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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des
Verschmutzungsgrades von Markerelementen einer chirurgischen Referenzierungseinheit,
die mindestens zwei Markerelemente umfasst, deren Positionen im
Raum mit einem chirurgischen Navigationssystem bestimmbar sind.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein chirurgisches Navigationssystem
zum Bestimmen von Lage und Orientierung einer chirurgischen Vorrichtung
im Raum, mit mindestens einer chirurgischen, mindestens zwei Markerelemente
umfassenden Referenzierungsvorrichtung, die an der chirurgischen
Vorrichtung angeordnet oder mit dieser verbindbar ist, mit einer
Nachweisvorrichtung zum Detektieren von den Markerelementen ausgesandter oder
von den Markerelementen reflektierter Strahlung, wobei mit dem Navigationssystem
Ist-Markerkoordinaten von Positionen der Markerelemente im Raum
bestimmbar sind.
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Navigationssysteme
der eingangs beschriebenen Art werden seit einiger Zeit in Operationssälen eingesetzt,
um Lage und Orientierung chirurgischer Vorrichtungen, beispielsweise
chirurgischer Instrumente oder Implantate, hochpräzise zu
bestimmen. Beispielsweise werden mit Hilfe von Navigationssystemen
künstliche
Knie- und Hüftgelenke
in menschliche oder tierische Körper
eingesetzt.
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Ein
Problem bei der Navigation chirurgischer Vorrichtungen ist der Zustand
der Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung. Als Markerelemente werden insbesondere
aktive und passive Markerelemente verwendet, wobei die aktiven Markerelemente Strahlung,
beispielsweise Infrarotlicht, aussenden und wobei passive Markerelemente
Strahlung reflektieren können,
die von einer Nachweisvorrichtung des Navigationssystems detektiert
werden kann. Um eine genaue Position des jeweiligen Markerelements zu
bestimmen, beispielsweise dessen Schwerpunkt- oder Symmetriezentrum,
ist es erforderlich, dass von der Nachweisvorrichtung die gesamte
Strahlung aussendende oder reflektierende Fläche des Markerelements erfasst
werden kann. Ist die Strahlung reflektierende oder aussendende Oberfläche des
Markerelements teilweise verschmutzt, so kann Strahlung nur von
nicht verschmutzten Flächenbereichen
reflektiert oder ausgesandt werden. Folge hiervon ist, dass mit der
Nachweisvorrichtung unter Umständen
eine Position des Markerelements bestimmt wird, die mit dem Schwerpunkt
oder dem geometrischen Zentrum des Markerelements nicht übereinstimmt.
Das Navigationssystem liefert also abhängig vom Verschmutzungsgrad
entweder keine, wenn nämlich
das gesamte Markerelement mit Schmutz bedeckt ist, oder falsche
Koordinaten vom jeweiligen Markerelement. Eine solche Ungenauigkeit
ist, wenn überhaupt,
nur bis zu einem gewissen Grad tolerierbar, da zu große Abweichungen
ermittelter Ist-Positionen der Markerelemente von Soll-Positionen
der Markerelemente zu ungenauen Positionsmessungen und folglich
zu Fehlern beim chirurgischen Eingriff führen können, beispielsweise könnte so
eine Sägeebene
für einen
Sägeschnitt
in einem Knochen falsch bestimmt werden.
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Bei
Navigationssystemen mit elektromagnetischen Referenzierungsvorrichtungen,
sogenannten elektromagnetischen Localizern, wird die Position von
durch Induktionsspulen gebildeten Markerelementen durch deren Beeinflussung
eines vom Navigationssystem erzeugten Magnetfeldes bestimmt. Bei
derartigen System ist eher von einer Beeinflussung der Markerelemente
bildenden Induktionsspulen als von einem Verschmutzungsgrad auszugehen. Beispielsweise
könnten
bei einer Operation andere metallische Instrumente oder aber auch
metallische Sägespäne in die
Nähe einer
solchen Induktionsspule kommen und dadurch die Ortsbestimmung des Markerelements
beeinflussen. Nachfolgend werden die Begriffe Verschmutzungsgrad
bzw. Verschmutzung und Beeinflussung synonym verwendet, um eine
Beeinträchtigung
der Funktion der Referenzierungsvorrichtung zu beschreiben.
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Es
ist üblich,
bei bekannten Navigationssystemen Referenzierungsvorrichtungen,
sogenannte ”Rigid
Bodys”,
mit mindestens drei Markerelementen auszustatten, um sowohl Lage
als auch Orientierung der Referenzierungsvorrichtung im Raum angeben zu
können.
Selbstverständlich
wäre es
auch denkbar, Referenzierungseinheiten mit nur einem Markerelement
auszustatten, um beispielsweise nur einen Punkt bzw. eine definierte
Kugelsphäre
zu bestimmen. Des weiteren werden auch Referenzierungsvorrichtungen
mit nur zwei Markerelementen verwendet, um lediglich eine Richtung
bzw. Orientierung der chirurgischen Vorrichtung angeben zu können. Typischerweise
sind die Relativkoordinaten der Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung
und deren Position relativ zu bestimmten Punkten der chirurgischen
Vorrichtung, beispielsweise einer Tastspitze eines Zeigeinstruments
oder einer Längsachse
eines langgestreckten Implantats, bekannt.
