalente o sistema de localización 26 está dispuesto cerca del paciente, de modo que el campo operativo esté abarcado sustancialmente dentro del campo de visión 28 del localizador 26. Se puede obtener en el mercado un localizador óptico adecuado, por ejemplo, el "Polaris" que se puede obtener de Northern Digital Inc., en Waterloo, Ontario, Canadá. Se usan rastreadores ópticos o marcadores 30 durante la operación, como se describe más plenamente en la solicitud relacionada de Estados Unidos, número de serie 10/075.796 publicada ahora como US-A-2003153829. Los marcadores 30 permiten que el localizador 26 adquiera las posiciones y orientaciones de herramientas y puntos de referencia anatómicos, como se describe más adelante.

El localizador óptico 26 está interconectado y envía datos de seguimiento a un ordenador digital 32, que interpreta los datos de seguimiento óptico recibidos. Usando relaciones geométricas conocidas, el ordenador está programado para deducir del campo óptico de visión las posiciones y orientaciones reales de los marcadores, y, por extensión, las posiciones y orientación de los instrumentos y/o las características anatómicas que están en relación conocida a los marcadores. Por ejemplo, se puede obtener marcadores ópticos adecuados utilizando múltiples esferas reflectoras de Traxtal Technologies de Toronto, Ontario, Canadá. Los marcadores con dispositivos fotoemisores activos tales como LEDs también están disponibles y se podrían utilizar de forma equivalente. Obsérvese que los marcadores típicos incluyen tres o más componentes no colineales; esto permite al localizador y ordenador determinar no solamente las posiciones, sino la orientación (rotación) de dicho marcador en el espacio. Esta capacidad es explotada en los métodos descritos más adelante.

Preferiblemente, el ordenador 32 también está programado con una interface (software) fácil de usar que facilita la ejecución de los métodos de la invención (descritos más adelante en conexión con la figura 2). El médico u otro personal puede ver instrucciones de salida (por ejemplo en un monitor vídeo) y entrada al ordenador 32 mediante dispositivos de E/S 34, que podrían incluir adecuadamente un monitor, teclado, impresora, pedales, y otros dispositivos de entrada/salida tales como un "ratón" convencional o dispositivos punteros similares.

Preferiblemente, el sistema también incluye un dispositivo de almacenamiento de registro 36 tal como una unidad CD-R, y/o simplemente una impresora que imprime un resumen de la operación y los datos del paciente para futura referencia o archivo médico.

Los métodos para navegación quirúrgica asistida por ordenador durante cirugías de sustitución de cadera se describen en otras solicitudes de patente. Véase, por ejemplo, la Solicitud de Estados Unidos número de serie 10/075.796.

A continuación se describe un aparato y método para seguimiento del fémur y pelvis del paciente, adecuado para uso en conexión con cualquier sistema de navegación de cadera asistido por ordenador compatible. Los métodos y aparatos descritos y reivindicados son útiles en el contexto de las solicitudes relacionadas (por ejemplo, número de serie 10/075.796), pero no están limitados en su aplicabilidad a los métodos exactos de dichas solicitudes. El aparato y métodos de la presente invención son útiles en cualquier contexto en que sea deseable rastrear exacta y convenientemente las posiciones y/u orientación del fémur o pelvis de un paciente.

El aparato se puede fijar al fémur en una posición firme y completamente enganchada que no permita el resbalamiento o la rotación, pero sin el uso de tornillos de hueso, pasadores o cualesquiera otros dispositivos que dañen el hueso. Específicamente, se puede montar un marcador rastreable en el fémur por un dispositivo que no penetre la envoltura cortical exterior (dura) del hueso. Se puede usar de forma agresiva con superficies con textura, que podrían incluir picos o tablillas que no penetren completamente en la envoltura cortical exterior. Específicamente, es importante que el dispositivo no penetre en el canal femoral superior. Los inventores han determinado que los tornillos de hueso o pasadores no son adecuados para unir un marcador al fémur superior durante cirugía de sustitución de la cadera. Tales tornillos o pasadores de penetración interferirían con la preparación del canal femoral y la introducción de un vástago de cadera de prueba o permanente. Además, la penetración en el hueso reducirá la integridad estructural del hueso. La integridad estructural del trocánter más grande, por ejemplo, no se deberá poner en peligro; esta estructura se somete a alto esfuerzo debido a la biomecánica de la articulación de la
cadera.

