DE60317861T2

DE60317861T2 - Distale Zielvorrichtung für Verriegelungsschrauben in intramedulären Nägeln

Info

Publication number: DE60317861T2
Application number: DE60317861T
Authority: DE
Inventors: Assaf Govari; Avinoam Dayan; Dale G. Warsaw Davison; Thomas G. Fort Wayne Ferro
Original assignee: Biosense Webster Inc
Current assignee: Biosense Webster Inc
Priority date: 2002-07-18
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: EP1382308B1; CA2435464A1; CA2640704A1; KR20040010240A; AU2003213476B2; ATE379992T1; ES2297100T3; US20050080427A1; CA2640704C; US20040034355A1; EP1382308A3; JP2004130094A; PT1382308E; IL156921A0; US7060075B2; JP4545400B2; US20040011365A1; SI1382308T1; DK1382308T3; EP1382308A2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Marknägel zur Verwendung bei der Behandlung von Brüchen. Genauer betrifft diese Erfindung die Anordnung von Verriegelungselementen in Marknägeln durch verbesserte intraoperative distale Zielerfassung.
Beschreibung der verwandten Technik
Seit der Entwicklung von Marknägeln zur Verwendung in der orthopädischen Chirurgie, um Knochenfrakturen zu behandeln, ist es übliche Praxis gewesen, den Knochen mit Bezug auf den Nagel festzulegen, indem Verriegelungselemente durch Löcher, die durch die Knochenrinde gebohrt worden sind, in Ausrichtung mit Löchern, die zuvor quer in den Nagel gebohrt worden sind, geführt werden. Die Prozedur hat technische Schwierigkeiten hervorgerufen, da die vorgebohrten Löcher in der Nadel im allgemeinen für den Chirurgen nicht sichtbar sind und schwierig zu lokalisieren und mit chirurgischen Bohrungen und Anordnungen von Instrumenten auszurichten sind, um so die Verriegelungselemente aufzunehmen.
Die Anordnung der Löcher in der Knochenrinde unter Führung ist in der Vergangenheit von Röntgenstrahlen oder fluoroskopischer Führung vorgenommen worden, oftmals in Kombination mit komplexen mechanischen Vorrichtungen zum Ausrichten, so wie C-Armen und stereotaktischen Rahmen. Dieser Ansatz hat sich als nicht zufriedenstellend erwiesen, aufgrund von Schwierigkeiten beim Erlangen der präzisen Ausrichtung und beim Halten der Ausrichtung, ohne die Strahlenbelastung für den Bediener, anderes Personal im Operationsraum und den Patienten unangemessen zu erhöhen. Versuche, die Strahlenbelastung zu beschränken, indem der Bohrer vom Röntgenstrahl versetzt wird, sind auch nicht vollständig erfolgreich gewesen. Die Verwendung solcher Prozeduren hat oftmals die Operationszeit verlängert und hat das operative Risiko und die Sterblichkeit erhöht.
Seit langem sind Sensoren verwendet worden, um beim Positionieren chirurgischer Instrumente und Manipulatoren zu helfen. In der US-A-5,279,309 wird vorgeschlagen, lichtemittierende Signalgeber auf dem Körper eines Patienten anzuordnen, um einen Referenzrahmen einzurichten, mit dem die relative Position eines Sensors in bezug zu den Signalgebern in drei Dimensionen bestimmt werden kann. Diese Offenbarung ist vorteilhaft in Situationen, in denen die direkte Sicht möglich ist, zum Beispiel für robotische Manipulatoren.
In jüngerer Zeit sind Magnetfeldsensoren im Zusammenhang mit Marknägeln benutzt worden, um die Lokalisierung der Verriegelungslöcher und das Ausrichten der Verriegelungselemente zu verbessern.
Die WO 93/02626 schlägt die Verwendung zweier oder mehrerer Magnettreiberspulen innerhalb einer Sonde vor, die in einen hohlen Splint, so wie einen Nagel, einsetzbar ist. Ein Joch mit Erfassungsspulen auf gegenüberliegenden Seiten des Splints erfaßt die Magnetfelder. Ein maximales Signal gibt die Ausrichtung mit einem Loch in dem Splint an.
Die WO 97/13467 offenbart das Befestigen zweier elektromagnetischer Treiber in einer Stange, die dann entlang einem Marknagel eingeführt wird. Bei einer Abänderung dieser Anordnung wird ein Neodym-Magnet auf der Stange oder als Stecker in das Nagelloch angeordnet. Ein Detektor mit vier Spulen wird verwendet, um die Richtung festzulegen, in der sich die Sonde bewegen muß, damit sie auf dem Nagelloch zentriert ist. Die Verwendung eines zweiten Detektors, unter einem Winkel von 45° zu dem ersten angeordnet, erlaubt die dreidimensionale Lokalisierung der Sonde.
