ES2841985T3 - Planificación de un corte de tejido óseo humano o animal - Google Patents
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Abstract
Procedimiento implementado por ordenador para planificar un procedimiento de corte de tejido óseo humano o animal (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9), que comprende obtener datos iniciales de una situación inicial del tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9); definir datos objetivo de una situación objetivo del tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) que es diferente de la situación inicial del tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9); y calcular una geometría de corte utilizando los datos iniciales y los datos objetivo para separar el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) mediante corte; en el que la geometría de corte comprende una estructura que está conformada para volver a ensamblar el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) de una manera no desviable en por lo menos un grado de libertad después de haber sido separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte en la situación objetivo.
Description
DESCRIPCIÓN
Planificación de un corte de tejido óseo humano o animal
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento para planificar un procedimiento de corte de tejido óseo humano o animal, a un programa informático para implementar un procedimiento de este tipo. Dichos procedimientos en los que se obtienen datos de una situación inicial del tejido óseo, se diseña una geometría de corte, se corta el tejido óseo a lo largo de la geometría de corte y vuelve a ensamblarse el tejido óseo después de haberse separado mediante corte, pueden utilizarse en muchas aplicaciones médicas o quirúrgicas, tales como en cirugía reparadora.
Técnica anterior
En la cirugía actual, con frecuencia se necesita separar tejido óseo humano o animal en varios fragmentos, para retirar fragmentos individuales unos de otros y volver a ensamblar de nuevo los fragmentos. Por ejemplo, en muchas aplicaciones en cirugía reparadora es necesario separar un hueso en varios fragmentos y volver a ensamblar los varios fragmentos en una posición adaptada para remodelar el hueso a una situación o forma objetivo. Un ejemplo de una aplicación de cirugía reparadora de este tipo es la corrección de la sobremordida de un paciente. De ese modo, en algunos casos se divide la maxila en dos o más fragmentos y vuelve a ensamblarse en una posición objetivo. En la posición objetivo las dos partes del hueso crecen juntas durante el proceso de consolidación o están fijadas ente sí y el hueso se remodela en consecuencia. Para separar o dividir el hueso en una aplicación de este tipo se utilizan herramientas de corte adecuadas que permiten aplicar un corte al hueso.
O, en otras aplicaciones de cirugía, es necesario dividir temporalmente un hueso, por ejemplo, con el fin de acceder a un espacio cubierto por el hueso. Por ejemplo, con el fin de acceder al interior del tórax, por ejemplo, con el fin de acceder al corazón o al pulmón, con frecuencia se separa esternón dividiéndolo y vuelve a ensamblarse después de la intervención a la posición original. De manera similar, también para dicha división se utilizan herramientas de corte de hueso adecuadas para separar el hueso.
Un problema que se produce en la cirugía actual que incluye la separación de tejido óseo humano o animal es que las herramientas de corte convencionales habitualmente presentan una precisión insuficiente de tal manera que volver a ensamblar el tejido óseo provoca efectos adversos o un resultado no satisfactorio. Por ejemplo, las sierras quirúrgicas convencionales producen un corte comparativamente ancho y de ese modo retiran comparativamente mucha sustancia ósea. Además, las herramientas de corte convencionales provocan con frecuencia daños colaterales al tejido óseo cerca del corte que tienen que evitarse si es posible.
En este contexto, se han desarrollado herramientas de corte que permiten un corte preciso mejorado de tejido óseo humano y animal. Por ejemplo, el documento WO 2011/035792 A1 describe un dispositivo médico de osteótomo por láser asistido por ordenador y guiado por robot. Este dispositivo utiliza un láser guiado por brazo robótico, tal como un láser de Er:YAG, para cortar tejido óseo humano o animal mediante fotoablación del tejido a lo largo de una línea de osteotomía predefinida. Con un dispositivo de este tipo puede cortarse hueso u otro tejido óseo con una precisión comparativamente alta y comparativamente pocos daños colaterales.
Sin embargo, aunque las herramientas de corte modernas mencionadas permiten aplicaciones mejoradas en cirugía, cortar tejido óseo para volver a ensamblarlo en una forma o posición objetivo todavía puede resultar problemático. En particular, tras volver a ensamblarse, las partes separadas del tejido óseo pueden desplazarse o moverse ligeramente, por lo menos de manera comparativa, una con respecto a otra de tal manera que el tejido óseo ensamblado de nuevo no se remodela o se reordena de manera precisa en la posición objetivo. Una manera posible de prevenir tal desplazamiento o movimiento puede ser fijar las partes separadas del tejido óseo en la posición objetivo mediante medios mecánicos externos tales como tornillos, clavos o similares. Sin embargo, dicha fijación puede ser comparativamente complicada y laboriosa. Adicionalmente, con frecuencia las partes separadas mediante corte del tejido óseo no están conformadas de manera adecuada con el fin de volver a ensamblarse de manera apropiada en la posición objetivo de tal manera que tienen que utilizarse construcciones auxiliares.
Por tanto, existe una necesidad de cortar tejido óseo humano o animal de una manera que permita volver a ensamblar partes separadas mediante corte del tejido óseo de una manera adaptada para la aplicación prevista.
Además, se conoce un procedimiento de realización de una incisión esternal a partir del documento US2011082459 A1. El procedimiento incluye el empleo de un aparato quirúrgico para realizar una incisión esternal estructurada. El aparato quirúrgico presenta un elemento de incisión para realizar una incisión en el tejido esternal y un mecanismo de accionamiento para el mismo. Tras accionar el elemento de incisión e impulsar el elemento de incisión del aparato quirúrgico con respecto al esternón, se forma el patrón de la incisión esternal estructurada. El patrón se planifica previamente antes de la operación. El patrón puede adoptar formas sinusoidal, dentada, mellada, serrada, con muescas, almenada o en zigzag.
