DE102012217942A1 - Medizinisches Instrument, Medizinsystem und Verfahren zur Darstellung der Position einer Ortsmarke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Medizinisches Instrument (2), umfassend mindestens drei Navigationsmarker (8a, 8b, 8c) mit jeweils mindestens einem von einer Kamera (16) in einem Kamerabild (46) identifizierbar erfassbaren Markerelement (12), wobei die Navigationsmarker (8a, 8b, 8c) jeweils an dem Instrument (2) an einem auf einer ersten Geraden (G₁) liegenden Befestigungspunkt (10a, 10b, 10c) befestigt sind und mindestens einer der Navigationsmarker (8a, 8b) mindestens drei auf einer dem jeweiligen Navigationsmarker (8a, 8b) zugeordneten zweiten Geraden (G₂) in einem bekannten Abstand angeordnete Markerelemente (12) umfasst.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Medizinsystem (14) und ein Verfahren zur Darstellung der Position einer mit einem medizinischen Instrument (2) ortskorrelierten Ortsmarke (48).

Description

• Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument, ein Medizinsystem und ein Verfahren zur Darstellung der Position einer mit einem medizinischen Instrument ortskorrelierten Ortsmarke.
• An Patienten werden als medizinische Maßnahmen z.B. chirurgische Eingriffe durchgeführt. Dazu gehört auch beispielsweise die Behandlung von Frakturen von Knochen, in denen Implantate eingesetzt werden. Die Implantate müssen dabei so eingesetzt werden und an den einzelnen zu behandelnden Knochenfragmenten fixiert werden, dass diese in einer gewünschten Relativlage miteinander verheilen können. Die Fixierung des Implantats an den einzelnen Knochenfragmenten ist dabei eine Prozedur, bei der unterschiedliche medizinische Instrumente, wie beispielsweise Verriegelungsschrauben oder medizinische Werkzeuge wie Bohrer eingesetzt werden. Um die geforderte Relativlage der einzelnen Knochenfragmente herzustellen, müssen die während der Behandlung verwendeten medizinischen Instrumente wie Verriegelungsschrauben oder Bohrer in korrekter Weise positioniert werden. Dies wird jedoch dadurch erschwert, dass Zielpositionen für Instrumente im Körperinneren des Patienten liegen und daher mit dem Auge nicht sichtbar sind. Beispielsweise ist die Zielposition für eine Verriegelungsschraube ein Loch innerhalb eines Implantats, welches sich wiederum innerhalb des Knochens befindet.
• Auf herkömmliche Art und Weise wird eine Positionskontrolle eines Medizinischen Instruments mittels eines Röntgenbildes durchgeführt. Auf einem derartigen Röntgenbild ist dann die aktuelle Position des Instruments sowie die Zielposition zu sehen, beispielsweise das Loch des Implantats. Anhand der Abweichung der aktuellen Position von der Zielposition kann dann eine Korrektur erfolgen. Nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist jedoch, dass sowohl Patient als auch das medizinische Personal einer hohen Röntgenstrahlungsdosis ausgesetzt ist.
• Um die Strahlenbelastung zu reduzieren existieren jedoch auch Verfahren, mittels denen eine sogenannte navigationsunterstützte Chirurgie durchgeführt wird. Hierzu werden an den beteiligten medizinischen Instrumenten Navigationsmarker mit Markerelementen angebracht, die mittels optischer Kameras identifizierbar erfasst werden können. Vor einer medizinischen Maßnahme müssen die jeweiligen Markerelemente mit dem die optische Kamera umfassenden Navigationssystem kalibriert werden. Anhand der im Kamerabild identifizierten Abbilder der Markerelemente kann dann eine aktuelle Position eines Instruments ermittelt werden. Diese aktuelle Position kann dann wiederum mit einer Zielposition verglichen werden, woraufhin dem medizinischen Personal Korrekturmaßnahmen angezeigt werden, um beispielsweise eine Zielposition zu erreichen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass optische Navigationsmarker von Gegenständen in der Behandlungsregion oder dem medizinischen Personal selbst verdeckt werden können, so dass eine Identifikation der Abbilder der Markerelemente und damit eine Navigation verhindert wird.