AT404092B - MEDICAL NAVIGATION SYSTEM - Google Patents
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Description
AT 404 092 BAT 404 092 B
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Navigationssystem zum dreidimensionalen Erfassen der Lage von Meßpunkten an einem Patienten und zur Bildschirmdarstellung des jeweiligen Meßpunktes in vorher angefertigten Schnittbildern und/oder dreidimensionalen Bildern desselben Patienten, wobei das Navigationssystem einen mit mehreren Gelenken versehenen Arm aufweist, dessen freies Armende in Position und Winkellage erfaßt wird, wobei am freien Armende des Navigationssystems ein chirurgisches Instrument lösbar befestigt ist, von dem ein ausgezeichneter Punkt, vorzugsweise dessen Spitze, den Meßpunkt darstellt.The invention relates to a medical navigation system for three-dimensionally detecting the position of measuring points on a patient and for displaying the respective measuring point on the screen in previously produced sectional images and / or three-dimensional images of the same patient, the navigation system having an arm provided with several joints, the free arm end of which is in position and angular position is detected, a surgical instrument being releasably attached to the free arm end of the navigation system, an excellent point, preferably its tip, representing the measuring point.
Ein solches Navigationssystem wird beispielsweise von der Firma ISG Technologies Inc., Airport Road Mississauga, Ontario, Kanada, unter dem Namen "VIEWING WAND" hergestellt und von der Firma Elektra Instrument GmbH, Gansacker 10, D-79224 Umkirch, Deutschland, vertrieben. Dieses Gerät weist einen mit mehreren Gelenken versehenen Arm auf, an dessen Ende eine Sonde in Form eines Metallstiffes befestigbar ist. In einem einfachen Eichvorgang läßt sich dieses medizinische Navigationssystem einfach auf die gewählte Sondenlage bzw. Sondenlänge eichen, sodaß dem Gerät die Lage der Sondenspitze im Raum bekannt ist, wenn mit der Sondenspitze bestimmte Körperstellen bzw. Markierungen am Patienten angetastet werden.Such a navigation system is, for example, from the company ISG Technologies Inc., Airport Road Mississauga, Ontario, Canada, under the name " VIEWING WAND " manufactured and distributed by Elektra Instrument GmbH, Gansacker 10, D-79224 Umkirch, Germany. This device has an arm provided with several joints, at the end of which a probe in the form of a metal rod can be attached. In a simple calibration process, this medical navigation system can be easily calibrated to the selected probe position or probe length, so that the device knows the position of the probe tip in the room when certain body parts or markings on the patient are touched with the probe tip.
Vom Patienten werden vorher, beispielsweise in einem Computerthomographen, Schnittbilder angefertigt und hierauf die Bilddaten in das medizinische Navigationssystem eingelesen. In einem Initialisierungs-prozeß werden dann bestimmte auf den Schnittbildern sichtbare besondere Stellen mittels der Meßsonde auch am Patienten, insbesondere an dessen Kopf angetastet, sodaß das System die räumliche Lage der angetasteten Punkte mit den entsprechenden Punkten in den Schnittbildem auf einem Bildschirm korrelieren kann. Danach ist das System in der Lage, dem behandelnden Arzt anzuzeigen, an welcher Stelle im Raum sich die Sondenspitze befindet, wobei dieser Punkt auf einem Bildschirm, beispielsweise mittels eines Fadenkreuzes markiert, jeweils in den vorher angefertigten Schnittbildern des Patienten eingezeichnet wird. Mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 mm und darunter weiß dann der behandelnde Arzt, wo sich die Sondenspitze in den Schnittbildern befindet.Slice images are made beforehand by the patient, for example in a computer tomograph, and the image data are then read into the medical navigation system. In an initialization process, certain special points visible on the sectional images are then also probed on the patient, in particular on the patient's head, so that the system can correlate the spatial position of the probed points with the corresponding points in the sectional images on a screen. The system is then able to indicate to the attending physician at which point in the room the probe tip is located, this point being marked on a screen, for example by means of a crosshair, in each case in the previously produced sectional images of the patient. The treating doctor then knows with an accuracy of 1 to 2 mm and below where the probe tip is in the sectional images.