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Aus
der
WO 2004/002352
A2 ist ein Messsystem zum Verfolgen der Position und Orientierung eines
beweglichen Objekts in einem Koordinatensystem bekannt. Ferner ist
in der
WO 01/67979
A1 ein automatisches Kalibriersystem für computerunterstützte chirurgische
Instrumente beschrieben. Darüber
hinaus befasst sich die
DE
101 61 787 A1 mit einer Vorrichtung und einer Methode zur
Insertion und Navigation nicht-diskriminierter passiver Marker und zur
Diskriminierung passiver sowie semiaktiver Marker zur Instrumenten-
und Knochensegment- sowie Gewebe- und Organnavigation.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie
ein Navigationssystem der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern,
dass sowohl Lage als auch Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum mit dem Navigationssystem zuverlässig bestimmt werden können.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
- – dass
ein chirurgisches Navigationssystem bereitgestellt wird, mit dem
Ist-Markerkoordinaten von
Positionen der mindestens zwei Markerelemente im Raum bestimmbar
sind,
- – dass
ein erster Datensatz bereitgestellt wird, der Soll-Markerkoordinaten
von Soll-Positionen der mindestens zwei Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung
in einem ersten Bildraum enthält,
- – dass
mit dem Navigationssystem ein zweiter Datensatz bestimmt wird, der
die Ist-Markerkoordinaten von Ist-Positionen der mindestens zwei Markerelemente
in einem zweiten Bildraum enthält,
- – dass
eine Abbildungsfunktion zur Abbildung des einen Bildraums auf den
anderen Bildraum bestimmt wird, so dass eine Fehlergröße, die
einer Abweichung der Ist-Positionen von den Soll-Positionen einzelner
oder aller Markerelemente nach der Abbildung des einen Bildraums
auf den anderen Bildraum zugeordnet ist, minimal wird,
- – dass
ein Vergleichsmaßstab
für eine
Beeinflussung oder einen Verschmutzungsgrad der mindestens zwei
Markerelemente vorgegeben wird
- – und
dass die Beeinflussung oder der Verschmutzungsgrad der mindestens
zwei Markerelemente durch Vergleich der Fehlergröße mit dem Vergleichsmaßstab bestimmt
wird.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es möglich,
die Beeinflussung oder den Verschmutzungsgrad eines oder aller Markerelemente
einer Referenzierungsvorrichtung zu bestimmen, und zwar einer Referenzierungsvorrichtung
mit einem, insbesondere zwei oder mehr Markerelementen. Je größer der
Grad der Verschmutzung, umso unpräziser werden die Messungen
des Navigationssystems sein, mit dem Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
bestimmt werden sollen und folglich wird die Fehlergröße dann
entsprechend groß.
Daher eröffnet
das erfindungsgemäße Verfahren
die Möglichkeit,
einen Anwender des Navigationssystems gezielt darauf hinzuweisen,
dass eine Verschmutzung oder Beeinflussung vorliegt, und zusätzlich anzugeben, wie
groß der
Verschmutzungsgrad oder der Grad der Beeinflussung ist. Abhängig vom
bestimmten Verschmutzungsgrad kann dann der Anwender entscheiden,
ob er mit der gerade verwendeten Referenzierungsvorrichtung den
Eingriff weiterführen
möchte.
Alternativ wäre
es auch denkbar, dass das System eine Fortführung der Messung und damit
des Eingriffs automatisch unterbindet, wenn die Fehlergröße einen
bestimmten Wert übersteigt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn als Fehlergröße die Summe der Abstände zwischen
den Ist-Positionen und den Soll-Positionen für jedes der Markelemente verwendet
wird. Die Differenz zwischen Ist- und Soll-Positionen für jedes
Markerelement, also deren Abstand, lässt sich rechnerisch auf einfache Weise
bestimmen, beispielsweise durch Bildung der Differenz der einzelnen
Koordinaten der jeweiligen Positionen, beispielsweise der X-, Y-
und Z-Koordinaten. Die Summe der Abstände lässt sich insbesondere aus den
beiden Datensätzen
ermitteln.
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Günstig ist
es, wenn der eine der beiden Datensätze in einem ersten Koordinatensystem
angegeben wird, wenn der andere der beiden Datensätze in einem
zweiten Koordinatensystem angegeben wird und wenn die Abbildungsfunktion
eine Koordinatentransformationsfunktion zur Abbildung des ersten Koordinatensystems
auf das zweite Koordinatensystem ist unter der Bedingung, dass die
Fehlergröße minimal
wird. Unter Berücksichtigung
der vorgegebenen Bedingung, dass die Fehlergröße minimal wird, kann somit
der eine Bildraum auf den anderen Bildraum optimal abgebildet werden,
es wird also ein so genannter ”Best-Fit”, eine
beste Anpassung, ermittelt. Dies kann man sich leicht so vorstellen,
dass die Referenzierungsvorrichtung im ersten Bildraum abgebildet
wird auf eine Referenzierungsvorrichtung im zweiten Bildraum, und
zwar so, dass die beiden Referenzierungsvorrichtungen, oder besser
gesagt die Positionen der Marker der Referenzierungsvorrichtungen,
möglichst
genau zur Deckung gebracht werden. Ein Maß dafür kann beispielsweise die bereits
oben angegebene Summe der Abstände
zwischen Ist- und Soll-Positionen der Markerelemente sein. Denkbar
wäre es
aber auch, als Fehlergröße die Summe
der Quadrate der Abstände
von Ist- und Soll-Positionen der Markerelemente zu verwenden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Fehlergrößenfunktion
der Fehlergröße in Abhängigkeit
der Abbildungsfunktion bestimmt wird, wenn das absolute Minimum
der Fehlergrößenfunktion
bestimmt wird und wenn als beste Abbildungsfunktion diejenige Abbildungsfunktion
bestimmt wird, die dem absoluten Minimum der Fehlergrößenfunktion
zugeordnet ist. Praktisch bedeutet dies, dass abhängig von
der Abbildungsfunktion die Fehlergröße ermittelt wird. Zum Beispiel
kann dies geschehen durch Bestimmung der Summe der Abstände von
Ist- und Soll-Positionen der Markerelemente in Abhängigkeit
der Abbildungsfunktion, beispielsweise der Koordinatentransformation,
um den ersten Bildraum auf den zweiten Bildraum abzubilden. Aus
dem Minimum der Fehlergrößenfunktion
lässt sich
die kleinste Fehlergröße bestimmen,
die wiederum dem Verschmutzungsgrad der Markerelemente zugeordnet
werden kann. Eine solche ”Best-Fit”-Anpassung
lässt sich
beispielsweise mit kommerziell verfügbaren Näherungs-Algorithmen durchführen, zum
Beispiel mit dem Algorithmus ”ITRQ3d” der Firma
Northern Digital Inc.
