ES2301761T3 - Instrumento quirurgico. - Google Patents
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Abstract
Un instrumento quirúrgico para su uso con una estructura anatómica, comprendiendo dicho instrumento: un miembro (22) de anclaje que tiene una primera porción (24) susceptible de ser fijada a la estructura anatómica; un cuerpo de instrumento que tiene una porción (80) de implemento, en el que dicha porción (80) de implemento es susceptible de traslación selectiva con relación al citado miembro (22) de anclaje a lo largo de tres ejes (43, 58, 82) de traslación perpendiculares, y dicha porción (80) de implemento es susceptible de rotación selectiva con relación al citado miembro (22) de anclaje en torno a un eje de rotación, al menos un miembro (50, 76) de fijación de traslación para fijar positivamente la citada porción (80) de implemento en un posición de traslación seleccionada a lo largo de uno de dichos ejes (43, 58, 82) de traslación; al menos un miembro (34, 56) de fijación de rotación para asegurar positivamente la citada porción (80) de implemento en una posición rotacional seleccionada en torno a uno de dichos ejes (27, 30, 58) de rotación; que se caracteriza porque dicha porción (80) de implemento es giratoria selectivamente con relación a dicho miembro (22) de anclaje en torno a tres ejes (27, 30, 58) de rotación perpendiculares.
Description
Instrumento quirúrgico.
La presente invención se refiere a instrumentos
quirúrgicos y, más en particular, a una guía y un procedimiento
quirúrgicos para posicionar apropiadamente un instrumento quirúrgico
con respecto a una estructura anatómica.
El posicionamiento controlado de instrumentos
quirúrgicos es de importancia significativa en muchos procedimientos
quirúrgicos, y se han desarrollado diversos procedimientos e
instrumentos de guía para posicionar apropiadamente un instrumento
quirúrgico. Tales procedimientos incluyen el uso de guías
quirúrgicas que funcionan a modo de guías mecánicas para alinear
los instrumentos de taladrado y de corte. El uso de tales guías
quirúrgicas es común en los procedimientos quirúrgicos ortopédicos,
y tales guías pueden ser utilizadas para alinear apropiadamente un
instrumento de taladrar o de corte con respecto a un hueso cuando se
prepara el hueso para recibir un implante tal como una articulación
artificial. Los procedimientos quirúrgicos asistidos por ordenador
que llevan consigo el guiado mediante imágenes de un instrumento
quirúrgico, son también conocidos. Las técnicas de guiado por
imágenes incluyen típicamente la adquisición de imágenes
preoperatorias de las estructuras anatómicas relevantes, y la
generación de una base de datos que representa un modelo
tridimensional de las estructuras anatómicas. Los instrumentos
quirúrgicos relevantes tienen típicamente una geometría fija y
conocida, que también se define preoperatoriamente. Durante el
procedimiento quirúrgico, se registra la posición del instrumento
que se está utilizando con el sistema coordenado anatómico, y se
puede calcular en tiempo real una visualización gráfica que muestre
las posiciones relativas de la herramienta y de la estructura
anatómica, y ser mostrada al cirujano para ayudar al cirujano a
posicionar y manipular apropiadamente el instrumento quirúrgico con
respecto a la estructura anatómica relevante.
En los procedimientos guiados por imágenes, se
puede utilizar un brazo robótico para posicionar y controlar el
instrumento, o bien, el cirujano puede posicionar manualmente el
instrumento y utilizar el visualizador de posicionamiento relativo
del instrumento y de la estructura anatómica cuando posiciona el
instrumento.
Aunque los procedimientos y la instrumentación
conocidos que se utilizan para posicionar apropiadamente las
herramientas quirúrgicas, proporcionan unos resultados
satisfactorios, la precisión alcanzable con los procedimientos
quirúrgicos guiados por imágenes acarrean con frecuencia el uso de
un equipamiento caro y voluminoso que puede limitar el uso de tales
procedimientos. El documento
FR-A-2776176 describe un sistema de
ese tipo.
El documento WO2002/017842, que cae dentro de
los términos del Artículo 54(3) EPC, describe un instrumento
quirúrgico para su uso con una estructura anatómica, comprendiendo
el instrumento un miembro de anclaje que tiene una primera posición
asegurable a la estructura anatómica, un cuerpo de instrumento que
tiene una porción de implemento trasladable selectivamente con
relación al miembro de anclaje a lo largo de dos ejes de traslación
perpendiculares y susceptible de giro con relación al miembro de
anclaje en torno a tres ejes de rotación perpendiculares, teniendo
el instrumento además al menos un miembro de fijación de traslación
para asegurar positivamente la citada porción de implemento en una
posición rotacional seleccionada en torno a uno de los ejes de
rotación, y al menos un miembro de fijación rotacional para asegurar
positivamente la porción de implemento en una posición rotacional
seleccionada en torno a uno de los ejes de rotación.
La presente invención proporciona un instrumento
quirúrgico que incluye un miembro de anclaje y una porción de
implemento que pueden ser reposicionados selectivamente con relación
al miembro de anclaje.
La invención comprende, en una forma de la
misma, un instrumento quirúrgico para su uso con una estructura
anatómica. El instrumento incluye un miembro de anclaje que tiene
una primera porción asegurable a la estructura anatómica, y un
cuerpo de instrumento que tiene una porción de implemento. La
porción de implemento es trasladable selectivamente con relación al
miembro de anclaje a lo largo de al menos dos ejes de traslación
sustancialmente perpendiculares. La porción de implemento es
también susceptible de giro selectivamente con relación al miembro
de anclaje, en torno a al menos dos ejes de rotación sustancialmente
perpendiculares. El instrumento incluye al menos un miembro de
fijación de traslación para fijar positivamente la porción de
implemento en una posición de traslación seleccionada a lo largo de
uno de los ejes de traslación, y al menos un miembro de fijación de
rotación para asegurar positivamente la porción de implemento en una
posición rotacional seleccionada en torno a uno de los ejes de
rotación.
