CN111031886B - 用于自动探测外科器械的探测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

为了在种类和位置方面自动探测外科器械，本发明规定一种探测系统，其具有至少两个外科器械，两个外科器械分别具有至少一个沿该器械的纵轴线延伸的空腔和相对于该空腔的近端的入口区域，其中，在至少两个器械的情况下，近端的入口区域相对于空腔的纵向延伸的角度是不同的，其带有具有两个电磁传感器的能导入空腔中的传感器单元，其中一个电磁传感器轴向延伸地布置在空腔中，另一个电磁传感器布置在入口区域中，其具有用于产生电磁场的场发生器，并且还具有评估单元，所述评估单元用于评估由传感器相应于其在场发生器的场中的位置传输到评估单元的信号。

Description

用于自动探测外科器械的探测系统和方法
本发明涉及一种用于自动探测外科器械的自动的探测系统、具有这种系统的术中导航装置、用于在探测系统中使用的传感器单元和用于自动探测外科器械的方法。
如今，已经借助导航辅助的手术方法来实施微创手术。为此使用不同的导航系统。使用的有主动式和被动式系统。在主动式系统中，安置在患者的身体中的部件、例如器械或者外科工具配设有发送器，通过该发送器，可以在外部确定器械或者工具的位置，特别是是处于介入地点的末梢端部的位置。
在被动式系统中，除了用于定位外科器械的、特别是外科器械的末梢端部的光学系统之外，还已知电磁系统。在电磁导航中，通过场发生器产生不均匀的电磁场，通过一个或者多个传感器检测该电磁场，由此又可以直接或者间接地检测器械或者外科工具、特别是其末梢端部的位置和定向。对外科部件的末梢端部的直接检测包括传感器在该部件的末梢端部本身上的布置；间接检测包括传感器在外科部件上的定义的位置、特别是轴向位置的固定的刚性的安装。基于测得的传感器信号，可以推断末梢端部的位置，并且必要时推断定向。在被动导航中，特别是证明电磁导航是合适的，其中，例如通过患者躺在上面的枕垫中的电磁场发生器，在外部围绕手术区域产生电磁场。在外科器械中安装的线圈式传感器使得能够对器械进行定位，接着可以在CT图像或者MRT图像中进行显示。这种方法不包含辐射负担，因此也由于X射线使用减少，总体上使辐射负担减小。因为本来就不是光学传感器，因此既不会影响图像品质，也不会遮挡传感器。手术医生的运动自由度不受限制，在光学系统中则会受限制。
本发明要解决的技术问题是，实现一种探测系统、一种传感器单元和一种导航系统，它们实现外科器械的种类和在患者中的位置的自动探测，以及在监视器上针对手术医生的相应调整后的显示。
在解决所述技术问题方面，本发明规定一种探测系统，其带有至少两个外科器械，两个外科器械分别具有至少一个沿该器械的纵轴线延伸的空腔和相对于该空腔的近端的入口区域，其中，近端的入口区域相对于空腔的纵向延伸的角度在至少两个器械中是不同的，还带有具有两个电磁传感器的能导入空腔中的传感器单元，其中一个电磁传感器轴向延伸地在空腔中布置，另一个电磁传感器布置在入口区域中，还带有用于产生电磁场的场发生器，并且还带有评估单元，所述评估单元用于评估由传感器相应于其在场发生器的场中的位置发送到评估单元的信号。在本发明的范围内，传感器单元的特征是下述器械中的至少两个：这种探测系统的空心针、导引棒、Yamshidi进入针和/或内窥镜。此外，上述技术问题通过一种术中导航系统来解决，其带有控制和处理电子系统，并且带有至少一个与控制和处理电子系统能电气连接的上述种类的传感器单元，其中，控制和处理电子系统具有探测单元、导航单元和摄像机系统。最后，为了解决上述技术问题，规定一种用于自动探测外科器械的方法，其中，确定传感器单元的以相对于彼此固定的纵向距离布置的两个传感器的角度定向。
典型的手术器械或者手术设备是末梢导引至手术位置的手术器械或者手术设备，例如旋转对称的空心针、导引棒、进入针、特别是Yamshidi进入针，但是也可以是带有弯折的入口插入物的内窥镜，例如冲洗接头。按照本发明的传感器单元在布置在首先提到的插入的空心针的情况下同样是伸展的，因此两个传感器轴向相继地布置并且对准地定向，即两者之间的角度为零。与此相对的是，在相应的传感器单元布置在内窥镜中时，末梢的传感器位于内窥镜的仅仅轴向的杆部的末梢的端部上，而近端的传感器布置在内窥镜的入口凸出部中，并且以此相对于内窥镜的杆部的轴线围成确定的角度，因此也相对于配设在末梢端部上的传感器围成确定的角度。以此在两个传感器之间存在相对角度。
