DE102010042278A1 - Surgical navigation system with structured light - Google Patents

Surgical navigation system with structured light

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DE102010042278A1
DE102010042278A1 DE201010042278 DE102010042278A DE102010042278A1 DE 102010042278 A1 DE102010042278 A1 DE 102010042278A1 DE 201010042278 DE201010042278 DE 201010042278 DE 102010042278 A DE102010042278 A DE 102010042278A DE 102010042278 A1 DE102010042278 A1 DE 102010042278A1
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light
8th
navigation system
position
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DE201010042278
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Rainer Graumann
Hagen Klausmann
Martin Ringholz
Anton Schick
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Abstract

Die Erfindung offenbart ein Operationsnavigationssystem, das räumlich und zeitlich moduliertes Licht verwendet, das auf ein Objekt (6, 8, 10, 12, O) in einem Operationsbereich (1) emittiert wird, um den Typ und/oder die Position und/oder die Orientierung eines Objekts in Abhängigkeit von der Zeit zu bestimmen. The present invention discloses a surgical navigation system employing modulated spatially and temporally light to an object (6, 8, 10, 12, O) in an operating area (1) emits to the type and / or the position and / or the to determine orientation of an object as a function of time.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Operationsnavigationssystem, das die Position und Orientierung eines medizinischen Instruments, eines medizinischen Werkzeuges, eines Implantats und/oder eines Körperteils mittels strukturiertem Licht erfasst. The invention relates to a surgical navigation system, which detects the position and orientation of a medical instrument, a medical tool, an implant and / or of a body part by means of structured light.
  • Im Stand der Technik sind Operationsnavigationssysteme bekannt, die dem Mediziner bei einer Operation, beispielsweise beim Einsetzen eines Implantats, unterstützen. In the prior art surgical navigation systems are known which assist the physician during an operation, for example during insertion of an implant. Es werden sowohl optische als auch elektromagnetische Positionserfassungssysteme eingesetzt. both optical and electromagnetic position detection systems are used. Die Genauigkeit der eigentlichen Positionsbestimmung liegt bei den optischen Verfahren bei etwa 0,2 mm und bei den elektro-magnetischen Systemen bei etwa 1 mm. The accuracy of the actual position determination lies with the optical method at about 0.2 mm and in the electro-magnetic systems at about 1 mm. Wenn die Genauigkeit der gesamten Anwendung, dh inklusive Bildgebung, Registrierung, Objektbewegung etc., betrachtet wird, werden sowohl bei den optischen, als auch den elektromagnetischen Systemen eine Genauigkeit von etwa 3 bis 5 mm erreicht, wobei die optischen Systeme geringfügig bessere Ergebnisse erzielen. If the accuracy of the entire application, ie, including imaging, registration, object movement, etc., considered to be reached an accuracy of about 3 to 5 mm in both the optical and electromagnetic systems, the optical systems achieve better results slightly.
  • Bei der bildgestützten Navigation werden Patientenbilddaten mit der aktuellen Patientenposition über einen sogenannten Registrierungsprozess abgeglichen. In the image-based navigation patient image data is compared with the current patient position via a so-called registration process. Es wird zwischen intraoperativer und präoperativer Bildgebung mit den entsprechenden Registrierungsverfahren unterschieden. A distinction is made between intraoperative and preoperative imaging with the relevant registration procedures. Bei der präoperativen Registrierung wird bei der Navigation im Allgemeinen ein dreidimensionaler Datensatz über das Volumen des Operationsbereichs geladen, der beispielsweise mittels Computertomographie, Magnetresonanztomographie, PET, SPECT etc. erstellt wurde. In the preoperative registering a three-dimensional data about the volume of the surgical field is loaded with navigation in general, which was created for example by computer tomography, magnetic resonance imaging, PET, SPECT, etc.. Anschließend wird die Registrierung manuell durchgeführt. Subsequently, the registration is performed manually. Bei intraoperativen Verfahren erfolgt die Erstellung der Bilder im Operationssaal mit bereits am Patienten angeordneten Nachverfolgungsreferenzelementen, wobei die Registrierung daher automatisch erfolgen kann. In intraoperative method to create the images in the operating room with the patient already arranged Nachverfolgungsreferenzelementen, whereby the registration can therefore be carried out automatically. Hierzu werden insbesondere C-Bögen für die zweidimensionale und dreidimensionale Bildgebung verwendet. To this end, C-arms are used for two-dimensional and three-dimensional imaging in particular. Es ist auch möglich, intraoperative CT-Systeme oder MR-Systeme zu verwenden. It is also possible to use intraoperative CT systems or MRI systems.
  • Bei der optischen Navigation werden sowohl passive als auch aktive Nachverfolgungsverfahren verwendet. In the optical navigation both passive and active Nachverfolgungsverfahren be used. Es ist eine Sichtverbindung zwischen den Instrumenten und dem Kamerasystem erforderlich, was eine praktische Handhabung erschwert. It is a line of sight between the instruments and the camera system is required, which makes it difficult to practical use. Mittels einer Stereo-Nachverfolgungskamera werden sowohl Infrarotlicht ausgesendet als auch die Reflexionen empfangen und mittels Triangulation räumlich zugeordnet. By means of a stereo Nachverfolgungskamera emitted both infrared light as well as receive the reflections and spatially associated by means of triangulation. Bei diesem passiven Verfahren werden reflektierende Markierungselemente auf allen Navigationselementen, dem Patienten sowie gegebenenfalls an dem intraoperativen Bildgebungssystem angebracht. In this passive method reflective markers on all navigation items, as well as the patient to be optionally attached to the intra-operative imaging system. Die reflektierenden Markierungselemente sind als Einwegprodukte ausgelegt und erzeugen daher hohe Betriebskosten, die etwa 50,00 Euro (Stand 2010) pro navigierter Operation betragen. The reflective marker elements are designed as disposable products and, therefore, produce high operating costs, which is about 50.00 EUR (2010) per navigated operation. Es ist auch möglich, aktive Markierungselemente, beispielsweise Infrarot-LEDs, zu verwenden. It is also possible active marking elements, such as infrared LEDs to use. Diese sind hinsichtlich der Sterilisierung problematisch und die hierfür erforderlichen Kabel werden vom Operationspersonal als störend empfunden. These are problematic in terms of sterilization and the necessary cables are perceived by the operating personnel as disturbing. Der Einsatz von Batterien führt wiederum zu höheren Betriebskosten. Again, the use of batteries results in higher operating costs. Auch bei der elektromagnetischen Navigation werden die hierzu erforderlichen Kabel vom Operationspersonal als störend angesehen. Even with the electromagnetic navigation needed for this purpose cables are considered by the operating personnel as disturbing.
  • Operationsnavigationssysteme sind detailliert in Imaging Systems for Mecical Diagnostics, Arnulf Oppelt, Publicis Corporate Publishing beschrieben. Surgical navigation systems are detailed in Imaging Systems for Mecical Diagnostics, Arnulf Oppelt, Publicis Corporate Publishing described.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Probleme des Standes der Technik zu überwinden und ein verbessertes Operationsnavigationssystem zu schaffen. The invention has as its object to overcome the prior art problems and to provide an improved surgical navigation system.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch Verwenden von räumlich und zeitlich moduliertem Licht gelöst, das auf ein oder mehrere Objekt(e) in einem Operationsbereich emittiert wird, um zumindest eines von Typ, Position und Orientierung eines Objektes in Abhängigkeit von der Zeit zu bestimmen. The object of the invention is achieved by use of modulated spatially and temporally light emitted on one or more object (s) within an operating range to determine at least one of type, position and orientation of an object as a function of time.
