DE10241072A1 - Bone joint geometry measurement device comprises a feeler body with an attached marker element with a curved end that is suitable for measurement of spherical recesses with varying radii - Google Patents

Bone joint geometry measurement device comprises a feeler body with an attached marker element with a curved end that is suitable for measurement of spherical recesses with varying radii Download PDF

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Abstract

Device for measuring the geometrical data of a spherical recess in an object, especially a bone, using a feeler body with an attached marker element whose position and orientation in space can be determined. The feeler body has a circular support surface with a radius that is smaller than that of the radius of the recess that is to be measured.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der geometrischen Daten einer kugeligen Ausnehmung in einem Gegenstand, insbesondere einem Knochen, mit einem in die Ausnehmung einsetzbaren Tastkörper, an dem ein Markierelement festgelegt ist, dessen Position und Orientierung im Raum durch ein Navigationssystem bestimmbar ist.The invention relates to a device to determine the geometric data of a spherical recess in an object, especially a bone, with one in the Recess insertable probe body, on which a marking element is fixed, its position and orientation can be determined in the room by a navigation system.

Bei vielen Bearbeitungsvorgängen werden in Gegenstände Vertiefungen mit einer kugeligen Außenkontur eingearbeitet, beispielsweise halbkugelförmige Ausnehmungen in Knochen, in die später halbkugelige Implantate eingesetzt werden sollen. Diese Einsetzvorgänge werden heute in vielen Fällen mit navigierten Instrumenten oder unter Zuhilfenahme von Robotern vorgenommen, und daher ist es wichtig, die genaue Positionierung und die genaue Dimensionierung dieser kugeligen Ausnehmungen in dem jeweiligen Gegenstand genau zu kennen. Um diese Daten zu ermitteln ist es bekannt, in die kugeligen Ausnehmungen genau in diese passende kugelige Tastkörper einzusetzen und diese navigiert in den kugeligen Ausnehmungen zu verschwenken. Durch die unterschiedlichen Positionen des kugeligen Tastkörpers in der kugeligen Ausnehmung lassen sich dann der Mittelpunkt der kugeligen Ausnehmung und die Lage der Kugelfläche im Raum bestimmen.With many machining operations into objects Recessed recesses with a spherical outer contour, for example hemispherical Recesses in bones, in the later hemispherical implants should be used. These insertion processes are used in many today Cases with navigated instruments or with the help of robots, and therefore it is important the exact positioning and the exact dimensioning of these spherical recesses in the respective object exactly to know. To determine this data it is known to be spherical Insert recesses exactly into this matching spherical probe body and this navigates to pivot in the spherical recesses. By the different positions of the spherical probe body in the spherical recess can then be the center of the spherical Determine the recess and the position of the spherical surface in the room.

Dieses bekannte Verfahren läßt sich jedoch nur dann anwenden, wenn der kugelige Tastkörper genau in die kugelige Ausnehmung paßt. Wenn in den Gegenstand kugelige Ausnehmungen mit unterschiedlichem Durchmesser eingearbeitet werden, ist daher für die Positionsbestimmung dieser kugeligen Aus nehmungen mit unterschiedlichem Radius jeweils ein an diese kugelige Ausnehmung bestimmter Abmessung angepaßter kugeliger Tastkörper notwendig. Mit anderen Worten, zu jedem kugeligen Fräsen, mit dem eine solche Ausnehmung hergestellt wird, muß ein eigener kugeliger Tastkörper vorhanden sein.This known method can be however, only use if the spherical probe body is accurate fits into the spherical recess. If in the object spherical recesses with different Diameters are incorporated, is therefore for the position determination of this spherical recesses with different radius spherical adapted to this spherical recess of certain dimensions sensing body necessary. In other words, for every spherical milling, with to which such a recess is made, a separate spherical probe body must be available his.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß mit einem einzigen Tastkörper auch die geometrischen Daten von kugeligen Ausnehmungen mit unterschiedlichem Radius bestimmt werden können.It is an object of the invention generic device to train so that with a single probe also the geometric data of spherical recesses with different radius can be determined.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Tastkörper eine kreisförmige Anlagelinie mit einem Radius, der kleiner ist als der Radius aller auszumessenden Ausnehmungen, definiert, längs welcher der Tastkörper an der Innenwand von Ausnehmungen mit unterschiedlichem Radius jeweils definiert anlegbar ist.This task is done with a device of the type described in the invention solved in that the probe body a circular investment line with a radius that is smaller than the radius of all to be measured Recesses, defined, lengthways which is the probe body on the inner wall of recesses with different radius can be defined.

