DE102013219728A1

DE102013219728A1 - Medical system with a visually operating navigation system and method for optical medical navigation

Info

Publication number: DE102013219728A1
Application number: DE201310219728
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann; Gerhard Kleinszig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Für eine einfache Navigation auch von asymmetrischen Instrumenten ist ein Medizinsystem mit einem optisch arbeitenden Navigationssystem, mit einem Röntgensystem und mit einem medizinischen Instrument, an welchem eine Markervorrichtung des Navigationssystems angeordnet ist, wobei die Markervorrichtung zumindest ein um eine Achse des Instruments drehbares Element aufweist, welches relativ zu dem Instrument und/oder relativ zu einem statisch mit dem Instrument verbundenen Element rotierbar ausgebildet ist, und wobei das Navigationssystem eine Detektorvorrichtung zur Bestimmung der Position des rotierbaren Elements und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Relativwinkels zwischen dem rotierbaren Element und dem Instrument und/oder dem statisch verbundenen Element aufweist, vorgesehen.For a simple navigation even of asymmetrical instruments is a medical system with an optical navigation system, with an X-ray system and a medical instrument on which a marker device of the navigation system is arranged, wherein the marker device has at least one rotatable about an axis of the instrument element which is rotatable relative to the instrument and / or rotatable relative to a statically connected to the instrument element, and wherein the navigation system, a detector device for determining the position of the rotatable element and a device for determining a relative angle between the rotatable element and the instrument and / or the statically connected element has provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Medizinsystem mit einem optisch arbeitenden Navigationssystem gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur optischen medizinischen Navigation gemäß dem Patentanspruch 11. The invention relates to a medical system with an optically operating navigation system according to the patent claim 1 and a method for optical medical navigation according to the patent claim 11.

Für eine exakte räumliche Positionierung medizinischer Objekte (z.B. Instrumente, Implantate oder sonstige medizinische Hilfsmittel) im Einsatz wird die optische medizinische Navigation verwendet. So wird sie z.B. eingesetzt, um Instrumente bei einer Operation räumlich exakt zu positionieren und zu navigieren. Anwendung findet die optisch medizinische Positionsbestimmung insbesondere auf dem Gebiet der Chirurgie, z.B. der Neurochirurgie. Insgesamt werden Messlichtstrahlen detektiert, um unter Ausnutzung der Gesetze der Geometrie eine räumliche Position des zu navigierenden Objektes zu bestimmen. For accurate spatial positioning of medical objects (e.g., instruments, implants, or other medical devices) in use, optical medical navigation is used. So it becomes e.g. used to spatially position and navigate instruments during an operation. Application is the optical medical positioning especially in the field of surgery, e.g. Neurosurgery. Overall, measuring light beams are detected in order to determine a spatial position of the object to be navigated by utilizing the laws of geometry.

Es sind sogenannte aktive und passive optische Markervorrichtungen bekannt. Aktive optische Markervorrichtungen geben selbst Messlichtstrahlen ab, welche von einer zugeordneten Detektorvorrichtung empfangen werden (z.B. ein Kamerasystem). Passive optische Markervorrichtungen reflektieren von einer Lichtquelle ausgesendete Lichtstrahlen und die reflektierten Messlichtstrahlen werden von der Detektorvorrichtung erfasst. Aus den mit der Detektorvorrichtung detektierten Messsignalen wird dann die räumliche Position des entsprechenden Objektes ermittelt. Die Markervorrichtungen sind an dem medizinischen Instrument, Implantat oder Hilfsmittel befestigt, so dass die räumliche Position des Objektes bestimmbar ist. So-called active and passive optical marker devices are known. Active optical marker devices themselves emit measuring light beams which are received by an associated detector device (e.g., a camera system). Passive optical marker devices reflect light beams emitted from a light source and the reflected measuring light beams are detected by the detector device. The spatial position of the corresponding object is then determined from the measurement signals detected by the detector device. The marker devices are attached to the medical instrument, implant or device so that the spatial position of the object can be determined.

