DE60310996T2 - Verfahren und gerät zur anzeige einer lokalisierungsanordnung - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft medizinische Instrumente und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anzeigen von Informationen von einer Lokalisierungseinrichtung.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Lokalisierungseinrichtungen sind entwickelt worden, um Chirurgen bei der Durchführung von chirurgischen Prozeduren, z.B. vorderen Kreuzband(ACL-)Reparaturprozeduren, zu assistieren. Bei der Verwendung in einer ACL-Prozedur werden an Knochen Marker angebracht, welche durch ein stereoskopisches Kamerasystem beobachtbar sind, das mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden ist, welches die Positionen der Marker im Raum aufzeichnet, um ein Koordinatenreferenzsystem relativ zu jedem Knochen aufzustellen. Weitere Marker werden verwendet, um spezifische Landmarken an den Knochen zu palpieren (berühren), um die Position der Landmarken in den Koordinatenreferenzsystemen der Knochen zu bestimmen. Ein Monitor wird verwendet, um eine Repräsentation der Knochen anzuzeigen, die auf dem Koordinatenreferenzsystem und den Landmarken basiert, zur Verwendung beim Führen eines Chirurgen während der Prozedur. Eine Beschreibung einer besonderen Lokalisierungseinrichtung findet sich in der US-Patentschrift Nr. 6 385 475 (Cinquin et al.), welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
  • Bei einem Schritt der ACL-Prozedur wird – nach Bohren eines Tibiatunnels zum Aufnehmen eines Endes eines Ersatz-ACL – mittels der Lokalisierungseinrichtung eine Referenzlokalisation an einer Oberfläche eines Femurs berechnet, um ein Loch, d.h. einen femoralen Tunnel, zu bohren, in dem das andere Ende des ACL angebracht wird. Insbesondere sollte der femorale Tunnel in einer Position platziert werden, die in der besten Isometrizität für das reparierte ACL (d.h. in der kleinsten Distanzvariation zwischen den Insertionspunkten des reparierten ACL in Tibia und Femur über den gesamten Extensions- und Flexionsbereich des Kniegelenks) resultiert. Eine allein auf bester Isometrizität basierende Referenzlokalisation ist möglicherweise nicht die optimale Lokalisation für den femoralen Tunnel. Bei der Bestimmung der optimalen Lokalisation des femoralen Tunnels sind andere Kriterien zu berücksichtigen. Andere Punkte an dem Femur in der Nachbarschaft des Punktes der größten Isometrizität können geeignete Isometrizität bereitstellen. Dementsprechend selektiert ein Chirurg typischerweise eine optimale Lokalisation für den femoralen Tunnel in der Nachbarschaft der Referenzlokalisation, welche den besten Kompromiss zwischen allen Kriterien ergibt.
  • Derzeit selektiert der Chirurg die optimale Lokalisation für den femoralen Tunnel mit der Assistenz der Lokalisierungseinrichtung. Der Chirurg positioniert die Spitze eines Pointers in der generellen Nachbarschaft der Referenzlokalisation basierend auf Instruktionen von der Lokalisierungseinrichtung und seinem Wissen über die Prozedur. Der Pointer weist einen Marker auf, der von der Lokalisierungseinrichtung getrackt werden kann. Die Lokalisierungseinrichtung ist mit Daten programmiert, welche die Orientierung und Position der Pointerspitze relativ zu dem Marker angeben. Durch Beobachten des Markers kann die Lokalisierungseinrichtung die Position der Pointerspitze relativ zu der Oberfläche des Femurs bestimmen.
  • Die Lokalisierungseinrichtung zeigt auf einem Monitor eine vergrößerte visuelle Repräsentation eines Bereichs der Oberfläche des Femurs an, umfassend einen Indikator, der die Position der Pointerspitze an der Oberfläche des Femurs repräsentiert. Ferner zeigt die Lokalisierungseinrichtung die Isometrizität für die Position an dem Femur korrespondierend zu der Pointerspitze an, zusam men mit Informationen betreffend andere, wohlbekannte Kriterien zum Bestimmen der optimalen Lokalisation für den femoralen Tunnel. Initial bewegt der Chirurg – mittels der visuellen Repräsentation und der angezeigten Isometrizität als Führung – die Pointerspitze über die Oberfläche des Femurs, um einen Bereich mit guter Isometrizität physikalisch zu lokalisieren, der in einem Bereich lokalisiert sein wird, welcher die Referenzlokalisation der größten Isometrizität umgibt. Der Chirurg bewegt dann die Pointerspitze in der generellen Nachbarschaft der Referenzlokalisation, z.B. innerhalb 10 mm, unter Beobachtung der Informationsrückmeldung über Isometrizität und andere Kriterien von der Lokalisierungseinrichtung. Schließlich selektiert der Chirurg die optimale Lokalisation für den femoralen Tunnel basierend auf der beobachteten Rückmeldung.
