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Title:
MEDICAL BENDING SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/221710
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a medical bending system for bending an object to be bent (14), in particular a rod (18), the system comprising at least one object to be bent (14); a bending device (12), by means of which the object to be bent (14) can be bent; and a navigation means (16) with a detection unit (78) and a data processing unit (76). The object to be bent (14) and the bending device (12) comprise markings (22, 40, 42, 62, 64, 72) arranged or formed on the respective surfaces (24, 44) thereof, which markings can be detected optically by the detection unit (78), the data processing unit (76) being designed to determine at least one bending parameter during the bending process on the basis of information from the detection unit (78) relating to the detected markings.

Inventors:
BÖHLER LUKAS (DE)
KOZAK JOSEF (DE)
DANIOL MATEUSZ (PL)
ALK ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/061675
Publication Date:
November 05, 2020
Filing Date:
April 28, 2020
Export Citation:
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Assignee:
AESCULAP AG (DE)
International Classes:
A61B17/88; A61B34/20
Domestic Patent References:
WO2016088130A12016-06-09
Foreign References:
EP3459478A12019-03-27
US20180055546A12018-03-01
US20190000372A12019-01-03
US20120047980A12012-03-01
US5490409A1996-02-13
EP3287093A12018-02-28
DE10045375A12002-04-11
US20070227216A12007-10-04
US20050262911A12005-12-01
EP3261564A12018-01-03
EP2910206A12015-08-26
Attorney, Agent or Firm:
HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Medizintechnisches Biegesystem zum Biegen eines Biegeobjekts (14), insbesondere eines Stabes (18),

umfassend mindestens ein Biegeobjekt (14),

eine Biegevorrichtung (12), mit der das Biegeobjekt (14) biegbar ist, und eine Navigationseinrichtung (16) mit einer Erfassungseinheit (78) und einer Datenverarbeitungseinheit (76),

dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeobjekt (14) und die Biegevor richtung (12) an deren jeweiliger Oberfläche (24, 44) angeordnete oder gebildete Markierungen (22, 40, 42, 62, 64, 72) umfassen, die optisch von der Erfassungseinheit (78) erfassbar sind, wobei die Datenverarbei tungseinheit (76) ausgebildet ist, anhand diesbezüglicher Informationen der Erfassungseinheit (78) mindestens einen Biegeparameter während des Biegevorgangs zu ermitteln.

2. Biegesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markie rungen (22, 40, 42, 62, 64, 72) integral in die Oberfläche (24, 44) des Biegeobjektes (14) und/oder der Biegevorrichtung (12) eingebracht oder daran ausgebildet sind, vorzugsweise durch anodische Oxidation, ein formänderndes Belichtungsverfahren oder Wasserdruckbeschichtung.

3. Biegesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungen separat vom Biegeobjekt (14) und/oder der Biegevorrich tung (12) gebildet und mit diesem bzw. dieser verbunden sind.

4. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Navigationseinrichtung (16) eine integrierte Navi gationseinrichtung (16) ist oder umfasst, die die Erfassungseinheit (78), die Datenverarbeitungseinheit (76) und eine Hinweiseinheit (82) um fasst, insbesondere dass die Navigationseinrichtung (16) ein Smartphone (74), einen Tabletcomputer oder ein am Kopf getragenes Gerät (HMD, head mounted device) ist oder umfasst.

5. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass von der Datenverarbeitungseinheit (76) anhand von Daten einer Sensoreinheit der Navigationseinrichtung (16) eine Soll- Form des Biegeobjektes (14) ermittelbar ist, um eine Mehrzahl von in definierter Relativanordnung angeordneten Verbindungselementen über das Biegeobjekt (14) verbinden zu können.

6. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Speichereinheit (80) der Navigationseinrichtung (16) eine vorgebbare Soll-Form des Bie geobjektes (14) gespeichert ist und dass an einer Hinweiseinheit (82) der Navigationseinrichtung (16) Hinweise an den Benutzer im Hinblick auf mindestens eines der Folgenden ausgegeben werden :

Hinweise zur Bedienung der Biegevorrichtung (12), wobei Werte des mindestens einen Biegeparameters ermittelt werden und an hand dessen die Ist-Form des Biegeobjektes (14) bestimmt und mit der Soll-Form verglichen wird, wobei vorzugsweise Hinweise be reitgestellt werden, wenn der Wert des mindestens einen Biegepa rameters einen Soll-Wert aufweist oder sich von diesem unter scheidet;

Hinweise betreffend die Auswahl eines Biegeobjektes (14) aus einer Menge verfügbarer Biegeobjekte (14).

7. Biegesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markie rungen von der Erfassungseinheit (78) während des Biegevorgangs er fasst werden und von der Datenverarbeitungseinheit (76) Hinweise an den Benutzer bereitgestellt werden betreffend die Ist- Form des Biegeob- jektes (14), insbesondere den Ist-Wert mindestens eines Biegeparame ters und den gewünschten Soll-Wert mindestens eines Biegeparameters.

8. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Biegeobjekt (14) Markierungen (22) in Form von Umfangsringen (26) umfasst, die in einer Längsrichtung des Biegeobjek tes (14) voneinander beabstandet am Biegeobjekt (14) angeordnet sind.

9. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Biegevorrichtung (12) Markierungen (40, 42, 62, 64, 72) in Form von zumindest einem der Folgenden umfasst: flächig erstreckte Markierungen (40, 42) an Oberflächen von Bran chen (36, 38) der Biegevorrichtung (12); mindestens eine Markierung (72) an einer Rotationsaufnahme, mit der das Biegeobjekt (14) an der Biegevorrichtung (12) um eine Achse (68) drehbar gehalten ist; mindestens eine Markierung (62, 64) an einem Anlageelement (54) zum Anlegen des Biegeobjektes (14) während des Biegevorgangs.

10. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (76) mindestens eine Markierung der Biegevorrichtung (12) heranzieht zur Definition eines Re ferenzkoordinatensystems im Raum, in dem die Position des Biegeobjek tes (14) relativ zur Biegevorrichtung (12) bestimmbar ist.

11. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (76) anhand erfasster Markierungen (22, 40, 42, 62, 64, 72) am Biegeobjekt (14) und an der Biegevorrichtung (12) : die Relativposition des Biegeobjektes (14) und der Biegevorrich tung (12) bestimmt; und/oder die Position des Biegeobjektes (14) an mindestens einem Anla geelement (50, 52, 54) der Biegevorrichtung (12) im Hinblick auf die Biegeposition als Biegeparameter bestimmt.

12. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest eines der Folgenden gilt: die Datenverarbeitungseinheit (76) bestimmt anhand einer Markie rung (72) einer Rotationsaufnahme (66) der Biegevorrichtung (12) die Orientierung des Biegeobjektes (14) relativ zur Biegevorrich tung (12) im Hinblick auf die Biegeebene als Biegeparameter; die Datenverarbeitungseinheit (76) bestimmt anhand von Markie rungen des Biegeobjektes (14) dessen Ist-Form, insbesondere zum Vergleich mit einer Soll-Form des Biegeobjektes (14).

13. Biegesystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Biegevorrichtung (12) Anlageelemente (50, 52) für das Biegeobjekt (14) umfasst, die im Abstand zueinander positioniert und relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei die Anlageelemente (50, 52) an zueinander schwenkbaren Schwenkelementen (30, 32) an geordnet oder gebildet sind, und dass die Datenverarbeitungseinheit (76) anhand von Markierungen an den Schwenkelementen (30, 32) den Biegewinkel als Biegeparameter bestimmt.

14. Biegesystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die

Schwenkelemente (30, 32) Branchen (36, 38) sind, die schwenkbar an einander gelagert sind, insbesondere dass die Biegevorrichtung (12) handbetätigbar ist.

15. Biegesystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegevorrichtung (12) ein Begrenzungselement umfasst, mit dem ein Umfang der Verschwenkung der Schwenkelemente (30, 32) relativ zuei nander begrenzbar ist, und dass an einer Hinweiseinheit (82) ein Hinweis an den Benutzer zum Einstellen des Begrenzungselementes bereitstellbar ist im Hinblick auf die Erzielung eines vorgegebenen Biegewinkels, wenn die Schwenkelemente (30, 32) bis zum Wirksamwerden des Begren zungselementes verschwenkt werden.

Description:
MEDIZINTECHNISCHES BIEGESYSTEM

Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizintechnisches Biegesystem zum Biegen eines Biegeobjektes, insbesondere eines Stabes, umfassend mindes tens ein Biegeobjekt, eine Biegevorrichtung, mit der das Biegeobjekt biegbar ist und eine Navigationseinrichtung mit einer Erfassungseinheit und einer Da tenverarbeitungseinheit.

Ein derartiges Biegesystem kommt beispielsweise zum Einsatz, um ein Biege objekt in Gestalt eines chirurgischen Stabes zu biegen und von einer Aus gangsform in eine vorgegebene Soll-Form zu bringen. Beispielsweise ist der Stab zum Verbinden von Verbindungselementen vorgesehen, insbesondere chirurgischen Verankerungselementen wie zum Beispiel Pedikelschrauben. Der Stab und die Pedikelschrauben sind beispielsweise Bestandteile eines chirurgi schen Fixationssystems, um Wirbel relativ zueinander zu fixieren.

Beispielsweise muss der Stab dergestalt gebogen werden, dass er an die drei dimensionale Anordnung der Verankerungselemente im Hinblick auf ein opti males Implantationsergebnis angepasst ist. Bekannt ist dabei, die Ist-Form des Stabes optisch zu kontrollieren oder eine Schablone zu verwenden. Be kannt ist ebenfalls, berechnete Werte für die Soll-Form des Stabes mit einem manuellen oder einem automatischen Biegewerkzeug anzupassen.

Ausführungsformen von Biegevorrichtungen sind beispielsweise in der

US 2012/0047980 Al, der US 5,490,409, der EP 3 287 093 Al, der

DE 100 45 375 Al, der US 2007/0227216 Al, der US 2005/0262911 Al, der WO 2016/088130 Al, der EP 3 261 564 Al und der EP 2 910 206 Al bekannt. In der letztgenannten Druckschrift ist ein System und ein Verfahren beschrie ben, mit dem die Positionen der Verankerungselemente zueinander und/oder relativ zu einem Stab ermittelt werden können, um eine bestmögliche Anpas- sung des Stabes an die Relativpositionen der Verankerungselemente zu ge währleisten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Biegesystem der eingangs ge nannten Art bereitzustellen, das bei konstruktiver Vereinfachung benutzer freundlicher handhabbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Biegesystem der eingangs genannten Art erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass das Biegeobjekt und die Biegevorrichtung an deren jeweiliger Oberfläche angeordnete oder gebildete Markierungen um fassen, die optisch von der Erfassungseinheit erfassbar sind, wobei die Daten verarbeitungseinheit ausgebildet ist, anhand diesbezüglicher Informationen der Erfassungseinheit mindestens einen Biegeparameter während des Biege vorgangs zu ermitteln.

