DE112008002851B4

DE112008002851B4 - Chirurgisches Bewegungsbahnüberwachungssystem und verwandte Verfahren

Info

Publication number: DE112008002851B4
Application number: DE112008002851.6T
Authority: DE
Inventors: Josef Gorek; Eric Finley; Albert C. Kim; Jeff Barnes; Rick Eis
Original assignee: Nuvasive Inc
Current assignee: Nuvasive Inc
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2028-10-25
Also published as: US20180055571A1; WO2009055034A1; US11191592B2; DE112008002851T5; US20210186617A1; US9795451B2; AU2008317311A1; US20150366630A1; AU2008317311B2; US9119572B2; US20100312103A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen der Bewegungsbahn eines chirurgischen Instruments (14) zur Verwendung in Rückgratoperationen, umfassend die Schritte von:a. Koppeln eines ersten Orientierungssensors an eine intraoperative Bildgebungsvorrichtung, wobei der erste Orientierungssensor funktionsfähig ist, um ein erstes Winkelverhältnis in einer ersten Ebene zwischen dem ersten Orientierungssensor und einer Referenzrichtung zu bestimmen, und funktionsfähig ist, um ein zweites Winkelverhältnis in einer zweiten Ebene zwischen dem ersten Orientierungssensor und der Referenzrichtung zu bestimmen, wobei die zweite Ebene orthogonal zur ersten Ebene ist und der erste Orientierungssensor mit der intraoperativen Bildgebungsvorrichtung in einer bekannten Orientierung gekoppelt ist, wobei der erste Orientierungssensor kommunikativ mit einer Steuerungseinheit (16) verbunden ist;b. Erfassen eines Bildes eines vertebralen Pedikels mit der intraoperativen Bildgebungsvorrichtung orientiert in einer ersten Position;c. Verwenden der Steuerungseinheit (16), um einen Wert zu messen, der eine Winkelorientierung des vertebralen Partikels repräsentiert;d. Koppeln eines zweiten Orientierungssensors (12) an ein chirurgisches Instrument (14), wobei der zweite Orientierungssensor (12) funktionsfähig ist, um ein drittes Winkelverhältnis in der ersten Ebene zwischen dem zweiten Orientierungssensor (12) und der Referenzrichtung zu bestimmen und funktionsfähig ist, um ein viertes Winkelverhältnis in der zweiten Ebene zwischen dem zweiten Orientierungssensor (12) und der Referenzrichtung zu bestimmen, wobei der zweite Orientierungssensor (12) mit dem chirurgischen Instrument (14) in einer bekannten Orientierung gekoppelt ist, wobei der zweite Orientierungssensor (12) kommunikativ mit der Steuerungseinheit (16) verbunden ist;e. Justieren der Orientierung des chirurgischen Instrumentes (14), bis der zweite Orientierungssensor (12) anzeigt, dass das chirurgische Instrument (14) mit dem gemessenen Wert, der die Winkelorientierung des vertebralen Pedikels repräsentiert, ausgerichtet ist, wobei der zweite Orientierungssensor (12) die Ausrichtung mit dem gemessenen Wert über mindestens ein erstes LED-Licht anzeigt, das an den zweiten Orientierungssensor (12) gekoppelt ist, und wobei der zweite Orientierungssensor (12) mehrere weitere LED-Lichter (54-60) beinhaltet, die entsprechend der Richtung aufleuchten, in die das chirurgische Instrument (14) ausgelenkt werden muss, um mit dem gemessenen Wert, der die Winkelvorrichtung des vertebralen Pedikels repräsentiert, ausgerichtet zu werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Bestimmen einer gewünschten Bewegungsbahn und/oder Überwachen der Bewegungsbahn von chirurgischen Instrumenten und Implantaten und, insbesondere, dies während einer Wirbelsäulen-Operation, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, das Sicherstellen ordnungsgemäßen Platzierens von Pedikelschrauben während Pedikel-Fixierungsverfahren und Sicherstellen ordnungsgemäßer Bewegungsbahn während der Herstellung eines Operationskorridors zu einer Wirbelsäulen-Zielstelle.
II. Diskussion des Standes der Technik
Bestimmen der optimalen oder gewünschten Bewegungsbahn für chirurgische Instrumente und/oder Implantate und Überwachung der Bewegungsbahn von chirurgischen Instrumenten und/oder Implantaten während einer Operation hat Chirurgen seit der Erfindung der Chirurgie selbst vor Herausforderungen gestellt. Ein Beispiel ist die Pedikelfixierung, die oft während Spondylodese und anderen Verfahren, die dafür entworfen sind, um eine oder mehrere Wirbelsäulensegmente zu stabilisieren oder zu unterstützen, durchgeführt wird. Pedikelfixierung bringt Sichern von Knochenankern (zum Beispiel Pedikelschrauben) durch die Pedikel und in die Wirbelkörper der Wirbel, die fixiert oder stabilisiert werden sollen, mit sich. Stäbe oder andere Verbinder werden verwendet, um benachbarte Pedikelschrauben zu verbinden und so die Wirbel relativ zueinander zu fixieren oder zu stabilisieren. Eine große Herausforderung, vor die der Chirurg während Pedikelfixierung gestellt ist, ist das Implantieren der Pedikelschrauben ohne die Pedikelwand zu brechen, einzureißen oder anderweitig zu kompromittieren, was leicht auftreten kann, wenn die Schraube nicht ordnungsgemäß mit der Pedikelachse ausgerichtet ist. Wenn das Pedikel (oder genauer die Rinde der medialwand, der lateralen Wand, der oberen Wand und/oder der unteren Wand) gebrochen, gerissen oder anderweitig kompromittiert wird, kann der Patient Schmerzen und/oder neurologische Defizite aufgrund ungewünschten Kontaktes zwischen der Pedikelschraube und empfindlichen neuralen Strukturen, wie zum Beispiel dem Rückenmark oder bestehenden Nervenwurzeln, die in nächster Nähe zu dem Pedikel liegen, erfahren. Eine falsch angebrachte Pedikelschraube erfordert oft eine Korrektur-Operation, die für den Patientennachteilig schmerzhaft und kostenintensiv ist, sowohl in Bezug auf Genesungsdauer und Krankenhausaufenthalt.
Die vorliegende Erfindung ist primär darauf gerichtet, die Herausforderung zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren, die mit dem Bestimmen der optimalen oder gewünschten Bewegungsbahn für chirurgische Instrumente und/oder Implantate und Überwachen der Bewegungsbahn von chirurgischen Instrumenten und/oder Implantaten während der Operation, verbunden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der Erfindung wird durch die Patentansprüche definiert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die sichere und reproduzierbare Verwendung von chirurgischen Instrumenten und/oder Implantaten durch Bereitstellen der Fähigkeit, die optimale oder gewünschte Bewegungsbahn für chirurgische Instrumente und/oder Implantate und Überwachung der Bewegungsbahn von chirurgischen Instrumenten und/oder Implantaten während der Operation zu bestimmen. Lediglich beispielhaft kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um sichere und reproduzierbare Pedikelschrauben-Platzierung durch Überwachen der axialen Bewegungsbahn von chirurgischen Instrumenten sicherzustellen, die während der Bildung von Pilotbohrungen und/oder beim Einsatz der Schraube verwendet werden. Neurophysiologisches Überwachen kann auch während der Bildung von Pilotbohrungen und/oder dem Einsatz der Schraube durchgeführt werden. Es ist ausdrücklich angemerkt, dass, zusätzlich zur Verwendung bei der Platzierung von Pedikelschrauben, die vorliegende Offenbarung geeignet ist zur Verwendung einer Anzahl von zusätzlichen chirurgischen Verfahren, in denen die Winkelausrichtung oder Bewegungsbahn von Instrumenten und/oder Implantaten und/oder Instrumenten wichtig ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, generelle (Nicht-Wirbel) Orthopädie und nicht pedikuläre Wirbelsäulenverfahren. Daher ist klar, dass, während die chirurgischen Instrumente im Folgenden allgemein als Pedikel-Zugriffswerkzeuge, Kanülen, Retraktorvorrichtungen und Bildgebungssysteme (C-Arme), beschrieben werden, unterschiedliche andere chirurgische Instrumente (zum Beispiel Bohrer, Schraubenzieher, Gewindeschneider etc.) in Abhängigkeit von dem chirurgischen Verfahren, das durchgeführt wird, und/oder den Bedürfnissen des Chirurgen substituiert werden können.
Ein chirurgisches Bewegungsbahnsystem kann eine Winkelmessvorrichtung (im Folgenden „Neigungssensor“) und eine Feedback-Vorrichtung beinhalten. Der Neigungssensor misst seine Winkelorientierung in Bezug auf eine Referenzachse (wie zum Beispiel „vertikal“ oder „Schwerkraft“) und die Feedback-Vorrichtung kann die Messungen anzeigen oder anderweitig kommunizieren. Da der Neigungssensor an ein chirurgisches Instrument angebracht ist, kann die Winkelorientierung des Instruments ebenso bestimmt werden, was dem Chirurgen ermöglicht, das Instrument entlang einer gewünschten Bewegungsbahn zu positionieren und zu halten.
Der Neigungssensor kann eine Sensorbaugruppe beinhalten, die innerhalbeines Gehäuses eingefasst ist. Das Gehäuse mit einer universalen Klammer, um den Neigungssensor an ein chirurgisches Instrument zu befestigen, gekoppelt oder als ein Teil dessen gebildet. Die Sensorbaugruppe kann einen Zweiachsenbeschleunigungsmesserumfassen, der seine Winkelorientierung in jeder von einer sagittalen und transversen Ebene in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft misst. Die Sagittalorientierung entspricht einem kranial-kaudal-Winkel und die Transversorientierung entspricht einem medial-lateralwinkel. Die Sensorbaugruppe ist vorzugsweise so angeordnet, dass, wenn der Neigungssensor rechtwinklig zur Richtung der Schwerkraft ist, das Inklinometer einen Winkel von Null sowohl der Sagittal- als auch Transversebene registriert. Daher wird, wenn der Neigungssensor rechtwinklig an die Längsachse des chirurgischen Instrumentes befestigt ist, die Winkelorientierung der Längsachse des Instrumentes relativ zur Schwerkraft bestimmt. Alternativ kann ein Dreiachsensensorverwendet werden. Der Dreiachsensensor kann einen Zweiachsenbeschleunigungsmesserumfassen, um Sagittal- und Transversorientierung zu messen und entweder ein Kreisgerä tund/oder ein oder mehrere Magnetometer (zum Beispiel ein einziges Dreiachsenmagnetometer oder eine Kombination aus einem Einachsenmagnetometer und einem Zweiachsenmagnetometer) um die Rotation des Instrumentes um die Längsachse zu messen.
Ein chirurgisches Instrument zur Verwendung mit dem chirurgischen Bewegungsbahnsystem kann, lediglich beispielhaft, eine Pedikel-Zugriffssonde umfassen. Das Instrument kann generell ein Sondenelement umfassen, das eine Längsachse und einen Griff aufweist. Das Sondenelement kann in unterschiedlichen Konfigurationen ausgeführt sein, die durch einen Operationskorridor an eine Pedikel-Zielstelleeingeführt werden kann und einen Knochen anbohren, durchstoßen oder anderweitig entfernen oder beeinflussen, um eine Pilotbohrung für Pedikelschrauben-Platzierung zu bilden. Das Sondenelement kann aus jeglichem Material bestehen, das für chirurgische Verwendung geeignet und stark genug ist, um Knochen zu beeinflussen, um eine Pilotbohrung zu bilden. In einer Ausführungsform kann das Materialfähig sein, ein elektrisches Stromsignal zu leiten, um die Verwendung von neurophysiologischer Überwachung zu ermöglichen. Der Griff kann dauerhaft oder abnehmbar an dem Sondenelement befestigt sein und kann in einer Anzahl von geeigneten Variationen geformt und dimensionier sein, um in der Handhabung des Sondenelementes zu helfen. In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Griff einen ausgeschnittenen Bereich beinhalten, um die Befestigung der Universalklammer aufzunehmen. In anderen Ausführungsformenbeinhaltet der Griff eine integrierte Einbuchtung, um den Neigungssensor direktaufzunehmen. In noch anderen Ausführungsformen ist der Neigungssensor dauerhaft in den Instrumentengriff integriert.
Eine Steuerungseinheit kann kommunikativ mit dem Neigungssensor durcheine feste Verdrahtung oder drahtlose Technologie verbunden sein. Die Feedback-Vorrichtung kann jegliches numerisches, graphisches und akustisches Feedback, entsprechend der Orientierung des Neigungssensors in der Sagittalebene (kranial-kaudal-Winkel) und in der Transversebene (medial-lateral-Winkel) kommunizieren.
Generell wird, um das chirurgische Instrument entlang einer gewünschten Bewegungsbahn während der Bildung der Pilotbohrung zu orientieren und zu halten, das chirurgische Instrument zum Pedikel (durch jeglichen offenen, minimal offenen oder perkutanen Zugriff) befördert werden, während es in der Null-Winkel-Position orientiert ist. Das Instrument wird dann in der Sagittalebene angestellt, bis der ordnungsgemäße kranial-kaudal-Winkel erreicht ist. Während der ordnungsgemäße kranial-kaudal-Winkel beibehalten wird, kann das chirurgische Instrument dann in der Transversebene angestellt werden, bis der ordnungsgemäße medial-lateral-Winkelerreicht ist Sobald die Steuerungseinheit oder eine sekundäre Feedback-Vorrichtung anzeigt, dass sowohl der medial-lateral- und kranial-kaudal-Winkel korrekt angeglichen sind, kann das Instrument in das Pedikel befördert werden, um die Pilotbohrung zu bilden, während die angolare Bewegungsbahn des Instruments überwacht wird, bis die Bohrungsbildung beendet ist.
Bevor die Pilotbohrung gebildet ist, muss die gewünschte abgewinkelte Bewegungsbahn (zum Beispiel der kaudal-kranial-Winkel und der medial-lateral-Winkel) bestimmt werden. Präoperative Draufsicht-MRT- oder CRT-Abtastungsbilder werden verwendet, um den medial-lateral-Winkel zu bestimmen. Eine Referenzlinie wird durch das Zentrum des Wirbelkörpers gezeichnet und eine Bewegungsbahnlinie wird dann von einer zentralen Position in dem Pedikel zu einem vorgelagerten Punkt des Wirbelkörpers gezeichnet. Der resultierende Winkel zwischen der Bewegungsbahnlinie und der Referenzlinie ist der gewünschte medial-lateral-Winkel, der in der Bildung der Pilotbohrung verwendet werden soll.
Der kranial-kaudal-Winkel kann unter der Verwendung eines intraoperativen Lateralfluoroskopiebilds bestimmt werden, dass eine vertikale Referenzlinie beinhaltet. Wieder wird eine Bewegungsbahnlinie von dem Kern des Pedikels zu einem vorgelagerten Punkt des Wirbelkörpers gezeichnet. Der resultierende Winkel zwischen der Bewegungsbahnlinie und der vertikalen Referenzlinie ist der gewünschte kranial-kaudal-Winkel, der bei der Bildung der Pilotbohrung verwendet werden soll. Ein Winkelmesser, der mit einem Neigungssensor ausgerüstet ist, kann bereitgestellt werden, um beim Bestimmen des kranial-kaudal-Winkels im Operationssaal zu helfen. Alternativ kann der kranial-kaudal-Winkel präoperativ unter Verwendung von Bildgebungstechniken verwendet werden, die eine laterale Ansicht der Wirbelsäule bereitstellen. Die medial-lateral- und kranial-kaudal-Winkel sollten für jedes Pedikel bestimmt werden, das eine Pedikelschraube erhalten soll. Andere und/oder zusätzliche Verfahren zur Vorbestimmung der Pedikelwinkel sind ebenfalls angedacht und können verwendet werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Strichkreuz bereitgestellt werden, um den Neigungssensor an einen Standard-Röntgenbild-Verstärker zu befestigen. Das Fadenkreuz umfasst einen integrierten Sensor und eine Halterung, die an dem C-Arm (auch: C-Bogen) befestigt werden kann. Das Fadenkreuz umfasst weitereinen justierbaren Laser. Der Laser kann entlang der Achse des C-Arms ausgerichtet werden. Bei der Verwendung wird das Laserfadenkreuz eine Zieleinschnittstelle auf einem Patienten markieren, wenn der C-Arm mit der Pedikelachse ausgerichtet orientiert ist. Strahlundurchlässige Markierungen sind ebenfalls in das Strichkreuz integriert. Die Markierungen stellen eine Referenz zur angemessenen Ausrichtung der fluoroskopischen Bilder bereit.
Um einen Startpunkt zur Pedikelpenetration auszuwählen, kann der C-Arm in der lateralen Position der Bewegungsbahn platziert werden. Aus der lateralen Position der Bewegungsbahn kann der C-Arm zurück in die A-B-Position rotiert werden, während die radiale Rotation beibehalten wird, um die laterale Position der Bewegungsbahn zu erreichen. Ein chirurgisches Instrument kann dann zu der Zielstelle befördert werden und an dem lateralen Rand des Pedikels positioniert werden, der der bevorzugte Startpunkt gemäß diesem Beispiel ist. Die Tiefe der Penetration des chirurgischen Instrumentes kann während der Beförderung durch Rotieren des C-Arms zurück in eine laterale Ansicht der Bewegungsbahnüberprüft werden.
Alternativ kann der Startpunkt unter Verwendung eines „Owl'sEye“ View [Owl's Eye Ansicht] bestimmt werden. Der C-Arm kann so ausgerichtet sein, dass er mit sowohl dem medial-lateral- und kranial-kaudal-Winkel wie oben beschrieben ausgerichtet ist. Die Spitze des Pedikel-Zugriffsinstrumentes wird auf der Haut platziert, so dass die Spitze im Zentrum des fraglichen Pedikels auf dem fluoroskopsichen Bild ist; und danach wird das Instrument zu dem Pedikel befördert. Ein weiteres fluoroskopisches Bild wird angefertigt, um zu verifizieren, dass die Spitze des Instruments noch immer im Zentrum des Pedikels ausgerichtet ist. Unter Verwendung der „Owl's Eye“ Ansicht kann ein gewöhnliches chirurgisches Instrument entlang einer Pedikelachse geführt werden, ohne die Verwendung eines zusätzlichen Neigungssensors auf dem chirurgischen Instrument. Im Bild der„Owl's Eye‟ Ansicht wird ein chirurgisches Instrument, das ordnungsgemäß mit der Pedikelachse ausgerichtet ist, als ein schwarzer Punkt erscheinen. Sobald es ausgerichtet ist, kann das chirurgische Instrument durch das Pedikel befördert werden, während sichergestellt wird, dass es weiterhin nur als ein Punkt auf dem Fluoroskopiebild erscheint. Die Tiefe der Penetration kann wieder mit dem lateralen Bild der Bewegungsbahn überprüft werden.