La porción de implemento puede ser
selectivamente trasladable sustancialmente a lo largo de tres ejes
de traslación mutuamente perpendiculares, y/o selectivamente
giratoria sustancialmente en torno a tres ejes de rotación
mutuamente perpendiculares. El instrumento quirúrgico puede incluir
también al menos dos miembros de fijación de traslación, asegurando
positivamente cada uno de los miembros de fijación de traslación la
porción de implemento en una posición de traslación seleccionada a
lo largo de uno de los ejes de traslación. El instrumento quirúrgico
puede incluir también al menos dos miembros de fijación rotacional,
asegurando positivamente cada uno de los miembros de fijación
rotacional la porción de implemento en una posición rotacional
seleccionada en torno a uno de los ejes de rotación.
El instrumento quirúrgico puede incluir también
al menos un elemento de referencia, registrable en un sistema de
guiado por imágenes implementado con ordenador, con el al menos un
elemento de referencia posicionado en una orientación
predeterminada con relación a la porción de implemento. El al menos
un elemento de referencia puede adoptar la forma de al menos tres
elementos de referencia posicionados de manera no lineal. El al
menos un elemento de referencia puede ser susceptible de montaje
liberable en el instrumento, y puede adoptar la forma de tres
elementos de referencia posicionados de manera no lineal, dispuestos
en un miembro de referencia en el que el miembro de referencia es
susceptible de montaje liberable en el instrumento con una
orientación predeterminada con relación a la porción de
implemento.
El instrumento quirúrgico puede incluir una
primera y una segunda porciones de carro, en el que la primera
porción de carro se asegura al miembro de anclaje, siendo relativa y
selectivamente reposicionables la primera porción de carro y el
miembro de anclaje. La segunda porción de carro se fija a la primera
porción de carro, siendo relativa y selectivamente reposicionables
la segunda porción de carro y la primera porción de carro. Y, la
porción de implemento se fija a la segunda porción de carro, siendo
relativa y selectivamente reposicionables la porción de implemento
y la segunda porción de carro. La primera porción del miembro de
anclaje puede ser un eje roscado susceptible de encajar con la
estructura anatómica, y la porción de instrumento puede ser una
guía de instrumento.
La presente invención comprende, en otra forma
de la misma, un instrumento quirúrgico para su uso con una
estructura anatómica. El instrumento incluye un miembro de anclaje
que tiene una primera porción susceptible de fijación a la
estructura anatómica y un cuerpo de instrumento que tiene una
porción de implemento. La porción de implemento es ajustable de
forma selectivamente trasladable y ajustable de forma selectivamente
giratoria, con relación al miembro de anclaje. El instrumento
incluye también al menos un elemento de referencia registrable en
un sistema de guiado con imágenes implementado por ordenador, en el
que el al menos un elemento de referencia se mueve con relación al
miembro de anclaje mediante el movimiento de la porción de
implemento con relación al miembro de anclaje.
La porción de implemento puede ser trasladable
selectivamente a lo largo de al menos dos ejes de traslación
sustancialmente perpendiculares, y selectivamente giratoria
alrededor de al menos dos ejes de rotación sustancialmente
perpendiculares. El instrumento quirúrgico puede incluir también al
menos un miembro de fijación de traslación para asegurar
positivamente la porción de implemento en una posición de traslación
seleccionada, y al menos un miembro de fijación rotacional para
asegurar positivamente la porción de implemento en una posición
rotacional seleccionada.
La porción de implemento puede ser
alternativamente susceptible de traslación a lo largo de
sustancialmente tres ejes de traslación mutuamente perpendiculares,
y selectivamente giratorio sustancialmente en torno a tres ejes de
rotación mutuamente perpendiculares. El instrumento quirúrgico puede
incluir también al menos dos miembros de fijación de traslación,
asegurando positivamente cada uno de tales miembros la porción de
implemento en una posición de traslación seleccionada a lo largo de
uno de los ejes de traslación, y al menos dos miembros de fijación
rotacional, asegurando cada uno de tales miembros la porción de
implemento en una posición rotacional seleccionada en torno a uno
de los tres ejes de rotación.
El al menos un elemento de referencia puede
adoptar la forma de al menos tres elementos de referencia
posicionados de manera no lineal. El al menos un elemento de
referencia puede estar montado liberablemente en el instrumento con
una orientación predeterminada en relación con la porción de
implemento, y puede adoptar la forma de al menos tres elementos de
referencia posicionados de manera no lineal, dispuestos en un
miembro de referencia en el que el miembro de referencia es
susceptible de montaje liberable en el instrumento, con una
orientación predeterminada en relación con la porción de
implemento.
La presente invención comprende, todavía según
otra forma de la misma, un instrumento quirúrgico para resecar una
tibia. El instrumento incluye un miembro de anclaje que tiene una
primera porción susceptible de fijación a la tibia, y un cuerpo de
instrumento que dispone de una guía de resección. La guía de
resección es selectivamente trasladable con relación al miembro de
anclaje, y selectivamente giratoria con relación al miembro de
anclaje. El instrumento incluye además al menos un elemento de
referencia registrable en un sistema de guiado por imágenes
implementado con ordenador, y montado con una orientación
predeterminada con relación a la guía de resección.
El al menos un elemento de referencia puede
adoptar la forma de al menos tres elementos de referencia
posicionados de manera no lineal, montados en un miembro de
referencia en el que el miembro de referencia es susceptible de
montaje liberable en el instrumento con una orientación conocida con
relación a la guía de resección. El cuerpo de instrumento puede
incluir una primera porción de carro montada ajustablemente en el
miembro de anclaje, y una segunda porción de carro montada
ajustablemente en la primera porción de carro, estando la guía de
resección montada ajustablemente en la segunda porción de carro. La
primera porción de carro puede ser montada giratoriamente en el
miembro de anclaje, la segunda porción de carro puede ser montada de
forma giratoria y trasladable en la primera porción de carro, y la
guía de resección puede ser montada trasladablemente en la segunda
porción de carro.
