ES2258659T3

ES2258659T3 - Dispositivo para la determinacion de la posicion de una endoprotesis de articulacion de la rodilla.

Info

Publication number: ES2258659T3
Application number: ES02785363T
Authority: ES
Inventors: Dirk Friedrich; Francois Leitner
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2006-09-01
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: AU2002350671A1; JP2006504477A; DE50206165D1; US20050251148A1; EP1558150A1; WO2004041097A1; DE20217014U1; EP1558150B1

Abstract

Sistema para la determinación de la posición de la parte de tibia (40) y/o de la parte de fémur (42) de una endoprótesis de articulación de la rodilla respecto a la cabeza proximal de tibia (19) o al fémur distal (20) con un sistema de navegación (12) para controlar la posición del fémur (3) y de la tibia (4) mediante elementos marcadores (7, 8) que pueden fijarse en éstos, con un equipo de distracción (26), que desplaza el fémur distal (20) y la cabeza proximal de la tibia (19) con la rodilla estirada y doblada en la dirección lateral y medial con una fuerza definida a una posición separada, con una instalación de procesamiento de datos (14), que determina las posiciones relativas de fémur (3) y tibia (4) en esta distracción y, por lo tanto, la medida de la rendija (30) entre el fémur (3) y la tibia (4) y que calcula en función de datos geométricos de la endoprótesis de la articulación de la rodilla y de distintas posiciones hipotéticas de la parte de tibia (40) en la tibia (4) y/o de la parte de fémur (42) en el fémur (3) distintas posiciones relativas virtuales de fémur (3) y tibia (4) con la rodilla estirada y doblada.

Description

Dispositivo para la determinación de la posición de una endoprótesis de articulación de la rodilla.

La invención se refiere a un sistema para la determinación de la posición de la parte de tibia y/o de la parte de fémur de una endoprótesis de articulación de la rodilla respecto a la cabeza proximal de tibia o al fémur distal con un sistema de navegación para controlar la posición del fémur y de la tibia mediante elementos marcadores que pueden fijarse en éstos, con un equipo de distracción, que desplaza el fémur distal y la cabeza proximal de la tibia con la rodilla estirada y doblada en la dirección lateral y medial con una fuerza definida a una posición separada, con una instalación de procesamiento de datos, que determina las posiciones relativas de fémur y tibia en esta distracción y, por lo tanto, la medida de la rendija entre el fémur y la tibia y que calcula en función de datos geométricos de la endoprótesis de la articulación de la rodilla y de distintas posiciones hipotéticas de la parte de tibia en la tibia y/o de la parte de fémur en el fémur distintas posiciones relativas virtuales de fémur y tibia con la rodilla estirada y doblada.

En la implantación de una endoprótesis de articulación de rodilla se usan frecuentemente endoprótesis que están formadas por dos o tres partes, por ejemplo, por una parte de tibia, que puede fijarse en la tibia, una parte de fémur, que puede fijarse en el fémur, y una parte intermedia dispuesta entre la parte de fémur y la parte de tibia. La parte de tibia y la parte de fémur deben estar unidas a la tibia o al fémur de tal forma que se reproduzca de la mejor forma posible la cinemática de la articulación de rodilla original. Para conseguirlo, la cabeza de la tibia y el fémur deben reseccionarse correspondientemente mediante cortes con una sierra, de modo que la parte de tibia y la parte de fémur se apoyen en la posición deseada en la tibia y el fémur, siendo responsable esta posición de apoyo de la cinemática óptima de la articulación de rodilla.

Para la implantación de una articulación de rodilla es conocido controlar la cinemática original de la rodilla y también la cinemática de la rodilla después de la implantación de la endoprótesis de tal forma que se controle tanto la posición del fémur como la de la tibia mediante un sistema de navegación en principio conocido. Un sistema de navegación de este tipo puede determinar continuamente la posición de determinados elementos marcadores en el espacio; los elementos marcadores pueden ser, por ejemplo, elementos con varios emisores que emiten radiación, por ejemplo, diodos infrarrojos; en otros casos se trata de elementos marcadores con varios cuerpos reflectores dispuestos a distancia entre sí que, por ejemplo, reflejan bien la radiación infrarroja. El sistema de navegación detecta la radiación que sale del elemento marcador y puede determinar, por lo tanto, la posición del elemento marcador en el espacio y, por consiguiente, también la posición de la parte del cuerpo en la que está fijado el elemento marcador. Los sistemas de navegación de este tipo se usan regularmente en operaciones de la rodilla, para controlar el desarrollo del movimiento de fémur y tibia y también parque se ha de determinar datos anatómicos y geométricos del fémur y de la cabeza de la tibia mediante instrumentos de apoyo o palpadores navegados (documento DE10031887A1).

Para el éxito de una operación de la rodilla es importante que después de insertar el implante, el fémur y la tibia se tensen de forma regular en el lado lateral y medial mediante los ligamentos que unen el fémur y la tibia, concretamente y a ser posible tanto en la posición estirada como en la posición doblada de la pierna. Para conseguirlo es conocido usar implantes de prueba y, después de la inserción de los implantes de prueba, medir las tensiones que resultan para estos implantes de prueba, por ejemplo, con ayuda de un equipo de distracción, que mide las fuerzas cohesivas mediante separación de la rendija entre el fémur y la tibia.