Beim erfindungsgemäßen Biegesystem besteht im Gegensatz zu herkömmli chen Biegesystemen der Vorteil, dass sowohl das Biegeobjekt, insbesondere der Stab, als auch die Biegevorrichtung selbst mindestens eine jeweilige Mar kierung aufweisen. Demgegenüber kommen bei herkömmlichen Biegesyste men an der Biegevorrichtung und beispielsweise einem Werkzeug für das Bie geobjekt angeordnete chirurgische Markiereinrichtungen in Gestalt sogenann ter "Rigid Bodys" zu Einsatz. Zwar bewähren sich derartige Vorrichtungen in der Praxis, diese Markiereinrichtungen erfordern jedoch zusätzliche Kosten und beanspruchen Raum, was einem Benutzer die Handhabbarkeit erschwert. Im Gegensatz zu andersartigen herkömmlichen automatischen Biegesystemen, die sich nur schwer mobil und steril in einem Operationssaal einsetzen lassen, weist das insbesondere handhabbare erfindungsgemäße Biegesystem eine verbesserte Handhabung auf.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Biegeobjekt und die Biegevorrich tung selbst mindestens eine Markierung umfassen. Dies bietet die Möglichkeit, mittels der Erfassungseinheit die Markierungen zeitabhängig zu erfassen, so dass sowohl das Biegeobjekt als auch die Biegevorrichtung selbst von der Na- vigationseinrichtung getrackt werden können. Dies bietet insbesondere die Möglichkeit, während des Biegevorgangs mit der Navigationseinrichtung die Ist-Form des Biegeobjektes zu erfassen und dem Benutzer diesbezügliche Hinweise bereitzustellen, um ihm das Biegen des Biegeobjektes in die erfor derliche Soll-Form zu erleichtern.

Günstig ist es, wenn die Markierungen integral in die Oberfläche des Biegeob jektes und/oder der Biegevorrichtung eingebracht oder daran ausgebildet sind. Vorteilhafterweise sind die Markierungen dabei flächige, beispielsweise zwei dimensionale Strukturen, die nicht oder unwesentlich über die Oberfläche der Biegevorrichtung und/oder des Biegeobjektes hervortreten.

Die Markierungen werden beispielsweise durch anodische Oxidation, ein form änderndes Belichtungsverfahren, beispielsweise ablativ mittels eines Ultra kurzpulslasers, oder durch Wasserdruckbeschichtung in die Oberflächen einge bracht. Vorteilhafterweise kommt zum Einbringen oder Ausbilden der Markie rungen ein die Biegevorrichtung und/oder das Biegeobjekt nicht materialschä digendes Verfahren zum Einsatz. Die Markierungen beeinflussen vorzugsweise die Sterileigenschaften der Biegevorrichtung und/oder des Biegeobjektes nicht.

Vorteilhaft kann der Einsatz von Einmal-Elementen für die Markierungen sein, alternativ oder ergänzend zu direkten Markierungen des Biegeobjektes und/oder der Biegevorrichtung.

Vorgesehen sein kann bei einer bevorzugten Ausführungsform, dass die Mar kierungen separat vom Biegeobjekt und/oder der Biegevorrichtung gebildet und mit diesem bzw. dieser verbunden sind. Dies kann beispielsweise bei einer möglichen Alterung bereits bestehender Markierungen von Vorteil sein, deren Erkennung durch die Navigationseinrichtung erschwert ist. Die separaten Mar kierungen können zum Beispiel durch Kraftschluss, Formschluss und/oder Stoffschluss aufgebracht werden, beispielsweise mittels Schraub- oder Klick- verbindung. Günstigerweise werden flächige und insbesondere zweidimensional erstreckte Markierungen eingesetzt.

Die Markierungen sind bevorzugt so beschaffen, dass sie die Struktur und ins besondere die Stabilität und/oder die Eigenschaften des Biegeobjekts und/oder der Biegevorrichtung zur Sterilisierbarkeit nicht beeinträchtigen.

Die Navigationseinrichtung ist vorteilhafterweise eine integrierte Navigations einrichtung oder umfasst eine solche, die die Erfassungseinheit, die Datenver arbeitungseinheit und eine Hinweiseinheit umfasst. "Integriert" ist vorliegend insbesondere dahingehend zu verstehen, dass die vorstehend genannten Ein heiten in einem gemeinsamen Gehäuse oder an einer gemeinsamen Tragein richtung der Navigationseinrichtung angeordnet sind. Die Hinweiseinheit ist vorteilhafterweise optisch und/oder akustisch und/oder haptisch ausgestaltet und umfasst insbesondere eine ansteuerbare Anzeigeeinheit mit Bildanzeige und/oder einen Lautsprecher.

Die Navigationseinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Smartphone, einen Tabletcomputer oder ein am Kopf getragenes Gerät (HMD, head moun- ted device), zum Beispiel in Gestalt einer Datenbrille. Bei dem HMD werden Hinweise beispielsweise in das Sichtfeld des Benutzers eingeblendet.

Es versteht sich, dass "Hinweise" vorliegend Anweisungen an den Benutzer sein können oder Anweisungen umfassen können.

Vorteilhaft ist es, wenn von der Datenverarbeitungseinheit anhand von Daten einer Sensoreinheit der Navigationseinrichtung eine Soll-Form des Biegeobjek tes ermittelbar ist, um eine Mehrzahl von in definierter Relativanordnung an geordneten Verbindungselementen über das Biegeobjekt miteinander verbin den zu können. Beispielsweise kommt zur Bestimmung der Relativpositionen der Verbindungselemente, insbesondere Verankerungselemente und speziell Pedikelschrauben, ein Verfahren zum Einsatz, wie es in der EP 2 910 206 Al beschrieben ist. Die Positionen der Verbindungselemente können einem Be nutzer beispielsweise grafisch an der vorstehend genannten Anzeigeeinheit dargestellt werden.

Vorgesehen sein kann, dass ein Benutzer die erforderliche Soll-Form selbst bestimmt, wobei erforderliche Biegeparameter optional von der Datenverarbei tungseinheit berechnet werden können. Die Berechnung erforderlicher Biege parameter kann alternativ oder ergänzend vorteilhafterweise ohne Zutun des Benutzers von der Datenverarbeitungseinheit bestimmt werden. Das Material des Biegeobjektes kann bevorzugt zur Bestimmung der Biegeparameter her angezogen werden.

