DE102018119318A1

DE102018119318A1 - Verfolgen einer zylindrischen Öffnung

Info

Publication number: DE102018119318A1
Application number: DE102018119318.1A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Mikuszeit; Christian Schilling; Olaf Zerres; Georg Brunner; Stefan R. Kirsch; Westley S. Ashe; Mark Robert Schneider; Vladimir F. Kogan
Original assignee: Northern Digital Inc
Current assignee: Northern Digital Inc
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2019-02-14
Also published as: CA3013739A1; CN109381258A; US10779892B2; CN109381258B; US20190046273A1

Abstract

System, das Folgendes umfasst: einen Sensor, der dafür ausgelegt ist, in ein Durchgangsloch eines chirurgischen Implantats eingeführt zu werden, wobei der Sensor dafür ausgelegt ist, in der Nähe eines erzeugten Magnetfelds eingeführt zu werden und eine Verzerrung des Magnetfelds zu bewirken; und eine oder mehrere Feldmessspulen, die ausgelegt sind zum: Messen eines Charakteristikums des Magnetfelds, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet; und Liefern, an eine Rechenvorrichtung, eines das gemessene Charakteristikum des Magnetfelds repräsentierenden Signals, wobei die Rechenvorrichtung dafür ausgelegt ist, eine Position und/oder eine Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs auf Grundlage des gemessenen Charakteristikums des Magnetfelds zu bestimmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Verfolgen einer zylindrischen Öffnung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektromagnetische Verfolgungssysteme bzw. EMT-Systeme (Electromagnetic Tracking - EMT) werden unter anderem dafür verwendet, beim Orten von Instrumenten und bei der Anatomie bei medizinischen Eingriffen, im Umfeld von virtueller Realität (VR) und dem Umfeld von erweiterter Realität bzw. AR-Umfeld (Augmented Reality - AR) zu helfen. Solche Systeme können eine Position eines Sensors auf Grundlage einer gemessenen Verzerrung eines gesendeten Magnetfelds bestimmen.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektromagnetisches Verfolgungssystem bzw. EMT-System kann zum Verfolgen einer Medizinvorrichtung während eines medizinischen Eingriffs verwendet werden. Beispielsweise kann das EMT-System in einem chirurgischen Umfeld verwendet werden zum Verfolgen der Position und/oder der Orientierung eines chirurgischen Implantats, wie etwa eines intramedulären (IM) Nagels während eines chirurgischen Eingriffs. Insbesondere können die Position und/oder die Orientierung von einem oder mehreren Durchgangslöchern des IM-Nagels verfolgt werden, indem die Position und/oder die Orientierung eines innerhalb jedes Durchgangslochs positionierten drahtlosen Sensors verfolgt wird. In manchen Implementationen kann der Sensor eine mit einem Ferrofluidkern gefüllte Schale aufweisen. Magnetische Eigenschaften des Sensors sind dafür ausgelegt, eine Verzerrung in einem erzeugten Magnetfeld zu verursachen und eine Feldmessspule ist dafür ausgelegt, Charakteristika der Verzerrung zu messen und derartige Messungen an eine Rechenvorrichtung zu liefern. Die Rechenvorrichtung kann dann die Position und/oder die Orientierung des Sensors (und z. B. die Position und/oder Orientierung des Durchgangslochs des IM-Nagels) auf Grundlage der empfangenen Messungen bestimmen.
In manchen Implementationen weisen sowohl das Durchgangsloch als auch der Sensor eine zylindrische Gestalt auf und sind von zylindrischer Symmetrie. Somit muss die Roll-Komponente der Orientierung des Sensors nicht verfolgt werden. Daher kann der Sensor ein Sensor mit fünf Freiheitsgraden bzw. 5DoF-Sensor (five degree of freedom - 5DoF) sein, wohingegen weiterhin die präzise Position und Orientierung des Durchgangslochs bestimmt wird, wodurch das Verfolgen vereinfacht wird, was Verwendung kostengünstiger Hardware ermöglicht und die Rechenleistung der Rechenvorrichtung, die zum Bestimmen der Position und Orientierung des Durchgangslochs benötigt wird, minimiert.
In manchen Implementationen kann Positionieren des Sensors innerhalb eines Durchgangslochs eine Reihe von Vorteilen liefern. Während des Implantierens kann der IM-Nagel äußeren Kräften ausgesetzt sein. Solche äußeren Kräfte können natürlicherweise aufgrund von auf den Nagel ausgeübten Belastungen auftreten (z. B. wenn der IM-Nagel in einen Knochen hineingehämmert wird). Solche externen Kräfte können Verbiegen des IM-Nagels bewirken. Das Verbiegen kann Veränderung der Position und Orientierung des Durchgangslochs relativ zu einem Sensor, der nicht innerhalb des Durchgangslochs positioniert ist, bewirken, woraus Positionierungsfehler resultieren. Falls der Sensor innerhalb des Durchgangslochs positioniert ist, werden andererseits Änderungen an Position und Orientierung des Durchgangslochs aufgrund von Deformation des IM-Nagels entsprechend durch den Sensor erfahren.
In manchen Implementationen können einige oder alle der Sensoren von dem IM-Nagel und dem Körper des Patienten entfernt werden, sobald der chirurgische Eingriff abgeschlossen wurde. Beispielsweise kann das Ferrofluid entfernt werden, indem die Schale punktiert wird und das Ferrofluid unter Verwendung eines Permanentmagneten magnetisch aus dem Körper gezogen wird. Die Schale kann dann entfernt werden. Alternativ kann die Schale aus einem biokompatiblen und/oder bioabbaubaren Material hergestellt sein und kann daher in dem Körper des Patienten belassen werden.
Bei einem Aspekt beinhaltet ein System einen Sensor, der dafür ausgelegt ist, in ein Durchgangsloch eines chirurgischen Implantats eingeführt zu werden. Der Sensor ist dafür ausgelegt, in der Nähe zu einem erzeugten Magnetfeld eingeführt zu werden und eine Verzerrung des Magnetfelds zu bewirken. Das System beinhaltet auch eine oder mehrere Feldmessspulen, die dafür ausgelegt sind, ein Charakteristikum des Magnetfelds zu messen, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet. Die eine oder die mehreren Feldmessspulen sind auch dafür ausgelegt, einer Rechenvorrichtung ein Signal zuzuführen, das das gemessene Charakteristikum des Magnetfelds repräsentiert. Die Rechenvorrichtung ist dafür ausgelegt, Position und/oder Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs auf Grundlage des gemessenen Charakteristikums des Magnetfelds zu bestimmen.
Implementationen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten.
In manchen Implementationen ist das chirurgische Implantat ein intramedulärer (IM) Nagel.
In manchen Implementationen ist der IM-Nagel in den Femur eines Patienten eingesetzt.