Divulgación de la invención
Según la invención, esta necesidad se resuelve mediante un procedimiento tal como se define por las características de la reivindicación independiente 1 y mediante un programa informático tal como se define por las características de la reivindicación independiente 9. Las formas de realización preferidas son el objeto de las reivindicaciones dependientes.
En particular, el concepto de la invención es el siguiente: un procedimiento implementado por ordenador para planificar un procedimiento de corte de tejido óseo humano o animal que comprende: obtener datos iniciales de una situación inicial del tejido óseo; definir datos objetivo de una situación objetivo del tejido óseo que es diferente de la situación inicial del tejido óseo; y calcular una geometría de corte utilizando los datos iniciales y los datos objetivo para separar el tejido óseo mediante corte; en el que la geometría de corte comprende una estructura que está conformada para volver a ensamblar el tejido óseo de una manera no desviable en por lo menos un grado de libertad después de haberse sido separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte en la situación objetivo.
El procedimiento según la invención es un procedimiento implementado por ordenador. El término “tejido óseo” en el contexto de la invención puede referirse a cualquier tejido óseo o de similar a hueso humano o animal. Particularmente, cubre huesos del esqueleto tales como huesos de quijada, maxilas, esternones, calaveras, cartílago y similares. El término “situación del tejido óseo” puede referirse a la posición y/o forma del tejido óseo. La situación inicial del tejido óseo puede ser una situación de tejido óseo que tiene que corregirse o adaptarse. En un caso de este tipo y según la invención, la situación inicial del tejido óseo es diferente de la situación objetivo del tejido óseo. La situación inicial del tejido óseo también puede ser una situación que tiene que cambiarse temporalmente, por ejemplo, con el fin de abrir el interior del cuerpo o similares. Los términos “datos iniciales” y “datos objetivo” pueden referirse particularmente a datos geométricos que definen la situación del tejido óseo. Estos datos geométricos pueden definirse dentro de un sistema de coordenadas adecuado. Los datos iniciales pueden obtenerse midiendo el tejido óseo, por ejemplo, por medio de tomografía computerizada (TC) o similares y proporcionando información de medición, por ejemplo, como datos digitales.
El término “grado de libertad” tal como se utiliza en relación con la invención se refiere al movimiento de partes o fragmentos separados mediante corte del tejido óseo unos con respecto a otros. Puede referirse particularmente a un movimiento rotacional y/o a un movimiento lateral en cualquier dirección posible. El término “manera distinta” en el contexto de la invención se refiere a un ensamblaje de nuevo no desviable en por lo menos un grado de libertad del tejido óseo en la situación objetivo. En particular, puede referirse a una o varias posiciones objetivo comparativamente precisas a partir de las cuales se excluye una modificación continua o progresiva por lo menos en el grado de libertad mencionado. Esto significa que, según este término, el tejido óseo solo puede volver a ensamblarse en cualquier situación objetivo predefinida y no resulta razonablemente viable ninguna desviación continua o flotante del mismo en dicho por lo menos un grado de libertad. Esto puede diferenciar particularmente el procedimiento según la invención de cualquier procedimiento en el que se separa tejido óseo mediante corte y vuelve a ensamblarse de una manera continua a lo largo del corte, por ejemplo, hasta que se logra más o menos una situación objetivo pretendida.
Conformando la estructura de la geometría de corte según la situación objetivo del hueso puede dotarse al corte planificado de una función particular. Es decir, un corte funcional de este tipo puede definir y restringir geométricamente posibles movimientos de partes de hueso separadas mediante corte unas con respecto a otras. De ese modo, el corte funcional puede permitir reposicionar de manera comparativamente precisa el hueso en la posición objetivo y puede prevenirse cualquier movimiento del mismo por lo menos en el grado de libertad. Además, un corte funcional de este tipo permite proporcionar área de superficie de contacto adicional en comparación con cortes convencionales de tal manera que puede lograrse una conexión más fuerte después de volver a ensamblarse y consolidarse entre sí.
Por tanto, el procedimiento según la invención permite cortar tejido óseo humano o animal mientras que ya se considera y se implementa inicialmente volver a ensamblar partes separadas mediante corte del tejido óseo según la aplicación prevista. De ese modo, es posible garantizar que el tejido óseo puede volver a ensamblarse de manera comparativamente precisa y estable en la posición objetivo sin requerir obligatoriamente medios de fijación adicionales o similares. Las imprecisiones del posicionamiento manual o similar de las partes de hueso separadas mediante corte mientras se vuelven a ensamblar pueden minimizarse o incluso excluirse. Según otro aspecto de la divulgación, la estructura de la geometría de corte puede conformarse de tal manera que el tejido óseo puede volver a ensamblarse de una manera distinta en todos los grados de libertad en la situación objetivo después de haberse separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte. El término “todos los grados de libertad” se refiere en este contexto a un movimiento de las partes de hueso separadas mediante corte unas con respecto a otras. De manera particular, esto no incluye ningún movimiento para separar las partes de hueso separadas mediante corte unas de otras sino tan solo para posicionar las partes de hueso separadas mediante corte unas con respecto a otras. De esta manera, la posición objetivo puede predefinirse de manera precisa mediante la geometría del propio corte y puede prevenirse cualquier movimiento no intencionado de las partes de hueso
separadas mediante corte unas con respecto a otras. También puede prevenirse el seguimiento del nuevo ensamblaje mediante medios externos.