Von Vorteil ist es, wenn in einer Speichereinheit der Navigationseinrichtung eine vorgebbare Soll-Form des Biegeobjektes gespeichert ist, insbesondere ermittelt auf eine der vorstehend erläuterten Arten, und wenn an einer Hin weiseinheit der Navigationseinrichtung Hinweise an den Benutzer im Hinblick auf mindestens eines der Folgenden ausgegeben werden :

Hinweise zur Bedienung der Biegevorrichtung, wobei Werte des mindes tens einen Biegeparameters ermittelt werden und anhand dessen die Ist- Form des Biegeobjektes bestimmt und mit der Soll-Form verglichen wird, wobei vorzugsweise Hinweise bereitgestellt werden, wenn der Wert des mindestens einen Biegeparameters einen Soll-Wert aufweist oder sich von diesem unterscheidet. Der Benutzer kann über die Hinweiseinheit davon in Kenntnis gesetzt werden, ob der Wert des mindestens einen Biegeparameters dem erforderlichen Wert entspricht, damit das Biegeob jekt in die Soll-Form überführt werden kann.

Hinweise betreffend die Auswahl eines Biegeobjektes aus einer Menge verfügbarer Biegeobjekte. Beispielsweise kann dem Benutzer an der Hinweiseinheit das am besten geeignete Biegeobjekt vorgeschlagen wer den. Günstigerweise werden die Markierungen von der Erfassungseinheit während des Biegevorgangs erfasst, die Biegevorrichtung und das Biegeobjekt können dementsprechend während des Biegevorgangs getrackt werden. Dies gibt die Möglichkeit einer laufenden Bestimmung der Ist-Form des Biegeobjektes und günstigerweise einer laufenden Überwachung der Ist-Form, um den Benutzer zur Bedienung des Biegesystems anzuleiten, wie das Biegeobjekt die ge wünschte Soll-Form erhält.

Dabei werden von der Datenverarbeitungseinheit vorteilhafterweise Hinweise an den Benutzer bereitgestellt betreffend die Ist-Form des Biegeobjektes, ins besondere den Ist-Wert des mindestens eines Biegeparameters und den ge wünschten Soll-Wert mindestens eines Biegeparameters.

Vorteilhafterweise ist die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet, den Benutzer über einen definierten Ablaufplan (Workflow o.Ä.) zum Biegen des Biegeobjek tes anzuleiten. Beispielsweise unterbreitet die Datenverarbeitungseinheit dem Benutzer an der Hinweiseinheit Hinweise, welcher Biegeparameter - speziell Biegeposition, Biegeradius und Biegewinkel sowie erforderlichenfalls Biegeebe ne - als nächstes umgesetzt werden sollte, um das Biegeobjekt in die ge wünschte Soll-Form zu bringen.

Vorgesehen sein kann, dass das Biegeobjekt, insbesondere der Stab, Markie rungen in Form von Umfangsringen umfasst, die in einer Längsrichtung des Biegeobjektes voneinander beabstandet am Biegeobjekt angeordnet sind. Die Markierungen sind beispielsweise längs einer Längsrichtung, insbesondere ei ner Achse, des Biegeobjektes voneinander beabstandet und erstrecken sich zumindest über einen Teilumfang bezüglich der Achse. Günstigerweise ist zu mindest eine Markierung so beschaffen, die Orientierung des Biegeobjektes bezüglich der Achse ermitteln zu können.

Günstig ist es, wenn die Biegevorrichtung Markierungen in Form von zumin dest einem der Folgenden umfasst: flächig erstreckte Markierungen an Oberflächen von Branchen der Biege vorrichtung, insbesondere zur Überwachung eines Biegewinkels als Bie geparameter; mindestens eine Markierung an einer Rotationsaufnahme, mit der das Biegeobjekt an der Biegevorrichtung um eine Achse drehbar gehalten ist, insbesondere zur Überwachung einer Biegeebene als Biegeparameter; mindestens eine Markierung an einem Anlageelement zum Anlegen des Biegeobjektes während des Biegevorgangs, insbesondere zur Überwa chung mindestens einer Biegeposition und/oder mindestens eines Biege radius als Biegeparameter.

Die Datenverarbeitungseinheit zieht günstigerweise mindestens eine Markie rung der Biegevorrichtung heran zur Definition eines Referenzkoordinatensys tems im Raum, in dem die Position des Biegeobjektes relativ zur Biegevorrich tung bestimmbar ist. Die Einrichtung gesonderter Koordinatensysteme zum Tracken des Biegeobjektes relativ zur Biegevorrichtung ist auf diese Weise nicht erforderlich.

Günstigerweise bestimmt die Datenverarbeitungseinheit anhand erfasster Markierungen am Biegeobjekt und an der Biegevorrichtung zumindest eines der Folgenden bestimmt: die Relativposition des Biegeobjektes und der Biegevorrichtung, zum Bei spiel wie vorstehend erläutert; die Position des Biegeobjektes an mindestens einem Anlageelement der Biegevorrichtung im Hinblick auf die Biegeposition als Biegeparameter. Beispielsweise werden eine jeweilige Markierung der Biegevorrichtung und des Biegeobjektes herangezogen, um die Biegeposition - durch An lage des Biegeobjektes am Anlageelement - am Biegeobjekt zu bestim men. Vorteilhafterweise bestimmt die Datenverarbeitungseinheit anhand einer Mar kierung einer Rotationsaufnahme der Biegevorrichtung die Orientierung des Biegeobjektes relativ zur Biegevorrichtung im Hinblick auf die Biegeebene als Biegeparameter. Beispielsweise ist eine ösenförmige Rotationsaufnahme vor gesehen, durch die hindurch das Biegeobjekt, insbesondere der Stab, hin durchgeführt ist. Die Rotationsaufnahme kann zum Drehen des Biegeobjektes um eine von ihr definierte Achse gedreht werden. Auf diese Weise kann die Biegeebene verändert werden.