带有内窥镜的可定义的弯折的入口和相互不同的其他角度的相应的弯折的入口区域，可以具有其他器械，例如导引棒、进入针等等，以此确定柔性的传感器单元的传感器位于其中的角定向。
传感器的相对定向的上述区别可以通过电子系统的评估单元来探测，因此构成用于探测其中布置有传感器单元的外科器械或者设备的种类的前提。在此，也通过传感器来确定器械的位置。
探测和对探测到的信息的继续处理通过所述评估单元进行，方式是该评估单元探测两个传感器的相对定向和位置，并且控制在用于手术医生的术中操作系统的监视器上的屏幕显示，使得显示一个或者多个针对相应器械或者设备合适的图像。
借助旋转对称的空心针，实现至患者身体中的手术区域的进入，使得接着能以本身已知的方式导入其他手术器械。若探测到这种必要时被合适的作业器械导引穿过的针，则自动地除了相应的脊柱区域的、特别是脊柱的、更准确地说脊柱的手术区域所在位置的矢状的、冠状的和轴向的CT图像、MRT图像或者X射线图像之外，连同适合于位置或者定向的针的或者针尖与该图像的叠加一起，额外地与空心针的导引方向、由此与待置入的作业器械的导引方向对应地显示图像，例如通过作为空心针尖到手术位置上的投影的、从图像的其他显示内容明显突显的圆，作为用于正确地定位器械的定向辅助。
与此相反，在识别出内窥镜作为外科器械或者设备时，在手术医生的监视器上，除了显示所述矢状的、冠状的和轴向的X射线图像，连同内窥镜杆部到该X射线图像中的叠加的位置和定向准确的显像之外，额外地自动显示通过内窥镜中的摄像机记录的手术区域的图像。
对应的内容适用于其他外科器械，例如导引棒、进入针或者类似物。
按照本发明的探测系统的优选设计方案的特点是下述器械中的至少两个：空心针、导引棒、Yamshidi进入针和/或内窥镜，其中，优选导引棒是双重插套的(kanuliert)。所述探测系统的优选构造的特点是至少四个不同的器械。
在改进设计中规定，入口区域相对于两个器械的空腔的纵向延伸的角度彼此相差至少5°，其中，器械的入口区域相对于器械的空腔的纵向延伸优选具有0°、65°或者35°的角度。
优选的改进设计方案规定，传感器相对于彼此具有固定的纵向距离。
在改进设计方案中规定，传感器是由能导电的电线制成的线圈，其中，特别是线圈由金属、特别是铜或者银制成。
在优选的改进设计方案中特别是可以规定，传感器单元具有包围传感器的柔性的保护软管，其中，特别是保护软管由塑料、特别是由生物相容的、可消毒的塑料、例如聚醚制成。
为了将传感器单元精确固定在外科器械或者设备上，配设有适配器，特别是Luer适配器，已知其通常由母和公适配器部件构成。据此，传感器单元优选以如下方式设计，即，在近端传感器的近端布置一个适配器部件。该适配器部件优选由塑料、例如可消毒的生物相容的塑料、特别是尼龙制成。
另外的优选设计方案规定在近端的端部处的传感器的电连接线路，特别是用于与评估单元连接，其中，特别是该电连接线路被由生物相容的、可消毒的塑料、特别是硅酮制成的保护软管包围，并且/或者保护软管直接在传感器单元的适配器部件近端被弯折保护装置包围，其中，此外在非常优选的设计方案中规定，弯折保护装置由生物相容的、可消毒的塑料、特别是硅酮包围。
在此，原则上优选规定，评估单元是控制和处理电子系统的一部分，其中，还可以配设监视器。在非常优选的设计方案中，规定如下设计，该设计用于在患者的脊柱区域的图像中叠加地显示至少两个器械，例如空心针、特别是双重插套的导引棒、进入针和/或内窥镜，特别是这些器械的末梢端部。
按照本发明的术中导航装置具有控制和处理电子系统以及按照本发明的探测系统，其中，控制和处理电子系统本身具有导航单元，评估单元集成在该导航单元中。
按照本发明的传感器单元是具有上述探测系统的传感器单元的至少一个或者多个特征的传感器单元。
按照本发明的方法的优选改进设计方案规定，在探测两个传感器的确定的相对角度定向时，识别与角度定向相应的器械，并且使得在患者的脊柱区域的图像中叠加地显示相应的器械、特别是末梢的端部，其中，所述图像特别地是CT图像、MRT图像或者X射线图像。
内窥镜通过摄像机系统的控制单元来控制并且将图像输送给摄像机系统的处理单元。该图像被传输到导航系统。
