Vorrichtung zum Festlegen einer Gliedmaße

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Orientierung, Festlegung und Momentenbeaufschlagung einer Gliedmaße während einer Operation insbesondere eines Patientengelenks mittels zumindest einer Gliedmaßenhalterung, wobei ein Positionsausgleich über eine arretierbare Gelenkanordnung mit einer ortsfesten Auflage, vorzugsweise einer Patientenauflage, verbunden ist.

Stand der Technik

Derartige Vorrichtungen sind in vielfältiger Ausgestaltung bekannt und gebräuchlich, da die Forderung, die Gliedmaße zuverlässig in die richtige Lage zu bringen und dort zu halten, immer wichtiger wird. Relevante Druckschriften sind DE 32 01 066, US 2006/025743 Al und US 4 886 258 A. In der DE 32 01 066 beispielsweise wird eine Gliedmaßeneinstell- und Haltevorrichtung beschrieben, bei welcher zwei voneinander entfernt gelegene, die Extremität, insbesondere das Bein, haltende Glieder vorgesehen sind, welche eine genaue Einstellung und Halterung des Beines gewährleisten. Die Vorrichtung schafft eine starre Plattform für das Knie bei gestreckter Lage, für die Beugung in die Varus- und Valgusstellung, für eine Drehung nach innen und außen und für die Kombination dieser Stellungen.

Nachteilig bei dieser Gliedmaßeneinstell- und Haltevorrichtung ist jedoch, dass das aus der Vorrichtung und dem Patientengelenk gebildete Gelenksystem nicht eindeutig bestimmt ist. So kann bei relativ gestreckter Kniestellung das Aufbringen eines Torsionsmoments quer zur Kniegelenkachse zu einem Ausweichen der Kniegelenkachse fuhren, indem sich der Ober- und Unterschenkel in Längsrichtung drehen, bis die Kniegelenkachse parallel zur Achse des Torsionsmoments verläuft und das Kniegelenk nachgeben kann.

Würde der Unterschenkel in der Gliedmaßeneinstell- und Haltevorrichtung festgehalten, würde sich das Kniegelenk bei Veränderung des Beugewinkels verspannen. Diese Verspannungen werden nicht ausgeglichen und es würden zusätzliche Belastungen der während der Operation ohnehin schon beanspruchten Gelenkbänder verursacht. Hierzu kann es zu überdehnungen der Gelenkbänder und/oder Sehnen kommen.

In den US 2006/025743 Al und US 4 886 258 A ist das aus der Vorrichtung und dem Patientengelenk gebildete Gelenksystem ebenfalls nicht eindeutig bestimmt. So muss in der US 2006/025743 Al vor der Bewegung der Stange (16) die Arretierung (26) gelöst werden, um keine Verspannungen im Patientengelenk hervorzurufen. Da bei der öffnung der Arretierung (26) sowohl die Verschiebung entlang der Stange (16) als auch die Rotation um (16) möglich wird, ist die Fixierung nicht mehr ausreichend bestimmt. Dadurch muss für die Neupositionierung von (28) neben der Bedienung des Griffs (32) die Schale (24) gehalten werden, um keine unerwünschten Belastungen auf das Patientengelenk hervorzurufen, die über die Gewichtskraft von (24) und die Zwangsführungen der Vorrichtung auftreten können.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Einstellung und Festlegung einer gewünschten Orientierung einer Gliedmaße und die in Richtung und Intensität gewünschte Aufbringung von Belastungsmomenten zur Erzielung geeigneter Zugänglichkeiten insbesondere an bzw. in das zu operierende Patientengelenk ermöglicht wird, ohne zusätzliche unerwünschte Belastungen für Gliedmaße und Patientengelenk zu verursachen. Die einhändige Durchführung der Einstellungen sollte möglich sein.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der Aufgabe führt, dass eine Gliedmaßenhalterung um eine Gelenkanordnung von zumindest zwei voneinander unabhängig arretierbaren Drehgelenken räumlich ausrichtbar ist. Durch den Versatz der Drehachsen bzw. Drehpunkte des Patientengelenks und der Gelenkanordnung entstehen während der Ausrichtung der Gliedmaße Positionsänderungen zwischen dem beweglichen Schwenkstück der Gelenkanordnung und der Gliedmaßenhalterung. Zum Ausgleich dieser Positionsänderungen ist zwischen der Gelenkanordnung und der Gliedmaßenhalterung ein Positionsausgleich angeordnet. Der Positionsausgleich verhindert das Auftreten von Verspannungen, die zu unerwünschten Belastungen der Gliedmaße und des Patientengelenks führen würden.

