DE10343826B4 - Knochenfester Lokator und Navigationssystem - Google Patents

Knochenfester Lokator und Navigationssystem Download PDF

Info

Publication number
DE10343826B4
DE10343826B4 DE10343826A DE10343826A DE10343826B4 DE 10343826 B4 DE10343826 B4 DE 10343826B4 DE 10343826 A DE10343826 A DE 10343826A DE 10343826 A DE10343826 A DE 10343826A DE 10343826 B4 DE10343826 B4 DE 10343826B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
locator
locators
bone
receiving device
navigation system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10343826A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10343826A8 (de
DE10343826A1 (de
Inventor
Jan Stifter
Thomas Hauri
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Smith and Nephew Orthopaedics AG
Original Assignee
Plus Endoprothetik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plus Endoprothetik AG filed Critical Plus Endoprothetik AG
Priority to DE10343826A priority Critical patent/DE10343826B4/de
Priority to PCT/EP2004/010347 priority patent/WO2005032391A1/de
Priority to EP04765254A priority patent/EP1667596A1/de
Priority to US10/573,144 priority patent/US20070049819A1/en
Publication of DE10343826A1 publication Critical patent/DE10343826A1/de
Publication of DE10343826A8 publication Critical patent/DE10343826A8/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10343826B4 publication Critical patent/DE10343826B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046Tracking techniques
    • A61B2034/2055Optical tracking systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2072Reference field transducer attached to an instrument or patient
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3904Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers specially adapted for marking specified tissue
    • A61B2090/3916Bone tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/39Markers, e.g. radio-opaque or breast lesions markers
    • A61B2090/3983Reference marker arrangements for use with image guided surgery