Passive optische Markervorrichtungen weisen z.B. eine oder mehrere Kugeln auf, die auf ihrer äußeren Oberfläche mit einer Reflexionsschicht versehen sind, die zur Reflexion der einfallenden Messlichtstrahlen dient, so dass diese von einer Detektorvorrichtung (z.B. Navigationskamerasystem) erfasst werden können. Passive optical marker devices have e.g. one or more balls provided on its outer surface with a reflective layer, which serves to reflect the incident measuring light beams, so that they can be detected by a detector device (for example navigation camera system).

Damit die Markervorrichtungen immer im Blickfeld der Detektorvorrichtung (z.B. Navigationskamerasystem) liegen, sind die Markervorrichtungen häufig drehbar um eine Achse des Instruments befestigt, z.B. mittels eines Rings. Diese sind zwar geeignet zur Navigation von rotationssymmetrischen Instrumenten, bei der Verwendung von asymmetrischen Instrumenten (z.B. Instrumente mit einer Verbiegung an der Spitze) ist jedoch wegen mangelnder Informationen der Orientierung des Instruments keine genaue Navigation möglich. In order for the marker devices to be always in the field of vision of the detector device (e.g., navigation camera system), the marker devices are often mounted rotatably about an axis of the instrument, e.g. by means of a ring. While these are suitable for navigating rotationally symmetric instruments, accurate navigation is not possible with the use of asymmetrical instruments (e.g., instruments with a tip bow) due to lack of instrument orientation information.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Medizinsystem mit einem optisch arbeitenden Navigationssystem und ein Verfahren zur optischen medizinischen Navigation bereitzustellen, welches eine einfache und besonders genaue Navigation von sowohl asymmetrischen als auch symmetrischen Objekten wie Instrumenten oder Implantaten ermöglicht. It is an object of the present invention to provide a medical system with an optically operating navigation system and a method for optical medical navigation, which allows easy and particularly accurate navigation of both asymmetric and symmetrical objects such as instruments or implants.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Medizinsystem mit einem optisch arbeitenden Navigationssystem gemäß dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zur optischen medizinischen Navigation gemäß dem Patentanspruch 11; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche. The object is achieved by a medical system with an optically operating navigation system according to claim 1 and by a method for optical medical navigation according to the patent claim 11; advantageous embodiments of the invention are the subject of the associated subclaims.

