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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine chirurgische Nachweisvorrichtung,
insbesondere für
ein chirurgisches Navigationssystem, mit mindestens einer Detektionseinrichtung
zum Erfassen von Positionsdaten eines chirurgischen Markerelements und/oder
einer chirurgischen, mindestens ein chirurgisches Markerelement
umfassenden Referenzierungseinheit und mit einer Einstelleinrichtung
zum Einstellen und/oder Verändern
einer Orientierung oder Ausrichtung der Detektionseinrichtung im Raum,
welche Detektionseinrichtung mindestens zwei Positionssensoren umfasst.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein chirurgisches Navigationssystem
mit mindestens einem chirurgischen Markerelement und/oder mindestens
einer ein chirurgisches Markerelement umfassenden chirurgischen
Referenzierungseinheit, mit mindestens einer chirurgischen Nachweisvorrichtung,
welche mindestens eine Detektionseinrichtung zum Erfassen von Positionsdaten
des Markerelements und/oder der Referenzierungseinheit aufweist, und
mit einer Einstelleinrichtung zum Einstellen und/oder Verändern einer
Orientierung oder Ausrichtung der Detektionseinrichtung im Raum,
welche Detektionseinrichtung mindestens zwei Positionssensoren umfasst.
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Chirurgische
Navigationssysteme mit chirurgischen Nachweisvorrichtungen der eingangs
beschriebenen Art kommen heutzutage insbesondere in der Chirurgie
zum Einsatz, zum Beispiel bei der Implantation künstlicher Gelenke. Hierfür werden
Markerelemente und/oder Referenzierungseinheiten am Körper eines
Patienten sowie an chirurgischen Instrumenten oder Geräten festgelegt,
um so deren Positionen im Raum und ferner auch in Echtzeit Bewegungen
derselben bestimmen zu können.
Um jeweils die aktuelle Position der Markerelemente und/oder Referenzierungseinheiten
bestimmen zu können,
ist die Detektionseinrichtung vorgesehen. Die Positionssensoren
der Detektionseinrichtung sind üblicherweise
geeignet, um elektromagnetische Strahlung und/oder Ultraschall zu
detektieren, sei es von den Markerelementen und/oder Referenzierungseinheiten
reflektierte oder aber auch von diesen aktiv ausgesandte Strahlung.
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Die
Einstelleinrichtung der Nachweisvorrichtung dient dazu die Positionssensoren
so auszurichten, dass möglichst
alle Markerelemente und/oder Referenzierungseinheiten im Verlauf
eines chirurgischen Eingriffs detektierbar sind. Ferner ist zu berücksichtigen,
dass bei bestimmten Schritten während
eines chirurgischen Eingriffs, insbesondere bei der Ermittlung oder
Registrierung bestimmter Referenzpunkte, sogenannter ”Referenzmarken”, am Patienten,
das heißt
also bestimmter geometrischer Punkte, sich die Detektionseinrichtung
und die jeweiligen Referenzpunkte relativ zueinander nicht bewegen
dürfen.
Dies hat zur Folge, dass dann, wenn sich die Ausrichtung der Detektionseinrichtung
absichtlich oder unabsichtlich ändert,
nicht gewährleistet
ist, dass die ermittelten Positionsdaten weiter verwendet werden
können.