Die US-A-5,411,503 , die den nächstliegenden Stand der Technik bildet und die den einleitenden Teil des Anspruchs 1 definiert, offenbart die Verwendung einer Sonde, die in einen Marknagel einführbar ist, nachdem eine Fraktur reduziert und der Nagel implantiert worden ist. Eine tragbare Führung, die von dem Chirurgen bewegt wird, wird verwendet, um die richtige Ausrichtung eines Bohrers oder eines anderen Instruments, das beim Einbringen der quer liegenden Verriegelungsschrauben verwendet wird, zu erreichen und zu halten. Eine Anzeigeeinheit, die über elektronische Kabel mit der Sonde und der Führung verbunden ist, zeigt visuelle Bilder, die in grafischer Weise angeben, wie die Führung bewegt werden muß, um sie in die richtige Ausrichtung zu bringen. Zwei orthogonale elektromagnetische Treiberspulen sind nahe einem Ende des Nagels eingebettet, jede mit einer magnetischen Achse in paralleler Ausrichtung mit und in einer festen Entfernung von der Achse eines quer verlaufenden Lochs. Die Spulen werden diskontinuierlich in nicht überlappenden Zeitintervallen betrieben. Mehrere empfangende Spulen oder Hall-Effekt-Transducer sind in der Führung angeordnet, und die Ausrichtung der Führung wird durch Nullsignale angezeigt.
Die US-A-5,127,913 schlägt vor, Neodym-Magnete in einer Sonde anzuordnen, die in das hohle Innere eines Marknagels eingesetzt ist. Die Sonde trägt eine Vielzahl hochenergetischer Magnete mit Magnetpolen, die entlang einer Achse quer zu einer Längsachse der Sonde ausgerichtet und konzentrisch mit einer Achse der distalen Verriegelungslöcher des Marknagels sind. Ein Indikator richtet das Einsetzelement und die Magnete in einer ausgerichteten Position aus, so daß die Achsen der Magnete und der distalen Verriegelungslöcher ausgerichtet sind. Ein einziger Detektormagnet zum Erfassen eines Magnetfeldes, das durch die ausgerichteten hochenergetischen Magnete durch die distalen Verriegelungslöcher erzeugt wird, ist außerhalb des Knochens angeordnet, was es dem Bediener ermöglicht, den Ort der Verriegelungslöcher zu markieren. Diese Anordnung sorgt nicht für eine Angabe einer gewünschten Richtung, in die ein chirurgisches Werkzeug bewegt werden soll, und ist relativ unempfindlich für Abweichungen, wenn das Werkzeug nahe an einem optimalen Ort ist.
In der US-A-5,584,838 ist eine Anordnung zum Erzeugen eines Magnetfeldes innerhalb eines Marknagels vorgeschlagen, das eine maximale Stärke entlang einer Achse eines quer liegenden Verriegelungsloches hat und das in der Stärke in Richtungen radial weg von der Achse abnimmt. Eine Bohrführung hat zwei eingebaute Sensoranordnungen an axial beabstandeten Orten, wobei jede eine Vielzahl von Sensoren an winkelmäßig beabstandeten Orten und radial von einer Öffnung durch die Bohrführung beabstandet hat. Die Anordnung spricht auf eine Abweichung der Bohröffnung in der Bohrführung von der koaxialen Ausrichtung mit der Achse des Verriegelungsloches an und liefert eine wahrnehmbare Angabe einer radialen Richtung von der Bohröffnung zu der Achse.
Die US-A-6074,394 schlägt das Verwenden einer zielerfassenden Vorrichtung mit wenigstens zwei Magnetfeld-Kommunikationseinheiten, um die distale Zielerfassung zu erreichen, vor. Die Vorrichtung besteht aus einem Empfänger und einem Sender, der mehrachsig gepulste Gleichstrom-Magnetsignale in jeder der drei orthogonalen Ebenen erzeugt. Eine der Kommunikationseinheiten wird in einer festen Position von einer Bohrführung gehalten, und eine zweite der Kommunikationseinheiten befindet sich in einer festen, versetzten Position relativ zu einem Implantatverbinder. Die Position und die Ausrichtung der Bohrführung in bezug auf den Implantatverbinder werden durch die Sendung der gepulsten Gleichstrom-Magnetsignale von der sendenden Einheit und dem Empfang des Signals am Empfänger bestimmt. Die Signale liefern die Position und den Ort der Kommunikationseinheiten in bezug aufeinander. Das Ausrichten der Bohrführung mit dem Verbinder wird durch Betrachten einer virtuellen Darstellung der Position und Ausrichtung des Verbinders und der Bohrführung auf einer Konsole mit einem festen Ort unterstützt. Diese Anordnung ist für den Bediener etwas unbequem, da es ununterbrochen nötig ist, auf die Anzeige Bezug zu nehmen oder Zurufe von einem Assistenten zu erhalten, der die feste Konsole betrachtet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Hauptaufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, eine kompakte tragbare Einheit zur Verfügung zu stellen, die Magnetfeldgeneratoren umfaßt, um Bohrungen in einer orthopädischen Vorrichtung, so wie einem Marknagel, zu lokalisieren.