Das erfindungsgemäße Medizinsystem weist ein optisch arbeitendes Navigationssystem und ein medizinisches Instrument auf, an welchem eine Markervorrichtung des Navigationssystems angeordnet ist, wobei die Markervorrichtung zumindest ein um eine Achse des Instruments drehbares Element aufweist, welches relativ zu dem Instrument und/oder relativ zu einem statisch mit dem Instrument verbundenen Element rotierbar ausgebildet ist, und wobei das Navigationssystem eine Detektorvorrichtung zur Bestimmung der Position des drehbaren Elements und/oder des Instruments und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Relativwinkels zwischen dem rotierbaren Element und dem Instrument und/oder dem statisch verbundenen Element aufweist. Insbesondere weist das Medizinsystem ein Röntgensystem mit einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor auf. Mittels des erfindungsgemäßen Medizinsystems können auf einfache Weise sowohl bei symmetrischen als auch bei asymmetrischen Instrumenten genaue und eindeutige Positions- und Orientierungsbestimmungen und damit Navigationen durchgeführt werden. Bei einem symmetrischen Instrument wird dafür auf bekannte Weise die Position des Instruments durch Detektion des drehbaren Elements bestimmt. Durch die Detektion des drehbaren Elements sowie die Bestimmung des Relativwinkels zwischen dem drehbaren Element und dem statischen Element bzw. dem Instrument kann bei asymmetrischen Instrumenten die Lage der Verbiegung/Asymmetrie eindeutig bestimmt werden. Auf diese Weise können in der Chirurgie oder bei anderen Anwendungen auch bezüglich ihrer Achse asymmetrische Instrumente, also z.B. solche mit einer Verbiegung im Bereich ihrer Spitze, eingesetzt werden, ohne dass eine zusätzliche aufwändige Orientierungsbestimmung notwendig wird. The medical system according to the invention comprises an optically operating navigation system and a medical instrument, on which a marker device of the navigation system is arranged, wherein the marker device has at least one rotatable about an axis of the instrument element which relative to the instrument and / or relative to a static with The navigation system has a detector device for determining the position of the rotatable element and / or the instrument and a device for determining a relative angle between the rotatable element and the instrument and / or the statically connected element. In particular, the medical system has an X-ray system with an X-ray emitter and an X-ray detector. By means of the medical system according to the invention, precise and unambiguous position and orientation determinations and thus navigation can be carried out in a simple manner, both in the case of symmetrical and asymmetrical instruments. In a symmetrical instrument, the position of the instrument is determined by detection of the rotatable element in a known manner. As a result of the detection of the rotatable element and the determination of the relative angle between the rotatable element and the static element or the instrument, the position of the bending / asymmetry can be unambiguously determined in the case of asymmetrical instruments. In this way, in surgery or in other applications, asymmetric instruments, e.g. those with a bend in the region of their tip, be used without an additional elaborate orientation determination is necessary.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Markervorrichtung von einer passiven Markervorrichtung gebildet. Unter einer passiven (optischen) Markervorrichtung wird hier eine (optische) Markervorrichtung verstanden, welche keine eigene Lichtquelle aufweist, sondern auf sie abgestrahlte Lichtstrahlen reflektieren kann. According to one embodiment of the invention, the marker device is formed by a passive marker device. A passive (optical) marker device is here understood to mean an (optical) marker device which does not have its own light source but can reflect light beams emitted by it.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das drehbare Element einen um die Achse des Instruments angeordneten Ring auf, an welchem mittelbar (z.B. durch einen Aufsatz und/oder Ausleger) oder unmittelbar zumindest drei insbesondere eine Ebene definierende Kugeln angeordnet sind. Durch die Anordnung der drei Kugeln in der Weise, dass sie eine Ebene aufspannen (also nicht auf einer Linie liegen), ist eine eindeutige Positionserkennung der Kugeln und damit bei Kenntnis der übrigen geometrischen Verhältnisse der Markervorrichtung und des Instruments mittels der Detektorvorrichtung möglich. Die zumindest drei eine Ebene definierenden Kugeln sind dabei insbesondere sternförmig angeordnet. According to a further embodiment of the invention, the rotatable element has a ring arranged around the axis of the instrument, on which indirectly (eg by an attachment and / or arm) or directly at least three balls, in particular a plane, are arranged. By arranging the three balls in such a way that they span a plane (ie not lie on a line), a clear position detection of the balls and thus with knowledge of the remaining geometric conditions of the marker device and the instrument by means of the detector device is possible. The at least three spheres defining a plane are arranged in particular in a star shape.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kugeln eine reflektierende Oberfläche oder Beschichtung auf und wird die Detektorvorrichtung von einem Kamerasystem gebildet. Das Kamerasystem, welches zumindest eine Kamera aufweist, ist dabei derart angeordnet, dass stets zumindest eine Kamera die reflektierende Oberfläche der Kugeln erfassen kann, so dass eine Positionsbestimmung der Kugeln möglich ist. Zusätzlich kann eine Lichtquelle vorhanden sein, welche die Kugeln zur Lichtreflexion anregt, oder es werden standardmäßig vorhandene Lichtquellen genutzt (z.B. im und für die OP vorhandene Lichtquellen). According to a further embodiment of the invention, the balls have a reflective surface or coating and the detector device is formed by a camera system. The camera system, which has at least one camera, is arranged such that always at least one camera can detect the reflective surface of the balls, so that a position determination of the balls is possible. In addition, there may be a light source which excites the balls for light reflection, or standard light sources are used (e.g., in and for the OP existing light sources).