Abstract

Knochenfester Lokator (3, 5) als Referenz eines Navigationssystems (1) zur Positions- und Lagebestimmung von Körperteilen eines Säugetiers im Raum, das eine Aufnahmeeinrichtung (9) zur Ortung von Lokatoren (3, 5) anhand von durch Zielmarken an den Lokatoren (3, 5) gelieferten Signalen und eine mit der Aufnahmeeinrichtung (9) verbundene Steuer- und Auswertungseinrichtung (11) aufweist, mit weniger als drei an einem Grundkörper (3a, 5a) des knochenfesten Lokators (3, 5) vorgesehenen Zielmarken (3e, 3d; 5c, 5d) zur Signalgabe an die Aufnahmeeinrichtung (9) und mit einem zum Eingriff in einen Knochen des Säugetiers ausgebildeten Eingriffsabschnitt (3b, 5b), gekennzeichnet durch eine in einer Verbindungslinie zweier Zielmarken (3e, 3d; 5c, 5d) des Lokators (3, 5) liegende Drehachse.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen knochenfesten Lokator eines sogenannten Navigationssystems für den medizinischen Einsatz sowie ein derartiges System, welches Lokatoren dieser Art umfasst.
  • Verfahren und Vorrichtungen zur prä- oder intraoperativen Bestimmung der Lage bzw. Ausrichtung von Extremitäten eines Säugetiers, insbesondere des Menschen, und/oder von Operationsinstrumenten und/oder zum Einsetzen in den Körper bestimmten Endoprothesenteilen sind seit einigen Jahren bekannt und in zunehmendem Maße im klinischen Einsatz.
  • So sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Drehzentrums von Körpergelenken des Menschen, insbesondere des Hüft- oder Kniegelenks, mittels eines optischen Erfassungssystems aus der FR 2 785 517 B1 bekannt. Die WO 95/00075 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Lokalisierung von Funktionsstrukturen des Unterschenkels während einer Knieoperation unter Einsatz eines Navigationssystems der in Rede stehenden Art. Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der WO 99/23956 A1 bekannt, welche den im wesentlichen gleichzeitigen Einsatz knochenfester Lokatoren (hier bezeichnet als Referenzkörper) und manuell manipulierbarer Lokatoren, auch bezeichnet als handgeführte Taster, lehrt. Die DE 197 09 960 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur präoperativen Bestimmung der Positionsdaten von Endoprothesenteilen eines mittleren Gelenkes des menschlichen Körpers relativ zu den benachbarten Knochen.
  • Die bei diesen Systemen eingesetzten knochenfesten Lokatoren (Markierungselemente, Referenzkörper o.ä.) weisen üblicherweise drei oder mehr Strahlungssender (IR-LED) oder Strahlungsreflektoren (IR-Reflektoren) auf, was ihre selbständige Lokalisierung im Raum ermöglicht. Hierzu sind im Grunde drei Sende- oder Reflektorelemente ausreichend, während 4 oder mehr aus physikalischer Sicht redundant ist, aber zusätzliche Prüfschritte bzw. Aussagen zur Schlüssigkeit gewonnener Positionsdaten ermöglicht.
  • Vielfach haben diese Lokatoren eine annähernde T- oder Y-Form, wobei häufig eines der Sende- oder Reflektorelemente gegenüber einer Ebene in der die übrigen drei liegen, erhöht angeordnet ist. Es gibt aber auch Lokatoren mit im wesentlichen rechteckigem oder rhomboedrischem Grundkörper mit angesetztem stabförmigem Halter, sowie auch Lokatoren mit nur drei Sende- bzw. Reflektorelementen auf einem im wesentlichen linearen Grundkörper.
  • All diesen Lokatoren ist gemeinsam, dass sie – mit Rücksicht auf den erforderlichen Abstand der Sende- bzw. Reflektorelemente zur zuverlässigen Erfassung durch die optische Erfassungseinrichtung – relativ große Abmessungen und, wegen der erforderlichen Steifigkeit, auch ein relativ hohes Gewicht haben. Zur Befestigung am Knochen werden daher üblicherweise relativ großvolumige und aufwendige Klemm- bzw. Schraubvorrichtungen verwendet, die eine entsprechend großflächige Freilegung des Knochenbereiches erfordern, was dem generellen medizinischen Anliegen zuwiderläuft, erforderliche Eingriffe möglichst minimal invasiv auszuführen. Einfachere Befestigungsmittel, wie die in der DE 197 09 960 A1 beschriebenen Schneidgewindeschrauben zum direkten Eindrehen in den Knochenabschnitt, haben sich mit Blick auf die relativ hohen Lasten der konventionellen Lokatoren nicht durchsetzen können. Außerdem kann es zu Problemen hinsichtlich der Ortbarkeit der Lokatorelemente kommen, insbesondere dann, wenn ein Patient während einer Operation gedreht werden muß.