Günstig ist es, wenn die Datenverarbeitungseinheit anhand von Markierungen des Biegeobjektes dessen Ist-Form bestimmt. Beispielsweise werden die vor stehend genannten Umfangsringe von der Navigationseinrichtung erfasst und anhand diesbezüglicher Informationen die Ist-Form berechnet. Die Ist-Form kann vorteilhafterweise zum Vergleich mit der Soll-Form bestimmt werden. Günstigerweise kann dem Benutzer an der Hinweiseinheit ein Hinweis bereit gestellt werden, inwieweit die Ist-Form von der Soll-Form abweicht.

Die Biegevorrichtung umfasst vorteilhafterweise Anlageelemente für das Bie geobjekt, die im Abstand zueinander positioniert und relativ zueinander ver- schwenkbar sind, wobei die Anlageelemente an zueinander schwenkbaren Schwenkelementen angeordnet oder gebildet sind, wobei die Datenverarbei tungseinheit vorteilhaftweise anhand von Markierungen an den Schwenkele menten den Biegewinkel als Biegeparameter bestimmt.

Die Schwenkelemente sind vorteilhafterweise Branchen, die schwenkbar anei nander gelagert sind. Dabei ist günstigerweise vorgesehen, dass die Biegevor richtung handbetätigbar ist. Beispielsweise kann der Benutzer die Branchen mit der Hand ergreifen und relativ zueinander verschwenken, wodurch die An lageelemente das Biegeobjekt mit einer Biegekraft beaufschlagen. Anhand der Markierungen kann von der Datenverarbeitungseinheit der Biegewinkel als Biegeparameter errechnet und insbesondere überwacht werden, bis ein ge wünschter Biegewinkel erreicht ist. Die Biegevorrichtung kann bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Be grenzungselement umfassen, mit dem ein Umfang der Verschwenkung der Schwenkelemente relativ zueinander begrenzbar ist, wobei an einer Hinweis einheit ein Hinweis an den Benutzer zum Einstellen des Begrenzungselementes bereitstellbar ist im Hinblick auf die Erzielung eines vorgegebenen Biegewin kels, wenn die Schwenkelemente bis zum Wirksamwerden des Begrenzungs elementes verschwenkt werden. Das Begrenzungselement wirkt mit den Schwenkelementen zusammen. Diese können solange relativ zueinander ver schwenkt werden, bis das Begrenzungselement wirksam wird. Ist dies der Fall, ist das Biegeobjekt um den gewünschten Biegewinkel gebogen.

Die Biegevorrichtung kann bevorzugt ein Anlageelement für das Biegeobjekt umfassen, welches zwei in unterschiedlichen Abstand voneinander bringbare Anlageglieder umfasst, wobei je nach Abstand der Anlageglieder voneinander unterschiedliche Biegeradien erzielbar sind. Die Anlageglieder können relativ zueinander verschiebbar sein. Vorgesehen sein kann, dass die Anlageglieder gemeinsam mit festem Abstand voneinander bewegbar und insbesondere ver schiebbar sind, zum Beispiel quer und insbesondere senkrecht zur Richtung der vorstehend genannten Verschiebung. Auf diese Weise kann vorzugsweise der Biegeradius beeinflusst werden. Vorgesehen sein kann, dass über Markie rungen der Abstand der Anlageglieder voneinander und/oder die Position bei der gemeinsamen Bewegung und insbesondere Verschiebung bestimmbar ist.

Die Biegevorrichtung kann vorteilhafterweise Anzeigeelemente, insbesondere in Form von Skalen, aufweisen, anhand derer der Wert mindestens eines Bie geparameters für den Benutzer ablesbar ist. Auch ohne Navigationseinrichtung besteht auf diese Weise für den Benutzer die Möglichkeit der handhabungs freundlichen Benutzung der Biegevorrichtung.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen : Figur 1 : eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Biege systems mit einer Biegevorrichtung, eines Biegeobjektes sowie einer schematisch dargestellten Navigationseinrichtung;

Figur 2: eine Draufsicht auf das Biegesystem aus Figur 1;

Figur 3: eine Draufsicht auf eine Anzeigeeinheit der Navigationseinrich tung während des Biegevorgangs;

Figuren 4 bis 7: weitere Darstellungen entsprechend Figur 3 während des

Biegevorgangs; und

Figur 8: eine Draufsicht auf die Navigationseinrichtung, an deren Anzeige einheit eine Ist-Form mit der Soll-Form des Biegeobjektes ver gleichbar dargestellt ist.

Ein erfindungsgemäßes, in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 10 belegtes Biegesystem umfasst eine Biegevorrichtung 12, mindestens ein zu biegendes Biegeobjekt 14 und eine Navigationseinrichtung 16.

Das Biegeobjekt 14 ist vorliegend ausgestaltet als chirurgischer Stab 18 eines chirurgischen Fixationssystems. Dabei kommt der Stab 18 zum Einsatz, um in der Zeichnung nicht dargestellte Verankerungselemente, insbesondere Kno chenschrauben, miteinander zu verbinden. Die Knochenschrauben sind insbe sondere an Wirbelkörpern verankert und mittels des Stabes 18 relativ zuei nander zu fixieren. Dies erfordert es, dem Stab 18 eine gewünschte Soll-Form durch Biegen zu verleihen. Erforderlich hierfür ist es, den Stab 18 mit der Bie gevorrichtung 12 von einer Ausgangsform in die Soll-Form zu überführen. Dies erfolgt unter Einstellung und Beachtung von Biegeparametern, die die Biege position am Stab, den Biegewinkel, den Biegeradius und die Biegeebene um fassen. Der Stab 18 ist im vorliegenden Fall längserstreckt ausgestaltet und in der Ausgangsform von zylindrischer Gestalt. Dabei definiert der Stab 18 eine Ach se 20.

Am Stab 18 sind Markierungen 22 aufgebracht. Die Markierungen 22 sind an einer Oberfläche 24 des Stabes 18 angeordnet und integral in dieser gebildet, zum Beispiel mittels anodischer Oxidation, Wasserdruckverfahren oder durch ein materialabtragendes Belichtungsverfahren, insbesondere durch einen Ul trakurzpulslaser (insbesondere ps-Laser). Die Markierungen 22 ragen vor zugsweise nicht oder im Wesentlichen nicht über die Oberfläche 24 hervor.