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Vorrichtung zur Bestimmung des Relativwinkels von einem elektrischen oder mechanischen Winkellagegeber gebildet. Unter einem Winkellagegeber wird ein Sensor zum Erfassen eines Drehwinkels oder von dessen Änderung an einer Welle relativ zu einem feststehenden Teil verstanden. Ein Beispiel für einen Winkellagegeber ist ein sogenannter Resolver, ein Potentiometergeber oder ein Drehgeber. Der Winkellagegeber ist derart integriert, dass er den Relativwinkel zwischen dem drehbaren Element und dem Instrument bestimmen kann, so dass damit eine eindeutige Lagebestimmung der Asymmetrie (Verbiegung) des asymmetrischen Instruments möglich ist. According to a further embodiment of the invention, the device for determining the relative angle of an electrical or mechanical angular position sensor is formed. An angular position sensor is understood to mean a sensor for detecting a rotational angle or its change on a shaft relative to a stationary part. An example of an angular position sensor is a so-called resolver, a potentiometer or a rotary encoder. The angular position sensor is integrated in such a way that it can determine the relative angle between the rotatable element and the instrument so that a clear position determination of the asymmetry (bending) of the asymmetrical instrument is possible.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das drehbare Element relativ zu dem mit dem Instrument statisch verbundenen Element rotierbar ausgebildet und weist das statische Element zumindest eine Kugel mit reflektierender Oberfläche/Beschichtung auf. Insbesondere ist zumindest eine der Kugeln in der Ebene der Verbiegung des Instruments angeordnet. Auch auf diese Weise ist auf einfache Weise bei Detektierung der entsprechenden Kugeln und z.B. mittels einer geeigneten Auswertevorrichtung eine eindeutige Bestimmung der Orientierung des Instruments (also der Asymmetrie oder Verbiegung) möglich. In accordance with a further embodiment of the invention, the rotatable element is designed to be rotatable relative to the element statically connected to the instrument, and the static element has at least one sphere with a reflective surface / coating. In particular, at least one of the balls is arranged in the plane of the deflection of the instrument. Also in this way is easy to detect upon detection of the respective balls and e.g. by means of a suitable evaluation device a clear determination of the orientation of the instrument (ie the asymmetry or bending) possible.

Die Erfindung beinhaltet außerdem ein Verfahren zur optischen medizinischen Navigation eines asymmetrischen Instruments des erfindungsgemäßen Medizinsystems mit den folgenden Schritten:

• Bestimmung der Position des drehbaren Elements und/oder des Instruments,
• Bestimmung eines Relativwinkels zwischen dem drehbaren Element und dem Instrument und/oder dem statisch verbundenen Element, und
• Bestimmung der Orientierung des asymmetrischen Instruments mittels der Position und dem Relativwinkel.

The invention also includes a method for optical medical navigation of an asymmetrical instrument of the medical system according to the invention with the following steps:

Determining the position of the rotatable element and / or the instrument,
Determining a relative angle between the rotatable element and the instrument and / or the statically connected element, and
• Determination of the orientation of the asymmetric instrument by means of the position and the relative angle.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen: The invention and further advantageous embodiments according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to schematically illustrated embodiments in the drawing, without thereby limiting the invention to these embodiments. Show it:

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Medizinsystems mit einem medizinischen Instruments mit einer Markervorrichtung; 1 a view of a medical system according to the invention with a medical instrument with a marker device;

2 eine vergrößerte Ansicht des medizinischen Instruments mit der Markervorrichtung gemäß 1; und 2 an enlarged view of the medical instrument with the marker device according to 1 ; and

3 eine weitere Ausgestaltung eines medizinischen Instruments mit einer Markervorrichtung gemäß 1. 3 a further embodiment of a medical instrument with a marker device according to 1 ,

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Medizinsystem zur optischen Navigation eines Instruments 10 gezeigt. Derartige Medizinsysteme können für eine exakte räumliche Positionierung medizinischer Objekte z.B. bei einer Operation z.B. auf dem Gebiet der Chirurgie, verwendet werden. Das Medizinsystem weist ein Navigationssystem mit einem Kamerasystem 19 mit z.B. einer Kamera und mit einem asymmetrisch aufgebauten Instrument 10 auf, wobei an dem Instrument 10 eine optische Markervorrichtung 12 angeordnet ist. Es können auch mehrere Kameras oder andere optische Detektorvorrichtungen vorgesehen sein. Das Navigationssystem weist außerdem eine Auswerteeinheit 20 auf, welche die mittels des Kamerasystems detektierten Messwerte in Positionsdaten umwandelt. Das Medizinsystem weist außerdem ein Röntgengerät 18 auf, z.B. ein C-Bogen-Röntgengerät mit einem Röntgenstrahler 21, einem Röntgendetektor 22 und einer das Röntgengerät steuernden Systemsteuerung 23. In the 1 is an inventive medical system for the optical navigation of an instrument 10 shown. Such medical systems can be used for an exact spatial positioning of medical objects, eg during surgery, for example in the field of surgery. The medical system has a navigation system with a camera system 19 with eg a camera and with an asymmetrically constructed instrument 10 on, being on the instrument 10 an optical marker device 12 is arranged. It is also possible to provide a plurality of cameras or other optical detector devices. The navigation system also has an evaluation unit 20 which converts the measured values detected by the camera system into position data. The medical system also has an X-ray machine 18 on, for example, a C-arm X-ray machine with an X-ray source 21 , an x-ray detector 22 and a system controller controlling the x-ray machine 23 ,