Este procedimiento es muy complicado y conlleva el peligro de que, debido a mediciones incorrectas, después de haberse realizado la operación finalmente no puedan alcanzarse las relaciones de tensión mínima - tensión máxima deseadas, lo cual puede conducir a que las superficies articulares estén tensadas demasiado poco o, por lo contrario, también demasiado unas respecto a otras después de la operación.

La invención tiene el objetivo de configurar un sistema del tipo genérico de tal forma que durante el desarrollo de la operación y, sin que se realicen modificaciones en la articulación original de la rodilla, pueda determinarse cómo deben implantarse las partes de la endoprótesis para reproducir o, dado el caso, también modificar las relaciones de tensión mínima - tensión máxima naturales en la articulación de la rodilla de la forma deseada.

Este objetivo se consigue según la invención mediante un sistema para la determinación de la posición de la parte de tibia y/o de la parte de fémur de una endoprótesis de articulación de la rodilla respecto a la cabeza proximal de la tibia o respecto al fémur distal con un sistema de navegación para el control de la posición del fémur y de la tibia mediante elementos marcadores que pueden fijarse en éstos, con un equipo de distracción, que desplaza el fémur distal y la cabeza proximal de la tibia con la rodilla estirada y doblada en la dirección lateral y medial con una fuerza definida a una posición separada, con una instalación de procesamiento de datos, que determina las posiciones relativas de fémur y tibia en esta distracción y, por lo tanto, la medida de la rendija entre el fémur y la tibia y que calcula distintas posiciones relativas virtuales de fémur y tibia con la rodilla estirada y doblada en función de datos geométricos de la endoprótesis de la articulación de la rodilla y de distintas posiciones hipotéticas de la parte de tibia en la tibia y/o de la parte de fémur en el fémur.

Con este sistema puede determinarse, por lo tanto, la posición de la parte de tibia y/o de la parte de fémur, sin que haya que realizar modificaciones en la tibia o en el fémur. Basta con dejar al descubierto la articulación de la rodilla y determinar a continuación mediante separación de la rendija entre la cabeza de la tibia y el fémur con la rodilla estirada y con la rodilla doblada la posición relativa de fémur y tibia que se ajusta respectivamente y, por lo tanto, la anchura de la rendija entre la cabeza de tibia y el fémur. En un paso siguiente se definen para las partes de prótesis seleccionadas determinadas posiciones en la tibia o en el fémur. Esto sólo se realiza de forma virtual, es decir, no de forma real, determinándose superficies de apoyo, en las que pueden apoyarse las partes de prótesis en el fémur y en la tibia, por ejemplo, planos de corte serrados.

Con estas superficies de apoyo hipotéticas y, por lo tanto, estas posiciones hipotéticas de las partes del implante en el fémur y/o en la tibia puede calcularse posteriormente como se mueven el fémur y la tibia uno respecto a la otra en el movimiento de flexión, siempre que este cálculo esté basado en los datos geométricos de las partes del implante. Estos datos geométricos indican como se mueven las partes del implante una respecto a otra y a partir de las posiciones hipotéticas de las partes del implante en el fémur y la tibia, por un lado, y el movimiento relativo entre los implantes, por otro lado, pueden calcularse las posiciones relativas virtuales de fémur y tibia durante el movimiento de flexión.

Estos datos de posición son virtuales porque de hecho no se mueve ninguna parte de la prótesis, realizándose el movimiento por mero cálculo.

Los datos virtuales de posición para una posición hipotética determinada de las partes de prótesis se comparan a continuación con las posiciones relativas que se han registrado en la articulación de rodilla anatómica durante la separación con ayuda del equipo de distracción.

Una reproducción óptima de la cinemática endógena puede conseguirse si según una forma de realización preferible una posición seleccionada se determina de tal forma que la posición relativa virtual de fémur y tibia coincida con la posición separada. En este caso resulta un desarrollo del movimiento que corresponde al desarrollo natural del movimiento, siendo la tensión del aparato de ligamentos idéntico al estado natural en la posición estirada y doblada.

No obstante, naturalmente también es posible que el operador desee una desviación selectiva de la posición relativa virtual de la posición relativa real, por ejemplo, para la corrección de una mala posición. En este caso existe la posibilidad de calcular mediante variación de la posición hipotética de las partes del implante posiciones relativas virtuales hasta que se haya encontrado una posición relativa virtual que corresponda a la desviación deseada de la posición relativa real; dicho de otro modo, de esta forma se simula el movimiento de la rodilla en función de distintas posiciones hipotéticas de las partes de la prótesis, sin que sea necesario para ello un mecanizado de la cabeza de la tibia o del fémur.

Por ejemplo, puede estar previsto que se determine una posición seleccionada de tal forma que la medida de la rendija entre el fémur y la tibia en la posición doblada y/o en la posición estirada de la rodilla sea al menos aproximadamente igual en la dirección lateral y medial.

Puede haber posiciones hipotéticas de las partes de prótesis muy diversas, por ejemplo, puede estar previsto en una primera forma de realización preferible que, para el cálculo de distintas posiciones relativas virtuales, la posición hipotética de la parte del fémur se desplace por el desplazamiento paralelo en sí de éste en la dirección perpendicular respecto al eje longitudinal del fémur. En este caso, el eje longitudinal del fémur puede ser idéntico al eje mecánico del fémur, que une la articulación de la rodilla con la articulación de la cadera. Esta posición relativa distinta corresponde a un grosor distinto de la superficie de la articulación reseccionada en el extremo distal del fémur.

