CH716059A2

CH716059A2 - Surgical instrument system for determining a relative position.

Info

Publication number: CH716059A2
Application number: CH00501/19A
Authority: CH
Inventors: Schwägli Tobias; Stifter Jan
Original assignee: Medivation Ag
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2020-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft in chirurgisches Instrumentensystem umfassend ein Instrument und ein optisches Ortungssystem (1), wobei das Instrument einen ersten Teil und einen relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil (6) enthält. Auf dem ersten Teil ist eine Lichtquelle (4) angeordnet. Der bewegbare zweite Teil (6) umfasst eine reflektierende Oberfläche (5), wobei der bewegbare zweite Teil (6) in Richtung der Achse eines von der Lichtquelle (4) ausgesendeten gerichteten Lichtstrahls bewegbar ist und mittels des auf der reflektierenden Oberfläche (5) des bewegbaren zweiten Teils (6) reflektierten Lichtstahls die Position des bewegbaren zweiten Teils (6) in Bezug auf den ersten Teil mittels des optischen Ortungssystems (1) messbar ist. Der erste Teil kann mindestens drei Lichtsender in einer bekannten geometrischen Anordnung umfassen, welche einen optischen Marker (2) ausbilden können.The invention relates to a surgical instrument system comprising an instrument and an optical locating system (1), the instrument containing a first part and a second part (6) movable relative to the first part. A light source (4) is arranged on the first part. The movable second part (6) comprises a reflective surface (5), wherein the movable second part (6) is movable in the direction of the axis of a directed light beam emitted by the light source (4) and by means of the on the reflective surface (5) of the movable second part (6) reflected light beam, the position of the movable second part (6) in relation to the first part can be measured by means of the optical positioning system (1). The first part can comprise at least three light transmitters in a known geometric arrangement, which can form an optical marker (2).

Description

Hintergrundbackground

[0001] Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrumentensystem umfassend ein Instrument und ein optisches Ortungssystem zur Bestimmung einer relativen Position oder eines ersten Teils und eines relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teils des Instruments. Das Instrument kann insbesondere ein chirurgisches Instrument umfassen. Die Erfindung wird verwendet, um die Position des bewegbaren zweiten Teils in Bezug auf den ersten Teil zu bestimmen und anzuzeigen. Mit Hilfe der Reflexion eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls kann eine Distanz ermittelt werden, ohne dass ein zusätzlicher Marker am bewegbaren zweiten Teil erforderlich ist. Die Erfindung kann beispielsweise verwendet werden, um die Position eines Bohrers in Bezug auf eine Bohrerführung zu bestimmen und anzuzeigen. Mit Hilfe der Reflexion eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls kann die Bohrtiefe ermittelt werden, ohne dass ein zusätzlicher Marker am Bohrer erforderlich ist. The invention relates to a surgical instrument system comprising an instrument and an optical positioning system for determining a relative position or a first part and a second part of the instrument that is movable relative to the first part. The instrument can in particular comprise a surgical instrument. The invention is used to determine and display the position of the movable second part in relation to the first part. With the help of the reflection of a light beam emitted by a light source, a distance can be determined without the need for an additional marker on the movable second part. For example, the invention can be used to determine and display the position of a drill in relation to a drill guide. With the help of the reflection of a light beam emitted by a light source, the drilling depth can be determined without the need for an additional marker on the drill.

[0002] Die Ortung von Instrumenten in chirurgischen Instrumentensystem hilft Chirurgen bei der Positionierung und Ausrichtung von Instrumenten relativ zur Anatomie des Patienten. Die Ortung der Instrumente erfolgt in der Regel mit optischen oder elektromagnetischen Ortungssystemen, mit denen die Position und Lage der Instrumente und die Anatomie präzise gemessen werden können. Für die optische Ortung mit einem Stereo- oder Einzelkamerasystem können Lokalisierungsgeräte, beispielsweise passive reflektierende Marker oder aktive Lichtsender, eingesetzt werden, die in einer bekannten geometrischen Beziehung zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die Position der Instrumente mittels Schattenbildgebung ermittelt werden, wobei die Position durch den Schatten der Lichtsender auf einem optischen Sensor berechnet wird. Dies ist in EP15192564.1 beschrieben. The location of instruments in surgical instrument systems helps surgeons to position and align instruments relative to the patient's anatomy. The instruments are usually located using optical or electromagnetic location systems with which the position and location of the instruments and the anatomy can be measured precisely. For optical localization with a stereo or single camera system, localization devices, for example passive reflective markers or active light transmitters, can be used, which are arranged in a known geometric relationship to one another. For example, the position of the instruments can be determined by means of shadow imaging, the position being calculated using the shadow of the light transmitter on an optical sensor. This is described in EP15192564.1.

Stand der TechnikState of the art

[0003] Unterschiedliche Verfahren zur Bohrtiefenmessung sind in WO2016049467A1 beschrieben. Die beschriebenen Verfahren verwenden Widerstands-, Kapazitäts-, optische und / oder akustische Erfassungsmerkmale, um das Bohrtiefenmesssystem bei der Bestimmung der Bohrtiefen und Gewebetypen zu unterstützen, in die gebohrt wird. Das Bohrtiefenmessgerät ist in die Bohrführung oder den Bohrführungsgriff integriert. In der Anmeldung WO2017083989A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Bohrtiefe unter Verwendung eines Aufsatzes an der Bohrmaschine mit einem linearen Sensor gemessen wird, um die Bohrtiefe zu bestimmen. Different methods for drilling depth measurement are described in WO2016049467A1. The methods described use resistance, capacitance, optical and / or acoustic detection features in order to support the drilling depth measurement system in determining the drilling depths and tissue types into which drilling is being carried out. The drilling depth measuring device is integrated in the drill guide or the drill guide handle. The application WO2017083989A1 describes a device in which the drilling depth is measured using an attachment on the drilling machine with a linear sensor in order to determine the drilling depth.

[0004] Es gibt Systeme, bei denen die Bohrtiefe oder relative lineare Bewegung unter Verwendung des optischen Ortungssystems bestimmt wird. US6887247B1 beschreibt die Verwendung eines optischen Markers, der am Bohrer, nicht an der Bohrhülse angebracht ist und sich mit dem Bohrer bewegt. In der Anmeldung EP1742583B1 wird eine Vorrichtung beschrieben, die lineare Bewegungen einzelner oder mehrerer optischer Marker unter Verwendung eines Stereokamerasystems misst. Die berechneten relativen Bewegungen werden zur Berechnung der Kräfte in einem Federeingriffssystem zur Messung der Bandspannung verwendet. Die Anmeldungen US6478802B2 / US6887245B2 beschreiben die Messung der Bohrtiefe unter Verwendung eines aktiven Markers an der Bohrerführung und eines zusätzlichen Markers oder aktiver Lichtsender, um die relative Bewegung des Bohrmeissels zur Bohrhülse zu bestimmen. There are systems in which the drilling depth or relative linear movement is determined using the optical location system. US6887247B1 describes the use of an optical marker which is attached to the drill, not to the drill sleeve, and which moves with the drill. The application EP1742583B1 describes a device which measures linear movements of one or more optical markers using a stereo camera system. The calculated relative movements are used to calculate the forces in a spring engagement system to measure belt tension. The applications US6478802B2 / US6887245B2 describe the measurement of the drilling depth using an active marker on the drill guide and an additional marker or active light transmitter to determine the relative movement of the drill bit to the drill sleeve.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein chirurgisches Instrumentensystem bereitzustellen, mittels welchem während eines Eingriffs die Position und Lage eines Instruments präzise bestimmt werden kann, wobei das Instrument als Messwertgeber fungiert. The object of the present invention is to provide a surgical instrument system by means of which the position and location of an instrument can be precisely determined during an intervention, the instrument functioning as a transducer.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

[0006] Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein chirurgisches Instrumentensystem gemäss Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des chirurgischen Instrumentensystems sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15. The object of the invention is achieved by a surgical instrument system according to claim 1. Advantageous exemplary embodiments of the surgical instrument system are the subject matter of claims 2 to 15.

