ES2297721T3 - Dispositivo robotizado sin imagenes para el guiado quirurgico. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo para guiar sin imágenes un útil quirúrgico, cuyo dispositivo comprende un brazo robótico y, al menos, un útil, en el que el brazo robótico está destinado a recibir por lo menos dicho útil citado, y un perceptor de fuerza destinado a montarse en dicho brazo robótico y destinado a recibir por lo menos dicho útil citado, comprendiendo el dispositivo, además, medios adecuados para recibir esfuerzos medidos por el perceptor de fuerza, combinar dichos esfuerzos medidos con una posición del brazo robótico y generar el movimiento del brazo robótico deseado por el usuario en función del esfuerzo y los datos de posición combinados cuando se trabaja en un modo de cooperación, un útil de puntería recibido por el brazo robótico para adquirir las coordenadas de hitos anatómicos, medios par adquirir manualmente y almacenar en memoria las coordenadas de los hitos anatómicos utilizando el útil de puntería, medios para tratar las coordenadas de hitos anatómicos generando así una posición requerida para un útil de guía destinado a guiar al útil quirúrgico, y medios para posicionar automáticamente el útil de guía unido al brazo robótico en la posición requerida.

Description

Dispositivo robotizado sin imágenes para el guiado de un útil quirúrgico.

Campo del invento

El presente invento se refiere al campo de los sistemas quirúrgicos con asistencia robótica. En particular es aplicable al guiado mecánico para una hoja de sierra oscilante o un taladro en una diversidad de aplicaciones quirúrgicas. Por ejemplo, en una cirugía para la sustitución completa de la rodilla, el presente invento mejora la precisión de instalación del implante y su longevidad al proporcionar un sistema de guiado fiable.

Antecedentes del invento

Muchos procedimientos quirúrgicos en diversas especialidades (ortopedia, neurocirugía, maxilofacial, etc.) exigen el corte o la perforación de huesos con precisión. Este es el caso, por ejemplo, de cirugías en el entorno de la rodilla (artroplastia de la rodilla, osteotomía tibial o femoral, ligamentoplastia), en cirugía de la columna vertebral (colocación de tornillos pediculares) o en neurocirugía.

Estos procedimientos son llevados a cabo tradicionalmente mediante el empleo de instrumentos motorizados (taladro quirúrgico, sierra oscilante, etc.) situados en posición y mantenidos directamente por el cirujano o mediante el uso de guías mecánicas básicas.

Sin embargo, en la bibliografía se encuentran muchos estudios que muestran que las técnicas existentes no garantizan un resultado bueno y predecible. Sugieren que una ejecución más precisa de los cortes y las perforaciones conduciría a la consecución de mejores resultados post-operatorios.

Sería deseable proporcionar sistemas y métodos mejorados para la ejecución de movimientos quirúrgicos que coincidirían perfectamente con los planes operativos del cirujano. Las principales preocupaciones en relación con dichos movimientos quirúrgicos incluyen la necesidad de obtener alineamientos perfectos de cortes o perforaciones con respecto a la anatomía del paciente, así como alineamientos relativos de los cortes y las perforaciones.

La sustitución completa de la rodilla (TKR) constituye un ejemplo de procedimiento quirúrgico que exige cortes precisos. En la TKR, el cirujano secciona el fémur distal y la tibia proximal y los reemplaza con componentes protésicos para restaurar la correcta funcionalidad de la rodilla. Estos componentes tienen que alinearse apropiadamente con respecto a los ejes mecánicos de los huesos. De otro modo, el resultado puede conducir a una mala cinemática de la rodilla o a que se aflojen los componentes. La desalineación puede ocurrir de muchas formas diferentes: orientaciones a lo largo de tres ejes (varo/valgo, flexión/extensión, interna/externa) y traslación según tres ejes (media/lateral, proximal/distal, anterior/posterior). Corrientemente, la TKR convencional incluye un complicado sistema de plantillas de bloques de corte y vástagos de alineación. Al cirujano le resulta difícil posicionar correctamente los bloques de corte con los vástagos de alineación dispuestos a lo largo de los ejes estimados.

