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ES2974667T3 - Sistema de identificación de posición de marcador para cirugía ortopédica - Google Patents

Sistema de identificación de posición de marcador para cirugía ortopédica Download PDF

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ES2974667T3
ES2974667T3 ES16868821T ES16868821T ES2974667T3 ES 2974667 T3 ES2974667 T3 ES 2974667T3 ES 16868821 T ES16868821 T ES 16868821T ES 16868821 T ES16868821 T ES 16868821T ES 2974667 T3 ES2974667 T3 ES 2974667T3
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Yong Hee Han
Dong Gi Woo
Jun Woo Park
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Curexo Inc
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Abstract

La presente invención se refiere a un sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica y un método para identificar el mismo, en donde el sistema comprende un sensor principal y un sensor auxiliar que tienen diferentes esquemas de detección, de modo que durante la cirugía ortopédica, es posible para manejar de manera flexible una situación en la que falla un solo sensor o no se puede recibir una señal de detección, identificando así con precisión la posición y postura de un marcador. El método para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente invención se caracteriza técnicamente por comprender los pasos de: (a) detectar una posición adyacente a un sitio quirúrgico y la posición de un primer sensor de una unidad de sensor montada en un lado de un robot quirúrgico, usando una primera unidad de detección de posición, y detectando la posición de un segundo sensor de la unidad sensora, usando una segunda unidad de detección de posición; (b) recibir señales de posición detectadas por la primera unidad de detección de posición y la segunda unidad de detección de posición y sincronizar la posición de un sensor auxiliar con el sistema de coordenadas del sensor que se establece como sensor principal, usando una unidad de sincronización de posición del sensor de un unidad de control; y (c) rastrear la posición y postura de la unidad sensora, usando una unidad de seguimiento de posición. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de identificación de posición de marcador para cirugía ortopédica
CAMPO DE LA INVENCIÓN
[0001] La presente invención se refiere a una técnica para identificar la posición de un marcador quirúrgico ortopédico y, más específicamente, a un sistema que utiliza un sensor principal y un sensor auxiliar con un modo de detección diferente para gestionar de manera flexible el estado anormal de fallo de un solo sensor o error de recepción de señal e identificar con precisión la posición y la disposición del marcador para la cirugía ortopédica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0002] A medida que la técnica médica se desarrolla hoy en día, la cirugía con robots de navegación y un sistema informático se ha introducido más activamente y se ha aplicado al campo de la cirugía de las articulaciones artificiales.
[0003] En cuanto a la articulación de la rodilla, cuando el dolor y el trastorno conductual son el resultado de infecciones o lesiones, la cirugía ortopédica cura la articulación de la rodilla mediante la sustitución total o parcial de la articulación de la rodilla, y el 10-30 % de los pacientes sufren una abrasión de la articulación interna de la rodilla y se someten a una cirugía de sustitución parcial de la articulación de la rodilla.
[0004] Un robot CAD/CAM de conducción automática, que es un tipo de ROBODOC, puede ser un ejemplo de un robot para cirugía articular ortopédica. Estos robots de cirugía ortopédica cortan un hueso siguiendo una ruta planificada previamente, por lo que es importante fijar el hueso durante el corte.
[0005] En el procedimiento de cirugía de reemplazo de rodilla con el robot quirúrgico ortopédico hasta el momento, según lo publicado en los boletines de registro de patente coreana n.° 10-1154100 (31.05.2012), algún marcador óptico está instalado, se realiza un seguimiento de la posición y la disposición del marcador óptico con un sensor óptico de un navegador con supervisión de la operación y, a continuación, el robot quirúrgico se coloca en el sitio quirúrgico preciso.
[0006] Sin embargo, en un procedimiento quirúrgico, un brazo robótico del robot quirúrgico, los movimientos del equipo médico y otros obstáculos pueden bloquear la visión del sensor óptico del navegador y no identificar la posición del paciente o del robot quirúrgico. En este caso, como la cirugía debe detenerse y el funcionamiento del sensor óptico debe ser inspeccionado, la cirugía se retrasa de forma problemática.
[0007] Recientemente, como describe la publicación de patente coreana n.° 10-2014-0056772 (13.10.2012), se da a entender que un operador maneja la parte operativa de un robot de procedimiento intervencionista para insertar una aguja ("robot de inserción de agujas").
