ES2872930T3 - Herramienta quirúrgica portátil con navegación autónoma - Google Patents

Abstract

Instrumento quirúrgico portátil con navegación autónoma, que comprende un mango (1), un eje del instrumentos (2) y un dispositivo de navegación (3), el dispositivo de navegación comprende al menos una unidad de sensor (31) para detectar datos de posición, una unidad de cálculo (33) configurada para determinar una posición en el espacio basada en señales de la unidad de sensor (31), al menos una tecla de configuración (35), una memoria de posición (36) configurada para almacenar un conjunto de datos para una posición tras la activación de al menos una tecla de configuración (35), estando conectado operativamente un comparador (4) a la memoria de posición (36), estando configurado el comparador (4) para comparar una posición real con una posición almacenada en la memoria de posición (36) en al menos dos modos de operación y para la generación de una señal de desviación, y un dispositivo de retroalimentación (5) alimentado con la señal de desviación y configurado para indicar la dirección y preferiblemente la magnitud de cualquier desviación, caracterizado porque en un primer modo de funcionamiento el comparador (4) está configurado para comparar una posición real determinada por el dispositivo de navegación (3) con una indicación de posición incompleta, que se almacena en la memoria de posición (36) tras una primera activación de la tecla de configuración (35), donde la indicación de posición incompleta es un subconjunto de una indicación de posición completa reducida en una dimensión espacial, donde el comparador (4) está configurado para cambiar a un segundo modo de funcionamiento tras una segunda activación de la tecla de configuración (35), en cuyo segundo modo de funcionamiento el comparador (4) está configurado para comparar la posición real con la indicación de posición completa, que se almacena en la memoria de posición (36) tras la segunda activación, donde el primer modo de funcionamiento difiere del segundo modo de funcionamiento en que el comparador (4) está configurado para una comparación reducida únicamente que carece de al menos una dimensión espacial opuesta al segundo modo de funcionamiento, y donde el comparador (4) está configurado para detectar si la posición real está en conformidad con la posición incompleta almacenada.

Description

DESCRIPCIÓN

Herramienta quirúrgica portátil con navegación autónoma

La invención se refiere a una herramienta quirúrgica portátil con navegación autónoma. La herramienta quirúrgica portátil comprende un mango, un eje del instrumento y un dispositivo de navegación, comprendiendo el dispositivo de navegación una tecla de configuración y una memoria de posición configurada para almacenar un conjunto de datos para una posición tras la activación de la tecla de configuración.

La cirugía a pequeña escala, por ejemplo, para colocar implantes en una columna vertebral, exige un alto grado de precisión posicional. Sin embargo, con la cirugía mínimamente invasiva, el control visual directo del posicionamiento de cualquier instrumento utilizado por el cirujano es bastante difícil. A menudo, solo se puede lograr un control visual suficiente mediante el uso de equipos especializados, en particular dispositivos de generación de imágenes, por ejemplo, Arco en C que proporciona control fluoroscópico y/o sofisticados sistemas de navegación que forman parte del quirófano. Sin embargo, estos sofisticados sistemas de navegación son costosos, complejos de operar y, como resultado, escasamente disponibles y utilizados. Los dispositivos de Arco en C, por otro lado, están más fácilmente disponibles y los cirujanos están acostumbrados a su uso. Sin embargo, el uso continuado del dispositivo de Arco en C proporciona una dosis de radiación bastante alta. Además, la mayoría de los Arcos en C tienen solo una dirección de visión y, en consecuencia, requieren un reposicionamiento intraoperatorio con bastante frecuencia, lo que puede ser perjudicial para la precisión de la posición y consume mucho tiempo.

Con el fin de proporcionar un dispositivo que sea más fácil de usar y que aún proporcione una precisión posicional mejorada, se desarrolló una herramienta quirúrgica portátil que presenta un dispositivo de navegación autónomo (US 8057482 B2). La herramienta cuenta con un botón que debe presionarse cuando el dispositivo alcanza su posición de referencia básica. Por tanto, todos los datos de posición se ponen en cero. Una vez que esto se logra, el cirujano puede manipular libremente la herramienta y mostrará su posición en el espacio en tres pantallas numéricas provistas en su carcasa. Las pantallas muestran la orientación angular tridimensional de la herramienta en el espacio. Este dispositivo es una mejora en términos de determinar el posicionamiento de la herramienta en un área con acceso limitado y, en consecuencia, observación visual restringida. Sin embargo, puede resultar bastante difícil para el cirujano controlar la pluralidad de pantallas para comprobar si ya se ha alcanzado o se mantiene la orientación deseada.

Por el documento US 2013/0244196 A1 se conoce un dispositivo para reducir el error de angulación durante la colocación de implantes dentales que comprende al menos dos sensores que controlan la orientación en tiempo real del dispositivo en el espacio.

Es un objeto de la invención proporcionar una herramienta quirúrgica portátil mejorada que sea más fácil de manejar. La solución según la invención da como resultado las características de la reivindicación independiente; las realizaciones preferidas son objeto de las reivindicaciones dependientes. La invención se refiere además a un método correspondiente.

