DE10012042C1 - System for preparing, performing milling operation on acetabulum in natural hip bone has directional device and receiver of spatial navigation system signal for aligning milling tool axis - Google Patents
System for preparing, performing milling operation on acetabulum in natural hip bone has directional device and receiver of spatial navigation system signal for aligning milling tool axisInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Vorbereitung und Durchführung einer Ausfräsung eines Acetabulums im natürlichen Hüftbeckenknochen im Rahmen einer endoprothetischen Versorgung eines Patienten im Hüftbereich unter Einsatz einer künstlichen Gelenkpfanne.The present invention relates to a system for preparation and Carrying out a milling of an acetabulum in the natural Hip pelvis bone as part of an endoprosthetic restoration of a Patients in the hip area using an artificial socket.
Die vorbereitende Ausfräsung des Acetabulums ist relevant im Hinblick auf den späteren Sitz der Beckenpfanne in dem ausgefrästen Acetabulum. Grundsätzlich ist man bemüht, die Ausfräsung so zu gestalten, daß eine Luxation des Hüftgelenkes möglichst vermieden wird, wobei die Luxationsneigung bei stark gebeugten Beinen am größten ist. Maßgeblichen Einfluß auf die Vermeidung einer Luxation ist der sogenannte Beckeneingangswinkel und der Antekurvationswinkel. Der Beckeneingangswinkel variiert zwischen 30° und 45°, der Antekurvationswinkel im Bereich von ca. 8° bis 15°. Bei einem Beckeneingangswinkel von 45° überdeckt die künstliche Gelenkpfanne die künstliche Gelenkkugel am weitesten, so daß eine Luxation des Gelenks unwahrscheinlich ist. Letztendlich obliegt die Auswahl der entsprechenden Winkel dem Operateur, der aufgrund seiner Erfahrung eher zu kleineren oder größeren Winkeln tendiert.The preparatory milling of the acetabulum is relevant with regard to the later seat of the pelvic pan in the milled acetabulum. Basically, one tries to shape the milling so that a Dislocation of the hip joint is avoided if possible, the The tendency to dislocate is greatest when the legs are strongly bent. Relevant The so-called influence on the avoidance of a dislocation Pelvic entrance angle and the antecurvation angle. The Pelvic entrance angle varies between 30 ° and 45 °, the Antecurvation angle in the range of approx. 8 ° to 15 °. At a The artificial joint socket covers the pelvic entry angle of 45 ° artificial joint ball farthest, so that a dislocation of the joint is unlikely. Ultimately, it is up to you to choose the appropriate one Angle to the surgeon, who tends to be smaller or smaller due to his experience larger angles tends.
Grundsätzlich ist der Antekurvationswinkel und der Beckeneingangswinkel patientenunabhängig. Dies bedeutet, daß ein Operateur stets bemüht ist, bei dem operativen Eingriff die gleichen Winkelpaarungen auszuwählen. Dies ist in der Praxis jedoch nicht so ohne weiteres möglich, allein schon wegen der operationsbedingten Unübersichtlichkeit aufgrund der räumlichen Enge im Operationsbereich.Basically, the antecurve angle and the pelvic entrance angle patient-independent. This means that an operator always tries to select the same angle pairing during the surgical procedure. This is in practice, however, not so easily possible, if only because of the Operation-related confusion due to the spatial confinement in the Operating area.
In jüngerer Zeit haben elektronische Hilfsmittel Einzug gehalten in den Operationssaal. So ist aus der EP-0 239 409 A1 ein Roboter für eine chirurgische Operation bekannt. Die WO-99/21498 A1 betrifft ein System zur Knochensegmentnavigation zur Planung und Durchführung einer Knochensegmentverschiebung. Aus der WO-95/00075 A1 ist eine Vorrichtung bekannt zur Durchführung einer Operation im Kniebereich, mittels der eine möglichst genaue Justierung möglich sein soll, wozu Fernsehkameras herangezogen werden. Aus der WO-98/09570 ist eine Anordnung zur Festlegung eines Kniegelenks in definierten Lagen bekannt, mittels derer eine genaue Lagekontrolle der chirurgischen Instrumente möglich sein soll beim chirurgischen Eingriff zum Ersatz des Kniegelenks durch eine Endoprothese. Mit einem System zur computer- und roboterunterstützten Chirurgie befaßt sich José Luis Moctezuma de la Barrera: "Ein durchgängiges System zur computer- und roboterunterstützten Chirurgie", Springer-Verlag, Berlin usw., 1996, insbesondere Seiten 94 bis 125. In "Operationsroboter und Navigationssysteme Quantensprung oder Risikotherapie?" in DE-Z "Krankenhaus Technik", Sept. 1999, Seiten 38 bis 39 werden Operationsroboter und Navigationssysteme beschrieben. Letztere sind Leitsysteme, die es ermöglichen, das eingeschränkte räumliche Vorstellungsvermögen des Operateurs so zu präzisieren, daß das Arbeiten genauer wird. So könnte beispielsweise eine Schraube in die Wirbelsäule präzise eingesetzt werden. Vor allem bei stereotaktischen Eingriffen in der Gehirnchirurgie haben sich Navigationssysteme seit langem bewährt.More recently, electronic aids have found their way into the Operating room. EP-0 239 409 A1 is a robot for a surgical Operation known. WO-99/21498 A1 relates to a system for Bone segment navigation for planning and carrying out a Bone segment shift. A device is known from WO-95/00075 A1 Known for performing an operation in the knee area, by means of which adjustment as accurate as possible should be possible, for which television cameras be used. From WO-98/09570 an arrangement for fixing is of a knee joint in defined positions, by means of which an exact Position control of the surgical instruments should be possible with the surgical Intervention to replace the knee joint with an endoprosthesis. With one system José Luis deals with computer and robot-assisted surgery Moctezuma de la Barrera: "A universal system for computer and robot-assisted surgery ", Springer-Verlag, Berlin etc., 1996, in particular Pages 94 to 125. In "Operation robots and navigation systems quantum leap or risk therapy? "in DE-Z" Krankenhaus Technik ", Sept. 1999, pages 38 to 39 surgical robots and navigation systems are described. The latter are Control systems that allow the restricted spatial The surgeon's imagination so precise that the work is more precise becomes. For example, a screw in the spine could be precise be used. Especially with stereotactic interventions in the Brain surgery has long been proven by navigation systems.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs genanntes System vorzuschlagen, welches ein sehr genaues und winkeltreues Ausfräsen eines Acetabulums ermöglicht mit einem wählbaren und definierten Beckeneingangswinkel und Antekurvationswinkel.Against this background, it is the object of the present invention to propose the aforementioned system, which is a very precise and Precise milling of an acetabulum with a selectable and defined pelvic entry angle and antecurvation angle.