La presente invención comprende, según otra
forma de la misma, un procedimiento de posicionamiento de un
instrumento quirúrgico en relación a una estructura anatómica. El
procedimiento incluye proporcionar un instrumento que tiene un
miembro de anclaje y una porción de implemento selectivamente
reposicionables, y fijar el miembro de anclaje a la estructura
anatómica. El procedimiento incluye también ajustar selectivamente
la posición de la porción de implemento con relación al miembro de
anclaje, fijando a continuación el miembro de anclaje a la
estructura anatómica. El ajuste selectivo de la porción de
implemento incluye trasladar selectivamente la porción de
implemento a lo largo de al menos dos ejes sustancialmente
perpendiculares, y girar selectivamente la porción de implemento en
torno a al menos dos ejes sustancialmente perpendiculares.
El procedimiento puede incluir también la etapa
de registrar la posición de la porción de implemento en un sistema
de guiado por imágenes implementado con ordenador después de la
etapa de fijar el miembro de anclaje. La etapa de registrar la
posición de la porción de implemento puede incluir montar
liberablemente al menos tres elementos de referencia posicionados
de manera no lineal, detectables por medio del sistema de guiado
por imágenes implementado con ordenador existente en el cuerpo de
instrumento.
La etapa de ajustar selectivamente la posición
de la porción de implemento puede incluir trasladar selectivamente
la porción de implemento sustancialmente a lo largo de tres ejes de
traslación mutuamente perpendiculares, y/o hacer girar la porción
de implemento selectivamente con relación al miembro de anclaje, en
torno sustancialmente a tres ejes de rotación mutuamente
perpendiculares.
La presente invención comprende, todavía según
otra forma de la misma, un procedimiento de posicionamiento del
instrumento quirúrgico con respecto a una estructura anatómica. El
procedimiento incluye proporcionar un instrumento que tiene un
miembro de anclaje, y reposicionar selectivamente la porción de
implemento y fijar el miembro de anclaje a la estructura anatómica.
El procedimiento incluye también registrar la posición de la
porción de implemento en un sistema de guiado por imágenes
implementado con ordenador después de la etapa de fijar el miembro
de anclaje, y ajustar selectivamente la posición de la porción de
implemento en relación con el miembro de anclaje. El ajuste
selectivo de la porción de implemento incluye posicionar la porción
de implemento en una posición de traslación seleccionada, a lo
largo de al menos un eje de traslación, y posicionar la porción de
implemento en una posición rotacional seleccionada en torno a al
menos uno de los ejes de rotación.
La etapa de ajustar selectivamente la posición
de la porción de implemento puede incluir asegurar la porción de
implemento en la posición de traslación seleccionada, y asegurar
independientemente la porción de implemento en la posición de
rotación seleccionada.
La etapa de ajustar selectivamente la posición
de la porción de implemento puede incluir posicionar la porción de
implemento en posiciones de traslación seleccionadas a lo largo de
al menos dos ejes de traslación sustancialmente perpendiculares y/o
posicionar la porción de implemento en posiciones de rotación
seleccionadas en torno a al menos dos ejes de rotación
sustancialmente perpendiculares. Alternativamente, la etapa de
ajustar selectivamente la posición de la porción de implemento
puede incluir el posicionamiento de la porción de implemento en la
posición de traslación seleccionada a lo largo de sustancialmente
tres ejes de traslación mutuamente perpendiculares y/o el
posicionamiento de la porción de implemento en posiciones
rotacionales seleccionadas sustancialmente en torno a tres ejes de
rotación mutuamente perpendiculares.
La presente invención comprende, en otra forma
de la misma, un procedimiento de resección de una tibia. El
procedimiento incluye proporcionar un instrumento que tiene un
miembro de anclaje y una guía de resección, y fijar el miembro de
anclaje a la tibia. El procedimiento incluye también registrar la
posición de la guía de resección en un sistema de guiado generado
por ordenador, después de la etapa de fijación del miembro de
anclaje y de ajustar selectivamente la posición de la guía de
resección con relación al miembro de anclaje después de la etapa de
registrar la posición de la guía de resección.
La etapa de ajustar selectivamente la posición
de la guía de resección puede incluir también asegurar la guía de
resección en una posición de traslación seleccionada, y asegurar
independientemente la guía de resección en la posición rotacional
seleccionada. El procedimiento puede incluir también la etapa de
asegurar directamente la guía de resección a la tibia después de la
etapa de ajustar selectivamente la posición de la guía de
resección.
La etapa de ajustar selectivamente la posición
de la guía de resección puede incluir posicionar la guía de
resección en posiciones de traslación seleccionadas a lo largo de al
menos dos ejes de traslación sustancialmente perpendiculares, y
posicionar la guía de resección en posiciones rotacionales
seleccionadas en torno a al menos dos ejes de rotación
sustancialmente perpendiculares. Alternativamente, la etapa de
ajustar selectivamente la posición de la guía de resección puede
incluir posicionar la guía de resección en posiciones de traslación
seleccionadas a lo largo de sustancialmente tres ejes de traslación
mutuamente perpendiculares, y posicionar la guía de resección en
posiciones rotacionales seleccionadas en torno a sustancialmente
tres ejes de rotación mutuamente perpendiculares.
Una ventaja de la presente invención consiste en
que proporciona un instrumento quirúrgico que puede ser sujetado a
una estructura anatómica, y que tiene una porción de implemento que
puede ser reposicionada ajustablemente con relación a la estructura
anatómica, tras la sujeción del instrumento quirúrgico. El
reposicionamiento de la porción de implemento puede ser guiado,
utilizando un sistema de guiado por imágenes de ordenador, y la
invención proporciona con ello un instrumento relativamente pequeño,
altamente ajustable, que puede ser sujetado soportadamente a la
estructura anatómica de interés, y ser utilizado con una diversidad
de sistemas de guiado por imágenes implementados por ordenador.
Otra ventaja consiste en que se proporciona un
instrumento quirúrgico que puede ser sujetado a una estructura
anatómica, y que tiene una porción de implemento que es susceptible
de ser reposicionada ajustablemente con relación al miembro de
anclaje según una pluralidad de grados de libertad. En algunas
realizaciones, la porción de implemento es ajustable en torno a
seis grados de libertad con relación al miembro de anclaje.