Folge hiervon ist, dass die Referenzierung des gewählten Referenzpunktes
zur Durchführung
des chirurgischen Eingriffs nochmals, im schlimmsten Fall sogar
mehrmals, wiederholt werden muss.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine chirurgische
Nachweisvorrichtung sowie ein chirurgisches Navigationssystem der
eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass eine sichere Handhabung
derselben möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer chirurgischen Nachweisvorrichtung sowie bei
einem chirurgischen Navigationssystem der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Einstelleinrichtung eine Schwenkeinrichtung umfasst, welche
eine Schwenkachse definiert, und dass die Einstelleinrichtung derart
ausgebildet und angeordnet ist, dass optische Zentren der mindestens
zwei Positionssensoren unabhängig
von einer Orientierung oder Ausrichtung der Detektionseinrichtung
auf der Schwenkachse liegen.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Weiterbildung hat den Vorteil, dass selbst dann, wenn sich die Ausrichtung
der Detektionseinrichtung im Raum ungewollt ändert, beispielsweise durch
unabsichtliches Lösen
einer Klemm- oder
Reibschlussverbindung zum Feststellen der Einstelleinrichtung in
einer gewünschten
Position oder Orientierung, sich ein Abstand zwischen den optischen
Zentren und dem Markerelement und/oder der Referenzierungseinheit, deren
Positionsdaten mit der Nachweisvorrichtung bestimmt werden sollen,
nicht ändert
beziehungsweise nicht ändern
kann. Dadurch wird die bei derzeit eingesetzten Systemen oben erwähnte häufig erforderliche
Nach- oder Mehrfachreferenzierung von Referenzpunkten vermieden.
Insbesondere ist es mit der verbesserten chirurgischen Nachweisvorrichtung und
dem verbesserten chirurgischen Navigationssystem möglich, die
Detektionseinrichtung auch während
eines Navigationsschritts in ihrer Ausrichtung oder Orientierung
zu ändern,
ohne dass dies einen Einfluss auf das Ergebnis der – bereits
durchgeführten – Positionsbestimmung
oder Referenzierung hat. Damit wird es durch die vorgeschlagene
Erfindung möglich,
chirurgische Eingriffe schneller und sicherer vorzunehmen, da die
Gefahr, falsche Positionsdaten der Markerelemente und/oder der Referenzierungseinheiten
zu bestimmen, deutlich herabgesetzt ist. Durch die besondere Ausgestaltung
der Einstelleinrichtung kann insbesondere mechanisch sichergestellt
werden, dass sich ein Abstand zwischen einem gewählten Referenzpunkt, beispielsweise
einem ausgewählten
Markerelement und/oder einer ausgewählten Referenzierungseinheit,
nicht ändert,
und zwar unabhängig
davon, wie die Detektionseinrichtung im Raum orientiert oder ausgerichtet
ist. Man kann daher auch sagen, dass die Einstelleinrichtung eine
Mechanik aufweist zur ISO-zentrischen Lagerung der Positionssensoren
an der Nachweisvorrichtung. Dies wird dadurch erreicht, dass die
Einstelleinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie eine Verschwenkung
um die durch eine Verbindungslinie der optischen Zentren der mindestens
zwei Positionssensoren definierte Schwenkachse ermöglicht.
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Vorteilhafterweise
umfasst jeder der mindestens zwei Positionssensoren einen Detektor
zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung und/oder Ultraschall.
Damit können
die Positionssensoren von Markerelementen und/oder Referenzierungseinheiten
ausgesandte oder reflektierte elektromagnetische Strahlung und/oder
Ultraschall detektieren. Grundsätzlich
sind auch andere Detektoren denkbar, mit denen Strahlung detektiert
werden kann, welche geeignet ist, Abstände zwischen zwei Punkten mittels
einer Laufzeitmessung der Strahlung oder von Strahlungspaketen oder
-pulsen zu bestimmen.
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Grundsätzlich wäre es denkbar,
elektromagnetische Strahlung im Funkwellenbereich zur Detektion
einzusetzen. Vorteilhafterweise ist der Detektor zum Nachweis elektromagnetischer
Strahlung im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich ausgebildet.
Elektromagnetische Strahlung im genannten Spektralbereich ist relativ
wenig störungsanfällig, selbst
dann, wenn andere Störstrahlungen
vorhanden sein sollten, was heutzutage beim Einsatz von Mobiltelefonen
und drahtlosen Computernetzwerken nicht ausgeschlossen werden kann.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der Detektionseinrichtung, wenn der Detektor
das optische Zentrum des jeweiligen Positionssensors definiert. Beispielsweise
können
so Kameras zum Einsatz im sichtbaren sowie infraroten Spektralbereich
verwendet werden, ohne zusätzlich
optische Abbildungseinrichtungen vorsehen zu müssen.
