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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur rechnergestützten Navigation.
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Zur Navigation, insbesondere bei der rechnergestützten Navigation, werden die Positionen von Objekten wie z.B. Instrumenten, Patientenklemmen, C-Bogenring oder Kalibrier-Phantom durch ein Trackingsystem erfasst und ausgewertet. An jedem Objekt befindet sich eine charakteristische Anordnung gebildet mit mindestens drei, beispielsweise auf einer sternförmigen Anordnung angeordneten, optischen Markern. Durch diese Anordnung können Objekte von einer Trackingkamera des Trackingsystems erfasst und mittels ihrer charakteristischen Anordnung unterschieden werden. Die Registrierung kann bei präoperativen Datensätzen wie z.B. einer Computertomographie CT durch das Abgreifen verschiedener Landmarken mit einem Zeigerinstrument, wie beispielsweise bei einer oberflächenbasierten manuellen Registrierung, oder durch die Aufnahme zusätzlicher intraoperativer 2D-Röntgenbilder, wie beispielsweise beim intraoperativen CT-Fluoro Matching, erfolgen. Wird ein Patientendatensatz im OP intraoperativ generiert, z.B. mit einem intraoperativen CT oder einem 3D-C-Bogen, kann die Registrierung dadurch erfolgen, dass das Bildgebungsgerät vorkalibriert wird, so dass eine manuelle Registrierung, die der Arzt während der Schnitt-Nahtzeit durchführen müsste, entfallen kann. Die Kalibierung erfolgt durch eine Vermessung des Isozentrums des Aufnahmegerätes durch ein Kalibrier-Phantom mit detektierbaren Röntgenmarkern und zusätzlichen optischen Navigationsmarkern.
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Um die Position eines jeweiligen Objektes und die Positionen der Objekte zueinander zu bestimmen, bedarf es jeweils rechenintensiver Verfahren.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2006 036 575 A1 ist eine Bildgebungsvorrichtung und ein Verfahren zur Darstellung der Position eines Instrumentes bekannt. Die Röntgenmarker sind starr in ein Liegeelement integriert. Es muss vor einer Aufnahme eine Kalibrierung des interventionellen Instrumentes durchgeführt werden. Die Röntgenmarker, die optischen Marker sowie eine Kalibriervorrichtung für ein zu verwendendes interventionelles Instrument sind am Rand einer speziell ausgebildeten Patientenpositioniervorrichtung integriert.
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Aus der Patentschrift
US 6 226 548 B1 ist eine Knochenklemme mit Trackingmarkern bekannt. Die Klemme besitzt einen Überbau mit einer zentralen Stange, welche entfernt und wieder angeordnet werden kann, und einer Reihe von Markern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur Registrierung anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 oder 11 angegebenen vorrichtungs- und verfahrensgegenständlichen Merkmale gelöst.
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Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden einer Orientierungsvorrichtung mit einer ersten Referenzeinheit mit Tracking Markern auch eine zweite Referenzeinheit mit variabel abwinkelbaren oder abnehmbaren Seitenarmen mit Bildmarkern zugeordnet und mittels der Tracking Marker und Bildmarker eine Zuordnung zwischen einem Koordinatensystem eines Volumenbildes und einem Operationsbesteck zugeordneten Koordinatensystem hergestellt. Die Vorrichtung und das dazugehörige Verfahren kann ebenso in einem elektromagnetischen Trackingsystem eingesetzt werden. Dort ist das Trackingprinzip aber umgekehrt. Die Marker sind dann durch Spulen realisierte Empfänger und die Kamera wird durch einen Feldgenerator als Sender ersetzt.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass kein Kalibrierungsschritt zwischen trackbarem Phantom sowie trackbarer C-Bogen-Referenz erforderlich ist und somit der Inbetriebnahmeaufwand für das Gesamtsystem reduziert wird.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die trackbare C-Bogen-Referenz entfallen kann, die ein nicht unwesentlicher Kostenfaktor des Navigationssystems ist.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mögliche Fehlerquellen bei Erfassung der Berechnung einer Vielzahl von Einzeltransformationen zwischen den den verschiedenen Objekten zugeordneten Koordinatensystemen verringert werden.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass im Gegensatz z.B. zum Fluoro-CT-Matching, wo man darauf angewiesen ist, dass sich im Bild gut sichtbare Knochenstrukturen befinden, die Registrierung anhand von sehr robust und genau lokalisierbaren Strukturen wie beispielsweise den Bildmarkern erfolgen kann, was den zusätzlichen Vorteil einer Vermeidung von Fehlerquellen mit sich bringt.
