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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft chirurgische Instrumente und insbesondere
eine chirurgisches Führung
zur richtigen Positionierung eines chirurgischen Instruments bezüglich eines
anatomischen Elements.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Die
gesteuerte Positionierung von chirurgischen Instrumenten ist in
vielen chirurgischen Prozeduren von erheblicher Bedeutung, und es
sind verschiedene Verfahren und Führungsinstrumente zur richtigen
Positionierung eines chirurgischen Instruments entwickelt worden.
Solche Verfahren umfassen die Verwendung von chirurgischen Führungen, die
als mechanische Führungen
zur Ausrichtung von bohrenden, schneidenden oder fräsenden Instrumenten
dienen. Die Verwendung solcher chirurgischer Führungen ist in orthopädischen
chirurgischen Prozeduren üblich
und solche Führungen
können verwendet
werden, um ein Bohr- oder Schneide- oder Fräsinstrument bezüglich eines
Knochens richtig auszurichten, wenn der Knochen zur Aufnahme eines
Implantats, wie eines künstlichen
Gelenks vorbereitet wird. Es sind auch computerunterstützte chirurgische
Prozeduren bekannt, die mit der Bildführung eines chirurgischen Instruments
verbunden sind. Bildführungstechniken
umfassen typischerweise die Erfassung präoperativer Bilder der relevanten anatomischen
Strukturen und die Erzeugung einer Datenbank, die ein dreidimensionales
Modell der anatomischen Strukturen repräsentiert. Die relevanten chirurgischen
Instrumente weisen typischerweise eine bekannte und feste Geometrie
auf, die ebenfalls präoperativ
definiert wird. Während
der chirurgischen Prozedur wird die Position des Instruments, das
verwendet wird, mit dem anatomischen Koordina tensystem registriert,
und es kann eine graphische Anzeige, die die Relativpositionen des
Instruments und der anatomischen Struktur zeigt, in Echtzeit berechnet und
für den
Chirurgen angezeigt werden, um den Chirurgen bei der richtigen Positionierung
und Handhabung des chirurgischen Instruments bezüglich der relevanten anatomischen
Struktur zu unterstützen.
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In
bildgeführten
Prozeduren kann ein Roboterarm verwendet werden, um das Instrument
zu positionieren und zu steuern, oder der Chirurg kann manuell das
Instrument positionieren und die Anzeige der Relativposition des
Instruments und der anatomischen Struktur verwenden, wenn er das
Instrument positioniert.
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Obwohl
die bekannten Verfahren und die Ausstattung an Instrumenten, die
verwendet werden, um chirurgische Instrumente richtig zu positionieren, zufriedenstellende
Ergebnisse liefern, bringt die Präzision, die mit bildgeführten chirurgischen
Systemen erhältlich
ist, häufig
die Verwendung einer kostspieligen oder schwerfälligen Ausrüstung mit sich, die die Verwendung
solcher Verfahren einschränken
kann.
FR-A-2776176 beschreibt
ein solches System.
WO 2004/017842 und
WO 2004/019792 fallen
unter das Eintreten des Artikels 54(3) EPC und beschreiben chirurgische
Instrumente mit einem Verankerungsglied, das einen sphärischen
Abschnitt aufweist, der mit einem Instrumentenkörper in Eingriff bringbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein chirurgisches Instrument bereit,
das ein Verankerungsglied aufweist, das an einer anatomischen Struktur
sicherbar ist und das einen Instrumentenkörper aufweist, der selektiv
relativ zum Verankerungsglied und der anatomischen Struktur umpositioniert
werden kann, nachdem das Verankerungsglied an der anatomischen Struktur
gesichert worden ist. Es kann ein computerimplementiertes Bildführungssystem
verwendet werden, um das Verankerungsglied zu positionieren, wenn
es an der anatomischen Struktur gesichert wird, und/oder kann außerdem verwendet
werden, wenn die Position des Instrumentenkörpers relativ zur anatomischen
Struktur nach der Sicherung des Verankerungsglieds an der anatomischen
Struktur eingestellt wird. Ein solches Instrument ist in orthopädischen
chirurgischen Prozeduren zur Positionierung einer Schneid- oder
Fräsführung an
einem Knochen, wie einem Femur, zur Resektion des Knochens nützlich.
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Die
Erfindung weist in einer Form davon ein chirurgisches Instrument
zur Verwendung mit einer anatomischen Struktur auf. Das Instrument
weist ein Verankerungsglied, das einen ersten Abschnitt aufweist,
der an der anatomischen Struktur sicherbar ist, einen Instrumentenkörper, der
relativ zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar ist,
und mindestens ein Bezugselement auf, das am Instrumentenkörper anbringbar
ist. Das mindestens eine Bezugselement ist in einem computerimplementierten Bildführungssystem
registrierbar.
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In
alternativen Ausführungsformen
kann das mindestens eine Bezugselement mindestens drei nicht-linear
positionierte Bezugselemente aufweisen. Das mindestens eine Bezugselement
kann an einem Bezugsglied angeordnet werden, das am Instrumentenkörper abnehmbar
anbringbar ist. Das mindestens eine Bezugselement kann außerdem mindestens
drei nicht-linear positionierte Bezugselemente aufweisen, die an
einem Bezugsglied angeordnet werden können, das abnehmbar an Instrumentenkörper anbringbar
ist. Das (die) Bezugselement(e) kann (können) eine reflektierende Struktur
sein oder ein Signal emittieren. Der Instrumentenkörper kann
außerdem
eine Positionierungsführung
definieren, die mit dem Bezugsglied registrierbar ist.
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Der
erste Abschnitt des Verankerungsglieds kann ein Gewindeschaft sein,
der durch Gewindeschneiden an einem Knochen sicherbar ist. Der Knochen
kann ein Femur sein und der Instrumentenkörper kann ferner eine Positionierungsführung aufweisen.
Das Verankerungsglied kann außerdem
eine erste Achse definieren, wobei der Instrumentenkörper um
eine zweite Achse verstellbar drehbar ist, die im wesentlichen senkrecht
zur ersten Achse angeordnet ist. Das Verankerungsglied kann außerdem einen
sphärischen
Abschnitt aufweisen, der mit dem Instrumentenkörper in Eingriff bringbar ist.
Der sphärische
Abschnitt kann in einem verstellbar drehbaren Lager sitzen.
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In
einer Ausführungsform
weist das Verankerungsglied einen Schaft, der eine erste Achse definiert,
und einen sphärischen
Abschnitt auf, der in einem verstellbar drehbaren Lager sitzt. Das
Lager ist um eine zweite Achse drehbar, die im wesentlichen senkrecht
zur ersten Achse angeordnet ist. Das Instrument weist ferner erste
und zweite Verstellglieder auf. Das erste Verstellglied ist selektiv
mit dem sphärischen
Abschnitt in Eingriff bringbar, wobei der Eingriff des ersten Verstellglieds
das Verankerungsglied relativ zum Instrumentenkörper in einer ausgewählten Rotationsposition
bezüglich
der ersten Achse sichert. Das zweite Verstellglied ist selektiv
mit dem drehbaren Lager in Eingriff bringbar, wobei der Eingriff
des zweiten Verstellglieds das Verankerungsglied relativ zum Instrumentenkörper in
einer ausgewählten
Rotationsposition bezüglich
der zweiten Achse sichert.