  • Um den notwendigen Präzisionsgrad zum Lokalisieren des Bereichs in der engen Nachbarschaft der Referenzlokalisation und zum Beobachten von Punkten in der generellen Nachbarschaft der Referenzlokalisation bereitzustellen, repräsentiert der mittels der Lokalisierungseinrichtung angezeigte vergrößerte visuelle Repräsentationsbereich einen die Spitze des Pointers umgebenden Bereich, der ca. einen Zentimeter im Durchmesser aufweist. Die tatsächliche Oberfläche des Knochens ist relativ groß im Vergleich zu dem Anzeigebereich, und es ist schwierig, die Richtung zu bestimmen, in die der Pointer sich bewegen muss, um die Referenzlokalisation zu erreichen, so dass seitens des Chirurgen die Anwendung von Trial-and-Error erforderlich ist. Es ist also beschwerlich und zeitaufwändig für den Chirurgen, die Referenzlokalisation mittels des vergrößerten Anzeigebereichs zu lokalisieren.
  • Aus der US-A-6 466 815 B1 ist eine Navigationsvorrichtung bekannt geworden, welche Bilder von einem chirurgischen Operationsbereich in verschiedenen Modi, z.B. in verschiedenen Skalen, anzeigt. Es ist möglich, von einer Ansicht zur anderen zu wechseln. Der Wechsel kann abhängig sein von der relativen Distanz zwischen dem vorderen Ende eines Endoskops und einem Ziel.
  • Es besteht die Gefahr des schnellen Wechsels, wenn das Endoskop in einer Distanz von dem Ziel bewegt wird, die zu dieser relativen Distanz korrespondiert, d.h. in einem gewissen Bereich von Distanzen macht dieser schnelle Wechsel von einer Ansicht zur anderen es unmöglich, distinkte und klare Ansichten zu erhalten.
  • Es besteht also Bedarf nach Anzeigemethoden und -vorrichtungen, welche bei der Lokalisierung von Referenzlokalisationen assistieren. Die vorliegende Erfindung erfüllt u.a. diesen Bedarf.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt Anzeigeverfahren und -vorrichtungen bereit, welche die im Vorstehenden erwähnte Problematik überwinden durch das Anzeigen verschiedener Ansichten basierend auf der Nähe eines von einer Lokalisierungseinrichtung getrackten Instrumentes zu einer von der Lokalisierungseinrichtung identifizierten Referenzlokalisation. Die Lokalisierungseinrichtung zeigt verschiedene Ansichten, z.B. mit verschiedenen Vergrößerungen, basierend auf der Distanz zwischen der von der Lokalisierungseinrichtung identifizierten Referenzlokalisation und der von der Lokalisierungseinrichtung getrackten Spitze des Pointers. Durch das Anzeigen von verschiedenen Ansichten basierend auf der Nähe der Pointerspitze zu der Referenzlokalisation werden Ansichten präsentiert, die einem Chirurgen bei der effizienten Lokalisierung der Referenzlokalisation assistieren können. Beispielsweise kann dem Chirurgen initial eine Grobansicht zur Verwendung für die grobe Positionierung der Pointerspitze präsentiert werden, um dem Chirurgen dann, wenn sich die Pointerspitze innerhalb einer spezifizierten Distanz zu der Referenzlokalisation befindet, eine Feinansicht zur Verwendung für die feine Positionierung der Pointerspitze zu präsentieren. Die vorliegende Erfindung ist besonders gut – jedoch nicht ausschließlich – geeignet zur Verwendung während einer ACL- Reparaturprozedur, um einem Chirurgen die effiziente Selektion einer optimalen Lokalisation für das Bohren eines femoralen Tunnels zu ermöglichen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Generieren einer Anzeige zur Verwendung mit einer Lokalisierungseinrichtung, wobei die Lokalisierungseinrichtung eine Referenzlokalisation identifiziert. Das Verfahren umfasst das Monitoring der Distanz zwischen einer Pointerspitze und der Referenzlokalisation und das Anzeigen einer aus einer Mehrzahl von Ansichten, basierend auf der gemonitorten Distanz.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Lokalisierungseinrichtung, wobei die Lokalisierungseinrichtung eine Referenzlokalisation identifiziert. Die Lokalisierungseinrichtung umfasst Sensoren zum Tracking eines mit einer Pointerspitze assoziierten Markers, einen Monitor und einen mit den Sensoren und dem Monitor gekoppelten Computer zum Monitoring der Distanz zwischen der Pointerspitze und der Referenzlokalisation und zum Selektieren einer Ansicht zur Anzeige auf dem Monitor aus einer Mehrzahl von Ansichten, basierend auf der gemonitorten Distanz.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt zum Anzeigen von Ansichten in einer Lokalisierungseinrichtung, welche eine Referenzlokalisation identifiziert. Das Computerprogrammprodukt umfasst computerlesbaren Programmcode, verkörpert in einem computerlesbaren Medium. Der computerlesbare Programmcode umfasst computerlesbaren Programmcode zum Monitoring der Distanz zwischen einer Pointerspitze und der Referenzlokalisation und computerlesbaren Programmcode zum Anzeigen einer aus einer Mehrzahl von Ansichten, basierend auf der gemonitorten Distanz.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist eine Darstellung eines Patienten, der im Begriff steht, einer ACL-Reparaturprozedur unterzogen zu werden unter Verwendung einer Lokalisierungseinrichtung gemäß vorliegender Erfindung;
  • 2 ist eine Nahansicht eines Bereichs des Femurs von 1 und einer Pointervorrichtung zum Palpieren von Punkten an dem Femur gemäß vorliegender Erfindung;
  • 3A und 3B zeigen eine Grobansicht bzw. eine Feinansicht des Femurs von 2 gemäß vorliegender Erfindung; und
  • 4 ist ein Flussdiagramm mit den Schritten zum Selektieren der anzuzeigenden Ansicht gemäß vorliegender Erfindung.
  • DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt eine Lokalisierungseinrichtung 110, für die das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung Verwendung finden kann. Für deskriptive Zwecke wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben in Zusammenhang mit der Selektion der Lokalisation für einen Tunnel innerhalb eines Femurs 104 während einer ACL-Reparaturprozedur nach Bohren eines Tibiatunnels zum Verbinden eines Ersatz-ACL.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Patienten 100, der einer ACL-Reparaturprozedur an einem Bein 102 unterzogen werden soll, auf einem Operationstisch 108 liegend. Die Lokalisierungseinrichtung 110 umfasst einen Computer 112, der mit Software für chirurgische Navigation geladen ist, Sensoren 114, z.B. Kameras, welche in der Lage sind, Marker 116 zu detektieren, und einen Monitor 118 zum Anzeigen von chirurgischer Navigationsinformation an einen Chirurgen, um dem Chirurgen zu helfen, eine Lokalisation zum Bohren des femoralen Tunnels zu selektieren. Die Sensoren 114 sind oberhalb und seitlich des Patienten 100 angeordnet, so dass sich das Bein 102 des Patienten im Sichtfeld der Sensoren 114 befindet. Allgemein werden die Marker 116 an Knochen und chirurgischen Instrumenten fixiert, so dass die Lokalisierungseinrichtung 110 die genaue Lokalisation und Orientierung der Knochen und der chirurgischen Instrumente, an denen sie fixiert sind, tracken kann, um einen Referenzrahmen zu bestimmen. Eine Beschreibung einer geeigneten Lokalisierungseinrichtung 110 findet sich in US-Patent Nr. 6 385 475 (Cinquin et al.) des gleichen Erfinders und der gleichen Inhaberin.
  • 2 zeigt einen Pointer 202 und einen Bereich 204 des Femurs 104 von 1, wobei gleiche Elemente identisch nummeriert sind. Der Pointer 202 ist in der Lage, einen Marker 208 zum Tracking mittels der Lokalisierungseinrichtung 110 aufzunehmen. Die Lokalisierungseinrichtung ist mit Daten programmiert, welche die Orientierung und Position der Pointerspitze 210 relativ zu dem Marker 208 angeben. Durch Beobachten des Markers 208 kann die Lokalisierungseinrichtung 110 die Position und Orientierung der Pointerspitze 210 relativ zu anderen der Lokalisierungseinrichtung 110 bekannten Punkten bestimmen. Für den Fachmann wird erkennbar sein, dass der Pointer 202 im Wesentlichen jede Vorrichtung sein kann, die einen Punkt im Raum zu identifizieren vermag, und dass die Pointerspitze 210 im Wesentlichen jede mit dieser Vorrichtung assoziierte identifizierbare Position sein kann.
  • Initial wird eine Referenzlokalisation 206 von der Lokalisierungseinrichtung 110 identifiziert. Für deskriptive Zwecke ist die Referenzlokalisation 206 beispielhaft an dem Femurbereich 204 dargestellt; es versteht sich jedoch, dass eine Indikation der Referenzlokalisation 206 nicht physikalisch an dem Femur 104 lokalisiert ist. Vorzugsweise wird die Referenzlokalisation 206 mit Bezug auf einen Tibiatunnel (nicht gezeigt) identifiziert, der zuvor in bekannter Weise navigiert wurde mittels der Lokalisierungseinrichtung 110, die Information bezüglich des Tibiatunnels, wie z.B. die tibiale ACL-Insertionslokalisation, speichert. Mittels der Lokalisierungseinrichtung kann die Referenzlokalisa tion 206 identifiziert werden durch, erstens, Digitalisieren eines Bereichs an dem Femur 104, der konventionellerweise als eine Ersatz-ACL-Femurinsertionslokalisation verwendet wird, d.h. eines Bereichs innerhalb der Interkondylargrube 212 des Femurs 104, und Entwickeln einer kontinuierlichen Repräsentation dieses Bereichs mittels bekannter Interpolationstechniken. Zweitens wird die Trajektorie der tibialen ACL-Insertionslokalisation in dem Femur-Referenzrahmen während Flexion und Extension des Beins 102 aufgezeichnet (1). Schließlich wird für jeden Punkt in der kontinuierlichen Repräsentation ein Wert äquivalent der Distanzdifferenz zwischen diesem Punkt und der Trajektorie des tibialen ACL-Insertionsbereichs in Flexion und in Extension berechnet, und der Punkt, der zu der kleinsten Differenz korrespondiert (d.h. die beste Isometrizität), wird als die Referenzlokalisation identifiziert. Ein Verfahren zum Identifizieren einer Referenzlokalisation findet sich in US-Patent Nr. 5 564 437 (Bainville et al.) mit dem Titel "Method and System for Determining the Fixation Point on the Femur of a Crossed Ligament of the Knee".