En otra forma de realización preferible está previsto que, para el cálculo de distintas posiciones relativas virtuales, la posición hipotética de la parte del fémur se desplace por el desplazamiento paralelo en sí de éste en la dirección anterior-posterior. Con un desplazamiento de este tipo resulta un cambio de la distancia de la superficie articular dorsal de la parte del fémur, de modo que esta superficie articular presente distintas distancias de la cabeza de la tibia cuando la rodilla está doblada.

En otra variación preferible de la posición hipotética de la parte del fémur está previsto que, para el cálculo de distintas posiciones relativas virtuales, se modifique la posición hipotética de la parte del fémur mediante el giro de éste alrededor de un eje que se extiende en la dirección anterior-posterior. Un giro de este tipo conduce a una corrección de la posición varus-valgus de la rodilla, es decir, de esta forma cambia la anchura de la rendija entre el fémur y la parte de tibia en la dirección lateral y medial también cuando la rodilla está estirada

Otra posibilidad para una variación de la posición hipotética prevé que, para el cálculo de distintas posiciones relativas virtuales, se modifique la posición hipotética de la parte del fémur mediante el giro de éste alrededor de un eje que se extiende en la dirección medial-lateral. Esto conduce a una inclinación de las superficies articulares respecto al eje longitudinal del fémur y puede ser importante para determinadas correcciones.

Las variaciones indicadas pueden realizarse por separado o unas combinadas con otras, y está claro que cada uno de estos cambios de la posición de la parte del fémur conduce a un comportamiento cinemático modificado de la articulación de la rodilla. Mediante la simulación descrita de este movimiento que resulta por el cálculo de las posiciones relativas virtuales respectivamente correspondientes de fémur y tibia, el operador puede detectar las consecuencias de un cambio de la posición en cada caso al comparar las posiciones relativas virtuales con la posición separada en la rodilla estirada y doblada y puede variar la posición hipotética hasta que, por un lado, se consiga lo mejor posible la coincidencia deseada con la posición separada y, por otro lado, una corrección dado el caso deseada, por ejemplo, una corrección varus-valgus.

Además de las distintas posiciones hipotéticas, según una variante de la invención también es posible que, para el cálculo de distintas posiciones relativas virtuales, se parta de partes de tibia y/o partes de fémur con distintas dimensiones. Por lo tanto, es posible suponer partes de tibia o de fémur de distintos tamaños en esta simulación y calcular durante la simulación los efectos de éstas en las posiciones relativas virtuales. Gracias a la elección de las medidas de las partes de tibia o de fémur, por un lado, y la variación de la posición de estas partes, por otro lado, el operador dispone, por lo tanto, de múltiples posibilidades para influir en la cinemática de la rodilla pudiendo comprobarse el resultado de estos distintos parámetros previamente durante la operación mediante la simulación descrita, sin que haya que mecanizar la tibia o el fémur ya en este momento.

Es ventajoso si durante la determinación de la posición separada se separa al máximo la rendija entre el fémur y la cabeza de la tibia. El aparato de ligamentos se vuelve más rígido a medida que se ensancha y, a partir de una extensión determinada prácticamente ya no puede extenderse más, es decir, la distracción entra en una saturación. La extensión que puede conseguirse depende en este margen relativamente poco de la fuerza de extensión aplicada y por ello es ventajoso distraer hasta este margen; de esta forma se obtienen resultados que pueden reproducirse bien.

A partir del control de la posición de fémur y tibia, durante el movimiento de flexión de la rodilla y también cuando está en contacto el equipo de distracción, la rendija real entre las superficies de deslizamiento del fémur y de la cabeza de tibia sólo puede determinarse exactamente si están disponibles adicionalmente datos geométricos acerca de la forma de fémur y tibia. Por lo tanto, según otra variante de la invención está previsto que, para la determinación de la medida de la rendija entre el fémur y la tibia, se determine el contorno de la cabeza proximal de la tibia y el contorno del fémur distal mediante el apoyo de al menos un elemento de apoyo navegado en estos contornos. Esto es una técnica en principio conocida para la determinación de contornos. Gracias al apoyo de un elemento de apoyo navegado, el sistema de navegación puede localizar mediante la posición correspondiente del elemento de apoyo respecto al fémur y la tibia exactamente el punto de apoyo o la línea de apoyo, por lo que pueden calcularse los datos geométricos para el contorno completo de la cabeza de la tibia y del fémur.

Por ejemplo, puede estar previsto que un elemento de apoyo presente una punta palpadora con la que se palpan distintos puntos de los contornos.

En otra configuración está previsto que un elemento de apoyo presente una superficie de apoyo plana que se apoya en el contorno que se ha de determinar.

En una forma de realización especialmente preferible está previsto que un elemento de apoyo presente dos superficies de apoyo que están dispuestas perpendicularmente una respecto a la otra, que se apoyan de forma conjunta al contorno que se ha de determinar. Esto es favorable, por ejemplo, para la determinación del contorno de las superficies condilares del fémur; en este caso, las dos superficies de apoyo pueden apoyarse en la superficie condilar distal o en la superficie condilar dorsal, de modo que puedan obtenerse informaciones acerca de los contornos en esta
zona.