Ein Operateur wird in der Regel stets mit demselben Beckeneingangswinkel und Antekurvationswinkel die Ausfräsung vornehmen.An operator is usually always with the same pelvic entry angle and Antecurvation angle make the milling.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is solved by a system with the features of the claim 1. Further advantageous developments result from the subclaims.
Grundsätzlich besteht das erfindungsgemäße System aus drei Komponenten, nämlich einer Beckenwaage, einem Raumnavigationssystem und einem Peilgerät.The system according to the invention basically consists of three components, namely a pool scale, a room navigation system and a direction finder.
Die Beckenwaage dient zur normierten Positionierung des Patienten auf einem Operationstisch, vorzugsweise in Rückenlage. Die Beckenwaage besteht aus einem Eichbalken, der mittels einer Meßvorrichtung exakt waagerecht ausrichtbar ist. Als Bezugspunkt zum Becken des Patienten dienen die beiden Spinen, auf welchen die Meßvorrichtung aufgelegt wird. In der waagerecht ausgerichteten Lage wird der Eichbalken mittels wenigstens eines exakt senkrecht am Operationstisch geführten Haltearmes arretiert. Der so ausgerichtete Eichbalken, der Haltearm und der Operationstisch spannen dann ein karthesisches Koordinatensystem auf. Dies ist Voraussetzung für den Einsatz des schon erwähnten Raumnavigationssystems. The pelvic scale is used for the standardized positioning of the patient on a Operating table, preferably supine. The pool scale consists of a calibration bar that can be aligned horizontally using a measuring device is. The two spins on serve as a reference point for the patient's pelvis which the measuring device is placed on. In the level The calibration bar is positioned exactly vertically on at least one Operating table guided holding arms locked. The calibration bar so aligned, the holding arm and the operating table then clamp a Cartesian Coordinate system. This is a prerequisite for using the already mentioned room navigation system.
Dieses weist eine Sende- und Empfangseinheit auf, welche Signale von einer Steuerzentrale empfängt, mittels derer die gewünschten Werte für den Beckeneingangswinkel und Antekurvationswinkel vorgebbar sind. Im wesentlichen entspricht das Raumnavigationssystem in seiner Funktionsweise dem Global Positioning System (GPS), welches bekanntermaßen in der Verkehrsnavigation Einsatz findet. Die Signale, die von der Steuerzentrale zur Sende- und Empfangseinheit gesendet werden, zeigen die waagerechte Ausrichtung des Eichbalken an. Hierzu kann der Operateur nach Ausrichtung des Eichbalken beispielsweise an einer Tastatur den Umstand, daß der Eichbalken ausgerichtet worden ist, eingeben. Denkbar wäre auch eine automatische Meldung von der schon erwähnten Meßvorrichtung, dahingehend, daß der Eichbalken waagerecht ausgerichtet ist. Die Signale von der Steuerzentrale repräsentieren darüber hinaus die wählbaren Werte für den Beckeneingangswinkel und den Antekurvationswinkel, also gewissermaßen die Sollwerte für die Winkel, mit welchen die Ausfräsung des Acetabulums vorgenommen werden soll. Darüber hinaus gibt die Sende- und Empfangseinheit Ortungssignale ab, und zwar für die dritte schon erwähnte Komponente, das Peilgerät.This has a transmitting and receiving unit, which signals from a Control center receives, by means of which the desired values for the Pelvic entrance angle and antecurve angle can be specified. in the the functionality of the room navigation system corresponds essentially the Global Positioning System (GPS), which is known in the Traffic navigation is used. The signals from the control center to The sending and receiving unit are sent, show the horizontal Alignment of the calibration bar. The surgeon can do this after alignment the calibration bar, for example on a keyboard, the fact that the Enter the calibration bar. One would also be conceivable automatic message from the measuring device already mentioned, that the calibration bar is aligned horizontally. The signals from the Control center also represent the selectable values for the Pelvic entrance angle and the antecurvation angle, so to speak the Setpoints for the angles at which the milling of the acetabulum should be made. In addition, the broadcast and Receiving unit locating signals, for the third already mentioned Component, the direction finder.