  • Ein erfindungsgemäßes Operationsnavigationssystem umfasst eine Lichtabgabeeinrichtung, die strukturiertes Licht auf einen Operationsbereich mit zumindest einem Objekt abgibt, wobei ein Beleuchtungsmuster des strukturierten Lichts räumlich und zeitlich moduliert ist. An inventive operation navigation system includes a light emitting device which emits structured light on an operation area with at least one object, wherein an illumination pattern of the structured light is spatially and temporally modulated. Das Operationsnavigationssystem umfasst eine Bildaufnahmeeinrichtung, die das vom Objekt emittierte Licht in Abhängigkeit von der Zeit erfasst. The surgical navigation system comprises an image pickup device that detects the emitted light from the object as a function of time. Der Ausdruck ”emittieren” kann Reflektieren und/oder Streuen von Licht umfassen. "Emit" The term may comprise reflecting and / or scattering light. Das Operationsnavigationssystem weist ferner eine Positionsbestimmungseinrichtung auf, die den Typ und/oder die Position und/oder die Orientierung des Objektes aus dem vom Objekt emittierten Licht in Abhängigkeit des Beleuchtungsmusters im Koordinatensystem der Positionsbestimmungseinrichtung bestimmt. The surgical navigation system further comprises a position-determining device, which determines the type and / or the position and / or orientation of the object from the light emitted by the object as a function of the illumination pattern in the coordinate system of the position determining means.
  • Durch das zeitlich und örtlich modulierte Licht kann kontinuierlich der Typ, die Position und/oder die Orientierung eines Objektes in einem Operationsbereich bestimmt werden, ohne dass gezwungenermaßen spezielle Markierungselemente auf dem Objekt angebracht werden müssen. By the modulated light time and place continuously, the type, position and / or orientation of an object can be determined in an operating range without forced special marker elements have to be mounted on the object. Das strukturierte Licht weist vorzugsweise eine für den Menschen unsichtbare Wellenlänge auf, vorzugsweise eine Wellenlänge im Infrarotbereich, beispielsweise zwischen 780 nm und 3 μm. The structured light preferably has a wavelength invisible to the human, preferably a wavelength in the infrared range, for example between 780 nm and 3 microns. Da keine Markierungselemente bei dem erfindungsgemäßen Operationsnavigationssystem erforderlich sind, können die Operationskosten verringert werden. Since no marker elements in the novel surgical navigation system is required, the operation cost can be reduced.
  • Das Operationsnavigationssystem umfasst eine Datenbank, in der Bild-Informations-Daten, beispielsweise virtuelle dreidimensionale Modelldaten, der Objekte hinterlegt sind. The surgical navigation system comprises a database, are stored in the image information data, for example, virtual three-dimensional model data of the objects. Dadurch wird sichergestellt, dass die Positionsbestimmungseinrichtung den Typ und/oder die Position und/oder die Orientierung eines Objekts erkennt. This ensures that the position determining means detects the type and / or the position and / or orientation of an object. Ferner können in der Datenbank geometrische Daten hinterlegt sein, mit denen beispielsweise die Spitze eines Operationsinstrumentes oder eine beliebige andere Position, die medizinisch relevant ist, aus der bestimmten Position und/oder Orientierung des Objektes ermittelt werden kann. Further, geometric data may be stored in the database, with which for example the tip of a surgical instrument or any other position that is medically relevant, can be determined from the determined position and / or orientation of the object. Diese geometrischen Daten können Teil des virtuellen dreidimensionalen Modells sein. These geometric data may be part of the virtual three-dimensional model. Die Datenbank kann eine geometrische Beschreibung des Objektes aufweisen. The database may have a geometric description of the object. Alternativ hierzu können Daten in der Datenbank auf Grundlage eines sogenannten Teach-In-Verfahrens bestimmt werden, bei dem das Objekt durch eine geeignete Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommen wird und die relevanten Daten für die Datenbank, beispielsweise durch Merkmalsextraktion, erzeugt werden. Alternatively, data can be determined in the database based on a so-called teach-in procedure in which the object is absorbed by a suitable image recording device and the relevant data for the database, for example by feature extraction, are generated.
  • Die Positionsbestimmungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zumindest ein bildgebendes System, ein Werkzeug, ein Instrument, ein Implantat, ein Körperteil, ein Referenzobjekt etc. als das zuvor genannte Objekt zu erkennen. The position determining means may be configured to at least an imaging system, a tool, a tool, an implant, a body portion, a reference object, etc. to be recognized as the object previously mentioned. Die Datenbank kann dazu eingerichtet sein, als Objekt zumindest ein bildgebendes System, ein Werkzeug, ein Instrument, ein Implantat, ein Körperteil, ein Referenzobjekt etc. zu definieren. The database may be configured to define as an object at least an imaging system, a tool, a tool, an implant, a body portion, a reference object, etc.. Das Referenzobjekt kann an einem Körperteil, einem beliebigen Ort im Operationsbereich und/oder an einem anderen Ort angeordnet sein. The reference object may be arranged at a different location on a body part, an arbitrary location in the operating area and / or.
  • Die Positionsbestimmungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, als bildgebendes System eine beliebige Modalität zu erkennen, und die Datenbank kann dazu eingerichtet sein, als bildgebendes System eine beliebige Modalität zu definieren. The positioning device may be configured to recognize as an imaging system any modality, and the database can be configured to define as an imaging system any modality. Die Modalität kann beispielsweise ein Ultraschallsystem, ein Röntgensystem, ein Röntgensystem mit einem C-Bogen, ein MRT-System, ein PET-System, ein SPECT-System umfassen. The modality may include, for example, an ultrasonic system, an X-ray system, an X-ray system with a C-arm, an MRI system, a PET system, a SPECT system. Dadurch wird eine bildgestützte Navigation ermöglicht, bei der die Position der Objekte in Patientenbilddaten angezeigt werden kann. This enables image-guided navigation, in which the position of the objects can be displayed in patient image data.
  • Die Bildaufnahmeeinrichtung kann eine stereoskopische Kamera aufweisen. The image recording device may include a stereoscopic camera. Die beiden Kameras der stereoskopischen Kamera können zueinander versetzt und/oder geneigt sein. The two cameras of the stereoscopic camera can be offset from each other and / or tilted. Durch Verwendung der stereoskopischen Kamera mit zumindest zwei separaten Kameras, dh zwei separaten Kombinationen aus Objektiv und Messaufnehmer, beispielsweise CCD-Chip, kann mittels geeigneter mathematischer Verfahren die Position eines Objektes im Raum bestimmt werden, da das Objekt aus zwei unterschiedlichen Positionen bzw. Perspektiven erfasst wird. By using the stereoscopic camera with at least two separate cameras, that is, two separate combinations of lens and sensor, such as CCD chip, the position of an object in space can be determined by means of suitable mathematical methods, because the object from two different positions or perspectives detected becomes.