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Günstigerweise
umfasst mindestens einer der mindestens zwei Positionssensoren eine
optische Abbildungseinrichtung. Eine solche optische Abbildungseinrichtung
hat den Vorteil, dass ein größerer Winkel-
oder Ausrichtungsbereich der Detektionseinrichtung möglich ist,
wenn als Detektoren beispielsweise flache Detektoren verwendet werden, wie
zum Beispiel CCD-Chips.
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Vorzugsweise
definiert die optische Abbildungseinrichtung das optische Zentrum
des jeweiligen Positionssensors. So ist es möglich, unabhängig davon,
ob eine optische Abbildungseinrichtung zum Einsatz kommt oder nicht,
einen Fix- oder
Referenzpunkt der Detektionseinrichtung zu definieren, und zwar
unabhängig
von deren Orientierung oder Ausrichtung im Raum.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der optischen Nachweisvorrichtung, wenn
die optische Abbildungseinrichtung mindestens eine optische Linse umfasst.
Selbstverständlich
können
auch zwei oder mehr optische Linsen vorgesehen sein, die zusammen
ein optisches Abbildungssystem ausbilden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Verbindungslinie der optischen Zentren der mindestens
zwei Positionssensoren die Schwenkachse definiert. So wird sichergestellt,
dass die Referenzpunkte bildenden optischen Zentren ihre räumliche
Position auch bei einer Verschwenkung der Detektionseinrichtung
nicht verändern,
so dass ein Abstand zu einem weiteren Referenzpunkt, beispielsweise
an einem Patienten, nicht verändert
wird.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der Nachweisvorrichtung, wenn die Einstelleinrichtung eine
Schwenklagerung umfasst, zum Verschwenken der Detektionseinrichtung
um die Schwenkachse. Die Detektionseinrichtung kann somit in ihrer
Orientierung und Ausrichtung derart verändert werden, dass sie um die
Schwenkachse verschwenkt wird, wobei optische Zentren der Positionssensoren
stets auf der Schwenkachse verbleiben.
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Um
auf einfache Weise eine Schwenkbewegung vorgeben zu können, ist
es vorteilhaft, wenn die Einstelleinrichtung eine Führungseinrichtung
zum Führen
einer Schwenkbewegung der Detektionseinrichtung um die Schwenkachse
umfasst.
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Ein
besonders kompakter Aufbau der Nachweisvorrichtung kann erreicht
werden, wenn die Führungseinrichtung
die Schwenklagerung umfasst.
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Um
auf einfache Weise eine Schwenkbewegung der Detektionseinrichtung
um die Schwenkachse zu ermöglichen,
ist es günstig,
wenn die Führungseinrichtung
eine Führungsbahn
definiert, welche mindestens einen Teil eines die Schwenkachse konzentrisch
umgebenden Kreise bildet. Insbesondere kann die Führungsbahn
die Detektionseinrichtung umgebend oder mindestens teilweise umgebend
angeordnet und ausgebildet sein. Zudem ist es durch die Ausgestaltung
möglich,
eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse zu realisieren.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Führungseinrichtung mindestens
zwei zusammenwirkende und relativ zueinander bewegbar angeordnete und/oder
aneinander bewegbar gehaltene Führungselemente
umfasst, dass das eine Führungselement der
Detektionseinrichtung zugeordnet oder an dieser angeordnet ist und
dass das andere Führungselement
an einer Halteeinrichtung angeordnet oder dieser zugeordnet ist.
Eines der mindestens zwei Führungselemente
an einer Halteeinrichtung anzuordnen, die insbesondere auch Teil
der Nachweisvorrichtung sein kann, ermöglicht es, durch das Zusammenwirken
mit mindestens einem weiteren Führungselement
die Detektionseinrichtung in gewünschter
Weise um die Schwenkachse verschwenkbar lagern zu können.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der Führungseinrichtung,
wenn das eine Führungselement ein
die Führungsbahn
definierendes Schienenelement umfasst und wenn das andere Führungselement
im oder am Schienenelement bewegbar gehalten ist.