Zum Ausfindigmachen einer bestimmten zu operierenden Körperstelle war es daher bisher häufig nötig, zunächst mit der Sonde zu dieser Körperstelle zu fahren, wobei die Lage der Sondenspitze auf den Schnittbildern des Bildschirms verfolgbar war. Danach war es nötig, mittels eines chirurgischen Instrumentes diese vorher angefahrene Stelle wieder zu finden und chirurgisch zu behandeln bzw. zu beobachten. Vor allem beim Auftreten von Blutungen war dies nur schwer möglich.In order to locate a specific body part to be operated on, it was previously often necessary to first drive the probe to this body part, the position of the probe tip being traceable on the sectional images on the screen. After that, it was necessary to find this previously approached place with a surgical instrument and to treat or observe it with surgery. This was particularly difficult when bleeding occurred.
Es ist aber auch bereits bekannt (US 5,494,034 A, DE 32 05 085 A, US 5,078,140 A, US 5,050,608 A), am freien Armende nicht eine völlig passive Meßsonde, sondern ein aktives chirurgisches Instrument anzubringen, das dann eine Doppelfunktion erfüllt, nämlich im medizinischen Navigationssystem die Lage eines ausgezeichneten Punktes zu markieren und gleichzeitig einen chirurgischen Behandlungs- oder Beobachtungsschritt zu setzen.However, it is also already known (US 5,494,034 A, DE 32 05 085 A, US 5,078,140 A, US 5,050,608 A) not to attach a completely passive measuring probe to the free arm end, but rather an active surgical instrument which then fulfills a double function, namely in medical navigation system to mark the location of an excellent point and at the same time to take a surgical treatment or observation step.
Besonders günstig ist es, wenn das Navigationssystem einen Satz von mindestens zwei verschiedenen chirurgischen Instrumenten aufweist, von denen wahlweise eines mit dem freien Armende verbindbar ist. Damit das medizinische Navigationssystem richtig funktioniert, muß dem System bekannt sein, wo sich der ausgezeichnete Punkt, insbesondere die Spitze des chirurgischen Instrumentes relativ zum freien Armende befindet. Dies kann dem medizinischen Navigationssystem in einem Initialisierungsschritt beigebracht werden, der zu dem mit der bisher bekannten passiven Meßsonde völlig gleich ist, sodaß nicht näher darauf eingegangen werden muß. Wie das medizinische Navigationssystem in der Lage ist, sich die Initialisierung verschiedener Meßsonden zu merken, so kann das medizinische Navigationssystem sich auch die Initialisierungsdaten, d. h. die relative Lage des ausgezeichneten Meßpunktes des chirurgischen Instrumentes relativ zum freien Armende, für verschiedene chirurgische Instrumente merken. Damit das Austauschen von chirurgischen Instrumenten zuverlässig funktioniert, muß also die lösbare Verbindung zwischen dem freien Armende und dem chirurgischen Instrument so aufgebaut sein, daß die relative Lage zwischen dem chirurgischen Instrument und dem freien Armende genau und eindeutig reproduzierbar festgelegt werden kann. Dabei ist es von Vorteil, wenn die lösbar miteinander verbindbaren Teile formschlußartig einander entsprechende Verbindungsflächen aufweisen, die jeweils über eine Klemmschraube aneinander drückbar sind, womit die Teile lösbar, aber dennoch lagesicher miteinander verbindbar sind.It is particularly favorable if the navigation system has a set of at least two different surgical instruments, one of which can optionally be connected to the free arm end. For the medical navigation system to function properly, the system must know where the excellent point, in particular the tip of the surgical instrument, is relative to the free arm end. This can be taught to the medical navigation system in an initialization step which is completely identical to that of the passive measuring probe known hitherto, so that it does not have to be discussed in more detail. As the medical navigation system is able to remember the initialization of various measuring probes, the medical navigation system can also store the initialization data, i. H. note the relative position of the excellent measuring point of the surgical instrument relative to the free arm end for different surgical instruments. In order for the replacement of surgical instruments to function reliably, the releasable connection between the free arm end and the surgical instrument must be constructed in such a way that the relative position between the surgical instrument and the free arm end can be set precisely and clearly reproducibly. It is advantageous if the parts that can be detachably connected to one another have corresponding connection surfaces in a form-fitting manner, each of which can be pressed against one another by means of a clamping screw, with which the parts can be connected to one another in a releasable but nonetheless secure manner.
