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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Relativposition
eines Markierelementes eines Navigationssystems an einem chirurgischen
Instrument, bei dem an dem Instrument das Markierelement an verschiedenen
Stellen des Instrumentes und in definierter Lage zum Instrument
festgelegt wird.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein chirurgisches Instrument zur Durchführung dieses
Verfahrens und auch ein Navigationssystem zur Bestimmung der Relativposition
eines Markierelementes eines Navigationssystems an einem chirurgischen
Instrument, an welchem das Markierelement an verschiedenen Stellen
des Instrumentes und in definierter Lage zum Instrument festlegbar
ist, mit Sendern und Empfängern
von Strahlung zur Lagebestimmung eines Markierelementes und mit
einer Datenverarbeitungseinrichtung.
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Es
sind navigierte chirurgische Instrumente bekannt, bei denen mehrere
Reflexionskörper
des Navigationssystems an verschiedenen Stellen des Instrumentes über Kupplungen
festgelegt werden können
(gattungsbildende Druckschrift
DE 296 23 41 U1 ). Das Navigationssystem erkennt
diese unterschiedlichen Positionen der Markierelemente und kann
aus dem Muster der in dieser Weise erkannten Markierelemente das
Instrument identifizieren. Es ist daher notwendig, dass an allen
Kupplungen entsprechende Markierelemente festgelegt werden.
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Es
ist weiterhin bekannt, an chirurgischen Instrumenten mehrere Markierelemente
gleichzeitig anzuordnen, beispielsweise an einer Bohrmaschine einerseits
und an einer einen von der Bohrmaschine gehaltenen Bohrer umgebenden
Bohrhülse
andererseits (
US
2002/0016599 A1 ). Dadurch kann einerseits die Tiefe des
Bohrers bestimmt werden und andererseits die Orientierung des Bohrers.
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Bei
der Verwendung von navigierten chirurgischen Instrumenten, bei denen
deren Position und Orientierung, im folgenden als Lage bezeichnet,
im Raum mittels eines Navigationssystems bestimmt werden, muss darauf
geachtet werden, dass das an dem Instrument festgelegte Markierelement
ununterbrochen für
den Sender und Empfänger
des Navigationssystems sichtbar ist, da die von dem Sender auf das
Markierelement gesandte und von diesem an den Empfänger des
Navigationssystems gesandte Strahlung für den Navigationsprozeß ununterbrochen
zur Verfügung
stehen muss.
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Bei
unterschiedlichen Zugängen
zum Körper und
bei unterschiedlicher Lage des Körpers
auf dem Operationstisch kann dies schwierig sein, da eine Abschattung
oder Abdeckung eintreten kann. Es kann dann notwendig sein, das
verwendete Instrument auszutauschen gegen ein Instrument, an dem
das Markierelement in anderer Lage festgelegt ist, so dass bei einem
speziellen Einsatz keine derartige Abdeckung des Markierelementes
eintritt.
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Dies
ist natürlich
umständlich
und setzt voraus, dass mehrere derartige Instrumente mit unterschiedlich
orientierten Markierelementen zur Verfügung stehen, die wahlweise
bei verschiedenen Zugängen
und verschiedenen Lagen des Patienten eingesetzt werden können.
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In
der
US 2004/0054489
A1 ist ein chirurgisches Instrument beschrieben, welches
verschieden orientierte und angeordnete Kupplungen für ein Markierelement
eines Navigationssystems aufweist, so dass der Benutzer die Möglichkeit
hat, das Markierelement in einer Position und einer Orientierung
am Instrument festzulegen, die eine gute Sichtbarkeit des Markierelementes
durch das Navigationssystem gewährleisten.