La comparación de la posición separada y de la posición relativa virtual calculada mediante la simulación, respectivamente, se realiza preferiblemente con ayuda de un indicador de posición o una visualización, en la que se indican al operador informaciones deducidas de estos datos, por ejemplo, puede estar previsto según una forma de realización preferible que se represente en una visualización la medida de la rendija medial y lateral en la posición estirada y doblada de la rodilla en las posiciones relativas virtuales respectivamente calculadas. Ahora, el operador puede modificar, por ejemplo, las posiciones hipotéticas de tal forma que la medida de la rendija en la dirección medial y lateral y, a ser posible, en estado estirado y doblado, sea la misma.

Además, es favorable si se indica en una visualización la posición hipotética de la parte del fémur para la determinación de distintas posiciones relativas virtuales respecto a datos geométricos del fémur, por ejemplo, respecto a una imagen del fémur que corresponde a los datos geométricos. En este caso, el operador puede leer directamente, por ejemplo, la inclinación de una superficie de apoyo de la parte del fémur respecto al eje longitudinal del fémur o una medida similar y puede realizar una variación correspondiente de la posición hipotética de modo que la medida leída corresponda a las pretensiones del operador.

Mientras que es posible sin más realizar el procedimiento descrito en una cabeza de tibia no mecanizada y en un fémur no mecanizado, puede ser ventajoso en determinados casos reseccionar la superficie articular proximal de la cabeza de la tibia a lo largo de un plano que está dispuesto perpendicularmente respecto al eje longitudinal de la tibia antes de la separación de la rendija entre el fémur y la cabeza de tibia. De esta forma se obtiene una superficie de apoyo para el equipo de distracción pudiendo usarse esta superficie de apoyo también como superficie de apoyo para la parte de la tibia, de modo que la adaptación de la endoprótesis se realice exclusivamente en la parte del fémur.

Puede estar previsto que la instalación de procesamiento de datos tenga asignada una visualización que indica datos que corresponden a la posición relativa entre el fémur y la tibia en la distracción y datos que corresponden a las posiciones relativas virtuales, con el fin de comparar los mismos. En particular, puede estar previsto que la instalación de procesamiento de datos represente en la visualización la medida de la rendija medial y lateral en la posición estirada y doblada de la rodilla en las posiciones relativas virtuales respectivamente calculadas.

Además, es favorable que la instalación de procesamiento de datos indique en la visualización la posición hipotética de la parte del fémur respecto a datos geométricos del fémur para la determinación de distintas posiciones relativas virtuales.

Según una forma de realización preferible, un dispositivo de este tipo comprende al menos un elemento de apoyo navegado, que puede apoyarse en el contorno de la cabeza proximal de la tibia y en el contorno del fémur distal para la determinación de la medida de la rendija entre el fémur y la tibia.

Puede estar previsto que un elemento de apoyo presente una punta palpadora, con la que puedan palparse distintos puntos de los contornos.

En otra forma de realización está previsto que un elemento de apoyo presente una superficie de apoyo plana, que se apoya en el contorno que se ha de determinar.

El elemento de apoyo puede presentar dos superficies de apoyo que están dispuestos perpendicularmente una respecto a la otra, que se apoyan de forma conjunta en el contorno que se ha de determinar.

La descripción expuesta a continuación de formas de realización preferibles de la invención sirve en relación con el dibujo para una explicación más detallada. Muestran:

la figura 1, una vista de conjunto esquemática de un sistema para la determinación de la posición de partes de prótesis en la rodilla de un paciente;

la figura 2, una vista frontal esquemática de una rodilla doblada con un fémur navegado, una tibia navegada y una placa de apoyo navegada en una superficie reseccionada de tibia;

la figura 3, un alzado lateral de un fémur navegado con un elemento de apoyo navegado con dos superficies de apoyo que están dispuestas perpendicularmente una respecto a otra y con un elemento de apoyo navegado en forma de una punta palpadora;

la figura 4, una vista similar a la de la figura 2 con un equipo de distracción insertado entre el fémur y la cabeza de la tibia;

la figura 5, un alzado lateral de la rodilla doblada de la figura 4;

la figura 6, una vista similar a la de la figura 4 de una articulación de rodilla en la posición distraída sin representación del equipo de distracción;

la figura 7, una vista similar a la figura 6 con una rodilla estirada;

la figura 8, una presentación para indicar la anchura de la rendija medial y lateral con la rodilla doblada y estirada;

la figura 9, una vista frontal de un fémur con posiciones hipotéticas de la parte del fémur de una endoprótesis desplazadas en la dirección del eje longitudinal del fémur;

la figura 10, una vista similar a la figura 9 con una superficie de apoyo girada alrededor de un eje anterior-posterior;

la figura 11, un alzado lateral de un fémur con una superficie de apoyo girada alrededor de un eje medial-lateral;

la figura 12, una vista similar a la de la figura 11 con una superficie de apoyo desplazada en la dirección anterior-posterior;

la figura 13, un alzado lateral esquemático de una articulación de rodilla con endoprótesis insertada y

la figura 14, un diagrama de flujo para la descripción del desarrollo del procedimiento al determinar la posición de las partes de la endoprótesis respecto a la tibia y el fémur.