In den 2 und 3 sind vergrößert asymmetrische Instrumente 10 mit daran befestigten Markervorrichtungen 12 und Vorrichtungen zur Bestimmung eines Relativwinkels zwischen dem rotierbaren Element und dem Instrument gezeigt. Bei den Markervorrichtungen 12 handelt es sich um passive optische Markervorrichtungen 12. In the 2 and 3 are enlarged asymmetrical instruments 10 with attached marker devices 12 and apparatus for determining a relative angle between the rotatable member and the instrument. Both marker devices 12 are passive optical marker devices 12 ,

Die beispielhafte Markervorrichtung 12 in der 2 weist ein drehbares Element 25 auf, welches um eine Achse 11 des Instruments 10 bezüglich des Instruments rotierbar angeordnet ist. Das drehbare Element 25 weist einen Ring 27 auf, welcher das Instrument 10 umfasst, die Rotationsrichtungen sind durch Pfeile 13 angedeutet. An dem Ring 27 ist ein Aufsatz 28 befestigt, welcher einen Navigationsstern 29 mit drei sternförmig angeordneten Auslegern aufweist, an deren Enden jeweils eine Kugel 14 angeordnet ist. Die drei Kugeln 14 sind z.B. derart angeordnet, dass sie gemeinsam eine Ebene bilden. Die Kugeln 14 weisen eine Lichtstrahlen reflektierende Oberfläche auf, die z.B. durch eine Beschichtung gebildet wird. The exemplary marker device 12 in the 2 has a rotatable element 25 on which one about an axis 11 of the instrument 10 is arranged rotatably with respect to the instrument. The rotatable element 25 has a ring 27 on which the instrument 10 includes, the directions of rotation are indicated by arrows 13 indicated. At the ring 27 is an essay 28 attached, which is a navigation star 29 has three star-shaped arms, at the ends of each a ball 14 is arranged. The three balls 14 For example, they are arranged such that together they form a plane. The balls 14 have a light beam reflecting surface, which is formed for example by a coating.

Die Kugeln reflektieren Lichtstrahlen, welche von einer Lichtquelle oder dem Umgebungslicht ausgesendet werden. Die reflektierten Lichtstrahlen werden von der Kamera des Kamerasystems 19 erfasst und an die Auswerteeinheit 20 weitergegeben. Aus den detektierten Messsignalen wird in der Auswerteeinheit 20 die räumliche Position der Markervorrichtung und aufgrund der dem Navigationssystem bekannten Anordnung auch die räumliche Position des Instruments ermittelt. Die allgemeine Positionsermittlung mittels optischer Markervorrichtungen bei symmetrischen Instrumenten ist aus dem Stand der Technik bekannt, z.B. aus der DE 10 2010 036 719 A1 . Mittels des drehbaren Elements 25 können insbesondere symmetrische Instrumente positioniert und navigiert werden. Um bei dem asymmetrischen Instrument 10, welches an seiner Spitze 15 eine Verbiegung 16 aufweist, die genaue Orientierung, also zusätzlich zur räumlichen Position des gesamten Instruments auch die Erstreckungsrichtung der Asymmetrie bzw. Verbiegung, zu bestimmen, ist zusätzlich ein Winkellagegeber 17 an dem Instrument 10 angeordnet. Der Winkellagegeber 17 ist dazu ausgebildet, den Relativwinkel zwischen dem drehbaren Element 25 und dem Instrument 10 bezüglich eines festgelegten Anfangswinkels zu bestimmen. The balls reflect light rays emitted by a light source or ambient light. The reflected light rays are emitted by the camera of the camera system 19 and to the evaluation unit 20 passed. From the detected measuring signals is in the evaluation 20 the spatial position of the marker device and due to the arrangement known to the navigation system also determines the spatial position of the instrument. The general position determination by means of optical marker devices in symmetrical instruments is known from the prior art, for example from the DE 10 2010 036 719 A1 , By means of the rotatable element 25 In particular, symmetrical instruments can be positioned and navigated. To the asymmetric instrument 10 which is at its peak 15 a bend 16 has to determine the exact orientation, so in addition to the spatial position of the entire instrument and the direction of extension of the asymmetry or bending, is also an angular position sensor 17 on the instrument 10 arranged. The angular position encoder 17 is adapted to the relative angle between the rotatable element 25 and the instrument 10 to determine a fixed initial angle.