Das Peilgerät weist einen länglichen Grundkörper mit einer Hauptachse und wenigstens zwei davon in dem Antekurvationswinkel und dem Beckeneingangswinkel entsprechenden Winkeln abragenden Peilstäben auf, die mit der Senkrechten bzw. Waagerechten des aufgespannten Koordinatensystem ausrichtbar sind. Ein Peilstab ragt vom Grundkörper in einem dem gewünschten Antekurvationswinkel entsprechenden Winkel ab, der wenigstens andere Peilstab in einem dem Beckeneingangswinkel entsprechenden Winkel. Die Winkel werden eingeschlossen zwischen den Längsachsen der Peilstäbe und der Hauptachse des Peilkörpers.The direction finder has an elongated base body with a main axis and at least two of them in the antecurve angle and the Pelvic entrance angles on corresponding dipstick protruding angles with the vertical or horizontal of the spanned coordinate system can be aligned. A dipstick protrudes from the body in one desired angle from the corresponding antecurve angle, the at least other dipstick at an angle corresponding to the pelvic entrance angle. The angles are enclosed between the longitudinal axes of the dipsticks and the main axis of the bearing body.
Der Peilstab, der mit einem dem Antekurvationswinkel entsprechenden Winkel vom Grundkörper des Peilgerätes abragt, ist mit der waagerechten X-Achse des aufgespannten Koordinatensystems auszurichten. Der wenigstens andere Peilstab, welcher mit dem Beckeneingangswinkel vom Grundkörper des Peilgerätes abragt, ist mit der senkrechten Y-Achse des Koordinatensystems auszurichten.The dipstick, which has an angle corresponding to the antecurvation angle protrudes from the main body of the direction finder with the horizontal X-axis of the spanned coordinate system. At least the other Dipstick, which with the pelvic entrance angle from the body of the Direction finder is with the vertical Y-axis of the coordinate system align.
Das Peilgerät weist darüber hinaus einen Empfänger für die Ortungssignale vom Raumnavigationssystem auf, mittels derer die Abweichung der Peilstäbe von bzw. ihre Ausrichtung mit der Senkrechten bzw. Waagerechten ermittelt werden. Darüber hinaus sind optische Anzeigemittel vorgesehen, welche die Abweichung von bzw. Ausrichtung mit der Senkrechten bzw. Waagerechten anzeigen. Zusätzlich ist der Grundkörper als Halter für ein Fräswerkzeug ausgebildet, derart, daß die Längsachse des Fräswerkzeuges der Hauptachse des Grundkörpers fluchtet.The direction finder also has a receiver for the location signals from the room navigation system, by means of which the deviation of the dipsticks of or their alignment with the vertical or horizontal determined become. In addition, optical display means are provided, which the Deviation from or alignment with the vertical or horizontal Show. In addition, the base body is used as a holder for a milling tool formed such that the longitudinal axis of the milling tool of the main axis of the main body is aligned.
Mit anderen Worten wird das Ausfräsen eines Acetabulums bei einer
endoprothetischen Versorgung eines Patienten wie folgt mit dem System
vorbereitet:
In other words, the milling of an acetabulum during endoprosthetic treatment of a patient is prepared with the system as follows:
- 1. Der Eichbalken der Beckenwaage wird auf das Becken des auf dem Operationstisch liegenden Patienten gelegt, derart, daß er auf beiden Spinen aufliegt. Das Becken des Patienten wird solange verdreht, bis die Meßvorrichtung des Eichbalkens die exakt waagerechte Ausrichtung des Balkens anzeigt. In dieser Lage wird das Becken des Patienten mittels des exakt senkrecht am Operationstisch geführten Haltearmes arretiert. Der Operationstisch, der Haltearm und der Eichbalken spannen so das erwähnte Koordinatensystem auf, welches es erst erlaubt, das Raumnavigationssystem zum Einsatz zu bringen. Die exakte Ausrichtung des Patienten mit der Beckenwaage ist also Grundvoraussetzung für die weiteren vorbereitenden Schritte. 1. The calibration bar of the pelvis scale is placed on the pelvis the patient lying on the operating table, so that he rests on both spins. The patient's pelvis will twisted until the measuring device of the calibration bar shows the horizontal alignment of the bar. In this The patient's pelvis is positioned exactly vertically using the holding arms guided on the operating table locked. The The operating table, the holding arm and the calibration beam span in this way the mentioned coordinate system, which only allows to use the room navigation system. The exact one Alignment of the patient with the pelvic scale is therefore Basic requirement for the further preparatory steps.
- 2. In dem Moment, in dem der Eichbalken der Beckenwaage exakt waagerecht ausgerichtet ist, kann der Operateur eine Taste betätigen, woraufhin der Steuerzentrale mitgeteilt wird, daß dies nun die definierte Ruhelage des Patienten ist. Der Operateur gibt die gewünschten Werte für den Antekurvationswinkel und den Beckeneingangswinkel durch eine Tastatur in die Steuerzentrale ein, welche diese Werte hin zur Sende- und Empfangseinheit sendet. Diese gibt daraufhin die erwähnten Ortungssignale ab, welche vom Peilgerät ausgewertet werden.2. The moment the calibration bar of the tank scale is exactly level, the operator can press a button press, whereupon the control center is informed that this is now the patient's defined rest position. The surgeon gives the desired values for the antecurve angle and the Pelvic entrance angle through a keyboard into the control center a, which these values towards the sending and receiving unit sends. The latter then emits the location signals mentioned, which are evaluated by the direction finder.
