DE102009034668A1

DE102009034668A1 - Orientierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009034668A1
Application number: DE102009034668A
Authority: DE
Inventors: Martin Ringholz; Nikolaus Dr. Schön
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Orientierungsvorrichtung aus röntgendurchlässigem und nicht mit Magnetfeldern wechselwirkendem Material mit mindestens einer ersten mit Tracking Markern und einer zweiten mit Bildmarkern versehenen Referenzeinheit, wobei mindestens ein mit mindestens einem Marker versehener Seitenarm mindestens einer Referenzeinheit variabel anordenbar ausgebildet ist.

Description

Zur Registrierung von Bilddaten oder zur Positionierung von Operationsbesteck bedarf es einer Vielzahl von charakteristischen Markeranordnungen. Die Orientierungsvorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass aufgrund ihrer Größe diese beim Operationsablauf evtl. stören bzw. wichtige Information im Betrachtungsvolumen verdecken können. Des Weiteren weisen die in das Messvolumen hineinragenden, jedoch zur Registrierung nötigen Orientierungsmittel den Nachteil auf, dass der begrenzte Mess- bzw. Operationsbereich eingeschränkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung eines Orientierungselementes anzugeben.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass nach einer Registrierungsprozedur die raumgreifenden Elemente der Orientierungsvorrichtung aus dem Messvolumen entfernbar sind.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass es zu keiner Reduzierung der durch eine Volumenbild- oder Durchleuchtungsaufnahme gewonnenen Informationen führt, da dieses aus röntgendurchlässigem und für Magnetresonanz Bildgebung MR transparentem Material hergestellt ist.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass er auch bei Navigation mit elektromagnetischem Tracking einsetzbar ist, da er vollständig ohne Metall herstellbar ist.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass zwischen den an dem Orientierungselement angebrachten Tracking Markerreferenzpunkten und Bildmarkerreferenzpunkten eine feste Zuordnung besteht.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der Operationsbereich frei von störenden Elementen ist.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die zur Registrierung erforderlichen Bild- und Trackingmarker durch einfaches Anbringen der Orientierungseinheit am zu referenzierenden Objekt, zum Beispiel Knochen eines Patienten, befestigt werden können und somit beispielsweise bei einer Operation Zeit eingespart wird.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass er den Einsatz eines sehr robusten Registrierverfahrens ermöglicht, das direkt aus den Positionen der Tracking Marker und der Bildmarker die Transformation zwischen Trackingkoordinatensystem und Bildkoordinatensystem berechnet.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die Erfindung soll im Folgenden mittels eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
In dem Ausführungsbeispiel ist schematisch eine Orientierungsvorrichtung OE, das auch als Wirbelklemme bezeichenbar ist, dargestellt. Die Orientierungsvorrichtung OE kann aus Karbon oder Kunststoff gebildet und die Tracking Marker als optische Marker ausgebildet sein. An einem ersten Ende eines Schaftes S der Orientierungsvorrichtung, der in seinem Querschnitt kreisförmig oder eckig ausgebildet sein kann, ist eine erste Referenzeinheit ERE, beispielsweise gebildet mit optischen Markern, angeordnet. Diese mit optischen Markern oder Trackingmarkern gebildete erste Referenzeinheit ERE kann in Form eines ersten Referenzsterns RS ausgeprägt sein. Die erste Referenzeinheit ERE ist am oberen Teil des Schaftes S fixierbar angeordnet. In einer Ausführungsform kann diese erste Referenzeinheit ERE auch vom Schaft S abnehmbar ausgestaltet sein. An den Enden der ersten Referenzeinheit ERE sind jeweils optische Markerkugeln OM angeordnet. An einem dem ersten Ende des Schaftes S gegenüberliegenden Ende verzweigt oder spaltet sich der Schaft S in einen ersten Seitenarm ES und in einen zweiten Seitenarm ZS auf. Der Querschnitt des ersten und zweiten Seitenarms ES, ZS kann entsprechend der Ausprägung des Schaftes S ausgebildet sein. Im Bereich der Abzweigung des ersten und zweiten Seitenarmes ES, ZS kann eine den ersten und zweiten Seitenarm mit dem Schaft verbindende Scharniereinheit SE angeordnet sein. Die Verbindung des Schaftes S mit dem ersten und zweiten Seitenarm ES, ZS kann über eine fixierbare Verbindungseinheit führen. Der erste wie der zweite Seitenarm ES, ZS kann jeweils an seinen Enden eine Auffächerung aufweisen. In einer Ausführungsvariante kann die Auffächerung an dem der Verbindungseinheit gegenüberliegenden Enden derart ausgestaltet sein, dass sich die Enden der ersten und zweiten Seitenarme ES, ZS jeweils V-, U- oder kreisförmig erweitern. Diese Ausprägungen der Enden des ersten und zweiten Seitenarmes ES, ZS können flächig oder astförmig ausgebildet sein. Auf bzw. an den jeweils zueinander zugeordneten Seiten des ersten und zweiten Seitenarmes ES, ZS sind im Bereich der Erweiterung konisch zulaufende Fixierelemente angebracht. Diese konisch zulaufenden Fixierelemente KF können pyramidenförmig oder kegelförmig ausgebildet sein. Diese konisch zulaufenden Fixierelemente KF haben dabei die Aufgabe, die Orientierungsvorrichtung OE an einem im Bereich des Operationsgebietes beispielsweise zugänglichem Wirbelelement zu befestigen. Zur Fixierung des ersten und zweiten Seitenarmes ES, ZS beispielsweise an einem Wirbelelement ist eine Fixiereinheit FE zwischen den beiden Seitenarmen ES, ZS angeordnet. Mit der Fixiereinheit FE ist der Abstand zwischen den Seitenarmen ES, ZS veränderbar. Die Fixiereinheit FE kann beispielsweise aus einem zylindrisch ausgeprägten Stellrad oder Drehwendel STD mit an dessen Achse angeordneten Verbindungselementen VE ausgebildet sein. Auf den Verbindungselementen VE ist ein Gewinde eingeprägt, das jeweils in ein Gegengewinde GE eingreift, das kippbar in den ersten und zweiten Seitenarmen ES, ZS gelagert ist, wobei das Lager so ausgestaltet ist, dass die Verkippung des Lagers eine Verkippung der Seitenarme relativ zu den Verbindungselementen VE gerade kompensiert. Gewinde und Gegengewinde können derart ausgebildet sein, dass nach Fixierung der Orientierungsvorrichtung an einem Wirbelelement diese ohne Arretierungseinheit auskommt. Das Verbindungselement VE kann derart ausgebildet sein, dass auf diesem ein Spiralgewinde angeordnet ist, das nach Betätigen des Stellrades STD in einer Selbsthemmung verharrt. Die Selbsthemmung bringt den Vorteil mit sich, dass mit keinem weiteren Fixierelement das Stellrad STD arretiert werden muss, damit die Fixierung des Orientierungsvorrichtung OE erhalten bleibt. An den Enden des ersten und des zweiten Seitenarmes ES, ZS sind ein erster Röntgenmarker ER, sowie ein zweiter Röntgenmarker ZR angeordnet. Die Platzierung der Röntgenmarker ER, ZR kann derart flexibel gestaltet werden, dass mittels Druckelementen die Röntgenmarker auf den Seitenarmen ES, ZS fixierbar angeordnet werden können. An einem dritten Seitenarm DS ist ein dritter Röntgenmarker DR angebracht. Der dritte Seitenarm kann im Bereich der Scharniereinheit oder im Bereich des Schaftes S zwischen seinem ersten Ende und der Scharniereinheit platziert werden. Der dritte Seitenarm DS ist in der dargestellten Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels über eine bewegliche Verbindungseinheit VE mit dem Schaft S verbunden. Die Verbindungseinheit kann dabei beispielsweise in Form eines Scharniers ausgebildet sein. Der erste, zweite und dritte Seitenarm ES, ZS, DS bilden eine zweite Referenzeinheit ZRE, bzw. einen zweiten Referenzstern mit Bildmarkern und/oder Magnetresonanz-Markern. Um eine charakteristische Anordnung der ersten, zweiten und dritten Marker ER, ZR, DR zueinander auszubilden, wird der dritte Seitenarm DS arretierbar ausgebildet. Die Arretierung kann in einer in einer Axialverbindung angeordneten Arretiereinheit ausgebildet sein. Die Arretierung kann ebenso durch eine mechanische oder elektromechanische Arretiervorrichtung, die im Schaft integriert bzw. angeordnet ist ausgebildet sein. Während einer oder mehrerer 2D Röntgenaufnahmen, die beispielsweise im Ablauf einer Registrierung anfallen, ist der dritte Seitenarm DS ebenso wie der erste und zweite Seitenarm ES, ZS im abzubildenden Messvolumen angeordnet. Die Zuordnung des ersten, zweiten und dritten Röngtenmarkers zueinander ist bedingt durch die Arretierung des dritten Seitenarmes DS reproduzierbar. Während eines operativen Eingriffes kann der dritte Seitenarm DS aus seiner Arretierung gelöst und entlang des Schaftes S der Orientierungseinheit OE in eine Art Parkposition überführt werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass dann der Operationsbereich frei von störenden Elementen ist.
Bezugszeichenliste