In manchen Implementationen wird ein Befestigungselement von einem Ort an dem Äußeren eines Beins eines Patienten in das Durchgangsloch eingesetzt. Der Ort an dem Äußeren des Beins des Patienten wird auf Grundlage der Position und/oder einer Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs identifiziert.
In manchen Implementationen weist der Sensor eine zylindrische Gestalt auf.
In manchen Implementationen sind der Sensor und das Durchgangsloch von zylindrischer Symmetrie.
In manchen Implementationen ist ein Durchmesser des Sensors im Wesentlichen gleich einem Durchmesser des Durchgangslochs.
In manchen Implementationen ist der Sensor ein Sensor mit fünf Freiheitsgraden bzw. ein 5DoF-Sensor.
In manchen Implementationen weist der Sensor eine Schale auf, die ein Ferrofluid enthält.
In manchen Implementationen sind die Schale und/oder das Ferrofluid biokompatibel und/oder bioabbaubar.
In manchen Implementationen beinhaltet das Ferrofluid eine Flüssigkeit und/oder ein Pulver.
In manchen Implementationen beinhaltet das Ferrofluid superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs).
In manchen Implementationen beinhalten die SPIONs Magnetit (Fe₃O₄) und/oder Maghemit (γ-Fe₂O₃).
In manchen Implementationen beinhaltet die Schale ein Polymer.
In manchen Implementationen ist das Ferrofluid dafür ausgelegt, von der Schale durch Punktieren der Schale und Einführen einer Magnetkraft in der Nähe der Schale entfernt zu werden.
In manchen Implementationen wird die Schale durch ein Befestigungselement punktiert, das in das Durchgangsloch eingesetzt wird.
In manchen Implementationen ist der Sensor drahtlos.
Bei einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verfahren Einführen eines Sensors in ein Durchgangsloch eines chirurgischen Implantats. Der Sensor ist dafür ausgelegt, in der Nähe zu einem erzeugten Magnetfeld eingeführt zu werden und eine Verzerrung des Magnetfelds zu bewirken. Das Verfahren beinhaltet auch Empfangen, von einer oder mehreren Feldmessspulen, eines Signals, das ein Charakteristikum des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet, repräsentiert. Das Verfahren beinhaltet auch Bestimmen einer Position und/oder einer Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs auf Grundlage des gemessenen Charakteristikums des Magnetfelds.
Implementationen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale beinhalten.
In manchen Implementationen beinhaltet das Verfahren auch Empfangen, von der einen oder den mehreren Feldmessspulen, eines Signals, das ein Charakteristikum des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor nicht in der Nähe des Magnetfelds befindet, repräsentiert.
In manchen Implementationen beinhaltet das Bestimmen der Position und/oder der Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs Vergleichen des Charakteristikums des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor nicht in der Nähe des Magnetfelds befindet, und des Charakteristikums des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet.
Die Details von einer oder mehreren Ausführungsformen des hier beschriebenen Gegenstands werden weiter in den begleitenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile des Gegenstands werden anhand der Beschreibung und der Zeichnungen und anhand der Ansprüche deutlich.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines elektromagnetischen Verfolgungssystems bzw. EMT-Systems, das eine Felderzeugungsspule, eine Feldmessspule und einen Sensor aufweist.
2 zeigt Beispiele für die in dem EMT-System vorhandenen Magnetfelder.
3 zeigt ein Beispiel des Sensors des EMT-Systems, der eine ellipsoide Gestalt aufweist.
4A-C zeigen andere Beispiele für einen Sensor für ein EMT-System.
5A-E zeigen eine Serie von Diagrammen, die veranschaulichen, wie ein intramedulärer (IM) Nagel in einen frakturierten Femur eingesetzt wird.
6 zeigt eine partielle Querschnittsansicht des IM-Nagels von 5A-E.
7 zeigt ein Beispiel des IM-Nagels, in welchem ein Sensor in ein Durchgangsloch des IM-Nagels eingesetzt wird.
8 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems.

Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen zeigen gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein elektromagnetisches Verfolgungssystem bzw. EMT-System kann im medizinischen Umfeld, im Umfeld von virtueller Realität (VR) und dem Umfeld von erweiterter Realität bzw. AR-Umfeld (Augmented Reality - AR) usw. verwendet werden, um eine Vorrichtung zu verfolgen. Beispielsweise kann das EMT-System in einem chirurgischen Umfeld zum Verfolgen medizinischer Ausrüstung, von Roboterarmen usw. verwendet werden, wodurch ermöglicht wird, dass dreidimensionale Ortung und die Orientierung der Vorrichtung einem Medizinprofi (z. B. ein Chirurg) während eines medizinischen Eingriffs zur Kenntnis gebracht werden. Solch ein elektromagnetisches Verfolgen innerhalb des Körpers eines Patienten kann für Führungszwecke in bildgeführten Eingriffen verwendet werden und kann in manchen Fällen ermöglichen, dass weniger Vertrauen in andere bildgebende Modalitäten gesetzt werden muss, wie etwa Fluoroskopie, welche den Patienten einem Gesundheitsrisiko durch ionisierende Strahlung aussetzen kann.
1 und 2 präsentieren ein Ausführungsbeispiel eines EMT-Systems 100, welches für bildgeführte medizinische Eingriffe an einem Patienten 102 verwendet werden kann. Das System kann Abzielen auf ein/eine anatomisches Organ, Struktur oder Gefäß für Zwecke von Visualisierung, Diagnose, Intervention usw. erlauben. Im Allgemeinen beinhaltet das System 100 eine oder mehrere Felderzeugungsspulen 104, die ausgelegt sein können zum Erzeugen eines Magnetfelds 112 (H_ext). Das System 100 beinhaltet ebenfalls eine oder mehrere Feldmessspulen 106, die ausgelegt sind zum Messen von Charakteristika des Magnetfelds 112. Wenn ein magnetische Eigenschaften aufweisendes Objekt in das System 100 eingeführt wird (z. B. in der Nähe der Felderzeugungsspulen 104 und/oder der Feldmessspulen 106), wird das Magnetfeld 112 verzerrt. Die Feldmessspulen 106 sind ausgelegt zum Messen von Charakteristika solcher Verzerrungen und zum Liefern der Messungen an eine Rechenvorrichtung 110. Die Rechenvorrichtung 110 ist ausgelegt zum Bestimmen, auf Grundlage der Messungen, von Informationen, die das Objekt betreffen (z. B. Positions- und/oder Orientierungsinformationen).