Bei diesem bekannten System muss die relative Lage des auf das Instrument
aufgesetzten Markierelementes zu einer Längsachse des Instrumentes in
dem Navigationssystem gespeichert werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren so auszubilden,
dass mit ihm eine Vereinfachung erzielt werden kann, insbesondere
soll mit diesem Verfahren eine selbstständige Erkennung der Stelle
erfolgen, an der das Markierelement am Instrument aufgesetzt ist,
und damit auch eine selbstständige
Erkennung der Lage des Markierelementes relativ zu dem Instrument
an dieser Stelle, an der das Markierelement am Instrument festgelegt
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass für
alle Stellen die Lagedaten des Markierelementes relativ zu einem
ausgewählten
Bezugspunkt des Instrumentes bestimmt und den Lagedaten jeder Stelle
entsprechende Datensätze
gespeichert werden, dass mittels des Navigationssystems die Lage
des Bezugspunktes und die Lage des Markierelementes bestimmt werden,
dass aus den Lagedaten des Bezugspunktes und des Markierelementes die
Lagedaten des Markierelementes relativ zu dem ausgewählten Bezugspunkt
berechnet werden und daß diese
berechneten Lagedaten des Markierelementes relativ zu dem ausgewählten Bezugspunkt mit
den gespeicherten Datensätzen
verglichen und zur endgültigen
Festlegung der Lagedaten des Markierelementes relativ zu dem ausge wählten Bezugspunkt
die Daten des gespeicherten Datensatzes ausgewählt werden, die den berechneten
Lagedaten am nächsten
kommen.
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Man
verwendet also ein Instrument, an dem Markierelemente an unterschiedlichen
Stellen und in unterschiedlicher Orientierung relativ zum Instrument an gebracht
werden können,
beispielsweise durch eine geeignete Aufsteckkupplung. Der Operateur kann
also bei Bedarf das Markierelement auf eine andere Kupplung umstecken
und damit erreichen, daß das
Markierelement relativ zum Instrument so positioniert ist, daß bei dem
jeweiligen Einsatz des Instrumentes eine volle Sichtbarkeit der
Einzelteile des Markierelementes in Bezug auf das Navigationssystem
erhalten bleibt. Es ist aber notwendig, daß dem Navigationssystem bei
einem solchen Wechsel der Stelle eine Information zukommt darüber, an
welcher Stelle sich nunmehr das Markierelement am Instrument befindet,
damit das Navigationssystem zur Berechnung der Lage des Instrumentes
diese geänderte
Stelle und damit die geänderte
Relativposition des Markierelementes zum Instrument berücksichtigen kann.
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Unter "unterschiedlicher
Stelle" wird im
Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur ein unterschiedlicher
Ort an dem Instrument verstanden, an dem das Markierelement angeordnet
werden kann, sondern gegebenenfalls auch eine unterschiedliche Orientierung
des Markierelementes am selben Ort. Wesentlich ist lediglich, daß die Lage
der die Strahlung empfangenden und/oder die Strahlung emittierenden
Teile des Markierelementes an "unterschiedlichen
Stellen" relativ
zu dem Instrument unterschiedlich ist, so daß dadurch diese strahlungsempfangenden
beziehungsweise strahlungsemittierenden Teile der Markierelemente
an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind. Der Festlegungspunkt
des Markierelementes am Instrument kann dabei unterschiedlich sein,
es ist aber grundsätzlich
auch möglich,
daß dieser
Festlegungspunkt gleich ist, jedoch die Orientierung des Markierelementes
bei gleichem Festlegungspunkt geändert
wird. Eine Änderung
der Orientierung kann auch bei unterschiedlichen Festlegungspunkten
erfolgen.
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Um
die Auswahl der Stellungen möglichst rasch
und einfach durchführen
zu können
und dabei mit hoher Genauigkeit, werden zunächst für alle Stellen die Lagedaten
des Markierelementes relativ zu einem instrumentenfest ausgewählten Bezugspunkt bestimmt.
Diese Bestimmung kann beispielsweise vom Hersteller des Instrumentes
durch Ausmessen von Abständen
der Einzelteile des Markierelementes von diesem ausgewählten Bezugspunkt
sehr genau vorgenommen werden. Die entsprechenden Lagedaten werden
in Datensätzen
gespeichert.
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Um
festzustellen, an welcher Stelle des Instrumentes sich das Markierelement
tatsächlich
befindet, wird nun mittels des Navigationssystems einmal die Lage
des Bezugspunktes und zum andere die Lage des Markierelementes bestimmt.