Der frei bewegliche Positionsausgleich umfasst das Schwenkgelenk, das Kippgelenk und das teleskopartig ein/ausfahrbare Lineargelenk. Innerhalb seines Bewegungsbereichs ermöglicht der Positionsausgleich die belastungsfreie Einstellung beliebiger Positionen der Gelenkanordnung bzgl. einem auf der Platte fixierten Koordinatensystem. Die Torsionsmomente der arretierbaren Gelenke werden bei gleicher Ausrichtung und gleichem Betrag auf das Patientengelenk übertragen, ohne dass zusätzliche Kräfte oder Momente auf das Patientengelenk einwirken. Dadurch werden unerwünschte Belastungen des Patientengelenks vermieden. Jede andere denkbare Möglichkeit des Positionsausgleichs soll von der vorliegenden Erfindung umfasst sein.

Die arretierbaren Gelenke Basisgelenk, das Aufsatzgelenk und, bei einer Anordnung mit drei arretierbaren Gelenken, das Rollgelenk sind mit separaten Arretierungsmöglichkeiten, beispielsweise in Form von Elektrobremsen oder mechanischen Bremsen, versehen. Die Bremsen, welche nicht näher gezeigt sind, sind in den arretierbaren Gelenken integriert und jeweils mit mindestens einem Bedienelement einer Handhabungseinrichtung verbunden. Die Bedienung der Elektrobremsen erfolgt beispielsweise über Kabel und elektrische Schalter, die Bedienung der mechanischen Bremsen erfolgt beispielsweise über Gestänge und Spannhebel.

Die drei arretierbaren Gelenke ermöglichen bei einer vorzugsweise annähernd orthogonalen Ausrichtung die vollständige räumliche Orientierbarkeit der Gliedmaße. Jede andere Gelenkanordnung, die zu einer annähernd orthogonalen Ausrichtung dreier arretierbarer Achsen führt, soll von der vorliegenden Erfindung umfasst sein. Die räumliche Achsausrichtung der annähernd orthogonalen Gelenkanordnung in für die Art der Operation erforderliche Arbeitspositionen erfolgt über die Einstellung der Ausrichteinheit.

Vor der Festlegung der arretierbaren Gelenke können über die Handhabungseinrichtungen Torsionsmomente über die Gliedmaße auf das Patientengelenk aufgebracht werden, die nach der Arretierung der Gelenke aufrechterhalten werden. Dadurch kann beispielsweise ein Aufklappen der Gelenkhälften und damit die Zugänglichkeit in das Patientengelenk erreicht werden. In den wesentlichen Arbeitspositionen sind die Achsen der arretierbaren Gelenke annähernd orthogonal ausgerichtet, so dass die gegenseitige Unbeeinflussbarkeit der von

den arretierbaren Gelenken ausgeübten Torsionsmomente gegeben ist und eine beliebige räumliche Orientierung der Achse des resultierenden Torsionsmoments ermöglicht wird.

Die Gelenkanordnung schließt an ihrem dem Positionsausgleich gegenüber liegenden Ende an eine Ausrichteinheit an, über welche die Vorrichtung ortsfest fixiert ist. Die Ausrichteinheit setzt sich aus einem ortsfest fixierten Grundkörper, einer über eine Führung verbundenen oberen Platte und einer von der oberen Platte über ein Scharnier verbundenen unteren Platte zusammen. Die obere Platte kann an der Führung um eine Vertikalachse seitlich nach außen geschwenkt und die an die obere Platte anschließende untere Platte um die stets waagerecht ausgerichtete Scharnierachse geneigt werden. Die Führung und das Scharnier sind in verschiedenen Positionen festlegbar. Die Ausrichteinheit ermöglicht die räumliche Ausrichtung und Festlegung der gegenüber der unteren Platte festgelegten Basisachse des arretierbaren Basisgelenks.

Mit der senkrecht zur Rollachse ausgerichteten Aufsatzgelenkachse und bei der rechtwinklig zur Basisachse angeordneten Aufsatzgelenkachse bilden die arretierbaren Achsen ein orthogonales Achsensystem, welches um die Rollachse rotierbar ist. Die Achsen der arretierbaren Gelenke können dadurch an die funktionellen Achsen des Patientengelenks, beispielsweise die Bewegungsachse, die Drehachse zum Aufklappen der Gelenkhälften und die Längsachse der Gliedmaße ausgerichtet werden. Andere Möglichkeiten der Ausrichtung des Basisgelenks und des daran anschließenden Aufsatzgelenks der Gelenkanordnung sind denkbar und sollen von der vorliegenden Erfindung umfasst sein.