- 3. Der Grundkörper des Peilgerätes wird so ausgerichtet, daß die Peilstäbe mit der Waagerechten bzw. mit der Senkrechten ausgerichtet sind. Hierzu verlagert der Operateur die Achslage des Peilgerätes solange, bis die optischen Anzeigemittel, beispielsweise Leuchtdioden, durch Farbwechsel signalisieren, daß die eingegebenen Winkel nun tatsächlich eingestellt sind.3. The main body of the direction finder is aligned so that the Dipsticks with the horizontal or with the vertical are aligned. For this, the surgeon shifts the axis position of the direction finder until the optical display means, for example, light-emitting diodes to signal by changing colors, that the entered angles are now actually set.
Durch die Ausbildung des Grundkörpers des Peilgerätes als Halter für ein Fräswerkzeug gelingt es so, die exakte Winkelbeziehung der beiden Peilstäbe abzubilden in der Fräsachse des Fräswerkzeuges, dadurch, daß die Längsachse des Fräswerkzeuges mit der Hauptachse des Grundkörpers fluchtet. Der Antekurvationswinkel liegt in einem Bereich von 8° bis 15°, der Beckeneingangswinkel in einem Bereich von 30° bis 45°.By designing the base body of the direction finder as a holder for a This enables the milling tool to achieve the exact angular relationship of the two dipsticks image in the milling axis of the milling tool, characterized in that the longitudinal axis of the milling tool is aligned with the main axis of the base body. The Antecurvation angle is in a range from 8 ° to 15 ° Pelvic entrance angle in a range from 30 ° to 45 °.
Durch einen speziellen Mechanismus kann vorgesehen sein, daß die Winkel der Peilstäbe zur Hauptachse des Grundkörpers einstellbar sind. Auf diese Weise eignet sich ein Peilgerät für Operationen mit von einem Patienten zum anderen wechselnden Winkeln. A special mechanism can provide that the angle the dipsticks to the main axis of the body are adjustable. To this A direction finder is suitable for operations involving a patient other changing angles.
Vorzugsweise ist die erwähnte Meßvorrichtung der Beckenwaage eine auf dem Eichbalken plan angeordnete Wasserwaage. Diese Ausführung ist einfach, doch hocheffizient.Preferably, the mentioned measuring device of the pool scale is one on the Calibrated level spirit level. This execution is simple, however highly efficient.
Vorzugsweise ist der Eichbalken an dem wenigstens einen Haltearm am Operationstisch höhenverstellbar angeordnet. Hierdurch wird dem Erfordernis Rechnung getragen, Patienten unterschiedlicher Körpergröße auf dem Operationstisch zu operieren.The calibration bar is preferably on the at least one holding arm Operating table height adjustable. This will meet the requirement Account taken of patients of different sizes on the Operating table to operate.
Dem gleichen Zweck dient die Ausbildung, bei welcher der Eichbalken zusammen mit dem wenigstens einen Haltearm am Operationstisch an dessen Längsachsen längsverschieblich geführt ist. Die Höhenverstellbarkeit bzw die Längsverschieblichkeit ändert an dem aufgespannten Koordinatensystem nichts.The training in which the calibration bar is used serves the same purpose together with the at least one holding arm on the operating table on the operating table Longitudinal axes is guided longitudinally. The height adjustability or Longitudinal displacement does not change the spanned coordinate system.
Besonders bevorzugt wird die Weiterbildung des System, bei der die Signalübertragung von und zu der Steuerzentrale zur Sende- und Empfangseinheit schnurlos erfolgt, ebenso wie die Abgabe der Ortungssignale von der Sende- und Empfangseinheit an das Peilgerät. Die schnurlose, beispielsweise Funk- oder Infrarotverbindung, bietet dem Operateur eine größtmögliche Bewegungsfreiheit. Keinerlei störende Verkabelung kann dann den Verlauf der Operation beeinflussen.The further development of the system in which the Signal transmission from and to the control center for transmission and Receiving unit takes place wirelessly, as does the delivery of the location signals from the sending and receiving unit to the direction finder. The cordless, for example radio or infrared connection, offers the surgeon one greatest possible freedom of movement. No annoying wiring can then influence the course of the operation.
Gemäß einer besonderes bevorzugten Weiterbildung ist an die Steuerzentrale ein Monitor zur Darstellung des Beckenbereiches während des operativen Eingriffs angeschlossen. Der Operateur kann also auf dem Monitor den Fortschritt der Ausfräsung verfolgen. Vorzugsweise sind auch die Raumrichtungen des aufgespannten Koordinatensystems auf dem Monitorbildschirm dargestellt. Besonders bevorzugt wird die Lage der Längsachse des Fräswerkzeuges in bezug auf das Acetabulum und das Koordinatensystem darstellbar. So kann der Operateur laufend eine optische Kontrolle durchführen, um so ein optimales Ausfräsergebnis zu erzielen. According to a particularly preferred development, the control center a monitor to show the pelvic area during surgery Intervention connected. The surgeon can therefore on the monitor Track the progress of the milling. Preferably, too Spatial directions of the spanned coordinate system on the Monitor screen shown. The position of the is particularly preferred Longitudinal axis of the milling tool in relation to the acetabulum and the Coordinate system can be displayed. This allows the surgeon to keep an optical one Carry out a check in order to achieve an optimal milling result.