Según un primer ejemplo, un marcador de seguimiento femoral incluye un dispositivo de fijación para fijar un blanco rastreable a un fémur humano. Se representa una realización en la figura 2. El marcador de seguimiento (generalmente en 50) incluye: una fijación ósea extraíble 52; y un acoplamiento soltable 54, integrado o fijado a la fijación ósea 50 y dispuesto para acoplamiento con un acoplamiento compatible 56 en un blanco rastreable 58. Preferiblemente, el blanco rastreable está conectado al acoplamiento 56 por un vástago alargado 59, que no tiene que ser recto como se representa. El acoplamiento de 54 y 56 permite la conexión soltable entre el blanco 58 y la fijación ósea 50 de tal forma que se establezca y se vuelva a establecer una relación espacial predeterminada y entre la fijación ósea y el blanco rastreable 58 siempre que el acoplamiento esté en posición acoplada, a pesar de cualesquiera ciclos de conexión/desconexión del acoplamiento. Por extensión, a condición de que la fijación ósea permanezca fija con relación al hueso fijado, se puede restablecer una relación espacial inicialmente establecida entre el hueso fijado y el blanco rastreable, a pesar de cualquier número de ciclos de conexión y desconexión del acoplamiento soltable. Esto da al cirujano libertad de quitar el blanco por razones de conveniencia, volviendo después a unir el blanco y reanudar el seguimiento del hueso sin pérdida de exactitud.

La figura 3 representa la porción de fijación ósea 52 del conjunto marcador de seguimiento femoral 50 en posición operativa fijado a un fémur 60 por fijación alrededor del trocánter más grande. Esta figura representa una forma adecuada de montar el dispositivo de fijación femoral en un fémur humano. Específicamente, se ha previsto una primera mordaza 64 para enganchar el aspecto anterior del trocánter más grande 62; la segunda mordaza 66 está dispuesta enfrente, con hueso interpuesto entre las mordazas.

La fijación 52 se representa con el marcador y vástago 59 quitados (desconectando el acoplamiento soltable 54 y 56). Un elemento 54 del acoplamiento soltable se puede ver en la parte superior del soporte; el elemento complementario 56 está asociado con el vástago 59 y el marcador 50 y por ello no es visible en esta figura.

El acoplamiento soltable facilita la cirugía de la siguiente manera. Durante la cirugía, como se ha descrito anteriormente, el marcador de seguimiento femoral 50 se fija inicialmente a un fémur del paciente mediante fijación ósea 52, con un blanco rastreable 58 inicialmente acoplado a la fijación 52 por el acoplamiento soltable (54 y 56). Un sistema de localización rastrea el marcador de seguimiento femoral 50 durante una adquisición de geometría inicial. El sistema de localización también rastrea la pelvis del paciente y relaciona la pelvis al marcador de seguimiento femoral. Así, se captura y se registra o almacena una relación inicial entre el marcador de seguimiento femoral y la pelvis, correspondiente a una desviación inicial y longitud de la pierna.

Una vez capturada una geometría inicial, la característica de acoplamiento soltable (54 y 56) permite al médico quitar el blanco 58 y vástago 59 del dispositivo de seguimiento femoral, obteniendo un acceso quirúrgico más conveniente a la cadera y al fémur. La porción de fijación ósea 52 del marcador de seguimiento femoral permanece fijamente fijada al fémur. El blanco óptico se puede volver a unir posteriormente a la fijación ósea 52 mediante el acoplamiento 54 y 56, y se restablecerá exacta y fiablemente la relación previa entre el blanco y el hueso. Entonces se puede reanudar el seguimiento fiable del fémur (por ejemplo durante los pasos de navegación quirúrgica en una cirugía de sustitución de la cadera.

