DE102010016386A1

DE102010016386A1 - Nichtinvasives Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Referenzebene des menschlichen Beckens

Info

Publication number: DE102010016386A1
Application number: DE102010016386A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hermle; Dr. Südhoff Ingrid; Dr. Helwig Peter; Dr. Reising Kilian
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-13
Also published as: US20130079676A1; JP5642261B2; EP2555702A1; JP2013523297A; WO2011124661A1; KR20130041789A

Abstract

Um ein nichtinvasives Verfahren zur Bestimmung einer Referenzebene des menschlichen Beckens, bei welchem Verfahren Ortskoordinaten von drei Punkten der Referenzebene in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt und aus den Ortskoordinaten der drei Punkte die Referenzebene berechnet wird, wobei Ortskoordinaten eines ersten Punktes der Referenzebene nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts am Becken, welcher erste charakteristische Punkt auf der Referenzebene liegt, und wobei Ortskoordinaten eines zweiten Punktes der Referenzebene nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts des Beckens, welcher zweite charakteristische Punkt auf der Referenzebene, jedoch nicht auf der Medianebene des Beckens liegt, so zu verbessern, dass eine Referenzebene des menschlichen Beckens mit hoher Genauigkeit und insbesondere ohne zusätzliche empirische Daten bestimmbar ist, wird vorgeschlagen, dass die Lage der Medianebene des Beckens im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt wird und dass Ortskoordinaten eines dritten Punkts der Referenzebene berechnet werden durch Spiegelung des zweiten Punktes der Referenzebene an der Medianebene. Ferner wird eine verbessernde Vorrichtung zum nichtinvasiven Bestimmen einer Referenzebene des menschlichen Beckens vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein nichtinvasives Verfahren zur Bestimmung einer Referenzebene des menschlichen Beckens, bei welchem Verfahren Ortskoordinaten von drei Punkten der Referenzebene in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt und aus den Ortskoordinaten der drei Punkte die Referenzebene berechnet wird, wobei Ortskoordinaten eines ersten Punktes der Referenzebene nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts am Becken, welcher erste charakteristische Punkt auf der Referenzebene liegt, und wobei Ortskoordinaten eines zweiten Punkts der Referenzebene nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts des Beckens, welcher zweite charakteristische Punkt auf der Referenzebene, jedoch nicht auf der Medianebene des Beckens liegt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum nichtinvasiven Bestimmen einer Referenzebene des menschlichen Beckens, umfassend ein chirurgisches Navigationssystem zur Bestimmung von Lage und Orientierung mindestens einer chirurgischen Vorrichtung im Raum mit mindestens einer chirurgischen, mindestens zwei Markerelemente umfassenden Referenzierungsvorrichtung, die an der mindestens einen chirurgischen Vorrichtung angeordnet oder mit dieser verbindbar ist, mit einer Nachweisvorrichtung zum Detektieren von den Markerelementen ausgesandter oder von den Markerelementen reflektierter Strahlung und mit einer Datenverarbeitungseinheit, wobei mit dem Navigationssystem Ist-Markerkoordinaten von Positionen der Markerelemente im Raum bestimmbar sind, wobei mit der Vorrichtung Ortskoordinaten von drei Punkten der Referenzebene in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmbar ist und mit der Datenverarbeitungseinheit aus den Ortskoordinaten der drei Punkte die Referenzebene berechenbar ist, wobei mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, Ortskoordinaten eines ersten Punktes der Referenzebene nichtinvasiv zu bestimmen durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts am Becken, welcher erste charakteristische Punkt auf der Referenzebene liegt, und wobei mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, Ortskoordinaten eines zweiten Punkts der Referenzebene nichtinvasiv zu bestimmen durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts des Beckens, welcher zweite charakteristische Punkt auf der Referenzebene, jedoch nicht auf der Medianebene des Beckens liegt.
In der Chirurgie werden seit einiger Zeit Navigationssysteme eingesetzt, um Chirurgen insbesondere beim Einsetzen von Implantaten und anderen Operationen zu unterstützen. Dabei ist es in der Regel erforderlich, anatomische Gegebenheiten in abstrakter Weise zu beschreiben, um diese in mathematischen Modellen zu erfassen. Die anatomischen Gegebenheiten können dabei mit einem Navigationssystem aufgenommen und die so gewonnenen Daten mit einer Datenverarbeitungsanlage weiterverarbeitet werden, um beispielsweise den Chirurgen dabei zu unterstützen, ein Implantat optimaler Größe auszuwählen und sowohl lage- als auch orientierungsrichtig in den Körper des Patienten einzusetzen.
Aus der DE 20 2005 003 317 A1 ist es beispielsweise bekannt, den Beckenknochen durch eine Referenzebene zu beschreiben, die als Beckeneingangsebene definiert wird. Die Beckeneingangsebene ist dabei definiert durch drei markante Punkte des Beckenknochens definiert, die auch als charakteristische Punkte desselben bezeichnet werden, nämlich die folgende Punkte:

Punkt A: Schambein (symphysis pubis)
Punkt B: rechter vorderer Darmbeinstachel (rechte spina iliaca anterior superior)
Punkt C: linker vorderer oberer Darmbeinstachel (linke spina iliaca anterior superior)

Diese charakteristischen Punkte können beispielsweise perkutan ertastet oder auch durch bildgebende Verfahren ermittelt werden.
Unabhängig von der Art und Weise wie die genannten charakteristischen Punkte ermittelt werden, können diese jedoch dazu genutzt werden, um die Beckeneingangsebene zu beschreiben, so dass diese als eine Referenzebene für die Berechnung der Lage des Beckenknochens in nachfolgenden Berechnungen, beispielsweise betreffend die Auswahl eines Implantats sowie dessen Positionierung und Orientierung relativ zum Beckenknochen, verwendet werden kann.
Voraussetzung des Verfahrens ist jedoch, dass mindestens drei charakteristische Punkte, die auf der Referenzebene liegen, auch erreichbar sind, beispielsweise beim perkutanen Ertasten oder bei Anwendung eines bildgebenden Verfahrens, vorzugsweise bei Darstellung des Beckenknochens mittels eines navigierten Ultraschallsensors. Allerdings ist nicht bei allen Operationen sichergestellt, insbesondere nicht bei einer Seitenlage eines Patienten auf einem Operationstisch, dass drei auf der Referenzebene liegende Punkte erreichbar sind. Bei einer solchen Seitenlage ist entweder nur der linke oder der rechte vordere obere Darmbeinstachel erreichbar.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Beckeneingangsebene des Beckenknochens für den Fall, dass ein Patient in Seitenlage auf einem Operationstisch liegt und nur einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel detektierbar ist, wurde bereits in der DE 10 2007 049 671 A1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren sieht vor, den Abstandsvektor zwischen zwei weiteren charakteristischen Punkten des Beckens, nämlich den beiden hinteren oberen Darmbeinstacheln, zu bestimmen und den nicht zugänglichen vorderen oberen Darmbeinstachel virtuell zu bestimmen durch Ansetzen dieses Vektors ausgehend vom zugänglichen vorderen oberen Darmbeinstachel, wobei der Vektor zusätzlich um einen definierten Faktor verlängert wird. Allerdings kann dieser definierte Faktor oder Streckungsfaktor von Patient zu' Patient deutlich variieren. Insbesondere gibt es Unterschiede für diesen Wert bei Männern und Frauen. Zur praktischen Durchführung des Verfahrens sind hier insbesondere empirische Daten erforderlich, die zur Vorgabe des Streckungsfaktors zur Verlängerung des zwischen den hinteren oberen Darmbeinstacheln definierten Vektors dienen. Ohne derartige Daten ist somit die Genauigkeit des Verfahrens in Frage gestellt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass eine Referenzebene des menschlichen Beckens mit hoher Genauigkeit und insbesondere ohne zusätzliche empirische Daten bestimmbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lage der Medianebene des Beckens im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt wird und das Ortskoordinaten eines dritten Punkts der Referenzebene berechnet werden durch Spiegelung des zweiten Punktes der Referenzebene an der Medianebene.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren macht sich zunutze, dass das menschliche Becken im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist. Wird mindestens ein von der eine Spiegelebene des Beckenknochens definierenden Medianebene beabstandeter charakteristischer Punkt des Beckens ermittelt, welcher Punkt nicht auf der Medianebene liegt, so kann aufgrund der Symmetrie des Beckens ein – zumindest im Idealfall – ebenfalls auf der Referenzebene liegender Punkt einfach dadurch berechnet werden, dass der ermittelte charakteristische Punkt, beispielsweise der oben definierte zweite charakteristische Punkt des Beckens, an der nichtinvasiv bestimmten Medianebene gespiegelt und so virtuell ein dritter Punkt der Referenzebene berechnet wird. Das besondere daran, wenn die Medianebene direkt durch Bestimmung von Ortskoordinaten von auf der Medianebene liegenden Punkten bestimmt wird, ist, dass die Heranziehung empirischer Daten betreffend den Beckenknochen eines Menschen nicht erforderlich ist. Es kann folglich die Referenzebene des Beckens, beispielsweise die eingangs beschriebene Beckeneingangsebene, mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt werden. Damit ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren nicht nur einfacher durchführbar als das aus der DE 10 2007 049 671 A1 bekannte Verfahren, sondern zudem auch noch deutlich genauer.