En una forma de realización preferida, la estructura de la geometría de corte está conformada de tal manera que el tejido óseo pueda volver a ensamblarse exclusivamente en una única situación objetivo después de haberse separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte.
En otra forma de realización preferida, la estructura de la geometría de corte está conformada de tal manera que el tejido óseo puede volver a ensamblarse en varias situaciones objetivo distintas graduales después de haberse separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte. De ese modo, la estructura de la geometría de corte se calcula preferentemente utilizando una función periódica y se conforma de manera periódica según la función periódica. En este contexto, el término “función periódica” puede referirse a una función periódica complicada en la que función complicada puede significar una función encima de una función regular tal como una función circular o similar. La función periódica puede ser particularmente una función sinusoidal o similar, una función triangular o similares.
Preferentemente, la estructura de la geometría de corte comprende una parte curvada convexa y una parte curvada cóncava correspondiente a la parte curvada convexa en la que la parte curvada convexa se dispone en la parte curvada cóncava cuando el tejido óseo está en la situación objetivo. Con una geometría de corte de este tipo puede prevenirse un movimiento de retorcimiento o rotación de las partes de hueso separadas mediante corte mientras que, en algunas formas de realización, todavía puede ser posible un movimiento rotacional perpendicular a la cara de corte.
La estructura de la geometría de corte comprende una parte en forma de cuña convexa y una parte en forma de cuña cóncava correspondiente a la parte en forma de cuña convexa en la que la parte en forma de cuña convexa se dispone en la parte en forma de cuña cóncava cuando el tejido óseo está en la situación objetivo. De ese modo, las partes en forma de cuña pueden definirse mediante ángulos de superficies no perpendiculares en lados diferentes de la parte en forma de cuña. Con una estructura de este tipo puede prevenirse el desplazamiento paralelo de las partes de hueso separadas mediante corte.
Preferentemente, la estructura de la geometría de corte comprende un saliente y un rebaje correspondiente al saliente en la que el saliente se dispone en el rebaje cuando el tejido óseo está en la situación objetivo. De ese modo, el saliente comprende preferentemente una barra y el rebaje una ranura correspondiente a la barra. Una disposición de este tipo permite bloquear las partes de hueso separadas mediante corte unas con respecto a otras mientras que todavía puede ser posible un movimiento paralelo o lateral. Proporcionando una pluralidad de barras y ranuras correspondientes la distancia entre las barras puede definir una distancia de desplazamiento deseada.
Además, el saliente comprende preferentemente un pasador y el rebaje comprende un orificio correspondiente al saliente. Una estructura de este tipo permite dotar al corte de una función de tipo enchufe. En particular, disponiendo el pasador dentro del orificio pueden enchufarse entre sí de manera precisa las partes separadas mediante corte del tejido óseo en la posición objetivo.
Un aspecto adicional de la invención se refiere a un programa informático que comprende unos comandos legibles por ordenador que hacen que un ordenador implemente un procedimiento tal como se describió anteriormente cuando se cargan en, o se ejecutan por el ordenador. Un programa informático de este tipo permite implementar de manera eficiente el procedimiento según la invención y sus efectos relacionados.
Otro aspecto adicional de la divulgación, que no forma parte de la invención, se refiere a un procedimiento de corte de tejido óseo humano o animal. El procedimiento comprende: obtener datos iniciales de una situación inicial del tejido óseo; definir datos objetivo de una situación objetivo del tejido óseo; calcular una geometría de corte utilizando los datos iniciales y los datos objetivo para separar el tejido óseo mediante corte, en el que la geometría de corte comprende una estructura que está conformada de tal manera que el tejido óseo puede volver a ensamblarse de una manera diferenciada en por lo menos un grado de libertad en la situación objetivo después de haberse separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte; cortar la geometría de corte en el tejido óseo; separar el tejido óseo a lo largo de la geometría de corte; y volver a ensamblar el tejido óseo en la situación objetivo.
El procedimiento que puede ser un procedimiento in vitro implementa el procedimiento descrito anteriormente en la presente memoria. Por consiguiente, también implementa los efectos y las ventajas de este procedimiento tal como se describió anteriormente. En consecuencia, el procedimiento permite cortar tejido óseo humano o animal mientras que ya se considera inicialmente volver a ensamblar partes separadas mediante corte del tejido óseo según la aplicación prevista. De ese modo, es posible garantizar que el tejido óseo puede volver a ensamblarse de manera comparativamente precisa y estable en la posición objetivo sin requerir obligatoriamente medios de fijación adicionales o similares. Las imprecisiones del posicionamiento de manual o similar de las partes separadas mediante corte mientras se vuelven a ensamblar pueden minimizarse o incluso excluirse.
Preferentemente, la geometría de corte se corta en el tejido óseo mediante un haz de láser. Un haz de láser de este tipo permite aplicar de manera precisa cortes en cualquier ángulo y profundidad sin alterar sustancialmente el tejido óseo u otro tejido circundante. De ese modo, el haz de láser se proporciona preferentemente mediante una fuente de láser montada en un brazo robótico. Una disposición de este tipo permite mover y dirigir de manera precisa el haz de láser en cualquier grado de libertad de tal manera que pueden aplicarse geometrías de corte comparativamente complicadas. De ese modo, el haz de láser y el brazo robótico se controlan preferentemente mediante un ordenador, en el que el ordenador está dispuesto para calcular la geometría de corte utilizando los datos iniciales y los datos objetivo. En particular, el ordenador puede utilizar datos anteriormente obtenidos y determinados a partir de un algoritmo que calcula previamente el trayecto o la geometría de corte con los datos iniciales para lograr la geometría o posición objetivo.