Como se representa en la figura 4 (y en la figura 2 anterior), la fijación ósea incluye dos mordazas pivotables opuestas: una primera mordaza 64 pivotable alrededor de un primer eje X1 (pasador de pivote retenido 72) y una segunda mordaza 66 pivotable alrededor de un segundo eje X2 (pasador de pivote retenido 74). Los ejes primero y segundo son retenidos preferiblemente de manera que sean sustancialmente no paralelos, y de hecho los ejes X1 y X2 son retenidos muy preferiblemente de modo que sean sustancialmente perpendiculares uno a otro. Las dos mordazas están conectadas pivotantemente a un soporte ajustable deslizante 76, cuya extensión se puede regular preferiblemente por algún mecanismo tal como un tornillo de apriete 78. La fijación se puede unir a un hueso colocando las mordazas 64 y 66, apretando posteriormente el soporte 76 acortando su extensión con el mecanismo de regulación 78, empujando por ello las mordazas primera y segunda opuestas una hacia otra para sujetar o fijar firmemente el hueso cuando es comprimido entre dichas mordazas.

El mecanismo de regulación 78 se representa como un tornillo en la figura 4. Uno de los elementos complementarios (54) de un acoplamiento soltable (54 y 56) también es visible encima del soporte 76, para acoplar el soporte con un blanco rastreable.

Los inventores han hallado que la disposición de las mordazas con dos ejes de pivote sustancialmente perpendiculares facilita en gran medida la fijación segura a una superficie ósea irregular tal como la del trocánter más grande. La sujeción fija del hueso también se facilita por las características de agarre de las mordazas. Preferiblemente, cada mordaza tiene al menos un elemento (muy preferiblemente dos o más) elementos de agarre como dientes, colmillos, tablillas o una textura superficial afilada que tiende a enganchar firmemente con una superficie del hueso cuando se aplica presión entre la mordaza y la superficie del hueso. Sin embargo, es muy preferible que la longitud de los elementos de agarre sea limitada con el fin de evitar que los elementos pongan en peligro la integridad estructural de la envoltura cortical del fémur. Específicamente, el elemento de agarre no deberá entrar en el canal femoral, y preferiblemente no deberá penetrar completamente en la envoltura cortical exterior del fémur. Dos de tales elementos de agarre (o "dientes") 84 y 86 se representan en la figura a modo de ejemplo.

El acoplamiento soltable que acopla el dispositivo de fijación a un marcador ópticamente rastreable tiene dos elementos complementarios: el elemento de soporte 54 y el elemento complementario 56.

La figura 5 representa el elemento de soporte 54 del acoplamiento soltable (54 y 56 colectivamente). Este acoplamiento establece fiablemente una relación repetible entre el blanco rastreable 58 y la fijación ósea 52. Una lengua en cola de milano 92 se extiende encima de la parte superior del soporte 76. La forma de cola de milano se puede ver en la figura 6 (vista de extremo). La vista superior de la cola de milano muestra que se forma adecuadamente dentro de un cilindro parcial, de modo que el elemento de acoplamiento 54, cuando esté montado con el elemento complementario 56, presente conjuntamente una forma cilíndrica. Se facilita preferiblemente una ranura de guía 94 para ayudar a centrar y guiar el acoplamiento enganchando un pasador central 96 soportado en el elemento complementario 56 del acoplamiento (explicado más adelante).