Um das bestehende Armende nicht dauerhaft umbauen zu müssen (damit beispielsweise auch die bisher verwendete Meßsonde bei Bedarf verwendet werden kann) und auch am chirurgischen Instrument selbst keine bzw. keine wesentlichen baulichen Veränderungen vornehmen zu müssen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das chirurgische Instrument über ein Zwischenstück mit dem Armende verbunden ist, wobei das Zwischenstück einerseits lösbar mit dem freien Armende und andererseits lösbar mit dem chirurgischen Instrument verbunden ist, und daß das Zwischenstück selbst zweiteilig aufgebaut ist, wobei die beiden Teile lösbar miteinander verbunden sind. 2In order not to have to permanently convert the existing arm end (so that, for example, the previously used measuring probe can also be used if necessary) and also to make no or no significant structural changes to the surgical instrument itself, the invention provides that the surgical instrument have a Intermediate piece is connected to the arm end, the intermediate piece being releasably connected on the one hand to the free arm end and on the other hand releasably connected to the surgical instrument, and in that the intermediate piece itself is constructed in two parts, the two parts being releasably connected to one another. 2nd
AT 404 092 BAT 404 092 B
Das chirurgische Instrument kann beispielsweise eine einfache Saugkanüle oder eine Mikrofräse mit integrierter Absaugung sein, wie sie beispielsweise im Artikel "Einsatz einer rotierenden Saugfräse mit Powergenerator in der endonasalen Nasennebenhöhlenchirurgie" von Claudia Vöiklein et al., HNO (1996) 44:98-100 beschrieben ist. Eine solche Saugfräse kann mit verschiedenen Rotationsmessern bzw. Fräsenaufsätzen für ein Handstück versehen sein.The surgical instrument can be, for example, a simple suction cannula or a micro-milling machine with integrated suction, as described, for example, in the article "Using a rotating suction milling machine with a power generator in endonasal sinus surgery". by Claudia Vöiklein et al., HNO (1996) 44: 98-100. Such a suction milling machine can be provided with various rotary knives or milling attachments for a handpiece.
Es ist aber auch möglich, daß das chirurgische Instrument kein behandelndes chirurgisches Instrument ist, wie dies die vorher genannten Instrumente sind, sondern ein beobachtendes chirurgisches Instrument wie beispielsweise ein Endoskop.However, it is also possible that the surgical instrument is not a treating surgical instrument, as are the aforementioned instruments, but an observing surgical instrument, such as an endoscope.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert: Es zeigen die Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen medizinischen Navigationssystems, Fig. 2 zeigt die Verbindung einer Saugkanüle als chirurgisches Instrument mit dem freien Armende des medizinischen Navigationssystems in einer Seitenansicht, Fig. 3 zeigt die entsprechende Draufsicht, Fig. 4 zeigt die Saugkanüle in einer Ansicht X gemäß Fig. 2, Fig. 5 zeigt eine Saugfräse mit integrierter Absaugung in einer perspektivischen schematischen Ansicht.Further advantages and details of the invention are explained in more detail with reference to the following description of the figures: FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a medical navigation system according to the invention, FIG. 2 shows the connection of a suction cannula as a surgical instrument to the free arm end of the medical navigation system in one Side view, FIG. 3 shows the corresponding top view, FIG. 4 shows the suction cannula in a view X according to FIG. 2, FIG. 5 shows a suction cutter with integrated suction in a perspective schematic view.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist unterhalb eines Operationstisches 1 ein mit mehreren Gelenken 3 versehener Arm gelenkig gelagert, das freie Armende ist mit 2a bezeichnet. In bzw. an den Gelenken 3 können Potentiometer angeordnet sein, die über ein Mehrfachkabel 4 ihre Signale an eine Auswerteinheit 5 weitergeben. Diese Auswerteinheit 5 kann dann aus dem Potentiometersignalen die räumliche Position und Winkellage des freien Armendes 2 zu jeder Zeit ermitteln.In the example shown in FIG. 1, an arm provided with a plurality of joints 3 is articulated below an operating table 1, the free arm end is designated by 2a. Potentiometers can be arranged in or on the joints 3, which transmit their signals to an evaluation unit 5 via a multiple cable 4. This evaluation unit 5 can then determine the spatial position and angular position of the free arm end 2 at any time from the potentiometer signals.