Günstig ist es, wenn als Referenzebene die Beckeneingangsebene bestimmt wird. Auf diese Weise können Werte, die bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren bestimmt werden, mit Werten verglichen werden, die die Beckeneingangsebene nach Ermittlung mit anderen Verfahren definieren.
Vorteilhaft ist es, wenn zur nichtinvasiven Bestimmung der Medianebene Ortskoordinaten von mindestens drei charakteristischen Punkten am Becken und/oder an zum Becken benachbarten Knochenteilen im Referenzsystem, welche mindestens drei charakteristische Punkte auf der medialen Ebene liegen, durch nichtinvasive Detektion der Punkte bestimmt werden, und wenn aus den Ortskoordinaten der mindestens drei charakteristischen die Medianebene im Referenzsystem berechnet wird. Auf diese Weise lässt sich insbesondere die Medianebene direkt bestimmen durch Detektieren von drei markanten Punkten, die auf Grund der symmetrischen Ausbildung des Beckens selbst auf der Medianebene liegen. Komplizierte Berechnungen und empirische Betrachtungen zur Ermittlung der Medianebene werden dadurch überflüssig.
Besonders einfach durchzuführen wird das Verfahren, wenn einer der mindestens drei charakteristischen Punkte am Becken so gewählt wird, dass er sowohl auf der Medianebene als auch auf der Referenzebene liegt. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, mit nur insgesamt fünf detektierten Punkten sowohl die Referenzebene als auch die Medianebene nichtinvasiv zu bestimmen.
Günstigerweise wird der erste charakteristische Punkt so gewählt, dass er den einen der mindestens drei charakteristischen Punkte am Becken bildet. Wird beispielsweise dieser erste charakteristische oder markante Punkt detektiert, so hat man bereits jeweils einen Punkt der Referenzebene und der Medianebene mit einem einzigen Detektionsvorgang bestimmt.
Um die Referenzebene mit besonders hoher Genauigkeit bestimmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn als zweiter charakteristischer Punkt ein Punkt des Beckens gewählt wird, welcher möglichst weit von der Medianebene weg liegt.
Grundsätzlich wäre es möglich, die Ortskoordinaten der charakteristischen Punkte des Beckens in einem beliebigen Koordinatensystem zu bestimmen zum Beispiel im Vorzugssystem des Raums, in dem das Verfahren durchgeführt wird. Da insbesondere bei einem chirurgischen Eingriff nicht ausgeschlossen werden kann, dass sich ein Patient bewegt, ist es günstig, wenn als Referenzkoordinatensystem ein relativ zum Becken ortsfestes Koordinatensystem gewählt wird. In diesem Fall ist es sogar möglich, den Patienten komplett umzubetten, das heißt insbesondere an einen anderen Ort zu bringen, wobei das Referenzkoordinatensystem trotzdem erhalten bleibt.
Auf besonders einfache Weise lässt sich ein Referenzkoordinatensystem vorgeben, wenn das ortsfeste Koordinatensystem durch ein am Becken festgelegtes Referenzelement definiert wird. Beispielsweise kann am Becken invasiv oder nichtinvasiv ein Referenzelement festgelegt sein, welches mit dem Navigationssystem detektierbar ist. Alle dann beispielsweise mit Hilfe des Navigationssystems bestimmten Ortskoordinaten der charakteristischen Punkte lassen sich dann mit Bezug zum ortsfest am Becken festgelegten Referenzelement angeben.
Günstig ist es, wenn das Detektieren der charakteristischen Punkte am Becken und/oder an zum Becken benachbarten Knochenteilen nichtinvasiv durch perkutanes Palpieren derselben mit einem navigierten Tastinstrument und/oder durch Ultraschallabtastung mit einem navigierten Ultraschallsensor durchgeführt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem navigierten Ultraschallsensor um einen Ultraschallkopf eines Ultraschallgeräts handeln, mit dem mittels bildgebender Verfahren vom Ultraschallsensor detektierte Knochenstrukturen darstell- und ausmessbar sind. Navigiert bedeutet in diesem Fall insbesondere, dass das navigierte Tastinstrument und/oder der Ultraschallsensor jeweils zur Detektion der charakteristischen Punkte mit einem Referenzelement bestückt oder bestückbar sind, dessen Position und Orientierung im Raum mittels eines Navigationssystems bestimmbar sind. So können beispielsweise aus einem Ultraschallbild oder aus einem mit dem Tastinstrument ertasteten Punkt, der beispielsweise durch eine Spitze des Tastinstruments definiert wird, Ortskoordinaten der charakteristischen Punkte hochgenau bestimmen.
Vorzugsweise wird als erster charakteristischer Punkt das Schambein (symphysis pubis) detektiert, das Schambein liegt definitionsgemäß auf der Medianebene des Beckens. Insbesondere im Fall der Beckeneingangsebene liegt das Schambein auch auf dieser, so dass durch Detektion der Lage des Schambeins bereits ein Punkt der Referenzebene und ein Punkt der Medianebene bestimmt sind.
Günstig ist es, wenn die drei die Referenzebene definierenden charakteristischen Punkte möglichst weit auseinander liegen. Deshalb ist es günstig, wenn als zweiter charakteristischer Punkt ein charakteristischer Punkt am Beckenkamm nichtinvasiv detektiert wird.
Vorteilhaft ist es, wenn er als einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) nichtinvasiv detektiert wird. Dieser markierte Punkt lässt sich besonders gut und sicher detektieren. Befindet sich ein Patient in Seitenlage, kann in der Regel nur einer dieser beiden vorderen oberen Darmbeinstachel detektiert werden.
Da der andere der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel in Seitenlage nicht detektierbar ist, jedoch optimalerweise zur Bestimmung der Referenzebene genutzt werden sollte, ist es vorteilhaft, wenn als dritter Punkt der Referenzebene der andere, nicht palpierte vordere obere Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) gewählt wird und dessen Ortskoordinaten berechnet werden. Die Berechnung erfolgt in der erfindungsgemäß beschriebenen Weise durch Spiegelung der Ortskoordinaten des palpierten vorderen oberen Darmbeinstachels an der Medianebene. Auf diese Weise lässt sich der nichtpalpierte vordere obere Darmbeinstachel, genauer gesagt lassen sich dessen Ortskoordinaten, virtuell bestimmen.
Vorteilhaft ist es, wenn als einer der mindestens zwei weiteren charakteristischen Punkte ein charakteristischer Punkt des Beckens nichtinvasiv detektiert wird, welcher auf der Medianebene, jedoch nicht auf der Referenzebene liegt. Vorzugsweise liegt der zu detektierende, nicht auf der Referenzebene liegende Punkt der Medianebene möglichst weit weg vom ersten charakteristischen Punkt.