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Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass beispielsweise Operationsinstrumente in ihrer jeweiligen konkreten Position bzw. Ausrichtung zu einem Objekt abbildbar sind.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Darstellung einer Ausrichtung eines Operationsinstrumentes relativ in einem Volumenbild abbildbar ist.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Entfernungen zwischen den erfassten charakteristischen Anordnungen und dem Bildvolumen minimiert sind und dadurch mögliche Fehlerquellen entfallen. Mit dem Bildvolumen ist der Ort am Patienten, der abgebildet wird und an dem operiert wird angesprochen, alternativ könnte man den Ort auch OP-Feld bezeichnen.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Mehrzahl von zeitaufwendigen Abtastungen mittels eines Taststiftes entfällt.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass keine zusätzliche invasive Anbringung von Bildmarkern an Knochen oder Weichteilen des Patienten erforderlich wird.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Referenzmarker und damit das Referenzkoordinatensystem der Navigation sich nicht relativ zum zu operierenden Knochen bewegen und dass damit Fehlerquellen entfallen.
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Die Erfindung soll im Folgenden mittels eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine Registrieranordnung,
- 2 eine weitere Registrieranordnung und
- 3,4,5 weitere Registrieranordnungen.
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Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden Bildmarkerpositionen einer Orientierungsvorrichtung sowie die Position bzw. Orientierung von mindestens einem Operationsinstrument erfasst und einem Volumenbild bzw. einem Ausschnitt von diesem zugeordnet.
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Bei der optischen Navigation wird am Patienten eine Orientierungsvorrichtung ME, die auch als Referenzklemme bezeichnet werden kann, angeordnet. Diese Orientierungsvorrichtung ME verbleibt zur sogenannten Registrierungsprozedur an einem Ort, zum Beispiel an einem Knochen des Patienten. Die Registrierungsprozedur stellt den Bezug zwischen einem Patientenkoordinatensystem und dem Koordinatensystem des Tracking Systems her.
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In 1 wird zum besseren Verständnis der Erfindung eine bekannte Art einer Registrierung beschrieben. Zur Umsetzung des Registrierverfahrens sind mindestens eine optische Trackingkamera TK, eine erste Recheneinheit RCB zur Berechnung beispielsweise eines aus einer Vielzahl von 2D Röntgenbildern gebildeten Volumenbildes, eine zweite Recheneinheit RN zur Verarbeitung von Bilddaten von Trackingkameras TK sowie einer Röntgeneinheit C, bestehend aus Röntgenquelle RQ und Röntgendetektor RD, vorgesehen.
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In der ersten Recheneinheit RCB werden die am Detektor RD der Durchleuchtungsbilderfassungseinheit CB abgreifbaren zweidimensionalen Röntgenbilder mittels einer Volumenbildrekonstruktion zu einem Volumenbild VB verrechnet. Die Durchleuchtungsbilderfassungseinheit CB kann beispielsweise eine Röntgeneinheit sein. In der zweiten Recheneinheit RN werden die von den Kameras der Trackingeinheit TK aufgenommenen optischen Informationen, beispielsweise die der optischen Marker, ausgewertet. Die optischen Marker sind beispielsweise am C-Bogen, an einem Kalibrier-Phantom, an einem Objekt, einem Patienten oder einem chirurgischen Werkzeug zugeordnet. Die optischen Marker können beispielsweise jeweils an den Enden eines Astes einer sternförmigen Anordnung angeordnet sein. Die Anordnung besteht aus mindestens drei Tracking Markern. Die räumliche Konstellation der Tracking Marker hat eine charakteristische Ausprägung, die beispielsweise im paarweisen Abstand der Tracking Marker zueinander ausgebildet ist.