  • Die Lichtabgabeeinrichtung kann einen Projektor mit einer rotierenden Lichtmaske aufweisen, die beleuchtet wird, wobei das durch die Scheibe erzeugte örtlich und zeitlich modulierte Licht auf den Operationsbereich abgegeben wird. The light emitting device may include a projector having a rotating light mask, which is illuminated, wherein the spatially and temporally modulated light generated by the wheel is submitted to the operation area. Die rotierende Lichtmaske kann mit Durchlicht oder Auflicht beleuchtet werden. The rotating light mask can be illuminated with transmitted light or reflected light. Wird die rotierende Lichtmaske mit Durchlicht beleuchtet, weist die Lichtmaske Bereiche mit einer höheren Transparenz und Bereiche mit einer niedrigeren Transparenz auf. If the rotating mask illuminated with light transmitted light, the light mask regions with a higher transparency and areas with a lower transparency. Wird die Lichtmaske mit Auflicht beleuchtet, weist die Lichtmaske stärker reflektierende und schwächer reflektierende bzw. stärker absorbierende und schwächer absorbierende Bereiche auf. If the light screen is illuminated with incident light, the light mask to more reflective and less reflective and more absorbing and less absorbing regions.
  • Die Lichtabgabeeinrichtung kann ein streifenförmiges und/oder ein wellenförmiges, beispielsweise sinusförmiges, Lichtintensitätsmuster auf den Operationsbereich abgeben. The light emitting device may be a strip-shaped and / or a wave-shaped, such as sinusoidal, emit light intensity pattern on the operation area. Werden auf den Operationsbereich ein streifenförmiges und/oder im Wesentlichen sinusförmiges Intensitätsmuster abgegeben, ergibt sich bei einer Beobachtung mittels einer Kamera aus einer zur Projektionsrichtung unterschiedlichen Richtung eine Verzerrung des Musters. Be a strip-shaped onto the operating area and / or delivered substantially sinusoidal intensity pattern obtained when an observation by means of a camera from a direction different from the projection direction, a distortion of the pattern. Das im Wesentlichen sinusförmige Muster wird in Abhängigkeit von der Entfernung des Objektes in der Phase lateral verschoben. The substantially sinusoidal pattern is laterally shifted in phase depending on the distance of the object. Aus dieser Phasenverschiebung kann der Abstand und die Orientierung zur Kamera berechnet werden. From this phase shift, the distance and the orientation of the camera can be calculated.
  • Die Bildaufnahmeeinrichtung kann eine Mehrzahl Bildaufnahmesysteme, beispielsweise stereoskopischer Kameras aufweisen, die den Operationsbereich aus unterschiedlichen Richtungen erfassen. The image pickup means may comprise a plurality of image sensing systems, such as stereoscopic cameras, which capture the range of operation from different directions. Vorzugsweise wird jeweils ein Bildaufnahmesystem an einer Ecke des Operationsbereiches angeordnet, so dass insgesamt vier Bildaufnahmesysteme verwendet werden. Preferably, an image pickup system at a corner of the operation area is arranged in each case so that a total of four imaging systems are used. Dadurch können die Probleme reduziert werden, die sich daraus ergeben, dass ein Teil eines Objektes in Richtung der Sichtlinie zu einer der Kameras verborgen ist. Therefore, the problems can be reduced, which result from the fact that a part of an object in the direction of the line of sight is hidden to one of the cameras. Mit dieser Anordnung kann der Typ, die Position und/oder die Orientierung jedes Objekts im Operationsbereich bestimmt werden. With this arrangement, the type, position and / or the orientation of each object can be determined in the operation area.
  • Ferner ist es möglich, Bildaufnahmesysteme, beispielsweise stereoskopische Kameras, unterschiedlicher Auflösung in einem Operationsbereich zu verwenden. Further, it is possible to image pickup systems to use, for example, stereoscopic cameras, different resolutions in an operating area. Die Mehrzahl von Bildaufnahmesystemen kann den Operationsbereich mit unterschiedlichen Auflösungen erfassen. The plurality of imaging systems can detect the operation area with different resolutions. Beispielsweise kann ein vergleichsweise grob auflösendes Bildaufnahmesystem verwendet werden, um den gesamten Operationsbereich zu erfassen. For example, a comparatively coarse resolution image recording system can be used to capture the entire range of operation. Ferner kann ein vergleichsweise hochauflösendes Bildaufnahmesystem verwendet werden, um einen bestimmten Bereich des Operationsbereichs genauer zu erfassen. Furthermore, a comparatively high-resolution image recording system can be used to detect a specific area of ​​the surgical field in more detail. Die Bildaufnahmesysteme können strukturiertes Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen verwenden, damit sich die Bildaufnahmesysteme nicht gegenseitig stören. The image capture systems may use structured light with different wavelengths, so that the image capture systems do not interfere with each other. Ferner können die Bildaufnahmesysteme strukturiertes Licht mit einer unterschiedlichen zeitlichen Modulation verwenden, damit sich die Bildaufnahmesysteme nicht gegenseitig stören. Furthermore, the image capture systems may use structured light with a different temporal modulation, so that the image capture systems do not interfere with each other.
  • Das Operationsnavigationssystem kann eine Steuerungseinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Lichtabgabeeinrichtung und die Positionsbestimmungseinrichtung so anzusteuern, dass die Position und die Orientierung des bildgebenden Systems im Koordinatensystem des Operationsnavigationssystems bestimmt werden. The surgical navigation system may include a control means which is adapted to the light emitting device and thus to control the position determination means that the position and orientation of the imaging system in the coordinate system of the surgical navigation system are determined. Das bildgebende System kann beispielsweise ein Röntgensystem mit einem C-Bogen sein. The imaging system may for example be an X-ray system with a C-arm. Mittels des Operationsnavigationssystems kann die Position des Detektors und/oder des Emitters an einer oder einer Mehrzahl von Schwenkstellung(en) bestimmt werden. By means of the operation of the navigation system, the position of the detector and / or the emitter at one or a plurality of pivot position (s) can be determined.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Objektes in einem Operationsbereich. The invention also relates to a method for determining the position of an object in a surgical field. Das Objekt im Operationsbereich wird mit strukturiertem Licht beleuchtet, wobei ein Beleuchtungsmuster des strukturierten Lichtes räumlich und zeitlich moduliert wird. The object in the operation area is illuminated with structured light, wherein an illumination pattern of the structured light is spatially and temporally modulated. Das vom Objekt emittierte Licht wird in Abhängigkeit von der Zeit erfasst. The emitted light from the object is detected in dependence on time. Die Position und/oder die Orientierung des Objektes werden aus dem vom Objekt emittierten Licht in Abhängigkeit des Beleuchtungsmusters bestimmt. The position and / or orientation of the object are determined from the emitted light from the object as a function of the illumination pattern. Das Verfahren kann, wie zuvor unter Bezugnahme auf die Vorrichtung erläutert wurde, ausgestaltet sein. The method may, as previously explained with reference to the apparatus be designed.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das in einem Speicher eines Computers mit einem Prozessor geladen werden kann oder geladen ist, wobei das Computerprogrammprodukt Mittel aufweist, die zur Ausführung der Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens eingerichtet sind. The invention also relates to a computer program product that can be loaded into a memory of a computer with a processor or loaded, the computer program product comprises means adapted to perform the steps of the method described above.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, die exemplarische Ausführungsformen darstellen. The invention is explained below with reference to the accompanying drawings which illustrate exemplary embodiments. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 einen schematischen Schnitt durch einen Operationsbereich, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird; a schematic section through an operational range in which the present invention is applied;
  • 2A 2A einen Projektor mit einer mit Durchlicht beleuchteten Lichtmaske; a projector with an illuminated with transmitted light light mask;
  • 2B 2 B einen Projektor mit einer mit Auflicht beleuchteten Lichtmaske; a projector with an illuminated with incident light mask;
  • 3A 3A ein räumlich streifenförmig moduliertes Lichtmuster; a strip-shaped spatially modulated light pattern;
  • 3B 3B ein räumlich sinusförmig moduliertes Lichtmuster; a spatially sinusoidally modulated light pattern;
  • 3C 3C ein Objekt, das mit einem linienförmigen Lichtmuster beleuchtet wird; an object that is illuminated with a line-shaped light pattern; und and
  • 4 4 eine schematische Draufsicht auf eine stereoskopische Kamera mit einem Projektor für strukturiertes Licht. a schematic plan view of a stereoscopic camera with a structured light projector.