En la bibliografía existe evidencia de que estas técnicas no son satisfactorias. De acuerdo con estudios tales como "Navegación en la artroplastia total de rodilla: Implantación a base de TC en comparación con la técnica convencional", de Perlick L., y colaboradores, en Acta Orthop Scand. 2004, vol. 4, págs. 464-470, y en "El efecto de la experiencia del cirujano en el posicionamiento de los componentes en artroplastias totales de rodilla 673 PFC sacrificando el ligamento cruzado posterior", por Mahaluxmivala J, y colaboradores, en J. Arthroplasty 2001, vol. 5, págs. 635-640, casi la tercera parte de tales operaciones resultan fuera de los límites de alineación (entre 3 grados varo y 3 grados valgo respecto de del eje geométrico ideal de la pierna tras la operación). Perlick L y colaboradores, en "Utilidad de un sistema de navegación basado en imágenes en la reconstrucción de la alineación de la pierna en la artroplastia total de la rodilla", en Biomed Tech (Berlín) 2003, vol. 12, págs. 339-343, encontraron en un estudio sobre 50 rodillas que solamente el 70 por ciento estaba dentro de los límites de la alineación. La instrumentación convencional aporta alguna ayuda al cirujano a la hora de conseguir la correcta alineación entre el eje de le pierna y el implante, pero el resultado depende mucho de la experiencia del cirujano.

Se han propuesto diferentes soluciones para ayudar al cirujano durante una TKR. Los sistemas de navegación se basan en un sistema de seguimiento que localiza la posición espacial de unos seguidores. Los seguidores se fijan en el fémur, en la tibia y en dispositivos mecánicos tales como bloques de corte y herramientas de puntería. El cirujano puede seguir visualmente la posición relativa de la herramienta con respecto a los huesos. En un primer paso, el cirujano hace coincidir los hitos anatómicos y las superficies con un puntero seguido y define el centro de la articulación de la cadera mediante un procedimiento cinemático. El sistema de navegación es capaz, entonces, de calcular los ejes mecánicos de los huesos y la posición óptima de los diferentes cortes. Al implantar espigas, el cirujano fija los bloques de corte en el hueso con la ayuda visual ofrecida por el sistema de navegación. Los inconvenientes de tales sistemas radican en su complejidad, el mayor tiempo exigido por el procedimiento y su falta de asistencia a la hora de realizar el movimiento quirúrgico real. También puede presentarse una pérdida significativa de precisión al posicionar los bloques de corte en el mismo momento en que el cirujano aparta la vista de la pantalla del sistema de navegación para implantar las espigas de fijación. Por tanto, estas soluciones con navegación siguen basándose fundamentalmente en la experiencia del cirujano.

También se han propuesto sistemas robóticos para mejorar el corte de huesos durante una cirugía de sustitución de rodilla. T.C. Kienzle, en "Sustitución total de la rodilla", en IEEE Engineering in Medicine and Biology, vol. 14, núm. 3, 1995-05-01, describe un sistema quirúrgico asistido por ordenador que utiliza un robot calibrado. El sistema emplea un puesto de trabajo que presenta un modelo tridimensional de las rodillas del paciente obtenido a partir de una exploración tomográfica computerizada (TC) de la pierna y un robot industrial modificado que dirige la colocación de los componentes protésicos. Se miden las posiciones de los marcadores fiduciarios fijados en los huesos mediante una sonda unida a la pestaña de montaje del robot. Sirven para hacer coincidir los datos de la imagen previa a la operación (cuadro de la exploración por TC) con la posición del paciente (cuadro de referencia del robot). Tras calcular la situación óptima del componente de la prótesis, el robot posiciona una guía de perforación en donde han de realizarse los orificios para el bloque de corte. El principal inconveniente de este sistema es que el cirujano ha de realizar un procedimiento quirúrgico previo a la operación para colocar espigas invasivas en el fémur y en la tibia del paciente, antes de llevar a cabo una exploración por TC de la pierna. En este sistema, no se prevé una herramienta de puntería recibida por el brazo del robot para adquirir las coordenadas de los hitos anatómicos, ni se prevén medios para adquirir manualmente y almacenar en memoria las coordenadas de los hitos anatómicos.

