DE102010060914A1

DE102010060914A1 - Surgical marker element for surgical correlation unit of surgical navigation system, has luminescent material that is excited from low energy state to high energy state by producing electromagnetic radiation or electron bombardment

Info

Publication number: DE102010060914A1
Application number: DE102010060914A
Authority: DE
Inventors: Tobias Pfeifer; Stefan Gassner
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-05-31

Abstract

The surgical marker element (16) has an outer surface on which luminescent material is provided. The luminescent material is excited from low energy state to high energy state by producing electricity, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical stimulation or electron bombardment. The luminescent material is electro-luminescent, chemi-luminescent, thermo-luminescent, sonoluminescent, piezoelectric, luminescent or photoluminescent. The luminescent material is made of sulfide, silicate, zinc oxide or lanthanum. Independent claims are included for the following: (1) surgical correlation unit; and (2) surgical navigation system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Markerelement für eine chirurgische Referenzierungseinheit eines Navigationssystems.The present invention relates to a surgical marker element for a surgical referencing unit of a navigation system.

Ferner betrifft die Erfindung eine chirurgische Referenzierungseinheit, deren Position mit einem chirurgischen Navigationssystem detektierbar ist, mit mindestens einem chirurgischen Markerelement.Furthermore, the invention relates to a surgical referencing unit whose position can be detected by a surgical navigation system, with at least one surgical marker element.

Und schließlich ist auch ein chirurgisches Navigationssystem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, welches mindestens eine mindestens drei Markerelemente umfassende Referenzierungseinheit und mindestens eine Nachweisvorrichtung zum Detektieren der Position der Referenzierungseinheit umfasst, wobei die Referenzierungseinheit mindestens ein chirurgisches Markerelement umfasst.Finally, a surgical navigation system is also the subject of the present invention, which comprises at least one referencing unit comprising at least three marker elements and at least one detection device for detecting the position of the referencing unit, wherein the referencing unit comprises at least one surgical marker element.

Ein chirurgisches Markerelement, eine chirurgische Referenzierungseinheit sowie ein chirurgisches Navigationssystem der oben beschriebenen Arten sind beispielsweise aus DE 10 2005 045 706 B3 bekannt. In dieser Druckschrift werden insbesondere auch passive Markerelemente in Form von Licht unterschiedlicher Wellenlängen reflektierenden Kugeln oder auch aktive optische Markerelement in Form von Infrarotleuchtdioden als bekannter Stand der Technik nachgewiesen.A surgical marker element, a surgical referencing unit and a surgical navigation system of the types described above are for example out DE 10 2005 045 706 B3 known. In this document, in particular passive marker elements in the form of light of different wavelengths reflective spheres or active optical marker element in the form of infrared light-emitting diodes are detected as known prior art.

Insbesondere bei den beschriebenen, sogenannten passiven, kugelförmigen Markerelementen sind die Kratzempfindlichkeit von deren Oberfläche sowie deren Empfindlichkeit gegen Verschmutzung durch Fett oder Blut im Verlauf eines chirurgischen Eingriffs ein Problem. Verschmutzungen können sich insbesondere in der porösen Mikrostruktur der bei den bekannten passiven Marker-Kugeln durch eine Infrarot-Reflexionsfolie gebildeten Oberfläche durch Kapillarwirkung festsetzen. Solche Verschmutzungen sind jedoch intraoperativ nur sehr schwer oder überhaupt nicht entfernbar und haben in der Regel den Austausch des jeweiligen Markerelements zur Folge. Dies stört jedoch den Ablauf des chirurgischen Eingriffs und verlängert die Dauer desselben.Especially in the described, so-called passive, spherical marker elements, the scratch sensitivity of their surface as well as their sensitivity to contamination by fat or blood in the course of a surgical procedure are a problem. Contaminations can be established by capillary action, in particular in the porous microstructure of the surface formed in the known passive marker spheres by an infrared reflection foil. However, such contamination is very difficult intraoperatively or not at all removable and usually have the replacement of the respective marker element result. However, this interferes with the course of the surgical procedure and prolongs the duration of the same.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Markerelement, eine chirurgische Referenzierungseinheit sowie ein chirurgisches Navigationssystem der jeweils eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die Sichtbarkeit des Markerelements während eines chirurgischen Eingriffs im Vergleich zu einem herkömmlichen Markerelement verbessert wird.It is therefore an object of the present invention to improve a surgical marker element, a surgical referencing unit and a surgical navigation system of the type described in each case so that the visibility of the marker element is improved during a surgical procedure compared to a conventional marker element.

Diese Aufgabe wird bei einem chirurgischen Markerelement der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material hergestellt ist, das durch Strom, Druck, elektromagnetische Strahlung, Photonen, chemische Anregung und/oder Elektronenbeschuss aus einem Ausgangszustand in einen energetisch höher angeregten. Zustand bringbar ist, aus welchem es durch strahlende Desaktivierung unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in einen im Vergleich zum angeregten Zustand energetisch niedrigeren Endzustand übergeht.This object is achieved in a surgical marker element of the type described above according to the invention in that it is at least partially made of a luminescent material by energy, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment from an initial state to an energetically higher excited. State can be brought, from which it passes through radiative deactivation under the emission of electromagnetic radiation in an energetically lower compared to the excited state final state.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Markerelement unterscheidet sich von den oben beschriebenen, bekannten Markerelementen also insbesondere dadurch, dass es keine reflektierende Oberfläche aufweist, sondern dass es mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material hergestellt ist. Daher kann es mit einer praktisch vollständig glatten oder auch einen Lotoseffekt aufweisenden Oberfläche ausgebildet werden. Kratzer oder Beschädigungen einer Oberfläche des Markerelements können in Abhängigkeit von dessen Ausgestaltung dessen Funktion völlig unbeeinträchtigt lassen. Dies wird ermöglicht dadurch, dass des lumineszierende Material insbesondere auch durch Beimischung in ein zur Herstellung des Markerelements, welches beispielsweise in Form einer Kugel ausgebildet wird, verwendeten Materials eingebracht werden kann und sich somit nicht zwingend direkt an der Oberfläche des Markerelements befindet, wo es durch mechanische Beanspruchung geschädigt werden kann. Die beispielhaft genannten Möglichkeiten zur Anregung des lumineszierenden Materials stellen keine abschließende Liste da. Erfasst seien sollen auch alle nicht explizit genannten Möglichkeiten, Stoffe mit physikalischen oder chemischen Verfahren energetisch anzuregen. Durch eine entsprechende Auswahl des lumineszierenden Materials können insbesondere sehr scharfe, das heißt schmalbandige energetische Übergänge genutzt werden, um in Folge einer unspezifischen, höherenergetischen Anregung des Materials eine sehr definierte Emission durch das lumineszierende Material des Markerelements zu erhalten. Insbesondere ist es so möglich, unspezifisches Umgebungslicht, beispielsweise die Beleuchtung in einem Operationssaal, zu nutzen, um das lumineszierende Material des Markerelements anzuregen. Die bei bekannten passiven Markerelementen herkömmlich eingesetzten, elektromagnetische Strahlung aussendenden Sende- und Empfangseinheiten können daher vorzugsweise auf ihre Empfangsfunktion reduziert werden. Eine Lokalisierung der Markerelemente kann insbesondere durch Verwendung schmalbandiger Filter zur Detektion insbesondere einer schmalbandigen Lumineszenz des lumineszierenden Materials weiter verbessert werden.The marker element proposed according to the invention therefore differs from the known marker elements described above, in particular in that it has no reflective surface, but that it is at least partially made of a luminescent material. Therefore, it may be formed with a surface which is almost completely smooth or even having a lotus effect. Scratches or damage to a surface of the marker element can leave its function completely unaffected depending on its design. This is made possible by the fact that the luminescent material can be introduced in particular by admixing in a material used for producing the marker element, which is for example in the form of a sphere, and thus is not necessarily directly on the surface of the marker element, where it passes through mechanical stress can be damaged. The exemplified possibilities for excitation of the luminescent material do not provide a conclusive list. Also included are all options not explicitly mentioned to energetically energize substances with physical or chemical processes. By means of an appropriate selection of the luminescent material, it is possible in particular to use very sharp, that is to say narrow-band, energy transitions in order to obtain a very defined emission by the luminescent material of the marker element as a result of non-specific, higher-energy excitation of the material. In particular, it is thus possible to use non-specific ambient light, for example the illumination in an operating room, in order to excite the luminescent material of the marker element. The transmission and reception units conventionally used in known passive marker elements and emitting electromagnetic radiation can therefore preferably be reduced to their reception function. Localization of the marker elements can be further improved, in particular by using narrow-band filters for detecting, in particular, narrow-band luminescence of the luminescent material.

Günstig ist es, wenn die in Folge strahlender Desaktivierung ausgesandte elektromagnetische Strahlung eine im Vergleich zur Anregung geringere Energie aufweist. Beispielsweise ist es so möglich, die Emission der Beleuchtung in einem Operationssaal, insbesondere Licht im sichtbaren Spektralbereich, zu nutzen, um im roten oder vorzugsweise nahen Infrarotbereich (NIR) emittierendes lumineszierendes Material anzuregen. Somit kann auf Sendeeinheiten beim Navigationssystem vollständig verzichtet werden.It is beneficial if the emitted in consequence radiative deactivation electromagnetic Radiation has a lower compared to the excitation energy. For example, it is thus possible to use the emission of the illumination in an operating room, in particular light in the visible spectral range, in order to excite the luminescent material emitting in the red or, preferably, the near infrared region (NIR). Thus, can be completely dispensed with transmission units in the navigation system.