Wenn das Peilgerät zunächst auch nur zwei Peilstäbe benötigt, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, daß es zwei Paare von Peilstäben trägt, nämlich einmal für eine Ausfräsung im rechten Hüftbereich und einmal für die Ausfräsung im linken Hüftbereich.If the DF device initially only needs two dipsticks, one is according to advantageous development provided that there are two pairs of dipsticks wearing, namely once for a cut in the right hip area and once for milling in the left hip area.
Die Anzeigemittel können Leuchtdioden umfassen, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen erzeugen. Im Falle der Ausrichtung der Peilstäbe mit der Waagerechten bzw. der Senkrechten wird dann eine andersfarbige Anzeige generiert als bei fehlender Ausrichtung.The display means can comprise light emitting diodes which emit light differently Generate wavelengths. In the case of alignment of the dipsticks with the The horizontal or the vertical then becomes a different colored display generated than if there is no alignment.
Zusätzlich zu den optischen Anzeigemitteln kann eine akustische Anzeige vorgesehen sein, die bei Ausrichtung der Peilstäbe mit der Waagerechten bzw. Senkrechten ein akustisches Signal generieren wird.In addition to the visual display means, an acoustic display be provided which, when the dipsticks are aligned with the horizontal or Vertical will generate an acoustic signal.
Obwohl es operationstechnisch sehr schwierig ist, die entsprechenden Angaben zu dem Antekurvationswinkel und zu dem Beckeneingangswinkel zu machen, wenn der Patient in Seitenlage auf dem Operationstisch liegt, präferieren einige Operateure diese Lage. Das erfindungsgemäße System kann insbesondere auch damit dann umgehen, wenn den Ortungssignalen von dem Raumnavigationssystem ein der Schräglage entsprechender Offset verliehen wird, um die Abweichung der Schräglage von der Rückenlage zu kompensieren. Das System ist also so universell einsetzbar, daß die Operation nicht zwingend in Rückenlage des Patienten durchgeführt werden muß. Es besteht bei dieser Ausbildung eine Wahlfreiheit seitens des Operateurs, die Operation in der von ihm präferierten Lage des Patienten durchzuführen.Although it is very difficult from an operational point of view, the relevant information to make the antecurve angle and the pelvic entry angle when the patient is lying on the side on the operating table, some prefer Operators this location. The system according to the invention can in particular also deal with it when the location signals from the Room navigation system awarded an offset corresponding to the inclined position is to the deviation of the inclination from the supine position too compensate. The system is so universal that the operation does not necessarily have to be carried out in the supine position of the patient. It there is freedom of choice on the part of the operator for this training, the Perform the operation in the patient's preferred position.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Hierbei zeigt:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained. Here shows:
Fig. 1 schematisch die Anordnung des Systems in einem Operationssaal, Fig. 1 shows schematically the arrangement of the system in an operating room,
Fig. 2 die Aufsicht auf den Operationstisch im Bereich des Beckens des Patienten, FIG. 2 shows the top view of the operating table in the pelvic area of the patient,
Fig. 3 die Seitenansicht des Operationsbereichs, mit zusätzlicher Sende- und Empfangseinheit an der Beckenwaage, und Fig. 3 is a side view of the operating area, with additional transmitter and receiver unit on the pelvic scale, and
Fig. 4 eine schematische Ansicht auf den Operationstisch vom Fußende her. Fig. 4 is a schematic view of the operating table from the foot end.
Nachfolgend sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.In the following, identical parts are provided with the same reference symbols.
Einen ersten Überblick verschafft Fig. 1. Diese vermittelt den Anblick eines Operationsraums, welcher mit dem erfindungsgemäßen System ausgestattet ist. Die drei Komponenten des Systems sind die Beckenwaage 1, das Raumnavigationssystem 10 sowie das Peilgerät 20. Dieses System ist einem Operationstisch 2 zugeordnet, auf welchem der Patient 110 gebettet ist. Es ist eine Steuerzentrale 12 vorgesehen, die vorliegend mit einem Monitor 13 ausgestattet ist. In der Steuerzentrale 12 werden alle Signale aufbereitet und ausgewertet. Das Raumnavigationssystem 10 verfügt darüber hinaus über eine an der Decke des Operationssaales angebrachte Sende- und Empfangseinheit 11. Die Kommunikation zwischen den Komponenten Steuerzentrale 12, Sende- und Empfangseinheit 11 und Peilgerät 20 erfolgt vorliegend schnurlos, beispielsweise über Infrarot- oder Funkstrecken. FIG. 1 provides a first overview . This gives the view of an operating room which is equipped with the system according to the invention. The three components of the system are the pool scale 1 , the room navigation system 10 and the direction finder 20 . This system is assigned to an operating table 2 on which the patient 110 is bedded. A control center 12 is provided, which in the present case is equipped with a monitor 13 . All signals are processed and evaluated in the control center 12 . The room navigation system 10 also has a transmitting and receiving unit 11 attached to the ceiling of the operating room. The communication between the components of the control center 12 , the transmitting and receiving unit 11 and the direction finder 20 takes place wirelessly in the present case, for example via infrared or radio links.
Der Patient 110 ist auf dem Operationstisch 2 in einer definierten Lage festgelegt. Hierzu dient die Beckenwaage 1, wie weiter unten noch näher erläutert wird.The patient 110 is fixed in a defined position on the operating table 2 . The pool scale 1 serves this purpose, as will be explained in more detail below.