Neurophysiologische Überwachung kann durchgeführt werden in Verbindung mit der Bewegungsbahnüberwachung, die durch das chirurgische Bewegungsbahnsystem durchgeführt wird. Das chirurgische Bewegungsbahnsystem kann in Kombination mit neurophysiologischen Überwachungssystemen verwendet werden, um Beurteilung von Pedikelintegritäten durchzuführen, vor, während und nach der Bildung von Pilotbohrungen, als auch, um die Nähe von Nerven zu erfassen, während der Beförderung und des Zurückziehens des chirurgischen Instrumentes von der Pedikelzielstelle. Lediglich beispielhaft wird ein neurophysiologisches System beschrieben, das in Verbindung mit dem chirurgischen Bewegungsbahnsystemverwendet werden kann. Durch ein weiteres Beispiel kann das neurophysiologische System und das chirurgische Bewegungsbahnsystem in ein einziges System integriert werden. Neurophysiologisches Überwachen und Bewegungsbahn überwachen können gleichzeitig ausgeführt werden, und die Steuerungseinheit kann Ergebnisse für jede der Bewegungsbahnüberwachungsfunktionen und eine Anzahl von neurophysiologischen Überwachungsfunktionen anzeigen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Twitch Test, Free-Run-EMG, einfacher Schraubentest, differenzierter Schraubentest, dynamischer Schraubentest, Nervenerfassung, Nervenbefinden, MEP und SSEP.
Das neurophysiologische System beinhaltet eine Anzeige, eine Steuerungseinheit, ein Patientenmodul, eine oder mehrere eines EMG-Geschirrs und eines SSEP-Geschirrs, eine Menge von chirurgischen Zubehör (einschließlich eines elektrischen Kopplungsgerätes), fähig dazu, mit dem Patientenmodul über eines oder mehrere Zubehörkabel gekoppelt zu werden. Gemäß einer Ausführungsformkann das elektrische Kopplungsgerät die Neigungssensorklammer sein.
Um das neurophysiologische Überwachen durchzuführen, ist das chirurgische Instrument konfiguriert, um ein Stimulationssignal von dem neurophysiologischen System auf das Zielkörpergewebe (zum Beispiel das Pedikel) zu senden. Wie vorherbemerkt, können die chirurgischen Instrumentensondenelemente aus einem Materialgebildet werden, das fähig ist, das elektrische Signal zu leiten. Um einen Kurzschluss des Stimulationssignals zu vermeiden, können die Sondenelemente isoliert sein, mit einem Elektrodenbereich nahe dem distalen Ende des Sondenelementes zur Zuführung des elektrischen Signals und einer im Kopplungsbereich nahe dem proximalen Ende des Sondenelementes zur Kopplung an das neurophysiologische System.
Gemäß einem beispielhaften Verfahren der Verwendung des Systems und Verfahren die hierin beschrieben werden, kann eine Pedikelschraube in einem Zielpedikel gemäß den folgenden Schritten implantiert werden. Zuerst werden präoperative Messungen, die den medial/lateral-Winkel des Pedikels entsprechen, unter Verwendung geeigneter Bildgebungstechnologien bestimmt, wie zum Beispiel MRT. Der C-Arm wird eingemessen und dann wird das Laserfadenkreuz an dem C-Arm unter Verwendung des integrierten Neigungssensors und LED-Indikators befestigt, um das Laserfadenkreuz in ordnungsgemäße Position auszurichten und die justierbaren Klammern halten das Strichkreuz am Platz. Das Laserfadenkreuz wird, wenn notwendig, justiert, so dass das Zentrum des Fadenkreuzes mit dem kalibrierten Zentrum des C-Arm-Senders ausgerichtet ist. Im Navigationsführungssystem wird ausgewählt, ob Fluoroskopie verwendet werden soll und auf welcher Seite des Körpers der C-Arm positioniert wird. Es wird sichergestellt, dass der Patient noch immer ordnungsgemäß ausgerichtet auf dem Tisch ist und dann werden die Kranial/Kaudal-Winkel gemessen. Der virtuelle Winkelmesser wird verwendet, um die Kranial/Kaudal-Winkel zu bestimmen und dann werden die vorbestimmten medial/lateral-Winkel in das System eingegeben. Der C-Arm wird zu der A/B-Position zurückgeführt, um nochmals zu verifizieren, dass der Patient sich nicht bewegt hat. Der C-Arm wird in die Position der „Owl'sEye“ Ansicht orientiert. Die Haut wird markiert, wo das Laserfadenkreuz hinzeigen und dann werden die Schritte für jedes Pedikel wiederholt, das instrumentiert werden soll. Ein Loch wird mit einer Pedikel-Zugriffssonde angefertigt und die Sonde wird zur Wirbelsäule befördert. Es wird mit dem C-Arm sichergestellt, dass die Sonde an einem guten Startpunkt angelegt ist und dann wird die Sonde in das Pedikel befördert, was für jedes Pedikel wiederholt wird, das instrumentiert werden soll.
Figurenliste
Viele Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich dem Fachmanndurch Lesen dieser Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ergeben, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente angewendet werden und wobei:

1 ist eine beispielhafte Ansicht eines chirurgischen Bewegungsbahnsystems, das eine Sensorklammer, einen C-Arm, ein Laserfadenkreuz, ein chirurgisches Instrument und eine Steuerungseinheit beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Neigungssensorklammer des chirurgischen Bewegungsbahnsystems von1, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Neigungssensors, wobei das äußere Gehäuse in gestrichelten Linien gezeigt ist, um den Sensor sichtbar zu machen, wie er innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Boden des Neigungssensors darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Nahansicht eines Griffteils eines chirurgischen Instrumentes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 - 7 stellen einen Sensorklammeranschluss, der verwendet wird, um den Neigungssensor an ein chirurgisches Instrument zu befestigen, dar, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Darstellung eines Operationssaals, der mit einem chirurgischen Tisch, einem C-Arm, einem Fluoroskopmonitor, einem praktischen Arzt und einem Patienten ausgerüstet ist;
9 ist eine Vorderansicht des C-Arms aus8,orientiert in eine A/B-Position, zum Generieren eines A/B-Fluoroskopiebildes;
10 ist eine Vorderansicht des C-Arms aus 8, orientiert in einer lateralen Position, zum Generieren eines lateralen Fluoroskopiebildes;
11a - 11b sind Vorderansichten des C-Arms aus 8, orientiert gemäß der gewünschten medial-lateral-Winkel zwischen der A/B-Position aus 9 und der lateralen Position aus 10;
12a - 12b sind Seitenansichten des C-Arms aus 8, orientiert gemäß verschiedener kranial-kaudal-Winkel;
13 - 19 sind beispielhafte Ansichten eines Laserfadenkreuzes, das mit einem integrierten Neigungssensor, strahlenundurchlässigen Fadenkreuzen und Laserlicht ausgerüstet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
20 ist eine Draufsicht eines Wirbelkörpers, die den medial-lateral-Winkel A1 der Pedikelachse zeigt;
21 ist eine Seitenansicht eines Wirbelkörpers, die den kranial-kaudal-Winkel A2 der Pedikelachse zeigt;
22 stellt die Draufsicht eines präoperativen MRT-Bildes, das verwendet wird, um den ordnungsgemäßen medial-lateral-Winkel zur Bohrungsbildung zu bestimmen, da, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
23 stellt ein intraoperatives laterales Fluoroskopiebild dar, das verwendet wird, um den ordnungsgemäßen kranial-kaudal-Winkel zur Bohrungsbildung zu bestimmen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
24 ist eine beispielhafte Bildschirmansicht des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10, das sowohl alphanumerische und graphische Anzeigenbeinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
25 ist eine beispielhafte Bildschirmansicht des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10, das sowohl alphanumerische und graphische Anzeigenbeinhaltet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 - 36 sind beispielhafte Bildschirmansichten des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10, die alphanumerische, graphische Anzeigen und fluoroskopische Bilddaten und verschiedene Steuerungsmerkmale gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten;
37 - 46 sind beispielhafte Bildschirmansichten des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10, die alphanumerische, graphische Anzeigen und fluoroskopische Bilddaten und verschiedene Steuerungsmerkmale gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten; und
47 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Neuroüberwachungssystems zur Verwendung in Verbindung mit dem chirurgischen Bewegungsbahnsystem von 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Der Gegenstand der Erfindung wird durch die Patentansprüche definiert.
Illustrative Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben. Zum Zwecke der Klarheit werden in dieser Beschreibung nicht alle Merkmale einer wirklichen Implementierung beschrieben. Natürlich ist ersichtlich, dass in der Entwicklung jeglicher solcher wirklicher Ausführungsformen zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie zum Beispiel Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Einschränkungen, die von einer Implementierung zur anderen variieren werden. Des Weiteren ist ersichtlich, dass solch ein Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwändig sein kann, aber nichtsdestoweniger ein Routineunterfangen für den Fachmann ist, der den Vorteil dieser Offenbarung hat.
Verschiedene Ausführungsformen eines Bewegungsbahnüberwachungssystems werden beschrieben und chirurgische Verwendungen davon, zur Verbesserung und Sicherheit und Effizienz von chirurgischen Verfahren. In einem Beispiel, das lediglich beispielhaft ausgeführt wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung sichere und reproduzierbare Pedikelschrauben-Platzierung durch Überwachung der axialen Bewegungsbahn von verschiedenen chirurgischen Instrumenten, die während der Bildung der Pilotbohrung und/oder dem Einsatz der Schraube verwendet werden. In einem anderen Beispiel, das lediglich beispielhaft ausgeführt ist, kann intraoperative Bildgebungsleistung verbessert werden und Strahlungsaussetzung minimiert durch Überwachen der präzisen Orientierung des Bildgebungsgerätes. In noch einem weiteren Beispiel kann die Überwachung der präzisen Orientierung des Bildgebungsgerätes. In noch einem weiteren Beispiel, kann die Überwachung der Orientierung von chirurgischen Zugriffsinstrumenten sowohl beim Einsetzen und Positionieren der Zugriffsinstrumente selbst, als auch bei der späteren Einsetzung von Instrumenten und/oder Implantaten durch die chirurgischen Zugriffsinstrumente helfen. Während die obigen Beispiel ein größerem Detail unten beschrieben sind, ist ausdrücklich angemerkt, dass sie lediglich als Beispiel ausgeführt sind und dass die vorliegende Erfindung für Verwendung in jeglicher Anzahl von zusätzlichen chirurgischen Aktionen geeignet ist, in denen die Winkelorientierung oder Bewegungsbahn von Instrumentierungen und/oder Implantaten wichtig ist. Entsprechend ist dann ersichtlich, dass, während das chirurgische Bewegungsbahnsystem hierin generell als mit Instrumenten verbunden beschrieben wird, wie zum Beispiel Pedikel-Zugriffswerkzeuge, C-Arm, erweiternden Kanülen und Geweberetraktoren, andere Instrumente (zum Beispiel Bohrer, Schraubenzieher, Gewindebohrer, Einsetzer etc.) substituiert werden können, abhängig von dem chirurgischen Verfahren, das durchgeführt wird und/oder den Bedürfnissen des Chirurgs. In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Bewegungsüberwachungssystem in Verbindung mit, oder integriert in, ein neurophysiologisches System verwendet werden, zur Beurteilung einer odermehrerer Pedikelintegritäten und Nervennähen, neben anderen Funktionen, wie unten beschrieben werden wird.
Details des chirurgischen Bewegungsbahnsystems sind in Verbindungmit einer ersten beispielhaften Verwendung dessen beschrieben, zur Überwachung von Pilotbohrungsbildung (und/oder Schraubeneinsatz) während Pedikelschrauben-Platzierung. Wie hierin verwendet, ist gemeint, dass die Bildung von Pilotbohrungen jegliche von oder Kombinationen von dem Erschaffen einer Bohrung in einem Knochen (wie zum Beispiel, lediglich beispielhaft, durch Ausräumen, Ausbohren, Bohren, etc.) und Vorbereiten einer vorher gebildeten Bohrung (wie zum Beispiel, lediglich beispielhaft, durch Gewindebohren des Loches) beinhaltet.
Mit Bezug auf 1 wird gezeigt, lediglich beispielhaft, eine Ausführungsform eines chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10, das eine Neigungssensorklammer 14 (auch „Neigungssensor“ genannt), in Eingriff mit einem chirurgischen Instrument 14, ein Feedback- und Steuerungsgerät, das eine Steuerungseinheit 16 umfasst, und ein Laserfadenkreuz 18, gekoppelt an einen C-Arm 20, beinhaltet. Die Neigungssensorklammer 12 misst ihre eigene Winkelorientierung in Bezug auf eine Referenzachse, wie zum Beispiel die Vertikale oder die Schwerkraft. Die Steuerungseinheit 16 stellt Feedback betreffend die Winkelmessungen bereit, die durch die Neigungssensorklammer 12 erhalten werden, zur Referenz durcheinen praktizierenden Arzt und empfängt Benutzereingaben. Die Neigungssensorklammer 12 kann an dem chirurgischen Instrument 14 in einer bekannten positionalen Stellung befestigt werden, so dass die Winkelorientierung des Instrumentes 14 in Bezug auf dieselbe Referenzachse bestimmt werden kann. Das ermöglicht dem Chirurgen, das Instrument 14 während der Verwendung entlang einemgewünschten Bewegungspfad zu positionieren und zu halten. Beispielsweise kann, während der Bildung von Pilotbohrungen, das chirurgische Instrument 14 entlang einer vorbestimmten Pedikelachse ausgerichtet und befördert werden, wodurch das Risiko, die Pedikelwand zu durchbrechen, verringert wird.
Der Neigungssensor 12, dargestellt in 2 bis 4, beinhaltet eine Sensorbaugruppe 22 (3), eingefasst innerhalb eines Gehäuses 24. Das Gehäuse 24 kann aus einem Kunststoff chirurgischer Qualität, Metall oder jedem anderem Material, das für die Verwendung im chirurgischen Bereich geeignet ist, gemacht sein. Das Gehäuse 24 ist konfiguriert, um mit dem chirurgischen Instrument 14 in einer bekannten positionalen Stellung passgenau zu koppeln, wie unten beschrieben wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Sensorbaugruppe 22 einen Zweiachsenbeschleunigungsmesser, der die Winkelausrichtung in Bezug auf die wirkende Richtung der Schwerkraft misst. Die Winkelausrichtung des Neigungssensors 12 wird in einer Sagittalebene und einer Transversalebene gemessen. Beispielsweise repräsentiert die Orientierung des Neigungssensors 12 in der Transversalebene einen medial-lateral-Winkel A1 (i) in Bezug auf einen Patienten und die Richtung der Schwerkraft. Orientierung in der Sagittalebene repräsentiert einen kranial-kaudal-Winkel A2 (i) in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft und den Patienten. Die Sensorbaugruppe 22 ist vorzugsweiseinnerhalb des Gehäuses 24 gelegen, so dass, wenn das Gehäuse 24 rechtwinklig zur Richtung der Schwerkraft ist, der Beschleunigungsmesser einen Winkel von Null sowohl in der Sagittal- und Transversalebene registriert (d.h. die Nullwinkelposition oder A1 (i) gleich Null und A2 (i) gleich Null). Mit anderen Worten sind sowohl der kranial-kaudal-Winkel und der medial-lateral-Winkel gleich Null. Daher kann die Winkelorientierung der Längsachse des Instruments relativ zur Schwerkraft bestimmt werden, wenn der Neigungssensor 12 rechtwinkligen der Langsachse des chirurgischen Instruments 14 fixiert ist.
Bei Verwendung lediglich eines Zweiachsenbeschleunigungsmessers kann die Genauigkeit des Neigungssensors 12 durch Bewegung um die dritte Rotationsachse beeinflusst werden. Um dem entgegenzuwirken, sollten Messungen vorzugsweise nur dann vorgenommen werden, wenn mindestens eine der Längsachse 26 und Transversalachse 28 des Neigungssensors 12 mit einem ausgewählten Referenzrahmens ausgerichtet sind, so dass zum Beispiel die Längsachse der Wirbelsäule eines Patienten (d. h. der Neigungssensor 12 sollte in ungefähr derselben rotationalen Ausrichtung für jede Messung sein). In einer Ausführungsform kann dies effektiv durch Verwenden von visuellen Hilfsmitteln erreicht werden, um zu helfen, den Neigungssensor 12 in Übereinstimmung mit dem Referenzrahmen zu halten und/oder um sicherzustellen, dass Messungen dann vorgenommen werden können, wenn der Neigungssensor 12 in dieser korrekten rotationalen Position zu sein scheint. Beispielsweise kann die Sensorklammer 12 an dem Instrument 14 so befestigt werden, dass ein freies Ende der Klammer zu den Füßen des Patienten „zeigen“ kann, wenn der Sensor 12 in der korrekten rotationalen Position ist. Falls das chirurgische Instrument 14 unabsichtlich oder absichtlich während der Verwendung gedreht wird, muss der praktizierende Arzt lediglich die Rotation weiterführen oder umkehren, bis der Neigungssensor 12 wieder rechtwinklig zur Wirbelsäule zu sein scheint.