[0008] Una técnica anterior adicional se proporciona en el documento US 2014/088410 A1, que describe sistemas y procedimientos que utilizan sensores ópticos y sensores no ópticos para determinar la posición y/u orientación de los objetos. Este documento describe sistemas y procedimientos que utilizan sensores ópticos y sensores no ópticos para determinar la posición y/u orientación de los objetos. Un sistema de navegación incluye un sensor óptico para recibir señales ópticas de marcadores y un sensor no óptico, tal como un giroscopio, para generar datos no ópticos. Un ordenador de navegación determina las posiciones y/u orientaciones de los objetos en función de datos ópticos y no ópticos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN PROBLEMA TÉCNICO
[0009] La presente invención tiene por objeto resolver los problemas mencionados anteriormente de la técnica anterior, y la finalidad del sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente invención es proporcionar un sistema con un sensor principal y un sensor auxiliar con un modo de detección diferente para realizar un seguimiento de la posición y la disposición del marcador en tiempo real incluso cuando el sensor principal o el sensor auxiliar funciona de manera anormal.
SOLUCIÓN TÉCNICA
[0010] La presente invención es un sistema como se define en la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas, para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
EFECTOS VENTAJOSOS DE LA INVENCIÓN
[0011] Como se ha explicado anteriormente, la presente invención de un sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica puede realizar un seguimiento de la posición y la disposición del marcador incluso cuando el sensor principal y el sensor auxiliar funcionan de manera anormal y, por lo tanto, minimizar las suspensiones quirúrgicas y reaccionar rápida y activamente al fallo de detección del sensor controlando la velocidad del robot quirúrgico ortopédico según el funcionamiento anormal del sensor.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0012] La FIG. 1 es un dibujo de una composición completa del sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente invención.
[0013] LA FIG. 2 es un dibujo de la composición detallada de la parte de control del sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente invención.
[0014] LA FIG. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de identificación de la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
[0015] LA FIG. 4 es un diagrama de flujo de un flujo detallado de la etapa S300 del procedimiento de identificación de la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
[0016] LA FIG. 5 es un diagrama de flujo de un flujo detallado de la etapa S310 del procedimiento de identificación de la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
[0017] LA FIG. 6 es un diagrama de flujo de un flujo detallado de la etapa S400 del procedimiento de identificación de la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
[0018] LA FIG. 7 es un diagrama de flujo de otro flujo detallado de la etapa S400 del procedimiento de identificación de la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES EJEMPLARES
[0019] En lo sucesivo, se describirán los contenidos detallados para llevar a cabo el sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente invención.
[0020] La FIG. 1 es un dibujo de una composición completa del sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente invención, que comprende una parte 3 de sensor, una primera parte 15 de detección de posición, una segunda parte 25 de detección de posición, una parte 40 de control y un robot 50 quirúrgico ortopédico.
[0021] La parte 3 de sensor comprende el primer miembro 31 de sensor instalado en un fémur 1, el segundo miembro 32 de sensor instalado en una tibia 2 y el tercer miembro 33 de sensor instalado en el robot 50 quirúrgico ortopédico, y cada uno de los miembros 31, 32, 33 de sensor comprende cada uno de los primeros sensores 11, 12, 13 y cada uno de los segundos sensores 21, 22, 23 que tiene un sensor de inclinación y un sensor de aceleración.
[0022] En una realización ejemplar de la presente invención, el primer sensor 11, 12, 13 podría ser un marcador óptico con tres o cuatro barras que se extienden en una dirección diferente del punto central, y los marcadores de bola con alta reflectividad están instalados en el extremo de las barras.
[0023] La primera parte 15 de detección de posición es un sensor de seguimiento óptico que detecta la posición y la disposición del primer sensor 11, 12, 13 en un espacio de coordenadas tridimensional, y envía las señales detectadas a la parte 40 de control. En esta realización, la primera parte 15 de detección de posición está incorporada en una cámara infrarroja estéreo.
[0024] El segundo sensor 21, 22, 23 incluye el sensor de inclinación y el sensor de aceleración en su interior, detecta las posiciones de los primeros sensores 11, 12, 13 con el sensor de inclinación y reduce el error de la señal de inclinación para adquirir información de posición del primer sensor 11, 12, 13 de forma complementaria.
[0025] La segunda parte 25 de detección de posición es un receptor de señal de sensor para detectar las posiciones de los segundos sensores 21, 22, 23 con las señales enviadas del segundo sensor 21, 22, 23. Las señales de posición detectadas por la segunda parte 25 de detección de posición se enviarán a la parte 40 de control.