Das Peilgerät verfügt vorliegend über zwei Paare von Peilstäben 22 R, 23 R und 22 L, 23 L. Die Funktionsweise wird weiter unten näher erläutert. Die Beckenwaage 1 verfügt über einen Eichbalken 3, welcher zusammen mit einem Haltearm 5, der exakt senkrecht am Operationstisch 2 geführt ist, und mit dem Operationstisch 2 selbst ein karthesisches Koordinationsystem aufspannt. Erst diese Bezugnahme auf dieses Koordinatensystem erlaubt den Einsatz des Raumnavigationssystems 10, da erst insofern eine definierte Lage des Patienten definierbar ist.The direction finder has two pairs of 22 R , 23 R and 22 L , 23 L dipsticks. The mode of operation is explained in more detail below. The pelvic scale 1 has a calibration bar 3 , which together with a holding arm 5 , which is guided exactly vertically on the operating table 2 , and the operating table 2 itself spans a Cartesian coordination system. Only this reference to this coordinate system allows the use of the room navigation system 10 , since only then can a defined position of the patient be defined.
Notwendig hierfür ist die exakte Ausrichtung des Eichbalkens 3 mit der Waagerechten (Fig. 2). Der Eichbalken überragt hier den Beckenbereich des Patienten 110. Der Eichbalken 3 liegt auf den Spinen des Beckenknochens auf, die vorliegend durch die Markierungen 102' schematisch angedeutet sind. Der Eichbalken 3 trägt eine Anzeigevorrichtung 4 in Form einer Wasserwaage 6. Durch Drehung des Hüftbereichs des Patienten 110 ist es möglich, den Eichbalken exakt in die Waagerechte zu bringen. Dieser dann so erhaltene Zustand wird arretiert durch die Beckenwaage 1 mit vorliegend einem Haltearm 5, der - wie schon ausgeführt - exakt senkrecht an der Längsseite 7 des Operationstisches 2 angebracht ist. Die Längsseite 7 des Operationstisches 2, der Haltearm 5 sowie der Eichbalken 3 spannen dann das karthesische Koordinatensystem X, Y und Z auf.This requires the exact alignment of the calibration bar 3 with the horizontal ( Fig. 2). The calibration bar projects above the pelvic area of patient 110 . The calibration bar 3 lies on the spins of the pelvic bone, which are indicated schematically in the present case by the markings 102 '. The calibration bar 3 carries a display device 4 in the form of a spirit level 6 . By rotating the hip area of the patient 110 , it is possible to bring the calibration bar exactly into the horizontal. This state, which is then obtained in this way, is locked by the pelvic scale 1 with a holding arm 5 in the present case which, as already stated, is mounted exactly vertically on the long side 7 of the operating table 2 . The longitudinal side 7 of the operating table 2 , the holding arm 5 and the calibration beam 3 then span the Cartesian coordinate system X, Y and Z.
Das Peilgerät 20 ist als Halter für ein Fräswerkzeug 26 ausgebildet, derart, daß die Hauptachse H des Peilgerätes 20 mit der Längsachse L des Fräswerkzeuges 26 fluchtet.The direction finder 20 is designed as a holder for a milling tool 26 such that the main axis H of the direction finding device 20 is aligned with the longitudinal axis L of the milling tool 26 .
Das Problem bei der Ausfräsung des Acetabulums 100 besteht nun darin, das Fräswerkzeug 26 so anzusetzen, daß der gewünschte Antekurvationswinkel und Beckeneingangswinkel realisiert wird. Diese Winkel β bzw. α finden sich wieder in der Lagebeziehung eines Peilstabes 22 R zur Hauptachse H des Peilgerätes 20. Der entsprechende Antekurvationswinkel findet sich als Schnittwinkel des anderen Peilstabes 23 R mit der Hauptachse H des Peilgerätes 20. Nun orientiert der Operateur das Peilgerät 20 so, daß der Peilstab 22 R mit der X Achse des Koordinatensystems fluchtet und der Peilstab 23 R mit der Y- Achse. Um es dem Operateur zu erleichtern, die exakte Ausrichtung des Fräswerkzeugs 26 zu erreichen, steht das Peilgerät 20 über einen Empfänger 24 in Verbindung mit der Sende- und Empfangszentrale 11 des Raumnavigationssystems 10. Gemäß den zuvor zu tätigenden Eingaben der gewünschten Winkel α und β in die Steuerzentrale 12 generiert diese Signale, welche von der Sende- und Empfangszentrale 11 aufgenommen werden, woraufhin diese Orientierungssignale für die Peilstäbe 22 R, 23 R und 22 L, 23 L generiert. Ist die Ausrichtung mit der X- bzw Y-Achse gegeben, zeigen optische Anzeigemittel 25 an den Spitzen der Peilstäbe beispielsweise durch Farbwechsel von Leuchtdioden die korrekte Ausrichtung an. Dadurch, daß die Längsachse L des Fräswerkzeuges 26 aufgrund der Ausbildung des länglichen Grundkörpers 21 des Peilgerätes 20 mit der Hauptachse H des Peilgerätes fluchtet, ist die gewünschte Orientierung des Fräswerkzeuges 26 am Acetabulum 100 gewährleistet. Der längliche Grundkörper 21 ist dabei gewissermaßen als Führungshülse für das Fräswerkzeug 26 ausgebildet.The problem with the milling of the acetabulum 100 is now to set the milling tool 26 so that the desired antecurve angle and pelvic entry angle is realized. These angles β and α can be found again in the positional relationship of a dipstick 22 R to the main axis H of the direction finder 20 . The corresponding antecurvation angle is found as the intersection angle of the other dipstick 23 R with the main axis H of the direction finder 20 . Now the operator orients the direction finder 20 so that the dipstick 22 R is aligned with the X axis of the coordinate system and the dipstick 23 R is aligned with the Y axis. In order to make it easier for the surgeon to achieve the exact alignment of the milling tool 26 , the direction finder 20 is connected to the transmitting and receiving center 11 of the room navigation system 10 via a receiver 24 . In accordance with the inputs of the desired angles .alpha. And .beta. To be carried out beforehand into the control center 12 , these signals are generated which are received by the transmitting and receiving center 11 , whereupon these generate orientation signals for the dipsticks 22 R , 23 R and 22 L , 23 L. If the alignment with the X or Y axis is given, optical display means 25 on the tips of the dipsticks indicate the correct alignment, for example by changing the color of light-emitting diodes. Characterized in that the longitudinal axis L of the milling tool 26 is aligned with the main axis H of the direction finding device due to the formation of the elongated base body 21 of the direction finder 20 , the desired orientation of the milling tool 26 on the acetabulum 100 is ensured. The elongated base body 21 is designed to a certain extent as a guide sleeve for the milling tool 26 .