Alternativ (oder zusätzlich zu) können verschiedene Markierungen oder andere Indizien (nicht gezeigt) auf einen oder mehreren des Neigungssensors 12 und des chirurgischen Elementes 14 beinhaltet sein, um ordnungsgemäße Ausrichtung vor dem Erhalt von Messungen sicherzustellen.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Sensorbaugruppe 22 konfiguriert sein, so dass sie Rotation (zum Beispiel ein „Dreiachsensensor“) berücksichtigt oder zumindest misst. In einer Ausführungsform beinhaltet die Sensorbaugruppe 22 einen Zweiachsenbeschleunigungsmesser, der durch ein Kreiselgerät (nicht gezeigt) erweitert ist, was jegliche kommerziell verfügbare Kreiselgeräte umfasst. Während der Beschleunigungsmesser wieder die Winkelorientierung des Neigungswinkels 12 in Bezug auf die Schwerkraft misst, erfasst das Kreiselgerät Bewegung um die rotationale oder Z-Achse. Durch Überwachender Rotationsrate und der Zeit, kann das System 10 die Grade der Rotation, die auf das chirurgische Instrument 14 (und den Neigungssensor 12) ausgeübt werden, bestimmen. Die Steuerungseinheit 16 kann dem Benutzer anzeigen, dass der Sensor 12 nicht in dem korrekten Referenzrahmen ausgerichtet ist, so dass der Benutzer Schritte ergreifen kann, um die Ausrichtung vor der Vornahme von Messungen zu korrigieren. Die Steuerungseinheit 16 kann Feedback gemäß jeglicher Anzahl geeigneter Verfahren anzeigen. Beispielsweisekann das Feedback, um den Grad der Falschausrichtung anzuzeigen, numerische Indizien, Farbindizien, wie zum Beispiel Rot oder Grün, die den Rotationszustand (zum Beispiel ausgerichtet oder falsch ausgerichtet) anzeigen, hörbare Alarmtöne(zum Beispiel niederfrequente Töne für Falschausrichtung und hochfrequente Töne für ordnungsgemäße Ausrichtung oder umgekehrt oder eine Kombination daraus), etc. Alternativ kann das System 10 konfiguriert sein, um die Ausgabe der Winkeldaten zu korrigieren, basierend auf dem Grad der erfassten Rotation. Auf diese Weise können Winkeldaten von dem Neigungssensor 12 aus jeder rotationalen Position erhalten werden. Ein Knopf (nicht gezeigt) kann auf dem Neigungssensor 12 und/oder der Steuerungseinheit 16 bereitgestellt werden, um die Sensorbaugruppe 22 anfangs auf Null zu stellen, wenn sie mit dem Referenzrahmen ausgerichtet ist.
In einer anderen Ausführungsform berücksichtigt die Sensorbaugruppe 22 rotationale Bewegungen durch die Verwendung von Magnetometern (nicht gezeigt) in Verbindung mit dem Zweiachsenbeschleunigungsmesser, wobei die Magnetometer jeglicher Anzahl von kommerziell verfügbaren Magnetometern umfassen können. Die Sensorbaugruppe 22 beinhaltet eine Dreiergruppe magnetischer Sensoren, die rechtwinklig zueinander orientiert sind, wobei einer in die Richtung der X-Achse zeigt, einer in Richtung der Y-Achse und ein Dritter in die Richtung der Z-Achse zeigt. Die Magnetsensoren in Richtung der X- und Y-Achsen arbeiten als ein Kompass und berechnen eine Peilung des Neigungssensors12relativ zum magnetischen Nordpol. Der dritte Magnetometer in Richtung der Z-Achse und X- und Y-Achsen Beschleunigungsmesserüberwachen die Neigung, was dem „Kompass“ erlaubt, zu arbeiten, wenn er nicht eben mit dem Boden ausgerichtet ist. Da die Sensorbaugruppe die Winkelausrichtung in der X-Achse und Y-Achse überwacht und eine konstante Peilungsreferenz beibehält, kann das System 10 den Betrag axialer Rotation relativ zu einem festgelegten Referenzrahmen (d. h. der Patient) berechnen. Die Steuerungseinheit 16 kann wieder konfiguriert sein, um den rotationalen Zustand des Neigungssensors 12 dem Benutzer anzuzeigen, und ihm zu erlauben, den Sensor 22 mit dem ordnungsgemäßen Referenzrahmen wieder auszurichten, bevor eine Ablesung festgestellt wird. Die Feedback-Vorrichtung16kann wieder numerische Markierungen, Farbmarkierungen, wie zum Beispiel Rot oder Grün, die den relationalen Zustand (zum Beispiel ausgerichtet oder falsch ausgerichtet) anzeigen, hörbare Alarmtöne (zum Beispiel niederfrequente und/oder leise Töne für Falschausrichtung und hochfrequente und/oder laute Töne für ordnungsgemäße Ausrichtung oder umgekehrt oder jegliche Kombination daraus) etc., um den Grad der Falschausrichtung anzuzeigen, verwenden.
Ein chirurgisches Instrument 14 gemäß einer Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Das chirurgische Instrument 14 kann eine Pedikel-Zugriffssonde umfassen. Beispielsweise kann das Instrument 14 eine der isolierten Pedikel-Zugriffssonden sein, die im Detail in der im gleichen Besitz befindlichen und ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/448,237 , mit dem Titel „Insulated Pedicle AccessSystem and Related Methods“ („Isoliertes Pedikel-Zugriffssystem und verwandte Verfahren“), eingereicht am 6. Juni 2006. Das Instrument 14 umfasst generell das Sondeninstrument 30, das eine Längsachse 32 und einen Griff 34 aufweist. Sondenelement 30 kannin jeglicher Vielfalt von Konfigurationen ausgeführt ein, die durch einen Operationskorridor an eine Pedikel-Zielstelle angesetzt werden kann und Knochen durchbohren, durchstoßen oder anderweitig entfernen und/oder beeinflussen kann, um eine Pilotbohrung für Pedikelschrauben-Platzierung zu bilden. Das Sondenelement 30 kann generell eine zylindrische Form haben, jedoch kann das Sondenelement 30 in jeglicher geeigneter Form bereitgestellt werden, die einen geeigneten Querschnitt (zum Beispiel generell oval, polygonal etc.) aufweist. Ein distaler Bereich 36 des Sondenelementes 30 kann eine geformte Spitze 38 aufweisen, gebildet durch jegliche Anzahl von Formen, die generell geeignet sind, Pilotbohrungen zu bilden, wie zum Beispiel eine angeschrägte Spitze, Doppelrhombus, eine Bohrerspitze, ein Gewindebohrer und ein generell kegelförmiger Dorn. Ein proximaler Bereich 40 des Sondenelementes 30, der über einen Ausschnitt 42 im Griff 34 erreichbar ist, kann konfiguriert sein, um das Gehäuse 24 der Sensorklammer 12 zu koppeln. Das Sondenelement 30 kann aus jeglichem Material zusammengesetzt sein, das für chirurgische Verwendung geeignet und stark genug ist, um Knochen zu bearbeiten, um eine Pilotbohrung zu bilden. In einer Ausführungsform kann das Material auch geeignet sein, um elektrische Stromsignale zu leiten, um die Verwendung von neurophysiologischer Überwachung zu erlauben. Lediglich beispielsweise kann das Sondenelement 30 aus Titan, rostfreiem Stahl oder anderen Legierungen chirurgischer Qualität zusammengesetzt sein. Der distale Bereich 36 kann auch mit einer zurückziehbaren Isolierungshülle 44 ausgerüstet sein. Die Hülle 44 stellt maximale Effizienzeines elektrischen Stimulationssignals sicher, das zur geformten Spitze 38 während neurophysiologischen Überwachens zugeführt wird, was in Verbindung mit dem Überwachen der chirurgischen Bewegungsbahn des Systems 10 durchgeführt wird wie unten beschrieben.
Der Griff 34 kann dauerhaft oder entfernbar an dem Sondenelement 30 entlang des proximalen Bereiches 40 befestigt sein. Der Griff 34 kann in jeglicher Anzahl von geeigneten Variationen geformt und dimensioniert sein, um bei der Handhabung des Sondenelementes 30 zu helfen. Lediglich beispielsweise kann der Griff 34 generell T-förmig sein, wie der Griff, der in 4 abgebildet ist. Andere geeignete Formen für den Griff 34 können generell kugelförmig, ellipsoid und eiförmig beinhalten, sind aber nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Die Sensorklammer 12 bildet eine robuste Verbindung mit dem Sondenelement 30, sodass der Neigungssensor 12 in einer Position rechtwinklig zu der Längsachse 32 des Sondenelementes 30 gehalten wird. Wenn die Längsachse 32 des Sondenelementes 30 parallel zur Richtung der Schwerkraft ist, ist der Neigungssensor 12 rechtwinklig zur Richtung der Schwerkraft (d. h. die Nullwinkelposition). Mit anderen Worten ist sowohl der kranial-kaudal-Winkel und der medial-lateral-Winkel Null Grad, wenn die Längsachse 32 des Sondenelementes 30 parallel zu der wirkenden Richtung der Schwerkraft ist.
Mit Bezug auf die 2 bis 7 wird die Sensorklammer 12 weiter beschrieben. Um die Sensorklammer 12 an dem chirurgischen Instrument14zu sichern, beinhaltet das Gehäuse 24 ein Befestigungsende 46, das dimensioniert ist, um mindestens einen Teil des Instrumentes 14 passgenau aufzunehmen. Lediglich beispielhaft umfasst das Befestigungsende 46 einen Endhaken 48 und einen Griffaufnehmer 50. Um einen passgenauen Sitz mit dem Instrument 14 beizubehalten ist der Endhaken 48 konfiguiert, um auf den proximalen Bereich 40 aufzustecken und diesen festzuhalten, wie in 4 dargestellt. Um die Klammer 12 an das Instrument 14 zu befestigen wird der Endhaken 48 auf das proximale Ende 40 des Instrumentes 14 angebracht. Danach wird das Gehäuse 24 rotiert, bis der Griffaufnehmer 50 vollständig mit dem Griff 34 des Instrumentes 14 eingreift (6 bis 7). 6 stellt lediglich beispielhaft dar, dass das proximale Ende 40 (im Querschnitt gezeigt) fest innerhalb des Endhakens 48 und vor dem Eingreifen des Griffs 34 (ebenfalls im Querschnitt gezeigt) in den Griffaufnehmer 50 positioniert ist. 7 stellt den Griff 34 (wieder im Querschnitt) dar, nachdem die Klammer 12in Position rotiert worden ist, mit dem Griff 34 völligim Eingriff mit dem Griffaufnehmer 50. Sobald völlig im Eingriff, ist das Befestigungsende 46 dimensioniert, um unabsichtliches Auslösendes Instrumentes 14 von der Sensorklammer 12 zu verhindern. Wenn im Eingriff, erstreckt sich die Sensorklammer 12 rechtwinklig zur Längsachse 32 des Instruments 14. Um das chirurgische Instrument 14 freizugeben, kann die Klammer 12 rotiert werden, um den Griffaufnehmer 50 vom Griff 34 zu lösen und der Endhaken 48 kann freigegeben werden.
In 2 bis 4 und 6 bis 7 ist ebenfallsein sekundäres Feedback-System 42 dargestellt, das in die Sensorklammer 12 integriert ist. Das sekundäre Feedback-System 52 umfasst eine Sammlung von LED-Lichtanzeigen, um eine Anzeige der Winkelorientierung des chirurgischen Instrumentes 14 relativ zu einer Referenzorientierung bereitzustellen. Die Sammlung von LEDs beinhaltet vier LED-Richtungslichter 54 bis 60, ein zentrales LED-Licht 62 und ein Funktions-LED-Licht 64. Die vier LED-Richtungslichter 54 bis 60 werden unabhängig voneinander betrieben, um dem Benutzer eine Anzeige über die Winkelposition des Sensors 12 (und daher des Instrumentes 14) relativ zu einer gewünschten Position (wie beispielsweise durch vorbestimmte Winkelmessungen, die vom System 10 erfasst werden oder in dieses eingegeben werden, bestimmt) bereitzustellen. Lediglich beispielhaft können zwei gegenüberliegende LED-Lichter 54 und 56 der Orientierung des Sensors 12 in der kranial-kaudal-Richtung entsprechen und die anderen zwei gegenüberliegenden LED-Lichter 58 und 60 können der Orientierung in der medial-lateral-Richtung entsprechen. Gemäß einem Beispiel werden die LED-Richtungslichter 54 bis 60 leuchten, um die Richtung anzuzeigen, in die das Instrument 14 justiert werden muss, um mit der gewünschten Bewegungsbahn ausgerichtet zu werden. Daher wird, (beispielsweise) wenn das Instrument ordnungsgemäß in der medial-lateral-Richtung ausgerichtet ist, aber nicht in der kranial-kaudal-Richtung, eines der Lichter 54 und 56 aufleuchten, um anzuzeigen, dass das Instrument in die Richtung der leuchtenden LED bewegt werden muss (entweder 54 oder 56, abhängig davon, ob das Instrument in der kranialen Richtung oder der kaudalen Richtung justiert werden muss), wenn jedoch das Instrument nicht in entweder der kranial-kaudal-Richtung oder der medial-lateral-Richtung ausgerichtet ist, wird eine von jeden LEDs 54 bis 56 und 58 bis 60 leuchten, um anzuzeigen, in welche Richtung (d. h. entweder kranial oderkaudal und entweder rechts oder links) das Instrument 14 justiert werden muss, um mit der gewünschten Bewegungsbahn ausgerichtet zu werden.
Die Steuerungseinheit 16 ist kommunikativ mit der Neigungssensorklammer 12 verbunden und arbeitet, um Feedback an den Chirurgen bereitzustellen, betreffend den Winkel des Neigungssensors 12 und Instrumentes 14 relativ zu den gewünschten Winkeln (zum Beispiel vorbestimmte medial-lateral-und kranial-kaudal-Winkel) und um Benutzereingaben betreffend verschiedener Aspekte des Bewegungsbahnsystems 10 zu empfangen. Lediglich beispielhaft beinhaltet die Steuerungseinheit 16 eine Anzeige 66, die eine oder mehrere alphanumerische, graphische und Farbmarkierungen zeigen kann, die die Sensor 12 Bewegungsbahn, importierte fluoroskopische oder andere Bilder, den Patienten und/oder Benutzerinformation und andere systembetreffende Information anzeigen kann. Die Steuerungseinheit16kann auch Benutzereingaben empfangen, wie zum Beispiel benutzerwählbare Parameter und/oder Voreinstellungen, verfahrensbetreffende Daten (einschließlich, aber nicht notwendigerweise beschränkt auf, vorbestimmte medial-lateral-Winkel, vorbestimmte kranial-kaudal-Winkel), etc. Beispielsweise kann die Anzeige 66 der Steuerungseinheit 16 weiter Werkzeuge beinhalten, die durch den Benutzer verwendet werden können, wie zum Beispiel ein virtueller Winkelmesser zum Vorbestimmen von Winkeln. Verschiedene Merkmale und Aspekte der Funktionalität der Steuerungseinheit 16 und der Anzeige 66 werden unten genauer diskutiert. Zusätzlich zu der Anzeige 66 kann die Steuerungseinheit 16 konfiguriert sein, um akustische Anzeigen ebenfalls zu verwenden. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 16 einen Code verwenden, basierend auf dem Aussenden von akustischen Tönen, um die Winkelorientierung des Neigungssensors 12 relativ zu vorbestimmten Referenzwinkeln anzuzeigen, die der gewünschten Bewegungsbahn entsprechen. Ein Verfahren zur Implementierung eines Audio-Codes beinhaltet das Variieren eines oder mehrere der Lautstärke, Tonhöhe, Frequenz, Pulsrate und Länge des Audiotons, basierend der bestimmten Orientierung des Sensors 12 relativ zu den vorbestimmten Orientierungsbereichen. Audio-Feedback kann alleine verwendet werden, oder in Kombination mit einem oder mehreren der alphanumerischen, graphischen und Farbmarkierungen, die oben beschrieben sind. In einer Ausführungsform kann ein erstes hörbares Signal eine optimale Abweichung zwischen der Bewegungsbahn des Instruments und mindestens einem der ersten und zweiten bestimmten Winkelverhältnisse zwischen dem Sensor 12 und der Referenzrichtung anzeigen. Ein zweites hörbares Signal kann eine inakzeptable Abweichung zwischen der Bewegungsbahn des Instruments und mindestens einer der ersten und zweiten bestimmten Winkelverhältnisse zwischen dem Sensor 12 und der Referenzrichtung anzeigen. Ein drittes hörbares Signal kann eine akzeptable, jedoch nicht optimale, Abweichung zwischen der Bewegungsbahn des Instruments und mindestens einer der ersten und zweiten bestimmten Winkelverhältnisse zwischen dem Sensor 12 und der Referenzrichtung anzeigen.
Die Kommunikationsverbindung zwischen der Sensorklammer 12 und kann durch Festverdrahtung (zum Beispiel Datenkabel 68 der 1) und/oder durch drahtlose Technologie erreicht werden, in welchem Fall der Neigungssensor 12 und die Steuerungseinheit 16 zusätzliche Hardware beinhalten können, die üblicherweise für das Ermöglichen solcher drahtloser Kommunikation verwendet wird. Wenn kommunikativ verbunden mit der Feedback-Vorrichtung 16 durch feste Verdrahtung, sollte die Position der Feedback-Vorrichtung so geschaffen sein, dass der Neigungssensor 12 frei bewegt werden kann, ohne das Datenkabel 68 zu spannen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Laserfadenkreuz 18 am C-Arm 20 (Fluoroskop) befestigt, um beim Ausrichten des C-Arms 20 in eine vorteilhafte Position zu helfen. Lediglich beispielhaft kann es fortwährend der Pedikelschrauben-Platzierung vorteilhaft sein, den C-Arm 20 in eine „Owl's Eye“ Ansicht oder schräge Position (d. h. die Bewegungsbahn des Röntgenstrahls ist direkt mit der Winkelausrichtung des Pedikels ausgerichtet) auszurichten. Das Fadenkreuz 18 ist mit einer integrierten Sensorbaugruppe 70 ausgerüstet. Die Sensorbaugruppe 70 umfasst einen Beschleunigungsmesser, der ähnlich zu der Sensorbaugruppe 22 der Klammer 12 ist (so dass eine wiederholte Ausführung dazu nicht notwendig ist). Eine Neigungssensorbaugruppe 70 in das Fadenkreuz zu integrieren, erlaubt dem System 10 die Winkelposition des Fadenkreuzes 18 und daher des C-Arms 20, an dem es befestigt ist, im Bezug auf die Schwerkraft zu bestimmen. Der C-Arm 20 und das Laserfadenkreuz 18 werden nun genauer beschrieben.
Mit Bezug auf 8 wird ein typisches Operationseinsatzgebiet gezeigt, in dem ein praktizierender Arzt 72 chirurgische Verfahren an einem Patienten 74 durchführen kann. Der Patient 74 ist auf einem strahlendurchlässigen Operationstisch 76 positioniert. Um den Tisch 76 herum sind ein Standard-C-Arm 20, der einen Rahmen 78, einen Signalsender 80 und einen Signalempfänger/Bildverstärker 82 umfasst und die Steuerungseinheit 16 angeordnet, die Videoeinspeisung des C-Arms 20 anzeigt, was erlaubt, live fluoroskopische Bilder mit dem Bewegungsbahnüberwachungssystem 10 zu integrieren. Bei der Verwendung kann ein Röntgenstrahl 84, der eine Zentralachse 86 aufweist von dem Signalsender 80 durch eine gewünschte Fläche von Patient 74 gelenkt werden und durch den Signalempfänger 82 aufgenommen werden. Ein Bild des Körpergewebes des Patienten74, das sich in dem Pfad des Strahls 84 befindet, kann generiert und auf der Anzeige 66 angezeigt werden. Es sollte klar sein, dass, während der C-Arm 20 hierin generell zur Verwendung während Wirbelsäulenoperation beschrieben wird, um Bilder der Wirbelsäule zu erfassen, dass dies lediglich Beispielzwecken dient. Es ist ersichtlich, dass die Kombination aus dem C-Arm 20 und dem Laserfadenkreuz 18 für Bildgebung in einer breiten Vielzahl von chirurgischen Verfahren verwendet werden kann.