Según la presente invención, una herramienta quirúrgica portátil con navegación autónoma, que comprende un mango, un eje del instrumento y un dispositivo de navegación, el dispositivo de navegación comprende al menos una unidad de sensor para detectar datos de posición, una unidad de cálculo configurada para determinar una posición en el espacio en base a las señales de la unidad de sensor, al menos una tecla de configuración, una memoria de posición configurada para almacenar un conjunto de datos para una posición tras la activación de al menos una tecla de configuración, un comparador conectado operativamente a la memoria de posición, el comparador configurado para comparar una posición real con una posición almacenada en la memoria de posición en al menos dos modos de funcionamiento diferentes y para la generación de una señal de desviación, y se proporciona un dispositivo de retroalimentación suministrado con la señal de desviación y que está configurado para indicar la dirección y preferiblemente la magnitud de cualquier desviación, donde en un primer modo de operación el comparador está configurado para comparar una posición real determinada a partir de del dispositivo de navegación con una indicación de posición incompleta, que se almacena en la memoria de posición tras una primera activación de la tecla de configuración, donde la indicación de posición incompleta es un subconjunto de una indicación de posición completa reducida en una dimensión espacial, donde el comparador se puede cambiar a un segundo modo de funcionamiento tras una segunda activación de la tecla de configuración, en cuyo segundo modo de funcionamiento el comparador está configurado para comparar la posición real con la indicación de posición completa, que se almacena en la memoria de posición tras la segunda activación, donde el primer modo de funcionamiento difiere del segundo modo de operación donde el comparador está configurado para una comparación reducida solo que carece de al menos una dimensión espacial opuesta al segundo modo de operación, y donde el comparador está configurado para detectar si la posición real está en conformidad con la posición incompleta almacenada.

La invención se refiere además a un sistema que comprende una herramienta quirúrgica portátil según la invención y una pantalla remota para indicación, preferiblemente una pantalla híbrida que muestra imágenes de un paciente.

La expresión "posición en el espacio" y su forma abreviada "posición" en el contexto de la presente invención se refieren generalmente a un sistema con seis grados de libertad que puede comprender ubicación y orientación absolutas. La ubicación podría representarse como coordenadas de un espacio tridimensional con ejes perpendiculares (por ejemplo, X, Y, Z), mientras que la orientación podría proporcionarse como ángulos de Euler, especialmente como guiñada, cabeceo y balanceo. Puede ser preferido en la presente invención si la "posición" en una versión simplificada se refiere solo a la orientación de la herramienta, más preferiblemente solo a la guiñada y al cabeceo de la herramienta.

El "eje del instrumento" puede ser un instrumento real en sí mismo. Sin embargo, también se puede configurar como un punto de conexión habilitado para recibir un instrumento de forma intercambiable.

La esencia de la invención da como resultado proporcionar un comparador que tiene dos modos de funcionamiento distintos en combinación con la memoria de posición, donde en uno de los dos modos de funcionamiento distintos solo se procesa una indicación de posición reducida. La indicación de posición reducida es una indicación de posición que carece de al menos una indicación para un grado de libertad en comparación con la indicación de posición completa del segundo modo de funcionamiento. Por ejemplo, si no es necesario monitorear la ubicación absoluta, en el espacio euclidiano se pueden usar indicaciones de tres ángulos para describir la orientación de un dispositivo en un espacio tridimensional. Usar solo dos en lugar de tres de tales ángulos no proporcionará una orientación completamente fija, sino que conservará un grado de libertad. Si, por ejemplo, se utilizan ángulos de balanceo, cabeceo y guiñada, de lo que una indicación de posición incompleta solo podría tener indicaciones para, por ejemplo, balancear y guiñar, dejando el cabeceo como un grado de libertad; si solo se van a utilizar dos ángulos en lugar de tres (por ejemplo, si se ignora el balanceo), una indicación de posición completa tendrá cabeceo y guiñada, mientras que una indicación de posición incompleta puede indicar solo guiñada.

En su primer modo de funcionamiento, el comparador está configurado para comparar una posición real determinada por el dispositivo de navegación con una indicación de posición incompleta almacenada en la memoria de posición. El comparador detecta si una posición actual de la herramienta está en conformidad con la indicación de posición incompleta almacenada, y si no es así, proporcionará una señal de desviación. En el ejemplo simplificado mencionado anteriormente que utiliza solo dos ángulos, los datos de posición incompletos solo comprenden la guiñada. Al presionar una tecla de configuración, la posición se almacenará en la memoria de posición como una indicación de posición incompleta. El comparador detectará entonces cualquier desviación del valor almacenado para la guiñada, mientras que el cabeceo aún se puede modificar libremente. El usuario puede reposicionar la herramienta de modo que sus ángulos de guiñada reales coincidan con los almacenados. En virtud de esto, se puede bloquear el ángulo de guiñada de la herramienta.