  • Es wird nun auf die 2, 3A und 3B Bezug genommen, gemäß welchen bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Identifizierung der Referenzlokalisation einem Chirurgen eine erste Ansicht, z.B. die in 3A dargestellte Grobansicht 300, auf dem Monitor 118 (1) präsentiert wird für eine Grobpositionierung der Pointerspitze 210. Basierend auf den Instruktionen von der Lokalisierungseinrichtung, der präsentierten Ansicht 300 und dem Wissen des Chirurgen über die Prozedur positioniert der Chirurg die Pointerspitze 210 in der generellen Nachbarschaft der Referenzlokalisation 206, z.B. in der Interkondylargrube des Femurs 204.
  • In der in 3A gezeigten Ansicht sind ein Femurbild 302 und ein Targeting-System 304 gezeigt. Das Targeting-System 304 verwendet ein Fadenkreuz 305 und Pfeile, z.B. einen Abwärtspfeil 306 und einen Linkspfeil 308, um den Chirurgen bei der Positionierung der Pointerspitze 210 so zu führen, dass die Referenzlokalisation 206 erreicht wird. Die Pfeile repräsentieren die aktuelle Position der Pointerspitze 210 in Bezug auf die Interkondylargrube des Femurs 204. Bei einer bevorzugten Ausführungsform korrespondieren Aufwärts- und Abwärtspfeile zu den Positionen rechts bzw. links von der Referenzlokalisation 206 innerhalb der Interkondylargrube des Femurs 204 (d.h. senkrecht zu dem angezeigten Femurbild 302). So zeigt beispielsweise der in der Grobansicht 300 angezeigte Abwärtspfeil 306 dem Chirurgen an, dass sich die Pointerspitze 210 links von der Referenzlokalisation 206 befindet und nach rechts bewegt werden muss, um die Referenzlokalisation 206 zu erreichen. Bei der bevorzugten Ausführungsform zeigen Links- und Rechtspfeile eine Richtung an, die zu Positionen unterhalb bzw. oberhalb der Referenzlokalisation 206 innerhalb der Interkondylargrube des Femurs 204 korrespondieren. So zeigt z.B. der Linkspfeil 308 dem Chirurgen an, dass sich die Pointerspitze 210 unterhalb der Referenzlokalisation 206 befindet und nach oben bewegt werden muss, um die Referenzlokalisation 206 zu erreichen.
  • Bei gewissen Ausführungsformen bleibt das Femurbild 302 in der Grobansicht 300 unverändert in seiner Position und Orientierung innerhalb der Grobansicht 300. Bei alternativen Ausführungsformen ist es beabsichtigt, dass sich Position, Orientierung und/oder Vergrößerung des Femurbildes 302 verändern können, basierend auf der Position der Pointerspitze 210 relativ zu dem Femur 204.
  • Wenn die Pointerspitze 210 innerhalb einer ersten vordefinierten Distanz, z.B. innerhalb 2 mm, von der Referenzlokalisation 206 bewegt wird, wird dem Chirurgen eine zweite Ansicht, z.B. die in 3B dargestellte Feinansicht 310, auf dem Monitor 118 (1) präsentiert. Die Feinansicht 310 zeigt eine vergrößerte Ansicht 312 der die Pointerspitze 210 umgebenden Oberfläche des Femurs 204 und wird für die Feinpositionierung der Pointerspitze 210 verwendet. In der Feinansicht 310 ist ein Kreis 314 gezeigt, der eine virtuelle Spitze eines Bohrbits (nicht gezeigt) zur Verwendung beim Schneiden des femoralen Tunnels repräsentiert. Das Zentrum des Kreises korrespondiert zu der Pointerspitze 210 und repräsentiert das Zentrum des Bohrbits, und der Durchmesser des Kreises repräsentiert den Durchmesser des Bohrbits.