Günstigerweise beeinträchtigen die Markierungen am Biegeobjekt 14 und an der Biegevorrichtung 12 deren jeweilige Struktur und insbesondere Stabilität nicht, und/oder deren jeweilige Sterilisierbarkeit wird nicht durch die Markie rungen beeinträchtigt.

Die Markierungen 22 sind ausgebildet als Umfangsringe 26, die in axialer Rich tung 20 voneinander beabstandet sind. Dabei sind die Umfangsringe 26 äqui distant zueinander angeordnet. An jeweiligen, einander gegenüberliegenden Endseiten 28 weist der Stab 18 ebenfalls Markierungen 22 auf.

Es kann vorgesehen sein, dass die Markierungen 22 des Stabes 18 identisch sind oder sich voneinander zumindest teilweise unterscheiden.

Günstig ist es, wenn die Markierungen 22, insbesondere diejenigen an den Endseiten 28, so beschaffen sind, dass von der Navigationseinrichtung 16 fest stellbar ist, wenn eine Rotation des Stabes 18 um die Achse 20 erfolgt. Bei spielsweise sind die Umfangsringe in der Umfangsrichtung unterbrochen.

Bei der Anwendung des Biegesystems 10 kann der Stab 18 aus einem Vorrat unterschiedlicher oder gleichartiger Stäbe ausgewählt werden, hierauf wird nachfolgend noch eingegangen. Die Biegevorrichtung 10 ist im vorliegenden Fall handbetätigbar und umfasst zwei Schwenkelemente 30, 32, die aneinander um eine Schwenkachse 34 schwenkbar gelagert sind. Zur Betätigung durch den Benutzer umfassen die Schwenkelemente 30, 32 Branchen 36 bzw. 38, die vom Benutzer mit der Hand ergriffen werden können und relativ zueinander verschwenkt werden können, im Hinblick auf die Einstellung des Biegewinkels als Biegeparameter.

An den Branchen 36, 38 sind Markierungen 40, 42 angeordnet, die vorliegend unterschiedlich voneinander sind. Die Markierungen 40, 42 sind integral auf eine der vorstehend am Beispiel der Markierungen 22 beschriebenen Weisen an Oberflächen 44 der Branchen 36, 38 gebildet. Dabei sind die Markierungen 40, 42 beispielsweise zweidimensional ausgestaltet und in der Oberfläche selbst gebildet.

Mittels der Navigationseinrichtung 16 besteht zum einen die Möglichkeit, die Biegevorrichtung 12 mittels zumindest einer der Markierungen 40, 42 zu er kennen. Die Biegevorrichtung 12 mit den Markierungen 40, 42 bildet dadurch eine Referenz zur Definition eines Referenzkoordinatensystems, in dem der Stab 18 hinsichtlich Relativposition und Relativorientierung zur Biegevorrich tung 12 erfasst werden kann.

Zum anderen kann die Navigationseinrichtung 16 die Relativorientierung der Markierungen 40, 42 abhängig von der Relativstellung der Branchen 36, 38 bei der Schwenkbewegung erfassen und hieraus den Biegewinkel ableiten.

Die Schwenkelemente 30, 32 umfassen jeweils einen Vorsprung 46, 48. An den Vorsprung 46, 48 sind Anlageelemente 50 bzw. 52 zum Anlegen des Sta bes 18 angeordnet. Die Anlageelemente 50, 52 sind voneinander beabstandet. Beim Betätigen der Branchen 36, 38 verschwenken die Anlageelemente 50, 52 bezüglich der Schwenkachse 34.

Die Biegevorrichtung 12 umfasst ein weiteres Anlageelement 54. Das Anla geelement 54 ist vorliegend im Bereich eines Abschnittes 56 der Biegevorrich- tung 12 angeordnet, an dem die Schwenkelemente 30, 32 schwenkbar anei nander gelagert und miteinander verbunden sind. Liegt der Stab 18 an den Anlageelementen 50, 52 und 54 an, ist das Anlageelement 54 an eine Seite des Stabes 18 angelegt, die derjenigen gegenüberliegt, welche die Anlageele mente 50, 52 kontaktiert. Der Stab 18 läuft dementsprechend zwischen den Anlageelementen 50, 52 auf der Seite und dem Anlageelement 54 auf der an deren Seiten hindurch.

Das Anlageelement 54 umfasst ein erstes Anlageglied 58 und ein zweites An lageglied 60. Die Anlageglieder 58, 60 können beispielsweise durch Verschie bung in einen unterschiedlichen Abstand (einschließlich Nullabstand) vonei nander gebracht werden. Je weiter die Anlageglieder 58, 60 voneinander be- abstandet sind, desto größer wird der Biegeradius, mit dem der Stab 18 beim Betätigen der Branchen 36, 38 gebogen wird.

An den Anlagegliedern 58, 60 sind Markierungen 62, 64 angeordnet. Diese sind auf die vorstehend am Beispiel der Markierungen 22 beschriebene Weise integral an den Oberflächen der Anlageglieder 58, 60 gebildet. Beispielsweise sind die Markierungen 62, 64 unterschiedlich ausgestaltet.

Über die Markierungen 62, 64 kann der Abstand der Anlageglieder 58, 60 von einander bestimmt werden, im Hinblick auf die Ermittlung des Biegeradius als Biegeparameter.