Es ist eine weitere Aufgabe einiger Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein distales zielerfassendes System mit einem tragbaren Ortungselement zur Verfügung zu stellen, das gegenüber magnetisch ansprechendem Material in seinem Betriebsgebiet nicht empfindlich ist.
Es ist eine weitere Aufgabe mancher Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein distales zielerfassendes System zur Verfügung zu stellen, das ein tragbares Ortungselement hat, welches eine vom Bediener wahrnehmbare Angabe der relativen Versetzung und Richtungsausrichtung einer Führung für einen Bohrer oder ein anderes chirurgisches Instrument in bezug auf eine Bohrung einer orthopädischen Vorrichtung zur Verfügung stellt.
Es ist noch eine weitere Aufgabe mancher Aspekte der vorliegenden Erfindung, ein distales zielerfassendes System zur Verfügung zu stellen, das ein tragbares Ortungselement hat, die für eine vom Bediener wahrnehmbare Angabe der Position und Richtungsausrichtung einer Führung für ein chirurgisches Instrument in bezug auf eine Bohrung einer orthopädischen Vorrichtung sorgt.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch ein distales zielerfassendes System gelöst, bei dem ein tragbares Ortungselement einheitlich mit einem Führungs abschnitt für einen Bohrer oder ein ähnliches chirurgisches Instrument ausgebildet ist. Das System benutzt Magnetfeldgeneratoren und Magnetfeldsensoren, die verdrahtet oder drahtlos sein können. Entweder ein Sensor oder ein Generator ist in einer orthopädischen Vorrichtung, so wie einem Marknagel, angeordnet. Der Sensor ist in der Lage, die Stärke und Richtung eines Magnetfeldes zu erfassen und zu unterscheiden. Steuerschaltung, bevorzugt in dem Ortungselement angeordnet, spricht auf ein Signal des Sensors an und bestimmt die Verlagerung und die relativen Richtungen einer Achse des Führungsabschnittes und einer Bohrung in der orthopädischen Vorrichtung. Eine Bildschirmanzeige und ein optionaler Lautsprecher in dem Ortungselement sorgen für eine vom Bediener wahrnehmbare Angabe, die es dem Bediener ermöglicht, die Position des Führungsabschnittes anzupassen, um so ihre Position und Richtung mit der Bohrung auszurichten.
Die Erfindung stellt ein distales zielerfassendes System zum Bestimmen des Ortes und der Ausrichtung eines Instruments relativ zu einem Ziel zur Verfügung, wie es in dem beigefügten Anspruch 1 definiert ist.
Bevorzugte Aspekte sind in den abhängigen Ansprüchen 2–15 aufgeführt.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen des Ortes und der Ausrichtung eines Instruments relativ zu einem Ziel zur Verfügung, wie es in dem beigefügten Anspruch 16 definiert ist.