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Des Weiteren sind den jeweiligen Objekten oder Einheiten erste, zweite, dritte und vierte Koordinatensysteme K1, K2, K3 und K4,..., zugeordnet. Ein Ursprungskoordinatensystem K0 wird dem Koordinatensystem eines Volumenbildes VB eines Objektes zugrunde gelegt. Das erste Koordinatensystem K1 ist einem Kalibrier-Phantom und das zweite Koordinatensystem K2 ist der Röntgenbildaufnahmeeinheit zugeordnet. Mit dem dritten Koordinatensystem K3 wird die Lage des Orientierungsmittels bestimmbar und mit dem vierten Koordinatensystem K4 kann eine Ausrichtung des Operationsbesteckes bzw. Hilfsmittels angegeben werden.
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Durch eine Auswertung der Kamerabilder der Trackingeinrichtung TK wird die Position der charakteristischen Anordnung der optischen Marker OMI an dem Operationsinstrument OPI ermittelt. Eine durchzuführende Transformation T40 vom Koordinatensystem K4 in das Ursprungskoordinatensystem K0 erfolgt, ständig in kurzen Zeitabständen wiederholt, während der Benutzung des Gesamtsystems in dessen Recheneinheiten CB, RCB, RN. Mit der Transformation T40 kann die Position des Operationsinstrumentes OPI relativ zum Volumenbild VB mit dem Ursprungskoordinatensystem K0 hergestellt werden.
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Vor einer Benutzung des C-Bogens in Verbindung mit dem Navigationssystem TK ist das zweite Koordinatensystem K2 am C-Bogen, das in optischer Verbindung mit dem optischen Navigationssystem steht zu kalibrieren. Dazu wird ein Kalibrier-Phantom KP, dem das erste Koordinatensystem K1 zugewiesen ist, in das Messvolumen des C-Bogens CB eingebracht. Das Kalibier-Phantom KP dem das erste Koordinatensystem K1 zugeordnet ist, weist sowohl optische Marker als auch Röntgenmarker auf. Beim Kalibriervorgang wird die Position der RöntgenMarker des Kalibrier-Phantoms KP im Röntgenvolumenbild VB berechnet und damit eine Transformation T10 vom ersten Koordinatensystem K1 zum Ursprungskoordinatensystem K0 bestimmt. Diese Transformation wird beispielsweise von der C-Bogen-Recheneinheit RCB berechnet und das Transformationsergebnis gespeichert. Gleichzeitig werden bei der Kalibrierung die Position der charakteristischen Anordnung mit dem zweiten Koordinatensystem K2 am Bildverstärker des C-Bogens und die Position der charakteristischen Anordnungen am Kalibrier-Phantom KP mit dem ersten Koordinatensystem K1 mittels der Daten aus dem Navigationssystem bestimmt. In der dazugehörigen Navigations-Rechnereinheit RN werden mikroprozessorgesteuert eine Transformation T21 zwischen dem zweiten und ersten Koordinatensystem K2, K1 ermittelt und die Transformationsvorschriften der Transformation T21 an die Recheneinheit RCB des C-Bogens übertragen.