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Einfach
und sicher sowie praktisch spielfrei lässt sich eine Relativbewegung
der Führungselement
zueinander erreichen, wenn das andere Führungselement mindestens einen
im oder am Schienenelement gleitend gehaltenen Gleitkörper umfasst. Der
Gleitkörper
und das Schienenelement können zudem
relativ zueinander so ausgebildet sein, dass eine schwach kraftschlüssige Verbindung
hergestellt wird, die es gestattet, auf einfache Weise eine eingestellte
Orientierung oder Ausrichtung der Detektionseinrichtung im Raum
beizubehalten und zu sichern.
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Um
eine besonders gute Führung
der mindestens zwei Führungselemente
relativ zueinander zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn zwei Gleitkörper vorgesehen
sind.
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Alternativ
oder ergänzend
kann es auch vorteilhaft sein, wenn das andere Führungselement mindestens ein
im oder am Schienenelement gelagertes Rollenelement umfasst. Insbesondere
dann, wenn nur möglichst
kleine Reibungskräfte
zwischen den beiden zusammenwirkenden Führungselementen auftreten sollen,
eignen sich Rollenelemente besonders gut.
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Eine
besonders einfache und effiziente Führung mittels der Führungseinrichtung
kann erreicht werden, wenn zwei, vier, sechs oder mehr Rollenelemente
vorgesehen sind.
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Um
zu verhindern, dass sich die Führungselemente
in unerwünschter
Weise voneinander lösen, ist
es vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Führungselemente kraft- und/oder
formschlüssig
aneinander bewegbar gehalten sind. Darunter ist insbesondere zu
verstehen, dass die mindestens zwei Führungselemente derart ineinandergreifen,
dass sie zwar längs
der definierten Führungsbahn
relativ zueinander beweglich sind, nicht jedoch in Richtungen senkrecht
zu dieser. Optional können
selbstverständlich
noch Anschläge
vorgesehen sein, welche die Führungsbahn
beidseitig begrenzen, so dass sich die Führungselemente überhaupt
nicht voneinander in unerwünschter
Weise lösen
lassen.
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Um
die Führungselemente
sicher aneinander zu halten und zu führen, ist es vorteilhaft, wenn das
eine Führungselement
eine Ausnehmung aufweist, in welche das andere Führungselement quer zu einer
von der Führungsbahn
definierten Richtung eingreift. Insbesondere kann die Ausnehmung
selbst die Führungsbahn
definieren oder einen Teil derselben.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Schwerpunkt der an
der Einstelleinrichtung gehaltenen Detektionseinrichtung auf der
Schwenkachse liegt. Insbesondere kann der Schwerpunkt des gesamten,
bewegbar gelagerten Teils der Nachweisvorrichtung, umfassend die
Detektionseinrichtung und einen Teil der Einstelleinrichtung, so
angeordnet oder gewählt
sein, dass er auf der Schwenkachse liegt.
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Dies
hat den Vorteil, dass unabhängig
von einer Orientierung oder Ausrichtung der Detektionseinrichtung
diese stets eine stabile Position einnimmt, das heißt an der
Detektionseinrichtung selbst greifen keine Kräfte an, insbesondere keine
Gewichtskräfte, welche
Drehmomente bewirken, die die Detektionseinrichtung zu einer Schwenkbewegung
um die Schwenkachse zwingen. Diese Ausgestaltung ermöglicht es
insbesondere, vollständig
auf eine zusätzliche
Feststelleinrichtung zu verzichten, mit welcher Relativpositionen
der mindestens zwei Führungselemente
beziehungsweise der aneinander verschwenkbar gelagerten Teile der
Nachweisvorrichtung zumindest temporär festgelegt werden können. Bewegt
eine Bedienperson die besonders ausgestaltete Detektionseinrichtung
um die Schwenkachse, dann behält
diese die eingestellte Position bei, ohne dass sie zusätzlich gesichert
werden muss.