Besonders einfach und sicher detektieren lässt sich ein solcher charakteristischer Punkt des Beckens, wenn als ein solcher mindestens ein Tuberkel des Kreuzbeins nichtinvasiv detektiert wird. Die Bezeichnung Tuberkel wird nachfolgend als Synonym für einen Dornfortsatz, beispielsweise des Kreuzbeins oder eines Lendenwirbels, verwendet.
Da das Kreuzbein in der Regel leicht zugänglich ist, auch wenn ein Patient in Seitenlage auf einem Operationstisch liegt, ist es vorteilhaft, wenn als zwei charakteristische Punkte des Beckens zwei Tuberkel des Kreuzbeins nichtinvasiv detektiert werden. Diese liegen auf Grund der Gestalt des Beckens selbst auf der Medianebene. Insbesondere wenn als Referenzebene die eingangs definierte Beckeneingangsebene bestimmt werden soll, ist mit sehr großer Wahrscheinlichkeit sichergestellt, dass die beiden Tuberkel beziehungsweise Dornfortsätze des Kreuzbeins nicht auf der Referenzebene liegen, wobei dies im Übrigen auch belanglos wäre.
Unter der Voraussetzung, dass auch in einer Seitenlage praktisch keine seitliche Auslenkung zwischen den unteren Lendenwirbeln und dem Kreuzbein erfolgt, kann es ferner günstig sein, wenn als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte ein charakteristischer Punkt der unteren Lendenwirbelsäule, welcher auf der Medianebene liegt, nichtinvasiv detektiert wird.
Besonders einfach und sicher kann einer dieser charakteristischen Punkte detektiert werden, wenn als charakteristischer Punkt der unteren Lendenwirbelsäule mindestens ein Tuberkel an einem der ersten drei Lendenwirbel nichtinvasiv detektiert wird. Ein solches Tuberkel kann insbesondere einen markanten Vorsprung in Form eines an einem Lendenwirbel in posteriorer Richtung abstehenden Dornfortsatzes definiert werden. Insbesondere kann die Detektion an den Lendenwirbeln 15, 14 und 13 erfolgen.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte derjenige Punkt gewählt wird, welcher in der Mitte auf einer Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca posterior superior) liegt. Die hinteren oberen Darmbeinstachel sind idealerweise symmetrisch zur Medianebene angeordnet, so dass der in der Mitte zwischen ihnen liegende Punkt dann zwangsläufig auf der Medianebene liegt.
In der Regel ist dieser Punkt jedoch nicht direkt detektierbar. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Ortskoordinaten des Punkts, welcher in der Mitte auf der Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel liegt, aus den durch nichtinvasive Detektion bestimmten Ortskoordinaten der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel berechnet werden. Beispielsweise kann der Punkt bestimmt werden, indem der Ortsvektor vom linken hinteren oberen Darmbeinstachel zum rechten hinteren oberen Darmbeinstachel bestimmt wird und ausgehend von einem der beiden die halbe Länge des so bestimmten Vektors zum Ortsvektor dieses Darmbeinstachels hinzuaddiert wird. Der so ermittelte Punkt ist dann quasi ein virtueller Punkt des Beckens, der definiert wird durch zwei nichtinvasiv detektierbare markante oder charakteristische Punkte desselben.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit der Vorrichtung die Lage der Medianebene des Beckens im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmbar ist und dass die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert ist, dass Ortskoordinaten eines dritten Punkts der Referenzebene berechenbar sind auf den Ortskoordinaten des zweiten Punktes der Referenzebene durch Spiegelung an der bestimmten Medianebene.
Wie bereits oben ausführlich dargelegt, ist es mit einer solchen Vorrichtung auf einfache Weise möglich, eine Referenzebene des menschlichen Beckens zu bestimmen, beispielsweise die eingangs definierte Beckeneingangsebene. Mit Hilfe des Navigationssystems lassen sich alle zur Bestimmung der Medianebene erforderlichen Punkte ermitteln, die Medianebene berechnen und durch Spiegelung der Ortskoordinaten eines der bestimmten charakteristischen Punkte an der berechneten Medianebene ein dritter charakteristischer Punkt virtuell berechnen, der für eine direkte Bestimmung auf Grund der Lage der Person, zum Beispiel wenn sich diese in Seitenlage befindet, nicht zugänglich ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung derart ausgebildet ist, dass als Referenzebene die Beckeneingangsebene bestimmt wird. Diese Vorgehensweise bietet die Option, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmte Beckeneingangsebene zu vergleichen mit mittels anderer Verfahren bestimmten Beckeneingangsebenen, um beispielsweise so die Genauigkeit des Verfahrens zu verifizieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur nichtinvasiven Bestimmung der Medianebene mit der Vorrichtung eine oder mehrere Anweisungen ausgebbar sind, Ortskoordinaten von mindestens drei charakteristischen Punkten am Becken und/oder an zum Becken benachbarten Knochenteilen im Referenzsystem, welche mindestens drei charakteristische Punkte auf der Medianebene liegen, durch nichtinvasive Detektion der Punkte zu bestimmen, und dass die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert ist, dass aus den Ortskoordinaten der mindestens drei charakteristischen Punkte die Medianebene im Referenzsystem berechnet wird. Die Vorrichtung ermöglicht es somit, eine Person bei der Durchführung des oben beschriebenen Verfahren anzuleiten und nach Detektion der für die Berechnung der Referenzebene erforderlichen charakteristischen Punkte zunächst die Medianebene zu berechnen und mittels dieser dann auch die Referenzebene.
Günstig ist es, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass einer der mindestens drei charakteristischen Punkte am Becken so gewählt wird, dass er sowohl auf der Medianebene als auch auf der Referenzebene liegt. Dies vereinfacht die Bestimmung der Referenzebene signifikant, da durch die Wahl eines solchen Punktes lediglich insgesamt fünf charakteristische Punkte detektiert werden müssen, um sowohl die Medianebene als auch die Referenzebene zu ermitteln.
Vorzugsweise ist mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar, dass der erste charakteristische Punkt so gewählt wird, dass er den einen der mindestens drei charakteristischen Punkte am Becken bildet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der erste charakteristische Punkt, der auf der Referenzebene liegt, gleichzeitig auch auf der Medianebene liegen soll. Damit wird durch Detektion eines einzigen Punktes automatisch jeweils ein Punkt einer der beiden Ebenen, also der Medianebene und der Referenzebene, bestimmt.
Günstig ist es, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zweiter charakteristischer Punkt ein Punkt des Beckens gewählt wird, welcher möglichst weit von der Medianebene weg liegt. Die Wahl eines solchen Punktes kann insbesondere den Vorteil haben, dass die Referenzebene mit sehr hoher Genauigkeit bestimmbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Navigationssystem derart ausgebildet und programmiert ist, dass als Referenzkoordinatensystem ein relativ zum Becken Ortsfestes Koordinatensystem gewählt wird. Mit einer solchen Vorrichtung kann die Beckeneingangsebene sicher und hochpräzise bestimmt werden, auch dann, wenn sich die Person, deren Becken vermessen werden soll, während der Detektion der charakteristischen Punkte bewegt.
Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung ein am Becken oder einem Befestigungselement, zum Beispiel in Form einer Knochenschraube, festlegbares Referenzelement, dessen Position im Raum mit dem Navigationssystem detektierbar ist. Ein solches Referenzelement ermöglicht es, auf einfache Weise ein relativ zum Becken ortsfestes Koordinatensystem zu definieren. Mittels des Navigationssystems können dann alle Ortskoordinaten der detektierten charakteristischen Punkte in diesem relativ zum Becken ortsfesten Koordinatensystem bestimmt werden.
Günstig ist es ferner, wenn die Vorrichtung eine Ortsdetektionseinrichtung umfasst, mit welcher in Verbindung mit dem Navigationssystem Ortskoordinaten der charakteristischen Punkte am Becken und/oder an zum Becken benachbarten Knochenteile nichtinvasiv bestimmbar sind. Bei der Ortsdetektionseinrichtung kann es sich insbesondere um eine chirurgische Vorrichtung handeln, welche eine mindestens zwei Markerelemente umfassende Referenzierungsvorrichtung trägt, oder mit einer solchen verbindbar ist. Damit lässt sich mit dem Navigationssystem Lage und Orientierung der Ortsdetektionseinrichtung beispielsweise im Referenzkoordinatensystem bestimmen.
