DE102006026913A1

DE102006026913A1 - Operationsnavigationsnachverfolgungseinrichtung, -system und -verfahren

Info

Publication number: DE102006026913A1
Application number: DE102006026913A
Authority: DE
Inventors: José Luis Moctezuma de la Barrera; Amir Sarvestani; Markus Jan Boehringer; Hans Schoepp; Ulrich Buehner
Original assignee: Stryker Leibinger GmbH and Co KG
Current assignee: Stryker European Operations Holdings LLC
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20050288575A1; US7771436B2; US20090088630A1

Abstract

Ein Adapter kann auf einfache Weise verwendet werden, um ein Operationsnavigationssystem zu unterstützen, die Effektorachse oder die Effektorebene einer Operationseinrichtung bestimmen. Der Adapter umfasst einen Körper mit einem geometrischen Merkmal, wobei das geometrische Merkmal eine bekannte Beziehung mit einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung hat, die an dem Adapter anbringbar ist. Wenn der Adapter gegen eine Operationseinrichtung auf eine nicht-feste Weise gehalten wird, kann die Effektorachse oder die Effektorebene der Einrichtung durch das Operationsnavigationssystem nachverfolgt werden. Das Verfahren umfasst ein Kalibrierungsverfahren, um die bekannte Beziehung zwischen der Effektorachse oder der Effektorebene und dem Ort der Navigationsnachverfolgungseinrichtung zu bestimmen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein ein Operationsnavigationssystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System, eine Nachverfolgungseinrichtung und einen Adapter, um das Operationsnavigationssystem dabei zu unterstützen, ein Operationsinstrument oder eine Operationseinrichtung gegenüber einem Körper eines Patienten zu orientieren.

2. Beschreibung des Hintergrundes der Erfindung

Die Verwendung von bildgeführten Operationsnavigationssystemen zum Unterstützen von Chirurgen während einer Operation ist vergleichsweise üblich. Derartige Systeme werden insbesondere während Vorgängen weit verbreitet verwendet, die eine genaue Anordnung von Instrumenten erfordern, beispielsweise bei der Neurochirurgie und seit kürzerer Zeit bei der orthopädischen Chirurgie. Typische Operationsnavigationssysteme verwenden speziell entwickelte Werkzeuge, die eingebaute Nachverfolgungseinrichtungen oder Kombinationen aus einem Werkzeug und einem Adapter umfassen, die ermöglichen, dass eine Nachverfolgungseinrichtung an einem Operationswerkzeug angebracht wird. Diese Nachverfolgungseinrichtungen ermöglichen es einem Chirurgen, die Position und/oder die Orientierung des Operationswerkzeuges auf einem Monitor in Verbindung mit einem Bild des Patienten vor der Operation oder einem Bild des Patienten während der Operation übereinander gelegt zu sehen. Die Bilder vor der Operation werden typischerweise mit MRI- oder CT-Aufnahmen erstellt, wohingegen die Bilder während der Operation unter Verwendung eines Fluoroskopes, von Röntgenstrahlung niedriger Intensität oder einer beliebigen ähnlichen Einrichtung erstellt werden. Die Nachverfolgungseinrichtungen verwenden typischerweise eine Mehrzahl optischer Sender, die von dem Navigationssystem detektiert werden können, um die Position und die Orientierung des Operationsinstrumentes zu erfassen.

Eine der wichtigsten Herausforderungen bei heutigen Operationsnavigationssystemen ist die zum ordnungsgemäßen Anbringen und Kalibrieren der Nachverfolgungseinrichtungen erforderliche Zeit, damit sie mit herkömmlichen Operationsinstrumenten funktionieren. Die US 5,251,127 von Raab lehrt eine computergestützte Operationsvorrichtung zum Positionieren eines Operationsinstrumentes, die eine computergesteuerte, apparative Verbindung verwendet, die an einem Operationsinstrument angebracht ist. Die US 6,021,343 von Foley et al. offenbart ein in der Hand gehaltenes Operationsinstrument mit einer Nachverfolgungseinrichtung, die vorgeschriebene und speziell angefertigte Operationswerkzeugverbindungen erfordert. Die US-Anmeldung 2001/0036245 von Kienzle, III et al. ist auf ein Operationswerkzeug mit integrierten Ortungssendern zum Überlagern eines Bildes eines Körpers mit einer Darstellung des Werkzeuges bei einer Operation gerichtet.

Dedizierte Adapter für Operationsinstrumente sind teuer und zeitaufwändig zu entwickeln. Zusätzlich erfordern die meisten dieser Einrichtungen eine Kalibrierung des Operationsinstrumentes nach dem Anbringen der Nachverfolgungseinrichtung, um die Transformation zwischen der Nachverfolgungseinrichtung und einer Achse des Instrumentes zu bestimmen. Die US-Anmeldung 10/246,599 von Moctezuma de la Barrera et al. lehrt ein Operationsinstrument, das fest an einer Nachverfolgungseinrichtung angebracht ist, wobei die Kalibrierung der Position und der Orientierung des Operationsinstrumentes durch eine separate Einrichtung erreicht wird. Zusätzlich ist es bei der orthopädischen Chirurgie manchmal erforderlich, eine Kraft auf das Operationswerkzeug auszuüben. Diese Kraft kann die Präzisionsnachverfolgungseinrichtung beschädigen, beispielsweise die Elektronik oder die LEDs beschädigen, oder die Kalibrierung der Nachverfolgungseinrichtung stören, falls die Nachverfolgungseinrichtung fest an dem Werkzeug angebracht ist, wenn die Kraft aufgebracht wird. Die vorliegende: Einrichtung ermöglicht es einem Chirurgen, die Orientierung der Effektorachse oder der Effektorebene eines weiten Bereichs von Instrumenten nachzuverfolgen, ohne dass es erforderlich ist, entweder die Kombination aus Werkzeug und Nachverfolgungseinrichtung zu kalibrieren oder eine Nachverfolgungseinrichtung an einem Operationsinstrument fest anzubringen. Zusätzlich können die Einrichtungen dieser Erfindung verwendet werden, um Objekte an Orten im Körper genau zu platzieren. Ein Beispiel von Einrichtungen, die ordnungsgemäß platziert werden müssen, sind Ableitungseinrichtungen (shunts), die im Gehirn zum Ableiten von Flüssigkeiten platziert werden.