Vorzugsweise ist das lumineszierende Material elektrolumineszierend, kathodolumineszierend, chemolumineszierend, thermolumineszierend, sonolumineszierend, piezolumineszierend und/oder photolumineszierend. Unter Elektrolumineszenz ist insbesondere die Anregung des lumineszierenden Materials durch elektrischen Strom zu verstehen. Unter Kathodolumineszenz wird die Anregung des lumineszierenden Materials durch Beschuss mit Elektronen verstanden. Unter Chemolumineszenz versteht man die Anregung des lumineszierenden Materials durch eine chemische Reaktion. Thermolumineszenz bezeichnet die Anregung des lumineszierenden Materials durch Wärmezufuhr. Unter Sonolumineszenz versteht man die Anregung des lumineszierenden Materials durch Schallwellen. Piezolumineszenz bezeichnet die Anregung des lumineszierenden Materials durch Pressen von Quarzkristallen. Bei der Photolumineszenz erfolgt die Anregung des lumineszierenden Materials durch Photonen, also durch elektromagnetische Strahlung. Dabei unterscheidet man, und zwar in Abhängigkeit der Zeitdauer zwischen Anregung und Emission des Lichts, zwischen Phosphoreszenz und Fluoreszenz. Ein sehr kurzes Nachleuchten, das meist kleiner 10^–6 Sekunden beträgt, als unmittelbare Folge und Begleiterscheinung der erfolgten Anregung bezeichnet man mit dem Begriff der Fluoreszenz, wohingegen Phosphoreszenz ein längeres Nachleuchten von mindestens 10^–3 Sekunden nach der Anregung beschreibt.The luminescent material is preferably electroluminescent, cathodoluminescent, chemiluminescent, thermoluminescent, sonoluminescent, piezoluminescent and / or photoluminescent. Electroluminescence is to be understood in particular as the excitation of the luminescent material by electric current. Cathodoluminescence is the excitation of the luminescent material by bombardment with electrons. Chemiluminescence is the excitation of the luminescent material by a chemical reaction. Thermoluminescence refers to the excitation of the luminescent material by heat. Sonoluminescence is the excitation of the luminescent material by sound waves. Piezo-luminescence refers to the excitation of the luminescent material by pressing quartz crystals. In photoluminescence, the excitation of the luminescent material by photons, so by electromagnetic radiation. A distinction is made between phosphorescence and fluorescence depending on the time between excitation and emission of the light. A very short afterglow, which is usually less than 10 ^-6 seconds, as the immediate consequence and concomitant of the excitation is called the term fluorescence, whereas phosphorescence describes a longer afterglow of at least 10 ^-3 seconds after the excitation.

Besonders einfach herstellbar wird das Markerelement, wenn es einen Grundkörper umfasst, welcher mindestens teilweise aus dem lumineszierenden Material hergestellt oder mit diesem beschichtet ist. Beispielsweise kann das Markerelement in Form eines dreidimensionalen Körpers, beispielsweise einer Kugel, ausgebildet werden. Das lumineszierende Material kann dem zur Herstellung des Grundkörpers gewählten Material zugemischt oder zur vollständigen oder teilweisen Bedeckung von dessen Oberfläche eingesetzt werden.The marker element is particularly easy to produce if it comprises a main body which is at least partially made of or coated with the luminescent material. For example, the marker element may be in the form of a three-dimensional body, for example a ball. The luminescent material may be admixed with the material selected for the production of the main body or used for the complete or partial covering of its surface.

Um die Detektion der Position des Markerelements zu erleichtern, ist es günstig, wenn die vom lumineszierenden Material in Folge strahlender Desaktivierung ausgesandte Strahlung eine Wellenlänge in einem Bereich von etwa 600 nm bis etwa 5000 nm aufweist. Ein solches lumineszierendes Material ermöglicht insbesondere eine spektrale Trennung durch entsprechende Filter auf einfache Weise von einer bei der Durchführung eines chirurgischen Eingriffs verwendeten Beleuchtung mit einer unspezifischen Strahlungscharakteristik. Dadurch können Fehler bei der Bestimmung der räumlichen Position des Markerelements minimiert werden.In order to facilitate the detection of the position of the marker element, it is advantageous if the radiation emitted by the luminescent material as a result of radiative deactivation radiation has a wavelength in a range of about 600 nm to about 5000 nm. In particular, such a luminescent material enables a spectral separation by means of corresponding filters in a simple manner from a light having a nonspecific radiation characteristic used in the performance of a surgical procedure. As a result, errors in determining the spatial position of the marker element can be minimized.

Besonders günstig ist es, wenn die Wellenlänge in einem Bereich von etwa 780 nm bis etwa 2500 nm liegt. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge in einem Bereich von etwa 820 nm bis etwa 880 nm. Insbesondere der letztgenannte Wellenlängenbereich, welcher auch als nahes Infrarot (NIR) bezeichnet wird, ermöglicht insbesondere die Nutzung am Markt verfügbarer Navigationssysteme mit Infrarotkameras, die in diesem Wellenlängenbereich arbeiten.It is particularly favorable if the wavelength lies in a range from about 780 nm to about 2500 nm. Preferably, the wavelength is in a range of about 820 nm to about 880 nm. In particular, the latter wavelength range, which is also referred to as near infrared (NIR), allows in particular the use of available navigation systems on the market with infrared cameras operating in this wavelength range.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die äußere Oberfläche des Markerelements mindestens teilweise mit dem lumineszierenden Material beschichtet ist. Auf dieses Weise wird eine Herstellung des Markerelements besonders einfach.It is particularly advantageous if the outer surface of the marker element is at least partially coated with the luminescent material. In this way, a production of the marker element is particularly simple.

Vorzugsweise wird das lumineszierende Material auf die äußere Oberfläche durch Sprühen, Bedampfen, Tauchen, Lackieren, Kleben oder Pulverbeschichten aufgebracht. Beispielsweise kann ein Grundkörper des Markerelements in ein das lumineszierende Material enthaltendes Tauchbad eingetaucht werden, um so die äußere Oberfläche des Markerelements zu beschichten.Preferably, the luminescent material is applied to the outer surface by spraying, steaming, dipping, painting, gluing or powder coating. For example, a base body of the marker element may be immersed in an immersion bath containing the luminescent material so as to coat the outer surface of the marker element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es günstig sein, wenn das lumineszierende Material in Form eines Additives ausgebildet ist. Insbesondere kann ein solches Additiv in Form eines Feststoffs ausgebildet sein, welcher sich beispielsweise mit einem Material zur Ausbildung eines Grundkörpers oder Trägers des Markerelements mischen lässt. Insbesondere bei der Herstellung des Grundkörpers oder Trägers aus einem Kunststoffmaterial ergeben sich so Möglichkeiten, den Grundkörper mit dem lumineszierenden Material zu versehen, und zwar nicht nur an dessen Oberfläche, sondern auch in der Tiefe, das heißt im Inneren des Grundkörpers und beabstandet von dessen äußerer Oberfläche. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auch bei einer Beschädigung der Oberfläche durch mechanische Beanspruchung stets noch ausreichend lumineszierendes Material vorhanden ist, um eine für eine Detektion des Markerelements erforderliche Leuchtstärke sicherzustellen.According to a further preferred embodiment of the invention, it may be favorable if the luminescent material is in the form of an additive. In particular, such an additive may be in the form of a solid, which may be mixed, for example, with a material for forming a base body or carrier of the marker element. In particular, in the production of the main body or carrier made of a plastic material, there are opportunities to provide the body with the luminescent material, not only on the surface, but also in the depth, that is, in the interior of the body and spaced from the outer Surface. This has the particular advantage that even if the surface is damaged by mechanical stress, there is still sufficient luminescent material to ensure a luminous intensity required for detection of the marker element.

Besonders einfach herstellen lässt sich das Markerelement, wenn es einen Grundkörper umfasst, welcher aus einem Grundkörpermaterial hergestellt ist, dem das Additiv zugegeben ist. Beispielsweise kann das Grundkörpermaterial ein Kunststoff sein, welcher sich durch Spritzgießen oder Extrudieren zu einem Körper gewünschter Form formen lässt. Zwar ist es grundsätzlich möglich, auch einen solchen Grundkörper hinterher mit einem lumineszierenden Material zu beschichten, doch ist dies nicht zwingend erforderlich.The marker element can be produced particularly simply if it comprises a base body which is produced from a base material to which the additive has been added. For example, the base body material may be a plastic which is injection molded or extruded to form a body of desired shape. Although it is in principle possible to coat such a base body afterwards with a luminescent material, but this is not absolutely necessary.

Günstig kann es ferner auch sein, wenn das Markerelement einen Grundkörper umfasst, welcher eine äußere Oberfläche aufweist, die mindestens teilweise mit einer das lumineszierende Material enthaltenden Beschichtung bedeckt ist. Möglich ist es auch, die Oberfläche vollständig mit der Beschichtung zu bedecken. Eine mindestens teilweise Beschichtung des Grundkörpers bietet sich insbesondere dann an, wenn keine Vermischung des lumineszierenden Materials mit dem zur Herstellung des Grundkörpers vorgesehenen Grundkörpermaterials gewünscht wird oder möglich ist.It may also be beneficial if the marker element comprises a base body which has an outer surface which is at least partially covered by a coating containing the luminescent material. It is also possible to completely cover the surface with the coating. An at least partial coating of the base body is particularly suitable if no mixing of the luminescent material with the base body material provided for producing the base body is desired or possible.

