DE112004001213T5

DE112004001213T5 - Verfahren und System zum Lokalisieren der mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins

Info

Publication number: DE112004001213T5
Application number: DE112004001213T
Authority: DE
Inventors: Alain Montreal Richard; Eric Brosseau; Herbert André Montreal Jansen
Original assignee: Orthosoft ULC
Current assignee: Orthosoft ULC
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: WO2005007004A1; US7427272B2; US20050015022A1; DE112004001213B4

Abstract

System zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins, wobei das System Folgendes umfasst:
ein Positionsabtastsystem, das ein Verfolgungsgerät aufweist, das dafür eingerichtet ist, Momentanpositionsablesungen des Oberschenkelbeins zu registrieren;
ein Erfassungsmodul, das dafür eingerichtet ist, Daten vom Positionsabtastsystem zu erfassen und feste Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins und eine digitalisierte Ablesung eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse zu speichern;
ein Rechenmodul, das dafür eingerichtet ist, ein Zentrum eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Zentrum eines Oberschenkelkopfs, wodurch die mechanische Achse dargestellt wird, zu lokalisieren; und
ein Ausgabegerät, das dafür eingerichtet ist, die mechanische Achse anzuzeigen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der computergestützten Chirurgie. Insbesondere bezieht sie sich auf die Bestimmung der mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins (Femur) und des Zentrums eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins während computergestützter Chirurgie.
Hintergrund der Erfindung
Während computergestützte Chirurgiesysteme (CAS-Systeme) auf Basis von Computertomografie (CT) in der Technik allgemein bekannt sind, tauchen langsam CT-lose CAS-Systeme als die Technik der Wahl für Nordamerika und Europa auf. Es ist wünschenswert, die präoperative Zeit zu verkürzen, die ein Chirurg zur Vorbereitung eines Eingriffs aufwenden muss. Außerdem ist es wünschenswert, Anwendungen bereitzustellen, die andere Medien als Computertomografien verwenden können, wenn diese nicht zur Verfügung stehen. Das CT-lose System verkürzt die präoperative Zeit und Instrumentkalibirierungszeit, insbesondere bei einfachen Eingriffen, und im Falle von komplizierteren Eingriffen kann das CT-lose System mit Anwendungen auf CT-Basis kombiniert werden.
Ein CT-loses intraoperatives Knochenrekonstruktionssystem gibt einem Chirurgen vorteilhaft eine visuelle Bestätigung der Aufgaben, die er während des Eingriffs durchführt. In der anhängigen US-Patentanmeldung 10/345,403 für den vorliegenden Anmelder ist ein Verfahren und System für intraoperative Darstellung eines Näherungsmodells einer anatomischen Struktur durch Sammeln einer Wolke kleiner Oberflächen beschrieben. Die Wolke kleiner Oberflächen wird mit einem Registrierungszeiger gesammelt, der eine angepasste Spitze hat, die mit der Oberfläche einer anatomischen Struktur Kontakt herstellen und die Senkrechte an der Kontaktstelle registrieren kann. Anatomische Strukturen intraoperativ zu rekonstruieren und zu registrieren, ist der Kern von CT-losen CAS-Systemen.
Bei Durchführung eines Eingriffs an den Unterschenkeln ist es wichtig, die mechanische Achse des Beins zu bestimmen. Die mechanische Achse bezieht sich auf die Achse, die durch eine vom Zentrum des Oberschenkelkopfs zum Zentrum des Kniegelenks gezogene Linie und eine vom Zentrum des Kniegelenks zum Zentrum des Knöchelgelenks gezogene Linie gebildet wird. Bei perfekt ausgerichtetem Bein bildet die mechanische Achse eine gerade Linie.