  • 1 1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer beispielhaften Operationsumgebung schematically shows a cross section of an exemplary operating environment 1 1 . , Die Operationsumgebung umfasst einen Operationstisch The operating environment includes an operating table 2 2 auf dem sich ein Patient on which a patient 4 4 befindet. located. Bei der Operation wird ein erstes Instrument In the operation, a first instrument 6 6 verwendet. used. Am Operationsbereich ist ein erstes Referenzelement At the operation area is a first reference element 8 8th angeordnet. arranged. Ferner ist am Körper des Patienten Furthermore, the patient's body 4 4 ein zweites Instrument a second instrument 10 10 positioniert, an dem ein zweites Referenzelement positioned, to which a second reference element 12 12 befestigt ist. is attached. Der Operationsbereich weist ferner ein Röntgensystem mit einem schwenkbaren C-Bogen The range of operation further includes an X-ray system with a C-arm pivotable 14 14 auf, an dem ein Röntgenemitter , on which an X-ray emitter 16 16 und ein Röntgendetektor and an X-ray detector 18 18 angeordnet sind. are arranged. Mittels des Röntgensystems mit dem C-Bogen By means of the X-ray system with a C-arm 14 14 können Aufnahmen des Inneren des Körpers des Patienten can shoot the interior of the patient's body 4 4 vor und/oder während der Operation erzeugt werden. before and / or generated during the operation.
  • Das erfindungsgemäße Operationsnavigationssystem weist einen Positionssensor The surgical navigation system of the invention has a position sensor 20 20 auf, der einen Lichtprojektor on which a light projector 22 22 und eine Kamera and a camera 24 24 umfasst. includes. Der Lichtprojektor gibt ein streifenförmig und/oder wellenförmig moduliertes Licht The light projector is a strip-shaped and / or wavy modulated light 26 26 auf den Operationsbereich on the operation area 1 1 ab. from. Das strukturierte Licht ist zeitlich und örtlich moduliert. The structured light is modulated in time and place. Die Kamera The camera 24 24 erfasst das vom ersten Instrument detects the instrument from the first 6 6 , ersten Referenzelement , First reference element 8 8th , zweiten Instrument , Second instrument 10 10 sowie zweiten Referenzelement and second reference element 12 12 emittierte strukturierte Licht in Anhängigkeit von der Zeit. issued structured light in function of time. Der Lichtprojektor The light projector 22 22 des Positionssensors the position sensor 22 22 kann auch den Detektor can the detector 18 18 des Röntgensystems mit dem C-Bogen of the X-ray system with a C-arm 14 14 beleuchten. illuminate. Die Kamera The camera 24 24 kann das vom Detektor can from the detector 18 18 emittierte strukturierte Licht erfassen. detecting emitted structured light. Es versteht sich, dass der Lichtprojektor It is understood that the light projector 22 22 auch den Emitter and the emitter 16 16 des C-Bogens beleuchten kann, und die Kamera the C-arm can illuminate, and the camera 24 24 das vom Emitter the emitter from 16 16 emittierte Licht erfassen kann. can detect emitted light. Folglich kann das Operationsnavigationssystem auch die Position des Emitters Consequently, the operation navigation system, the position of the emitter 16 16 und/oder des Detektors and / or the detector 18 18 des C-Bogens bestimmen. determine the C-arm.
  • Sobald das strukturierte Licht Once the structured light 26 26 auf ein Objekt auftrifft, verändert sich die Form des strukturierten Lichts. impinges on an object, the shape of the structured light changes. Diese veränderte Form kann von der Kamera This change in shape can from the camera 24 24 erfasst werden und mittels einer Auswerteeinrichtung kann die Position und die Oberfläche eines Objektes bestimmt werden. are recorded and the position and the surface of an object can be determined by means of an evaluation device.
  • Die Grundlagen der Bestimmung des Typs, der Position und/oder der Orientierung eines Objektes mit Hilfe strukturierten Lichts sind der The basis of the determination of the type, position and / or orientation of an object using structured light are the DE 10 2010 006 105.0 DE 10 2010 006 105.0 beschrieben, deren Inhalt hier mit Bezugnahme aufgenommen wird. described, which is incorporated by reference herein.
  • 2A 2A zeigt die Funktionsweise einer ersten Ausführungsform eines Lichtprojektors shows the operation of a first embodiment of a light projector 22 22 . , Der Lichtprojektor weist eine Beleuchtungseinheit The projector has an illumination unit 28 28 auf, die Licht auf eine rotierende Lichtmaske on, the light on a rotating light mask 30 30 abgibt. emits. Auf der rotierenden Lichtmaske sind linienförmige Bereiche On the rotating light mask are line-shaped regions 32 32 , . 35 35 angeordnet. arranged. Alternativ hierzu oder zusätzlich können auf der Lichtmaske wellenförmige Bereiche Alternatively, or in addition, on the light mask undulating areas 33 33 , . 34 34 angeordnet sein. be disposed. Vorzugsweise sind die wellenförmigen Bereiche sinusförmig ausgebildet. Preferably, the wave-shaped portions are formed sinusoidal. Die linienförmigen Bereiche The line-shaped areas 32 32 , . 35 35 bzw. die wellenförmige Bereiche and the wave-shaped regions 33 33 , . 34 34 sind transparent ausgebildet, wohingegen die verbleibenden Bereiche der rotierenden Lichtmaske are formed transparent, whereas the remaining portions of the rotating light mask 30 30 nicht transparent ausgebildet sind. are not transparent. Das von der Beleuchtungseinheit Launched by the lighting unit 28 28 abgegebene Licht tritt durch die linienförmigen Bereiche emitted light passes through the line-shaped regions 32 32 , . 35 35 bzw. wellenförmigen Bereiche or wavy portions 33 33 , . 34 34 in die Projektionsoptik in the projection optics 25 25 ein und wird von dieser als strukturiertes Licht is a and of these as a structured light 26 26 auf eine zu untersuchende Oberfläche, beispielsweise einen Operationsbereich, abgegeben. to a surface to be examined, for example, an operational range given.