Die Lage des Bezugspunktes läßt sich
oft nicht sehr genau bestimmten, beispielsweise kann der Bezugspunkt
dadurch bestimmt werden, daß das
Instrument an einer Anlagefläche
angelegt wird, deren Position bekannt ist oder durch das Navigationssystem
bestimmt wird, wobei der Bezugspunkt relativ zu der Anlagefläche in einer
definierten Position liegt. Während
der Operation können
sich hier Fehler ergeben, so daß die
Lage des Bezugspunktes nicht mit der erforderlichen Genauigkeit
erfolgen kann, während
das Navigationssystem die Lage des Markierelementes natürlich mit der
Genauigkeit bestimmen kann, die dem Navigationssystem eigen ist.
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Die
Lagedaten des Bezugspunktes und des Markierelementes, die auf diese
Weise bestimmt werden, sind daher nur als Rohdaten zu verwenden, da
sie nur ungefähr
die Lagedaten des Markierelementes an der jeweiligen Stelle des
Instrumentes relativ zum Bezugspunkt angeben. Vergleicht man jedoch
diese als Rohdaten gewonnenen Lagedaten mit den gespeicherten Datensätzen, so wird
sich ergeben, daß diese
Rohdaten einem der gespeicherten Datensätze besonders nahekommen, und
wählt man nunmehr
die gespeicherten Daten dieses Datensatzes aus, so erhält man eine
genaue Zuordnung des Markierelementes an einer bestimmten Stelle
des Instrumentes und des Bezugspunktes, das heißt auf diese Weise kann mit
der erforderlichen Sicherheit dem Navigationssystem mitgeteilt werden,
an welcher Stelle des Instrumentes das Markierelement sich befindet.
Dies ist möglich,
obwohl der Bezugspunkt nur mit einer relativ geringen Genauigkeit
bestimmt werden muß,
trotzdem ergibt sich eine eindeutige und klare Zuordnung zu einer
bestimmten Stelle des Instrumentes, an der das Markierelement festgelegt
ist.
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Es
kann beispielsweise vorgesehen sein, daß man zur Bestimmung der Lage
des ausgewählten
Bezugspunktes das Instrument in eine definierte Anlage an einen
Körper
bringt, der mit einem Markierelement des Navigationssystems verbunden
ist, und daß man
aus den gemessenen Lagedaten des Körpers und den gespeicherten
relativen Lagedaten des Körpers
und des Instrumentes bei der definierten Anlage des Instrumentes
am Körper
die Lagedaten des ausgewählten
Bezugspunktes berechnet. Wenn beispielsweise der Körper eine
bestimmte Aufnahmevertiefung aufweist, in die ein bestimmtes Teil
des Instrumentes in definierter Anlage einführbar ist, kann man aus den
gespeicherten relativen Lagedaten des Körpers und des Instrumentes
bei der definierten Anlage die Lage des Bezugspunktes zum Körper übernehmen
und daraus bei Kenntnis der Lagedaten des Körpers auch die Lagedaten des
ausgewählten
Bezugspunktes berechnen.
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Es
ist dabei günstig,
wenn der ausgewählte Bezugspunkt
des Instrumentes in der definierten Anlage am Körper mit einem Referenzpunkt
des Körpers
zumindest annähernd
zusammenfällt.
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Ein
solcher Referenzpunkt kann beispielsweise der Mittelpunkt eines
Acetabulums eines Beckenknochens sein. Insbesondere ist es in diesem Falle
günstig,
wenn das Instrument einen kugelig geformten Fräskopf trägt und wenn der ausgewählte Bezugspunkt
im Mittelpunkt des kugeligen Fräskopfes
liegt. Legt man diesen kugeligen Fräskopf in das Acetabulum eines
Beckenknochens ein, so wird der Mittelpunkt des Fräskopfes
mit dem Mittelpunkt des Acetabulums zumindest annähernd zusammenfallen und
man erhält
auf diese Weise eine klare Beziehung zwischen den Lagedaten des
Mittelpunktes des Fräskopfes
und damit des ausgewählten
Bezugspunktes am Instrument einerseits und des Mittelpunkts des Acetabulums
und damit des Körpers
andererseits, der über
das Markierelement navigiert ist.