Das Objekt, das in das System 100 eingeführt wird, kann beispielsweise ein Sensor 108 sein, wie etwa ein drahtloser Sensor 108. Der Sensor 108 beinhaltet ein Ferrofluid (304 von 3), das eine oder mehrere magnetische Eigenschaften aufweisen kann. Insbesondere ist das Ferrofluid 304 ein Fluid, das bei Anwesenheit eines Magnetfelds (z. B. des Magnetfelds 112) magnetisiert wird. Wenn sich der Sensor 108 in der Nähe des Magnetfelds 112 befindet, verursacht der Sensor 108 somit eine Verzerrung des Magnetfelds 112. Mit anderen Worten wechselwirkt der Sensor 108 mit dem durch die Felderzeugungsspulen 104 erzeugten Magnetfeld 112, um ein verzerrtes Magnetfeld 114 (H_int) zu erzeugen. Ein induziertes Moment 116 (η_ind) wird ebenfalls in dem Sensor 108 geschaffen. Die Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 können der Position (z. B. x-,y-, z-Koordinaten) und Orientierung (Azimut- (ψ), Höhen- (0), Roll- (φ) Winkeln) des Sensors 108 entsprechen. Daher können die Feldmessspulen 106 die Charakteristika des Magnetfelds messen (z. B. des Magnetfelds 112, wenn der Sensor 108 nicht anwesend ist, und/oder des verzerrten Magnetfelds 114, wenn der Sensor 108 anwesend ist), ein die gemessenen Charakteristika repräsentierendes Signal an die Rechenvorrichtung 110 liefern und die Rechenvorrichtung 110 kann auf Grundlage der Messungen die Position und/oder die Orientierung des Sensors 108 bestimmen. Auf diese Weise kann der Sensor 108 als ein Sensor mit sechs Freiheitsgraden bzw. 6DoF-Sensor wirken, der ausgelegt ist zum Ermöglichen einer Messung von Positions- und Orientierungsinformationen, die sich auf Vor-/Rückposition, Oben-/Untenposition, Links-/Rechtsposition, Azimut, Höhe und Rollen beziehen.
Wie in 1 veranschaulicht, können die Felderzeugungsspulen 104 (z. B. manchmal als Feldspulen bezeichnet) und die Feldmessspulen 106 (z. B. manchmal als Aufnehmerspulen bezeichnet) mit der Rechenvorrichtung 110 über eine drahtgebundene Verbindung verbunden sein, obgleich drahtlose Verbindungen ebenfalls möglich sind. Der Standort der Felderzeugungsspulen 104 und der Standort der Feldmessspulen 106 können der Rechenvorrichtung 110 bekannt sein (z. B. in Form der x-, y- und z-Koordinaten relativ zu der Rechenvorrichtung 110). Die Feldmessspulen 106 können eine oder mehrere Charakteristika des durch die Felderzeugungsspulen 104 erzeugten Magnetfelds 112 messen, ohne dass der Sensor anwesend ist, um beispielsweise eine Grundmagnetfeldmessung zu erhalten. Ein die gemessenen Charakteristika repräsentierendes Signal kann der Rechenvorrichtung 110 zugeführt werden.
In manchen Implementationen können die Felderzeugungsspulen 104 bei einem chirurgischen Bohrer, bei einem Operationstisch (z. B. in den Operationstisch integriert) positioniert sein und/oder können irgendwo bei/nahe dem Patienten 102 platziert sein. Die Feldmessspulen 106 können an einem von den Felderzeugungsspulen 104 abgesetzten Ort positioniert sein (z. B. an einem von dem Ort der Felderzeugungsspulen 104 abweichenden Ort). In manchen Implementationen können die Feldmessspulen 106 bei dem chirurgischen Bohrer, bei dem Operationstisch positioniert sein und/oder können irgendwo bei/nahe dem Patienten 102 platziert sein. In manchen Implementationen können die Felderzeugungsspulen 104 oder die Feldmessspulen 106 in einem Ring integriert sein, der um ein Bein des Patienten 102 herum platziert ist.
In manchen Implementationen kann ein Sensor-Array verwendet werden zum Verfolgen des Ortes, an welchem die Felderzeugungsspulen 104 positioniert sind. Beispielsweise kann ein Sensor-Array (z. B. ein Repeater) an einem von den Felderzeugungsspulen 104 abgesetzten Ort positioniert sein, um den Standort der Felderzeugungsspulen 104 (und z. B. des chirurgischen Bohrers) zu verfolgen. In manchen Implementationen, wie Implementationen, in welchen das EMT-System 100 relativ überbestimmt ist (wenn es z. B. eine relativ große Anzahl von Felderzeugungsspulen 104 und Feldmessspulen 106 aufweist, wie z. B. acht oder mehr Spulen), kann eine Lösung für die relativen Positionen der Felderzeugungsspulen 104, der Feldmessspulen 106 und des Sensor-Arrays numerisch bestimmt werden. In solchen Implementationen kann das Sensor-Array auch bei einem chirurgischen Bohrer positioniert sein, so dass die Felderzeugungsspulen 104 und das Sensor-Array relativ zueinander eine feste Position aufweisen.
Der Sensor 108 kann in der Nähe zu dem Magnetfeld 112 auf drahtlose Weise eingeführt werden (z. B. derart, dass der Sensor 108 nicht physisch mit der Rechenvorrichtung 110 verbunden ist). Der Sensor 108 kann beispielsweise in eine Medizinvorrichtung integriert sein, die während eines medizinischen Eingriffs verfolgt werden soll. Das Ferrofluid 304 des Sensors 108 (und z. B. jegliche anderen magnetischen und/oder metallischen Anteile des Sensors 108) bewirkt, dass das durch die Felderzeugungsspulen 104 erzeugte Magnetfeld 112 verzerrt wird. Das heißt, dass die magnetischen Eigenschaften des Sensors 108 bewirken, dass das Magnetfeld 112 nahe dem Sensor 108 verzerrt wird. Eine solche Änderung und/oder Verzerrung wird durch das verzerrte Magnetfeld 114 veranschaulicht. Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 hängen von der Position und der Orientierung des Sensors 108 ab. Wenn sich der Sensor 108 beispielsweise an einer ersten Position befindet, kann das verzerrte Magnetfeld 114 eine erste Gestalt und/oder Intensität aufweisen; wenn sich der Sensor 108 an einer zweiten Position befindet, kann das verzerrte Magnetfeld 114 eine zweite Gestalt und/oder Intensität aufweisen; wenn sich der Sensor 108 an der zweiten Position befindet, aber eine andere Orientierung aufweist, kann das verzerrte Magnetfeld 114 eine dritte Gestalt und/oder Intensität aufweisen, usw. Die Feldmessspulen 106 sind ausgelegt zum Messen einer oder mehrerer Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 (z. B. Charakteristika, die der Gestalt und/oder der Intensität des Magnetfelds entsprechen) und zum Liefern eines die gemessenen Charakteristika repräsentierenden Signals an die Rechenvorrichtung 110. Das eine oder die mehreren Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 können unter anderem Charakteristika wie etwa Feldstärke beinhalten. In manchen Implementationen wird die auf die Feldmessspulen 106 projizierte Feldstärke (d. h. die eine Feldkomponente eines 3D-Feldvektors in dem lokalen Spulenkoordinatensystem) gemessen. In manchen Implementationen kann eine vollständige 3D-Kenntnis aus den Messungen der Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 erhalten werden.