Preferentemente, cortando la geometría de corte en el tejido óseo, se corta el tejido óseo en una primera parte de hueso y una segunda parte de hueso en la que, en la situación objetivo, la primera parte de hueso y la segunda parte de hueso están desplazadas una con respecto a la otra. De esta manera, el tejido óseo puede remodelarse de manera conveniente, lo cual es necesario en muchas aplicaciones quirúrgicas.
Estos y otros aspectos de la invención se pondrán de manifiesto y se esclarecerán haciendo referencia a la(s) forma(s) de realización descrita(s) a continuación en la presente memoria.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describen el procedimiento según la invención, el programa informático según la invención, en más detalle mediante unas formas de realización a título de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra un aparato de cirugía asistido por ordenador para implementar una forma de realización de un procedimiento y programa informático según la invención;
la figura 2 muestra un corte de curvatura basado en una geometría de corte que presenta una estructura con una parte curvada convexa y una parte curvada cóncava proporcionado mediante un procedimiento según la invención;
la figura 3 muestra un corte en forma de cuña basado en una geometría de corte que presenta una estructura con una parte en forma de cuña convexa y una parte en forma de cuña cóncava proporcionado mediante un procedimiento según la invención;
la figura 4 muestra un corte de enchufe basado en una geometría de corte que presenta una estructura con barras y ranura proporcionada mediante un procedimiento según la invención;
la figura 5 muestra un corte periódico basado en una geometría de corte que presenta una forma periódica que recubre una línea de corte curvada proporcionado mediante un procedimiento según la invención;
la figura 6 muestra un corte periódico complicado basado en una geometría de corte que presenta una forma periódica complicada que recubre una línea de corte recta proporcionado mediante un procedimiento que no forma parte de la invención;
la figura 7 muestra un corte discontinuo proporcionado mediante un procedimiento según la invención; la figura 8 muestra un corte de retirada proporcionado mediante un procedimiento según la invención;
la figura 9 muestra un corte de implantación proporcionado mediante un procedimiento según la invención; la figura 10 muestra una situación inicial de un ejemplo de cirugía ortognática maxilar que aplica un procedimiento según la invención;
la figura 11 muestra una situación objetivo del ejemplo de la figura 10;
la figura 12 muestra geometrías de corte del ejemplo de la figura 10;
la figura 13 muestra un ejemplo de cirugía de apertura de esternón que aplica un procedimiento que no forma parte de la invención y
la figura 14 muestra un ejemplo de cirugía de desplazamiento maxilar que aplica un procedimiento según la invención.
Descripción de formas de realización
En la siguiente descripción, se utilizan determinados términos por motivos de conveniencia y, por tanto, no deben interpretarse como limitativos. Los términos “derecha”, “izquierda”, “arriba”, “abajo”, “horizontal”, “vertical”, “superior”, “ inferior”, “debajo” y “encima” se refieren a las direcciones en las figuras. La terminología comprende los términos mencionados de manera explícita, así como sus derivaciones y términos con un significado similar.
La figura 1 muestra una vista esquemática de un aparato de cirugía asistido por ordenador 1 que comprende una forma de realización de un programa informático según la invención y que está dispuesto para aplicar el procedimiento según la invención y el procedimiento según la divulgación. El aparato 1 comprende un brazo robótico 11 que está dispuesto de manera fija en uno de sus extremos longitudinales en una plataforma de soporte. En el otro extremo longitudinal del brazo robótico está dispuesta una cabeza de láser 12 que puede moverse por el brazo robótico 11 en todos los grados de libertad. La cabeza de láser 12 presenta una fuente de láser, una óptica de enfoque y espejos ajustables para redirigir el láser. Montado de manera fija en la cabeza de láser 12 hay un sistema de monitorización de la cabeza de láser 12 que presenta dos cámaras 15. Además, una pantalla de marcador 13 está unida a la cabeza de láser 12. El aparato 1 también comprende un dispositivo de seguimiento 14 y una unidad de control que presenta un ordenador 16 que ejecuta el programa informático.
En la esfera de acción del aparato 1, está dispuesta una mandíbula 2 o quijada inferior como tejido óseo. Una pantalla de marcador 22 está unida a la mandíbula. La cabeza de láser 12 del aparato proporciona un haz de láser 31 sobre la mandíbula 2 a lo largo de una línea de osteotomía 21 que define una geometría de corte. De ese modo, se corta la mandíbula 2 mediante el haz de láser 31 a lo largo de la línea de osteotomía 21. La línea de osteotomía presenta una parte realizada 211, es decir el corte, en la que ya se ha cortado la mandíbula 2 mediante el haz de láser 31 y una parte planificada 212 en la que todavía tiene que cortarse la mandíbula 2. La línea de osteotomía 21 presenta una forma rectangular periódica con ángulos rectos de tal manera que se forman varias barras y ranuras paralelas en la mandíbula 2.
