DE20205007U1 - Device system for the automated measurement of navigated handpieces and tools - Google Patents

Device system for the automated measurement of navigated handpieces and tools

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Description

Gerätesystem zur automatisierten Einmessüng von navigiertenDevice system for automated calibration of navigated Handstücken und WerkzeugenHandpieces and tools

Die Erfindung betrifft ein Gerätesystem zur automatisierten Einmessüng von navigierten Handstücken und Werkzeugen und dient beispielsweise dem Materialabtrag oder der Materialbearbeitung in der Medizin oder in der Technik.The invention relates to a device system for the automated calibration of navigated handpieces and tools and is used, for example, for material removal or material processing in medicine or technology.

Deis Gerätesystem ist insbesondere für die computer- und robotergestützte Chirurgie, interstitielle Strahlentherapie, interventioneile Radiologie und die Zahnheilkunde geeignet. Weitere Anwendungsgebiete sind verschiedene Materialbearbeitungsmethoden beispielsweise in der Fertigungstechnik.The device system is particularly suitable for computer and robot-assisted surgery, interstitial radiotherapy, interventional radiology and dentistry. Other areas of application include various material processing methods, for example in manufacturing technology.

Für die computerassistierende Chirurgie sind mehrere Systeme zur Anordnung und Führung von medizinischen Instrumenten auf der Basis von gemessenen, berechneten und signalisierten Positions- und Winkelinformation bekannt. Sie werden als medizinische Navigataionssysteme bezeichnet.For computer-assisted surgery, several systems are known for arranging and guiding medical instruments based on measured, calculated and signaled position and angle information. They are referred to as medical navigation systems.

Dabei werden üblicherweise vorab bekannte Instrumente und Werkzeuge verwendet, bei denen die Lage (Position und Orientierung) des Werkzeugeffektors (Instrumentenspitze bzw. Werkzeugspitze) zum Referenzpunkt des Lagemesssystems bekannt ist.Usually, previously known instruments and tools are used for which the position (position and orientation) of the tool effector (instrument tip or tool tip) relative to the reference point of the position measuring system is known.

Es gibt Systeme, bei denen zwischen verschiedenen Übergangsimatrizen für unterschiedliche Instrumente umgeschaltet werden kann und Systeme, bei denen man per Knopfdruck die Übergangsmatrix einmessen kann, wenn man mit der Werkzeugspitze einen bestimmten Kalibrierpunkt berührt.There are systems that allow you to switch between different transition matrices for different instruments and systems that allow you to measure the transition matrix at the push of a button by touching a specific calibration point with the tool tip.

Die Navigationssysteme im Stand der Technik können keine Werkzeuge verwenden, deren Übergangsmatrix nicht vorab bekannt ist. Dies schränkt den Nutzer auf ein Werkzeugset der Firma ein. Der Nutzer ist nicht in der Lage ein neues Werkzeug unkompliziert einzumessen. Das Einmessen ist mit min-The navigation systems in the state of the art cannot use tools whose transition matrix is not known in advance. This limits the user to a set of tools from the company. The user is not able to easily calibrate a new tool. The calibration is possible with at least

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destens einem Knopfdruck verbunden. Werden die Werkzeuge eines Instruments wie beispielsweise ein Handstücks gewechselt, besteht die große Gefahr der Benutzung eines nicht registrierten Werkzeugs. Dies kann zu Verletzungen des Patienten führen, da die Positions- und Winkelangaben falsch sind, die jedoch nicht erkannt werden kann.at least one button press. If the tools of an instrument such as a handpiece are changed, there is a high risk of using an unregistered tool. This can lead to injury to the patient because the position and angle information is incorrect, which cannot be recognized.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Gerätesystem zu entwickeln, dass den freien Einsatz von unterschiedlichen Werkzeugen mit einem Instrument erlaubt ohne dass der Benutzer vergessen kann, dass Werkzeug zu registrieren.The object of the invention is to avoid the known disadvantages of the prior art and to develop a device system that allows the free use of different tools with one instrument without the user forgetting to register the tool.

Diese Aufgäbe wird durch ein Geräteystem nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device system according to the features of claim 1.

Es ist möglich mit registrierten Werkzeugen unbehindert zu arbeiten. Werkzeuge, die ihre Geometrie im Lauf der zeit verändern, werden immer wieder eingemessen. Alle Instrumente werden immer eingemessen. Der Einmessvorgang wird nicht als Behinderung empfungen. Es muß keine Taste gedrückt werden. Das Einmessen erfordert keinerlei Maschineninteraktion, sondern nur das Berühren eines Punkts und das Abwarten eines Signals. Es kann nicht mehr vergessen werden, ein Werkzeug einzumessen. Die Sicherheit und Bedienbarkeit medizinischer Navigationsyssteme mit wechselnden Werkzeugen steigt erheblich an.It is possible to work with registered tools without hindrance. Tools that change their geometry over time are calibrated again and again. All instruments are always calibrated. The calibration process is not perceived as a hindrance. No button needs to be pressed. Calibration does not require any machine interaction, just touching a point and waiting for a signal. It is no longer possible to forget to calibrate a tool. The safety and usability of medical navigation systems with changing tools increases significantly.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in der Figur dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.The invention will be described in more detail below with reference to embodiments shown at least in part in the figure.