[0026] La parte 40 de control recibe las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición y la segunda parte 25 de detección de posición ubica la posición del primer sensor 11, 12, 13 y el segundo sensor 21,22, 23 en el mismo sistema de coordenadas, y establece un sensor principal y un sensor auxiliar en función del estado operativo del primer sensor 11, 12, 13 y del segundo sensor 21, 22, 23.
[0027] La parte 40 de control según la presente invención comprende una parte 41 coincidente de posición de sensor para recibir las señales de posición, que es detectada por la primera parte 15 de detección de posición y la segunda parte 25 de detección de posición, para ubicar la posición del sensor auxiliar en el sistema de coordenadas del sensor principal, una parte 42 de seguimiento de posición para realizar un seguimiento de las posiciones y las disposiciones del primer miembro 31 de sensor, del segundo miembro 32 de sensor y del tercer miembro 33 de sensor, una parte 43 de decisión de fallo del sensor para establecer un sensor operativo normal como sensor principal cuando la primera parte 15 de detección de posición o la segunda parte 25 de detección de posición funciona de manera anormal, y una parte 44 de alerta de fallo del sensor para mostrar una notificación de fallo del sensor cuando se produce el fallo del sensor. El funcionamiento anormal de la primera parte 15 de detección de posición puede ser causado por el daño o la destrucción del al menos uno del primer sensor 11, 12, 13 o de la primera parte 15 de detección de posición. Asimismo, el funcionamiento anormal de la segunda parte 25 de detección de posición puede ser causado por el daño o la destrucción en al menos uno del segundo sensor 21, 22, 23 o de la primera parte 25 de detección de posición.
[0028] Según la presente descripción, la parte 43 de decisión de fallo del sensor puede generar una señal de parada del robot o una señal de desaceleración del robot y enviarla al robot 50 quirúrgico ortopédico cuando al menos una de la primera parte 15 de detección de posición o de la segunda parte 25 de detección de posición funciona de manera anormal.
[0029] El funcionamiento del sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica según la presente descripción se explica a continuación.
[0030] LA FIG. 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento de identificación de la posición de un marcador para cirugía ortopédica.
[0031] El procedimiento comprende una etapa S100 de instalación de la parte 3 de sensor. Es decir, el primer miembro 31 de sensor se instala en un fémur 1, el segundo miembro 32 de sensor se instala en una tibia 2 y el tercer miembro 33 de sensor se instala en el robot 50 quirúrgico ortopédico.
[0032] Después de eso, en la etapa S200, la primera parte 15 de detección detecta las posiciones de los primeros sensores 11, 12, 13 de los miembros 31, 32, 33 de sensor instalados cerca del sitio quirúrgico, y la segunda parte 25 de detección de sensor detecta las posiciones de los segundos sensores 21, 22, 23 de los miembros 31, 32, 33 de sensor.
[0033] Seguidamente, la parte 41 coincidente de posición de sensor de la parte 40 de control recibe las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición y la segunda parte 25 de detección de posición y ubica la posición del sensor auxiliar en el sistema de coordenadas del sensor que se establece como el sensor principal en la etapa S300.
[0034] Como se muestra en la FIG. 4, la etapa S300 podría comprender una etapa S310 de detección de la posición y la disposición de los primeros sensores 11, 12, 13 de los miembros 31, 32, 33 de sensor en función de las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición, que se establece como el sensor principal. Asimismo, como se muestra en la FIG. 5, la etapa S310 podría comprender una etapa S311 de verificación de si la variación de las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición es inferior a un valor umbral preestablecido, y una etapa S312 de registro de la posición y la disposición de los primeros sensores 11, 12, 13 cuando la variación de las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición es inferior al valor umbral en la etapa S311. La etapa S311 de verificación de si la variación de las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición es inferior al valor umbral también se puede realizar determinando si la posición y la disposición del primer sensor 11, 12, 13, que se detecta por la primera parte 15 de detección de posición, está estabilizada o no.
[0035] En la etapa S320, al mismo tiempo que con la etapa S310, la segunda parte 25 de detección de posición, que se establece como el sensor auxiliar, adquiere las señales de posición de los segundos sensores 21, 22, 23.
[0036] En la etapa S320, los segundos sensores 21,22, 23, que incluyen el sensor de inclinación y el sensor de aceleración, detectan la posición del primer sensor con el sensor de inclinación y reducen los errores de la señal de inclinación con la señal de salida del sensor de aceleración, lo que ayuda a adquirir información de posición de los primeros sensores 11, 12, 13 de forma complementaria.