Como se representa en las figuras 7, 8 y 9, un elemento de acoplamiento complementario (o "vástago") 56 está fijado en el marcador ópticamente rastreable. El elemento de vástago 56 tiene una ranura de cola de milano o vacío 100 que recibe ajustadamente y acopla con la lengua de cola de milano 94 en el elemento de soporte del acoplamiento. La ranura de cola de milano 100 se corta preferiblemente de una pieza rotacionalmente simétrica (adecuadamente de material rígido tal como acero). Preferiblemente, la ranura se corta en una pieza cilíndrica; alternativamente, los elementos 54 y 56 se podría cortar de un volumen cónico. En general, los elementos de acoplamiento 54 y 56 deberán describir preferiblemente, cuando estén montados conjuntamente, una unión sustancialmente sólida que tenga simetría rotacional. Así, cuando está acoplada con el elemento de soporte 54, la lengua de cola de milano 92 ocupa la ranura de cola de milano 100 de modo que los dos elementos complementarios incluyan conjuntamente un volumen sustancialmente sólido con simetría rotacional (por ejemplo, un volumen cilíndrico o cónico). Una vez que los elementos de acoplamiento están acoplados, la relación de acoplamiento se fija y centra bajando un manguito 102 para rodear coaxialmente y centrar los dos elementos de cola de milano acoplados. (para claridad, el manguito 102 se representa retirado y desenganchado. Se deberá entender que el manguito se puede deslizar hacia la derecha en la figura). El manguito 102 deberá tener preferiblemente simetría rotacional que corresponda a la forma exterior de la unión de cola de milano. Por ejemplo, un manguito cilíndrico 102 deberá tener una dimensión interior que encaje deslizantemente y rodee coaxialmente los dos elementos de cola de milano acoplados, haciendo que tiendan hacia una posición centrada. La porción superior 104 del manguito 102 está adecuadamente roscada con roscas internas 104 que enganchan con roscas complementarias 106 en un poste de extensión). La rotación del manguito hace que el manguito deslice sobre los elementos de acoplamiento de cola de milano 54 y 56. El diámetro cilíndrico interior del manguito encaja en el exterior del volumen cilíndrico incluyendo los elementos 54 y 56 y fija el ajuste de 54 y 56 conteniendo el volumen cilíndrico, fijando por ello el acoplamiento en una posición bloqueada y
centrada.

Proporcionar simetría rotacional para la cola de milano junta y manguito es ventajoso porque facilita el montaje, pero cuando la junta se aprieta, tiende a centrar el conjunto. El acoplamiento es así de autocentrado. Esto produce un ajuste fiable, bien centrado, repetible con poco "derrame" o error.

Se puede disponer adecuadamente un pasador central 108 en la ranura de cola de milano 100 como se representa en las figuras 7, 8 y 9. Este pasador engancha con una ranura complementaria 94 en el elemento de lengua de cola de milano 92 (previamente descrito y representado en la figura 5). El pasador central 108' y la ranura 94 facilitan el montaje rápido del acoplamiento ayudando a alinear la lengua de cola de milano 92 con la ranura de cola de milano complementaria 100.

Opcionalmente, se puede usar un vástago alargado 59, como se representa, para desplazar los componentes ópticos del blanco rastreable 58 del acoplamiento (54 y 56).

El dispositivo de fijación se podría describir alternativamente como un blanco rastreable, capaz de fijarse a un hueso, incluyendo: un soporte ajustable que tiene extremos primero y segundo y un mecanismo de regulación conectado para regular el desplazamiento entre los extremos primero y segundo; al menos dos mordazas, conectada cada una a cada extremo del soporte ajustable; un acoplamiento soltable integrado con el soporte; y un elemento rastreable que tiene un acoplamiento compatible que es capaz de acoplar con dicho acoplamiento soltable en una posición y orientación predecibles y repetibles. El elemento ópticamente rastreable se puede desplazar opcionalmente del acoplamiento y fijarse con un vástago sustancialmente rígido u otro elemento, que no tiene que ser de forma lineal.

Otra disposición ejemplar es un posicionador de paciente calibrado que es opcionalmente un componente integrado del sistema de navegación. A modo de antecedentes, se deberá entender que la cirugía de sustitución de la cadera puede ser realizada con el paciente supino (de espalda) o en la posición decúbito lateral (de lado). Cuando el paciente está en la posición lateral, ciertas marcas pélvicas pueden ser oscurecidas por tejido blando, cubierta, o soportes de paciente convencionales. Específicamente, estas marcas se conocen como la sínfisis púbica y la Columna vertebral ilíaca superior anterior (derecha e izquierda) (ASIS). La falta de acceso a estas marcas hace difícil que el médico palpe las marcas pélvicas durante la adquisición de la geometría pélvica inicial.

