ES2913528T3

ES2913528T3 - Sistema de operaciones remotas, tal como un sistema quirúrgico robótico

Info

Publication number: ES2913528T3
Application number: ES16729969T
Authority: ES
Inventors: Wei Yao; Hariprashanth Elangovan; Ahmad Nazmi Ben Ahmad Fuad
Original assignee: University of Strathclyde
Current assignee: University of Strathclyde
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: EP3302333B1; US11806082B2; WO2016198844A1; US20180338796A1; EP3302333A1; GB201509887D0

Abstract

Un sistema quirúrgico de operaciones remotas, comprendiendo el sistema quirúrgico un instrumento quirúrgico que tiene un brazo (1, 101), en donde el brazo (1) puede reconfigurarse de tal manera que el brazo (1) puede orientarse mediante la reconfiguración del brazo (1); el brazo (1) comprende o está configurado para recibir al menos una herramienta o una carga, y en donde el brazo (1) está configurado para insertarse en un cuerpo; y comprendiendo el sistema quirúrgico un sistema de rastreo de posición que comprende uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) que están configurados para determinar y/o rastrear una posición de una o más partes o la totalidad del instrumento o del brazo quirúrgico (1, 101) y/o la herramienta o la carga; en donde el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición comprenden un sistema de rastreo de posicionamiento no óptico o no basado en radiación para rastrear al menos parte del brazo (1, 101) y/o el instrumento quirúrgico durante su uso cuando está dentro del cuerpo, y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) comprenden un sistema de posicionamiento óptico o basado en radiación; comprendiendo o estando configurado el sistema quirúrgico para implementar o comunicarse con una plataforma de navegación para facilitar la navegación y/o la operación del sistema quirúrgico usando la posición obtenida a partir de o usando el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200); comprendiendo o estando configurado el sistema quirúrgico para comunicarse con un dispositivo de procesamiento, comprendiendo o estando configurado el dispositivo de procesamiento para implementar un sistema de modelado para modelar virtualmente al menos parte del instrumento quirúrgico y uno o más otros objetos, herramientas o dispositivos, en donde al menos algunas o todas las posiciones usadas por el sistema de modelado virtual son o comprenden las posiciones determinadas y/o rastreadas por el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200); y en donde el sistema de navegación (400) está configurado para usar el modelo virtual con el fin de rastrear, mover y/o mapear el instrumento quirúrgico y/o el uno o más otros objetos, herramientas o dispositivos, en donde el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) comprenden al menos una estación base (240) y una o más unidades rastreadas (230), en donde el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) están configurados para determinar y/o rastrear la posición de la una o más unidades rastreadas (230) en relación con la estación base (240); en donde al menos una de la una o más unidades rastreadas (230) está acoplada, montada o proporcionada sobre o en el instrumento quirúrgico en el extremo proximal del instrumento quirúrgico o sobre o en un sistema de control, una unidad de control u otra parte del instrumento quirúrgico que está fuera del cuerpo durante su uso o en un punto de referencia o parte del instrumento quirúrgico, en donde la una o más unidades rastreadas (230) comprenden al menos un sensor o un detector ópticos o de radiación y la estación base (240) comprende al menos uno o dos o más emisores de radiación y/o de luz, en donde al menos una o cada una de las unidades rastreadas (230) comprende un procesador de unidades rastreadas, y el procesador de unidades rastreadas y/o el dispositivo de procesamiento están configurados para determinar la posición y el ángulo de la unidad rastreada (230) basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o de luz de la estación base (240) que son recibidas por el detector de radiación o de luz de la unidad rastreada (230), en donde el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) comprenden dos o más unidades de rastreo (230), en donde la estación base (240) comprende al menos un sensor o un detector ópticos o de radiación y la una o más unidades rastreadas (230) comprenden al menos uno o dos o más emisores de radiación y/o de luz, y en donde la estación base (240) comprende o está configurada para comunicarse con un procesador de estación base; y el procesador de estación base o el dispositivo de procesamiento están configurados para determinar la posición de al menos una o cada unidad rastreada (230) basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o de luz de al menos una o cada unidad rastreada (230) que son recibidas por el detector de radiación o de luz de la estación base (240) y/o la posición de la una o más o cada unidad rastreada (230) determinada por el uno o más o cada procesador de unidades rastreadas o el dispositivo de procesamiento para determinar la posición de la al menos una o cada unidad rastreada (230).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de operaciones remotas, tal como un sistema quirúrgico robótico

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de operación remota, tal como un sistema quirúrgico robótico, en particular, pero no exclusivamente, a un dispositivo médico, tal como un taladro óseo para taladrar los huesos de un paciente, un método para usar dicho dispositivo, un uso de dicho dispositivo y un kit que comprende el dispositivo y un sistema de procesamiento y un producto de programa informático para implementar al menos parcialmente el dispositivo y/o el método.

Antecedentes

La tecnología robótica quirúrgica se ha desarrollado para aumentar la precisión de la cirugía, minimizar las complicaciones posquirúrgicas y mejorar los resultados de los pacientes. La cirugía ortopédica asistida por ordenador (CAOS) emplea dispositivos quirúrgicos robóticos y sistemas de navegación para mejorar la visibilidad del campo quirúrgico y mejorar la precisión del uso de las herramientas quirúrgicas en los procedimientos quirúrgicos.

Los avances en la formación de imágenes radiográficas han permitido la reconstrucción de imágenes en modelos 3D que pueden usarse en la planificación quirúrgica preoperatoria para planificar los diversos procedimientos quirúrgicos. Los modelos 3D digitales sirven como un mapa de navegación para los procedimientos, permitiendo la visualización virtual de las herramientas quirúrgicas y la anatomía que se está operando en tiempo real. El empleo de esta metodología mejora la exactitud y precisión de la cirugía y proporciona al cirujano una visión mejor y más amplia del campo quirúrgico.

El advenimiento de la cirugía asistida por ordenador (CAS) y los dispositivos quirúrgicos robóticos han mejorado el campo de la cirugía mínimamente invasiva (MIS) a través de la libre maniobrabilidad del instrumento, la retroalimentación sensorial y las imágenes tridimensionales. Sin embargo, a la fecha no existen herramientas disponibles que proporcionen suficiente precisión y transformación de fuerza para el fresado óseo en cirugía ortopédica.

Proporcionar un dispositivo robótico orientable flexible capaz de fresar perfiles curvos o vías en huesos y otras vías anatómicas en el cuerpo dentro de espacios restringidos puede ser beneficioso para la prevención de fracturas intraoperatorias, proporcionando un mejor ajuste, relleno y alineación de las prótesis y reducir el traumatismo.

El documento US2015/045656A1 desvela un sistema de navegación quirúrgica, El documento KR20100098055A desvela un sistema de cirugía guiada por imágenes y un método de control, y el documento WO2014/151550A2 desvela un manipulador quirúrgico capaz de controlar un instrumento quirúrgico de múltiples modos.

Exposición de la invención

Los aspectos de la invención están definidos por las reivindicaciones independientes en el presente documento. Una o más características preferibles de la invención están definidas por las reivindicaciones dependientes en el presente documento.

De acuerdo con un primer aspecto se proporciona un sistema de operaciones remotas, tal como un sistema quirúrgico robótico, que puede ser o comprender o estar comprendido en un taladro quirúrgico o un taladro óseo. El sistema puede comprender al menos un sistema de rastreo de localización o posición, que puede comprender un dispositivo de rastreo óptico. El sistema puede comprender una plataforma de navegación. La plataforma de navegación puede facilitar la navegación y la operación del sistema usando datos de posición obtenidos a partir del sistema de rastreo de localización o posición. El dispositivo puede ser o comprender un taladro quirúrgi

precisión el hueso de un paciente. Sin embargo, se apreciará que también puede aplicarse a otros instrumentos, especialmente a instrumentos quirúrgicos.

El sistema de operaciones remotas puede comprender un sistema dispositivo flexible articulado y/o plegable. El dispositivo puede ser orientable. El sistema puede estar o integrarse en un sistema robótico, tal como un sistema quirúrgico robótico. Al menos parte del dispositivo puede configurarse para moverse, plegarse, articularse y/o taladrar perfiles rectos y/o curvos.

El dispositivo puede comprender un brazo o una parte alargada. El brazo o parte alargada puede ser plegable, articulado, reconfigurable y/o flexible. El brazo o parte alargada puede ser orientable, por ejemplo, plegando, articulando, reconfigurando y/o flexionando el brazo. El dispositivo puede comprender o estar configurado para recibir al menos una herramienta o carga, por ejemplo, en un extremo del brazo o parte alargada, tal como un extremo distal del brazo o parte alargada. El sistema de operaciones remotas puede comprender el uno o más sistemas de rastreo de localización o posición, que pueden configurarse para determinar y rastrear una localización y/o posición de una o más partes o la totalidad del dispositivo y/o la herramienta o carga. El sistema de rastreo de localización o posición puede ser o comprender un sistema híbrido de rastreo de localización o posición. Los sistemas de rastreo de localización o posición pueden comprender al menos unos sistemas de rastreo de localización o posición primero y segundo, que pueden ser diferentes tipos o categorías de sistemas de rastreo de localización o posición, y/o usar diferentes tecnologías o técnicas de localización o posicionamiento. Al menos el primer sistema de rastreo de localización o posición puede ser o comprender un sistema de posicionamiento no óptico o no basado en radiación. Al menos el segundo sistema de rastreo de localización o posición puede ser o comprender un sistema de posicionamiento basado en radiación u óptica.

Al proporcionar una carga o una herramienta en el extremo distal del brazo, que puede articularse, plegarse o flexionarse con el fin de dirigir el brazo, a entonces es posible realizar operaciones usando la herramienta o carga en localizaciones que están alejadas de un extremo proximal del brazo. Al proporcionar un sistema de rastreo de localización o posición no óptico o no basado en radiación, la posición o localización del extremo distal del brazo y/o la herramienta o carga pueden rastrearse durante las operaciones, incluso cuando el brazo, la herramienta o carga se localiza en el cuerpo y especialmente dentro de un hueso que de otro modo puede evitar el uso de, o reducir la eficiencia de, los sistemas de rastreo de localización ópticos y/o basados en radiación. Al proporcionar dos tipos diferentes de sistemas de rastreo de localización o posición, por ejemplo, tanto sistema de rastreo de localización o posición no óptico/no basado en radiación, que puede proporcionarse en el extremo distal del brazo, como un sistema de rastreo óptico o basado en radiación, que puede proporcionar 6 grados de libertad en la base del dispositivo, entonces puede determinarse la determinación absoluta y/o más precisa de la localización del brazo y/o la herramienta o carga. En particular, puede determinarse la posición del brazo y/o la herramienta o carga en relación con otros objetos tales como el hueso y/o una prótesis.

La herramienta puede ser o comprender un dispositivo médico o quirúrgico, tal como un portabrocas, una broca y/o sistema de taladro, por ejemplo, para taladrar hueso. La broca puede estar unida o unirse al brazo por medio de un portabrocas. La broca puede comprender una varilla de metal. La broca puede conectarse al extremo distal del árbol flexible.