Wie in den 9 bis 12 dargestellt, kann der C-Arm-Rahmen 78 justiert werden, um den Pfad des Strahls 84 zu verändern und daher das Bild, das generiert wird. In 9 ist der Rahmen 78 so orientiert, dass der Strahl 48 parallel zur Richtung der Schwerkraft läuft. Mit dem Patienten in der Bauchlage, wie hier gezeigt, generiert diese Position des Rahmens 78 ein Anterior-Posterior (A/P) Bild. Diese Position des C-Arms 20 wird im Folgenden als A/P-Position bezeichnet. Rotieren des Rahmens um 90 Grad in eine medial-lateral-Richtung (durch eine Transversalebene), wie in 10 gezeigt, lenkt den Strahl 84 rechtwinklig zur Richtung der Schwerkraft und generiert ein laterales Bild. Diese Position des C-Arms 20 wird als laterale Position bezeichnet. A/P und laterale Bilderkönnen beide während einer Wirbelsäulen-Operation nützlich sein und der C-Arm kann zwischen der A/P und lateralen Position mehrere Male während des Verfahrens justiert werden. Wie in 11a bis 11b dargestellt, kann der Rahmen 78 auch in jegliche Position innerhalb der Transversalebene zwischen der A/P und lateralen Position orientiert werden, so dass der Strahl 84 einen Winkel A1 (c) (der medial-lateral-Winkel) zwischen 0 und 90 Grad in Bezug auf die Schwerkraft bildet. Des Weiteren kann, wie in den 12a bis 12b dargestellt, der Rahmen 78 auch in eine kranial-kaudal-Richtung (innerhalb der Sagittalebene) rotiert werden, so dass der Strahl 84 einen anderen Winkel A2 (c) (der kranial-kaudal-Winkel) in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft bildet. Lediglich beispielhaft kann der C-Arm 20 orientiert werden, so dass einer oder beide der Winkel A1 (c) und A2 (c) der gewünschten Achse der Bewegungsbahn eines Pedikelknochens entspricht, d. h. Winkel A1 und A2 („Owl'sEye“ Ansicht oder Schrägansicht) entsprechen, wie genauer unten diskutiert wird.
Durch Anbringen des Fadenkreuzes 18 mit der integrierten Neigungssensorbaugruppe 70 an den C-Arm 20 in einem bekannten positionalen Verhältnis kann die Winkelorientierung des C-Arms in Bezug auf die Referenzachse (Schwerkraft) bestimmt werden. Das ermöglicht dem praktizierenden Arzt, den C-Arm 20 schnell in einer bekannten Orientierung zu positionieren, wie zum Beispiel die präzise Orientierung, in der ein voriges Bild erfasst worden ist. Dies so zu machen beseitigt die Zeit und die zusätzliche Strahlenaussetzung, die oft ertragen werden muss, während zahlreiche Bilder erfasst werden, wenn nach dem richtigen Bild „gejagt“ wird.
Den Sensor 70 (über das Fadenkreuz 18) an den C-Arm anzubringen, kann dem praktizierenden Arzt weiter ermöglichen, die Winkelorientierung von anatomischen Strukturen innerhalb des Patienten (zum Beispiel Wirbel-Pedikel) zu bestimmen, wie unten beschrieben wird. Das kann, lediglich beispielsweise, vorteilhaft sein, wenn der praktizierende Arzt Pedikelfixierung durchführt und präoperative Bilder (wie die MRT-oder CT-Bilder, die verwendet werden können, um den Pedikelachsenwinkel A1 zu bestimmen) nicht für präoperative Planung verfügbar sind wie oben beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Laserfadenkreuz 18 an den Empfänger 82 des C-Arms 20 befestigt werden, wie in 1 abgebildet. 13 stellt eine Ausführungsform des Laserfadenkreuzes 18 dar, die einen Fadenkreuzrahmen 1152, strahlenundurchlässige Strichkreuzmarkierungen 1154, strahlendurchlässige Frontabdeckung 1158, strahlendurchlässige Rückplatte 1159, justierbare Klammern 1160, Sensorneigung LED-Anzeigen 1164 und ein justierbares Lasersendersystem 96 umfasst. 14 stellt eine Explosionsansicht des Laserfadenkreuzes 18 dar. Das Fadenkreuz 18 ist konfiguriert, um ein Referenzstrichkreuz zu generieren, das in fluoroskopischen Bildern sichtbar ist, die vom C-Arm 20 generiert werden. Es können auch andere Vorteile durch die Verwendung des Laserfadenkreuzes 18erreicht werden, wie zum Beispiel der Vorteil, ein Laserstrichkreuzziel auf der Haut des Patienten zu erzeugen. Dieser Vorteilwird unten genauer diskutiert. 13 stellt eine Ausführungsform des Laserfadenkreuzes 18 dar, die einen Fadenkreuzrahmen 86, strahlenundurchlässige Strichkreuzmarkierungen 88, eine strahlendurchlässige Frontabdeckung 90, eine strahlendurchlässige Rückplatte 91, justierbare Klammern 92, LED-Sensorneigungsindikatoren 94 und ein justierbares Lasersendersystem 96 umfasst. 14 stellt eine Explosionsansicht des Laserfadenkreuzes 18 dar.
Der Fadenkreuzrahmen 86 kann aus einem Aluminiummaterial in einer generell kreisförmigen Konfiguration mit einer inneren Fensteröffnung 98 gemacht sein. Der Zweck der Fensteröffnung 98 ist, einem Fluoroskopiebild zu erlauben, durch das Fenster 98 zu gelangen, unversperrt durch das Metallmaterial des Rahmens 86. Es sollte klar sein, dass verschiedene andere geeignete Materialien und Konfigurationen anstatt des oder zusätzlich zu dem Fadenkreuzrahmen verwendet werden können, der oben beschrieben ist .Andere Fadenkreuzrahmen können eine generell rechteckige Konfiguration mit einer quadratischen Fensteröffnung beinhalten, sind jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Mit Bezug auf die 13 bis 14 hat der Fadenkreuzrahmen 86 eine Front, eine Vorderkante 100 und eine Hinterkante 102.
15 stellt beispielhaft eine Ausführungsform einer strahlenundurchlässigen Strichkreuzmarkierung 88 dar. Das strahlenundurchlässige Fadenkreuz 88 wird in dem Fluoroskopiebild erfasst, wenn es an den Empfänger 82 des C-Arms 20 befestigt ist, was dem Anwender einen Referenzpunkt auf das Zentrum des Empfängers 82 gibt. Des Weiteren stellen die Fadenkreuze 88 eine vertikale Referenzlinie in den Fluoroskopiebildern bereit, wie unten diskutiert. Lediglich beispielhaft kann die strahlenundurchlässige Fadenkreuzmarkierung 88 durch Metallkugeln [metal bb's] 106 erzeugt werden, die auf der strahlendurchlässigen Rückplatte 91 fixiert sind. Mit Bezug auf 15 kann das Fadenkreuzmuster eine einzige strahlenundurchlässige Kugel 106 als das exakte Zentrum umfassen, mit vier Linien von Kugeln, die sich aus dem Zentrum heraus entlang der vertikalen und horizontalen Achse des Fadenkreuzes 18 erstrecken. Die strahlenundurchlässige Fadenkreuzmarkierung 88 kann auch einen längeren vertikalen Pfeil umfassen, der in Richtung der Schwerkraft zeigt, wenn das Fadenkreuz ordnungsgemäß angebracht ist und der C-Arm in der lateralen Position ist. Obwohl die strahlenundurchlässige Markierung 88 als durch Metallkugeln beschrieben ist, die in einem Strichkreuzmuster auf einem strahlenduchlässigen Behälter fixiert sind, ist klar, dass andere geeignete Materialen und Konfigurationen verwendet werden können, um denselben strahlenundurchlässigen Zieleffekt zu erzeugen.
Das Laserfadenkreuz 18 ist vorzugsweise an dem C-Arm 82 montiert, mit dem C-Arm in der lateralen Position, was der Schwerkrafterlaubt, das Laserfadenkreuz 18 und die entsprechenden strahlenundurchlässigen Strichkreuzmarkierungen 88 korrekt zu positionieren. Das Laserfadenkreuz 18 beinhaltet eine Menge von justierbaren Klammern 92, eine Sensorbaugruppe (70) und LED-Sensorneigungsanzeiger 94, um bei der Positionierung des Laserfadenkreuzes 18 auf dem C-Arm 82 zu unterstützen. Wie angemerkt ist eine Sensorbaugruppe 70, ähnlich zu der Sensorbaugruppe 22, integriert innerhalb des Gehäuses des Laserfadenkreuzes 18. Die Sensorbaugruppe 70 ist vorzugsweise so gelegen, dass sie orthogonal zu den Referenzmarkierungen 88 ist, und der Sensor einen Nullwinkel sowohl in der Sagittal- als auch Transversalebene registriert, wenn der Neigungssensor 70 rechtwinklig zur Schwerkraft ist. Die Sensorbaugruppe ist kommunikativmit LED-Sensorneigungsanzeigern 94 verbunden, die sich nahe der oberen Kante des Laserfadenkreuzes 18 befinden, und der zentrale LED-Anzeiger wird aufleuchten, wenn der Neigungssensor rechtwinklig zur Richtung der Schwerkraft ist. Wenn der Neigungssensor nicht rechtwinklig zur Richtung der Schwerkraft ist, werden die LED-Sensorneigungsanzeiger 94 dem Anwender anzeigen, dass Laserfadenkreuz 18 in die Richtung der aufleuchtenden LED-Anzeiger zu neigen, bis der zentrale LED-Anzeiger aufleuchtet, was anzeigt, dass die Sensorbaugruppe 70 rechtwinklig zu der Richtung der Schwerkraft ist. Sobald das Laserfadenkreuz 18 in dieser Position eben ausgerichtet ist, kann der Anwender die justierbaren Klammern 92 anziehen, um das Laserfadenkreuz 18 am Röntgenbildempfänger 82 sicher zu befestigen. Die Verwendung von justierbaren Klammern 92 erlaubt dem Laserfadenkreuz 18, an nahezu jedem C-Arm befestigt zu werden. Das Laserfadenkreuz 18 kann in einem generell kreisförmigen Muster geformt sein, um der kreisförmigen Form des Empfängers 82 zu entsprechen. Jedoch kann das Laserfadenkreuz 18 in jeglicher Anzahl von geeigneten Variationen geformt und dimensioniert sein, einschließlich, jedoch nicht notwendigerweise beschränkt auf, generell rechtwinklig, dreieckförmig, ellipsoid und polygonal.
Das Laserfadenkreuz 18 beinhaltet auch einen justierbaren Laserstrichkreuzsender, der ein Strichkreuzziel auf die Haut des Patienten an einerchirurgischen Zugriffsstelle generieren kann. Justierungsknöpfe können verwendet werden, um den Lasersender entlang der Sagittal- und Transversalebenen zu justieren. Der Laser wird aus dem Zentrum des Laserfadenkreuzes 18 generiert und der Punkt der Lasergenerierung überlappt direkt den zentralen Punkt des strahlenundurchlässigen Strichkreuzes 88, wenn man entlang der Achse hinunterschaut, die aus dem Zentrum des Fadenkreuzes 18 herausragt. Ein Vorteil davon, einen justierbaren Lasersender bereitzustellen, ist, dem Anwender zu erlauben, den Laser entlang jeden gewünschten Pfad auszurichten (und daher Informationen im C-Arm-Rahmen zu korrigieren, die mit der Zeit auftreten). Insbesondere kann der Anwender den Lasersender so justieren, dass er direkt in Richtung des Zentrums des C-Arm-Signalsenders 80 und die zentrale Achse 85 des Röntgenstrahls 84 hinunterpropagiert. Daher wird ein perfekter Vektor die zentrale Achse 85 des Röntgenstrahls 84 hinunter geschaffen, der den Chirurg dabei unterstützt, einen bevorzugten Startpunkt zur Penetration der Haut zu bestimmen, wenn beispielsweise ein Verfahren zur Platzierung einer Pedikelschraube durchgeführt wird, da mit dem Laserstrichkreuz die Hauteinschnittstelle über und in Ausrichtung mit der Pedikelachse präzise markiert wird, wenn der C-Arm 20 in der „Owl's Eye“ Position orientiert ist. Die Laserfadenkreuze werden mit den strahlenundurchlässigen Strichkreuzen 88 ausgerichtet sein, wenn sie ordnungsgemäß justiert sind. Es ist ersichtlich, dass der Vorteil des perfekten Vektors zur Verwendung jeglicher Anzahl von zusätzlichen chirurgischen Aktionen geeignet ist, wo die Winkelorientierung oder Bewegungsbahn von Instrumentierungen und/oder Implantaten wichtig ist. Es ist auch ersichtlich, dass, obwohl der Lasersender als ein Strichkreuzmustersendend beschrieben ist, der ausgesendete Laser in jeglicher Anzahl von geeigneten Variationen geformt sein kann, einschließlich, jedoch nicht notwendigerweise beschränkt auf, eine Zielscheibe oder einen einzigen Punkt.
Die 16 bis 19 stellen ein justierbares Lasersendersystem 96 des Laserfadenkreuzes 18 dar, das dem Lasersender erlaubt, sich sowohl rauf und runter als auch links und rechts zu bewegen. Das Lasersendersystem umfasst eine kunststoff- (und strahlendurchlässige) Lichtröhre 108, die sich zum Zentrum des Fadenkreuzes 18 von einer Justierungsanordnung 110, gekoppelt an die Rückplatte 91, erstreckt. Um dem Lasersender 96 rauf und runter zu justieren, ist die Lichtröhre 108 an einen Kippbalken 112 gekoppelt, der einen Teil der Justierungsanordnung 110 bildet. Ein paar kreisförmige Öffnungen (nicht gezeigt), je eine in jedem Ende des Kippbalkens 112 koppeln den Kippbalken drehbar mit kreisförmigen Einstellschrauben (ebenfalls nicht gezeigt), die sich von Ankern 114 einwärts erstrecken. Ein vertikaler Justierungsknopf 116 translatiert eine Walze 118 entlang einer schiefen Rampe 120, die sich von dem Kippbalken 112 aus erstreckt. Wenn die Walze 116 in die schiefe Rampe 120 eingreift, dreht sich der Kippbalken 112 um die Einstellschrauben, die den Kippbalken an die Anker 114 koppeln und die Lichtröhre 108 bewegt sich entlang einer vertikalen Ebene. Eine Spannfeder 122 bewirkt, dass der Kipphebel 112 in seine natürliche Position zurückkehrt, wenn die Walze 118 zurück die Rampe 120 hinunter, translatiert wird. Ein Lasersender, der in dem Kippbalken 112 gelegen ist und koaxial mit der Lichtröhre 108, lenkt Laserlicht durch die Lichtröhre 108. Ein angeschrägter Kunststoffspiegel 124 am distalen Ende der Lichtröhre 108 lenkt das Laserlicht durch eine Öffnung 126 in der Röhre um. Über der Öffnung 126 liegt ein defraktives optisches Element 128 (DOE). In einer bevorzugten Ausführungsform ist das DOE 128 quadratförmig, so dass das Laserlicht das DOE 128 in zwei rechtwinkligen Linien verlässt, was Strichkreuze auf dem Laserziel bildet. Um den Lasersender 96 lateral zu justieren, ist die Lichtröhre 108 entlang ihrer Längsachse rotierbar. Um dies zu erreichen, dreht ein lateraler Justierungsknopf 130 ein Ritzel 132, das mit einemergänzenden Ritzel 134, gekoppelt mit dem proximalen Ende der Lichtröhre 108, gekoppelt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Laserfadenkreuz 18 mit einer inneren Stromquelle ausgerüstet, um den Laser und die LED-Anzeigen 94 anzutreiben. Gemäß einer Ausführungsform ist die interne Stromquelle eine Wegwerfbatterie 136.
Nachdem die verschiedenen Komponenten des chirurgischen Bewegungsbahnüberwachungssystems 10 beschrieben worden sind, werden nun beispielhafte Verfahren zur Verwendung des Systems 10 während der Operation beschrieben. Beispielsweise wird das System 10 hierin zur Verwendung bei der geführten Bildung von einer oder mehreren Pedikelschrauben-Pilotbohrungen zur sicheren und reproduzierbaren Pedikelschraubenimplantierung beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, dass das chirurgische Bewegungsbahnüberwachungssystem 10 während jeglicher Zahl von chirurgischen Verfahren verwendet werden kann, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Gemäß eines ersten generellen Aspekts der vorliegenden Erfindung kann das chirurgische Bewegungsbahnüberwachungssystem verwendet werden, um ein chirurgisches Instrument 14 entlang einer gewünschten Bewegungsbahn zu orientieren und zu halten, beispielsweise während der Bildung von Pilotbohrungen. Das distale Ende des chirurgischen Instruments 14 kann erst auf der Pedikel-Zielstelle in der Nullwinkel-Position platziert werden. Das Instrument 14 wird in die gewünschte Referenzposition rotiert, vorzugsweise mit der Längsachse 26 mit der Sensorklammer 12 ausgerichtet mit der Längsachse der Wirbelsäule. Das chirurgische Instrument 14 kann dann in der Sagittalebene angewinkelt werden, bis der gewünschte kranial-kaudal-Winkel erreicht ist. Während der ordnungsgemäße kranial-kaudal-Winkel gehalten wird, kann das chirurgische Instrument 14 in der Transversalebene angewinkelt werden, bis der ordnungsgemäße medial-lateral-Winkel erreicht wird. Die Steuerungseinheit 16 und/oder das sekundäre Feedback-System 52 wird dem Benutzer anzeigen, wenn das Instrument 14 mit den gewünschten Winkeln ausgerichtet ist. Sobald die Winkelorientierung des Instrumentes korrekt ist, kann das Instrument 14 in das Pedikel befördert werden, um die Pilotbohrung zu bilden. Das Instrument 14 kann vor- und zurückrotiert werden, um bei der Bildung der Pilotbohrung mitzuwirken. Um die ordnungsgemäße Bewegungsbahn während der Bildung beizubehalten, kann das Instrument 14 gelegentlich mit der Längsachse 26 der Sensorklammer 26 in Übereinstimmung mit der Längsachse der Wirbelsäule erneut ausgerichtet werden und die Winkelmessungen können erneut überprüft werden. Das kann wiederholt werden, bis die Pilotbohrung fertig ist. Um eine Pilotbohrung in einem Wirbelpedikel mit Hilfe des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10 zu bilden, wird das chirurgische Instrument 14 zu der Pedikel-Zielstelle befördert, wo die Pilotbohrung gebildet werden soll. Das kann mittels irgendeinem offenen, minimal offenen oder perkutanen Zugriff bewerkstelligt werden. Der präzise Startpunkt für die Pilotbohrungsbildung kann durch den praktizierenden Arzt, basierend auf dessen individuellen Fähigkeiten, Vorlieben und Erfahrungen gewählt werden. Verfahren zur Bestimmung eines Startpunktes mit Hilfe des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10 sind unten beschrieben.