Die Rechenvorrichtung 110 ist dafür ausgelegt, Position und/oder Orientierung des Sensors 108 auf Grundlage des empfangenen, die gemessenen Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 repräsentierenden Signals zu bestimmen. In manchen Beispielen kann die Rechenvorrichtung 110 die Position und/oder Orientierung des Sensors 108 relativ zu der Position und/oder Orientierung der Rechenvorrichtung 110, der Position und/oder Orientierung der Felderzeugungsspulen 104, der Position und/oder Orientierung der Feldmessspulen 106, usw. bestimmen. In manchen Implementationen kann die Rechenvorrichtung 110 die Position und/oder Orientierung des Sensors 108 durch Vergleichen gemessener Charakteristika des Magnetfelds 112 (wenn z. B. der Sensor 108 nicht anwesend ist) mit gemessenen Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 (wenn z. B. der Sensor 108 anwesend ist) bestimmen. Ein oder mehrere Algorithmen oder mathematische Formeln können zum Bestimmen der Position und/oder Orientierung des Sensors 108 verwendet werden. In manchen Implementationen kann der Algorithmus eine erste Annäherung berücksichtigen, bei welcher ein ungestörtes Feld bekannt ist und als ein Dipol angenommen wird. Die Position und Orientierung des Dipols können unter Verwendung eines oder mehrerer EM-Verfolgungsverfahren bestimmt werden. Die Position des Dipols kann dann unter Berücksichtigung der Orientierung der Magnetisierung des Ferrofluids 304 des Sensors 108, welche durch die Orientierung des äußeren Magnetfelds 112 vorgegeben wird, verfeinert werden. In manchen Implementationen wird sich, aufgrund der nicht-sphärischen Gestalt des Sensors 108, das Dipolmoment nicht nur mit der Stärke sondern auch mit der Orientierung des äußeren Magnetfelds 112, welches Zugang zu der Orientierung des Sensors 108 gibt, ändern.
3 zeigt ein Beispiel des Sensors 108 von 1 und 2. Der Sensor 108 weist eine Schale 302 auf, die ein Ferrofluid 304 enthält. In dem veranschaulichten Beispiel weist der Sensor 108 eine ellipsoide Gestalt auf, die durch drei Achsen definiert ist: eine α-Achse 310, eine b-Achse 320 und eine c-Achse 330. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Achsen von ungleicher Länge. Das heißt, dass die α-Achse 310 eine Länge aufweist, die ungleich einer Länge der b-Achse 320 ist, und die c-Achse 330 eine Länge aufweist, die ungleich einer Länge von entweder der α-Achse 310 oder der b-Achse 320 ist. Eine derartige Ausgestaltung gewährleistet, dass 6DoF-Verfolgen durch den Sensor 108 bereitgestellt werden kann. Beispielsweise können die exakte Position und Orientierung des Sensors 108 unzweideutig festgestellt werden, da die drei Achsen von ungleicher Länge sind. Falls beispielsweise die b-Achse 320 dieselbe Länge wie die c-Achse 330 aufwiese, wäre die Azimut(ψ)-Orientierungskomponente möglicherweise nicht messbar. In manchen Implementationen kann sich die Beziehung zwischen den Abmessungen des Sensors 108 von den in 3 gezeigten unterscheiden (z. B. in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung).
Das Ferrofluid 304 kann jegliches Material beinhalten, das magnetische Eigenschaften aufweist, die ein erzeugtes Magnetfeld beeinflussen können. In manchen Implementationen beinhaltet das Ferrofluid 304 eine Flüssigkeit und/oder ein Pulver. In manchen Implementationen beinhaltet das Ferrofluid 304 Eisenoxidpartikel, wie etwa superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs). Die SPIONs können Magnetit (Fe₃O₄), Maghemit (γ-Fe₂O₃) usw. beinhalten. In manchen Implementationen können die SPIONs Durchmesser von zwischen etwa 1 und 100 Nanometer aufweisen.
In manchen Implementationen sind die Schale 302 und/oder das Ferrofluid 304 biokompatibel und/oder bioabbaubar. Die Schale 302 und/oder das Ferrofluid 304 können beispielsweise aus einem Material hergestellt sein, das für lebendes Gewebe unschädlich ist. In manchen Implementationen ist die Schale 302 aus einem Polymer und/oder einem Wachs hergestellt, die sowohl biokompatibel als auch bioabbaubar sind. Auf diese Weise kann die Schale 302 im Körper eines Patienten zurückgelassen werden, um sich ohne Schädigung des Patienten zu zersetzen.
In manchen Implementationen kann der Sensor 108 dafür ausgelegt sein, in einen Körper eines Patienten eingeführt zu werden. Beispielsweise kann der Sensor 108 in ein chirurgisches Werkzeug (z. B. einen Bohrer, ein Skalpell usw.) integriert sein, das während eines medizinischen Eingriffs verwendet werden soll. In manchen Implementationen kann der Sensor 108 in ein chirurgisches Implantat (z. B. einen intramedulären (IM) Nagel) integriert sein, das in den Körper des Patienten eingeführt werden soll. Insbesondere kann der Sensor 108 innerhalb einer Öffnung (z. B. eines Schraublochs) des IM-Nagels positioniert sein, so dass die Position und/oder Orientierung der Öffnung verfolgt werden kann, nachdem der IM-Nagel innerhalb des Körpers des Patienten platziert wurde (z. B. nachdem der IM-Nagel in einen Knochen des Patienten eingesetzt wurde). Durch Verfolgen der Position und Orientierung des Sensors 108 kann beispielsweise eine medizinische Fachperson einen Ort außen an dem Körper des Patienten bestimmen, von welchem aus eine Schraube eingesetzt werden sollte, um mit dem Schraubloch zu fluchten und das Implantat gegenüber dem Knochen sicher zu platzieren.
In manchen Implementationen kann der Sensor 108 dafür ausgelegt sein, innerhalb des Körpers des Patienten an Orten positioniert zu werden, die schwer zugänglich sind. Beispielsweise kann der Sensor 108 an Orten positioniert werden, die nahe an empfindlicher Anatomie des Patienten liegen (z. B. Anatomie, die, falls beschädigt, zur Gefährdung des Patienten führen könnte), wie etwa in Blutgefäßen (z. B. in dem Blutstrom), in einem Tumor usw.