Dem Rollgelenk ist die Gliedmaßenhalterung zugeordnet, in welche die Gliedmaße eingelegt und durch mindestens ein Verschlusselement festgelegt wird. Am Grundkörper ist die Körperteilhalterung angeordnet, in welche ein am Patientengelenk gegenüber der Gliedmaße anschließender Körperteil des Patienten eingelegt und durch mindestens ein Verschlusselement festgelegt wird. Die Körperteilhalterung kann jedoch auch direkt an der ortsfesten Auflage oder an einer anderen feststehenden Auflage angeordnet sein. Diese Möglichkeiten sollen von der vorliegenden Erfindung ebenfalls umfasst sein.

Die Vorrichtung weist ein Griffstück und ein Grifffeld zur Ausrichtung der Gliedmaßen- halterung auf. Das Griffstück ist am ausfahrbaren Ende des Lineargelenks in Verlängerung des Schwenkstücks angeordnet und ermöglicht die räumliche Ausrichtung des Schwenkstücks der Gelenkanordnung. Das Grifffeld befindet sich an der Gliedmaßenhalterung und dient zur Drehung des Rollgelenks um die Rollachse.

An den Handhabungseinrichtungen sind die Bedieneinheit und mindestens ein Fixiergriff zur separaten Betätigung der Arretierungen der arretierbaren Gelenke angeordnet. An jeder der Handhabungseinrichtungen sind diejenigen Bedienelemente angeordnet, die die Freigän- gigkeit bzw. Festsetzung der jeweiligen Handhabungseinrichtung ermöglichen. An den Handhabungseinrichtungen ist jeweils die Bedienung der daran angeordneten Bedienelemente mit einer Hand von beiden Seiten möglich.

Die Bedienung der Handhabungseinrichtungen und ihrer Bedienelemente kann nacheinander durchgeführt werden. Die Einstellung einer neuen Festlegeposition der Gliedmaße erfolgt bevorzugt zuerst durch die räumliche Ausrichtung des Griffstücks. Die Fixierung der erreichten Position erfolgt durch mindestens zwei am Griffstück angeordnete Bedienelemente, vorzugsweise elektrische Schalter, über die die Arretierungen der Basisgelenkachse und der Aufsatzgelenkachse der Gelenkanordnung, vorzugsweise elektrische Bremsen, betätigt werden können. Während der Positionierung des Griffstücks kann das Rollgelenk vorzugsweise im nicht arretierten Zustand belassen werden, so dass sich die Drehung der Gliedmaße um die Rollachse entsprechend ihrer Natur einstellen kann. Im Anschluss an die Positionierung des Griffstücks kann vor der Gelenkarretierung die Verdrehung der Gliedmaße um die Rollachse durchgeführt und/oder Torsionsmomente um die Drehachsen der arretierbaren Gelenke aufgebracht werden. Die Ausrichtung und die Bedienung der Arretierung des Rollgelenks erfolgt durch beidseitig am Rollgelenk angeordnete Grifffelder und beidseitig an den Grifffeldern angeordnete Fixiergriffe, bevorzugt in Form von Schnellspannhebeln.

Anwendungsweise der Erfindung

Vor einer Operation wird die Ausrichteinheit ausgerichtet und festgelegt, wobei die obere Platte entlang der Führung bewegt und die untere Platte um die Scharnierachse des Scharniers gedreht wird. Durch die Ausrichteinheit kann die Achsausrichtung der Gelenkanordnung an die Art der Operation und den Patienten angepasst werden, so dass beispielsweise eine möglichst gleichmäßige Belastung der Gelenkbänder bei der Drehung um einzelne Achsen der Gelenkanordnung erreicht wird.

Die Gliedmaße und das am Patientengelenk gegenüber der Gliedmaße anschließende Körperteil des Patienten werden in die Gliedmaßenhalterung und die Körperteilhalterung eingelegt und mit den Verschlusselementen verschlossen. Um die Gliedmaße während der Operation in eine gewünschte räumliche Ausrichtung zu bringen, werden die Arretierungen des Basisgelenks und des Aufsatzgelenks der Gelenkanordnung und vorzugsweise auch die Arretierung des Rollgelenks gelöst und das Griffstück in die neue Position geführt. Die Gelenke des Positionsausgleichs verschieben bzw. verdrehen sich dabei derart, dass das aus dem Patientengelenk und der Vorrichtung bestehende Gelenksystem verspannungsfrei gehalten wird. Darüber hinaus kann in der neuen Position vor der Arretierung der arretierbaren Gelenke durch die Aufbringung von Torsionsmomenten beispielsweise quer zur natürlichen Drehrichtung des Patientengelenks ein Aufklappen der Gelenkhälften und dadurch die Zugänglichkeit in das Patientengelenk erreicht werden.