  • Bei einer Ausführungsform wird die in der Feinansicht 310 angezeigte vergrößerte Ansicht 312 mit Bewegung der Pointerspitze 210 entlang der Oberfläche des Femurs 204 aktualisiert, wobei das Zentrum des Schirms zu der Oberfläche des Femurs 204 korrespondiert, wo die Pointerspitze 210 positioniert ist. Bei einer anderen Ausführungsform korrespondiert das Zentrum des Schirms zu der Referenzlokalisation 206, und der Kreis 314 bewegt sich basierend auf der Lokalisation der Pointerspitze 210 bezüglich der Referenzlokalisation 206.
  • Bei angezeigter Feinansicht 310 bewegt der Chirurg die Pointerspitze 210 in der Nachbarschaft der Referenzlokalisation 206, z.B. innerhalb 10 mm, und beobachtet die Rückmeldung von der Lokalisierungseinrichtung korrespondierend zu der aktuellen Position der Pointerspitze 210 relativ zu der Referenzlokalisation 206, um die optimale Lokalisation für den femoralen Tunnel zu bestimmen. Vorzugsweise wechselt der in der Feinansicht 310 angezeigte Kreis 314 die Farbe in Abhängigkeit von der Isometrizität der mit der Pointerspitze 210 identifizierten Lokalisation, wie mittels der Lokalisierungseinrichtung auf Basis eines zuvor gebohrten Tibiatunnels berechnet (wie im Vorstehenden detailliert beschrieben). Wenn z.B. die Isometrizität kleiner oder gleich 1,5 mm ist, wird der Kreis in grün angezeigt; ist sie kleiner oder gleich 2,5 mm, aber größer als 1,5 mm, wird der Kreis in gelb angezeigt; und ist sie größer als 2,5 mm, wird der Kreis in rot angezeigt. Der Chirurg selektiert die optimale Lokalisation für den femoralen Tunnel auf Basis der beobachteten Isometrizität, der anderen von der Lokalisierungseinrichtung zur Verfügung gestellten Informationen und der Plausibilität im Kopf des Chirurgen, basierend auf seinem Training und seiner Erfahrung. Der Chirurg veranlasst die Lokalisierungseinrichtung 110 zum Aufzeichnen des selektierten Punktes, indem er die Pointerspitze 210 auf die selektierte optimale Lokalisation platziert und der Lokalisierungseinrichtung 110 den Befehl zum Aufzeichnen des Punktes gibt, z.B. durch Betätigen eines Fußpedals 115.
  • Nach Positionierung der Pointerspitze 210 innerhalb der ersten vordefinierten Distanz zu der Referenzlokalisation 206 und Anzeige der Feinansicht 310 wird die Ansicht nicht in die Grobansicht 300 zurückkehren, bis die Pointerspitze weiter weg von der Referenzlokalisation 206 positioniert wird als eine zweite vordefinierte Distanz, z.B. weiter als ca. 10 mm. Die erste und die zweite vordefinierte Distanz sind verschieden, wobei die zweite Distanz größer ist als die erste Distanz, um einen schnellen Wechsel zwischen Ansichten zu verhindern, wenn die Pointerspitze 210 in der Nachbarschaft der ersten oder der zweiten vordefinierten Distanz zu der Referenzlokalisation 206 lokalisiert ist. Befindet man sich z.B. in der Grobansicht 300 und passiert die Pointerspitze 210 innerhalb der ersten vordefinierten Distanz (z.B. 2 mm) von der Referenzlokalisation 206, so wechselt die Ansicht von der Grobansicht 300 zu der Feinansicht 310. Befindet man sich dagegen in der Feinansicht 310, so wird die Ansicht nicht zurück zu der Grobansicht 300 wechseln, bis die Pointerspitze 210 weiter weg ist von der Referenzlokalisation 206 als die zweite vordefinierte Distanz (z.B. 10 mm) – anstelle der ersten vordefinierten Distanz (z.B. 2 mm). Wenn also die Ansicht von der Grobansicht 300 zu der Feinansicht 310 wechselt, wenn die Pointerspitze 210 innerhalb 2 mm von der Referenzlokalisation 206 passiert, so wird die Ansicht nicht wechseln, wenn die Pointerspitze 210 in eine Distanz von 3 mm und zurück in eine Distanz, die innerhalb 2 mm liegt, bewegt wird, wodurch schnelles Hin- und Herwechseln zwischen Ansichten vermieden wird.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm 400 zum Bestimmen, welche der beiden Ansichten (3A und 3B) auf dem Monitor 118 der Lokalisierungseinrichtung 110 von 1 angezeigt wird. Bei Block 402 wird eine Referenzlokalisation 206 (2) mittels einer Lokalisierungseinrichtung identifiziert.