En la utilización del aparato 1, se obtienen datos geométricos iniciales de la mandíbula 2, por ejemplo, por medio de tomografía computerizada (TC), reconstrucción estéreo tridimensional utilizando las dos cámaras 15, utilizando una cámara y un haz de láser barrido para reconstrucción tridimensional o tomografía de coherencia óptica (TCO). Los datos geométricos iniciales son procesados por el ordenador 16 en el que datos geométricos objetivo de una situación objetivo de la mandíbula 2 están definidos previamente por medio del ordenador 16. Después, el ordenador 16 modela y calcula una geometría de corte ideal o adecuada, es decir, en la figura 1, la línea de osteotomía 21. De ese modo, la línea de osteotomía 21 estructura la geometría de corte de tal manera que la mandíbula 2 puede separarse mediante división y volver a ensamblarse de una manera horizontalmente distinta creando las barras y las ranuras.
Después, la mandíbula 2 se dispone en una ubicación adecuada en la esfera de acción del aparato 1 y el haz de láser 31 proporcionado por la cabeza de láser 12 corta la mandíbula 2 a lo largo de la línea de osteotomía 21. Con ese fin, se mueve la cabeza de láser 12 mediante el brazo robótico 11 y se ajusta el haz de láser 31 mediante los espejos de la cabeza de láser 12. En particular, la posición y orientación del haz de láser 31 se controlan de manera automática mediante la unidad de control de tal manera que la mandíbula 2 se corta de manera precisa a lo largo de la línea de osteotomía 21.
Después de ser cortada, se separa la mandíbula 2 moviendo verticalmente la parte inferior a partir de la parte superior de la mandíbula 2. Después se desplaza la parte inferior mediante un número apropiado de barras y vuelve a ensamblarse disponiendo barras en ranuras distintas de las ranuras de las que se originan. De ese modo, la parte inferior puede desplazarse horizontalmente y de manera distinta o gradual a la derecha en un número adecuado de barras de tal manera que la mandíbula 2 está en la situación objetivo.
Lo siguiente se aplica al resto de esta descripción. Si, con el fin de aclarar los dibujos, una figura contiene signos de referencia que no se explican en la parte directamente asociada de la descripción, entonces se refiere a secciones anteriores de la descripción.
A continuación, se explican en más detalle ejemplos de geometrías de corte para separar tejido óseo mediante corte y ejemplos de aplicaciones de tales geometrías de corte o cortes funcionales. Estas geometrías de corte que pueden generarse en un procedimiento según la invención comprenden particularmente una estructura que está conformada para permitir volver a ensamblar el tejido óseo de una manera distinta en por lo menos un grado de libertad después de haberse separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte.
La figura 2 muestra una vista esquemática de un tejido óseo 4 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte que presenta una estructura en forma con curvatura para dar una primera parte de hueso superior 41 y una segunda parte de hueso inferior 42. En particular, la estructura presenta una parte curvada convexa 411 en la primera parte de hueso 41 y una parte curvada cóncava 421 correspondiente en la segunda parte de hueso 42.
La estructura en forma de curvatura del tejido óseo 4 está definida por un centro C y un radio r del corte de curvatura que crea la parte curvada convexa 411 y la parte de forma cóncava 421. Aunque la primera parte de hueso 41 y la segunda parte de hueso 42 pueden moverse en una dirección tangencial 5 que permite una rotación perpendicular a una línea de corte y en una dirección lateral 6 una con respecto a la otra, otros grados de libertad tal como retorcimiento o similares se evitan mediante la geometría de corte. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de hueso 41 y la segunda parte de hueso 42.
En la figura 3, una vista esquemática de un tejido óseo 49 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte que presenta una estructura en forma de cuña en una primera parte de hueso superior 419 y una segunda parte de hueso inferior 429. En particular, la estructura presenta una parte en forma de cuña convexa 4119 en la primera parte de hueso 419 y una parte en forma de cuña cóncava 4219 correspondiente en la segunda parte de hueso 429.
La estructura en forma de cuña del tejido óseo 49 está definida por un centro C y un radio r, en la que el radio r cambia en una dirección lateral de tal manera que se forma un ángulo no perpendicular 8 lateralmente entre la superficie de la parte en forma de cuña convexa 4119 y el radio r. Al realizar cortes con dicho ángulo de corte no perpendicular a partir de ambos lados pueden obtenerse las superficies en forma de cuña de la parte en forma de cuña convexa 4119 y la parte en forma de cuña cóncava 4219 correspondiente, lo cual evita el desplazamiento paralelo o lateral pero todavía permite que la primera parte de hueso 419 y la segunda parte de hueso 429 se muevan en una dirección tangencial 59. Por tanto, la geometría de corte solo permite un ensamblaje distinto de la primera parte de hueso 419 y la segunda parte de hueso 429.
La figura 4 muestra una vista esquemática de un tejido óseo 48 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte que presenta una estructura con varias barras 4128, 4228 y varias ranuras 4118, 4218 para dar una primera parte de hueso superior 418 y una segunda parte de hueso inferior 428. En particular, la estructura presenta dos barras 4128 separadas una de otra por una ranura 4118 en la primera parte de hueso 418 y dos ranuras 4218 correspondientes separadas por una barra 4228 en la segunda parte de hueso 428. De ese modo, las barras 4128 de la primera parte de hueso 418 sobresalen hacia abajo en la dirección a la segunda parte de hueso 428 y la barra 4228 de la segunda parte de hueso 428 sobresale hacia arriba en la dirección a la primera parte de hueso 418. Las barras 4128, 4228 y las ranuras 4118, 4218 presentan la misma anchura, es decir, la distancia d.