Otro dispositivo robótico se describe en la patente norteamericana núm. 5.403.319. Este dispositivo comprende un dispositivo de inmovilización del hueso, un robot industrial y una plantilla unida a la pestaña de montaje del robot. La plantilla tiene una superficie interior funcional que corresponde a la superficie exterior del componente femoral de una prótesis de rodilla. En el primer paso, el cirujano sitúa la plantilla en la posición deseada de la prótesis y el robot registra la posición. En el segundo paso, el sistema combina la posición registrada con una base de datos geométricos para generar datos de coordenadas para cada tarea de corte. El robot posiciona entonces una guía de útil perfectamente alineada para cada tarea específica. El verdadero trabajo quirúrgico es llevado a cabo por el cirujano a través de la guía de útil. Uno de los principales inconvenientes de este sistema es que su precisión depende, completamente, de una hipótesis improbable: la capacidad del cirujano para determinar visualmente la posición espacial óptima de la prótesis. Prácticamente, es casi imposible, incluso para un cirujano sumamente experto, situar en posición, a pulso, una plantilla de prótesis con precisión suficiente para obtener un buen resultado post-operatorio. Los autores describen algunos medios de alineación rudimentarios tales como marcas de guía para corte, lengüetas de alineación y varillas de referencia, que podrían utilizarse para evaluar la posición y la orientación de la prótesis con relación al hueso. Estos medios son bastante menos precisos que los instrumentos convencionales. Por tanto, este sistema sería, ciertamente, menos preciso que los convencionales sistemas de plantilla. Otro inconveniente principal es que este sistema anticipa una plantilla de prótesis para cada tipo y tamaño de componente del implante. Dado que hay comercializados unos cien modelos diferentes de prótesis, con entre 5 y 7 tamaños de cada modelo, esta solución parece adaptarse muy poco a las restricciones reinantes en un quirófano.

Se han propuesto otros sistemas robóticos para llevar a cabo una sustitución total de rodilla, muchos de los cuales utilizan datos de imágenes del paciente obtenidos antes de la operación. Los sistemas quirúrgicos ROBODOC (MR) y CASPAR (MR) son robots activos que, automáticamente, fresan los huesos, realizando de forma autónoma el movimiento quirúrgico. El sistema quirúrgico Acrobot (MR) es un robot semiactivo que ayuda al cirujano durante el fresado. Todos estos sistemas están basados en imágenes.

Se han propuesto otros sistemas automatizados en combinación con un sistema de navegación. Es el caso del dispositivo Praxiteles (MR) de PRAXIM, el sistema Galileo (MR) de Precision Implants y el sistema GP (MR) de Medacta International (MR). Todos estos sistemas se montan en el hueso, exigiendo una larga incisión y no pueden funcionar sin un sistema de navegación.

Otras cirugías del entorno de la rodilla, como la osteotomía tibial y las reparaciones de ligamentos comparten las mismas preocupaciones que la TKR: se necesitan cortes o perforaciones precisos para restaurar la funcionalidad de la rodilla. En una osteotomía tibial, por ejemplo, se retira una cuña del hueso de la tibia para cambiar el eje geométrico del hueso. La corrección angular se determina con anterioridad a la operación sobre una imagen de rayos X. En cuanto a la TKR, los instrumentos convencionales incluyen guías mecánicas muy básicas. Existe la necesidad de una asistencia para cortar los huesos con precisión.