Bevorzugte Aspekte sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen 17–30 aufgeführt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die genaue Beschreibung der Erfindung genommen, beispielhaft, die im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen gelesen werden soll, wobei:
1 eine schematische Veranschaulichung eines distalen zielerfassenden Systems ist;
2 einen Transponder eines Sensors des distalen zielerfassenden Systems, das in 1 gezeigt ist, veranschaulicht;
3 ein schematisches Blockschaubild von Treiber- und Prozessorschaltungen des Transponders, der in 2 gezeigt ist, ist;
4 eine vergrößerte, fragmentarische schematische Ansicht eines Sensors ist, der bei dem distalen zielerfassenden System, das in 1 gezeigt ist, verwendet wird;
5 ein beispielhafter Bildschirm einer Bildschirmanzeige des distalen zielerfassenden Systems, das in 1 gezeigt ist, ist;
6 ein weiterer beispielhafter Bildschirm einer Bildschirmanzeige ähnlich wie bei 5 ist,
7 eine schematische Veranschaulichung eines alternativen distalen zielerfassenden Systems ist, bei dem ein Sensor in diesem durch elektrische Leitungen angeregt wird;
8 eine vergrößerte fragmentarische schematische Ansicht eines Sensors ist, der bei dem distalen zielerfassenden System, das in 7 gezeigt ist, verwendet wird;
9 eine schematische Veranschaulichung eines weiteren alternativen distalen zielerfassenden Systems ist, bei dem ein Sensor und Magnetfeldmodule durch drahtlose Energieübertragung von externen Feldgeneratoren angeregt werden;
10 eine schematische Veranschaulichung eines weiteren alternativen distalen zielerfassenden Systems ist, bei dem ein Permanentmagnet anstelle eines Sensors verwendet wird; und
11 eine schematische Veranschaulichung eines distalen zielerfassenden Systems ist, das gemäß der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird, welches lokalisierende Elemente umfaßt, um die Immunität gegenüber Metallen zu verbessern.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche bestimmte Einzelheiten aufgeführt, um für ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Es wird dem Fachmann jedoch deutlich werden, daß die vorliegende Erfindung ohne diese bestimmten Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Schaltungen, Steuerlogik und die Einzelheiten von Computerprogrammbefehlen für herkömmliche Algorithmen und Prozesse nicht in Einzelheiten gezeigt worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise zu verdecken.
Erstes Beispiel
Nun den Zeichnungen zugewandt wird Bezug auf 1 genommen, welche eine schematische Veranschaulichung eines distalen zielerfassenden Systems ist. Eine hohle Vorrichtung, bevorzugt ein Marknagel 10, ist geeignet für einen Markraum 12 eines Knochens 14 zum Zwecke des Stabilisierens eines Bruchs 16 bemessen. Der Marknagel 10 ist mit wenigstens einer Bohrung 18 zum Aufnehmen eines Verriegelungselementes 20 durch diese versehen. Das Verriegelungselement 20 ist typischerweise als Draht oder Zapfenschraube realisiert und muß von dem Verwender ohne den Vorteil der direkten Visualisierung der Bohrung 18 eingeführt werden.
Eine Magnetfeld-Positionieranordnung 22 ermöglicht es dem Verwender, die Bohrung 18 zu lokalisieren und das Verriegelungselement 20 mit der Bohrung 18 vor dem Einsetzen in diese auszurichten. Ein Miniatur-Magnetsensor 24 ist in dem Marknagel 10 angeordnet, mit bekannten Positions- und Rotationsversetzungen von einer Hauptachse 64 der Bohrung 18. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor 24 ein Magnetfeldempfänger, der auf das Vorliegen eines Magnetfeldes und auf die Ausrichtung von Flußlinien des Magnetfeldes anspricht. Der Sensor 24 ist bevorzugt ein Miniatursensor, so wie er in den Patentdokumenten US-A-5,913,820 oder WO 96/05768 offenbart ist.
Bevorzugt ist der Sensor 24 verschiebbar in den Marknagel 10 einzusetzen und kann optional anschließend an das Beenden der chirurgischen Prozedur entfernt werden. Als Alternative kann der Sensor 24 einstückig mit dem Marknagel 10 sein.
Es ist bevorzugt, daß der Sensor 24 eine unabhängige drahtlose Einheit ist, angeregt durch Energie, die von außerhalb des Körpers des Patienten eingestrahlt wird. Der Sensor 24 ist mit einer Vielzahl drahtloser Transponder versehen, deren Einzelheiten hiernach offenbart werden. Ein Ortungselement 28 ist mit einer Antenne 66 und mit einer Steuerschaltung 68 mit Treiber- und Empfängerschaltung versehen, die dazu ausgelegt sind, drahtlose Signale 70 mit dem Sensor 24 auszutauschen, wobei die Ausgabe des Sensors 24 auf die Stärke und Ausrichtung eines extern angelegten Flusses eines Magnetfeldes anspricht. Eine Hauptachse 72 eines Führungsabschnitts 74 des Ortungselements 28 wird durch ein "x" in 1 angegeben. Das Ortungselement 28 ist bevorzugt an einem Führungsabschnitt 74 befestigt, der in weiteren Einzelheiten hiernach offenbart ist.