Wie bereits beschrieben, ist es in Abhängigkeit des verwendeten lumineszierenden Materials insbesondere möglich, die in einem Operationssaal zur Beleuchtung des Operationssitus genutzte Beleuchtung zur Anregung des lumineszierenden Materials zu nutzen. Um eine besonders definierte Anregung des lumineszierenden Materials zu erhalten, kann das chirurgische Markerelement vorzugsweise eine Strahlungsquelle zum Anregen des lumineszierenden Materials umfassen. Diese kann insbesondere am oder im Markerelement angeordnet sein.As already described, depending on the luminescent material used, it is in particular possible to use the illumination used in an operating room to illuminate the surgical site for exciting the luminescent material. In order to obtain a particularly defined excitation of the luminescent material, the surgical marker element may preferably comprise a radiation source for exciting the luminescent material. This can be arranged in particular on or in the marker element.

Um insbesondere eine Lumineszenz im nahen Infrarotbereich (NIR) zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlungsquelle ausgebildet ist zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 50 nm bis etwa 780 nm. Vorzugsweise emittiert die Strahlungsquelle in einem Wellenlängenbereich von etwa 200 nm bis etwa 640 nm. Beispielsweise können so als Strahlungsquellen Lichtquellen zum Einsatz kommen, die im sichtbaren oder ultravioletten Strahlbereich Licht emittieren.In order to obtain, in particular, near-infrared (NIR) luminescence, it is advantageous if the radiation source is designed to emit electromagnetic radiation in a wavelength range of about 50 nm to about 780 nm. Preferably, the radiation source emits in a wavelength range of about 200 nm to about 640 nm. For example, can be used as sources of radiation light sources that emit light in the visible or ultraviolet beam range.

Günstig ist es, wenn das Markerelement eine Strahlungsquellenaufnahme zum Aufnehmen der Strahlungsquelle umfasst. Dies ermöglicht es insbesondere, die Strahlungsquelle geschützt in der Strahlungsquellenaufnahme anzuordnen.It is favorable if the marker element comprises a radiation source receptacle for receiving the radiation source. This makes it possible in particular to arrange the radiation source protected in the radiation source recording.

Um die Strahlungsquelle gegen äußere Einflüsse, insbesondere gegen Verschmutzung oder mechanische Beanspruchung, zu schützen, ist es günstig, wenn die Strahlungsquellenaufnahme im Inneren des Markerelements angeordnet oder ausgebildet ist. Das Markerelement kann somit insbesondere in Form einer Schutzhülle für die Strahlungsquelle ausgebildet werden oder eine Schutzhülle bilden.In order to protect the radiation source against external influences, in particular against contamination or mechanical stress, it is expedient for the radiation source receptacle to be arranged or formed in the interior of the marker element. The marker element can thus be formed in particular in the form of a protective cover for the radiation source or form a protective cover.

Vorteilhafterweise weist das Markerelement eine mindestens teilweise kugelförmige oder im Wesentlichen kugelförmige äußere Oberfläche auf. Somit kann das Markerelement beispielsweise in Form einer Kugel ausgebildet werden. Diese weist, unabhängig von einer Betrachtungsrichtung für einen Betrachter oder eine automatische Nachweiseinrichtung, das heißt beispielsweise eine Kamera eines Navigationssystems, stets denselben optischen Querschnitt auf, welcher einer kreisförmigen Fläche mit einem Durchmesser des kugelförmigen Markerelements entspricht.Advantageously, the marker element has an at least partially spherical or substantially spherical outer surface. Thus, the marker element can be formed for example in the form of a sphere. This has, regardless of a viewing direction for a viewer or an automatic detection device, that is, for example, a camera of a navigation system, always the same optical cross section, which corresponds to a circular area with a diameter of the spherical marker element.

Besonders günstig ist es, wenn das chirurgische Markerelement eine mindestens teilweise ebene oder im Wesentlichen ebene äußere Oberfläche aufweist. Beispielsweise kann so das Markerelement durch Beschichten eines Trägers und anschließender teilweiser Abdeckung, beispielsweise in Form einer für die Lumineszenzstrahlung des lumineszierenden Materials undurchlässige Schicht oder Beschichtung, ausgebildet werden. Diese Abdeckung kann beispielsweise in Form einer Blende oder Abschirmung ausgebildet sein. So lassen sich insbesondere auf einem Träger gleichzeitig mehrere Markerelemente auf einfache Weise herstellen, indem die Abdeckung mehrere Durchbrechungen oder Fenster aufweist, die für die Lumineszenzstrahlung des lumineszierenden Materials durchlässig sind.It is particularly favorable if the surgical marker element has an at least partially planar or substantially planar outer surface. For example, the marker element can thus be formed by coating a carrier and then partially covering it, for example in the form of a layer or coating impermeable to the luminescent radiation of the luminescent material. This cover may be formed for example in the form of a diaphragm or shield. In particular, several marker elements can thus be produced in a simple manner on a support at the same time, since the cover has a plurality of apertures or windows which are permeable to the luminescence radiation of the luminescent material.

Um eine möglichst hohe Kompatibilität des Markerelements mit herkömmlichen, am Markt derzeit verfügbaren Markerelementen chirurgischer Referenzierungseinheit zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Markerelement eine kreisförmige oder im Wesentlichen kreisförmige Erscheinung aufweist.In order to achieve the highest possible compatibility of the marker element with conventional marker elements of surgical referencing unit currently available on the market, it is advantageous if the marker element has a circular or substantially circular appearance.

Besonders hohe Lumineszenz-Quantenausbeuten lassen sich erzielen, wenn das lumineszierende Material ein Sulfid, ein Silikat, ein Zinkoxid oder ein Lanthanoid ist oder enthält.Particularly high luminescence quantum yields can be achieved if the luminescent material is or contains a sulfide, a silicate, a zinc oxide or a lanthanide.

Vorzugsweise ist das Sulfid Zinksulfid, Zink-Cadmium-Sulfid oder Zinksulfid-Selenid. Diese Stoffe sind leicht verfügbar und lassen sich in biokompatibler Weise bei der Herstellung der Markerelemente einsetzen.Preferably, the sulfide is zinc sulfide, zinc cadmium sulfide or zinc sulfide selenide. These materials are readily available and can be used biocompatible in the production of marker elements.

Vorteilhaft kann es ferner auch sein, wenn das Silikat Zinksilikat, Willenit oder Zinkberylliumsilikat ist. Auch diese Silikate zeichnen sich durch eine hohe Lumineszenz-Quantenausbeute aus und ermöglichen eine einfache Herstellung von Markerelementen.Furthermore, it can also be advantageous if the silicate is zinc silicate, Willenite or zinc beryllium silicate. These silicates are characterized by a high luminescence quantum yield and allow easy production of marker elements.

Günstig kann es ferner auch sein, wenn der Grundkörper aus einem Grundkörpermaterial hergestellt ist, welches eine Glastemperatur aufweist, die nicht höher als 130°C liegt. Vorzugsweise liegt die Glastemperatur des Grundkörpermaterials nicht höher als 110°C. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Markerelement beim Durchlaufen eines Sterilisierungsvorgangs, also bei der Wiederaufbereitung vor einer erneuten Verwendung desselben, durch Verformung zerstört wird. Wie beispielsweise in der DE 20 2007 003 566 U1 der Anmelderin beschrieben, kann so ein mehrfacher Einsatz der Markerelemente verhindert werden. Andere Varianten des Markerelements zur einmaligen Verwendung auszubilden, sind in der genannten Gebrauchsmusterschrift offenbart. Diese wird hiermit mit ihrem gesamten Offenbarungsinhalt in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme mit einbezogen.It may also be beneficial if the base body is made of a base body material having a glass transition temperature not higher than 130 ° C. Preferably, the glass transition temperature of the body material is not higher than 110 ° C. This refinement has the advantage that the marker element is destroyed by deformation during a sterilization process, that is to say during the reprocessing prior to a renewed use thereof. Such as in the DE 20 2007 003 566 U1 Described by the applicant, so a multiple use of the marker elements can be prevented. Form other variants of the marker element for single use, are disclosed in the aforementioned utility model. This is hereby incorporated by reference in its entirety in the present application with its entire disclosure content.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Markerelement ein thermisch aktivierbares Additiv zum Ändern der lumineszierenden Eigenschaften des lumineszierenden Materials in Folge einer thermisch aktivierten chemischen Reaktion umfasst. Mit anderen Worten kann ein solches Markerelement aufgrund des thermischen aktivierbaren Additives in seinen lumineszierenden Eigenschaften geändert werden. Durch thermische Aktivierung erfolgt eine chemische Reaktion, welche eine Änderung der lumineszierenden Eigenschaften des lumineszierenden Materials zur Folge hat. Dies kann beispielsweise durch eine Veränderung der chemisch aktiven Substanzen des lumineszierenden Materials in Folge der chemischen Reaktion erfolgen. Beispielsweise kann eine solche chemische Reaktion durch thermische Aktivierung im Verlauf eines Sterilisationsvorgangs erfolgen, bei welchem unter Beaufschlagung der Markerelement mit Heißdampf typischerweise Temperaturen von mindestens 130°C erreicht werden.According to a further preferred embodiment of the invention it can be provided that the marker element comprises a thermally activatable additive for changing the luminescent properties of the luminescent material as a result of a thermally activated chemical reaction. In other words, such a marker element can be changed in its luminescent properties due to the thermally activatable additive. Thermal activation causes a chemical reaction which results in a change in the luminescent properties of the luminescent material. This can be done for example by a change in the chemically active substances of the luminescent material as a result of the chemical reaction. For example, such a chemical reaction can be carried out by thermal activation in the course of a sterilization process in which temperatures of at least 130 ° C. are typically reached when the marker element is exposed to superheated steam.