Sumario del invento

El presente invento proporciona un sistema que no emplea imágenes para guiar un útil quirúrgico posicionando con precisión una guía montada en un brazo robótico, típicamente una guía de corte utilizada en la cirugía para la sustitución de la rodilla, a fin de guiar una sierra oscilante.

El método de utilizarlo comprende los pasos de: recoger hitos anatómicos con un brazo robótico; combinar datos de los hitos con parámetros de planificación geométricos para generar datos de posición; y posicionar automáticamente una guía para un útil montada en el brazo robótico.

En una realización preferida, el dispositivo es un dispositivo quirúrgico robotizado empleado para conseguir el posicionamiento óptimo de una guía de perforación o de corte.

El dispositivo robotizado está unido rígidamente a la mesa de operaciones mediante un dispositivo de fijación específico.

Preferiblemente, el brazo robótico presenta, al menos, seis grados de libertad y está destinado a recibir una guía de corte y/o de perforación y/o un útil de puntería: Puede utilizarse el mismo instrumento para apuntar y guiar.

El dispositivo robotizado posiciona con precisión la guía en el lugar en que debe llevarse a cabo el corte o la perforación. El corte o la perforación del hueso se realiza a través de la guía por un cirujano empleando una sierra oscilante o un taladro quirúrgico.

En una realización preferida, el brazo robótico comprende un perceptor de fuerza y puede trabajar en un modo de cooperación, en el que el usuario tiene posibilidad de mover el brazo robótico manualmente cogiéndolo por su parte final.

En otra realización preferida, los movimientos de la guía en el modo de cooperación pueden restringirse a un plano para una guía de corte o a un eje geométrico para una guía de perforación.

En otra realización preferida, el sistema tal como se acaba de exponer brevemente en lo que antecede comprende un monitor de presentación dotado de una interconexión de comunicación con el usuario, para recibir parámetros de planificación de un usuario.

Los datos sobre los hitos anatómicos y los parámetros de planificación se combinan para definir la posición óptima de la guía. Por ejemplo, en una TKR, la rotación interna del componente femoral es un parámetro de planificación para situar el implante en posición. La interconexión de comunicación con el usuario podría ser, por ejemplo, un teclado, una pantalla táctil y/o un ratón.

En otra realización, el dispositivo comprende, también, una interconexión con un sistema quirúrgico de navegación que es capaz de funcionar a partir de datos intra-operativos. Los datos proporcionados por el sistema quirúrgico de navegación se utilizan, entonces, para generar datos de posición para la guía. En este caso, el uso de un sistema de navegación complementa el paso de recoger hitos anatómicos con el robot. Los datos son proporcionados desde el sistema de navegación a través de una interconexión de comunicaciones de acuerdo con un protocolo predefinido. El dispositivo robotizado objeto del invento es, entonces, un periférico para la ejecución precisa de la planificación quirúrgica realizada por medio del sistema quirúrgico de navegación.

Preferiblemente, el útil de guiado comprende superficies limitadas para reducir el contacto y el rozamiento con una sierra oscilante, al tiempo que mantiene un guiado eficaz.

En otra realización preferida, el dispositivo robotizado comprende un dispositivo de fijación del miembro destinado a garantizar la inmovilización de la pierna a dos niveles: a la altura del tobillo con una cremallera; a la altura de la rodilla mediante dos espigas atornilladas en la epífisis femoral o tibial.

Estos medios de fijación del miembro garantizan la inmovilidad de la pierna durante los pasos de recogida de hitos anatómicos y de corte y/o perforación del hueso.

Otras ventajas, objetivos y características de este invento se apreciarán a partir de la siguiente descripción.