Der Kopf 6 des Patienten 7 ist am Operationstisch über schematisch dargestellte Halter 8 fixiert.The head 6 of the patient 7 is fixed to the operating table by means of holders 8 which are shown schematically.
Erfindungsgemäß ist nun am freien Armende 2a des Armes 2 ein chirurgisches Instrument 9, im vorliegenden Fall ein gerader Sauger mit einer Absaugleitung 10, (über einen Adapter 11) lösbar befestigt. Die bei einer Operation, beispielsweise durch die Nase, eingeführte Spitze des Saugers 9 stellt den ausgezeichneten Meßpunkt dar, dessen Lage mit Fadenkreuzen auf dem Bildschirm 12 in den vorher erfaßten und eingelesenen Schnittbildern oder dreidimensionalen Bildern des Patienten dargestellt wird, sodaß der behandelnde Arzt mit einer Genauigkeit von ein bis zwei mm und darunter genau weiß, wo sich die Spitze des Saugers 9 befindet.According to the invention, a surgical instrument 9, in the present case a straight suction device with a suction line 10, is now releasably attached to the free arm end 2a of the arm 2 (via an adapter 11). The tip of the suction device 9 introduced during an operation, for example through the nose, represents the excellent measuring point, the position of which is shown with crosshairs on the screen 12 in the previously recorded and read sectional images or three-dimensional images of the patient, so that the treating doctor with one Accuracy of one to two mm and below knows exactly where the tip of the suction cup 9 is.
Bei dem in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der in Fig. 4 dargestellte gebogene Sauger 9' an einem Anschlußstück 9a für einen Saugschlauch lösbar am freien Armende 2a des Navigationssystems befestigt.In the exemplary embodiment shown in FIGS. 2 to 4, the curved suction device 9 ′ shown in FIG. 4 is detachably attached to a connection piece 9a for a suction hose on the free arm end 2a of the navigation system.
Diese Befestigung erfolgt über ein Zwischenstück 13, das einerseits lösbar mit dem freien Armende 2a und andererseits lösbar mit dem Sauger 9' verbunden ist. Die Verbindung des Zwischenstücks 13 mit dem freien Armende 2a erfolgt einerseits dadurch, daß das Zwischenstück formschlußartig in einer V-förmigen Ausnehmung 14 des freien Armendes 2a liegt und andererseits dort über eine Verbindungsschraube 15 festgehalten wird. Dies erlaubt eine lösbare, aber dennoch iagesichere Verbindung.This attachment takes place via an intermediate piece 13, which is detachably connected on the one hand to the free arm end 2a and on the other hand detachably to the suction pad 9 '. The connection of the intermediate piece 13 to the free arm end 2a takes place, on the one hand, in that the intermediate piece lies in a V-shaped recess 14 in the free arm end 2a and, on the other hand, is held there by a connecting screw 15. This allows a detachable, but still secure connection.