[0007] Wenn der Begriff „beispielsweise“ in der nachfolgenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich dieser Begriff auf Ausführungsbeispiele und/oder Ausführungsformen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugtere Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. In ähnlicher Weise sind die Begriffe „vorzugsweise“, „bevorzugt“ zu verstehen, indem sie sich auf ein Beispiel aus einer Menge von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugte Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. Dementsprechend können sich die Begriffe „beispielsweise“, „vorzugsweise“ oder „bevorzugt“ auf eine Mehrzahl von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung enthält verschiedene Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemässe Vorrichtung sowie das erfindungsgemässe Verfahren. Die Beschreibung einer bestimmten Vorrichtung eines bestimmten Verfahrens ist nur als beispielhaft anzusehen. In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ als „enthalten, aber nicht beschränkt auf“ interpretiert. If the term “for example” is used in the following description, this term refers to exemplary embodiments and / or embodiments, which is not necessarily to be understood as a more preferred application of the teaching of the invention. The terms “preferably”, “preferred” are to be understood in a similar manner by referring to an example from a set of exemplary embodiments and / or embodiments, which is not necessarily to be understood as a preferred application of the teaching of the invention. Accordingly, the terms “for example”, “preferably” or “preferred” can relate to a plurality of exemplary embodiments and / or embodiments. The following detailed description contains various exemplary embodiments for the device according to the invention and the method according to the invention. The description of a specific device of a specific method is only to be regarded as an example. In the description and claims, the terms “contain”, “comprise”, “have” are interpreted as “including, but not limited to”.

[0008] Der Begriff „orten“ oder „Ortung“ wird für die Messung der Position oder Lage verwendet. Der Begriff „navigieren“ oder „Navigation“ wird für die Messung inklusive deren Aufbereitung verwendet. The term “locate” or “locate” is used to measure the position or location. The term “navigate” or “navigation” is used for the measurement including its preparation.

[0009] Ein chirurgisches Instrumentensystem umfasst ein Instrument und ein optisches Ortungssystem, wobei das Instrument einen ersten Teil und einen relativ zum ersten Teil bewegbaren zweiten Teil enthält, wobei auf dem ersten Teil eine Lichtquelle angeordnet ist, wobei der bewegbare zweite Teil eine reflektierende Oberfläche umfasst, wobei der bewegbare zweite Teil in Richtung der Achse eines von der Lichtquelle ausgesendeten gerichteten Lichtstrahls bewegbar ist und mittels des auf der reflektierenden Oberfläche des bewegbaren zweiten Teils reflektierten Lichtstahls die Position des bewegbaren zweiten Teils in Bezug auf den ersten Teil mittels des optischen Ortungssystems messbar ist, wobei der erste Teil mindestens drei Lichtsender in einer bekannten geometrischen Anordnung umfassen kann, welche einen optischen Marker ausbilden können. A surgical instrument system comprises an instrument and an optical location system, the instrument including a first part and a second part movable relative to the first part, wherein a light source is arranged on the first part, the movable second part comprising a reflective surface , wherein the movable second part is movable in the direction of the axis of a directed light beam emitted by the light source and the position of the movable second part in relation to the first part can be measured by means of the optical positioning system by means of the light beam reflected on the reflective surface of the movable second part , wherein the first part can comprise at least three light transmitters in a known geometric arrangement, which can form an optical marker.

[0010] Gemäss einem Ausführungsbeispiel umfasst das optische Ortungssystem ein Schattenabbildungsortungssystem. Der Empfänger kann als Bildsensor ausgebildet sein. Oberhalb des Bildsensors kann sich eine Schattenmaske zur Messung der Position der Lichtsender und des reflektierten Lichtstrahls befinden. According to one exemplary embodiment, the optical positioning system comprises a shadow imaging positioning system. The receiver can be designed as an image sensor. A shadow mask for measuring the position of the light transmitter and the reflected light beam can be located above the image sensor.

[0011] Gemäss einem Ausführungsbeispiel umfasst das optische Ortungssystem einen Empfänger, beispielsweise eine einzelne Kamera, ein Stereokamerasystem oder eine Mehrzahl von Kameras, zur Erfassung der Position der Lichtsender und des reflektierten Lichtstrahls umfasst. According to one embodiment, the optical positioning system comprises a receiver, for example a single camera, a stereo camera system or a plurality of cameras, for detecting the position of the light transmitter and the reflected light beam.

[0012] Insbesondere kann der erste Teil des Instruments eine Bohrerhülse und der bewegbare zweite Teil ein Bohrer sein, welcher die reflektierende Oberfläche enthält. Insbesondere kann der erste Teil des Instruments eine Schraubendrehergehäuse und der bewegbare zweite Teil ein Schraubendreher sein, welcher die reflektierende Oberfläche enthält. In particular, the first part of the instrument can be a drill sleeve and the movable second part can be a drill which contains the reflective surface. In particular, the first part of the instrument can be a screwdriver housing and the movable second part can be a screwdriver which contains the reflective surface.

[0013] Gemäss einem Ausführungsbeispiel befindet sich die reflektierende Oberfläche auf einem vom bewegbaren zweiten Teil abnehmbaren Teilelement. Insbesondere kann das Teilelement ein Einwegartikel sein. According to one embodiment, the reflective surface is located on a sub-element that can be removed from the movable second part. In particular, the sub-element can be a disposable item.

[0014] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann eine Mehrzahl von Lichtquellen und eine Mehrzahl von bewegbaren Teilen vorgesehen sein, die reflektierende Oberflächen enthalten. Insbesondere kann die reflektierende Oberfläche flach, eben, gekrümmt, rund, konkav oder konvex geformt sein. Die reflektierende Oberfläche kann rotationssymmetrisch in Bezug auf die Drehachse des zweiten bewegbaren Teils sein. Der bewegbare zweite Teil kann einen Abschnitt enthalten, der eine reflektierende Oberfläche aufweist. According to one embodiment, a plurality of light sources and a plurality of movable parts can be provided which contain reflective surfaces. In particular, the reflective surface can be flat, flat, curved, round, concave or convex. The reflective surface can be rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation of the second movable part. The movable second part may include a portion that has a reflective surface.