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Die
Erfindung weist in einer anderen Form davon ein chirurgisches Instrument
zur Verwendung mit einer anatomischen Struktur auf. Das Instrument weist
ein Verankerungsglied auf, das einen Schaft aufweist, der an der
anatomischen Struktur sicherbar ist, wobei der Schaft eine erste
Achse definiert. Das Instrument weist außerdem einen Instrumentenkörper auf,
der relativ zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar ist,
wobei der Instrumentenkörper
um eine zweite Achse verstellbar drehbar ist, die im wesentlichen
senkrecht zur ersten Achse angeordnet ist. Es ist außerdem mindestens
ein Bezugselement vorgesehen, das am Instrumentenkörper anbringbar
ist. Das mindestens eine Bezugselement ist in einem computerimplementierten
Bildführungssystem
registrierbar, wobei eine Umpositionierung des Instrumentenkörpers das
mindestens eine Bezugselement umpositioniert.
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Das
chirurgische Instrument kann außerdem erste
und zweite Verstellglieder aufweisen, die unabhängig mit dem Instrument in
Eingriff bringbar sind, wobei der Eingriff des ersten Verstell glieds
das Verankerungsglied relativ zum Instrumentenkörper in einer ausgewählten Rotationsposition
bezüglich
der ersten Achse sichert, und der Eingriff des zweiten Verstellglieds
das Verankerungsglied relativ zum Instrumentenkörper in einer ausgewählten Rotationsposition
bezüglich
der zweiten Achse sichert. Das Verankerungsglied kann außerdem einen
sphärischen
Abschnitt aufweisen, der in einem verstellbar drehbaren Lager sitzt,
wobei das Lager um die zweite Achse drehbar ist und das zweite Verstellglied
das Lager selektiv sichert.
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Es
wird außerdem
ein Verfahren zum Positionieren eines chirurgischen Instruments
bezüglich einer
anatomischen Struktur beschrieben. Das Verfahren weist das Bereitstellen
eines Instruments auf, das ein Verankerungsglied und einen Instrumentenkörper aufweist,
die relativ zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar sind.
Das Verfahren weist außerdem
das Sichern des Verankerungsglieds an der anatomischen Struktur
und das Registrieren der Position des Instrumentenkörpers relativ zur
anatomischen Struktur in einem computerimplementierten Bildführungssystem
auf. Ein selektives Einstellen der Position des Instrumentenkörpers relativ
zum Verankerungsglied findet nach den Schritten des Sicherns des
Verankerungsglieds und des Registrierens der Position des Instrumentenkörpers statt.
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Der
Instrumentenkörper
kann um erste und zweite Achsen drehbar sein, wobei die erste Achse im
wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse orientiert ist und der
Schritt des selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers das
Sichern des Instrumentenkörpers
an ausgewählten
Rotationspositionen bezüglich
der ersten und zweiten Achsen aufweist.
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Der
Schritt des Registrierens des Instrumentenkörpers kann das Anbringen mindestens
eines Bezugselements aufweisen, das durch das computerimplementierte
Führungssystem
am Instrumentenkörper
detektierbar ist, und das mindestens eine Bezugselement kann drei
nicht-linear positionierte Bezugselemente aufweisen, die an einem
Bezugsglied angeordnet sind, wobei das Bezugsglied am Instrumentenkörper abnehmbar
anbringbar ist.
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Die
anatomische Struktur kann ein Femur sein, wobei das Verankerungsglied
einen Schaft aufweist, der mit dem Femur in Eingriff bringbar ist
und eine erste Achse definiert. Der Schritt des Sicherns des Verankerungsglieds
kann das Verwenden des computerimplementierten Bildführungssystems
aufweisen, um den Schaft im wesentlichen koaxial mit der mechanischen
Achse des Femurs zu sichern. Das Verankerungsglied kann außerdem einen
sphärischen
Abschnitt aufweisen, der in einem drehbaren Lager sitzt, wobei das
Lager um eine zweite Achse drehbar ist, die im wesentlichen senkrecht
zur ersten Achse ist. Der Instrumentenkörper kann an einer ausgewählten Rotationsposition
bezüglich
der ersten Achse gesichert werden, indem der sphärische Abschnitt mit einem
ersten Verstellglied in Eingriff gebracht wird, und der Instrumentenkörper kann
an einer ausgewählten
Rotationsposition bezüglich
der zweiten Achse gesichert werden, indem das Lager mit einem zweiten
Verstellglied in Eingriff gebracht wird.
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Es
wird außerdem
ein Verfahren zum Positionieren eines chirurgischen Instruments
bezüglich einer
anatomischen Struktur beschrieben. Das Verfahren weist das Bereitstellen
eines Instruments auf, das einen Verankerungsglied und einen Instrumentenkörper aufweist,
die relativ zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar sind.
Das Verfahren weist außerdem
das Positionieren des Verankerungsglieds relativ zur anatomischen
Struktur unter Verwendung eines computerimplementierten Bildführungssystems
und das Sichern des Verankerungsglieds an der anatomischen Struktur
in einer ausgewählten
Position auf. Nach dem Sichern des Verankerungsglieds an der anatomischen
Struktur wird die Position des Instrumentenkörpers relativ zum Verankerungsglied
selektiv eingestellt.
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Der
Schritt des selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers kann
außerdem
das Registrieren der Position des Instrumentenkörpers relativ zur anatomischen
Struktur im computerimplementierten Bildführungssystem aufweisen. Das
Registrieren der Position des Instrumentenkörpers im Bildfüh rungssystem
kann das Anbringen mindestens eines Bezugselements, das durch das
computerimplementierte Führungssystem
detektierbar ist, am Instrumentenkörper aufweisen.
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Es
wird außerdem
ein Verfahren zum Vorbereiten eines Femurs für ein Implantat beschrieben.
Es wird ein Instrument bereitgestellt, das ein Verankerungsglied
und einen Instrumentenkörper
aufweist, wobei das Verankerungsglied einen Schaft aufweist, der
eine erste Achse definiert, und der Instrumentenkörper relativ
zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar ist. Das Verfahren
weist außerdem
das Sichern des Schafts des Verankerungsglieds am Femur im wesentlichen
koaxial mit der mechanischen Achse des Femurs mit Hilfe eines computerimplementierten
Bildführungssystems
auf. Nach dem Sichern des Verankerungsglieds am Femur wird die Position
des Instrumentenkörpers
relativ zum Verankerungsglied selektiv eingestellt.