  • Ein wellenförmiges oder sinusförmiges Beleuchtungsmuster wird in Abhängigkeit von der Entfernung eines Objektes in der Phase lateral verschoben. A wave-shaped or sinusoidal illumination pattern is displaced laterally in relation to the distance of an object in the phase. Aus dieser Phasenverschiebung kann der Abstand zum Lichtprojektor From this phase shift, the distance to the light projector 22 22 bzw. zur Kamera and the camera 24 24 berechnet werden. be calculated.
  • 2B 2 B zeigt eine zweite Ausführungsform des Lichtprojektors shows a second embodiment of the light projector 22 22 . , Die Lichtmaske ist als rotierende Walze The light screen is a rotating roller 31 31 ausgebildet, die mit einer Auflichtbeleuchtung formed with an epi-illumination 29 29 beleuchtet wird. is illuminated. Die streifenförmige Bereiche The strip-shaped regions 32 32 , . 35 35 und die wellenförmigen Bereiche and the wave-shaped areas 33 33 , . 34 34 sind bei dieser Ausführungsform reflektierend oder lichtemittierend ausgebildet, während die verbleibenden Bereiche der rotierenden Walze lichtabsorbierend ausgebildet sind. are designed to be reflective or light-emitting, in this embodiment, while the remaining portions of the rotating roller are formed light-absorbing. Das von den linienförmigen Bereichen bzw. wellenförmigen Bereichen emittierte Licht wird von der Projektionsoptik The line-shaped areas of the wavy or areas emitted light from the projection optics 25 25 als strukturiertes Licht as a structured light 26 26 auf einen zu untersuchenden Bereich, beispielsweise dem Operationsbereich abgegeben. an under investigation area, given for example the surgical field. Alle Muster der Mehrzahl von Mustern können unterschiedlich ausgebildet sein. All of the patterns of the plurality of patterns can be designed differently.
  • 3A 3A zeigt ein linienförmiges Muster shows a line-shaped pattern 32 32 , . 35 35 , das auf ein ebenes Objekt abgegeben wird. Which is discharged onto a flat object. 3B 3B zeigt ein wellenförmiges Muster, das auf ein ebenes Objekt abgegeben wird. is discharged onto a flat object of a wavy pattern. 3C 3C zeigt ein linienförmiges Muster, das auf ein rundes Objekt O abgegeben wird. is emitted on a round object O, a line-shaped pattern. Es ist zu erkennen, dass sich das linienförmige Muster in einem Bereich wölbt, in dem es auf das runde Objekt trifft. It can be seen that the linear pattern bulges in an area where it encounters the round object. Aufgrund der Wölbung des linienförmigen Musters kann das erfindungsgemäße Operationsnavigationssystem zumindest eines aus dem Typ des Objektes, der Position des Objektes und Orientierung des Objektes messen. Due to the curvature of the line-shaped pattern surgical navigation system according to the invention can measure at least one of the type of the object, the object's position and orientation of the object. Computergestützte Verfahren zum Auswerten von strukturiertem Licht sind dem Fachmann bekannt und folglich wird auf die Auswertung des strukturierten Lichts hierin nicht mehr weiter eingegangen. Computer-based method of evaluating structured light are known in the art and thus will not be discussed further herein, the analysis of the structured light.
  • 4 4 zeigt eine stereoskopische Kamera shows a stereoscopic camera 36 36 mit einem Lichtprojektor with a light projector 22 22 , einer ersten Kamera , A first camera 38 38 und einer zweiten Kamera and a second camera 40 40 . , Die erste Kamera The first camera 38 38 weist einen ersten Bildaufnehmer has a first imager 42 42 und die zweite Kamera and the second camera 40 40 weist einen zweiten Bildaufnehmer includes a second image sensor 44 44 auf. on. Der Lichtprojektor The light projector 22 22 weist eine Lichtabgabeeinrichtung has a light-emitting means 46 46 auf, die zeitlich und örtlich moduliertes Licht erzeugt. that generates the modulated light temporally and spatially. Das zeitlich und örtlich modulierte Licht wird auf ein Objekt O in Form von linienförmigen Bereichen The modulated light is temporally and spatially to an object O in the form of line-shaped regions 32 32 , . 35 35 abgegeben. issued. Die linienförmigen Bereiche The line-shaped areas 32 32 , . 35 35 werden durch die erste Kamera are represented by the first camera 38 38 und die zweite Kamera and the second camera 40 40 aufgenommen und an eine Positionsbestimmungseinrichtung was added and a position determining device 48 48 übergeben. to hand over. Die Positionsbestimmungseinrichtung The positioning device 48 48 erzeugt eine bildliche Darstellung des Operationsbereichs, die auf einer Anzeigeeinrichtung generating a pictorial representation of the operation area, the display device on a 56 56 dargestellt wird. is pictured. Die Positionsbestimmungseinrichtung The positioning device 48 48 ist mit einer Datenbank is a database 54 54 verbunden, die Repräsentationen der Objekte enthält. connected containing representations of the objects. Mittels der Repräsentationen der Objekte kann die Positionsbestimmungseinrichtung By the representations of the objects, the position determination means 48 48 den Typ des Objektes bestimmen. determine the type of the object. Die Positionsbestimmungseinrichtung The positioning device 48 48 kann auf Grundlage der in der Datenbank can on the basis of the database 54 54 enthaltenen Daten bestimmen, ob das Objekt ein Instrument, ein Werkzeug, ein Implantat, ein bildgebendes System etc. ist. determine data contained, whether the object is a tool, a tool, an implant, an imaging system etc.. Ferner kann die Positionsbestimmungseinrichtung aus den in der Datenbank Furthermore, the positioning device from the database 54 54 enthaltenen Daten, die Position des Objektes bestimmen. Data contained, determine the position of the object. Insbesondere kann die Positionsbestimmungseinrichtung In particular, the location facility may 48 48 die Position der Spitze eines medizinischen Instrumentes aus den in der Datenbank the position of the tip of a medical instrument from the database 54 54 hinterlegten Daten bestimmen. determine stored data.
  • Das Operationsnavigationssystem umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung The surgical navigation system further comprises a control device 50 50 , die mit der Lichtabgabeeinrichtung That the light emitter 46 46 und mit der Positionsbestimmungseinrichtung and the positioning device 48 48 verbunden ist. connected is. Hierdurch lassen sich die Abgabe von strukturiertem Licht durch die Lichtabgabeeinrichtung This enables the delivery of structured light by the light emitter can 46 46 sowie das Erfassen der Bilder durch die erste Kamera and acquiring the images by the first camera 38 38 und die zweite Kamera and the second camera 40 40 synchronisieren. synchronize. Die Steuerungseinrichtung The control device 50 50 ist auch mit einer C-Bogen-Steuerungseinrichtung is also provided with a C-arm controller 52 52 verbunden, die dazu ausgebildet ist, ein Schwenken des C-Bogens zu bewirken, so dass die Position des Detektors bzw. des Emitters mittels der Lichtabgabeeinrichtung connected which is designed to cause a pivoting of the C-arm, so that the position of the detector or of the emitter by means of the light-emitting means 46 46 , der ersten Kamera , The first camera 38 38 und der zweiten Kamera and the second camera 40 40 bestimmt werden kann. can be determined.