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Zur
Verbesserung einer Handhabung der chirurgischen Nachweisvorrichtung
ist es vorteilhaft, wenn das eine Führungselement einen Betätigungsgriff
oder Handgriff zum Bewegen der mindestens zwei Führungselemente relativ zueinander
umfasst. So kann das eine Führungselement
auf einfache Weise von einer Bedienperson bewegt werden, insbesondere
das mit der daran angeordneten Detektionseinrichtung. Zum Beispiel
kann es sich dabei um das Führungselement
handeln, welches in Form eines Schienenelements ausgebildet ist.
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Vorzugsweise
definiert die Einstelleinrichtung einen Verschwenkbereich mit einem
Schwenkwinkel von bis zu 120°.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Führungsbahn
nur einen solchen Winkelbereich abdeckt. Insbesondere kann dies
sichergestellt werden durch einen oder mehrere Anschläge an den
Enden der gewünschten Führungsbahn.
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Um
die Nachweisvorrichtung sicher und stabil in beispielsweise einem
Operationssaal anordnen oder aufstellen zu können, ist es günstig, wenn
die Nachweisvorrichtung eine im Raum feststellbare oder festlegbare
Halte- oder Stativeinrichtung umfasst. Insbesondere kann diese auch
in Form einer Wandhalterung oder eines auf einen Boden stellbaren
Stativs ausgebildet sein.
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Besonders
einfach lässt
sich die Detektionseinrichtung in ihrer Orientierung oder Ausrichtung ändern, wenn
das andere Führungselement
an der Halte- oder
Stativeinrichtung verstellbar gehalten ist. Dies ermöglicht zusätzlich zu
einer relativen Verstellung durch Ändern einer Relativposition
zwischen den mindestens zwei Führungselementen
noch eine weitere Verstellmöglichkeit
durch Ändern
einer Orientierung des anderen Führungselements
relativ zur Halte- oder Stativeinrichtung.
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Günstig ist
es, wenn die Detektionseinrichtung ein Gehäuse umfasst und wenn die mindestens zwei
Positionsdetektoren im oder am Gehäuse angeordnet sind. Bei einer
Detektionseinrichtung zwei Positionsdetektoren vorzusehen, ermöglicht eine
stereotaktische Bestimmung von Positionen von Markerelementen und/oder
Referenzierungseinheiten. Die mindestens zwei Positionsdetektoren
im oder am Gehäuse
der Detektionseinrichtung anzuordnen, verbessert die Handhabung
der Nachweisvorrichtung und kann zudem die Positionsdetektoren zusätzlich schützen, insbesondere
wenn sie im Gehäuse
angeordnet sind.
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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 Gesamtansicht eines chirurgischen Navigationssystems;
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2:
eine ausschnittsweise Darstellung eines Teils einer Nachweisvorrichtung
des Navigationssystems aus 1;
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3:
eine Seitenansicht der Anordnung aus 2 mit einer
ersten Ausrichtung der Detektionseinrichtung; und
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4:
eine Ansicht analog 3 mit einer zweiten Ausrichtung
der Detektionseinrichtung.
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In 1 ist
beispielhaft ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes
Navigationssystem dargestellt. Es umfasst mehrere Referenzierungseinheiten 12,
welche vorzugsweise mindestens drei, bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
jeweils vier, Markerelemente 14 in Form passiver, elektromagnetische
Strahlung, vorzugsweise im infraroten Spektralbereich, reflektierender
Kugeln umfassen.
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Das
Navigationssystem 10 umfasst ferner eine mit dem Bezugszeichen 16 versehene
Nachweisvorrichtung mit einer Detektionseinrichtung 18 zum
Erfassen von Positionsdaten der chirurgischen Markerelemente 14 und/oder
der chirurgischen Referenzierungseinheiten 12. Die Detektionseinrichtung 18 ist über eine
Einstelleinrichtung 20 an einer Halte- oder Stativeinrichtung 22 gehalten.