Die mechanische Achse eines Beins zu bestimmen, umfasst, das Zentrum des Oberschenkelkopfs zu lokalisieren. In der Technik der computergestützten Chirurgie ist es bekannt, das Zentrum des Oberschenkelkopfs zu lokalisieren, indem die Relativposition des Oberschenkelbeins dynamisch registriert wird, während das proximale Ende in einem kreisförmigen Muster gedreht wird. Diese Technik ist aber störungsempfindlich, wodurch die Güte der Ablesungen durch das Positionsabtastsystem beeinträchtigt wird. Das erzielte Genauigkeitsniveau variiert auch in Abhängigkeit davon, wie lange die Rotation aufrechterhalten wird und mit wie viel Präzision das System die Punkte registrieren kann, während der Knochen in Bewegung ist. Weiterhin kann die Bewegung des Oberschenkelbeins für den Registrierungsprozess bewirken, dass sich der Hüftknochen dreht, und dies kann weitere Fehler in die Messungen einführen.
Erkennen des Oberschenkelkopfs ist ein kritischer Prozess, der das Endergebnis des Eingriffs beeinflusst. Es besteht daher ein Bedürfnis, ein System und Verfahren zur Oberschenkelkopf-Erkennung zu entwickeln, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet und ein gewisses Genauigkeitsniveau gewährleistet.
Kurze Darstellung der Erfindung
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Störungseinfluss auf Verfolgungsgeräte zu überwinden und die Genauigkeit beim Lokalisieren des Zentrums des Oberschenkelkopfs eines Oberschenkelbeins zu verbessern.
In Übereinstimmung mit einem ersten breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins unter Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems mit einem Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Positionsabtastsystems mit einem Verfolgungsgerät, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und Halten des Verfolgungsgeräts an das Oberschenkelbein; Lokalisieren eines Zentrums eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bewegen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins in eine erste statische Position, Erfassen einer festen Ablesung der ersten statischen Position, Wiederholen des Bewegens und des Erfassens für eine Vielzahl von statischen Positionen; und Lokalisieren des Zentrums durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters; Digitalisieren eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse in einer im Wesentlichen zentralen Position des proximalen Endes des Oberschenkelbeins; und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Rotationszentrum, um die mechanische Achse zu bilden.
In Übereinstimmung mit einem zweiten breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren wie oben beschrieben bereitgestellt, das zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins an einem Leichnam dient.
In Übereinstimmung mit einem dritten breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins bereitgestellt, wobei das computergestützte Chirurgiesystem ein Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse und ein Positionsabtastsystem mit einem Verfolgungsgerät aufweist, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erfassen von festen Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins; Lokalisieren eines Zentrums eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters; Registrieren eines digitalisierten Eintrittspunkts der mechanischen Achse in einer im Wesentlichen zentralen Position des proximalen Endes des Oberschenkelbeins; und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Rotationszentrum, um die mechanische Achse zu bilden.
In Übereinstimmung mit einem vierten breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins bereitgestellt, wobei das computergestützte Chirurgiesystem ein Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse und ein Positionsabtastsystem mit einem Verfolgungsgerät, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und Halten des Verfolgungsgeräts an das Oberschenkelbein umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrum eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Erfassen von festen Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins lokalisiert wird.
In Übereinstimmung mit einem fünften breiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins bereitgestellt, wobei das System Folgendes umfasst: ein Positionsabtastsystem mit einem Verfolgungsgerät, das dafür eingerichtet ist, Momentanpositionsablesungen des Oberschenkelbeins zu registrieren; ein Erfassungsmodul, das dafür eingerichtet ist, Daten vom Positionsabtastsystem zu erfassen und feste Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins und eine digitalisierte Ablesung eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse zu speichern; ein Rechenmodul, das dafür eingerichtet ist, ein Zentrum eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Zentrum eines Oberschenkelkopfs, wodurch die mechanische Achse dargestellt wird, zu lokalisieren; und ein Ausgabegerät, das dafür eingerichtet ist, die mechanische Achse anzuzeigen.