[0015] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann die reflektierende Oberfläche als eine diffuse reflektierende Oberfläche ausgebildet sein. Die reflektierende Oberfläche kann ein polykristallines Material enthalten. According to one embodiment, the reflective surface can be designed as a diffuse reflective surface. The reflective surface can contain a polycrystalline material.

[0016] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann der bewegbare zweite Teil mit dem ersten Teil durch ein Federelement mit bekannten Eigenschaften gekoppelt sein. According to one embodiment, the movable second part can be coupled to the first part by a spring element with known properties.

[0017] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann die vom Empfänger ermittelte Bewegung oder die Position des bewegbaren zweiten Teils in ein digitales Signal umwandelbar sein, welches als Eingangsgrösse für eine Steuerungseinheit verwendbar ist. Die Steuerungseinheit kann Bestandteil des chirurgischen Instrumentensystems sein und kann zur Steuerung des Instruments eingesetzt werden. Insbesondere kann der erste Teil mit einer Eingabevorrichtung ausgerüstet sein, um eine Messung oder eine Interaktion mit der Steuerungseinheit auszulösen. According to one embodiment, the movement determined by the receiver or the position of the movable second part can be converted into a digital signal which can be used as an input variable for a control unit. The control unit can be part of the surgical instrument system and can be used to control the instrument. In particular, the first part can be equipped with an input device in order to trigger a measurement or an interaction with the control unit.

[0018] Um die Lokalisierungsgeräte zu orten, mussten sie bislang an Instrumenten und der Patientenanatomie befestigt werden. Bei verschiedenen operativen Eingriffen ist nicht nur die Position des chirurgischen Instruments relativ zum Körper des Patienten von Interesse, sondern auch die relative Bewegung eines bewegbaren zweiten Teils zu einem ersten Teil des Instruments. Mittels einer relativen Messung mittels einem chirurgischen Instrumentensystem nach einem der Ausführungsbeispiele kann beispielsweise die Bewegung oder Position eines Bohrers relativ zu einer Bohrerhülse bestimmt werden. In order to locate the localization devices, they previously had to be attached to instruments and the patient's anatomy. In various surgical interventions, not only is the position of the surgical instrument relative to the patient's body of interest, but also the relative movement of a movable second part to a first part of the instrument. By means of a relative measurement using a surgical instrument system according to one of the exemplary embodiments, the movement or position of a drill relative to a drill sleeve can be determined, for example.

[0019] Der durch die Messung erhältliche Messwert kann von einem Empfänger in ein digitales Signal umgewandelt werden. Das digitale Signal kann als Eingangsgrösse für eine Steuerungseinheit des Instruments verwendet werden. Die Steuerungseinheit kann über ein Ausgabegerät, beispielsweise ein Display verfügen, um den Messwert oder eine aus dem Messwert abgeleitete Messgrösse anzuzeigen. Beispielsweise kann auf einem Display nicht nur die Bohrkurve des Bohrers angezeigt werden, sondern auch die aktuelle Position der Bohrerspitze und diese in Bezug auf die Patientenanatomie angezeigt werden. The measured value obtainable by the measurement can be converted into a digital signal by a receiver. The digital signal can be used as an input variable for a control unit of the instrument. The control unit can have an output device, for example a display, in order to display the measured value or a measured variable derived from the measured value. For example, not only the drilling curve of the drill can be shown on a display, but also the current position of the drill tip and this in relation to the patient's anatomy.

[0020] Die Patientenanatomie kann durch eine vorgängige Messung, beispielsweise mittels eines bildgebenden Verfahrens, eines Abtastverfahrens oder mittels einer optischen Messung von am Patienten angebrachten Markern ermittelt worden sein. Die Messung der Patientenanatomie kann Messwerte liefern, die in digitale Signale umgewandelt werden und als solche von einer Recheneinheit der Steuerungseinheit verarbeitet werden können oder als digitale Daten in einem Speicher abgelegt werden können. The patient's anatomy can have been determined by a previous measurement, for example by means of an imaging method, a scanning method or by means of an optical measurement of markers attached to the patient. The measurement of the patient's anatomy can provide measured values that are converted into digital signals and can be processed as such by a computing unit of the control unit or can be stored as digital data in a memory.

[0021] Bevor das Instrument zum Einsatz kommt, können die digitalen Daten aus einem Speicher der Steuerungseinheit abrufbar sein. Sie können von der Recheneinheit in Bilddaten umgewandelt werden, die auf dem Display des Instruments oder einem mit dem Instrument verknüpften Display angezeigt werden. Beispielsweise können die Daten zur Patientenanatomie und die Messwerte aus der Positions- und Lagebestimmung auf einem tragbaren Display erscheinen oder eingeblendet werden, beispielsweise mittels einer VR-Brille. Before the instrument is used, the digital data can be retrieved from a memory of the control unit. They can be converted by the processing unit into image data that is shown on the display of the instrument or a display linked to the instrument. For example, the data on the patient's anatomy and the measured values from the position and orientation determination can appear or be superimposed on a portable display, for example by means of VR glasses.

[0022] Beispielsweise kann das genaue Orten der Bohrtiefe während des Bohrens bei zahlreichen Anwendungen sehr vorteilhaft sein, z. B. zum Einbringen einer Schraube in Traumafällen oder beim Anbringen von Pedikelschrauben bei Wirbelsäulenoperationen. Relative Messungen können für das Einführen von Nadeln verwendet werden oder für die Positionsbestimmung von Sägeblättern zur Durchführung von Schnitten, für das Einsetzen von Schrauben oder andere operative Eingriffe, bei denen ein erster Teil eines Instruments in einer bekannten Beziehung zu einem anderen navigierten chirurgischen Instrument bewegt wird. Die Information der Instrumentenposition und der Position des bewegbaren Teils kann durch ein computerunterstütztes Chirurgiesystem mittels einer Recheneinheit verarbeitet werden und auf einem Anzeigeelement angezeigt werden. For example, the precise location of the drilling depth during drilling can be very advantageous in numerous applications, e.g. B. to insert a screw in trauma cases or when attaching pedicle screws in spinal surgery. Relative measurements can be used for needle insertion, or for locating saw blades to make cuts, insert screws, or other surgical procedures that move a first part of an instrument in a known relationship with another navigated surgical instrument . The information on the instrument position and the position of the movable part can be processed by a computer-assisted surgery system by means of a computing unit and displayed on a display element.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0023] Nachfolgend wird das erfindungsgemässe chirurgische Instrumentensystem anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>einen schematischen Aufbau eines chirurgischen Instrumentensystems nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, <tb>Fig. 2<SEP>einen schematischen Aufbau eines chirurgischen Instrumentensystems nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.[0023] The surgical instrument system according to the invention is illustrated below with the aid of a few exemplary embodiments. Show it: <tb> Fig. 1 <SEP> a schematic structure of a surgical instrument system according to a first embodiment of the invention, <tb> Fig. 2 <SEP> a schematic structure of a surgical instrument system according to a second exemplary embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