Tal como se muestra en la figura 4, el tejido óseo 48 vuelve a ensamblarse después de separarse de tal manera que una de las barras 4128 de la primera parte de hueso 418 se dispone en una de las ranuras 4218 de la segunda parte de hueso 428 contigua a la ranura 4218 de la cual se origina. En particular, la barra 4128 de la derecha de la primera parte de hueso 418 que originalmente estaba asociada con la ranura 4218 de la derecha de la segunda parte de hueso 428 está dispuesta en la ranura 4218 de la izquierda de la segunda parte de hueso 428. De este modo, la primera parte de hueso 418 está desplazada con respecto a la segunda parte de hueso 428 en una dirección longitudinal 58 la distancia 2*d. De ese modo, la distancia 2*d define la distancia de desplazamiento deseada de tal manera que el desplazamiento longitudinal de la primera parte de hueso 418 con respecto a la segunda parte 428 está predefinido de manera exacta y puede prevenirse una desviación del mismo. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de hueso 418 y la segunda parte de hueso 428 en una posición objetivo predefinida. No se necesita realizar un seguimiento del movimiento de desplazamiento con un sistema de seguimiento externo y realizar un ajuste fino manual del desplazamiento.
En la figura 5, se muestra una vista esquemática de un tejido óseo 47 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte que presenta una estructura de forma periódica para dar una primera parte de hueso superior 417 y una segunda parte de hueso inferior 427. En particular, en la estructura de la geometría de corte una línea de corte de base 517 está recubierta con una función triangular periódica 527 de tal manera que la primera parte de hueso 417 está provista de unas series de salientes triangulares 4127 y rebajes triangulares 4117 que presentan un periodo p y la segunda parte de hueso 427 está provista de unas series correspondientes de salientes triangulares 4227 y rebajes triangulares 4217 que presentan el periodo p. De ese modo, se define una distancia de desplazamiento en escalones correspondientes al periodo p.
Tal como se muestra en la figura 5 el tejido óseo 47 vuelve a ensamblarse después de separarse de tal manera que los salientes triangulares 4127 de la primera parte de hueso 417 se disponen en los rebajes triangulares 4217 de la segunda parte de hueso 427 contiguos a los rebajes 4217 de los que se originan. De ese modo, la segunda parte de hueso 427 se desplaza a lo largo de la línea de corte de base 517 en el periodo p. El periodo p define la distancia de escalón de desplazamiento deseada de tal manera que el desplazamiento longitudinal de la primera parte de hueso 417 con respecto a la segunda parte 427 está predefinido de manera exacta y puede prevenirse una desviación con respecto a los escalones predefinidos. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de hueso 417 y la segunda parte de hueso 427 en una posición objetivo predefinida. No se necesita realizar un seguimiento del movimiento de desplazamiento con un sistema de seguimiento externo y realizar un ajuste fino manual del desplazamiento.
En una forma de realización no mostrada de manera explícita en las figuras, la estructura de forma periódica mostrada en la figura 5 se combina con la estructura en forma de cuña de la figura 3.
La figura 6 muestra una vista esquemática de un tejido óseo 46 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte que presenta una estructura de forma complicada para dar una primera parte de hueso superior 416 y una segunda parte de hueso inferior 426. En particular, en la estructura de la geometría de corte una línea de corte de base 516 se recubre con una función sinusoidal 526 con un periodo no uniforme p que genera varios salientes 4126 y rebajes 4116 no uniformes en la primera parte de hueso 416 y varios salientes 4216 y rebajes 4216 no uniformes correspondientes en la segunda parte de hueso 426. Además de esto, la función sinusoidal 526 varía en una dirección lateral del tejido óseo 46 de tal manera que se forma un ángulo de corte lateral no perpendicular 8.
Cambiando el ángulo de corte 8 con diversas funciones sinusoidales, se logra una superficie de corte retorcida. Esto previene el desplazamiento paralelo o lateral, así como el desplazamiento longitudinal. Mientras se utiliza el periodo no uniforme p y el ángulo de corte variable 8, la primera parte de hueso 416 y la segunda parte de hueso 426 solo coinciden en una única posición a lo largo de la línea de corte 516. Por tanto, tal superficie de corte inclinada y función de corte no periódica combinadas dan como resultado dos partes de hueso 416, 426 que solo coinciden entre sí en la posición original de la situación inicial. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de hueso 416 y la segunda parte de hueso 426 en una posición objetivo predefinida que es igual que la posición inicial.
En la figura 7, se muestra una vista esquemática de un tejido óseo 45 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte que presenta una estructura de forma discontinua para dar una primera parte de hueso superior 415 y una segunda parte de hueso inferior 425. En particular, en la estructura de la geometría de corte la primera parte de hueso 415 comprende un primer elemento de gancho 4115 y la segunda parte de hueso un segundo elemento de gancho 4215. El primer elemento de gancho 4115 se engancha en el segundo elemento de gancho 4215 de tal manera que la primera parte de hueso 415 puede moverse con respecto a la segunda parte de hueso principalmente solo en una dirección de desplazamiento 55.
Tal como se muestra en la figura 7, la segunda parte de hueso 425 está desplazada con respecto a la primera parte de hueso 415 a lo largo de la dirección de desplazamiento 55 de tal manera que se forman cavidades entre la primera parte de hueso 415 y la segunda parte de hueso 425. De esta manera, la estructura discontinua comparativamente complicada permite combinaciones con placas y/o separadores para crear una posición objetivo en la que la primera parte de hueso 415 solo se conecta parcialmente a la segunda parte de hueso 425.