Para sustituir una articulación de rodilla por una endoprótesis de articulación de rodilla, el paciente 1 se coloca en una mesa de operación 2 y la articulación de rodilla se abre de forma en principio conocida. Al menos en el fémur 3 y en la tibia 4 y preferiblemente también en el hueso ilíaco 5 y en el pie 6 del paciente se fijan rígidamente elementos marcadores 7, 8, 9 ó 10, por ejemplo, enroscándose un tornillo para huesos. Cada uno de estos elementos marcadores porta tres emisores 11 dispuestos a distancia entre sí; éstos pueden ser emisores activos de radiación para radiación ultrasónica, radiación infrarroja o una radiación similar o pueden ser también elementos reflectores pasivos para una radiación de este tipo, que reflejan la radiación que incide en ellos emitiendo de esta forma. Estos elementos marcadores actúan en combinación con un sistema de navegación 12 con varios receptores de radiación 13, que determina la posición y orientación de los elementos marcadores en el espacio y que alimenta datos que corresponden a esta posición a una instalación de procesamiento de datos 14. La instalación de procesamiento de datos 14 está provista de una visualización 15 en forma de una pantalla y de un teclado 16 para la entrada de datos adicionales.

Para la preparación de una implantación de una endoprótesis de una articulación de rodilla se determinan en primer lugar los ejes mecánicos del fémur 3 y de la tibia 4. Este eje mecánico del fémur 3 resulta, por ejemplo, de la línea de unión de la articulación de la cadera 17 y de la articulación de la rodilla 18, pudiendo determinarse estas articulaciones de forma en principio conocida con ayuda del sistema de navegación 12 de tal forma que el fémur y la articulación de la cadera, por un lado, y el fémur y la tibia, por otro lado, se mueven uno respecto al otro, pudiendo determinarse de la misma forma el eje mecánico de la tibia como línea de unión de la articulación del pie y de la articulación de la rodilla mediante un movimiento relativo entre fémur y tibia, por un lado, y tibia y pie, por otro lado. Mediante este movimiento se mueven también los elementos marcadores rígidamente unidos al fémur, la tibia, el hueso ilíaco y al pie en trayectorias definidas por las articulaciones y la instalación de procesamiento de datos 14 puede determinar a continuación a partir de estas trayectorias la posición de las articulaciones respecto a los elementos marcadores y, por lo tanto, también respecto a las partes del cuerpo a las que están fijamente unidos los elementos marcadores.

De esta forma se obtiene un eje mecánico del fémur y de la tibia, respectivamente, que corresponden aproximadamente a la dirección longitudinal de estos huesos.

Previa determinación de los ejes mecánicos de fémur y tibia, la cabeza de la tibia 19, es decir, el extremo proximal de la tibia, se prepara en un primer paso de la operación. La superficie articular orientada hacia el fémur 20, es decir, hacia el extremo distal del fémur 3, se corta mediante un corte plano con la sierra; el plano de corte serrado 21 que resulta de esta forma se extiende perpendicularmente respecto al eje mecánico anteriormente determinado de la tibia y se encuentra, por regla general, sólo algunos milímetros por debajo del extremo proximal de la cabeza de la tibia 19.

La posición exacta del plano de corte serrado 21 se vuelve a controlar una vez más colocándose en el plano de corte serrado 21 un elemento de apoyo 22 en forma de placa, que se une, a su vez, rígidamente al elemento marcador 23, de modo que el sistema de navegación pueda determinar la posición del elemento de apoyo 22 en el espacio y, por lo tanto, también la posición del plano de corte serrado 21 (figura 2).

En un siguiente paso, se inserta un equipo de distracción 26 en el espacio intermedio entre el plano de corte serrado 21 de la cabeza de la tibia 19, por un lado, y las superficies articulares 24, 25 del fémur 20 que están dispuestas una al lado de la otra y que se extienden a una distancia entre sí, por otro lado. Este equipo de distracción presenta dos elementos separadores 27, 28 desplazables uno respecto al otro, apoyándose un elemento separador 27 inferior en forma de alma en el plano de corte serrado 21, y un elemento separador 28 superior que se extiende paralelamente al otro en una de las dos superficies articulares 24, 25. En cada una de estas superficies articulares 24, 25 se apoya un equipo de distracción 26 propio, de modo que al separar los dos elementos separadores 27, 28 de un equipo de distracción 26, pueda alejarse, respectivamente una u otra superficie articular 24 ó 25 del plano de corte serrado 21.

La construcción del equipo de distracción puede diferir mucho; existe un gran número de equipos de distracción de este tipo. Sólo importa que se consiga con ello aumentar el espacio intermedio entre las superficies articulares 24, 25, por un lado, y el plano de corte serrado 21, por otro lado, mediante un desplazamiento de un elemento separador 27, 28 respecto al otro, por ejemplo, mediante un instrumento separador 29 que ataca en éstos, que en la figura 5 está representado sólo de forma esquemática.