Kurzer Abriss der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Orientieren einer Operationseinrichtung gerichtet. Dieses Verfahren umfasst die Schritte des Koppelns einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung mit einer Operationseinrichtung, die eine Effektorachse aufweist, auf eine nicht feste Weise unter der Verwendung eines geometrischen Merkmals, das der Navigationsnachverfolgungseinrichtung zugeordnet ist, und bei dem es eine bekannte Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse gibt. Ein weiterer Schritt ist das Berechnen von Orientierungsdaten für die Effektorachse der Operationseinrichtung aus der bekannten Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse. Schließlich umfasst das Verfahren den Schritt des Anzeigens der Orientierungsdaten für die Effektorachse der Operationseinrichtung auf einer Anzeigeeinheit des Operationsnavigationssystems, so dass dann, wenn die Operationseinrichtung mit dem Navigationssystem verwendet wird, die Orientierung der Effektorachse der Operationseinrichtung durch das Operationsnavigationssystem nachverfolgt werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist ferner auf einen Adapter zum Anbringen einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung an einer Operationseinrichtung gerichtet. Der Adapter umfasst einen Körper und einen Verbinder mit einem ersten, an dem Körper angebrachten Ende und einem zweiten Ende. Eine an dem zweiten Ende angebrachte Schnittstelle ermöglicht, dass eine Navigationsnachverfolgungseinrichtung an dem Adapter angebracht wird. Der Körper hat geometrische Merkmale, um zu ermöglichen, dass eine Operationseinrichtung mit dem Körper nicht-fest gekoppelt wird.

Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Betrachten der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht des Operationsnavigationssystems;
1A ist ein Blockdiagramm des Operationsnavigationssystems von 1;
2 ist eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Elevationsseitenansicht des Adapters von 2;
4 ist eine Elevationsansicht eines Endes des Adapters von 2;
5 ist eine Elevationsansicht eines dem Ende von 4 entgegengesetzten Endes des Adapters von 2;
6 ist eine isometrische Ansicht des Operationsinstrumentes, das mit einer Hand in einer nicht festen Beziehung mit dem Adapter von 2 gehalten wird, der mit einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung verbundenen ist;
7 ist eine Explosionsansicht des Operationsinstrumentes, des Adapters und der Navigationsnachverfolgungseinrichtung von 4;
8 ist ein Blockdiagramm eines Computerprogramms, das eine Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung implementiert;
9 ist ein Blockdiagramm eines Computerprogramms, das eine weitere Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung implementiert;
10 ist eine Elevationsansicht eines Endes, die 5 ähnelt, einer alternativen Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Elevationsansicht eines Endes, die 5 ähnelt, einer weiteren alternativen Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Elevationsansicht eines Endes, die 5 ähnelt, einer zusätzlichen alternativen Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine Elevationsansicht eines Endes, die 5 ähnelt, noch einer weiteren alternativen Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
14 ist eine Elevationsansicht eines Endes, die 5 ähnelt, einer anderen weiteren Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine Draufsicht auf die Unterseite des Adapters von 14;
16 ist eine isometrische Ansicht eines Operationsbohrers mit einem platzierten Adapter gemäß 14;
17 ist eine isometrische Ansicht einer Operationssäge mit einem platzierten Adapter gemäß 14;
18 ist eine Elevationsansicht eines Endes des Adapters, die 4 ähnelt und den Adapter bezüglich eines Operationsinstrumentes mit einem kreisförmigen Querschnitt zeigt;
19 ist eine Elevationsansicht eines Endes des Adapters, die 4 ähnelt und den Adapter bezüglich einem Operationsinstrument mit einem quadratischen Querschnitt zeigt;
20 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
21 ist eine Seitenansicht des Adapters von 20 mit einer angebrachten Nachverfolgungseinrichtung;
22 ist eine Elevationsseitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Adaptereinrichtung, die die Beziehung mit einer Operationseinrichtung zeigt;
23 ist eine Draufsicht auf die Unterseite des Adapters von 22;
24 ist eine Elevationsansicht eines Endes des Adapters von 22;
25 ist eine Ansicht, die 24 ähnelt, einer weiteren Ausführungsform des Adapters;
26 ist eine Ansicht, die 24 ähnelt, einer weiteren Ausführungsform des Adapters;
27 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Nachverfolgungseinrichtung mit integralen Vorsprüngen;
28 ist eine detaillierte Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Nachverfolgungseinrichtung, die 27 ähnelt und das Platzieren einer Operationseinrichtung in den Nuten zeigt; und
29 ist eine detaillierte Ansicht der Einrichtung von 28, die den Benutzer bei der Handhabung der Operationseinrichtung bezüglich der Nachverfolgungseinrichtung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung ist auf ein Operationsnavigationssystem 100 zum Orientieren eines Operationsinstrumentes 102 gerichtet. 1 und 1A sind eine schematische Ansicht und ein Blockdiagramm des Operationsnavigationssystems 100, das eine Anzeigeeinheit 104, ein Computersystem 106 und eine Kameramatrix 120 umfasst. Das Computersystem 106 kann in einem beweglichen Wagen 108 untergebracht sein. Das Computersystem 106 kann ein beliebiger Typ eines Personalcomputers mit einer flüchtigen Speichereinheit 110, einer CPU 112 und einer nicht-flüchtigen Speichereinheit 114 sein. Die Anzeigeeinheit 104 kann eine beliebige herkömmliche Anzeigeeinrichtung sein, die bei einem Personalcomputer verwendet werden kann.
Die Kameramatrix 120 ist dazu ausgebildet, eine Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 nachzuverfolgen. Die Kameramatrix 120 ist ferner dazu ausgebildet, Daten zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 und dem Computersystem 106 zu übertragen, die die Orientierung des Operationsinstrumentes 102 darstellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Daten zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 und dem Computersystem 106 drahtlos übertragen. Alternativ hierzu kann ein System verwendet werden, das Leitungen zum Übertragen der Daten zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 und dem Computersystem 106 verwendet.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Die Kameramatrix 120 umfasst eine erste Kamera 122, eine zweite Kamera 124 und eine dritte Kamera 126. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste, die zweite und die dritte Kamera 122, 124, 126 drei CCD-Kameras, die zum Detektieren der Position von durch die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 erzeugten Infrarotsignalen (IR) ausgelegt sind.
Die Kameramatrix 120 sollte in einer stationären Position mit einer ausreichenden Sichtlinie zum Operationssaal angebracht sein. Bei einer Ausführungsform ist die Kameramatrix 120 an einem drehbaren Arm 128 befestigt, der an dem beweglichen Wagen 108 angebracht ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Kameramatrix 120 an einer Wand (nicht gezeigt) eines Operationssaal oder an anderen geeigneten Oberflächen oder Orten angebracht sein.
Es wird zumindest ein Infrarottransceiver zum Übertragen von Daten zu und von der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 verwendet. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sensormatrix 120 einen ersten Transceiver 130 und einen zweiten Transceiver 132, die von einander beabstandet angeordnet sind. Es ist festzustellen, dass obwohl sowohl die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 als auch die Transceiver 130 und 132 über Infrarotsignale kommunizieren können, Fachleute erkennen, dass andere drahtlose Technologien, beispielsweise Hochfrequenzsignale, sowie festverdrahtete Systeme, eine sogenannte elektromagnetische Kommunikation, verwendet werden können.