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein medizinisches Instrument, ein Medizinsystem und ein Verfahren zur Darstellung der Position einer mit dem medizinischen Instrument ortskorrelierten Ortsmarke anzugeben, mit dem die oben genannten Nachteile vermieden werden.
• Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein medizinisches Instrument mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Ein derartiges Instrument umfasst dabei mindestens drei Navigationsmarker mit jeweils mindestens einem von einer Kamera in einem Kamerabild identifizierbar erfassbaren Markerelement. Die einzelnen Navigationsmarker sind jeweils an dem Instrument an einem auf einer ersten Geraden liegenden Befestigungspunkt befestigt. Mindestens einer der Navigationsmarker umfasst mindestens drei auf einer dem jeweiligen Navigationsmarker zugeordneten zweiten Geraden in einem bekannten Abstand angeordnete Markerelemente.
• Dadurch, dass mindestens ein Navigationsmarker mindestens drei Markerelemente umfasst, kann mit Hilfe der bekannten Abstände der einzelnen Markerelemente auf der zweiten Geraden die Position des Befestigungspunktes des Navigationsmarkers am medizinischen Instrument, welcher ebenfalls auf der zweiten Geraden liegt, mathematisch ermittelt werden. Es muss daher kein Markerelement unmittelbar am Instrument befestigt werden. Die Markerelemente haben daher einen bestimmten Abstand von dem Instrument und werden daher bei dessen Handhabung während einer medizinischen Maßnahme nicht beispielsweise beim Anfassen durch Hände des medizinischen Personals verdeckt. Im Extremfall sind sämtliche benötigten Navigationsmarker derart ausgestaltet, dass sich die Markerelemente nicht unmittelbar am Instrument selbst befinden, sondern in einem bestimmten Abstand auf jeweils einer zweiten Geraden angeordnet sind, die sich von dem Befestigungspunkt des Instrumentes weg erstrecken. Um eine gute Identifizierbarkeit der einzelnen Abbilder der Markerelemente in einem Kamerabild zu erzielen, erstrecken sich die zweiten Geraden in unterschiedliche Richtungen.
• Sind dann die Positionen der mindestens drei auf einer ersten Geraden liegenden Befestigungspunkte in einem Kamerakoordinatensystem ermittelt und die Abstände der Befestigungspunkte des Instruments bekannt, so können auch die Positionen weiterer für das Instrument charakteristischer, auf dieser ersten Geraden liegender Punkte ermittelt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Punkte eines Instruments handeln, die während einer medizinischen Maßnahme mit dem Auge nicht sichtbar sind, da sie beispielsweise durch den Patientenkörper verdeckt sind. Somit ist eine zielgerichtete Navigation des Instruments auch ohne Verwendung von Röntgenstrahlung möglich.
• Um die Handhabbarkeit des Instruments weiter zu verbessern, ist der auf einer zweiten Gerade angeordnete Markerelemente umfassende Navigationsmarker um den Befestigungspunkt auf der ersten Geraden rotierbar an dem Instrument befestigt. Somit kann das Instrument durch das medizinische Personal gegriffen werden und der Navigationsmarker auch während einer medizinischen Maßnahme in eine derartige Position rotiert werden, so dass dieser hinsichtlich der Aufnahme durch eine Kamera nicht verdeckt wird. Eine Identifizierung der Abbilder der Markerelemente und eine Navigation des Instruments sind dadurch stets gewährleistet.