Preferiblemente, en este primer modo de funcionamiento se suprime la indicación de al menos dicha dimensión espacial. En el presente ejemplo, esto significa que no se visualizará información sobre el ángulo de cabeceo (ya que esta es la dimensión espacial en la que se reduce el primer modo de funcionamiento), dejando así una indicación del ángulo de guiñada únicamente. Sorprendentemente, al reducir la cantidad de información mostrada, es decir, al suprimir la indicación de la dimensión espacial donde se reduce el primer modo de funcionamiento, se simplifica la visualización presentada al operador. Por lo tanto, proporciona una mejor concentración en el aspecto relevante. En otras palabras, la reducción de la pantalla al menos en dicha dimensión espacial se enorgullece de un beneficio para el operador al mantener un posicionamiento adecuado. Tras la orden del usuario, mediante una actuación adicional de la tecla de configuración utilizada previamente o de una segunda tecla de configuración, el comparador cambiará del primer al segundo modo de operación. En su segundo modo de funcionamiento, el comparador utiliza la indicación de posición completa. En el ejemplo anterior, esto además tendrá en cuenta el ángulo de cabeceo. En este modo de funcionamiento, el comparador comprueba el ángulo de guiñada y el ángulo de cabeceo con el valor almacenado en la memoria de posición, bloqueando así el ángulo de guiñada y el ángulo de cabeceo. En este caso, el dispositivo de retroalimentación muestra indicaciones en todos esos ángulos monitoreados por el comparador (a diferencia del primer modo de operación, donde se suprimió la indicación del ángulo de cabeceo y solo se indicó el ángulo de guiñada). En virtud de esto, el cirujano puede adquirir con precisión una posición correspondiente a una dirección determinada orientando la herramienta quirúrgica en dos pasos. En el primer paso, según el ejemplo, el cirujano debe concentrarse en el posicionamiento de la herramienta en un solo plano, y establece esta posición presionando la tecla de configuración Luego, el comparador en su primer modo de funcionamiento rastreará y mostrará cualquier desviación. A continuación, el cirujano puede concentrarse en colocar la herramienta en un ángulo de cabeceo deseado y, mientras lo hace, no corre el riesgo de perder la posición de guiñada, ya que el comparador está vigilando la misma. Si también se logra la posición deseada en el otro plano (en el ejemplo: cabeceo), entonces la posición completa se bloqueará mediante la utilización adicional de la tecla de configuración utilizada anteriormente o de una segunda tecla de configuración. En esencia, el cirujano debe concentrarse en lograr una orientación a la vez solamente, ya que el comparador monitorea en un primer modo de operación o un segundo modo de operación. En ningún momento el cirujano corre el riesgo de perder una posición una vez lograda, ya que la propia herramienta realiza un seguimiento de cualquier desviación y, por lo tanto, le permite al cirujano recuperar la posición establecida.

En un ejemplo, el cirujano podría colocar la herramienta en un primer plano que podría estar definido por un dispositivo generador de imágenes. Por ejemplo, el primer plano podría ser el plano anterior-posterior, donde se genera una imagen mediante un Arco en C orientado correspondientemente. Con la ayuda de la imagen generada, el cirujano puede definir el punto de partida deseado y la trayectoria deseada de la herramienta en este plano utilizando puntos de referencia anatómicos conocidos que son visibles en la imagen generada y colocar la herramienta inventiva en consecuencia. El cirujano puede entonces congelar la trayectoria en el plano anteriorposterior presionando una tecla de ajuste en la herramienta inventiva. A continuación, se gira el Arco en C para que la imagen generada muestre, por ejemplo, el plano lateral. El cirujano podría entonces definir la trayectoria deseada de la herramienta en este plano. Mientras hace esto, la herramienta de la invención ayuda al cirujano a mantener la orientación correcta en el plano anterior-posterior definido anteriormente. Una vez que haya encontrado la trayectoria correcta en el plano lateral, también podría inmovilizarla presionando una tecla de configuración en la herramienta de la invención. Después de esto, la trayectoria deseada está completamente definida y la herramienta de la invención ayuda al cirujano a mantener su orientación correcta sin requerir ninguna generación de imágenes adicional.

Es mucho más fácil manipular el instrumento de esa manera que controlar todos los ejes a la vez, como era necesario con el instrumento portátil según el estado de la técnica que carece de bloqueo como lo hace la herramienta de la invención. Como resultado, la herramienta quirúrgica según la presente invención es mucho más fácil de manejar.

En una realización preferida, los dispositivos de retroalimentación pueden configurarse de manera que muestren la desviación cualitativamente, preferiblemente de forma no numérica. El dispositivo de retroalimentación se puede configurar además para indicación visual, auditiva y/o táctil. Proporcionar una indicación no numérica alivia al cirujano de la tarea de interpretar una lectura numérica comparándola con cualquier número objetivo que requiera una capacidad mental considerable. Esto es aún más cierto si hay que mantener bajo control tres indicaciones numéricas a la vez, como era necesario con la herramienta portátil de la anterior. Proporcionar una indicación no numérica le da una pista fácil al cirujano cada vez que ocurren desviaciones, sin requerirle que realice cálculos mentales. Un ejemplo de tal indicación de desviación no numérica podría ser un conjunto de puntos dispuestos en forma de cruz, donde se resalta un punto en cada barra de la cruz para mostrar la desviación actual. Un ejemplo de una indicación auditiva es un tono agudo variable para una indicación en una dirección; además, se pueden usar pausas de tono, como proporcionar un tono continuo en la posición correcta y una secuencia de tono entrecortado para las desviaciones hacia un lado y una secuencia de puntos para una desviación hacia el otro lado, fusionándose en un tono continuo al alcanzar la posición correcta. Un ejemplo de una indicación táctil son los elementos vibrantes colocados a cada lado del mango, lo que indica al cirujano de una manera muy intuitiva en qué dirección ocurre una desviación; la vibración se detendrá al alcanzar la posición correcta.

Preferiblemente, el dispositivo de retroalimentación comprende un módulo de tolerancia que está configurado para suprimir la indicación de una señal de desviación de un umbral preestablecido. El módulo de tolerancia puede configurarse como una banda muerta que proporciona una cierta tolerancia alrededor de la posición correcta. De ese modo, se podría evitar una operación demasiado sensible del dispositivo de retroalimentación. Como ejemplo, el módulo de tolerancia puede aceptar una desviación de hasta dos grados, y comenzará una desviación significativa una vez que sea superior a dos grados.

Preferiblemente, se proporciona una pantalla remota para indicación. Si bien la herramienta en sí puede proporcionar una detección directa al usuario por medio de su dispositivo de retroalimentación, una pantalla remota también proporciona la información a otras personas.

Más preferiblemente, una configuración de dos partes del dispositivo de retroalimentación de manera que una pantalla remota sea la única pantalla del dispositivo de retroalimentación. Por lo tanto, no es necesaria ninguna visualización en la propia herramienta, lo cual es beneficioso, por ejemplo, por razones de espacio en el caso de herramientas pequeñas o para facilitar la esterilización.