Eine solche definierte Anlage einer fiktiven oder tatsächlichen Anlagelinie ist an kugeligen Ausnehmungen mit unterschiedlichem Radius möglich, so daß der Tastkörper bei einer solchen Anlage relativ zu der kugeligen Ausnehmung eine genau definierte Position einnehmen kann. Der Tastkörper kann längs der Innenwand der kugeligen Ausnehmung verschoben werden und dabei unterschiedliche Orientierungen annehmen, in jedem Fall liegt die Anlagelinie des Tastkörpers dabei in einer definierten Position an der Innenwand der kugeligen Ausnehmung an. Aus der Lage der Anlagelinie im Raum läßt sich der Mittelpunkt der kugeligen Ausnehmung berechnen, denn dieser Mittelpunkt liegt beispielsweise immer auf einer Normalen auf der Ebene der kreisförmigen Anlagelinie, wobei diese Normale durch den Mittelpunkt der kreisförmigen An lagelinie hindurchgeht. Der Schnittpunkt dieser Normalen bei unterschiedlicher Orientierung des Tastkörpers in der kugeligen Ausnehmung ist der Mittelpunkt der kugeligen Ausnehmung, und von diesem ausgehend läßt sich durch den Abstand dieses Schnittpunktes von der Anlagelinie auch der Radius der Kugel berechnen.Such a defined system fictional or actual Investment line is on spherical recesses with different Radius possible, see above that the sensing body in such a system, a relative to the spherical recess can take a precisely defined position. The probe body can be along the Inner wall of the spherical recess can be moved while doing different Take orientations, in any case the investment line of the feeler doing so in a defined position on the inner wall of the spherical Recess. From the position of the investment line in the room, the Calculate the center of the spherical recess, because this center for example, is always on a normal at the level of circular Line, this normal through the center of the circular line passes. The intersection of these normals at different Orientation of the probe in the spherical recess is the center of the spherical recess, and starting from this one can the distance of this intersection from the contact line also the radius calculate the sphere.

Damit ist mit einem derartigen Tastkörper die Bestimmung der geometrischen Daten bei allen kugeligen Ausnehmungen mit beliebigem Radius möglich, solange der Radius der kugeligen Ausnehmung größer ist als der Radius der kreisförmigen Anlagelinie.This is the determination with such a probe the geometric data for all spherical recesses with any Radius possible as long as the radius of the spherical recess is larger than the radius of the circular Conditioning line.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Anlagelinie durch mindestens drei auf dieser liegende Stützpunkte definiert wird. Wenn der Tastkörper drei im Abstand voneinander angeordnete Stützpunkte ausbildet, so läßt sich durch diese drei Punkte eine Ebene legen und ein in dieser Ebene liegender Kreis bildet die Anlagelinie. Ein solcher Tastkörper liegt in einer Drei-Punkt-Auflage auf der Innenwand der kugeligen Ausnehmung auf, die drei Kontaktpunkte definieren die kreisförmige Anlagelinie, die in ihrer gesamten Länge auf der kugeligen Innenwand der Ausnehmung liegt.In a first preferred embodiment it is envisaged that the Investment line through at least three bases lying on it is defined. If the probe body forms three support points arranged at a distance from each other, these three points lay one level and one lying in that level Circle forms the investment line. Such a probe body is in a three-point edition on the inner wall of the spherical recess, the three contact points define the circular Investment line, the entire length of which on the spherical inner wall the recess.