Vorzugsweise registriert das System periodisch automatisch Momentanpositionen und mittelt eine Vielzahl der Momentanpositionen, um eine statische Position zu bestimmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch besser im Hinblick auf die nachfolgende Beschreibung und begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 ein Flussdiagramm der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 das Zentrum des Oberschenkelkopfs auf der Benutzerschnittstelle zeigt;
3 die mechanische Achse auf der Benutzerschnittstelle zeigt;
4 die mechanische Achse und die Epicondylarachse auf der Benutzerschnittstelle zeigt;
5 die Mosaikrekonstruktion eines Knochens zeigt;
6 eine Skizze eines Digitalisierungswerkzeugs mit einer adaptiven Spitze ist; und
7 ein Blockdiagramm eines Systems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Kamera Polaris^TM mit einem Navitrack^TM-System verwendet, verkauft von der Fa. Orthosoft. Ein Oberschenkelverfolgungsgerät wird optimal in einer vorderen Position in Bezug auf die sagittale anatomische Achse und eine seitliche Position in Bezug auf die frontale anatomische Achse platziert. Idealerweise sollte die vordere Position ungefähr 45 Grad sein und sollte die seitliche Position ungefähr 10 Grad sein. Die Position für Optimierung der Genauigkeit der Knochenverfolgungsgeräte liegt ungefähr 12 cm von dem Kniegelenk, das der Kamera zugewandt ist.
1 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte beschreibt, die zum Bestimmen der mechanischen Achse des Oberschenkelknochens während eines Eingriffs verwendet wird. Der erste Schritt ist, ein Positionsabtastsystem bereitzustellen, das ein Verfolgungsgerät aufweist, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und das Verfolgungsgerät an das Oberschenkelbein 16 zu halten. Der nächste Schritt ist, das Zentrum des Oberschenkelkopfs 17 zu lokalisieren. Dieser Punkt wird beim Berechnen der mechanischen Achse verwendet. Um das Zentrum des Oberschenkel kopfs zu lokalisieren, wird das proximate Ende des Oberschenkelbeins in einer ersten statischen Position platziert. Eine feste Ablesung der ersten statischen Position des Oberschenkelbeins wird durch das Positionsabtastsystem erfasst. Diese Aktion wird für eine Vielzahl von statischen Positionen wiederholt. Das Zentrum des Oberschenkelkopfs wird dann lokalisiert, indem ein Mittelpunkt des Musters bestimmt wird, das durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildet wird. Um die mechanische Achse zu berechnen, ist es außerdem erforderlich, den Eintrittspunkt der mechanischen Achse 18 zu lokalisieren. Dieser Punkt ist die Kerbe, die man am femoralen distalen Ende des Oberschenkelknochens findet, und stimmt mit dem Intramedullärstab-Eintrittspunkt überein, mit dem Chirurgen vertraut sind. Der Chirurg versucht diesen Punkt zu lokalisieren, indem er die Fläche physisch abtastet, und sobald das Zentrum lokalisiert ist, wird dieser Punkt durch das Digitalisierungswerkzeug digitalisiert und im Speicher des Systems aufgezeichnet. Sobald die zwei Endpunkte identifiziert worden sind, wird eine Linie gebildet, um sie miteinander zu verbinden und die mechanische Achse 19 zu erzeugen. Die Achse wird dann auf dem Ausgabegerät angezeigt, um den Chirurgen während des Eingriffs visuell zu unterstützen.
Die Erkennung des Oberschenkelkopfs wird idealerweise durchgeführt, indem vierzehn statische Punkte des Oberschenkelbeins in Bezug auf ein festes Becken gewonnen werden. Das heißt, das Becken muss während der Erfassung jedes Punkts bis zum Ende fest bleiben. Jede Erfassung eines statischen Punkts sollte geschehen, indem man das verfolgte Bein auf dem Operationstisch immobilisiert und auf eine Anzeige wartet, dass das System die Position registriert hat. Diese Anzeige kann visuell auf dem Ausgabegerät oder ein Tonsignal wie z.B. ein vom System ausgesandter Piepton sein. Alternativ kann der Chirurg irgendwo zwischen 7 und 20 Positionen nehmen. Der Chirurg kann wählen, einen Beckenbezugspunkt zu verwenden oder nicht, und wenn man dies tut, erhöht man die Algorithmusgenauigkeit durch Aufzeichnung der kleinen Oszillationsbewegungen des Beckens während der Erfassung.