Además, la pantalla remota puede comprender una pantalla híbrida con otra, por ejemplo, imágenes fluoroscópicas del paciente, de modo que la relación posicional de la herramienta quirúrgica con el paciente pueda verse directamente en la pantalla remota.

En una realización preferida adicional, se puede proporcionar una interfaz que esté configurada para suministrar datos de posición de la herramienta quirúrgica portátil a un sistema externo, por ejemplo, un sistema de navegación quirúrgica. La interfaz también puede configurarse para controlar una pantalla remota para el dispositivo de retroalimentación, preferiblemente usando tecnología Bluetooth, WiFi o MirrorLink.

Preferiblemente, se proporciona una base de referencia en una superficie exterior de la herramienta, y además preferiblemente se proporciona una tecla configurada para poner a cero la unidad de navegación. De este modo, la herramienta quirúrgica se puede sincronizar con un marco estático que actúa como referencia con respecto al entorno, es decir, el quirófano que incluye la mesa de operaciones en la que se encuentra el paciente. Al proporcionar una base de referencia en la superficie exterior, una calibración mediante la puesta a cero se puede lograr más fácilmente simplemente colocando la herramienta quirúrgica en la base de referencia establecida en un plano horizontal, como la mesa de operaciones, y presionando la tecla para la puesta a cero.

Preferiblemente, se proporciona un dispositivo de compensación que está configurado para determinar la posición de una punta del eje del instrumento y/u otro instrumento unido al eje del instrumento. El dispositivo de compensación interactúa con el dispositivo de navegación de tal manera que calcula la posición de una punta del eje del instrumento basándose en los datos de navegación recopilados para el posicionamiento de la herramienta quirúrgica. De este modo, está habilitado para determinar si la punta del instrumento ya ha alcanzado la posición deseada. Esto es de particular relevancia si la herramienta quirúrgica portátil se va a acoplar con otro dispositivo de creación de imágenes con el fin de proporcionar una visualización adecuada de la posición de la punta con respecto al cuerpo del paciente. Si se van a conectar diferentes instrumentos, el dispositivo de compensación debe programarse en consecuencia para compensar las diferentes longitudes u orientación angular de varios instrumentos.

Preferiblemente, la memoria de posición a la que está conectado operativamente el comparador es una memoria doble que tiene una primera y una segunda unidad de memoria. La segunda unidad de memoria está configurada para almacenar un conjunto de datos completo para la posición que forma una indicación de posición completa, mientras que la primera unidad de memoria está configurada para almacenar solo un subconjunto. El subconjunto carece de datos para al menos un grado de libertad en la posición en el espacio para formar una indicación de posición incompleta. Al proporcionar dos unidades de memoria, el comparador puede acceder a ellas de forma selectiva en función de su modo de funcionamiento. En su primer modo de funcionamiento, está configurado para recuperar la indicación de posición incompleta almacenada, compararla con una indicación de posición real y generar una primera señal de desviación para una dirección espacial; y en su segundo modo de funcionamiento, el comparador está configurado para recuperar la indicación de posición completa, compararla con la indicación de posición real y generar una segunda señal de desviación que es bidimensional.

Preferiblemente, la herramienta quirúrgica portátil está configurada con una batería recargable y una unidad de carga inalámbrica. Por lo tanto, no se requerirían contactos externos para accionar la herramienta quirúrgica, facilitando así la limpieza de la herramienta quirúrgica después de su uso.

Preferiblemente, las teclas de configuración de la herramienta quirúrgica se pueden configurar como un interruptor momentáneo, un interruptor de sensor o un interruptor controlado por voz. Un interruptor momentáneo convencional que actúa mecánicamente es la realización más sencilla. Un interruptor de sensor tiene la ventaja de que no necesita tener un contacto móvil y se puede limpiar fácilmente. Un interruptor de control por voz es conveniente de usar, ya que el cirujano no tiene que presionar un interruptor o colocar su dedo sobre la superficie del sensor. En cambio, bastará con pronunciar en voz alta una determinada frase, como "Inmovilizar" para lograr la acción deseada. En una realización preferida, la unidad de sensor se selecciona de un grupo que comprende acelerómetros, giroscopios de velocidad y magnetómetros, todos preferiblemente con una configuración de al menos 3 ejes.

Preferiblemente, la herramienta quirúrgica portátil y/o el dispositivo de navegación comprenden un indicador de estado, por ejemplo, un estado LED. El indicador de estado puede indicar si el dispositivo de navegación está encendido, si el nivel de la batería es bajo y/o en caso de que haya comunicación con, por ejemplo, un dispositivo de retroalimentación u otro sistema externo.

La invención se refiere además a un método para orientar fuera del cuerpo humano una herramienta quirúrgica portátil con navegación autónoma, la herramienta quirúrgica portátil que comprende un mango, un eje del instrumento y un dispositivo de navegación, el dispositivo de navegación comprende al menos una unidad de sensor para detectar datos de posición, una unidad de cálculo configurada para determinar una posición en el espacio basada en señales de la unidad de sensor, al menos una tecla de configuración y una memoria de posición configurada para almacenar un conjunto de datos para una posición tras la activación de al menos una tecla de configuración, y un comparador operativamente conectado a la memoria de posición, que comprende además proporcionar datos de posición con una indicación de posición completa y una indicación de posición incompleta que es un subconjunto de la indicación de posición completa que se reduce en una dimensión espacial, comparando, en un primer modo de operación, una posición real con la indicación de posición incompleta, que se almacena en la memoria de posición tras una primera activación de la tecla de configuración, generando una primera señal de desviación basada en un resultado de la comparación, cambiar a un segundo modo de operación tras una segunda activación de la tecla de configuración, comparar una posición real con la indicación de posición completa, que se almacena en la memoria de posición tras la segunda activación usando datos de posición completos, y proporcionar una retroalimentación sobre la dirección y preferiblemente la magnitud de cualquier desviación al usuario en el primer modo de operación y en el segundo modo de operación. Para más detalles, se hace referencia a las explicaciones dadas anteriormente.