A este aumento se opone una resistencia por parte de los ligamentos laterales que unen el fémur y la tibia lateralmente, puesto que estos ligamentos laterales tensan el extremo distal del fémur respecto al extremo proximal de la tibia. Contra la fuerza de estos ligamentos se realiza la separación del espacio intermedio entre el fémur y la cabeza de la tibia, concretamente tanto con la rodilla doblada, como está representado en las figuras 4 y 5, como con la rodilla estirada. Los ligamentos laterales presentan al principio de la extensión un comportamiento casi elástico, aunque la extensibilidad llega a un valor de saturación, de modo que al aplicar una fuerza que sobrepasa un valor determinado se puede conseguir en cualquier caso una extensión máxima de los ligamentos laterales y, por lo tanto, una rendija máxima entre el fémur, por un lado, y la cabeza de la tibia, por otro lado.

En la figura 6, esta rendija 30 máxima está representada de forma esquemática con una rodilla doblada, en la figura 7 con una rodilla estirada. La anchura de la rendija está definida por la distancia entre las dos superficies articulares 24, 25 del fémur 3 del plano de corte serrado 21. En la representación de las figuras 6 y 7, la anchura de la rendija es aproximadamente igual en las dos superficies articulares 24, 25, aunque esto no tiene por qué ser así obligatoriamente, puesto que puede haber perfectamente distintas anchuras de la rendija en las dos superficies articulares 24, 25, tanto con la rodilla doblada como con la rodilla estirada, debido a malas posiciones o adherencias.

La posición relativa del fémur y de la tibia, que tienen éstos tanto con la rodilla doblada como con la rodilla estirada después de la separación de los equipos de distracción 26, son determinadas por el sistema de navegación 12 y en la instalación de procesamiento de datos 14 se almacenan registros correspondientes, que representan la cinemática de la articulación de rodilla a sustituir; las anchuras de rendija así conseguidas dan informaciones acerca de la tensión de los dos ligamentos laterales.

Si en este examen resultan valores muy distintos de la tensión de los ligamentos laterales, el operador tiene ya en este momento la posibilidad de modificar el comportamiento de la tensión mediante pequeñas incisiones en uno de los ligamentos laterales y realizar de esta forma una corrección deseada. Después de cada corrección se vuelve a realizar una distracción y una determinación de las posiciones relativas de fémur y cabeza de la tibia, de modo que pueda detectarse inmediatamente el resultado de esta corrección.

Para el procedimiento posterior se necesitan también datos geométricos acerca de la forma del fémur. Estos datos pueden conseguirse con ayuda de elementos de apoyo navegados, es decir, elementos de apoyo que están provistos de un elemento marcador, respectivamente. Un elemento de apoyo de este tipo puede ser, por ejemplo, una punta palpadora 31 con un elemento marcador 32 (figura 3). Con esta punta palpadora 31 pueden determinarse punto por punto los contornos del fémur 20. Otro elemento de apoyo está formado por un perfil en L 33 con un elemento marcador 34. El perfil en L presenta en su lado interior dos superficies de apoyo 35, 36 planas, que están dispuestas perpendicularmente una respecto a la otra, que pueden apoyarse, por ejemplo, en el extremo distal o dorsal del fémur de tal forma que la superficie de apoyo 35 que se apoya en el extremo distal esté dispuesta perpendicularmente respecto al eje mecánico del fémur 3 que se ha determinado previamente (figura 3). De esta forma puede determinarse la extensión de las superficies articulares 24 y 25 del fémur 3.

A partir de los datos de contorno determinados de esta forma puede calcularse para cara posición relativa de fémur y tibia la distancia de las superficies articulares 24 y 25 del plano de corte serrado 21, concretamente tanto en la dirección medial como en la dirección lateral.

Sin que se haya realizado hasta ahora ninguna modificación en el fémur, se simulan ahora en un siguiente paso de trabajo los desarrollos de movimientos que resultarían en la articulación de rodilla si se implantara una endoprótesis de articulación de una geometría determinada en determinadas posiciones hipotéticas. Por lo tanto, se parte en primer lugar de un determinado tipo de una endoprótesis de articulación de rodilla, que está formada, por ejemplo, por una parte de tibia, una parte intermedia y una parte de fémur, siendo conocidas las medidas de estas partes, al igual que los movimientos relativos de unas partes de esta endoprótesis respecto a otras, que pueden determinarse a partir de la configuración geométrica de la endoprótesis de articulación. Estos datos se introducen en forma de un registro, por ejemplo, mediante el teclado 16, en la instalación de procesamiento de
datos.

Suponiendo que la parte de tibia se apoya de forma ceñida con una superficie de apoyo correspondiente en el plano de corte serrado 21, puede calcularse de esta forma como se mueven superficies de apoyo correspondientes en la parte del fémur en caso de un movimiento de la endoprótesis de articulación. Estas superficies de apoyo de la parte del fémur corresponden a planos de corte serrados en el fémur, que deben realizarse para la adaptación del fémur a la parte del fémur. Según la posición de estos planos de corte serrados, el fémur se posiciona de distintas formas respecto a la parte de fémur y esto conduce naturalmente a distintas posiciones relativas de fémur y tibia en el desarrollo del movimiento de la endoprótesis de articulación de rodilla.