Breve descripción de los dibujos

Para una mejor comprensión de la naturaleza, objetos y función del presente invento, debe hacerse referencia a la siguiente descripción detallada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1 es una vista global del sistema del presente invento que muestra una base móvil, un brazo robótico con un perceptor de fuerza y un útil montado en él, y un monitor de presentación;

la Fig. 2A es una vista en perspectiva del útil de puntería;

la Fig. 2B es una vista en perspectiva del útil de guiado;

la Fig. 2C es una vista en perspectiva de un útil de puntería y de guiado;

la Fig. 3 es una vista en perspectiva de un dispositivo de fijación para fijar rígidamente la base móvil a la mesa de operaciones;

la Fig. 4A es una vista en perspectiva de un dispositivo de fijación del miembro que retiene rígidamente la pierna en la mesa de operaciones;

la Fig. 4B es una vista en perspectiva de la placa del dispositivo de fijación del miembro ilustrado en la Fig. 4A;

la Fig. 4C es una vista en perspectiva de la parte de la rodilla del dispositivo de fijación del miembro representado en la Fig. 4A;

\global\parskip0.900000\baselineskip

la Fig. 4D es una vista en perspectiva de la parte del tobillo del dispositivo de fijación del miembro mostrado en la Fig. 4A;

la Fig. 5 es una vista en despiece ordenado del útil de puntería, el perceptor de fuerza y la pestaña de montaje del brazo robótico;

la Fig. 6 es una vista global del sistema del presente invento que incluye un paciente tendido en una mesa de operaciones; y

la Fig. 7 es un diagrama de bloques que muestra varios módulos de la lógica de control.

Descripción detallada de las realizaciones específicas

Con referencia a la Fig. 1, puede verse que una realización preferida del presente invento incluye, generalmente, un dispositivo robotizado 100 que comprende una base móvil 110; un brazo robótico 120; una unidad de control 130 dentro de la base móvil, que controla el brazo robótico 120 y le permite a un cirujano introducir manualmente datos mediante el uso de una interconexión 150 que puede ser una pantalla táctil, un ratón, una palanca de mando, un teclado o similar; un monitor de presentación 140; un útil 190 y un perceptor de fuerza 180 montado en la pestaña de montaje del brazo robótico; y un dispositivo de fijación 170 específico para fijar el dispositivo robotizado 100 a una mesa de operaciones (no representada en este documento).

La base móvil 110 garantiza una fácil manipulación del dispositivo robotizado 100 con sus ruedas y mangos. La base móvil 110 está provista también, preferiblemente, de zapatas de inmovilización o equivalentes.

El brazo robótico 120 es un brazo con seis articulaciones. Cada articulación está dotada de un codificador que mide su valor angular. Estos datos, combinados con la geometría conocida de las seis articulaciones, permiten calcular la posición de la pestaña de montaje del brazo robótico y la posición del útil montado en el brazo robótico, ya se trate de un útil de puntería, un útil de guiado o un útil de puntería y de guiado.

La Fig. 2A ilustra un útil de puntería 190. El útil de puntería 190 comprende una placa de base 200; un mango 210 y una esfera de puntería 220.

La Fig. 2B ilustra una guía de corte. La guía de corte comprende una placa de base 230; un mango 240 y una hendidura 250 para guiar una hoja de sierra.

La Fig. 2C ilustra un útil de puntería y de guiado. Comprende una placa de base 260; un mango 270; una hendidura 280 para guiar una hoja de sierra y una esfera de puntería 290.

Los útiles descritos en las Figs. 2A a 2C son, simplemente, tres ejemplos de útiles de puntería y/o de guiado que pueden utilizarse con el dispositivo representado en la Fig. 1.

Preferiblemente, el brazo robótico 120 está unido rígidamente a la mesa de operaciones mediante un dispositivo específico de fijación de la base. Como se muestra en la Fig. 3, un dispositivo de fijación de la base incluye dos juegos de abrazaderas 300 adaptadas al carril 310 de la mesa de operaciones y barras en forma de U 320. Inicialmente, el usuario instala una abrazadera 300 en el carril 310 de la mesa de operaciones y otra abrazadera en el carril 330 de la base móvil. Cuando las abrazaderas están en su sitio, el usuario inserta la barra en forma de U en los orificios cilíndricos de las abrazaderas, bloquea las abrazaderas en posición y bloquea la barra en forma de U dentro de las abrazaderas empleando los mandos.