La invención se describirá además con más detalle con respecto a los dibujos adjuntos. Las figuras del dibujo muestran:

la figura 1 es una vista lateral de una realización preferida de la invención;

la figura 2 es una vista esquemática que muestra bloques funcionales de la realización preferida de la Fig. 1;

la figura 3 es un ejemplo de un dispositivo de retroalimentación que usa una indicación visual;

la figura 4a, b es una vista general de un Arco en C colocado en una mesa de operaciones en una primera orientación y una vista detallada de una parte de la columna vertebral de un paciente;

la figura 5a, b es una vista general similar a la Fig. 4 pero con el Arco en C en una orientación diferente y la correspondiente vista detallada de la columna vertebral; y

la figura 6a, b son vistas detalladas en dos orientaciones diferentes como en las Figs. 4 y 5 para una aplicación diferente.

En la figura 1 se muestra una realización preferida para una herramienta quirúrgica portátil según la presente invención. La herramienta quirúrgica comprende como componentes principales un mango 1, un eje del instrumento 2 y un dispositivo de navegación 3. El eje 2 del instrumento en esta realización representada es alambre guía que tiene un conducto hueco interno para guiar un alambre quirúrgico que se colocará en un hueso. Para colocar el alambre quirúrgico de manera correcta, el alambre guía debe colocarse con su punta en la ubicación de destino en una cierta orientación que determina el ángulo con el que el alambre entrará en el material óseo. El alambre guía se puede cambiar por otros instrumentos si se desea.

En la realización representada, el dispositivo de navegación 3 está conectado de forma desmontable al mango 1 por medio de tablillas de conexión 13. Cabe señalar que una configuración desmontable de este tipo es una opción y que el dispositivo de navegación 3 bien puede integrarse en el mango 1, alternativamente.

Se dará una explicación funcional de la herramienta quirúrgica portátil de acuerdo con la realización preferida con referencia a las Figs. 2 y 3. El dispositivo de navegación 3 comprende al menos un conjunto (en la realización representada tres diferentes) de unidades de sensor 31, 31', 31", siendo las unidades de sensor un acelerómetro de 3 ejes, giroscopios de velocidad de 3 ejes y un magnetómetro de 3 ejes, respectivamente. Cada unidad de sensor 31, 31', 31" por sí misma produce información de posición independientemente entre sí, comprendiendo dicha información de posición, por ejemplo, aceleración u otros datos de posición de referencia de guiñada, balanceo y cabeceo al marco corporal de la herramienta quirúrgica portátil. Las tres unidades de sensor 31, 31', 31" están conectadas a un módulo de fusión de datos 32. Está configurado para procesar las señales de salida de las unidades de sensor de una manera generalmente conocida (filtrando, normalizando, calibrando, etc.) y además para fusionar las señales procesadas con el fin de producir una señal de salida de posición consolidada unificada. Para esta fusión se utilizan técnicas generalmente conocidas (como filtro de Kalman, gradiente cuaternario o filtro complementario, etc.). Opcionalmente, el módulo de fusión de datos 32 se configura además para codificar la salida mediante cuaterniones con el fin de evitar problemas de bloqueo del cardán.

La señal de posición de salida consolidada del módulo de fusión de datos 32 se aplica a la unidad de cálculo 33. A partir de esta señal se realiza una conversión a ángulos de Euler mediante sucesivas proyecciones sobre los planos de un espacio 3D-Euclidiano, formando así una definición de trayectoria. La definición de trayectoria que se define, por ejemplo, por los ángulos de guiñada y cabeceo se puede almacenar en una memoria de posición 36.

La memoria de posición 36 comprende una primera unidad de memoria 37 y una segunda unidad de memoria 38. La segunda unidad de memoria 38 está configurada para almacenar un conjunto de datos completo para la posición determinada por la unidad de cálculo 33. Por el contrario, la primera unidad de memoria 37 está configurada para almacenar un subconjunto del conjunto de datos de posición solamente, donde el subconjunto carece de datos para al menos un grado de libertad con respecto a la posición espacial del instrumento. En la realización preferida, ese grado de libertad para el que faltan datos puede ser el ángulo de guiñada. El almacenamiento y la recuperación de datos en y desde la primera y segunda unidad de memoria 37, 38 son controlados por el selector 39 que está conectado operativamente a la tecla de configuración 35 que además está conectada a un comparador 4.

Como alternativa a la tecla de configuración 35, se puede proporcionar un micrófono 35'. Por lo tanto, una activación por voz podría sustituirse por una presión física de la tecla de configuración 35. Por lo tanto, pronunciar una palabra de comando como "inmovilizar" puede sustituir la presión de la tecla de configuración para bloquear la dirección o tono como se desee.