Fig. 1 zeigt ein Handstück 1 mit einer Werkzeugaufnahmevorrichtung 2 und einem eingespannten Werkzeug 3, für das die Lage (Position und Orientierung) des Werkzeugeffektors 4 gemessen werden soll. Zu sehen ist ebenfalls ein Trägerelement 10 mit Registrierpunkt 5, Referenzkoordinatensystem 9 undFig. 1 shows a handpiece 1 with a tool holder 2 and a clamped tool 3 for which the position (position and orientation) of the tool effector 4 is to be measured. Also visible is a carrier element 10 with registration point 5, reference coordinate system 9 and

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Kalibrationkörper 7, der als Stift ausgelegt ist sowie das Arbeitsvolumen 6. Die Positionsmessung wird von dem Positionsmeßsystem 8 durchgeführt, das auch die Übergangsmatrizen relativ zu einem Referenzkoordinatensystem 9 speichert.
5
Calibration body 7, which is designed as a pin, and the working volume 6. The position measurement is carried out by the position measuring system 8, which also stores the transition matrices relative to a reference coordinate system 9.
5

Im Bild ist es als optisches Navigationssystem mit passiven Reflektoren dargestellt.In the picture it is shown as an optical navigation system with passive reflectors.

Nach dem Einschalten des Systems wird dem Benutzer signalisiert das Handstück 1 zu kalibrieren. Dazu steckt er es auf den Passkörper. Jetzt kann er ein Werkzeug 3 (z.B. einen Bohrer) einspannen. Bevor er in das Arbeitsvolumen 6 eindringt berührt er mit der Werkzeugspitze den Registrierpunkt 5 und wartet das Registriersignal ab. Danach arbeitet er ncivigiert im Arbeitsvolumen 6. Legt er das Instrument außerhalb des Arbeitsvolumens 6 ab, dann muss er beim nächsten; Eindringen in das. Arbeitsvolumen 6 erneut den Registrierpunkt 5 berühren. Gleiches gilt für die Situation nach einem Werkzeugwechsel.After switching on the system, the user is signaled to calibrate the handpiece 1. To do this, he puts it on the fitting body. He can now clamp in a tool 3 (e.g. a drill). Before entering the working volume 6, he touches the registration point 5 with the tool tip and waits for the registration signal. He then works in the working volume 6 in an nimble manner. If he puts the instrument down outside the working volume 6, he must touch the registration point 5 again the next time he enters the working volume 6. The same applies to the situation after a tool change.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist es möglich, durch Kombination der genannten Mittel und Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiments shown here. Rather, it is possible to realize further embodiments by combining the means and features mentioned without departing from the scope of the invention.

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Bezugs&zgr;eichenlisteReference oak list

1 Handstück1 handpiece

2 Werkzeugaufnahmevorrichtung2 tool holder

3 Werkzeug3 Tools

4 Werkzeugeffektor4 Tool effector

5 Registrierpunkt5 Registration point

6 Arbeitsvolumen6 Working volume

7 Kalibrationkörper7 Calibration bodies

8 Positionsmesssystem8 Position measuring system

9 Referenzkoordinatensystem9 Reference coordinate system

10 Trägerelement10 Support element

Claims (5)

1. Gerätesystem zur automatisierten Einmessung von navigierten Handstücken und Werkzeugen zum Materialabtrag oder zur Materialbearbeitung mittels mindestens eines Effektors unter Einsatz eines Navigationssystems und unter Nutzung von Computertechnik, wobei in der Umgebung des Arbeitsbereiches (6) ein Registrierpunkt (5) angeordnet ist. 1. Device system for the automated calibration of navigated handpieces and tools for material removal or material processing by means of at least one effector using a navigation system and using computer technology, wherein a registration point ( 5 ) is arranged in the vicinity of the work area ( 6 ). 2. Gerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Registrierpunkt (5) an einem Trägerelement (10) angeordnet ist, welches an dem Arbeitsvolumen (6) befestigbar ist. 2. Device system according to claim 1, characterized in that the registration point ( 5 ) is arranged on a carrier element ( 10 ) which can be fastened to the working volume ( 6 ). 3. Gerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerelement (10) ein Referenzkoordinatensystem (9) und/oder ein Kalibrationskörper (7) angeordnet ist. 3. Device system according to claim 1, characterized in that a reference coordinate system ( 9 ) and/or a calibration body ( 7 ) is arranged on the carrier element ( 10 ). 4. Gerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsvolumen (6) derart angeordnet ist, dass es während des Bearbeitungsvorganges mit dem Effektor (4) nicht, zum Werkzeugwechsel jedoch verlassen wird. 4. Device system according to claim 1, characterized in that the working volume ( 6 ) is arranged in such a way that it is not left during the machining process with the effector ( 4 ), but is left for tool changing. 5. Gerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Registrierpunkt (5) derart angeordnet ist, dass der Effektor (4) kurz vor dem Eindringen in das Arbeitsvolumen (6) den Registrierpunkt (5) passieren muss. 5. Device system according to claim 1, characterized in that the registration point ( 5 ) is arranged such that the effector ( 4 ) must pass the registration point ( 5 ) shortly before entering the working volume ( 6 ).
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