En una realización preferida del invento, el sistema comprende un dispositivo de fijación del miembro (véanse las Figs. 4A, 4B, 4C y 4D) para garantizar la inmovilidad de la pierna durante el procedimiento. Este dispositivo de fijación del miembro permite la inmovilización de la pierna a dos niveles: a la altura del tobillo mediante una crema-
llera (Fig. 4D); y a la altura de la rodilla mediante dos espigas atornilladas en la epífisis femoral o tibial (Fig. 4C).

La Fig. 4B muestra la placa principal 400 del dispositivo de fijación del miembro. La placa principal 400 se fija a la mesa de operaciones con dos abrazaderas 300. La parte 410 de fijación de la rodilla y la parte 420 de fijación del tobillo pueden ser hechas deslizar a lo largo de la placa principal 400 y bloquearse en posición mediante tornillos.

La Fig. 4C es una vista frontal de los medios de inmovilización de la pierna del paciente a la altura de la rodilla. La rodilla descansa sobre la barra de soporte 440. Cuando se dejan al descubierto los huesos en una cirugía de sustitución de la rodilla, se atornillan dos espigas en la epífisis femoral o en la epífisis tibial. La posición de la barra de soporte 440 puede ajustarse verticalmente y bloquearse mediante dos mandos. La orientación puede ajustarse de 0 a 90º por giro en torno al eje geométrico principal 450 y bloquearse mediante un mando. Todo el sistema puede ser hecho deslizar a lo largo de la placa.

La Fig. 4D ilustra los medios de inmovilización de la pierna del paciente a la altura del tobillo. El pie y el tobillo del paciente se fijan rígidamente con cinta quirúrgica u otro medio estéril para bloquear el pie en la bota 460. La bota 460 está destinada a fijarse en un carro 470 que puede ser hecho deslizar a lo largo de la placa principal 400 y bloquearse en posición mediante un mando.

\global\parskip1.000000\baselineskip

Ambas partes del dispositivo de fijación del miembro (parte del tobillo y parte de la rodilla) son independientes pero se usan en combinación para garantizar la inmovilización del miembro inferior durante el procedimiento.

En una realización preferida del invento, la unidad de control 130 puede poner al brazo robótico 120 en un modo de cooperación, en el que un usuario es capaz de mover el brazo robótico 120 manualmente cogiéndolo por su parte final. Con referencia a la Fig. 5, el sistema del presente invento comprende un perceptor de fuerza 180 montado en la pestaña 125 de montaje del brazo robótico. El perceptor de fuerza 180 está destinado a recibir un útil como el útil de puntería 190. Cuando el usuario coge el útil e intenta moverlo en una dirección, la unidad de control 130 recibe los esfuerzos medidos por el perceptor de fuerza 180 y los combina con la posición del brazo robótico 120 para realizar el movimiento deseado por el usuario.

Una vez fijado el dispositivo robotizado a la mesa de operaciones, el primer paso del procedimiento es recoger hitos anatómicos del paciente. Estos hitos anatómicos son conocidos por el cirujano. Por ejemplo, en un procedimiento de TKR, los maléolos, la parte interna de la tuberosidad tibial, la parte media de las mesetas y las espinas tibiales se recogen en la tibia; el punto medio de la muesca, los cóndilos distal y posterior y el córtex anterior se recogen en el fémur. La Fig. 6 ilustra las posiciones del paciente y del dispositivo robotizado 100 al comienzo del paso de recogida de hitos para un procedimiento de TKR.