  • Bei Block 404 wird die Distanz zwischen einer Pointerspitze 210 (2) und der Referenzlokalisation 206 mittels der Lokalisierungseinrichtung gemonitort. Bei einer bevorzugten Ausführungsform monitort die Lokalisierungseinrichtung die Distanz durch wiederholtes Berechnen der Größe eines Vektors, der sich zwischen der Referenzlokalisation 206 und der aktuellen Position der Pointerspitze 210 erstreckt. Die Distanz wird kontinuierlich aktualisiert, um die aktuelle Distanz zwischen der Pointerspitze und der Referenzlokalisation über die gesamten restlichen Schritte des Flussdiagramms 400 hinweg widerzuspiegeln.
  • Bei Block 406 wird eine erste Ansicht, z.B. die Grobansicht 300 von 3A, mittels der Lokalisierungseinrichtung auf einem Monitor angezeigt.
  • Bei Block 408 wird die gemonitorte, gemäß Block 404 bestimmte Distanz mit einer ersten vordefinierten Distanz (z.B. ca. 2 mm) verglichen. Wenn die bestimmte Distanz größer ist als die erste vordefinierte Distanz, geht die Verarbeitung zu Block 406 weiter und es wird weiterhin die erste Ansicht angezeigt. Wenn die bestimmte Distanz kleiner ist als die erste vordefinierte Distanz, geht die Verarbeitung zu Block 410 weiter und es wird die zweite Ansicht, z.B. die Feinansicht 310 von 3B, angezeigt.
  • Bei Block 412 wird die gemonitorte, gemäß Block 404 bestimmte Distanz mit einer zweiten vordefinierten Distanz (z.B. ca. 10 mm) verglichen. Wenn die bestimmte Distanz kleiner ist als die zweite vordefinierte Distanz, geht die Verarbeitung zu Block 410 weiter und es wird weiterhin die zweite Ansicht angezeigt. Wenn die bestimmte Distanz größer ist als die zweite vordefinierte Distanz, geht die Verarbeitung zu Block 406 und es wird die erste Ansicht, z.B. die Grobansicht 300 von 3A, angezeigt.
  • Die Programmierung zur Durchführung der in dem Flussdiagramm 400 von 4 dargestellten Schritte wird für den Fachmann ohne weiteres erkennbar sein. Für den Fachmann wird ferner erkennbar sein, dass die in 4 darge stellten Schritte über einen Computer durchgeführt werden können, der einen computerlesbaren Programmcode ausführt, welcher in einem computerlesbaren Medium verkörpert ist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung implementiert sein in einer Zustandsmaschine, einem Digitalsignalprozessor, einem Prozessor, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder im Wesentlichen jeder Schaltung zur Ausführung von Befehlen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Zeit ein Faktor beim Bestimmen, wann zwischen Anzeigeschirmen gewechselt wird. Befindet man sich in einer ersten Ansicht und wird die Pointerspitze 210 für mehr als einen vordefinierten Zeitabschnitt, z.B. 0,1 s, innerhalb einer ersten vordefinierten Distanz von der Referenzlokalisation 206, z.B. innerhalb 2 mm, bewegt, so wird dem Chirurgen eine zweite Ansicht auf dem Monitor 118 (1) präsentiert. Wenn die Pointerspitze 210 sich nur momentan innerhalb der ersten vordefinierten Distanz zu der Referenzlokalisation 206 befindet, z.B. für weniger als 0,1 s, wird dem Chirurgen weiterhin die erste Ansicht präsentiert. Ähnlich wird, wenn man sich in einer zweiten Ansicht befindet und die Pointerspitze 210 über einen vordefinierten Zeitabschnitt, z.B. 0,1 s, weiter weg von der Referenzlokalisation 206 bewegt wird als eine zweite vordefinierte Distanz, z.B. 10 mm, dem Chirurgen die erste Ansicht auf dem Monitor 118 (1) präsentiert. Wenn die Pointerspitze 210 sich momentan weiter weg als die zweite vordefinierte Distanz von der Referenzlokalisation 206 befindet, z.B. für weniger als 0,1 s, wird dem Chirurgen weiterhin die zweite Ansicht präsentiert. Diese Ausführungsform minimiert den Effekt unbeabsichtigter Bewegungen, z.B. Muskelzucken.
  • Die vorliegende Erfindung wird in Zusammenhang mit einer Prozedur zum Bohren eines femoralen Tunnels beschrieben; es ist jedoch beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um Bildschirmanzeigen zu verfeinern, wo immer die Distanz zwischen einer Referenzlokalisation und einer Pointerspitze bekannt ist. Ferner wurde die vorliegende Erfindung zwar als zwei Anzeigeschirme verwendend beschrieben (d.h. mit zwei Anzeigemodi, z.B. grob und fein); für den Fachmann wird jedoch ohne weiteres erkennbar sein, dass im Wesentlichen jede Anzahl von Anzeigemodi verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Anzeigeschirmen verwendet werden, die verschiedene Vergrößerungsgrade bereitstellen, z.B. 1fache, 5fache, 10fache Vergrößerung etc.