Besonders einfach und sicher lassen sich charakteristische Punkte in der beschriebenen Weise detektieren, wenn die Ortsdetektionseinrichtung in Form eines navigierbaren Tastinstruments und/oder in Form eines navigierbaren Ultraschallsensors ausgebildet ist, beispielsweise können sowohl das Tastinstrument als auch der Ultraschallsensor ein Referenzelement tragen oder mit einem solchen verbindbar sein, dessen Lage und Orientierung im Raum mit dem Navigationssystem bestimmbar sind, um so indirekt über die Messung von Lage und Orientierung der Ortsdetektionseinrichtung im Raum die Ortskoordinaten der zu ermittelnden charakteristischen Punkte zu bestimmen.
Günstig ist es, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass als erster charakteristischer Punkt das Schambein (symphysis pubis) detektiert wird. So kann mit der Vorrichtung eine Bedienperson angeleitet werden, einen ersten charakteristischen Punkt des Beckens zu detektieren, um dessen Ortskoordinaten zu bestimmen.
Ferner kann es günstig sein, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zweiter charakteristischer Punkt einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) nichtinvasiv detektiert wird. Insbesondere kann ausgegeben werden, dass der der Bedienperson zugewandete vordere obere Darmbeinstachel detektiert wird. Der von der Bedienperson abgewandte vordere obere Darmbeinstachel ist insbesondere in einer Seitenlage des Patienten in der Regel nicht zugänglich. Dieser Punkt kann dann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung virtuell bestimmt werden durch Spiegelung des der Bedienperson zugewandten vorderen oberen Darmbeinstachels an der Medianebene.
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Vorrichtung derart ausgebildet und programmiert ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit als dritter Punkt der Referenzebene der andere, nicht detektierte vordere obere Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) virtuell bestimmbar ist durch Berechnen seiner Ortskoordinaten durch Spiegelung der Ortskoordinaten des detektierten vorderen oberen Darmbeinstachels an der berechneten Medianebene. Mit dem so bestimmten dritten Punkt der Referenzebene kann nach Detektion des ersten und zweiten charakteristischen Punkts sowie der für die Bestimmung der Medianebene erforderlichen Punkte der dritte Punkt der Referenzebene virtuell bestimmt werden und damit die Lage der Referenzebene im Referenzkoordinatensystem, beispielsweise im ortsfesten Koordinatensystem des Beckens.
Günstig ist es, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass als einer der mindestens zwei weiteren charakteristischen Punkte ein charakteristischer Punkt des Beckens nichtinvasiv detektiert wird, welcher auf der Medianebene, nicht jedoch auf der Referenzebene liegt. Die Vorrichtung derart auszubilden hat den Vorteil, dass auf diese Weise sichergestellt werden kann, dass mindestens einer von drei die Medianebene aufspannenden charakteristischen Punkten nicht auf der Referenzebene liegt. Damit kann die Medianebene sicher bestimmt werden, um für die weitere Berechnung für die zu bestimmende Referenzebene genutzt zu werden.
Vorteilhaft ist es, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass als charakteristischer Punkt des Beckens mindestens ein Tuberkel des Kreuzbeins nichtinvasiv detektiert wird. Auf Grund der Lage der Tuberkel des Kreuzbeins auf der Medianebene kann somit auf einfache Weise ein charakteristischer Punkt derselben detektiert werden.
Günstig kann es ferner sein, wenn mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zwei charakteristische Punkte des Beckens zwei Tuberkel des Kreuzbeins nichtinvasiv detektiert werden. Die Tuberkel des Kreuzbeins sind normalerweise auch in einer Seitenlage des Patienten gut zugänglich und ermöglichen in Verbindung mit einem weiteren, auf der Medianebene liegenden und detektierten Punkt am Becken direkt die Bestimmung der Lage der Medianebene im Referenzkoordinatensystem.
Vorzugsweise ist mit der Vorrichtung eine Anweisung ausgebbar, dass als charakteristischer Punkt der unteren Lendenwirbelsäule mindestens ein Tuberkel an einem der ersten drei Lendenwirbel nichtinvasiv detektiert wird. Beispielsweise kann es sich um charakteristische Punkte der ersten Lendenwirbel handeln, die auch in Seitenlage frei zugänglich sind. Beispielsweise kann es sich dabei um einen charakteristischen oder markanten Vorsprung an einem Dornfortsatz der Lendenwirbel 15, 14 oder 13 handeln. An dieser Stelle sei ferner angemerkt, dass zur Bestimmung der Medianebene auch mehr als drei charakteristische oder markante Punkte am Becken und/oder an der benachbarten Lendenwirbelsäule detektiert werden können. Zwar ist bei der Detektion von vier oder mehr Punkten die Medianebene überbestimmt, doch lassen sich so etwaige Ungenauigkeiten bei der Detektion der einzelnen Punkte durch Einpassung der bestmöglichen Medianebene, die von allen ermittelten Punkten den geringsten Abstand aufweist, vermeiden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Vorrichtung derart ausgebildet und programmiert ist, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte derjenige Punkt virtuell bestimmbar ist, welcher in der Mitte auf einer Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca posterior superior) liegt. Unter Berücksichtigung der bezüglich der Medianebene symmetrischen Ausbildung des Beckens liegt der beschriebene Punkt ebenfalls auf der Medianebene. Er kann somit berechnet werden durch Detektion von zwei bezüglich der Medianebene spiegelbildlich zueinander liegender charakteristischer Punkte des Beckens. Eine weitere Option zur Bestimmung der Medianebene besteht zudem darin, dass zusätzlich zu diesem charakteristischen Punkt in der Mitte auf der Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel lediglich noch ein weiterer, auf der Medianebene liegender Punkt bestimmt und die zu berechnende Medianebene senkrecht zur Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel durch deren Mittelpunkt und den weiteren bestimmten Punkt der Medianebene gelegt wird. Allerdings ist bei dieser Vorgehensweise bereits eine Überbestimmtheit gegeben. Grundsätzlich würde es bereits ausreichen, die Medianebene senkrecht durch den Punkt in der Mitte auf der Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel und senkrecht zur Verbindungslinie zu legen. Die Detektion eines zusätzlichen Punkts kann folglich dazu genutzt werden, die Genauigkeit bei der Bestimmung der Medianebene zu erhöhen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung derart ausgebildet und programmiert ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit die Ortskoordinaten des Punkts, welcher in der Mitte auf der Verbindungslinie der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel liegt, aus den durch nichtinvasive Detektion der Ortskoordinaten der beiden hinteren Darmbeinstachel berechnet werden. Mit den Ortskoordinaten und eventuell weiterer bestimmter Ortskoordinaten charakteristischer Punkte des Beckens, die auf der Medianebene liegen, lässt sich somit die Lage der Medianebene im Referenzkoordinatensystem mittels der Datenverarbeitungseinheit berechnen.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer eines Navigationssystems eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Hierzu ist anzumerken, dass das Programm vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass mit dem Computer des Navigationssystems Anweisungen ausgegeben werden, die zu bestimmenden Punkte zu detektieren. Auf die Reihenfolge bei der Bestimmung der zu detektierenden Punkte kommt es im vorliegenden Fall und bei allen oben beschriebenen Verfahren nicht an.
Des Weiteren wird die eingangs gestellte Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer eines Navigationssystems eines der oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Auch hier sei darauf hingewiesen, dass das Computerprogramm vorzugsweise den Computer des Navigationssystems derart ansteuert, dass er Anweisungen ausgibt, um eine Bedienperson bei der Durchführung der oben beschriebenen Verfahren anzuleiten.
Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend explizit aufgeführten Ausführungsformen eines nichtinvasiven Verfahrens und einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Referenzebene des menschlichen Beckens:

1. Nichtinvasives Verfahren zur Bestimmung einer Referenzebene (12) des menschlichen Beckens (14), bei welchem Verfahren Ortskoordinaten von drei Punkten A, B, C der Referenzebene (12) in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt und aus den Ortskoordinaten der drei Punkte A, B, C die Referenzebene (12) berechnet wird, wobei Ortskoordinaten eines ersten Punktes A der Referenzebene (12) nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts (A) am Becken (14), welcher erste charakteristische Punkt (A) auf der Referenzebene (12) liegt, und wobei Ortskoordinaten eines zweiten Punktes (B, C) der Referenzebene (12) nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts (B; C) des Beckens (14), welcher zweite charakteristische Punkt (B; C) auf der Referenzebene (12), jedoch nicht auf der Medianebene (58) des Beckens (14) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Medianebene (58) des Beckens (14) im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt wird und dass Ortskoordinaten eines dritten Punkts (C; B) der Referenzebene (12) berechnet werden durch Spiegelung des zweiten Punktes (B; C) der Referenzebene (12) an der Medianebene (58).
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzebene (12) die Beckeneingangsebene (56) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass zur nichtinvasiven Bestimmung der Medianebene (58) Ortskoordinaten von mindestens drei charakteristischen Punkten A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) im Referenzsystem, welche mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K auf der Medianebene (58) liegen, durch nichtinvasive Detektion der Punkte bestimmt werden, und dass aus den Ortskoordinaten der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K die Medianebene (58) im Referenzsystem berechnet wird.
4. Verfahren nach Ausführungsform 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) so gewählt wird, dass er sowohl auf der Medianebene (58) als auch auf der Referenzebene (12) liegt.
5. Verfahren nach Ausführungsform 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste charakteristische Punkt (A) so gewählt wird, dass er den einen der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) bildet.
6. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter charakteristischer Punkt (B; C) ein Punkt des Beckens (14) gewählt wird, welcher möglichst weit von der Medianebene (58) weg liegt.
7. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzkoordinatensystem ein relativ zum Becken (14) ortsfestes Koordinatensystem gewählt wird.
8. Verfahren nach Ausführungsform 7, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfeste Koordinatensystem durch ein am Becken (14) festgelegtes Referenzelement (26) definiert wird.
9. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren der charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) nichtinvasiv durch perkutanes Palpieren derselben mit einem navigierten Tastinstrument (48) und/oder durch Ultraschallabtastung mit einem navigierten Ultraschallsensor (54) durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als erster charakteristischer Punkt (A) das Schambein (symphysis pubis) detektiert wird.
11. Verfahren nach einer der voranstehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter charakteristischer Punkt (B; C) ein charakteristischer Punkt am Beckenkamm (72) nichtinvasiv detektiert wird.
12. Verfahren nach Ausführungsform 11, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Punkt am Beckenkamm (72) einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) nichtinvasiv detektiert wird.
13. Verfahren nach Ausführungsform 12, dadurch gekennzeichnet, dass als dritter Punkt (C; B) der Referenzebene (12) der andere, nicht palpierte vordere obere Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) gewählt wird und dessen Ortskoordinaten berechnet werden.
14. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als einer der mindestens zwei weiteren charakteristischen Punkte D, E, F, G, H, K ein charakteristischer Punkt (D, E, F, G, H, K) des Beckens (14) nichtinvasiv detektiert wird, welcher auf der Medianebene (58), jedoch nicht auf der Referenzebene (12) liegt.
15. Verfahren nach Ausführungsform 14, dadurch gekennzeichnet, dass als ein charakteristischer Punkt D, E, F, G, H, K des Beckens (14) mindestens ein Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins (62) nichtinvasiv detektiert wird.
16. Verfahren nach Ausführungsform 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass als zwei charakteristische Punkte D, E des Beckens (14) zwei Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins (62) nichtinvasiv detektiert werden.
17. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K ein charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63), welcher auf der Medianebene (58) liegt, nichtinvasiv detektiert wird.
18. Verfahren nach Ausführungsform 17, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63) mindestens ein Tuberkel (F, G, H) an einem der ersten drei Lendenwirbel (64, 66, 68) nichtinvasiv detektiert wird.
19. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K derjenige Punkt (K) gewählt wird, welcher in der Mitte auf einer Verbindungslinie (70) der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca posterior superior) liegt.
20. Verfahren nach Ausführungsform 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortskoordinaten des Punkts (K), welcher in der Mitte auf der Verbindungslinie (70) der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel liegt, aus den durch nichtinvasive Detektion bestimmten Ortskoordinaten der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel berechnet werden.
21. Vorrichtung (10) zum nichtinvasiven Bestimmen einer Referenzebene (12) des menschlichen Beckens (14), umfassend ein chirurgisches Navigationssystem (16) zur Bestimmung von Lage und Orientierung mindestens einer chirurgischer Vorrichtung (18, 20, 22) im Raum mit mindestens einer chirurgischen, mindestens zwei Markerelemente (30, 32, 34) umfassenden Referenzierungsvorrichtung (24, 26, 28), die an der mindestens einen chirurgischen Vorrichtung (18, 20, 22) angeordnet oder mit dieser verbindbar ist, mit einer Nachweisvorrichtung (36) zum Detektieren von den Markerelementen (30, 32, 34) ausgesandter oder von den Markerelementen (30, 32, 34) reflektierter Strahlung und mit einer Datenverarbeitungseinheit (40), wobei mit dem Navigationssystem (16) Ist-Markerkoordinaten von Positionen der Markerelemente (30, 32, 34) im Raum bestimmbar sind, wobei mit der Vorrichtung (10) Ortskoordinaten von drei Punkten A, B, C der Referenzebene (12) in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmbar und mit der Datenverarbeitungseinheit (40) aus den Ortskoordinaten der drei Punkte A, B, C die Referenzebene (12) berechenbar ist, wobei mit der Vorrichtung (10) eine Anweisung ausgebbar ist, Ortskoordinaten eines ersten Punktes A der Referenzebene (12) nichtinvasiv zu bestimmen durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts A am Becken (14), welcher erste charakteristische Punkt A auf der Referenzebene (12) liegt, und wobei mit der Vorrichtung (10) eine Anweisung ausgebbar ist, Ortskoordinaten eines zweiten Punkts B, C der Referenzebene (12) nichtinvasiv zu bestimmen durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts (B; C) des Beckens (14), welcher zweite charakteristische Punkt (B; C) auf der Referenzebene (12), jedoch nicht auf der Medianebene (58) des Beckens liegt, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung (10) die Lage der Medianebene (58) des Beckens (14) im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmbar ist und dass die Datenverarbeitungseinheit (40) derart ausgebildet und programmiert ist, dass Ortskoordinaten eines dritten Punkts (C; B) der Referenzebene (12) berechenbar sind aus den Ortskoordinaten des zweiten Punktes (B; C) der Referenzebene (12) durch Spiegelung an der bestimmten Medianebene (58).
22. Vorrichtung nach Ausführungsform 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet ist, dass als Referenzebene (12) die Beckeneingangsebene (56) bestimmt wird.
23. Vorrichtung nach Ausführungsform 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur nichtinvasiven Bestimmung der Medianebene (58) mit der Vorrichtung (10) eine oder mehrere Anweisungen ausgebbar sind, Ortskoordinaten von mindestens drei charakteristischen Punkten A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) im Referenzsystem, welche mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K auf der Medianebene (58) liegen, durch nichtinvasive Detektion der Punkte A, D, E, F, G, H, K zu bestimmen, und dass die Datenverarbeitungseinheit (40) derart ausgebildet und programmiert ist, dass aus den Ortskoordinaten der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K die Medianebene (58) im Referenzsystem berechnet wird.
24. Vorrichtung nach Ausführungsform 23, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass einer der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) so gewählt wird, dass er sowohl auf der Medianebene (58) als auch auf der Referenzebene (12) liegt.
25. Vorrichtung nach Ausführungsform 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass der erste charakteristische Punkt (A) so gewählt wird, dass er den einen der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) bildet.
26. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zweiter charakteristischer Punkt (B; C) ein Punkt (B; C) des Beckens (14) gewählt wird, welcher möglichst weit von der Medianebene (58) weg liegt.
27. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (16) derart ausgebildet und programmiert ist, dass als Referenzkoordinatensystem ein relativ zum Becken (14) ortsfestes Koordinatensystem gewählt wird.
28. Vorrichtung nach Ausführungsform 27, gekennzeichnet durch ein am Becken (14) festlegbares Referenzelement (26), dessen Position im Raum mit dem Navigationssystem (16) detektierbar ist.
29. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 21 bis 28, gekennzeichnet durch eine Ortsdetektionseinrichtung (47), mit welcher in Verbindung mit dem Navigationssystem (16) Ortskoordinaten der charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) nichtinvasiv bestimmbar sind.
30. Vorrichtung nach Ausführungsform 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsdetektionseinrichtung (47) in Form eines navigierbaren Tastinstruments (48) und/oder in Form eines navigierbaren Ultraschallsensors (50) ausgebildet ist.
31. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als erster charakteristischer Punkt (A) das Schambein (symphysis pubis) detektiert wird.
32. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 21 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zweiter charakteristischer Punkt (B; C) einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) nichtinvasiv detektiert wird.
33. Vorrichtung nach Ausführungsform 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet und programmiert ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit (40) als dritter Punkt (C; B) der Referenzebene (12) der andere, nicht detektierte vordere obere Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) virtuell bestimmbar ist durch Berechnen seiner Ortskoordinaten durch Spiegelung der Ortskoordinaten des detektierten vorderen oberen Darmbeinstachels an der berechneten Medianebene (58).
34. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 23 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als einer der mindestens zwei weiteren charakteristischen Punkte D, E, F, G, H, K ein charakteristischer Punkt (D, E, F, G, H, K) des Beckens (14) nichtinvasiv detektiert wird, welcher auf der Medianebene (58), jedoch nicht auf der Referenzebene (12) liegt.
35. Vorrichtung nach Ausführungsform 34, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als ein charakteristischer Punkt D, E des Beckens (14) mindestens ein Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins nichtinvasiv detektiert wird.
36. Vorrichtung nach Ausführungsform 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zwei charakteristische Punkte D, E des Beckens (14) zwei Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins (62) nichtinvasiv detektiert werden.
37. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K ein charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63), welcher auf der Medianebene (58) liegt, nichtinvasiv detektiert wird.
38. Vorrichtung nach Ausführungsform 37, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63) mindestens ein Tuberkel (F, G, H) an einem der ersten drei Lendenwirbel (64, 66, 68) nichtinvasiv detektiert wird.
39. Vorrichtung nach einer der Ausführungsformen 23 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet und programmiert ist, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K derjenige Punkt (K) virtuell bestimmbar ist, welcher in der Mitte auf einer Verbindungslinie (70) der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca posterior superior) liegt.
40. Vorrichtung nach Ausführungsform 39, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet und programmiert ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit (40) die Ortskoordinaten des Punkts (K), welcher in der Mitte auf der Verbindungslinie (70) der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel liegt, aus den durch nichtinvasive Detektion bestimmten Ortskoordinaten der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel berechnet werden.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum nichtinvasiven Bestimmen einer Referenzebene des menschlichen Beckens;
2: eine schematische Darstellung des menschlichen Beckens mit drei charakteristischen, die Beckeneingangsebene aufspannenden Punkten;
3: eine schematische Darstellung des unteren Bereichs der Wirbelsäule mit markierten charakteristischen Punkten am Kreuzbein sowie der unteren Lendenwirbelsäule, die auf der Medianebene liegen; und
4: eine schematische Draufsicht auf einen Beckenknochen mit markierten markanten Punkten derselben.
In 1 ist beispielhaft eine Vorrichtung 10 zum nichtinvasiven Bestimmen einer Referenzebene 12 eines menschlichen Beckens 14 dargestellt. Sie umfasst ein chirurgisches Navigationssystem 16 zur Bestimmung von Lage und Orientierung chirurgischer Vorrichtungen 18, 20 und 22 im Raum. Diese Vorrichtungen 18, 20 und 22 tragen jeweils eine Referenzierungsvorrichtung 24, 26 beziehungsweise 28, welche mindestens zwei passive Markerelemente 30, insbesondere drei, vier oder mehr oder mindestens zwei aktive Markerelemente 32 beziehungsweise 34 umfasst, wobei vorzugsweise drei, vier, fünf oder sechs Markerelemente zur Ausbildung einer der aktiven Referenzierungsvorrichtungen 26, 28 vorgesehen.
Das Navigationssystem 16 umfasst ferner eine Nachweisvorrichtung 36 zum Detektieren von den Markerelementen 30, 32, 34 reflektierter beziehungsweise ausgesandter Strahlung. Insbesondere kann eine Stereokamera 38 hierfür vorgesehen sein, die wahlweise elektromagnetische Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, oder Ultraschallstrahlung detektieren kann. Ferner umfasst das Navigationssystem 16 eine Datenverarbeitungseinheit 40 in Form eines oder mehrerer Computer, die über herkömmliche Eingabegeräte, wie beispielsweise in Form einer Tastatur 42 oder Maus 44, bedienbar sind. Eine Anzeigeeinrichtung 46 in Form eines Monitors ist mit dem Computer gekoppelt, um Daten und Anweisungen für eine Bedienperson anzuzeigen. Mit dem Navigationssystem 16 können in bekannter Weise Ist-Markerkoordinaten von Positionen der Markerelemente 30, 32 und 34 im Raum bestimmt werden.
Die beispielhaft dargestellten und beschriebenen chirurgischen Vorrichtungen 18, 20 und 22 sind unterschiedlich ausgebildet. Die chirurgische Vorrichtung 18 ist in Form eines Tastinstruments 48 ausgebildet, welches eine Tastspitze 50 aufweist. Werden mit dem Navigationssystem 16 die Positionen der passiven Markerelemente 30 bestimmt, so kann aus deren Lage und Orientierung im Raum die Lage der Tastspitze 50 berechnet werden. Auf diese Weise ist es möglich, mit der Tastspitze 50 Punkte im Raum zu tasten, beispielsweise charakteristische Punkte an Knochen des menschlichen Körpers, durch Palpieren, insbesondere perkutanes Berühren dieser Punkte mit der Tastspitze 50. Selbstverständlich kann an Stelle der passiven Referenzierungsvorrichtung 24 das Tastinstrument 48 auch mit einer aktiven Referenzierungsvorrichtung 26 oder 28 ausgestattet sein oder werden.
Bei der chirurgischen Vorrichtung 20 handelt es sich um eine aktive Referenzierungsvorrichtung 26, die lösbar verbindbar mit insbesondere einer Knochenschraube ist. Die Referenzierungsvorrichtung 26 dient insbesondere zur Definition eines Referenzkoordinatensystems. Das Referenzkoordinatensystem wird definiert, um alle detektierten Punkte in Koordinaten dieses Referenzkoordinatensystems anzugeben. Wird beispielsweise die Referenzierungsvorrichtung 26, wie in den 1 und 2 schematisch dargestellt, temporär am Becken 14 festgelegt, so kann auf diese Weise ein relativ zum Becken 14 ortsfestes Koordinatensystem definiert und alle zu bestimmenden Punkte in diesem ortsfesten Koordinatensystem angegeben werden.
Die chirurgische Vorrichtung 22 umfasst einen die Referenzierungsvorrichtung 28 tragenden Ultraschallsensor 54, mit welchem beispielsweise der Körper des Patienten mit Ultraschallwellen abgetastet werden kann. Das dabei errechnete Ultraschallbild kann insbesondere über die Anzeigevorrichtung 46 dargestellt werden.