  • Aus der gattungsbildenden EP 1 417 941 A1 ist ein knochenfester Lokator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, welcher als Referenz eines Navigationssystems zur Positions- und Lagebestimmung von Körperteilen eines Säugetiers im Raum dient. Das Navigationssystem umfaßt eine Aufnahmeeinrichtung zur Ortung von Lokatoren, wobei die Ortung anhand von durch Zielmarken an den Lokatoren gelieferten Signalen erfolgt. Ferner umfaßt es eine mit der Aufnahmeeinrichtung verbundene Steuer- und Auswertungseinrichtung mit weniger als drei an einem Grundkörper des knochenfesten Lokators vorgesehenen Zielmarken zur Signalgabe an die Aufnahmeeinrichtung. Der Lokator bzw. die Lokatoren sind mit einem zum Eingriff in einen Knochen des Säugetiers ausgebildeten Eingriffsabschnitt ausgebildet.
  • Auch bei diesen Lokatoren kommt es jedoch oft, abhängig davon, wie sie am Knochen angebracht sind, zu Problemen hinsichtlich ihrer Ortung bzw. Ortbarkeit. Je nachdem, wie beispielsweise ein Patient umgelagert bzw. gedreht wird, kommt es dazu, daß die fest mit dem Knochen verbundenen Lokatoren von der ihnen zugeordneten Aufnahmeeinrichtung, also beispielsweise einer Stereokamera, abgewandt sind und demnach nicht mehr ordnungsgemäß geortet werden können.
  • Aus der DE 202 17 014 U1 ist eine weitere Vorrichtung zur Bestimmung der Lage einer Kniegelenk-Endoprothese bekannt. Bei dieser Vorrichtung kommen ausschließlich Lokatorelemente mit drei Markern zum Einsatz. Auch hier ergibt sich das Problem, daß eine gute Ortbarkeit der Lokatorelemente große Marken bedingt und damit das Gewicht der Lokatorelemente relativ hoch ist. Ferner ist auch hier für die Lokatorelemente eine massive Verankerung am Knochen und damit ein mit Sicherheit nicht minimalinvasiver Eingriff nötig.
  • Eine ähnliche Vorrichtung zum Bestimmen der räumlichen Lage einer Patella eines menschlichen Kniegelenks beim navigationsgestützten chirurgischen Eingriff ist aus der DE 203 03 499 U1 bekannt. Auch hier kommen wiederum Lokatorelemente mit drei Markern zum Einsatz, wobei im weiteren die obenstehenden Ausführungen bezüglich der DE 202 17 014 U1 auch auf den Gegenstand der DE 203 03 499 U1 zutreffen.
  • Aus der DE 296 23 941 U1 ist ein Navigationssystem für chirurgische oder medizinische Instrumente und Behandlungsapparaturen bekannt, wobei mindestens zwei Infrarotreflektoren an Instrumenten bzw. an Behandlungsapparaturen angebracht sind, und zwar in einer nur für diese Reflektorengruppe charakteristischen Anordnung. Es sei angemerkt, daß auch beim Gegenstand der DE 296 23 941 U1 relativ große Reflektoren nötig sind, um die Reflektorgruppe zuverlässig fassen zu können. Ferner ergeben sich je nach Stellung des zu erfassenden Instrumentes Schwierigkeiten bei der Erfaßbarkeit der Reflektoren, insbesondere wenn diese vom Kamerasystem abgewandt sind. Auch ist es nicht vorgesehen, eine hohe Erfaßbarkeitsquote sicherzustellen.
  • Aus der US 5,888,245 A ist eine Justierhilfe für einen künstlichen Hüftschaft bekannt, die optische Marken besitzt. Auch der Gegenstand der US 5,888,245 ist nicht hinsichtlich einer möglichst guten optischen Erfaßbarkeit optimiert.
  • Aus der US 6,491,700 B1 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, ein Referenzsystem an einem Patienten während eines Eingriffs erneut anzubringen. Ferner ist aus dieser Druckschrift ein entsprechendes Referenzsystem bekannt. Auch dieses Referenzsystem ist nicht optimal optisch erfaßbar.
  • Aus der US 6,006,126 A ist schließlich ein System zur Bestimmung und zum Anzeigen von anatomischen Daten eines Patienten, wie sie beispielsweise aus einer Computertomographie oder dgl. gewonnen werden, bekannt. Mit Hilfe einer Stereokameraanordnung und der bekannten Anatomie des Patienten lassen sich Positionsdaten beispielsweise von Operationsinstrumenten ermitteln. Die Indexmarken sind wie bereits vorstehend erwähnt zur Lokalisierung von beispielsweise Operationsbesteck relativ zur Anatomie des Patienten und bestehen aus verschiedenartigen Lichtquellen, Reflektoren, Dioden und dgl.. Auch beim Gegenstand der US 6,006,126 A ist keine optimierte Erfaßbarkeit der Marken gewährleistet.