Todavía otra ventaja de la presente invención
consiste en que proporciona un instrumento quirúrgico que puede ser
ajustado fácilmente para posicionar apropiadamente una guía de
resección cuando se reseca una tibia con el fin de preparar la
tibia para recibir el implante tibial de una articulación protésica
de rodilla.
Las características mencionadas anteriormente y
otras características y objetos de esta invención, y de la manera
de alcanzarlos, resultarán más evidentes y la propia invención podrá
ser mejor comprendida mediante referencia a la descripción que
sigue de una realización de la invención, tomada junto con los
dibujos que se acompañan, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva,
despiezada, de un instrumento quirúrgico de acuerdo con la presente
invención;
la Figura 2 es una vista frontal del instrumento
quirúrgico de la Figura 1;
la Figura 3 es una vista lateral del instrumento
quirúrgico de la Figura 1;
la Figura 4 es una vista de un miembro de
referencia;
la Figura 5 es una vista lateral del miembro de
referencia de la Figura 4;
la Figura 6 es una vista de una tibia;
la Figura 7 es una vista del instrumento
quirúrgico de la Figura 1, sujeto a una tibia.
Los caracteres de referencia correspondientes
indican partes correspondientes a través de las diversas vistas.
Aunque la ejemplificación establecida ilustra aquí una realización
de la presente invención, según una forma, la realización descrita
en lo que sigue no pretende ser exhaustiva o que deba ser
considerada como limitativa del alcance de la invención a la forma
precisa que se describe.
De acuerdo con la presente invención, se muestra
un instrumento 20 quirúrgico en la Figura 1. El instrumento 20
incluye un miembro 22 de anclaje que posee una primera porción que
es susceptible de fijación a una estructura anatómica que, en la
realización ilustrada, consiste en un eje 24 roscado. El miembro 22
de anclaje incluye también una porción 26 esférica y una porción 28
de eje hexagonal. Un miembro 22 de anclaje define un eje 30.
El instrumento 20 incluye también un primer
cuerpo 32 de carro que encaja ajustablemente con la porción 26
esférica del miembro 22 de anclaje. El cuerpo 32 de carro posee un
miembro 34 de ajuste que adopta la forma de un tornillo prisionero
en la realización ilustrada, para encajar selectivamente con la
porción 26 esférica. El tornillo 34 prisionero está encajado
roscadamente en la abertura 35 roscada formada en el cuerpo 32 de
carro. El extremo 36 distal del tornillo 34 prisionero puede tener
una superficie que defina una porción de esfera que tenga el mismo
radio que la porción 26 esférica, para incrementar el área
superficial de encaje entre el tornillo 34 prisionero y la porción
26 esférica. La porción 26 esférica está dispuesta entre el tornillo
34 prisionero y el asiento 38, en la abertura 33 definida por el
cuerpo 32 de carro. Al encajar firmemente el tornillo 34 prisionero
con la porción 26 esférica, empuja a la porción esférica contra el
asiento 38 y asegura la porción 26 esférica en una orientación
deseada con relación al cuerpo 32 de carro según se discute con
mayor detalle en lo que sigue.
El primer cuerpo 32 de carro incluye también una
porción 40 de montaje arqueada que define una ranura 42 que tiene
una abertura 44 transversal. Un perno 46 deslizante se encuentra
asentado en la ranura 42, y puede deslizar en la misma. El perno 46
deslizante incluye una abertura 48 roscada para recibir el tornillo
50 prisionero. El tornillo 50 prisionero se proyecta a través de la
abertura 44 para encajar con el perno 46 deslizante, y el apriete
del tornillo 50 asegura el perno 46 deslizante en una posición
seleccionada en la ranura 42. Un rebaje 52 anular se encuentra
situado cerca del extremo del perno 46 deslizante, el cual se
proyecta hacia fuera desde la ranura 42. El perno 46 está recibido
en una abertura del segundo cuerpo 54 de carro, y es giratorio en
la misma. Un tornillo 56 prisionero se proyecta hacia el rebaje 52
anular para asegurar el perno 46 en el interior del segundo cuerpo
54 de carro. Cuando el tornillo 56 prisionero encaja de forma floja
con el perno 46 deslizante, el tornillo 56 prisionero y el segundo
cuerpo 54 de carro son giratorios en torno al eje 58 definido por
el perno 46 deslizante. Encajando firmemente el tornillo 56
prisionero con el perno 46 deslizante, se asegura el tornillo 56
prisionero y el segundo cuerpo 54 de carro en una posición
rotacional seleccionada con respecto al eje 58. El eje 58 es
sustancialmente perpendicular al eje 30, y cuando se sitúa
centradamente en la ranura 42, intersecta con el eje 30.
Una estructura 60 de soporte en forma de
horquilla, se encuentra situada en el extremo del segundo cuerpo 54
de carro, opuesta al perno 46 deslizante. Cuando el instrumento 20
se sujeta a una tibia, los extremos 62 distales de la estructura 60
de soporte pueden ser colocados en contacto con la tibia, para
proporcionar una mayor estabilidad al instrumento 20 sujetado. El
cuerpo 54 de carro incluye una abertura 64 central, conformada
cilíndricamente, que se extiende desde las proximidades a la
estructura 60 en forma de horquilla hasta el vaciado 66 central
definido por el cuerpo 54 de carro. El eje 68 de soporte posee una
sección 70 roscada en un extremo, y una cabeza 72 que define un
paso 74 rectangular en su extremo opuesto. El eje 68 de soporte se
extiende a través de la abertura 64. La sección 70 roscada está
encajada roscadamente con el botón 76 de ajuste, el cual posee un
orificio roscado localizado en posición central, y una superficie
externa moleteada. La línea axial del eje 68 y del orificio
definido por el botón 76, se extienden coaxialmente con el perno
46, y corresponden al eje 58. El botón 76 es giratorio en el
interior del vaciado 66, pero no es trasladable a lo largo del eje
58, y la rotación del botón 76 traslada el eje 68 a lo largo del eje
58 mediante la rotación relativa de la sección 70 roscada y del
orificio roscado del botón 76.