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Die C-Bogen-Recheneinheit RCB berechnet die Transformation T20 vom zweiten Koordinatensystem K2 zum Ursprungskoordinatensystem K0. Entsprechend den mathematischen Verknüpfungen der Einzeltransformationen T21, T10 wird eine Gesamttransformation T20 mittels der Transformationsvorschrift T20=T21*T10 berechnet und diese in allen Röntgenschichtbildern zugeordnet, die an die Navigations-Rechnereinheit RN übertragen werden. Das dem Volumenbild VB zugewiesene Ursprungskoordinatensystem K0 ist nunmehr virtuell rigide mit dem Koordinatensystem K2 des C-Bogens verbunden. Nach der Kalibrierung kann auf das Kalibrierungs-Phantom und den Zwischenschritt über das erste Koordinatensystem K1 verzichtet werden. Wird ein Patient oder ein Objekt, zur Röntgenaufnahme unter dem C-Bogen dementsprechend gelagert und im Operationsumfeld eine Orientierungseinheit, bzw. eine Wirbelklemme ME mit einer charakteristischen Anordnung angebracht, wird dieser charakteristischen Anordnung das dritte Koordinatensystem K3 zugeordnet. Vor der Aufnahme der Einzelbilder wird die Position der charakteristischen optischen Anordnungen zu den zweiten und dritten Koordinatensystemen K2, K3 durch das Trackingsystem erfasst. Die Transformation T32 von dem dritten Koordinatensystem K3 zum zweiten Koordinatensystem K2 wird von der Navigations-Recheneinheit RN berechnet. Damit kann die Transformation T30 vom dritten Koordinatensystem K3 in das Röntgenvolumenbild-Ursprungskoordinatensystem K0 berechnet werden: T30 = T32 * T20. Das Koordinatensystem des Röntgenvolumenbildes ist nun virtuell rigide mit der Tracking-Referenz verbunden. Da die Tracking-Referenz fest mit dem Operationsobjekt verbunden ist, bedeutet das, dass bei Bewegung des Operationsobjektes sich das Röntgenvolumenbild virtuell mitbewegt und somit die Transformation weiterhin korrekt bleibt. Das dem C-Bogen zugeordnete zweite Koordinatensystem K2 wird zur Navigation nicht mehr benötigt und kann entfernt werden, um Platz für die Operation zu schaffen oder für die weitere Verwendung während der Operation zur Verfügung zu stehen. Während eines Navigationsvorganges wird gleichzeitig die Ortung des Instrumentes OPI mit dem Koordinatensystem K4 und die am Operationsobjekt fixierte optische Referenz ME mit dem Koordinatensystem K3 mit der Tracking-Kamera TK erfasst. Die charakteristischen Anordnungsgeometrien der optischen Marker sind bekannt und konstant. Die Transformation T43 vom vierten Koordinatensystem K4 zum dritten Koordinatensystem K3 wird durch die Navigations-Recheneinheit RN berechnet. Dadurch wird es möglich, die Position des Instrumentes OPI mit dem vierten Koordinatensystem K4 im Ursprungskoordinatensystem K0 des Röntgenvolumenbildes VB abzubilden und beides zusammen auf dem Bildschirm der Navigations-Recheneinheit RN darzustellen: T40 = T43 * T30.
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2 zeigt eine schematische Anordnung des Gegenstandes gemäß der Ausgestaltung der Erfindung. Die Orientierungsvorrichtung ME ist mit Tracking und Bildmarkern versehen. Diese Orientierungsvorrichtung ME kann auch als Wirbelklemme oder Klemmeinheit bezeichnet werden. Diese Klemmeinheit besteht aus röntgendurchlässigem Material, wie beispielsweise Karbon. Die Vorrichtung zur rechnergestützten Navigation ist hierzu mit mindestens einem Trackingsystem TK und einer Volumenbilderfassungseinheit RQ, RD, einer ersten Recheneinheit RCB, einem Volumenbild VB zugeordneten Ursprungskoordinatensystem K0 sowie mindestens einem Operationsinstrument OPI zugeordneten vierten Koordinatensystem K4 versehen. Das der Orientierungsvorrichtung ME zugeordnete dritte Koordinatensystem K3 weist Tracking Marker, z.B. optische Marker, und Bildmarker, z.B. Röntgenmarker auf, wobei die Bildmarker RM so positioniert werden, dass diese innerhalb eines abzubildenden Bildvolumens von einem Objekt angeordnet sind. Im Gegensatz zum Gegenstand aus 1 kann hier die Kalibrierungseinheit mit dem ersten und zweiten Koordinatensystem entfallen.
