DE10340434B4

DE10340434B4 - Verfahren und Systeme für die Kalibrierung eines chirurgischen Werkzeugs und Adapter dafür

Info

Publication number: DE10340434B4
Application number: DE10340434A
Authority: DE
Inventors: Jose Luis Moctezuma De La Barrera; Amir Sarvestani
Original assignee: Stryker Leibinger GmbH and Co KG
Current assignee: Stryker European Operations Holdings LLC
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2011-05-26
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: DE102007059691A1; US20070175489A1; US20070173790A1; DE102007059690A1; US7166114B2; US20040054489A1; DE10340434A1

Abstract

Verfahren für die Kalibrierung einer Position und einer Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend die Schritte:
Anbringen eines Nachführungsgeräts (54) zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) unter Verwendung eines Adapters (56; 150; 500) am chirurgischen Werkzeug (52; 156), welches chirurgische Werkzeug (52; 156) eine Werkzeugachse (120; 170) und eine Werkzeugspitze (126) und der Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist;
Berühren eines Kalibriergeräts (78) mit der Werkzeugspitze (126), das imstande ist, mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) zu kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position des Nachführungsgeräts (78) zu bestimmen;
Berechnen der Position der Werkzeugspitze (126);
Berechnen von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze...

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein die Kalibrierung chirurgischer Werkzeuge zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem. Insbesondere betrifft diese Erfindung die Kalibrierung einer Kombination aus einem Universal-Nachführungs(Tracking-)gerät und dem chirurgischen Werkzeug, so dass Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs vom chirurgischen Navigationssystem bestimmt werden können.
Hintergrund der Erfindung
Die Anwendung bildgeführter chirurgischer Navigationssysteme zur Unterstützung der Chirurgen bei der Durchführung schwieriger Operationen hat sich weiter verbreitet. Typische chirurgische Navigationssysteme nutzen speziell entwickelte Werkzeuge, die eingebaute Nachführungsgeräte enthalten, so dass der Chirurg die Position des chirurgischen Werkzeuges überlagert auf einem Monitor sehen kann, der ein präoperatives oder ein intraoperatives Bild zeigt. Die präoperativen Bilder werden typischerweise durch hinreichend bekannte präoperative Abtasttechniken wie MRI-(Kernspin-) oder CT-(Computertomografie)-Schichtbilder erstellt. Die intraoperativen Bilder können mittels Fluoroskop-, Niedrigenergie-Röntgen- oder ähnlichen Geräten erstellt werden. Die Nachführungsgeräte enthalten typischerweise mehrere optische Strahler wie LED's, die vom chirurgischen Navigationssystem erkannt werden können. Aus der Position der Strahler kann das chirurgische Navigationssystem die Position und/oder Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs bestimmen.
Im Rahmen dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff 'Position' auf die Spitze des chirurgischen Werkzeugs im dreidimensionalen Raum, die x-, y- und z- oder kartesischen Koordinaten, relativ zum chirurgischen Navigationssystem. Der Begriff 'Ausrichtung' beschreibt das Nicken, Rollen und Gieren des chirurgischen Werkzeugs.
Sind sowohl die Position als auch die Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs definiert, kennt das chirurgische Navigationssystem die absolute Position dieses chirurgischen Werkzeugs.
Damit ein Chirurg ein chirurgisches Werkzeug ohne ein eingebautes Nachführungsgerät mit einem chirurgischen Navigationssystem verwenden kann, muss ein Universal-Nachführungsgerät am chirurgischen Werkzeug angebracht werden. Die Kombination aus Universal-Nachführungsgerät und chirurgischem Werkzeug muss kalibriert werden, damit das chirurgische Navigationssystem die Beziehung zwischen der Spitze des chirurgischen Werkzeugs und der Position des Nachführungsgeräts kennt. Chirurgische Werkzeuge mit dem daran angebrachten Universal-Nachführungsgerät können kalibriert und dann nachgeführt werden. Sind das Nachführungsgerät und das chirurgische Werkzeug relativ zum chirurgischen Navigationssystem derart kalibriert worden, dass das chirurgische Navigationssystem nur die Position der Spitze aber nicht die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs kennt, dann kann das System nur die Position der Spitze, aber nicht die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs nachführen. Da der genaue Weg, den der Chirurg während einer bestimmten chirurgischen Prozedur nehmen wird, sehr wichtig ist, sollten vorzugsweise sowohl Position als auch Ausrichtung der während dieser Prozedur verwendeten chirurgischen Werkzeuge bekannt sein, so dass die chirurgischen Werkzeuge vollständig auf dem Monitor eines typischen chirurgischen Navigationssystems dargestellt werden können.
Um sowohl Positions- als auch Ausrichtungsdaten für die Kombination aus dem chirurgischen Werkzeug und dem angebrachten Universal-Nachführungsgerät bereitzustellen, müssen sowohl die Position als auch die Ausrichtung für jede Kombination aus chirurgischem Werkzeug und Nachführungsgerät kalibriert werden. Typische zum Stand der Technik gehörige Kalibriergeräte sind in den U.S.-Patenten Nr. 5,987,960 A , 5,921,992 A und 6,306,126 B1 beschrieben worden. Jedes dieser Kalibriergeräte arbeitet nach dem Prinzip, dass die Achse des chirurgischen Werkzeugs in einer Ebene senkrecht zu einer Basis des Kalibriergeräts fixiert ist. Da die Position der Basis des Kalibriergeräts und die Position der Achse des chirurgischen Werkzeugs relativ zu im Kalibriergerät enthaltenden optischen Nachführungselementen bekannt sind, kann das chirurgische Navigationssystem Position und Ausrichtung für die betreffende Kombination aus chirurgischem Werkzeug und Nachführungsgerät berechnen. Danach kann die betreffende Kombination aus chirurgischem Werkzeug und Nachführungsgerät vom chirurgischen Navigationssystem lückenlos nachgeführt werden. Auch die Druckschriftnächstkommende US 2001/0034530 A1 offenbart ein ähnliches Prinzip, bei dem ein chirurgisches Werkzeug in ein Kalibriergerät eingeführt wird, bis die Spitze des chirurgischen Werkzeugs gegen eine Basis des Kalibriergeräts stößt. Sodann wird das chirurgische Werkzeug senkrecht zu der Basis fixiert. An dem chirurgischen Werkzeug und an dem Kalibriergerät angebrachte LEDs werden dann erkannt und die Positionsdaten ermittelt. Ein Computersystem kann dann Kalibrierungsinformationen berechnen, die in einem Speicher im chirurgischen Werkzeug gespeichert werden. Das in der WO 02/061371 A1 offenbarte Kalibriergerät arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip. Sobald das chirurgische Werkzeug in das Kalibriergerät eingeführt wurde, wird das Werkzeug manuell gedreht, so dass ein Navigationssystem die Positionen von an dem Werkzeug angebrachten Markern nachverfolgen und eine Rotationsachse bestimmen kann. Weiterer Stand der Technik ist aus der US 6,021,343 A bekannt, die ein typisches Nachführungssystem für ein chirurgisches Werkzeug offenbart.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nach den Patentansprüchen 1 und 29 ein Verfahren und nach den Patentansprüchen 21, 39, 47 und 55 ein System bereitzustellen, die eine verbesserte und rasche Kalibrierung sowohl der Position als auch der Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren für die Kalibrierung sowohl der Position als auch der Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem. Dieses Verfahren enthält den Schritt des Anbauens eines Nachführungsgeräts, das zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem fähig ist, unter Verwendung eines Adapters am chirurgischen Werkzeug, wobei das chirurgische Werkzeug sowohl eine Werkzeugachse als auch eine Werkzeugspitze hat und der Adapter eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse besitzt. Das Verfahren enthält ferner den Schritt des Berührens eines Kalibriergeräts mit der Werkzeugspitze, das mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren kann und in der Lage ist, die Position der Werkzeugspitze relativ zur Position des Nachführungsgeräts zu bestimmen. Das Verfahren enthält ferner den Schritt des Berechnens der Position der Werkzeugspitze und dann des Berechnens von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse. Schließlich enthält das Verfahren den Schritt des Speicherns der Position der Werkzeugspitze und der Ausrichtungsdaten des chirurgischen Werkzeugs im Speicher des chirurgischen Navigationssystems, so dass bei Verwendung des chirurgischen Werkzeugs mit dem chirurgischen Navigationssystem die Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs vom chirurgischen Navigationssystem nachgeführt werden können.
Ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung für die Kalibrierung der Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit dem chirurgischen Navigationssystem weist die folgenden Schritte auf. Der erste Schritt besteht im Anbauen eines Nachführungsgeräts, das zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem fähig ist, unter Verwendung eines Adapters am chirurgischen Werkzeug, wobei das chirurgische Werkzeug eine Werkzeugachse und eine Werkzeugspitze und der Adapter eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse hat. Der zweite Schritt des Verfahrens ist das Berühren eines Kalibriergeräts mit der Werkzeugspitze, das mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren kann und in der Lage ist, die Position der Spitze des chirurgischen Werkzeugs relativ zur Position des Nachführungsgeräts zu bestimmen. Das Verfahren enthält ferner den Schritt des Berechnens der Position der Werkzeugspitze und den Schritt des Speicherns der Position der Werkzeugspitze im Speicher des chirurgischen Navigationssystems. Schließlich enthält das Verfahren den Schritt des Bestimmens von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug aus der Position der Werkzeugspitze und aus einer Datenbank enthaltend die gespeicherten Beziehungen zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse sowie aus der Position der Werkzeugspitze derart, dass die Position der Werkzeugspitze eine Achse des chirurgischen Werkzeugs aus der Datenbank schneidet, so dass dann, wenn das chirurgische Werkzeug mit dem chirurgischen Navigationssystem verwendet wird, die Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs vom chirurgischen Navigationssystem nachgeführt werden können.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Adapter gerichtet, mit dem ein Nachführungsgerät an einem chirurgischen Werkzeug mit einer Achse angebracht werden kann, der einen Körper mit einer Außenoberfläche und einer Innenoberfläche aufweist. Der Adapter enthält außerdem eine Kopplungsstruktur für das auf der Außenoberfläche angebrachte Nachführungsgerät. Schließlich enthält der Adapter die Innenoberfläche, die eine sich durch den Körper erstreckende Öffnung begrenzt, wobei die Öffnung eine Achse und eine solche Form besitzt, dass das chirurgische Werkzeug so in Eingriff mit ihr kommt, dass die Öffnungs- und die Werkzeugachse identisch sind.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet des Weiteren ein System für die Kalibrierung eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem. Das System weist eine Speichereinheit, einen Adapter, der an dem chirurgischen Werkzeug mit einer Werkzeugspitze und einer Werkzeugachse angebracht werden kann, und ein Nachführungsgerät auf, das vom chirurgischen Navigationssystem nachgeführt werden kann, wobei der Adapter eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse besitzt. Das System weist ferner ein Kalibriergerät auf, das die Position der Werkzeugspitze relativ zur Position des Nachführungsgeräts bestimmen und mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren kann. Außerdem enthält das System eine erste Schaltung, die betrieben werden kann, um die Position der Werkzeugspitze relativ zur Position des Nachführungsgeräts und die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse sowie aus der Position der Werkzeugspitze zu berechnen, und eine zweite Schaltung, die betrieben werden kann, um die Position der Werkzeugspitze und die Ausrichtung des Werkzeugs in der Speichereinheit zu speichern.
Ein weiteres System der vorliegenden Erfindung für die Kalibrierung der Position und Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem weist Mittel zum Anbringen eines Nachführungsgeräts, das mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren kann, am chirurgischen Werkzeug unter Verwendung eines Adapters auf, wobei das chirurgische Werkzeug eine Werkzeugachse und eine Werkzeugspitze und der Adapter eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse besitzt. Das System enthält ferner Mittel zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze, indem die Werkzeugspitze ein Kalibriergerät berührt, das mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze relativ zur Position des Nachführungsgeräts bestimmen kann, sowie Mittel zur Berechnung von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse und aus der Position der Werkzeugspitze. Außerdem enthält das System Mittel zur Speicherung der Position der Werkzeugspitze und der Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug im Speicher des chirurgischen Navigationssystems, so dass bei Verwendung des chirurgischen Werkzeugs mit dem chirurgischen Navigationssystem die Position und die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs vom chirurgischen Navigationssystem nachgeführt werden können.
Ein weiteres System der vorliegenden Erfindung für die Kalibrierung eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem weist eine Speichereinheit und Mittel zum Anbringen eines Adapters an einem chirurgischen Werkzeug mit einer Werkzeugspitze und einer Werkzeugachse auf. Das System enthält außerdem Mittel zum Nachführen des am Adapter angebrachten chirurgischen Werkzeugs, wobei die Nachführungsmittel vom chirurgischen Navigationssystem nachgeführt werden können und wobei der Adapter eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse hat, sowie Kalibriermittel, die die Position der Werkzeugspitze relativ zur Position der Nachführungsmittel bestimmen und mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren können. Das System enthält des Weiteren Mittel zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze und einer Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse und aus der Position der Werkzeugspitze sowie Mittel zum Speichern der Position der Werkzeugsspitze und der Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs in der Speichereinheit.
Ein weiteres System der vorliegenden Erfindung für die Kalibrierung der Position und Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem weist Mittel zum Anbringen eines Nachführungsgeräts, das mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren kann, mittels eines Adapters an einem chirurgischen Werkzeug auf, das eine Werkzeugachse und eine Werkzeugspitze besitzt, und bei dem der Adapter eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse hat. Das System enthält außerdem Mittel zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze, indem die Werkzeugspitze ein Kalibriergerät berührt, das mit dem chirurgischen Navigationssystem kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze relativ zur Position des Nachführungsgeräts bestimmen kann, sowie Mittel zum Speichern der Position der Werkzeugsspitze im Speicher des chirurgischen Navigationssystems. Zusätzlich besitzt das System Mittel zur Bestimmung der Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug aus der Position der Werkzeugspitze und aus in einer Datenbank gespeicherten Beziehungen zwischen dem Nachführungsgerät und der Werkzeugachse und aus der Position der Werkzeugspitze, derart dass die Position der Werkzeugspitze eine Achse des chirurgischen Werkzeugs aus der Datenbank schneidet, so dass dann, wenn das chirurgische Werkzeug mit dem chirurgischen Navigationssystem verwendet wird, die Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs vom chirurgischen Navigationssystem nachgeführt werden können.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht des chirurgischen Navigationssystems;
1A ist ein Blockdiagramm des chirurgischen Navigationssystems von 1;
2 ist eine isometrische Ansicht des Adapters gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Seitenansicht im Aufriss des Adapters von 2;
4 ist eine Endansicht im Aufriss des Adapters von 2;
5 ist eine Endansicht im Aufriss des Adapters von 2 von dem der 4 gegenüberliegenden Ende aus;
6 ist eine Schnittansicht des Adapters von 2 allgemein entlang der Linie 6-6;
7 ist eine isometrische Ansicht des chirurgischen Werkzeugs mit angebrachtem Adapter;
8 ist eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Seitenansicht des Adapters von 8;
10 ist eine Endansicht des Adapters von 8;
11 ist eine Endansicht des Adapters von 8 von dem der 10 gegenüberliegenden Ende aus;
12 ist eine Schnittansicht des Adapters von 8 allgemein entlang der Linie 11-11;
13 ist eine isometrische Ansicht eines Universal-Nachführungsgeräts;