Selbstverständlich ist es möglich, auf dieser kreisförmigen Anlagelinie noch zusätzliche Stützpunkte vorzusehen, beispielsweise könnten auch sechs derartige Stützpunkte verwendet werden, die dann alle auf einem gemeinsamen Kreis liegen müssen. Bei der Verwendung von nur drei Stützpunkten folgt der Tastkörper jeder Unregelmäßigkeit in der Oberfläche der kugeligen Ausnehmung, so daß zur Bestimmung des Kugelmittelpunktes kein exakter Schnittpunkt der Normalen auf der kreisförmigen Anlagelinie mehr gegeben ist, son dern eine Vielzahl von Schnittpunkten der Normalen in unterschiedlicher Orientierung aufgefunden werden können, aus dieser Vielzahl muß dann durch eine Wichtung näherungsweise der tatsächliche Kugelmittelpunkt bestimmt werden. Verwendet man dagegen eine größere Anzahl von Stützpunkten, so ergibt sich bereits bei der Anlage des Tastkörpers an der Innenwand eine Mittelung, Vertiefungen in der Innenwand der Ausnehmung werden beispielsweise durch einen solchen Tastkörper weitgehend ausgeglichen, da in dem vertieften Bereich der Stützpunkt des Tastkörpers nicht an der Anlagefläche aufliegt, sondern auf der gedachten Kugelfläche liegen bleibt, die von den anderen Stützpunkten durch ihre Anlage an der kugeligen Innenfläche der Ausnehmung definiert wird.Of course, it is also possible to provide additional support points on this circular contact line, for example six such support points could also be used, which must then all lie on a common circle. If only three support points are used, the probe body follows any irregularity in the surface of the spherical recess, so that there is no longer an exact intersection of the normals on the circular contact line to determine the center of the sphere, but a large number of intersections of the normals are found in different orientations From this multitude, the actual center of the sphere must then be approximately determined by weighting. If, on the other hand, a larger number of support points is used, there is already one when the probe body is placed against the inner wall Averaging, depressions in the inner wall of the recess are largely compensated, for example, by such a probe body, since in the recessed area the support point of the probe body does not rest on the contact surface, but remains on the imaginary spherical surface, which is different from the other support points due to its contact with the spherical inner surface of the recess is defined.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Stützpunkte von den Anlagepunkten von konvexen Stützkörpern an der Innenwand der Ausnehmung gebildet werden. Die Stützpunkte können vorzugsweise zumindest im Anlagebereich kugelig geformt sein.In a preferred embodiment it is envisaged that the bases from the contact points of convex supporting bodies on the inner wall of the Recess are formed. The bases can preferably at least be spherical in the contact area.

Bei den bisher beschriebenen Vorrichtungen sind die Stützpunkte am Tastkörper festgelegt.In the devices described so far the bases on the probe established.

Es ist bei einer bevorzugten Ausführungsform aber auch möglich, daß die Stützpunkte am Tastkörper so verstellbar gelagert sind, daß der Radius der von ihnen definierten Anlagelinie veränderbar ist. Damit ist es möglich, die Größe der kreisförmigen Anlagelinie an den Radius der kugeligen Ausnehmung anzupassen. Einmal kann dadurch ein größerer Radiusbereich von Ausnehmungen sehr genau ausgemessen werden, zum anderen ist es auch möglich, die Stützpunkte am Tastkörper so zu verstellen, daß der Abstand zwischen der Ebene der kreisförmigen Anlagelinie einerseits und dem Mittelpunkt der kugeligen Ausnehmung andererseits immer gleich ist. Der Tastkörper arbeitet dann so wie ein bekannter kugeliger Tastkörper, dessen Radius jeweils an den Radius der kugeligen Ausnehmung angepaßt ist. Es sind daher auch die gleichen Berechnungsprogramme im Navigationssystem verwendbar, während bei Tastkörpern mit festen Stützpunkten in der oben beschriebenen Weise die Lage des Mittelpunktes beispielsweise durch Berechnung des Schnittpunktes der Normalen auf der kreisförmigen Anlagelinie jedes Mal neu berechnet werden muß.It is in a preferred embodiment but also possible that the bases on the probe are so adjustable that the radius of them defined investment line is changeable. It is possible the size of the circular investment line to adapt to the radius of the spherical recess. Once can a larger radius range of recesses are measured very precisely, on the other hand it also possible the bases on the probe to adjust so that the Distance between the plane of the circular contact line on the one hand and the center of the spherical recess on the other hand always the same is. The probe body then works like a well-known spherical probe body Radius is adapted to the radius of the spherical recess. It is therefore the same calculation programs in the navigation system usable while at Tastkörpern with fixed bases the position of the center point, for example, in the manner described above by calculating the intersection of the normals on the circular investment line each Times must be recalculated.

Auch hier können auf der Anlagelinie mehr als drei derartige Stützpunkte angeordnet werden, die dann alle gemeinsam zur Änderung des Radius der Anlagelinie verstellbar sind.Here too, more than three such bases are then arranged all together to change the radius of the investment line are adjustable.