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Der
Schritt des selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers kann
außerdem
das Registrieren der Position des Instrumentenkörpers relativ zur anatomischen
Struktur im computerimplementierten Bildführungssystem aufweisen. Das
Registrieren der Position des Instrumentenkörpers kann das Anbringen mindestens
eines Bezugselements, das durch das computerimplementierte Führungssystem
detektierbar ist, am Instrumentenkörper aufweisen.
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Der
Instrumentenkörper
kann um die erste Achse und eine zweite Achse drehbar sein, wobei
die erste Achse im wesentlichen senkrecht zur zweiten Achse positioniert
ist, und der Schritt des selektiven Einstellens der Position des
Instrumentenkörpers weist
das Sichern des Instrumentenkörpers
an ausgewählten
Rotationspositionen bezüglich
der ersten und zweiten Achsen auf. Der Schaft kann ein Gewindeschaft
sein, der durch Gewindeschneiden mit den Femur in Eingriff bringbar
ist. Das Verankerungsglied kann außerdem einen sphärischen
Abschnitt aufweisen, der in einem drehbaren Lager sitzt, wobei das Lager
um die zweite Achse drehbar ist und wobei das Sichern des Instrumentenkörpers an
einer ausgewählten
Rotationsposition be züglich
der ersten Achse das Ineingriffbringen des sphärischen Abschnitts mit einem
ersten Verstellglied aufweist und das Sichern des Instrumentenkörpers an
einer ausgewählten
Rotationsposition bezüglich
der zweiten Achse das Ineingriffbringen des Lagers mit einem zweiten Verstellglied
aufweist. Das Verfahren kann außerdem nach
dem Schritt des selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers den
weiteren Schritt des Registrierens einer Schneid- oder Fräsführung mit
den Instrumentenkörper
und das Sichern der Fräsführung am
Femur in einer Position aufweisen, die durch die Registrierung der
Fräsführung mit
dem Instrumentenkörper
definiert ist.
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Die
Erfindung weist in einer anderen Form davon ein chirurgisches Instrument
zur Verwendung mit einer anatomischen Struktur auf. Das Instrument weist
ein Verankerungsglied, das einen ersten Abschnitt aufweist, der
an der anatomischen Struktur sicherbar ist, und einen Instrumentenkörper auf,
der relativ zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar ist.
Das Instrument weist außerdem
mindestens zwei Verstellglieder auf, wobei jedes der Verstellglieder
den Instrumentenkörper
unabhängig
und fest in einer ausgewählten
Position bezüglich
eines von sechs Freiheitsgraden sichert. Die sechs Freiheitsgrade
sind durch eine Translationsbewegung längs dreier im wesentlichen
gegenseitig senkrechter Translationsachsen und eine Rotationsbewegung
um drei im wesentlichen gegenseitig senkrechte Rotationsachsen definiert.
Es ist außerdem
mindestens ein Bezugselement vorgesehen, das am Instrumentenkörper anbringbar
ist. Das mindestens eine Bezugselement ist in einem computerimplementierten
Bildführungssystem
registrierbar.
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Die
mindestens zwei Verstellglieder können den Instrumentenkörper in
einer ausgewählten
Rotationsposition längs
einer von zwei im wesentlichen senkrechten Rotationsachsen unabhängig und
fest sichern, oder eines der Verstellglieder kann den Instrumentenkörper in
einer ausgewählten
Translationsposition längs
einer Translationsachse unabhängig
und fest sichern, und eines der Verstellglieder kann den Instrumentenkörper in
einer ausgewählten Rotationsposition
um eine Rotationsachse unabhängig
und fest sichern.
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Das
Instrument kann alternativ mindestens drei Verstellglieder aufweisen,
wobei jedes der Verstellglieder den Instrumentenkörper in
einer ausgewählten
Position bezüglich
eines der sechs Freiheitsgrade unabhängig und fest sichert. Eines
der Verstellglieder kann den Instrumentenkörper in einer ausgewählten Translationsposition
längs einer Translationsachse
unabhängig
und fest sichern, und zwei der Verstellglieder können den Instrumentenkörper in
ausgewählten
Rotationspositionen um zwei im wesentlichen senkrechte Rotationsachsen
unabhängig
und fest sichern. Das Verankerungsglied kann einen Schaft aufweisen
und eines der Verstellglieder bilden, wobei das Verankerungsglied
den Instrumentenkörper
an einer ausgewählten
Translationsposition längs
einer Achse selektiv sichert, die durch den Schaft definiert wird.
Jedes der Verstellglieder kann einen Gewindeschaft aufweisen.
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Es
wird außerdem
ein Verfahren zum Positionieren eines chirurgischen Instruments
bezüglich einer
anatomischen Struktur beschrieben. Das Verfahren weist das Bereitstellen
eines Instruments, das ein Verankerungsglied und einen Instrumentenkörper aufweist,
der relativ zum Verankerungsglied verstellbar umpositionierbar ist,
das Sichern des Verankerungsglieds an der anatomischen Struktur
und das Registrieren der Position des Instrumentenkörpers in einem
computerimplementierten Bildführungssystem auf.
Das Verfahren weist außerdem
das selektive Einstellen der Position des Instrumentenkörpers relativ
zum Verankerungsglied bezüglich
eines ersten von sechs Freiheitsgraden, wobei die sechs Freiheitsgrade
durch eine Translationsbewegung längs dreier im wesentlichen
senkrechter Achsen und eine Rotationsbewegung um drei im wesentlichen
senkrechte Achsen definiert sind, und das selektive Einstellen der
Position des Instrumentenkörpers
relativ zum Verankerungsglied bezüglich eines zweiten der sechs
Freiheitsgrade unabhängig
vom Schritt des selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers relativ
zum Verankerungsglied bezüglich
des ersten der sechs Freiheitsgrade auf. Jeder der Schritte des
selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers relativ
zum Verankerungsglied findet nach den Schritten des Sicherns des
Verankerungsglieds und des Registrierens der Position des Instrumentenkörpers statt.
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Der
erste der sechs Freiheitsgrade kann eine Rotationsbewegung um eine
erste Rotationsachse definieren, und der zweite der sechs Freiheitsgrade kann
eine Rotationsbewegung um eine zweite Rotationsachse definieren,
wobei die ersten und zweiten Rotationsachsen im wesentlichen senkrecht
sind, oder der erste der sechs Freiheitsgrade kann eine Rotationsbewegung
um eine Rotationsachse definieren, und der zweite der sechs Freiheitsgrade
kann eine Translationsbewegung längs
einer Translationsachse definieren. Das Verfahren kann außerdem nach
den Schritten des Sicherns des Verankerungsglieds und des Registrierens
der Position des Instrumentenkörpers
den Schritt des selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers relativ
zum Verankerungsglied bezüglich
eines dritten der sechs Freiheitsgrade unabhängig von den Schritten des
selektiven Einstellens der Position des Instrumentenkörpers relativ
zum Verankerungsglied bezüglich
der ersten und zweiten der sechs Freiheitsgrade aufweisen.