[0024] In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines chirurgischen Instrumentensystems gemäss der Erfindung in Kombination mit einem optischen Ortungssystem 1 gezeigt, beispielsweise einem Schattenabbildungs-Ortungssystem. Das geortete Instrument ist gemäss diesem Ausführungsbeispiel als ein Bohrer umfassend eine Bohrerführung 30 mit einem Bohrerführungsgriff 31 ausgebildet, der mit einer Taste 32 zum Auslösen von Messungen ausgestattet sein kann. Die Position dieses Instruments relativ zur anatomischen Struktur 40 kann unter Verwendung eines an einem ersten Teil des Instruments angebrachten optischen Markers 2 geortet werden. Zur Ortung der Lage eines bewegbaren, zweiten Teils 6 des Instruments in Bezug auf die anatomische Struktur 40 kann an der anatomischen Struktur ein weiterer Marker angebracht werden. Das optische Ortungssystem 1 kann einen Empfänger umfassen, der als eine Kamera oder ein Kamerasystem ausgebildet sein kann, mittels welchem reflektierte Lichtstrahlen empfangen werden können, die von einer Lichtquelle 4 ausgesendet werden, die am ersten Teil des Instruments angebracht ist. Die Lichtstrahlen werden von einer reflektierenden Oberfläche 5 reflektiert, die sich auf dem bewegbaren zweiten Teil 6 befindet. In Fig. 1 an embodiment of a surgical instrument system according to the invention is shown in combination with an optical location system 1, for example a shadow imaging location system. According to this exemplary embodiment, the located instrument is designed as a drill comprising a drill guide 30 with a drill guide handle 31 which can be equipped with a button 32 for triggering measurements. The position of this instrument relative to the anatomical structure 40 can be located using an optical marker 2 attached to a first part of the instrument. To locate the position of a movable, second part 6 of the instrument in relation to the anatomical structure 40, a further marker can be attached to the anatomical structure. The optical positioning system 1 can comprise a receiver which can be designed as a camera or a camera system, by means of which reflected light beams can be received which are emitted by a light source 4 which is attached to the first part of the instrument. The light rays are reflected by a reflective surface 5 which is located on the movable second part 6.

[0025] Das optische Ortungssystem 1 kann als ein mobiles optisches Ortungssystem ausgebildet sein. Für ein mobiles optisches Ortungssystem kann der Empfänger direkt an der anatomischen Struktur 40 befestigt werden. The optical location system 1 can be designed as a mobile optical location system. For a mobile optical location system, the receiver can be attached directly to the anatomical structure 40.

[0026] Der optische Marker 2 ist gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein aktiver optischer Marker mit mindestens drei Lichtsendern 3 in bekannter geometrischer Konfiguration, die an einem Markierungskörper angeordnet sind. In den meisten Anwendungen werden Infrarot-LEDs als Lichtsender als aktive optische Marker verwendet. Unter einem aktiven optischen Marker wird ein optischer Marker verstanden, der Licht emittieren kann. Diese LEDs haben einen breiten Abstrahlwinkel, so dass sie für das optische Ortungssystem bei unterschiedlicher Orientierung des Markerkörpers zum Empfänger sichtbar sind. Der erste Teil des Instruments 30 oder der optische Marker 2 umfasst eine Lichtquelle 4 zur Erzeugung eines gerichteten Lichtstrahls mit einem sehr engen Abstrahlwinkel von weniger als fünf Grad entlang der Achse des bewegbaren zweiten Teils 6. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Laserlichtquelle oder Laser-LED als Lichtquelle 4 verwendet, um den gerichteten Lichtstrahl zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Lichtquellen verwendet, welche Lichtstrahlen außerhalb des sichtbaren Spektrums emittieren, beispielsweise im Infrarotbereich, sowohl für die Lichtsender als auch für die Lichtquelle zur Erzeugung des gerichteten Lichtstrahls. According to the present exemplary embodiment, the optical marker 2 is an active optical marker with at least three light transmitters 3 in a known geometric configuration, which are arranged on a marker body. In most applications, infrared LEDs are used as light emitters as active optical markers. An active optical marker is understood to be an optical marker that can emit light. These LEDs have a wide angle of radiation so that they are visible to the optical positioning system if the marker body is oriented differently in relation to the receiver. The first part of the instrument 30 or the optical marker 2 comprises a light source 4 for generating a directed light beam with a very narrow emission angle of less than five degrees along the axis of the movable second part 6. In a preferred embodiment, a laser light source or laser LED used as the light source 4 to generate the directed light beam. In a preferred embodiment, light sources are used which emit light rays outside the visible spectrum, for example in the infrared range, both for the light transmitter and for the light source for generating the directed light beam.

[0027] Der bewegbare zweite Teil 6, der die reflektierende Oberfläche 5 enthält, bewegt sich entlang der Achse des Lichtstrahls, der von der Lichtquelle 4 ausgesendet wird. Der erste Teil ist an dem bewegbaren zweiten Teil befestigt, in diesem Fall dem Bohrer 10. Der bewegbare zweite Teil 6, der die reflektierende Oberfläche 5 enthält, kann ein integraler Bestandteil des Instruments, beispielsweise des Bohrers 10, sein oder kann während des operativen Eingriffs am Instrument befestigt werden, das heisst, der bewegbare zweite Teil 6 kann abnehmbar sein. Beispielsweise kann der bewegbare zweite Teil 6 mittels einer Rastvorrichtung auf dem Instrument temporär befestigt werden. The movable second part 6, which contains the reflective surface 5, moves along the axis of the light beam emitted by the light source 4. The first part is attached to the movable second part, in this case the drill 10. The movable second part 6, which contains the reflective surface 5, can be an integral part of the instrument, for example the drill 10, or can be used during the surgical procedure be attached to the instrument, that is, the movable second part 6 can be removable. For example, the movable second part 6 can be temporarily attached to the instrument by means of a latching device.

[0028] Der Bohrer 10 kann an einer bekannten Stelle ein Gegenstück haben, sodass die Position der reflektierenden Oberfläche 5 in Bezug auf den Bohrer und insbesondere auf die Bohrerspitze bekannt ist. In einer anderen, in der Fig. 1 nicht dargestellten Ausführungsform, kann der die reflektierende Oberfläche 5 enthaltende bewegbare zweite Teil 6 auch Teil eines Bohreradapters 11 sein. Der Bohreradapter 11 ist derart ausgebildet, um den Bohrer 10 an einer Bohrmaschine 21 zu befestigen. Die reflektierende Oberfläche 5 kann sich auf der Bohrmaschine 21 befinden. Beispielsweise kann der bewegbare zweite Teil 6, der die reflektierende Oberfläche 5 enthält, auf dem Bohrfutter 20 angeordnet werden, insbesondere nahe der Drehachse des Bohrers. The drill 10 can have a counterpart at a known location so that the position of the reflective surface 5 in relation to the drill and in particular to the drill tip is known. In another embodiment, not shown in FIG. 1, the movable second part 6 containing the reflective surface 5 can also be part of a drill adapter 11. The drill adapter 11 is designed to fasten the drill 10 to a drill 21. The reflective surface 5 can be located on the drill 21. For example, the movable second part 6, which contains the reflective surface 5, can be arranged on the drill chuck 20, in particular near the axis of rotation of the drill.