En el eje 68 se encuentra montada una porción 80
de implemento que incluye un miembro 78 de montaje. El miembro 78
de montaje tiene una sección rectangular y está dispuesto
deslizantemente en el paso 74. La forma no circular en sección
transversal del miembro 78 de montaje y del paso 74, impide que el
miembro 78 de montaje gire en el interior del paso 74. La porción
80 de implemento puede ser trasladada selectivamente con relación al
eje 68 de montaje, mediante el ajuste deslizante del miembro 78 en
el interior del paso 78, a lo largo del eje 82 definido por el
miembro 78. El eje 82 está dispuesto de forma sustancialmente
perpendicular al eje 58.
La porción 80 de implemento incluye también una
ranura 84 de guía que puede ser utilizada para guiar una cuchilla
cortante cuando se reseca una tibia proximal, con el fin de preparar
la tibia para recibir un implante tibial que forma parte de una
articulación protésica de rodilla. Dispuestas en proximidad con los
extremos opuestos de la ranura 84 de guía, se encuentran dos pares
de aberturas 86 y 88. Cuando la porción de implemento ha sido
situada en una posición deseada con relación a la tibia, según se
discute con mayor detalle en lo que sigue, se pueden insertar
pernos sin cabeza a través de aberturas 86 próximas a los dos
extremos opuestos de la ranura 84, para asegurar firmemente la
porción 80 de implemento a la tibia con anterioridad a la resección
de la tibia. Alternativamente, las aberturas 88 que son ligeramente
más grandes que las aberturas 86, pueden recibir tornillos para
asegurar de manera firme y directa la porción 80 de implemento a la
tibia. De forma similar, las aberturas 87, 89 formadas en la
estructura 60 en forma de horquilla, pueden recibir pernos o
tornillos para fijar la estructura 60 de soporte a una estructura
anatómica.
El miembro 90 de referencia ha sido mostrado en
las Figuras 4 y 5. El miembro 90 de referencia incluye una porción
92 de montaje y una porción 94 de registro. Montados en la porción
94 de registro se encuentra una pluralidad de elementos 96 de
referencia. En la realización descrita, tres elementos 96 de
referencia dispuestos de manera no lineal, han sido montados en el
miembro 90 de referencia y tienen una porción 100 esférica montada
en un poste 98. La porción 100 esférica es una estructura
reflectante que se utiliza para reflejar luz con el fin de
facilitar la detección y el registro de los elementos 96 de
referencia en un sistema de guiado por imágenes implementado con
ordenador, según se discute con mayor detalle en lo que sigue.
El miembro 90 de referencia es susceptible de
montaje liberable en la porción 80 de implemento mediante el
posicionamiento de la porción 92 de montaje en la ranura 84. La
porción 92 de montaje se ha configurado para acoplarse
ajustadamente en la ranura 84, de modo que el montaje del miembro 90
de referencia posicionará los elementos 96 de referencia en
posiciones y orientaciones relativas conocidas con relación a la
porción 80 de implemento. El miembro 90 de referencia puede incluir
opcionalmente una proyección 102 que se extiende transversalmente a
la longitud de la porción 92 de montaje, y que hace tope con la
ranura 84 adyacente a la porción 80 de implemento para facilitar el
montaje del miembro 90 de referencia en una posición relativa
conocida y reproducible respecto a la porción 80 de implemento.
En una realización alternativa, elementos 96 de
referencia pueden ser asegurados de forma permanente en la porción
80 de implemento, o montados liberablemente de manera individual en
la porción 80 de implemento. Elementos de referencia alternativos
pueden incluir también elementos que emitan una señal, tal como una
emisión infrarroja, que sea detectable por el sistema de guiado por
imágenes implementado con ordenador, elementos de referencia
radio-opacos, y otros tipos de elementos de
referencia conocidos en el estado de la técnica. Si se emplean
elementos de referencia radio-opacos, el miembro 90
de referencia puede estar formado por un material
radio-transparente y los elementos 96 de referencia
posicionados ventajosamente a una distancia del cuerpo del
instrumento 20 que limite la posibilidad de interferencia con la
detección de los elementos de referencia
radio-opacos. En la realización ilustrada, el
instrumento 20 está fabricado con acero inoxidable, un material
radio-opaco. En la realización ilustrada, el
miembro 90 de referencia consiste en una estructura de aluminio. El
uso de un miembro 90 de referencia montado de forma liberable, que
tiene elementos 96 de referencia montados en el mismo, facilita el
uso del instrumento 20 con diferentes tipos de sistemas de guiado
por imágenes, permitiendo que diferentes miembros de referencia que
tienen la misma forma física, pero con diferentes tipos de elementos
de referencia, sean utilizados con un diseño único de
instrumento.
Las dimensiones relevantes de la porción 80 de
implemento y la posición de los elementos 96 de referencia en
relación con la porción 80 de implemento cuando se monta el miembro
90 de referencia en el porción 80 de implemento, pueden ser
determinadas por anticipado, y estos datos pueden ser introducidos
en un sistema de guiado por imágenes. Los datos dimensionales
relevantes concernientes a la estructura anatómica que está sometida
al procedimiento quirúrgico, pueden ser también introducidos en el
sistema de guiado por imágenes con anterioridad al procedimiento
quirúrgico.
Según se conoce en el estado de la técnica, los
datos dimensionales relevantes concernientes a una estructura
anatómica de interés, por ejemplo una tibia, pueden ser determinados
con la utilización de los datos adquiridos a partir de las imágenes
de la estructura anatómica, para generar una base de datos que
represente un modelo de la estructura anatómica. El modelo de la
estructura anatómica puede ser un modelo de tres dimensiones que se
desarrolla adquiriendo una serie de imágenes en dos dimensiones de
la estructura anatómica. Alternativamente, el modelo de la
estructura anatómica puede ser un conjunto de imágenes de dos
dimensiones que tengan relaciones espaciales conocidas, u otra
estructura de datos que puedan ser utilizados para acarrear
información concerniente a la forma tridimensional de la estructura
anatómica. El modelo de estructura anatómica puede ser utilizado
para generar presentaciones de la estructura anatómica desde
diversas perspectivas a efectos de planificación preoperatoria y a
efectos de navegación intraoperatoria. Se puede emplear una
diversidad de tecnologías para generar tal modelo tridimensional de
una estructura anatómica, incluyendo las tecnologías de tomografía
computerizada (TC), obtención de imágenes por resonancia magnética
(MRI), tomografía por emisión de positrones (PET), exploración por
ultrasónicos y obtención de imágenes fluoroscópicas.