Die Kameramatrix 120 ist über ein Kabel 134 an eine Lokalisierungseinrichtung 136 oder in einigen Fällen direkt an den Computer aneschlossen. Die Lokalisierungseinrichtung 136 arbeitet mit der Kameramatrix 120 zusammen, um den Ort einer Mehrzahl von LEDs 138 an der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 innerhalb der Sichtlinie der Sensormatrix 120 zu bestimmen. Die erste, die zweite und die dritte Kamera 122, 124, 126 enthalten ihre eigenen Orientierungsdaten und senden diese Daten und die Orientierungsdaten von der Mehrzahl von LEDs 138 an die Lokalisierungseinrichtung 136. Bei einer Ausführungsform setzt die Lokalisierungseinrichtung 136 die Rohorientierungsdaten in die Orientierung einzelner LEDs der Mehrzahl von LEDs 138 um und sendet diese Informationen an das Computersystem 106. Bei einer anderen Ausführungsform setzt die Lokalisierungseinrichtung 136 die Rohdaten in die Orientierung des Operationsinstrumentes 102 um und sendet diese Information an das Computersystem 106. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Softwareprogramm in dem Computersystem 106 die Rohdaten in die Orientierung des Navigationsinstrumentes 102 umsetzen. Bei allen Ausführungsformen ist die Umsetzung der Rohdaten einem Fachmann wohl bekannt und muss nicht weiter erörtert werden. Das Computersystem 106 kann mittels Steuerungstasten (nicht erkennbar), die an der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 angeordnet sind, ferngesteuert wer den. Das Computersystem 106 umfasst auch eine Tastatur 140 und eine Zeigeeinrichtung 142, beispielsweise eine Maus oder ein beliebiges alternatives Eingabemittel zum Betreiben des Computersystems 106. Das Operationsnavigationssystem 100 wird von einem Chirurgen 144 während eines Eingriffes an einem Patienten 146 verwendet. Vorzugsweise befindet sich der Patient 146 auf einem Operationsbett oder einem Operationstisch 148.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Operationsinstrument 102, das mit einem Adapter 116 nicht-fest gekoppelt ist. Der Adapter 116 ist jedoch mit einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 gekoppelt, die mit einer Sensormatrix 120 und den Transceivern 130 und 132 kommuniziert. Die Verwendung von Navigationsnachverfolgungseinrichtungen zusammen mit Sensormatrizen und Transceivern ist im Stand der Technik wohl bekannt. Eine detailliertere Beschreibung derartiger Operationsnavigationssysteme ist in der US-Anmeldung 10/246,599 enthalten, die am8 1. September 2002 eingereicht wurde und deren Offenbarung hiermit per Bezugnahme aufgenommen wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung derart beschrieben ist, dass sie ein aktives optisches Operationsnavigationssystem verwendet, können das System, das Verfahren und die Adapter der vorliegenden Erfindung auch mit anderen Operationsnavigationstechnologien und Operationsnavigationssystemen verwendet werden, beispielsweise mit passiven optischen Systemen, magnetbasierten Systemen, trägheitsbasierten Navigationssystemen, kombinierten Systemen und dergleichen.
Die 2 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Adapter 116 beinhalten einen Körper 200, einen Verbinder 202 mit einem ersten, an dem Körper 200 angebrachten Ende 204 und einem zweiten, an einer Andockstruktur 208 angebrachten Ende 206. Der Körper 200 hat eine erste Seite 210, eine zweite Seite 212, ein erstes Ende 214 und ein zweites Ende 216. Die zweite Seite 212 definiert ein geometrisches Merkmal 242. Bei dem in den 2 bis 5 gezeigten Fall ist das geometrische Merkmal 242 ein Kanal 218, der sich entlang der gesamten Länge der zweiten Seite 212 erstreckt. Das geometrische Merkmal 242 des Adapters 116 definiert eine Adapterachse 244. Das Wissen um den Ort der Adapterachse 244 gegenüber dem Ort der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 wird bei jenen Situationen nützlich sein, wo lediglich der Winkel des Instrumentes durch das Operationsnavigationssystem nachverfolgt werden muss. Die Andockstruktur 208 hat eine erste schräge Seite 220, eine zweite schräge Seite 222 und eine Oberfläche 224, die eine Verriegelungsarretierung 226 umfasst. Die Andockstruktur 208 greift in eine zusammenwirkende Struktur an der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 ein, wie nachstehend erläutert wird.
Die 6 und 7 zeigen die Ausführungsform von 2 in einer Situation bei einem Einsatz an dem Operationsinstrument 102 mit einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118. Die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 ist eine bekannte Einrichtung und hat einen Körper 228. An dem Körper 228 sind die LEDs 138 in festgelegten Positionen angebracht. An dem Körper 228 steht auch ein Anbringungsträger 230 mit einem distalen Ende 232 hervor. Das distale Ende 232 ist an einem Paar von Wänden 234 und 236 befestigt. Die Wände 234 und 236 sind derart geformt, dass sie einen Schlitz 238 bilden, der über die erste und die zweite gefaste Seite 220 und 222 gleitet. Der Schlitz 238 wirkt in einer präzise zusammenpassenden Anordnung mit der Andockstruktur 208 zusammen. Im Inneren des Schlitzes 238 befindet sich eine mit einer Feder vorgespannte Verriegelungsstruktur (nicht gezeigt), die es der Oberfläche 224 ermöglicht, innerhalb des Schlitzes 238 zu gleiten, bis die Verriegelungsstruktur die Verriegelungsarretierung 226 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Feder die Verriegelungsstruktur in die Verriegelungsarretierung 26 vorspannen und die Nachverfolgungseinrichtung 118 in einer festen Beziehung zum Adapter 116 festhalten. Um die Nachverfolgungseinrichtung 118 von dem Adapter zu lösen, wird eine Taste 240 gedrückt, die die Verriegelungsstruktur in dem Schlitz 238 löst und die ermöglicht, dass die Nachverfolgungseinrichtung von dem Adapter 116 entfernt werden kann.