[0037] Y, a continuación, en la etapa S330, las posiciones de los segundos sensores 21, 22, 23, que son detectadas por la segunda parte 25 de detección de posición establecida como el sensor auxiliar, están ubicadas en el sistema de coordenadas del primer sensor 11, 12, 13.
[0038] Después de eso, en la etapa S400, se efectúa el seguimiento de la posición y la disposición del primer miembro 31 de sensor, del segundo miembro 32 de sensor y del tercer miembro 33 de sensor con la parte 42 de seguimiento de posición.
[0039] La etapa S400, como se muestra en la FIG. 6, efectúa la etapa S411 de determinación de si la primera parte 15 de detección de posición del sensor principal funciona normalmente con la parte 43 de decisión de fallo del sensor, y la etapa S412 de determinación de si la segunda unidad 25 de detección de posición del sensor auxiliar funciona normalmente o no cuando el funcionamiento normal de la primera parte 15 de detección de posición se determina en la etapa S411. Si el funcionamiento normal de la segunda parte 25 de detección de posición se determina en la etapa S412, entonces, en las etapas 413 y 430, la posición y la disposición del primer sensor 11, 12, 13 se reconocen en función de las señales de posición detectadas por la primera parte 15 de detección de posición y la segunda parte 25 de detección de posición y emitidas. En esta invención, la etapa S412 de determinación de si el funcionamiento de la segunda parte 25 de detección de posición es normal o no puede implementarse determinando si los funcionamientos de los segundos sensores 21, 22, 23 son normales o no.
[0040] Asimismo, si el funcionamiento anormal de la segunda parte 25 de detección de posición se determina en la etapa S412, entonces en la etapa S421 la posición y la disposición del primer sensor 11, 12, 13 se reconocen en función de la detección de la primera parte 15 de detección de posición del sensor principal, en la etapa S422 la notificación de fallo de la segunda parte 25 de detección de posición del sensor auxiliar se muestra por la parte 44 de alerta de fallo del sensor, y en la etapa S430 se emiten la posición y la disposición detectadas del primer sensor 11, 12, 13.
[0041] Si el funcionamiento anormal de la primera parte 15 de detección de posición se determina en la etapa S411, en la etapa S431 se determina si el funcionamiento de la segunda parte 25 de detección de posición es normal o no. Como resultado, si el funcionamiento normal de la segunda parte 25 de detección de posición se determina en la etapa S431, entonces en la etapa S432 se reconocen la posición y la disposición del primer sensor 11, 12, 13 detectadas por la segunda parte 25 de detección de posición del sensor auxiliar, y en la etapa S433 la notificación de fallo de la primera parte 15 de detección de posición del sensor principal se muestra por la parte 44 de alerta de fallo del sensor, y en la etapa S430 se emiten la posición y la disposición detectada de los primeros sensores 11, 12, 13.
[0042] Adicionalmente, si el funcionamiento anormal de la primera parte15 de detección de posición se determina en la etapa S411, entonces en la etapa S431 se determina si el funcionamiento de la segunda parte 25 de detección de posición es normal o no. Como resultado, si el funcionamiento anormal de la segunda parte 25 de detección de posición se determina en la etapa S431, entonces en la etapa S440 se genera una señal de parada del robot y se envía al robot 50 quirúrgico ortopédico, y en la etapa S450 la notificación de fallo de la primera parte 15 de detección de posición del sensor principal y la segunda parte 25 de detección de posición del sensor auxiliar se muestran por la parte 44 de alerta de fallo del sensor.
[0043] LA FIG. 7 muestra otra realización ejemplar de la etapa S400, donde si la parte 43 de decisión de fallo del sensor determina el funcionamiento anormal de la primera parte 15 de detección de posición y el funcionamiento normal de la segunda parte 25 de detección de posición en la etapa S461, entonces la señal de parada del robot se genera y se envía al robot quirúrgico ortopédico en la etapa S462, se verifica si un usuario introduce una confirmación dentro del tiempo preestablecido en la etapa S463 y, a continuación, si es así, la posición y la disposición del primer sensor 11, 12, 13 se emiten en función de las señales de posición detectadas por la segunda parte 25 de detección de posición en la etapa S471, y la señal de recuperación de la velocidad de operación del robot se genera y se envía al robot quirúrgico ortopédico en la etapa S472.