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Damit
eine Bewertung vorgenommen werden kann, ob die Verschmutzung der
Referenzierungsvorrichtung für
den weiteren chirurgischen Eingriff tolerabel ist oder nicht, ist
es günstig,
wenn ein Vergleichsmaßstab
vorgegeben wird, der einen Grenzwert für einen maximalen Verschmutzungsgrad
umfasst und wenn der Grenzwert einer vorgegebenen Mindestgenauigkeit
für die
Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum entspricht. Beispielsweise könnte der Vergleichsmaßstab so
vorgegeben werden, dass der Grenzwert einer Abweichung von einem
Millimeter oder zwei Millimeter entspricht. Denkbar wäre auch ein
Bezug der Angabe der Mindestgenauigkeit bezogen auf eine Größe oder
ein Volumen eines Markerelements, als eine relative Fehlergröße.
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Günstigerweise
wird dem Grenzwert ein Maximalwert der Fehlergröße zugeordnet. Abhängig von
der ermittelten Fehlergröße kann
dann das System durch Vergleich der bestimmten Fehlergröße mit dem
vorgegebenen Grenzwert automatisch erkennen, ob die Ist-Koordinaten
der Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung präzise genug
sind, um den chirurgischen Eingriff weiter auszuführen.
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Auf
einfache Weise lässt
sich ein Maß für die Beeinflussung
oder Verschmutzung der Markerelemente angeben, wenn dem Vergleichsmaßstab eine Skala
zugeordnet wird, die einen Verschmutzungsgrad in Form einer Prozentangabe
in einem Bereich von 0% bis 100% angibt. Auf einer solchen Skala lässt sich
dann beispielsweise auch ein Grenzwert angeben, der einer gerade
noch tolerablen Verschmutzung der Markerelemente entspricht. Ein
solcher Wert könnte
beispielsweise in einem Bereich von 10% bis 40% liegen und insbesondere
15% oder 20% betragen.
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Damit
eine Genauigkeit des Systems auf einfache Weise vorgegeben werden
kann, ist es günstig, wenn
ein Grenzwert vorgegeben wird, welcher einer Abweichung der Ist-Position
von der Soll-Position von höchstens
dem halben Durchmesser eines der Markerelemente entspricht. Dies
bedeutet, dass ein maximaler Verschmutzungsgrad erreicht ist, wenn die
Ist-Position eines Markerelements von der Soll-Position desselben
um einen halben Durchmesser eines beispielsweise scheibenförmigen oder
kugelförmigen
Markerelements abweicht. Es sei angemerkt, dass die Genauigkeit
des Navigationssystems auch von einer Auflösung der Nachweisvorrichtung abhängt, beispielsweise
von einer Auflösung
verwendeter Kameras, mit denen zweidimensionale oder dreidimensionale
Bilder des Operationssaals erzeugt werden können.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen
sein, dass aus dem zweiten Datensatz die Ist-Markerzahl der für das Navigationssystem
sichtbaren oder vom Navigationssystem detektierten Markerelemente
der Referenzierungsvorrichtung bestimmt wird. Auf diese Weise kann
dann durch einfachen Vergleich mit der Anzahl der an der Referenzierungsvorrichtung
tatsächlich
angeordneten Markerelemente bestimmt werden, also, ob beispielsweise
ein Markerelement vollständig
verschmutzt und für
die Nachweisvorrichtung des Navigationssystems überhaupt nicht mehr sichtbar
ist.
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Gemäß einer
nicht erfindungsgemäßen Variante
des Verfahrens wird eine Bestimmung von Lage und Orientierung der
Referenzierungsvorrichtung im Raum nur dann vorgenommen, wenn die
Ist-Markerzahl einen Wert von mindestens zwei oder drei aufweist.
Da zur Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum Positionen von mindestens drei Markerelementen bestimmt
werden müssen,
bei der Bestimmung nur der Orientierung im Raum Positionen von mindestens
zwei Markerelementen, wird auf diese Weise sichergestellt, dass
der zweite Datensatz eine ausreichende Anzahl von Ist-Koordinaten
der Markerelemente enthält.
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Um
eine Mindestqualität
der Positionsbestimmung der Referenzierungsvorrichtung sicherzustellen,
ist es gemäß einer
nicht erfindungsgemäßen Variante
des Verfahrens günstig,
wenn aus dem zweiten Datensatz keine Bestimmung von Lage und Orientierung
der Referenzierungsvorrichtung im Raum vorgenommen wird, wenn die
Ist-Markerzahl kleiner als die Anzahl der Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung
ist. Dies bedeutet, dass für eine
Auswertung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
stets alle Markerelemente sichtbar sein müssen. Kann eines der Markerelemente
von der Nachweisvorrichtung nicht detektiert werden, wird automatisch
keine Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
und damit der mit dieser verbundenen chirurgischen Vorrichtung vorgenommen.
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Denkbar
wäre es,
nur zwei oder drei Markerelemente vorzusehen. Um jedoch eine ausreichende Redundanz
bei der Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum zu gewährleisten,
wird vorzugsweise eine sechs Markerelemente umfassende Referenzierungsvorrichtung
verwendet. Alternativ könnten
auch Referenzierungsvorrichtungen mit vier oder fünf Markerelementen
verwendet werden. Selbstverständlich
können auch
mehr als sechs Markerelemente an der Referenzierungsvorrichtung
angeordnet sein.
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Ein
Maß für den Verschmutzungsgrad
kann noch schneller angegeben werden, wenn die Abbildungsfunktion
nur dann bestimmt wird, wenn die Ist-Markerzahl einen Wert von mindestens
zwei oder drei aufweist. Wenn weniger als zwei oder drei Markerelemente
von der Nachweisvorrichtung detektiert werden, ist es nicht unbedingt
erforderlich, das ganze Verfahren vollständig durchzuführen. Es
kann bereits an dieser Stelle abgebrochen und dem Verwender signalisiert
werden, dass mit der Referenzierungsvorrichtung eine Orientierung
bzw. eine Position des beispielsweise mit dieser verbundenen Instruments nicht
mehr genau genug oder gar nicht bestimmt werden kann.
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Ebenso
kann das Verfahren weiter verkürzt werden,
wenn keine Abbildungsfunktion bestimmt wird, wenn die Ist-Markerzahl
kleiner als die Anzahl der Anzahl der Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung
ist. Enthält
also der zweite Datensatz nicht von allen Markerelementen Positionsdaten,
so wird eine Lage- und Orientierungsbestimmung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum nicht durchgeführt.