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe der Bereitstellung eines kleineren, leichteren und in minimalinvasiver Weise am Knochen anbringbaren Lokators der gattungsgemäßen Art zugrunde, wobei der Lokator in allen Lagen des Patienten bzw. des Knochens, an dem er befestigt ist, leicht und fehlerfrei ortbar sein soll. Weiterhin soll ein an derartige verbesserte Lokatoren angepasstes medizinisches Navigationssystem bereitgestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt durch einen Lokator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem zweiten Aspekt durch ein Navigationssystem mit dem Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken ein, auf die selbstständige Ortbarkeit bzw. Möglichkeit der Bestimmung eines vollständigen Positionsdatensatzes eines einzelnen Lokators mit Blick auf die spezifischen Bedingungen des medizinischen Einsatzes zu verzichten. Diese Spezifik besteht darin, dass das Körperteil, dessen Position bzw. Orientierung im Raum zu bestimmen ist, als solches eine starre Verbindung zwischen zwei oder mehreren Lokatorelementen herstellen kann, welche ihrerseits starr mit diesem Körperteil (Knochen, Gelenkteil etc.) verbunden sind. Die Erfindung fußt also gewissermaßen auf dem Gedanken, funktionell unvollständige, reduzierte Lokatoren einzusetzen, welche erst in einem durch den Knochen geschaffenen starren Verbund miteinander die Gewinnung eines vollständigen Positionsdatensatzes ermöglichen.
  • Mit der Erfindung wird es möglich, die nun wesentlich kleiner und leichter ausführbaren Lokatoren mit einer weit weniger invasiven Befestigung als die herkömmlichen Lokatoren zu fixieren, denn die wirkenden Kräfte werden wesentlich reduziert. Zudem ergibt sich in vorteilhafter Weise eine deutliche Reduzierung der unerwünschten Beeinflussung von Bändern im Operationsbereich und/oder einer Irritation der benachbarten Weichteile. Es ist klar, dass die verringerte Größe und das verringerte Gewicht sowie der vereinfachte Befestigungsmechanismus auch eine größere Flexibilität hinsichtlich der Anwendung und konkreten Platzierung der erfindungsgemäßen Lokatoren ergeben.
  • Weiterhin ergibt sich als Vorteil gegenüber den bekannten Navigationsprinzipien eine Verbreiterung der Messbasis zwischen den zueinander in Beziehung zu setzenden Referenzpunkten bzw. Zielmarken (Sende- bzw. Reflektorelementen) gegenüber einer in vollem Maße selbstständigen Positionsdatengewinnung aus den Messsignalen einzelner Lokatoren. Bei diesen ist die Größe der Messbasis mit Blick auf ihre Gesamtgröße und das Gewicht natürlich sehr begrenzt, während die vorgeschlagene Lösung eine in weiten Grenzen wählbare Platzierung der gemeinsam einen Positionsdatensatz liefernden Lokatoren und damit im Bedarfsfall die Realisierung einer wesentlich vergrößerten Messbasis erlaubt. Hierbei ist auch zu beachten, dass sich auch während des Systembetriebes auftretende kleine Fehler, etwa unbeabsichtigte Verschiebungen eines einzelnen Lokators, für das Gesamtergebnis der Positionsbestimmung bei vergrößerter Messbasis weniger stark auswirken.
  • Schließlich ist darauf hinzuweisen, dass die vereinfachte Befestigung jederzeit ein vollständiges Drehen des Lokators um seine Achse erlaubt, was mit sehr geringem Aufwand eine Optimierung der optischen Erfassungssituation ermöglicht. Zwar lassen sich drehbare knochenfeste Lokatoren auch beim herkömmlichen Aufbau realisieren, dies würde aber zusätzliche Gelenke bzw. Drehachsen an der Befestigungsvorrichtung erfordern und diese somit noch massiver ausfallen lassen. Bei herkömmlichen Navigationssystemen ist zudem ein Drehen der Lokatoren aufgrund des anderen Messprinzips nur vor Beginn des Erfassungs-Ablaufs erlaubt, danach aber verboten.
  • Zur Realisierung dieser vorteilhaften Drehbarkeit liegt bei einer Lokator-Ausführung mit zwei Zielmarken die Drehachse insbesondere in einer Verbindungslinie dieser Zielmarken. Diese ist bei den weit verbreiteten sphärischen Zielmarken zwischen den Kugelmittelpunkten definiert, kann aber bei flächigen Zielmarken auch außerhalb der jeweiligen Flächenmittelpunkte liegen.
  • In einer bevorzugten Ausführung umfasst der Lokator zwei an einem im wesentlichen linearen oder L-förmigen Grundkörper vorgesehene Reflektor- oder Sendeelemente. Auch ein Lokator mit einem einzigen Reflektor- oder Sendeelement liegt im Bereich der Erfindung, dessen Einsatz in einem medizinischen Navigationssystem erfordert aber die knochenfeste Fixierung und auswertungsseitige Kombination der Signale von mindestens drei Lokatoren und ist auch hinsichtlich der Fehlersicherheit weniger vorteilhaft als die Ausführung mit zwei Markern.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführung ist der Eingriffsabschnitt als Selbstschneid-Gewinde – und weiter bevorzugt auch selbstbohrend – ausgebildet. Mit einer solchen Schraube lässt sich der erfindungsgemäße Lokator mit wenigen einfachen Handhabungen und in wenig invasiver Weise an dem der Positionsbestimmung zu unterziehenden Knochen bzw. Knochenabschnitt zuverlässig fixieren. Positionsverschiebungen in Längsrichtung sind dabei praktisch ebenso ausgeschlossen wie ein unbeabsichtigtes Lockern. Die Gewindeachse, liegt bei einer Lokator-Ausführung mit zwei Zielmarken bevorzugt in deren (weiter oben erwähnten) Verbindungslinie.