导航系统由不同的功能软件组件、处理单元、控制单元和场发生器构成，导航系统与摄像机系统和传感器单元以及用于进行显示的监视器连接。传感器单元可以用于对旋转对称的器械或者内窥镜进行导航，方式是，将传感器单元导入器械的杆部或者内窥镜的冲洗通道。
场发生器产生不均匀的电磁场，并且通过导航系统的控制单元来控制。金属线传感器的传感器线圈的信号通过处理单元数字化并且通过功能软件组件进行评估。器械识别功能单元评估两个传感器线圈的信号，并且根据两个线圈相对于彼此的定向来识别传感器单元是否处于内窥镜中。器械识别功能单元将结果转发给布局控制功能单元。根据导航软件是否识别出内窥镜，通过布局控制将相应的布局显示在监视器上。若软件识别出内窥镜，则视频信号通过该功能单元输送到导航系统中，并且提供给该功能单元，用于进行布局输出。
若基于准确定义的两个传感器线圈相对于彼此的定向，通过相应的功能单元未识别出内窥镜，则输出旋转对称的器械和相应的布局显示。
按照本发明的方法的流程优选如下：
在导航单元启动之后，询问传感装置的信号。一旦使用者将传感器单元带入场发生器的作业区域中，则可以识别出并且测量信号。若传感器信号不等于值零(传感器在作业区域中)，则进行器械识别。为此，针对传感器线圈评估两个传感器的定向。在此，若两个传感器相对于彼此与内窥镜的冲洗通道的几何形状一致地、即以不等于零的相对角度定向(距离和角度)，则这被软件识别，并且相应地作为被导航的器械显示内窥镜。此外，进行布局调整。若已经作为被导航的器械识别出内窥镜，则特别是利用近端的线圈的信号，来测量内窥镜在作业区域中的位置，由此显示相对于患者的图像数据组的位置。若两个传感器的定向与准确定义的、导入内窥镜的冲洗通道中的传感器单元不同，则导航单元输出旋转对称的器械(空心针)，连同相应的布局显示。末梢的金属线传感器的信号用于确定作业场中的器械位置，并且相应地在患者的图像数据组中显示。
按照本发明的传感器优选在内窥镜装置中使用，所述内窥镜装置除了内窥镜之外，本来就具有传感器单元。据此，其具有如下传感器单元，该传感器单元具有至少两个沿纵向以固定的有限的距离相对于彼此布置的传感器线圈，所述传感器线圈相对地在内窥镜中相对于彼此以有限的角度定向。
通过两个传感器以有限的角度相对于彼此布置在内窥镜装置中，实现的是，由于不同的布置，能精确地确定内窥镜装置在控制和处理电子系统的磁场中的取向，由此也能精确确定在空间中的取向。
在此，在优选的设计方案中规定，第一传感器平行于空腔的中轴线或者主延伸方向定向，并且第二传感器相对于中轴线以有限的角度定向，其中，特别是第一传感器布置在内窥镜的杆部中，并且第二传感器布置在导引头的凸出部中。由此，也可以通过传感器的传感器信号，确定其在应用的电磁场中的位置，并且基于相对于杆部的末梢的端部的固定的距离，确定杆部的末梢的端部在电磁场中的位置，由此确定在空间中的位置。
在改进设计方案中规定，承载两个传感器的传感器单元延伸穿过内窥镜装置的空腔，其中，特别是传感器单元轴向固定地与能设置在导引头的凸出部上的适配器连接。由此，准确地确定一个传感器的、特别是在内窥镜装置中在杆部的末梢的端部处的末梢的(第一)传感器的位置，由此基于通过控制和处理电子系统对(末梢的)第一传感器线圈在磁场中的位置的确定，也可以实现末梢的作业位置的准确位置的精确的确定。
通过承载传感器线圈的传感器单元与能从内窥镜分离的支架的固定连接，还实现了，在定位承载传感器的传感器单元之后，可以被去除，并且可以为其他使用目的，空出其为了进行定位而占据的空腔。此外，传感器单元由此可以从实际的内窥镜分离，并且可以用在其他方面。这也使得能够更方便地进行消毒。
如上所述，相应的内容也适用于其他外科器械，例如导引棒、进入针或者类似物，前面的内容能够以相同的方式应用于此。
本发明的其他特征和优点由权利要求和下述说明得出，在下述说明中，根据附图详细阐述本发明的实施例。在此：
图1示出处于伸长状态的按照本发明的传感器单元；
图2示出处于弯折状态的图1的按照本发明的传感器单元；
图3示出带有伸展的传感器单元的空心针，传感器单元带有对齐的传感器；
图4示出按照本发明的传感器单元在用于形成内窥镜装置的内窥镜中的布置；
图5示出双重插套的导引棒的纵向剖视图，导引棒带有用于容纳图1、图2的传感器单元的插装的适配器；
图5a以纵向剖视图示出未带有传感器单元的图5的导引棒；
图5b示出图5、图5a的导引棒的末梢的端侧视图；