[0029] Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist die reflektierende Oberfläche 5 in einem Winkel in Bezug auf die Achse des gerichteten Lichtstrahls positioniert, um das Licht in die Richtung des Empfängers, beispielsweise der Kamera oder des Kamerasystems, zu reflektieren. According to one embodiment, the reflective surface 5 is positioned at an angle with respect to the axis of the directed light beam in order to reflect the light in the direction of the receiver, for example the camera or the camera system.

[0030] In der einfachsten Form kann eine Bewegung des bewegbaren zweiten Teils 6 mittels Tasteneingabe gesteuert werden. Das Instrument kann eine am ersten Teil angeordnete Taste 32 aufweisen, die als Auslöser verwendet wird, um den bewegbaren zweiten Teil 6 an eine definierte Position zu bewegen. In the simplest form, a movement of the movable second part 6 can be controlled by means of key input. The instrument can have a button 32 arranged on the first part which is used as a trigger to move the movable second part 6 to a defined position.

[0031] Die reflektierende Oberfläche 5 ist vorzugsweise als ein idealer diffuser Reflektor ausgebildet, der einen reflektierten Weitwinkellichtstrahl erzeugt. Zur Erzeugung von diffus reflektierenden Oberflächeneigenschaften können verschiedene Materialien und Oberflächenveredelungen verwendet werden. Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann eine Metalloberfläche mit einer matten Oberflächenbeschaffenheit verwendet werden, um den gerichteten Lichtstrahl, der von der Lichtquelle ausgesendet wird, zu reflektieren. Die Oberfläche kann aus Materialien mit gutem diffusem Reflexionsvermögen wie Keramiken, Papier hergestellt werden. Ein polykristallines Material kann verwendet werden. Die reflektierende Oberfläche 5 kann mit einem Material mit einer matten Oberflächenbeschaffenheit beschichtet sein, um die gewünschten diffusen optischen Eigenschaften im Sinne einer Lambert'schen Reflexion zu erreichen. Die reflektierende Oberfläche 5 kann eine Oberfläche mit einer flachen, ebenen, gekrümmten, runden, konvexen oder konkaven Form aufweisen, um eine gleichförmige diffuse Reflexion mit einem definierten Lichtkegel am Reflexionspunkt zu erzeugen, sodass eine Streuung des Lichts erfolgt. The reflective surface 5 is preferably designed as an ideal diffuse reflector which generates a reflected wide-angle light beam. Various materials and surface finishes can be used to create diffuse reflective surface properties. According to one embodiment, a metal surface with a matt surface finish can be used in order to reflect the directed light beam which is emitted by the light source. The surface can be made of materials with good diffuse reflectivity such as ceramics, paper. A polycrystalline material can be used. The reflective surface 5 can be coated with a material with a matt surface quality in order to achieve the desired diffuse optical properties in the sense of a Lambertian reflection. The reflective surface 5 can have a surface with a flat, planar, curved, round, convex or concave shape in order to generate a uniform diffuse reflection with a defined light cone at the reflection point, so that the light is scattered.

[0032] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann der zweite bewegbare Teil 6, der die reflektierende Oberfläche 5 enthält, ein transparentes Material wie Glas oder ein transparentes Kunststoffmaterial, z.B. ein Polycarbonat, enthalten, das einen einfallenden gerichteten Lichtstrahl ähnlich einer Punktlichtquelle reflektiert, das heisst, eine Streulinse ausbildet. According to one embodiment, the second movable part 6 containing the reflective surface 5 can be a transparent material such as glass or a transparent plastic material, e.g. a polycarbonate, which reflects an incident directed light beam similar to a point light source, that is, forms a divergent lens.

[0033] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann der bewegbare zweite Teil 6 als ein Einwegartikel ausgebildet sein oder einen Einwegartikel enthalten. Der bewegbare zweite Teil 6 kann eine Rastvorrichtung enthalten, die an verschiedene Dimensionen des Instruments, insbesondere verschiedene Bohrerdurchmesser anpassbar ist. Der Bohrer kann beispielsweise eine Kerbe aufweisen, in der die Rastvorrichtung platziert werden kann. Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel ist der bewegbare zweite Teil 6 direkt am Bohrer befestigt und bildet eine integrale Einheit mit dem Bohrer. According to one embodiment, the movable second part 6 can be designed as a disposable item or contain a disposable item. The movable second part 6 can contain a latching device which can be adapted to different dimensions of the instrument, in particular different drill diameters. The drill can for example have a notch in which the latching device can be placed. According to another embodiment, the movable second part 6 is attached directly to the drill and forms an integral unit with the drill.

[0034] Wenn das optische Ortungssystem 1 zum Messen der Bohrerposition verwendet wird, kann dessen Position auch während der Drehbewegung des Bohrers 10 bei hohen Drehzahlen gemessen werden. Zum Beispiel kann der bewegbare zweite Teil 6, der die reflektierende Oberfläche 5 enthält, rotationssymmetrisch um den Bohrer 10 herum angeordnet werden. In dieser Konfiguration muss der bewegbare zweite Teil 6 nicht mit dem Empfänger des optischen Ortungssystems 1 oder der Lichtquelle 4 ausgerichtet sein. If the optical positioning system 1 is used to measure the drill position, its position can also be measured during the rotational movement of the drill 10 at high speeds. For example, the movable second part 6, which contains the reflective surface 5, can be arranged rotationally symmetrically around the drill 10. In this configuration, the movable second part 6 does not have to be aligned with the receiver of the optical positioning system 1 or the light source 4.

[0035] Gemäss einem Ausführungsbeispiel weist die reflektierende Oberfläche 5 variable reflektierende Eigenschaften auf. Beispielsweise kann mehr oder weniger Licht in verschiedenen Bereichen der reflektierenden Oberfläche 5 reflektiert werden. Die reflektierende Oberfläche 5 enthält somit mindestens einen reflektierenden Oberflächenabschnitt. Wenn der Lichtstrahl auf einen reflektierenden Oberflächenabschnitt auftrifft, wird ein gepulster reflektierter Lichtstrahl erzeugt. Insbesondere kann mindestens ein gepulster reflektierter Lichtstrahl pro Umdrehung erzeugt werden. Der gepulste reflektierte Lichtstrahl kann vom optischen Ortungssystem 1 als Puls erfasst werden. Die Periode zwischen zwei Pulsen kann ermittelt werden, um die Drehgeschwindigkeit des Bohrers zu bestimmen, wenn pro Umdrehung ein einziger gepulster Lichtstrahl an das optische Ortungssystem 1 übermittelt wird. Selbstverständlich kann die Drehgeschwindigkeit auch ermittelt werden, wenn eine Mehrzahl von Pulsen pro Umdrehung vom Empfänger empfangen wird, wenn die Anzahl der Pulse pro Umdrehung bekannt ist. According to one embodiment, the reflective surface 5 has variable reflective properties. For example, more or less light can be reflected in different areas of the reflective surface 5. The reflective surface 5 thus contains at least one reflective surface section. When the light beam strikes a reflective surface section, a pulsed reflected light beam is generated. In particular, at least one pulsed reflected light beam can be generated per revolution. The pulsed reflected light beam can be detected by the optical positioning system 1 as a pulse. The period between two pulses can be determined in order to determine the speed of rotation of the drill if a single pulsed light beam is transmitted to the optical location system 1 per revolution. Of course, the speed of rotation can also be determined if a plurality of pulses per revolution is received by the receiver if the number of pulses per revolution is known.