  • Grundsätzlich ist der vorgeschlagene Lokator auch mit einer allein auf Reibungskraft basierenden Befestigung nach dem Nagel-Prinzip ausführbar. In dieser Ausführung ist er ebenfalls leicht – wenn auch mit zusätzlichem Werkzeug (Hammer) – handhabbar, die Stabilität dieser Befestigung reicht aber nicht an diejenige eines Gewindes heran.
  • In einer besonders einfachen Ausführung verläuft die Längsachse des Befestigungselementes im wesentlichen in der Achse der Marken, grundsätzlich sind aber auch Ausführungen mit gegenüber dem Lokator-Grundkörper geneigtem Befestigungsgewinde möglich. Bei diesen wäre allerdings ein Drehen des Lokators um die eigene Achse ein geometrisch komplexerer Vorgang, und unbeabsichtigte kleine Drehungen um die Gewindelängsachse würden sich in der Lage der Marken (Reflektor- oder Sendeelemente) bemerkbar machen.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführung des vorgeschlagenen Lokators sind die Reflektorelemente als retro-reflektierende Kugeln ausgebildet, der Lokator ist also vom passiven Typ. Wegen der aufgrund des Fortfalls einer eigenen Stromversorgung geringeren Komplexität und flexibleren Einsetzbarkeit ordnen sich diese passive Ausführung besonders vorteilhaft in das der Erfindung zugrundeliegende Konzept ein.
  • Hierzu ist insbesondere in der Steuer- und Auswertungseinrichtung (11) ein Auswertungsprogramm zur zusammenhängenden Auswertung von durch Zielmarken (3c, 3d, 5c, 5d) an den zwei oder mehr Lokatoren (3, 5) gegebenen Signalen derart implementiert, dass die Signale höchsten zweier Zielmarken an ein und demselben Lokator in die Positionsbestimmung einbezogen werden. Auch wenn also in einem Navigationssystem der erfindungsgemäßen Art Lokatoren mit drei oder mehr Zielmarken zum Einsatz kommen sollten, so wird durch diese Ausführung der Steuer- und Auswertungseinrichtung sichergestellt, dass die Positionsbestimmung auf grund der Daten jeweils mehrerer über den Knochen starr verbundener Lokatoren und nicht aufgrund der Signale eines einzelnen Lokators erfolgt. In diesem Sinne wären dann auch beispielsweise Lokatoren mit drei oder mehr Zielmarken, von denen nur zwei aber im Sinne der Erfindung eingesetzt werden, als im Schutzbereich der Erfindung liegende Lokatoren anzusehen.
  • Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur.
  • Die Figur zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung ein optisches Navigationssystem 1 für den medizinischen Einsatz, dessen wesentliche Komponenten zwei knochenfeste Lokatoren 3 und 5 der erfindungsgemäßen Art, IR-Beleuchtungsquellen 7A und 7B, eine Stereokameraanordnung 9 mit zwei IR-Kameras 9a und 9b und eine mit dieser verbundene Auswertungseinheit 11 sind. Bezüglich der Beleuchtungseinheit 7 und der Stereokameraanordnung 9 hat dieses System keine Besonderheiten gegenüber bekannten Navigationssystemen. In der Auswertungseinheit 11 ist aber ein spezielles Auswertungsprogramm implementiert, welches eine zusammenfassende Auswertung der von den beiden Lokatoren 3 und 5 kommenden Lichtsignale zur Erstellung eines Positionsdatensatzes erlaubt.
  • Die Lokatoren 3 und 5 haben identischen Aufbau aus einem L-förmigen Grundkörper 3a bzw. 5a, einem an diesen angesetzten Selbstschneidgewinde 3b bzw. 5b und jeweils zwei retro-reflektierenden Kugeln 3c, 3d bzw. 5c, 5d auf dem langgestreckten Teil des Grundkörpers. Sie sind mit Abstand zueinander in eine Tibia T eines Patienten eingeschraubt, und definieren die Referenz der Tibia T. Das Einschrauben erfolgt ohne wesentliche vorherige Freilegung des Fixierungsbereiches und weitgehend frei von Weichteilirritationen und Beeinträchtigungen der Bänder im Knie- bzw. Fußgelenkbereich.
  • Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen. Insbesondere sind Abwandlungen hinsichtlich der Form des Loka tor-Grundkörpers und der Art und Anordnung der zugehörigen Befestigungseinrichtung (wie weiter oben beschrieben) möglich, aber auch Abwandlungen hinsichtlich der Anzahl, Form und Anordnung der Markerelemente auf den Lokatoren.