El dispositivo puede configurarse para ajustarse dentro de una pequeña incisión en el hueso. Por ejemplo, al menos una parte del sistema, por ejemplo, el brazo y/o la herramienta o carga, pueden tener un diámetro máximo de menos de 10 mm. Al menos una parte del dispositivo, por ejemplo, el brazo, puede ser capaz de plegarse en perfiles curvos. El dispositivo puede ser robusto. Al menos una parte del dispositivo, por ejemplo, los segmentos o partes del brazo, puede estar construidos de metal, por ejemplo, acero quirúrgico. Esto puede evitar el movimiento o desplazamiento de la base del dispositivo, por ejemplo, mientras taladran hueso, por ejemplo, al taladrar un perfil curvo en un hueso.

El taladro quirúrgico puede configurarse para taladrar cualquier tipo de hueso, tal como fémur, tibia, fíbula, rótula, senos paranasales, huesos del cuello, huesos bucales, huesos del cráneo, un diente y similares.

El brazo o parte alargada puede estar segmentado y/o comprender una pluralidad de segmentos o partes. Al menos uno o cada segmento o parte puede ser o comprender un segmento o parte alargado y/o puede ser o comprender un segmento o parte rígido. Al menos uno o cada uno de los segmentos o partes puede ser móvil, rotatorio, articulado, reorientable y/o reconfigurable en relación con uno o más o cada uno otro segmento o parte, por ejemplo, en relación con uno, dos o más segmentos o partes adyacentes. El brazo o parte alargada puede comprender al menos una articulación o pivote, que puede proporcionarse entre al menos uno o más o cada segmento o parte y al menos uno otro segmento o parte, tal como entre uno o más segmentos o partes adyacentes. Al menos una o cada articulación puede comprender una articulación rotatoria o giratoria.

El brazo puede comprender una cadena cinemática. La cadena cinemática puede comprender múltiples eslabones, en donde cada eslabón puede ser o comprender uno o más de los segmentos o partes del brazo. Por ejemplo, la cadena cinemática puede comprender 2, 3, 4 o 5 eslabones o segmentos o partes. El número de segmentos o partes del brazo, por ejemplo, el número de eslabones de la cadena cinemática, puede depender de la longitud del canal a taladrar o del grado de curvatura del canal. Uno, dos o más de los eslabones pueden estar conectados solo a un otro eslabón, es decir, uno, dos o más eslabones pueden ser eslabones singulares. Uno o más de los eslabones pueden estar conectados a otros dos eslabones, es decir, uno o más de los eslabones pueden ser eslabones binarios. Cada eslabón binario puede ensamblarse en la cadena cinemática mediante articulaciones giratorias. Cada eslabón puede configurarse para rotar con respecto a los otros eslabones de la cadena cinemática. Por ejemplo, una cadena cinemática que comprende tres eslabones puede permitir la rotación de cada eslabón con respecto a los otros dos eslabones.

Los eslabones (por ejemplo, los segmentos o partes) pueden ser huecos. Los eslabones pueden hospedar un árbol flexible. La herramienta o carga (por ejemplo, la broca, mandril o fresa) puede estar unida, montada o montarse en un extremo, tal como un extremo distal del brazo o una parte alargada del dispositivo. Cada eslabón puede conectarse mediante elementos de sujeción mecánicos (por ejemplo, las articulaciones) configurados para permitir la rotación libre de la articulación. Por ejemplo, cada eslabón puede estar conectado por dos remaches. Cada conexión de eslabón (por ejemplo, articulación) puede comprender uno o más cojinetes. Por ejemplo, cada conexión de eslabón (por ejemplo, articulación) puede comprender dos o más cojinetes. Los cojinetes pueden ser o comprender cojinetes de bolas. Los cojinetes pueden ser o comprender microcojinetes de bolas de alta velocidad. Ventajosamente, los cojinetes pueden reducir la fricción y pueden limitar el aumento de temperatura de la cadena cinemática al plegarse, articularse o rotarse.

El brazo o parte alargada puede comprender o estar configurado para recibir una funda o cubierta, que puede estar dispuesta o disponerse sobre una superficie exterior de una parte o la totalidad del brazo. La funda o cubierta puede comprender un material biocompatible. La funda puede ser lavable. La vaina puede ser desmontable y/o reemplazable. La funda puede ser desechable.

El brazo o parte alargada puede comprender o estar configurado para recibir o engranarse con al menos un mecanismo de accionamiento o movimiento para mover, rotar, articular, reorientar y/o reconfigurar al menos uno o cada uno de los segmentos o partes en relación con al menos uno o cada uno otro de los segmentos o partes. Al menos uno de los segmentos y/o partes puede ser activamente movible, rotatorio, articulado, reorientable y/o reconfigurable en relación con al menos uno otro de los segmentos y/o partes, por ejemplo, responde directamente al al menos un mecanismo de accionamiento o movimiento. Al menos uno de los segmentos y/o partes puede ser pasivamente móvil, rotatorio, reorientable, articulado y/o reconfigurable en relación con al menos uno otro de los segmentos y/o partes, por ejemplo, sensible al movimiento del al menos un segmento y/o parte activamente móvil, rotatorio, reorientable y/o reconfigurable. Al menos una parte del dispositivo, por ejemplo, el brazo o parte alargada, puede ser orientable, plegable, articulado o reconfigurable por el movimiento del uno o más o cada segmento en relación con el al menos uno o más o cada otro segmento, por ejemplo, usando el al menos un mecanismo de movimiento o accionamiento.

El brazo puede estar configurado para plegarse a través de uno o más grados de libertad. Esto puede ser ventajoso debido a que puede permitir que el brazo de taladro navegue a través de la incisión mientras taladra el hueso. El dispositivo puede ser rotatorio, torcible o configurarse para rotar, por ejemplo, para proporcionar grados de libertad adicionales. El movimiento de torsión o rotación del brazo puede lograrse manualmente, por ejemplo, torciendo la base del dispositivo.

El sistema de operaciones remotas puede comprender al menos un motor o accionador. Al menos uno de los motores o accionadores puede configurarse para operar la herramienta o carga. Al menos uno de los motores o accionadores puede configurarse para operar el al menos un mecanismo de accionamiento o movimiento.

El sistema de operaciones remotas puede comprender una unidad de control. El extremo proximal del brazo puede estar conectado a la unidad de control, donde se une el brazo. Dentro del contexto de la presente invención, el extremo proximal del brazo puede ser el extremo opuesto al extremo en el que se localiza o puede localizarse la herramienta o carga, por ejemplo, la broca. La unidad de control puede comprender al menos un motor o accionador. El o los motores pueden ser o comprender un servomotor. El o los motores pueden ser o comprender un motor de par alto. Los servomotores de par alto pueden ser ventajosos debido a que pueden proporcionar un plegamiento sostenido del brazo, por ejemplo, mientras se mantiene una operación tal como una acción de fresado/taladro de un hueso.

La unidad de control puede comprender un controlador, que puede comprender una placa de microcontrolador, por ejemplo. El controlador puede controlar al menos un motor o accionador.

El dispositivo, por ejemplo, la unidad de control del dispositivo, puede comprender o estar configurada para recibir o comunicarse con un sistema de control. El sistema de control puede estar completamente accionado. El sistema de control puede ser diestro. El sistema de control o accionador puede estar localizado en la unidad de control. El sistema de control puede operarse para controlar la operación de la herramienta o carga. El sistema de control puede operarse para controlar el al menos uno de los mecanismos de accionamiento o movimiento. El sistema de control puede configurarse para permitir que el usuario dirija el dispositivo, por ejemplo, el brazo del dispositivo, o la herramienta o carga, tal como el taladro. El sistema de control puede configurarse para controlar el plegamiento del brazo y/o el movimiento, rotación, reorientación, articulación y/o reconfiguración del al menos uno o cada segmento o parte del brazo en relación con el al menos uno o cada otro segmento o parte del brazo. El sistema de control puede tener cualquier estructura o forma adecuada. Por ejemplo, el sistema de control puede comprender una cualquiera de una palanca de control, botones, pantalla táctil, una rueda de control y/o similares. El sistema de control puede ser o comprender un sistema de control háptico.

El al menos un mecanismo de movimiento o accionamiento puede comprender uno o más miembros de control, por ejemplo, miembros de control flexibles, que pueden ser o comprender uno o más cables o árboles. El uno o más miembros de control pueden discurrir dentro de al menos uno o más o cada uno de los segmentos o partes huecos. Al menos uno o cada uno de los miembros de control puede discurrir entre el sistema de control y un segmento o parte correspondiente del brazo. Un extremo de al menos uno o cada uno del uno o más miembros de control puede estar conectado al segmento o parte correspondiente. Al menos uno o más o cada uno de los segmentos o partes puede ser móvil, rotatorio, reorientable, articulable y/o reconfigurable en relación con uno o más o cada uno de los otros segmentos o partes a través de la operación del miembro de control respectivo o asociado. El brazo de taladro puede estar configurado para accionarse o dirigirse por medio de los miembros de control. El brazo de taladro puede comprender una capacidad de dirección accionada por cable. Por ejemplo, los segmentos o partes del brazo (es decir, las articulaciones de la cadena cinemática) pueden estar configurados para hacerse rotar o articularse por los miembros de control. La dirección accionada por cable puede ser ventajosa debido a que requiere poco espacio para el accionamiento, permite un accionamiento suave y un accionamiento en configuraciones curvas. Los miembros de control pueden estar configurados para hacer rotar o articular las articulaciones del brazo en el sentido de las agujas del reloj y/o en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Los miembros de control pueden estar localizados dentro de la cadena cinemática. Los miembros de control pueden estar localizados fuera de un miembro o árbol de accionamiento flexible. El miembro o árbol de accionamiento flexible puede ser para operar o accionar la herramienta, tal como el taladro o el portabrocas. Los miembros de control pueden ser o comprender cables de acero. Los miembros de control pueden ser o comprender cables trenzados. Los miembros de control pueden tener cualquier límite de tracción adecuado. Por ejemplo, el límite de tracción de los miembros de control puede ser de 133,4, 177,9, 222,4, 266,9 o 311,4 Newton (30, 40, 50, 60 o 70 libras de fuerza).

El extremo distal de al menos uno de los miembros de control puede estar anclado al extremo distal del dispositivo. Al menos uno de los miembros de control puede estar anclado a la herramienta o extremo de carga del dispositivo. Al menos el segmento distal o parte del brazo (por ejemplo, el eslabón distal de la cadena cinemática) puede accionarse, hacerse rotar, accionarse o moverse activamente mediante el miembro de control. Uno o más o cada uno de los otros eslabones pueden activarse, hacerse rotar, accionarse o moverse pasivamente, por ejemplo, mediante el plegamiento del eslabón distal. El extremo proximal del o los miembros de control puede estar conectado a al menos uno de los motores o accionadores.