[0036] Das chirurgische Instrumentensystem gemäss einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann verwendet werden, um die Bohrtiefe zu messen, aber auch, um die Tiefe einer Schraubeneinführung zu messen, wobei die Position des Schraubendrehers relativ zur Schraubenführung gemessen wird, zum Beispiel bei Trauma- und Wirbelsäulenoperationen, wie in Fig. 2 dargestellt. Das optische Ortungssystem 1 ist gemäss Fig. 2 in einer bekannten Beziehung zu dem ersten Teil des Instruments montiert oder kann auch mit dem Instrument gekoppelt sein (nicht dargestellt). Das optische Ortungssystem 1 weist daher einen Bezugsrahmen auf. Die relative Bewegung des bewegbaren zweiten Teils 6 wird im Bezugsrahmen des optischen Ortungssystems 1 bestimmt. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel ist die Position des Empfängers bekannt, da sie im Bezugsrahmen eindeutig festgelegt ist, daher werden keine optischen Marker auf dem ersten Teil benötigt. Insbesondere ist die Position einer als Empfänger dienenden Kamera oder eines Kamerasystems bekannt. Wenn der erste Teil eine Bohrhülse ist, werden gemäss diesem Ausführungsbeispiel keine optischen Marker auf der Bohrhülse benötigt, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist. The surgical instrument system according to one of the preceding exemplary embodiments can be used to measure the drilling depth, but also to measure the depth of a screw insertion, the position of the screwdriver being measured relative to the screw guide, for example in trauma and spine operations as shown in FIG. According to FIG. 2, the optical location system 1 is mounted in a known relationship to the first part of the instrument or can also be coupled to the instrument (not shown). The optical positioning system 1 therefore has a frame of reference. The relative movement of the movable second part 6 is determined in the frame of reference of the optical positioning system 1. According to this exemplary embodiment, the position of the receiver is known since it is clearly defined in the frame of reference, so no optical markers are required on the first part. In particular, the position of a camera or a camera system serving as a receiver is known. If the first part is a drill sleeve, according to this exemplary embodiment, no optical markers are required on the drill sleeve, which is not shown in FIG. 1.

[0037] Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Bewegung des bewegbaren zweiten Teils 6 zum ersten Teil des Instruments mittels des optischen Ortungssystems 1 erfasst werden. Ein Empfänger ist gemäss diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil des optischen Ortungssystems 1. Der Empfänger empfängt reflektierte Lichtstrahlen von der reflektierenden Oberfläche 5 und den gegebenenfalls am ersten Teil angeordneten optischen Markern 2, wenn sie als aktive optische Marker ausgebildet sind. Der Empfänger kann als Kamera oder Kamerasystem ausgebildet sein. Das optische Ortungssystem 1 kann als mobiles optisches Ortungssystem 1 ausgebildet sein, welches gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Patientenanatomie 40 befestigt ist. According to the embodiment shown in FIG. 2, the movement of the movable second part 6 to the first part of the instrument can be detected by means of the optical positioning system 1. According to this exemplary embodiment, a receiver is part of the optical locating system 1. The receiver receives reflected light beams from the reflective surface 5 and the optical markers 2 optionally arranged on the first part if they are designed as active optical markers. The receiver can be designed as a camera or camera system. The optical location system 1 can be designed as a mobile optical location system 1, which is attached to the patient's anatomy 40 according to the exemplary embodiment shown in FIG.

[0038] Das optische Ortungssystem 1 enthält somit einen Empfänger, der die Bewegung oder die Position des bewegbaren zweiten Teils erfasst. Das optische Ortungssystem 1 enthält eine Umwandlungseinheit, in welcher das die Bewegung oder Position bestimmende Lichtsignal in ein digitales Signal umwandelbar ist, welches als Eingangsgrösse für eine Steuerungseinheit 50 des Instruments verwendbar ist. Die Steuerungseinheit kann mit einem Anzeigegerät 53 gekoppelt oder koppelbar sein, um die Position 51 des Instruments auf dem Anzeigegerät 53 anzuzeigen, was in Fig. 2 dargestellt ist. Hierzu kann das Anzeigegerät 53 als Display ausgebildet sein. Die Steuerungseinheit 50 kann, wie in Fig. 2 gezeigt ist, drahtlos mit dem Empfänger des optischen Ortungssystems 1 verbunden sein. Das heisst, die Steuerungseinheit 50 und der Empfänger sind als separate Bauteile ausgebildet. The optical location system 1 thus contains a receiver that detects the movement or the position of the movable second part. The optical location system 1 contains a conversion unit in which the light signal determining the movement or position can be converted into a digital signal which can be used as an input variable for a control unit 50 of the instrument. The control unit can be coupled or can be coupled to a display device 53 in order to display the position 51 of the instrument on the display device 53, which is shown in FIG. 2. For this purpose, the display device 53 can be designed as a display. As shown in FIG. 2, the control unit 50 can be wirelessly connected to the receiver of the optical positioning system 1. That is, the control unit 50 and the receiver are designed as separate components.

[0039] Gemäss einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Steuerungseinheit und der Empfänger als ein einziges Bauteil ausgebildet sein, sie können beispielsweise ein mobiles optisches Ortungssystem ausbilden. Gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Schraubendreher verwendet, dessen Position 51 auf dem Anzeigegerät 53 angezeigt wird. Auf dem Anzeigegerät 53 kann auch die mit dem Schraubendreher in der anatomischen Struktur 40 positionierte Schraube 52 angezeigt werden. Die Abmessungen der Schraube 52 können in beispielsweise in einem Speicher hinterlegt sein. Die Schraube kann vor deren Benutzung manuell oder automatisch aus einer Datenbank ausgewählt werden. According to an exemplary embodiment not shown, the control unit and the receiver can be designed as a single component; they can, for example, form a mobile optical location system. According to the present exemplary embodiment, a screwdriver is used, the position 51 of which is displayed on the display device 53. The screw 52 positioned with the screwdriver in the anatomical structure 40 can also be displayed on the display device 53. The dimensions of the screw 52 can be stored in a memory, for example. The screw can be selected manually or automatically from a database before it is used.