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Der
Schritt des Registrierens der Position des Instrumentenkörpers weist
das Anbringen mindestens eines Bezugselements, das durch das computerimplementierte
Führungssystem
detektierbar ist, am Instrumentenkörper auf. Das mindestens eine Bezugselement
kann drei nicht-linear positionierte Bezugselemente aufweisen, die
an einem Bezugsglied angeordnet sind, wobei das Bezugsglied am Instrumentenkörper abnehmbar
anbringbar ist. Das Verfahren kann außerdem vor dem Schritt des
Sicherns des Verankerungsglieds an der anatomischen Struktur den
Schritt der Positionierung des Verankerungsglieds relativ zur anatomischen
Struktur unter Verwendung eines computerimplementierten Bildführungssystems
aufweisen.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie in einigen Ausführungsformen
ein chirurgisches Instrument bereitstellt, das an einer anatomischen
Struktur befestigt und nach der Befestigung relativ zur anatomischen
Struktur verstellbar umpositioniert werden kann, wobei die verstellbare
Umpositionierung des Instruments unter Verwendung eines computerimplementierten
Bildführungssystems
geführt
werden kann.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie in
einigen Ausführungsformen
ein chirurgisches Instrument bereitstellt, das ein Verankerungsglied
aufweist, das an einer anatomischen Struktur unter Verwendung eines
computerimplementierten Bildführungssystems
gesichert werden kann und der Instrumentenkörper mit oder ohne die Verwendung
eines Bildführungssystems
verstellbar umpositioniert werden kann, nachdem das Verankerungsglied
gesichert worden ist. Wenn sie verwendet wird, um die Oberschenkelkomponente
einer Kniegelenkprothese zu implantieren, ermöglicht es dies, daß das Verankerungsglied
koaxial mit der mechanischen Achse des Femurs gesichert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Durch
Bezugnahme auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform
der Erfindung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen
wird, werden die obenerwähnten
und anderen Merkmale und Aufgaben dieser Erfindung und die Weise,
sie zu erhalten, deutlicher werden und wird die Erfindung selbst
besser verstanden werden. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht mit aufgelösten Einzelteilen eines erfindungsgemäßen chirurgischen
Instruments.
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2 eine
andere perspektivische Ansicht mit aufgelösten Einzelteilen des chirurgischen
Instruments der 1.
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3 eine
Draufsicht des chirurgischen Instruments der 1.
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4 eine
Ansicht eines Bezugsglieds mit daran angeordneten Bezugselementen.
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5 eine
Seitenansicht des Bezugsglieds der 4.
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6 eine
Ansicht eines Femurs und einer Tibia.
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7 eine
Ansicht einer Grundstruktur und einer Schneidführung, die mit dem chirurgischen
Instrument der 1 verwendet werden kann.
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Entsprechende
Bezugszeichen zeigen über die
verschiedenen Ansichten hinweg entsprechende Teile an. Obwohl die
hierin dargelegte Erläuterung eine
Ausführungsform
der Erfindung in einer Form veranschaulicht, ist die unten offenbarte
Ausführungsform
nicht dazu bestimmt erschöpfend
zu sein oder so ausgelegt zu werden, daß sie den Rahmen der Erfindung
auf die präzise
offenbarte Form begrenzt.
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Beschreibung der vorliegenden Erfindung
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Es
wird ein erfindungsgemäßes chirurgisches
Instrument 20 in 1 gezeigt.
Das Instrument 20 weist ein Verankerungsglied 22 auf.
Das Verankerungsglied 22 weist einen ersten Abschnitt auf,
der durch einen Gewindeschaft 24 gebildet wird, der an
einer anatomischen Struktur, wie einen Knochen sicherbar ist. Der
Schaft 24 weist einen Aufbau auf, der ähnlich zu den Gewindeschäften herkömmlicher
Knochenschrauben ist. Das Verankerungsglied 22 weist außerdem einen
sphärischen
Abschnitt 26 auf. Zwischen den Gewindegängen des Gewindeschafts 24 und
dem sphärischen
Abschnitt 26 ist ein Kranz 28 angeordnet, der
eine ringförmige
Aussparung 30 zwischen dem Kranz 28 und dem sphärischen
Abschnitt 26 definiert. Ein hexagonal geformter Schaft 32 ist
koaxial mit Gewindeschaft 24 auf der gegenüberliegenden
Seite des sphärischen
Abschnitts 26 angeordnet. Der hexagonale Schaft 32 ist mit
einer Drehantriebsvorrichtung in Eingriff bringbar, um das Verankerungsglied 22 um
eine Achse 34 zu drehen, die durch den Schaft 24 definiert
ist, und durch Gewindeschneiden den Schaft 24 mit einer anatomischen
Struktur in Eingriff zu bringen.
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Das
Verankerungsglied 24 ist verstellbar am Instrumentenkörper 36 angebracht.
Der Instrumentenkörper 36 definiert
eine teilweise sphärische
Aussparung 38 mit gegenüberliegend
ange ordneten Öffnungen 40, 42.
Die Öffnung 40 weist
einen größeren Durchmesser
als die Öffnung 42 auf.
Es ist ein drehbares Lager 44 in einer Aussparung 38 angebracht. Das
Lager 44 weist einen teilweise sphärischen Schalenabschnitt 46 mit
gegenüberliegend
angeordneten Öffnungen 48 und 50 auf.
Die Öffnung 48 weist einen
größeren Durchmesser
als die Öffnung 50 auf. Der
sphärische
Abschnitt 26 des Verankerungsglieds 22 sitzt im
Lager 44 und berührt
lagernd eine Innenfläche 52 des
Lagers 44. Eine Außenfläche 54 des Lagers 44 berührt lagernd
die Oberfläche
der Aussparung 38. Um das Instrument 20 zusammenzubauen,
wird der Gewindeschaft 24 durch die Öffnungen 48, 50 des
Lagers 44 eingeführt,
und der sphärische Abschnitt 26 wird
im Schalenabschnitt 46 durch Anbringen einer Halteklammer 56 in
der ringförmigen Aussparung 30 gehalten,
um zu verhindern, daß der Schaft 24 durch
die Öffnung 50 zurückgezogen
wird. Das Lager 44 weist Nasen 58 mit Öffnungen 60 auf und
ist drehbar am Instrumentenkörper 36 angebracht,
indem Spitzen 64 mit reduziertem Durchmesser der Verstellglieder 62 in Öffnungen 60 eingesetzt werden.
Wenn es angebracht ist, dreht sich das Lager 44 um eine
Achse 66, die durch Verstellglieder 62 definiert
wird. Die Verstellglieder 62 (es wird nur eines in den
Figuren gezeigt) weisen einen Gewindeabschnitt 68 und einen
Griffabschnitt 70 auf. Die Gewindeabschnitte 68 werden
mit Gewindebohrungen 72 und 74 im Instrumentenkörper 36 in
Eingriff gebracht. Wenn die Verstellglieder 62 verhältnismäßig lose
angezogen sind, ist das Lager 44 auf den Spitzen 64 drehbar.