Fig. 3 zeigt den Patienten 110 in Rückenlage auf dem Operationstisch 2 liegend. Deutlich wird noch einmal, wie das karthesische Koordinatensystem X, Y, Z durch den Eichbalken 3, den Haltearm 5 und den Operationstisch 2 aufgespannt wird. Zusätzlich ist hier eine an der Beckenwaage angebrachte Sende- und Empfangseinheit 11' vorgesehen. Dies wird bevorzugt, wenn die Anbringung der Sende- und Empfangseinheit 11 an der Decke nicht möglich ist und/oder die Signalübertragung per Infrarotverbindung erfolgt. Fig. 3 shows the patient 110 lying in the supine position on the operating table 2,. It becomes clear once again how the Cartesian coordinate system X, Y, Z is spanned by the calibration beam 3 , the holding arm 5 and the operating table 2 . In addition, a transmitting and receiving unit 11 'attached to the tank scale is provided here. This is preferred if it is not possible to mount the transmitting and receiving unit 11 on the ceiling and / or the signal is transmitted via an infrared connection.
Das manuell vom Operateur gehaltene und zu positionierende Teilgerät 20 ist vorliegend in der ausgerichteten Stellung dargestellt, in welcher die für die rechte Beckenseite maßgeblichen Peilstäbe 22 R und 23 R ausgerichtet sind mit der X- bzw. Y Achse des karthesischen Koordinatensystems. In dieser Stellung empfängt der Empfänger des Peilgerätes 20 die entsprechenden Ortungssignale von der Sende- und Empfangszentrale 11 des Raumdiagnosesystems 10 und wird veranlaßt, beispielsweise die Farbe der optischen Anzeigemittel 50 am Ende der Peilstäbe von beispielsweise rot auf grün zu wechseln. Hierdurch erhält der Operateur das eindeutige Signal, daß das Fräswerkzeug 26 die gewünschte Orientierung aufweist. Dann wird das Acetabulum mit dem Fräswerkzeug 26 bearbeitet. Die voreingestellte Winkellage findet sich später dann nach Implantation einer künstlichen Beckenpfanne in der Gelenkstellung wieder.The partial device 20 that is manually held and to be positioned by the surgeon is shown here in the aligned position in which the dipsticks 22 R and 23 R relevant for the right side of the pelvis are aligned with the X and Y axes of the Cartesian coordinate system. In this position, the receiver of the direction finder 20 receives the corresponding location signals from the transmitting and receiving center 11 of the room diagnostic system 10 and is caused, for example, to change the color of the optical display means 50 at the end of the direction finders from, for example, red to green. This gives the surgeon the clear signal that the milling tool 26 has the desired orientation. Then the acetabulum is processed with the milling tool 26 . The preset angular position can later be found in the joint position after implantation of an artificial pelvic socket.
Zur Abrundung dient die Fig. 4, welche den Hüftgelenkknochen 101 des Patienten schematisch auf dem Operationstisch 2 in Rückenlage zeigt. Deutlich wird hierbei das Auflager des Eichbalkens 3 auf dem Patienten im Hüftbeckenbereich auf den Spinen 102. Diese werden am Eichbalken durch Markierung 102' dargestellt. Erkennbar ist hierbei auch der Antekurvationswinkel β. FIGS. 4, which shows the hip bone of the patient 101 schematically on the operating table 2 in a supine position is used for rounding. The bearing of the calibration bar 3 on the patient in the hip basin area on the spins 102 becomes clear here. These are shown on the calibration bar by marking 102 '. The antecurvation angle β can also be seen here.
Sehr deutlich ist die Meßvorrichtung 4 erkennbar, die in Form einer Wasserwaage 6 plan auf dem Eichbalken 3 angebracht ist. Es ist verständlich, daß durch Verdrehung des Hüftgelenkknochens die Orientierung des Eichbalkens 3 bei fortlaufendem Auflager auf den Spinen 102 verändert werden kann, solange bis der Eichbalken exakt in der Waagerechten liegt.The measuring device 4 can be seen very clearly and is mounted flat on the calibration bar 3 in the form of a spirit level 6 . It is understandable that by rotating the hip joint bone, the orientation of the calibration beam 3 can be changed with continuous support on the spins 102 , until the calibration beam lies exactly in the horizontal.