Vorgesehen sein kann, dass die Anlageglieder 58, 60 zur Beeinflussung des Biegeradius mit festem Abstand voneinander gemeinsam an der Biegevorrich tung 12 bewegbar sind, insbesondere quer zur Richtung der Abstandsände rung. Die diesbezügliche Stellung der Anlageglieder 58, 60 kann beispielsweise mittels einer Markierung an der Biegevorrichtung 12 ermittelt und/oder über wacht werden, zum Beispiel einer Bezugsmarkierung an der Biegevorrichtung 12. Die Biegevorrichtung 12 umfasst im vorliegenden Fall ferner eine Rotations aufnahme 66. Die Rotationsaufnahme 66 umfasst ein eine Achse 68 definie rendes Rotationselement 70. Der Stab 18 kann durch das Rotationselement 70 hindurchgeführt werden. In diesem Fall fallen die Achsen 20, 68 zusammen. Das Rotationselement 70 ist handbetätigbar, wodurch der Stab 18 um die Achse 68 rotiert werden kann. Dies gibt die Möglichkeit, die Biegeebene zu verändern, in der die Biegung des Stabes 18 erfolgt.

Am Rotationselement 70 ist eine Markierung 72 angeordnet. Die Markierung 72 ist beispielsweise auf eine der vorstehend am Beispiel der Markierungen 22 erläuterte Weisen integral an der Oberfläche des Rotationselementes 70 gebil det. Dabei ist die Markierung 72 so beschaffen, dass von der Navigationsein richtung 16 ermittelbar ist, welchen Drehwinkel das Rotationselement 70 und damit der Stab 18, relativ zur Biegevorrichtung 12 einnimmt bzw. um welchen Drehwinkel der Stab 18 rotiert wird.

Im vorliegenden Fall ist die Rotationsaufnahme 66 am Vorsprung 48 zwischen den Anlageelementen 52 und 54 positioniert, wobei diese Positionierung nicht einschränkend ist.

Die Navigationseinrichtung 16 ist vorliegend als integrierte Navigationseinrich tung ausgebildet, insbesondere als Smartphone 74.

Die Navigationseinrichtung 16 umfasst eine Datenverarbeitungseinheit 76, die beispielsweise einen Mikroprozessor umfasst, eine Erfassungseinheit 78, eine Speichereinheit 80 und eine Hinweiseinheit 82 mit einer Anzeigeeinheit 84. Bei Letzterer handelt es sich insbesondere um den Touchscreen des Smartphones 74. Die Erfassungseinheit 78 umfasst insbesondere die Kamera des Smartpho nes 74.

Wie beispielsweise in der EP 2 910 206 Al beschrieben ist, besteht die Mög lichkeit für den Benutzer, die Relativpositionen der Verankerungselemente zu bestimmen. Auf diese Weise kann ermittelt werden, wie der Stab 18 geformt sein muss, damit die Verankerungselemente miteinander verbunden werden können.

Zu letzterem Zweck kann vorzugsweise die Navigationseinrichtung 16 verwen det werden. Eine Sensoreinheit der Navigationseinrichtung 16, die beispiels weise die Kamera oder Winkel- oder Inertialsensoren umfasst, dient zur Erfas sung der Positionen der Verankerungselemente. Die Soll-Form des Stabes 18 kann von der Datenverarbeitungseinheit 76 berechnet und dann beispielsweise in der Speichereinheit 80 gespeichert werden.

In der Speichereinheit 80 können Informationen zu einer Mehrzahl von Stäben gespeichert sein. Die Datenverarbeitungseinheit 76 kann dem Benutzer an der Hinweiseinheit 82 Vorschläge unterbreiten, welcher der Stäbe bevorzugt für die Verbindung der Verankerungselemente herangezogen werden sollte und für den Biegevorgang ausgewählt werden sollte.

In der Speichereinheit 80 ist ein Benutzeranwendungsprogramm beispielswei se in Form einer sogenannten "App" ausführbar gespeichert, um den Benutzer handhabungsfreundlich und intuitiv zum Biegen des Stabes 18 anzuleiten.

Die von der Datenverarbeitungseinheit 76 errechneten Biegeparameter können während des Biegevorgangs überwacht werden, indem die Biegevorrichtung 12 und der Stab 18 anhand der Markierungen 22, 40, 42, 62, 64 und 72 ge- trackt werden. Dies gibt insbesondere die Möglichkeit festzustellen, ob der Ist- Wert eines Biegeparameters einen berechneten Soll-Wert annimmt oder von diesem abweicht. Darüber hinaus kann durch die zeitabhängige Ermittlung der Ist-Werte der Biegeparameter mittels Tracken der Markierungen 22, 40, 42, 62, 64 und 72 insbesondere deren jeweilige Änderungen festgestellt werden. Der Benutzer kann über die Hinweiseinheit 82 optisch und/oder akustisch und/oder haptisch über die Entwicklung des Wertes des Biegeparameters in formiert werden. Vorgesehen sein kann, dass die Datenverarbeitungseinheit 76 Materialeigen schaften (zum Beispiel aufgrund der möglichen elastischen Verformung) des Stabes 18 bei der Bestimmung der Biegeparameter berücksichtigt.

Vorgesehen sein kann, dass der Benutzer mindestens ein Parameter an der Navigationseinrichtung 16 ändert. Beispielsweise kann die Position von Kno chenschrauben verändert werden, und die geänderte Form des Stabes 18 wird berechnet. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der Benut zer mindestens einen Biegeparameter ändert.

Beispielhaft zeigt Figur 3 unter dem Stichwort "Winkelmessung" die Überwa chung des Biegeparameters "Biegewinkel". Hierzu kann die Navigationseinrich tung 16 die Markierungen 40, 42 erkennen und anhand derer die Relativstel lung der Branchen 36, 38 auswerten. Im Beispiel ist der Stab 18 ausgehend von dem Ist-Wert von 180° für den Biegewinkel auf einen Soll-Wert von 140° zu biegen. Der Benutzer wird darauf hingewiesen, die Branchen 36, 38 zu be tätigen.

Beispielhaft zeigt Figur 4 unter dem Stichwort "Radiusmessung" die Überwa chung des Biegeparameters "Biegeradius". Ausgehend von einem anfänglichen Ist-Wert des Biegeradius von 56 mm ist der Biegeradius im Beispiel auf einen Soll-Wert von 50 mm einzustellen. Die diesbezügliche Information stammt aus der Auswertung der erfassten Markierungen 62, 64. Der Benutzer wird darauf hingewiesen, den Abstand der Anlageglieder 58, 60 solange zu variieren, bis der gewünschte Soll-Wert des Biegeradius erzielt werden kann.