Da eine Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum umso genauer wird, je mehr Markerelemente tatsächlich ausgemessen
und deren Ist- und Soll-Positionen verglichen werden können, wird
durch diesen Verfahrensschritt die Qualität der Positionsbestimmung der
Referenzierungsvorrichtung deutlich verbessert.
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Günstig ist
es, wenn vom Navigationssystem eine Fehlermeldung ausgegeben wird,
wenn die Ist-Markerzahl kleiner als die Anzahl der Markerelemente
der Referenzierungsvorrichtung ist. Durch die ausgegebene Fehlermeldung
kann ein Operateur oder Anwender des Navigationssystems sofort erkennen,
dass mindestens eines der an der Referenzierungsvorrichtung angeordneten
Markerelemente vollständig
verschmutzt ist. Ein Anwender hat so die Möglichkeit, entweder die Referenzierungsvorrichtung
auszutauschen oder diese zu reinigen, um einen optimalen Betrieb
des Navigationssystems zu erreichen.
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Ferner
kann es vorteilhaft sein, wenn vom Navigationssystem eine Fehlermeldung
ausgegeben wird, wenn die Ist-Markerzahl einen Wert aufweist, der
kleiner als zwei oder drei ist. Damit kann ein Anwender sofort erkennen,
dass weniger als die erforderliche Anzahl von Markerelementen von
der Nachweisvorrichtung detektiert werden kann.
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Um
die Bedienungsfreundlichkeit des Navigationssystems für einen
Anwender noch weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn als
Fehlermeldung ausgegeben wird, dass mindestens eines der Markerelemente
vollständig
verschmutzt ist.
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Um
zu vermeiden, für
jedes Markerelement eine Energieversorgung vorsehen zu müssen, ist
es günstig,
wenn passive Markerelemente verwendet werden, die geeignet sind,
vom Navigationssystem ausgesandte und/oder von diesem detektierbare Strahlung
zu reflektieren.
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Deutlich
unempfindlicher für
Verschmutzungen wird das eingesetzte Navigationssystem, wenn aktive
Markerelemente verwendet werden, die geeignet sind, vom Navigationssystem
detektierbare Strahlung auszusenden. Je nach Verschmutzungsgrad
sind aktive Markerelemente passiven Markerelementen überlegen,
da Strahlung teilweise noch durch eine auf der Oberfläche der
Markerelemente befindliche Verschmutzung hindurchstrahlen kann.
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Der
Aufbau des Navigationssystems und die Anwendung des Verfahrens vereinfacht
sich, wenn als Strahlung elektromagnetische Strahlung verwendet
wird. Denkbar wäre
es auch, Ultraschall als Strahlung zu verwenden.
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Um
eine optimale Sichtbarkeit der Markerelemente zu erreichen und um
zudem deren Position besonders genau bestimmen zu können, ist
es vorteilhaft, wenn Markerelemente verwendet werden, die kugelförmig, im
Wesentlichen kugelförmig,
scheibenförmig
oder im Wesentlichen scheibenförmig sind.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem chirurgischen Navigationssystem
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
mit dem Navigationssystem ein Verfahren zur Bestimmung der Beeinflussung
oder des Verschmutzungsgrades der Markerelemente der chirurgischen
Referenzierungsvorrichtung durchgeführt wird,
- – bei dem
ein erster Datensatz bereitgestellt und in der Datenverarbeitungseinheit
hinterlegt wird, der Soll-Markerkoordinaten von Soll-Positionen der
mindestens zwei Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung in
einem ersten Bildraum enthält,
- – bei
dem mit dem Navigationssystem ein zweiter Datensatz bestimmt wird,
der die Ist-Markerkoordinaten von Ist-Positionen der mindestens
zwei Markerelemente in einem zweiten Bildraum enthält,
- – bei
dem eine Abbildungsfunktion zur Abbildung des einen Bildraums auf
den anderen Bildraum bestimmt wird, so daß eine Fehlergröße, die
einer Abweichung der Ist-Positionen von den Soll-Positionen einzelner
oder aller Markerelemente nach der Abbildung des einen Bildraums
auf den anderen Bildraum zugeordnet ist, minimal wird,
- – bei
dem ein Vergleichsmaßstab
für eine
Beeinflussung oder einen Verschmutzungsgrad der Markerelemente vorgegeben
wird
- – und
bei dem der Verschmutzungsgrad oder die Beeinflussung der mindestens
zwei Markerelemente durch Vergleich der Fehlergröße mit dem Vergleichsmaßstab bestimmt
wird.
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Mit
einem solchen, erfindungsgemäß weitergebildeten
Navigationssystem ist es möglich,
auf einfache Weise die Beeinflussung oder den Verschmutzungsgrad
einer Referenzierungsvorrichtung zu bestimmen. In Abhängigkeit
von dem ermittelten Verschmutzungsgrad kann dann wahlweise das Navigationssystem
automatisch oder nach Eingabe einer Bestätigung durch eine Bedienperson
Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung bestimmen oder
auch nicht. Dadurch wird vermieden, dass teilweise oder vollständige verschmutzte
Referenzierungsvorrichtungen falsche Orientierungs- und/oder Positionsdaten
liefern, wodurch ein navigierter chirurgischer Eingriff nachteilig
beeinflusst werden kann.
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Vorteilhaft
ist es, wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist,
bei welchem als Fehlergröße die Summe
der Abstände
zwischen den Ist-Positionen und den Soll-Positionen für jedes der
Markerelemente verwendet wird. Abstände lassen sich aus Positionskoordinaten
von Positionen auf einfache Weise errechnen durch Differenzbildung
der jeweiligen Koordinaten, beispielsweise durch Differenzbildung
von X-, Y- und Z-Koordinaten von Ist- und Soll-Positionen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Navigationssystems
kann vorgesehen sein, dass mit dem Navigationssystem ein Verfahren
durchführbar
ist, bei welchem der eine der beiden Datensätze in einem ersten Koordinatensystem
angegeben wird, bei welchem der andere der beiden Datensätze in einem
zweiten Koordinatensystem angegeben wird und bei welchem die Abbildungsfunktion
eine Koordinatentransformationsfunktion zur Abbildung des ersten
Koordinatensystems auf das zweite Koordinatensystem ist unter der
Bedingung, dass die Fehlergröße minimal
wird. Derartige Optimierungen und Anpassungen eines ersten Datensatzes
auf einen zweiten Datensatz lassen sich sehr einfach erreichen durch
Anpassungsalgorithmen, beispielsweise durch eine ”Best-Fit”-Anpassung
mittels des Algorithmus ”ITRQ3d” der Firma Northern
Digital Inc., die auf einem Computer ausführbar sind.