La posición de la parte de fémur respecto al fémur puede variarse, por ejemplo, porque la parte de fémur se posiciona de distintas maneras en la dirección del eje mecánico del fémur (figura 9). Es posible inclinar la parte del fémur respecto al fémur, por ejemplo, alrededor de un eje central que se extiende en la dirección anterior-posterior (figura 10) o alrededor de un eje central que se extiende en la dirección medial-lateral (figura 11). La parte del fémur también puede desplazarse en la dirección anterior-posterior (figura 12). Esto conduce a una modificación correspondiente de las superficies de apoyo de la parte del fémur en el fémur correspondientemente preparado. Esto está representado en las figuras 9 a 12 mediante líneas de trazos y puntos, que muestran distintas posiciones de estas superficies de apoyo.

Para cada posición relativa de la parte del fémur respecto al fémur, la instalación de procesamiento de datos 14 puede calcular la posición relativa de fémur y tibia con la rodilla estirada y doblada y, por lo tanto, por ejemplo también la anchura de la rendija 30 con la rodilla estirada y doblada en la superficie articular medial y lateral.

Por lo tanto, el operador tiene la posibilidad de suponer distintas posiciones relativas de la parte del fémur respecto al fémur y de calcular con esta posición hipotética los efectos en el posicionamiento del fémur respecto a la tibia y, por lo tanto, por ejemplo también las anchuras de la rendija 30 para una posición hipotética determinada de la parte del fémur respecto al fémur.

Para poder suponer una posición especial de este tipo es, por ejemplo, razonable fijar en el fémur una plantilla para serrar y posicionar esta plantilla para serrar de distintas maneras respecto al fémur mediante posibilidades de ajuste adecuadas. El plano definido por la plantilla para serrar puede definir, por ejemplo, la superficie serrada distal del fémur; este plano de corte serrado definido puede desplazarse o girarse respecto al fémur mediante ajuste de la plantilla para serrar. Si la plantilla para serrar también está unida a un elemento marcador, este plano de corte serrado hipotético puede determinarse en el espacio, es decir, el sistema de navegación determina la posición de este plano de corte serrado hipotético respecto al
fémur.

De esta forma, el operador tiene la posibilidad de colocar el plano de corte serrado en distintas posiciones relativas respecto al fémur y de calcular a continuación con esta posición hipotética como se mueven el fémur y la tibia uno respecto a otra debido a la cinemática de la endoprótesis de la posición doblada hasta la posición estirada. En cada plano de corte serrado hipotético y, por lo tanto, en cada posición hipotética de la parte del fémur respecto al fémur resultan, por lo tanto, por ejemplo datos acerca de la anchura de la rendija 30 en la dirección lateral y medial con la rodilla estirada y doblada. Estos datos pueden ser visualizados en la visualización 15, como está representado de forma esquemática en la figura 8. Allí, las anchuras de las rendijas están representadas en forma de rectángulos dispuestos uno al lado del otro, concretamente en un lado para la superficie articular medial y en otro lado para la superficie articular lateral. En ambos casos para la rodilla doblada y estirada. La posición estirada se identifica mediante símbolos 37, la anchura de la rendija mediante barras 38 verticales, cuya altura corresponde a la anchura de la rendija. Esta altura se indica adicionalmente en
cifras.

En la visualización 15 puede representarse adicionalmente una imagen del fémur, en la que se muestra la posición del plano de corte serrado hipotético, de modo que el usuario pueda detectar inmediatamente como está dispuesto este plano de corte serrado hipotético respecto al fémur. Esto es especialmente importante si este plano de corte serrado está inclinado, pudiendo leerse en este caso inmediatamente el ángulo de inclinación respecto a una superficie que está dispuesta perpendicularmente respecto al eje mecánico del fémur. Por lo tanto, el operador también puede comprobar cuáles de las posiciones hipotéticas debe seleccionar para conseguir, por ejemplo, una corrección varus-valgus.

Si el operador predefine, por lo tanto, mediante ajuste de la plantilla para serrar una determinada posición hipotética de la parte del fémur en el fémur, en la visualización aparecen inmediatamente las anchuras de la rendija 30 para la superficie articular lateral y medial, tanto par la rodilla estirada como para la doblada, sin que para ello fuera necesario ningún movimiento de la rodilla. El operador puede comparar ahora las anchuras de rendija obtenidas de esta forma con las anchuras de rendija que quiere conseguir, ya sea que estas anchuras de rendija corresponden exactamente a las anchuras de rendija que ha determinado previamente en la rodilla propia del paciente con ayuda del equipo de distracción 26, ya sea que desea desviarse de estos valores de una forma exactamente definida, por ejemplo, para adaptar distintas anchuras de rendija mediales y laterales.

En esta ocasión, el operador también puede comprobar los efectos en el comportamiento de la tensión de los ligamentos laterales, que resultan porque desea corregir una mala posición determinada de la rodilla, por ejemplo, una mala posición varus-valgus. Por lo tanto, puede hacer un compromiso entre la corrección de la posición, por un lado, y una intervención en el comportamiento de la tensión de los ligamentos laterales, por otro lado, y puede determinar previamente la posición óptima de la parte del fémur respecto al fémur, sin que tuviera que mecanizar para ello el fémur de ninguna manera.