14 ist eine isometrische Ansicht eines mit dem Adapter von 8 zu verwendenden chirurgischen Werkzeugs;
15 ist eines Explosionsansicht des Adapters von 8, des chirurgischen Werkzeugs von 4 und des Universal-Nachführungsgeräts von 13;
16 ist eine Zusammenbauansicht des Adapters von 8, des chirurgischen Werkzeugs von 14 und des Universal-Nachführungsgeräts von 13;
17 ist eine Ansicht des Kalibriergeräts, das das chirurgische Werkzeug von 14 mit dem Adapter von 8 und dem Universal-Nachführungsgerät von 13 zeigt, wie es den Kalibrierpunkt berührt;
18 ist ein Blockdiagramm eines das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwirklichenden Computerprogrammes;
18A, 18B, 18C, 18D, und 18E sind repräsentative Bildschirmausdrucke verschiedener in 18 dargestellter Meldungskästchen;
19 ist ein Flussdiagramm eines Computerprogramms eines alternativen Verfahrens der vorliegenden Erfindung; und
20 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Adapters ähnlich dem von 8.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 und 1A sind eine schematische Ansicht und ein Blockdiagramm eines chirurgischen Navigationssystems 50, das ein chirurgisches Werkzeug 52 mit einem unter Verwendung eines Adapters 56 an diesem angebrachten Universal-Nachführungsgerät 54 nachführen kann. Das chirurgische Navigationssystem 50 enthält einen Computer 58, bei dem es sich um jeden beliebigen Typ eines leistungsstarken Personal Computer mit einer CPU 58a, einer Speichereinheit 58b und einer Speichereinheit 58c handeln kann, wie beispielsweise um einen Laptop-Computer (dargestellt) oder einen Desktop-Computer (nicht dargestellt). Wird ein Desktop-Computer verwendet, kann er in einem Wagen 62 untergebracht werden. Auf dem Wagen 62 ist ein Monitor 60 installiert, der mit einem Videoausgang des Computers 58 verbunden ist. Zum Computer 58 gehören außerdem eine Maus 64 oder ein anderes geeignete Zeigegerät und eine Tastatur 66. Das chirurgische Navigationssystem 50 enthält eine Kamera 68, die aus drei getrennten CCD-Kameras 70, 72 und 74 besteht, die vom Universal-Nachführungsgerät 54 erzeugte Infrarot-(IR)-Signale erkennen können. Die Kamera 68 ist mittels eines Kameraarms 76 am Wagen 62 installiert. Obwohl die Kamera 68 in 1 als am Wagen 62 angebaut dargestellt ist, ist es nicht notwendig, dass die Kamera tatsächlich physikalisch am Wagen 62 angebaut bzw. befestigt ist. Die Kamera 68 kann in jeder ortsfesten Position so installiert werden, dass sie eine gute Sicht auf das Operationsgebiet im Operationssaal hat. Die Kamera 68 kann beispielsweise an einer Wand des Operationssaals (nicht dargestellt) oder an der Beleuchtung des Operationssaals (nicht dargestellt) installiert werden. Der Kameraarm 76 kann auch ein Kabel 86 von der Kamera 68 zu einem Lokalisierer 88 enthalten, der sich im Innern des Wagens 62 befindet. Der Lokalisierer 88 arbeitet mit der Kamera 68 zusammen, um die Orte der LED's 84 auf dem Universal-Nachführungsgerät 54 und eventueller anderer Nachführungsgeräte, die sich im Gesichtsfeld der Kamera 68 befinden, zu identifizieren. Die CCD-Kameras 70, 72 und 74 enthalten ihre eigenen Kalibrierinformationen und übermitteln die Positionsdaten der LED's 84 an den Lokalisierer 88. Der Lokalisierer 88 wandelt dann unter Anwendung von dem Fachmann bekannten Techniken die Rohpositionsdaten in Positions- und Ausrichtungsdaten. Der Lokalisierer 88 sendet die Positions- und Ausrichtungsdaten über ein Kabel 90 an den Computer 58. Die Kamera 68 enthält außerdem zwei Sender/Empfänger (Transceiver) 92 und 94, die mit dem Universal-Nachführungsgerät 54 mittels dem Fachmann hinreichend bekannter Techniken kommunizieren können. Die Sender/Empfänger 92 und 94 sind über eine eigene Schaltung im Kabel 86 direkt mit dem Computer 58 verbunden. Außerdem ist ein Referenz-Nachführungsgerät 78 dargestellt, das über eine Nachführer-Halterung 82 an einem Operationstisch 80 angebracht ist. Vorzugsweise sollte zwar das Referenz-Nachführungsgerät 78 ortsfest sein, es könnte aber an einem Patienten (nicht dargestellt) angebracht werden oder ein zweites Hand-Nachführungsgerät sein. Sowohl das Referenz-Nachführungsgerät 78 als auch das Universal-Nachführungsgerät haben mehrere LED's 84, die Licht im Infrarotbereich ausstrahlen, das von den CCD-Kameras 70, 72 und 74 erfasst werden kann. Eine ausführlichere Beschreibung des chirurgischen Navigationssystems 50 ist in der Druckschrift US 2001/0034530 A1 , eingereicht am 21. Oktober 2001, enthalten, deren Offenbarung hiermit einbezogen wird.
Wie aus 2 bis 7 zu ersehen ist, enthält der Adapter 56 einen Körper 102 mit einer Kopplungsstiftbrücke 104. Der Körper 102 hat eine Außenoberfläche 106 und eine Innenoberfläche 108. Eine Öffnung 112 wird von der Innenoberfläche 108 begrenzt und erstreckt sich durch den Körper 102. Die Öffnung 112 hat eine Achse 110 wie in 2 dargestellt. Die Achse 110 muss eine bekannte Beziehung zur Innenoberfläche 108 des Adapters 56 haben.
Auf der Kopplungsstiftbrücke 104 sind mehrere Kopplungsstifte 114 angebracht. In der Ausführungsform von 2 bis 7 sind vier Kopplungsstifte 114 dargestellt. Die mehreren Kopplungsstifte 114 werden bereitgestellt, um es dem Chirurgen zu ermöglichen, das Universal-Nachführungsgerät 54 am günstigsten Kopplungsstift 114 anzubringen, so dass während des durchzuführenden chirurgischen Eingriffs die LED's 84 im Universal-Nachführungsgerät 54 problemlos eine Visierlinie zur Kamera 68 aufrechterhalten werden kann. Obwohl die Ausführungsform von 2 bis 7 vier Kopplungsstifte 114 zeigt, kann jede beliebige Anzahl Kopplungsstifte vorgesehen werden. Die Kopplungsstifte 114 enthalten einen Sockel 115, der auf eine solche Weise fest auf der Kopplungsbrücke 104 gesichert ist, dass sich der Kopplungsstift 114 nicht mehr verschiebt, nachdem er auf der Kopplungsbrücke 104 gesichert worden ist. Der Kopplungsstift 114 enthält außerdem zwei Stifte 116 und eine Hinterschneidung 118, die mit der Kopplungsoberfläche des Universal-Nachführungsgeräts 54 zusammenwirken, wie später ausführlicher beschrieben wird, um das Universal-Nachführungsgerät 54 fest auf dem Adapter 56 zu halten.
Die Öffnung 112 verläuft vollständig durch den Körper 102 und ist so geformt, dass bei Durchführung eines chirurgischen Werkzeugs 52 durch die Öffnung 112 die Werkzeugachse 120 des chirurgischen Werkzeugs 52 identisch mit der Achse 110 der Öffnung 112 ist. Diese Identität der Achse 110 und der Werkzeugachse 120 ist ein wichtiger Aspekt des Adapters 56. Sie ermöglicht, dass der mit dem Referenz-Nachführungsgerät 78 zu verwendende Adapter 56 nicht nur die Position der Werkzeugspitze 126 des chirurgischen Werkzeugs 52, sondern auch die Werkzeugachse 120 so kalibrieren kann, dass das chirurgische Navigationssystem 50 sowohl die Position als auch die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs 52 nachführen kann. Die Öffnung 112 und ihre Achse 110 können gegenüber dem Mittelpunkt des Körpers 102 versetzt sein, wenn das chirurgische Werkzeug 52 drehfest vom Adapter 56 gehalten werden soll.
Sobald der Adapter 56 auf dem chirurgischen Werkzeug 52 platziert worden ist, ist es wichtig, dass die Position des Adapters 56 relativ zur Werkzeugspitze 126 und zur Werkzeugachse 120 unverändert bleibt. Es ist zwar möglich, dass der Adapter 56 so konfiguriert wird, dass er an Ort und Stelle um die Werkzeugachse 120 rotieren kann, sofern jedoch der Abstand von der Werkzeugspitze 126 zum Ort des Universal-Nachführungsgeräts 54 und sofern die Beziehung zwischen dem Universal-Nachführungsgerät 54 und der Werkzeugachse 120 unverändert bleiben, können die Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs 52 kalibriert und vom chirurgischen Navigationssystem 50 nachgeführt werden.
Um den Adapter 56 in einer fixierten Lage relativ zur Werkzeugspitze 126 zu halten, sind federbelastete Kugeln 122 im Innern der Öffnung 112 und in der Innenoberfläche 108 des Körpers 102 vorgesehen. Diese Kugeln 122 werden von Federn 124 nach außen vorgespannt und stehen mit dem chirurgischen Werkzeug 52 in festem Eingriff, so dass die Beziehung zwischen dem Adapter 56 und dem chirurgischen Werkzeug 52 aufrechterhalten wird. Das chirurgische Werkzeug 52 kann beispielsweise einen kleinen Kanal (nicht dargestellt) haben, in den die Kugeln 122 einrasten, wodurch sie den Adapter 56 in einer festen Beziehung zur Werkzeugspitze 126 halten. Es können auch andere Mittel zur sicheren Befestigung des Adapters 56 am chirurgischen Werkzeug 52 verwendet werden.