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Um
auf einfache Weise die beste Abbildungsfunktion zu bestimmen, ist
es günstig,
wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist,
bei welchem eine Fehlergrößenfunktion
der Fehlergröße in Abhängigkeit
der Abbildungsfunktion bestimmt wird, bei welchem das absolute Minimum
der Fehlergrößenfunktion
bestimmt wird und bei welchem als beste Abbildungsfunktion diejenige
Abbildungsfunktion bestimmt wird, die dem absoluten Minimum der
Fehlergrößenfunktion
zugeordnet ist. Das Navigationssystem ermittelt somit automatisch
die beste Abbildungsfunktion, und zwar durch Bestimmung des absoluten
Minimums der Fehlergrößenfunktion.
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Damit
ein Grad der Verschmutzung objektiv angebbar ist, ist es vorteilhaft,
wenn ein Vergleichsmaßstab
vorgegeben ist, der einen Grenzwert für einen maximalen Verschmutzungsgrad
umfasst, und wenn der Grenzwert einer vorgegebenen Mindestgenauigkeit
für die
Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum entspricht.
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Vorteilhafterweise
ist dem Grenzwert ein Maximalwert der Fehlergröße zugeordnet. So lässt sich besonders
einfach ausgehend von einer für
den sicheren und zuverlässigen
Betrieb des Navigationssystems vorgebbaren Fehlergröße der Grenzwert angeben.
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Ein
anschauliches Maß für einen
Verschmutzungsgrad lässt
sich auf einfache Weise angeben, wenn dem Vergleichsmaßstab eine
Skala zugeordnet ist, die einen Verschmutzungsgrad in Form einer Prozentangabe
in einem Bereich von 0% bis 100% angibt. Selbstverständlich könnte der
Vergleichsmaßstab
auch eine andere Skala aufweisen und beispielsweise eine Verschmutzung
in einem Bereich von 0 bis 1 oder 0 bis 1000 angeben.
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Günstigerweise
ist ein Grenzwert vorgegeben, welcher einer Abweichung der Ist-Position
von der Soll-Position von höchstens
dem halben Durchmesser eines der Markerelemente entspricht. Damit kann
eine gewünschte
Genauigkeit bei der Bestimmung der Ist-Positionen bezogen auf eine
Geometrie der Markerelemente vorgegeben werden, beispielsweise wenn
diese in Form von Kugeln oder Scheiben ausgebildet sind.
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Um
auf einfache Weise angeben zu können, ob
alle oder nur einige der an der Referenzierungsvorrichtung angeordneten
Markerelemente für
das Navigationssystem sichtbar oder von diesem detektierbar sind,
ist es vorteilhaft, wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren
durchführbar
ist, bei welchem aus dem zweiten Datensatz die Ist-Markerzahl der
für das
Navigationssystem sichtbaren oder vom Navigationssystem detektierbaren
Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung bestimmt wird. Abhängig vom
Ergebnis kann das Navigationssystem automatisch einen Betriebsmodus
wechseln oder das Ergebnis für
einen Benutzer ausgeben.
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Um
zu vermeiden, dass falsche Ist-Positionskoordinaten mit dem Navigationssystem
ermittelt werden, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass mit dem
Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist, bei welchem eine
Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum nur dann vorgenommen wird, wenn die Ist-Markerzahl einen
Wert von mindestens zwei oder drei aufweist. Die Positionskoordinaten
von mindestens drei Markerelementen sind erforderlich, um eindeutig
sowohl Lage als auch Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum zu ermitteln, zwei Markerelemente sind erforderlich, um
eindeutig zumindest die Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum zu bestimmen. Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Navigationssystem
wird vermieden, dass eine Bestimmung von Lage und/oder Orientierung der
Referenzierungsvorrichtung vorgenommen wird, wenn nur zwei oder
nur ein Markerelement ganz oder teilweise für die Nachweisvorrichtung sichtbar
sind.
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Günstig kann
es ferner sein, wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist, bei
welchem aus dem zweiten Datensatz keine Bestimmung von Lage und
Orientierung der Referenzierungsvorrichtung im Raum vorgenommen
wird, wenn die Ist-Markerzahl kleiner als die Anzahl der Markerelemente
der Referenzierungsvorrichtung ist. Ist beispielsweise eines der
Markerelemente vollständig verschmutzt,
so kann das Navigationssystem nur eine Ist-Markerzahl bestimmen,
die kleiner als die Anzahl der tatsächlich an der Referenzierungsvorrichtung
angeordneten Markerelemente ist. Um Fehler bei der Bestimmung von
Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung zu vermeiden,
kann daher mit dem erfindungsgemäßen Navigationssystem
keine Positionsbestimmung der Markerelemente vorgenommen werden,
wenn nicht alle Markerelemente für
die Nachweisvorrichtung des Navigationssystems sichtbar oder detektierbar
sind.
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Um
eine ausreichende Genauigkeit und Redundanz bei der Bestimmung von
Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung im Raum zu
erreichen, ist es günstig,
wenn die Referenzierungsvorrichtung sechs Markerelemente umfasst.
Denkbar wäre
es auch, Referenzierungsvorrichtungen mit drei, vier oder fünf Markerelementen
einzusetzen. Selbstverständlich
könnten
auch Referenzierungsvorrichtungen mit mehr als sechs Markerelementen verwendet
werden.
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Denkbar
wäre es,
mit dem Navigationssystem die Abbildungsfunktion unabhängig von
Randbedingungen in jedem Fall zu bestimmen. Vorteilhaft kann es
gemäß einer
nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform
jedoch sein, wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist,
bei welchem die Abbildungsfunktion nur dann bestimmt wird, wenn
die Ist-Markerzahl einen Wert von mindestens zwei oder drei aufweist.
Dadurch kann eine zur Verfügung
stehende Rechenleistung einer Datenverarbeitungseinrichtung des
Navigationssystems optimiert werden, d. h. Berechnungen werden nur dann
durchgeführt,
wenn sie auch tatsächlich
durchgeführt
werden müssen.