Claims (12)

  1. Knochenfester Lokator (3, 5) als Referenz eines Navigationssystems (1) zur Positions- und Lagebestimmung von Körperteilen eines Säugetiers im Raum, das eine Aufnahmeeinrichtung (9) zur Ortung von Lokatoren (3, 5) anhand von durch Zielmarken an den Lokatoren (3, 5) gelieferten Signalen und eine mit der Aufnahmeeinrichtung (9) verbundene Steuer- und Auswertungseinrichtung (11) aufweist, mit weniger als drei an einem Grundkörper (3a, 5a) des knochenfesten Lokators (3, 5) vorgesehenen Zielmarken (3e, 3d; 5c, 5d) zur Signalgabe an die Aufnahmeeinrichtung (9) und mit einem zum Eingriff in einen Knochen des Säugetiers ausgebildeten Eingriffsabschnitt (3b, 5b), gekennzeichnet durch eine in einer Verbindungslinie zweier Zielmarken (3e, 3d; 5c, 5d) des Lokators (3, 5) liegende Drehachse.
  2. Lokator (3, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (9) eine Stereokameraanordnung (9) umfaßt.
  3. Lokator (3, 5) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei an einem im wesentlichen linearen oder L-förmigen Grundkörper (3a, 5a) vorgesehene Reflektor- oder Sendeelemente (3e, 3d, 5e, 5d), die zur Signalgabe an die optische Aufnahmeeinrichtung (9) ausgebildet sind.
  4. Lokator (3, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsabschnitt als Selbstschneid-Gewinde (3b, 5b) ausgebildet ist.
  5. Lokator (3, 5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Selbstschneid-Gewinde (3b, 5b) selbstbohrend ausgebildet ist.
  6. Lokator (3, 5) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Selbstschneid-Gewindes (3b, 5b) in der Verbindungsachse der zwei Zielmarken (3c, 3d; 5c, 5d) liegt.
  7. Lokator (3, 5) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der Alternative von Reflektorelementen diese als retro-reflektierende Kugeln (3c, 3d; 5c, 5d) ausgebildet sind.
  8. Lokator (3, 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (9) eine optische Aufnahmeeinrichtung (9) ist und der Lokator (3, 5) genau eine Zielmarke (3c, 3d; 5c, 5d) zur Signalgabe an die optische Aufnahmeeinrichtung (9) aufweist.
  9. Lokator (3, 5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genau eine Zielmarke (3c, 3d; 5c, 5d) ein Reflektor- oder Sendeelement ist.
  10. Navigationssystem (1) zur Positions- und Lagebestimmung von Körperteilen eines Säugetiers im Raum, das eine Aufnahmeeinrichtung (9) zur Aufnahme von durch Lokatoren (3, 5) gegebenen Signalen und eine mit der Aufnahmeeinrichtung (9) verbundene Steuer- und Auswertungseinrichtung (11) aufweist, gekennzeichnet durch mindestens zwei Lokatoren (3, 5) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, und dadurch, dass die Steuer- und Auswertungseinrichtung (11) zur Auswertung der Signale je mindestens zweier der mindestens zwei über den Knochen starr miteinander verbundenen Lokatoren (3, 5) zur Festlegung eines knochenfesten Koordinatensystems ausgebildet ist.
  11. Navigationssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- und Auswertungseinrichtung (11) ein Auswertungsprogramm zur Auswertung von durch Zielmarken (3c, 3d; 5c, 5d) an den zwei oder mehr Lokatoren (3, 5) gegebenen Signalen derart implementiert ist, dass die Signale höchsten zweier Zielmarken an ein und demselben jeweiligen Lokator (3, 5) in die Positionsbestimmung einbezogen werden.
  12. Navigationssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (9) eine Stereokameraanordnung (9) umfaßt.
DE10343826A 2003-09-22 2003-09-22 Knochenfester Lokator und Navigationssystem Expired - Fee Related DE10343826B4 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10343826A DE10343826B4 (de) 2003-09-22 2003-09-22 Knochenfester Lokator und Navigationssystem
PCT/EP2004/010347 WO2005032391A1 (de) 2003-09-22 2004-09-15 Knochenfester lokator und optisches navigationssystem
EP04765254A EP1667596A1 (de) 2003-09-22 2004-09-15 Knochenfester lokator und optisches navigationssystem
US10/573,144 US20070049819A1 (en) 2003-09-22 2004-09-15 Bone fixed locater and optical navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10343826A DE10343826B4 (de) 2003-09-22 2003-09-22 Knochenfester Lokator und Navigationssystem