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An einem ersten Ende des Schaftes der Orientierungsvorrichtung ME, der in seinem Querschnitt kreisförmig oder eckig ausgebildet sein kann, ist eine Referenzeinheit, beispielsweise gebildet mit optischen Markern, angeordnet. Diese mit optischen Markern OM gebildete erste Referenzeinheit kann in Form eines ersten Referenzsterns ausgeprägt sein. Der erste Referenzstern ist am oberen Teil des Schaftes fixierbar angeordnet. An einem dem ersten Ende des Schaftes gegenüberliegenden Ende spaltet sich der Schaft in einen ersten Seitenarm und in einen zweiten Seitenarm auf. Die Verbindung des Schaftes mit dem ersten und zweiten Seitenarm kann über eine fest fixierbare Verbindungseinheit führen. Zur Fixierung des ersten und zweiten Seitenarmes an dem Wirbelelement ist eine Fixiereinheit derart zwischen den beiden Seitenarmen ausgebildet, dass diese bei Betätigen dieser den Abstand zwischen den Seitenarmen verändert. Die Fixiereinheit kann beispielsweise aus einem zylindrisch ausgeprägten Stellrad oder einer Drehwendel/Gewindestange mit an dessen Achse angeordneten Verbindungselementen ausgebildet sein. Für eine eindeutige Bestimmung der Ausrichtung der charakteristischen Anordnung der Bildmarker ist mindestens ein dritter Seitenarm bewegbar ausgebildet. Dieser kann im Bereich der Scharniereinheit oder im Bereich des Schaftes zwischen seinem ersten Ende und der Scharniereinheit platziert sein. Der dritte Seitenarm ist in der dargestellten Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels über eine bewegliche Verbindungseinheit VE mit dem Schaft verbunden. Um eine charakteristische Anordnung der ersten, zweiten und dritten Bildmarker zueinander auszubilden, wird der dritte Seitenarm im Bereich des Schaftes arretierbar ausgebildet. Die Arretierung kann durch eine mechanische Arretiervorrichtung, die z.B. am Schaft integriert bzw. angeordnet sein kann, ausgebildet sein. Während eines operativen Eingriffes kann der dritte Seitenarm aus seiner Arretierung gelöst und durch Bewegung um die bewegliche Verbindungseinheit in eine Art Parkposition überführt werden. Die charakteristische Anordnung der Bildmarker kann auch als zweite Referenzeinheit oder zweiter Referenzstern der Orientierungsvorrichtung ME bezeichnet werden. Weitere Ausprägungen der Orientierungsvorrichtung ME sind in den Ausführungsformen nach den 3 bis 5 gezeigt. Des Weiteren ist bei der schematischen Darstellung ein Röntgenarm bestehend aus Röntgenquelle RQ und Röntgenbilddetektor RD die Recheneinheit RCB gezeigt. Die Recheneinheit RN der Trackingkamera TK ist mit der Recheneinheit RCB verbunden. Über die Röntgenquelle RQ und den Röntgenbilddetektor RD werden 2D-Röntgenbilder vom Patientenvolumen aufgenommen und in der C-Bogenrecheneinheit zugeordneten Recheneinheit RCB zu einem 3D-Bildvolumen verrechnet. Diesem 3D-Bildvolumen ist ein Ursprungskoordinatensystem K0 zugeordnet. Über das optische System werden die 3D-Koordinaten der charakteristischen Anordnungen am Operationsbesteck OPI sowie an der dem dritten Koordinatensystem K3 zugeordneten Orientierungseinheit ME erfasst.