Wenn ein oder beide Verstellglieder 62 angezogen sind,
wird das Lager 44 fest zwischen den Verstellgliedern 62 in
Eingriff genommen und ist dadurch in einer ausgewählten Rotationsposition
relativ zur Achse 66 sicherbar.
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Es
sind Verstellglieder 76 in Gewindebohrungen 78 angebracht,
die sich in Vorsprüngen 80 befinden,
die angrenzend an die Aussparung 38 am Instrumentenkörper 36 positioniert
sind. Die Gewindebohrungen 78 sind unter einem Winkel relativ
zu den Vorsprüngen 80 positioniert,
so daß distale
Enden 82 der Ver stellglieder 76 mit dem sphärischen
Abschnitt 26 des Verankerungsglieds 22 in Eingriff
bringbar sind. Die Verstellglieder 76 weisen außerdem einen Gewindeschaft 84 und
einen Griffabschnitt 86 auf. Distale Enden 82 der
Glieder 76 können
einen Abschnitt einer Sphäre
bilden, die denselben Radius wie der sphärische Abschnitt 26 aufweist,
um eine größere Kontaktfläche zwischen
den distalen Enden 82 und dem sphärischen Abschnitt 26 bereitzustellen.
Wenn die Glieder 76 verhältnismäßig lose angezogen sind, kann
sich der sphärische
Abschnitt 26 relativ zu den distalen Enden 82 drehen.
Die Einspannglieder 76 nehmen die distalen Enden 82 mit
dem sphärischen
Abschnitt 26 fest in Eingriff, um das Verankerungsglied 22 in
einer ausgewählten
Position relativ zum Instrumentenkörper 36 zu sichern.
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Der
Instrumentenkörper 36 weist
einen Basisabschnitt 88 auf, der eine Aussparung 90 aufweist. Der
Instrumentenkörper 36 weist
außerdem
einen Mittelabschnitt 92 auf. Es ist ein Schlitz 94 zwischen dem
Basisabschnitt 88 und dem Mittelabschnitt 92 definiert.
Eine Öffnung 96 ermöglicht den
Durchgang des Gewindeschafts 24 durch den Basisabschnitt 88. Außerdem werden
durch den Instrumentenkörper 36 gegenüberliegende
Schlitze 98 und Bohrungen 102, 104, 106 und 108 definiert.
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Es
wird ein Bezugsglied 100 in den 4 und 5 gezeigt.
Das Bezugsglied weist einen gabelförmigen Befestigungsabschnitt 110 und
einen Registrierungsabschnitt 112 auf. Am Registrierungsabschnitt 112 sind
mehrere Bezugselemente 114 angebracht. In der offenbarten
Ausführungsform
sind drei nicht-linear positionierte Bezugselemente 114 am
Bezugsglied 100 angebracht und weisen einen sphärischen
Abschnitt 116 auf, der an einem Stiel 118 angebracht
ist. Der sphärische
Abschnitt 116 ist eine reflektierende Struktur, die verwendet
wird, Licht zu reflektieren, um die Detektion und Registrierung der
Bezugselemente 114 in einem computerimplementierten Bildführungssystem
zu erleichtern, wie unten detaillierter erläutert wird.
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Das
Bezugsglied 100 ist durch den Positionierungsbefestigungsabschnitt 110 im
Schlitz 94 an dem Instrumentenkörper 36 abnehmbar
anbringbar. Der Befestigungsabschnitt 110 ist so gestaltet,
daß er genau
in den Schlitz 94 paßt,
so daß das
Anbringen des Bezugsglieds 100 die Bezugselemente 114 an bekannten
Relativpositionen und Orientierungen zum Instrumentenkörper 36 positionieren
wird. Das Bezugsglied 100 kann optional einen Vorsprung 120 aufweisen,
der sich quer zur Länge
des gegabelten Befestigungsabschnitts 110 erstreckt und
der in die Aussparung 90 paßt, um das Anbringen des Bezugsglieds 100 an
einer bekannten und reproduzierbaren Relativposition zum Instrumentenkörper 36 zu
erleichtern.
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In
alternativen Ausführungsformen
können die
Bezugselemente 114 dauerhaft am Instrumentenkörper 36 gesichert
oder einzeln abnehmbar am Instrumentenkörper 36 angebracht
werden, wie an den Bohrungen 102, 104, 106 und/oder 108.
Alternative Bezugselemente können
außerdem
Elemente, die ein Signal emittieren, wie eine Infrarotemission,
die durch das computerimplementierte Bildführungssystem detektierbar ist,
oder strahlenundurchlässige
Bezugselemente aufweisen. Wenn strahlenundurchlässige Bezugselemente eingesetzt
werden, kann das Bezugsglied 100 durch ein strahlendurchlässiges Material
gebildet werden und vorteilhafterweise die Bezugselemente 114 in
einem Abstand vom Instrumentenkörper 36 angeordnet
werden, der in der dargestellten Ausführungsform aus rostfreiem Stahl
gebildet wird, einem strahlenundurchlässigen Material, das die Detektion
der strahlenundurchlässigen
Bezugselemente stören
könnte,
die in nächster
Nähe zum
Instrumentenkörper 36 angeordnet
sind. In der dargestellten Ausführungsform
besteht das Bezugsglied 100 aus einer Aluminiumstruktur.
Die Verwendung eines abnehmbar angebrachten Bezugsglieds 100,
das daran angebrachte Bezugselemente 114 aufweist, erleichtert
die Verwendung des Instrumentenkörpers 36 mit
verschiedenen Arten von Bildführungssystemen,
indem unterschiedliche Bezugsglieder ermöglicht werden, die dieselbe
physikalische Form aufweisen, jedoch mit unterschiedlichen Arten von
Bezugselementen, die mit einer einzigen Instrumentenkörpergestaltung
verwendet werden sollen.
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Die
maßgeblichen
Abmessungen des Instruments 20 und die Anordnung der Bezugselemente 114 relativ
zum Instrumentenkörper 36,
wenn das Bezugsglied 100 am Instrumentenkörper 36 angebracht ist,
können
im voraus bestimmt werden, und diese Daten können in ein Bildführungssystem
eingegeben werden. Die maßgeblichen
Abmessungsdaten, die die anatomische Struktur betreffen, die der
Gegenstand der chirurgischen Prozedur ist, können ebenfalls vor der chirurgischen
Prozedur in das Bildführungssystem
eingegeben werden.
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Wie
in der Technik bekannt ist, können
die maßgeblichen
Abmessungsdaten, die eine interessierende anatomische Struktur betreffen,
z. B. einen Femur, unter Verwendung von Daten bestimmt werden, die
aus Bildern der anatomischen Struktur erfaßt werden, um eine Datenbank
zu erzeugen, die ein Modell der anatomischen Struktur darstellt.