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Der
Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein chirurgisches Instrument
zur Durchführung dieses
Verfahren sowie ein zugehöriges
Navigationssystem anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein chirurgisches Instrument zur Durchführung des Verfahrens eines
der Ansprüche
1 bis 5, welches mehrere Kupplungen zum Aufsetzen eines Markierelementes
auf das Instrument aufweist, die das Aufsetzen des Markierelementes
auf das Instrument in verschiedenen Relativpositionen ermöglichen,
und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Instrument einen
kugelig geformten Fräskopf
trägt und dass
der ausgewählte
Bezugspunkt im Mittelpunkt des kugeligen Fräskopfes liegt.
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Diese
Ausgestaltung ermöglicht
in einfacher Weise die Grobbestimmung der Lage des Bezugspunktes
am Instrument. Es genügt
dazu beispielsweise, den Fräskopf
in eine vorgeformte halbkugelige Wanne in einem Knochen einzusetzen,
wobei der Knochen in an sich bekannter Weise durch ein Markierelement
navigiert wird. Wenn die Lage des Mittelpunktes dieser Pfanne bekannt
ist, ergibt sich damit auch die Lage des Bezugspunktes des halbkugeligen Fräskopfes,
allerdings gegebenenfalls nicht mit hoher Präzision, da bei der Anlage des
Fräskopfes
in der Pfanne Ungenauigkeiten auftreten können. Dies ist aber unerheblich,
da die Rohbestimmung der Lage des Bezugspunktes ausreicht, um die
jeweilige Stellung des Markierelementes am Instrument festzustellen
und dann aufgrund des gespeicherten Datensatzes die genaue Lage
des Bezugspunktes zu bestimmen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Relativpositionen so gewählt sind,
daß die
Lagedaten des Markierelementes relativ zu einem ausgewählten Bezugspunkt des
Instrumentes für
alle Relativpositionen des Markierelementes und des Instrumentes
unterscheidbar sind, so dass bei Bestimmung der Lagedaten des Markierelementes
relativ zu dem ausgewählten
Bezugspunkt klar ist, in welcher Relativposition des Instrumentes
sich das Markierelement jeweils befindet.
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Die
Kupplungen können
beispielsweise radial von einem Teil des Instrumentes abstehen und
in unterschiedliche Richtung weisen.
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Es
kann insbesondere vorgesehen sein, dass die radial abstehenden Kupplungen
in einer Ebene liegen und radial zu einer senkrecht auf dieser Ebene
stehenden Längsachse
verlaufen und dass der Fräskopf
mit seinem Mittelpunkt seitlich gegenüber der Längsachse versetzt ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Navigationssystem zur Bestimmung der
Relativposition eines Markierelementes eines Navigationssystems
an einem chirurgischen Instrument, an welchem das Markierelement
an verschiedenen Stellen des Instrumentes und in definierter Lage
zum Instrument festlegbar ist, mit Sendern und Empfängern von
Strahlung zur Lagebestimmung eines Markierelementes und mit einer
Datenverarbeitungseinrichtung.
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Um
mit Hilfe eines solchen Navigationssystems in einfacher Weise die
Anordnung des Markierelementes an einer bestimmten Stelle des Instrumentes
feststellen zu können,
wird vorgeschlagen, dass die Datenverarbeitungseinrichtung so programmiert
ist, dass sie für
jede Stelle einen Datensatz der Lagedaten des Markierelementes relativ
zu einem ausgewählten
Bezugspunkt des Instrumentes speichert und dass sie aus den vom
Navigationssystem bestimmten Lagedaten des Bezugspunktes und des Markierelementes
die Lagedaten des Mar kierelementes relativ zu dem ausgewählten Bezugspunkt berechnet
und daß sie
diese berechneten Lagedaten des Markierelementes relativ zu dem
ausgewählten Bezugspunkt
mit den gespeicherten Datensätzen vergleicht
und zur endgültigen
Festlegung der Lagedaten des Markierelementes relativ zu dem ausgewählten Bezugspunkt
die Daten des gespeicherten Datensatzes auswählt, die den berechneten Lagedaten
am nächsten
kommen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht eines Patienten mit einem mit einem Markierelement
versehenen Beckenknochen, eines mit einem Markierelement versehenen
Instrumentes und eines Navigationssystems mit Datenverarbeitungseinrichtung
zur Lagebestimmung der Markierelemente;
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2:
eine schematische Ansicht eines mit Markierelementen versehenen
Instrumentes bei der Anlage im Acetabulum eines Beckenknochens und
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3:
eine perspektivische Ansicht des Instrumentes der 2 mit
in unterschiedlichen Stellen und in unterschiedlicher Richtung am
Instrument festgelegten Markierelementen.