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE10343826A1 DE10343826A1 (de) 2005-05-04
DE10343826A8 DE10343826A8 (de) 2005-08-18
DE10343826B4 true DE10343826B4 (de) 2006-02-09

Family

ID=34398845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10343826A Expired - Fee Related DE10343826B4 (de) 2003-09-22 2003-09-22 Knochenfester Lokator und Navigationssystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20070049819A1 (de)
EP (1) EP1667596A1 (de)
DE (1) DE10343826B4 (de)
WO (1) WO2005032391A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002237008A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-13 Plus Endoprothetik Ag Method and device for determining a load axis of an extremity
DE10306793A1 (de) * 2002-05-21 2003-12-04 Plus Endoprothetik Ag Rotkreuz Anordnung und Verfahren zur intraoperativen Festlegung der Lage eines Gelenkersatzimplantats
US8249696B2 (en) * 2007-12-19 2012-08-21 Depuy Spine, Inc. Smart pedicle tool
EP2547278B2 (de) 2010-03-17 2019-10-23 Brainlab AG Flusssteuerung in der computerunterstützten chirurgie auf der basis von markerpositionen
WO2013189520A1 (en) * 2012-06-19 2013-12-27 Brainlab Ag Method and apparatus for detecting undesirable rotation of medical markers
CA3025300A1 (en) 2016-05-23 2017-11-30 Mako Surgical Corp. Systems and methods for identifying and tracking physical objects during a robotic surgical procedure
FR3069315B1 (fr) * 2017-07-18 2019-08-16 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin APPAREIL ET PROCEDE DE MESURE DE POiNT CACHE
US11191594B2 (en) 2018-05-25 2021-12-07 Mako Surgical Corp. Versatile tracking arrays for a navigation system and methods of recovering registration using the same

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991016598A1 (en) * 1990-04-25 1991-10-31 Metronor A/S Device for determination of the topography of a surface
WO1995000075A1 (en) * 1993-06-21 1995-01-05 Osteonics Corp. Method and apparatus for locating functional structures of the lower leg during knee surgery
DE19709960A1 (de) * 1997-03-11 1998-09-24 Aesculap Ag & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur präoperativen Bestimmung der Positionsdaten von Endoprothesenteilen
US5888245A (en) * 1997-05-21 1999-03-30 Bristol-Myers Squibb Company Rotational alignment guide for a prosthetic hip stem implant and method of using same
WO1999023956A1 (en) * 1997-11-05 1999-05-20 Synthes Ag, Chur Virtual representation of a bone or a bone joint
US6006126A (en) * 1991-01-28 1999-12-21 Cosman; Eric R. System and method for stereotactic registration of image scan data
WO2000063645A1 (de) * 1999-04-19 2000-10-26 Leica Geosystems Ag Indirekte positionsbestimmung mit hilfe eines trackers
DE29623941U1 (de) * 1996-09-26 2000-11-09 Brainlab Med Computersyst Gmbh Neuronavigationssystem
FR2785517B1 (fr) * 1998-11-10 2001-03-09 Univ Joseph Fourier Procede et dispositif de determination du centre d'une articulation
US6491700B1 (en) * 1999-10-01 2002-12-10 Praxim Method for readjusting medical images on a patient and associated device
DE20217014U1 (de) * 2002-11-05 2003-01-02 Aesculap Ag & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung der Lage einer Kniegelenkendoprothese
DE20303499U1 (de) * 2003-02-26 2003-04-30 Aesculap Ag & Co Kg Patella-Referenzvorrichtung
EP1417941A1 (de) * 2002-11-05 2004-05-12 BrainLAB AG Verfahren und Vorrichtung zum Registrieren eines Femur-Implantats

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5732703A (en) * 1992-11-30 1998-03-31 The Cleveland Clinic Foundation Stereotaxy wand and tool guide
US5682890A (en) * 1995-01-26 1997-11-04 Picker International, Inc. Magnetic resonance stereotactic surgery with exoskeleton tissue stabilization
US6351659B1 (en) * 1995-09-28 2002-02-26 Brainlab Med. Computersysteme Gmbh Neuro-navigation system
US5921992A (en) * 1997-04-11 1999-07-13 Radionics, Inc. Method and system for frameless tool calibration
US5960638A (en) * 1997-08-15 1999-10-05 Huntair Inc. Modular environmental control unit for cleanrooms
EP1415609A1 (de) * 1998-01-28 2004-05-06 Sherwood Services AG Optisches Objektverfolgungsystem
US6327491B1 (en) * 1998-07-06 2001-12-04 Neutar, Llc Customized surgical fixture
US6430434B1 (en) * 1998-12-14 2002-08-06 Integrated Surgical Systems, Inc. Method for determining the location and orientation of a bone for computer-assisted orthopedic procedures using intraoperatively attached markers
AU2002237008A1 (en) * 2000-08-31 2002-03-13 Plus Endoprothetik Ag Method and device for determining a load axis of an extremity
US6711431B2 (en) * 2002-02-13 2004-03-23 Kinamed, Inc. Non-imaging, computer assisted navigation system for hip replacement surgery
US20040030237A1 (en) * 2002-07-29 2004-02-12 Lee David M. Fiducial marker devices and methods