• Um die Position eines Endes eines Instruments auf einfache Art und Weise zu detektieren wird ein Navigationsmarker durch ein an einem Ende des Instruments befestigtes einzelnes Markerelement gebildet. Das den Navigationsmarker bildende Markerelement ist somit direkt an dem Befestigungspunkt befestigt, die Position des Befestigungspunktes des Navigationsmarkers und des Markerelements stimmen somit überein. In diesem Falle kann dabei auf eine aufwändige Ausgestaltung des Navigationsmarkers mittels mehrerer auf einer zweiten Geraden liegender Markerelemente verzichtet werden. Insbesondere bei einem am distalen Ende eines Instruments angebrachten Markerelement ist dessen Identifizierbarkeit im Kamerabild üblicherweise gewährleistet.
• Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist ein medizinisches Instrument genau drei Navigationsmarker auf, wobei zwei Navigationsmarker genau drei auf jeweils einer zweiten Geraden in einem definierten Abstand angeordnete Markerelemente umfasst. Bei einem derartigen Instrument können also wie oben beschrieben zunächst die Positionen von zwei der Befestigungspunkte in einem Kamerakoordinatensystem mathematisch ermittelt werden, wohingegen die Position des Befestigungspunktes, an dem der aus einem Markerelement gebildete Navigationsmarker direkt anhand der Position dessen Abbildes in einem Kamerabild ermittelt wird. Somit sind die Postionen der auf der ersten Geraden liegenden Befestigungspunkte bekannt. Anhand dieser Positionen und der bekannten tatsächlichen Abstände ist es dann wiederum möglich, weitere charakteristische Punkte auf dieser ersten Geraden zu ermitteln. Dabei kann es sich beispielsweise um die Spitze einer Verriegelungsschraube oder auch eines Bohrers handeln. Somit muss die Spitze selbst nicht mit einem Markerelement ausgestattet werden, um deren Position im Kamerakoordinatensystem zu ermitteln. Die Ermittlung der Position dieses mit dem Instrument ortskorrelierten Punktes erfolgt somit mittelbar über die Ermittlung der Positionen der einzelnen Markerelemente.
• Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung fällt die erste Gerade mit einer Mittenlängsachse des Instruments zusammen, wie es beispielsweise bei einer Schraube oder einem Bohrer zweckmäßigerweise der Fall ist.
• Zur einfachen Detektion der einzelnen Markerelemente mittels einer Kamera ist die Oberfläche der Markerelemente fluoreszent oder lichtreflektierend ausgestaltet.
• Zur besseren Unterscheidbarkeit der Markerelemente können diese eine unterschiedliche Form wie beispielsweise Kugelform oder eine Pyramidenform aufweisen. Insbesondere können die einem Navigationsmarker zugeordneten Markerelemente dieselbe, die einem anderen Navigationsmarker zugeordneten Markerelemente jedoch eine davon abweichende Form aufweisen.
• Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Medizinsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 10. Ein derartiges Medizinsystem umfasst:
• – ein erfindungsgemäßes medizinisches Instrument,
• – eine ein Kamerabild erzeugende Kamera,
• – eine anhand der Position der Abbilder der Markerelemente im Kamerabild die Position der Markerelemente im Kamerakoordinatensystem ermittelnden Recheneinheit.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Medizinsystem zusätzlich ein ein Röntgenbild erzeugendes, vorzugsweise auf einem C-Bogen angeordnetes Röntgengerät auf, bei dem die Kamera derart in das Röntgengerät integriert ist, dass ihre Blickrichtung mit der Bildgebungsrichtung des Röntgengerätes zusammenfällt.