图5c示出带有插装的适配器的图5的导引棒的近端的端侧视图；
图6示出Yamshidi穿刺针；
图6a示出通过Yamshidi穿刺针的纵向剖视图；
图6b示出通过整个Yamshidi针的局部剖视图，其中示出了传感器单元(其不带有适配器)的传感器；
图7示出按照本发明的导航系统的框图；
图8示出按照本发明的方法的流程图；
图9示出在空心针的情况下，借助按照本发明的导航系统基于传感器单元的定向自动产生的外科器械的图示，其与患者的脊柱区域的图示叠加；以及
图10示出在内窥镜的情况下，借助按照本发明的导航系统基于传感器单元的定向自动产生的外科器械的图示，其与患者的脊柱区域的图示叠加；以及
图1示出作为按照本发明的探测系统的一部分的按照本发明的传感器单元1。其具有两个以固定的纵向距离相对于彼此布置的传感器1.1、1.2，传感器设计为线圈并且在下文中称为线圈。线圈1.1、1.2具有固定的纵向距离。它们安装在软管1.3中。每个线圈1.1、1.2具有近端连接的接触线路1.1.1、1.2.1。线圈1.1、1.2和接触线路1.1.1、1.2.1(分别具有去线和回线)由能导电的金属、优选铜制成。它们是相互电绝缘的，例如通过带有绝缘漆的涂层绝缘。在近端的线圈1.2的近端配设有公Luer适配器部件1.4。其在末梢具有筒形的环形空腔1.8，适配器利用该环形空腔可以被确定地安置到相应的外科器械的入口的筒形周部上或者其配设的适配器部件上。在其近端延伸有连接线缆1.5，线圈1.1、1.2的接触线路1.1.1、1.2.1在连接线中导引，直至用于连接导航单元3.1的连接插头(未示出)。这些线路在此也通过护套1.6包套。
紧邻Luer适配器部件1.4近端，配设有弯折保护装置1.7，以防止线缆1.5折断。
保护软管1.3、Luer适配器部件1.4、弯折保护装置1.7和护套1.6优选由消毒的塑料、特别是生物相容的塑料制成，确切而言，特别是软管1.3由聚醚制成，Luer适配器部件由尼龙制成，并且弯折保护装置1.7和护套1.6由硅酮制成。
若线圈1.1、1.2被置入不均匀的电磁场中，不均匀的电磁场通过控制和处理电子系统3通过场发生器2.1产生，则可以借助线圈可靠地确定线圈的位置以及线圈垂直于其轴线的定向，而围绕线圈轴线本身的转动可以不被识别。这种传感器称为5-DOF传感器(DOF＝Degree of Freedom(自由度))。
因为在末梢的端部处于手术位置上的空心针的情况下，重要的是了解空心针的(因此也是导入的单独的作业器械的)末梢的端部在空间中位置以及空心针的定向(和作业器械的定向，而不是空心针和作业器械围绕其轴线的转动)，所以这种5-DOF传感器足以用于确定空心针的和作业工具的末梢的端部的定向，并且可以通过不均匀的场中的、导入直至空心针的末梢的端部的传感器来确定。
按照图2，也可以通过相应的第二线圈1.2，在非旋转对称的设备、例如内窥镜的情况下，在两个线圈1.1、1.2相对于彼此以有限的角度定向的情况下，来确定有关的器械、例如内窥镜的定向，第二线圈1.2以相对于线圈1.1已知的纵向距离布置，在图2的图示中是这种情况。
两个线圈1.1、1.2的组合、由此传感器单元1由此总体上形成6-DOF传感器。
图3示出空心针2.2，连同处于空心针中的、作为按照本发明的探测系统的一部分的传感器1。空心针在其末梢的端部2.2.1处呈斜面，并且在其近端的端部2.2.2上承载适配器部件2.2.3。如上所述，传感器单元1具有末梢的传感器1.1和近端的传感器1.2。此外，传感器单元1在近端的端部处准确对应(deckt)同样已述的适配器部件1.4。两个传感器1.1和1.2相同地定向，并且相互对准地布置，使得可以识别适配器部件1在空心针2.2中的布置，由此可以基于传感器单元1的两个传感器1.1、1.2的这种定向，来识别适配器部件1在空心针2.2中的布置，这在下文还会参照图7至图9进一步阐述。
在图4中示出按照本发明的传感器单元在内窥镜情况下的使用，并且在下文中参照该图进一步阐述。
在所示实施例中，那里的内窥镜装置5具有近端的导入头5.1和从导入头5.1向末梢延伸的杆部5.2，杆部5.2带有至少一个轴向地在杆部5.2中延伸的长条形筒形空腔5.2.1。导入头5.1在此具有三个分支或者凸出部5.1.1至5.1.3，即用于连接光导体和光学系统(摄像机系统)以及用于导入外科器械的作业通道的凸出部5.1.1。