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Die
Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines Instrumentes erörtert, daß zur Bearbeitung
des Acetabulums in einem Beckenknochen verwendet wird.
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Eine
solche Bearbeitung wird bei dem Ersatz des natürlichen Hüftgelenks durch ein künstliches Hüftgelenk
notwendig, das Acetabulum muß mittels eines
in der Regel kugelig ausgebildeten Fräskopfes für die Aufnahme einer künstlichen
Hüftgelenkspfanne
vorbereitet werden.
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Zu
diesem Zweck wird ein Instrument 1 verwendet, das an seinem
Ende einen kugelig ausgebildeten, rotierenden Fräskopf 2 trägt. Das
in der Zeichnung dargestellte Instrument weist dazu einen länglichen
Schaft 3 auf mit einem radial abstehenden Handgriff 4 und
mit einem sich an den Schaft 3 anschließenden vorderen, schräg zur Längsachse
des Schaftes 3 verlaufenden Abschnitt 5, der an
seinem freien Ende den halbkugelförmigen Fräskopf 2 trägt. Die
Drehachse des Fräskopfes 2 ist
dadurch seitlich gegenüber
der Längsachse
des Schaftes 3 versetzt, es ergibt sich eine gekröpfte Anordnung
des Instrumentes 1.
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An
dem Schaft 3 sind an einer diesen konzentrisch umgebenden
und an ihm festgelegten Ringmanschette 6 mehrere radial
abstehende Kupplungszapfen 7 angeordnet, im Ausführungsbeispiel der 2 sind
zwei diametral einander gegenüberliegende
Kupplungszapfen 7 dargestellt, beim Ausführungsbeispiel
der 3 dagegen acht sternförmig nach allen Seiten abstehende
Kupplungszapfen 7. Auf jeden Kupplungszapfen 7 kann
ein Markierelement 8 eines Navigationssystems 9 in
definierter Lage und wieder ablösbar
aufgesteckt werden. Jedes dieser Markierelemente 8 träg in dem
dargestellten Ausführungsbeispiel
vier kugelförmige
Reflektoren 10, die im Abstand zueinander angeordnet sind.
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Normalerweise
wird auf ein Instrument 1 nur ein Markierelement 8 aufgesetzt,
es kann dabei in unterschiedlicher Lage relativ zu dem Instrument 1 angeord net
sein, abhängig
davon, auf welchen der mehreren Kupplungszapfen 7 das Markierelement 8 aufgesteckt
wird. Bei dem Ausführungsbeispiel
der 3 sind acht verschiedene Lagen des Markierelementes 8 relativ
zum Instrument möglich,
beim Ausführungsbeispiel
der 2 nur zwei. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist
das Instrument mit zwei Markierelementen dargestellt. Normalerweise wird
nur ein Markierelement aufgesteckt, in der Darstellung der 2 sind
nur zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Abstände der
Reflektoren 10 des Markierelementes 8 von einem
instrumentenfesten ausgewählten
Bezugspunkt 11 zwei Markierelemente in unterschiedlichen
Stellen und Orientierungen dargestellt. Der ausgewählte Bezugspunkt 11 des
Instrumentes der 2 kann beispielsweise der Mittelpunkt
des Fräskopfes 2 sein,
der aufgrund der seitlich versetzten Anordnung des Fräskopfes 2 gegenüber der
Längsachse
des Schaftes 3 seitlich versetzt ist. Wenn die Markierelemente 8 auf
zwei vom Schaft radial abstehende Kupplungszapfen 7 aufgesetzt
werden, ergeben sich damit unterschiedliche Abstände der Reflektoren 10 des
Markierelementes 8 von diesem ausgewählten Bezugspunkt 11 im
Mittelpunkt des Fräskopfes 2.