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In die Tracking-Referenz sind Bildmarker im dritten Koordinatensystem K3 vermerkt mit bekannten Positionen bzw. bekannten möglichen Positionen, gegeben durch einschränkende Bedingungen für den geometrischen Ort. Ein Beispiel wäre: Seitenarm 1 und Seitenarm 2 geben eine feste Position für einen ersten Röntgenmarker RM 1 und einen zweiten Röntgenmarker RM2 in dritten Koordinatensystem K3 vor, da sie rigide mit den optischen Marker OM verbunden sind. Beim Zuschrauben der Klemme bewegt sich aber der dritte Röntgenmarker RM 3 relativ zur Klemme um das Gelenk GE auf einer Kreislinie. Für diese Kreislinie muss eine funktionale Beschreibung wie z.B. Mittelpunkt, Radius und Ebenennormale gespeichert werden. Die Tracking-Referenz befindet sich bei den 2D- oder 3D-Aufnahmen im Messvolumen. Mittels eines Algorithmus ist die Transformation T30 von K3 nach K0 bestimmbar.
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Beispielsweise geschieht dies folgendermaßen: Zunächst werden die Positionen der RM in K0 durch Analyse der Bilddaten bestimmt. Dazu kann eine Schwellwertbinarisierung des Bildes vorgenommen werden und durch einen Regionenwachstumsalgorithmus zusammenhängende helle Bildbereiche extrahiert werden, zu denen auch die Bildmarker gehören müssen. Durch Kantenextraktion, Ellipsenfitting und Beschränkung der Regionengröße werden dann elliptische Bereiche mit einer für Marker wahrscheinlichen Größe ausgewählt. Bei 3D Bildern sind damit die Marker im Volumenbild bereits lokalisiert. Hat man dagegen z.B. 2D Fluroskopiebilder intraoperativ aufgenommen, so werden z.B. noch Stereoalgorithmen, Algorithmen zur Auswertung der Epipolargeometrie oder andere Algorithmen verwendet, die durch Anwendung von Ergebnissen aus der projektiven Geometrie die Marker in 3D lokalisieren. Aus den paarweisen Abständen der RM in K0 ergeben sich die noch fehlenden Randbedingungen, um die Positionen der RM in K3 zu berechnen. Als Voraussetzung für die Zuordnung der RM in K0 und ihrer möglichen Positionen in K3 muss bei der Konstruktion von ME darauf geachtet werden, dass die paarweisen Abstände alle signifikant verschieden, d.h. durch das Messverfahren unterscheidbar, sind. Die Positionen der Röntgenmarker in K0 und in K3 sowie ihre Zuordnung sind somit bekannt, so dass die Transformation T30 von K3 nach K0 berechnet werden kann, z.B. nach dem Algorithmus aus Umeyama, Least-squares estimation of transformation parameters between twopoint patterns, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 13(4), 376-380, 1991. Die Berechnung der Transformation T43 des dem Instrument OPI zugeordneten vierten Koordinatensystems K4 zum Koordinatensystem K3 wird weiterhin, wie in der Beschreibung zu 1 beschrieben, durchgeführt, so dass sich die Transformation T40 in das Ursprungskoordinatensystem auch mit der nach dem neuen Verfahren berechneten Transformation T30 weiterhin zu T40 = T43 * T30 ergibt.
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Die Rechenoperationen des Algorithmus können in einer der beiden Recheneinheiten RN oder RCB durchgeführt werden.