Durante el paso de recogida de hitos, la unidad de control 130 pone al brazo robótico en el modo de cooperación e indica, a través del monitor de presentación 140, los hitos anatómicos que han de adquirirse. El cirujano mueve el útil de puntería 190 hasta ponerlo en contacto con el hito anatómico requerido y valida la adquisición de las coordenadas del punto empleando la interconexión 150 de usuario. La unidad de control 130 almacena entonces en memoria las coordenadas del punto y su significado anatómico.

Después del paso de recogida de hitos, el cirujano introduce los parámetros de planificación a través de la interconexión 150 de usuario. Por ejemplo, en un procedimiento de TKR, el cirujano elige el modelo y el tamaño de los componentes de la prótesis y define sus posiciones y orientaciones con relación a los ejes geométricos mecánicos del fémur y la tibia. Los parámetros geométricos típicos son el ángulo varo/valgo, la pendiente posterior y el grosor de resección para la tibia y el ángulo varo/valgo, el ángulo de flexión/extensión, la rotación externa y el grosor de resección para el fémur.

En otra realización del invento, la unidad de control 130 comprende una interconexión de tratamiento de datos que le permite al sistema conectarse con otro sistema quirúrgico asistido por ordenador, como un sistema de navegación. Los sistemas de navegación trabajan con imágenes tomadas antes de la operación del hueso (exploración por TC, rayos X, fluoroscopia, etc.) o con datos intra-operativos. En el último caso, utilizan un algoritmo de reconstrucción tridimensional basado en la digitalización del hueso. Los datos proporcionados por el sistema de navegación reemplazan, entonces, a los datos tomados en el paso de recogida de hitos, o se combinan con ellos. La posición del útil de guiado puede ser generada por el sistema de navegación y transmitirse al dispositivo robotizado de acuerdo con un protocolo de comunicaciones predefinido.

Una vez que se ha generado la posición requerida de la guía, el usuario monta el útil de guiado en el brazo robótico. Preferiblemente, se utiliza un útil de puntería y de guiado, de forma que el usuario no tenga que cambiar el útil entre el paso de recogida de hitos y el paso de corte o perforación.

El dispositivo robotizado 100 alinea con precisión la guía con relación a la anatomía del paciente, de acuerdo con la planificación del cirujano. Si el útil de guiado es una guía de corte para una hoja de sierra, el brazo robótico 120 lo mantiene en el plano de corte elegido. Si el útil de guiado es una guía de perforación, el brazo robótico 120 lo mantiene según el eje de perforación elegido.

En una realización preferida del invento, el usuario puede activar entonces el modo de cooperación en un plano para restringir los movimientos de la guía en el plano. De forma similar, el modo de cooperación axial restringe los movimientos de la guía a lo largo del eje geométrico. El usuario mueve el útil de guía hasta la que estima que es la posición óptima, ya que la unidad de control 130 restringe los movimientos del brazo robótico a un plano o a un eje. Una vez que se ha alcanzado esta posición óptima, la unidad de control 130 detiene el brazo robótico 120 que mantiene el útil de guiado en posición. El trabajo quirúrgico, como puede ser el cortar o perforar el hueso, lo realiza el cirujano utilizando un instrumento convencional (sierra oscilante o taladro quirúrgico) a través de la guía.

En un procedimiento de TKR se utiliza el mismo útil de guía para el corte tibial y los cinco cortes femorales. En un procedimiento de osteotomía tibial, se utiliza el mismo útil de guía para ambos cortes tibiales.

Con referencia a la Fig. 7, la unidad de control 130 ejecuta una lógica de control 132 que intercambia datos con elementos del dispositivo robotizado. La lógica comunica con el usuario a través de la interconexión 150 de usuario y el monitor de presentación 140. La lógica comunica con otro sistema quirúrgico asistido por ordenador, como se ha descrito en lo que antecede, a través de la interconexión de tratamiento de datos. La lógica comunica con el perceptor de fuerza 180 para medir regularmente los esfuerzos ejercidos por el usuario en el útil montado en el brazo robótico. La lógica comunica con el brazo robótico 120 para controlar su posición.