Bei einer solchen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, daß außerhalb der Ebene der kreisförmigen Anlagelinie mindestens ein weiterer Stützpunkt am Tastkörper vorgesehen ist, der am Tastkörper synchron mit den Stützpunkten auf der Anlagelinie derart verstellbar ist, daß alle Stützkörper auf einer gemeinsamen Kugelfläche liegen. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, punktförmig Kugelflächen zu definieren, deren Radius unterschiedlich groß ist. Damit können mit einem solchen Tastkörper kugelförmige Tastkörper mit unterschiedlichem Radius nachgebildet werden, die dann genauso arbeiten wie feste kugelige Tastkörper, der Benutzer benötigt jedoch nicht verschiedene kugelige Tastkörper, sondern kann kugelige Ausnehmungen mit verschiedenem Radius mit einem einzigen Tastkörper ausmessen.With such a configuration also be provided that outside the level of circular Contact line provided at least one other base on the probe is on the probe in sync with the bases is adjustable on the line so that all support bodies on a common spherical surface lie. With such an arrangement, it is possible to form spherical surfaces at points define the radius of which is different. So that with such a probe body with spherical probe body different radius are reproduced, which then work just like solid spherical probe body, however, the user needs not different spherical probes, but can be spherical Measure recesses with different radius with a single probe.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Tastkörper ein kreisförmiger Ring oder eine kreisförmige Scheibe ist. Die kreisförmige Anlagelinie wird also nicht nur durch drei oder mehr Stützpunkte definiert, sondern durch einen vollständigen kreisförmigen Körper, der längs seiner Außenfläche an der Innenwand einer kugeligen Ausnehmung definiert anlegbar ist.In another preferred embodiment it is envisaged that the sensing body a circular Ring or circular Disc is. The circular So the investment line is not only made up of three or more bases defined but by a complete circular body that along its outer surface on the Inner wall of a spherical recess can be applied in a defined manner.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Tastkörper eine im Querschnitt konvex geformte Außenfläche trägt, die linienförmig an die Innenwand der Ausnehmung anlegbar ist.It is advantageous if the Probe body one cross-sectionally convex outer surface, which is linear the inner wall of the recess can be created.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments the invention serves in conjunction with the drawing for a more detailed explanation. Show it:

1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Bestimmung der geometrischen Daten einer kugeligen Ausnehmung am Beispiel einer Lagerpfanne für ein Hüftgelenkimplantat; 1 : A schematic view of a device for determining the geometric data of a spherical recess using the example of a bearing cup for a hip joint implant;

2: eine Schnittansicht durch eine kugelige Ausnehmung mit einem ringförmigen Tastkörper; 2 : A sectional view through a spherical recess with an annular probe body;

3: eine Detailansicht des Tastkörpers der 2 im Anlagebereich zwischen Tastkörper und Innenwand der kugeligen Ausnehmung; 3 : a detailed view of the probe body of the 2 in the contact area between the probe body and the inner wall of the spherical recess;

4: eine Ansicht ähnlich 2 mit einem Tastkörper mit drei Stützpunkten; 4 : a view similar 2 with a probe body with three bases;

5: eine Ansicht ähnlich 2 mit einem Tastkörper mit in ihrer Position verstellbaren Stützfüßen und 5 : a view similar 2 with a probe body with adjustable feet and

6: eine Schnittansicht längs Linie 6-6 in 5. 6 : a sectional view taken along line 6-6 in 5 ,

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der Ausmessung einer kugeligen Ausnehmung 1 in einem Hüftknochen 2 erörtert, die mit einem Kugelfräser in den Hüftknochen eingebracht wird und die zur Aufnahme einer pfannenförmigen Endoprothese dient. Es versteht sich aber von selbst, daß die beschriebene Vorrichtung und das mit ihr durchführbare Verfahren auch bei kugeligen Ausnehmungen in anderen Gegenständen eingesetzt werde können, beispielsweise zur Lagebestimmung einer kugeligen Ausnehmung in einem metallischen Werkstück oder in einem Werkstück aus Holz oder Kunststoff.The invention is described below using the example of measuring a spherical recess 1 in a hip bone 2 discussed, which is inserted into the hip bone with a ball mill and which serves to accommodate a cup-shaped endoprosthesis. However, it goes without saying that the device described and the method that can be carried out with it can also be used with spherical recesses in other objects, for example for determining the position of a spherical recess in a metallic workpiece or in a workpiece made of wood or plastic.

Zur Bestimmung der Lage und der Abmessungen der kugeligen Ausnehmung 1 im Hüftknochen 2 wird ein Tastkörper 3 verwendet, der in noch zu erörternder Weise in die kugelige Ausnehmung 1 eintaucht und der an der Innenwand 4 der kugeligen Ausnehmung 1 anliegend in dieser verschwenkt werden kann. Diese Verschwenkbewegung kann von einem Navigationssystem 5 erfaßt werden, und dieses kann daraus Lage und Form der kugeligen Ausnehmung 1 bestimmen.To determine the position and dimensions of the spherical recess 1 in the hip bone 2 becomes a probe 3 used in the spherical recess in a manner yet to be discussed 1 immersed and that on the inner wall 4 the spherical recess 1 can be pivoted in this. This pivotal movement can be done by a navigation system 5 can be detected, and this can be the location and shape of the spherical recess 1 determine.