Ein Winkellageber ist ein Sensor zum Erfassen eines Drehwinkels oder von dessen Änderung an einer Welle relativ zu einem feststehenden Teil. Beispiele für Winkellagegeber sind z.B. sogenannte Resolver (analoge elektromagnetische Verfahren), Halb-Differenzial-Kurzschluss-Ringgeber, Potentiometergeber (analoges, absolut messendes Verfahren, veränderlicher Widerstand), Drehgeber, Inkrementalgeber (digitale relative Erfassung), Absolutwertgeber (digitale absolute Winkellage) oder Kodierer. An angular positioner is a sensor for detecting a rotation angle or changing it on a shaft relative to a fixed part. Examples of angular position sensors are e.g. so-called resolvers (analogue electromagnetic methods), half-differential short-circuit ring encoders, potentiometer encoders (analogue, absolute measuring method, variable resistance), encoders, incremental encoders (digital relative detection), absolute encoders (digital absolute angular position) or encoders.

Der so mittels des Winkellagegebers bestimmte Relativwinkel wird an das Navigationssystem, insbesondere die Auswerteeinheit 20, weitergegeben. Dies kann entweder kabellos, also z.B. mittels Funk oder Bluetooth, oder kabelgebunden weitergegeben werden. Aus der Position des Instruments und dem Relativwinkel kann dann auf einfache Weise die genaue Orientierung der Verbiegung bzw. anderen Asymmetrie des Instruments bestimmt werden. Dieses Verfahren kann sehr schnell und in Echtzeit durchgeführt werden, so dass während der Operation oder des chirurgischen Eingriffs stets die genaue Position und Orientierung des Instruments und seiner Verbiegung bekannt ist. Mittels des erfindungsgemäßen Medizinsystems können auf einfache Weise sowohl symmetrische als auch asymmetrische Instrumente navigiert werden. The relative angle thus determined by means of the angular position sensor is sent to the navigation system, in particular the evaluation unit 20 , passed on. This can be passed on either wirelessly, eg by radio or Bluetooth, or wired. From the position of the instrument and the relative angle can then be determined in a simple manner, the exact orientation of the bending or other asymmetry of the instrument. This method can be performed very quickly and in real time, so that during the operation or the surgical procedure, the exact position and orientation of the instrument and its bending is always known. By means of the medical system according to the invention, both symmetrical and asymmetrical instruments can be navigated in a simple manner.

In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Neben dem rotierbaren Element 25, welches drehbar um die Achse 11 des Instruments 10 angeordnet ist, ist ein statisches Element 26 fest an dem Instrument befestigt. Das statische Element weist beispielhaft zwei reflektierende Kugeln 14 auf, welche gemeinsam in der Ebene der Verbiegung 15 des asymmetrischen Instruments 10 angeordnet sind. Die Position der Kugeln 14 in Bezug auf die Verbiegung bzw. Asymmetrie des Instruments ist dem Navigationssystem dabei bekannt. Auch die Kugeln des statischen Elements können durch die Detektorvorrichtung, also z.B. die Kamera, detektiert werden. Die Messungen werden an die Auswerteeinheit weitergegeben, welche aus den Positionsbestimmungen aller Kugeln die genaue Position und Orientierung des Instruments eindeutig bestimmen kann. In the 3 a further embodiment of the invention is shown. Next to the rotatable element 25 which is rotatable about the axis 11 of the instrument 10 is arranged, is a static element 26 firmly attached to the instrument. By way of example, the static element has two reflective spheres 14 on which together in the plane of the bend 15 of the asymmetric instrument 10 are arranged. The position of the balls 14 with respect to the deflection or asymmetry of the instrument, the navigation system is known. The balls of the static element can also be detected by the detector device, eg the camera. The measurements are forwarded to the evaluation unit, which can unambiguously determine the exact position and orientation of the instrument from the position determinations of all spheres.

Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine einfache Navigation auch von asymmetrischen Instrumenten ist ein Medizinsystem mit einem optisch arbeitenden Navigationssystem, mit einem Röntgensystem und mit einem medizinischen Instrument, an welchem eine Markervorrichtung des Navigationssystems angeordnet ist, wobei die Markervorrichtung zumindest ein um eine Achse des Instruments drehbares Element aufweist, welches relativ zu dem Instrument und/oder relativ zu einem statisch mit dem Instrument verbundenen Element rotierbar ausgebildet ist, und wobei das Navigationssystem eine Detektorvorrichtung zur Bestimmung der Position des rotierbaren Elements und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Relativwinkels zwischen dem rotierbaren Element und dem Instrument und/oder dem statisch verbundenen Element aufweist, vorgesehen. The invention can be briefly summarized in the following way: For a simple navigation even of asymmetrical instruments is a medical system with an optically operating navigation system, with an X-ray system and a medical instrument on which a marker device of the navigation system is arranged, wherein the marker device at least one a member rotatable about an axis of the instrument, which is rotatable relative to the instrument and / or relative to a member statically connected to the instrument, and wherein the navigation system comprises a detector device for determining the position of the rotatable element and a device for determining a relative angle between the rotatable element and the instrument and / or the statically connected element is provided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010036719 A1 [0022]

Claims

Medical system with a visually operating navigation system, with a medical instrument ( 10 ) on which a marker device ( 12 ) of the navigation system, wherein the marker device ( 12 ) at least one about an axis ( 11 ) of the instrument ( 10 ) rotatable element ( 25 ), which relative to the instrument ( 10 ) and / or relative to a static with the instrument ( 10 rotatable element is formed, and wherein the navigation system, a detector device for determining the position of the rotatable element ( 25 ) and / or the instrument ( 10 ) and a device for determining a relative angle between the rotatable element ( 25 ) and the instrument ( 10 ) and / or the statically connected element ( 26 . 17 ) having.

The medical system of claim 1, comprising an x-ray system ( 18 ) with an X-ray source ( 21 ) and an X-ray detector ( 22 ).

The medical system according to one of the preceding claims, wherein the instrument ( 10 ) asymmetrically with respect to its axis ( 11 ) is formed by a bending ( 16 ) at its top ( 15 ), and wherein by determining the relative angle, the position of the bend ( 16 ) is determinable.

The medical system according to one of the preceding claims, wherein the marker device ( 12 ) is formed by a passive marker device.

Medical system according to one of the preceding claims, wherein the rotatable element ( 25 ) a ring arranged around the axis of the instrument ( 27 ), at which indirectly or directly at least three spheres defining a plane ( 14 ) are arranged.

The medical system of claim 5, wherein the at least three spheres defining a plane ( 14 ) are arranged in a star shape.

Medical system according to one of the preceding claims, wherein the balls ( 14 ) comprise a reflective surface or coating and the detector device is provided by a camera system ( 19 ) is formed.

Medical system according to one of the preceding claims, wherein the device for determining the relative angle of an electrical or mechanical angular position sensor ( 17 ) is formed.

Medical system according to one of the preceding claims, wherein the rotatable element ( 25 ) relative to the element statically connected to the instrument ( 26 ) is rotatable and the static element ( 26 ) at least one ball ( 14 ) having.

The medical system according to claim 8 and 9, wherein at least one of the balls ( 14 ) in the plane of the bend ( 16 ) of the instrument ( 10 ) is arranged.

Method for optical medical navigation of an asymmetric instrument of a medical system according to one of Claims 1 to 10, comprising the following steps: • Determining the position of the rotatable element ( 25 ) and / or the instrument, • determination of a relative angle between the rotatable element ( 25 ) and the instrument ( 10 ) and / or the statically connected element ( 26 . 17 ), and • Determination of the orientation of the asymmetric instrument by means of the position and the relative angle.