Der Chirurg sollte mit dem Oberschenkelverfolgungsgerät Punkte nehmen, die am besten zu einem kegelförmigen Muster passen würden. Das Becken und die optische Kamera sollten während des ganzen Prozesses unbeweglich bleiben, um ein gutes Genauigkeitsniveau zu erreichen. Zwischen jeder Datenerfassung sollte sich das Oberschenkelverfolgungsgerät mindestens 20 mm bewegen, um bessere Ergebnis zu erzielen. Eine vernünftige Positionierung des Beins in jedem Schritt ist wichtig.
Das Positionsabtastsystem kann von dem Typ sein, der periodisch automatisch Momentanpositionen registriert. In diesem Fall bleibt der Chirurg eine Mindestzeitspanne lang in einer statischen Position, während das System eine Vielzahl von Ablesungen registriert. Die Position wird dann bestimmt, indem ein Mittelwert aller Momentanpositionen genomen wird, die innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen. Wenn sich der Bereich um einen großen Betrag ändert, erkennt das System die Positionsänderung und schließt die Ablesungen nicht in den Mittelwert ein.
Alternativ reagiert das System auf eine Benutzereingabe, um eine Positionsablesung zu registrieren. In diesem Fall platziert der Chirurg den Knochen in einer statischen Position und ermöglicht es dem System, die Position zu registrieren. Dies kann auf mannigfache Arten geschehen, wie z. B. Klicken einer Taste auf einer Maus oder Tastatur.
Die große Kugel in 2 stellt das Zentrum des Oberschenkelkopfs dar. Durch die Anzeige werden mehrere Ansichten bereitgestellt, wie z.B. frontal, halb seitlich und axial. Das Muster der Rotation wird registriert, und das Rotationszentrum wird als das Zentrum des Oberschenkelkopfs identifiziert. Nach Verwendung eines Registrierungswerkzeugs zum Digitalisieren des Eintrittspunkts der mechanischen Achse in den Oberschenkelknochen stellt eine dehnbare Linie, die ihren Ursprung im Zentrum der Kugel hat und sich mit dem Registrierungswerkzeug bewegt, die mechanische Achse dar. Dieses Merkmal erlaubt es dem Benutzer, den Ort der femoralen mechanischen Achse zu korrigieren, indem er auf den mechanischen Eintrittspunkt klickt und dessen Position ändert. Diese Achse wird als die Hauptachse des Bezugssystems verwendet. 3 zeigt die Benutzerschnittstelle, die das Zentrum des Oberschenkelkopfs, den Eintrittspunkt der mechanischen Achse und den dünnen Zylinder anzeigt, der die Achse darstellt. Der Eintrittspunkt der mechanischen Achse sollte als der Eintrittspunkt des Intramedullärstabs definiert werden. Die mechanische Achse wird dann als die Hauptachse eines Koordinatensystems verwendet, welches dann verwendet wird, um während der Navigation Zahlenwerte zu liefern. Der Benutzer kann den Eintrittspunkt der mechanischen Achse so oft wie gewünscht neu eingeben, und das System aktualisiert dann die Achse.
Die nächste Tätigkeit ist das Digitalisieren der Epicondylen, wie am besten in 4 zu sehen ist. Es werden zwei Punkte verwendet, um durch Digitalisieren der Epicondylen unter Verwendung des Registrierungswerkzeugs eine Achse in drei Dimensionen zu beschreiben. Die zwischen den Epicondylen gebildete Linie stellt die Epicondylarachse dar. Der Benutzer kann die zwei Endpunkte in jedem Augenblick leicht modifizieren. Die Epicondylarachse wird als die zweite Achse des Bezugssystems verwendet und ist erforderlich, um während der Navigation axiale numerische Informationen zu liefern.