Um die Sichtbarkeit des Markerelements insbesondere auch im Verlauf eines chirurgischen Eingriffs sicherzustellen, bei welchem es zu Verschmutzungen des Markerelements mit Blut, Fett oder anderen Körperflüssigkeiten kommen kann, ist es günstig, wenn das Markerelement eine schmutzabweisende äußere Oberfläche aufweist. Zu diesem Zweck kann die Oberfläche mindestens teilweise nanostrukturiert sein, beispielsweise um den sogenannten Lotoseffekt zu bewirken. Dies wird beispielsweise in der DE 20 2007 010 078 U1 der Anmelderin beschrieben, deren Offenbarung durch Bezugnahme hiermit vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen wird.In order to ensure the visibility of the marker element, in particular also in the course of a surgical procedure in which it can lead to contamination of the marker element with blood, fat or other body fluids, it is advantageous if the marker element has a dirt-repellent outer surface. For this purpose, the surface may be at least partially nanostructured, for example to effect the so-called lotus effect. This is for example in the DE 20 2007 010 078 U1 The applicant describes the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety in the present application.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer chirurgischen Referenzierungseinheit der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Markerelement mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material hergestellt ist, das durch Strom, Druck, elektromagnetische Strahlung, Photonen, chemische Anregung und/oder Elektronenbeschuss aus einem Ausgangszustand in einen energetisch höher angeregten Zustand bringbar ist, aus welchem es durch strahlende Desaktivierung unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in einen im Vergleich zum angeregten Zustand energetisch niedrigeren Endzustand übergeht.The object stated in the introduction is also achieved according to the invention in a surgical referencing unit of the type described above in that the at least one marker element is made at least partially of a luminescent material that is characterized by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment an initial state in an energetically higher excited state can be brought, from which it passes through radiative deactivation under emission of electromagnetic radiation in a lower energy compared to the excited state final state.

Eine derartige Referenzierungseinheit, die beispielsweise mit einem chirurgischen Instrument oder einem Patientenkörper verbindbar ausgebildet sein kann, weist insbesondere die oben im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Markerelement beschriebenen Vorteile auf.Such a referencing unit, which can be designed to be connectable, for example, to a surgical instrument or a patient's body, has in particular the advantages described above in connection with a marker element designed according to the invention.

Des Weiteren ist es günstig, wenn das mindestens eine Markerelement eines der oben beschriebenen, in vorteilhafter Weise weitergebildeten Markerelemente ist. Die chirurgische Referenzierungseinheit weist dann auch die oben im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen des Markerelements beispielhaft beschriebenen Vorteile auf.Furthermore, it is favorable if the at least one marker element is one of the marker elements described above, which are developed further in an advantageous manner. The surgical referencing unit then also has the advantages described above in connection with the preferred embodiments of the marker element.

Um möglichst eine Position und eine Orientierung der Referenzierungseinheit im Raum bestimmen zu können, umfasst diese vorzugsweise mindestens drei Markerelemente. Denkbar sind insbesondere drei, vier, fünf, sechs oder aber auch noch mehr Markerelemente.In order to be able to determine a position and an orientation of the referencing unit in space as far as possible, this preferably comprises at least three marker elements. In particular, three, four, five, six or even more marker elements are conceivable.

Die Herstellung der chirurgischen Referenzierungseinheit lässt sich deutlich vereinfachen, wenn sie einen Träger umfasst, auf welchem das mindestens eine Markerelement angeordnet oder ausgebildet ist. Insbesondere kann es mit dem Träger lösbar verbindbar ausgebildet sein.The manufacture of the surgical referencing unit can be significantly simplified if it comprises a carrier on which the at least one marker element is arranged or formed. In particular, it may be detachably connectable to the carrier.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Träger eine Trägeroberfläche aufweisen, welche mindestens teilweise mit einer das lumineszierende Material enthaltenden Trägerbeschichtung bedeckt ist. Alternativ kann auch der Träger selbst aus einem Material gebildet sein, dem das lumineszierende Material als Additiv zugegeben ist. Beispielsweise kann durch Bedeckung des Trägers mit dem lumineszierenden Material ein gewünschtes Muster ausgebildet werden. Beispielsweise lassen sich das lumineszierende Material enthaltende Markierungen auf dem Träger aufbringen. Denkbar sind insbesondere einfache geometrische Formen wie Kreise, Dreiecke oder Vierecke. Derartige Formen lassen sich beispielsweise mit einem Kamerasystem eines Navigationssystems einfach und sicher detektieren.According to a preferred embodiment of the invention, the carrier may have a carrier surface which is at least partially covered by a carrier coating containing the luminescent material. Alternatively, the carrier itself may be formed of a material to which the luminescent material is added as an additive. For example, by covering the carrier with the luminescent material, a desired pattern may be formed. For example, the markers containing the luminescent material can be applied to the carrier. Conceivable, in particular simple geometric shapes such as circles, triangles or squares. Such forms can be easily and reliably detected, for example, with a camera system of a navigation system.

Auf besonders einfache Weise herstellen lässt sich die chirurgische Referenzierungseinheit, wenn die Trägerbeschichtung mit einer für elektromagnetische Strahlung undurchlässigen oder im Wesentlichen undurchlässigen Abdeckung oder Abschirmung bedeckt ist, welche mindestens eine für elektromagnetische Strahlung durchlässige Durchbrechung umfasst zur Ausbildung des mindestens einen Markerelements. Mit anderen Worten kann durch entsprechende Maskierung der Trägerbeschichtung das mindestens eine Markerelement ausgebildet werden. Die Durchbrechung bildet quasi ein Fenster der Abdeckung oder Abschirmung, durch welches die vom lumineszierenden Material emittierte Lumineszenzstrahlung durchtreten kann. Diese Ausgestaltung gestattet es, Träger und Trägerbeschichtungen identisch auszubilden und unterschiedliche Varianten von Markeranordnungen durch entsprechende Abdeckung oder Abschirmung herzustellen, um individuell unterschiedliche Referenzierungseinheiten ausbilden zu können, welche es dann beispielsweise ermöglichen, unterschiedliche Instrumente oder unterschiedliche Positionen am Körper eines Patienten eindeutig zu markieren und mittels des Navigationssystems zu identifizieren.The surgical referencing unit can be produced in a particularly simple manner if the carrier coating is provided with a cover which is impermeable to electromagnetic radiation or substantially impermeable Shield is covered, which comprises at least one permeable to electromagnetic radiation aperture for forming the at least one marker element. In other words, the at least one marker element can be formed by appropriate masking of the carrier coating. The aperture virtually forms a window of the cover or shield, through which the luminescent radiation emitted by the luminescent material can pass. This embodiment makes it possible to design carrier and carrier coatings identically and to produce different variants of marker arrangements by corresponding covering or shielding in order to be able to individually form different referencing units, which then make it possible, for example, to clearly mark different instruments or different positions on the body of a patient and by means of of the navigation system.

Die Herstellung der chirurgischen Referenzierungseinheit kann weiter vereinfacht werden, wenn die Abdeckung oder Abschirmung in Form einer Beschichtung ausgebildet ist. Beispielsweise kann so eine Abdeckschicht auf die das lumineszierende Material enthaltende Trägerbeschichtung aufgebracht werden.The manufacture of the surgical referencing unit can be further simplified if the cover or shield is in the form of a coating. For example, such a cover layer can be applied to the carrier coating containing the luminescent material.

Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die chirurgische Referenzierungseinheit einen Grundkörper umfasst, welcher aus einem Grundkörpermaterial hergestellt ist, dem das lumineszierende Material als Additiv zugegeben ist. Auch bei einem solchen Grundkörper lassen sich beispielsweise durch eine Abdeckung oder Abschirmung einer äußeren Oberfläche des Grundkörpers ein oder mehrere Markerelemente ausbilden, die von einer Nachweiseinrichtung eines Navigationssystems, beispielsweise einer für die Lumineszenzstrahlung des lumineszierenden Materials empfindlichen Kamera, detektiert werden können.Furthermore, it may be advantageous for the surgical referencing unit to comprise a base body which is produced from a base body material to which the luminescent material has been added as an additive. Even with such a base body, for example by covering or shielding an outer surface of the base body, one or more marker elements can be formed, which can be detected by a detection device of a navigation system, for example a camera sensitive to the luminescence radiation of the luminescent material.

Um unabhängig von einer Beleuchtung einer Umgebung der Referenzierungseinheit zu sein, kann diese ferner eine Strahlungsquelle zum Anregen des lumineszierenden Materials umfassen. Beispielsweise können auch mehrere Strahlungsquellen vorgesehen sein, die in der bereits oben beschriebenen Weise an oder in einem Markerelement angeordnet sind.In order to be independent of illumination of an environment of the referencing unit, it may further comprise a radiation source for exciting the luminescent material. For example, it is also possible to provide a plurality of radiation sources, which are arranged on or in a marker element in the manner already described above.

Vorteilhaft ist es, wenn die chirurgische Referenzierungseinheit eine Strahlungsquellenaufnahme zum Aufnehmen der Strahlungsquelle umfasst. Dies ermöglicht es, die Strahlungsquelle auf einfache Weise zu schützen.It is advantageous if the surgical referencing unit comprises a radiation source receptacle for receiving the radiation source. This makes it possible to protect the radiation source in a simple manner.