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Dasselbe
gilt hinsichtlich der Markierelemente beim Ausführungsbeispiel 3,
bei dem zusätzliche Stellungen
des Markierelementes relativ zum Instrument angenommen werden können.
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Die
Lage des Markierelementes 8 kann mittels des Navigationssystems 9 bestimmt
werden, das in an sich bekannter Weise mehrere im Abstand voneinander
angeordnete Sender 12 aufweist, die gleichzeitig auch als
Empfänger
wirken können.
Diese senden eine Strahlung aus, beispielsweise eine Infrarotstrahlung,
die an den Reflektoren 10 der Markierelemente 8 reflektiert
wird und von den Empfängern
des Navigationssystems wieder aufgefangen wird. Mit Hilfe dieser
Strahlung kann die Lage jedes Reflektors im Raum bestimmt werden
und damit die Position und die Orientierung jedes Markierelementes,
da die relative Zuordnung der Reflektoren 10 am Markierelement 8 immer
gleich bleibt und dem Navigationssystem bekannt ist.
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Ein
weiteres derartiges Markierelement 13 wird während einer
Hüftgelenksoperation
am Beckenknochen 14 eines Patienten festgelegt, in ähnlicher
Weise kann ein zusätzliches
Markierelement 15 am Femur 16 festgelegt werden.
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Die
Lagedaten aller Markierelemente werden von dem Navigationssystem 9 ermittelt
und können
in einer Datenverarbeitungseinrichtung 17 verarbeitet werden,
dieser Datenverarbeitungseinrichtung 17 kann eine Anzeigeeinheit 18 zugeordnet
sein, auf der entsprechend den ermittelten Daten Orientierungshilfen
für den
Operateur angezeigt werden.
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In
der Datenverarbeitungseinrichtung 17 werden Datensätze gespeichert,
die die Lagedaten des Markierelementes 8 am Instrument 1 relativ
zu dem ausgewählten
Bezugspunkt 11 wiedergeben, und zwar für die unterschiedlichen Stellungen
des Markierelementes 8 beim Aufstecken auf verschiedenen
Kupplungszapfen 7. Für
jeden dieser Kupplungszapfen 7 ergibt sich ein solcher
Datensatz, der in der Datenverarbeitungseinrichtung abgelegt ist.
Diese Daten können
sehr genau ermittelt werden, beispielsweise unmittelbar vom Hersteller
durch Ausmessen der Abstände
zwischen den Reflektoren 10 und dem Bezugspunkt 11.
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Während der
Operation wird die Lage des Mittelpunktes des Acetabulums im Beckenknochen und
damit relativ zu dem Markierelement 13 bestimmt. Dies kann
in unterschiedlicher Weise erfolgen, beispielsweise dadurch, daß der Femur 16 im Hüftgelenk
verschwenkt wird und daß dabei
die Bahn aufgenommen wird, die das am Femur 16 festgelegte Markierelement 15 dabei
relativ zum Beckenknochen 14 und damit zum Markierelement 13 überstreicht. Diese
Bahn ist eine Bahn auf einer Kugeloberfläche, deren Mittelpunkt der
Mittelpunkt des Acetabulums ist, da das Hüftgelenk annähernd ein
Kugelgelenk ist. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann somit aus den
Lagedaten des Markierelementes 15 des Femurs 16 den
Mittelpunkt des Acetabulums berechnen.
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Es
wäre auch
möglich,
den Mittelpunkt des Acetabulums mittels eines Tastinstruments zu
bestimmen, welches einen kugeligen Tastkopf aufweist und welches
selbst ein Markierelement trägt.
Diesen kugeligen Tastkopf kann man in das Acetabulum einlegen und
durch Lagebestimmung des Instrumentes den Mittelpunkt dieser Kugel
bestimmen.