• Dadurch ist es auf einfache Art und Weise möglich, Röntgenbilder und Kamerabilder ortsrichtig zu überlagern und zusätzlich Positionsinformationen hinsichtlich des medizinischen Instruments einzublenden.
• Die drittgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Darstellung der Position einer mit einem medizinischen Instrument ortskorrelierten Ortsmarke mit den Merkmalen des Patentanspruches 13.
• Demnach wird in einem Schritt a) mit einer Kamera ein die Abbilder der Markerelemente enthaltendes Kamerabild erzeugt.
• In einem Schritt b) werden mittels einer Recheneinheit die Positionen der Abbilder der Markerelemente im Kamerabild ermittelt.
• In Schritt c) wird mittels der Recheneinheit anhand der Position der Abbilder der Markerelemente im Kamerabild die Position der Markerelemente im Kamerakoordinatensystem ermittelt.
• In Schritt d) wird anhand von bekannten geometrischen Beziehungen die Position der mit dem Instrument ortskorrelierten Ortsmarke im Kamerakoordinatensystem ermittelt und auf einer Benutzerschnittstelle dargestellt.
• Durch die mit dem Instrument ortskorrelierte Ortsmarke wird kann die aktuelle Position eines Markerelements bzw. Navigationsmarkers dargestellt werden. Es kann aber auch die Position eines Punktes dargestellt werden, der anhand der Positionen der Markerelemente anhand von bekannten geometrischen Beziehungen mathematisch ermittelt wird, wie beispielsweise die Position eines Befestigungspunktes eines Navigationsmarkers am Instrument. Auch die aktuelle Position der Spitze einer Verriegelungsschraube kann somit mittels der Ortsmarke dargestellt werden. Es lassen sich daher auch Positionen von Punkten auf einem Instrument darstellen, die mit dem Auge oder in dem Kamerabild nicht zu sehen sind, da diese beispielsweise vom Körper des Patienten verdeckt sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird aber eine Echtzeitdarstellung der aktuellen Position auch während einer medizinischen Maßnahme ohne Verwendung von Röntgenstrahlung ermöglicht.
• Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird in Schritt d) die Ortsmarke ortsrichtig in das Kamerabild eingeblendet. Das medizinische Personal erhält somit die Information, welche aktuelle Position also ein mit dem Instrument ortskorrelierter Punkt im Kamerabild aufweist.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird vor Schritt a) ein Röntgenbild einer Behandlungsregion erzeugt. In Schritt d) wird dann anhand von bekannten geometrischen Beziehungen des Kamera- sowie Röntgenkoordinatensystems die Ortsmarke ortsrichtig in das Röntgenbild eingeblendet. Somit kann die Positionsinformation hinsichtlich der Ortsmarke auch gegenüber dem Röntgenbild erfolgen. Insgesamt kann auch eine Kombination aus Röntgenbild, Kamerabild und Ortsmarke erhalten werden.
• Zur Unterstützung der Navigation kann in dem Röntgenbild zusätzlich eine Zielmarke für die Ortsmarke eingeblendet werden. Das medizinische Personal erhält demnach sowohl die Angabe der Ortsmarke, also der aktuellen Position des Instruments sowie auch dessen gewünschte Zielposition. Somit kann das Personal beurteilen, in welche Richtung es das Instrument bewegen muss, um es in die Zielposition zu bringen.
• Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
• Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigt jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
• 1 ein medizinisches Instrument,
• 2 ein Medizinsystem,
• 3 ein Röntgenbild,
• 4 ein Kamerabild,
• 5 eine Benutzerschnittstelle mit einer dargestellten Ortsmarke,