El modelo de estructura anatómica que se obtiene
mediante tales tecnologías de formación de imágenes, puede ser
utilizado para el guiado intraoperatorio de una herramienta
quirúrgica, al facilitar la determinación y la visualización de la
posición y orientación relativas de la herramienta quirúrgica con
respecto a la estructura anatómica real. Por ejemplo, si el modelo
de estructura anatómica es un conjunto de imágenes de dos
dimensiones que tienen relaciones espaciales conocidas, se pueden
mostrar varias de tales imágenes simultáneamente durante el
procedimiento quirúrgico. Visualizando también la posición de la
herramienta en las imágenes, y visualizando imágenes tomadas desde
diferentes perspectivas, por ejemplo alguna imagen que facilite la
visualización del movimiento de la herramienta a lo largo de los
ejes coordenados X e Y, y otra imagen que facilite la visualización
del movimiento de la herramienta a lo largo del eje Z, las imágenes
individuales pueden representar en conjunto el movimiento de la
herramienta en tres dimensiones.
A efectos de referencia, un sistema de
coordenadas definido por la estructura anatómica real que constituye
el objeto de interés, será mencionado aquí como sistema coordenado
anatómico, y un sistema de coordenadas definido por el modelo en
tres dimensiones de la estructura anatómica será mencionado como
sistema coordenado de imagen. Los datos concernientes al tamaño y
la forma fijos de la herramienta quirúrgica, o de una porción
relevante de la misma, que serán utilizados en el procedimiento de
guiado por imágenes, también se determina preoperatoriamente para
obtener un modelo tridimensional de la herramienta o de las partes
relevantes de la misma.
Las estructuras anatómicas rígidas, tales como
los elementos esqueléticos, son muy adecuadas para tales técnicas
quirúrgicas guiadas por imágenes, y los elementos esqueléticos
individuales pueden ser utilizados para definir sistemas
coordenados separados. Las diferentes estructuras rígidas, por
ejemplo, los elementos esqueléticos, pueden estar sometidos a
movimiento relativo, por ejemplo, el fémur y la tibia de un paciente
pueden ser movidos relativamente durante el procedimiento
quirúrgico, y se pueden crear modelos tridimensionales y sistemas
coordenados separados para los diferentes elementos esqueléticos.
Durante un procedimiento de sustitución de rodilla, se puede
utilizar un modelo tridimensional de tibia que defina un primer
sistema coordenado durante la resección de la tibia, mientras que
un sistema coordenado separado definido por un modelo en tres
dimensiones del fémur puede ser utilizado durante la resección del
fémur.
Cuando se realizan técnicas quirúrgicas guiadas
por imágenes, se registra el sistema coordenado de imagen con el
sistema coordenado anatómica, y también se registra la posición de
la herramienta quirúrgica con el sistema coordenado de imagen.
Después del registro de la estructura anatómica real y de la
herramienta quirúrgica, la posición y la orientación relativas de
la herramienta quirúrgica pueden ser comunicadas al cirujano
mediante la visualización de imágenes conjuntas de la estructura
anatómica y de la herramienta en base a modelos tridimensionales de
la estructura anatómica y de la herramienta que fueron adquiridos
previamente.
Los sistemas de guiado por imágenes
implementados con ordenador, que proporciona el registro de una
estructura anatómica real con un modelo tridimensional que
representa esa estructura junto con el registro, o la localización
de un herramienta quirúrgica en el interior del sistema coordenado
de imagen para facilitar la visualización de las posiciones
relativas de la herramienta quirúrgica y de la estructura anatómica
real, son bien conocidos en el estado de la técnica. Los
procedimientos conocidos de registro de la estructura anatómica con
el sistema coordenado de imagen incluyen el uso de marcadores de
confianza implantados, que son reconocibles por medio de una o más
tecnologías de formación de imágenes. Alternativamente, se pueden
disponer implantes mediante el posicionamiento físico de una sonda
de digitalización o de un dispositivo similar en contacto, o con una
orientación conocida, con respecto al implante. En vez de utilizar
implantes, puede ser también posible registrar los dos sistemas
coordenados mediante el alineamiento de las características de las
marcas anatómicas.
También se conocen dispositivos de rastreo que
emplean diversas tecnologías que permiten el registro o la
localización de una herramienta quirúrgica y el rastreo del
movimiento de la herramienta con respecto al sistema coordenado
anatómico que ha sido registrado con el sistema coordenado de
imagen. Por ejemplo, se conocen sistemas de rastreo óptico que
detectan luz, ya sea reflejada desde objetivos reflectantes o ya sea
emitida por emisores de localización fijados según una orientación
conocida en la herramienta, para determinar la posición de una
herramienta quirúrgica y para registrar la posición de la
herramienta en el interior de un sistema coordenado de imagen que
representa un modelo tridimensional de una estructura anatómica. Tal
sistema de rastreo puede adoptar forma de unidad de sensor que
tenga una o más lentes que enfoquen un dispositivo de acoplo de
carga (CCD) separado, sensible a la luz infrarroja. La unidad de
sensor detecta la luz infrarroja emitida por tres o más diodos
emisores de luz (LEDs) posicionados de forma no lineal, asegurados
con relación a la herramienta. Un procesador analiza las imágenes
capturadas por la unidad de sensor y calcula la posición y la
orientación de la herramienta. Registrando la posición de la unidad
de detección en el interior del sistema coordenado de imagen, la
posición de la herramienta con relación a la estructura anatómica,
que ha sido también registrada con el sistema coordenado de imagen,
puede ser determinada y rastreada según se mueve la herramienta con
relación a la estructura anatómica.
Sistemas de localización alternativos pueden
emplear emisores que emitan una señal electromagnética. También es
posible emplear sondas físicas de digitalización que se ponen en
contacto con la herramienta en posiciones predefinidas sobre la
herramienta, para registrar la posición de la herramienta.