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In den 3, 4 und 5 sind weitere Ausgestaltungen von Orientierungsvorrichtungen ME wiedergegeben. Alternativ zur beschriebenen Befestigung einer Wirbelklemme kann diese mittels einer am Ende eines Schaftes angeordneten Verbindungseinheit am Knochen befestigt werden. Zur weiteren Abwicklung können, wie dargestellt, unterschiedliche Gelenkpositionen oder Anbringungsmöglichkeiten eines abwinkelbaren oder abnehmbaren Seitenarms mit Bildmarkern RM implementiert werden. Die verwendete Bildmarker-Konfiguration RM wird im OP-Betrieb automatisch detektiert.
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In der Navigationssoftware ist zu hinterlegen, an welchen Orten bzgl. des Koordinatensystems K3 sich die OM und RM befinden bzw. befinden können, bedingt durch die Konstruktion der Klemmvorrichtung. Für RM und OM, die per Konstruktion rigide miteinander verbunden und an festen Orten relativ zu K3 lokalisiert sind, werden beispielsweise deren absolute Koordinaten bzgl. K3 gespeichert. Für RM oder OM, die einen oder mehrere Freiheitsgrade ihrer Position in K3 besitzen, werden einschränkende Bedingungen, beispielsweise funktionale Beschreibungen, für den geometrischen Ortsbereich gespeichert, in dem sich die Marker befinden können. Anzahl und Form der einschränkenden Bedingungen müssen geeignet sein, um aus gegebenen Positionen der OM in K3 und gegebenen Positionen der RM in K0 die Positionen der RM in K3 zu berechnen. Ein Verfahren zur Bestimmung der Relativpositionen der Tracking Marker OM untereinander und/oder von Tracking Markern OM zu den Bildmarkern RM sind ebenfalls in der Navigationssoftware hinterlegt.
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Bei einer ersten Ausgestaltung sind die Relativpositionen der Tracking Marker OM fest, in dem diese auf einem gemeinsamen Träger T befestigt sind. Der Träger T ist drehbar über ein Gelenk mit dem Schaft der Orientierungsvorrichtung verbunden. Die Relativpositionen der OM und RM sind vor der Volumenbildaufnahme und Registrierung zu fixieren und mittels eines geeigneten Verfahrens zu messen, wobei die Messdaten an das Navigationssystem übertragen werden. Ein solches Messverfahren ist beispielsweise, die Positionen der Marker mit einem optisch getrackten Taststift abzutasten. Bei einer einfachen Ausgestaltung wird die Klemme zunächst am Patienten befestigt, dabei die Relativposition der Röntgenmarker RM und optischen Marker OM fixiert und dann mittels eines optisch getrackten Taststiftes TS die Relativpositionen gemessen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Träger T fest zum Schaft der Orientierungsvorrichtung ausgerichtet. Die Relativpositionen aller Tracking Marker OM sind in der Navigationssoftware hinterlegt. Die Relativposition des RM in dem erfindungsgemäß abklappbaren Seitenarm bei der Parkposition ist in der Navigationssoftware hinterlegt. Die Klemmvorrichtung ist so konstruiert, dass sich die RM in den beiden Klemmbacken während des Auf- und Zuschraubens der Klemme auf einem Pfad mit einfacher funktionaler Beschreibung bewegen, zum Beispiel symmetrisch zum Schaft der Klemmvorrichtung auf einer gemeinsamen Kreisbahn um das Gelenk GE. Der Mittelpunkt der Kreisbahn, die Normale der Ebene, in der die Kreisbahn liegt sowie der Radius der Kreisbahn sind in der Navigationssoftware hinterlegt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Tracking Marker OM über ein Gelenk GE drehbar zum Schaft der Orientierungsvorrichtung gelagert. Mindestens ein zusätzlicher OM ist fest gegenüber dem Schaft der Orientierungsvorrichtung positioniert. Die übrigen OM sind mit festen paarweisen Abständen auf einem rigiden Träger T angeordnet. Der Träger T lässt sich um eine Achse relativ zum Schaft der Orientierungsvorrichtung schwenken. Die RM können zum Beispiel wie in der zuletzt dargestellten Ausgestaltung angeordnet sein.