In manchen Implementationen kann der Sensor 108 flexibel sein (kann z. B. begrenzte Starrheit aufweisen). Durch Bereitstellen eines flexiblen Sensors 108 kann potentielle Beschädigung der Anatomie des Patienten während Einsetzens minimiert oder eliminiert werden. In manchen Implementationen kann der Sensor 108 in mehreren Schritten in den Körper des Patienten eingeführt werden. Beispielsweise kann die Schale 302 zunächst in den Körper des Patienten eingeführt werden und das Ferrofluid 304 kann dann in den Körper des Patienten eingeführt werden. Auf diese Weise kann die Schale 302 in einem Gebiet des Körpers des Patienten eingesetzt werden, das schwer zugänglich ist (z. B. aufgrund der verringerten Abmessungen der ungefüllten Schale 302), und das Ferrofluid 304 kann dann danach in die Schale 302 injiziert werden. Gleichermaßen kann der Sensor 108 in mehreren Schritten aus dem Körper des Patienten entfernt werden. Beispielsweise kann die Schale 302 auf einen medizinischen Eingriff folgend punktiert und das Ferrofluid 304 entfernt werden. In manchen Implementationen wird das Ferrofluid 304 durch Punktieren der Schale 302 und Einleiten einer magnetischen Kraft (z. B. eines Permanentmagnets) in der Nähe der punktierten Schale 302 entfernt. Die Schale 302 kann nach Entfernung des Ferrofluids 304 aus dem Körper des Patienten entfernt werden. In manchen Implementationen (z. B. Implementationen, in welchen die Schale 302 biokompatibel und/oder bioabbaubar ist) kann die Schale 302 in dem Körper des Patienten zurückgelassen werden.
In manchen Implementationen sind die Eigenschaften des Sensors 108 derart, dass die magnetischen Eigenschaften des Sensors 108 unverändert bleiben (oder z. B. weitestgehend unverändert), wenn mechanische Belastung auf den Sensor 108 ausgeübt wird, weil das Ferrofluid 204 zum Beispiel keiner Dehnung oder Spannung unterliegt, die typischerweise in einem Festkörper-Ferromagneten aufträte (da es z. B. ein Fluid ist). Das Ferrofluid 204 kann beispielsweise weitestgehend seine magnetischen Eigenschaften beibehalten, wenn der Sensor 108 mechanischer Belastung ausgesetzt wird. Auf diese Weise kann der Sensor 108 auf eine definierte und vorhersagbare Weise eine Verzerrung des Magnetfelds 112 verursachen und ermöglichen, dass die Feldmessspulen 106 Charakteristika des verzerrten Magnetfelds 114 messen können, die eine genaue Anzeige der Position und/oder der Orientierung des Sensors 108 ermöglichen. Solche genauen Messungen können selbst dann geliefert werden, wenn der Sensor 108, als Ergebnis davon, in den Körper des Patienten eingesetzt zu sein, unter Belastung gesetzt ist.
Obgleich der Sensor 108 weitestgehend als eine ellipsoide Gestalt aufweisend dargestellt wurde, sind andere Gestalten möglich. 4A-C zeigen Beispiele für andere Sensoren, die verschiedene Gestalten aufweisen. Wie in 4A gezeigt ist, kann ein Sensor 410 für Verwendung in dem EMT-System 100 in manchen Implementationen eine zylindrische Gestalt aufweisen. Wie in 4B gezeigt ist, kann ein Sensor 420 für Verwendung in dem EMT-System 100 in manchen Implementationen eine Pillengestalt aufweisen (z. B. ein Zylinder mit Halbsphären an dem oberen und dem unteren Ende). Wie in 4C gezeigt ist, kann ein Sensor 430 für Verwendung in dem EMT-System 100 in manchen Implementationen eine würfelförmige Gestalt aufweisen, wie etwa ein Würfel oder ein rechteckiges Prisma. Die Sensoren 410, 420, 430 können beliebige einer Anzahl von Abmessungen aufweisen. Beispielsweise können, wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, die Achsen, die jeden der Sensoren 410, 420, 430 definieren (z. B. die a-Achse, die b-Achse und die c-Achse) verschiedene Längen aufweisen, die ungleich sind. In manchen Implementationen können eine oder mehrere der Achsen Längen aufweisen, die gleich den Längen von einer oder mehreren der andere Achsen sind.
Die eine oder die mehreren Felderzeugungsspulen 104 (z. B. manchmal auch als ein Sender bezeichnet) können eine einzelne Felderzeugungsspule oder ein Array von Felderzeugungsspulen beinhalten. Gleichermaßen können die eine oder die mehreren Feldmessspulen 106 (z. B. manchmal auch als ein Empfänger bezeichnet) eine einzelne Feldmessspule oder ein Array von Feldmessspulen beinhalten. Wenn ein Array aus Spulen für die eine oder die mehreren Felderzeugungsspulen 106 verwendet wird, kann jede Spule sequentiell mit Energie beaufschlagt werden, wobei jede Spule ihr eigenes Magnetfeld erzeugt und eine andere Antwort in dem Sensor 108 hervorruft. Wenn ein Array aus Spulen für die eine oder die mehreren Feldmessspulen 108 verwendet wird, kann jede Spule während der Zeit, zu der jede Felderzeugungsspule 106 mit Energie beaufschlagt wird, sequentiell mit Energie beaufschlagt werden, wobei jede Spule Charakteristika des resultierenden Magnetfelds misst (z. B. des Magnetfelds 112 und/oder des verzerrten Magnetfelds 114).
In manchen Implementationen können eine oder mehrere der Felderzeugungsspulen 106 für Messzwecke verwendet werden und eine oder mehrere der Feldmessspulen 108 können für Felderzeugungszwecke verwendet werden. Mit anderen Worten können eine oder mehrere der Felderzeugungsspulen 106 als Feldmessspulen 108 wirken und/oder eine oder mehrere der Feldmessspulen 108 können als Felderzeugungsspulen 106 wirken. Die Felderzeugungsspulen 106 und die Feldmessspulen 108 können eine Ausgestaltung und Struktur aufweisen, die eine derartige Wechselnutzung ermöglichen.
In manchen Implementationen kann das EMT-System 100, einschließlich der hier beschriebenen drahtlosen Sensoren 108, 410, 420, 430, verwendet werden zum Verfolgen eines chirurgischen Implantats, wie etwa eines intramedulären (IM) Nagels während eines chirurgischen Eingriffs. Ein IM-Nagel (auch als ein IM-Stab bekannt) ist ein Metallstab, der in die meduläre Kavität eines Knochens getrieben wird, um Frakturen und/oder Brüche von langen Knochen des Körpers zu behandeln.
5A-E zeigen eine Serie von Diagrammen, die veranschaulichen, wie ein IM-Nagel in einen frakturierten Femur eingesetzt wird. Eine obere Hälfte des Femurs 502a kann von einer unteren Hälfte des Femurs 502b separiert werden (5A). Ein Loch kann in der Längsrichtung von einer oberen Oberfläche der oberen Hälfte des Femurs 502a, durch die obere Hälfte des Femurs 502a, durch eine obere Oberfläche der unteren Hälfte des Femurs 502b und durch die untere Hälfte des Femurs 502b gebohrt werden (5B). Ein IM-Nagel 504 kann dann durch das gebohrte Loch in den Femur 502 eingesetzt werden (5C). Befestigungselemente 506 können durch das Bein des Patienten, durch den Femur 502 und in den IM-Nagel 504 eingesetzt werden (5D), wodurch der IM-Nagel 504 am Platz gesichert wird (5E).