• 6 eine Benutzerschnittstelle mit einem überlagerten Röntgen- und Kamerabild sowie einer Ortsmarke.
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes medizinisches Instrument 2, welches in diesem Ausführungsbeispiel eine Schanzsche Schraube ist. Das medizinische Instrument weist eine Mittenlängsachse M sowie eine Spitze 4 und ein Ende 6 auf. An dem medizinischen Instrument 2 sind drei Navigationsmarker 8a, 8b, 8c jeweils an einem Befestigungspunkt 10a, 10b, 10c befestigt. Die Befestigungspunkte 10a, 10b, 10c liegen auf einer ersten Geraden G₁, welche mit der Mittenlängsachse M des medizinischen Instruments 2 zusammenfällt. Die Abstände der einzelnen unterschiedlichen Befestigungspunkte 10a, 10b, 10c auf der Geraden G₁ sind bekannt. Der Navigationsmarker 8c wird durch ein einzelnes Markerelement 12 gebildet, welches in einem Kamerabild identifizierbar erfassbar ist. Somit ist das dem Navigationsmarker 8c zugeordnete Markerelement 12 direkt am Befestigungspunkt 10c befestigt, die Position des Markerelements 12 und des Befestigungspunktes 10c stimmen daher überein.
• Die Navigationsmarker 8a, 8b weisen jeweils genau drei auf jeweils einer dem jeweiligen Navigationsmarker 8a, 8b zugeordneten zweiten Geraden G₂ in einem bekannten Abstand angeordnete Markerelemente 12 auf. Insgesamt weist somit das Instrument 2 sieben Markerelemente 12 auf. Die Navigationsmarker 8a, 8b sind um die jeweiligen Befestigungspunkte 10a, 10b auf der ersten Geraden G₁ rotierbar an dem Instrument 2 befestigt. Um eine gute Erfassbarkeit der Markerelemente 12 in einem Kamerabild zu ermöglichen, sind die Oberflächen der Markerelemente 12 fluoreszent oder lichtreflektierend ausgestaltet. Im Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Markerelement kugelförmig ausgestaltet. Um eine bessere Unterscheidbarkeit der einzelnen Markerelemente 12 zu gewährleisten, ist der Durchmesser der jeweils einem Navigationsmarker 8a, 8b, 8c zugeordneten Markerelemente 12 unterschiedlich. Beispielsweise haben die dem Navigationsmarker 8a zugeordneten Markerelemente 12 einen Durchmesser von 1 cm, die dem Navigationsmarker 8b zugeordneten Markerelemente einen Durchmesser von 1,2 cm und das dem Navigationsmarker 8c zugeordnete Markerelement einen Durchmesser von 2 cm. Eine Unterscheidbarkeit der einzelnen Markerelemente 12 kann jedoch auch dadurch gewährleistet werden, dass die Markerelemente 12 eine unterschiedliche Form wie beispielsweise eine Kugelform oder eine Pyramidenform aufweisen.
• In 2 ist nun ein erfindungsgemäßes Medizinsystem dargestellt, welches zunächst ein erfindungsgemäßes medizinisches Instrument 2 umfasst. Des Weiteren umfasst das Medizinsystem 14 eine ein Kamerabild 46 erzeugende Kamera 16 und ein Röntgengerät 18, welches eine Röntgenquelle 20 und eine Röntgendetektor 22 umfasst. Röntgenquelle 20 und Röntgendetektor 22 sind beispielsweise an einem nicht dargestellten C-Bogen fixiert. Um eine gleiche Aufnahmegeometrie A wie das Röntgengerät aufzuweisen, ist an der Kamera 16 ein Spiegel 24 angeordnet. Die Kamera 16 ist somit derart in das Röntgengerät 18 integriert, dass ihre Blickrichtung 26 mit der Bildgebungsrichtung 28 des Röntgengerätes 18 zusammenfällt.
• Des Weiteren umfasst das Medizinsystem 14 eine Recheneinheit 30, die mit dem Röntgengerät 18 sowie der Kamera 16 verbunden ist und anhand der Positionen der Abbilder der Markerelemente 12 im Kamerabild die Position der Makerelemente 12 im Kamerakoordinatensystem K ermitteln kann. An die Recheneinheit 30 ist wiederrum eine Benutzerschnittstelle 32, wie beispielsweise ein Monitor zur Ausgabe von Informationen für das medizinische Personal angeschlossen.