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Des
Weiteren umfasst das Navigationssystem 10 eine Datenverarbeitungsanlage 24,
welche bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel drei
miteinander zusammengeschaltete Computer 26, eine Datenausgabeeinrichtung
in Form eines Monitors 28 und ein Eingabegerät in Form
einer Tastatur 30 umfasst. Mit der Datenverarbeitungsanlage 24 können von
der Detektionseinrichtung 18 erzeugte und/oder empfangene
Signale verarbeitet werden, um eine Position und/oder eine Orientierung
der Markerelemente 14 beziehungsweise der Referenzierungseinheiten 12 im
Raum zu bestimmen.
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Die
Referenzierungseinheiten 12 können an chirurgischen Instrumenten,
beispielsweise einem Tastinstrument 32 oder einem chirurgischen
Gerät, wie
beispielsweise dem in 1 dargestellten Ultraschallkopf 34,
angeordnet sein. Des Weiteren können
sie auch an Teilen eines Körpers
eines Patienten 36 angeordnet werden, beispielsweise mittels
in 1 schematisch dargestellten Knochenschrauben 42 an
Knochen des Patienten, zum Beispiel dem Beckenknochen 38 oder
einem Femur 40. Bei den mittels der Knochenschrauben 42 am
Körper
des Patienten 36 festgelegten Referenzierungseinheiten 12 handelt es
sich um Referenzierungseinheiten 12 zur Definition von
Referenzpunkten oder -positionen. Dies bedeutet, dass die Positionen
oder Orientierungen der anderen Referenzierungseinheiten 12 vorzugsweise
mithilfe der Nachweisvorrichtung 16 in Bezug zu einem solchen
Referenzpunkt bestimmt werden.
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Die
Detektionseinrichtung 18, welche insgesamt in Form einer
sogenannten ”Stereokamera” ausgebildet
ist, umfasst zwei symmetrisch in einem Gehäuse 44 angeordnete
Positionsdetektoren 46, welche in Form von Kameras ausgebildet
sind, welche jeweils einen Detektor 48, zum Beispiel in
Form eines nicht dargestellten CCD-Chips, umfassen, mit welchem
elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich
detektiert werden kann. Zur Abbildung der auf die Detektionseinrichtung 18 eintreffenden
Strahlung dient jeweils eine optische Abbildungseinrichtung 50,
die ein eine Strahlungseintrittsöffnung
des Gehäuses 44 verschließendes Eintrittsfenster 52 umfasst
sowie eine oder mehrere nicht dargestellte Abbildungslinsen. Optische
Zentren 54 der Abbildungseinrichtungen 50, und
damit der Positionssensoren insgesamt, liegen innerhalb des Gehäuses 44 und
definieren eine Verbindungslinie, welche mit einer Schwenkachse 56 der
in Form einer Schwenklagerung oder Schwenkeinrichtung 57 ausgebildeten
Einstelleinrichtung 20 zusammenfällt.
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Die
Detektionseinrichtung 18 kann optional auch in Form einer
Ultraschalldetektionseinrichtung ausgebildet sein, wobei dann die
Positionsdetektoren 46 in Form von Ultraschalldetektoren
ausgebildet sind, mit denen sich Ultraschall nachweisen lässt. Optional
kann die Detektionseinrichtung 18 zusätzlich mit einer elektromagnetische
Strahlung und/oder Ultraschall aussendenden Sendeeinheit ausgestattet sein,
wobei mit den Positionsdetektoren 46 die von den Markerelementen 14 reflektierte
Strahlung detektiert werden kann.