Sobald die Pedikel-Zielsstelle sicher erreicht worden ist, wird das chirurgische Instrument 14 in die gewünschte schräge Bewegungsbahn gebracht. Beispielsweise können die Pedikelachse, definiert durch einen medial-lateral-Winkel A1 (dargestellt in 20) und ein kranial-kaudal-Winkel A2 (dargestellt in 21) bestimmt werden und die Pedikelschraube und/oder betroffene Instrumente können durch das Pedikel entlang der gewünschten Bewegungsbahn befördert werden. Die 22 bis 23 stellen ein beispielhaftes Verfahren zur manuellen Bestimmung der gewünschten Bewegungsbahnwinkel dar, wobei eine Reihe von Messungen verwendet werden, um die Pedikelachse des Pedikels (oder wahrscheinlicher der Pedikel) zu bestimmen, die eine Pedikelschraube erhalten werden. Wie in 22 gezeigt, werden präoperative MRT- oder CAT-Scanbilder in der Draufsicht erhalten und dazu verwendet, den medial-lateral-Winkel A1 zu bestimmen. Eine vertikale Referenzlinie wird durch das Zentrum des Wirbelkörpers (in der A/P-Ebene gezeichnet). Eine medial-lateral-Bewegungsbahnlinie wird dann von einer zentralen Position in dem Pedikel (zum Beispiel einer Position innerhalb der weichen Spongiosa, im Gegensatz zu dem härteren kortikalen Knochen, der den äußeren Umfang des Pedikels bildet) zu einem vorgelagerten Punkt des Wirbelkörpers für das Zielpedikel gezeichnet. Der resultierende Winkel zwischen der medial-lateral-Bewegungsbahnlinie und der Referenzlinie wird gemessen und das Ergebnis entspricht dem medial-lateral-Winkel A1 der Pedikelachse des Ziel-Pedikels und daher auch dem medial-lateral-Winkel, der bei der Bildung der Pilotbohrung verwendet werden soll. Die Messung wird für jedes Pedikel wiederholt und die Ergebnisse können notiert und in den Operationssaal als Referenzwert der Operation gebracht werden. Vorzugsweise werden die Winkel in die Steuerungseinheit 16 des Systems 10 zum einfachen Abrufen und für die Anwendung später, wie unten beschrieben wird.
Wie in 23 gezeigt, kann der kranial-kaudal-Winkel A2 unter Verwendung eines intraoperativen lateralen Fluoroskopiebildes des C-Arms 20 bestimmt werden. Eine vertikale Referenzlinie wird vorzugsweise in dem lateralen Fluoroskopiebild erfasst, um sicherzustellen, dass Messungen in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dies durch die Verwendung eines Laserfadenkreuzes 18 erreicht. Die vertikale Referenzlinie ist wichtig, da die Fluoroskopiebildausgabe generell um 360 Grad gedreht sein kann, so dass das Bild auf dem Monitor in jeglicher Ausrichtung erscheinen kann und eine vertikale Referenzlinie verhindert Messungen, die unbeabsichtigt aus einer falschen Referenzposition berechnet werden.
Sobald die gewünschten Bewegungsbahnwinkel für die nötigen Pedikel bestimmt worden sind, können Pilotbohrungen gebildet und Schraubeneingesetzt werden, unter Verwendung des Neigungssensors 12, um sicherzustellen, dass die Instrumente und Implantate mit den bestimmten Winkeln ausgerichtet sind. Wie oben angemerkt, kann die Sicherheit und Reproduzierbarkeit der Bildung von Pilotbohrungen weiter dadurch verbessert werden, dass neurophysiologisches Überwachen eingesetzt wird, wie genauer unten beschrieben wird, in Verbindung mit der Bewegungsbahnüberwachung, die durch das chirurgische Bewegungsbahnsystem 10 durchgeführt wird.
Ohne den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung einschränken zu wollen, werden spezifische Beispiele zur Bestimmung der Achse eines Wirbelpedikels, mit anderen Worten die Winkel A1 und A2, die oben beschrieben sind, und zur Lenkung der Bildung von Pilotbohrungen entlang der Pedikelachse beschrieben, unter Verwendung verschiedener Merkmale des Bewegungsbahnüberwachungssystems 10. Es ist ersichtlich, dass verschieden andere Verfahren verwendet werden können, um geführte Bildung von Pedikelschrauben Pilotbohrungen gemäß den verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Lediglich beispielhaft werden verschiedene Merkmale, Komponenten, Verfahren und/oder Techniken, die mit dem chirurgischen Bewegungsbahnüberwachungssystem 10 verwendet werden können, in der PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/2007/011962, mit dem Titel „Surgical Trajectory Monitoring System and Related Methods‟(„Chirurgisches Bewegungsbahnüberwachungssystem und verwandte Verfahren“), eingereicht am 17. Mai 2007, beschrieben.
Die 24 bis 25 stellen beispielhaft eine Ausführungsform der Bildschirmanzeige 500 der Steuerungseinheit 16 dar, die geeignet ist, Eingaben von einem Benutzerzusätzlich zur Kommunikation von Feedback-Information an den Benutzer zu empfangen. Die Bildschirmanzeige 500 beinhaltet sowohl alphanumerische und Farbmarkierungen, wie oben beschrieben. In diesem Beispiel (obwohl es nicht notwendig ist) wird eine graphische Benutzeroberfläche (GUI) verwendet, um Daten direkt von der Bildschirmanzeigeeinzugeben.
Beispielsweise in einem chirurgischen Verfahren zur Platzierung von Pedikelschrauben ist es vorteilhaft, die medial-lateral (A1) und kranial-kaudal (A2)-Winkel jedes Pedikels auf den verschiedenen Ebenen der Wirbelsäule, d.h. A1 und A2 von L1, A1 und A2 von L2 etc., zu bestimmen und aufzuzeichnen. Die GUI der Anzeige 500 erlaubt dem Benutzer, die vorbestimmten A1- und A2-Winkel jeder Rückgradebene einzugeben und diese Information in das chirurgische System 10 abzuspeichern. Durch das Speichern dieser Information kann das System 10 vorteilhaft die vorbestimmten Winkel für jede Rückgratebene zu jeder gegebenen Zeit abrufen. Es ist ersichtlich, dass das momentan integrierte Steuerungssystem auch dazu verwendet werden kann, die Pedikel-Zugriffswinkel (A1 und A2) zu bestimmen. Dieser Prozess ist unten beschrieben. Es ist auch ersichtlich, dass zusätzlich zu dessen Verwendung bei der Platzierung von Pedikelschrauben, die momentane Ausführungsform für die Verwendung in jeglicher Anzahl zusätzlicher chirurgischer Verfahren geeignet sein kann, wo die Winkelausrichtung oder Bewegungsbahn von Instrumentierungen und/oder Implantaten und/oder Instrumentierungen wichtig ist, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, generelle (nicht Rückgrat)Orthopädie und nicht pädikuläre Rückgratverfahren.
Mit Bezug auf die 24 bis 25 werden Messungen, die für einen vordefinierten medial-lateral (M/L) Winkel A1 erhalten wurden, in Eingabefelder 504 und 506 (respektive für linke und rechte Pedikel) eingegeben werden. Mehrfache Justierungsknöpfe können verwendet werden, um die vordefinierten Winkel zu setzen. 24 stellt beispielhaft ein Verfahren dar, die linken und rechten M/L Winkel A1 durch Verwendung der Winkeljustierungsknopfsätze 503 zu justieren. 25 stellt beispielhaft ein weiteres Verfahren dar, die M/L Winkel in Schritten von 10 Grad zu erhöhen oder zu verringern, unter Verwendung der Winkeljustierungsknöpfe 505, die (lediglich beispielhaft) mit „+10“ und „-10“ beschriftet sind. Genauere Winkeljustierungen können vorgenommen werden durch Erhöhen oder Verringernder vordefinierten Winkel in Schritten von 1 Grad, unter Verwendung der Winkeljustierungsknöpfe 507, die (lediglich beispielhaft) mit „+1“ und „-1‟beschriftet sind. Messungen, die für die kranial-kaudal (C/C) Winkel A2 erhalten werden, können auch in das Eingabefeld 510 eingegeben werden, und unter Verwendung des Winkeljustierungsknopfsatzes 511 justiert werden. Das Ebenen-Auswahlmenü 508 erlaubt dem Benutzer, die vorbestimmten Winkel A1 und A2 für jede Rückgratebene einzugeben. Die eingegebenen Wertekönnen durch das System gespeichert werden, so dass während des Verfahrenseine Auswahl der Rückgratebene aus dem Ebenenauswahlmenü 508 automatisch die eingegebenen Werte abruft.
Der Anzeigebildschirm 500 der Steuerungseinheit 16 kann Feedback-Informationen von mehreren Neigungssensoren 12 bereitstellen, die mit unterschiedlichen Geräten (zum Beispiel Instrumenten 14, C-Arm 20, Laserfadenkreuz 18, etc.) assoziiert sind. Durch das Anzeigen von Feedback-Informationen von mehreren Geräten kann die Information in Verbindung miteinander genutzt werden, um einen Chirurgen dabei zu unterstützen, sicher komplizierte chirurgische Verfahren (zum Beispiel Pedikelschrauben-Implantierung etc.) durchzuführen. Es ist ersichtlich, dass weitere Vorteile durch Kombinieren der Neigungssensordaten mit anderen relevanten Daten (zum Beispiel neurophysiologische Überwachungsdaten, Fluoroskopiebilder etc.) erzielt werden können, um ein integriertes System und/oder Verfahren zur Unterstützung bei der Durchführung von chirurgischen Verfahren bereitzustellen. Mit Bezug auf die 24 bis 25 stellt der Anzeigebildschirm 500 ein C-Arm-Winkel Fenster 512 bereit, das Daten betreffend einen zweiten Neigungssensor 12, der auf einem Fluoroskopiebildgeber positioniert ist, beinhaltet. Beispielsweise zeigen die Nummernfelder für 514 und 516 die numerischen Werte der medial-lateral-und der kranial-kaudal-Winkel an, wie durch den C-Arm Neigungssensor 12 festgestellt. Numerische Werte 514 und 516 können vom Benutzerreferenziert werden, um dabei zu helfen, die M/L und C/C Werte entsprechend dem C-Arm-Sensor innerhalb eines akzeptablen Bereiches der vorbestimmten Zielwinkel A1 und A2 für jede Rückgratebene abzugleichen. Wenn der C-Arm mit der Pedikelachse (platziert in der „Owl's Eye“ Ansicht) ausgerichtet ist, sollten die C-Arm-Werte A1 (c) und A2 (c), angezeigt im Fenster 514 und 516 , den Pedikelachselwinkeln A1 und A2 gleichen. In einem weiteren Beispielkann das C-Arm Fenster 512, oder ein Teil davon (wie zum Beispiel der Kreis 518), mit der Farbe Grün gesättigt werden, wenn die numerischen Werte, die dem C-Arm-Sensor entsprechen, mit einem akzeptablen Bereich der vorbestimmten Zielwinkel abgeglichen sind.
Der Anzeigebildschirm 500 kann auch Feedback-Information von einem anderen Neigungssensor 12 bereitstellen, der mit dem chirurgischen Instrument 14 gekoppelt ist. Mit Bezug auf die 24 bis 25 kann beispielsweise die Winkelorientierung des Instrumentes 14 dem Benutzer im Instrumentenfenster 522 kommuniziert werden. Das Instrumentenfenster 522 kann verschiedene Ausführungen anwenden, um den Benutzer beim Abgleichen der Winkelorientierung des Instrumentes 14 mit den vordefinierten Zielwinkeln für jede Ebene zu unterstützen. Mit Bezug auf 24 wendet die Steuerungssystemanzeige 500 ein farbcodiertes Ziel an, um Feedback-Information der Winkelorientierung des chirurgischen Instrumentes 14 bereitzustellen. Die äußeren Ringe 524 des Ziels können Rot sein, die mittleren Ringe 526 des Ziels können Gelb sein und der innere Kreis 528 kann Grün sein. Wenn das Instrument mit den vorbestimmten Zielwinkeln ausgerichtet ist, kann der zentrale Kreis Grün gesättigt sein, was anzeigt, das sowohl der medial-lateral-Winkel A1 und der kranial-kaudal-Winkel A2 abgeglichen worden sind, oder A1 ist gleich A1 (i) und A2 ist gleich A2 (i). Wenn der Benutzer wünscht, die Winkelorientierung des Instruments 14 mit der Winkelorientierung des C-Arms abzugleichen, kann der Benutzer eine Auswahl in dem „Instrument abgleichen mit“ Fenster 509 vornehmen. Wenn das Instrument 14 mitdem C-Arm abgeglichen ist (A1 (c) ist gleich A1 (i) und A2 (c) ist gleich A2 (i)), kann der zentrale Kreis 528 Grün gesättigt sein. Die mittleren 526 und äußeren 524 Ringe können in Quadranten 530, 532, 534 und 536 unterteilt sein, entsprechend links, rechts, kranial und kaudal. Beispielsweise wird der äußere 524 oder mittlere 526 Ring im linken Quadranten 530 ,wenn das Instrument zu weit links des Ziels ausgerichtet ist, gesättigt, abhängig davon, wie falsch das Instrument ausgerichtet ist (d. h. ob es in den gelben oderroten Bereich fällt). Ähnlicherweise wird der äußere 524 oder mittlere 526 Ring in dem oberen Quadranten 534, wenn das Instrument zu weit kranial ausgerichtet ist, gesättigt, abhängig davon, wie falsch das Instrument ausgerichtet ist. Wenn das Instrument einen der Zielwinkel abgeglichen hat, aber nicht den anderen, wird nur der Quadrant, der dem falsch ausgerichteten Winkel entspricht, gesättigt. In einer weiteren Ausführungsform des Instrumentenfensters 522, wendet 25 eine farbcodierte Anzeige an, die dem Aussehen einer Wasserwaage angeglichen ist, um Feedback über die Winkelorientierung des chirurgischen Instrumentes 14 bereitzustellen. Ein frei schwebender Ring 538 bewegt sich relativ zur Bewegung des Instrumentes. Je näher die Blase dem Zentrum ist, umso mehr ist das Instrument dem Abgleichen mit dem Zielwinkel. Wenn das Instrument innerhalb des Bereiches ist, der ordnungsgemäße Ausrichtung anzeigt, kann der Ring 538 Grün gesättigt sein. Ähnlich zu der Ausführungsform von 30 kann der Benutzer auch die Option haben, die Winkelorientierung des Instrumentes 14 mit den C-Arm-Sensorwerten abzugleichen, anstatt mit den vorbestimmten Zielwerten. Diese Option kann beispielsweise dann ausgeführt werden, durch Auswählen des entsprechenden Knopfes in dem „Instrument abgleichen mit“ Fenster 509. Eine Statuszeile 520 kann bereitgestellt werden, um den relativen Zustand sowohl des Instrumentes 14 als auch der C-Arm Neigungssensoren anzuzeigen. Beispielsweise zeigt die Statuszeile 520, die in 24 und 25dargestellt ist, dass sowohl das Instrument 14, als auch die C-Arm-Sensoren versuchen, die Zielwinkel abzugleichen. Andere Mitteilungen (nicht gezeigt) können zum Beispiel anzeigen, dass das Instrument 12, 80 versucht, auf den C-Arm abzuzielen, dass die Zielwinkel abgeglichen sind oder dass ein Sensor nicht verwendet wird.
Die 26 bis 36 stellen lediglich beispielhaft eine andere Ausführungsform der Bildschirmanzeige 600 einer integrierten Steuerungseinheit 16 dar. Die 26 bis 36 stellen mehrere Bildschirmanzeigen einer Beispielausführungsform eines „Pedikel-Cranulations-Assistenten‟(PCA) Programms dar, dass dazu entworfen ist, Daten von verschiedenen Quellen zu integrieren. Das PCA Programm kann mit einer Ausführungsform des Feedback-Gerätes 16 verwendet werden, das einen Computer oder ähnliche Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt) umfasst, die fähig ist, Eingaben eines Benutzers zu empfangen und auch Feedback an den Benutzer zu kommunizieren. Auf ähnliche Art und Weise zu dem Anzeigebildschirm 500 verwendet dieses Beispiel (obwohl das nicht notwendig ist) eine graphische Benutzeroberfläche (GUI), um Daten direkt auf der Bildschirmanzeige einzugeben. Die beispielhafte Bildschirmanzeige 600 repräsentiert einen Einrichtungsbildschirm, von dem aus der Benutzer die gewünschte Technik (zum Beispiel „Owl's Eye Ansicht“ und, A/P und lateral‟ - unten beschrieben), die durchgeführt werden soll, auswählen kann, und auch verschiedene Konfigurationen, die innerhalb der Technik verwendet werden (zum Beispiel Integration von Live-Fluoroskopiebildern, Orientierung des C-Arms etc.). Die Bildschirmanzeige 600 beinhaltet einen Kopf 602, der das Programm identifiziert und die momentane Konfiguration, wie durch den Benutzer ausgewählt, anzeigt (zum Beispiel „Owl's Eye‟Technik mit integrierter Live-Fluoroskopie, wie in 26 dargestellt). Die Knöpfe in dem Technikfeld 604 können verwendet werden, um die gewünschte Technik auszuwählen, die angewendet werden soll. Beispielsweise kann der „Owl's Eye Ansicht“ Knopf 606 berührtwerden, um die „Owl's Eye“ Technik (unten beschrieben) auszuwählen und der „A/P und lateral“ Knopf kann berührt werden, um die A/Pund lateral-Technik auszuwählen. In dem Bildgebungsfeld 610 können die Knöpfe 612 und 614 berührt werden, um zwischen den Optionen zum Integrieren Live-Fluoroskopiebilder oder ohne diese integrierten Bilder fortzufahren, respektive ausgewählt werden. In dem Orientierungsfeld 616 kann der Benutzer die Orientierung des C-Arms setzen (d. h. ob der C-Arm auf der rechten oder linken Seite des Patienten positioniert ist), der während des Verfahrens verwendet werden soll. Beispielsweise kann der Benutzer durch einfaches Berühren der C-Arm Darstellung 618 von einer Orientierungsoption auf die nächste umschalten. Der Startknopf 620 sperrt die ausgewählte Konfiguration und führt das Programm fort.