La presente invención proporciona una alternativa a la palpación directa para localizar las marcas pélvicas. Según la invención, el paciente se fija inicialmente a un posicionador de paciente calibrado que tiene características específicas para "localizar" las marcas pélvicas. En lugar de palpar las marcas pélvicas directamente, se usa una sonda rastreable calibrada para tocar distintos puntos en el posicionador propiamente dicho; dadas las posiciones de estos puntos distintos, el software extrapola las posiciones de las marcas pélvicas. De esta forma, la sonda calibrada no tiene que tocar el paciente; solamente el posicionador debe estar en contacto con el paciente.

Las figuras 10 y 11 muestran una realización del posicionador generalmente en 120. El dispositivo consta de una chapa plana 122 preferiblemente perforada con una serie de agujeros 124. Se usan dos abrazaderas (no representadas) para fijar la plataforma 122 a la mesa del quirófano. Un conjunto de soporte trasero 130 está dispuesto para soportar el paciente por detrás. El conjunto de soporte trasero incluye dos vástagos de torre 132 y 134, un amortiguador 136, y un mecanismo de regulación de altura y bloqueo 138. Delante del paciente se monta el conjunto de soporte delantero 140, que consta de dos vástagos de torre 142 y 144, dos amortiguadores ASIS 146, un cuerpo deslizante púbico 148, y un mecanismo de regulación de altura y bloqueo 150.

Durante la preparación para cirugía, el paciente se colocará en la mesa del quirófano de lado encima de la plataforma 122. El conjunto de soporte trasero 130 se insertará en la plataforma y el paciente se mantendrá contra el amortiguador trasero. El conjunto de soporte delantero 140 se insertará posteriormente y ajustará hasta que las dos ASISs sean capturadas en las dos concavidades de indicador ASIS 160. Entonces se ajustarán el cuerpo deslizante púbico 148 y el indicador púbico retráctil 162 hasta que el indicador púbico, una vez extendido y bloqueado en posición, palpe la sínfisis púbica del paciente.

El paciente se cubriría entonces y prepararía para cirugía. Este procedimiento no forma parte de la invención. La articulación de cadera se expondría de forma normal y se montaría un rastreador pélvico con un tornillo de hueso. Después de lanzar el sistema de navegación, el sistema informático (32 en la figura 1) sugerirá la palpación del soporte calibrado del paciente. Usando una sonda rastreable, se palpan puntos índice tales como 171, 172 y 173 en el conjunto de amortiguamiento ASIS superior 146. Los puntos elegidos deberá tener una relación espacial previamente conocida a las concavidades de indicador ASIS 160. Estos puntos índice se usan entonces para definir el sistema de coordenadas del cuerpo (x, y, z). Dado que la ranura de indicador ASIS superior es una distancia fija previamente conocida desde el origen de este sistema de coordenadas, se puede calcular la posición de LA ASIS ipsilateral. Entonces se palpa el punto 174 se utiliza para calcular la posición de la sínfisis púbica, en base a una relación espacial conocida (o directamente mensurable) entre el punto 174 y el puntero del indicador púbico 162. Dado que el sistema asume la simetría de la pelvis alrededor del eje Y, se puede calcular fácilmente LA ASIS contralateral. Una vez que se conoce la posición de la ASIS y la sínfisis púbica, se define el plano pélvico anterior y se habilita la navegación quirúrgica. En este punto del procedimiento, y antes de liberar el paciente del posicionador de paciente, el sistema de localización y el ordenador localizarán el marcador de seguimiento pélvico y calcularán la relación entre la orientación del marcador pélvico y el plano pélvico (definido con la ayuda del posicionador de paciente).

Después de la palpación del punto 174 y de la adquisición de la orientación del marcador pélvico, se puede retirar el mango del indicador púbico para quitar presión de la zona de sínfisis púbica. De hecho, después de unir un marcador de seguimiento pélvico y de adquirir la geometría inicial, el paciente puede ser liberado del bastidor para recolocación durante la cirugía. El marcador pélvico rastreable y el rastreador óptico permitirán al ordenador rastrear la posición del plano pélvico, a pesar de movimiento de la pelvis durante la cirugía.