Vorzugsweise ist die Strahlungsquellenaufnahme im Inneren der Referenzierungseinheit angeordnet oder ausgebildet. Beispielsweise kann hierzu ein Träger oder Grundkörper der Referenzierungseinheit eine Strahlungsquellenaufnahme umfassen. Denkbar ist es auch, einzelne Markerelemente mit Strahlungsquellenaufnahmen auszustatten, in denen dann jeweils mindestens eine Strahlungsquelle angeordnet ist, um das lumineszierenden Material zur Lumineszenz anzuregen.The radiation source receptacle is preferably arranged or formed in the interior of the referencing unit. For example, a carrier or base body of the referencing unit may comprise a radiation source receptacle for this purpose. It is also conceivable to equip individual marker elements with radiation source receptacles in which at least one radiation source is then arranged in each case in order to excite the luminescent material for luminescence.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem chirurgischen Navigationssystem der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Markerelement mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material hergestellt ist, das durch Strom, Druck, elektromagnetische Strahlung, Photonen, chemische Anregung und/oder Elektronenbeschuss aus einem Ausgangszustand in einen energetisch höher angeregten Zustand bringbar ist, aus welchem es durch strahlende Desaktivierung unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in einen im Vergleich zum angeregten Zustand energetisch niedrigeren Endzustand übergeht.The object stated in the introduction is also achieved according to the invention in a surgical navigation system of the type described at the outset in that the marker element is made at least in part from a luminescent material which is generated by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment from an initial state can be brought into an energetically higher excited state from which it passes through radiative deactivation under emission of electromagnetic radiation in a lower energy compared to the excited state final state.

Ein derart ausgebildetes Navigationssystem erweist ebenfalls die bereits oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Markerelement beschriebenen Vorteile auf.A navigation system designed in this way likewise exhibits the advantages already described above in connection with the marker element proposed according to the invention.

Vorzugsweise ist das mindestens eine Markerelement in Form eines der oben beschriebenen, in vorteilhafter Weise weitergebildeten Markerelemente ausgebildet. Dem chirurgischen Navigationssystem kommen dann ebenfalls die oben im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen des Markerelements beschriebenen Vorteile zu.Preferably, the at least one marker element is designed in the form of one of the marker elements described above which have been developed in an advantageous manner. The surgical navigation system then also has the advantages described above in connection with the preferred embodiments of the marker element.

Des Weiteren ist es günstig, wenn das chirurgische Navigationssystem mindestens eine der oben beschriebenen, erfindungsgemäß ausgebildeten Referenzierungseinheiten umfasst. So kommen dem Navigationssystem insgesamt auch die bereits oben in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen der Referenzierungseinheit beschriebenen Vorteile zu.Furthermore, it is favorable if the surgical navigation system comprises at least one of the above-described, according to the invention trained homing units. Thus, the navigation system as a whole also has the advantages already described above in connection with the preferred embodiments of the referencing unit.

Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend in Form durchnummerierter Sätze explizit aufgeführten Ausführungsformen eines chirurgischen Markerelements, einer chirurgischen Referenzierungseinheit und eines chirurgischen Navigationssystems:

1. Chirurgisches Markerelement (16; 18) für eine Referenzierungseinheit (12; 14) eines Navigationssystems (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Markerelement (16; 18) mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material (82) hergestellt ist, das durch Strom, Druck, elektromagnetische Strahlung, Photonen, chemische Anregung und/oder Elektronenbeschuss aus einem Ausgangszustand in einen energetisch höher angeregten Zustand bringbar ist, aus welchem es durch strahlende Desaktivierung unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in einen im Vergleich zum angeregten Zustand energetisch niedrigeren Endzustand übergeht.
2. Chirurgisches Markerelement nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Folge strahlender Desaktivierung ausgesandte elektromagnetische Strahlung eine im Vergleich zur Anregung geringere Energie aufweist.
3. Chirurgisches Markerelement nach Satz 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material (82) elektrolumineszierend, kathodolumineszierend, chemolumineszierend, thermolumineszierend, sonolumineszierend, piezolumineszierend und/oder photolumineszierend ist.
4. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (50; 76), welcher mindestens teilweise aus dem lumineszierenden Material (82) hergestellt oder mit diesem beschichtet ist.
5. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die vom lumineszierenden Material (82) in Folge strahlender Desaktivierung ausgesandte Strahlung eine Wellenlänge in einem Bereich von etwa 600 nm bis etwa 5000 nm aufweist.
6. Chirurgisches Markerelement nach Satz 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge in einem Bereich von etwa 780 nm bis etwa 2500 nm liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 820 nm bis 880 nm.
7. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Oberfläche (54; 86) des Markerelements (16; 18) mindestens teilweise mit dem lumineszierenden Material (82) beschichtet ist.
8. Chirurgisches Markerelement nach Satz 7, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material (82) auf die äußere Oberfläche (54; 86) des Markerelements durch Sprühen, Bedampfen, Tauchen, Lackieren, Kleben oder Pulverbeschichten aufgebracht ist.
9. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material (82) in Form eines Additives ausgebildet ist.
10. Chirurgisches Markerelement nach Satz 9, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (50; 76), welcher aus einem Grundkörpermaterial hergestellt ist, dem das Additiv zugegeben ist.
11. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (50; 76), welcher eine äußere Oberfläche (54; 86) aufweist, welche mindestens teilweise mit einer das lumineszierende Material (82) enthaltenden Beschichtung (56; 84) bedeckt ist.
12. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (88; 98) zum Anregen des lumineszierenden Materials (82).
13. Chirurgisches Markerelement nach Satz 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (88; 98) ausgebildet ist zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 50 nm bis etwa 780 nm, vorzugsweise in einem Wellenlängenbereich von etwa 200 nm bis etwa 640 nm.
14. Chirurgisches Markerelement nach Satz 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquellenaufnahme (80; 96) zum Aufnehmen der Strahlungsquelle (88; 98).
15. Chirurgisches Markerelement nach Satz 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellenaufnahme (80; 96) im Inneren des Markerelements (18) angeordnet oder ausgebildet ist.
16. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch eine mindestens teilweise kugelförmige oder im Wesentlichen kugelförmige äußere Oberfläche (86).
17. Chirurgisches Markerelement nach einem der Sätze 1 bis 15, gekennzeichnet durch eine mindestens teilweise ebene oder im Wesentlichen ebene äußere Oberfläche (54).
18. Chirurgisches Markerelement nach Satz 17, gekennzeichnet durch eine kreisförmige oder im Wesentlichen kreisförmige Erscheinung.
19. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszierende Material (82) ein Sulfid, ein Silikat, ein Zinkoxid oder ein Lanthanoid ist oder enthält.
20. Chirurgisches Markerelement nach Satz 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Sulfid Zinksulfid, Zink-Cadmium-Sulfid oder Zinksulfid-Selenid ist.
21. Chirurgisches Markerelement nach Satz 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikat Zinksilikat, Willenit oder Zinkberylliumsilikat ist.
22. Chirurgisches Markerelement nach einem der Sätze 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (50; 76) aus einem Grundkörpermaterial hergestellt ist, welches eine Glastemperatur aufweist, die nicht höher als 130°C liegt, vorzugsweise nicht höher als 110°C.
23. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch ein thermisch aktivierbares Additiv zum Ändern der lumineszierenden Eigenschaften des lumineszierenden Materials (82) in Folge einer thermisch aktivierten chemischen Reaktion.
24. Chirurgisches Markerelement nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch eine schmutzabweisende äußere Oberfläche (60; 84).
25. Chirurgische Referenzierungseinheit (12; 14), deren Position mit einem chirurgischen Navigationssystem (10) detektierbar ist, mit mindestens einem chirurgischen Markerelement (16; 18), dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markerelement (16; 18) mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material (82) hergestellt ist, das durch Strom, Druck, elektromagnetische Strahlung, Photonen, chemische Anregung und/oder Elektronenbeschuss aus einem Ausgangszustand in einen energetisch höher angeregten Zustand bringbar ist, aus welchem es durch strahlende Desaktivierung unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in einen im Vergleich zum angeregten Zustand energetisch niedrigeren Endzustand übergeht.
26. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 33, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Markerelement (16; 18) ein Markerelement (16; 18) nach einem der Sätze 2 bis 24 ist.
27. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 25 oder 26, gekennzeichnet durch mindestens drei Markerelemente (16; 18).
28. Chirurgische Referenzierungseinheit nach einem der Sätze 25 bis 27, gekennzeichnet durch einen Träger (50; 66), auf welchem das mindestens eine Markerelement (16; 18) angeordnet oder ausgebildet ist.
29. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (50) eine Trägeroberfläche (54) aufweist, welche mindestens teilweise mit einer das lumineszierende Material (82) enthaltenden Trägerbeschichtung (56) bedeckt ist.
30. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbeschichtung (56) mit einer für elektromagnetische Strahlung undurchlässigen oder im Wesentlichen undurchlässigen Abdeckung (60) oder Abschirmung bedeckt ist, welche mindestens eine für elektromagnetische Strahlung durchlässige Durchbrechung (62) umfasst zur Ausbildung des mindestens einen Markerelements (16).
31. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (60) oder Abschirmung in Form einer Beschichtung ausgebildet ist.
32. Chirurgische Referenzierungseinheit nach einem der Sätze 25 bis 31, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (50; 76), welcher aus einem Grundkörpermaterial hergestellt ist, dem das lumineszierende Material (82) als Additiv zugegeben ist.
33. Chirurgische Referenzierungseinheit nach einem der Sätze 25 bis 32, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (88; 98) zum Anregen des lumineszierenden Materials (82).
34. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 33, gekennzeichnet durch eine Strahllungsquellenaufnahme (94) zum Aufnehmen der Strahlungsquelle (98).
35. Chirurgische Referenzierungseinheit nach Satz 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellenaufnahme (96) im Inneren der Referenzierungseinheit (12) angeordnet oder ausgebildet ist.
36. Chirurgisches Navigationssystem (10) mit mindestens einer mindestens drei Markerelemente (16; 18) umfassenden Referenzierungseinheit (12; 14) und mit mindestens einer Nachweisvorrichtung (20, 26) zum Detektieren der Position der Referenzierungseinheit (12; 14), wobei die Referenzierungseinheit (12; 14) mindestens ein chirurgisches Markerelement umfasst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es mindestens teilweise aus einem lumineszierenden Material (82) hergestellt ist, das durch Strom, Druck, elektromagnetische Strahlung, Photonen, chemische Anregung und/oder Elektronenbeschuss aus einem Ausgangszustand in einen energetisch höher angeregten Zustand bringbar ist, aus welchem es durch strahlende Desaktivierung unter Aussendung elektromagnetischer Strahlung in einen im Vergleich zum angeregten Zustand energetisch niedrigeren Endzustand übergeht.
37. Chirurgisches Navigationssystem nach Satz 36, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Markerelement (16; 18) ein Markerelement (16; 18) nach einem der Sätze 2 bis 24 ist.
38. Chirurgisches Navigationssystem nach Satz 36 oder 37, gekennzeichnet durch eine Referenzierungseinheit (12; 14) nach einem der Sätze 25 bis 35 ist.