En la realización descrita, el sistema de
localización incluye una fuente de luz y elementos 96 de referencia
que reflejan la luz. El sistema de localización detecta entonces la
luz reflejada y calcula la posición de los elementos 96
individuales de referencia de una manera conocida. Los elementos 96
de referencia pueden ser obtenidos en Northern Digital Inc., que
tiene su dirección de negocio en 103 Randall Dr., Waterloo, Ontario,
Canadá, N2V1C5. Se pueden utilizar también otros tipos de sistemas
de localización con la presente invención, tales como los que
emplean elementos de referencia que emiten una señal o que son
radio-opacos. Northern Digital Inc. proporciona
sistemas de guiado de imagen bajo las marcas Optotrak® y Polaris®,
que pueden ser utilizados con la presente invención.
Ahora se va a discutir el uso del instrumento 20
en la resección de una tibia proximal. Cuando se implanta una
articulación protésica de rodilla, la tibia proximal debe ser
preparada para recibir el implante tibial. La preparación de la
tibia proximal incluye típicamente la resección de la meseta tibial,
dejando la tibia proximal con una superficie planar inclinada. La
altura y el ángulo anterior/posterior deseados, de la superficie
planar que define la meseta tibial resecada, pueden ser determinados
preoperatoriamente, y la localización de este plano de resección
deseado puede ser transformada en un sistema coordenado de imagen y
presentada con el modelo tridimensional de la tibia, según se
conoce en el estado de la técnica. La Figura 6 ilustra una tibia
104 y la localización de un plano 106 de resección deseado. La
Figura 7 ilustra el instrumento 20 sujeto a la tibia 104. Un
instrumento que puede ser utilizado para resecar el fémur, ha sido
descrito por James E. Grimm et al., en la solicitud de
Patente U.S. titulada "Instrumento quirúrgico y procedimiento
para posicionar el mismo", que tiene un número de referencia de
agente ZIM0163, y que fue depositada en la misma fecha que la
presente solicitud bajo la solicitud de Patente Europea núm.
03257978.1, y que se incorpora aquí expresamente como
referencia.
El instrumento 20 se fija a la tibia 104
asegurando en primer lugar el miembro 22 de anclaje a la tibia 104.
La porción 80 de implemento se reposiciona a continuación de forma
ajustable con relación al miembro 22 de anclaje, para alinear la
ranura 84 con el plano 106 de resección. La porción 80 de
instrumento es reposicionable ajustablemente con relación al
miembro 22 de anclaje en la totalidad de los seis grados de
libertad, es decir, puede ser ajustada trasladablemente a lo largo
de tres ejes sustancialmente perpendiculares, y ajustada
giratoriamente en torno a tres ejes sustancialmente
perpendiculares. Esta libertad de movimientos permite que el miembro
22 de anclaje sea asegurado a la tibia 104 en cualquier parte del
interior del área general que permita todavía la guía de resección,
es decir, la ranura 84 que va a ser posicionada en relación coplanar
con el plano 106 de resección deseado.
El orden en el que se realizan los diferentes
ajustes de la porción 80 de implemento después de asegurar el
miembro 22 de anclaje a la tibia 104, puede variar y, en caso
necesario o deseable, puede ser un proceso iterativo. Por ejemplo,
se podrían realizar inicialmente varios ajustes gruesos para colocar
la porción 80 de implemento en su posición correcta, y a
continuación se podría registrar el miembro 90 de referencia en el
sistema de guiado de imágenes por ordenador y a continuación ser
ajustada adicionalmente la porción 80 de implemento según sea
necesario para alinear la ranura 84 con el plano 106 de resección
deseado. En una secuencia de ajuste, el primer ajuste se destina a
posicionar apropiadamente el instrumento 20 en torno al eje 30 de
rotación definido por el miembro 22 de anclaje. Cuando el
instrumento 20 se ha situado con la orientación apropiada en torno
al eje 30, el miembro de fijación rotacional relevante, es decir, el
tornillo prisionero 34, se aprieta para asegurar las posiciones
relativas de la porción 26 esférica y del cuerpo 32 de carro. A
continuación, se ajusta la posición de traslación del cuerpo 54 de
carro con relación al miembro 22 de anclaje, a lo largo del eje 43
definido por la ranura 42, para situar la porción 80 de implemento
en la posición deseada. Aunque la ranura 42 sea ligeramente
arqueada, la curvatura de la ranura 42 es ligera y la ranura 42
define un eje 43 de traslación que es sustancialmente perpendicular
mutuamente a los ejes 58 y 82 de traslación. Cuando la porción 80 de
implemento se encuentra en la posición de traslación seleccionada a
lo largo del eje 43, el miembro de fijación de traslación
relevante, es decir, el tornillo prisionero 50, se aprieta para
asegurar las posiciones relativas del perno 46 y del cuerpo 32 de
carro.
La posición rotacional de la porción 80 de
implemento en torno al eje 58 se establece a continuación aflojando
el miembro de fijación rotacional relevante, es decir, el tornillo
prisionero 56, reposicionando ajustablemente el cuerpo 54 de carro
y la porción 80 de implemento para colocar la porción 80 de
implemento en su posición rotacional deseada en torno al eje 58, y
se vuelve a apretar el tornillo 56 prisionero. La altura de la
resección se establece a continuación girando el miembro de
fijación de traslación relevante, es decir, el botón 76, para
trasladar selectivamente el eje 68 de soporte a lo largo del eje 58.
La inclinación anterior/posterior de la resección puede ser
establecida a continuación girando el instrumento 20 en torno a la
porción 26 esférica, en torno al eje 27 de rotación que es
sustancialmente perpendicular mutuamente a los ejes 30 y 58. La
rotación en torno al eje 27 se realiza aflojando el tornillo 34
prisionero, reposicionando el instrumento 20 y volviendo a apretar
el tornillo 34 prisionero. La rotación relativa del instrumento 20
en torno a la porción 26 esférica no está limitada respecto al eje
27 cuando se afloja el tornillo 34 prisionero, y la rotación en
torno a los ejes 30 y 58 es también posible cuando se afloja el
tornillo 34 prisionero.