Das System gestattet auch die Operation in einer Schräglage des Hüftgelenkbereichs. Lediglich eine softwaremäßige Ausgleichsberechnung für den so von der Waagerechten abweichenden Neigungswinkel des Meßbalkens muß vorgenommen werden. Dies geschieht in der Steuerzentrale 12 automatisch. Entsprechend werden die Ortungssignale beeinflußt, so daß auch in einer Seitenlage die ansonsten sehr schwierige Winkelbestimmung mit dem erfindungsgemäßen System in einfacher Weise möglich ist.The system also allows the operation of the hip angled. Only a software compensation calculation for the inclination angle of the measuring bar that deviates from the horizontal must be carried out. This happens automatically in the control center 12 . The location signals are influenced accordingly, so that the otherwise very difficult angle determination is easily possible with the system according to the invention even in a lateral position.
Claims (11)
- - einer Beckenwaage (1) zur normierten Positionierung des Patienten auf einem Operationstisch (2) vorzugsweise in Rückenlage, bestehend aus einem Eichbalken (3), der mittels einer Meßvorrichtung (4), auf beiden Spinen (102) des Beckenknochens (101) aufliegend, exakt waagerecht ausrichtbar und in dieser Lage mittels wenigstens eines exakt senkrecht am Operationstisch (2) geführten Haltearmes (5) arretierbar ist, derart, daß der ausgerichtete Eichbalken (3), der Haltearm (5) und der Operationstisch (2) ein karthesisches Koordinatensystem (X, Y, Z) aufspannen,
- - einem Raumnavigationssystem (10), aufweisend wenigstens eine Sende- und Empfangseinheit (11, 11'), welche Signale von einer Steuerzentrale (12), mittels derer die gewünschten Werte für den Beckeneingangswinkel und Antekurvationswinkel vorgebbar sind, empfängt, wobei die Signale die waagerechte Ausrichtung des Eichbalkens (3) signalisieren und die wählbaren Werte für den Beckeneingangswinkel und den Antekurvationswinkel repräsentieren, und Ortungssignale abgibt, und
- - einem Peilgerät (20) mit einem länglichen Grundkörper (21) mit einer Hauptachse (H) und wenigstens zwei Peilstäben (22 R, 23 R; 22 L, 23 L), von denen einer (22 R) so von dem Grundkörper (21) abragt, daß seine Längsachse mit der Hauptachse (H) einen dem gewünschten Antekurvationswinkel (β) entsprechenden Winkel einschließt, und der andere (23 R) von dem Grundkörper (21) so abragt, daß seine Längsachse mit der Hauptachse (H) einen dem gewünschten Beckeneingangswinkel (α) entsprechenden Winkel einschließt, die mit der Senkrechten (Y) bzw. mit der Waagerechten (X) ausrichtbar sind, sowie mit einem Empfänger (24) für die Ortungssignale vom Raumnavigationssystem (10), mittels derer die Abweichungen der Peilstäbe (22 R, 23 R; 22 L, 23 L) von bzw. ihre Ausrichtung mit der Senkrechten (Y) bzw. Waagerechten (X) ermittelt werden, und mit optischen Anzeigemitteln (25), welche die Abweichung von bzw. Ausrichtung mit der Senkrechten (Y) bzw Waagerechten (X) anzeigen, bei dem der Grundkörper (21) zusätzlich als Halter für ein Fräswerkzeug (26) ausgebildet ist, derart, daß die Längsachse (L) des Fräswerkzeuges (26) mit der Hauptachse (H) des Grundkörpers (21) fluchtet.
- - a pelvic scale ( 1 ) for standardized positioning of the patient on an operating table ( 2 ), preferably in a supine position, consisting of a calibration bar ( 3 ), which by means of a measuring device ( 4 ) lies on both spins ( 102 ) of the pelvic bone ( 101 ), Can be aligned exactly horizontally and locked in this position by means of at least one holding arm ( 5 ) guided exactly vertically on the operating table ( 2 ), in such a way that the aligned calibration beam ( 3 ), the holding arm ( 5 ) and the operating table ( 2 ) form a Cartesian coordinate system ( X, Y, Z),
- - A room navigation system ( 10 ), comprising at least one transmitting and receiving unit ( 11 , 11 '), which receives signals from a control center ( 12 ), by means of which the desired values for the pelvic entrance angle and antecurve angle can be predetermined, the signals being the horizontal Signal alignment of the calibration bar ( 3 ) and represent the selectable values for the pelvic entry angle and the antecurve angle, and emits location signals, and
- - A direction finder ( 20 ) with an elongated base body ( 21 ) with a main axis (H) and at least two dipsticks ( 22 R , 23 R ; 22 L , 23 L ), one of which ( 22 R ) is thus from the base body ( 21 ) protrudes that its longitudinal axis with the main axis (H) encloses an angle corresponding to the desired antecurve angle (β), and the other ( 23 R ) protrudes from the base body ( 21 ) in such a way that its longitudinal axis with the main axis (H) matches the one includes the desired pelvic entrance angle (α), which can be aligned with the vertical (Y) or with the horizontal (X), and with a receiver ( 24 ) for the location signals from the room navigation system ( 10 ), by means of which the deviations of the dipsticks ( 22 R , 23 R ; 22 L , 23 L ) of or their orientation can be determined with the vertical (Y) or horizontal (X), and with optical display means ( 25 ) which show the deviation from or orientation with the vertical (Y) or horizontal ten (X) indicate, in which the base body ( 21 ) is additionally designed as a holder for a milling tool ( 26 ), such that the longitudinal axis (L) of the milling tool ( 26 ) is aligned with the main axis (H) of the base body ( 21 ) .
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