Um die Identifizierung der Epicondylen zu erleichtern, könnte ein MOSAIC^TM-Zeiger verwendet werden, um sie zu rekonstruieren. Dieser Zeiger ist in 6 dargestellt und wird weiter unten detaillierter beschrieben. Nachdem er die Epicondylen rekonstruiert hat, kann der Benutzer die Orientierungspunkte genauer redigitalisieren.
Oberflächenmodellrekonstruktion ist ein Prozess, der es dem Benutzer erlaubt, kleine Oberflächen statt nur Punkte zu digitalisieren. Diese Oberflächen können kleine Kreise sein, wie man am besten aus 5 erkennen kann. Der kleine Kreis ist als eine kleine, flache Scheibe physisch auf der Spitze des Registrierungswerkzeugs vorhanden. Die Größe der Scheibe (Radius) wird als ein Kompromiss zwischen Genauigkeit und Zeit gewählt. Es ist kontraproduktiv, von einem Chirurgen zu verlangen, beim Digitalisieren der Oberfläche eines Knochens hunderte von Punkten zu nehmen. Je mehr Punkte genommen werden, desto besser aber die Darstellung des Knochens und desto genauer das Modell. Die Größe kann auch in Abhängigkeit von der Morphologie der Knochenoberfläche variieren, was die Präzision des Werkzeugs beeinflusst. Zum Beispiel könnte die Scheibe eine Fläche von 1 cm² bedecken. Die Scheibe muss flach auf der Oberfläche sein, um so viel Oberfläche wie möglich zu registrieren. Das Werkzeug registriert auch die Senkrechte an der Kontaktstelle zwischen der flachen Scheibenoberfläche und dem Knochen. Wenn jede digitalisierte Oberfläche registriert ist, erscheint sie auf der Ausgabeanzeige. Eine genügende Menge von digitalisierten Oberfläche stellt dann ein Näherungsmodell der gesamten Oberfläche dar. Das Modell wird als ein Mosaik von kreisförmigen Oberflächen gebildet. Diese Rekonstruktion geschieht in Echtzeit.
Aus den gesammelten Eingangsdaten kann die Näherungsmodellrekonstruktion in ein tatsächliches dreidimensionales Modell umgewandelt werden. Sobald diese Rekonstruktion geschehen ist, können für den Eingriff verwendete Werkzeuge in Bezug auf dieses Modell verfolgt werden, was es dem Chirurgen ermöglicht, mit Werkzeugen zu navigieren und einen Bezugspunkt im Körper zu haben.
6 ist die bevorzugte Ausführungsform des Digitalisierungswerkzeugs, des Zeigers, zur Verwendung im Digitalisierungsprozess. Das Werkzeug ist mit einem Positionsabtastgerät versehen, wie z.B. denen, die auf dem Gebiet des Verfolgens bekannt sind, mit drei Positionsidentifizierungsgeräten. In dieser Ausführungsform können beide Enden des Werkzeugs als Digitalisierungsspitze dienen, wobei jedes Ende einen anderen Radius hat. Das kleinere Ende kann auf anatomischen Oberflächen verwendet werden, die sich nicht leicht an die flache Oberfläche des Werkzeugs anpassen. Das größere Ende kann auf flacheren anatomischen Oberflächen verwendet werden. Der Benutzer wählt am Computer, welches Ende zu verwenden ist. Alternativ kann es automatische Erkennung des gerade verwendeten Endes geben, etwas wenn der Computer den Radius der Scheibenoberfläche erkennt, wenn sie auf der Knochenoberfläche platziert wird. Für die tatsächliche Registrierung der kleinen Oberflächen kann dies auf mehrere Arten erreicht werden. Zum Beispiel kann es einen Knopf am Werkzeug geben, der die Digitalisierung steuert. Alternativ kann dies geschehen, indem eine Taste auf einer Tastatur gedrückt wird, um einen zu digitalisierenden Punkt auszuwählen. Alternativ kann die Digitalisierung auch durch ein Rotationsaktion des Werkzeugs um eine viertel Drehung ausgelöst werden. Man erkennt, dass alternative Ausführungsformen für das Registrierungswerkzeug möglich sind. Zum Beispiel können andere Mehrzweckkombinationen hergestellt werden. Ein Ende kann eine Ahle, ein Schraubendreher oder eine Sonde sein, während das andere Ende ein Digitalisiergerät ist. Ähnlich kann das Werkzeug auch ein einseitiges Digitalisiergerät sein.