传感器单元1通过凸出部5.1.3的入口5.1.3.1延伸到杆部5.2的轴向伸展的空腔5.2.1中。传感器单元以上述方式沿其纵向延伸有间距地示出线圈形式的两个传感器1.1和1.2。连接金属线(在此未示出)从线圈1.1、1.2向近端方向延伸，直至相应的金属线的相应的近端的连接端部或者接触端部，必要时利用插头的设计，插头用于将金属线连接到导航系统2的控制和处理电子系统3(未示出)。
线圈1.1处于传感器单元1的末梢的端部上，由此处于内窥镜5的相对于中轴线X轴向平行地延伸的杆部5.2内部，因此同样平行于中轴线X定向。相对于线圈1.1有间距地布置在传感器单元1上的线圈1.2，处于导入头5.1的相对于中轴线X以有限的角度延伸的凸出部5.1.3中，方式是空腔5.2.1的内径部段同样相对于中轴线X以有限的角度延伸，线圈1.2在凸出部5.1.3中的定向或者延伸同样相对于轴线X围成有限的角度。两个线圈1.1、1.2因此不彼此平行，而是相对于彼此以有限的角度定向。
在外部施加不均匀的电磁场(例如通过场发生器2.1产生)，线圈1.1、1.2处于其中的情况下，线圈1.1、1.2因此有区别地感知该场，并且向控制和处理电子系统3发送不同的信号。因此，通过线圈1.1、1.2的这种不同的定向，精确确定内窥镜装置在电磁场中、因此在空间中的完整的定位和定向。
如上所述，传感器单元1具有固定地布置的Luer适配器部件1.4。Luer适配器部件1.4能与内窥镜5的凸出部5.1.3上的互补的Luer适配器部件1.4、5.1.3.2连接(在此已连接)，两者共同形成Luer适配器1.4、5.1.3.2。凸出部5.1.3和传感器单元1因此可以通过Luer适配器以本身已知的方式卡口式固定地相互连接。由此，在固定状态下，相对于凸出部5.1.3、也相对于内窥镜装置5的头部5.1以及相对于杆部5.2，定义适配器部件1.4的位置。因为如上所述，传感器单元1轴向固定地配设有支架，所以由此也确定线圈1.1、1.2的纵向位置，特别是末梢的线圈1.1在杆部5.2中的纵向位置，由此确定内窥镜装置5的纵向位置，由此也确定线圈1.1与杆部5.2的末梢的端部的距离，特别是轴向距离。由此，通过施加的电磁场中的线圈1.1的传感器信号，也可以确定线圈1.1的位置，并且可以基于相对于杆部5.2的末梢的端部的固定的距离，来确定杆部5.2的末梢的端部在电磁场中的位置，由此确定在空间中的位置。
图5以纵向剖视图示出双重插套的导引棒6，其带有居中的长条形的、纵向延伸穿过整个导引棒的筒形的第一空腔6.1，以及平行于第一空腔6.1的、在导引棒6的长度的大部分上延伸的筒形的第二空腔6.2。第二空腔6.2在末梢通向侧向的开口6.2.1。在近端，空腔6.2同样有间距地通到导引棒6的近端的端侧面6.3，而空腔6.1延伸直至近端的端部6.3。在近端的区域中，除了空腔6.1之外，导引棒6也变细，并且配设有轴向平行的平整部6.4。
在导引棒6的近端的端部上能套装适配器6.5，适配器6.5具有将空腔6.2对齐地延长的空腔6.5.1，空腔6.5.1又终结于适配器6.5的入口区域6.5.2中。入口区域6.5.2相对于空腔6.2的轴向延伸具有有限的角度，确切而言优选相对于导引棒的纵轴线或者空腔6.2的延伸方向具有35°的角度。
为了稳定适配器6.5，在适配器的插接部6.5.4和入口区域6.5.2之间的角部中配设有连接板6.5.5。适配器6.5是一体地设计的，并且优选由塑料制成。
通过入口区域6.5.2，将按照图1、2的传感器单元插入至空腔6.2中，其中，传感器单元1的末梢的传感器1.1处于空腔6.2的末梢的区域中，并且在适配器1.4利用其筒形护套形的末梢的环形空腔1.8完全插装在适配器6.5的筒形护套壁6.5.3上时，传感器1.2处于弯折的入口区域6.5.2的区域中。
评估单元可以探测插入导引棒6中的传感器单元1的两个传感器1.1、1.2的不同的定向，特别是传感器1.1、1.2相对于彼此的准确角度，并且基于此相应地选择或者调整控制单元的屏幕上的显示，这在下文中还要针对空心针和内窥镜进行详细说明。