Ferner kann so vermieden werden, dass Lage und/oder Orientierung
der Referenzierungsvorrichtung ermittelt und einem Anwender angezeigt
werden, auch wenn die ermittelten Werte ungenau oder außerhalb
eines tolerierbaren Genauigkeitsbereichs liegen.
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Gemäß einer
nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform
kann ferner vorgesehen sein, dass mit dem Navigationssystem ein
Verfahren durchführbar ist,
bei welchem keine Abbildungsfunktion bestimmt wird, wenn die Ist-Markerzahl
kleiner als die Anzahl der Markerelemente der Referenzierungsvorrichtung ist.
Mit einem solchen Navigationssystem kann vermieden werden, dass
Lage und Orientierung einer Referenzierungsvorrichtung angegeben
werden, wenn nicht alle Markerelemente für die Nachweisvorrichtung des
Navigationssystems sichtbar oder von dieser detektierbar sind.
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Die
Bedienbarkeit des Navigationssystems wird deutlich vereinfacht,
wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist,
bei welchem vom Navigationssystem eine Fehlermeldung ausgegeben
wird, wenn die Ist-Markerzahl kleiner als die Anzahl der Markerelemente
der Referenzierungsvorrichtung ist. Für eine Bedienperson ist auf
diese Weise sofort erkennbar, ob eines der Markerelemente vollständig verschmutzt
ist.
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Ferner
kann es günstig
sein, wenn mit dem Navigationssystem ein Verfahren durchführbar ist, bei
welchem vom Navigationssystem eine Fehlermeldung ausgegeben wird,
wenn die Ist-Markerzahl einen Wert aufweist, der kleiner als drei
oder zwei ist. Dadurch kann eine Bedienperson sofort erkennen, wenn
weniger als drei, für
eine Bestimmung von Lage und Orientierung oder nur der Orientierung
der Referenzierungsvorrichtung erforderliche Markerelemente detektierbar
sind.
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Eine
Bedienungsfreundlichkeit des Navigationssystems wird weiter verbessert,
wenn mit diesem ein Verfahren durchführbar ist, bei welchem als
Fehlermeldung ausgegeben wird, dass mindestens eines der Markerelemente
vollständig
verschmutzt ist.
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Grundsätzlich wäre es denkbar,
ein elektromagnetisches Navigationssystem mit elektromagnetischen
Localizern, also Referenzierungsvorrichtungen mit Markerelementen
in Form von Induktionsspulen zu verwenden. Hierfür wird durch das Navigationssystem
ein Magnetfeld erzeugt, in welchem Positionen der Markerelemente
bildenden Induktionsspulen bestimmt werden können. Besonders einfach wird
der Aufbau des Navigationssystems, wenn passive Markerelemente vorgesehen
sind, die geeignet sind, vom Navigationssystem ausgesandte und/oder von
diesem detektierbare Strahlung zu reflektieren. Dadurch kann vollständig auf
eine Energieversorgung der Markerelemente verzichtet werden.
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Vorteilhaft
kann es ferner sein, wenn aktive Markerelemente vorgesehen sind,
die geeignet sind, vom Navigationssystem detektierbare Strahlung
auszusenden. Sind aktive Markerelemente beispielsweise geeignet,
Strahlung mit hoher Intensität
auszusenden, so kann deren Größe im Vergleich
zu einem passiven Markerelement deutlich verringert werden, wodurch
sich eine höhere
Genauigkeit bei der Bestimmung von Lage und Orientierung der Referenzierungsvorrichtung
im Raum ergibt.
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Der
Aufbau des Navigationssystems wird weiter vereinfacht, wenn die
Strahlung elektromagnetische Strahlung ist. Vorzugsweise werden
als Strahlungsquellen zur Erzeugung der Strahlung Leuchtdioden eingesetzt,
die Licht im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich aussenden
können.
Alternativ wäre
es auch denkbar, als Strahlung Ultraschall zu verwenden.
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Die
Herstellung des Navigationssystems wird deutlich vereinfacht, wenn
die Markerelemente kugelförmig,
im Wesentlichen kugelförmig,
scheibenförmig
oder im Wesentlichen scheibenförmig
sind. Ferner können
derartige Markerelemente von einer Nachweisvorrichtung des Navigationssystems,
beispielsweise einer Kamera, besonders einfach detektiert werden.
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Ferner
wird ein computerlesbares Medium mit einem auf dem Computer lesbaren
Medium gespeicherten Computerprogramm vorgeschlagen, wobei bei Ablauf
des Computerprogramms auf einem Computer eines Navigationssystems
eines der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wird.
Vorzugsweise wird als Navigationssystem eines der oben beschriebenen,
erfindungsgemäßen Navigationssysteme
verwendet.
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Des
weiteren wird die ein Computerprogramm vorgeschlagen, wobei bei
Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer eines Navigationssystems
eines der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wird.
Dabei wird vorzugsweise eines der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Navigationssysteme
eingesetzt.
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Die
nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient
im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines chirurgischen Navigationssystems;
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2:
eine perspektivische Darstellung einer chirurgischen Referenzierungsvorrichtung;
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3:
eine Darstellung der Soll-Koordinaten der Markerelemente einer Referenzierungsvorrichtung
in einem ersten Bildraum;
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4:
eine Darstellung der mit dem Navigationssystem bestimmten Ist-Positionen der Markerelemente
der Referenzierungsvorrichtung in einem zweiten Bildraum; und
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5:
eine Darstellung des mit einer Abbildungsfunktion auf dem ersten
Bildraum abgebildeten zweiten Bildraums.
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In 1 ist
ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes chirurgisches
Navigationssystem dargestellt, welches eine Nachweisvorrichtung 12 mit
mindestens einer Sendeeinheit 14 zum Aussenden elektromagnetischer
Strahlung und mehreren Empfängern 16 aufweist,
mit denen elektromagnetische Strahlung detektiert werden kann. Ferner umfasst
das Navigationssystem 10 eine Datenverarbeitungseinrichtung
in Form eines oder mehrerer Computer 18 sowie ein Eingabegerät in Form
einer Tastatur 20 und ein Ausgabegerät 22 in Form eines mit
dem Computer 18 verbundenen Bildschirms 22. Der
Computer ist dazu geeignet, ein computerlesbares Medium aufzunehmen
und auszulesen, welches ein ein auf diesem gespeichertes Computerprogamm umfasst.