  • Nachdem also einige besondere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, werden für den Fachmann verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen ohne weiteres erkennbar sein. Derartige Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen, wie sie durch die vorliegende Offenbarung offensichtlich werden, sollen Teil der vorliegenden Beschreibung sein, auch wenn sie nicht ausdrücklich hierin angeführt sind, und sollen in den Bereich der Erfindung fallen. Die vorstehende Beschreibung ist also als rein beispielhaft und nicht als limitierend anzusehen. Die Erfindung ist allein so begrenzt, wie durch die folgenden Ansprüche und Äquivalente hierzu definiert.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Generieren einer Anzeige zur Verwendung mit einer Lokalisierungseinrichtung, wobei die Lokalisierungseinrichtung eine Referenzlokalisation identifiziert, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Monitoring der Distanz zwischen einer Pointerspitze und der Referenzlokalisation; und Anzeigen einer aus einer Mehrzahl von Ansichten, basierend auf der gemonitorten Distanz, wobei der Schritt des Anzeigens mindestens die Schritte umfasst: Anzeigen einer ersten aus der Mehrzahl von Ansichten; Wechseln von der ersten Ansicht zu einer zweiten aus der Mehrzahl von Ansichten, wenn sich die Pointerspitze in einer Distanz zu der Referenzlokalisation befindet, die kleiner ist als eine erste Distanz; und Wechseln von der zweiten Ansicht zu der ersten Ansicht, wenn sich die Pointerspitze in einer Distanz zu der Referenzlokalisation befindet, die größer ist als eine zweite Distanz, wobei die erste und die zweite Distanz verschieden sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Monitoring-Schritt mindestens den Schritt umfasst: Berechnen der Größe eines Vektors, der sich zwischen der Pointerspitze und der Referenzlokalisation erstreckt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Monitoring-Schritt ferner mindestens den Schritt umfasst: Tracking der Pointerspitze mit der Lokalisierungseinrichtung.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Ansicht, wenn sie angezeigt werden, auf einem mit der Lokalisierungseinrichtung assoziierten Monitor angezeigt werden.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Distanz ca. 2 mm und die zweite Distanz ca. 10 mm beträgt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Ansicht eine größere Vergrößerung aufweist als die erste Ansicht.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die erste Ansicht mindestens umfasst: ein Targeting-System, umfassend anzeigbare Pfeile, die die Richtung angeben, in die die Pointerspitze fahren muss, um die Referenzlokalisation zu erreichen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Ansicht ferner mindestens umfasst: ein Abbild eines mit der Referenzlokalisation assoziierten Objektes.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Ansicht mindestens umfasst: eine vergrößerte Ansicht einer Oberfläche in der Nachbarschaft der Referenzlokalisation; und einen virtuellen Führer im Zentrum der zweiten Ansicht, wobei das Zentrum der zweiten Ansicht zu der Pointerspitze korrespondiert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der virtuelle Führer die Farben wechselt, basierend auf der Distanz zwischen der Pointerspitze und einer zweiten Referenzlokalisation, bestimmt mittels der Lokalisierungseinrichtung.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Anzeigens mindestens die Schritte umfasst: Anzeigen einer ersten aus der Mehrzahl von Ansichten; Wechseln von der ersten Ansicht zu einer zweiten aus der Mehrzahl von Ansichten, wenn die Pointerspitze für einen ersten vordefinierten Zeitabschnitt um weniger als die erste Distanz von der Referenzlokalisation entfernt ist; und Wechseln von der zweiten Ansicht zu der ersten Ansicht, wenn die Pointerspitze für einen zweiten vordefinierten Zeitabschnitt um mehr als die zweite Distanz von der Referenzlokalisation entfernt ist.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Referenzlokalisation eine Lokalisation an einem Femur zum Bohren eines femoralen Tunnels ist, welche die beste berechnete Isometrizität erzeugt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend mindestens den Schritt: Selektieren einer optimalen Lokalisation zum Bohren eines femoralen Tunnels in der Nachbarschaft der Referenzlokalisation, basierend auf Rückmeldung von der Lokalisierungseinrichtung.
  14. Lokalisierungseinrichtung (110), wobei die Lokalisierungseinrichtung eine Referenzlokalisation (206) identifiziert, wobei die Lokalisierungseinrichtung umfasst: Sensoren (114) zum Tracking eines mit einer Pointerspitze (210) assoziierten Markers (208); einen Monitor (118); und einen mit den Sensoren (114) und dem Monitor (118) gekoppelten Computer (112) zum Monitoring der Distanz zwischen der Pointerspitze (210) und der Referenzlokalisation (206) und zum Selektieren einer Ansicht zur Anzeige auf dem Monitor (118) aus einer Mehrzahl von Ansichten, basierend auf der gemonitorten Distanz, wobei der Computer (112) mindestens umfasst: Mittel zum Anzeigen einer ersten aus der Mehrzahl von Ansichten (300, 310); Mittel zum Wechseln von der ersten Ansicht (300) zu einer zweiten (310) aus der Mehrzahl von Ansichten und Mittel zum Wechseln von der zweiten Ansicht zu der ersten Ansicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Wechseln von der ersten Ansicht zu einer zweiten aus der Mehrzahl von Ansichten aktiviert werden, wenn sich die Pointerspitze (210) in einer Distanz zu der Referenzlokalisation (206) befindet, die kleiner ist als eine erste Distanz; und dass die Mittel zum Wechseln von der zweiten Ansicht (310) zu der ersten Ansicht (300) aktiviert werden, wenn sich die Pointerspitze (210) in einer Distanz zu der Referenzlokalisation (206) befindet, die größer ist als eine zweite Distanz, wobei die erste und die zweite Distanz verschieden sind.