Zu diesem Zweck sind an dem Tastkörper 3 und am Hüftknochen 2 jeweils Markierelemente 6 bzw. 7 festgelegt, deren Lage im Raum in an sich bekannter Weise über ein Kamerasystem 8 bestimmt werden kann. Beispielsweise können die Markierelemente 6 und 7 drei oder mehr kugelige Reflexionskörper tragen, die von dem Kamerasystem 8 ausgesandte Infrarotstrahlung reflektieren, die dann wieder vom Kamerasystem 8 aufgefangen wird. Aus der aufgefangenen Infrarotstrahlung lassen sich Lage und Orientierung der Markierelemente im Raum berechnen.For this purpose, the probe body 3 and on the hip bone 2 each with marking elements 6 respectively. 7 fixed, their location in the room in itself be known way via a camera system 8th can be determined. For example, the marking elements 6 and 7 carry three or more spherical reflective bodies by the camera system 8th emit infrared radiation, which is then reflected by the camera system 8th is caught. The position and orientation of the marking elements in the room can be calculated from the infrared radiation captured.

Die so berechneten Daten werden einer Datenverarbeitungsanlage 9 des Navigationssystems 5 zugeführt, diese Datenverarbeitungsanlage 9 kann aus den Lagedaten des Hüftknochens 2 einerseits und des in unterschiedlichen Stellungen in der kugeligen Ausnehmung 1 angeordneten Tastkörpers 3 andererseits die Lage und die Form der kugeligen Ausnehmung 1 im Hüftknochen 2 berechnen.The data calculated in this way are sent to a data processing system 9 of the navigation system 5 fed this data processing system 9 can from the location data of the hip bone 2 on the one hand and in different positions in the spherical recess 1 arranged probe body 3 on the other hand, the position and the shape of the spherical recess 1 in the hip bone 2 to calculate.

In den 2 und 3 ist ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Tastkörpers 3 dargestellt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem torusförmigen Ring 10, an dem das Markierelement 6 über einen Stab 11 befestigt ist. Dieser Ring hat einen Radius, der kleiner ist als der der kugeligen Ausnehmung 1, deren Lage und Form ausgemessen werden sollen. Dadurch ist es möglich, diesen Ring 10 im wesentlichen längs einer kreisförmigen Anlagelinie 12 an die Innenwand 4 der kugeligen Ausnehmung 1 anzulegen, und zwar in unterschiedlichen Richtungen, wie dies in 2 dargestellt ist, dort ist der Ring 10 in ausgezogenen Linien in einer ersten Lage und in strichpunktierten Linien in einer zweiten Lage dargestellt.In the 2 and 3 is a first preferred embodiment of a probe 3 shown. This consists essentially of a toroidal ring 10 on which the marking element 6 over a rod 11 is attached. This ring has a radius that is smaller than that of the spherical recess 1 whose position and shape are to be measured. This makes it possible to use this ring 10 essentially along a circular line of investment 12 to the inner wall 4 the spherical recess 1 in different directions, like this in 2 is shown, there is the ring 10 shown in solid lines in a first layer and in dash-dotted lines in a second layer.

Bei der Verschwenkbewegung des Tastkörpers 3 liegt der Ring immer längs einer geschlossenen, ringförmigen Anlagelinie 12 an der Innenwand 4 der kugeligen Ausnehmung 1 an, wenn man davon ausgeht, daß die kugelige Ausnehmung 1 tatsächlich kugelig ist und nicht von der Kugelform abweicht. Eine Normale 13 auf der durch die Anlagelinie 12 aufgespannten Kreisfläche, die durch den Mittelpunkt der kreisförmigen Anlagelinie 12 hindurchgeht, geht immer durch den Mittelpunkt M der kugeligen Ausnehmung 1 hindurch. Dies gilt für alle Positionen des Tastkörpers 3 in der kugeligen Ausnehmung 1, d.h. es gibt einen gemeinsamen Schnittpunkt aller Normalen 13 im Kugelmittelpunkt M. Dieser Kugelmittelpunkt M läßt sich somit als Schnittpunkt dieser Normalen 13 bei unterschiedlich orientierten Tastkörpern 3 durch die Datenverarbeitungsanlage 9 berechnen.During the pivoting movement of the probe body 3 the ring always lies along a closed, ring-shaped contact line 12 on the inner wall 4 the spherical recess 1 if you assume that the spherical recess 1 is actually spherical and does not deviate from the spherical shape. A normal one 13 on the through the investment line 12 spanned circular area through the center of the circular line of investment 12 goes through, always goes through the center M of the spherical recess 1 therethrough. This applies to all positions of the probe 3 in the spherical recess 1 , ie there is a common intersection of all normals 13 in the center of the sphere M. This center of the sphere M can thus be the intersection of these normals 13 with differently oriented probes 3 through the data processing system 9 to calculate.