Das Operationsinstrument 102 hat einen Griff 250, einen Schaft 252, eine Adapterspitze 254 zum Halten von verschiedenen Einrichtungen in einer Position, eine Instrumentenachse 256 und eine Aufschlagoberfläche 258. Das spezielle, in den 1, 6 und 7 gezeigte Instrument 102 ist eine Schlageinrichtung, die verwendet wird, um Implantate, die an der Adapterspitze 254 angebracht sind, während einer orthopädischen Operation einzusetzen. Weil das Instrument 102 mit einem Hammer oder einer anderen Schlageinrichtung auf der Aufschlagoberfläche 258 geschlagen wird, ist es erwünscht, das Instrument 102 in die ordnungsgemäße Position zu navigieren und dann die empfindliche Nachverfolgungseinrichtung zu entfernen, bevor das Instrument 102 geschlagen wird. 6 zeigt die Hand 270 eines Chirurgen, die den Adapter 116 in einer nicht-festen Kopplung mit dem Instrument 102 zeigt. Wenn der Ausdruck „nicht-feste Kopplung" in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, bedeutet er, dass der Adapter 116 in einer reproduzierbaren Beziehung zu einem Operationswerkzeug, beispielsweise einem Instrument 102, gehalten wird, aber leicht entfernbar ist, wenn die Haltekraft von dem Adapter entfernt wird. Dieser Ausdruck umfasst die Situation, bei der der Adapter 116 nahe an dem Instrument 102 mittels der Hand eines Benutzers gehalten wird und von dem Instrument 10 abfällt, falls der Handdruck entfernt wird. Weil der Schaft 252 eine Oberfläche hat, die koaxial mit der Instrumentenachse 256 ist, kann der Adapter 116 entlang des Schafts 252 bewegt werden und die Beziehung zwischen der Nachverfolgungseinrichtung 118 und der Instrumentenachse 256 bleibt die gleiche.
8 ist ein Blockdiagramm eines Computerprogramms, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung implementiert. Das Programm beginnt bei einem Block 400, der bestimmt, ob die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiviert wurde. Falls die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 nicht aktiv ist, verzweigt das Programm zu einem Block 40, der eine Nachricht anzeigt, die einen Benutzer auffordert, die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 zu aktivieren. Das Programm kehrt zum Block 400 zurück und wartet, bis das Operationsnavigationssystem 100 ein Signal empfängt, das anzeigt, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiv ist. Wenn das Operationsnavigationssystem 100 feststellt, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiv ist, geht die Steuerung zu einem Block 404 über, der eine Nachricht anzeigt, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiv ist, und die Steuerung geht dann zu einem Block 406 über, der feststellt, ob der Benutzer die Effektorachse des Operationsinstrumentes bestimmen muss. Falls der Benutzer mit „Ja" antwortet, geht die Steuerung zu einem Block 408 über, der die spezielle Kombination aus Instrument, Adapter und Nachverfolgungseinrichtung kalibriert. Der Block 408 weist den Benutzer an, die Kombination aus Werkzeug, Adapter und Nachverfolgungseinrichtung um die Effektorachse zu drehen. Der Block 408 bestimmt den Ort der Nachverfolgungseinrichtung 118, während die Kombination gedreht wird, und berechnet die Beziehung zwischen der Nachverfolgungseinrichtung 118 und der Effektorachse. Auf ähnliche Weise kann der Block 408 den Benutzer anweisen, eine Kombination aus Werkzeug, Adapter und Nachverfolgungseinrichtung umzudrehen, wenn das Werkzeug eine Effektorebene hat. In diesem Fall wird die Ebene des Werkzeuges zuerst an einem festgelegten Ort platziert, und der Ort der Nachverfolgungseinrichtung wird bestimmt. Das Werkzeug wird dann umgedreht und die Ebene des Werkzeuges wird an dem gleichen Ort platziert. Der Ort der Effektorebene des Werkzeuges gegenüber der Nachverfolgungseinrichtung ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Ort der Nachverfolgungseinrichtung. Die Steuerung geht dann zu einem Block 410 über, der die Beziehung zwischen der Nachverfolgungseinrichtung 118 und der Effektorachse oder der Effektorebene in der flüchtigen Speichereinheit 110 speichert und die Effektorachse oder die Effektorebene auf der Anzeigeeinheit 104 anzeigt. Falls der Nutzer in Block 406 mit „Nein" ant wortet, geht die Steuerung zu einem Block 412 über, der die Achse des Adapters 116 in der flüchtigen Speichereinheit 110 speichert und die Adapterachse auf der Anzeigeeinheit 104 anzeigt. Diese Verfahren zum schnellen Kalibrieren der Kombination aus Werkzeug, Adapter und Nachverfolgungseinrichtung im Block 408 sind bei Anwendungen akzeptabel, die lediglich Kenntnis über den Ort oder die Effektorachse oder die Effektorebene erfordern und keine Kenntnis über den Ort der Spitze oder der Arbeitsfläche des Werkzeuges erfordern. In Situationen, bei denen lediglich der relevante Winkel des Werkzeuges erforderlich ist, ist es nicht erforderlich, den Adapter und die Nachverfolgungseinrichtung bezüglich der Effektorachse des Instrumentes zu kalibrieren, weil die Effektorachse des Instrumentes parallel zu der Achse des Adapters 116 sein wird.
9 ist ein Blockdiagramm eines weiteren Computerprogrammes, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung implementiert. Diese Ausführungsform verwendet eine Reihe von Datenbanken, die bezüglich möglicher Werkzeuge, Adapter und Nachverfolgungseinrichtungen zuvor angelegt wurden, die mit dem Operationsnavigationssystem 100 verwendet werden könnten. Das Programm beginnt bei einem Block 420, der bestimmt, ob die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiviert wurde. Falls die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 nicht aktiv ist, verzweigt das Programm zu einem Block 422, der eine Nachricht anzeigt, um einen Benutzer aufzufordern, die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 zu aktivieren. Das Programm kehrt zum Block 420 zurück und wartet, bis das Operationsnavigationssystem 100 ein Signal empfängt, das anzeigt, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiv ist. Wenn das Operationsnavigationssystem 100 bestimmt, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiv ist, geht die Steuerung zu einem Block 424 über, der eine Nachricht anzeigt, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiv ist, und die Steuerung geht zu einem Block 432 über, der die Orientierung der Effektorachse berechnet. Dieses Operationsnavigationssystem 100 bestimmt den Ort und die Orientierung der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118, und der Block 426 speichert diese Daten in der flüchtigen Speichereinheit 110.
Es ist vorgesehen, dass es eine Anzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen des Adapters 116 geben wird. Der Abstand zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 und der Effektorachse eines speziellen Operationsinstrumentes kann daher in Abhängigkeit vom verwendeten Adaptertyp 116 und vom verwendeten Instrumententyp variieren. Jeder Adaptertyp 116 kann mit einer spezifischen Kennung codiert werden, die in das Operationsnavigationssystem 100 eingegeben werden kann, und auf ähnliche Weise kann das Operationsnavigationssystem 100 zur Eingabe der Codeinformation für die speziellen Werkzeuge, die verwendet werden, auffordern. Alternativ hierzu können diese Werkzeuge oder Instrumente auch in der Lage sein, direkt mit dem Operationsnavigationssystem 100 zu kommunizieren und das Werkzeug und/oder den Adapter selbst zu identifizieren. Ein Block 428 ist eine Datenbank von gespeicherten Abmessungen für eine Anzahl von Adaptern. Selbiges kann für jedes mögliche Operationsinstrument durchgeführt werden, das mit dem Operationsnavigationssystem 100 verwendet werden kann. Ein Block 430 ist eine Datenbank von gespeicherten Abmessungen für verschiedene Operationsinstrumente und ihrer entsprechenden Effektorachsen. Das Operationsnavigationssystem 100 ermöglicht es einem Benutzer auch, manuell Daten für einen Adapter oder ein Werkzeug einzugeben, der bzw. das nicht in der entsprechenden Datenbank gefunden wird. Es ist wünschenswert, aber nicht erforderlich, dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 ein intelligentes Instrument ist, das seine eigenen Konfigurationsdaten mit dem Operationsnavigationssystem in Beziehung setzen kann, wenn die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 durch das Operationsnavigationssystem 100 aktiviert wird. Sobald dem Operationsnavigationssystem 100 die Identitäten des speziellen Adapters 116 und des Operationsinstrumentes 102 bekannt sind, werden die entsprechenden Datenbanken 428 und 430 hinsichtlich der Abmessungen der Schnittstellenkonfiguration und der Kanalkonfiguration, der Abmessungen des Operationsinstrumentes und seiner Effektorachse abgefragt. Diese Daten können manuell eingegeben oder gespeichert werden, bevor oder nachdem die Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 aktiviert wurde. Das Operationsnavigationssystem 100 identifiziert die Abmessungen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 auf herkömmliche Weise.