  • Die Erfindung schlägt vor, mittels strukturierter Beleuchtung die Position und Orientierung von Objekten im Raum direkt zu bestimmen. The invention proposes to determine directly using structured illumination, the position and orientation of objects in space. Separate optisch sichtbare Markierungselemente, LEDs oder elektromagnetische Spulen sind bei diesem Verfahren nicht zwingend erforderlich. Separate optically visible marking elements, LEDs or electromagnetic coils are not necessarily required in this method.
  • Dreidimensionale Modelle aller bei einer Operation verwendeten Instrumente, Werkzeuge, Implantate und Bildgebungsmodalitäten, beispielsweise Röntgensystem mit einem C-Bogen, ein Ultraschallgerät, und optionale Referenzstrukturen werden in einer Datenbank hinterlegt. Three-dimensional models of all instruments used in surgery, tools, implants and imaging modalities, such as X-ray system with a C-arm, an ultrasound device, and optional reference structures are stored in a database. Die sichtbaren dreidimensionalen Oberflächen aller Objekte, die sich im Operationsbereich befinden, werden durch das System in Echtzeit ermittelt und in Echtzeit den entsprechenden dreidimensionalen Modellen zugeordnet. The visible surfaces of all three-dimensional objects that are located in the operation area are determined by the system in real time and associated real-time to the corresponding three-dimensional models. Die verwendeten Algorithmen können ein Objekt auch identifizieren, wenn nur ein Teil des Objektes optisch sichtbar ist. The algorithms used may also identify an object when only a part of the object is optically visible. Folglich können in Echtzeit die aktuelle Position und Orientierung aller sichtbaren Objekte ermittelt werden. Consequently, the current position and orientation of all visible objects can be detected in real time. Beispielsweise lässt sich die Spitze eines im Körper des Patienten befindlichen Instruments darstellen, wenn der zugehörige Griff des Instruments optisch detektiert werden kann und starr mit der Spitze verbunden ist. For example, the tip of an instrument located in the body of the patient can be presented when the corresponding handle of the instrument can be optically detected and is rigidly connected to the tip. Die Position und Orientierung dieser Objekte können nach einer Registrierungsprozedur in die Bilddaten, die beispielsweise mit einer Bildgebungsmodalität ermittelt wurden, eingeblendet und in Echtzeit aktualisiert werden. The position and orientation of these objects can according to a registration procedure in the image data which have been determined, for example, with an imaging modality, displayed and updated in real time. Werden gleichzeitig die Position und Orientierung von Implantaten und Instrumenten ermittelt, können diese gleichzeitig mit den Bilddaten eingeblendet werden und in ihrer relativen Beziehung zueinander bestimmt werden. Be the position and orientation of implants and instruments simultaneously determined, these can be displayed simultaneously with the image data and are determined in their relative relationship to one another.
  • Zusätzlich können Referenzstrukturen verwendet werden, die ermöglichen, dass die Lage des Patienten ermittelt wird. In addition, the reference structures may be used, which allow the position of the patient is determined. Da ein Chirurg während der Operation das Objekt, dessen Position zu ermitteln ist, beispielsweise ein Instrument, in der Hand hält, ist nur ein Teil der Oberfläche des Objektes sichtbar. As a surgeon during the operation, the object whose position is to be determined, for example, an instrument held in the hand, is only part of the surface of the object visible. Dadurch wird die Erkennbarkeit des Objektes negativ beeinflusst. Thus, the visibility of the object is negatively affected. Optional ist vorgesehen, zusätzliche dreidimensionale Strukturen an den Objekten anzubringen, um die Detektierbarkeit zu gewährleisten, auch wenn ein Chirurg das Objekt in der Hand hält. It is optionally provided to attach additional three-dimensional structures on the objects to ensure the detectability, even if a surgeon holds the object in his hand.
  • Wird zusätzlich eine intra-operative Bildgebung verwendet, so kann die Lage und Orientierung des Koordinatensystems der Bildgebung im Raum gegenüber dem Koordinatensystem des Operationsnavigationssystems auch durch das Operationsnavigationssystem bestimmt werden. If, in addition, an intra-operative imaging is used, the position and orientation of the coordinate system of imaging in space relative to the coordinate system of the surgical navigation system can also be determined by the surgical navigation system. Folglich können die Bilder der intra-operativen Bildgebung im Koordinatensystem des Operationsnavigationssystems dargestellt werden. Consequently, the images of the intra-operative imaging can be displayed in the coordinate system of the surgical navigation system. Bei einem Röntgensystem mit einem C-Bogen bedeutet dies, dass die Position und Orientierung des Röntgendetektors und/oder der Röntgenröhre bestimmt werden. In an X-ray system with a C-arm, this means that the position and orientation of the X-ray detector and / or the X-ray tube are determined. Im Fall eines Ultraschallsystems muss lediglich die Position und die Orientierung des Ultraschallapplikators bestimmt werden. In the case of an ultrasound system, only the position and orientation of the ultrasound must be determined. In diesen Fällen muss zuvor die relative Beziehung zwischen dem Bildgebungsvolumen und dem Bildgebungsgerät, dessen Position intra-operativ bestimmt wird, ermittelt und vorzugsweise auch abgespeichert werden. In these cases, previously has the relative relationship between the imaging volume and whose position is determined intra-operatively the imaging device are determined and preferably also stored.
  • Es können mehrere stereoskopische Kameras als Positionsbestimmungssysteme verwendet werden, die zeitlich und räumlich moduliertes Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen abgeben und die ihre gegenseitige Position kennen oder per Messung bestimmen. It can be used as positioning systems plurality of stereoscopic cameras, which emit modulated temporally and spatially light having different wavelengths and the know their mutual position or determine per measurement. Die Erfindung kann auch mit herkömmlichen elektro-magnetischen und/oder optischen Navigationssystemen kombiniert werden. The invention may also be combined with conventional electro-magnetic and / or optical navigation systems. Beispielsweise kann die Position eines flexiblen Instruments im Körper mittels elektromagnetischer Navigation bestimmt werden, wobei die Position des Feldgenerators für die Bestimmung der Position des flexiblen Instrumentes mit dem hierin beschriebenen Verfahren bestimmt wird. For example, the position of a flexible instrument in the body by means of electromagnetic navigation can be determined, wherein the position of the field generator for determining the position of the flexible instrument with the methods described herein is determined. Somit lassen sich die Positionen und Orientierungen von Instrumenten im Körper im Koordinatensystem des erfindungsgemäßen Operationsnavigationssystems bestimmen und den mit einer bildgebenden Modalität erzeugten Bildern zuordnen. Thus, the positions and orientations of instruments in the body can be determined in the coordinate system of the surgical navigation system according to the invention and assign the images generated by an imaging modality. Zum Verbessern der Erkennungssicherheit können die zu erkennenden Objekte mit einer im Infrarotbereich reflektierenden Schicht versehen sein. To improve the reliability of detection, the objects to be recognized can be provided with an infrared reflective layer. Die Erfindung ist nicht auf stereoskopische Kameras beschränkt. The invention is not limited to stereoscopic cameras. Es können auch räumlich unabhängige Kameras verwendet werden, wenn deren Positionen zueinander exakt bekannt sind, beispielsweise wenn sie sich an den Ecken eines Operationssaals, Operationstisches, Operationsbereichs etc., an festen und/oder bekannten Positionen befinden. It can also be used spatially independent cameras, if their positions are known precisely to each other, for example if they are located at the corners of an operating room, surgical table, surgical department, etc., of solid and / or known positions.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass mittels dreidimensionaler Techniken Objekte in Echtzeit verfolgt werden können. The invention has the advantage that using three-dimensional techniques objects can be tracked in real time. Bei der üblichen Bewegungsgeschwindigkeit von Objekten in einem Operationsbereich ist eine Abtastrate von 20 bis 30 Hz ausreichend. In the conventional speed of movement of objects in an operation area, a sampling rate of 20 and 30 Hz is sufficient. Optional kann eine Abtastrate von 50 Hz vorgesehen sein. Optionally, a sampling rate of 50 Hz can be provided.