La figura 8 muestra una vista esquemática de una mandíbula 44 que se separa mediante corte a lo largo de una geometría de corte para dar una primera parte de mandíbula 414 de la derecha y una segunda parte de mandíbula 424 de la izquierda en la que la geometría de corte está estructurada para retirar un fragmento de mandíbula 444. En particular, la estructura de la geometría de corte comprende un primer saliente triangular 4114 y un primer rebaje triangular 4124 dispuestos en la primera parte de mandíbula 414 y un segundo saliente triangular 4214 y un segundo rebaje triangular 4224 correspondientes dispuestos en la segunda parte de mandíbula 424.
Tal como se muestra en la figura 8, cuando está volviendo a ensamblarse se retira el fragmento de mandíbula 444. Además, la estructura de la geometría de corte está conformada de tal manera que el segundo fragmento de mandíbula se desplaza en una dirección de desplazamiento 514 y se hace rotar en una dirección de pivotado 524 cuando el primer saliente 4114 se dispone en el segundo rebaje 4224 y el segundo saliente 4214 se dispone en el primer rebaje 4124. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de mandíbula 414 y la segunda parte de mandíbula 424 en una posición objetivo predefinida en la que la primera parte de mandíbula 414 se ha desplazado y rotado con respecto a la segunda parte de mandíbula 424. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de hueso 416 y la segunda parte de hueso 426 en una posición objetivo predefinida.
De esta manera, dependiendo de la aplicación, pueden proporcionarse cortes en los que se retira una determinada parte o fragmento. Por ejemplo, en cirugía ortognática puede corregirse una sobremordida retirando una parte de la mandíbula tal como se muestra en la figura 8. Haciendo esto con un corte de retirada diseñado, puede definirse de manera exacta el desplazamiento y la rotación de la mandíbula 44.
En la figura 9, se muestra una vista esquemática de un tejido óseo 43 separado mediante corte a lo largo de una geometría de corte estructurada para una implantación en una primera parte de hueso superior 413 y una segunda parte de hueso inferior 423. En particular, la estructura de la geometría de corte presenta un rebaje trapezoidal 4113 en la primera parte de hueso 413 y la segunda parte de hueso 423 presenta un cuerpo trapezoidal 4213 correspondiente. De esta manera, la segunda parte de hueso 423 solo puede conectarse a la primera parte de hueso 413 desplazándose en una dirección de conexión 53. En el tejido óseo 43 ensamblado de nuevo la segunda parte de hueso 423 se sujeta en la primera parte de hueso 413 de tal manera que no puede desplazarse hacia abajo a partir de la misma tal como, por ejemplo, mediante un peso 433.
Una geometría de corte de este tipo permite un trasplante de tejido óseo o similar. De ese modo, la segunda parte de hueso 423 no vuelve a ensamblarse en la primera parte de hueso 413 de la que se origina sino en una primera
parte de hueso diferente de un tejido óseo objetivo. Una aplicación de este tipo puede ser, por ejemplo, una implantación de ligamento en la rodilla.
La figura 10 muestra una vista esquemática de una calavera 7 en una situación inicial de un ejemplo de un procedimiento ortognático maxilar. La calavera 7 comprende un cráneo 72 con una maxila 71 y una mandíbula 73. La mandíbula 73 sobresale por encima de la maxila 71 en un sentido distal un desplazamiento d de tal manera que se forma una sobremordida. Para corregir la sobremordida, tiene que cortarse y desplazarse la maxila 71.
En la figura 11, la calavera 7 se muestra en una situación objetivo en la que, para permitir una comparación, la situación inicial de la calavera 7 se indica en líneas discontinuas. Los signos de referencia referidos a la situación inicial son los mismos que los signos de referencia referidos a la situación objetivo dotados de un apóstrofo. Este corte para corregir la sobremordida se realiza desde la concha nasal hacia el pterigoideo. Dado que la línea de corte correspondiente t no es paralela al desplazamiento d de la mordida, el desplazamiento a lo largo de esta línea de corte t también levanta la maxila 71. Para obtener una coincidencia adecuada de la maxila 71 y la mandíbula 73 en la situación objetivo se elige la curvatura de la línea de corte t de tal manera que una rotación a de la maxila 71 y una rotación p de la mandíbula 73 son esencialmente iguales.
Tal como se muestra en la figura 12, esto se realiza con una superficie de corte en forma de cuña y que guía el desplazamiento d en la dirección deseada y también previene cortar el palatino.
La figura 13 muestra un ejemplo de un procedimiento de cirugía de apertura de esternón. Se corta un esternón 8 a lo largo de una geometría de corte con una estructura retorcida para dar una primera parte de esternón 81 de la derecha y una segunda parte de esternón 82 de la izquierda. La estructura de la geometría de corte está definida por una función sinusoidal periódica con un periodo no uniforme que genera varios salientes 811 y rebajes 812 no uniformes en la primera parte de esternón 81 y varios salientes 821 y rebajes 822 no uniformes correspondientes en la segunda parte de esternón 82. Además de esto, la función sinusoidal varía en un sentido proximal o interior del esternón 8 de tal manera que se forma un ángulo de corte respectivo no perpendicular. Utilizar una función de corte no periódica de este tipo y una superficie de corte retorcida para abrir el esternón 8 puede garantizar que el tórax se cierra de nuevo en la posición original. Por tanto, la geometría de corte solo permite un nuevo ensamblaje distinto de la primera parte de esternón 81 y la segunda parte de esternón 82 en una situación objetivo predefinida que es igual que la situación inicial.