Wie bereits eingangs erwähnt, kommt die Vorrichtung 10 insbesondere bei der Vorbereitung chirurgischer Eingriffe, wie insbesondere der Implantation von künstlichen Gelenken, zum Einsatz. Beispielsweise bei der Implantation eines künstlichen Hüftgelenks ist es wichtig, dass die Ausrichtung von Pfanne und Schaft einer Hüftgelenkendoprothese relativ zum Becken 14 in der gewünschten Stellung erfolgt, um nach erfolgreicher Implantation wieder eine natürliche Bewegung der betroffenen Gliedmaßen zu ermöglichen. Um hier Winkelstellungen in definierter Weise relativ zum Becken 14 vorgeben zu können, wird unter anderem als Bezugsgröße die Referenzebene 12 genutzt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Referenzebene 12 um die Beckeneingangsebene 56, die durch die drei Punkte A, B und C, die schematisch in 2 dargestellt sind, aufgespannt wird. Bei Punkt A handelt es sich um das Schambein (symphysis pubis), bei Punkt B um den rechten vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior rechts) und schließlich bei Punkt C um den linken vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior links). Punkt B und Punkt C sind markante Punkte des Beckenkamms 72. Die drei genannten Punkte A, B, C sind markante oder charakteristische Punkte des Beckens 14, die wahlweise perkutan mittels des Tastinstruments 48 oder durch den navigierten Ultraschallsensor 54 detektiert werden können. Die markanten Punkte A, B, C können beim Tasten dann beispielsweise von einer Bedienperson an der Anzeigevorrichtung 46 ausgewählt und bestätigt werden.
Liegt der Patient in Rückenlage, so sind grundsätzlich die drei genannten Punkte A, B und C direkt zugänglich. Liegt der Patient dagegen, wie schematisch in 1 dargestellt, in Seitenlage auf einem Operationstisch, so ist nur einer der vorderen oberen Darmbeinstachel zugänglich. Bei der in 1 dargestellten Situation handelt es sich dabei um den Punkt B. Punkt C kann nicht direkt mit dem zur Verfügung stehenden Tastinstrument 48 oder dem Ultraschallsensor 54 detektiert werden.
Wie erfindungsgemäß vorgeschlagen wird der nicht zugängliche und somit nicht direkt detektierbare Punkt C, genauer gesagt werden seine Ortskoordinaten, berechnet. Dazu wird zunächst die Medianebene 58 des Beckens 14 bestimmt. Hierzu müssen beispielsweise nur drei auf der Medianebene 58 liegende charakteristische Punkte mit dem Tastinstrument 48 oder dem Ultraschallsensor 54 detektiert werden. Dies können beispielsweise sein der Punkt A oder weitere Punkte des Beckens 14 oder zum Becken 14 benachbarter Knochenteile, insbesondere der Lendenwirbelsäule 63 der Wirbelsäule 60. Insbesondere in Frage kommen der Punkt D, nämlich der erste Tuberkel, auch als Dornfortsatz bezeichnet, des Kreuzbeins 62 (tubercle sacrum), der Punkt E, nämlich der zweite Tuberkel des Kreuzbeins 62 (tubercle sacrum), der Punkt F, nämlich der in posteriorer Richtung weisende Dornfortsatz 65 des fünften Lendenwirbels 64, der Punkt G, nämlich der in posteriorer Richtung weisende Tuberkel 67 des vierten Lendenwirbels 66, und der Punkt H, nämlich der in posteriorer Richtung weisende Dornfortsatz 69 des dritten Lendenwirbels 68. Die genannten Punkte A, D, E, F, G, H liegen alle auf einer durch die Medianebene 58 definierten Spiegelebene des Beckens 14 und somit auch des gesamten Körpers des Patienten.
Werden wahlweise drei der genannten Punkte A, D, E, F, G und H in der beschriebene Weise detektiert, so kann die Medianebene 58 auf einfache Weise aus den Ortskoordinaten der drei detektierten Punkte berechnet werden.
Ferner kann ein weiterer Punkt, der auf der Medianebene 58 liegt, bestimmt werden. Es handelt sich dabei um den in 4 schematisch eingezeichneten Punkt K, welcher in der Mitte der Verbindungslinie 70 des Punkts I, nämlich dem rechten hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior rechts), und dem Punkt 3, nämlich dem linken hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior links), liegt. Die hinteren oberen Darmbeinstachel sind auch in Seitenlage des Patienten in der Regel gut direkt detektierbar.
Eine alternative Möglichkeit, die Medianebene zu bestimmen ist die, nach Bestimmung des Punkts K eine zur Verbindungslinie 70 senkrechte Ebene durch den Punkt A und den Punkt K zu legen.
Die Bestimmung der Medianebene 58 ist kein Selbstzweck. Unter Berücksichtigung der hohen Symmetrie des Beckens 14 lässt sich der Punkt C berechnen durch Spiegelung des detektierten Punkts B an der Medianebene 58. Oder umgekehrt lässt sich nach Detektion des Punkts C der Punkt B berechnen durch Spiegelung der Ortskoordinaten des Punkts C an der Medianebene 58. Der so berechnete oder virtuelle charakteristische Punkt C spannt dann zusammen mit den charakteristischen Punkten A und B die Beckeneingangsebene 56 auf, die dann die Referenzebene 12 für weitere Berechnungen zur Unterstützung eines Chirurgen bei der Auswahl und Implantation einer Gelenkendoprothese dient.
Anders als bei den eingangs beschriebenen bekannten Verfahren ist es mit dem nun vorgeschlagenen Verfahren möglich, die Medianebene 58 direkt durch Detektion von drei auf ihr aufgrund der symmetrischen Gestalt des Beckens 14 liegenden charakteristischen Punkten A, D, E, F, G, H, K zu bestimmen.
Zur Durchführung des Verfahrens ist das Navigationssystem 16 vorzugsweise derart programmiert, dass eine Bedienperson aufgefordert wird, die zur Bestimmung der Medianebene 58 sowie der Referenzebene 12 zu detektierenden charakteristische Punkte zu tasten. Dies kann durch Anzeigen einer entsprechenden Anweisung in Form einer Abtastaufforderung mit der Anzeigeeinrichtung 46 erfolgen. Die Erfassung der Ortskoordinaten der jeweiligen Punkte erfolgt dann in herkömmlicher Weise durch Detektion mit dem Tastinstrument 48 oder dem Ultraschallsensor 54 in der beschriebenen Weise, wobei eine Bedienperson vorzugsweise durch eine entsprechende Eingabe an der Tastatur 42 oder der Maus 44 oder einem anderen Eingabegerät bestätigt, dass der zu detektierende charakteristische Punkt im Moment der Quittierung in gewünschter Weise ertastet oder sichtbar ist. Diese Eingabeaufforderung wird durch das Navigationssystem 16 so lange wiederholt, bis zumindest die Mindestzahl der zur Bestimmung der Medianebene 58 sowie der Referenzebene 12 erforderlichen charakteristischen Punkte detektiert sind.
Optional kann das Navigationssystem 16 auch so ausgebildet und programmiert sein, dass die jeweiligen Ebenen, insbesondere die Medianebene 58, überbestimmt berechnet werden können, das heißt dass mehr als drei charakteristische Punkte detektiert werden und aus diesen dann die am besten einpassbare Medianebene 58 bestimmt wird, die von allen bestimmten charakteristischen Punkten den geringsten Abstand aufweist. Vorzugsweise wird die Medianebene 58 jedoch so gewählt, dass der Punkt A stets auf ihr liegt.