作为在本发明的内容的范围内、特别是在探测系统的范围内可探测的另外的外科器械，配设Yamshidi穿刺针7，如图6所示。这种穿刺针7是两件式地设计的。其一方面具有针管7.1，另一方面具有三棱部7.2，两者分别配设有把手7.1.1和7.2.1。三棱部7.2突伸超过针管7.1，并且具有尖的末梢的端部7.2.2，末梢的端部7.2.2设计为圆锥形的或者设计为套管针。在通常的这种穿刺针7中，三棱部实心地设计。
按照本发明的三棱部7.2具有轴向长条形的筒形的空腔7.2.3，如在图6a的三棱部7.2的纵剖面中可以看到的。空腔7.2.3从三棱部7.2.1的近端的适配器部件7.2.1开始延伸经过三棱部7.2，并且相对于末梢的尖部7.2.2有间距地终结。适配器部件7.2.1又具有入口区域7.2.4，入口区域7.2.4带有基本上筒形的护套壁7.2.5，入口区域7.2.4以相对于三棱部7.2的延伸方向或者其轴线A7的有限的角度定向。入口区域7.2.4相对于三棱部的轴线A7的相对角度α与在根据本发明的探测系统的范围内能使用的其他外科器械的相对角度不同，确切而言至少相差5°，在所示实施例中为65°。
图1、2的传感器单元1也通过穿刺针7的三棱部7.2的入口区域7.2.4插入直至轴向的空腔7.2.3中，并且传感器单元1的适配器部件1.4利用其筒形的环形空间1.8定位在入口区域7.2.4的护套7.2.5上，使得传感器1位于三棱部7.2的轴向空腔7.2.3的末梢的端部区域中，但是传感器1.2位于为此以所述有限的角度定向的入口7.2.5中。
这样，又可以通过评估单元来确定传感器1.1和1.2在电磁场中的相对位置、特别是准确的角度定向，由此作为外科器械，识别出Yamshidi穿刺针，并且相应地将显示内容显示在处理电子系统的监视器上，如上所述，这将在下文中针对(伸展的)空心针和内窥镜详细进行说明。那里的说明同样以相应的方式适用于上述导引棒，也适用于在此所述的Yamshidi穿刺针。
按照本发明的探测系统特别是通过传感器单元1、器械2.2、5、6、7中的至少两个以及评估单元3.1.3构成，其在下文中在包括的控制和处理电子系统3的范围中说明。
图7示出按照本发明的术中导航系统2和其基本组件的示意性框图式图示。导航系统2的部件是传感器单元1、控制和处理电子系统3、场发生器2.1、至少一个旋转对称的器械2.2、例如空心针2.2和至少一个内窥镜2.3。
控制和处理电子系统3具有导航单元3.1和用于内窥镜2.3的摄像机系统3.2，如图7所示。
导航单元3.1首先具有用于控制场发生器2.1的控制单元3.1.1。此外，导航单元3.1具有与传感器单元1连接的接收单元3.1.2，用于接收和进一步处理传感器单元的信号S1、S2。如此接收到并且调整后的传感器信号通过评估单元3.1.3进一步进行处理，评估单元3.1.3可以通过软件模块来实现。评估单元3.1.3首先具有用于器械识别的功能模块3.1.3.3.1，即，识别是否连接有旋转对称的器械2.2，例如空心针，或者非旋转对称的器械，例如内窥镜2.3。
功能模块3.1.3.3.1又与布局控制系统3.1.3.3连接，借助布局控制系统3.1.3.3来控制监视器上的显示的布局，确切而言，在旋转对称的器械2.2的情况下，通过功能模块3.1.3.3.1控制相应于图9的显示的布局，在内窥镜2.3的情况下，通过功能模块3.1.3.3.1控制相应于图10的显示的布局，以获得内窥镜图像。
评估单元3.1.3还具有馈入模块3.1.3.2，用于将内窥镜2.3的视频信号馈入通过功能模块3.1.3.1产生的图10的监视器图像的图示中。
内窥镜2.3的视频信号通过内窥镜2.3的摄像机系统3.2输送给导航单元3.1，导航单元3.1一方面具有用于处理内窥镜2.3的图像的评估单元3.1.3，另一方面具有用于控制内窥镜的摄像机的控制单元3.1.1。
相应于图8，按照本发明的导航系统的工作流程如下：
在导航单元3.1启动之后，询问传感装置的信号。一旦使用者将传感器单元1带入场发生器2.1的作业区域中，则可以识别并且测量信号。若根据询问B，传感器信号不等于值零，并且相应于传感器单元1，则进行器械询问C。为此，评估两个传感器线圈(步骤D)的定向。在此，若两个线圈1.1、1.2与冲洗通道的几何形状相应，相对于彼此形成不等于零的有限的相对角度(距离和角度)，则这被软件识别，并且相应地作为被导航的器械，显示内窥镜2.3。此外，按照图10进行布局调整。若作为被导航的器械，已经识别出内窥镜2.3，则利用近端的传感器线圈1.2的信号，来测量内窥镜在作业区域中的位置(步骤E)，并且基于测量F，显示相对于3D图像数据组的位置(步骤G)。此外，如上所述，在监视器中导入内窥镜图像。特别是，可以基于线圈1.2在内窥镜中的已知位置，来推断内窥镜的末梢的端部在空间中的位置，并且将其在脊柱区域的图像中显示，如图10中所示。