Se deberá diseñar software con provisión apropiada para la entrada o el almacenamiento de las relaciones espaciales entre las marcas pélvicas y los puntos índice o características (puntos 171-174) en el posicionador. Las marcas pélvicas se retienen o sitúan directamente por las concavidades de indicador y el puntero del indicador púbico. Las relaciones entre estas marcas púbicas y los puntos índice deberán estar disponibles para el software por alguna forma de entrada o predeterminando rígidamente las relaciones espaciales a las dimensiones almacenadas como constantes. Por ejemplo, las relaciones entre los puntos índice y las marcas pélvicas se pueden fijar por un bastidor rígido con dimensiones conocidas. Las dimensiones conocidas se pueden asumir entonces como constantes en algoritmos computacionales.

El posicionador de paciente es útil en un método según la invención de determinar una posición pélvica del paciente e introducir dicha posición en un ordenador mediante un rastreador óptico (o similar). Los pasos de dicho método se muestran en la figura 12. Primero se alinea o coloca el paciente en el posicionador de paciente (paso 200) como se ha descrito anteriormente, fijando los rebordes ASIS, las concavidades del indicador ASIS y el indicador púbico en contacto con las marcas pélvicas correspondientes. Los puntos índice 171-174 son adquiridos entonces (paso 202) adecuadamente por un rastreador óptico, o tocando los puntos con una sonda rastreable o por elementos de seguimiento montados directamente en el posicionador de paciente en posiciones conocidas. El ordenador 32 calcula entonces (paso 204) las posiciones de las marcas pélvicas compensando desplazamientos (conocidos) entre las marcas pélvicas y los puntos índice 171-174 ópticamente capturados. En base a las marcas pélvicas se define entonces un plano pélvico de referencia (paso 206).

En algunas realizaciones, las posiciones de los puntos índice son capturadas indirectamente tocando los puntos índice individualmente con una sonda rastreable. Consiguientemente, el paso de adquirir las posiciones de una pluralidad de puntos índice incluirá, en tales realizaciones, varios pasos: tocar los puntos índice con la sonda; calcular las posiciones de la sonda rastreable mientras la sonda esté tocando los puntos índice; y finalmente, compensar una dimensión y forma (geometría) conocidas de la sonda rastreable.

Después de calcular el plano pélvico, se fija entonces un marcador pélvico ópticamente rastreable a la pelvis del paciente (paso 208, por ejemplo, con un tornillo de hueso). El ordenador determina entonces y guarda la relación espacial entre el marcador pélvico rastreable y el plano pélvico (paso 210). Esto se puede hacer determinando adecuadamente un bastidor de referencia definido por el marcador de seguimiento pélvico (por ejemplo, de blancos ópticos reflectores) y comparándolo con el plano pélvico (mientras el paciente todavía está colocado en el posicionador de paciente). A partir de los dos bastidores un ordenador calcula una transformación de coordenadas entre el bastidor de referencia del marcador y el plano pélvico (y/o la transformación inversa).

Después de determinar la relación entre el marcador de seguimiento pélvico y el plano pélvico, la pelvis del paciente puede ser liberada del posicionador (paso 212). El plano pélvico es rastreado entonces indirectamente (paso 214) por el seguimiento del marcador de seguimiento pélvico (que está fijado a la pelvis). La orientación correspondiente del plano pélvico se obtiene fácilmente aplicando (a las orientaciones del rastreador) la transformación de coordenadas previamente calculada, para obtener el plano pélvico. Con un rastreador óptico apropiado como el descrito anteriormente, acoplado con una modesta velocidad de cálculo, el plano pélvico puede ser rastreado fácilmente dinámicamente en tiempo real sin retardo de tiempo significativo.

El posicionador de paciente calibrado y el método de utilizarlo para adquirir y rastrear un plano pélvico se puede emplear ventajosamente en conexión con los métodos quirúrgicos asistidos por ordenador descritos en otro lugar.