In 8 bis 13 ist eine zweite Ausführungsform des Adapters 56 dargestellt. Bei der Beschreibung der 8 bis 13 werden ähnliche Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen wie oben erläutert. Ein Adapter 150 enthält eine Kopplungsstiftbrücke 104 und hat eine Außenoberfläche 106 und eine Innenoberfläche 108. Wie aus 8 ersichtlich verläuft eine Achse 168 durch eine von der Innenoberfläche 108 begrenzte Öffnung 152. Die Öffnung 152 im Adapter 150 ist größer als die Öffnung 112 im Adapter 56. Der Grund für diese größere Öffnung ist das Zusammenwirken mit einem an einem chirurgischen Werkzeug 156 angebrachten Befestigungsgerät 154. Auf der Außenoberfläche 106 des Adapters 150 befindet sich eine Reihe Arretierungen 158. Die Arretierungen 158 wirken mit einer Reihe Kugeln 160 zusammen, die in der Innenoberfläche 162 des Befestigungsgeräts 154 gehalten werden. Diese Kugeln 160 werden durch einen den Umfang des Befestigungsgeräts 154 umgebenden Sicherungsring 164 in ihrer Lage gehalten. Das Befestigungsgerät 154 enthält außerdem einen glatten Vorsprung 166, der so geformt ist, dass er mit der Öffnung 152 des Adapters 150 einen engen Passsitz bildet. Der glatte Vorsprung 166 hat eine solche Form, dass die Achse 168 der Öffnung 152 identisch mit der Werkzeugachse 170 des chirurgischen Werkzeugs 156 ist. Ferner ist auf der Außenoberfläche 106 des Adapters 150 eine Reihe Nuten 172 dargestellt. Diese Nuten 172 sind um das Ende des Adapters 150 gegenüber der Kopplungsstiftbrücke 104 angeordnet. Diese Nuten 172 wirken mit einem oder mehreren Stiften 174 in der hinteren Oberfläche 176 des Befestigungsgeräts 154 zusammen. Die Nuten 172 und die Stifte 174 verhindern die Drehung des Adapters 150 um die Achse 168. Die Nuten 172 oder die Stifte 174 oder beide können entfallen, wenn gewünscht wird, dass sich der Adapter 156 frei um die Achse 168 drehen kann.
Wie aus 6 und 12 ersichtlich ist, können die Adapter 56 und 150 der vorliegenden Erfindung aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, das maßlich stabil ist und mindestens ein Mal sterilisiert werden kann. Obwohl es wünschenswert sein kann, dass die Adapter wiederholt sterilisiert werden, ist es auch möglich, die Adapter der vorliegenden Erfindung als Einwegartikel zu konzipieren, die bei der Herstellung sterilisiert, bis zur Verwendung im sterilisierten Zustand gehalten und danach entsorgt werden. Wie in 6 dargestellt können geeignete Kunststoffe, die maßlich stabil und für chirurgische Zwecke brauchbar sind, wie Polyetheretherketon (PEEK), kohlenfaserverstärktes PEEK, Polysulfon, Polycarbonat, Nylon und Mischungen derselben, verwendet werden. Außerdem können wie in 12 gezeigt geeignete Metalle, die für chirurgische Zwecke brauchbar sind, wie chirurgischer Edelstahl, Titan, Wolframcarbid und andere für chirurgische Zwecke geeignete Metalle verwendet werden.
Nunmehr sei auf 14 verwiesen, in der das Universal-Nachführungsgerät 54 detaillierter dargestellt ist. Das in 14 dargestellte Universal-Nachführungsgerät 54 enthält fünf LED's 84, die so angeordnet sind, dass keine drei LED's auf einer einzigen Geraden liegen. Diese Anordnung ermöglicht es dem chirurgischen Navigationssystem 50 sowohl die Position als auch die Ausrichtung des Universal-Nachführungsgeräts 54 zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt, senden diese LED's 84 typischerweise Licht im Infrarotbereich aus, was dem Durchschnittsfachmann hinreichend bekannt ist. Das Universal-Nachführungsgerät 54 hat eine Taste 98. Diese Taste 98 aktiviert die LED's 84, so dass die Kamera 68 des chirurgischen Navigationssystems 50 das Universal-Nachführungsgerät 54 lokalisieren kann. Das Universal-Nachführungsgerät 54 enthält außerdem ein programmierbares Statuslicht 190, das auf verschiedene Weise betrieben werden kann. Das Statuslicht 190 kann beispielsweise so programmiert werden, dass es kurzzeitig leuchtet, nachdem eine Energiequelle wie eine Batterie 194 in einen geeigneten Batteriehalter im Universal-Nachführungsgerät 54 eingelegt worden ist. Das Universal-Nachführungsgerät 54 enthält ferner eine toleranzlose Adapter-Schnittstelle 195 mit einer Öffnung 196, durch die einer der Kopplungsstifte 114 eingeführt werden kann. Die Struktur der Öffnung 196 und der Kopplungsstifte 114 ist dergestalt, dass bei Einführen des Kopplungsstiftes 114 in die Öffnung 196 eine innere Verriegelung (nicht dargestellt) um die Hinterschneidung 118 einschnappt. Die innere Verriegelung kann durch Drücken einer Taste 198 gelöst werden, um das Universal-Nachführungsgerät 54 vom Kopplungsstift 114 abzunehmen. Die Bedeutung der toleranzlosen Adapterschnittstelle besteht darin, dass nach dem das Universal-Nachführungsgerät 54 auf dem Kopplungsstift platziert worden ist, die relative Position des Universal-Nachführungsgeräts 54 und des Kopplungsstiftes 114 nicht mehr verändert werden darf. Ist der Verbund aus Universal-Nachführungsgerät 54, Adapter 150 und chirurgischem Werkzeug 156 einmal kalibriert, kann das chirurgische Werkzeug 156 vom chirurgischen Navigationssystem 50 nachgeführt werden. Wird jedoch die Beziehung zwischen diesen Komponenten verändert, muss die Verbundeinheit neu kalibriert werden.
Außerdem enthält das Universal-Nachführungsgerät 54 einen Kalibrierpunkt 200. Der Kalibrierpunkt 200 hat eine bekannte Beziehung zu den LED's 84 und einen leicht zu identifizierenden Mittelpunkt, so dass das Universal-Nachführungsgerät 54 auch als ein Referenz-Nachführungsgerät 78 verwendet werden kann, wie in 1 dargestellt. Ferner enthält das Universal-Nachführungsgerät 54 einen Kommunikations-Sender/Empfänger(-Transceiver) 202, so dass es über die Sender/Empfänger 92 und 94 direkt mit dem chirurgischen Navigationssystem 50 kommunizieren kann.
15 ist eine Explosionsansicht des Universal-Nachführungsgeräts 54, des Adapters 150 und des chirurgischen Werkzeugs 156. Bei der Anwendung wird der Adapter 150 über die Länge des chirurgischen Werkzeugs 156 geschoben, bis er fest mit dem Befestigungsgerät 154 in Eingriff kommt, das fest auf dem chirurgischen Werkzeug 156 angebracht ist. Typischerweise wird das Befestigungsgerät 154 während der Herstellung zusammen mit dem chirurgischen Werkzeug 156 ausgebildet, aber es ist auch möglich, das Befestigungsgerät 154 mit Hilfe eines geeigneten Befestigungsmittels (nicht dargestellt) später auf dem chirurgischen Werkzeug 156 anzubringen. 16 zeigt eine Ansicht des chirurgischen Werkzeugs 156, des Adapters 150 und des Universal-Nachführungsgeräts 54 im zusammengebauten Zustand. Wie zuvor erwähnt, müssen das chirurgische Werkzeug 156 und das daran angebrachte Universal-Nachführungsgerät 54 kalibriert werden, bevor das Werkzeug mit dem chirurgischen Navigationssystem verwendet werden kann.