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991016598A1 (en) * 1990-04-25 1991-10-31 Metronor A/S Device for determination of the topography of a surface
US6006126A (en) * 1991-01-28 1999-12-21 Cosman; Eric R. System and method for stereotactic registration of image scan data
WO1995000075A1 (en) * 1993-06-21 1995-01-05 Osteonics Corp. Method and apparatus for locating functional structures of the lower leg during knee surgery
DE29623941U1 (de) * 1996-09-26 2000-11-09 Brainlab Med Computersyst Gmbh Neuronavigationssystem
DE19709960A1 (de) * 1997-03-11 1998-09-24 Aesculap Ag & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur präoperativen Bestimmung der Positionsdaten von Endoprothesenteilen
US5888245A (en) * 1997-05-21 1999-03-30 Bristol-Myers Squibb Company Rotational alignment guide for a prosthetic hip stem implant and method of using same
WO1999023956A1 (en) * 1997-11-05 1999-05-20 Synthes Ag, Chur Virtual representation of a bone or a bone joint
FR2785517B1 (fr) * 1998-11-10 2001-03-09 Univ Joseph Fourier Procede et dispositif de determination du centre d'une articulation
WO2000063645A1 (de) * 1999-04-19 2000-10-26 Leica Geosystems Ag Indirekte positionsbestimmung mit hilfe eines trackers
US6491700B1 (en) * 1999-10-01 2002-12-10 Praxim Method for readjusting medical images on a patient and associated device
DE20217014U1 (de) * 2002-11-05 2003-01-02 Aesculap Ag & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung der Lage einer Kniegelenkendoprothese
EP1417941A1 (de) * 2002-11-05 2004-05-12 BrainLAB AG Verfahren und Vorrichtung zum Registrieren eines Femur-Implantats
DE20303499U1 (de) * 2003-02-26 2003-04-30 Aesculap Ag & Co Kg Patella-Referenzvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
US20070049819A1 (en) 2007-03-01
EP1667596A1 (de) 2006-06-14
DE10343826A8 (de) 2005-08-18
DE10343826A1 (de) 2005-05-04
WO2005032391A1 (de) 2005-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602004000868T2 (de) Universell einsetzbares Werkzeug zum Ausrichten
DE69827032T2 (de) Führung und system für bildgesteuerte chirurgie der wirbelsäule
EP0898464B1 (de) Zielgerät zur verriegelung der fusspartie von marknägeln
DE69837781T2 (de) Zielgerät für Implantatvorrichtungen
DE602005002962T2 (de) Navigierte orthopädische Führungseinrichtung
EP1089669B1 (de) Fiducial matching mittels fiducial-schraube
DE60309885T2 (de) Multiple knochenverfolgung
DE19956814B4 (de) Formerfassung von Behandlungsvorrichtungen
EP3151774B1 (de) Medizinisches system
DE19639615C5 (de) Reflektorenreferenzierungssystem für chirurgische und medizinische Instrumente
DE69722052T2 (de) Lokalisierungseinrichtung für den Femur
DE60214290T2 (de) Hilfsvorrichtung zur Positionierung eines Oberarmteils einer Ellenbogenprothese
DE60111766T2 (de) Plazierhilfe für klammer zur befestigung eines wirbels
EP1032320B1 (de) Vorrichtung zur simulation von unter der haut positionierten implantaten
EP2103270A1 (de) System für navigations-unterstützte Schulteroperationen und Navigationsverfahren zur Positionierung navigierter Behandlungsgeräte bezüglich eines Knochens
CH671873A5 (de)
DE102005042751A1 (de) System, Einrichtung und Verfahren zum Ad-hoc-Nachverfolgen eines Objektes
DE102008023760A1 (de) Anordnung zur Bestimmung der Position und Lage eines an einem Objekt befindlichen Merkmals
DE102007011568A1 (de) Medizinische Klemme, insbesondere Wirbelsäulen-Klemme
EP3068331A2 (de) Chirurgische referenzierungsvorrichtung, chirurgisches navigationssystem und verfahren
EP1354562A1 (de) Knochenfixierungssystem
DE10343826B4 (de) Knochenfester Lokator und Navigationssystem
DE19536180C2 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Lokalisierung eines Instruments
DE102019114352B4 (de) System zur Positionierung
EP1413257B1 (de) Vorrichtung zum Positionieren eines Elements, zum Beispiel in der Wirbelsäule

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8196 Reprint of faulty title page (publication) german patentblatt: part 1a6
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: PLUS ORTHOPEDICS AG, ROTKREUZ, CH

8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: SMITH & NEPHEW ORTHOPAEDICS AG, ROTKREUZ, CH

8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: MEISSNER, BOLTE & PARTNER GBR, 80538 MUENCHEN

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140401