• In 2 ist auch gleichzeitig eine Ausgangssituation zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Im Rahmen einer Operation wurde in den Körper 34 eines Patienten ein Implantat 36 eingebracht, welches im Ausführungsbeispiel zur Behandlung eines Knochens 38 dient. Zur Fixierung des Implantats 36 an dem Knochen 38 weist dieses mehrere Löcher 40 auf, durch welche geeignete Befestigungsmittel eingebracht werden müssen. Zur Markierung des Einsatzpunktes am Knochen 38 muss zunächst eine das medizinisches Instrument 2 darstellende Schanzsche Schraube in eine Position über das Loch 40 gebracht bzw. mit Hilfe der Erfindung navigiert werden.
• Um dies zu gewährleisten, wird zunächst von der Behandlungsregion B ein Röntgenbild 42 erzeugt, welches in 3 abgebildet ist. Auf diesem ist der Knochen 38 sowie das in diesen eingebrachte Implantat mit Löchern 40 zu erkennen.
• Im Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann mit der Kamera 16 ein die Behandlungsregion B und damit auch Abbilder 44 der Markerelemente 12 enthaltendes Kamerabild 46 erzeugt, welches in 4 dargestellt ist. In diesem Kamerabild 46 ist ferner die Oberfläche des Körpers 34 des Patienten, nicht aber das Implantat 36 sowie dessen Löcher 40 zu sehen, da dieses vom Knochen 38 verdeckt ist.
• In Schritt b) werden mittels der Recheneinheit 30 die Positionen der Abbilder 44 der Markerelemente 12 im Kamerabild 46 ermittelt.
• In Schritt c) wird mittels der Recheneinheit anhand der Positionen der Abbilder 44 der Markerelemente 12 im Kamerabild 46 die Position der Markerelemente 12 im Kamerakoordinatensystem K ermittelt.
• Im Schritt d) wird anhand von bekannten geometrischen Beziehungen die Position der mit dem Instrument 2 ortskorrelierten Ortsmarke 48 im Kamerakoordinatensystem K ermittelt und auf einer Benutzerschnittstelle 32 dargestellt. Die Ortsmarke 48 zeigt dabei die aktuelle Position im Kamerakoordinatensystem K eines in festem geometrischen Bezug zu den Markerelementen 12 stehenden, also ortskorrelierten Punkt an. Die Ortsmarke 48 könnte daher die aktuelle Position eines Markerelements 12 selbst aber auch eines Punktes darstellen, der mit den Markerelementen 12 ortskorreliert ist.
• In diesem Fall repräsentiert eine Ortsmarke 48, welche in 5 und 6 als ein Pluszeichen dargestellt ist, die Position der Spitze 4 des Instruments 2. Dies bedeutet, dass also auf der Benutzerschnittstelle 32 die aktuelle Position der Spitze 4 des Instruments 2 angezeigt wird. Ein Benutzer kann somit die Position auf der Benutzerschnittstelle 32 der Spitze 4 sehen, obwohl die Spitze 4 sich beispielsweise bereits im Körper 34 des Patienten befindet und somit mit den bloßen Augen nicht mehr sichtbar ist.
• Zur Berechnung der Position der Spitze 4 des medizinischen Instruments 2 im Kamerakoordinatensystem K werden die in Schritt c) ermittelten Positionen der Markerelemente 12 herangezogen und zunächst die Positionen der auf der Geraden G₁ liegenden Befestigungspunkte 10a, 10b, 10c und der Spitze 4 ermittelt. Die Position des Befestigungspunktes 10c ergibt sich dabei direkt aus der Position des dem Navigationsmarker 8c zugeordneten Markerelement 12.
• Die Positionen der Befestigungspunkte 8a,8b muss hingegen mathematisch ermittelt werden.
• Wenn die Positionen dreier auf einer Gerade liegender Punkte A,B,C im Kamerakoordinatensystem bekannt ist, so kann auch die Position eines vierten Punktes D im Kamerakoordinatensystem berechnet werden, sofern die tatsächlichen Abstände der Punkte bekannt sind.
• Es gelten hierzu folgende Beziehungen, wobei d_ij die Abstände der Punkte ij im Kamerakoordinatensystem K, also der Markerelemente 12 sind:

  
• Anhand dieser Beziehungen können also mittels der in Schritt c) ermittelten Positionen der Abbilder 44 der Markerelemente 12 die Positionen der Befestigungspunkte 8a, 8b ermittelt werden, da die Befestigungspunkt 8a, 8b jeweils einen vierten Punkt auf der jeweiligen Geraden G₂ darstellen, wobei die Positionen dreier auf der Geraden G₂ Punkte, nämlich die der Markerelemente 12 bekannt sind.
• Nach der Ermittlung der Positionen der drei Befestigungspunkte 10a, 10b, 10c sind wiederum die Positionen dreier Punkte auf einer Geraden, nämlich der Geraden G₁ bekannt. Daraufhin kann mit den o.g. Beziehungen wiederum die Position eines vierten Punktes auf dieser Geraden G₁, in diesem Fall die Position der Spitze 4 des Instruments 2 ermittelt werden. Diese Position wird dann mit der Ortsmarke 48 auf der Benutzerschnittstelle dargestellt.
• Mit der Benutzerschnittstelle 32 wird in diesem Fall eine weitere Ortsmarke 48 als ein Kreis dargestellt, die die Position des dem Navigationsmarker 8c zugeordneten Markerelement 12 und somit die Position des Endes 6 des medizinischen Instruments 2 anzeigt.
• Des Weiteren wurde die Zielposition für die Spitze 4, nämlich die Position auf dem Knochen 38 oberhalb des Loches 40, mittels einer als X gestalteten Zielmarke 50 sowie die Zielposition für das Ende 6 des Instruments 2 mittels einer als ein Kreis ausgestalteten Zielmarke 50 auf der Benutzerschnittstelle 32 dargestellt. Somit erhält das medizinische Personal über die Benutzerschnittstelle 32 eine Information, in welche Richtung die Spitze 4 bzw. das Ende 6 des Instruments 2 bewegt werden muss. Sind die jeweiligen Ortsmarken und Zielmarken 50 in Deckung, so befindet sich das Instrument 2 in der gewünschten Zielposition.
• In 6 ist nun zu sehen, dass mittels der Benutzerschnittstelle sowohl das Kamerabild 46 als auch das Röntgenbild 42 überlagert dargestellt sind. Somit ist in dem zusammengesetzten Bild der Knochen 38 sowie das Implantat 36 mit den Löchern 40 zu sehen. Ferner ist auch das medizinische Instrument 2 auf dem Bild der Benutzerschnittstelle 32 enthalten. Des Weiteren wird sowohl die ortskorrelierte Ortsmarke 48 der Spitze 4 sowie des Endes 6 des medizinischen Instruments 2 in das Bild eingeblendet. Außerdem sind auch die Zielmarken 50 für die Spitze 4 als auch das Ende 6 des medizinischen Instruments oberhalb des einen Loches 40 dargestellt.
• Auf diese Art und Weise wird ermöglicht, dass das medizinische Personal das medizinische Instrument 2 in eine geforderte Zielposition bewegen kann, ohne dass es hierzu gesonderter Röntgenkontrolle bedarf.
• Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