7 ist ein Blockdiagramm, das die verschiedenen Module des Systems der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Positionsabtastsystem 40 mit einem Verfolgungsgerät, das dafür eingerichtet ist, Momentanpositionsablesungen des Oberschenkelbeins zu registrieren, überträgt diese Ablesungen zu einem Erfassungsmodul 41. Das Erfassungsmodul 41 erfasst die Daten und speichert die festen Ablesungen der vielen statischen Positionen des proximalen Endes des Oberschenkelbeins. Eine digitalisierte Ablesung eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse wird vom Erfassungsmodul 41 ebenfalls erfasst und gespeichert. Diese Daten werden an ein Rechenmodul 42 gesendet, das das Zentrum des Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins lokalisiert, indem es einen Mittelpunkt eines durch die statischen Positionen gebildeten Musters bestimmt. Zwischen dem Eintrittspunkt und dem Zentrum des Oberschenkelkopfs wird eine Linie verbunden, und die mechanische Achse wird gebildet. Die Enddaten werden dann an das Ausgabegerät 43 gesendet, um sie dem Benutzer anzuzeigen.
Selbstverständlich ergeben sich für den Fachmann zahlreiche Modifizierungen daran. Dementsprechend sind die obige Beschreibung und begleitenden Zeichnungen als die Erfindung veranschaulichend und nicht in einem einschränkenden Sinn zu nehmen. Außerdem ist es selbstverständlich beabsichtigt, irgendwelche Veränderungen, Anwendungen oder Adaptionen der Erfindung abzudecken, die den Prinzipien der Erfindung im Allgemeinen folgen und Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung enthalten, wie sie es in der bekannten oder gebräuchlichen Praxis in dem Stand der Technik gibt, auf den sich die Erfindung bezieht, und die auf die vorher hierin angegebenen wesentlichen Merkmale anwendbar sind, und wie folgt im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche.
Zusammenfassung
Computergestütztes Chirurgiesystem zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins, wobei das computergestützte Chirurgiesystem ein Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse und ein Positionsabtastsystem mit einem Verfolgungsgerät, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und Halten des Verfolgungsgeräts an das Oberschenkelbein umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrum eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Erfassen von festen Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins lokalisiert wird.

Claims

System zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins, wobei das System Folgendes umfasst: ein Positionsabtastsystem, das ein Verfolgungsgerät aufweist, das dafür eingerichtet ist, Momentanpositionsablesungen des Oberschenkelbeins zu registrieren; ein Erfassungsmodul, das dafür eingerichtet ist, Daten vom Positionsabtastsystem zu erfassen und feste Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins und eine digitalisierte Ablesung eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse zu speichern; ein Rechenmodul, das dafür eingerichtet ist, ein Zentrum eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Zentrum eines Oberschenkelkopfs, wodurch die mechanische Achse dargestellt wird, zu lokalisieren; und ein Ausgabegerät, das dafür eingerichtet ist, die mechanische Achse anzuzeigen.
System wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem das Positionsabtastsystem die Momentanpositionsablesungen periodisch automatisch registriert und das Erfassungsmodul dafür eingerichtet ist, einen Mittelwert einer Vielzahl der Momentanpositionsablesungen zu nehmen, um die statischen Positionen zu bestimmen.
System wie in Anspruch 1 beansprucht, bei dem das Positionsabtastsystem auf Benutzereingabe reagiert, um die Momentanpositionsablesungen zu registrieren.
System wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, bei dem das Erfassungsmodul eine Position des proximalen Ende relativ zu einem Bezugspunkt bestimmt.
System wie in Anspruch 4 beansprucht, bei dem der Bezugspunkt ein fester Bezugspunkt ist, der auf einem Beckenknochen angrenzend an das Oberschenkelbein platziert ist.
System wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, bei dem das Erfassungs modul zwischen jeder Erfassung ein Signal erzeugt, dass die festen Ablesungen erfasst worden sind.
System wie in Anspruch 6 beansprucht, bei dem das Signal ein Tonsignal ist.
System wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht, bei dem die digitalisierte Ablesung eines Eintrittspunkts ein Punkt und eine senkrechte Achse zu dem Punkt ist.
Verfahren zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins unter Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems mit einem Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Positionsabtastsystems mit einem Verfolgungsgerät, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und Halten des Verfolgungsgeräts an das Oberschenkelbein; Lokalisieren eines Zentrums eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bewegen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins in eine erste statische Position, Erfassen einer festen Ablesung der ersten statischen Position, Wiederholen des Bewegens und des Erfassens für eine Vielzahl von statischen Positionen; und Lokalisieren des Zentrums durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters; Digitalisieren eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse in einer im Wesentlichen zentralen Position des proximalen Endes des Oberschenkelbeins; und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Rotationszentrum, um die mechanische Achse zu bilden.
Verfahren zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins an einem Leichnam unter Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems mit einem Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Positionsabtastsystems mit einem Verfolgungsgerät, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und Halten des Verfolgungsgeräts an das Oberschenkelbein; Lokalisieren eines Zentrums eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bewegen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins in eine erste statische Position, Erfassen einer festen Ablesung der ersten statischen Position, Wiederholen des Bewegens und des Erfassens für eine Vielzahl von statischen Positionen; und Lokalisieren des Zentrums durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters; Digitalisieren eines Eintrittspunkts der mechanischen Achse in einer im Wesentlichen zentralen Position des proximalen Endes des Oberschenkelbeins; und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Rotationszentrum, um die mechanische Achse zu bilden.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 und 10 beansprucht, bei dem das Positionsabtastsystem die Momentanpositionsablesungen periodisch automatisch registriert und das Erfassen einer festen Ablesung umfasst, einen Mittelwert einer Vielzahl der Momentanpositionsablesungen zu nehmen, um die statische Position zu bestimmen.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 und 10 beansprucht, bei dem das Positionsabtastsystem auf Benutzereingabe reagiert, um die Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und das Erfassen einer festen Ablesung umfasst, das Positionsabtastsystem in die Lage zu versetzen, eine einzelne Momentanpositionsablesung zu registrieren.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 12 beansprucht, bei dem das durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildete Muster ein kegelförmiges Muster ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 13 beansprucht, bei dem die Vielzahl von statischen Positionen zwischen 7 und 10 ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 13 beansprucht, bei dem die Vielzahl von statischen Positionen 14 ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 15 beansprucht, bei dem das Erfassen einer festen Ablesung umfasst, eine Position des proximalen Endes relativ zu einem Bezugspunkt zu bestimmen.
Verfahren wie in Anspruch 16 beansprucht, bei dem der Bezugspunkt ein fester Bezugspunkt ist, der auf einem Beckenknochen angrenzend an das Oberschenkelbein platziert ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 17 beansprucht, bei dem das Wiederholen des Bewegens umfasst, vor dem Bewegen zur nächsten statischen Position auf ein Signal von einem Erfassungssystem zu warten, dass die feste Ablesung erfasst worden ist.