Das Programm geht dann zum Berechnen der Orientierung der Effektorachse des Operationsinstrumentes 102 aus den im Block 426 gespeicherten Daten der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 und den gespeicherten Daten, die von den Blöcken 428 und 430 erhalten wurden, über. Ein Block 432 berechnet die Orientierung auf eine herkömmliche Weise unter Verwendung von Algorithmen, die Fachleuten wohl bekannt und von diesen anerkannt sind. Ein Block 434 speichert die Orientierungsdaten in der flüchtigen Speichereinheit 110 und zeigt die Orientierungsinformation auf der Anzeigeeinrichtung 104 zur Verwendung durch den Benutzer 144 an. Kombinationen aus der Verwendung von Datenbanken für verschiedene Komponenten und dem in 8 gezeigten kinematischen Ansatzes können ebenfalls verwendet werden.
Die 10, 11, 12 und 13 sind alternative Formen des geometrischen Merkmals 242 in 2 für den Adapter 116. Das Merkmal 242a in 10 ist kreisförmig, wohingegen das Merkmal 242b in 11 elliptisch ist. In 12 umfasst die zweite Seite 212 des Adapters 116 eine Wand 300, die allgemein rechtwinklig zu einer Oberfläche 302 ist, die sich von der Wand 300 zu einem Umfang 304 des Körpers erstreckt. Die Wand 300 und die Oberfläche 302 bilden ein „L"-förmiges geometrisches Merkmal 242c. Der Adapter 116a, wie er in 12 gezeigt ist, ist dazu ausgebildet, dass er mit Operationswerkzeugen oder Operationsinstrumenten verwendet wird, die einen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen, und das offene Ende der Oberfläche 302 ermöglicht es dem Adapter 116, wie er in 12 gezeigt ist, dass er mit einer größeren Vielfalt von Werkzeugen verwendet werden kann, als wie wenn der Adapter 116a einen rechtwinkligen Kanal hätte. Der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform und den anderen zuvor erwähnten Ausführungsformen ist, dass zusätzlich zu einer nach oben ausgeübten Kraft gegen das Operationsinstrument 102 zum Halten des Operationsinstrumentes 102 gegen die Oberfläche 302 des geometrischen Merkmals 242c auch eine seitliche Kraft angelegt wird, um das Operationsinstrument 102 gegen die Wand 300 des geometrischen Merkmals 242c zu halten. Beispielsweise könnte der Adapter 116a mit einem Instrument oder einem Werkzeug verwendet werden, das einen Handgriff oder einen Schaft hätte, der breiter als die Breite des Adapters 116a ist. 13 zeigt einen Adapter 116b, der mehrere geometrische Merkmale 306 und 308 umfasst. Diese Anordnung ermöglicht es dem Adapter 116b, dass er bei verschiedenen Werkzeugen verwendet werden kann, ohne dass die Navigationsnachverfolgungseinrichtung von dem Adapter 116b entfernt werden muss.
Die 14 und 15 zeigen eine weitere Ausführungsform des geometrischen Merkmals 242. Ein Adapter 116c hat eine untere Oberfläche 112a und drei daran angeordnete Vorsprünge 312. Die Anzahl der angeordneten Vorsprünge ist nicht besonders kritisch und eine beliebige Anzahl, die größer als zwei ist, kann verwendet werden. Beispielsweise können zwei längere Vorsprünge zum Halten des Adapters in einer Position an dem Instrument 102 ausreichen, oder vier oder mehr kleinere Vorsprünge können zum Erzielen des gleichen Effektes verwendet werden.
Die 16 und 17 zeigen die Verwendung des Adapters 116c in Verbindung mit einem Operationsbohrer 330 und einer Operationssäge 360. Der Operationsbohrer 330 hat eine Bohrerspitze 323 mit einer Effektorachse 334. Wie in 14 dargestellt ist, wird der Adapter 116c, der zum Zweck der Übersichtlichkeit ohne die angebrachte Navigationsnachverfolgungseinrichtung gezeigt ist, gegen eine obere Oberfläche 338 des Operationsbohrers 330 gehalten. Solange die obere Oberfläche 338 mit der Effektorachse 334 kolinear ist, kann der Adapter entlang der oberen Oberfläche 338 bewegt werden, ohne die Beziehung zwischen der Effektorachse 334 und dem Adapter 116c zu beeinträchtigen. Diese Kombination aus Werkzeug, Adapter und Nachverfolgungseinrichtung kann unter Verwendung des in 8 gezeigten Verfahrens kalibriert werden, oder eine Datenbank kann ausreichend Information zum Durchführen der Kalibrierung ohne kinematische Analyse der Effektorachse 334 haben. Auf ähnliche Weise hat ein Sägeblatt 362 eine Effektorebene 364. Ein Adapter 116c wird an einer oberen Oberfläche 366 der Operationssäge 360 platziert. Unter Verwendung des zuvor in 8 skizzierten Verfahrens kann die Beziehung der Effektorebene 364 zu dem Adapter 116c bestimmt und kalibriert werden. Es ist auch möglich, das Datenbankverfahren von 9 zum Kalibrieren des Adapters 116c mit der angebrachten Nachverfolgungseinrichtung zur Effektorebene 364 zu verwenden.