Das Modell der anatomischen Struktur kann ein dreidimensionales
Modell sein, das entwickelt wird, indem eine Reihe zweidimensionaler
Bilder der anatomischen Struktur erfaßt werden. Alternativ kann
das Modell der anatomischen Struktur ein Satz von zweidimensionalen
Bildern sein, die bekannte räumliche
Beziehungen aufweisen, oder eine andere Datenstruktur, die verwendet
werden kann, um Informationen zu übermitteln, die die dreidimensionale
Form der anatomischen Struktur betreffen. Das Modell der anatomischen
Struktur kann dann verwendet werden, um Darstellungen der anatomischen
Struktur aus verschiedenen Perspektiven für präoperative Planungszwecke und
intraoperative Navigationszwecke zu erzeugen. Es sind eine Vielfalt
von Techniken, die eingesetzt werden können, um ein solches Modell
einer anatomischen Struktur zu erzeugen, in der Technik wohlbekannt
und umfassen Computertomographie (CT), Kernspintomographie (MRI),
Positronenemissionstomographie (PET), Ultraschallabtastung und Röntgenabbildungstechniken.
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Das
durch solche Abbildungstechniken erhaltene Modell der anatomischen
Struktur kann für die
intraoperative Führung
eines chirurgischen Instruments verwendet werden, indem die Bestim mung und
Anzeige der Relativposition und Orientierung des chirurgischen Instruments
bezüglich
der tatsächlichen
anatomischen Struktur ermöglicht
wird. Wenn zum Beispiel das Modell der anatomischen Struktur ein
Satz zweidimensionaler Bilder ist, die bekannte räumliche
Beziehungen aufweisen, können
während der
chirurgischen Prozedur mehrere solche Bilder gleichzeitig angezeigt
werden. Indem außerdem
die Position des Instruments in den Bildern angezeigt wird und Bilder
angezeigt werden, die aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen
werden, z. B. ein Bild, das die Anzeige der Instrumentbewegung längs der
x- und y-Koordinatenachsen ermöglicht, und
ein anderes Bild, das die Anzeige der Instrumentbewegung längs der
z-Achse ermöglicht,
können
die einzelnen Bilder zusammen die Bewegung des Instruments in drei
Dimensionen darstellen.
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Für Verweiszwecke
wird ein Koordinatensystem, das durch die tatsächliche anatomische Struktur definiert
wird, die der interessierende Gegenstand ist, hierin als das anatomische
Koordinatensystem bezeichnet, und wird ein Koordinatensystem, das durch
das Modell der anatomischen Struktur definiert wird, als das Bildkoordinatensystem
bezeichnet. Daten, die die feste Größe und Form des chirurgischen Instruments
oder eines maßgeblichen
Abschnitt davon betreffen, die in der bildgeführten Prozedur verwendet werden,
werden ebenfalls präoperativ
bestimmt, um ein dreidimensionales Modell des Instruments oder der
maßgeblichen
Abschnitte davon zu erhalten.
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Starre
anatomische Strukturen, wie Skelettelemente, sind für solche
bildgeführten
chirurgischen Techniken gut geeignet, und es können einzelne Skelettelemente
verwendet werden, um getrennte Koordinatensysteme zu definieren.
Die unterschiedlichen starren Strukturen, z. B. Skelettelemente,
können
einer Relativbewegung unterworfen sein, zum Beispiel können der
Femur und die Tibia eines Patienten während der chirurgische Prozedur
relativ bewegt werden, und es können
getrennte dreidimensionale Modelle und Koordinatensysteme für die unterschiedlichen
Skelettelemente erzeugt werden. Zum Beispiel kann während einer Knieersatzprozedur
ein dreidimensionales Modell der Tibia, das ein erstes Koordinatensystem
definiert, während
der Resektion der Tibia genutzt werden, während ein getrenntes Koordinatensystem,
das durch ein dreidimensionales Modell des Femurs definiert ist,
während
der Resektion des Femurs genutzt wird.
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Wenn
bildgeführte
chirurgische Techniken durchgeführt
werden, wird das Bildkoordinatensystem mit dem anatomischen Koordinatensystem
registriert, und außerdem
wird die Position des chirurgischen Instruments im Bildkoordinatensystem
registriert. Nach der Registrierung sowohl der tatsächlichen
anatomischen Struktur als auch des chirurgischen Instruments können die
Relativposition und Orientierung des chirurgischen Instruments an
den Chirurgen übermittelt
werden, indem beruhend auf den dreidimensionalen Modellen der anatomischen Struktur
und des Instruments, die vorher erfaßt wurden, zusammen Bilder
der anatomischen Struktur und des Instruments angezeigt werden.
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Computerimplementierte
Bildführungssysteme,
die für
die Registrierung einer tatsächlichen
anatomischen Struktur mit einem dreidimensionalen Modell, das jene
Struktur repräsentiert,
samt der Registrierung oder Lokalisierung eines chirurgischen Instruments
im Bildkoordinatensystem sorgen, um die Anzeige der Relativpositionen
des chirurgischen Instruments und der tatsächlichen anatomischen Struktur
zu ermöglichen,
sind in der Technik bekannt. Bekannte Verfahren zum Registrieren
der anatomischen Struktur mit dem Bildkoordinatensystem umfassen
die Verwendung von implantierten Bezugsmarkierungen, die durch eine
oder mehrere Abtasttechniken erkennbar sind. Alternativ umfassen
sie Implantate, die durch physikalische Positionierung einer Digitalisierungssonde
oder einer ähnlichen
Vorrichtung lokalisiert werden können,
die sich mit dem Implantat in Kontakt oder auf einer bekannten Orientierung
bezüglich
des Implantats befindet. Anstelle der Verwendung von Implantaten
kann es auch möglich
sein, die beiden Koordinatensysteme durch Ausrichtung mit anatomischen
charakteristischen Merkmalen zu registrieren.
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Verfolgungsvorrichtungen,
die verschiedene Techniken einsetzen, die die Registrierung oder
Lokalisierung eines chirurgischen Instruments und die Verfolgung
der Instrumentbewegung bezüglich
des anatomischen Koordinatensystems ermöglichen, das mit dem Bildkoordinatensystem
registriert worden ist, sind ebenfalls bekannt. Zum Beispiel sind
optische Verfolgungssysteme, die Licht detektieren, das durch reflektierende
Targets reflektiert wird oder durch Lokalisierungsstrahler emittiert
wird, die in einer bekannten Orientierung zum Instrument gesichert
sind, zur Bestimmung der Position eines chirurgischen Instruments
und zum Registrieren der Position des Instruments in einem Bildkoordinatensystem
bekannt, das ein dreidimensionales Modell einer anatomischen Struktur
repräsentiert.
Zum Beispiel kann ein solches Verfolgungssystem die Form einer Sensoreinheit
annehmen, die ein oder mehrere Linsen aufweist, die jeweils auf
eine getrennte ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) fokussiert sind,
die für
Infrarotlicht empfindlich ist. Die Sensoreinheit detektiert Infrarotlicht,
das durch drei oder mehr nicht-linear positionierte lichtemittierende
Dioden (LEDs) emittiert wird, die relativ zum Instrument gesichert
sind. Ein Prozessor analysiert die Bilder, die durch die Sensoreinheit
aufgenommen werden und berechnet die Position und Orientierung des
Instruments. Durch Registrieren der Position der Abtasteinheit im
Bildkoordinatensystem kann die Position des Instruments relativ
zur anatomischen Struktur, die ebenfalls mit dem Bildkoordinatensystem
registriert worden ist, bestimmt und verfolgt werden, wenn das Instrument
relativ zur anatomischen Struktur bewegt wird.