En la figura 14, se muestra una vista esquemática de una calavera 9 en una situación objetivo de otro ejemplo de cirugía de desplazamiento maxilar. De ese modo, la calavera 9 comprende un cráneo 92 con una maxila 91 y una mandíbula 93. La mandíbula 93, que originalmente sobresalía por encima de la maxila 91 en un sentido distal, se corrige cortando la maxila 91 a partir del cráneo 92 a lo largo de una geometría de corte y volviendo a ensamblarla en la situación objetivo. La geometría de corte comprende una estructura con una función triangular periódica con periodo p de tal manera que se forman varios salientes triangulares 911 y varios rebajes triangulares 912 en la maxila 91 y se forman varios salientes triangulares 921 y varios rebajes triangulares 922 correspondientes en el cráneo 92.
La maxila 91 se hace avanzar con respecto al cráneo 92 un periodo p de tal manera que los salientes 911 de la maxila 91 se disponen en los rebajes 922 del cráneo 92 contiguos de manera distal a los rebajes 922 de los que se originan. De esta manera, es posible asegurarse de que la maxila cortada 91 se desplaza exactamente la distancia objetivo, es decir, el periodo p.
En las reivindicaciones, el término “que comprende” no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido “un” o “una” no excluye una pluralidad. Una única unidad o etapa puede cumplir las funciones de varias características mencionadas en las reivindicaciones. El simple hecho de que ciertas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que no pueda utilizarse de manera ventajosa una combinación de estas medidas. Los términos “esencialmente”, “alrededor de”, “aproximadamente” y similares en relación con un atributo o un valor también definen particularmente de manera exacta el atributo o de manera exacta el valor, respectivamente. El término “aproximadamente” en el contexto de un valor o intervalo numérico dado se refiere un valor o intervalo que, por ejemplo, dentro del 20%, está comprendido entre el 10%, y el 5% o dentro del 2% del valor o intervalo dado. No debe interpretarse que ningún signo de referencia en las reivindicaciones limite el alcance.
Un programa informático puede almacenarse/distribuirse en un medio adecuado, tal como un medio de almacenamiento óptico o un medio de estado sólido suministrado junto con, o como parte de, otro hardware, pero también puede distribuirse de otras formas, tal como a través de Internet u otros sistemas de telecomunicación cableados o inalámbricos. En particular, por ejemplo, un programa informático puede ser un producto de programa informático almacenado en un medio legible por ordenador, producto de programa informático que puede presentar código de programa ejecutable por ordenador adaptado para ejecutarse para implementar un procedimiento específico tal como el procedimiento según la invención. Además, un programa informático también puede ser un producto de estructura de datos o una señal para implementar un procedimiento específico tal como el procedimiento según la invención.
Claims (10)
1. Procedimiento implementado por ordenador para planificar un procedimiento de corte de tejido óseo humano o animal (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9), que comprende
obtener datos iniciales de una situación inicial del tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9);
definir datos objetivo de una situación objetivo del tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) que es diferente de la situación inicial del tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9); y
calcular una geometría de corte utilizando los datos iniciales y los datos objetivo para separar el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) mediante corte;
en el que la geometría de corte comprende una estructura que está conformada para volver a ensamblar el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) de una manera no desviable en por lo menos un grado de libertad después de haber sido separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte en la situación objetivo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura de la geometría de corte está conformada para volver a ensamblar el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) exclusivamente en una única situación objetivo después de haber sido separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la estructura de la geometría de corte está conformada para volver a ensamblar el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) en varias situaciones objetivo distintas graduales después de haber sido separado mediante corte a lo largo de la geometría de corte.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la estructura de la geometría de corte es calculada utilizando una función periódica (527) y está conformada de manera periódica con la función periódica (527).
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura de la geometría de corte comprende una parte curvada convexa (411) y una parte curvada cóncava (421) correspondiente a la parte curvada convexa (411) en el que la parte curvada convexa (411) está dispuesta en la parte curvada cóncava (421) cuando el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) está en la situación objetivo.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura de la geometría de corte comprende una parte en forma de cuña convexa (4119) y una parte en forma de cuña cóncava (4219) correspondiente a la parte en forma de cuña convexa (4119) en el que la parte en forma de cuña convexa (4119) está dispuesta en la parte en forma de cuña cóncava (4219) cuando el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) está en la situación objetivo.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura de la geometría de corte comprende un saliente (911, 921; 4114, 4214; 4127, 4227; 4128, 4228) y un rebaje (912, 922; 4124, 4224; 4117, 4217; 4118, 4218) correspondiente al saliente (911, 921; 4114, 4214; 4127, 4227; 4128, 4228) en el que el saliente (911, 921; 4114, 4214; 4127, 4227; 4128, 4228) está dispuesto en el rebaje (912, 922; 4124, 4224; 4117, 4217; 4118, 4218) cuando el tejido óseo (2; 4; 43; 44; 45; 47; 48; 49; 7; 9) está en la situación objetivo.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el saliente comprende una barra (911, 921; 4127, 4227; 4128, 4228) y el rebaje comprende una ranura (912, 922; 4117, 4217; 4118, 4218) correspondiente a la barra (911, 921; 4127, 4227; 4128, 4228).
9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, en el que el saliente comprende un pasador y el rebaje comprende un orificio correspondiente al saliente.
10. Programa informático que comprende unos comandos legibles por ordenador que hacen que un ordenador implemente un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores cuando son cargados en el ordenador o ejecutados por el mismo.
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