[0044] Adicionalmente, si la señal de confirmación del usuario no es introducida dentro del tiempo preestablecido en la etapa S463, entonces la señal de parada del robot se genera y se envía al robot 50 quirúrgico ortopédico en la etapa S481, y la notificación de fallo de la primera parte 15 de detección de posición es mostrada por la parte 44 de alerta de fallo del sensor en la etapa S482.
[0045] Como se ha explicado anteriormente, según el sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica de la presente invención, la posición y la disposición del marcador se les puede realizar un seguimiento en tiempo real incluso cuando el sensor principal o el sensor auxiliar funcione de manera anormal.
[0046] Es más, pueden minimizarse las suspensiones quirúrgicas, y se puede reaccionar de forma rápida y activa al fallo de detección del sensor mediante el control de la velocidad del robot quirúrgico ortopédico según el funcionamiento anormal de los sensores.
[0047] Aunque las realizaciones ejemplares de la presente invención se han explicado anteriormente, la presente invención no se limita a las realizaciones anteriores, y el sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica puede realizarse de varias maneras dentro del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema para identificar la posición de un marcador para cirugía ortopédica, comprendiendo el sistema:
una parte de sensor para su instalación cerca de un sitio quirúrgico y en un robot (50) quirúrgico ortopédico, incluyendo la parte de sensor un marcador óptico (11; 12; 13) y un sensor (21; 22; 23);
una primera parte (15) de detección de posición para detectar la posición del marcador óptico (11; 12; 13); una segunda parte (25) de detección de posición para detectar la posición del sensor (21; 22; 23); y
una parte (40) de control para establecer la primera parte (15) de detección de posición o la segunda parte (25) de detección de posición como sensor principal y la otra como sensor auxiliar, y para realizar un seguimiento de la posición y la disposición de la parte de sensor en función de las señales de posición detectadas por el sensor principal y el sensor auxiliar;
donde la parte (40) de control comprende una parte (43) de decisión de fallo del sensor para determinar un fallo de la primera parte (15) de detección de posición y de la segunda parte (25) de detección de posición, y una parte (44) de alerta de fallo del sensor conectada a la parte (43) de decisión de fallo del sensor para mostrar un mensaje de notificación de fallo del sensor cuando se produce un fallo del sensor;
donde la parte (40) de control está configurada para generar una señal de desaceleración del robot y para enviarla al robot (50) quirúrgico ortopédico cuando se produce un fallo de una de la primera parte (15) de detección de posición y de la segunda parte (25) de detección de posición;
donde la parte (43) de decisión de fallo del sensor está configurada para establecer la parte de detección de posición establecida como sensor auxiliar en el sensor principal cuando se produce un fallo de la parte de detección de posición establecida como sensor principal y la parte de detección de posición establecida como sensor auxiliar funciona normalmente;
donde la parte (40) de control está configurada para reconocer la posición y la disposición de la parte del sensor en función de únicamente las señales de posición de la parte de detección de posición cambiadas en el sensor principal cuando se produce un fallo de la parte de detección de posición establecida como sensor principal y la parte de detección de posición establecida como sensor auxiliar funciona normalmente; y
donde la primera parte (15) de detección de posición es un sensor de seguimiento óptico.
2. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además un robot (50) quirúrgico ortopédico; donde la parte (44) de alerta de fallo del sensor de la parte (40) de control está configurada para generar una señal de parada del robot y para enviarla al robot (50) quirúrgico ortopédico cuando se produce un fallo de la primera parte (15) de detección de posición y un fallo de la segunda parte (25) de detección de posición.
3. El sistema según la reivindicación 1, donde la parte (40) de control está configurada para comprobar si un usuario introduce una confirmación dentro de un tiempo preestablecido después de enviar la señal de desaceleración del robot al robot (50) quirúrgico ortopédico, y si se introduce la confirmación, la parte (40) de control está configurada para generar una señal de recuperación de la velocidad de funcionamiento del robot y para enviarla al robot (50) quirúrgico ortopédico.
4. El sistema según la reivindicación 1, donde la parte (40) de control está configurada para comprobar si un usuario introduce una confirmación dentro del tiempo preestablecido después de enviar la señal de desaceleración del robot al robot (50) quirúrgico ortopédico, y si no se introduce la confirmación, la parte (40) de control está configurada para generar una señal de parada del robot y para enviarla al robot (50) quirúrgico ortopédico.
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