Es wird auf 18 und 19 Bezug genommen. Der Adapter 116 ist zusammen mit Operationsinstrumenten mit zwei unterschiedlichen Querschnitten gegenüber einem Scheitel 310 des Kanals 218 gezeigt. 18 zeigt ein Operationsinstrument 312, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Das Operationsinstrument 312 hat eine Instrumentenachse 314. Das Operationsinstrument 312 berührt den Kanal 218 an zwei Punkten 316, die äquidistant von dem Scheitel des Kanals 310 sind. Das Operationsinstrument 312 hat einen Radius 318, und die Instrumentenachse 314 befindet sich in einem Abstand Δ₁ von dem Scheitel 310 des Kanals. Solange der Radius 318 entlang der Länge des Operationsinstrumentes 312 konstant ist und das Operationsinstrument 312 gerade ist, kann der Adapter 116 entlang der Länge des Operationsinstrumentes 312 bewegt werden und die Beziehung zwischen der Instrumentenachse 314 und der Nachverfolgungseinrichtung 118 bleibt konstant. Der Adapter 116 und die angebrachte Nachverfolgungseinrichtung werden um die Instrumentenachse gedreht. Der Ort der Instrumentenachse 314 bleibt fest, aber der Ort der Nachverfolgungseinrichtung wird sich ändern. Der Abstand zwischen der Instrumentenachse 314 und der Nachverfolgungseinrichtung wird konstant bleiben. Alternativ hierzu können das Instrument 312, der Adapter 116 und die angebrachte Nachverfolgungseinrichtung auch als eine Einheit gedreht werden. Beide Verfahren stellen die Grundlage für das zuvor in Verbindung mit 8 beschriebene Rotationskalibrierungsverfahren zur Verfügung. Folgendes ist ein Beispiel, wie das Datenbankverfahren von 9 den Ort der Instrumentenachse 312 gegenüber der Nachverfolgungseinrichtung 118 berechnen kann. Das Operationsnavigationssystem 100 beinhaltet die Position und die Orientierung des Scheitels 310 des Adapters 116 abgespeichert in der Adapterdatenbank 428 bezogen auf die Position und die Orientierung der an dem Adapter 116 angebrachten Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118. Ähnlich hier zu beinhaltet das Operationsnavigationssystem 100 auch den Wert Δ₁ für das Operationsinstrument 312 abgespeichert in der Instrumentendatenbank. Unter Verwendung dieser Werte und des Ortes und der Orientierung der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 kann das Operationsnavigationssystem 100 die Effektorachse des Instrumentes 312 im Block 432 berechnen.
Ähnlich hierzu weist ein Operationsinstrument 312a, wie in 19 gezeigt ist, einen quadratischen oder rechtwinkligen Querschnitt auf, der an dem Scheitel 310 satt anliegt. Da es keine Relativbewegung zwischen dem Instrument 312a und dem V-förmigen Kanal 218 geben kann, wird die Gesamtkombination aus dem Instrument, dem Adapter und der Nachverfolgungseinrichtung um die Instrumentenachse 314a gedreht, um die Kalibrierung, wie zuvor im Zusammenhang mit 8 beschrieben, durchzuführen. Hinsichtlich des Datenbankverfahrens von 9 weist das Instrument 312a einen bekannten quadratischen Querschnitt auf, wie durch den Abstand Δ₂ von einer Instrumentenachse 314a zum Scheitel 310 gezeigt ist, und der, wie zuvor erwähnt, in der Instrumentendatenbank 430 gespeichert ist. Falls der Querschnitt des Instrumentes nicht quadratisch ist, kann die Instrumentendatenbank 430 andere Parameter umfassen, um es dem Operationsnavigationssystem 100 zu ermöglichen, die Effektorachse oder die Effektorebene zu bestimmen. Ein Vorteil der Verwendung eines V-förmigen Kanals 218 zusammen mit einem Operationsinstrument 312a mit einem quadratischen oder rechtwinkligen Querschnitt ist, dass es keine Relativdrehung zwischen dem Adapter 116 und dem Operationsinstrument 312a gibt.
Der Adapter der vorliegenden Erfindung kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt werden, das formstabil ist und das in der Lage ist, zumindest einmal sterilisiert zu werden. Obwohl es wünschenswert sein kann, dass die Schnittstelle in der Lage ist, mehrmals sterilisiert zu werden, ist es auch möglich, dass die Adapter 116 der vorliegenden Erfindung derart konstruiert sind, dass sie Einweg-Wegwerfartikel sind, die bei der Herstellung sterilisiert werden, bis zur Verwendung in einem sterilen Zustand gehalten werden und dann entsorgt werden. Geeignete Kunststoffe, die formstabil sind und aus Operationsgesichtspunkten akzeptabel sind, beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), Kohlenstoff oder glasfaserverstärktes PEEK, Polysulfon, Polycarbonat, Nylon und Gemische davon, können verwendet werden. Zusätzlich können geeignete Metalle verwendet werden, die zur Verwendung bei einer Operation akzeptabel sind, beispielsweise rostfreier Operationsstahl, Titan, Wolframcarbid und andere ähnliche, aus Operationsgesichtspunkten geeignete Metalle. Bei einer Ausführungsform werden der Adapter 116 und der Kanal 218 zum Vermeiden eines Verschleißes, wenn das Operationsinstrument entlang der Oberfläche des Kanals 218 bewegt wird, aus Materialien mit einer harten Oberfläche gefertigt.
Die 20 und 21 zeigen eine weitere Ausführungsform eines Adapters 500. Der Adapter 500 hat einen Körper 502 mit einem Verbinder 504 mit einem ersten, an dem Körper 502 angebrachten Ende 506 und einem zweiten, an einer Andockstruktur 510 angebrachten Ende 508. Die Andockstruktur 510 hat einen mittigen Vorsprung 512 und zwei Stifte 514, die mit der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118 zusammenpassen. Der Körper 502 hat eine erste Seite 516, eine zweite Seite 518, ein erstes Ende 520 und ein zweites Ende 522. Die zweite Seite 518 definiert ein geometrisches Merkmal 524. In diesem Fall ist das geometrische Merkmal ein Paar gekrümmter Oberflächen 526 und 528. Eine Öffnung 530 zwischen den gekrümmten Oberflächen 526 und 528 reduziert das Gewicht des Adapters 500. Die gekrümmten Oberflächen 526 und 528 passen an Werkzeuge, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Körper 502 weist auch eine Reihe von Ausnehmungen 532 auf, die das Gewicht des Adapters weiter reduzieren und dem Benutzer das Greifen des Adapters 500 erleichtern.