  15. Einrichtung nach Anspruch 14, wobei der Computer (112) mindestens umfasst: Mittel zum Berechnen der Größe eines Vektors, der sich zwischen der Pointerspitze (210) und der Referenzlokalisation (206) erstreckt.
  16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die zweite Ansicht (310) eine größere Vergrößerung aufweist als die erste Ansicht (300).
  17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die erste Ansicht (300) mindestens umfasst: ein Targeting-System (304), umfassend anzeigbare Pfeile (306, 308), die die Richtung angeben, in die die Pointerspitze (210) fahren muss, um die Referenzlokalisation (206) zu erreichen.
  18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die zweite Ansicht (310) mindestens umfasst: eine vergrößerte Ansicht einer Oberfläche in der Nachbarschaft der Referenzlokalisation (206), zentriert um die Lokalisation der Pointerspitze (210).
  19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Computer (112) mindestens umfasst: Mittel zum Anzeigen der ersten (300) aus der Mehrzahl von Ansichten; Mittel zum Wechseln von der ersten Ansicht (300) zu der zweiten (310) aus der Mehrzahl von Ansichten, wenn die Pointerspitze (206) für einen ersten vordefinierten Zeitabschnitt um weniger als eine erste Distanz von der Referenzlokalisation (206) entfernt ist; und Mittel zum Wechseln von der zweiten Ansicht (310) zu der ersten Ansicht (300), wenn die Pointerspitze (210) für einen zweiten vordefinier ten Zeitabschnitt um mehr als eine zweite Distanz von der Referenzlokalisation (206) entfernt ist.
  20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Referenzlokalisation (206) eine Lokalisation an einem Femur zum Bohren eines femoralen Tunnels ist, welche die beste berechnete Isometrizität aufweist.
  21. Computerprogrammprodukt zum Anzeigen von Ansichten in einer Lokalisierungseinrichtung (110), wobei die Lokalisierungseinrichtung eine Referenzlokalisation (206) identifiziert, wobei das Computerprogrammprodukt umfasst: computerlesbaren Programmcode zum Wechseln von der ersten Ansicht zu einer zweiten aus der Mehrzahl von Ansichten und computerlesbaren Programmcode zum Wechseln von der zweiten Ansicht (310) zu der ersten Ansicht (300), dadurch gekennzeichnet, dass der computerlesbare Programmcode zum Wechseln von der ersten Ansicht (300) zu einer zweiten Ansicht (310) aktiviert wird, wenn sich die Pointerspitze (210) in einer Distanz zu der Referenzlokalisation befindet, die kleiner ist als eine erste Distanz; und wobei der computerlesbare Programmcode zum Wechseln von der zweiten Ansicht (310) zu der ersten Ansicht (300) aktiviert wird, wenn sich die Pointerspitze (210) in einer Distanz von der Referenzlokalisation (206) befindet, die größer ist als eine zweite Distanz, wobei die erste und die zweite Distanz verschieden sind.
  22. Produkt nach Anspruch 21, wobei der computerlesbare Programmcode zum Monitoring mindestens umfasst: computerlesbaren Programmcode zum Berechnen der Größe eines Vektors, der sich zwischen der Pointerspitze (210) und der Referenzlokalisation (206) erstreckt.
  23. Produkt nach Anspruch 21 oder 22, wobei der computerlesbare Programmcode zum Anzeigen mindestens umfasst: computerlesbaren Programmcode zum Anzeigen einer ersten (300) aus der Mehrzahl von Ansichten; computerlesbaren Programmcode zum Wechseln von der ersten Ansicht (300) zu einer zweiten (310) aus der Mehrzahl von Ansichten, wenn die Pointerspitze (210) für einen ersten vordefinierten Zeitabschnitt um weniger als eine erste Distanz von der Referenzlokalisation (206) entfernt ist; und computerlesbaren Programmcode zum Wechseln von der zweiten Ansicht (310) zu der ersten Ansicht (300), wenn die Pointerspitze (210) für einen zweiten vordefinierten Zeitabschnitt um mehr als eine zweite Distanz von der Referenzlokalisation (206) entfernt ist.
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