Die geometrischen Daten des Ringes 10 sind ebenfalls bekannt, also beispielsweise der Radius R der kreisbogenförmigen Außenfläche 14 des torusförmigen Ringes 10 und der Mittelpunkt 15 dieser Außenfläche 14, der auf einem Kreis liegt, der konzentrisch ist zur Anlagelinie 12. Der Radius der Kugel ergibt sich dann, wie aus der Darstellung der 3 zu entnehmen ist, ohne weiteres als Summe des Abstandes des Mittelpunktes 15 vom Kugelmittelpunkt M und des Radius R der Außenfläche 14.The geometric data of the ring 10 are also known, for example the radius R of the circular outer surface 14 of the toroidal ring 10 and the center 15 this outer surface 14 that lies on a circle that is concentric with the investment line 12 , The radius of the sphere then results, as shown in the illustration of the 3 can be seen, as a sum of the distance of the center 15 from the center of the sphere M and the radius R of the outer surface 14 ,

Auf diese Weise kann mittels des ringförmigen Tastkörpers 3 jede kugelige Ausnehmung 1 mit einem Radius ausgemessen werden, der größer ist als der Radius der Anlagelinie 12 des Tastkörpers 3.In this way, by means of the annular probe body 3 every spherical recess 1 be measured with a radius that is larger than the radius of the investment line 12 of the probe body 3 ,

Anstelle eines Ringes 10 kann als Tastkörper 3 beispielsweise auch eine Kreisscheibe verwendet werden oder aber, wie dies in der Darstellung der 4 gezeigt ist, ein Dreibein 16, dessen abgerundete Endpunkte Stützpunkte 17 ausbilden, an denen die drei Beine des Dreibeins 16 mit ihren freien Enden punktförmig an der Innenwand 4 der kugeligen Ausnehmung 1 anliegen. Diese Drei-Punkt-Auflage gibt eine definierte Positionierung des Tastkörpers 3 in unterschiedlichen Schwenklagen, und diese Lage entspricht vollständig der Lage eines ringförmigen Tastkörpers, bei dem die Anlagelinie durch die drei Stützpunkte 17 hindurchläuft. Es wird also die Anlagelinie 12 bei der Ausführungsform der 4 durch die drei Stützpunkte 17 definiert. Anstelle von drei Stützpunkten 17 können auch mehr Stützpunkte verwendet werden, die dann alle auf einer gemeinsamen kreisförmigen Anlagelinie 12 liegen müssen.Instead of a ring 10 can be used as a probe 3 For example, a circular disc can also be used, or as shown in the illustration 4 is shown a tripod 16 whose rounded endpoints have bases 17 train on the three legs of the tripod 16 with their free ends punctiform on the inner wall 4 the spherical recess 1 issue. This three-point support provides a defined positioning of the probe body 3 in different swivel positions, and this position corresponds completely to the position of an annular probe body, in which the contact line through the three support points 17 passes. So it becomes the investment line 12 in the embodiment of the 4 through the three bases 17 Are defined. Instead of three bases 17 more support points can be used, all on a common circular line 12 must lie.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 und 6 sind beispielsweise vier derartige Stützpunkte 17 vorhanden, diese werden gebildet von kugeligen Anlagekörpern 18, die am Ende von Stützbeinen 19 angeordnet sind und deren Kontaktpunkte mit der Innenwand 4 auf einer gemeinsamen kreisförmigen Anlagelinie liegen.In the embodiment of the 5 and 6 are, for example, four such bases 17 available, these are formed by spherical contact bodies 18 that at the end of support legs 19 are arranged and their contact points with the inner wall 4 lie on a common circular investment line.