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Die
Einstelleinrichtung 20 umfasst ein erstes Führungselement 58,
welches optional um eine Schwenkachse 62 schwenkbar an
einem Haltearm 64 der Stativeinrichtung 22 gehalten
ist. Mit dem ersten Führungselement 58 zusammenwirkend
ist ein zweites Führungselement 60 vorgesehen,
wobei die Führungselemente 58 und 60 bewegbar
aneinander gehalten sind. Zu diesem Zweck ist ein freies Ende des
ersten Führungselements 58 mit
einer in Form eines Flächenbereichs
eines Hohlzylinders ausgestalteten Endfläche 66 versehen, welche
einen Krümmungsradius 67 bezogen
auf eine zentrale Achse des Hohlzylinders definiert, die durch die
Schwenkachse 56 gebildet wird. Von der Endfläche 66 abstehend
sind zwei symmetrisch ausgebildete Lagereinheiten 68 angeordnet,
welche in Richtung auf die Schwenkachse 56 weisen. Sie
werden gebildet durch flache Vorsprünge, welche parallel zueinander
orientierte Ebenen definieren, die zudem senkrecht zur Schwenkachse 56 orientiert
sind. Jeweils auf Außenseiten
der Lagereinheiten 68, also auf voneinander weg weisenden
Seiten derselben, sind jeweils beabstandet zwei Rollen 70 rotierbar
um Achsen gelagert, welche parallel zur Schwenkachse 56 verlaufen.
Die Lagereinheit 68 mit den Rollen 70 greift in
ein eine kreisbogenförmige
Führungsbahn 72 definierendes Schienenelement 74 des
zweiten Führungselements 60 ein.
Das Schienenelement 74 weist hierfür quasi seitliche Ausnehmungen
auf, in welche die Rollen 70 eingreifen können. Die
beschriebene Schwenklagerung, wie sie insbesondere durch die aneinander
beweglich gehaltenen Führungselemente 58 und 60 ausgebildet
ist, ermöglicht
eine geführte
Schwenkbewegung des zweiten Führungselements 60 relativ zum
und am ersten Führungselement 58 um
die Schwenkachse 56. Das Schienenelement 74 bewegt sich
somit auf der Führungsbahn 72 um
einen Kreismittelpunkt 73, welcher auf der Schwenkachse 56 liegt.
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Die
Detektionseinrichtung 18 ist mittels eines im Wesentlichen
U-förmigen
Halteelements 76 am zweiten Führungselement 60 festgelegt,
vorzugsweise mit Halteschrauben 78. Eine plattenförmige Basis 79 des
Halteelements 76 ist auf einer Rückseite des Gehäuses 44 befestigt,
so dass im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Schenkel 94, 96 des Halteelements 76 senkrecht
vom Gehäuse 44 abstehen.
Das Haltelement 76 verschließt zudem mit seinem längeren Schenkel 94 ein
freies Ende 80 des Schienenelements 74 und bildet
damit einen ersten Anschlag für
die Lagereinheit 68 des ersten Führungselements 58.
Am anderen freien Ende 82 des Schienenelements 74 ist
ein dieses tangential verlängernder
geradliniger Haltegriff 84 abstehend angeordnet, an welchem
eine Bedienperson das zweite Führungselement 60 fassen
und, durch das erste Führungselement 58 in
Verbindung mit dem Schienenelement 74, zwangsgeführt um die
Schwenkachse 56 verschwenken kann.
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Die
Anordnung und Ausbildung einer Führungseinrichtung 86,
welche die Führungselemente 58 und 60 umfasst,
ist so gewählt,
dass die optischen Zentren 54 der Positionssensoren 46 und
der optischen Abbildungseinrichtung 50 genau auf der Schwenkachse 56 liegen.
Dies hat zur Folge, dass unabhängig
von einer Orientierung oder Ausrichtung der Detektionseinrichtung 18 im
Raum, ein Abstand 88 zu einem Referenzpunkt 90,
wie er beispielsweise durch eine mittels der Knochenschrauben 42 am
Körper
des Patienten 36 festgelegten Referenzierungseinheit 12 definiert
wird, konstant ist. Dies ermöglicht es,
die Detektionseinrichtung 18 innerhalb eines durch die
Führungseinrichtung 86 definierten
Winkelbereichs 92 einzustellen, welcher vorgegeben wird, durch
die Enden 80 und 82 des Schienenelements 74,
die so verschlossen sind, dass die Lagereinheit 68 in extremen
Stellungen an entsprechenden Anschlägen anschlägt, zum Beispiel dem Schenkel 94. Insbesondere
kann ein zweiter Anschlag gebildet werden durch den Haltegriff 84 im Übergangsbereich zum
Schienenelement 74.