Wie aus 17 ersichtlich ist, wird die Werkzeugspitze 126 an den Kalibrierpunkt 200 des Referenz-Nachführungsgerät 78 angelegt. Das chirurgische Navigationssystem 50 kennt sowohl die Lage des Kalibrierpunktes 200 auf dem Referenz-Nachführungsgerät 78 als auch die Position des Universal-Nachführungsgeräts 54. Aufgrund dieser bekannten Beziehung kann das chirurgische Navigationssystem 50 die Lage der Werkzeugspitze 126 relativ zum Universal-Nachführungsgerät 54 bestimmen, wenn die Werkzeugspitze 126 gegen den Kalibrierpunkt 200 gehalten wird. Das chirurgische Navigationssystem 50 speichert dann die Lage der Werkzeugspitze und die Beziehung zwischen der Lage der Werkzeugspitze und dem Universal-Nachführungsgerät 54 im Speicher 58b des Computers 58. Darüber hinaus kann das chirurgische Navigationssystem 50 die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs 156 kalibrieren, da der Adapter 150 dazu dient, das Universal-Nachführungsgerät 54 auf dem chirurgischen Werkzeug 156 anzubauen. Der Adapter 150 hat eine bekannte und zuvor definierte Beziehung hinsichtlich der verschiedenen Kopplungsstifte 114 zur Achse 168 der Öffnung 152 und der Werkzeugachse 170. Außerdem ist die Beziehung zwischen jedem Kopplungsstift 114 und dem Universal-Nachführungsgerät 54 ebenfalls bekannt und zuvor definiert worden. Diese Beziehungen werden in einer im Speicher 58b des Computers 58 gehaltenen Datenbank für jeden Adapter gespeichert, der mit dem chirurgischen Navigationssystem 50 verwendet werden kann.
18 ist ein Flussdiagramm eines das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwirklichenden Computerprogramms. Das Programm beginnt in Block 300, der bestimmt, ob ein Kalibriergerät wie das Referenz-Nachführungsgerät 78 aktiv ist. Ist das Gerät nicht aktiv, verzweigt das Programm zu Block 301, der eine Meldung wie in 18A dargestellt anzeigt, wonach das Kalibriergerät eingeschaltet werden sollte. Das Programm geht zu Block 300 zurück und wartet, bis das chirurgische Navigationssystem 50 ein Signal erhält, das das Einschalten des Kalibriergeräts meldet. Ist das Kalibriergerät aktiviert, verzweigt das Programm zu Block 302, der eine Meldung wie in 18B dargestellt anzeigt, mit der der Benutzer zuerst angewiesen wird, den Kalibrierpunkt auf dem Kalibriergerät, z. B. den Kalibrierpunkt 200, mit der Werkzeugspitze, z. B. mit der Werkzeugspitze 126 zu berühren, und zweitens die Taste des Nachführungsgeräts, z. B. die Taste 98, zu drücken. Ist die Taste 98 aktiviert, werden die LED's 84 auf dem Universal-Nachführungsgerät 54 aktiviert und von der Kamera 68 erkannt. Die Positionsdaten der LED's 84 werden an den Lokalisierer 88 geschickt, der die Position und Ausrichtung des Universal-Nachführungsgeräts 54 an den Computer 68 überträgt. Diese Daten werden im Speicher 58b gespeichert und sind als Datenblock 303 dargestellt. In ähnlicher Weise bestimmt das chirurgische Navigationssystem 50 die Position und Ausrichtung des Kalibriergeräts, z. B. des Referenz-Nachführungsgeräts 78. Diese Daten werden ebenfalls im Speicher 58b gespeichert und sind als Datenblock 304 dargestellt. Das Programm geht dann zum Berechnungsblock 305 weiter. Im Block 305 berechnet das Programm die Position der Werkzeugspitze aus den in Block 303 gespeicherten Positionsdaten des Nachführungsgeräts und der in Block 304 gespeicherten Position des Kalibriergeräts. Die Berechnung der Position der Werkzeugspitze erfolgt auf herkömmliche Weise unter Verwendung von Algorithmen, die dem Fachmann hinreichend bekannt und anerkannt sind.
Die Position der Werkzeugspitze aus dem Berechnungsblock 305 wird dann gespeichert und die gespeicherte Position der Werkzeugspitze an den Berechnungsblock 306 übergeben, der die Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug 156 berechnet. Außer der Position der Werkzeugspitze aus Block 305 enthält das chirurgische Navigationssystem 50 die Datenbank 96 möglicher Achsen der Öffnung 152 relativ zur im Speicher 58b in der Datenbank 96 gespeicherten Lage des Universal-Nachführungsgeräts 54. Die Datenbank 96 ist als Block 306 dargestellt und enthält Daten, die zuvor im Speicher 58b bezüglich der relativen Position des Universal-Nachführungsgeräts 54 zu den möglichen Achsen der Öffnung für verschiedene Adapter, z. B. Achse 110 oder Achse 168, gespeichert worden sind. Da der Adapter 56 und der Adapter 150 verschiedene Anzahlen Kopplungsstifte 114 haben können, befindet sich jeder dieser Kopplungsstifte relativ zur Achse 110 bzw. zur Achse 168 in einer anderen Position und hat eine andere Ausrichtung. Die relative Position des Universal-Nachführungsgeräts 54 entweder zur Achse 110 oder zur Achse 168 für jeden Kopplungsstift 114 kann durch im Stand der Technik hinreichend bekannte Verfahren berechnet werden. Das Ergebnis dieser Berechnung für die Lage jedes Kopplungsstiftes 114 für jeden möglichen Adapter, der mit dem chirurgischen Navigationssystem verwendet werden kann, wird dann in der Datenbank 96 gespeichert, die zuvor bei der Initialisierung des Programm in den Speicher 58b des Computers 58 geladen wurde.
Da es eine Reihe verschiedener Adapterkonfigurationen geben kann, wird der Abstand vom Universal-Nachführungsgerät 54 zur Achse jedes bestimmten Adapters verschieden sein. Jeder Adaptertyp kann mit einem spezifischen Identifizierungszeichen codiert werden, das in das chirurgische Navigationssystem 50 eingegeben werden kann. Dies kann manuell über die Tastatur 66 oder die Maus 64 zur Kennzeichnung des gerade verwendeten Adapters oder unter Verwendung eines intelligenten Adapters 500 wie in 20 dargestellt automatisch erfolgen. Der Adapter 500 hat einen Kommunikations-Sender/Empfänger (Transceiver) 502, der im Adapter 500 gespeicherten Informationen wie eine bestimmte Modell- und/oder Ausführungsnummer über die Kommunikations-Sender/Empfänger 92 und 94 an das chirurgische Navigationssystem 50 übertragen kann.
Sobald das chirurgische Navigationssystem 50 die Identität des jeweiligen Adapters kennt, wird die Datenbank 96 hinsichtlich der potentiellen Achse für den jeweils verwendeten Adapter, z. B. den Adapter 150, abgefragt und die Untermenge der Daten wird zusammen mit der Position der Werkzeugspitze in den Speicher gelegt, wie durch den Datenblock 306 dargestellt. Die Untermenge der im Datenblock 306 aus der Datenbank 96 gespeicherten Daten wird dann zur Berechnung der Ausrichtungsdaten verwendet. Das Programm geht zu Block 307 weiter, der die Ausrichtungsdaten durch Vergleich der Werkzeugspitzenposition mit der Datenuntermenge aus der Datenbank 96, die im Datenblock 306 für diesen betreffenden Adapter gespeichert worden sind, berechnet. Liegt die Position der Werkzeugspitze auf einer der potentiellen Achsen aus dem Datenblock 306 und liegt die Abweichung der Position der Werkzeugspitze von der gewählten potentiellen Achse innerhalb zulässiger Grenzwerte, dann verzweigt das Programm wie in Block 308 gezeigt zum Validierungsprozess. Liegt die Position der Werkzeugspitze nicht innerhalb der zulässigen Grenzwerte auf einer der Achsen, verzweigt das Programm zu Block 309, der eine in 18C dargestellte Fehlermeldung anzeigt. Die Steuerung wird dann zu Block 302 zurückgeschleift, um den Kalibrierungsprozess zu wiederholen.