The above description thus includes in particular the embodiments of a surgical marker element, a surgical referencing unit and a surgical navigation system which are explicitly listed below in the form of numbered sentences:

1. Surgical marker element ( 16 ; 18 ) for a referencing unit ( 12 ; 14 ) of a navigation system ( 10 ), characterized in that the marker element ( 16 ; 18 ) at least partially made of a luminescent material ( 82 ), which can be brought from an initial state into an energetically higher excited state by means of current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment by radiant deactivation under emission of electromagnetic radiation in a compared to the excited state energetically lower final state passes.
2. Surgical marker element according to sentence 1, characterized in that the radiation emitted in consequence of radiating deactivation electromagnetic radiation has a lower energy compared to the excitation.
3. A surgical marker element according to sentence 1 or 2, characterized in that the luminescent material ( 82 ) is electroluminescent, cathodoluminescent, chemiluminescent, thermoluminescent, sonoluminescent, piezoluminescent and / or photoluminescent.
4. Surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized by a basic body ( 50 ; 76 ) which is at least partially composed of the luminescent material ( 82 ) or coated with this.
5. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized in that the luminescent material ( 82 ) emitted radiation as a result of radiative deactivation has a wavelength in a range of about 600 nm to about 5000 nm.
6. A surgical marker element according to sentence 5, characterized in that the wavelength is in a range of about 780 nm to about 2500 nm, preferably in a range of 820 nm to 880 nm.
7. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized in that an outer surface ( 54 ; 86 ) of the marker element ( 16 ; 18 ) at least partially with the luminescent material ( 82 ) is coated.
8. A surgical marker element according to sentence 7, characterized in that the luminescent material ( 82 ) on the outer surface ( 54 ; 86 ) of the marker element by spraying, steaming, dipping, painting, gluing or powder coating is applied.
9. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized in that the luminescent material ( 82 ) is formed in the form of an additive.
10. Surgical marker element according to sentence 9, characterized by a basic body ( 50 ; 76 ) made of a base material to which the additive is added.
11. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized by a basic body ( 50 ; 76 ), which has an outer surface ( 54 ; 86 ), which at least partially with a luminescent material ( 82 ) containing coating ( 56 ; 84 ) is covered.
12. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized by a radiation source ( 88 ; 98 ) for exciting the luminescent material ( 82 ).
13. Surgical marker element according to sentence 12 , characterized in that the radiation source ( 88 ; 98 ) is adapted to emit electromagnetic radiation in a wavelength range from about 50 nm to about 780 nm, preferably in a wavelength range from about 200 nm to about 640 nm.
14. Surgical marker element according to sentence 12 or 13, characterized by a radiation source recording ( 80 ; 96 ) for receiving the radiation source ( 88 ; 98 ).
15. Surgical marker element by sentence 14 , characterized in that the radiation source recording ( 80 ; 96 ) inside the marker element ( 18 ) is arranged or formed.
16. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized by an at least partially spherical or substantially spherical outer surface ( 86 ).
17. Surgical marker element according to one of the sentences 1 to 15, characterized by an at least partially planar or substantially planar outer surface ( 54 ).
18. Surgical marker element according to sentence 17, characterized by a circular or substantially circular appearance.
19. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized in that the luminescent material ( 82 ) is or contains a sulfide, a silicate, a zinc oxide or a lanthanide.
20. A surgical marker element according to sentence 19, characterized in that the sulfide is zinc sulfide, zinc cadmium sulfide or zinc sulfide selenide.
21. Surgical marker element according to sentence 19 or 20, characterized in that the silicate is zinc silicate, Willenit or Zinkberylliumsilikat.
22. Surgical marker element according to one of the sentences 10 to 21, characterized in that the basic body ( 50 ; 76 ) is made of a base material having a glass transition temperature not higher than 130 ° C, preferably not higher than 110 ° C.
23. Surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized by a thermally activatable additive for changing the luminescent properties of the luminescent material ( 82 ) due to a thermally activated chemical reaction.
24. A surgical marker element according to one of the preceding sentences, characterized by a dirt-repellent outer surface ( 60 ; 84 ).
25. Surgical referencing unit ( 12 ; 14 ), whose position with a surgical navigation system ( 10 ) is detectable with at least one surgical marker element ( 16 ; 18 ) characterized in that the at least one marker element ( 16 ; 18 ) at least partially made of a luminescent material ( 82 ), which can be brought from an initial state into an energetically higher excited state by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment, from which it is radiated by deactivation with the emission of electromagnetic radiation into one compared to the excited state energetically lower final state passes.
26. Surgical referencing unit according to sentence 33, characterized in that the at least one marker element ( 16 ; 18 ) a marker element ( 16 ; 18 ) according to one of the sentences 2 to 24.
27. Surgical referencing unit by sentence 25 or 26 , characterized by at least three marker elements ( 16 ; 18 ).
28. Surgical referencing unit according to one of the sentences 25 to 27 characterized by a carrier ( 50 ; 66 ) on which the at least one marker element ( 16 ; 18 ) is arranged or formed.
29. Surgical referencing unit by sentence 28 , characterized in that the carrier ( 50 ) a carrier surface ( 54 ), which at least partially with a luminescent material ( 82 ) containing carrier coating ( 56 ) is covered.
30. Surgical referencing unit by sentence 29 , characterized in that the carrier coating ( 56 ) with an electromagnetic radiation impermeable or substantially impermeable cover ( 60 ) or shield is covered, which at least one electromagnetic radiation transmissive opening ( 62 ) comprises for forming the at least one marker element ( 16 ).
31. A surgical referencing unit according to sentence 30, characterized in that the cover ( 60 ) or shielding in the form of a coating is formed.
32. Surgical referencing unit according to one of the sentences 25 to 31, characterized by a basic body ( 50 ; 76 ) which is made of a base material to which the luminescent material ( 82 ) is added as an additive.
33. Surgical referencing unit according to any one of sentences 25 to 32, characterized by a radiation source ( 88 ; 98 ) for exciting the luminescent material ( 82 ).
34. Surgical referencing unit according to sentence 33, characterized by a radiation source recording ( 94 ) for receiving the radiation source ( 98 ).
35. A surgical referencing unit according to sentence 34, characterized in that the radiation source recording ( 96 ) inside the referencing unit ( 12 ) is arranged or formed.
36. Surgical navigation system ( 10 ) with at least one at least three marker elements ( 16 ; 18 ) comprehensive referencing unit ( 12 ; 14 ) and with at least one detection device ( 20 . 26 ) for detecting the position of the referencing unit ( 12 ; 14 ), wherein the referencing unit ( 12 ; 14 ) comprises at least one surgical marker element which is characterized in that it consists at least partially of a luminescent material ( 82 ), which can be brought from an initial state into an energetically higher excited state by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment, from which it is radiated by deactivation with the emission of electromagnetic radiation into one compared to the excited state energetically lower final state passes.
37. A surgical navigation system according to sentence 36, characterized in that at least one marker element ( 16 ; 18 ) a marker element ( 16 ; 18 ) according to one of the sentences 2 to 24.
38. A surgical navigation system according to sentence 36 or 37, characterized by a referencing unit ( 12 ; 14 ) according to one of the sentences 25 to 35.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for further explanation. Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Navigationssystems; 1 : a schematic representation of a navigation system;

2A: eine vergrößerte Ansicht des Bereichs A in 1; 2A an enlarged view of area A in FIG 1 ;

2B: eine Ansicht der in 2A dargestellten Referenzierungseinheit in Richtung des Pfeils C; 2 B : a view of in 2A shown referencing in the direction of arrow C;

3: eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung der in 2A dargestellten Referenzierungseinheit; 3 FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of FIG 2A shown referencing unit;

4A: eine Draufsicht analog 2B auf eine weitere Ausführungsform einer chirurgischen Referenzierungseinheit; 4A : a top view analog 2 B to a further embodiment of a surgical referencing unit;

4B: eine Draufsicht analog 2B auf eine weitere Ausführungsform einer chirurgischen Referenzierungseinheit; 4B : a top view analog 2 B to a further embodiment of a surgical referencing unit;

5: eine vergrößerte Ausschnittsansicht des Bereichs B in 1; 5 : An enlarged detail view of the area B in 1 ;

6: eine schematische Darstellung eines Markerelements mit integrierter Strahlungsquelle; und 6 a schematic representation of a marker element with integrated radiation source; and

7: eine schematische Darstellung einer chirurgischen Referenzierungseinheit mit integrierter Strahlungsquelle. 7 : A schematic representation of a surgical referencing unit with integrated radiation source.