Der Sauger 9’ ist durch eine Bohrung 16 geführt und dort mittels einer Klemmschraube 17 fixiert. Der Teil 13b des Zwischenstücks 13 weist einen-nach unten offenen Schlitz 18 auf, durch den das abgebogene Ende des Saugers 9’ verläuft. Damit kann der Sauger im eingebauten Zustand nicht mehr um seine Achse gedreht werden und kann somit mit der Klemmschraube 17 lagesicher mit dem Zwischenstück 13 verbunden werden.The suction cup 9 'is guided through a bore 16 and fixed there by means of a clamping screw 17. The part 13b of the intermediate piece 13 has a slot 18 which is open at the bottom and through which the bent end of the suction cup 9 'runs. Thus, the suction cup can no longer be rotated about its axis in the installed state and can thus be securely connected to the intermediate piece 13 with the clamping screw 17.
Das Zwischenstück 13 ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem ersten Teil 13a und einem zweiten Teil 13b. Der erste Teil 13a weist eine ringförmige Aufnahme 19 auf. In diese Aufnahme 19 ist der Teil 13b eingeschoben und kann dann über die Klemmschraube 20 fest und lagesicher mit dem Teil 13a verbunden werden. Dabei entspricht die Innenform des Ringes 19 genau der Außenform des Teiles 13b, sodaß formschlußartig einander entsprechende Verbindungsflächen 21 aneinander liegen, die eine eindeutige Relativlage zwischen den Teilen 13a und 13b sicherstellen.The intermediate piece 13 is constructed in two parts and consists of a first part 13a and a second part 13b. The first part 13a has an annular receptacle 19. Part 13b is inserted into this receptacle 19 and can then be firmly and securely connected to part 13a via the clamping screw 20. The inner shape of the ring 19 corresponds exactly to the outer shape of the part 13b, so that mutually corresponding connection surfaces 21, which ensure a clear relative position between the parts 13a and 13b, lie against one another.
Beim erfindungsgemäßen Navigationssystem kann vorteilhaft nicht nur ein einziges chirurgisches Instrument wie der Sauger bzw. die Saugkanüle 9' mit der Spitze 9b (Fig. 4) lösbar mit dem freien Armende 2a verbunden werden (Fig. 2a und 3). Vielmehr ist bevorzugt vorgesehen, daß ein Satz von mindestens zwei verschiedenen chirurgischen Instrumenten existiert, die wahlweise lösbar mit dem freien Armende 2a verbindbar sind. In Fig. 5 ist ein weiteres chirugisches Instrument, nämlich eine Mikrofräse 9” mit integrierter Absaugung, vorgesehen. Dieses Instrument weist eine Absaugleitung 23, einen Betätigungsknopf 24 sowie am freien Ende bzw. der Spitze ein rotierendes Mikrofräsmesser 22 auf. Die Außenform des Motorgehäuses 25 entspricht genau der Innenform des Ringes 19 des Teiles 13a des Zwischenstücks 13. Somit kann nach dem Herausnehmen des Saugers 9' und des Teiles 13b an deren Stelle das Gehäuse 25 der Mikrofräse 9” lagesicher mit dem Teil 13a des Zwischenstücks 13 verbunden werden. In der Längsrichtung der Mikrofräse 9” können nicht dargestellte Markierungen bzw. kleine Anschläge die Position in dieser Längsrichtung eindeutig festlegen. 3In the navigation system according to the invention, advantageously not only a single surgical instrument such as the suction device or the suction cannula 9 'with the tip 9b (FIG. 4) can be detachably connected to the free arm end 2a (FIGS. 2a and 3). Rather, it is preferably provided that there is a set of at least two different surgical instruments, which can optionally be detachably connected to the free arm end 2a. 5 shows a further surgical instrument, namely a micro-milling cutter 9 ”with integrated suction. This instrument has a suction line 23, an actuation button 24 and a rotating micromilling knife 22 at the free end or tip. The outer shape of the motor housing 25 corresponds exactly to the inner shape of the ring 19 of the part 13a of the intermediate piece 13. Thus, after the suction device 9 'and the part 13b have been removed, the housing 25 of the micro-milling cutter 9 "can be securely positioned with the part 13a of the intermediate piece 13 get connected. In the longitudinal direction of the micro-milling machine 9 ”, markings or small stops (not shown) can clearly determine the position in this longitudinal direction. 3rd
Claims (6)
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ATA148096A (en) | 1998-01-15 |
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