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Alternative
Lokalisierungssysteme können Lokalisierungsstrahler
einsetzen, die ein elektromagnetisches Signal in der Hochfrequenz
emittieren oder die sichtbares Licht emittieren. Es ist außerdem möglich, digitalisierende
physikalische Sonden einzusetzen, die an vorgegebenen Stellen am
Instrument mit dem Instrument in physikalischen Kontakt gebracht werden,
um die Position des Instruments zu registrieren.
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In
der offenbarten Ausführungsform
weist das Lokalisierungssystem eine Lichtquelle auf, und die Bezugselemente 114 reflektieren
das Licht. Das Lokalisierungssystem detektiert dann das reflektierte Licht
und berechnet die Stelle der einzelnen Bezugselemente 114 in
einer bekannten Weise. Die Bezugselemente 114 können von
Northern Digital Inc. erhalten werden, die eine Niederlassung in
103 Randall Dr., Waterloo, Ontario, Kanada, N2V1C5 hat. Es können auch
andere Lokalisierungssysteme mit der vorliegenden Erfindung verwendet
werden, wie jene, die reflektierende Elemente einsetzen, die ein
Signal emittieren oder die strahlenundurchlässig sind. Bekannte Lokalisierungssysteme
der computerimplementierten Bildführungssysteme können auch
verwendet werden, um die Relativposition einer strahlenundurchlässigen Struktur
zu bestimmen, die eine identifizierbare Form aufweist, wie der Gewindeschaft 24.
Northern Digital Inc. liefert Bildführungssysteme unter den Markennamen
Optotrak® und Polcris®,
die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Es
wird nun die Verwendung des Instruments 20 in der Resektion
eines distalen Femurs erläutert. Wenn
eine Kniegelenkprothese implantiert wird, muß der distale Femur vorbereitet
werden, um das Oberschenkelimplantat aufzunehmen. Die Vorbereitung des
distalen Femurs umfaßt
typischerweise die Resektion des distalen Femurs, um mehrere sich schneidende
planare Flächen
zu bilden, die mit der Innenfläche
der ausgewählten
Oberschenkelkomponente übereinstimmen. 6 stellt
einen Femur 120 und eine Tibia 122 dar. Die anatomische
Achse 124 des Femurs 120 ist durch den intramedullären Kanal des
Femurs 120 definiert. Die mechanische Achse 126 des
Femurs 120 erstreckt sich von der Mitte des Oberschenkelkopfes
am proximalen Femur zur Mitte der Fossa intercondylaris am distalen
Femur. Für
viele Personen beträgt
der Winkel zwischen der anatomischen Achse 124 und der
mechanischen Achse 126 annähernd sechs Grad.
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Es
ist üblich,
den intramedullären
Kanal des Femur als eine Bezugsstruktur zu verwenden, wenn eine
Resektionsführung,
wie eine Schneid- oder Fräsführung am
distalen Femur positioniert wird, um die Fräs- oder Schneidausstattung
an Instrumenten richtig zu führen,
die verwendet werden, um den distalen Femur zu reserzieren. Es ist
jedoch die Position der mechanischen Achse des Femurs, die die beste Stelle
der Resektionsebenen bestimmt, die am distalen Femur gebildet werden
sollen. Wenn folglich der intramedulläre Kanal als eine Bezugsstruktur
verwendet wird, muß man
sich mit dem Unterschied zwischen den mechanischen und anatomischen
Achsen des Femurs befassen. Das Verankerungsglied 22 der vorliegenden
Erfindung kann jedoch am Femur 120 im wesentlichen koaxial
mit der mechanischen Achse 126 des Femurs 120 gesichert
werden.
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Wenn
das chirurgische Instrument 20 am Femur 120 gesichert
wird, wird das Bezugsglied 100 am Instrumentenkörper 36 angebracht
und im computerimplementierten Bildführungssystem registriert, wie oben
beschrieben. Entsprechend wird der Femur 120 im Bildführungssystem
registriert. Das computerimplementierte Bildführungssystem wird dann verwendet,
um das Verankerungsglied 22 koaxial mit der mechanischen
Achse des Femurs zu positionieren. Der Ort der mechanischen Achse
wird präoperativ bestimmt.
Zum Beispiel kann der Chirurg den Ort der mechanischen Achse in
das Bildführungssystem
eingeben, indem der Ort zweier Punkte auf der mechanischen Achse
auf den Bildern des Femurs angegeben wird. Es wäre außerdem für das Bildführungssystem möglich, automatisch
den Ort der mechanischen Achse unter Verwendung der Modelldaten
zu bestimmen, die den Femur repräsentieren.
Sobald es in der ausgewählten
Position koaxial mit der mechanischen Achse angeordnet ist, wird
das Verankerungsglied 22 am Femur 120 gesichert.
Wenn das Verankerungsglied 22 relativ zum Femur 120 positioniert
wird, kann das Verankerungsglied 22 in einer Standardposition
relativ zum Körper 36 und
den Bezugselementen 114 angeordnet werden, die am Instrumentenkörper 36 angebracht
sind, die verwendet werden, um die Position des Verankerungsglieds 22 relativ
zum Femur 120 zu verfol gen. Alternativ kann das Verankerungsglied 22 direkt
durch das Bildführungssystem
detektiert und verfolgt werden.
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Nachdem
das Verankerungsglied 22 am Femur 120 gesichert
ist, wird das Bildführungssystem verwendet,
um festzustellen, ob sich der Instrumentenkörper 36 in der erwünschten
Position relativ zum Femur 120 befindet. Die erwünschte Position
des Instrumentenkörpers 36 wird
präoperativ
bestimmt und in das Bildführungssystem
eingegeben. Der Instrumentenkörper 36 wird
dann relativ zum Verankerungsglied 22 und dem Femur 120 eingestellt,
um das Instrument 36 mit seiner erwünschten Position auszurichten.
Zuerst wird der Instrumentenkörper 36 um
die Achse 66 des drehbaren Lagers 44 gedreht, um
die erwünschte
Varus/Valgus-Ausrichtung
zu erhalten, z. B. parallel zur Querachse 128. Wenn sich der
Instrumentenkörper 36 in
der erwünschten
Varus/Valgus-Orientierung
befindet, werden die Verstellglieder 62 angezogen, um eine
Drehbewegung des Lagers 44 zu erhalten. Danach wird die
erwünschte „äußere Rotation" des Instrumentenkörpers 36 unter
Verwendung des Bildführungssystems geprüft und eingestellt,
falls notwendig. Die äußere Rotation
des Instrumentenkörpers 36 bezeichnet
die Rotationsorientierung des Instrumentenkörpers 36 relativ zur
Achse 34, die durch das Verankerungsglied 22 definiert
ist, das koaxial mit der mechanischen Achse 126 des Femurs 120 positioniert
ist. Nach der Positionierung des Instrumentenkörpers 36 in der erwünschten
Rotationsposition relativ zur Achse 34 werden die Verstellglieder 76 fest
mit den sphärischen
Abschnitt 26 in Eingriff gebracht, um den Instrumentenkörper 36 in
der erwünschten
Position relativ zum Verankerungsglied 22 zu sichern. Das
Verankerungsglied 24 wird dann in oder aus den Femur 120 gedreht,
um die „Tiefe" der Resektion am
distalen Femur festzulegen.