Zu Beginn des Validierungsprozesses zeigt ein Block 310 eine in 18C dargestellte Meldung an. Die Meldung weist den Benutzer an, den Kalibrierpunkt 200 des Kalibriergeräts mit der Werkzeugspitze zu berühren und dann die Taste 98 zu drücken. Sobald die Taste 98 gedrückt wird, bestimmt das chirurgische Navigationssystem 50 die Position des Universal-Nachführungsgeräts 54 wie oben beschrieben und speichert sie in einem Datenblock 312. Außerdem wird die Position des Kalibriergeräts auf die gleiche Weise wie oben beschrieben bestimmt und im Datenblock 311 gespeichert. Im Block 313 wird dann die im Block 311 gespeicherte Position mit der gespeicherten Werkzeugspitzenposition aus Block 305 verglichen. Liegt der Vergleich durch den Block 313 innerhalb zulässiger Fehlergrenzen, bestimmt Block 314, ob die Kalibrierung validiert worden ist, und die Achsendaten sowie die Daten der Werkzeugspitzenposition werden dann in den Speicher 58b geschrieben, wie von Block 318 dargestellt. Ist der Validierungsprozess nicht erfolgreich, d. h. überschreitet der Vergleich den zulässigen Fehler, so verzweigt das Programm und Block 315 zeigt die in 18E dargestellte Meldung an, die den Benutzer anweist, den Kalibrierungsschritt zu wiederholen. Zu jedem Zeitpunkt entweder während des Kalibrierungs- oder des Validierungsschrittes hat der Benutzer die Möglichkeit, den gesamten Prozess abzubrechen und entweder die Kalibrierung erneut zu beginnen oder zu einer anderen Aufgabe zurückzugehen.
19 ist ein Flussdiagramm eines alternativen Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Das Programm beginnt in Block 400, der bestimmt, ob ein Kalibriergerät aktiv ist. Ist das Kalibriergerät nicht aktiv, zeigt Block 401 eine Meldung an und das Programm wartet, bis ein Kalibriergerät aktiviert ist. Die in Block 401 angezeigte Meldung ist ähnlich der in 18A dargestellten. Nach der Aktivierung des Kalibriergeräts zeigt Block 402 eine Meldung ähnlich der in 18B dargestellten an. Sobald der Benutzer den Kalibrierpunkt 200 auf dem Referenz-Nachführungsgerät 78 mit der Werkzeugspitze berührt und die Nachführ-Taste 98 des Universal-Nachführungsgeräts 54 drückt, berechnet Block 403 die Position der Werkzeugspitze unter Verwendung der aus der Position des Universal-Nachlaufgeräts 54 erzeugten im Block 404 gespeicherten Daten und der im Datenblock 405 gespeicherten Daten der Position des Kalibriergeräts. Die Position der Werkzeugspitze wird von Block 403 in ähnlicher Weise wie in Zusammenhang mit 18 beschrieben berechnet. Sobald die Position der Werkzeugspitze bestimmt und gespeichert worden ist, bestimmt ein Block 406, ob der Kalibrierschritt erfolgreich abgeschlossen wurde oder nicht. War der Kalibrierschritt nicht erfolgreich, z. B. eines der Nachführungsgeräte war für das chirurgische Navigationssystem nicht sichtbar, zeigt Block 416 eine Fehlermeldung an, die die Art des Fehlers beschreibt.
Ist die Kalibrierung abgeschlossen, speichert Block 406 die Werkzeugspitzenposition im Speicher, das Programm geht zu Block 407 weiter, der eine Validierungsmeldung ähnlich der von 18C anzeigt. Die Meldung weist den Benutzer an, den Kalibrierpunkt 200 auf dem Referenz-Nachführungsgerät 78 mit der Werkzeugspitze zu berühren und dann die Aktivierungstaste 98 am Universal-Nachführungsgerät 54 zu drücken. Da das Nachführungsgerät aktiviert ist, bestimmt und speichert Block 408 die Position des Nachführungsgeräts und Block 409 bestimmt und speichert die Kalibrierposition in ähnlicher Weise wie oben beschrieben. Block 410 vergleicht dann die Validierungslage der Werkzeugspitze mit der gespeicherten Position der Werkzeugspitze. Falls Block 411 bestimmt, dass die Abweichung zwischen der in Block 403 gespeicherten Werkzeugspitzenposition und dem in Block 410 bestimmten Validierungswert größer als ein zulässiger Grenzwert ist, war die Validierung nicht erfolgreich und das Programm verzweigt, wie in einer Entscheidung angezeigt; Block 421 zeigt eine Fehlermeldung an. Diese Fehlermeldung ist ähnlich wie die in 18E dargestellte. Liegt dagegen der Vergleich von Block 410 innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen, übergibt Block 411 die Steuerung zur Achsenkalibrierung.
Block 412 bestimmt die Achsenkalibrierung anhand der gespeicherten validierten Werkzeugspitzenposition aus Block 410 und der Überprüfung, ob diese Werkzeugspitzenposition auf einer der im Block 413 gespeicherten verfügbaren Achsen aus der Achsendatenbank liegt oder nicht. Die Achsendatenbank ist ähnlich der in Zusammenhang mit 18 beschriebenen. Block 412 vergleicht die validierte Werkzeugspitzenposition mit den Koordinaten beliebiger Achsengeraden, die dem System bei Verwendung des entsprechenden Adapters zur Verfügung stehen. Liegt die Werkzeugspitzenposition auf einer der entsprechenden Achsen, wird diese Achse gewählt und Block 415 verzweigt zu Block 414, der die Daten der gewählten Achse und der Werkzeugspitzenposition in den Speicher 58b schreibt, um ein vollständig kalibriertes Werkzeug bereitzustellen. Liegt andererseits die Werkzeugspitzenposition nicht innerhalb zulässiger Grenzwerte auf einer der Achsen der Datenbank, verzweigt Block 414 zu Block 417, der nur die Daten der Werkzeugspitzenposition in den Speicher 58b schreibt, um ein punktkalibriertes Werkzeug zu schaffen, d. h. ein Werkzeug, von dem nur die Position der Spitze aber nicht die Ausrichtung des Werkzeugs kalibriert ist. Nach dem Schreiben der entsprechenden Daten in den Speicher ist die Kalibrieraufgabe beendet und das Programm endet und geht zu anderen Aufgaben weiter.
Nunmehr sei auf 20 verwiesen, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Adapter 500, der dem Adapter 150 ähnelt, bereitgestellt. Dieser Adapter unterscheidet sich vom Adapter 150 dadurch, dass er zwei zusätzliche Merkmale hat. Das erste Merkmal ist der Kommunikations-Sender/Empfänger 502, mit dem der Adapter 500 Informationen mit dem chirurgischen Navigationssystem 50 austauschen kann. Diese Informationen können Kennzeichnung und Typ des Adapters enthalten, so dass die entsprechenden Daten aus der Werkzeugachsen-Datenbank ohne Eingriff seitens des Benutzers gewählt werden können. Ferner ist ein Schalter 504 auf der Innenoberfläche 108 des Adapters 500 dargestellt. Dieser Schalter 504 wird gedrückt oder aktiviert, wenn das chirurgische Werkzeug 156 in die Öffnung 152 des Adapters 500 eingeführt wird. Als Schalter 504 kann jeder geeignete Schalter verwendet werden. Der Schalter 504 könnte beispielsweise von der Art sein, dass er bei Drücken ein Signal über den Kommunikations-Sender/Empfänger 502 an das chirurgische Navigationssystem 50 sendet, mit dem gemeldet wird, dass ein Werkzeug 156 in den Adapter 500 eingeführt worden ist. Analog wird bei der Entfernung eines Werkzeugs aus der Öffnung 152 und beim Einsetzen eines neuen Geräts in die Öffnung 152 des Adapters 500 der Schalter zuerst beim Entfernen des Werkzeugs geöffnet und beim Einführen des neuen Werkzeugs gedrückt. Dadurch wird wiederum ein Signal über den Kommunikations-Sender/Empfänger 502 an das chirurgische Navigationssystem 50 geschickt, dessen Mindestinhalt besagt, dass sich der Zustand des Adapters geändert hat und das Werkzeug neu kalibriert werden muss. Dies kann wichtig sein, da der Adapter für eine große Vielzahl von Werkzeugen während eines chirurgischen Eingriffs verwendet werden könnte, von denen ein jedes eine andere Länge hat, so dass sich der Abstand vom Universal-Nachführungsgerät 54 zur Werkzeugspitze ändert. Das System fordert dann den Benutzer auf, die neue Kombination aus Universal-Nachführungsgerät 54, Adapter 500 und chirurgischem Werkzeug 156 neu zu kalibrieren, so dass die korrekten Daten verwendet und auf dem Monitor 60 angezeigt werden. In ähnlicher Weise öffnet der Schalter 504 bei Entfernen eines Werkzeugs und schickt ein Signal an das chirurgische Navigationssystem 50, mit dem dieses informiert wird, dass zum betreffenden Adapter und dem zugehörigen Universal-Nachführungsgerät kein Werkzeug vorhanden ist. Das macht die betreffende Kombination aus Nachführungsgerät, chirurgischem Werkzeug und Adapter für die Verwendung mit dem System ungültig, bis eine Kalibrierung erfolgt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist für die rasche und einfache Kalibrierung sowohl der Position als auch der Ausrichtung eines bestimmten chirurgischen Werkzeugs nützlich, wobei keine komplizierten Kalibriergeräte erforderlich sind, die getrennt sterilisiert werden müssen, damit sie in einer chirurgischen Umgebung verwendet werden können.