In dieser Ausführungsform verwendet das Feedback-Gerät 16 ein Bilderfassungssystem (nicht gezeigt), vorzugsweise integriert in die Hardware und/oder Software, um Bilder des C-Arms abzufragen. Wenn die Live-Fluoroskopie Bildoption im Anzeigebildschirm 600 ausgewählt ist, kann auf ein Formatansichtsfensterfortgeschritten werden, um das Bild (falls nötig) zu formatieren, wie in 27 gezeigt. Das Befehlsfeld 620 stellt Befehle zum Formatieren des Bildes in die angemessene Größe und/oder Ausrichtung bereit. Sobald der Bildzuführungsknopf 620 ausgewählt wird, wird das Fluoroskopiebild 630 abgerufen und in dem Ansichtsfenster 624 angezeigt, das sich in dem Bildfeld 626 befindet. Wie durch die Befehle in dem Befehlsfeld 620 angezeigt, kann das Bild in seiner Größe angepasst werden durch, beispielsweise, Berühren und Ziehen der rechten unteren Ecke des Ansichtsfensters 624. Das Bild kann durch Berühren (lediglich beispielhaft) der oberen linken Ecke des Ansichtsfensters 624 und Ziehen derselben ausgerichtet werden, bis das Bild ausgerichtet ist. Knopfsätze 628 und 629 können bereitgestellt und als alternative Wege, um das Bild 630 auszurichten und in der Größe anzupassen, bereitgestellt werden. Der Fortfahrenknopf 632 legt die Formatierung des Ansichtsfensters 634 fest und führt das Programm fort.
Ein „virtueller Winkelmesser“ Anzeigebildschirm ist in 28 bis 30 dargestellt. Der virtuelle Winkelmesserbildschirm kann verwendet werden, um die Winkel, die während der Pilotbohrungsbildung (d. h. die kranial-kaudal- und medial-lateral-Winkel, die anderweitig hierin diskutiert werden) verwendet werden sollen, einzugeben und/oder zu bestimmen. Das Datenverwaltungsfeld634kann verwendet werden, um Winkeldaten in dem integrierten Bildschirm anzusehen und einzugeben. Das Datenverwaltungsfeldbeinhaltet ein M/L-Fenster 636, ein C/C-Fenster 638 und Rückgratebenenknöpfe 640. Rückgratebenenknöpfe 640 können verwendet werden, um die Rückgratebene auszuwählen und anzuzeigen, die den Datenentspricht, die eingegeben oder in den M/L- und C/C-Fenstern 636 und 638 angezeigt werden (zum Beispiel Ebene L5 in 28 und 29, Ebene L4 in 30). Wie vorher beschrieben, werden die medial-lateral-Winkel für jedes Pedikel, das instrumentiert werden soll, vorzugsweise präoperativ bestimmt. Die Datenkönnen in den OP mitgenommen werden und unter Verwendung des M/L-Fensters 636 eingegeben. Um die Daten einzugeben, wird die ordnungsgemäße Rückgratebene ausgewählt und der M/L-Winkel Editierenknopf 640 wird ausgewählt. Wie in 29 gezeigt ist, erscheint eine Tastatur 646 in dem Datenverwaltungfeld 634 und die Winkel für die linken und rechten Pedikel können eingegeben und abgespeichert werden (oder gelöscht und erneut eingegeben). Umschalten zwischen den rechten und linken Pedikeln kann vorgenommen werden durch Auswählen der entsprechenden Knöpfe, die beispielsweise mit „links“ 645 und „rechts“ 647 beschriftet sein können. Das kann jeweils für jedes anwendbare Pedikel vorgenommen werden. Alternativ können die Daten vor der Operation in das System eingegeben werden oder in ein externes Speichergerät (zum Beispiel Speicherkarte, USB-Flashlaufwerk etc.) eingegeben und in das System im OP transferiert werden, um die gesamte Operationszeit zu verringern.
Die kranial-kaudal-Winkel für jedes Pedikel, das instrumentiert werden soll, können unter Verwendung des virtuellen Winkelmessers 648, der auf dem Fluoroskopiebild 630 überlagert dargestellt ist, bestimmt werden. Um dies zu erreichen, wird der C-Arm in die laterale Position orientiert, so dass das Bild 630, das auf dem Bildschirm angezeigt wird, ein laterales Bild ist. Eine Nulllinie 650 kann in Ausrichtung mit der vertikalen Referenzlinie, die in dem Fluoroskopiebild (wie vorher beschrieben) generiert wurde, durch Auswählen (zum Beispiel Berühren) und Ziehen dessen in Position. Der zentrale Punkt 649 des virtuellen Winkelmessers 648 kann dann über dem entsprechenden Pedikel zentriert werden, durch Berühren des Bildes an der gewünschten Position. Der Winkelmesser 648 wird dann sich selbst positionieren, zentriert auf der berührten Position. Sobald er über dem Zentrum des Pedikels positioniert ist, kann der virtuelle Winkelmesser unter Verwendung des Kontrollbalkens 652 rotiert werden, bis er mit der Achse des Pedikels ausgerichtet ist. Ein Auswählen des Erfassen des C/C-Knopfes 637 wird automatisch die Winkel in das integrierte System eingeben und abspeichern, wie durch die Rotation des virtuellen Winkelmessers 648 relativ zur Nulllinie 650 bestimmt. In Bezug auf 37 kann der Benutzer auch den C/C-Winkel manuell durch Auswählen des Editierenknopfes 639 im C/C-Fenster 638 eingeben. Nach dem Auswählen des Editierenknopfes 639 erscheint eine C/C-Tastatur 654 und der Benutzer kann den entsprechenden „zum Fuß“ oder „zum Kopf‟ Knopf auswählen, um die Winkeleingabe für die ausgewählte Ebene zu finalisieren. Die C/C-Winkel können für jede anwendbare Rückgratebene bestimmt und eingegeben werden. Der Fortfahrenknopf 632 wird das Programm in den entsprechenden Technikbildschirm fortführen.
Beispielsweise stellen die 31 bis 34 eine Hauptbildschirmanzeige für die „Owl'sEye“ Technik, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, dar. Ein Anzeiger 656 zeigt die relative Orientierung des C-Arms 20, entweder in der A/P-Ansicht oder lateralen Ansicht. Der Anzeiger 656 entspricht nicht notwendigerweise den wahren A/P oder wahren A/P oder wahren lateralen Orientierungen, sondern ist nur eine generelle Anzeige. Beispielsweise ist der C-Arm, wie hier gezeigt, in der „Owl's Eye“ Position orientiert, die keine wahre A/P-Ansicht ist, sondern generell näher an einer wahren A/P-Ansicht als an einer wahren lateralen Ansicht. Wenn der C-Arm über einen bestimmten Punkt hinaus rotiert wird, beispielsweise 60 Grad, wird der Anzeiger sich verändern, um die entgegengesetzte Anzeige (zum Beispiel lateral) anzuzeigen. Ein Auswählendes Optionsknopfes 658 expandiert ein Optionsmenü 659, dargestellt in 32 bis 33, das einen Winkelzeigen- oder verbergen-Knopf 666, einen Zoomknopf 662 und einen Verbergenknopf 664 beinhalten kann, jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt ist. Der Winkelzeigen- oder Verbergen-Knopf 660 öffnet oder schließt ein Instrumentenwinkelfenster 668 und ein Röntgenbildverstäkerwinkelfenster 670 (33 und 34). Der Zoomknopf 662 zoomt in das Fluoroskopiebild 630 hinein. Der Verbergenknopf 664 schließt das Optionsmenü 659. Ein Datenverwaltungsfeld 661stellt die ausgewählte Rückgratebene und die kranial-kaudal- und medial-lateral-Winkel dar, die vorher für die ausgewählte Ebene eingegeben wurden. Die Winkel können indem Datenverwaltungsfeld 661 über Steuerelemente editiert werden, die zu denen, die vorher in Bezug auf den virtuellen Winkelmesserbildschirm der 28 bis 30 beschrieben wurden, ähnlich sind. Zielanzeiger für das Instrument und den C-Arm 672 und 678 sind gegenüber voneinander um das Fluoroskopiebild 630 positioniert. Lediglich beispielhaft stellt 34 die Hauptbildschirmanzeige 600 für die „Owl's Eye“ Technik dar, wenn die Live-Fluoroskopie-Option nicht ausgewählt ist. Die Anzeige in 34 ist generell die gleiche, außer, dass das Fluoroskopiebild 630 durch eine Grafik ersetzt ist, die den Patienten repräsentiert.
Der Instrumentenzielanzeiger 672 beinhaltet einen medial-lateral-Balken 676 und einen kranial-kaudal-Balken 674. Individuelle Segmente des Zielanzeigers 672 können eingefärbt sein, um die Position des Instrumentes und relativ zu den vorher bestimmten Zielwinkeln zu repräsentieren (angezeigt in dem Datenverwaltungsfenster 661). Der Anzeigebalken 672 kann beispielsweise generell als neutrale Farbe (zum Beispiel Grau) angezeigt werden. Ein einziges Segment auf jedem der medial-lateral-Balken 676 und kranial-kaudal-Balken 674 kann durch eine Farbe (zum Beispiel Grün) hervorgehoben werden, um die relative Position des Instrumentes zum Zielwinkel anzuzeigen. Beispielsweise, je näher das beleuchtete Segment dem Zielkreis ist, umso näher ist das Instrument mit dem entsprechenden vorbestimmten Winkel ausgerichtet. Die Größe der individuellen Segmente kann unterschiedlich sein und entspricht dem Wertebereich, der durch das Segment umfasst wird. Lediglich beispielhaft entsprechen die größeren Segmente, die am weitesten von den Zielkreisen liegen, den größeren Bereichen. In einem Beispiel hat der Zielkreis einen Bereich von 3 Grad, so dass der kranial-kaudal-Zielkreis hervorgehoben wird, wenn das Instrument innerhalb 3 Grad des entsprechenden kranial-kaudal-Zielwinkels ausgerichtet ist und der medial-lateral-Zielkreis wird hervorgehoben, wenn das Instrument innerhalb 3 Grad des vorbestimmten medial-lateral-Winkels ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform wird der gesamte medial-lateral-Balken 676 in der entsprechenden Farbe (zum Beispiel Grün) hervorgehoben, wenn das Instrument innerhalb des Bereichs des Zielkreises (zum Beispiel 3) ausgerichtet ist. Ähnlicherweise wird der gesamte kranial-kaudal-Balken 674 in der entsprechenden Farbe (zum Beispiel Grün) hervorgehoben, wenn das Instrument innerhalb des Bereiches des Zielkreises (zum Beispiel wieder 3 Grad in diesem Beispiel) ausgerichtet ist. Daher kann, wenn das Instrument innerhalb 3 Grad des Ziel-medial-lateral-Winkelsund 3 Grad des Ziel-kranial-kaudal-Winkels ausgerichtet ist, der gesamte Instrumentzielanzeiger 672in der entsprechenden Farbe (zum Beispiel Grün in diesem Beispiel) hervorgehoben werden.
In einem anderen Verfahren kann der Benutzer auch die Winkelorientierung des Instrumentes 14zu einer vordefinierten Winkelorientierung abgleichen, wie anhand des „Ball und Stäbchen“ [„ball and stick“] Zielanzeigers 684 von veränderlicher Länge, in 33 dargestellt. Die Länge und Position der Kugel und des Stäbchens wird dem Benutzer die gewünschte Orientierung des chirurgischen Instruments 14 in Bezug auf eine vordefinierte Winkelorientierung anzeigen. Wie in 33 dargestellt ist ein Ende des Stäbchens im Zentrum des Fluoroskopiebildes 630 positioniert und das andere Ende erstreckt sich auswärts aus dem Zentrum in den linken oberen Quadranten. Diese Darstellung zeigt dem Benutzer an, dass die Orientierung des Instrumentes 14 nicht mit der vordefinierten Winkelorientierung abgeglichen ist. Insbesondere zeigt das Anzeigestäbchen 684 in 33 dem Benutzer, dass die Winkelorientierung des Instrumentes14zu weit rechts in der M/L-Richtung und zu weit in Richtung des Kopfes des Patienten in der kranial-kaudal-Richtung ist. Lediglich beispielhaft wird der Benutzer das Instrument 14 gemäß der Position des Anzeigestäbchens justieren. Während der Benutzer die Winkelorientierung des Instrumentes 14 zu den gewünschten Winkeln hin justiert, wird der Stäbchenanzeiger in der Länge kürzer. Sobald die gewünschte Winkelorientierung gefunden ist, kann das Fluoroskopiebild 630 ein Bild eines einzelnen Punktes im Zentrum des Bildes erzeugen. In einem anderen Beispiel kann das gesamte Fluoroskopiebild 630, oder ein Teil dessen, mit der Farbe Grün gesättigt sein, da die Winkelwerte des Instrumentensensors mit einem akzeptablen Bereich der vorbestimmten Zielwinkel übereinstimmt. Es ist ersichtlich, dass jede geeignete Kombination der beschriebenen Verfahren, ob alleine oder in Kombination mit einer anderen, verwendet werden können, um dem Benutzer die Winkelorientierung des Instruments 14 in Bezug auf vordefinierte Winkel anzuzeigen.
Wie der Instrumentenzielanzeiger 672, beinhaltet der Röntgenbildzielanzeiger 678 einen medial-lateral-Balken 680 und einen kranial-kaudal-Balken 924. Individuelle Segmente des Zielanzeigers 678 können eingefärbt sein, um die Orientierung des C-Arms relativ zu den vorher definierten Zielwinkeln zu repräsentieren (angezeigt in dem Datenverwaltungsfenster 661). Der C-Arm Zielanzeiger 678 kann beispielsweise generell als neutrale Farbe (zum Beispiel Grau) gezeigt werden. Ein einziges Segment auf jedem der medial-lateral-Balken 680 und der kranial-kaudal-Balken 682 kann durch eine Farbe (zum Beispiel Lila) hervorgehoben werden, um die relative Position des C-Arms zu den Zielwinkeln anzuzeigen. Beispielsweise, je näher das beleuchtete Segment dem Zielkreis ist, umso näher ist der C-Arm mit den entsprechenden vorbestimmten Winkeln ausgerichtet. Die Größe der individuellen Segmente kann unterschiedlich sein und dem Wertebereich entsprechen, der durch das Segment erfasst wird. Lediglich beispielhaft entsprechen größere Segmente, die am weitesten von den Zielkreisen entfernt liegen, größeren Bereichen. In einem Beispiel hat der Zielkreiseinen Bereich von 3 Grad, so dass der kranial-kaudal-Zielkreis hervorgehoben wird, wenn der C-Arm innerhalb 3 Grad des entsprechenden kranial-kaudal-Zielwinkels ausgerichtet ist und der medial-lateral-Zielkreis wird hervorgehoben, wenn der Röntgenbildvestärker innerhalb 3 Grad des vorbestimmten Ziel-medial-lateral-Winkels ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform wird der gesamte medial-lateral-Balken 680 in der entsprechenden Farbe hervorgehoben (zum Beispiel Lila), wenn der C-Arm innerhalb des Bereiches des Zielkreises (zum Beispiel 3 in diesem Beispiel) ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise wird der gesamte kranial-kaudal-Balken 682 in der entsprechenden Farbe hervorgehoben (zum Beispiel Lila), wenn das Instrument innerhalb des Bereiches des Zielkreises (zum Beispiel wieder 3 Grad in diesem Beispiel) ausgerichtet ist. Daher kann der C-Arm Zielanzeiger 678 in der entsprechenden Farbe(zum Beispiel Lila in diesem Beispiel) hervorgehoben werden, wenn das Instrument innerhalb 3 Grad des Ziel-medial-lateral-Winkels und 3 Grad des Ziel-kranial-kaudal-Winkels ausgerichtet ist.
In der Verwendung kann der C-Arm einfach in der „Owl's Eye‟Position ausgerichtet werden, unter Verwendung des C-Arm Zielanzeigers 678 als eine Führung. Wieder werden, wenn die „Owl's Eye‟Position erreicht ist, sowohl der medial-lateral-Balken 680 und der kranial-kaudal-Balken 682 vollständig in der entsprechenden Farbe (zum Beispiel Lila) hervorgehoben. Sobald der C-Arm in der „Owl's Eye“ Position ist, kann der Startpunkt für den Instrumenteneinsatz entsprechend der „Owl's Eye“ Methode für die Bestimmung eines Startpunktes bestimmt werden, wie vorher oben beschrieben. Wenn die Live-Fluoroskopie-Option nicht ausgewählt ist, kann der Startpunktbestimmt werden, unter Verwendung des Fluoroskopiebildmonitors 216 wievorher beschrieben. Wenn das Instrument an dem gewünschten Startpunkt positioniert ist, kann das Instrument mit den Pedikelachsen durch Justieren des Instrumentes ausgerichtet werden, bis sowohl der medial-lateral-Anzeigebalken 676 und der kranial-kaudal-Anzeigebalken 674 des Instrumentenzielanzeigers vollständig hervorgehoben sind, was anzeigt, dass das Instrument mit den Zielwinkeln ausgerichtet ist, die vorzugsweise mit der Pedikelachse übereinstimmen. Wenn der Zielanzeiger 672 korrekt der Ausrichtung anzeigt, kann das Instrument in und durch das Pedikel in den Wirbelkörper befördert werden. Das Verfahren kann für jedes Pedikel, das instrumentiert werden soll, wiederholt werden.