El al menos un primer sistema de rastreo de localización o posición puede comprender uno o más sensores de plegado, rotación o angulares para medir el plegamiento o rotación de al menos parte del brazo y/o un ángulo u orientación relativo entre al menos dos segmentos o partes o entre cada segmento o parte. Puede proporcionarse al menos un sensor de plegado, rotación o angular para medir el ángulo u orientación relativo entre los segmentos o partes de al menos uno o cada par de segmentos o partes adyacentes. El sensor de plegado, rotación o angular puede comprender un codificador rotatorio o angular. Una o más dimensiones, por ejemplo, la longitud, de uno o más o cada segmento o parte del brazo puede conocerse, por ejemplo, predeterminarse, y puede almacenarse en y/o accederse desde una memoria. El sistema de operaciones remotas puede comprender o estar configurado para comunicarse con un dispositivo de procesamiento. El dispositivo de procesamiento puede configurarse para determinar la localización o posición de al menos uno o más o cada punto a lo largo de al menos parte o la totalidad del dispositivo, por ejemplo, el brazo o parte alargada del dispositivo, y/o de la herramienta o carga, por ejemplo, usando el ángulo relativo medido o la posición de al menos uno o cada par de segmentos o partes adyacentes y/o una o más dimensiones, por ejemplo, la longitud y opcionalmente la anchura y/o diámetro, de al menos uno o cada segmento o parte.

De este modo, el dispositivo de procesamiento puede estar configurado para determinar la posición del brazo o parte alargada y/o de la herramienta o carga, por ejemplo, en 3D, basándose en el ángulo relativo medido entre segmentos y partes de al menos uno o cada par de segmentos o partes adyacentes y/o la longitud de al menos uno o cada segmento o parte, por ejemplo, aplicando una matriz de transformación, tal como una matriz de transformación homogénea, y/o usando técnicas geométricas que serían evidentes para un experto en la materia. Como tal, el dispositivo de procesamiento puede configurarse para determinar la posición del brazo o la parte alargada o al menos uno o más puntos del mismo y/o la herramienta o carga incluso cuando el brazo o la parte alargada y/o la herramienta o carga están dentro del cuerpo y más especialmente dentro de un hueso, lo que puede evitar el uso de otras técnicas, tales como técnicas ópticas u otras basadas en radiación para determinar la localización del brazo o parte alargada y/o la herramienta o carga.

Al menos uno de los sensores angulares o de plegado puede comprender un potenciómetro, tal como un potenciómetro de botón. Al menos uno de los sensores angulares o de plegado puede estar configurado para proporcionar un tensión y/o resistencia variable que depende del ángulo relativo, por ejemplo, entre dos segmentos o partes conectados o adyacentes. El dispositivo puede comprender al menos un convertidor de analógico a digital, que puede configurarse para digitalizar una salida analógica del al menos un sensor de plegado o angular. El dispositivo de procesamiento puede comprender o estar configurado para acceder a un mapa o tabla de consulta o ecuación u otros medios de conversión para determinar el ángulo relativo correspondiente a partir de la salida (por ejemplo, la salida digitalizada) del al menos un sensor de plegado o angular.

El al menos un primer sistema de rastreo de posición o localización puede comprender los sensores angulares o de plegado localizados en cada articulación. El al menos un primer sistema de rastreo de posición o localización puede operarse para rastrear el extremo distal del dispositivo, por ejemplo, del brazo, y/o la herramienta o carga. Los sensores de plegado o angulares pueden configurarse para rastrear la rotación, articulación y/o ángulo de plegado de al menos una o cada articulación y, por lo tanto, puede rastrear y/o determinar la posición de al menos parte o la totalidad del brazo, tal como el extremo distal del brazo y/o la carga o herramienta. El rastreo puede ser haciendo referencia al extremo proximal del dispositivo, por ejemplo, la unidad de control y/o el punto de referencia o parte del dispositivo. La posición del extremo distal del dispositivo, por ejemplo, del brazo, puede determinarse por la cinemática directa.

Ventajosamente, el primer sistema de rastreo de posición o localización puede actuar como una extensión del segundo sistema de rastreo de posición o localización cuando el extremo distal del dispositivo (por ejemplo, del brazo) y/o la herramienta o carga no son visibles, por ejemplo, cuando están dentro del orificio de trépano. Como tal, el segundo sistema de rastreo de posición o localización puede estar configurado para rastrear el extremo proximal del dispositivo y/o el punto de referencia o parte del dispositivo, por ejemplo, del brazo y, opcionalmente, del hueso, mientras que el primer sistema de rastreo de posición o localización puede estar configurado para rastrear el extremo distal del dispositivo, por ejemplo, del brazo, de la herramienta o carga.

El al menos un segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición puede ser para determinar una localización o posición de al menos parte del dispositivo, tal como una parte del dispositivo que está fuera del cuerpo y/o del hueso, por ejemplo, durante su uso. El al menos un segundo u otro sistema de rastreo de localización o posicionamiento puede comprender un sistema de rastreo de posición o localización óptico o basado en otra radiación, tal como un sistema de rastreo de localización o posición basado en infrarrojos (IR). El al menos un segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición puede configurarse para determinar y/o rastrear la posición o localización del al menos un punto de referencia o parte del dispositivo. El dispositivo de procesamiento y/o el primer sistema de rastreo de localización o posición pueden configurarse para determinar la localización o posición del al menos uno o más o cada punto a lo largo de al menos parte o la totalidad del dispositivo, por ejemplo, el brazo o parte alargada del dispositivo, y/o la herramienta o carga en relación con la localización o posición del al menos un punto de referencia o parte del dispositivo determinado por o usando al menos un segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición. El punto de referencia o parte del dispositivo puede ser o comprender o proporcionarse en o haciendo referencia a una parte del dispositivo que está fuera del cuerpo y/o del hueso durante su uso, por ejemplo, un dispositivo de control o motor, caja o unidad. De este modo, la localización o posición del punto o parte de referencia puede determinarse usando el segundo sistema de rastreo de localización o posición y la localización o posición de al menos parte del brazo y/o la herramienta o dispositivo haciendo referencia a la posición o localización de referencia puede determinarse usando el primer sistema de rastreo de localización o posición.

El segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición puede comprender al menos una estación base y una o más unidades rastreadas. La estación base puede ser fija. El segundo u otro sistema de localización o posición puede configurarse para rastrear la posición de la una o más unidades rastreadas, por ejemplo, en relación con la estación base. Al menos una de la una o más unidades rastreadas puede acoplarse a, montarse o proporcionarse sobre o en el dispositivo, que puede estar en el extremo proximal del dispositivo, por ejemplo, sobre o en el sistema de control, la unidad de control u otra parte del dispositivo que está fuera del cuerpo y/o hueso durante su uso, por ejemplo, en el punto de referencia o parte del detector. Al menos una de la una o más unidades rastreadas puede montarse en otro dispositivo o herramienta médica o quirúrgica.

El segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición, por ejemplo, la estación base y/o la una o más unidades rastreadas, pueden comprender al menos un sensor, tal como un sensor o detector óptico o de radiación, por ejemplo, una cámara. El segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición puede configurarse para realizar un rastreo de al menos parte del dispositivo fuera del orificio de trépano, el cuerpo y/o el hueso. El segundo u otro sistema de rastreo de localización o posición, por ejemplo, la estación base y/o la una o más unidades rastreadas, puede comprender al menos uno, y preferentemente dos o más, emisores de radiación y/o luz y/o al menos un detector de radiación o luz. El emisor de radiación y/o luz puede comprender un LED, tal como un LED infrarrojo.

Los emisores de radiación y/o luz pueden estar localizados remotamente del brazo de taladro. Los emisores de radiación y/o luz pueden configurarse para actuar como un plano de referencia estacionario. Los emisores de radiación y/o luz pueden estar localizados en o unidos a objetos quirúrgicos.

Los detectores de radiación o luz pueden unirse a objetos quirúrgicos y/o al dispositivo. Los detectores de radiación o luz pueden estar localizados remotamente del brazo de taladro.

Los sensores o detectores de radiación o luz pueden comprender una cámara. Por ejemplo, las cámaras pueden ser cámaras infrarrojas. Las cámaras pueden configurarse u operarse para proporcionar información de rastreo de 6 grados de libertad.

Los sensores o detectores de luz o radiación pueden ser o comprender una microcámara de infrarrojos. El dispositivo puede comprender dos o más sensores o detectores de luz o radiación. Los dos o más sensores o detectores de luz o radiación pueden estar interpolados. Por ejemplo, los sensores o detectores de luz o radiación pueden interpolarse para lograr una configuración de 1024x768 píxeles para proporcionar una velocidad de fotogramas de hasta 100 fotogramas por segundo.

El sistema de operaciones remotas puede configurarse para determinar y/o rastrear la distancia, el ángulo y/o la posición relativa de cada detector y/o la parte del dispositivo asociada con el mismo, por ejemplo, detectando, monitorizando o controlando la luz o la radiación emitida por el o los emisores de radiación y/o luz de la estación base y/o una o más unidades rastreadas, por ejemplo, usando los sensores o detectores de luz o radiación de la una o más unidades rastreadas y/o la estación base.

La estación base puede ser estacionaria. La estación base puede estar localizada remotamente del brazo y/o herramienta o carga. La estación base puede comprender al menos una cámara. La estación base puede comprender dos o más emisores de radiación y/o luz. La estación base puede comprender o estar configurada para comunicarse con el dispositivo de procesamiento.

El segundo u otro sistema de localización o posición, por ejemplo, la estación base y/o la una o más unidades rastreadas, puede comprender elementos localizados en o unidos al equipo quirúrgico.

La estación base puede configurarse para comunicarse con las unidades rastreadas, por ejemplo, localizadas en o unidas a equipos quirúrgicos. La comunicación puede comprender una comunicación inalámbrica. La comunicación puede ser a través de un enlace. La comunicación puede ser a través de un enlace de radiofrecuencia de baja potencia alta velocidad. La comunicación puede ser a través de un enlace transceptor.

Las unidades rastreadas, que pueden localizarse en o unirse al equipo quirúrgico y/o al dispositivo pueden configurarse para comunicarse con la estación base de manera secuencial, por ejemplo, cada una de las unidades rastreadas puede comunicarse con la estación base en una secuencia. Las unidades rastreadas pueden configurarse para comunicarse con la estación base de forma codificada por pulsos. La comunicación entre las unidades rastreadas y la estación base en forma secuencial puede permitir que la estación base reconozca cada unidad rastreada individualmente.

El detector de radiación o luz de cada unidad rastreada puede configurarse para recibir y/o registrar las señales emitidas por uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de la estación base. Cada una de las unidades rastreadas puede comprender un procesador de unidades rastreadas. El procesador de unidades rastreadas puede configurarse para determinar la localización o posición de la unidad rastreada, por ejemplo, basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de la estación base, que pueden recibirse mediante el detector de radiación o luz de la unidad rastreada. Cada unidad rastreada puede configurarse para transmitir o transferir su localización, por ejemplo, de acuerdo con o en relación con el fotograma de referencia, por ejemplo, un sistema de coordenadas, que puede estar centrado o basado en la estación base. Cada unidad rastreada puede configurarse para transmitir o transferir su localización a través del enlace inalámbrico. Cada unidad rastreada puede configurarse para transmitir o transferir su localización con una identificación única, que puede comprender un ID de 24 bits.