Das computerlesbare Medium kann beispielsweise eine Diskette, eine
CD-Rom, eine transportable Festplatte oder ein sogenannter Flash-Speicher
sein. Selbstverständlich
wäre auch
der Einsatz eines elektromagnetischen Navigationssystems denkbar,
bei dem Referenzierungsvorrichtungen in einem Magnetfeld bewegt
werden und Änderungen des
Magnetfelds durch kleine, als Markerelemente dienende Induktionsspulen
bewirkt werden, wenn sich diese im Magnetfeld bewegen.
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Zur
Bestimmung von Lage und Orientierung von Teilen eines menschlichen
Körpers 24 im
Raum dienen eine oder mehrere Referenzierungsvorrichtungen, so genannte
Rigid Bodys 26, beispielsweise die in 1 dargestellten
passiven Rigid Bodys mit vier an einem Rahmen angeordneten kugelförmigen Markerelementen 28.
Die Rigid Bodys sind vorzugsweise lösbar verbindbar mit einem mit
dem Körper 24 verbindbaren
chirurgischen Vorrichtung, beispielsweise einem Befestigungselement
in Form einer in 1 dargestellten Knochenschraube 30.
Die kugelförmigen
Markerelemente 28 sind mit einer nicht näher dargestellten
Beschichtung versehen, die geeignet ist, von der Sendeeinheit 14 ausgesandte
Strahlung, beispielsweise Infrarotstrahlung, zu reflektieren, die
dann von den Empfängern 16 detektiert
werden kann. Die Empfänger 16 können beispielsweise in
Form einer Stereokamera ausgebildet sein, mit der sich durch Erzeugung
und Auswertung eines Bildes des Raums eine Position des Markerelementes 28 im Raum
eindeutig bestimmen lässt.
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Lage
und Orientierung des Rigid Bodys 26 im Raum lassen sich
eindeutig angeben, wenn mindestens drei Markerelemente 28 am
Rigid Body 26 angeordnet sind. Zumindest eine Orientierung
des Rigid Bodys 26 im Raum lässt sich eindeutig angeben,
wenn mindestens zwei Markerelemente 28 am Rigid Body 26 angeordnet
sind. Des weiteren kann auch bei nur einem angeordneten Markerelement 28 am
Rigid Body 26 zumindest eine kugelförmige Oberfläche angegeben
werden, auf der sich beispielsweise eine Instrumentenspitze befindet
oder auch nur die Position des Markerelements 28 im Raum.
Aus Redundanzgründen
ist es erwünscht,
mehr als nur drei Markerelemente an einem Rigid Body vorzusehen.
Ein solches Beispiel eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 32 versehenen
Rigid Body ist in 2 dargestellt.
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Der
Rigid Body 32 umfasst einen Grundkörper 34, an dem insgesamt
sechs, im Wesentlichen scheibenförmige
Markerelemente 36 angeordnet sind. Jeweils drei Markerelemente 36 sind
so angeordnet, dass sie eine Ebene definieren, wobei insgesamt zwei,
relativ zueinander geneigte Ebenen von jeweils drei Markerelementen 36 aufgespannt
werden. Der Rigid Body 32 umfasst ferner eine Kupplung 38,
mit der der Rigid Body 32 in definierter Weise mit einer
chirurgischen Vorrichtung, zum Beispiel einer Knochenschraube 40 oder
einem anderen Befestigungselement, verbunden werden kann, welches
an einem menschlichen oder tierischen Körper 24 festlegbar
ist.
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Mit
dem Navigationssystem 10 lässt sich nicht nur die Lage
und die Orientierung der Rigid Bodys 26 und 32 im
Raum bestimmen, sondern auch ein Verschmutzungsgrad der Markerelemente 28 und 36.
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In 2 ist
beispielhaft dargestellt, welche Auswirkung die Verschmutzung eines
Markerelements 36 hat. Ein unverschmutztes Markerelement 36,
wie es in 2 unten links dargestellt ist,
kann von der Nachweisvorrichtung 12 als Kreisscheibe oder
als eine geometrisch ähnliche
Form derselben detektiert werden, beispielsweise ein Oval, woraus sich
ein Schwerpunkt 42 einer vom Markerelement 36 definierten
Fläche
bestimmen lässt.
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Bei
einem in 2 unten rechts dargestellten,
teilweise durch Schmutz 44, beispielsweise Blut oder Gewebeteile,
verschmutzten Markerelement 36 ist nur noch derjenige Teilbereich
der Markerfläche von
der Nachweisvorrichtung 12 erkennbar, der nicht mit Schmutz
bedeckt ist. Aus dem detektierten Flächenbereich lässt sich
ein Schwerpunkt 42' ermitteln, der
einen Abstand 46 vom Schwerpunkt 42 des unverschmutzten
Markerelements 36 aufweist. Es ergibt sich aufgrund der
Verschmutzung somit ein Fehler bei der Ermittlung des Schwerpunkts
des Markerelements 36 mit der Nachweisvorrichtung 12,
also eine Abweichung einer Soll-Position, die definiert wird durch
den Schwerpunkt 42 von einer Ist-Position, die definiert
wird durch den Schwerpunkt 42'. Der ermittelte Abstand 46 kann
also als eine Fehlergröße dienen,
mit der eine Abweichung der Soll-Position von der tatsächlich ermittelten
Ist-Position des Markerelements 36 angegeben werden kann.
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Zur
Bestimmung des Verschmutzungsgrads der Markerelemente 36 des
Rigid Bodys 32 werden dem Navigationssystem 10 Soll-Markerkoordinaten von
Soll-Positionen 48 der
Markerelemente 36 in einem ersten Bildraum 50 angegeben
und im Computer 18 hinterlegt. Die Soll-Markerkoordinaten
der Soll-Positionen 48 beziehen sich auf ein erstes Koordinatensystem 52,
das beispielsweise ein kartesisches Koordinatensystem ist. Die Soll-Markerkoordinaten
bilden einen ersten Datensatz.