Claims

Verfahren für die Kalibrierung einer Position und einer Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend die Schritte: Anbringen eines Nachführungsgeräts (54) zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) unter Verwendung eines Adapters (56; 150; 500) am chirurgischen Werkzeug (52; 156), welches chirurgische Werkzeug (52; 156) eine Werkzeugachse (120; 170) und eine Werkzeugspitze (126) und der Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist; Berühren eines Kalibriergeräts (78) mit der Werkzeugspitze (126), das imstande ist, mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) zu kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position des Nachführungsgeräts (78) zu bestimmen; Berechnen der Position der Werkzeugspitze (126); Berechnen von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze (126); und Speichern der Position der Werkzeugspitze (126) für das chirurgische Werkzeug (52; 156) und der Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) im Speicher (58b, 58c) des chirurgischen Navigationssystems (50), so dass bei Verwendung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) die Position und die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) vom chirurgischen Navigationssystem (50) nachgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Adapter (56; 150; 500) eine Innenoberfläche (108) hat und die Innenoberfläche (108) eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) begrenzt, und die bekannte Beziehung die Identität der Werkzeugachse (120; 170) mit der Öffnungsachse (110; 168) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Nachführungsgerät (54) mittels einer Kopplungsstruktur (104, 114) am Adapter (56; 150; 500) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Kopplungsstruktur (104, 114) das Nachführungsgerät (54) in einer bezüglich des Adapters (56; 150; 500) vorgegebenen Position verriegelt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das chirurgische Navigationssystem (50) ein optisches System ist.
Verfahren nach Anspruch 1, den weiteren Schritt des Mitteilens von Identitätsinformationen vom Nachführungsgerät (54) zum chirurgischen Navigationssystem (50) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 1, den weiteren Schritt des Bestimmens der Anwesenheit eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) im Adapter (56; 150; 500) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 1, den weiteren Schritt des Mitteilens der Anwesenheit des Adapters (56; 150; 500) an das chirurgische Navigationssystem (50) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 1, den weiteren Schritt des Validierens der Position der Werkzeugspitze (126) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 1, die weiteren Schritte des Bereitstellens einer Datenbank bekannter Beziehungen zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170); und des Verwendens der Datenbank sowie der Position der Werkzeugspitze (126) zur Berechnung der Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) enthaltend.
Adapter (56; 150; 500) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welcher Adapter (56; 150; 500) zum Anbringen eines Nachführungsgeräts (54) an einem chirurgischen Werkzeug (52; 156) mit einer Achse (120; 170) umfasst: einen Körper (102) mit einer Außenoberfläche (106) und einer Innenoberfläche (108); eine Kopplungsstruktur (104, 114) für das Nachführungsgerät (54), die auf der Außenoberfläche (106) angebracht ist; und bei dem die Innenoberfläche (108) eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) begrenzt und die Öffnung (112; 152) eine solche Form hat, dass das chirurgische Werkzeug (52; 156) so in Eingriff mit ihr kommt, dass die Achse (110; 168) der Öffnung (112, 152) und die Achse (120; 170) des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) identisch sind.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem die Kopplungsstruktur (104, 114) das Nachführungsgerät (54) in einer vorgegebenen Position bezüglich des Körpers (102) verriegelt.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem das Nachführungsgerät (54) ein optisches Nachführungsgerät ist.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 13, bei dem das optische Nachführungsgerät Infrarot-LED's (84) enthält.
Adapter (56, 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem der Körper (102) auf das chirurgische Werkzeug (52; 156) schiebbar ist.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem der Körper (102) in ein Befestigungsgerät (154) auf dem chirurgischen Werkzeug (52; 156) passt.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem der Körper (102) in ein Befestigungsgerät (154) auf dem chirurgischen Werkzeug einrastet.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (56; 150; 500) ein Näherungsdetektorgerät enthält, um die Anwesenheit eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zu bestimmen.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem der Adapter (56; 150; 500) einen Kommunikations-Sender/Empfänger (502) enthält.
Adapter (56; 150; 500) nach Anspruch 11, bei dem auf der Außenoberfläche (106) zwei Kopplungsstrukturen (104, 114) angebracht sind.
System für die Kalibrierung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend: eine Speichereinheit; einen Adapter (56; 150; 500) zum Anbringen an einem chirurgischen Werkzeug (52; 156) mit einer Werkzeugspitze (126) und einer Werkzeugachse (120; 170); ein am Adapter (56; 150; 500) angebrachtes Nachführungsgerät (54), das vom chirurgischen Navigationssystem (50) nachgeführt wird, welcher Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist; ein Kalibriergerät (78) zur Bestimmung der Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position des Nachführungsgeräts (54) und zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50); eine erste Schaltung zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze (126) und zur Berechnung der Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze (126), und eine zweite Schaltung zur Speicherung der Position der Werkzeugspitze (126) und der Ausrichtung des Werkzeugs (52; 156) in der Speichereinheit.
System nach Anspruch 21, bei dem das Nachführungsgerät (54) mit einer Kopplungsstruktur (104, 114) am Adapter (56; 150; 500) befestigt ist.
System nach Anspruch 22, bei dem die Kopplungsstruktur (104, 114) das Nachführungsgerät (54) relativ zum Adapter (56; 150; 500) in einer vorgegebenen Position verriegelt.
System nach Anspruch 21, bei dem der Adapter (56; 150; 500) ein Körper (102) mit einer Innenoberfläche (108) und einer Außenoberfläche (106) ist.
System nach Anspruch 24, bei dem die Innenoberfläche (108) eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) definiert und die Öffnung (112; 152) eine Form hat, mit der das chirurgische Werkzeug (52; 156) in Eingriff bringbar ist, bei welchem System die Werkzeugachse (120; 170) des in die Öffnung (112; 152) eingeführten chirurgischen Werkzeugs (52; 156) und die Achse (110; 168) der Öffnung (112; 152) identisch sind.
System nach Anspruch 21, bei dem das Nachführungsgerät (54) ein optisches Nachführungsgerät ist.
System nach Anspruch 26, bei dem das optische Nachführungsgerät Infrarot LED's (84) enthält.
System nach Anspruch 21, das eine Datenbank bekannter Beziehungen zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) enthält, und bei dem die erste Schaltung die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank bekannter Beziehungen zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze (126) berechnet.
Verfahren für die Kalibrierung einer Position und einer Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend die Schritte: Anbringen eines Nachführungsgeräts (54) zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) unter Verwendung eines Adapters (56; 150; 500) am chirurgischen Werkzeug (52; 156), welches chirurgische Werkzeug (52; 156) eine Werkzeugachse (120; 170) und eine Werkzeugspitze (126) besitzt und der Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist; Berühren eines Kalibriergeräts (78) mit der Werkzeugspitze (126), das imstande ist, mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) zu kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position des Nachführungsgeräts (54) zu bestimmen; Berechnen der Position der Werkzeugspitze (126); Speichern der Position der Werkzeugspitze (126) im Speicher (58b, 58c) des chirurgischen Navigationssystems (50); und Bestimmen von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) aus der Position der Werkzeugspitze (126) und aus einer Datenbank gespeicherter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) derart, dass die Position der Werkzeugspitze (126) eine Achse (120; 170) des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank schneidet, so dass dann, wenn das chirurgische Werkzeug (52; 156) mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) verwendet wird, die Position und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) vom chirurgischen Navigationssystem (50) nachgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der Adapter (56; 150; 500) eine Innenoberfläche (108) hat, die eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) definiert, und bei dem die Werkzeugsachse (120; 170) des in die Öffnung (112; 152) eingeführten chirurgischen Werkzeugs (52; 156) und die Achse (110; 168) der Öffnung (112; 152) identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Nachführungsgerät (54) mittels einer Kopplungsstruktur (104; 144) am Adapter (56; 150; 500) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem die Kopplungsstruktur (104; 144) das Nachführungsgerät (54) in einer vorgegebenen Position relativ zum Adapter (56; 150; 500) verriegelt.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das chirurgische Navigationssystem (50) ein optisches System ist.