Es wird auf 22 bis 24 Bezug genommen, in denen eine weitere Ausführungsform der Einrichtungen und des Systems der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform umfasst ein Adapter 600 einen Körper 602 und einen Verbinder 604. Der Verbinder 604 hat ein erstes Ende 606 und zweites Ende 608, das mit einer Andockstruktur 610 verbunden ist. Die Andockstruktur ähnelt den zuvor diskutierten und ist in der Lage, mit einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung, beispielsweise der Navigationsnachverfolgungseinrichtung 118, zusammenzupassen. Der Körper 602 hat eine erste Seite 612, eine zweite Seite 614, ein erstes Ende 616 und ein zweites Ende 618. An der zweiten Seite 614 sind zwei Fortsätze 620 und 622 angebracht. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die zweite Seite 614 an einer Ebene 623. Jeder der Fortsätze 620 und 622 hat eine V-förmige Nut 624 und 624a, um eine Operationseinrichtung 626 aufzunehmen. Die Operationseinrichtung 626 kann ein beliebiges der Operationsinstrumente oder eine beliebige der Operationseinrichtungen sein, die zuvor erörtert wurden. Zusätzlich kann die Operationseinrichtung 626 ein in dem Körper des Patienten zu platzierendes Objekt, beispielsweise eine Ableitungseinrichtung (Shunt) oder eine Gefäßstütze (Stint), sein. Bei einer Ausführungsform unterscheidet sich die Tiefe der Nuten 624 und 624a, um die Operationseinrichtung 626 in einem derartigen Winkel gegenüber der zweiten Seite 614 zu platzieren, dass eine Effektorachse 627 der Operationseinrichtung 626 die Ebene 623 etwa 70 mm von dem ersten Ende 616 entfernt schneiden wird. Die Nuten 624 und 624a haben je zwei abfallende Wände 628, die sich an einem Scheitel 630 treffen. Die V-förmigen Nuten 624 und 624a ermöglichen es, dass der Adapter mit Operationseinrichtungen 626 unterschiedlicher Größen verwendet werden kann. Die Operationseinrichtung 626 liegt innerhalb der Nuten 624 und 624a an den entsprechenden Wände 628 an. Die Wände 628 für jede der Nuten 624 und 624a sollten auch in der gleichen Ebene liegen, sodass sich die Nuten 624 und 624a gegenseitig fortsetzen. Bei einigen Ausführungsformen muss es nicht erforderlich sein, einen Platz für die Hand eines Benutzers zwischen den Vorsprüngen 620 und 622 vorzusehen. In diesem Fall können die zwei Vorsprünge durch einen einzigen Vorsprung mit einer langen Nut ersetzt werden. Bei speziellen Operationseinrichtungen 626 sind der Datenbank der Relativabstand von der Effektorachse der speziellen Operationseinrichtung 626 zu der Nachverfolgungseinrichtung 118 und der Winkel der Effektorachse 627 gegenüber der Nachverfolgungseinrichtung 118 bekannt. Der Abstand Δ₃ von der zweiten Seite 614 zum Scheitel 630 der Nut 624 sollte groß genug sein, sodass ein Benutzer mit seiner Hand zwischen die zweite Seite 614 und die Operationseinrichtung 626 greifen kann, um die Operationseinrichtung 626, falls erforderlich, zu bedienen.
25 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der jeder Vorsprung 620 und 622 eine U-förmige Nut 640 aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Adapter speziell konstruiert, so dass er mit einer speziellen Einrichtung zusammenarbeitet, die einen geringfügig kleineren Radius aufweist als der Radius der Unterseite der U-förmigen Nut 640. 26 zeigt eine andere Ausführungsform, wo ein Verbinder 650, der dem Verbinder 604 ähnelt, von dem Körper 602 um 90° versetzt bezüglich der Richtung wegragt, von der der Verbinder 604 von dem Körper 602 wegragt. Diese alternative Anordnung kann eine zusätzliche Flexibilität für den Benutzer beim Bedienen der Operationseinrichtung 626 gegenüber der Nachverfolgungseinrichtung 118 ermöglichen.
27 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der eine Nachverfolgungseinrichtung 700 integrale Fortsätze 702 und 704 aufweist. Die Fortsätze 702 und 704 sind direkt an einem Körper 706 der Nachverfolgungseinrichtung 700 angebracht und beide sind voneinander beabstandet und erstrecken sich seitlich bezüglich der Nachverfolgungseinrichtung 700 mit einem ausreichenden Abstand, um es einem Benutzer zu ermöglichen, mit seiner Hand in den Raum zwischen die zwei Fortsätze 702 und 704 zu greifen. Die zwei Fortsätze 702 und 704 haben ähnliche U-förmige Nuten 708, um eine Operationseinrichtung 710, beispielsweise die in 27 gezeigte Ableitung, aufzunehmen. Die Nachverfolgungseinrichtung 700 umfasst integrale LEDs 712, die den zuvor beschriebenen ähneln. Zusätzlich umfasst die Nachverfolgungseinrichtung 700 auch drei Schalter 714, die zum Steuern des Operationsnavigationssystems nützlich sind.
Die 28 und 29 zeigen einen Benutzer, der eine Operationseinrichtung 800 bedient, hinsichtlich einer weiteren Ausführungsform einer integralen Nachverfolgungseinrichtung 802. Der Benutzer kann die Operationseinrichtung 800 in jeder Nut 804 platzieren, um die Operationseinrichtung zu dem passenden Ort zu führen. Weil die Operationseinrichtung nicht fest in den Nuten 804 gehalten wird, kann der Benutzer, der in 28 gezeigt ist, zusätzlich die Operationseinrichtung, wie erforderlich, bedienen.
Fachleuten werden angesichts der vorstehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen an der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Demgemäß ist diese Beschreibung lediglich als veranschaulichend auszulegen, und sie wird zu dem Zweck vorgestellt, dass Fachleute in die Lage versetzt werden, die Erfindung herzustellen und zu verwenden und um die beste Ausführungsform derselben zu lehren. Die ausschließlichen Rechte an allen Modifikationen, die innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche kommen, sind vorbehalten.

Claims

System zum Orientieren einer Operationseinrichtung, umfassend: ein Operationsnavigationssystem mit einer Anzeigeeinheit; eine Navigationsnachverfolgungseinrichtung, die in der Lage ist, nicht-fest mit einer Operationseinrichtung mit einer Effektorachse gekoppelt zu werden, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung von dem Navigationssystem nachverfolgt werden kann und wobei es eine bekannte Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse gibt; eine erste Schaltung zum Berechnen einer Orientierung der Effektorachse der Operationseinrichtung aus der bekannten Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse; und eine zweite Schaltung zum Anzeigen der Orientierung der Effektorachse der Operationseinrichtung auf einer Anzeigeeinheit.
System nach Anspruch 1, wobei die bekannte Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse durch Drehen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung gegenüber der Effektorachse bestimmt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung einen Körper mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einem geometrischen Merkmal an der zweiten Seite umfasst, das in der Lage ist, mit der Operationseinrichtung nicht-fest gekoppelt zu werden.
System nach Anspruch 3, wobei das geometrische Merkmal derart geformt ist, dass es eine reproduzierbare Ausrichtung zwischen der Schnittstelle und der Effektorachse ermöglicht.
System nach Anspruch 3, wobei das geometrische Merkmal ein V-förmiger Kanal ist.
System nach Anspruch 3, wobei das geometrische Merkmal eine Anzahl von beabstandeten Vorsprüngen an der zweiten Seite ist.
System nach Anspruch 3, wobei das geometrische Merkmal zwei Nuten sind, die voneinander beabstandet sind.
System nach Anspruch 3 wobei der Körper ein Mehrzahl geometrischer Merkmale umfasst, die von dem Körper wegragen.