Die Ausrichtung der Ausrichteinheit erfolgt vorzugsweise derart, dass die Achsen der arretierbaren Gelenke zu Beginn der Operation annähernd orthogonal zueinander verlaufen. Die Orthogonalität gewährleistet die gegenseitige Unbeeinflussbarkeit der von den arretierbaren Gelenken ausgeübten Momente. Darüber hinaus können die Achsen der arretierbaren Gelenke entsprechend der Art der Operation an die wesentlichen orthogonalen Drehachsen des Patientengelenks ausgerichtet werden. Vorzugsweise sind dies, insbesondere bei Gelenken mit ausgeprägter Bewegungsdrehachse wie beispielsweise das Kniegelenk, die Bewegungsdrehachse und die Längsachse der Gliedmaße. Die dritte dazu orthogonale Raumachse stellt die Aufklappachse dar. Die Torsionsaufbringung um die Aufklappachse ermöglicht das Aufklappen der Gelenkhälften des Patientengelenks und ist für die Zugänglichkeit in das Patientengelenk wesentlich. Eine Torsionsaufbringung um die Bewegungsdrehachse

kann in den Endstellungen des Bewegungsbereichs ein Aufklappen des Patientengelenks ermöglichen. Die Torsionsaufbringung um die Längsachse der Gliedmaße kann das Aufklappen eines um die Aufklappachse torsionsbeanspruchten Patientengelenks verstärken. Die Arretierung der Längsdrehung der Gliedmaße kann ein mögliches Kippen der Bewegungsdrehachse, beispielsweise unter Torsionsbelastung um die Aufklappachse, unterbinden. Die separate Torsionsaufbringung um die arretierbaren Achsen vermittelt dem Operateur entsprechend dem vom Patientengelenk ausgehenden Widerstand ein Gefühl für seine Tordierbarkeit in die noch nicht arretierten Bewegungsrichtungen, um beispielsweise die größtmögliche Torsion und damit ein Maximum an Zugänglichkeit zwischen die Gelenkhälften des Patientengelenks ohne überdehnung der Gelenkbänder erreichen zu können.

Für die Bedienung der Elektrobremsen ist ein elektrischer Anschluss für zusätzliche Betätigungseinheiten vorgesehen. So können die elektrischen Arretierungen beispielsweise zusätzlich über nicht näher gezeigte Zusatzschalter (z.B. Fußschalter) betätigt werden.

Um die Vorrichtung vom sterilen Operationsbereich um das Patientengelenk zu trennen, ist eine Abdeckung vorgesehen. Diese deckt jedoch nicht die gesamte Vorrichtung ab, so dass sich Teile der Vorrichtung, insbesondere die Gliedmaßenhalterung mit dem Rollgelenk, im sterilen Operationsbereich befinden. Dadurch wird eine Sterilisierung der nicht abgedeckten Teile der Vorrichtung vor der nächsten Operation notwendig. Hierzu ist das Rollgelenk über eine trennbare Verbindung mit der Gelenkanordnung lösbar verbunden, wodurch die im sterilen Bereich befindlichen Teile der Vorrichtung einfach abgenommen und einer separaten, nicht näher dargestellten Sterilisierungseinrichtung zugeführt werden können.

Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine Gliedmaße in gebeugtem Zustand festgelegt ist;

Figur 2 die Vorrichtung nach Figur 1, bei welcher die Gliedmaße in gestrecktem Zustand festgelegt ist.

Gemäß den Figuren 1 und 2 weist eine Vorrichtung R zum Festlegen einer Gliedmaße 1 oder dergleichen Körperteile während beispielsweise einer Operation insbesondere eines Patientengelenks 2 eine Ausrichteinheit 11, einen daran über eine Gelenkanordnung 4 angeordneten Positionsausgleich 33 sowie eine daran über eine trennbare Verbindung 34 und ein Rollgelenk 22 angeordnete Gliedmaßenhalterung 6 auf.