La cámara de la estación base puede configurarse para recibir y/o grabar señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de al menos una o cada unidad rastreada, por ejemplo, localizada en o unida al equipo quirúrgico y/o al dispositivo. La estación base puede comprender o estar configurada para comunicarse con un procesador de estación base, que puede ser, o implementarse por o estar comprendido en el dispositivo de procesamiento. El procesador de la estación base puede configurarse para determinar la posición de al menos una o cada unidad rastreada, por ejemplo, de acuerdo con el fotograma de referencia, por ejemplo, un sistema de coordenadas. El sistema de coordenadas puede usar la localización de la estación base como localización de referencia.

El procesador de la estación base puede configurarse para determinar la posición, que puede ser una posición 3D, de una o más o cada unidad rastreada haciendo referencia a la estación base, por ejemplo, basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de las unidades rastreadas respectivas, que pueden recibirse por el detector de radiación o luz de la estación base. El procesador de la estación base puede usar la posición y/o localización de la una o más o cada unidad rastreada, por ejemplo, las coordenadas de la una o más o cada unidad rastreada, determinadas por el procesador de estación base y/o el uno o más o cada procesador de unidad rastreado para determinar la posición, por ejemplo, la posición 3D, de la una o más o cada unidad rastreada con respecto a la estación base. El procesador de estación base y/o el o los procesadores de la unidad rastreada pueden configurarse para enviar las coordenadas de localización al dispositivo de procesamiento. Se apreciará que el dispositivo de procesamiento puede estar incluido en el dispositivo y/o remoto del dispositivo, por ejemplo, puede estar basado o distribuido en un servidor. Es más, uno o más o cada uno de: el dispositivo de procesamiento, el procesador de estación base y/o el procesador de unidad rastreada pueden implementarse mediante el mismo sistema de procesamiento o mediante diferentes sistemas de procesamiento.

El sensor o detector óptico o de radiación, por ejemplo, una cámara, de la estación base puede configurarse para recopilar una o más imágenes de coordenadas en perspectiva de al menos uno o cada uno de los emisores de luz o radiación de al menos una o cada unidad rastreada. El sensor o detector óptico o de radiación, por ejemplo, una cámara, de al menos una o cada unidad rastreada puede configurarse para recopilar una o más imágenes de coordenadas en perspectiva de al menos uno o cada uno de los emisores de luz o radiación de la estación base. A partir de dos de las imágenes en perspectiva (es decir, la imagen en perspectiva recopilada por el sensor o detector de estación base y la imagen en perspectiva recopilada por la unidad rastreada), en principio, la posición X, Y y Z relativa de la unidad rastreada puede calcularse usando los principios de geometría de perspectiva.

El rastreo del módulo de rastreo 2 se realiza a continuación encendiendo los LED del segundo módulo y calculando su localización a partir de los valores observados desde su perspectiva.

El dispositivo de procesamiento puede comprender, estar comprendido o configurado para implementar un sistema de rastreo para rastrear al menos una parte, por ejemplo, el brazo y/o la herramienta o carga, o la totalidad del dispositivo, durante su uso. El dispositivo de procesamiento puede comprender, estar comprendido o configurado para implementar el sistema de navegación, por ejemplo, para dirigir, mover y/o maniobrar el dispositivo, durante su uso. El dispositivo de procesamiento puede comprender, estar comprendido o configurado para implementar un sistema de mapeo para determinar las posiciones o localizaciones relativas de al menos parte del dispositivo, por ejemplo, el brazo y/o la herramienta o carga, y/o una parte de un paciente, tal como al menos parte de un hueso, por ejemplo, fémur, del paciente y/o al menos un otro objeto, tal como un objeto médico o quirúrgico tal como una herramienta u objeto médico o quirúrgico, por ejemplo, una prótesis, implante, pieza de repuesto o similares, tal como un vástago femoral. El sistema de rastreo, el sistema de navegación y/o el sistema de mapeo pueden estar configurados para usar la localización y/o la posición de una o más partes o la totalidad del dispositivo y/o la herramienta o carga determinada por los sistemas de localización o posición primero y/o segundo, por ejemplo, para rastrear, dirigir, mover o maniobrar al menos una parte del dispositivo o para determinar las posiciones relativas.

El dispositivo de procesamiento puede configurarse para implementar o proporcionar un sistema o pantalla de visualización, tal como un sistema de visualización de realidad virtual.

El dispositivo de procesamiento puede comprender o estar configurado para implementar un sistema de modelado para modelar, por ejemplo, modelado virtual, el dispositivo y opcionalmente también uno o más de los otros objetos, herramientas o dispositivos, que pueden estar involucrados en el procedimiento médico quirúrgico o de otro tipo en el que se usa el dispositivo. Por ejemplo, los otros objetos, herramientas o dispositivos pueden ser o comprender al menos una parte del cuerpo o del paciente, tal como el hueso que está taladrándose o fresándose por el dispositivo. Los otros objetos, herramientas o dispositivos pueden ser o comprender una o más herramientas o dispositivos, tales como herramientas o dispositivos quirúrgicos o médicos. El sistema de modelado puede configurarse para producir y/o actualizar el modelo basándose en las posiciones y/o localizaciones del dispositivo (por ejemplo, el brazo) o una o más partes del dispositivo (por ejemplo, el brazo), la herramienta o carga en el brazo, y/o el uno o más objetos, herramientas o dispositivos. Al menos algunas o todas las posiciones y/o localizaciones usadas por el sistema de modelado pueden ser o comprender las posiciones y/o localizaciones determinadas y/o rastreadas por uno o más (por ejemplo, el primero y/o el segundo) sistemas de rastreo de localización o posición. El sistema de modelado puede configurarse para producir y/o actualizar el modelo basándose en las propiedades del dispositivo o del uno o más objetos, herramientas o dispositivos, que pueden comprender propiedades o dimensiones geométricas, tal como la longitud, altura, anchura, diámetro, y/o una descripción geométrica en 3D de al menos parte o la totalidad del dispositivo o del uno o más otros objetos, herramientas o dispositivos. El sistema de modelado puede configurarse para actualizar el modelo en tiempo real o casi en tiempo real, por ejemplo, durante un procedimiento.

El sistema de rastreo, el sistema de navegación y/o el sistema de mapeo pueden configurarse para usar el modelo con el fin de rastrear, navegar, dirigir, mover y/o mapear el dispositivo y/o el uno o más objetos, herramientas o dispositivos.

El sistema o pantalla de visualización (por ejemplo, una interfaz hombre-máquina) puede configurarse para mostrar la posición o localización del dispositivo, por ejemplo, en relación con la posición o localización del uno o más objetos, herramientas o dispositivos, por ejemplo, basándose en las posiciones y/o localizaciones determinadas usando el sistema de modelado y/o los sistemas de rastreo de localización o posición primero y/o segundo. El sistema de pantalla o visualización puede configurarse para guiar a un cirujano durante un procedimiento quirúrgico. El dispositivo de procesamiento puede configurarse para recibir y/o procesar datos de coordenadas, por ejemplo, a partir de los sistemas de rastreo de localización o posición primero y/o segundo. El dispositivo de procesamiento puede no procesar datos de imagen. El procesamiento de datos de coordenadas puede ser más rápido que el procesamiento de datos de imágenes. Beneficiosamente, el dispositivo de procesamiento puede configurarse para adaptarse a altas velocidades de rastreo con bajo uso de memoria de sistema y baja fluctuación.

El sistema de navegación puede configurarse para guiar el procedimiento quirúrgico. El sistema de navegación puede configurarse para proporcionar al menos una parte o la totalidad del modelo, por ejemplo, del sistema de modelado, que puede ser en tiempo real. El modelo puede comprender modelos del dispositivo, por ejemplo, el brazo, y/o la herramienta o carga. El sistema de navegación puede configurarse para proporcionar el modelo del al menos un otro objeto, herramienta o dispositivo, tal como el hueso a taladrar. El modelo puede ser o comprender un modelo CAD, que puede obtenerse al menos parcialmente de un escaneado CT.

El sistema de navegación puede ser o comprender un sistema de navegación asistido por ordenador multimodal. El sistema de navegación puede comprender o estar configurado para acceder al sistema de mapeo. El sistema de mapeo puede configurarse para mapear la al menos una parte del dispositivo, por ejemplo, el brazo, y/o la herramienta o carga y, opcionalmente, al menos un otro objeto, herramienta o dispositivo, tal como el hueso a taladrar. El sistema de mapeo puede configurarse para mapear una prótesis u otro objeto quirúrgico, que puede ser para su uso en cirugías en las que se implanta una prótesis.

El modelo puede comprender un modelo de malla 3D, por ejemplo, del al menos un otro objeto, herramienta o dispositivo tal como el hueso, el dispositivo y/o la prótesis. El sistema de navegación puede configurarse para crear un patrón de fresado virtual en el modelo virtual del al menos un otro objeto, tal como el hueso, por ejemplo, a medida que se realiza la cirugía. El dispositivo puede ser móvil y/o articulado y/o reconfigurable y/o reorientable de acuerdo con el patrón de fresado virtual.

El sistema o pantalla de visualización puede configurarse para mostrar la posición del dispositivo y/o la prótesis, en relación con el hueso taladrado. Ventajosamente, esto puede guiar al cirujano para localizar correctamente la prótesis en el hueso taladrado. El sistema de mapeo puede configurarse para enlazar los diferentes modelos, por ejemplo, modelos del dispositivo y modelos de al menos otro objeto, tales como modelos de prótesis y hueso, por ejemplo, por permitir la interacción virtual entre los modelos. Por ejemplo, el sistema de mapeo puede configurarse para permitir que los modelos virtuales se muevan, roten y se superpongan con otros modelos virtuales.

Los modelos 3D pueden configurarse para programarse en cualquier lenguaje adecuado. Por ejemplo, los modelos 3D pueden configurarse para programarse en el lenguaje de procesamiento JAVA.

El sistema de mapeo puede configurarse o programarse para proporcionar, establecer y/o monitorizar un tope, tal como un tope del volumen quirúrgico seguro. Dentro del contexto de la presente invención, el volumen quirúrgico seguro puede ser un volumen a fresar o taladrar y que puede estar confinado dentro del volumen del modelo 3D óseo. El sistema de mapeo puede configurarse para mostrar un mensaje de advertencia cuando la herramienta o carga, por ejemplo, la broca, alcanza y/o se acerca dentro de un límite de umbral del tope. El sistema de mapeo puede configurarse para detener el motor o detener o cambiar la operación de la herramienta o carga cuando la herramienta o carga, por ejemplo, la broca, alcanza, o se acerca dentro de un límite de umbral del tope.

Ventajosamente, los topes de programación permiten al usuario, por ejemplo, el facultativo médico, fresar/taladrar el hueso en la estructura y localización precisas, por ejemplo, siguiendo la estructura de una prótesis a implantar.

El sistema de navegación puede comprender una interfaz gráfica de usuario. La interfaz gráfica de usuario puede configurarse para guiar al usuario en las etapas de navegación para fresar/taladrar un hueso. La interfaz gráfica de usuario puede implementar o implementarse por el sistema o pantalla de visualización.