若在步骤D中确定两个传感器线圈1.1、1.2的定向与如下准确定义的位置不同，该准确定义的位置相应于内窥镜的冲洗通道相对于内窥镜的主轴线的位置，其通常为25°，则识别为旋转对称的器械(针)，并且连同相应的布局显示一起由导航系统输出(步骤H)。使用传感器线圈1.1来确定作业区域中的器械位置(步骤J)，并且相应于测得的位置(步骤K)，在3D图像数据组中进行显示(步骤L)。
若导航系统基于两个线圈1.1、1.2在不均匀的场中的轴向的定向，即形成相对角度的定向(该相对角度与内窥镜的背离的连接相对于其主轴线通常为25°的布置不一致，特别是低于该角度)，作为旋转对称的器械识别出，使用空心针2.2，则为使用者自动在监视器2.4上示出显示内容，其中，患者的身体，确切而言脊柱区域或者该区域(在此即脊柱4)的一部分，由四个层在叠加手术器械或者空心针2.2的视图的情况下显示。该显示基于患者的图像数据组，患者的图像数据组借助计算机断层扫描(CT)或者磁共振断层扫描(MRT)获得(由于专利形式要求，图9以及图10仅示出实际在监视器2.4上显示的彩色或者灰度图像的简化的示意性视图，并且同样仅以黑色视图示出手术器械或者内窥镜的杆部和末梢端部，其实际上在监视器2.4上对比式地以彩色示出)。
在监视器图像2.4.1中，在左上部(A)示出脊柱4的相应于器械的目标显示的区域，即以沿器械的或者空心针2.2的轴线X的方向的轴线方向的器械的或者空心针2.2的定向(为此也显示图9的其他视图)。旁边右侧(B)进行矢状显示，即显示如下平面，该平面的垂线矢状地定向，即从患者背部至胸部。左下部的视图(C)是轴向显示，即相应于脊柱的延伸方向。最后的右下部的视图(D)示出冠状显示，即从侧向开始。
若导航系统2通过两个线圈1.1、1.2形成相应于内窥镜的主轴线和近端的分支之间通常为25°的角度的有限的角度的定向，识别出内窥镜，则在相应于图10的监视器左侧的大部分图像中，示出内窥镜的摄像机的真实图像。右侧从上到下的视图(B-D)又示出了参照图9所述的显示，确切而言，在此B为矢状，C为冠状，并且D为轴向，如也与图9的比较所示。
按照本发明的导航系统基于传感器单元的两个线圈相对于彼此的定向，直接识别末梢端部处于手术位置处的外科器械的种类，并且自动在监视器2.4上，向手术医生示出对其相关的相应的视图。
由此，手术医生基于对传感器信号的评估和在评估设备的屏幕上的图像显示，准确识别杆部5.2的末梢的端部的位置，由此也识别内窥镜装置5的位置，由此准确地知道他在何处使用他的器械作业，必要时手术医生通过内窥镜装置的其他内径将他的器械导入并且穿过内窥镜装置。相应的内容适用于传感器单元1在空心针2.2中定向的情况。

Claims (26)

1.一种导航装置，所述导航装置包括：
控制和处理电子系统；
用于产生电磁场的场发生器；以及
探测系统，所述探测系统包括：
至少两个外科器械，所述外科器械分别具有沿器械的纵轴线纵向延伸的空腔和近端的入口区域，第一器械在纵轴线和所述第一器械的入口区域之间具有第一角度，第二器械在纵轴线和所述第二器械的入口区域之间具有第二角度，其中，所述第一角度和所述第二角度是不同的；
每一个器械的具有两个电磁传感器的传感器单元，其中，每一个传感器单元的第一传感器在每一个器械的空腔中轴向延伸，并且每一个传感器单元的第二传感器布置在每一个器械的入口区域中，并且每一个传感器单元的第二传感器相对于相应的传感器单元的第一传感器具有不同的角度；
评估单元，所述评估单元用于评估传感器相应于其在场发生器的场中的位置传输到评估单元的信号，以确定器械，并且基于每一个外科器械的两个传感器的不同的定向来辨别所述至少两个外科器械，其中，所述控制和处理电子系统包括导航单元，所述评估单元适配到所述导航单元中。
2.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，配设有下述器械中的至少两个：空心针(2.2)、导引棒(6)、Yamshidi进入针(7)和/或内窥镜(5)。