Die Ausrichteinheit 11 ermöglicht das seitliche Ausschwenken der oberen Platte 7 mit dem daran angeschlossenen Scharnier 9 entlang einer Führung 37, wobei die Scharnierachse 32 innerhalb einer waagerecht ausgerichteten Ebene um eine Vertikalachse 35 rotiert. Die am Scharnier 9 angeschlossene untere Platte 8 kann um die Scharnierachse 32 geneigt werden. Die Führung 37 und das Scharnier 9 sind über nicht näher gezeigte Vorrichtungen fixierbar.

An die untere Platte 8 schließt die Gelenkanordnung 4 an. Die Gelenkanordnung 4 setzt sich aus zwei separaten Drehgelenken 13, 15 mit den Drehachsen 14, 16 zusammen, wobei die Basisachse 14 des Basisgelenks 13 gegenüber der unteren Platte 8 festgelegt ist. Zur Erzielung der gegenseitigen Unbeeinflussbarkeit der von den Drehgelenken 13, 15 ausgeübten Torsionsmomente sind die Drehachsen 14, 16 vorzugsweise rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Die Gelenkanordnung 4 ermöglicht die räumliche Ausrichtung des Schwenkstücks 17 und des daran angeschlossenen Positionsausgleichs 33.

Der mit dem Schwenkstück 17 verbundene Positionsausgleich 33 ermöglicht die freie Einstellung beliebiger Positionen der Gelenkanordnung 4 gegenüber der Platte 31 des Positionsausgleichs 33. Schneiden sich die Drehachsen 14, 16 der Gelenkanordnung 4 in einem Schnittpunkt S und die Drehachsen 19, 21 des Positionsausgleichs 33 rechtwinklig in einem Schnittpunkt T, kann die Position zwischen der Platte 31 und dem Achsschnittpunkt S mit Hilfe von Kugelkoordinaten beschrieben werden. In einem gegenüber der Platte 31 fixierten Koordinatensystem mit dem Ursprung im Schnittpunkt T ergeben sich die Koordinaten x, y und z des Schnittpunkts S aus der Kugelkoordinatendarstellung mit alpha als Drehwinkel um die Schwenkachse 19, beta als Drehwinkel um die Kippachse 21 und r als direkter Abstand zwischen den Schnittpunkten S und T: x = r*cos(alpha)*sin(beta); y = r*sin(alpha)*sin(beta); z = r*cos(beta).

Vorrichtung zum Festlegen einer Gliedmaße

numerische Reihenfolge: alphabetische Reihenfolge:

1 Gliedmaße 29 Abdeckung

2 Patientengelenk 15 Aufsatzgelenk, arretierbar

3 Grundkörper 16 Aufsatzgelenkachse

4 Gelenkanordnung 11 Ausrichteinheit

5 Lineargelenk 14 Basisachse

6 Gliedmaßenhalterung 13 Basisgelenk, arretierbar

7 obere Platte 12 Bedieneinheit

8 untere Platte 30 elektrischer Anschluss

9 Scharnier 23 Fixiergriff 0 ortsfeste Auflage 37 Führung 1 Ausrichteinheit 4 Gelenkanordnung 2 Bedieneinheit 1 Gliedmaße 3 Basisgelenk, arretierbar 6 Gliedmaßenhalterung 4 Basisachse 36 Grifffeld 5 Aufsatzgelenk, arretierbar 28 Griffstück 6 Aufsatzgelenkachse 3 Grundkörper 7 Schwenkstück 21 Kippachse 8 Schwenkgelenk 20 Kippgelenk 9 Schwenkachse 25 Körperteilhalterung 0 Kippgelenk 5 Lineargelenk 1 Kippachse 7 obere Platte 2 Rollgelenk, arretierbar 10 ortsfeste Auflage 3 Fixiergriff 2 Patientengelenk 4 Rollachse 31 Platte 5 Körperteilhalterung 33 Positionsausgleich 6 Verschlusselement 24 Rollachse 7 Verschlusselement 22 Rollgelenk, arretierbar 8 Griffstück 9 Scharnier 9 Abdeckung 32 Scharnierachse 0 elektrischer Anschluss 19 Schwenkachse 1 Platte 18 Schwenkgelenk 2 Scharnierachse 17 Schwenkstück 3 Positionsausgleich 34 trennbare Verbindung 4 trennbare Verbindung 8 untere Platte 5 Vertikalachse 26 Verschlusselement 6 Grifffeld 27 Verschlusselement 7 Führung 35 Vertikalachse

R Vorrichtung R Vonrichtung