Jetzt in Bezug auf die 41 bis 42 wird beispielhaft die Hauptbildschirmanzeige für die A/P und Lateraltechnikoption gezeigt. Die A/P und Lateraltechnikhauptanzeige ist generell ähnlich zu der „Owl's Eye“ Hauptanzeige oben. Die A/P und Lateraltechnik verwendet nicht vordefinierte Zielwinkel und daher ist das Datenverwaltungsfeld der „Owl's Eye“ Hauptanzeige durch ein Datenerfassungsfenster 686 ersetzt. Ein Auswählen des Erfassungsinstrumenten-Bewegungsbahnknopfes 688 legt die medial-lateral- und kranial-kaudal-Winkel fest, die mit der Position des Winkels assoziiert sind, wenn der Knopf ausgewählt wird. Danach funktioniert der Instrumentenzielanzeiger 690, wie oben beschrieben, mit den „erfassten Winkeln“, die die Rolle der vorbestimmten Zielwinkelerfüllen. Daher steht es dem Chirurgenfrei, eine gewünschte Bewegungsbahndurch jedes gewünschte Mittel zu bestimmen. Der Instrumentenzielanzeiger 690 wird den Chirurgen danach beim Halten der ausgewählten Bewegungsbahnunterstützen. Wenn der C-Arm in die laterale Orientierung rotiert ist, wie in 42 dargestellt ist, verschwindet der kranial-kaudal-Balken 692 des Instrumentenanzeigers 690 und ein Winkelmesser 648 wird auf das Fluoroskopiebild 630 überlagert. Die kranial-kaudal-Orientierung des Instrumentes wird danach über die Rotation des Winkelmessers 648 dargestellt.
Ein Beispielverfahren zur Verwendung der beispielhaften A/P und Lateralhauptanzeige verwendet vorbestimmte medial-lateral-Winkel wie vorher beschrieben. Die M/L-Winkelwerden vor der Operation aufgezeichnet und als Referenz in den OP gebracht. Der C-Arm kann in der Lateralansichtsposition orientiert sein und der Winkelmesser 648 kann mit der Achse des Pedikels ausgerichtet sein. In dieser Position ist das Instrument in der ordnungsgemäßen kranial-kaudal-Position ausgerichtet. Während die kranial-kaudal-Position beibehalten wird, kann das Instrument justiert werden, bis das Instrumentenwinkelfenster 668 anzeigt,dass das Instrument mit dem vorbestimmten medial-lateral-Winkel ausgerichtet ist. Sobald es sich in dieser Position befindet, kann der Instrumentbewegungsbahnerfassenknopf 688 ausgewählt werden. Danach kann das Instrument in und durch das Pedikel befördert werden, unter Verwendung des Instrumentenzielanzeigers 690, um die Bewegungsbahn beizubehalten. Das kann für jedes Pedikel, das instrumentiert werden soll, wiederholt werden.
Die 37 bis 46 stellen beispielhaft noch eine andere Ausführungsform der Bildschirmanzeige 700 eines Anzeigebildschirmsystems dar, das fähig ist, Eingaben von einem Benutzer zu empfangen, zusätzlich dazu, Feedback von mehreren Quellen (zum Beispiel Instrument 16, Laserfadenkreuz 18, C-Arm 20 etc.) zu kommunizieren. In ähnlicher Art und Weise zu dem Anzeigebildschirm 500 und 600 verwendet dieses Beispiel (obwohl das nicht notwendig ist) eine graphische Benutzeroberfläche (GUI), um Daten direkt auf den Bildschirmanzeiger einzugeben. Die Bildschirmanzeige 700 beinhaltet einen Kopf 702, der das Programm identifiziert und die momentane Konfiguration, wie durch den Benutzer ausgewählt, anzeigt (zum Beispiel navigierte Führung, wie in 37 dargestellt). Der Anzeigebildschirm 700 besteht beispielsweise auch aus einem Testmenübalken 704. Aus dem Menübalken 704 kann der Benutzer mehrere Optionen der ausgewählten Konfiguration auswählen und/oder verändern. Der Testmenübalken 706 kann beispielsweise einen Menübalken (nicht gezeigt) öffnen, von dem mehrere neurophysiologische Tests eingegliedert werden können. In diesem Einrichtungsbildschirm kann der Benutzer einen vorbestimmten Referenzwinkel auswählen (zum Beispiel unter Benutzung von vordefinierten Winkeln als eine Referenz beim Implementieren der navigierten Führungsfunktion des momentanen Systems) durch Drücken des Referenzknopfes 708 und durch Auswählen einer Referenzoption des Referenzmenüs 710. Der Benutzer kann den Abbildungsbildschirm der Anzeige auch durch Auswählen des Abbildungsknopfes 712 justieren.
Die 38 stellt die fortfahrende Bildschirmanzeige dar, in Folge der Auswahl des Bildgebungsknopfes 712. Im Bildgebungsfeld 714 können die Knöpfe 716 und 718 berührt werden, um zwischen den Optionen der Integration Live-Fluoroskopiebilder des C-Arms oder dem Fortfahren ohne integrierte Bilder auszuwählen. In dem Bildgebungssteuerungsfeld kann der Benutzer die Orientierung des Bildes durch Drücken der Umdrehen- und Rotieren-Knopfsätze 722 und 724 einstellen. Der Benutzerkann auch die Helligkeit und Kontrasteinstellung des Bildes durch Auswahl der entsprechenden Knöpfe justieren. Der Anzeigebildschirm besteht auch aus einer Instrumentenmenüleiste 730, die dazu geeignet ist, dem Benutzer zu erlauben, mehrere Justierungen an mehreren integrierten Feedback-Instrumenten vorzunehmen. Aus der Instrumentenmenüleiste 730 kann der Benutzer die Orientierung des C-Arms einstellen (d. h. ob der C-Arm auf der rechten oder linken Seite des Patienten positioniert ist), der während des Verfahrens verwendet werden soll. Der Benutzer kann den C-Arm Knopf 732 auswählen, der beispielsweise mit „Fadenkreuz“ beschriftet ist. Die 39 stellt die Bildschirmanzeige dar, die der Auswahl des Knopfes 732 folgt. Im C-Arm Orientierungsfeld 734 kann der Benutzer die gewünschte C-Arm Orientierung durch Auswählen eines der Richtungsknöpfe 736 auswählen. Das C-Arm Orientierungsfeld 734 kann auch ein anatomisches Diagramm 738 eines Patienten beinhalten, um den Benutzer beim Auswählen der C-Arm Orientierung zu unterstützen. Obwohl es nicht beschrieben ist, ist ersichtlich, dass Justierungen für andere, kommunikativ verbundene Instrumente vorgenommen werden können, die aus dem Instrumentenmenübalken 730 ausgewählt werden können. Der Übernahmeknopf 740 legt die ausgewählte Konfiguration fest und führt das Programm fort. Der Benutzer kann dann wählen, die vordefinierten M/L- und C/C-Winkel in das System durch Auswahl des Ebenenknopfes 742 in der Menüleiste 704 einzugeben.
40 stellt beispielsweise den folgenden Bildschirm dar, der der Auswahl des Ebenenknopfes 742 folgt. Die 40 stellt auch die Option des Benutzers, die Instrumentenmenüleiste 730 zu verbergen, dar, durch Drücken des Menüverbergenknopfes 741. In diesem Bildschirm kann der Benutzer die M/L-Winkel (A1) und C/C-Winkel (A2) für jede Pedikelebene in dem Datenverwaltungsfeld 744 eingeben. Das Datenverwaltungsfeld 744 kann verwendet werden, um Winkeldaten in dem integrierten Bildschirm anzusehen und einzugeben. Das Datenverwaltungsfeld beinhaltet ein M/L-Fenster 746, ein C/C-Fenster 748 und Rückgratebenenknöpfe 750. Die Rückgratebenenknöpfe 750 können verwendet werden, um die Rückgratebene auszuwählen und anzuzeigen, die den Daten entspricht, die eingegeben werden oder die in den M/L- und C/C-Fenstern 746 und 748 angezeigt werden. Wie vorher beschrieben, werden die medial-lateral-Winkel für jedes Pedikel, das instrumentiert werden soll, vorzugsweise präoperativ bestimmt. Die Daten können in den OP mitgenommen werden und, unter Verwendung des M/L-Fensters 746, eingegeben werden. Im M/L-Fenster 746 kann der Benutzer die vordefinierten M/L-Winkel durch Erhöhen oder Verringern der rechten oder linken M/L-Winkel in Schritten von 10 Grad eingeben, unter Verwendung der Winkeljustierungsknöpfe 752, die (lediglich beispielhaft) mit „+10“ und „-10“ beschriftet sind. Präzisere Winkeljustierungen können vorgenommen werden durch Erhöhen oder Verringern der vordefinierten Winkel in Schritten von 1 Grad, unter Verwendung der Winkeljustierungsknöpfe 754, die (lediglich beispielhaft) mit„+1‟ und „-1“ beschrieben sind. Messungen, die für den vordefinierten kranial-kaudal (C/C) Winkel A2 erhalten werden, können auch in das C/C-Fenster 748 eingegeben werden. Lediglich beispielhaft kann der vordefinierte C/C-Winkel A2 durch entweder die Funktion des virtuellen Winkelmessers (unten genauer beschrieben) eingegeben werden, oder der Winkel A2 kann manuell eingegeben werden. Der Benutzer kann jede dieser Funktionen durch Drücken des „virtueller Winkelmesser“ Knopf 756 und des „manuell Editieren“ Knopf 758 auswählen.
Die 41 bis 42 stellen beispielhaft die nachfolgende Anzeige des virtuellen Winkelmessers des Systems dar, wenn der Benutzer den „virtueller Winkelmesser“ Knopf 756 auswählt. In diesem Bildschirm wird dem Benutzer eine weitere Gelegenheit gegeben, zusätzliche Justierungen an der Abbildung des Fluorskopiebildes im Bildgebungssteuerungsfeld 760 vorzunehmen. Es ist ersichtlich, dass der Benutzer im gesamten Programm viele Justierungen des Systems vornehmen kann (zum Beispiel Justieren des Fluoroskopiebildes, Verändern der Referenzwinkel, Justierungen an Instrumentensteuerungen vornehmen etc.). Der Hauptzweck dieser integrierten Bildschirmanzeige, ist, die Winkel zu bestimmen, die während eines chirurgischen Verfahrens verwendet werden sollen, wie zum Beispiel Pilotbohrungsbildung (d. h. die kranial-kaudal- und medial-lateral-Winkel, die hierin anderweitig diskutiert sind). Rückgratebenenknöpfe 750 können ausgewählt werden, um den C/C-Winkel für jede Ebene einzugeben. Die C/C-Winkel für jedes Pedikel, das instrumentiert werden soll, können durch den virtuellen Winkelmesser 762 bestimmt werden, der auf dem Fluoroskopiebild 770 überlagert ist. Um dies zu erreichen, wird der C-Arm in die laterale Position gebracht, sodass das Bild 770, das auf dem Bildschirm angezeigt wird, ein laterales Bild ist. Eine Nulllinie 764 kann in Ausrichtung mit der vertikalen Referenzlinie gebracht werden, die im Fluorsokopiebild (wie vorher beschrieben) durch Auswählen (zum Beispiel berühren) und Ziehen dessen in Position generiert wird. Der Zentrumspunkt 766 des virtuellen Winkelmessers 762 kann dann über dem entsprechenden Pedikel durch Berühren des Bildes an der gewünschten Position zentriert werden. Der Winkelmesser 762 wird sich dann selbst an der berührten Position zentrieren. Sobald er über dem Zentrum des Pedikels positioniert ist, kann der virtuelle Winkelmesser unter Verwendung des Steuerknopfes 768 rotiert werden, bis er mit der Achse des Pedikels ausgerichtet ist. Auswählendes Bildspeichern Knopfes 772 wird den Winkel eingeben, der durch die Rotation des virtuellen Winkelmessers 762 relativ zur Nulllinie 764 bestimmt worden ist. In Bezug auf 42 kann der Benutzer auswählen, dem Bild einen Dateinamen im Speichernfeld 774 zu geben. Der virtuelle Winkelmesserbildschirm kann auch aus Kopf- und Fußdiagrammen 776 bestehen,um dem Benutzer beim Verstehen der Orientierung des Patienten zu unterstützen. Der bestimmte C/C-Winkel kann im C/C-Winkel-Anzeigefenster 778 angezeigt werden. Der Zurückkehren Knopf 780 bringt den Benutzer zurück auf den Bildschirm, der in 40 dargestellt ist.
Die 43 stellt beispielsweise die nachfolgende Bildschirmanzeige des Systems dar, wenn der Benutzer den „manuell Editieren“ Knopf 758 der 40 auswählt. In diesem Beispiel kann, ähnlich zu dem Verfahren des Justierens des vordefinierten M/L-Winkels A1 oben, der vordefinierte C/C-Winkel A2 erhöht oder verringert werden, in Schritten von 10 und 1 Grad, durch Drücken der Winkeljustierungsknöpfe 782 und 784. Des Weiteren kann die Richtung des vordefinierten C/C-Winkels A2 durch Drücken des kopfwärts [Cephalat] (in Richtung des Kopfes) Knopfes 786 und fußwärts [kaudal] (in Richtung der Füße) 788 eingegeben werden. Der Benutzer kann auch den C/C-Winkel auf jeder Rückgratebene manuell eingeben, durch Auswählen eines der entsprechenden Rückgratebenen Knöpfe 750. Durch Drücken des Speichern-Knopfes 772 werden die eingegebenen Werte durch das System gespeichert, so dass ein Selektieren der Rückgratebene aus dem „Referenz“ Menü 517 während des Verfahrens automatisch die eingegebenen Werte abruft.
Die 44 bis 46 stellen beispielsweise Bildschirmanzeigen des Systems mit Feedback-Information von mehreren Quellen dar. Das Ansichtsfenster 790 kann ein Fluoroskopiebild des C-Arms, wie in 44 dargestellt, umfassen, um den Anwender beim Bestimmen der fixierten Winkel des Pedikels in einem Pedikelplatzierungsverfahren zu unterstützen. Jedoch kann der Benutzer wählen, das Fluoroskopiebild nicht anzuzeigen, und stattdessen eine Grafik als dessen Ersatz zu verwenden, wie in den 45 bis 46 dargestellt. Das Anzeigefenster 790 verwendet eine Strichkreuzreferenz 792 (nicht sichtbar in 44), um das Zentrum des Bildes des C-Arms anzuzeigen. Die Zentrumsreferenz 792 kann den Benutzer in Verfahren unterstützen, die erfordern, dass der Chirurg entlang einer gewünschten Winkelbahn zum Rückgrat operiert. Die Anzeige 700 besteht in dieser Ausführungsform auch aus anderen Feedback-Informationsfenstern, um den Chirurg während der Operation zu unterstützen. Das Instrumentenfenster 790 stellt Feedback-Informationen der Winkelorientierung des befestigten Instrumentes 14 an den Benutzer bereit. Wenn die Winkelorientierung des Instrumentes mit der vordefinierten Winkelorientierung übereinstimmt, kann das System den Benutzer über den Abgleich informieren. Lediglich beispielhaft kann das Instrumentenfenster 794 mit einer Farbe (zum Beispiel Grün) gesättigt werden, um die ordnungsgemäße Ausrichtung des Instrumentes anzuzeigen. Das Instrumentenfenster 794 kann auch alphanumerisches Feedback bereitstellen. Wenn die Winkelorientierung des Instrumentes ordnungsgemäß mit den vordefinierten Winkeln ausgerichtet ist, stimmen die M/L-Winkel und die C/C-Winkel entsprechend überein (A1 (i) ist gleich A1). Die Menüleiste 704 kann auch die vordefinierten Referenzwinkel für jede Ebene bereitstellen, um sie mit der Feedback-Information der verschiedenen Instrumente anzugleichen. Das C-Arm Fenster 796 kann auch Feedback-Information an den Benutzer kommunizieren. Auf ähnliche Art und Weise zum Instrumentenfenster794kann Feedback-Information der Winkelorientierung des C-Arms verwendet werden. Die44und45stellen ein zusätzliches C-Arm Fenster 798, dargestellt in der Orientierung des C-Arms in Relation zum Patienten dar.
46 stellt lediglich beispielhaft die Bildschirmanzeige 700 eines Anzeigebildschirmsystems dar, wenn ein neurophysiologischer Testdurchgeführt wird. Der neurophysiologische Knopf 797 erlaubt dem Benutzereinen neurophysiologischen Test ablaufen zu lassen. Beispielsweise kann der Benutzerauswählen, einen dynamischen stimulierten EMG-Test ablaufen zu lassen, während die navigierte Führungsmerkmale von dem vorliegenden System mit Feedback-Information aus mehreren Quellen weitergeführt wird. Der Stoppknopf 799 erlaubt dem Benutzer, die Stimulation zu stoppen, wenn ein Test läuft. Die 46 stellt auch die Fähigkeit des integrierten Systems dar, gespeicherte Aufzeichnungen aus dem Historiemenü 795 abzurufen.