La interfaz gráfica de usuario y/o el sistema o pantalla de visualización pueden admitir uno o más de los siguientes: barrido de cámara de navegación de 3 ejes, rotación, hacer zoom, zoom de zona, volver a la vista de cámara específica, cuadrícula 2D, leyenda de 3 ejes y similares.

Los siguientes ejemplos no se enumeran explícitamente en las presentes reivindicaciones y se incluyen para ayudar a la comprensión del lector y resaltar aspectos específicos del objeto modificado.

En un ejemplo de la presente divulgación, se proporciona un método para taladrar o fresar un hueso con el dispositivo del primer aspecto, en donde el dispositivo comprende o está comprendido en un taladro quirúrgico. El método puede comprender plegar, articular, reconfigurar y/o reorientar el brazo del dispositivo durante el taladro o fresado. El método puede comprender obtener o recibir un escaneado CT del hueso a taladrar. El método puede comprender crear, proporcionar o recibir un modelo 3D del hueso del escaneado CT.

El método puede comprender crear, obtener o recibir un modelo 3D de una prótesis a implantar.

El método puede comprender crear, obtener o recibir un modelo del dispositivo.

El método puede comprender proporcionar el modelo del hueso al sistema de navegación. El método puede comprender además proporcionar el modelo de la prótesis y/o las coordenadas y la información de orientación del hueso y, opcionalmente, la prótesis.

El método puede comprender colocar el modelo de prótesis dentro del modelo óseo 3D. El método puede comprender enlazar las coordenadas del modelo óseo y el modelo de prótesis para permitir la interacción virtual entre los modelos.

El método puede comprender programar el tope de volumen quirúrgico seguro. Esto puede modificar el contorno del modelo óseo 3D para incluir el tope de volumen quirúrgico seguro.

El método puede comprender una cirugía ortopédica asistida por ordenador (CAOS) de planificación preoperatoria. La CAOS puede comprender mapear los modelos virtuales del hueso y la prótesis en el sistema de navegación. Ventajosamente, esto puede permitir el rastreo de posición en tiempo real del dispositivo u otros objetos virtualmente en la pantalla.

El método puede comprender proporcionar el modelo del taladro quirúrgico al sistema de navegación. El método puede comprender obtener una posición o localización de al menos parte del dispositivo, por ejemplo, de al menos parte o la totalidad del brazo del dispositivo y/o la herramienta o carga, que puede ser en la forma de coordenadas y/o datos de orientación del dispositivo, por ejemplo, desde o usando uno o más (por ejemplo, el primero y el segundo) sistemas de rastreo de localización o posición del dispositivo. El método puede comprender obtener la posición o localización de al menos una parte del dispositivo durante el taladro o fresado.

El método puede comprender registrar los modelos virtuales con el dispositivo u objeto asociado usando el sistema de rastreo óptico. Los objetos pueden ser o comprender el dispositivo, el hueso y la prótesis.

El método puede comprender registrar un rastreo de ángulo de articulación. El método puede comprender enlazar el rastreo de ángulo de articulación con el rastreo 6DOF de la unidad de control.

El método puede comprender fresar el hueso de acuerdo con el tope de volumen quirúrgico seguro. Ventajosamente, el motor del taladro puede detenerse cuando la broca toca un tope.

El método puede comprender ajustar el implante en el hueso fresado.

El método puede emplearse para cualquier procedimiento quirúrgico que implique fresar huesos. El método puede emplearse en la cirugía mínimamente invasiva (MIS). Por ejemplo, el método puede emplearse en artroplastia total de cadera (THA). El método puede emplearse en taladrar túneles en la reconstrucción del ligamento cruzado anterior (ACL), fresar en revisión de artroplastia, taladrar en cirugía de cráneo y cuello, taladrar en cirugía bucal, tal como una cirugía reconstructiva del hueso bucal para la preparación del lugar del implante, y similares.

En un tercer ejemplo de la presente divulgación se proporciona el uso del taladro quirúrgico del primer aspecto para taladrar o fresar un hueso. El uso puede comprender taladrar un orificio en un hueso. El uso puede comprender localizar una prótesis en el hueso taladrado. El uso puede comprender realizar una artroplastia total de cadera. El uso puede comprender realizar cirugía de cuello, cirugía de cráneo, cirugía bucal, cirugía de reconstrucción del ACL y similares.

En un cuarto ejemplo de la presente descripción, se proporciona un sistema o kit que comprende el dispositivo (por ejemplo, el taladro quirúrgico), el sistema de navegación y el sistema de rastreo del primer aspecto. El sistema o kit puede comprender múltiples brocas para diversas aplicaciones. El sistema o kit puede comprender fundas reemplazables para el brazo de taladro. El sistema o kit puede comprender eslabones de repuesto para modificar la longitud o el diámetro de la cadena cinemática del brazo de taladro. El sistema o kit puede comprender un equipo para desinfectar el taladro después de su uso. El sistema o kit puede comprender un software configurado para cargar el sistema de navegación en el ordenador del usuario. El sistema o kit puede comprender una prótesis para implantar después de la acción del taladro.

De acuerdo con un quinto aspecto de la invención se trata de un sistema de rastreo de localización o posición, que puede ser para determinar una localización o posición de un objeto o dispositivo. El objeto o dispositivo puede ser o comprender parte de una herramienta o dispositivo quirúrgico, tal como al menos una parte de un brazo de un dispositivo de operaciones remotas, y/o una herramienta o carga transportada por el mismo. El sistema de rastreo de localización o posición puede estar compuesto o configurado para su uso en el sistema del primer aspecto. El dispositivo y/o herramienta o carga puede ser o comprender el dispositivo y/o herramienta o carga descrito en relación con el primer aspecto. El sistema de rastreo de localización o posición puede ser o comprender un sistema de posicionamiento óptico o basado en radiación.

El sistema de rastreo de posición o localización puede configurarse para rastrear un extremo proximal del objeto o dispositivo y/o un punto de referencia o parte del dispositivo. El sistema de rastreo de localización o posición puede ser para determinar una localización o posición de al menos parte del objeto o dispositivo, tal como una parte del objeto o dispositivo que está fuera de un cuerpo y/o hueso, por ejemplo, durante su uso.

El sistema de rastreo de localización o posicionamiento puede comprender un sistema de rastreo de localización o posición óptico o basado en otra radiación, tal como un sistema de rastreo de localización o posición basado en infrarrojos (IR). El sistema de rastreo de localización o posición puede configurarse para determinar y/o rastrear la posición o localización del al menos un punto de referencia o parte del objeto o dispositivo. El punto de referencia o parte del objeto o dispositivo puede ser o comprender o proporcionarse en o haciendo referencia a una parte del objeto o dispositivo que está fuera del cuerpo y/o hueso durante su uso, por ejemplo, un dispositivo de control o motor, caja o unidad.

El sistema de rastreo de localización o posición puede comprender al menos una estación base y una o más unidades rastreadas. La estación base puede ser fija. El sistema de rastreo de localización o posición puede configurarse para rastrear la posición de la una o más unidades rastreadas, por ejemplo, en relación con la estación base. Al menos una de la una o más unidades rastreadas puede acoplarse con, montarse o proporcionarse sobre o en el objeto o dispositivo, que puede estar en el extremo proximal del objeto o dispositivo, por ejemplo, sobre o en el sistema de control, la unidad de control u otra parte del dispositivo que está fuera del cuerpo y/o hueso durante su uso, por ejemplo, en el punto o parte de referencia. Al menos una de la una o más unidades rastreadas puede montarse en otro dispositivo o herramienta médica o quirúrgica.

El sistema de rastreo de localización o posición, por ejemplo, la estación base y/o la una o más unidades rastreadas, pueden comprender al menos un sensor, tal como un sensor o detector óptico o de radiación, por ejemplo, una cámara. El sistema de rastreo de localización o posición puede configurarse para rastrear al menos una parte del dispositivo fuera del orificio de trépano, el cuerpo y/o el hueso. El sistema de rastreo de localización o posición, por ejemplo, la estación base y/o la una o más unidades rastreadas, puede comprender al menos uno, y preferentemente dos o más, emisores de radiación y/o luz y/o al menos un detector de radiación o luz. El emisor de radiación y/o luz puede comprender un LED, tal como un LED infrarrojo.

Los emisores de radiación y/o luz pueden configurarse para actuar como un plano de referencia estacionario. Los emisores de radiación y/o luz pueden localizarse o unirse a objetos quirúrgicos y/o al dispositivo.

Los sensores o detectores de luz o radiación pueden ser o comprender una microcámara de infrarrojos. La unidad rastreada, por ejemplo, en el objeto o dispositivo, puede comprender dos o más sensores o detectores de luz o radiación. Los dos o más sensores o detectores de luz o radiación pueden estar interpolados. Por ejemplo, los sensores o detectores de luz o radiación pueden interpolarse para lograr una configuración de 1024x768 píxeles para proporcionar una velocidad de fotogramas de hasta 100 fotogramas por segundo.

El sistema de rastreo de localización o posición puede configurarse para determinar y/o rastrear la distancia, el ángulo y/o la posición relativa de cada unidad rastreada o detector y/o la parte del objeto o dispositivo asociado con el mismo, por ejemplo, detectando, monitorizando o controlando la luz o la radiación emitida por el o los emisores de radiación y/o luz de la estación base y/o una o más unidades rastreadas, por ejemplo, usando los sensores o detectores de luz o radiación de la una o más unidades rastreadas y/o la estación base.

La estación base puede ser estacionaria. La estación base puede estar localizada remotamente de la o las unidades rastreadas. La estación base puede comprender al menos una cámara. La estación base puede comprender dos o más emisores de radiación y/o luz. La estación base puede comprender o estar configurada para comunicarse con el dispositivo de procesamiento.

La estación base puede configurarse para comunicarse con las unidades rastreadas. La comunicación puede comprender una comunicación inalámbrica. La comunicación puede ser a través de un enlace. La comunicación puede ser a través de un enlace de radiofrecuencia de baja potencia alta velocidad. La comunicación puede ser a través de un enlace transceptor.

Las unidades rastreadas, que pueden localizarse en o unirse al equipo quirúrgico y/o al objeto o dispositivo, pueden configurarse para comunicarse con la estación base de manera secuencial. Las unidades rastreadas pueden configurarse para comunicarse con la estación base de forma codificada por pulsos.

El detector de radiación o luz de cada unidad rastreada puede configurarse para recibir y/o registrar las señales emitidas por uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de la estación base. Cada una de las unidades rastreadas puede comprender un procesador de unidades rastreadas. El procesador de unidades rastreadas puede configurarse para determinar la localización o posición de la unidad rastreada, por ejemplo, basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de la estación base, que pueden recibirse mediante el detector de radiación o luz de la unidad rastreada. Cada unidad rastreada puede configurarse para transmitir o transferir su localización, por ejemplo, de acuerdo con o en relación con el fotograma de referencia, por ejemplo, un sistema de coordenadas, que puede estar centrado o basado en la estación base. Cada unidad rastreada puede configurarse para transmitir o transferir su localización a través del enlace inalámbrico. Cada unidad rastreada puede configurarse para transmitir o transferir su localización con una identificación única.