  • Ferner kann eine Projektion von nur vier Phasenlagen (Sinus) sowie eine Projektion eines Subcodes zur Elimination von eventuellen Mehrdeutigkeiten bei in der Höhe sehr ausgedehnten Objekten vorgesehen sein. Further, a projection of only four phase positions (sine) and a projection of a sub-code for the elimination of any ambiguities in very extended in the height of objects can be provided. Ferner können Algorithmen zum Kompensieren der Bewegungsunschärfe bei schnell bewegten Objekten implementiert sein. Furthermore, algorithms can be implemented to compensate for the motion blur on fast moving objects. Die Projektion des strukturierten Lichtes erfolgt vorzugsweise im infraroten Bereich. The projection of the structured light is preferably carried out in the infrared region. Ferner kann das erfindungsgemäße System so implementiert sein, dass es leicht in einer bestehenden Umgebung implementiert werden kann. Furthermore, the inventive system may be implemented so that it can be easily implemented in an existing environment.
  • Die Erfindung hat darüber hinaus den Vorteil, dass mittels dreidimensionaler Erfassungstechniken navigationsrelevante Objekte im Operationsbereich ohne Markierungselemente exakt lokalisiert werden können. The invention has the advantage that by means of three-dimensional sensing techniques relevant navigation objects can be located exactly in the operation region without marking elements beyond. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den Einsatz der aktiven Triangulation mittels strukturierter Beleuchtung im gesamten dreidimensionalen Raum im Operationsbereich deutliche Vorteile im Hinblick auf Kosten, Handhabung und Weiterentwicklungspotentiale eröffnet werden. The invention is based on the realization that significant advantages in terms of cost, handling and further development potential opened up by the use of active triangulation using structured lighting throughout three-dimensional space in the operating area. Die dreidimensionale Erfassung von Operationsgeräten, beispielsweise Bohrer, Meißel, Tastgeräte etc., erlaubt es auf zusätzliche, den Chirurgen behindernde Hilfsmittel, beispielsweise Markierungselemente oder Kabel, zu verzichten. The three-dimensional acquisition of operation equipment such as drills, chisels, etc. Manipulators, allows additional to waive the surgeon disabling aids, such as markers or cables.
  • Es können kostengünstigere Instrumente genutzt werden, die nicht durch die Zusatzkosten für die Markierungselemente belastet sind. It can be used more cost-effective instruments that are not burdened by the additional cost of the markers. Bei herkömmlichen Operationsnavigationssystemen müssen die Markierungselemente nach jedem Einsatz gewechselt werden, wodurch hohe Kosten entstehen. In conventional surgical navigation systems, the markers must be replaced after each use, resulting in high costs. Ferner können die Kosten für Registrierungselemente am Röntgensystem oder am Ultraschallsystem eingespart werden, da das erfindungsgemäße Operationsnavigationssystem die Registrierung des Röntgensystems durchführen kann. Furthermore, the cost of registration elements on the X-ray system or on the ultrasound system can be saved, since surgery navigation system of the invention can perform the registration of the X-ray system.
  • Es sind Bildaufnahmesysteme bekannt, die eine Auflösung von 5000 Punkte pro Linie erlauben. There are imaging systems known which permit a resolution of 5,000 dots per line. Legt man einen Operationsbereich von 1 m × 1 m zu Grunde, bedeutet das eine Auflösung von deutlich unter 1 mm. Considering a surgical area of ​​1 mx 1 m basis, which means a resolution of well under 1 mm.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Operationsbereich operation area
    2 2
    Operationstisch operating table
    4 4
    Patient patient
    6 6
    Erstes Instrument first instrument
    8 8th
    Erstes Referenzelement First reference element
    10 10
    Zweites Instrument second instrument
    12 12
    Zweites Referenzelement Second reference element
    14 14
    C-Bogen C-arm
    16 16
    Emitter emitter
    18 18
    Detektor detector
    20 20
    Positionssensor position sensor
    22 22
    Lichtprojektor overhead projector
    24 24
    Kamera camera
    25 25
    Projektionsoptik projection optics
    26 26
    Strukturiertes Licht structured light
    28 28
    Beleuchtungseinheit lighting unit
    29 29
    Auflichtbeleuchtung Barlight
    30 30
    Lichtmaske light mask
    31 31
    Rotierende Walze rotating roller
    32 32
    Linienförmiger Bereich Linear-shaped area
    34 34
    Wellenförmiger Bereich Wavy area
    36 36
    Stereoskopische Kamera stereoscopic camera
    38 38
    Erste Kamera first camera
    40 40
    Zweite Kamera second camera
    O O
    Objekt object
    42 42
    Erster Bildaufnehmer first imager
    44 44
    Zweiter Bildaufnehmer second image sensor
    46 46
    Lichtabgabeeinrichtung A light emitting device
    48 48
    Positionsbestimmungseinrichtung Location facility
    50 50
    Steuerungseinrichtung control device
    52 52
    C-Bogen-Steuerungseinrichtung C-arm controller
    54 54
    Datenbank Database
    56 56
    Anzeigeeinheit display unit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • DE 102010006105 [0032] DE 102010006105 [0032]

Claims (14)

  1. Operationsnavigationssystem, aufweisend – eine Lichtabgabeeinrichtung ( Operation navigation system, comprising - a light emitting device ( 22 22 , . 46 46 ), die strukturiertes Licht auf einen Operationsbereich ( ), The (structured light on an operation area 1 1 ) mit zumindest einem Objekt ( ) (With at least one object 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) abgibt, wobei zumindest ein Beleuchtungsmuster ( , O) emits at least an illumination pattern ( 26 26 , . 32 32 , . 33 33 , . 34 34 , . 35 35 ) des strukturierten Lichts räumlich und zeitlich moduliert ist; ) Of structured light is spatially and temporally modulated; – eine Bildaufnahmeeinrichtung ( - an image recording device ( 24 24 ; ; 38 38 , . 40 40 ), die das vom Objekt ( ) Comprising the (from the object 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) emittierte Licht in Abhängigkeit von der Zeit erfasst; O) emitted light, depending on the time detected; und – eine Positionsbestimmungseinrichtung ( and - a positioning device ( 48 48 ), die den Typ und/oder die Position und/oder die Orientierung des Objektes ( ), Which (the type and / or the position and / or orientation of the object 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) aus dem vom Objekt emittierten Licht in Abhängigkeit des Beleuchtungsmusters bestimmt ( , O) is determined from the emitted light from the object as a function of the illumination pattern ( 26 26 , . 32 32 , . 33 33 , . 34 34 , . 35 35 ) )
  2. Operationsnavigationssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – eine Datenbank ( Operation navigation system according to claim 1, characterized by - a database ( 54 54 ), in der Bild-Informations-Daten der Objekte hinterlegt sind. ) Are stored in the image information data of the objects.