In 1 ist beispielhaft ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes chirurgisches Navigationssystem dargestellt. Es umfasst mehrere Referenzierungseinheiten 12 beziehungsweise 14, welche vorzugsweise mindestens drei, bei den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils vier Markerelemente 16 beziehungsweise 18 umfassen.In 1 is an example by a reference numeral 10 designated surgical navigation system shown. It includes several referencing units 12 respectively 14 , Which preferably at least three, in the embodiments illustrated in the figures in each case four marker elements 16 respectively 18 include.

Das Navigationssystem 10 umfasst eine Empfangseinheit 20 in Form einer Stereokamera 22 mit zwei Detektoren 24, die vorzugsweise zum Nachweis von elektromagnetischer Strahlung im nahen Infrarot (NIR) ausgebildet sind. Vorzugsweise liegt ihr Nachweisbereich in einem Wellenlängenbereich von etwa 820 nm bis etwa 880 nm. Ferner umfasst das Navigationssystem eine Datenverarbeitungsanlage 26, welche bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Computer 28, einen Monitor 30 und Eingabegeräte 32 und 34 in Form einer Tastatur 36 und einer Maus 38 umfasst. Der Computer 28 ist mit dem Monitor 30, den Eingabegeräten 32 und 34 sowie mit der Empfangseinheit 20 gekoppelt. Mit der Datenverarbeitungsanlage 26 können von der Empfangseinheit 20 empfangene Signale verarbeitet werden, um eine Position und/oder eine Orientierung der Referenzierungseinheiten 12 und 14 im Raum zu bestimmen. Auf dem Monitor 30 können insbesondere Lage und Orientierung der Referenzierungseinheiten 12 und 14 im Operationssaal dargestellt werden.The navigation system 10 includes a receiving unit 20 in the form of a stereo camera 22 with two detectors 24 , which are preferably designed for the detection of electromagnetic radiation in the near infrared (NIR). Preferably, its detection range is in a wavelength range of about 820 nm to about 880 nm. Furthermore, the navigation system comprises a data processing system 26 , which at the in 1 illustrated embodiment, a computer 28 , a monitor 30 and input devices 32 and 34 in the form of a keyboard 36 and a mouse 38 includes. The computer 28 is with the monitor 30 , the input devices 32 and 34 as well as with the receiving unit 20 coupled. With the data processing system 26 can from the receiving unit 20 received signals are processed to a position and / or orientation of the referencing units 12 and 14 to be determined in the room. On the monitor 30 In particular, location and orientation of the referencing units 12 and 14 in the operating room.

Die Referenzierungseinheiten 12 und 14 können insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie mit entsprechenden Adaptern 40 beziehungsweise 42 an einem Instrument 44 oder 46 oder an einem Patienten 48 festgelegt werden können.The referencing units 12 and 14 may in particular be designed such that they with corresponding adapters 40 respectively 42 on an instrument 44 or 46 or on a patient 48 can be determined.

Die schematisch dargestellte Referenzierungseinheit 12 umfasst einen Träger 50 in Form einer ebenen, rechteckigen Platte. Die Platte 52 ist auf einer Oberseite 54 teilweise mit einer Trägerbeschichtung 56 bedeckt, deren äußere Abmessungen etwas kleiner als die der Platte 52 sind, so dass ein auf der Oberseite 54 umlaufender Rand 58 verbleibt, der nicht von der Trägerbeschichtung 56 bedeckt ist. Auf die Trägerbeschichtung 56 ist eine Abdeckung 60 aufgebracht, welche vier kreisförmige Durchbrechungen 62 aufweist, die unsymmetrisch zu zwei zueinander senkrecht stehenden Spiegelebenen 64 und 66 des Trägers 50 angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich eine eindeutige Identifizierung der Referenzierungseinheit 12 anhand des von den Durchbrechungen 62 definierten Musters mittels der Empfangseinheit 20 sicherstellen. Die Abdeckung 60 bildet somit eine Maskierung der Trägerbeschichtung 56, mit welcher gleichzeitig mehrere Markerelement 16 gebildet werden können.The schematically illustrated referencing unit 12 includes a carrier 50 in the form of a flat, rectangular plate. The plate 52 is on a top 54 partially with a carrier coating 56 covered, whose outer dimensions are slightly smaller than that of the plate 52 are, so one on the top 54 surrounding border 58 that does not remain from the carrier coating 56 is covered. On the carrier coating 56 is a cover 60 applied, which four circular openings 62 which are asymmetrical to two mutually perpendicular mirror planes 64 and 66 of the carrier 50 are arranged. This makes it possible to uniquely identify the referencing unit 12 on the basis of the openings 62 defined pattern by means of the receiving unit 20 to ensure. The cover 60 thus forms a masking of the carrier coating 56 , with which simultaneously several marker element 16 can be formed.

Werden die Fenster oder Durchbrechungen 62 der Abdeckung 60 an anderen Positionen als bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Referenzierungseinheit 12 angeordnet, beispielsweise wie bei den in den 4A und 4B dargestellten alternativen Ausführungsformen der Referenzierungseinheit 12, dann können so individuell unterschiedliche Markerkonfigurationen oder Muster von Markerelementen 16 geschaffen werden, die mittels des Navigationssystems 10 eindeutig auseinander gehalten und identifiziert werden können. Auf diese Weise können unterschiedliche Instrumente 44 und 46 oder Referenzpunkte am Körper des Patienten 48 eindeutig markiert sowie deren Position und/oder Orientierung im Raum mittels des Navigationssystems 10 insbesondere auch zeitaufgelöst erfasst werden.Be the windows or openings 62 the cover 60 in other positions than in the 1 to 3 shown referencing unit 12 arranged, for example, as in the in 4A and 4B illustrated alternative embodiments of the referencing unit 12 , then individually different marker configurations or patterns of marker elements can be used 16 be created by means of the navigation system 10 clearly distinguishable and identifiable. In this way you can use different instruments 44 and 46 or reference points on the body of the patient 48 clearly marked and their position and / or orientation in space by means of the navigation system 10 in particular also be recorded time-resolved.

Die Referenzierungseinheit 14 ist in 5 schematisch und etwas vergrößert dargestellt. Sie umfasst einen im Wesentlichen kreuzförmigen Träger 66 mit vier unterschiedlich langen Armen 68, die eine gemeinsame Ebene definieren. Jeder Arm 68 trägt ein Markerelement 18, welches optional lösbar verbindbar mit den Armen 68 ausgebildet ist. Hierzu können die Arme 68 insbesondere einen Kupplungszapfen 70 tragen, welcher in eine entsprechende, in den Figuren nicht dargestellte Ausnehmung der Markerelemente 18 einführbar und optional in einer Befestigungsstellung mit den Markerelementen 18 beispielsweise verrastbar ist. Die Markerelemente 18 sind kugelförmig ausgebildet und wahlweise mit einer das lumineszierende Material in Form eines Feststoffs enthaltenden Beschichtung 72 versehen oder alternativ aus einem Material, auch als Grundkörpermaterial bezeichnet, hergestellt, welches das lumineszierende Material in Form eines Additives enthält.The referencing unit 14 is in 5 shown schematically and slightly enlarged. It comprises a substantially cross-shaped carrier 66 with four arms of different lengths 68 that define a common plane. Every arm 68 carries a marker element 18 which optionally detachably connectable to the arms 68 is trained. This can be done by the arms 68 in particular a coupling pin 70 carry, which in a corresponding, not shown in the figures recess of the marker elements 18 insertable and optional in an attachment position with the marker elements 18 for example, is latched. The marker elements 18 are spherically shaped and optionally with a coating containing the luminescent material in the form of a solid 72 provided or alternatively made of a material, also referred to as the base material, prepared, which contains the luminescent material in the form of an additive.

Als lumineszierendes Material sowohl für die Referenzierungseinheit 12 als auch für die Referenzierungseinheit 14 können die eingangs erwähnten Stoffe mit ihren spezifischen und besonderen Lumineszenzeigenschaften verwendet werden.As luminescent material for both the referencing unit 12 as well as for the referencing unit 14 For example, the substances mentioned above with their specific and particular luminescence properties can be used.

Die Referenzierungseinheiten 12 und 14 mit ihren Markerelementen 16 und 18 können durch das Navigationssystem 10 detektiert werden, und zwar indem die Markerelemente 16 und 18 in der oben ausführlich beschriebenen Weise, beispielsweise durch eine Operationssaalleuchte 74 in einen energetisch angeregten Zustand versetzt werden, aus welchem sie in Folge strahlender Desaktivierung elektromagnetische Strahlung aussenden, die von den Detektoren 24 der Empfangseinheit 20 nachgewiesen werden können. Hier wird also als physikalisches Prinzip die Photolumineszenz ausgenutzt.The referencing units 12 and 14 with their marker elements 16 and 18 can through the navigation system 10 be detected by the marker elements 16 and 18 in the manner described in detail above, for example by an operating theater light 74 be placed in an energetically excited state, from which they emit electromagnetic radiation as a result of radiative deactivation, by the detectors 24 the receiving unit 20 demonstrated can be. Here, therefore, the photoluminescence is used as a physical principle.

Auch die anderen, eingangs beschriebenen physikalischen Verfahren zur Lumineszenzanregung können verwendet werden, um die Markerelemente 16 und 18 zur Lumineszenz anzuregen.The other physical methods for luminescence excitation described at the outset can also be used to design the marker elements 16 and 18 to stimulate luminescence.