Aunque se han mostrado y descrito varias realizaciones ilustrativas de la invención, los expertos en la técnica pensarán en numerosas variaciones y realizaciones alternativas. En algunas operaciones el implante acetabular podría no ser necesario, pero todavía son aplicables los métodos de navegación femoral de la invención. El procedimiento se puede repetir en ambos lados del cuerpo en una operación THR bilateral. Se podría emplear diferentes tiras elastoméricas, fibras, hilos, malla, alambre, adhesivos o ligaduras en conexión con el dispositivo marcador de seguimiento femoral. El marcador pélvico fijado también se podría fijar mediante métodos alternativos tales como abrazaderas, pasadores o incluso adhesivos. El método se puede adaptar a varias geometrías y tamaños del cuerpo, y de hecho se podría incluso adaptar, con pequeñas modificaciones, a medicina veterinaria. Se podrían emplear medios de seguimiento distintos, pero similares a los ópticos, tales como sistemas de seguimiento radio, microonda, magnético, sónico o ultrasónico, a condición de que el sistema no sea tan impreciso o voluminoso que interfiera con las manipulaciones quirúrgicas requeridas. Consiguientemente, la palabra "rastrear" en el sentido en que se usa aquí se deberá entender incluyendo métodos distintos de los ópticos, pero no se entiende tan ampliamente que abarque meros bastidores estereotácticos mecánicos o bastidores estereotácticos electromecánicos. Las geometrías de las varias herramientas y marcadores se pueden variar o modificar para acomodarlas a diferentes métodos de seguimiento, se puede usar blancos ópticos activos o pasivos en los marcadores de seguimiento. Se contemplan tales variaciones y realizaciones alternativas, y se pueden hacer sin apartarse del alcance de la invención definido en las reivindicaciones anexas.

Claims (6)

1. Un método de determinar la posición pélvica de un paciente quirúrgico e introducir dicha posición en un ordenador mediante un sistema de seguimiento, adecuado para uso al navegar en cirugía de sustitución total o parcial de la cadera, incluyendo los pasos de:

alinear (200) el paciente en relación a un bastidor de colocación del paciente (120) con características anatómicas pélvicas del paciente dispuestas en relación mecánica fija con características de colocación correspondientes en dicho bastidor de colocación;

adquirir (202) con un sistema de seguimiento las posiciones de una pluralidad de puntos índice (171-173), en dicho bastidor de colocación, donde cada uno de dichos puntos índice está dispuesto respectivamente en un desplazamiento previamente conocido con relación a una característica de dichas características de colocación; y

definir (206) un plano pélvico mediante cálculo de las posiciones adquiridas de dichos puntos índice, incluyendo dicho cálculo:

compensar el desplazamiento previamente conocido de cada punto índice con relación a su característica de colocación correspondiente, hallando por ello las posiciones de dichas características de colocación a partir de las posiciones adquiridas de dichos puntos índice; y

definir un plano a partir de las posiciones calculadas de las características de colocación.

2. El método de la reivindicación 1, donde dichas características anatómicas pélvicas son la columna vertebral ilíaca anterior superior derecha (ASIS), LA ASIS izquierda, y la sínfisis púbica;

y donde dichas características de colocación incluyen tres características de colocación dispuestas para enganchar DICHA ASIS derecha, ASIS izquierda, y sínfisis púbica respectivamente, de tal manera que dichas tres características de colocación definan el plano pélvico.

3. El método de la reivindicación 2, donde dichas características de colocación incluyen un indicador púbico retráctil (162) que se puede regular para palpar la sínfisis púbica del paciente.

4. El método de la reivindicación 3, donde dichas características de colocación incluyen además al menos una concavidad de indicador de ASIS (160) soportada por un conjunto de soporte delantero (140) de dicho bastidor de colocación del paciente.

5. El método de la reivindicación 4, donde dicho bastidor de colocación del paciente incluye además un conjunto de soporte trasero (130) dispuesto ajustablemente para incluir el paciente fijamente entre dicho conjunto de soporte delantero y dicho conjunto de soporte trasero.

6. El método de la reivindicación 3, donde dicho paso de adquirir con un sistema de seguimiento las posiciones de una pluralidad de puntos índice incluye:

tocar dichos puntos índice con una sonda ópticamente rastreable;

calcular la posición de dicha sonda ópticamente rastreable mientras dicha sonda está tocando dichos puntos índice; y

compensar una dimensión y forma conocidas de dicha sonda.