\newpage

La lógica de control, 132 comprende dos módulos independientes 134 a 138. De preferencia, estos módulos se ejecutan simultáneamente en un entorno en tiempo real y utilizan una memoria compartida para garantizar una buena gestión de las diversas tareas de la lógica de control. Los módulos tienen diferentes prioridades, teniendo la mayor prioridad el módulo de seguridad 134.

El módulo de seguridad 134 vigila el estado del sistema y detiene el brazo robótico 120 cuando se detecta una situación crítica (parada de emergencia, fallo de la lógica, colisión con un obstáculo, etc.).

El módulo de interconexión 135 gestiona la comunicación entre el cirujano y la lógica de control a través de la interconexión 150 de usuario y la pantalla de presentación 140. La pantalla de presentación 140 ofrece una interconexión gráfica que guía al usuario a través de los diferentes pasos del procedimiento. La interconexión 150 de usuario le permite al usuario ejercer un control permanente durante el procedimiento (validar la recogida de hitos, definir parámetros de planificación, detener el brazo robótico si es necesario, etc.).

El módulo 136 de fuerza vigila las fuerzas y los pares de torsión medidos por el perceptor de fuerza 180. El módulo de fuerza es capaz de detectar una colisión con un obstáculo y alertar al módulo de seguridad.

El módulo de control 137 gestiona la comunicación con el brazo robótico 120. Recibe valores del codificador de datos de cada articulación y envía órdenes de posición.

El módulo de cálculo 138 realiza todos los cálculos necesarios para el procedimiento. Por ejemplo, en un procedimiento de TKR, reconstruye los ejes mecánicos de los huesos combinando datos de hitos anatómicos y datos estadísticos. Define, también, la trayectoria del brazo robótico 120 mediante el uso de cinemática directa e inversa.

El presente invento no se limita a lo que se ha descrito en lo que antecede. Se apreciará que pueden realizarse en él diversos cambios sin apartarse del alcance del invento, como queda definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

1. Un dispositivo para guiar sin imágenes un útil quirúrgico, cuyo dispositivo comprende un brazo robótico y, al menos, un útil, en el que el brazo robótico está destinado a recibir por lo menos dicho útil citado, y un perceptor de fuerza destinado a montarse en dicho brazo robótico y destinad a recibir por lo menos dicho útil citado,

comprendiendo el dispositivo, además, medios adecuados para recibir esfuerzos medidos por el perceptor de fuerza, combinar dichos esfuerzos medidos con una posición del brazo robótico y generar el movimiento del brazo robótico deseado por el usuario en función del esfuerzo y los datos de posición combinados cuando se trabaja en un modo de cooperación,

un útil de puntería recibido por el brazo robótico para adquirir las coordenadas de hitos anatómicos,

medios par adquirir manualmente y almacenar en memoria las coordenadas de los hitos anatómicos utilizando el útil de puntería,

medios para tratar las coordenadas de hitos anatómicos generando así una posición requerida para un útil de guía destinado a guiar al útil quirúrgico, y

medios para posicionar automáticamente el útil de guía unido al brazo robótico en la posición requerida.

2. El dispositivo como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho al menos un útil comprende un útil de puntería y de guiado combinado.

3. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho brazo robótico presenta, el menos, seis grados de libertad.

4. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, cuyo dispositivo comprende, además, medios adecuados para hacer que el citado brazo robótico trabaje en un modo de cooperación restringiendo los movimientos de la guía en un plano o a lo largo de un eje geométrico.

5. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además un monitor de control y una interconexión de comunicaciones destinada a recibir parámetros quirúrgicos de planificación procedentes de un usuario.

6. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además un dispositivo de fijación del miembro destinado a garantizar la inmovilización de la pierna a dos niveles:

- a la altura del tobillo con una cremallera,

- a la altura de la rodilla mediante espigas atornilladas en la epífisis femoral y tibial.