El comparador 4 está operativamente conectado a la memoria de posición 36, la unidad de cálculo 33 y a la tecla de configuración 35. Además, está configurado para recuperar datos de la primera unidad de memoria 37 o de la segunda unidad de memoria 38 dependiendo de un modo de funcionamiento. El operador 4 está configurado para dos modos de funcionamiento. El modo de funcionamiento puede seleccionarse mediante la tecla de configuración 35. En un primer modo de funcionamiento, el comparador 4 está configurado para recuperar la posición incompleta almacenada de la primera unidad de memoria 37 y compararla con una indicación de posición real proporcionada por la unidad de cálculo de navegación 33. Basándose en la diferencia entre estas indicaciones de posición, el comparador 4 genera una primera señal de desviación para una dirección especial, más específicamente guiñada en la realización preferida. En el segundo modo de funcionamiento, el comparador 4 está configurado para recuperar la indicación de posición completa de la segunda unidad de memoria 38 y compararla con la indicación de posición real proporcionada por la unidad de cálculo 33. Basándose en la diferencia entre estas indicaciones de posición, genera una segunda señal de desviación que tiene una dimensión más que la primera señal de desviación, a saber, guiñada y cabeceo en la realización preferida. El usuario controla el cambio del primer al segundo modo de funcionamiento mediante la tecla de configuración 35.

Además, se proporciona un dispositivo de retroalimentación 5 al que se suministra la primera y segunda señal de desviación. El dispositivo de retroalimentación 5 está configurado para indicar la dirección, y de manera cualitativa, la magnitud de cualquier desviación definida por la primera o la segunda señal de desviación. En la realización preferida, el dispositivo de retroalimentación está configurado para un indicador táctil 52, un indicador auditivo 53. Además, como parte de una construcción de dos piezas se proporciona un indicador visual, estando formado el indicador visual por una pantalla 54 de un dispositivo separado. La pantalla 54 que forma el indicador visual comprende dos crecimientos ortogonales de puntos iluminados dispuestos en forma de cruz (véase la figura 3). El indicador táctil 52 comprende dos pares de transductores de vibración 52' y 52” dispuestos en lados laterales opuestos del mango 1 y en los lados superior e inferior del mango 1, respectivamente. Como indicador auditivo se proporciona un altavoz 53 que es accionado por un módulo de sonido 53' que forma parte del dispositivo de retroalimentación 5. Además, el dispositivo de retroalimentación 5 está configurado con un transmisor inalámbrico 58 configurado para comunicarse con una pantalla remota, que puede ser una tableta y/u otros sistemas de navegación presentes en el quirófano.

Además, se proporciona un dispositivo de compensación 6. Está configurado para determinar la posición de una punta del instrumento 2 unida al mango 1. Los datos relativos a la distancia entre una punta 21 y los sensores 31, 31', 31" del dispositivo de navegación 3 y el ángulo en el que el instrumento 2 está orientado contra el mango 1 están predeterminados en el dispositivo de desplazamiento 6. De ese modo, el dispositivo de compensación 6 está habilitado para modificar las indicaciones de posición de la unidad de navegación 33 de modo que sea la posición de la punta 21 la base para activar el dispositivo de retroalimentación 5 en lugar de una posición del dispositivo de navegación 3 propiamente dicho. El dispositivo de compensación 6 debe ajustarse si se va a acoplar un instrumento 2 diferente que tenga una longitud diferente o que tenga un ángulo diferente. A este efecto, se proporcionan medios de ajuste (no mostrados).

Además, se proporciona una batería recargable 7 que alimenta los diversos componentes de la herramienta quirúrgica de mano. Las líneas de suministro no se muestran en la Fig.2. Para recargar la batería 7 se proporciona una bobina de recarga 71 que está configurada para carga inalámbrica.

A continuación, se describirá el funcionamiento de la herramienta quirúrgica portátil y sus indicaciones efectuadas por el dispositivo de retroalimentación 5.

Como primer paso, el usuario colocará el instrumento sobre una superficie plana, preferiblemente la mesa de operaciones. El instrumento se colocará con la base de referencia 30 en la parte inferior del dispositivo de navegación 3 plana sobre la mesa. Esto define una posición cero y se confirma presionando una perilla de configuración 34 a cero. Esto establece un marco corporal del instrumento que es un marco de referencia del quirófano.

En un segundo paso, el usuario tomará el instrumento y lo colocará en la posición deseada. El posicionamiento se realizará bajo control fluoroscópico mediante un Arco en C 88. A modo explicativo, se asumirá que el Arco en C está orientado verticalmente, de modo que proporcione una vista a lo largo de una dirección A/P de un paciente colocado en la mesa de operaciones 89 (ver Fig. 4). La vista fluoroscópica se puede presentar al equipo quirúrgico por medio de un dispositivo de pantalla de observación convencional 8 (ver Fig. 5). La vista fluoroscópica lograda en la situación se muestra en la Fig. 4b.

Por definición, se especificará un sistema de coordenadas para el cuerpo humano con un eje X de lado a lado, un eje Y de arriba a abajo y un eje Z ortogonal a los ejes X e Y que indique la profundidad. De ese modo, una vista anterior-posterior como se logra en la Fig. 4 proporciona información con respecto a una trayectoria relativa al plano X/Y En esta vista se puede apreciar la orientación cefalocaudal y medial-lateral, ya que el cirujano podrá ver el punto de partida definido (marcado por un pequeño círculo al comienzo de una línea discontinua en las Fig. 4b y 5b) del alambre guía (o clavo, tornillo, etc.) así como el punto final de la trayectoria deseada (marcado por un símbolo de estrella al final de la línea discontinua en las Fig. 4b y 5b). Por ejemplo, para un tornillo translaminofacetario, el punto final deseado en la proyección AP sería la corteza inferolateral del pedículo. La línea entre el punto de inicio definido y el punto final deseado se puede calcular como un ángulo o trayectoria en relación con el eje X y el eje Y Una vez que el instrumento de orientación se mueve con su punta 21 al punto de inicio y se orienta hacia el punto final deseado, el cirujano podrá presionar la tecla de configuración 35 (o alertar al sistema verbalmente) para confirmar la aceptación de esta trayectoria, como se ilustra en Figura 4b. Cabe señalar que el instrumento de orientación en sí permanece fuera del cuerpo humano y la orientación ocurre fuera del cuerpo humano.