[0040] Die Positionierung der Schraube auf dem Anzeigegerät kann beispielsweise durch die mittels dem optischen Ortungssystem ermittelte Drehachse des Schraubendrehers und der Position der anatomischen Struktur festgelegt sein. Die Veränderung der Position des Schraubendrehers während des Eingriffs wird ebenfalls durch das optische Ortungssystem erfasst. Daher kann die Veränderung der Position des Schraubendrehers auf dem Anzeigegerät angezeigt werden. Die Position und Lage der in der anatomischen Struktur 40 zu positionierenden Schraube 52 ist somit zu jedem Zeitpunkt des Eingriffs ersichtlich. Wenn die anatomische Struktur 40 vorgängig durch bildgebende Verfahren ermittelt worden ist, kann die Position der Schraube 52 in der anatomischen Struktur zu jedem Zeitpunkt des Eingriffs präzise angezeigt werden. The positioning of the screw on the display device can for example be determined by the axis of rotation of the screwdriver determined by means of the optical positioning system and the position of the anatomical structure. The change in the position of the screwdriver during the procedure is also recorded by the optical location system. Therefore, the change in the position of the screwdriver can be displayed on the display device. The position and location of the screw 52 to be positioned in the anatomical structure 40 can thus be seen at any point in time of the intervention. If the anatomical structure 40 has previously been determined by imaging methods, the position of the screw 52 in the anatomical structure can be displayed precisely at any point in time of the intervention.

[0041] Aus diesem Ausführungsbeispiel ist ein weiterer Vorteil der Verwendung eines chirurgischen Instrumentensystems gemäss der Erfindung ersichtlich. Die Position eines georteten Instruments kann präzise visualisiert werden, damit kann die Präzision des Eingriffs erhöht sowie sichergestellt werden, dass es während des Eingriffs nicht zu Komplikationen kommt, insbesondere, weil Details der anatomischen Struktur in einem Bild, beispielsweise einem Schnittbild, angezeigt werden können und somit der weitere Verlauf des Eingriffs anhand dieser bildlichen Darstellung mit erhöhter Präzision vorhersehbar und vorhersagbar ist. A further advantage of the use of a surgical instrument system according to the invention can be seen from this exemplary embodiment. The position of a located instrument can be precisely visualized, so that the precision of the intervention can be increased and it can be ensured that there are no complications during the intervention, in particular because details of the anatomical structure can be displayed in an image, for example a sectional image, and thus the further course of the intervention can be foreseen and predictable with increased precision using this pictorial representation.

[0042] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann das chirurgische Instrumentensystem mehrere Instrumente umfassen. Die relative Bewegung von zwei oder mehr Instrumenten mit korrespondierenden bewegbaren zweiten Teilen kann durch Verwendung mehrerer Lichtquellen bestimmt werden. Jede Lichtquelle sendet Lichtstrahlen auf entsprechende reflektierende Oberflächen, die sich an den entsprechenden bewegbaren zweiten Teilen der jeweiligen Instrumente befinden. Die reflektierten Lichtstrahlen werden vom Empfänger erfasst und mittels des optischen Ortungssystems die Position der Instrumente ermittelt. According to one exemplary embodiment, the surgical instrument system can comprise several instruments. The relative movement of two or more instruments with corresponding movable second parts can be determined by using several light sources. Each light source emits light beams on respective reflective surfaces located on the respective movable second parts of the respective instruments. The reflected light beams are recorded by the receiver and the position of the instruments is determined using the optical positioning system.

[0043] Gemäss einem Ausführungsbeispiel kann die Erfindung verwendet werden, um auf das bewegbare zweite Teil des Instruments einwirkende Kräfte zu messen. Wenn ein Federelement zwischen dem ersten Teil und dem bewegbaren zweiten Teil angeordnet ist und die Federeigenschaften basierend auf der gemessenen Entfernung bekannt sind, kann die auf das Federelement aufgebrachte Kraft berechnet werden. Ein solches Instrument kann beispielsweise verwendet werden, um Kräfte für den Bänderspanner in einer Knieersatzoperation zu messen. Gemäss einer weiteren Anwendung kann das bewegbare zweite Teil zum Messen der Entfernung oder Tiefe verwendet werden, wobei der erste Teil mit dem Federelement im Eingriff steht und zum Messen der aufgebrachten Kraft verwendet wird. According to one embodiment, the invention can be used to measure forces acting on the movable second part of the instrument. If a spring element is arranged between the first part and the movable second part and the spring properties are known based on the measured distance, the force applied to the spring element can be calculated. Such an instrument can be used, for example, to measure forces for the ligament tensioner in a knee replacement operation. According to a further application, the movable second part can be used to measure the distance or depth, the first part being in engagement with the spring element and being used to measure the force applied.

[0044] Gemäss jedem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann die Bewegung des bewegbaren zweiten Teils zum ersten Teil des Instruments mittels des optischen Ortungssystems 1 erfasst werden. Die vom Empfänger ermittelte Bewegung oder die Position des bewegbaren zweiten Teils ist von einer Umwandlungseinheit in ein digitales Signal umwandelbar, welches als Eingangsgrösse für eine Steuerungseinheit des Instruments verwendbar ist. Die Steuerungseinheit kann mit einem Anzeigegerät gekoppelt oder koppelbar sein, um die Position des Instruments auf dem Anzeigegerät anzuzeigen, was in Fig. 2 dargestellt ist. According to each of the preceding exemplary embodiments, the movement of the movable second part to the first part of the instrument can be detected by means of the optical positioning system 1. The movement determined by the receiver or the position of the movable second part can be converted by a conversion unit into a digital signal which can be used as an input variable for a control unit of the instrument. The control unit can be coupled or can be coupled to a display device in order to display the position of the instrument on the display device, which is shown in FIG. 2.

[0045] Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird die Bewegung des Instruments vom Empfänger als analoges Eingangssignal für die Steuerungseinheit erfasst, wobei mit der gemessenen Verschiebung des bewegbaren zweiten Teils ein Wert in der Steuerungseinheit eingestellt oder geändert werden kann. Insbesondere können Implantatgrössen, Schraubenlänge vom Bediener eingestellt werden, ohne dass ein zusätzliches Eingabegerät erforderlich ist. According to one embodiment, the movement of the instrument is detected by the receiver as an analog input signal for the control unit, it being possible to set or change a value in the control unit with the measured displacement of the movable second part. In particular, implant sizes and screw lengths can be set by the operator without the need for an additional input device.

[0046] Gemäss einem Ausführungsbeispiel ist das Instrument mit mindestens einer Taste 32 ausgestattet, um Messungen oder Interaktionen mit der Steuerungseinheit auszulösen. Die Steuerungseinheit kann Bestandteil eines Navigationssystems sein. Das Navigationssystem kann zum Beispiel ein Schaltelement bereitstellen. Eine Registrierung der relativen Position des bewegbaren zweiten Teils zum ersten Teil kann mittels des Schaltelements manuell oder automatisch ausgelöst werden. Das durch die Manipulation des Schaltelements erzeugte Signal, beispielsweise durch Drücken der Taste, kann unter Verwendung eines optischen Signals oder unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsprotokolls an das optische Ortungssystem 1 oder das Navigationssystem übertragen werden. According to one embodiment, the instrument is equipped with at least one button 32 in order to trigger measurements or interactions with the control unit. The control unit can be part of a navigation system. The navigation system can provide a switching element, for example. A registration of the relative position of the movable second part to the first part can be triggered manually or automatically by means of the switching element. The signal generated by manipulating the switching element, for example by pressing the button, can be transmitted to the optical positioning system 1 or the navigation system using an optical signal or using a wireless communication protocol.