  3. Operationsnavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinrichtung ( Operation navigation system according to claim 1, characterized in that the position determining means ( 48 48 ) dazu ausgebildet ist, zumindest ein bildgebendes System ( ) Is adapted to (at least an imaging system 14 14 , . 16 16 , . 18 18 ), ein Werkzeug ( ), a tool ( 6 6 , . 10 10 ), ein Instrument ( ), an instrument ( 6 6 , . 10 10 ), ein Implantat, ein Körperteil, ein Referenzobjekt ( ), An implant, a body portion, a reference object ( 8 8th , . 12 12 ) als Objekt zu erkennen, und die Datenbank ( to recognize) as an object, and (the database 54 54 ) dazu eingerichtet ist, als Objekt zumindest ein bildgebendes System ( ) Is adapted (as an object at least an imaging system 14 14 , . 16 16 , . 18 18 ), ein Werkzeug ( ), a tool ( 6 6 , . 10 10 ), ein Instrument ( ), an instrument ( 6 6 , . 10 10 ), ein Implantat, ein Körperteil, ein Referenzobjekt ( ), An implant, a body portion, a reference object ( 8 8th , . 12 12 ) zu definieren, wobei das Referenzobjekt ( to be defined), wherein the reference object ( 8 8th , . 12 12 ) an einem Körperteil, einem beliebigen Ort im Operationsbereich und/oder an einem anderen Objekt angeordnet werden kann. ) Can be placed on a body part, an arbitrary location in the operating area and / or to another object.
  4. Operationsnavigationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinrichtung ( Operation navigation system according to claim 3, characterized in that the position determining means ( 48 48 ) dazu ausgebildet ist, als bildgebendes System eine beliebige Modalität zu erkennen, und die Datenbank dazu eingerichtet ist, als bildgebendes System eine beliebige Modalität zu definieren, wobei die Modalität zumindest ein Ultraschall-System, ein Röntgensystem und ein Röntgensystem mit einem C-Bogen ( ) Is adapted to detect as an imaging system any modality, and the database is arranged to define as an imaging system any modality, wherein the modality at least an ultrasonic system, an X-ray system and X-ray system (with a C-arm 14 14 , . 16 16 , . 18 18 ) umfasst. ) Includes.
  5. Operationsnavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung mehrere Kameras umfasst, die in einem festen geometrischen Verhältnis zueinander stehen und insbesondere eine stereoskopische Kamera ( Operation navigation system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the image recording device comprises a plurality of cameras that are in a fixed geometric relationship to each other and in particular a stereoscopic camera ( 36 36 ) aufweist. ) having.
  6. Operationsnavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabgabeeinrichtung ( Operation navigation system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the light-emitting means ( 22 22 ) einen Projektor mit einer rotierenden Lichtmaske ( ) A projector having a rotating light mask ( 30 30 , . 31 31 ) aufweist, die beleuchtet wird, wobei das durch die Lichtmaske erzeugte örtlich und zeitlich modulierte Licht auf den Operationsbereich ( ), Which is illuminated, wherein the spatially and temporally modulated light generated by the light mask (on the operation area 1 1 ) abgegeben wird. ) Is issued.
  7. Operationsnavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabgabeeinrichtung ( Operation navigation system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light-emitting means ( 27 27 ) ein streifenförmiges ( ) A strip-shaped ( 32 32 , . 35 35 ) und/oder wellenförmiges Lichtintensitätsmuster ( () And / or wave-shaped light intensity pattern 33 33 , . 34 34 ) auf den Operationsbereich abgibt. ) Emits on the operation area.
  8. Operationsnavigationssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinrichtung ( Operation navigation system according to claim 7, characterized in that the position determining means ( 48 48 ) dazu ausgebildet ist, mittels Auswerten des auf Grundlage des streifenförmigen ( ) Is adapted, by means of evaluating the (based on the strip-shaped 32 32 , . 35 35 ) und/oder wellenförmigen Lichtintensitätsmusters ( () And / or wave-like light intensity pattern 33 33 , . 34 34 ) vom Objekt ( ) (By the object 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) emittierten Lichts die Entfernung des Objektes zu bestimmen. To determine O) emitted light, the distance of the object.
  9. Operationsnavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung eine Mehrzahl von Bildaufnahmesystemen ( Operation navigation system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the image recording means comprises a plurality (of imaging systems 36 36 ) aufweist, die den Operationsbereich ( ), Which (the operation area 1 1 ) aus unterschiedlichen Richtungen erfassen. detect) from different directions.
  10. Operationsnavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung eine Mehrzahl von Bildaufnahmesystemen ( Operation navigation system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the image recording means comprises a plurality (of imaging systems 36 36 ) aufweist, die den Operationsbereich ( ), Which (the operation area 1 1 ) mit unterschiedlichen Auflösungen erfassen. capture) with different resolutions.
  11. Operationsnavigationssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch – eine Steuerungseinrichtung ( Operation Navigation system according to one of claims 3 to 10, characterized by - a control device ( 50 50 ), die dazu ausgebildet ist, die Lichtabgabeinrichtung und die Positionsbestimmungseinrichtung so anzusteuern, dass die Position und die Orientierung des bildgebende System im Koordinatensystem des Operationsnavigationssystems bestimmt wird. ), Which is adapted so to control the light gave means and said position determining means that the position and orientation of the imaging system in the coordinate system of the surgical navigation system is determined.
  12. Verwenden von räumlich und zeitlich moduliertem Licht, das auf ein Objekt ( Use of modulated spatially and temporally light to an object ( 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) in einem Operationsbereich ( , O) (in an operating range 1 1 ) emittiert wird, um den Typ und/oder die Position und/oder die Orientierung eines Objektes ( ) Is emitted to the type and / or the position and / or orientation of an object ( 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) in Abhängigkeit von der Zeit zu bestimmen. , O) to determine in function of time.
  13. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Objektes ( A method for determining the position of an object ( 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) in einem Operationsbereich ( , O) (in an operating range 1 1 ), aufweisend die folgende Schritte: – Beleuchten des Objektes ( ), Comprising the following steps: - illuminating the object ( 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) im Operationsbereich mit strukturiertem Licht, wobei ein Beleuchtungsmuster des strukturierten Lichtes räumlich und zeitlich moduliert wird; , O) in the surgical area with structured light, wherein an illumination pattern of the structured light is spatially and temporally modulated; – Erfassen des vom Objekt ( - detecting (by the object 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) emittierten Licht in Abhängigkeit von der Zeit; , O) emitted light as a function of time; und – Bestimmen der Position und/oder der Orientierung des Objektes ( and - determining the position and / or orientation of the object ( 6 6 , . 8 8th , . 10 10 , . 12 12 , O) aus dem vom Objekt emittierten Licht in Abhängigkeit des Beleuchtungsmusters ( , O) (from the light emitted from the object in response to the illumination pattern 26 26 , . 32 32 , . 33 33 , . 34 34 , . 35 35 ). ).
  14. Computerprogrammprodukt, ladbar oder geladen in einen Speicher eines Computers umfassend Mittel, die zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 13 eingerichtet sind. A computer program product, loadable or loaded into a memory of a computer comprising means adapted to perform the steps of the method according to claim. 13
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