Cuando el cirujano acepta esta trayectoria, el dispositivo de navegación 3 almacena el conjunto de datos de posición correspondiente al presionar la tecla de configuración 35 en la primera unidad de memoria 37. Esto establece un primer ángulo, por ejemplo, de guiñada para la realización preferida. Siempre que el cirujano sostenga la herramienta quirúrgica portátil con el ángulo de guiñada (dirección) correcto, el dispositivo de retroalimentación 5 proporcionará una indicación similar a la de la figura 3a. En caso de que ocurriera un error de guiñada, la luz se desviaría a lo largo del eje horizontal dependiendo de la magnitud de la desviación de la dirección. Por ejemplo, la Fig. 3b muestra una desviación leve (pero ya no tolerable) hacia la izquierda. De ese modo, la posición de guiñada se bloquea y el cirujano puede encontrarla de nuevo haciendo referencia a la indicación visual y volviéndola a centrar para obtener una indicación como se muestra en la figura 3a. Cabe señalar que no se muestra información sobre el ángulo de cabeceo. Esto se suprime ya que es la única dimensión espacial en la que se reduce el primer modo de funcionamiento. Al suprimir esta información, se facilita el enfoque del cirujano para lograr un ángulo de cabeceo adecuado, ya que el dispositivo de navegación supervisa automáticamente el mantenimiento del ángulo de guiñada adecuado e indica cualquier desviación de guiñada.

Como siguiente paso, se debe establecer el ángulo de cabeceo. A continuación, el cirujano mueve la herramienta quirúrgica portátil a la posición de cabeceo deseada, como lo verifica la vista fluoroscópica generada por el Arco en C 88 ahora movido en una posición ortogonal a la anterior (ver Fig. 5). Una vez que se determina que el ángulo de guiñada es el adecuado, y aún se mantiene el ángulo de dirección deseado, el cirujano presionará la tecla de configuración 35 nuevamente. El comparador 4 cambia entonces al segundo modo de funcionamiento. En este modo, la trayectoria de la herramienta quirúrgica está completamente "bloqueada". Cualquier desviación del instrumento de esa posición seleccionada, ya sea en cabeceo o en guiñada o ambos, será detectada por el comparador 4 en dicho segundo modo de funcionamiento y será mostrada por el dispositivo de retroalimentación 5. Por ejemplo, en la Fig. 3d se indica una desviación grave hacia la derecha y una desviación leve (pero ya no tolerable) hacia arriba. El cirujano necesita ajustar ambos, guiñada y cabeceo, para recuperar la trayectoria deseada, y una vez que haya logrado esto, obtendrá la indicación de la Fig. 3c.

Para evitar una acción hipersensible del dispositivo de retroalimentación, se proporciona un módulo de tolerancia 51. Se establece en un criterio de tolerancia que define un nivel individual de tolerancia para cada ángulo. Los ejemplos de ángulo de tolerancia pueden ser de un máximo de dos grados.

La invención tiene aplicación para cualquier trayectoria de tornillo, y otro ejemplo sería para la colocación de tornillos pediculares. Las Figuras 4b y 5b ilustran los puntos de referencia radiográficos que se utilizarían para tornillos pediculares colocados en una trayectoria "cortical". El punto de partida en el plano AP se define como el espacio vacío entre el pedículo y un cuadro imaginario dibujado alrededor del pedículo, que se muestra como un pequeño círculo en la figura 4b. El punto final sería la cara superior-lateral del pedículo cerca de la unión del cuerpo vertebral, como lo muestra una estrella en la figura 4b. Estos son puntos de referencia bien conocidos que el cirujano puede utilizar para elegir una trayectoria en el plano AP

Además de la indicación visual proporcionada por la pantalla 54 (ver Fig. 3a-d), se pueden dar al cirujano indicaciones auditivas y/o táctiles. Para la indicación táctil, los activadores de vibración en el lado lateral izquierdo y derecho y en la sección superior e inferior del mango 1 se activarán según sea necesario para indicar una desviación hacia la izquierda o hacia la derecha o hacia arriba y hacia abajo. . Se logrará una posición correcta cuando todos los activadores de vibración estén silenciados. La fuerza de la actividad del activador de vibración puede indicar un grado de desviación. De manera similar, el altavoz 53 (que también puede ser un auricular) puede dar una indicación auditiva. La unidad de control 53' está configurada para variar la agudeza de un tono dependiendo de la desviación del cabeceo, como ir a un tono más alto si el ángulo de cabeceo es demasiado alto y pasar a un tono más bajo si el ángulo de cabeceo es demasiado bajo. Además, se emitirá un tono continuo si la dirección está centrada, el tono continuo se convertirá en un tono entrecortado si se detecta una desviación a la izquierda y se convertirá en una serie de puntos si se detecta una desviación a la derecha, gradualmente fundiéndose en un tono continuo tan pronto como se recupere la posición centrada. De este modo, el cirujano puede volver a centrar la posición y mantener la trayectoria original sin tener siquiera que mirar.

Cabe señalar que la pantalla 54 puede estar preferiblemente en un dispositivo diferente como parte de una construcción de dos piezas. El dispositivo diferente puede ser una computadora portátil o una tableta.