2

Instrument

4

Spitze

6

Ende

8a, b, c

Navigationsmarker

10a, b, c

Befestigungspunkt

12

Markerelement

14

Medizinsystem

16

Kamera

18

Röntgengerät

20

Röntgenquelle

22

Röntgendetektor

24

Spiegel

26

Blickrichtung

28

Bildgebungsrichtung

30

Recheneinheit

32

Benutzerschnittstelle

34

Körper

36

Implantat

38

Knochen

40

Loch

42

Röntgenbild

44

Abbild

46

Kamerabild

48

Ortsmarke

50

Zielmarke

A

Aufnahmegeometrie

B

Behandlungsregion

K

Kamerakoordinatensystem

M

Mittenlängsachse

G₁

erste Gerade

G₂

zweite Gerade

Claims (16)

1. Medizinisches Instrument (2), umfassend mindestens drei Navigationsmarker (8a, 8b, 8c) mit jeweils mindestens einem von einer Kamera (16) in einem Kamerabild (46) identifizierbar erfassbaren Markerelement (12), wobei die Navigationsmarker (8a, 8b, 8c) jeweils an dem Instrument (2) an einem auf einer ersten Geraden (G₁) liegenden Befestigungspunkt (10a, 10b, 10c) befestigt sind und mindestens einer der Navigationsmarker (8a, 8b) mindestens drei auf einer dem jeweiligen Navigationsmarker (8a, 8b) zugeordneten zweiten Geraden (G₂) in einem bekannten Abstand angeordnete Markerelemente (12) umfasst.
2. Medizinisches Instrument(2) nach Anspruch 1, bei dem der auf einer zweiten Geraden (G₂) angeordnete Markerelemente (12) umfassende Navigationsmarker (8a, 8b) um den Befestigungspunkt (10a, 10b, 10c) auf der ersten Geraden (G₁) rotierbar an dem Instrument (2) befestigt ist.
3. Medizinisches Instrument (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Navigationsmarker (8c) durch ein an einem Ende des Instruments (2) befestigtes einzelnes Markerelement (12) gebildet wird.
4. Medizinisches Instrument (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit genau drei Navigationsmarkern (8a, 8b, 8c), wobei zwei Navigationsmarker (8a, 8b) jeweils genau drei auf jeweils einer zweiten Geraden (G₂) in einem bekannten Abstand angeordnete Markerelemente (12) umfassen.
5. Medizinisches Instrument (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Gerade (G1) mit einer Mittenlängsachse (M) des Instruments zusammenfällt.
6. Medizinisches Instrument (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche der Markerelemente (12) fluoreszent ausgestaltet ist.
7. Medizinisches Instrument (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche der Markerelemente (12) lichtreflektierend ausgestaltet ist.
8. Medizinisches Instrument (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Markerelemente (12) eine unterschiedliche Form aufweisen.
9. Medizinisches Instrument (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Markerelemente (12) kugelförmig ausgestaltet sind.
10. Medizinsystem (14), umfassend: – ein medizinisches Instrument (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, – eine ein Kamerabild (46) erzeugende Kamera (16), – eine anhand der Position der Abbilder (44) der Markerelemente (12) im Kamerabild (46) die Position der Markerelemente (12) im Kamerakoordinatensystem (K) ermittelnden Recheneinheit (30).
11. Medizinsystem (14) nach Anspruch 10, mit einem ein Röntgenbild (42) erzeugenden Röntgengerät (18), bei dem die Kamera (16) derart in das Röntgengerät (18) integriert ist, dass ihre Blickrichtung (26) mit der Bildgebungsrichtung (28) des Röntgengerätes (18) zusammenfällt.
12. Medizinsystem (14) nach Anspruch 11, bei dem das Röntgengerät (18) ein C-Bogen-Röntgengerät ist.
13. Verfahren zur Darstellung der Position einer mit einem medizinischen Instrument (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ortskorrelierten Ortsmarke (48) mit folgenden Schritten: a) mit einer Kamera (16) wird ein die Abbilder (44) der Markerelemente (12) enthaltendes Kamerabild (46) erzeugt, b) mittels einer Recheneinheit (30) werden die Positionen der Abbilder (44) der Markerelemente (12) im Kamerabild (46) ermittelt, c) mittels der Recheneinheit (30) wird anhand der Positionen der Abbilder (44) der Markerelemente (12) im Kamerabild (46) die Position der Markerelemente (12) im Kamerakoordinatensystem (K) ermittelt, d) anhand von bekannten geometrischen Beziehungen wird die Position der mit dem Instrument (2) ortskorrelierten Ortsmarke (48) im Kamerakoordinatensystem (K) ermittelt und auf einer Benutzerschnittstelle (32) dargestellt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem in Schritt d) die Ortsmarke (48) ortsrichtig in das Kamerabild (46) eingeblendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem vor Schritt a) ein Röntgenbild (42) einer Behandlungsregion (B) erzeugt wird und in Schritt d) anhand von bekannten geometrischen Beziehungen des Kamerakoordinatensystems (K) sowie Röntgenkoordinatensystems die Ortsmarke (48) ortsrichtig in das Röntgenbild (42) eingeblendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem im Röntgenbild (42) zusätzlich eine Zielmarke (50) für die Ortsmarke (48) eingeblendet wird.

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