Das chirurgische Bewegungswarnsystem 10, das oben beschrieben ist, kann in Kombination mit einer Anzahl von neurophysiologischen Überwachungssystemen verwendet werden. Diese können neurophysiologische Überwachungssysteme, fähig zur Durchführung von Pedikel-Integritätsbeurteilungen vor, während und nach der Bildung von Pilotbohrungen und auch um die Nähe von Nerven zu erfassen, während das chirurgische Instrument 14 zur Pedikel-Zielstelle befördert und von dort zurückgezogen wird, beinhalten, ist jedoch nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Beispielsweise kann das chirurgische Bewegungsbahnüberwachungssystem 10 in Verbindung mit dem Neuro-Überwachungssystem 400 verwendet werden, das beispielhaft in 48 dargestellt ist, und welches in der im gleichen Besitz befindlichen und ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Serienanmeldung 12/080630, mit dem Titel „Neurophysiology monitoring system“ („Neurophysiologie Überwachungssystem“), eingereicht am 3. April gezeigt und beschrieben wird. Das Neuro-Überwachungssystem400kann beispielsweise den Twitch Test, Free-Run-EMG, einfachen Schraubentest, differenzierten Schraubentest, dynamischen Schraubentest, MaXcess^® Erfassung und Nervenretraktor durchführen, die alle unten kurz beschrieben werden. Die Funktionalität des Neuro-Überwachungssystems 400 ist anderweitig genau beschrieben und wird hier nur kurz beschrieben. Der Twitch Test Modus wurde entworfen, um den neuromuskulären Pfad über den so genannten „train-of-four“ Test zu beurteilen, um sicherzustellen, dass der neuromuskuläre Pfad frei von Muskelrelaxans ist, vor der Durchführung Neurophysiologie-basierten Testens, wie zum Beispiel Knochenintegrität (zum Beispiel Pedikel) Testen, Nervenerfassung und Nervenretraktion. Dies ist genauer in der PCT-Patentanmeldung Nummer PCT/US2005/036089 , mit dem Titel „System and Methods for Assessing the Neuromuscular Pathway Prior to Nerve Testing“ („System und Verfahren zur Beurteilung des neuromuskulären Pfades vor Nerventests“), eingereicht am 7. Oktober 2005. Der einfache Schraubentest, differenzierte Schraubentest und der dynamische Schraubentestmodus sind entworfen worden, um die Integrität von Knochen (zum Beispiel Pedikel) während allen Aspekten der Bildung von Pilotbohrungen (zum Beispiel durch einen Dorn), die Präparierung von Pilotbohrungen (zum Beispiel durch einen Gewindebohrer) und durch Einführung von Schrauben (vorher und danach) zu beurteilen. Diese Modi sind genauer in der PCT-Patentanmeldung Nummer PCT/ US2002/035047 , mit dem Titel „System and methods for performing percutanes pedical integrity assessments“ („System zur Durchführung von perkutanen Untersuchungen der Pedikelintegrität“),eingereicht am 30. Oktober 2002 und der PCT-Patentanmeldung Nummer PCT/ US2004/025550 ,mit dem Titel „System and Methods for Performing Dynamic Pedical IntegrityAssessments“ („System zur Durchführung von dynamischen Untersuchungender Pedikelintegrität“), eingereicht am 5. August 2004. Der MaXcess^®-Erfassungsmodusist entworfen worden, um das Vorhandensein von Nerven während der Verwendung der verschiedenen chirurgischen Zugriffsinstrumente des Neuroüberwachungssystems400zu erfassen, einschließlich den K-wire 427, Dilator 430, Kanüle 431, Retraktor Baugruppe 432. Dieser Modus ist genauer in der PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/ US2002/022247 beschrieben, mit dem Titel „System and Methods for Determining Nerve Proximity, Direction, and Pathology During Surgery“ („System und Verfahren zur Bestimmung von Nervenproximität, -richtung und -pathologie während Operationen“), eingereicht am 11. Juli 2002. Der Nervenretraktor modus ist entworfen worden, um die Gesundheit oder Krankheit eines Nervens vor, während und nach Retraktion des Nervens während eines chirurgischen Verfahrens zu beurteilen. Dieser Modus ist genauer beschrieben in der PCT-Patentanmeldung Nr. PCT/ US2002/030617 , mit dem Titel „System and Methods for Performing Surgical Procedures and Assessments“ („System und Verfahren zur Durchführung von chirurgischen Eingriffen und Untersuchungen“), eingereicht am 25. September 2002. Die MEP-Auto- und die MEP-Manual-Modi sind entworfen worden, um den motorischen Pfad zu testen, um potentielle Verletzungen des Rückenmarks durch Stimulierendes Motorkortex im Gehirn zu testen und die resultierenden EMG-Reaktionen von verschiedenen Muskeln in den oberen und unteren Extremitäten aufzuzeichnen. Die SSEP-Funktion wurde entworfen, um den sensorischen Pfad zu testen, um potentielle Verletzungen am Rückenmark durch Stimulieren peripherer Nerven, die der Zielrückgradebene untergeordnet sind, zu testen und das Aktionspotential von Sensoren aufzuzeichnen, die der Rückgradebene übergeordnet sind. Die MEP-Auto-, MEP-Manual- und SSEP-Modi sind genauer beschrieben in der PCT-Patentanmeldung PCT/ US2006/003966 , mit dem Titel „System and Methods for Performing Neurophysiologic Assessments During Spine Surgery“ („System und Verfahren zur Durchführung neurophysiologischer Beurteilungen während der Operation“), eingereicht am 2. Februar 2006.
Mit Bezug auf 48 beinhaltet das Neurophysiologiesystem 400 eine Anzeige 401, eine Steuerungseinheit 402, ein Patientenmodul 404, ein EMG-Geschirr 406, beinhaltend acht Paare von EMG-Elektroden 408 und eine Gegenelektrode 410, die mit dem Patientenmodul 404 gekoppelt ist, und eine Menge chirurgischen Zubehörs 412, einschließlich einer elektrischen Kopplungsvorrichtung 414, die fähig ist, mit dem Patientenmodul 404 über ein oder mehrere Zubehörkabel 416 gekoppelt zu sein. Um die neurophysiologische Überwachung durchzuführen, wird das chirurgische Instrument 14 konfiguriert, ein Stimulationssignal vom neurophysiologischen System 400 in das Zielkörpergewebe (z. B. das Pedikel) zu senden. Wie vorher angemerkt, können die Sondenelemente 30 aus einem Material geformt sein, das fähig ist, das elektrische Signal zu leiten. Um einen Kurzschluss des Stimulationssignals zu vermeiden, kann das Sondenelement 30 isoliert sein.
Das Neurophysiologiesystem 400 führt Nervenüberwachung während der Operation durch Messen des Grades der Kommunikation zwischen einem Stimulationssignal und Nerven oder Nervenwurzeln, die sich nahe der Stimulationsstelle befinden, durch. Um dies zu tun, wird das chirurgische Instrument an das Neurophysiologieüberwachungssystem 400 angeschlossen und Stimulationssignale werden aktiviert und vom distalen Ende aus gesendet. Die EMG-Elektroden 408, positioniert über den entsprechenden Muskeln, messen EMG-Reaktionen, die den Stimulationssignalen entsprechen. Das Verhältniszwischen den EMG-Reaktionen und den Stimulationssignalen wird dann vom System 400 analysiert und die Ergebnisse werden dem praktizierenden Arzt auf der Anzeige 401 mitgeteilt. Genauer bestimmt das System 400 einen Stromschwellwert, an dem eine hervorgerufene Muskelreaktion generiert wird (d. h. der niedrigste Stimulationsstrom, der eine vorbestimmte Muskelreaktion auslöst). Generell wird, je näher die Elektrode einem Nerv ist, die Stimulationsschwelle umso geringer sein. Daher wird, während das Sondenelement oder die chirurgischen Zugriffselemente sich näher an einen Nerv hin bewegen, die Stimulationsschwelle geringer, was dem praktizierenden Arzt kommuniziert werden kann, um ihn oder sie auf das Vorhandensein eines Nervs hinzuweisen. Der Pedikelintegritätstest funktioniert unterdessen nach der zugrunde liegenden Theorie, dass angesichts desisolierenden Charakters eines Knochens, ein höherer Stimulationsstrom erforderlich ist, um eine EMG-Reaktion hervorzurufen, wenn das Stimulationssignal auf ein intaktes Pedikel angewendet wird, im Gegensatz zu einem durchbrochenen Pedikel. Daher kann der Chirurg auf einen möglichen Bruch hingewiesen werden, wenn EMG-Reaktionen durch Stimulationsströme hervorgerufen werden, die niedriger sind als ein vorbestimmtes Sicherheitsniveau. Das chirurgische Instrument 14 kann an das Neurophysiologiesystem 400 durch die Sensorklammer 12 verbunden werden. Beispielsweise, und mit Bezug auf 2 - 3, kann ein zusätzliches Kabel 47 die Klammer 12 an das Neurophysiologiesystem 400 koppeln. Angebracht an das Kabel 47, innerhalb des Endhakens 48, befindet sich ein exponierter Draht 49, der den freiliegenden proximalen Teil 40 des Instrumentes 14 kontaktiert.
Während der Bildung der Pilotbohrung, solange die Bewegungsbahn des chirurgischen Instrumentes überwacht wird, um zu verhindern, dass das Instrument die Pedikelwände durchbricht, können Pedikelintegritätsuntersuchungen durchgeführt werden, um den praktizierenden Arzt zu warnen, falls ein Durchbruch auftritt. Stimulationssignale werden von der Elektrode aus gesendet, die während der Bildung der Pilotbohrung zumindest teilweise innerhalb des Pedikelknochens positioniert sein sollte. Die Stimulationsschwelle wird bestimmt und dem Chirurgen über das Neurophysiologieüberwachungssystem 400 angezeigt. Aufgrund desisolierenden Charakters von Knochen sollte, in der Abwesenheit eines Durchbruchs in der Pedikelwand, das Stimulationsschwellenstromniveau höherbleiben als ein vorbestimmtes Sicherheitsniveau. Falls das Schwellenniveau unter das Sicherheitsniveau fallen sollte, wird der Chirurg vor dem potentiellen Durchbruch gewarnt. Sobald die Pilotbohrung vollständig gebildet worden ist, sollte ein abschließender Integritätstest absolviert werden.
In einer Ausführungsform können die Steuerungseinheit des neurophysiologischen Systems 400 und die Steuerungseinheit 16 des chirurgischen Bewegungsbahnsystems 10 in eine einzige Einheit integriert sein. Neurophysiologieüberwachung und Bewegungsbahnüberwachung können gleichzeitig ausgeführt werden und die Steuerungseinheit kann Ergebnisse für jeweils die Bewegungsbahnüberwachungsfunktion und jede der Vielzahl von Neurophysiologieüberwachungsfunktionen anzeigen. Alternativ können die Steuerungseinheit 16 und die Steuerungseinheit 402 separate Systeme umfassen und die Sensorklammer 12 kann kommunikativ direkt mit der Steuerungseinheit 402 des Neurophysiologieüberwachungssystems und der Steuerungseinheit 16 verbunden sein.
Während die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen empfänglich ist (zum Beispiel die oben genannten Bohrerspitze, Nadelpunkte und T-Griff), wurden spezifische Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und sind hierin im Detail beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die Beschreibung spezifischer Ausführungsformen hierin nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die besonderen offenbarten Formen zu beschränken. Beispielsweise wurde das Verfahren der Bestimmung des kranial-kaudal-Winkels A2 hierin beschrieben als intraoperativ stattfindend, unter Verwendung lateraler Fluoroskopiebildgebung. Jedoch kann der kranial-kaudal-Winkel auf präoperativ bestimmt werden, mittels verschiedener Bildgebungs- und/oder Computerverarbeitungsanwendungen. Zum Beispiel kann ein 3D-Modell eines Wirbels(oder anderen anwendbaren Körperteils) eines Patienten erhalten werden, unter Verwendung einer Kombination medizinischer Bildgebung und Computerverarbeitung. Aus dem 3D-Modell kann der Winkel A2 berechnet werden, wonach der bestimmte Wertdurch das chirurgische Bewegungsbahnsystem und die oben beschriebenen Verfahren verwendet werden kann. Es ist weiter angedacht, dass die Computerverarbeitung von medizinischen Bildern verwendet wird, um die Pedikelachsenwinkel A1 und A2 ohne die Notwendigkeit für menschlichen Eingriff extrapoliert werden. Schließlich ist klar, dass die intraoperative Überwachung, die hierin diskutiert ist, generell auf die Verwendung eines fluoroskopischen C-Arm Bildgebers fokussiert war, jedoch kann das Orientieren des C-Arms mit einem Neigungssensor und das Bereitstellen einer bewegungsbahnorientierten Fadenkreuz/Lotlinie, unter Verwendung der Verfahren und Systeme, die hierin beschrieben sind, auch auf jede Form der intraoperativen Überwachung angewendet werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Bewegungsbahn eines chirurgischen Instruments (14) zur Verwendung in Rückgratoperationen, umfassend die Schritte von: a. Koppeln eines ersten Orientierungssensors an eine intraoperative Bildgebungsvorrichtung, wobei der erste Orientierungssensor funktionsfähig ist, um ein erstes Winkelverhältnis in einer ersten Ebene zwischen dem ersten Orientierungssensor und einer Referenzrichtung zu bestimmen, und funktionsfähig ist, um ein zweites Winkelverhältnis in einer zweiten Ebene zwischen dem ersten Orientierungssensor und der Referenzrichtung zu bestimmen, wobei die zweite Ebene orthogonal zur ersten Ebene ist und der erste Orientierungssensor mit der intraoperativen Bildgebungsvorrichtung in einer bekannten Orientierung gekoppelt ist, wobei der erste Orientierungssensor kommunikativ mit einer Steuerungseinheit (16) verbunden ist; b. Erfassen eines Bildes eines vertebralen Pedikels mit der intraoperativen Bildgebungsvorrichtung orientiert in einer ersten Position; c. Verwenden der Steuerungseinheit (16), um einen Wert zu messen, der eine Winkelorientierung des vertebralen Partikels repräsentiert; d. Koppeln eines zweiten Orientierungssensors (12) an ein chirurgisches Instrument (14), wobei der zweite Orientierungssensor (12) funktionsfähig ist, um ein drittes Winkelverhältnis in der ersten Ebene zwischen dem zweiten Orientierungssensor (12) und der Referenzrichtung zu bestimmen und funktionsfähig ist, um ein viertes Winkelverhältnis in der zweiten Ebene zwischen dem zweiten Orientierungssensor (12) und der Referenzrichtung zu bestimmen, wobei der zweite Orientierungssensor (12) mit dem chirurgischen Instrument (14) in einer bekannten Orientierung gekoppelt ist, wobei der zweite Orientierungssensor (12) kommunikativ mit der Steuerungseinheit (16) verbunden ist; e. Justieren der Orientierung des chirurgischen Instrumentes (14), bis der zweite Orientierungssensor (12) anzeigt, dass das chirurgische Instrument (14) mit dem gemessenen Wert, der die Winkelorientierung des vertebralen Pedikels repräsentiert, ausgerichtet ist, wobei der zweite Orientierungssensor (12) die Ausrichtung mit dem gemessenen Wert über mindestens ein erstes LED-Licht anzeigt, das an den zweiten Orientierungssensor (12) gekoppelt ist, und wobei der zweite Orientierungssensor (12) mehrere weitere LED-Lichter (54-60) beinhaltet, die entsprechend der Richtung aufleuchten, in die das chirurgische Instrument (14) ausgelenkt werden muss, um mit dem gemessenen Wert, der die Winkelvorrichtung des vertebralen Pedikels repräsentiert, ausgerichtet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den zusätzlichen Schritt von Rotieren der Bildgebungsvorrichtung in eine zweite Position vor dem Befördern des chirurgischen Instruments in das vertebrale Pedikel.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste Position eine laterale Position ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die zweite Position eine schräge Position ist.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend den zusätzlichen Schritt von Lenken eines Laserstrahls von der intraoperativen Bildgebungsvorrichtung auf eine bevorzugte Eintrittsstelle für das chirurgische Instrument (14) auf den Körper.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Laserstrahl ein Kreuzmuster über der bevorzugten Eintrittsstelle erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Laserstrahl von einem Fadenkreuz gelenkt wird, das an die intraoperative Bildgebungsvorrichtung gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Orientierungssensor (12) an einen Griff des chirurgischen Instruments koppelt und das erste LED-Licht neben dem Griff ist.
System zur Verwendung während Rückgratoperationen, umfassend: eine Steuerungseinheit (16), konfiguriert, um das Befördern eines Pedikelzugriffsinstruments (14) zu lenken, wobei die Steuerungseinheit (16) kommunikativ an einen ersten Orientierungssensor gekoppelt ist, der funktionsfähig ist, um ein erstes Winkelverhältnis in einer ersten Ebene zwischen dem ersten Orientierungssensor und einer Referenzrichtung zu bestimmen, und der funktionsfähig ist, um ein zweites Winkelverhältnis in einer zweiten Ebene zwischen dem ersten Orientierungssensor und der Referenzrichtung zu bestimmen, wobei die zweite Ebene orthogonal zur ersten Ebene ist und der erste Orientierungssensor an eine Bildgebungsvorrichtung in einer bekannten Orientierung gekoppelt ist, wobei die Steuerungseinheit funktionsfähig ist, eine erste Bewegungsbahn, basierend auf dem bestimmten ersten Winkelverhältnis und dem bestimmten zweiten Winkelverhältnis, zu definieren, wobei die Bildgebungsvorrichtung in einer gewünschten Position ausgerichtet wird; wobei die Steuerungseinheit mit einem zweiten Orientierungssensor (12) gekoppelt ist, wobei der zweite Orientierungssensor (12) funktionsfähig ist, um ein drittes Winkelverhältnis in der ersten Ebene zwischen dem zweiten Orientierungssensor (12) und der Referenzrichtung zu bestimmen, und funktionsfähig ist, um ein viertes Winkelverhältnis in der zweiten Ebene zwischen dem zweiten Orientierungssensor (12) und der Referenzrichtung zu bestimmen, wobei der zweite Orientierungssensor (12) mit einem Pedikelzugriffsinstrument (14) in einer bekannten Orientierung gekoppelt ist; und eine Anzeige (600), die kommunikativ mit der Steuerungseinheit (16) verbunden ist, wobei die Anzeige (600) konfiguriert ist, um alphanumerische, grafische und Farb-Markierungen, die sich auf die erste Bewegungsbahn beziehen, anzuzeigen, wobei die Anzeige (600) weiter konfiguriert ist, um alphanumerische, grafische und Farb-Markierungen, die den zweiten Orientierungssensor (12) betreffen, anzuzeigen, wobei alphanumerische, grafische und Farb-Markierungen eine Bewegung des Pedikelzugriffsinstruments (14) anzeigen, wobei die Bewegungsbahn des Pedikelzugriffsinstruments (14) der ersten Bewegungsbahn angeglichen wird, und wobei der zweite Orientierungssensor (12) die Angleichung der Bewegung des Pedikelzugriffsinstruments (14) an die erste Bewegungsbahn über mindestens ein erstes LED-Licht anzeigt, das an den zweiten Orientierungssensor (12) gekoppelt ist, und wobei der zweite Orientierungssensor (12) mehrere weitere LED-Lichter (54-60) beinhaltet, die entsprechend der Richtung aufleuchten, in die das Pedikelzugriffsinstrument (14) ausgelenkt werden muss, um mit der ersten Bewegungsbahn ausgerichtet zu werden.
System nach Anspruch 9, wobei die Anzeige (600) weiter konfiguriert ist, um ein drittes Ergebnis anzuzeigen, das mindestens eins eines Live-Videos und eines stehenden Bildes beinhaltet.
System nach Anspruch 10, wobei mindestens eines des Live-Videos und des stehenden Bildes ein Fluoroskopiebild ist.
System nach Anspruch 9, wobei der erste Orientierungssensor mindestens einen Beschleunigungsmesser umfasst und die Referenzrichtung die Schwerkraft ist.
System nach Anspruch 9, wobei der zweite Orientierungssensor (12) weiter konfiguriert ist, um ein Stimulationssignal an das Pedikelzugriffsinstrument (14) zuzuführen.
System nach Anspruch 13, wobei das Stimulationssignal Teil eines Pedikelintegritätstests ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Farb-Markierung mindestens eine einer grünen Farbe, die eine optimale Abweichung zwischen der Bewegungsbahn des Pedikelzugriffsinstruments (14) und der ersten Bewegungsbahn anzeigt, einer roten Farbe, die eine inakzeptable Abweichung zwischen der Bewegungsbahn des Pedikelzugriffsinstruments (14) und der ersten Bewegungsbahn anzeigt, und einer gelben Farbe, die eine akzeptable, jedoch nicht optimale Abweichung zwischen der Bewegungsbahn des Pedikelzugriffsinstruments (14) und der ersten Bewegungsbahn anzeigt, umfasst.