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Die
besondere Ausgestaltung der Führungseinrichtung 86 gestattet
es auch, die Detektionseinrichtung 18 bei Bedarf nachzuführen, beispielsweise von
einer in 3 dargestellten Stellung, in
der eine direkte optische Verbindungslinie 91 zwischen
dem Referenzpunkt 90 und dem optischen Zentrum 54 nicht
durch das Eintrittsfenster 52 verläuft, sondern durch eine strahlungsundurchlässige Wand
des Gehäuses 44.
Durch Verschwenken des zweiten Führungselements 60 relativ
zum ersten Führungselement 58 um
die Schwenkachse 56 kann dann eine Ausrichtung für die Detektionseinrichtung 18 erreicht und
eingestellt werden, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt
ist, bei der die Verbindungslinie 91 zwischen dem Referenzpunkt 90 und
dem optischen Zentrum 54 durch das Eintrittsfenster 52 verläuft, so dass
der Referenzpunkt 90 für
die Positionssensoren 46 sichtbar wird. Optional kann die
Einstelleinrichtung 20 zusätzlich eine Sicherungseinrichtung
umfassen, mit der jede ge wünschte
Ausrichtung der Detektionseinrichtung 18 gesichert werden
kann, beispielsweise die in den 3 und 4 dargestellten Ausrichtungen
der Detektionseinrichtung 18.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Detektionseinrichtung 18 auch so ausgebildet sein,
dass ihr Schwerpunkt 98 auf der Schwenkachse 56 liegt.
Genauer gesagt der Schwerpunkt 98 des zweiten Führungselements 60 und
der Detektionseinrichtung 18. Dies hat den Vorteil, dass
unabhängig
von einer Orientierung der Detektionseinrichtung 18 relativ
zum ersten Führungselement 58 die
Einheit aus dem zweiten Führungselement 60 und
der Detektionseinrichtung 18 stets eine stabile Lage einnimmt,
das heißt
es wirken keine Gewichtskräfte
auf die Detektionseinrichtung 18, welche ein Drehmoment
zur Folge haben, das eine Rotationsbewegung um die Schwenkachse 56 erzwingt
und somit zu einer unerwünschten
Verstellung der justierten und ausgerichteten Detektionseinrichtung 18 führt. Eine
Bedienperson kann so durch Erfassen des Haltegriffs 84 das Schienenelement 74 mit
der daran angeordneten Detektionseinrichtung 18 verstellen,
wobei dann sofort nach dem Loslassen des Haltegriffs 84 die
Detektionseinrichtung 18 die eingestellte Ausrichtung beibehält, ohne
dass eine zusätzliche
Sicherungseinrichtung erforderlich ist.
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Sollte
der Fall auftreten, dass sich eine Orientierung, Ausrichtung oder
Neigung der Detektionseinrichtung 18 in unbeabsichtigter
Weise ändert, hat
dies für
die Positionsbestimmung beispielsweise des Tastinstruments oder
der weiteren, verwendeten Referenzierungseinheiten 12 durch
die besondere Ausgestaltung der Nachweisvorrichtung 16 keinen Einfluss,
da die jeweiligen Abstände
der zu detektierenden Elemente zu den optischen Zentren 54 der Detektionseinrichtung 18 jeweils
konstant sind.
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Durch
die oben beschriebene Nachweisvorrichtung 16 und somit
auch durch das Navigationssystem 10 wird daher sichergestellt,
dass auch trotz einer Veränderung
der Ausrichtung der Detektionseinrichtung 18 einzelne Schritte
bei einem navigierten chirurgischen Eingriff nicht mehrfach durchgeführt werden
müssen,
insbesondere nicht eine Referenzierung von Referenzpunkten 90 an einem
Körper
des Patienten 36.