Además, el operador tiene naturalmente también la posibilidad de realizar este procedimiento para una endoprótesis con distintas medidas o distintos comportamientos cinemáticos; también de esta forma resultan distintos movimientos relativos entre fémur y tibia. Por lo tanto, gracias a la entrada de registros correspondientes en la instalación de procesamiento de datos 14 existe adicionalmente la posibilidad de simular distintas partes de prótesis y sus efectos en el desarrollo del movimiento, de modo que, por un lado, mediante la elección de las partes de prótesis y, por otro lado, mediante la posición hipotética de las partes de prótesis respecto al fémur y/o la tibia, se simula todo el desarrollo de movimiento que ha de esperarse y puede compararse con los resultados deseados.

En principio también sería posible realizar un cálculo correspondiente para distintas posiciones hipotéticas de la parte de tibia respecto a la cabeza de tibia, aunque es ventajoso si se parte de la forma descrita de un plano de corte serrado 21 predeterminado para una posición determinada de la parte de tibia, realizándose la variación fundamentalmente porque se varía la propia prótesis y/o la posición hipotética de la parte de fémur respecto al fémur.

En cuanto se haya encontrado una posición óptima del plano de corte serrado, puede realizarse un corte correspondiente en el fémur con ayuda de la plantilla para serrar, formándose, por ejemplo, la superficie serrada distal, a continuación de la cual están dispuestas otras superficies serradas, por ejemplo, una superficie serrada dorsal, que está dispuesta perpendicularmente respecto a la superficie serrada distal. La posición de ésta se determina de forma muy similar porque se parte de diferentes posiciones hipotéticas de esta superficie serrada calculándose a continuación el efecto de los distintos posicionamientos en la cinemática. El desplazamiento del plano de corte dorsal conduce, por ejemplo, a que la parte del fémur se posicione de distintas formas respecto al fémur en la dirección anterior-posterior.

Si se han realizado los cortes, se vuelve a verificar la posición exacta de éstos apoyándose elementos de apoyo navegados en los planos de corte, por ejemplo, el elemento de apoyo 22, de modo que quede garantizado que el plano de corte serrado generado corresponda realmente a la posición hipotética seleccionada del plano de corte serrado.

Los pasos descritos del procedimiento están resumidos de forma esquemática en la representación de la figura 14. En particular, se ve que el operador repite varias veces el proceso de simulación con distintas posiciones hipotéticas de la parte del fémur respecto al fémur, hasta que se haya encontrado la posición óptima.

En la figura 13 está representado de forma esquemática como están dispuestas la parte de tibia 40, la parte intermedia 41 y la parte de fémur 42 de la endoprótesis de la articulación de rodilla después de haberse realizado la implantación en tibia y fémur. En esta representación también puede verse de forma esquemática como se tensan tibia y fémur una respecto a otro mediante los ligamentos laterales 39.

Claims

1. Sistema para la determinación de la posición de la parte de tibia (40) y/o de la parte de fémur (42) de una endoprótesis de articulación de la rodilla respecto a la cabeza proximal de tibia (19) o al fémur distal (20) con un sistema de navegación (12) para controlar la posición del fémur (3) y de la tibia (4) mediante elementos marcadores (7, 8) que pueden fijarse en éstos, con un equipo de distracción (26), que desplaza el fémur distal (20) y la cabeza proximal de la tibia (19) con la rodilla estirada y doblada en la dirección lateral y medial con una fuerza definida a una posición separada, con una instalación de procesamiento de datos (14), que determina las posiciones relativas de fémur (3) y tibia (4) en esta distracción y, por lo tanto, la medida de la rendija (30) entre el fémur (3) y la tibia (4) y que calcula en función de datos geométricos de la endoprótesis de la articulación de la rodilla y de distintas posiciones hipotéticas de la parte de tibia (40) en la tibia (4) y/o de la parte de fémur (42) en el fémur (3) distintas posiciones relativas virtuales de fémur (3) y tibia (4) con la rodilla estirada y doblada.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la instalación de procesamiento de datos (14) tiene asignada una visualización (15) que indica datos que corresponden a la posición relativa del fémur (3) y de la tibia (4) en la distracción y datos que corresponden a las posiciones relativas virtuales, con el fin de comparar los mismos.

3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque la instalación de procesamiento de datos (14) indica en la visualización (15) la medida de la rendija (30) medial y lateral en la posición estirada y doblada de la rodilla en las posiciones relativas virtuales respectivamente calculadas.

4. Sistema según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la instalación de procesamiento de datos (14) indica en la visualización (15) la posición hipotética de la parte de fémur (42) respecto a datos geométricos del fémur (3) para la determinación de distintas posiciones relativas virtuales.

5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende al menos un elemento de apoyo navegado (22, 31, 33), que puede apoyarse en el contorno de la cabeza proximal de la tibia (19) y en el contorno del fémur distal (20) para la determinación de la medida de la rendija (30) entre el fémur (3) y la tibia (4).

6. Sistema según la reivindicación 5, caracterizado porque un elemento de apoyo (31) presenta una punta palpadora, con la que se palpan distintos puntos de los contornos.

7. Sistema según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque un elemento de apoyo (22, 33) presenta una superficie de apoyo plana, que se apoya en el contorno que se ha de determinar.

8. Sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque un elemento de apoyo (33) presenta dos superficies de apoyo (35, 36) que están dispuestas perpendicularmente una respecto a la otra, que se apoyan de forma conjunta en el contorno que se ha de determinar.