Después de que la ranura 84 ha sido posicionada
en alineamiento con el plano 106 de resección deseado, la porción
80 de implemento se traslada a lo largo del eje 82 haciendo deslizar
la porción 80 de implemento con relación al eje 68 de soporte hasta
que la porción 80 de implemento contacta con la tibia 104. La
porción 80 de implemento se fija a continuación directamente a la
tibia 104 colocando pernos sin cabeza en la tibia 104 a través de
las aberturas 86 o fijando tornillos a la tibia 104 a través de las
aberturas 88. Después de asegurar firmemente la porción 80 de
implemento directamente a la tibia 104, se utiliza la guía de
resección formada por la ranura 84 para guiar una cuchilla de corte
durante la resección de la tibia 104. En una realización
alternativa, la porción 80 de implemento puede definir una guía
fresadora para facilitar la resección de la tibia 104. La porción
80 de implemento puede estar también adaptada para su uso en otros
procedimientos quirúrgicos y/o para realizar una función
alternativa, por ejemplo, proporcionar una guía de taladrado.
Mientras que esta invención ha sido descrita
como representativa de un ejemplo de diseño, la presente invención
puede ser modificada. Esta aplicación ha sido por lo tanto prevista
de manera que cubra cualesquiera variaciones, usos, o adaptaciones
de la invención, en los que se utilicen sus principios
generales.
Claims (11)
-
\global\parskip0.850000\baselineskip
1. Un instrumento quirúrgico para su uso con una estructura anatómica, comprendiendo dicho instrumento:un miembro (22) de anclaje que tiene una primera porción (24) susceptible de ser fijada a la estructura anatómica;un cuerpo de instrumento que tiene una porción (80) de implemento, en el que dicha porción (80) de implemento es susceptible de traslación selectiva con relación al citado miembro (22) de anclaje a lo largo de tres ejes (43, 58, 82) de traslación perpendiculares, y dicha porción (80) de implemento es susceptible de rotación selectiva con relación al citado miembro (22) de anclaje en torno a un eje de rotación,al menos un miembro (50, 76) de fijación de traslación para fijar positivamente la citada porción (80) de implemento en un posición de traslación seleccionada a lo largo de uno de dichos ejes (43, 58, 82) de traslación;al menos un miembro (34, 56) de fijación de rotación para asegurar positivamente la citada porción (80) de implemento en una posición rotacional seleccionada en torno a uno de dichos ejes (27, 30, 58) de rotación;que se caracteriza porque dicha porción (80) de implemento es giratoria selectivamente con relación a dicho miembro (22) de anclaje en torno a tres ejes (27, 30, 58) de rotación perpendiculares. - 2. El instrumento (20) quirúrgico de la reivindicación 1, que se caracteriza porque dicho al menos un miembro (50, 76) de fijación de traslación comprende al menos dos miembros (50, 76) de fijación de traslación, fijando cada uno de dichos miembros (50, 76) de fijación de traslación la citada porción (80) de implemento en una posición de traslación seleccionada a lo largo de uno de dichos ejes (43, 58, 82) de traslación.
- 3. El instrumento (20) quirúrgico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el citado al menos un miembro (34, 56) de fijación de rotación comprende al menos dos miembros (34, 56) de fijación de rotación, fijando cada uno de los citados miembros (34, 56) de fijación de rotación la citada porción (80) de implemento en una posición rotacional seleccionada en torno a uno de los citados ejes (27, 30, 58) de rotación.
- 4. El instrumento (20) quirúrgico de la reivindicación 1, que se caracteriza porque comprende además al menos un elemento (96) de referencia, registrable en un sistema de guiado por imágenes implementado con ordenador, estando dicho al menos un elemento (96) de referencia posicionado con una orientación predeterminada con relación a la citada porción (80) de implemento.
- 5. El instrumento (20) quirúrgico de la reivindicación 4, que se caracteriza porque dicho al menos un elemento (96) de referencia comprende al menos tres elementos (96) de referencia posicionados de forma no lineal.
- 6. El instrumento (20) quirúrgico de la reivindicación 4 ó 5, que se caracteriza porque dicho al menos un elemento (96) de referencia es susceptible de montaje liberable en el citado instrumento con una orientación predeterminada con relación a la citada porción (80) de implemento.
- 7. El instrumento (20) quirúrgico de las reivindicaciones 4, 5 y 6, que se caracteriza porque dicho al menos un elemento (96) de referencia comprende al menos tres elementos (96) de referencia posicionados de forma no lineal, dispuestos en un miembro (90) de referencia, siendo el citado miembro (90) de referencia susceptible de montaje liberable en el citado instrumento (20) con una orientación predeterminada con relación a la citada porción (80) de implemento.
- 8. El instrumento (20) quirúrgico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque comprende además una primera y una segunda porciones (32, 54) de carro, estando la citada primera porción (32) de carro fijada a dicho miembro (22) de anclaje, en el que dicha primera porción (32) de carro y dicho miembro (22) de anclaje son relativa y selectivamente reposicionables; estando la citada segunda porción (34) de carro fijada a la citada primera porción (32) de carro, en el que dicha segunda porción (34) de carro y dicha primera porción (32) de carro son relativa y selectivamente reposicionables; estando dicha porción (80) de implemento asegurada a la citada segunda porción (34) de carro, en el que dicha porción (80) de implemento y la citada segunda porción (34) de carro son relativa y selectivamente reposicionables.
- 9. El instrumento (20) quirúrgico de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque dicha primera porción (24) de dicho miembro (22) de anclaje comprende un eje roscado susceptible de encajar con la estructura anatómica, y dicha porción (80) de implemento comprende una guía (84) de instrumento.
- 10. Un instrumento (20) quirúrgico según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además dicho instrumento:al menos un elemento de referencia registrable en un sistema de guiado por imágenes implementado con ordenador, en el que dicho al menos un elemento de referencia se mueve con relación a dicho miembro de anclaje mediante el movimiento de la citada porción (80) de implemento con relación a dicho miembro (22) de anclaje.
- 11. El instrumento (20) quirúrgico según se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza porque el instrumento (20) puede ser utilizado para la resección de una tibia.
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