System nach Anspruch 8, wobei die geometrischen Merkmale V-förmige Nuten sind.
System nach Anspruch 8, wobei die geometrischen Merkmale U-förmige Nuten sind.
System nach Anspruch 3, wobei die zweite Seite eine harte Oberfläche aufweist, um einen Verschleiß zu vermeiden, wenn sie gegen die Operationseinrichtung gehalten wird.
System nach Anspruch 1, wobei eine Hand die Navigationsnachverfolgungseinrichtung gegenüber der Operationseinrichtung leicht in ihrer Lage halten kann.
System nach Anspruch 1, wobei das System ferner eine Datenbank mit bekannt In Beziehungen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung zu der Effektorachse der Operationseinrichtung umfasst und wobei die Datenbank die bekannte Beziehung der ersten Schaltung bereitstellt.
System nach Anspruch 1, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung eine optische Nachverfolgungseinrichtung ist.
System nach Anspruch 14, wobei die optische Nachverfolgungseinrichtung Infrarot-LEDs umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung an einem Adapter entfernbar angebracht ist, der einen Körper mit einer ersten Seite, einer zweiten Seite und einem geometrischen Merkmal an der zweiten Seite umfasst, das in der Lage ist, mit der Operationseinrichtung nicht-fest gekoppelt zu werden.
System nach Anspruch 16, wobei das geometrische Merkmal derart geformt ist, dass es eine reproduzierbare Ausrichtung zwischen der Schnittstelle und der Effektorachse ermöglicht.
System nach Anspruch 16, wobei der Körper eine Mehrzahl geometrischer Merkmale aufweist, die von dem Körper wegragen.
Das System nach Anspruch 18, wobei die geometrischen Merkmale V-förmige Nuten sind.
System nach Anspruch 18, wobei die geometrischen Merkmale U-förmige Nuten sind.
Verfahren zum Orientieren einer Operationseinrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Koppeln einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung mit einer Operationseinrichtung, die eine Effektorachse aufweist, auf eine nicht feste Weise unter Verwendung eines geometrischen Merkmals, das der Navigationsnachverfolgungseinrichtung zugeordnet ist, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung in der Lage ist, mit einem Navigationssystem zu kommunizieren, und wobei es eine bekannte Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse gibt; Berechnen von Orientierungsdaten für die Effektorachse der Operationseinrichtung aus der bekannten Beziehung zwischen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung und der Effektorachse; und Anzeigen der Orientierungsdaten für die Effektorachse der Operationseinrichtung auf einer Anzeigeeinheit des Navigationssystems, so dass, wenn die Operationseinrichtung mit dem Navigationssystem verwendet wird, die Orientierung der Effektorachse der Operationseinrichtung von dem Navigationssystem nachverfolgt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 21, das den zusätzlichen Schritt des Kalibrierens der bekannten Beziehung der Navigationsnachverfolgungseinrichtung zu der Effektorachse durch Drehen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung gegenüber der Effektorachse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung einen Körper mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite umfasst, wobei das geometrische Merkmal an der zweiten Seite angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das geometrische Merkmal zum Ermöglichen einer reproduzierbaren Ausrichtung zwischen der Schnittstelle und der Effektorachse geeignet geformt ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das geometrische Merkmal ein V-förmiger Kanal ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das geometrische Merkmal eine Anzahl von Vorsprüngen an der zweiten Seite ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das geometrische Merkmal zwei Nuten sind, die voneinander beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Körper eine Mehrzahl geometrischer Merkmale umfasst, die von dem Körper wegragen.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die geometrischen Merkmale V-förmige Nuten sind.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die geometrischen Merkmale U-förmige Nuten sind.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die zweite Seite eine harte Oberfläche zum Vermeiden eines Verschleißes aufweist, wenn sie gegen die Operationseinrichtung gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei eine Hand die Navigationsnachverfolgungseinrichtung gegenüber der Operationseinrichtung leicht in ihrer Lage halten kann.
Verfahren nach Anspruch 21, das den zusätzlichen Schritt des Bereitstellens einer Datenbank mit bekannten Beziehungen der Navigationsnachverfolgungseinrichtung zu der Effektorachse umfasst, wobei die Datenbank verwendet wird, um die Orientierung der Operationseinrichtung zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Navigationsnachverfolgungseinrichtung eine optische Nachverfolgungseinrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die optische Nachverfolgungseinrichtung Infrarot-LEDs umfasst.
Adapter zum Anbringen einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung an einer Operationseinrichtung, umfassend: einen Körper; einen Verbinder, der an einem ersten Ende an dem Körper angebracht ist und ein zweites Ende aufweist; eine Schnittstelle, die an dem zweiten Ende angebracht ist, um einer Navigationsnachverfolgungseinrichtung zu ermöglichen, an dem Adapter angebracht zu werden; und wobei der Körper ein geometrisches Merkmal aufweist, um es einer Operationseinrichtung mit einer Effektorachse zu ermöglichen, mit dem Körper nicht-fest gekoppelt zu werden.
Adapter nach Anspruch 36, wobei die Schnittstelle eine Andockstruktur ist, die die Navigationsnachverfolgungseinrichtung in einer bestimmten Position gegenüber dem Körper lösbar verriegelt.
Adapter nach Anspruch 37, wobei die Andockstruktur eine schnell lösbare Einrichtung ist.
Adapter nach Anspruch 36, wobei das geometrische Merkmal geeignet geformt ist, um eine reproduzierbare Ausrichtung zwischen dem Adapter und der Effektorachse zu ermöglichen.
Adapter nach Anspruch 36, wobei das geometrische Merkmal ein V-förmiger Kanal ist.
Adapter nach Anspruch 36, wobei das geometrische Merkmal eine Anzahl von Vorsprüngen an dem Körper ist.
Adapter nach Anspruch 41, wobei die Anzahl von Vorsprüngen an einer Seite des Körpers angebracht ist, die flach ist.
Adapter nach Anspruch 36, wobei das geometrische Merkmal zwei Nuten sind, die voneinander beabstandet sind.
Adapter nach Anspruch 36, wobei der Körper eine Mehrzahl geometrischer Merkmale umfasst, die von dem Körper wegragen.
Adapter nach Anspruch 36, wobei die geometrischen Merkmale V-förmige Nuten sind.
Adapter nach Anspruch 36, wobei die geometrischen Merkmale U-förmige Nuten sind.
Adapter nach Anspruch 36, wobei der Körper eine harte Oberfläche zum Vermeiden eines Verschleißes aufweist, wenn er gegen die Operationseinrichtung gehalten wird.
Adapter nach Anspruch 36, wobei eine Hand den Adapter gegenüber der Operationseinrichtung leicht in seiner Lage halten kann.
Adapter nach Anspruch 36, wobei der Körper mehrere geometrische Merkmale aufweist.