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Der
Instrumentenkörper 36 ist
folglich nach dem Sichern des Verankerungsglieds 22 mit
einem Femur bezüglich
dreier Freiheitsgraden einstellbar, d. h. der Instrumentenkörper 36 kann
um eine Achse 66 gedreht werden und in einer ausgewählten Rotationsposition
um die Achse 66 gesichert werden, indem die Ver stellglieder 62 fest
mit dem drehbaren Lager 44 in Eingriff gebracht werden;
der Instrumentenkörper 36 kann
um die Achse 34 gedreht und in einer ausgewählten Rotationsposition
um die Achse 34 gesichert werden, die im wesentlichen senkrecht
zur Achse 66 ist, indem die Verstellglieder 76 fest
mit dem sphärischen
Abschnitt 26 in Eingriff gebracht werden; und nach dem
anfänglichen
Sichern des Verankerungsglieds 22 am Femur 120 kann
der Instrumentenkörper 36 längs der
Achse 34 translatiert werden und in einer ausgewählten Position
längs Achse 34 angeordnet
werden, indem ein Translationsverstellglied, d. h. das Verankerungsglied 22,
weiter in oder aus dem Femur 120 gedreht wird. Obwohl die
dargestellte Ausführungsform
zwei Verstellglieder 62, um den Instrumentenkörper 36 fest
in einer ausgewählten
Rotationsposition um Achse 66 zu sichern, und zwei Verstellglieder 76 nutzt,
um den Instrumentenkörper 36 in
einer ausgewählten
Rotationsposition um die Achse 34 fest zu sichern, könnten alternative
Ausführungsformen
zwei einzelne Verstellglieder einsetzen, um den Instrumentenkörper 36 in
ausgewählten
Rotationspositionen um die Achsen 66 und 34 unabhängig und
fest sichern.
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Bezüglich der
restlichen drei Freiheitsgrade kann verhindert werden, indem verhältnismäßig enge Toleranzen
zwischen dem Verankerungsglied 22 und seinen Verbindungsflächen mit
dem Schalenabschnitt 46 und der Öffnung 50 im Lager 44 und
der Klemme 56 aufrechterhalten werden, daß sich das Verankerungsglied 22 um
eine Achse dreht, die im wesentlichen senkrecht zu beiden Achsen 34 und 66 ist.
Die Rotation um diese dritte Achse und die Translationsposition
des Instrumentenkörpers 36 längs dieser
dritten Achse und der Achse 66 werden alle durch die Position
und Orientierung bestimmt, mit der das Verankerungsglied 22 mit
der anatomischen Struktur, z. B. dem Femur 120 in Eingriff
gebracht wird. Alternative Ausführungsformen
der Erfindung, die die selektive Einstellung des Instrumentenkörpers 36 relativ
zum Verankerungsglied 22 längs eines oder mehrerer dieser
drei restlichen Freiheitsgrade zulassen, sind ebenfalls möglich. Die
hierin genannten sechs Freiheitsgrade werden durch eine Translationsbewegung
um drei im wesentlichen gegenseitig senkrechte Translationsachsen
und eine Rotationsbewegung um drei im wesentlichen gegenseitig senkrechte
Rotationsachsen definiert und definieren dadurch ein Translationskoordinatensystem
und ein Rotationskoordinatensystem. Die Translations- und Rotationsachsen
können
parallel sein oder zusammenfallen, jedoch ist es nicht notwendig,
daß solche Achsen
parallel sind oder zusammenfallen.
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Nachdem
er in der erwünschten
Orientierung am distalen Femur positioniert ist, kann der Instrumentenkörper
36 verwendet
werden, um Grundstrukturen
130 an den lateralen und medialen
Seiten des distalen Femurs zu positionieren. Das chirurgische Instrument
20 kann
dann vom distalen Femur entfernt, eine Schneidführung
132 an den Grundstrukturen
130 gesichert,
wie in
7 gezeigt, und der distale Femur mit einer Schneidklinge
reserziert werden, die durch die verschiedenen Schneidschlitze eingeführt wird,
die durch die Schneidführung
132 definiert
werden. Femorale Basen und Schneidführungen, die mit den chirurgischen
Instrument
20 verwendet werden können, sind unter dem Namen 5-in-1
von Zimmer Inc. Warsaw, Indiana erhältlich und werden im
US-Patent Nr. 5,743,915 beschrieben,
das hierdurch durch Verweis aufgenommen wird. Die Grundstrukturen
130 werden
am distalen Femur positioniert, indem die Grundstrukturen
130 in einem
Registrierungskontakt mit dem Instrumentenkörper
36 angeordnet
werden und dann die Grundstrukturen
130 direkt am Femur
120 gesichert
werden. Die Aussparung
90, der Schlitz
94, die Öffnungen
102,
104,
106 oder
108,
die Schlitze
98 oder andere vorgegebene Flächen am
Instrumentenkörper
36 können verwendet
werden, um eine Grundstruktur zu registrieren, um die Grundstruktur
am Femur richtig zu positionieren. Alternativ kann ein Zwischenteil entfernbar
am Instrumentenkörper
36 gesichert
werden, wie durch Einführen
in einen Schlitz oder eine Öffnung
am Instrumentenkörper
36,
und die Grundstruktur mit dem Zwischenteil registriert werden. Eine Schneid-
oder Fräsführung oder
ein anderes chirurgisches Instrument könnte außerdem direkt am Instrumentenkörper
36 ausgebildet
sein. Eine Fräs-
und Schneidaustattung an Instrumenten, die zur Verwendung mit einem
Instrumentenkörper
36 angepaßt werden
könnten,
wird in den
US-Patenten Nr. 5,474,559 und
5,593,411 offenbart.
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Wenn
eine Kniegelenkprothese unter Verwendung des Instruments
20 implantiert
wird, wird ein selektiv einstellbares chirurgisches Instrument, das
verwendet werden kann, um die Tibia zu reserzieren, durch James
E. Grimm in einer US-Patentanmeldung
US 2004 172044 mit dem Titel „Surgical
Instrument And Positioning Method" beschrieben, das das Anwaltsaktenzeichen
ZIM0164 aufweist und am selben Datum wie die vorliegenden Anmeldung
eingereicht wurde.
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Indem
diese Erfindung so beschrieben worden ist, daß sie eine exemplarische Gestaltung
aufweist, kann die vorliegende Erfindung weiter modifiziert werden.