Verfahren wie in Anspruch 18 beansprucht, bei dem das Signal ein Tonsignal ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 19 beansprucht, bei dem das Wiederholen des Bewegens umfasst, das proximale Ende mindestens 20 mm zu einer nächsten statischen Position zu bewegen.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 20 beansprucht, bei dem das Digitalisieren umfasst, ein Instrument an eine Oberfläche des Knochens zu halten, so dass ein Punkt und eine senkrechte Achse zu dem Punkt bestimmt werden.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 20 beansprucht, bei dem die im Wesentlichen zentrale Position visuell bestimmt wird.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 9 bis 20 beansprucht, bei dem die zentrale Position eine Intercondylar-Kerbe ist und lokalisiert wird durch Digitalisieren eines mittleren und eines seitlichen Epicondylus am proximalen Endes des Oberschenkelbeins, Bilden einer Epicondylarachse und Bestimmen eines Zentrums der Epicondylarachse.
Verfahren zur Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins, wobei das computergestützte Chirurgiesystem ein Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse und ein Positionsabtastsystem mit einem Verfolgungsgerät aufweist, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erfassen von festen Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins; Lokalisieren eines Zentrums eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Bestimmen eines Mittelpunkts eines durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildeten Musters; Registrieren eines digitalisierten Eintrittspunkts der mechanischen Achse in einer im Wesentlichen zentralen Position des proximalen Endes des Oberschenkelbeins; und Verbinden einer Linie zwischen dem Eintrittspunkt und dem Rotationszentrum, um die mechanische Achse zu bilden.
Verfahren wie in Anspruch 24 beansprucht, bei dem das Positionsabtastsystem die Momentanpositionsablesungen periodisch automatisch registriert und das Erfassen von festen Ablesungen umfasst, einen Mittelwert einer Vielzahl der Momentanpositionsablesungen zu nehmen, um die statischen Positionen zu bestimmen.
Verfahren wie in Anspruch 24 beansprucht, bei dem das Positionsabtastsystem auf Benutzereingabe reagiert, um die Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und das Erfassen von festen Ablesungen umfasst, das Positionsabtastsystem in die Lage zu versetzen, eine einzelne Momentanpositionsablesung zu registrieren.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 24 bis 26 beansprucht, bei dem das durch die Vielzahl von statischen Positionen gebildete Muster ein kegelförmiges Muster ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 24 bis 27 beansprucht, bei dem die Vielzahl von statischen Positionen zwischen 7 und 10 ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 24 bis 27 beansprucht, bei dem die Vielzahl von statischen Positionen 14 ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 24 bis 29 beansprucht, bei dem das Erfassen von festen Ablesungen umfasst, eine Position des proximalen Endes relativ zu einem Bezugspunkt zu bestimmen.
Verfahren wie in Anspruch 30 beansprucht, bei dem der Bezugspunkt ein fester Bezugspunkt auf einem Beckenknochen angrenzend an das Oberschenkelbein ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 24 bis 31 beansprucht, bei dem das Erfassen von festen Ablesungen umfasst, zwischen jeder Erfassung ein Signal zu erzeugen, dass die festen Ablesungen erfasst worden sind.
Verfahren wie in Anspruch 32 beansprucht, bei dem das Signal ein Tonsignal ist.
Verfahren wie in einem der Ansprüche 24 bis 33 beansprucht, bei dem das Registrieren eines digitalisierten Eintrittspunkts umfasst, einen Punkt und eine senkrechte Achse zu dem Punkt zu identifizieren.
Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins, wobei das computergestützte Chirurgiesystem ein Ausgabegerät zum Anzeigen der mechanischen Achse und ein Positionsabtastsystem mit einem Verfolgungsgerät, das im Stande ist, Momentanpositionsablesungen zu registrieren, und Halten des Verfolgungsgeräts an das Oberschenkelbein umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrum eines Oberschenkelkopfs des Oberschenkelbeins durch Erfassen von festen Ablesungen einer Vielzahl von statischen Positionen eines proximalen Endes des Oberschenkelbeins lokalisiert wird.
Verwendung eines computergestützten Chirurgiesystems, wie in einem der Ansprüche 1 bis 15 definiert, zur Bestimmung einer mechanischen Achse eines Oberschenkelbeins.