Figur 6 stellt einen vergleichbaren Sachverhalt für einen unterschiedlichen Ist- Wert und einen unterschiedlichen Soll-Wert des Biegeradius dar. Darüber hin aus sind die Anlageglieder 58, 60 gemeinsam verschoben, quer und insbeson dere senkrecht zur Richtung der Abstandsänderung. Figur 5 zeigt beispielhaft unter dem Stichwort "Distanzmessung" die Überwa chung einer Biegeposition als Biegeparameter, wobei der Stab 18 an der Bie geposition gebogen wird.

Zu diesem Zweck kann die Navigationseinrichtung 16 anhand der erfassten Markierungen 22, 62 und 64 die Position des Stabes 18 relativ zur Biegevor richtung 12 heranziehen. Beispielsweise wird der Abstand einer Endseite 28 von den Anlagegliedern 58, 60 bestimmt und hieraus die Position am Stab 18 ermittelt, an dem der Biegevorgang erfolgt. Der Ist-Wert für die Biegeposition von 50 mm weist den Benutzer darauf hin, den Stab 18 relativ zur Biegevor richtung 12 so zu verschieben, dass der Soll-Wert von 39 mm für die Biegepo sition erreicht wird.

Figur 7 zeigt unter dem Stichwort "Rotationsmessung" die Überwachung der Biegeebene, um die der Stab 18 gebogen wird. Dabei kann die Navigationsein richtung 16 anhand der erfassten Markierung 72, und vorzugsweise der Mar kierung 22, den Drehwinkel des Rotationselementes 70 an der Biegevorrich tung 12 berechnen.

Im vorliegenden Fall wird der Benutzer darauf hingewiesen, dass der Stab 18 mittels des Rotationselementes 70 zu rotieren ist, bis der Ist-Wert für die Bie geebene als Biegeparameter von 0° auf den Soll-Wert von 90° geändert wor den ist.

Der Benutzer wird insbesondere anhand eines definierten Ablaufplans, bei spielsweise eines Workflows, vom Anwendungsprogramm geführt um sicher zustellen, dass am Ende des Biegevorgangs sämtliche Biegeparameter korrekt eingehalten worden sind und der Stab 18 die Soll-Form aufweist.

Die Anzeigen der Figuren 3 bis 8 können reale Darstellungen der Biegevorrich tung 12 und des Stabes 18 sein, die anhand der Kamera erstellt werden, und/oder exemplarische, nicht-reale Abbildungen. Die Verknüpfung exemplari- scher Darstellungen und realer Darstellungen und/oder Hinweisen zu Aug- mented-Reality-Darstellungen ist möglich.

Figur 8 stellt beispielhaft unter dem Stichwort "Krümmungsvergleich" dar, wie die Navigationseinrichtung 16 einen Vergleich der anhand der Markierungen 22 ermittelten Ist-Form des Stabes 18 mit der gewünschten Soll-Form des Stabes 18 vornimmt.

Die ermittelte Ist-Form (durchgezogene Linien mit den Bildern der Markierung 22) wird dabei an der Anzeigeeinheit 84 der Soll-Form (gestrichelte Linien) gegenübergestellt. Für den Benutzer ist unmittelbar ersichtlich, dass der Stab 18 noch nicht ordnungsgemäß verformt worden ist und weitere Biegevorgänge erforderlich sind.

Die Biegevorrichtung 12 umfasst weiter Anzeigeelemente 86, 88, 90 und 92. Anhand der Anzeigeelemente 86, 88, 90 und 92, die insbesondere Skalen um fassen, kann der Benutzer Werte für die Biegeparameter ablesen und ermit teln.

Das Anzeigeelement 86 erlaubt es dem Benutzer, die Winkelstellung der Bran chen 36, 38 zueinander zu ermitteln, um den Biegewinkel zu bestimmen.

Das Anzeigeelement 88 erlaubt es dem Benutzer, die Relativposition des Sta bes 18 zum Anlageelement 54 zu ermitteln, um die Biegeposition als Biegepa rameter zu bestimmen.

Das Anzeigeelement 90 erlaubt es dem Benutzer, die Relativstellung der Anla geglieder 58, 60 zu ermitteln, um den Biegeradius als Biegeparameter zu be stimmen. Vorgesehen sein kann ferner, dass mittels des Anzeigeelementes 90 oder eines separaten Anzeigeelementes die Position der Anlageglieder 58, 60 bei gemeinsamer Verschiebung quer zur Richtung der Abstandsänderung er mittelt werden kann. Das Anzeigeelement 92 erlaubt es dem Benutzer, die Rotationsstellung des Rotationselementes 70 zu bestimmen, um die Biegeebene als Biegeparameter zu bestimmen.

Bezugszeichenliste

10 Biegesystem

12 Biegevorrichtung

14 Biegeobjekt

16 Navigationseinrichtung

18 Stab

20 Achse

22 Markierung

24 Oberfläche

26 Umfangsring

28 Endseite

30 Schwenkelement

32 Schwenkelement

34 Schwenkachse

36 Branche

38 Branche

40 Markierung

42 Markierung

44 Oberfläche

46 Vorsprung

48 Vorsprung

50 Anlageelement

52 Anlageelement

54 Anlageelement

56 Abschnitt

58 Anlageglied

60 Anlageglied

62 Markierung

64 Markierung

66 Rotationsaufnahme

68 Achse

70 Rotationselement Markierung

Smartphone

Datenverarbeitungseinheit

Erfassungseinheit

Speichereinheit

Hinweiseinheit

Anzeigeeinheit

Anzeigeelement

Anzeigeelement

Anzeigeelement

Anzeigeelement