6 zeigt eine partielle Querschnittsansicht des IM-Nagels 504. Der IM-Nagel beinhaltet mehrere Durchgangslöcher 602, wobei jedes dafür ausgelegt ist, eines der Befestigungselemente 506 aufzunehmen. In manchen Implementationen sind die Befestigungselemente 506 Schrauben, die dafür ausgelegt sind, den IM-Nagel 504 an dem Femur 502 zu befestigen. Sobald der IM-Nagel 504 in den Femur 502 eingesetzt ist (z. B. durch Einhämmern des IM-Nagels 504 zum Setzen innerhalb des Bohrlochs), können die Orte der Durchgangslöcher 602 schwer zu bestimmen sein. In manchen Implementationen können die Orte der Durchgangslöcher 602 unter Verwendung von Bildgebungstechniken bestimmt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Röntgenbilder des IM-Nagels 504 und der Durchgangslöcher 602 aufgenommen werden, entweder vereinzelt oder kontinuierlich, um den exakten Ort der Durchgangslöcher 602 zu bestimmen. Die Befestigungselemente 506 können dann von außerhalb des Beins des Patienten in die Durchgangslöcher 602 eingesetzt werden. Allerdings kann übermäßiges Bebildern für den Patienten schädlich sein und daher nicht bevorzugt werden.
In manchen Implementationen kann der IM-Nagel 504 im Wesentlichen hohl sein, so dass der IM-Nagel 504 einen oder mehrere Sensoren beherbergen kann. Beispielsweise kann ein Sensor 604 (z. B. wie etwa die oben beschriebenen Sensoren 108, 410, 420, 430) innerhalb einer hohlen Kavität 606 des IM-Nagels 504 nahe an jedem der Durchgangslöcher 602 positioniert sein. Der Sensor 604 kann ein Sensor mit sechs Freiheitsgraden bzw. 6DoF-Sensor sein, der ausgelegt ist zum Ermöglichen einer Messung von Positions- und Orientierungsinformationen, die sich auf Vor-/Rückposition, Oben-/Untenposition, Links-/Rechtsposition, Azimut, Höhe und Rollen beziehen. Bevor der IM-Nagel 504 in den Femur 502 eingesetzt wird, kann der Sensor 604 innerhalb der Kavität 606 des IM-Nagels 504 an einem bekannten Ort relativ zu dem Durchgangsloch 602 positioniert werden. Der Sensor 604 kann unter Verwendung des oben unter Bezug auf 1 beschriebenen EMT-Systems 100 verfolgt werden. Da die Position und Orientierung des Sensors 604 verfolgt wird, kann daher auch die relative Position und Orientierung des Durchgangslochs 602 festgestellt werden.
In manchen Implementationen kann, statt den Sensor 604 innerhalb der Kavität 606 des IM-Nagels 504 nahe an dem Durchgangsloch 602 zu positionieren, ein Sensor in dem Durchgangsloch 602 selbst eingesetzt werden. 7 zeigt ein Beispiel, in welchem ein Sensor 704 in dem Durchgangsloch 602 des IM-Nagels 504 positioniert ist. Unter Verwendung der veranschaulichten Anordnung kann die Position und Orientierung des Durchgangslochs 602 direkt durch Verfolgen der Position und Orientierung des Sensors 704 verfolgt werden (z. B. statt sich auf eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Ort des Sensors 604 und dem Ort des Durchgangslochs 602 zu verlassen).
In dem veranschaulichten Beispiel weist der Sensor 704 eine zylindrische Gestalt auf (z. B. wie der Sensor 410 von 4A). Solch eine zylindrische Gestalt kann für den Sensor 704 wünschenswert sein, weil das Durchgangsloch 602 als zylindrisch bekannt sein kann. Die Rollkomponente der Orientierung des Sensors 704 kann vernachlässigt werden, da der Sensor 704 und das Durchgangsloch 602 zylindrische Symmetrie aufweisen. In manchen Implementationen sind eine oder mehrere Abmessungen des Durchgangslochs 602 und eine oder mehrere Abmessungen des Sensors 704, wie etwa die jeweiligen Durchmesser, im Wesentlichen gleich. Daher kann der Sensor 704 in diesem Beispiel ein Sensor mit fünf Freiheitsgraden bzw. 5DoF-Sensor sein, der ausgelegt ist zum Ermöglichen einer Messung von Positions- und Orientierungsinformationen, die sich auf Vor-/Rückposition, Oben-/Untenposition, Links-/Rechtsposition, Azimut und Höhe beziehen (z. B. aber nicht Rollen). Das Verfolgen kann daher vereinfacht werden, kostengünstigere Hardware kann verwendet werden und die Rechenleistung zum Verfolgen des Sensors 704 kann minimiert werden. Ferner kann der Ort des Durchgangslochs 602 mit einem höheren Grad an Sicherheit und/oder Genauigkeit bestimmt werden.
Die Verwendung eines drahtlosen Sensors 704 für chirurgische Eingriffe mit IM-Nägeln kann eine Reihe von Vorteilen liefern. Bei chirurgischen Eingriffen mit IM-Nägeln verwendete Sensoren sind beispielsweise typischerweise drahtgebundene Sensoren, die erfordern, dass Drähte durch die Kavität des IM-Nagels zu einem Rechensystem verlaufen. Solche Drähte machen es schwer, den Sensor nach dem Eingriff zu entfernen. In manchen Implementationen kann der hier beschriebene Sensor 704, wie oben beschrieben, biokompatibel und/oder bioabbaubar sein. Beispielsweise können eine Schale des Sensors 704 und/oder ein Ferrofluidkern des Sensors 704 beispielsweise aus einem Material hergestellt sein, das für lebendes Gewebe unschädlich ist. Daher können auf den chirurgischen Eingriff mit IM-Nagel folgend und sobald das Befestigungselement 506 in das Durchgangsloch 602 von außerhalb des Beins des Patienten eingesetzt wurde, die Überreste des Sensors 704 in dem Patienten zurückgelassen werden, um sicher abgebaut zu werden. Alternativ kann manches oder alles des Sensors 704 aus dem Durchgangsloch 602 und dem Körper des Patienten entfernt werden, indem eine Magnetkraft (z. B. ein Permanentmagnet) in der Nähe des Sensors 704 eingeführt wird. Beispielsweise kann in Implementationen, in welchen der Sensor 704 eine Schale und einen Ferrofluidkern aufweist, die Schale des Sensors 704 punktiert werden, wenn das Befestigungselement 506 in das Durchgangsloch 602 eingesetzt wird, wo sich der Sensor 704 befindet. Ein Permanentmagnet kann in der Nähe zum Durchgangsloch 602 angewandt werden, um das Ferrofluid aus dem Patienten herauszuziehen, wohingegen die biokompatible und/oder bioabbaubare Schale zurückgelassen wird.