El procesador de la estación base puede configurarse para determinar la posición, que puede ser una posición 3D, de una o más o cada unidad rastreada haciendo referencia a la estación base, por ejemplo, basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o luz de las unidades rastreadas respectivas, que pueden recibirse por el detector de radiación o luz de la estación base. El procesador de la estación base puede usar la posición y/o localización de la una o más o cada unidad rastreada, por ejemplo, las coordenadas de la una o más o cada unidad rastreada, determinadas por el procesador de estación base y/o el uno o más o cada procesador de unidad rastreado para determinar la posición, por ejemplo, la posición 3D, de la una o más o cada unidad rastreada con respecto a la estación base. El procesador de estación base y/o el o los procesadores de la unidad rastreada pueden configurarse para enviar las coordenadas de localización al dispositivo de procesamiento. Se apreciará que el dispositivo de procesamiento puede estar incluido en el sistema de rastreo de localización o posición y/o remoto del sistema de rastreo de localización o posición, por ejemplo, puede estar basado o distribuido en un servidor. Es más, uno o más o cada uno de: el dispositivo de procesamiento, el procesador de estación base y/o el procesador de unidad rastreada pueden implementarse mediante el mismo sistema de procesamiento o mediante diferentes sistemas de procesamiento.

De acuerdo con un sexto aspecto de la presente invención, se trata de un producto de programa informático para controlar o, al menos, implementar parcialmente el dispositivo de la reivindicación 1. Por ejemplo, el producto de programa informático está configurado para implementar al menos parcialmente el sistema de navegación, el sistema de modelado, el sistema de mapeo y/o el sistema de rastreo descritos anteriormente en relación con el dispositivo de la reivindicación 1.

El producto del programa informático puede proporcionarse en un medio portador, tal como un medio portador no transitorio y/o tangible. El producto de programa informático puede estar programado o programarse en un procesador y/o proporcionarse en una memoria o almacenamiento, tal como una RAM, ROM, en un disco duro, en una tarjeta de memoria, almacenamiento de memoria USB, una unidad flash o tarjeta, y/o similares.

De acuerdo con un séptimo aspecto de la presente invención se trata de un sistema de procesamiento, que puede estar comprendido en una unidad de control para el dispositivo de la primera reivindicación, cuando se programa con el producto de programa informático del sexto aspecto. El sistema de procesamiento comprende un procesador. El sistema de procesamiento está configurado para acceder al menos a un almacenamiento o memoria de datos. El sistema de procesamiento puede comprender uno o más sistemas de comunicaciones, tales como un sistema de comunicación inalámbrico y/o de red,

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán unas realizaciones de la presente invención, únicamente a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, que son:

la figura 1A: una vista en perspectiva de un brazo de taladro en un ejemplo de configuración plegada; la figura 1C: una vista en perspectiva del brazo de taladro de la figura 1A en una configuración completamente extendida;

la figura 1B: una vista lateral del brazo de taladro de la figura 1A en el ejemplo de una configuración plegada; la figura 1D: una vista lateral del brazo de taladro de la figura 1A en la configuración completamente extendida; la figura 2: una vista en perspectiva de un taladro quirúrgico que comprende el brazo de taladro de la figura 1A;

la figura 3: una representación esquemática de un sistema que comprende el taladro quirúrgico de la figura 2, un sistema de rastreo y un procesador;

la figura 4: una cirugía de fresado de hueso establecida empleando el taladro quirúrgico de la figura 2; las figuras 5A y 5B: representaciones esquemáticas del sistema de rastreo del sistema de la figura 3;

la figura 6: una representación de dos imágenes de coordenadas en perspectiva obtenidas por el sistema de rastreo de las figuras 5A y 5B;

la figura 7A: un modelo 3D que comprende un fémur y un implante de vástago femoral usado por el sistema de la figura 3;

la figura 7B: el modelo 3D de la figura 3 con el implante insertado en el fémur;

la figura 7C: una interfaz de usuario del sistema de la figura 3; y

la figura 8: un diagrama de flujo de un método para taladrar o fresar un hueso usando el sistema de la figura 3.

Descripción detallada de los dibujos

La figura 1A muestra una vista en perspectiva de un brazo de taladro 1 para un taladro quirúrgico en una configuración plegada. El brazo de taladro 1 está configurado para ajustarse dentro de una pequeña incisión en un hueso a taladrar, por ejemplo un fémur, tibia, fíbula, rótula, senos paranasales, huesos del cuello, huesos bucales, huesos del cráneo, y similares. Se proporciona un portabrocas 8 en un extremo distal del brazo de taladro 1.

El brazo de taladro 1 comprende una pluralidad de (en este ejemplo tres) eslabones 2, 4 y 6, que forman una cadena cinemática. Un extremo proximal o anterior de un primer eslabón 2 está conectado a una caja de control (no mostrada). Un extremo distal o posterior del primer eslabón 2 está conectado a través de una articulación 10a a un extremo proximal o anterior de un segundo eslabón 4. Un extremo distal o posterior del segundo eslabón 4 está conectado a través de una articulación 10b a un extremo proximal o anterior de un tercer eslabón 6. Un extremo distal o posterior del tercer eslabón 6 está conectado al portabrocas 8. Se apreciará que los eslabones 2 y 6 son eslabones singulares y el eslabón 4 es un enlace binario. Los eslabones 2, 4 y 6 son rígidos y huecos y están configurados para hospedar o alojar un árbol flexible (no mostrado) para operar o accionar la broca 8. Por ejemplo, cada eslabón puede adoptar la forma de un tubo o cilindro metálico hueco compuesto de metal de calidad quirúrgica adecuada o algún otro material biocompatible rígido adecuado. Las articulaciones 10 están configuradas para permitir la rotación libre de la articulación y pueden comprender cualquier articulación adecuada, tales como remaches. Cada eslabón 2, 4, 6 comprende uno o más cojinetes (no mostrados) entre los eslabones 2, 4, 6 y el árbol flexible. Por ejemplo, los cojinetes pueden ser microcojinetes de bolas de alta velocidad.

De este modo, el brazo de taladro 1 está configurado para actuar como una funda flexible para el árbol flexible con la broca 8 unida al extremo distal del brazo de taladro 1. El brazo de taladro 1 puede dirigirse por medio de cables (no mostrados), proporcionando una capacidad de dirección accionada por cable. Por ejemplo, los cables pueden discurrir dentro de los eslabones 2, 4, 6 del brazo 1. Un extremo de cada uno de los cables está conectado al extremo distal (es decir, el extremo que comprende la broca) del brazo de taladro 1 y un extremo opuesto de cada uno de los cables está unido a un motor y/o accionador (no mostrado) para operar (es decir, desenrollar o retraer) los cables. El brazo 1 está configurado para accionarse accionando el eslabón distal o más alejado 6. Plegar el eslabón distal o más alejado hace que los otros eslabones 4 y 2 sigan su movimiento. Como tal, los eslabones 4 y 2 se activan pasivamente y el eslabón 6 se activa activamente.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de otro ejemplo de taladro quirúrgico 100. El taladro 100 comprende un brazo de taladro 101, que opcionalmente es o comprende el brazo de taladro 1 mostrado en las figuras 1A a 1D. Un extremo proximal del brazo de taladro 101 está conectado a una caja de control 120 y un extremo distal del brazo de taladro 101 está conectado a un portabrocas 108. El portabrocas 108 está configurado para sujetar una broca 112. El brazo de taladro 101 es hueco y alojar un árbol flexible 122 en su cavidad. El árbol flexible 122 está conectado a un motor (no mostrado), tal como un servomotor. El motor está configurado para operar la broca 112 y hacer que rote a la velocidad necesaria. El motor puede ser de cualquier tipo adecuado, tal como un servomotor o un servomotor de par alto. Ventajosamente, un servomotor de par alto puede permitir el plegamiento sostenido del brazo de taladro mientras se mantiene la acción de fresado/taladro del hueso.

La figura 3 muestra una representación esquemática del taladro quirúrgico 100, en operación mientras se taladra un orificio en un hueso. El brazo de taladro 101 se inserta en una cavidad ósea del hueso en un ángulo apropiado para taladrar la estructura necesaria, por ejemplo, para permitir la inserción de una prótesis, tal como una cabeza femoral. El brazo de taladro 101 está conectado a la caja de control 120, que actúa como carcasa de motor. El taladro 100 funciona usando un sistema de rastreo 200 y un procesador 300, que en esta realización es un ordenador. El brazo de taladro 101 está configurado para proporcionar uno o más grados de libertad de movimiento mientras se pliega. Ventajosamente, esto permite que el brazo de taladro 101 navegue a través de la incisión mientras taladra el hueso. Un movimiento de torsión o rotatorio del brazo de taladro 101 puede lograrse manualmente, por ejemplo, torciendo la caja de control 120. Como alternativa o adicionalmente, el movimiento de torsión o rotatorio del brazo de taladro 101 puede automatizarse, por ejemplo, rotando todo el brazo 101 desde la caja de control 120.

La figura 4 muestra un sistema de cirugía de fresado de hueso que emplea el taladro quirúrgico 100. El taladro 100 se sujeta manualmente agarrando la caja de control 120. En este ejemplo, el brazo de taladro flexible 101 comprende el brazo de taladro 1 descrito en la figura 1. El brazo de taladro 101 se opera por medio de un accionador 150, que en este caso es una palanca de control. El accionador 150 permite al usuario, por ejemplo un cirujano, dirigir el brazo de taladro 101 y plegarlo en un ángulo deseado. La broca 112 del taladro 100 se pone en contacto con un hueso 500 con el fin de iniciar la operación de fresado.

El taladro 100 comprende un sistema de rastreo óptico 200 configurado para rastrear la parte del taladro 100 que está fuera del orificio de trépano. El sistema de rastreo comprende una unidad base 240 y un sistema de rastreo de taladro 230 localizados en el taladro 100. La unidad base 240 está localizada remotamente del taladro 100 y es estacionaria. La unidad base 240 está configurada para actuar como un plano de referencia estacionario. La unidad base 240 comprende una cámara 244, que puede ser cualquier tipo de cámara adecuada, por ejemplo, una microcámara de infrarrojos.

La unidad base 140 también comprende dos emisores de luz separados 242, que pueden ser cualquier tipo adecuado de emisores de luz, por ejemplo, LED infrarrojos. La unidad base 240 también comprende una unidad de microprocesamiento 246.

La unidad de rastreo de taladro 230 comprende una cámara 234, que puede ser cualquier tipo de cámara adecuada, por ejemplo, una microcámara de infrarrojos. La unidad de rastreo de taladro 230 también comprende dos emisores de luz separados 232, que puede ser cualquier tipo adecuado de emisores de luz, por ejemplo, LED infrarrojos. La unidad de rastreo de taladro 230 también comprende una unidad de microprocesamiento 236.