De este modo, se proporciona un medio económico y muy eficaz para dar una indicación visual al cirujano y su equipo.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Instrumento quirúrgico portátil con navegación autónoma, que comprende un mango (1), un eje del instrumentos (2) y un dispositivo de navegación (3), el dispositivo de navegación comprende al menos una unidad de sensor (31) para detectar datos de posición, una unidad de cálculo (33) configurada para determinar una posición en el espacio basada en señales de la unidad de sensor (31), al menos una tecla de configuración (35), una memoria de posición (36) configurada para almacenar un conjunto de datos para una posición tras la activación de al menos una tecla de configuración (35), estando conectado operativamente un comparador (4) a la memoria de posición (36), estando configurado el comparador (4) para comparar una posición real con una posición almacenada en la memoria de posición (36) en al menos dos modos de operación y para la generación de una señal de desviación, y un dispositivo de retroalimentación (5) alimentado con la señal de desviación y configurado para indicar la dirección y preferiblemente la magnitud de cualquier desviación,

caracterizado porque

en un primer modo de funcionamiento el comparador (4) está configurado para comparar una posición real determinada por el dispositivo de navegación (3) con una indicación de posición incompleta, que se almacena en la memoria de posición (36) tras una primera activación de la tecla de configuración (35), donde la indicación de posición incompleta es un subconjunto de una indicación de posición completa reducida en una dimensión espacial, donde el comparador (4) está configurado para cambiar a un segundo modo de funcionamiento tras una segunda activación de la tecla de configuración (35), en cuyo segundo modo de funcionamiento el comparador (4) está configurado para comparar la posición real con la indicación de posición completa, que se almacena en la memoria de posición (36) tras la segunda activación, donde el primer modo de funcionamiento difiere del segundo modo de funcionamiento en que el comparador (4) está configurado para una comparación reducida únicamente que carece de al menos una dimensión espacial opuesta al segundo modo de funcionamiento, y donde el comparador (4) está configurado para detectar si la posición real está en conformidad con la posición incompleta almacenada.

2. Herramienta quirúrgica portátil según la reivindicación 1, donde el dispositivo de retroalimentación está configurado para suprimir la indicación de al menos dicha dimensión espacial en el primer modo de funcionamiento.

3. Herramienta quirúrgica portátil según la reivindicación 1 y 2, donde el dispositivo de retroalimentación (5) está configurado para mostrar la desviación de forma cualitativa, preferiblemente no numérica, en particular mediante una indicación visual, auditiva y/o táctil.

4. Herramienta quirúrgica portátil según la reivindicación 2, donde el dispositivo de retroalimentación (5) comprende un módulo de tolerancia (51) que está configurado para suprimir la indicación de una desviación por debajo de un umbral preestablecido.

5. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el dispositivo de retroalimentación (5) es una construcción de dos partes, con su indicador ubicado de forma remota, preferiblemente en una pantalla separada (54).

6. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde se proporciona una base de referencia (30) en una superficie exterior de la herramienta quirúrgica y, preferiblemente, se proporciona una tecla (34) configurada para poner a cero el dispositivo de navegación (3).

7. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde se proporciona un dispositivo de compensación (6) que está configurado para determinar la posición de una punta (21) del eje del instrumento (2) y/u otro instrumento unido al eje del instrumento.

8. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la memoria de posición (36) es una memoria doble que tiene una primera y una segunda unidad de memoria (37, 38), donde la segunda unidad de memoria (38) está configurada para almacenar datos completos configurada para la posición que forma una indicación de posición completa, y la primera unidad de memoria (37) está configurada para almacenar solo un subconjunto, donde el subconjunto carece de datos para al menos un grado de libertad en la posición en el espacio para formar una indicación de posición incompleta .

9. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde se proporciona una batería recargable (7) y se conecta operativamente a una unidad de carga inalámbrica (71).

10. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde la tecla de configuración (35) es un interruptor momentáneo, un interruptor sensor o preferiblemente un interruptor controlado por voz (35').

11. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la unidad de sensor se selecciona de un grupo que comprende acelerómetros, giroscopios de velocidad y magnetómetros, todos preferiblemente con una configuración de al menos 3 ejes.

12. Herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde se proporciona una interfaz (58) configurada para suministrar datos de posición de la herramienta quirúrgica portátil a un sistema externo.

13. Método para orientar fuera del cuerpo humano una herramienta quirúrgica portátil con navegación autónoma, la herramienta quirúrgica de mano comprende un mango (1), un eje del instrumento (2) y un dispositivo de navegación (3), el dispositivo de navegación comprende al menos una unidad de sensor ( 31) para detectar datos de posición, una unidad de cálculo (33) configurada para determinar una posición en el espacio basada en señales de la unidad de sensor (31), al menos una tecla de configuración (35) y una memoria de posición (36) configurada para almacenar una conjunto de datos para una posición tras la activación de al menos una tecla de configuración (35), y un comparador (4) conectado operativamente a la memoria de posición (36), que comprende además proporcionar datos de posición con una indicación de posición completa y una indicación de posición incompleta que es un subconjunto de la indicación de posición completa que se reduce en una dimensión espacial,

comparar, en un primer modo de funcionamiento, una posición real con la indicación de posición incompleta, que se almacena en la memoria de posición tras una primera activación de la tecla de configuración (35), generar una primera señal de desviación basada en un resultado de la comparación,

cambiar a un segundo modo de funcionamiento tras una segunda activación de la tecla de configuración (35), comparar una posición real con la indicación de posición completa, que se almacena en la memoria de posición (36) tras la segunda activación usando datos de posición completos, y

proporcionar una retroalimentación sobre la dirección y preferiblemente la magnitud de cualquier desviación al usuario en el primer modo de operación y en el segundo modo de operación.

14. Método según la reivindicación 13, que comprende además el empleo de una herramienta quirúrgica portátil según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 12.

15. Sistema que comprende una herramienta quirúrgica portátil de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, y una pantalla remota (8) para indicación, preferiblemente una pantalla híbrida que muestra imágenes de un paciente.