In manchen Implementationen kann Positionieren des drahtlosen Sensors 704 innerhalb des Durchgangslochs 602 eine Reihe von Vorteilen liefern. Während des Implantierens kann der IM-Nagel 504 äußeren Kräften ausgesetzt sein. Solche äußeren Kräfte können natürlicherweise aufgrund von auf den IM-Nagel 504 ausgeübten Belastungen auftreten (z. B. wenn der IM-Nagel 504 in einen Knochen hineingehämmert wird). Solche externen Kräfte können Verbiegen des IM-Nagels 504 bewirken. Das Verbiegen kann Veränderung der Position und Orientierung des Durchgangslochs 602 relativ zu einem Sensor, der nicht innerhalb des Durchgangslochs 602 positioniert ist, bewirken, woraus Positionierungsfehler resultieren. Falls der drahtlose Sensor 704 innerhalb des Durchgangslochs 602 positioniert ist, werden andererseits Änderungen an Position und Orientierung des Durchgangslochs 602 aufgrund von Deformation des IM-Nagels 504 entsprechend durch den drahtlosen Sensor 704 erfahren.
In manchen Implementationen kann eine Spiegelsymmetrie in dem EMT-System 100 minimiert und/oder eliminiert werden, indem eine Technik eingesetzt wird, die empirisches Wissen verwendet (z. B. eine Vorgeschichte bekannter Positionen und/oder Orientierungen des Sensors).
Das oben beschriebene EMT-System 100 kann unter Verwendung von auf einem computerlesbaren Medium befindlicher Software zur Ausführung auf einem Computer implementiert werden (z. B. der Rechenvorrichtung 110 von 1). Beispielsweise kann die Software Prozeduren in einem oder mehreren Computerprogrammen ausbilden, die auf einem oder mehreren programmierten oder programmierbaren Computersystemen (welche von verschiedenen Architekturen sein können) laufen.
8 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Computersystems 800. Die Rechenvorrichtung 110 von 1 kann ein Beispiel des hier beschriebenen Computersystems 800 sein. Das System 800 kann einen Prozessor 810, einen Arbeitsspeicher 820, eine Speichervorrichtung 830 und eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 840 aufweisen. Jede der Komponenten 810, 820, 830 und 840 kann beispielsweise unter Verwendung eines Systembusses 850 verschaltet sein. Der Prozessor 810 ist fähig zum Verarbeiten von Anweisungen zur Ausführung innerhalb des Systems 800. Der Prozessor 810 kann ein Single-Thread-Prozessor, ein Multi-Thread-Prozessor oder ein Quantencomputer sein. Der Prozessor 810 ist fähig zum Verarbeiten von in dem Arbeitsspeicher 820 oder auf der Speichervorrichtung 830 gespeicherten Anweisungen. Der Prozessor 810 kann Operationen ausführen, wie etwa das EMT-System 100 zu veranlassen, die Position und/oder Orientierung des Sensors 108 zu bestimmen.
Der Arbeitsspeicher 820 speichert Informationen innerhalb des Systems 800. In manchen Implementationen ist der Arbeitsspeicher 820 ein computerlesbares Medium. Der Arbeitsspeicher 820 kann beispielsweise eine flüchtige Arbeitsspeichereinheit oder eine nichtflüchtige Arbeitsspeichereinheit sein.
Die Speichervorrichtung 830 ist fähig zum Bereitstellen eines Massenspeichers für das System 800. In manchen Implementationen ist die Speichervorrichtung 830 ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium. Die Speichervorrichtung 830 kann beispielsweise eine Festplattenvorrichtung, eine optische Plattenvorrichtung, ein Festkörperlaufwerk, ein Flash-Laufwerk, ein Magnetband oder manche sonstige Speichervorrichtung mit großer Kapazität beinhalten. Die Speichervorrichtung 830 kann alternativ eine Cloud-Speichervorrichtung, z. B. eine logische Speichervorrichtung, sein, die mehrere physische über ein Netzwerk verteilte und unter Verwendung eines Netzwerks zugreifbare Speichervorrichtungen aufweist. In manchen Implementationen können die in dem Arbeitsspeicher 820 gespeicherten Informationen auch oder anstelle von auf der Speichervorrichtung 830 gespeichert sein.
Die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 840 stellt Eingabe-/Ausgabeoperationen für das System 800 bereit. In manchen Implementationen beinhaltet die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 840 ein oder mehrere von einer Netzwerkschnittstellenvorrichtung (z. B. eine Ethernet-Karte), einer seriellen Kommunikationsvorrichtung (z. B. einen RS-232 10 Port) und/oder einer drahtlosen Schnittstellenvorrichtung (z. B. eine kurzreichweitige drahtlose Kommunikationsvorrichtung, eine 802.11-Karte, ein 3G-Drahtlosmodem oder ein 4G-Drahtlosmodem). In manchen Implementationen beinhaltet die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 840 Treibervorrichtungen, die ausgelegt sind zum Empfangen von Eingabedaten und zum Senden von Ausgabedaten an andere Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, z. B. eine Tastatur, einen Drucker und Anzeigevorrichtungen. In manchen Implementationen werden Mobilrechenvorrichtungen, Mobilkommunikationsvorrichtungen und andere Vorrichtungen verwendet.
In manchen Implementationen ist das System 800 ein Mikrocontroller. Ein Mikrocontroller ist eine Vorrichtung, die mehrere Elemente eines Computersystems in einem einzigen Elektonikpackage enthält. Das einzige Elektronikpackage könnte den Prozessor 810, den Arbeitsspeicher 820, die Speichervorrichtung 830 und Eingabe-/Ausgabevorrichtungen 840 enthalten.
Obgleich in 8 ein Beispielcomputersystem beschrieben wurde, können oben beschriebene Implementationen des Erfindungsgegenstands und der funktionalen Operationen in anderen Arten digitaler Elektronikschaltungen oder in Computer-Software, -Firmware oder -Hardware implementiert werden, einschließlich der in dieser Patentschrift offenbarten Strukturen und deren strukturellen Äquivalenten oder in Kombinationen von einem oder mehreren von diesen. Implementationen des in dieser Patentschrift beschriebenen Erfindungsgegenstands können als ein oder mehrere Computerprogrammprodukte implementiert werden, d. h. ein oder mehrere Module aus Computerprogrammanweisungen, codiert auf einem greifbaren Programmträger, beispielsweise einem computerlesbaren Medium, zur Ausführung durch oder zum Steuern des Betriebs eines Verarbeitungssystems. Das computerlesbare Medium kann eine maschinenlesbare Speichervorrichtung, ein maschinenlesbares Speichersubstrat, eine Arbeitsspeichervorrichtung, eine ein maschinenlesbares propagiertes Signal bewirkende Materiezusammenballung oder eine Kombination von einem oder mehreren davon sein.