Im Unterschied zur Ausgestaltung der 4 sind bei der Ausgestaltung der 5 und 6 jedoch die Abstände der Anlagekörper 18 untereinander nicht konstant, sondern es ist möglich, die Anlagekörper 18 relativ zueinander so zu verschieben, daß der Radius der von ihnen aufgespannten Anlagelinie verändert wird. Bei dem in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich dies dadurch erreichen, daß die Anlagekörper 18 in Richtung der Stützbeine 19 mehr oder weniger weit ausgefahren werden können, und zwar gemeinsam in gleicher Weise. Dazu sind im Inneren der Stützbeine 19 flexible Halteglieder 20 angeordnet, die durch eine Verstellschraube 21 gemeinsam mehr oder weniger weit aus den Stützbeinen 19 ausgefahren werden können.In contrast to the design of the 4 are in the design of the 5 and 6 however the distances between the contact bodies 18 among themselves not constant, but it is possible the investment body 18 to be shifted relative to one another in such a way that the radius of the investment line spanned by them is changed. In the in the 5 and 6 illustrated embodiment, this can be achieved in that the contact body 18 towards the support legs 19 can be extended more or less, together in the same way. These are inside the support legs 19 flexible holding links 20 arranged by an adjusting screw 21 together more or less far from the support legs 19 can be extended.

Die mechanische Vorrichtung ist in der Zeichnung nur sehr schematisch dargestellt, es gibt die unterschiedlichsten Möglichkeiten, den Abstand der Anlagekörper 18 voneinander so zu verändern, daß der Radius der Anlagelinie verändert wird, beispielsweise könnten die Stützbeine 19 mehr oder weniger auseinandergeschwenkt werden.The mechanical device is shown only very schematically in the drawing, there are many different possibilities, the distance between the contact bodies 18 to change from each other so that the radius of the line is changed, for example, the support legs 19 be pivoted apart more or less.

Durch die Verstellung des relativen Abstandes der Anlagekörper 18 zueinander ist es möglich, die Größe der kreisförmigen Anlagelinie an den Radius der auszumessenden kugeligen Ausnehmung 1 anzupassen. Beispielsweise kann der Radius der Anlagelinie so gewählt werden, daß bei kugeligen Ausnehmungen 1 mit unterschiedlichem Radius immer dieselbe Stelle des Tastkörpers 3 genau im Mittelpunkt M der kugeligen Ausnehmung 1 angeordnet ist. Es können entsprechende Markierungen auf dem Tastkörper 3 angeordnet sein, die der Größe eines Satzes von Werkzeugen entsprechen, mit denen kugelige Ausnehmungen 1 mit unterschiedlichem Radius in den Hüftknochen 2 eingearbeitet werden. Der Operateur kann daher den Tastkörper 3 jeweils auf das Bearbeitungswerkzeug einstellen, mit dem die kugelige Ausnehmung 1 hergestellt worden ist.By adjusting the relative distance between the contact bodies 18 to each other, it is possible to determine the size of the circular contact line to the radius of the spherical recess to be measured 1 adapt. For example, the radius of the contact line can be chosen so that with spherical recesses 1 with different radius always the same position on the probe 3 exactly in the center M of the spherical recess 1 is arranged. Appropriate markings can be made on the sensing body 3 be arranged which correspond to the size of a set of tools with the spherical recesses 1 with different radius in the hip bones 2 be incorporated. The surgeon can therefore use the probe 3 each adjust to the processing tool with which the spherical recess 1 has been manufactured.

Bei der in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsform liegen alle vier Anlagekörper 18 in einer Ebene, d.h. die von ihnen definierten Stützpunkte 17 liegen alle gemeinsam auf der kreisförmigen Anlagelinie. Bei einer solchen Ausgestaltung wäre es auch möglich, zusätzliche Stützpunkte 17 vorzusehen, die nicht in der Ebene der kreisförmigen Anlagelinie liegen, sondern außerhalb dieser Ebene. Allerdings müßten diese Stützpunkte 17 dann auch in ihrer Position so verstellbar sein, daß der Abstand dieser zusätzlichen Stützpunkte 19 von dem Mittelpunkt M jeweils gleich ist wie bei den anderen Stützpunkten 17, die die Anlagelinie aufspannen. Mit anderen Worten wird bei einer solchen Ausgestaltung eine kugelige Außenfläche des Tastkörpers 3 durch einzelne Stützpunkte 17 simuliert, wobei der Abstand dieser Stützpunkte 17 vom Mittelpunkt M der kugeligen Ausnehmung 1 synchron verstellbar ist. Bei einer solchen Ausgestaltung werden also die unterschiedlichen kugeligen Tastkörper 3, die bisher notwendig sind, durch einen einzigen Tastkörper 3 ersetzt, dessen kugelige Kontaktfläche im Radius verstellbar ist.In the in the 5 and 6 illustrated embodiment are all four contact body 18 in one plane, ie the bases defined by them 17 all lie together on the circular investment line. With such a configuration, it would also be possible to have additional bases 17 to be provided, which are not in the plane of the circular investment line, but outside this plane. However, these bases would have to be 17 then also be adjustable in position so that the distance between these additional bases 19 from the center M is the same as at the other bases 17 that span the investment line. In other words, in such an embodiment, a spherical outer surface of the probe body 3 through individual bases 17 simulated, the distance between these bases 17 from the center M of the spherical recess 1 is synchronously adjustable. In such an embodiment, the different spherical probe bodies are 3 that were previously necessary with a single probe 3 replaced, the spherical contact surface is adjustable in radius.