La unidad base 240 y la unidad de rastreo de taladro 230 se comunican entre sí de manera inalámbrica, por ejemplo, a través de un enlace de transceptor. La cámara de unidad base 244 está configurada para monitorizar la luz emitida por los emisores de luz 232 de la unidad de rastreo de taladro 230 y la cámara de unidad de rastreo de taladro 234 está configurada para monitorizar la luz emitida por los emisores de luz 242. La unidad base 240 y la unidad de rastreo de taladro 230 están configuradas para transferir sus localizaciones entre sí de acuerdo con un sistema de coordenadas. La información se transmite de manera codificada por pulsos con una ID única de 24 bits para evitar confusiones durante el intercambio de información.

La unidad de microprocesamiento de sistema de rastreo de taladro 236 está configurada para determinar la posición de la unidad base 240 y usarla como localización de referencia para calcular la posición de la unidad de rastreo de taladro 230. La unidad de microprocesamiento 246 de la unidad base 240 usa las coordenadas obtenidas de la localización de la unidad base 240 y la unidad de rastreo de taladro 230 para determinar la posición 3D de la unidad de rastreo de taladro 230.

La unidad de microprocesamiento 246 de la unidad base envía las coordenadas de localización a un procesador remoto, en este caso el ordenador 300, que comprende software para mostrar un sistema de visualización de realidad virtual 400 en el que el usuario, por ejemplo un cirujano, puede observar un modelo virtual de la posición del taladro 100 en relación con el hueso 500.

El taladro 100 también comprende un sistema de rastreo no óptico en la forma de un sistema codificador rotatorio configurado para rastrear el ángulo de plegado de cada articulación y la posición del brazo de taladro 101, y en particular, el extremo distal del brazo de taladro 101, haciendo referencia a la caja de controlador 120. Cada articulación 10A, 10B del brazo de taladro está provista de un codificador rotatorio. Los codificadores comprenden un potenciómetro, tal como un potenciómetro de botón, que está configurado para variar su tensión cuando rota el potenciómetro. La salida de tensión de cada potenciómetro en cada grado de rotación se relaciona a continuación con el ángulo de plegado de las articulaciones, por ejemplo, proporcionando un mapa adecuado, tabla de búsqueda, algoritmo y/o similares. Por ejemplo, el potenciómetro está configurado para transmitir datos analógicos a un controlador (que puede ser el mismo o diferente que el ordenador 300 o a la unidad de microprocesamiento del sistema de rastreo de taladro 236). El controlador comprende un convertidor analógico a digital para convertir los datos analógicos del potenciómetro en datos digitales. Las propiedades geométricas del brazo de taladro 101, por ejemplo, la longitud y/o diámetro o espesor u otras dimensiones o perfiles 3D de cada eslabón 2, 4, 6, están predeterminadas y almacenadas en una memoria a la que puede acceder el controlador. De este modo, conociendo al menos la longitud de cada eslabón 2, 4, 6 y los ángulos de las articulaciones 10A, 10B calculados usando los codificadores rotatorios, puede calcularse la posición 3D del brazo de taladro 101 y, en particular, la localización del extremo distal del brazo de taladro 101 y, por lo tanto, la posición del portabrocas 108 y la broca 112. Por ejemplo, la posición del extremo distal del brazo de taladro 101 haciendo referencia a la caja de controlador 120 puede determinarse mediante cinemática directa.

La figura 5A muestra una representación esquemática del sistema de rastreo óptico 200. Una unidad base de sistema de rastreo 240 comprende un par de emisores de luz separados 232a. Los emisores de luz 232 se filman por una cámara 234 localizada en una primera unidad de rastreo de taladro 230. De este modo, la imagen del par de emisores de luz separados 232 en la estación base recopilada por la cámara 234 puede usarse para acumular información sobre la localización de referencia de la unidad base 240. También se proporcionan un par de emisores de luz separados 232b en la primera unidad de rastreo de taladro 230. Los emisores de luz 232b de la primera unidad de rastreo de taladro 230 se filman por la cámara de unidad base 244. Pueden procesarse las imágenes de los emisores de luz separados 232b de la primera unidad de rastreo de taladro de la cámara 244 en la unidad base con el fin de obtener las coordenadas de perspectiva de la primera unidad de rastreo de taladro en relación con la localización de la unidad base. La secuencia de transferencia de información se repite a continuación con una segunda unidad de rastreo de taladro 230', que es estructuralmente similar a la primera unidad de rastreo de taladro 230. Cada unidad de rastreo de taladro 230, 230' envía información a la unidad base 240 de manera pulsada y con una ID única de 24 bits, con el fin de evitar la mezcla o confusión de datos y para identificar de manera única cada unidad de rastreo 230, 230'. Los emisores de luz 232b de la unidad de rastreo de taladro están enlazados por radiofrecuencia a la unidad base 240 mediante enlaces transceptores de radiofrecuencia 238 y 248 y la unidad base 240 puede encender y apagar secuencialmente los emisores de luz 232b de cada unidad de rastreo de taladro 230, 230'.

Cada conjunto de coordenadas obtenidas de la unidad base 240 y la correspondiente unidad de rastreo de taladro 230, 230' proporciona dos perspectivas y con esta información, la unidad de microprocesamiento de la unidad base calcula a continuación la posición 3D de cada unidad de rastreo de taladro y la correlaciona con sus respectivas localizaciones. La unidad base 240 actúa como el origen de todo el sistema de rastreo. Las unidades de rastreo de taladro 230, 230' pueden proporcionarse en diferentes localizaciones en el taladro 100 o en diferentes herramientas quirúrgicas usadas en un procedimiento, por ejemplo, y por lo tanto puede usarse para rastrear la posición y configuración/conformación del taladro 100 y especialmente el brazo de taladro 101.

La unidad base 240 envía en serie los datos de coordenadas calculados a un procesador remoto, por ejemplo, el ordenador 300, que puede usar la información de coordenadas para producir un sistema de visualización de realidad virtual para guiar al usuario en la operación de fresado. En esta realización, el procesador remoto 300 está configurado para recibir y procesar datos de coordenadas pero no datos de imágenes. El procesamiento de datos de coordenadas es más rápido que el procesamiento de datos de imágenes y, por lo tanto, el procesador remoto 300 está configurado para adaptarse a velocidades altas de rastreo con bajo uso de memoria de sistema y baja fluctuación.

La figura 6 muestra una representación de dos imágenes de coordenadas en perspectiva obtenidas por un sistema de rastreo como se ha descrito anteriormente, en donde el esquema a mano izquierda de la figura 6 muestra la imagen de los emisores de luz 232b de una de las unidades de rastreo de taladro 230, 230' tomada por la cámara 244 de la unidad base 240, mientras que el esquema a mano derecha de la figura 6 muestra la imagen de los emisores de luz 232a de la unidad base 240 tomada por la cámara 234 de la unidad de rastreo de taladro 230, 230'. Las coordenadas X, Y y Z relativas de un objeto pueden calcularse fácilmente a partir de dos imágenes en perspectiva, usando los principios de la geometría de perspectiva.

Ya que cada par de unidad de rastreo de base 240 - unidad de rastreo de taladro 230, 230' forma un bucle cerrado y los emisores de luz 232a, 2332b están codificados por pulsos, no puede haber ninguna confusión en el rastreo de las unidades de rastreo de taladro 230, 232' incluso si están colocadas cerca, como en el caso de las cirugías guiadas por ultrasonido o las unidades quirúrgicas de puerto único, laparoscópicas y artroscópicas junto con la realidad virtual. El uso de un sistema de rastreo como el descrito anteriormente, proporcionaría al cirujano información sobre la localización y orientación 3D de las herramientas quirúrgicas, tal como el taladro quirúrgico 100, y haría que el proceso de cirugía navegada sea mucho más fácil y confiable, incluso cuando las herramientas están cerca unas de otras. Las posibles aplicaciones de esta tecnología de sistema de rastreo también pueden aplicarse en sistemas híbridos tales como el rastreo por laparoscopia con realidad virtual o el rastreo por ultrasonido con rastreo y navegación multimodal.

La figura 7A muestra un sistema de mapeo 3D 600 que mapea un hueso, en este caso un fémur 620, y un implante, tal como un implante de vástago femoral 610, en donde la figura 7A muestra el fémur 620 y el implante de vástago femoral 610 antes de la inserción del implante 610 en el hueso 620. El sistema de mapeo 600 crea un espacio operativo virtual en el que pueden moverse los objetos virtuales correspondientes a los objetos del procedimiento quirúrgico. En este caso, los objetos virtuales comprenden modelos del hueso 620, el implante 610 y el taladro 100, por ejemplo, el brazo de taladro 101 y la broca 112. Los modelos pueden obtenerse tomando una imagen CAD en 3D de los objetos respectivos, tal como el hueso 620 y el implante 610. Estos podrían obtenerse, por ejemplo, a partir de un escaneado CT de dichos objetos. Los datos del escaneado CT pueden importarse en formato "xyz-cood" a un software tal como MESHLAB. El entorno de objetos virtuales para el mapeo puede programarse en JAVA y puede comprender uno o más objetos virtuales al mismo tiempo. Una vez importados, los objetos virtuales pueden moverse, rotarse y/o superponerse con otros objetos dentro del espacio operativo virtual.

La figura 7B muestra el sistema de mapeo 3D 600 con el implante de vástago femoral 610 insertado en el fémur 620, es decir, con los modelos virtuales del implante 610 y el hueso 620 superpuestos. Los ejes XYZ 630 representan un sistema de coordenadas usado para posicionar los modelos virtuales en ambas figuras 7A y B.

El sistema de mapeo 600 implementa un tope que representa un volumen quirúrgico seguro que puede fresarse. La colocación del modelo de implante 610 en la localización final dentro del modelo de fémur 620 puede usarse para establecer el tope del volumen quirúrgico seguro a fresar, es decir, por ejemplo, el volumen confinado al modelo de implante 610. Durante la operación de fresado, el sistema de mapeo 600 está configurado para monitorizar la posición de la broca 112 con respecto al tope del volumen quirúrgico seguro y para restringir el motor del taladro y hacer que se detenga cuando la broca 112 alcanza el tope o al menos dentro de una distancia umbral del mismo.

La figura 7C muestra un sistema de navegación 400 con una herramienta virtual 440, un modelo de hueso virtual 420, Los ejes XYZ 430 y la herramienta de planificación quirúrgica 450. El sistema de navegación 400 opera en combinación con el sistema de mapeo 600 anterior y emplea la hibridación del sistema de rastreo óptico como se ha detallado anteriormente con el sistema de rastreo de codificador rotatorio. El sistema de rastreo óptico (por ejemplo, el sistema de rastreo óptico 200 descrito anteriormente) se usa rastrear los objetos quirúrgicos fuera del orificio de trépano, mientras que los codificadores rotatorios localizados en la articulación 10A, 10B entre cada eslabón 2, 4, 6 del brazo de taladro 101 se usan para rastrear el extremo de la broca 112 una vez que se inserta en el orificio de trépano y ya no puede verse por el sistema de rastreo óptico 200. Los codificadores rotatorios proporcionan datos de ángulo de plegado o rotación de cada eslabón 2, 4, 6 en relación con el eslabón anterior 2, 4, 6. Los datos de ángulo de plegado o rotación, combinados con la longitud de cada eslabón se usa para mapear la posición del brazo de taladro 101 y sincronizarlo con su objeto virtual.