Verfahren nach Anspruch 29, den weiteren Schritt des Übertragens von Identitätsinformationen vom Nachführungsgerät (54) zum chirurgischen Navigationssystem (50) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 29, den weiteren Schritt des Bestimmens der Anwesenheit eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) im Adapter (56; 150; 500) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 29, den weiteren Schritt des Mitteilens der Anwesenheit des Adapters (56; 150; 500) an das chirurgische Navigationssystem (50) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 29, den weiteren Schritt des Validierens der Position der Werkzeugspitze (126) enthaltend.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem der Adapter (56; 150; 500) mehrere Kopplungsstationen (104, 144) hat, und der Schritt des Bestimmens der Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank gespeicherter Werte Achsendaten für die Lage jeder Kopplungsstation (104, 144) verwendet.
System für die Kalibrierung einer Position und einer Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend: Mittel zum Anbringen eines Nachführungsgeräts (54) zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) am chirurgischen Werkzeug (52; 156) unter Verwendung eines Adapters (56; 150; 500), welches chirurgische Werkzeug (52; 156) eine Werkzeugachse (120; 170) und eine Werkzeugspitze (126) besitzt und der Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist; Mittel zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze (126), indem die Werkzeugspitze (126) ein Kalibriergerät (78) berührt, das imstande ist, mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) zu kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position des Nachführungsgeräts (54) zu bestimmen; Mittel zur Berechnung von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) und aus der Position der Werkzeugspitze (126); und Mittel zur Speicherung der Position der Werkzeugspitze (126) für das chirurgische Werkzeug (52; 156) und der Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) im Speicher (58b, 58c) des chirurgischen Navigationssystems (50), so dass bei Verwendung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) die Position und die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) vom chirurgischen Navigationssystem (50) nachgeführt werden.
System nach Anspruch 39, bei dem das Nachführungsgerät (54) mittels eines Kopplungsmittels (104, 144) am Adapter angebracht ist.
System nach Anspruch 40, bei dem das Kopplungsmittel (104, 144) das Nachführungsgerät (54) in einer vorgegebenen Position relativ zum Adapter (56; 150; 500) verriegelt.
System nach Anspruch 39, bei dem der Adapter (56; 150; 500) ein Körper (102) mit einer Innenoberfläche (108) und einer Außenoberfläche (106) ist.
System nach Anspruch 42, bei dem die Innenoberfläche (108) eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) definiert und eine Form hat, um mit dem chirurgischen Werkzeug (52; 156) in Eingriff gebracht zu werden, bei welchem System die Werkzeugachse (120; 170) des in die Öffnung (112; 152) eingeführten chirurgischen Werkzeugs (52; 156) und die Achse (110; 168) der Öffnung (112; 152) identisch sind.
System nach Anspruch 39, bei dem das Nachführungsgerät (54) ein optisches Nachführungsgerät ist.
System nach Anspruch 44, bei dem das optische Nachführungsgerät Infrarot-LED's (84) enthält.
System nach Anspruch 39, das eine Datenbank bekannter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) enthält, und bei dem eine erste Schaltung die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank bekannter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze (126) berechnet.
System für die Kalibrierung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend: eine Speichereinheit; Mittel zum Anbringen eines Adapters (56; 150; 500) an einem chirurgischen Werkzeug (52; 156) mit einer Werkzeugspitze (126) und einer Werkzeugachse (120; 170); Mittel (54) zum Nachführen des am Adapter (56; 150; 500) angebrachten chirurgischen Werkzeugs (52; 156), welche Nachführungsmittel (54) vom chirurgischen Navigationssystem (50) nachgeführt werden und der Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist; Kalibriermittel (78) zur Bestimmung der Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position der Nachführungsmittel (54) und zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50); Mittel zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze (126) und zur Berechnung der Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der bekannten Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) und aus der Position der Werkzeugspitze (126); und Mittel zum Speichern der Position der Werkzeugsspitze (126) und der Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) in der Speichereinheit.
System nach Anspruch 47, bei dem das Nachführungsmittel (54) mittels eines Kopplungsmittels (104, 114) am Adapter (56; 150; 500) angebracht ist.
System nach Anspruch 48, bei dem das Kopplungsmittel (104, 114) das Nachführungsgerät (54) in einer vorgegebenen Position relativ zum Adapter (56; 150; 500) verriegelt.
System nach Anspruch 49, bei dem der Adapter (56; 150; 500) ein Körper (102) mit einer Innenoberfläche (108) und einer Außenoberfläche (106) ist.
System nach Anspruch 50, bei dem die Innenoberfläche (108) eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) definiert und eine Form hat, um mit dem chirurgischen Werkzeug (52; 156) in Eingriff gebracht zu werden, bei welchem System die Werkzeugachse (120; 170) des in die Öffnung (112; 152) eingeführten chirurgischen Werkzeugs (52; 156) und die Achse (110; 168) der Öffnung (112; 152) identisch sind.
System nach Anspruch 47, bei dem das Nachführungsmittel (54) ein optisches Nachführungsgerät ist.
System nach Anspruch 52, bei dem das optische Nachführungsgerät Infrarot-LED's (84) enthält.
System nach Anspruch 47, das eine Datenbank bekannter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) enthält, und bei dem die erste Schaltung die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank bekannter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze (126) berechnet.
System für die Kalibrierung einer Position und einer Ausrichtung eines chirurgischen Werkzeugs (52; 156) zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem (50), umfassend: Mittel zum Anbringen eines Nachführungsgeräts (54) zur Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem (50), mittels eines Adapters (56; 150; 500) am chirurgischen Werkzeug (52; 156), welches chirurgische Werkzeug (52; 156) eine Werkzeugachse (120; 170) und eine Werkzeugspitze (126) besitzt und der Adapter (56; 150; 500) eine bekannte Beziehung zwischen dem Nachführungsgerät (54) und der Werkzeugachse (120; 170) aufweist; Mittel zur Berechnung der Position der Werkzeugspitze (126), indem die Werkzeugspitze (126) ein Kalibriergerät (78) berührt, das imstande ist, mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) zu kommunizieren und die Position der Werkzeugspitze (126) relativ zur Position des Nachführungsgeräts (54) zu bestimmen; Mittel zum Speichern der Position der Werkzeugsspitze (126) im Speicher (58b, 58c) des chirurgischen Navigationssystems (50); Mittel zur Bestimmung von Ausrichtungsdaten für das chirurgische Werkzeug (52; 156) aus der Position der Werkzeugspitze (126) und aus einer Datenbank gespeicherter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) derart, dass die Position der Werkzeugspitze (126) eine Achse (120; 170) des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank schneidet, so dass dann, wenn das chirurgische Werkzeug (52; 156) mit dem chirurgischen Navigationssystem (50) verwendet wird, die Position und die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) vom chirurgischen Navigationssystem (50) nachgeführt werden.
System nach Anspruch 55, bei dem das Nachführungsgerät (54) mittels eines Kopplungsmittels (104, 144) am Adapter (56; 150; 500) angebracht ist.
System nach Anspruch 56, bei dem das Kopplungsmittel (104, 144) das Nachführungsgerät (54) in einer vorgegebenen Position relativ zum Adapter (56; 150; 500) verriegelt.
System nach Anspruch 55, bei dem der Adapter (56; 150; 500) ein Körper (102) mit einer Innenoberfläche (108) und einer Außenoberfläche (106) ist.
System nach Anspruch 58, bei dem die Innenoberfläche (108) eine Öffnung (112; 152) mit einer Achse (110; 168) definiert und eine Form hat, um mit dem chirurgischen Werkzeug (52; 156) in Eingriff gebracht zu werden, bei welchem System die Werkzeugachse (120; 170) des in die Öffnung (112; 152) eingeführten chirurgischen Werkzeugs (52; 156) und die Achse (110; 168) der Öffnung (112; 152) identisch sind.
System nach Anspruch 55, bei dem das Nachführungsmittel (54) ein optisches Nachführungsgerät ist.
System nach Anspruch 60, bei dem das optische Nachführungsgerät Infrarot-LED's (84) enthält.
System nach Anspruch 55, das eine Datenbank bekannter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54), bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) enthält, und bei dem eine erste Schaltung die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs (52; 156) aus der Datenbank bekannter Beziehungen des Nachführungsgeräts (54) bezüglich der Werkzeugachse (120; 170) sowie aus der Position der Werkzeugspitze (126) berechnet.