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Ein
zweiter Datensatz lässt
sich mit dem Navigationssystem 10 bestimmen, wobei der
zweite Datensatz Ist-Markerkoordinaten von Ist-Positionen 54 der Markerelemente 36 in
einem zweiten Bildraum enthält.
Die Ist-Markerkoordinaten der Ist-Positionen 54 werden
in einem zweiten Koordinatensystem 58 angegeben, welches
ebenfalls ein kartesisches Koordinatensystem ist. Selbstverständlich wäre es denkbar,
die Koordinaten auch in anderen Koordinatensystemen anzugeben.
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Um
zu bestimmen, wie stark verschmutzt eines oder mehrere Markerelemente 36 sind,
wird ein Bildraum auf den anderen Bildraum mittels einer Abbildungsfunktion,
die eine Koordinatentransformation sein kann, abgebildet. Beispielsweise
wird der zweite Bildraum 56 auf den ersten Bildraum 50 abgebildet. Die
Abbildungsfunktion ist dabei nicht beliebig, sondern wird so gewählt, dass
eine Fehlergröße, die
eine Abweichung der Ist-Positionen 54 von den Soll-Positionen 48 nach
Abbildung des zweiten Bildraums auf den ersten Bildraum zugeordnet
ist, minimal wird. Als Fehlergröße eignet
sich beispielsweise die Summe aller Abstände der Soll-Positionen 48 der
Markerelemente 36 von den in den ersten Bildraum abgebildeten
Ist-Positionen 48'.
Die Fehlergröße kann
beispielsweise angegeben werden durch den Abstand 64 der
Schwerpunkte 60 und 62 der Soll-Position 48 von
der abgebildeten Ist-Position 48' eines Markerelements 36 im
ersten Bildraum 50. Die Abbildungsfunktion, bei der die
Summe aller Abstände 64 für die Markerelemente 36 minimal
wird, definiert dann die beste Abbildung oder die minimalste Abweichung
der Ist-Positionen 54 von
den Soll-Positionen 48.
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Praktisch
wird die beste Abbildungsfunktion durch eine so genannte ”Best-Fit” Anpassung
mit dem Computer 18 ermittelt. Dabei werden Distanzen zweier
korrelierender Punkte, also der Soll-Positionen 48 und
der Ist-Positionen aufsummiert und eine Fehlerfunktion in Abhängigkeit
der Abbildungsfunktion ermittelt, bei der die Fehlerfunktion ihr
absolutes Minimum aufweist, also die Summe der Abstände 64 ihr
absolutes Minimum erreicht. Diese Anpassung kann beispielsweise
mit einem mathematischen Anpassungsalgorithmus bestimmt werden,
beispielsweise mit dem Algorithmus ”ITRQ3d” der Firma Northern Digital
Inc..
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Im
Computer 18 ist ferner eine Zuordnungstabelle hinterlegt,
in welcher die Fehlergröße einem bestimmten
Verschmutzungsgrad zugeordnet ist. Ist der maximale Fehler in der
beschriebenen Weise bestimmt, wird der Verschmutzungsgrad der Markerelemente 36 durch
Vergleich der Fehlergröße mit einem Vergleichsmaßstab bestimmt.
Beispielsweise kann der Vergleichsmaßstab einen Verschmutzungsgrad in
einem Bereich von 0% bis 100% angeben.
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Abhängig vom
ermittelten Verschmutzungsgrad, der beispielsweise am Bildschirm 32 in
einem Ausgabefeld 66 angezeigt werden kann, können in einem
weiteren Ausgabefeld 68 Lage und Orientierung des Rigid
Body 32 im Raum angegeben werden.
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Es
kann vorkommen, dass eines der Markerelemente 36 vollständig verschmutzt
ist. Dann enthält
der zweite Datensatz, der die Ist-Markerkoordinaten von Ist-Positionen
der Markerelemente 36 im zweiten Bildraum 56 enthält, nur
Daten für
eine Ist-Markeranzahl, die kleiner ist als die Zahl der tatsächlich am
Rigid Body 32 angeordneten Markerelemente 36.
In einem solchen Fall kann in einem Ausgabefeld 70 am Bildschirm 22 eine
Fehlermeldung ausgegeben werden, beispielsweise derart, dass mindestens
eines der Markerelemente vollständig verschmutzt
ist. Eine solche Fehlermeldung kann auch ausgegeben werden, wenn
im zweiten Datensatz nur so wenig Koordinaten enthalten sind, dass nur
Ist-Positionen 54 von weniger als drei Markerelementen 36 angebbar
sind. In diesem Fall lässt
sich keine sinnvolle Bestimmung von Lage und Orientierung des Rigid
Body 32 im Raum durchführen.
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Ferner
kann das Navigationssystem 10 auch derart ausgebildet sein,
dass eine Bestimmung der Abbildungsfunktion zum Abbilden des zweiten Bildraums 56 auf
den ersten Bildraum 50 nur dann vorgenommen wird, wenn
mit der Nachweisvorrichtung 12 alle Markerelemente 36 detektierbar
sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass keine Bestimmung von Lage
und Orientierung des Rigid Bodys 32 im Raum vorgenommen
wird, wenn weniger als drei Markerelemente für die Nachweisvorrichtung 12 sichtbar
sind.
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Das
Verfahren zur Bestimmung des Verschmutzungsgrades kann beispielsweise
vor jeder Messung der Ist-Koordinaten der Markerelemente 36 vorgenommen
werden oder in vorgegebenen zeitlichen Abständen, beispielsweise alle fünf Sekunden. Ein
Zeitintervall kann auch in einem Bereich von einer Sekunde bis sechzig
Sekunden vorgebbar sein. Alternativ wäre es auch denkbar, dass mit
der Tastatur 20 oder einem anderen Eingabegeräte von einer Bedienperson
die Prüfung
des Verschmutzungsgrads der Markerelemente 36 explizit
angefordert wird.
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Das
Navigationssystem 10 eignet sich sowohl für den Einsatz
von passiven als auch aktiven Referenzierungsvorrichtungen, wobei
der Rigid Body 26 ein Beispiel für eine passive Referenzierungsvorrichtung
ist, der Rigid Body 32 ein Beispiel für eine aktive Referenzierungsvorrichtung
mit aktiven Markerelementen 36, die beispielsweise Infrarotlicht
aussendende Leuchtdioden sein können.