3.按照权利要求2所述的导航装置，其特征在于，所述导引棒(6)是双重插套的。
4.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，配设有至少四个不同的器械。
5.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，每一个器械的入口区域(5.1.3.1、6.5.2、7.2.4)相对于相应的器械的空腔(5.2.1、6.2、7.2.3)的纵向延伸具有0°、15°、25°、35°、45°、55°、65°或者75°的角度。
6.按照权利要求5所述的导航装置，其特征在于，两个传感器(1.1、1.2)相对于彼此具有固定的纵向距离。
7.按照权利要求6所述的导航装置，其特征在于，传感器(1.1、1.2)是由能导电的线制成的线圈。
8.按照权利要求7所述的导航装置，其特征在于，所述线圈由金属制成。
9.按照权利要求7所述的导航装置，其特征在于，所述线圈由铜或者银制成。
10.按照权利要求8所述的导航装置，其特征在于，所述传感器单元(1)具有包围传感器(1.1、1.2)的柔性的保护软管(1.3)。
11.按照权利要求10所述的导航装置，其特征在于，所述保护软管由塑料制成。
12.按照权利要求10所述的导航装置，其特征在于，所述保护软管由生物相容的、可消毒的塑料制成。
13.按照权利要求10所述的导航装置，其特征在于，所述保护软管由聚醚制成。
14.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，传感器单元具有固定地布置的Luer适配器，用于将传感器单元精确固定在外科器械上，其中，所述Luer适配器的近端的入口区域(5.1.3.1、6.5.2、7.2.4)具有适配器部件。
15.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，传感器单元具有固定地布置的Luer适配器，用于将传感器单元精确固定在外科器械上，其中，所述Luer适配器的近端的入口区域(5.1.3.1、6.5.2、7.2.4)具有器械(2.2、5、6、7)的适配器部件。
16.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，配设有近端的端部处的传感器(1.1、1.2)的电连接线路(1.5)，用于与所述评估单元(3.1.3)连接。
17.按照权利要求16所述的导航装置，其特征在于，所述电连接线路(1.5)被由生物相容的、可消毒的塑料制成的保护软管(1.3)包围。
18.按照权利要求16所述的导航装置，其特征在于，所述电连接线路(1.5)被由硅酮制成的保护软管(1.3)包围。
19.按照权利要求17所述的导航装置，其特征在于，所述保护软管(1.3)直接在传感器单元(1)的适配器部件(1.4)的近端被弯折保护装置(1.7)包围。
20.按照权利要求19所述的导航装置，其特征在于，所述弯折保护装置(1.7)由生物相容的、可消毒的塑料包围。
21.按照权利要求19所述的导航装置，其特征在于，所述弯折保护装置(1.7)由硅酮包围。
22.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，所述评估单元(3.1.3)是控制和处理电子系统(3)的一部分。
23.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于，配设有监视器(2.4)。
24.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于如下构造，所述构造用于在患者的脊柱区域的图像中，以叠加的方式显示至少两个器械。
25.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于如下构造，所述构造用于在患者的脊柱区域的图像中，以叠加的方式显示空心针(2.2)、双重插套的导引棒(6)、进入针(7)和/或内窥镜(5)。
26.按照权利要求1所述的导航装置，其特征在于如下构造，所述构造用于在患者的脊柱区域的图像中，以叠加的方式显示至少两个器械的末梢的端部。
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