Eine weitere Variante des Markerelements 18 ist in 6 schematisch dargestellt. Das Markerelement 18 umfasst einen kugelförmigen Grundkörper 76, welcher eine hohlkugelige Ausnehmung 78 zur Ausbildung einer Strahlungsquellenaufnahme 80 aufweist. Dem somit im Wesentlichen eine Hülle um die Strahlungsquellenaufnahme 80 bildenden Grundkörper 76 kann, wie oben beschrieben, ein lumineszierendes Material 82 als Additiv in Form eines Feststoffs vor der Formgebung des Grundkörpers 76 beigemischt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine äußere Oberfläche 86 des Grundkörpers 76 mit einer das lumineszierendes Material 82 enthaltenden Beschichtung 84 versehen sein. Um eine definierte Anregung des lumineszierendes Materials 82 zu erhalten, kann in der Strahlungsquellenaufnahme 80 eine Strahlungsquelle 88, beispielsweise eine im ultravioletten Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich emittierende Leuchtdiode 90 angeordnet sein, die das lumineszierende Material 82 in der oben beschriebenen Weise zur Aussendung von Lumineszenzstrahlung anregen kann. Zum Betreiben der Strahlungsquelle 88 kann beispielsweise am Träger 66 in nicht dargestellter Weise eine Stromquelle angeordnet sein, die mit der Strahlungsquelle 88 elektrisch leitend in Verbindung steht.Another variant of the marker element 18 is in 6 shown schematically. The marker element 18 comprises a spherical base body 76 , which is a hollow-spherical recess 78 for the formation of a radiation source recording 80 having. The thus essentially a shell around the radiation source recording 80 forming body 76 can, as described above, a luminescent material 82 as an additive in the form of a solid prior to molding the body 76 be mixed. Alternatively or additionally, an outer surface 86 of the basic body 76 with a luminescent material 82 containing coating 84 be provided. To a defined excitation of the luminescent material 82 can be obtained in the radiation source recording 80 a radiation source 88 For example, a light emitting diode in the ultraviolet spectral range or in the visible spectral range 90 be arranged, which is the luminescent material 82 in the manner described above can stimulate the emission of luminescent radiation. To operate the radiation source 88 For example, on the carrier 66 in a manner not shown, a power source to be arranged with the radiation source 88 electrically conductively connected.

Des Weiteren ist in 7 eine alternative Ausführungsform der Referenzierungseinheit 12 schematisch dargestellt. Der Träger 50 ist in Form eines flachen Hohlquaders 92 ausgebildet, welcher einen quaderförmigen Hohlraum 94 zur Ausbildung einer Strahlungsquellenaufnahme 96 umfasst beziehungsweise umschließt. In die Strahlungsquellenaufnahme 96 eingesetzt ist eine Strahlungsquelle 98, die entsprechend der Strahlungsquelle 88 ausgebildet und betrieben werden kann. Von der Strahlungsquelle 98 emittierte Strahlung ermöglicht es, das in der Trägerbeschichtung 56 enthaltene lumineszierende Material 82 zur Lumineszenz anzuregen. Die emittierte Lumineszenzstrahlung kann dann durch die Durchbrechungen 62 der Abdeckung 62 austreten. Entsprechend der Form der Durchbrechungen 62 werden so die Markerelemente 16 definiert und ausgebildet. Diese werden, wie oben beschrieben, mittels des Navigationssystems detektiert, welches ferner unter Nutzung der Datenverarbeitungsanlage 26 deren Position im Raum bestimmt, so dass insgesamt die Lage und/oder die Orientierung eines Instruments 44 oder 46, an welchem die Referenzierungseinheit 12 angeordnet ist, im Raum eindeutig bestimmt werden kann.Furthermore, in 7 an alternative embodiment of the referencing unit 12 shown schematically. The carrier 50 is in the form of a flat hollow cuboid 92 formed, which a cuboid cavity 94 for the formation of a radiation source recording 96 includes or encloses. In the radiation source recording 96 used is a radiation source 98 , which correspond to the radiation source 88 can be trained and operated. From the radiation source 98 emitted radiation allows that in the carrier coating 56 contained luminescent material 82 to stimulate luminescence. The emitted luminescence radiation can then pass through the openings 62 the cover 62 escape. According to the shape of the openings 62 become the marker elements 16 defined and trained. These are, as described above, detected by the navigation system, which further using the data processing system 26 their position in space determines so that overall the location and / or orientation of an instrument 44 or 46 to which the referencing unit 12 is arranged, can be uniquely determined in space.

Selbstverständlich ist es auch denkbar, als lumineszierendes Material eines oder mehrere Polymere zu verwenden, also insbesondere auch organische Materialien, die aufgrund ihrer chemischen Struktur im gewünschten Wellenlängenbereich in Folge einer beispielsweise optischen Anregung Lumineszenzstrahlung im gewünschten Wellenlängenbereich emittieren können.Of course, it is also conceivable to use one or more polymers as the luminescent material, that is to say in particular also organic materials which, due to their chemical structure in the desired wavelength range as a result of, for example, optical excitation, can emit luminescence radiation in the desired wavelength range.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005045706 B3 [0004]
DE 202007003566 U1 [0029]
DE 202007010078 U1 [0031]

Claims

Surgical marker element ( 16 ; 18 ) for a referencing unit ( 12 ; 14 ) of a navigation system ( 10 ), characterized in that the marker element ( 16 ; 18 ) at least partially made of a luminescent material ( 82 ), which can be brought from an initial state into an energetically higher excited state by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment, from which it is radiated by deactivation with the emission of electromagnetic radiation into one compared to the excited state energetically lower final state passes.

Surgical marker element according to claim 1, characterized in that the luminescent material ( 82 ) is electroluminescent, cathodoluminescent, chemiluminescent, thermoluminescent, sonoluminescent, piezoluminescent and / or photoluminescent.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized by a basic body ( 50 ; 76 ) which is at least partially composed of the luminescent material ( 82 ) or coated with this.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized in that the luminescent material ( 82 ) emitted radiation as a result of radiative deactivation has a wavelength in a range of about 600 nm to about 5000 nm.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized in that an outer surface ( 54 ; 86 ) of the marker element ( 16 ; 18 ) at least partially with the luminescent material ( 82 ) is coated.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized in that the luminescent material ( 82 ) is formed in the form of an additive.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized by a basic body ( 50 ; 76 ), which has an outer surface ( 54 ; 86 ), which at least partially with a luminescent material ( 82 ) containing coating ( 56 ; 84 ) is covered.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized by a radiation source ( 88 ; 98 ) for exciting the luminescent material ( 82 ).

Surgical marker element according to claim 8, characterized by a radiation source receptacle ( 80 ; 96 ) for receiving the radiation source ( 88 ; 98 ).

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized by an at least partially spherical or substantially spherical outer surface ( 86 ).

Surgical marker element according to one of claims 1 to 9, characterized by an at least partially planar or substantially planar outer surface ( 54 ).

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized in that the luminescent material ( 82 ) is or contains a sulfide, a silicate, a zinc oxide or a lanthanide.

Surgical marker element according to one of claims 7 to 12, characterized in that the basic body ( 50 ; 76 ) is made of a base material having a glass transition temperature not higher than 130 ° C, preferably not higher than 110 ° C.

Surgical marker element according to one of the preceding claims, characterized by a thermally activatable additive for altering the luminescent properties of the luminescent material ( 82 ) due to a thermally activated chemical reaction.

Surgical referencing unit ( 12 ; 14 ), whose position with a surgical navigation system ( 10 ) is detectable with at least one surgical marker element ( 16 ; 18 ), characterized in that the at least one marker element ( 16 ; 18 ) at least partially made of a luminescent material ( 82 ), which can be brought from an initial state into an energetically higher excited state by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment, from which it is radiated by deactivation with the emission of electromagnetic radiation into one compared to the excited state energetically lower final state passes.

Surgical referencing unit according to claim 33, characterized in that the at least one marker element ( 16 ; 18 ) a marker element ( 16 ; 18 ) according to one of claims 2 to 14.

Surgical referencing unit according to claim 15 or 16, characterized by a support ( 50 ; 66 ) on which the at least one marker element ( 16 ; 18 ) is arranged or formed.

Surgical referencing unit according to claim 17, characterized in that the support ( 50 ) a carrier surface ( 54 ), which at least partially with a luminescent material ( 82 ) containing carrier coating ( 56 ) is covered.

Surgical referencing unit according to claim 18, characterized in that the carrier coating ( 56 ) with an electromagnetic radiation impermeable or substantially impermeable cover ( 60 ) or shield is covered, which at least one electromagnetic radiation transmissive opening ( 62 ) comprises for forming the at least one marker element ( 16 ).

Surgical referencing unit according to claim 19, characterized in that the cover ( 60 ) or shielding in the form of a coating is formed.

Surgical referencing unit according to one of Claims 15 to 20, characterized by a radiation source ( 88 ; 98 ) for exciting the luminescent material ( 82 ).

Surgical referencing unit according to claim 21, characterized by a radiation source receptacle ( 94 ) for receiving the radiation source ( 98 ).

Surgical navigation system ( 10 ) with at least one at least three marker elements ( 16 ; 18 ) comprehensive referencing unit ( 12 ; 14 ) and with at least one detection device ( 20 . 26 ) for detecting the position of the referencing unit ( 12 ; 14 ), wherein the referencing unit ( 12 ; 14 ) comprises at least one surgical marker element which is characterized in that it consists at least partially of a luminescent material ( 82 ), which can be brought from an initial state into an energetically higher excited state by current, pressure, electromagnetic radiation, photons, chemical excitation and / or electron bombardment, from which it is radiated by deactivation with the emission of electromagnetic radiation into one compared to the excited state energetically lower final state passes.

Surgical navigation system according to claim 23, characterized in that at least one marker element ( 16 ; 18 ) a marker element ( 16 ; 18 ) according to one of claims 2 to 14.

Surgical navigation system according to claim 23 or 24, characterized by a referencing unit ( 12 ; 14 ) according to one of claims 15 to 22.