[0047] Das vorgeschlagene chirurgische Instrumentensystem hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber bestehenden Lösungen. Die Position eines Instruments, zum Beispiel eines Bohrers oder Schraubendrehers, kann geortet werden, ohne dass ein zusätzlicher aktiver Marker am Instrument, d.h. am Bohrer oder der Bohrmaschine angebracht werden muss. Durch Verwendung der Reflexion eines von der Lichtquelle 4 gerichteten Lichtstrahls kann der bewegbare zweite Teil 6 enthaltend die reflektierende Oberfläche 5 am Instrument als Lichtsender wirken, der von einem optischen Ortungssystem 1 geortet wird. Die reflektierende Oberfläche 5 kann selbst Teil des Instruments sein oder daran befestigt sein. The proposed surgical instrument system has a number of advantages over existing solutions. The position of an instrument, for example a drill or screwdriver, can be located without an additional active marker on the instrument, i.e. must be attached to the drill or drill. By using the reflection of a light beam directed by the light source 4, the movable second part 6 containing the reflective surface 5 on the instrument can act as a light transmitter that is located by an optical location system 1. The reflective surface 5 can itself be part of the instrument or be attached to it.

[0048] Ein großer Vorteil ist, dass die vorgeschlagene Lösung auch funktioniert, wenn sich das Instrument dreht. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel ist die reflektierende Oberfläche 5 des bewegbaren zweiten Teils 6 als rotationssymmetrische reflektierende Oberfläche ausgebildet. Die reflektierende Oberfläche ist insbesondere rotationssymmetrisch in Bezug auf die Drehachse des Instruments. Die Erfindung erfordert keine Ausrichtung eines Markers auf dem Instrument mit dem Empfänger. A great advantage is that the proposed solution also works when the instrument is rotating. According to this exemplary embodiment, the reflective surface 5 of the movable second part 6 is designed as a rotationally symmetrical reflective surface. The reflective surface is in particular rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation of the instrument. The invention does not require alignment of a marker on the instrument with the receiver.

[0049] Die vorgeschlagene Erfindung kann mit einem Schattenabbildungsortungssystem verwendet werden, bei dem die Lichtsender durch ein definiertes Muster einen Schatten auf den Empfänger werfen, der als ein Sensor ausgebildet ist, der eine optische Sensoroberfläche enthält. Basierend auf dem Schatten auf dem Sensor kann die Richtung der Lichtsender bestimmt werden und die 6D-Position des georteten Instruments und die relative Bewegung des von der reflektierenden Oberfläche reflektierten Lichtstrahls können bestimmt werden. Anstelle eines Sensors kann der Empfänger eine einzelne Kamera oder ein Stereo- oder Mehrkamerasystem umfassen, der den oder die Lichtstrahlen von Lichtsendern empfängt. The proposed invention can be used with a shadow imaging localization system in which the light transmitters cast a shadow on the receiver by means of a defined pattern, which is designed as a sensor which contains an optical sensor surface. Based on the shadow on the sensor, the direction of the light emitters can be determined and the 6D position of the located instrument and the relative movement of the light beam reflected from the reflective surface can be determined. Instead of a sensor, the receiver can comprise a single camera or a stereo or multiple camera system that receives the light beam or beams from light transmitters.

[0050] Für den Fachmann ist offensichtlich, dass viele weitere Varianten zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Der Gegenstand der Erfindung wird somit durch die vorangehende Beschreibung nicht eingeschränkt und ist durch den Schutzbereich bestimmt, der durch die Ansprüche festgelegt ist. Für die Interpretation der Ansprüche oder der Beschreibung ist die breitest mögliche Lesart der Ansprüche massgeblich. Insbesondere sollen die Begriffe „enthalten“ oder „beinhalten“ derart interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nichtausschliesslichen Bedeutung beziehen, wodurch angedeutet werden soll, dass die Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein können oder genutzt werden können, dass sie mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten kombiniert werden können, die nicht explizit erwähnt sind. Wenn die Ansprüche sich auf ein Element oder eine Komponente aus einer Gruppe beziehen, die aus A, B, C bis N Elementen oder Komponenten bestehen kann, soll diese Formulierung derart interpretiert werden, dass nur ein einziges Element dieser Gruppe erforderlich ist, und nicht eine Kombination von A und N, B und N oder irgendeiner anderen Kombination von zwei oder mehr Elementen oder Komponenten dieser Gruppe. It is obvious to a person skilled in the art that many further variants are possible in addition to the exemplary embodiments described without deviating from the inventive concept. The subject matter of the invention is therefore not restricted by the preceding description and is determined by the scope of protection which is defined by the claims. The broadest possible reading of the claims is authoritative for the interpretation of the claims or the description. In particular, the terms "contain" or "include" are to be interpreted in such a way that they refer to elements, components or steps in a non-exclusive sense, which is intended to indicate that the elements, components or steps can be present or can be used, that they can be combined with other elements, components or steps that are not explicitly mentioned. When the claims relate to an element or component from a group which may consist of A, B, C to N elements or components, this formulation is to be interpreted in such a way that only a single element of that group is required, and not one Combination of A and N, B and N, or any other combination of two or more elements or components of this group.

Claims

1. A surgical instrument system comprising an instrument and an optical location system (1), the instrument containing a first part and a second part (6) movable relative to the first part, a light source (4) being arranged on the first part, the movable second part (6) comprises a reflective surface (5), wherein the movable second part (6) is movable in the direction of the axis of a directed light beam emitted by the light source (4) and by means of the on the reflective surface (5) of the movable second part (6) reflected light beam, the position of the movable second part (6) in relation to the first part can be measured by means of the optical positioning system (1), wherein the first part can comprise at least three light transmitters in a known geometric arrangement, which an optical Can train markers (2).

2. The surgical instrument system of claim 1, wherein the optical location system (1) comprises a shadow image location system.

3. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the optical locating system (1) comprises a receiver, for example a single camera, a stereo camera system or a plurality of cameras, for detecting the position of the light transmitter and the reflected light beam.

4. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the first part is a drill sleeve and the movable second part is a drill (10) containing the reflective surface (5).

5. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the reflective surface (5) is located on a sub-element which can be detached from the movable second part (6).

6. The surgical instrument system of claim 5, wherein the sub-element is a disposable item.

7. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein a plurality of light sources and a plurality of movable parts are provided which contain reflective surfaces (5).

8. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the reflective surface (5) is flat, flat, curved, round, concave or convex shaped.

9. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the reflective surface (5) is rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation of the second movable part.

10. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the movable second part (6) includes a portion having a reflective surface (5).

11. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the reflective surface (5) is designed as a diffuse reflective surface.

12. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the reflective surface (5) contains a polycrystalline material.

13. The surgical instrument system according to one of the preceding claims, wherein the movable second part (6) is coupled to the first part by a spring element with known properties.

14. The surgical instrument system according to one of the preceding claims 3 to 13, wherein the movement determined by the receiver or the position of the movable second part (6) can be converted into a digital signal which can be used as an input variable for a control unit (50).

15. The surgical instrument system according to claim 14, wherein the first part is equipped with an input device in order to trigger a measurement or an interaction with the control unit (50).