La figura 8 muestra las etapas de un método para taladrar o fresar un hueso, incluido para ayudar a la comprensión del lector. Las reivindicaciones actuales no incluyen una reivindicación de un método para taladrar o fresar un hueso. El método comprende obtener un escaneado CT de los objetos quirúrgicos involucrados en el método/procedimiento, tal como el hueso 620 a taladrar y el correspondiente implante 610. Los datos del escaneado CT se usan para crear modelos 3D de los objetos escaneados, que a continuación puede cargarse, junto con sus coordenadas de localización e información de orientación, en el sistema de navegación. El método comprende además posicionar el modelo de prótesis en el modelo óseo y de este modo obtener y programar un tope de volumen quirúrgico seguro. Los modelos se mapean en el sistema de navegación. El sistema de rastreo monitoriza el ángulo de las articulaciones 10A, 10B del brazo de taladro 101 del taladro quirúrgico usando los codificadores rotatorios junto con la posición de un punto de referencia del taladro 100 que está fuera del cuerpo usando el sistema de rastreo óptico durante el fresado del hueso y actualiza la posición del modelo virtual de la broca 112 y el modelo del hueso 620 (es decir, para reflejar el fresado). La posición de la broca 112 también se compara con el tope de volumen quirúrgico seguro calculado y el motor del taladro se modera o se detiene cuando se alcanza o se aproxima al tope. El modelo también monitoriza la fijación del implante en el hueso fresado.

También debería entenderse que las referencias en el presente documento para taladrar un hueso u otras partes del cuerpo no necesitan limitarse a taladrar el hueso u otras partes del cuerpo durante un procedimiento quirúrgico, sino que pueden comprender otras aplicaciones no quirúrgicas tal como realizar un análisis o procedimiento científico o post-mortem, durante la fabricación de un objeto tal como una prótesis o ayuda didáctica o educativa y/o similares. De hecho, aunque la descripción anterior se refiere a herramientas quirúrgicas, se apreciará que algunos aspectos de la presente divulgación, que no están cubiertos por el alcance de las reivindicaciones, también pueden aplicarse igualmente a herramientas de operaciones remotas no quirúrgicas tales como herramientas de inspección remota, por ejemplo, para inspeccionar el interior de tuberías y otros lugares de difícil acceso, brazos robóticos y/o similares.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema quirúrgico de operaciones remotas, comprendiendo el sistema quirúrgico un instrumento quirúrgico que tiene un brazo (1, 101), en donde

el brazo (1) puede reconfigurarse de tal manera que el brazo (1) puede orientarse mediante la reconfiguración del brazo (1);

el brazo (1) comprende o está configurado para recibir al menos una herramienta o una carga, y en donde el brazo (1) está configurado para insertarse en un cuerpo; y

comprendiendo el sistema quirúrgico un sistema de rastreo de posición que comprende uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) que están configurados para determinar y/o rastrear una posición de una o más partes o la totalidad del instrumento o del brazo quirúrgico (1, 101) y/o la herramienta o la carga; en donde el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición comprenden un sistema de rastreo de posicionamiento no óptico o no basado en radiación para rastrear al menos parte del brazo (1, 101) y/o el instrumento quirúrgico durante su uso cuando está dentro del cuerpo, y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) comprenden un sistema de posicionamiento óptico o basado en radiación;

comprendiendo o estando configurado el sistema quirúrgico para implementar o comunicarse con una plataforma de navegación para facilitar la navegación y/o la operación del sistema quirúrgico usando la posición obtenida a partir de o usando el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200);

comprendiendo o estando configurado el sistema quirúrgico para comunicarse con un dispositivo de procesamiento, comprendiendo o estando configurado el dispositivo de procesamiento para implementar un sistema de modelado para modelar virtualmente al menos parte del instrumento quirúrgico y uno o más otros objetos, herramientas o dispositivos, en donde al menos algunas o todas las posiciones usadas por el sistema de modelado virtual son o comprenden las posiciones determinadas y/o rastreadas por el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200); y

en donde el sistema de navegación (400) está configurado para usar el modelo virtual con el fin de rastrear, mover y/o mapear el instrumento quirúrgico y/o el uno o más otros objetos, herramientas o dispositivos,

en donde el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) comprenden al menos una estación base (240) y una o más unidades rastreadas (230), en donde el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) están configurados para determinar y/o rastrear la posición de la una o más unidades rastreadas (230) en relación con la estación base (240); en donde

al menos una de la una o más unidades rastreadas (230) está acoplada, montada o proporcionada sobre o en el instrumento quirúrgico en el extremo proximal del instrumento quirúrgico o sobre o en un sistema de control, una unidad de control u otra parte del instrumento quirúrgico que está fuera del cuerpo durante su uso o en un punto de referencia o parte del instrumento quirúrgico,

en donde la una o más unidades rastreadas (230) comprenden al menos un sensor o un detector ópticos o de radiación y la estación base (240) comprende al menos uno o dos o más emisores de radiación y/o de luz, en donde al menos una o cada una de las unidades rastreadas (230) comprende un procesador de unidades rastreadas, y el procesador de unidades rastreadas y/o el dispositivo de procesamiento están configurados para determinar la posición y el ángulo de la unidad rastreada (230) basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o de luz de la estación base (240) que son recibidas por el detector de radiación o de luz de la unidad rastreada (230),

en donde el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) comprenden dos o más unidades de rastreo (230), en donde la estación base (240) comprende al menos un sensor o un detector ópticos o de radiación y la una o más unidades rastreadas (230) comprenden al menos uno o dos o más emisores de radiación y/o de luz, y

en donde la estación base (240) comprende o está configurada para comunicarse con un procesador de estación base; y el procesador de estación base o el dispositivo de procesamiento están configurados para determinar la posición de al menos una o cada unidad rastreada (230) basándose en las señales emitidas por el uno, dos o más emisores de radiación y/o de luz de al menos una o cada unidad rastreada (230) que son recibidas por el detector de radiación o de luz de la estación base (240) y/o la posición de la una o más o cada unidad rastreada (230) determinada por el uno o más o cada procesador de unidades rastreadas o el dispositivo de procesamiento para determinar la posición de la al menos una o cada unidad rastreada (230).

2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el instrumento quirúrgico está o está comprendido en un taladro óseo (100) y la herramienta o la carga comprenden un sistema de taladro, y en donde el brazo (1, 101) está configurado para su inserción en un hueso (500).

3. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el brazo (1, 101) comprende una pluralidad de segmentos (2, 4, 6), pudiendo al menos uno o cada uno de los segmentos (2, 4, 6) ser reconfigurado en relación con uno o más o cada uno otro segmento (2, 4, 6).

4. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde

el primer sistema de rastreo de posición comprende uno o más sensores de plegado, de rotación o angulares para medir un ángulo o una orientación relativa entre al menos dos segmentos (2, 4, 6) o entre cada segmento (2, 4, 6); y

el instrumento quirúrgico comprende o está configurado para comunicarse con el dispositivo de procesamiento, estando el dispositivo de procesamiento configurado para determinar la posición de al menos una o más o cada posición de una o más partes del instrumento quirúrgico y/o de la herramienta o de la carga usando el ángulo relativo medido o la posición de al menos uno o cada par de segmentos (2, 4, 6) y/o la una o más dimensiones de al menos uno o cada segmento (2, 4, 6).

5. El sistema quirúrgico de acuerdo con la reivindicación 4, en donde al menos uno de los sensores angulares o de plegado están localizados en cada articulación (10, 10A, 10B) entre segmentos (2, 4, 6).

6. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer sistema de rastreo de posición está configurado para actuar como una extensión del segundo sistema de rastreo de posición, en donde el segundo sistema de rastreo de posición (200) está configurado para determinar y/o rastrear un extremo proximal del brazo (1, 101) o del instrumento quirúrgico y/o un punto de referencia o una parte del instrumento quirúrgico o del brazo (1, 101), mientras que el primer sistema de rastreo de posición está configurado para determinar y/o rastrear el extremo distal del instrumento quirúrgico o del brazo (1, 101) o de la herramienta o la carga en relación con el extremo proximal del brazo (1, 101) o el instrumento quirúrgico y/o el punto de referencia o parte del instrumento quirúrgico o del brazo (1, 101).

7. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de procesamiento comprende, está comprendido en o está configurado para implementar:

un sistema de rastreo para rastrear al menos una parte o la totalidad del instrumento quirúrgico tal como el brazo (1, 101) y/o la carga o el objeto, durante su uso; y/o

la plataforma de navegación; y/o

un sistema de mapeo (600) para determinar las posiciones relativas de al menos una parte del instrumento quirúrgico y/o una parte de un paciente y/o al menos un objeto médico o quirúrgico distintos; en donde el sistema de rastreo, el sistema de navegación (400) y/o el sistema de mapeo (600) están configurados para usar la posición de la una o más partes o la totalidad del instrumento quirúrgico y/o de la herramienta o la carga determinadas por el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) para rastrear y/o mover al menos parte del instrumento quirúrgico y/o para determinar las posiciones relativas de la al menos parte del instrumento quirúrgico y/o la parte de un paciente y/o el al menos un objeto médico o quirúrgico distintos.

8. El sistema quirúrgico de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el dispositivo de procesamiento está configurado para implementar o proporcionar un sistema o una pantalla de visualización o un sistema de visualización de realidad virtual y/o una interfaz hombre-máquina.

9. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en donde el sistema de modelado está configurado para producir y/o actualizar el modelo basándose en las posiciones de al menos parte del instrumento quirúrgico, la herramienta o la carga en el brazo (1, 101), y/o el uno o más objetos, herramientas o dispositivos determinados y/o rastreados por el uno o más primeros sistemas de rastreo de posición y el uno o más segundos sistemas de rastreo de posición (200) y/o las propiedades o dimensiones geométricas y/o una descripción geométrica en 3D de al menos parte o la totalidad del instrumento quirúrgico o del uno o más objetos, herramientas o dispositivos.

10. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en donde el sistema de modelado está configurado para actualizar el modelo en tiempo real o casi en tiempo real durante un procedimiento.

11. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en donde el sistema de rastreo y/o el sistema de mapeo (600) están configurados para usar el modelo virtual con el fin de rastrear el movimiento y/o mapear el instrumento quirúrgico y/o el uno o más objetos, herramientas o dispositivos.

12. El sistema quirúrgico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en donde el sistema de mapeo (600) está configurado o puede programarse para proporcionar, configurar y/o monitorizar un tope del volumen quirúrgico seguro, y el sistema de mapeo (600) está configurado para mostrar un mensaje de advertencia y/o detener un motor configurado para hacer funcionar la herramienta o la carga, o para detener o cambiar la operación de la herramienta o la carga cuando la herramienta o la carga alcanzan y/o se acercan a un límite de umbral del tope.

13. Un producto de programa informático para controlar o al menos implementar parcialmente el sistema quirúrgico de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Un sistema de procesamiento cuando se programa con el producto de programa informático de la reivindicación 13, comprendiendo el sistema de procesamiento un procesador (300) para procesar el programa informático y comprendiendo el sistema de procesamiento o estando configurado para acceder a al menos un almacenamiento de datos o una memoria en los que se almacena el programa informático.