OE

Orientierungseinheit

S

Schaft

G

Gelenkarm

RS

Referenzstern

ERE

Erste Referenzeinheit

A

Arretierung des dritten Seitenarmes

SE

Scharniereinheit

ES

erster Seitenarm

ZS

zweiter Seitenarm

DS

dritter Seitenarm

ZRE

zweite Referenzeinheit

EA

erste Auffächerung

ZA

zweite Auffächerung

AV

axiale Verbindung

DR

dritter Röntgenmarker

ZR

zweiter Röntgenmarker

ER

erster Röntgenmarker

KF

konische Fixierelemente

FE

Fixiereinheit

STD

Stellrad

SP

Spindel

OM

Optischer Marker

VE

Verbindungselement

GE

Gegengewinde

MR

Magnetresonanz/Magnetresonanz-Marker

Claims

Orientierungsvorrichtung mit mindestens einer ersten mit Trackingmarkern und einer zweiten mit Bildmarkern versehenen Referenzeinheit (ERE, ZRE), wobei die Orientierungsvorrichtung (OE) aus einem für eine Röntgen- und/oder MR-Bildgebung transparenten Material besteht.
Orientierungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Referenzeinheit (ERE, ZRE) einen variabel anordenbaren Seitenarm (DS) aufweist.
Orientierungsvorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der variabel anordenbare Seitenarm (DS) in einer raumsparenden Parkposition an der Orientierungsvorrichtung positionierbar ist.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine variabel anordenbare Seitenarm in einer eindeutigen, reproduzierbaren Position fixierbar ist.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine variabel anordenbare Seitenarm einer ersten und/oder zweiten Referenzeinheit (ERE, ZRE) in der eindeutigen Position arretierbar ist.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Wirbelklemmme (OE) ist.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungsvorrichtung aus Karbon und/oder Kunststoff gebildet ist.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tracking Marker als elektromagnetische Tracking Spulen ausgestaltet sind.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildmarker als Röntgenmarker ausgestaltet sind.
Orientierungsvorrichtung nach einem der Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildmarker als Magnetresonanz Marker MR ausgestaltet sind.