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Eine
andere Methode liegt darin, mit einem navigierten Tastinstrument
einzelne Punkte auf der Oberfläche
des Acetabulums abzutasten und unter der Annahme, daß das Acetabulum
eine Kugelfläche ist,
daraus den Mittelpunkt zu berechnen.
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Als
Ergebnis dieser unterschiedlichen Methoden ergibt sich in jedem
Falle ein Datensatz, der die Lage des Mittelpunkts des Acetabulums
relativ zu dem Markierelement 13 des Beckenknochens 14 beschreibt.
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Wenn
man das Instrument 1 mit seinem kugeligen Fräskopf 2 in
das Acetabulum einlegt, wird der Mittelpunkt des Fräskopfes 2 annähernd mit
dem Mittelpunkt des Acetabulums zusammenfallen, das heißt man wird
bei dieser Anlage eine definierte Positionierung des Fräskopfes 2 im
Acetabulum erreichen. Die Lage des Acetabulum-Mittelpunktes wird durch
das Navigationssystem über
die Lagebestimmung des Markierelementes 13 zu ermitteln
sein, so daß man
auf diese Weise indirekt auch die Lage des ausgewählten Bezugspunktes 11 über das
Navigationssystem bestimmen kann. Dieses wird außerdem die Lage des Markierelementes 8 am
Instrument 1 bestimmen, und so erhält man zwei Datensätze für die Lagedaten
des ausgewählten
Bezugspunktes 11 einerseits und für die Lagedaten des Markierelementes 8 andererseits.
Die Lagedaten des ausgewählten Bezugspunktes 11 werden
dabei nicht allzu genau sein, da die Anlage des Fräskopfes 2 an
der Innenfläche
des Acetabulums mit Unsicherheiten verbunden ist.
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Die
Datenverarbeitungseinrichtung 17 kann aus den Lagedaten
des ausgewählten
Bezugspunktes 11 und des Markierelementes 8 beispielsweise die
relative Lage des ausgewählten
Bezugspunktes 11 in einem mit dem Markierelement 8 fest
verbundenen Koordinatensystem bestimmen und diese Lageangaben vergleichen
mit den gespeicherten Datensätzen,
die die exakten Beziehungen zwischen den Lagedaten des Markierelementes 8 in
unterschiedlichen Stellungen am Instrument und des ausgewählten Bezugspunktes 11 repräsentieren
und die wie beschrieben mit hoher Genauigkeit bestimmt worden ist.
Durch Vergleich kann die Datenverarbeitungseinrichtung feststellen,
mit welchem der gespeicherten Datensätze der empirisch bestimmte
Datensatz am besten übereinstimmt,
und anstelle der empirisch bestimmten Relativlagedaten des Markierelementes und
des ausgewählten
Bezugspunktes wird die Datenverarbeitungseinrichtung den gespeicherten
Datensatz verwenden, der exakt angibt, in welcher Lage sich das
Markierelement 8 an dem Instrument 1 befindet.
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Ändert man
die Stellung des Markierelementes 8 am Instrument 1 durch
Aufstecken des Markierelementes auf einen anderen Kupplungszapfen 7,
so kann man in einfachster Weise durch Wiederholung des Vorganges,
also durch Anlegen des Fräskopfes 2 an
das Acetabulum, diesen Bestimmungsvorgang wiederholen und damit
dem Navigationssystem 9 die exakten Lagedaten des Markierelementes 8 am
Instrument 1 in der neuen Stellung zur Verfügung stellen.
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Trotz
einer relativ ungenauen Messung der Lage des ausgewählten Bezugspunktes 11 durch
Anlage des Fräskopfes 2 am
Acetabulum ist somit eine hoch präzise Zuordnung der Lagedaten
des Markierelementes 8 zum Instrument 1 möglich, und
zwar schnell und unkompliziert für
den Operateur, da es genügt,
das Instrument einmal mit seinem Fräskopf 2 in das Acetabulum
eintauchen zu lassen und in diesem Zustand einen Meßvorgang
des Navigationssystems auszulösen,
beispielsweise durch Betätigung
eines Fußschalters.