Das oben beschriebene Verfahren sowie vorteilhafte Ausführungsformen desselben können ferner auch verkörpert sein in einem Computerprogrammprodukt, welches ein computerlesbares Medium und ein auf diesem gespeichertes Computerprogramm mit Programmcodemitteln umfasst. Die Programmcodemittel sind dazu geeignet, eine Bedienperson bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzuweisen und anzuleiten, damit diese die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Schritte durchführen kann, um Ortskoordinaten aller für die Berechnung der Referenzebene 12 charakteristischen Punkte am Becken 14 oder benachbarten Knochenteilen wie den Lendenwirbeln 64, 66 und 68 zu detektieren. Das computerlesbare Medium kann insbesondere eine CD oder ein anderer nichtflüchtiges Speichermedium sein, beispielsweise ein USB-Speicher.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005003317 A1 [0004]
DE 102007049671 A1 [0008, 0011]

Claims

Nichtinvasives Verfahren zur Bestimmung einer Referenzebene (12) des menschlichen Beckens (14), bei welchem Verfahren Ortskoordinaten von drei Punkten A, B, C der Referenzebene (12) in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt und aus den Ortskoordinaten der drei Punkte A, B, C die Referenzebene (12) berechnet wird, wobei Ortskoordinaten eines ersten Punktes A der Referenzebene (12) nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts (A) am Becken (14), welcher erste charakteristische Punkt (A) auf der Referenzebene (12) liegt, und wobei Ortskoordinaten eines zweiten Punktes (B, C) der Referenzebene (12) nichtinvasiv bestimmt werden durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts (B; C) des Beckens (14), welcher zweite charakteristische Punkt (B; C) auf der Referenzebene (12), jedoch nicht auf der Medianebene (58) des Beckens (14) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Medianebene (58) des Beckens (14) im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmt wird und dass Ortskoordinaten eines dritten Punkts (C; B) der Referenzebene (12) berechnet werden durch Spiegelung des zweiten Punktes (B; C) der Referenzebene (12) an der Medianebene (58).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur nichtinvasiven Bestimmung der Medianebene (58) Ortskoordinaten von mindestens drei charakteristischen Punkten A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) im Referenzsystem, welche mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K auf der Medianebene (58) liegen, durch nichtinvasive Detektion der Punkte bestimmt werden, und dass aus den Ortskoordinaten der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K die Medianebene (58) im Referenzsystem berechnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzkoordinatensystem ein relativ zum Becken (14) ortsfestes Koordinatensystem gewählt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren der charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) nichtinvasiv durch perkutanes Palpieren derselben mit einem navigierten Tastinstrument (48) und/oder durch Ultraschallabtastung mit einem navigierten Ultraschallsensor (54) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster charakteristischer Punkt (A) das Schambein (symphysis pubis) detektiert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter charakteristischer Punkt (B; C) ein charakteristischer Punkt am Beckenkamm (72) nichtinvasiv detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Punkt am Beckenkamm (72) einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) nichtinvasiv detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als dritter Punkt (C; B) der Referenzebene (12) der andere, nicht palpierte vordere obere Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) gewählt wird und dessen Ortskoordinaten berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als ein charakteristischer Punkt D, E, F, G, H, K des Beckens (14) mindestens ein Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins (62) nichtinvasiv detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als zwei charakteristische Punkte D, E des Beckens (14) zwei Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins (62) nichtinvasiv detektiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K ein charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63), welcher auf der Medianebene (58) liegt, nichtinvasiv detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63) mindestens ein Tuberkel (F, G, H) an einem der ersten drei Lendenwirbel (64, 66, 68) nichtinvasiv detektiert wird.
Vorrichtung (10) zum nichtinvasiven Bestimmen einer Referenzebene (12) des menschlichen Beckens (14), umfassend ein chirurgisches Navigationssystem (16) zur Bestimmung von Lage und Orientierung mindestens einer chirurgischer Vorrichtung (18, 20, 22) im Raum mit mindestens einer chirurgischen, mindestens zwei Markerelemente (30, 32, 34) umfassenden Referenzierungsvorrichtung (24, 26, 28), die an der mindestens einen chirurgischen Vorrichtung (18, 20, 22) angeordnet oder mit dieser verbindbar ist, mit einer Nachweisvorrichtung (36) zum Detektieren von den Markerelementen (30, 32, 34) ausgesandter oder von den Markerelementen (30, 32, 34) reflektierter Strahlung und mit einer Datenverarbeitungseinheit (40), wobei mit dem Navigationssystem (16) Ist-Markerkoordinaten von Positionen der Markerelemente (30, 32, 34) im Raum bestimmbar sind, wobei mit der Vorrichtung (10) Ortskoordinaten von drei Punkten A, B, C der Referenzebene (12) in einem Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmbar und mit der Datenverarbeitungseinheit (40) aus den Ortskoordinaten der drei Punkte A, B, C die Referenzebene (12) berechenbar ist, wobei mit der Vorrichtung (10) eine Anweisung ausgebbar ist, Ortskoordinaten eines ersten Punktes A der Referenzebene (12) nichtinvasiv zu bestimmen durch Detektieren eines ersten charakteristischen Punkts A am Becken (14), welcher erste charakteristische Punkt A auf der Referenzebene (12) liegt, und wobei mit der Vorrichtung (10) eine Anweisung ausgebbar ist, Ortskoordinaten eines zweiten Punkts B, C der Referenzebene (12) nichtinvasiv zu bestimmen durch Detektieren eines zweiten charakteristischen Punkts (B; C) des Beckens (14), welcher zweite charakteristische Punkt (B; C) auf der Referenzebene (12), jedoch nicht auf der Medianebene (58) des Beckens liegt, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Vorrichtung (10) die Lage der Medianebene (58) des Beckens (14) im Referenzkoordinatensystem nichtinvasiv bestimmbar ist und dass die Datenverarbeitungseinheit (40) derart ausgebildet und programmiert ist, dass Ortskoordinaten eines dritten Punkts (C; B) der Referenzebene (12) berechenbar sind. aus den Ortskoordinaten des zweiten Punktes (B; C) der Referenzebene (12) durch Spiegelung an der bestimmten Medianebene (58).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur nichtinvasiven Bestimmung der Medianebene (58) mit der Vorrichtung (10) eine oder mehrere Anweisungen ausgebbar sind, Ortskoordinaten von mindestens drei charakteristischen Punkten A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) im Referenzsystem, welche mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K auf der Medianebene (58) liegen, durch nichtinvasive Detektion der Punkte A, D, E, F, G, H, K zu bestimmen, und dass die Datenverarbeitungseinheit (40) derart ausgebildet und programmiert ist, dass aus den Ortskoordinaten der mindestens drei charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K die Medianebene (58) im Referenzsystem berechnet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (16) derart ausgebildet und programmiert ist, dass als Referenzkoordinatensystem ein relativ zum Becken (14) ortsfestes Koordinatensystem gewählt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch eine Ortsdetektionseinrichtung (47), mit welcher in Verbindung mit dem Navigationssystem (16) Ortskoordinaten. der charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K am Becken (14) und/oder an zum Becken (14) benachbarten Knochenteilen (64, 66, 68) nichtinvasiv bestimmbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsdetektionseinrichtung (47) in Form eines navigierbaren Tastinstruments (48) und/oder in Form eines navigierbaren Ultraschallsensors (50) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als erster charakteristischer Punkt (A) das Schambein (symphysis pubis) detektiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zweiter charakteristischer Punkt (B; C) einer der beiden vorderen oberen Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) nichtinvasiv detektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet und programmiert ist, dass mit der Datenverarbeitungseinheit (40) als dritter Punkt (C; B) der Referenzebene (12) der andere, nicht detektierte vordere obere Darmbeinstachel (spina iliaca anterior superior) virtuell bestimmbar ist durch Berechnen seiner Ortskoordinaten durch Spiegelung der Ortskoordinaten des detektierten vorderen oberen Darmbeinstachels an der berechneten Medianebene (58).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als ein charakteristischer Punkt D, E des Beckens (14) mindestens ein Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins nichtinvasiv detektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als zwei charakteristische Punkte D, E des Beckens (14) zwei Tuberkel (D, E) des Kreuzbeins (62) nichtinvasiv detektiert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K ein charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63), welcher auf der Medianebene (58) liegt, nichtinvasiv detektiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine Anweisung ausgebbar ist, dass als charakteristischer Punkt (F, G, H) der unteren Lendenwirbelsäule (63) mindestens ein Tuberkel (F, G, H) an einem der ersten drei Lendenwirbel (64, 66, 68) nichtinvasiv detektiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie derart ausgebildet und programmiert ist, dass als einer der mindestens drei weiteren charakteristischen Punkte A, D, E, F, G, H, K derjenige Punkt (K) virtuell bestimmbar ist, welcher in der Mitte auf einer Verbindungslinie (70) der beiden hinteren oberen Darmbeinstachel (spina iliaca posterior superior) liegt.
Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium und einem auf dem computerlesbaren Medium gespeicherten Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer (40) eines Navigationssystems (16) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die dazu geeignet sind, bei Ablauf des Computerprogramms auf einem Computer (40) eines Navigationssystems (16) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.