Claims (10)

Vorrichtung zur Bestimmung der geometrischen Daten einer kugeligen Ausnehmung in einem Gegenstand, insbesondere einem Knochen, mit einem in die Ausnehmung einsetzbaren Tastkörper, an dem ein Markierelement festgelegt ist, dessen Position und Orientierung im Raum durch ein Navigationssystem bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkörper (3) eine kreisförmige Anlagelinie (12) mit einem Radius, der kleiner ist als der Radius aller auszumessenden Ausnehmungen (1) definiert, längs welcher der Tastkörper (3) an der Innenwand (4) von Ausnehmungen (1) mit unterschiedlichem Radius jeweils definiert anlegbar ist.Device for determining the geometric data of a spherical recess in an object, in particular a bone, with a probe body which can be inserted into the recess and on which a marking element is fixed, the position and orientation of which in space can be determined by a navigation system, characterized in that the probe body ( 3 ) a circular investment line ( 12 ) with a radius that is smaller than the radius of all recesses to be measured ( 1 ) defines along which the probe body ( 3 ) on the inner wall ( 4 ) of recesses ( 1 ) with different radius can be defined in each case. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagelinie (12) durch mindestens drei auf dieser liegende Stützpunkte (17, 18) definiert wird.Device according to claim 1, characterized in that the contact line ( 12 ) by at least three bases on it ( 17 . 18 ) is defined. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützpunkte (17) durch die Enden von Stützfüßen (16) gebildet werden.Device according to claim 2, characterized in that the support points ( 17 ) through the ends of support feet ( 16 ) are formed. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützpunkte (17) von den Anlagepunkten von konvexen Stützkörpern (18) an der Innenwand (4) der Ausnehmung (1) gebildet werden.Device according to claim 2 or 3, characterized in that the support points ( 17 ) from the contact points of convex support bodies ( 18 ) on the inner wall ( 4 ) the recess ( 1 ) are formed. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützkörper (18) zumindest im Anlagebereich kugelig geformt sind.Apparatus according to claim 4, characterized in that the support body ( 18 ) are spherical at least in the contact area. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützpunkte (17, 18) am Tastkörper (3) so verstellbar gelagert sind, daß der Radius der von ihnen definierten Anlagelinie veränderbar ist.Device according to one of claims 2 to 5, characterized in that the support points ( 17 . 18 ) on the probe body ( 3 ) are mounted so that the radius of the contact line defined by you can be changed. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Ebene der kreisförmigen Anlagelinie mindestens ein weiterer Stützpunkt am Tastkörper (3) vorgesehen ist, der am Tastkörper (3) synchron mit den Stützpunkten (17) auf der Anlagelinie derart verstellbar ist, daß alle Stützkörper auf einer gemeinsamen Kugelfläche liegen.Apparatus according to claim 6, characterized in that outside the plane of the circular contact line at least one further base on the probe body ( 3 ) is provided on the probe body ( 3 ) in sync with the bases ( 17 ) is adjustable on the contact line in such a way that all support bodies lie on a common spherical surface. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkörper (3) ein kreisförmiger Ring (10) ist.Device according to claim 1, characterized in that the probe body ( 3 ) a circular ring ( 10 ) is. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkörper (3) eine kreisförmige Scheibe ist.Device according to claim 1, characterized in that the probe body ( 3 ) is a circular disc. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkörper (3) eine im Querschnitt konvex geformte Außenfläche (14) trägt, die linienförmig an die Innenwand (4) der Ausnehmung (1) anlegbar ist.Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the probe body ( 3 ) a convex shaped outer surface ( 14 ) that lines the inner wall ( 4 ) the recess ( 1 ) can be created.
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