Der Begriff „Computersystem“ kann alle Einrichtungen, Vorrichtungen und Maschinen zur Datenverarbeitung einschließen, einschließlich auf beispielhaftem Wege einen programmierbaren Prozessor, einen Computer oder mehrere Prozessoren oder Computer. Ein Verarbeitungssystem kann zusätzlich zu Hardware Code beinhalten, der eine Ausführungsumgebung für das bewusste Computerprogramm schafft, z. B. Code, der Prozessor-Firmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankmanagementsystem, ein Betriebssystem oder eine Kombination von einem oder mehreren davon begründet.
Ein Computerprogramm (auch als ein Programm, Software, Softwareanwendung, Script, ausführbare Logik oder Code bekannt) kann in jeglicher Form einer Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich übersetzter oder interpretierter Sprachen oder deklarativer oder prozeduraler Sprachen, und es kann in beliebiger Form eingesetzt werden, einschließlich als ein eigenständiges Programm oder als ein Modul, eine Komponente, eine Unterroutine oder eine andere für Verwendung in einer Rechenumgebung geeignete Einheit. Ein Computerprogramm entspricht nicht notwendigerweise einer Datei in einem Dateisystem. Ein Programm kann in einem Teil einer Datei, die andere Programme oder Daten führt (z. B. ein oder mehrere in einem Markup-Language-Dokument gespeicherte Skripts), in einer dem bewussten Programm zugewidmeten Einzeldatei oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, die ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Codeteile speichern) gespeichert sein. Ein Computerprogramm kann eingesetzt werden, um auf einem Computer oder mehreren Computern ausgeführt zu werden, die sich vor Ort oder über mehrere Orte verteilt befinden und durch ein Kommunikationsnetzwerk verschaltet sind.
Zum Speichern von Computerprogramminstruktionen und Daten geeignete computerlesbare Medien beinhalten alle Formen von nichtflüchtigem und flüchtigem Arbeitsspeicher, Medien und Arbeitsspeichervorrichtungen, einschließlich auf beispielhaftem Wege Halbleiterspeichervorrichtungen z. B. EPROM, EEPROM und Flash-Speichervorrichtungen; Magnetplatten, z. B. interne Festplatten oder entfernbare Platten oder Magnetbänder; Magneto-Optische Platten und CD-ROM- und DVD-ROM-Platten. Der Prozessor und der Arbeitsspeicher können durch Sonderzwecklogikschaltungen ergänzt werden oder in diese integriert sein. Die Komponenten des Systems können durch jegliche Form oder jegliches Medium digitaler Datenkommunikation, z. B. ein Kommunikationsnetzwerk, verschaltet sein. Beispiele für Kommunikationsnetzwerke beinhalten ein lokales Netzwerk („LAN“) und ein Weitbereichsnetzwerk („WAN“), z. B. das Internet.
Eine Reihe von Ausführungsformen wurde beschrieben. Nichtsdestotrotz versteht sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Wesen und dem Schutzumfang des hier beschriebenen Erfindungsgegenstands abzuweichen. Andere derartige Ausführungsformen befinden sich innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche.

Claims

System, das Folgendes umfasst: einen Sensor, der dafür ausgelegt ist, in ein Durchgangsloch eines chirurgischen Implantats eingeführt zu werden, wobei der Sensor dafür ausgelegt ist, in der Nähe eines erzeugten Magnetfelds eingeführt zu werden und eine Verzerrung des Magnetfelds zu bewirken; und eine oder mehrere Feldmessspulen, die ausgelegt sind zum: Messen eines Charakteristikums des Magnetfelds, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet; und Liefern, an eine Rechenvorrichtung, eines das gemessene Charakteristikum des Magnetfelds repräsentierenden Signals, wobei die Rechenvorrichtung dafür ausgclcgt ist, eine Position und/oder eine Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs auf Grundlage des gemessenen Charakteristikums des Magnetfelds zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, wobei das chirurgische Implantat ein intramedulärer Nagel bzw. IM-Nagel ist.
System nach Anspruch 2, wobei der IM-Nagel in einen Femur eines Patienten eingesetzt wird.
System nach Anspruch 3, wobei ein Befestigungselement von einem Ort an dem Äußeren eines Beins des Patienten in das Durchgangsloch eingesetzt wird, wobei der Ort an dem Äußeren des Beins des Patienten auf Grundlage der Position und/oder einer Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs identifiziert wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor eine zylindrische Gestalt aufweist.
System nach Anspruch 5, wobei der Sensor und das Durchgangsloch von Zylindersymmetrie sind.
System nach Anspruch 5, wobei ein Durchmesser des Sensors im Wesentlichen gleich einem Durchmesser des Durchgangslochs ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Sensor mit fünf Freiheitsgraden bzw. ein 5DoF-Sensor ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor eine Schale aufweist, die ein Ferrofluid enthält.
System nach Anspruch 9, wobei die Schale und/oder das Ferrofluid biokompatibel und/oder bioabbaubar sind.
System nach Anspruch 9, wobei das Ferrofluid eine Flüssigkeit und/oder ein Pulver umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei das Ferrofluid superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs) umfasst.
System nach Anspruch 12, wobei die SPIONs Magnetit (Fe₃O₄) und/oder Maghemit (γ-Fe₂O₃) umfassen.
System nach Anspruch 9, wobei die Schale ein Polymer umfasst.
System nach Anspruch 9, wobei das Ferrofluid dafür ausgelegt ist, von der Schale durch Punktieren der Schale und Einführen einer Magnetkraft in der Nähe der Schale entfernt zu werden.
System nach Anspruch 15, wobei die Schale durch ein Befestigungselement punktiert wird, das in das Durchgangsloch eingesetzt wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Sensor drahtlos ist.
Verfahren, umfassend: Einführen eines Sensors in ein Durchgangsloch eines chirurgischen Implantats, wobei der Sensor dafür ausgelegt ist, in der Nähe eines erzeugten Magnetfelds eingeführt zu werden und eine Verzerrung des Magnetfelds zu bewirken; Empfangen, von einer oder mehreren Feldmessspulen, eines Signals, das ein Charakteristikum des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet, repräsentiert; und Bestimmen einer Position und/oder einer Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs auf Grundlage des gemessenen Charakteristikums des Magnetfelds.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend Empfangen, von der einen oder den mehreren Feldmessspulen, eines Signals, das ein Charakteristikum des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor nicht in der Nähe des Magnetfelds befindet, repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Bestimmen der Position und/oder der Orientierung des Sensors und des Durchgangslochs Vergleichen des Charakteristikums des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor nicht in der Nähe des Magnetfelds befindet, und des Charakteristikums des gemessenen Magnetfelds, wenn sich der Sensor in der Nähe des Magnetfelds befindet, umfasst.