Um die Interferenz mit dem Betrieb der Magnetfeld-Positionieranordnung 22 zu minimieren, ist der Marknagel 10 bevorzugt aus einem geeigneten nicht störenden Material aufgebaut, zum Beispiel Titan. Jedoch, wie es aus der Offenbarung hiernach deutlich wird, können sogar magnetisch ansprechende Nagel verwendet werden, wenn die Lehren der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Bevorzugt hat das tragbare Ortungselement 28 eine Vielzahl von Magnetfeld-Generatormodulen 30, die typischerweise Spulen aufweisen, wobei jede mit einer unterschiedlichen Frequenz oder zu einer unterschiedlichen Zeit arbeitet. Bevorzugt gibt es vier Magnetfeld-Generatormodule 30. Zusätzlich ist eine Öffnung 34 des Ortungselementes 28 für das Einführen des Verriegelungselementes 20 durch dieses vorgesehen. Der Sensor 24 wird durch drahtlose Energieübertragung von der Antenne 66 des Ortungselementes 28 angeregt.
Die Steuereinheit 68 erlaubt das Feststellen der Positionen und der Richtungsorientierungen des Sensors 24 relativ zu jedem der Feldgeneratormodule 30. Dann kann die relative Position der Öffnung 34 des Ortungselements 28 und somit des Verriegelungselements 20 in bezug auf die Bohrung 18 berechnet werden.
Auslesungen, als Antwort auf die Berechnung der relativen Positionen des Ortungselements 28 und des Sensors 24, werden auf einer Bildschirmanzeige 36 angezeigt. Indem man die Rückkopplung verwendet, die durch die Bildschirmanzeige 36 zur Verfügung gestellt wird, kann der Sensor 24 genau lokalisiert werden. Das Lokalisieren des Sensors 24 ermöglicht es, daß die Position der Bohrung 18 genau bestimmt wird, indem geeignete Anpassungen für die Versetzungen zwischen der Bohrung 18 und dem Sensor 24 vorgenommen werden. Die Richtungsausrichtung des Ortungselements 28 mit der Bohrung 18 wird auch festgestellt, da der Sensor 24 auf die Richtungsausrichtung der Magnetfelder anspricht, die von den Magnetfeld-Generatormodulen 30 erzeugt werden.
Die Bildschirmanzeige 36 und der Führungsabschnitt 74 sind beide in das Ortungselement 28 integriert. Die Bildschirmanzeige 36 liefert eine visuelle Angabe der Größe und der Eigenschaft irgendeiner Fehlausrichtung in Echtzeit, bevorzugt mittels einer Kugel- und Fadenkreuz-Angabe 76. Viele andere vom Bediener wahrnehmbare Indikatoren der Positions- und Winkelausrichtung können ebenfalls eingesetzt werden. Das Ortungselement 28 ist auch mit einer Audioschaltung und einem kleinen Lautsprecher 38 versehen, der eine hörbare Angabe der gegenwärtigen Fehlausrichtung in Echtzeit liefert. Als Alternative oder zusätzlich kann die Bildschirmanzeige 36 als ein Computermonitor realisiert werden, der mit einem Computer oder direkt mit der Steuereinheit 68 verbunden ist.
Bezug wird nun auf die 2 genommen, die schematisch Einzelheiten eines Transponders 78 zeigt, der eine Komponente des Sensors 24 (1) ist. Wie in 2 gezeigt, weist der Transponder 78 eine Leistungsspule 80 und eine Abfühlspule 82 auf, die an einen Steuerchip 84 gekoppelt sind. Bevorzugt umfaßt der Chip 84 einen Spannungs-Frequenz(V/F – voltage-to-frequency)-Wandler 86 auf, der ein HF-Signal erzeugt, dessen Frequenz proportional zu der Spannung ist, die von dem Strom durch die Sensorspule 82, der durch eine Last (nicht gezeigt) fließt, erzeugt wird. Die Leistungsspule 80 ist bevorzugt optimiert, daß sie hochfrequente Signale in dem Bereich oberhalb 1 MHz empfängt und sendet. Die Abfühlspule 82 andererseits ist bevorzugt für den Betrieb in dem Bereich von 1–3 kHz gestaltet, den Frequenzen, bei denen die Magnetfeld-Erzeugermodule 30 (1) ihre elektromagnetischen Felder erzeugen. Als Alternative können andere Frequenzbereiche verwendet werden, wie es von den Anforderungen der Anwendung diktiert wird. Der gesamte Transponder 78 hat typischerweise 2–5 mm Länge und 2–3 mm Außendurchmesser, was es ermöglicht, daß er bequem in den Marknagel 10 (1) paßt.
Bezug wird nun auf 3 genommen, die in schematischer Weise Treiber- und Prozessorschaltungen für den Transponder (2) zeigt. Diese Schaltung ist bevorzugt in das Ortungselement 28 (1) integriert und ist typischerweise in der Steuereinheit 68 enthalten. Bei manchen Ausführungsformen kann die Schaltung außerhalb des Ortungselementes 28 sein.
Das Ortungselement 28 umfaßt einen HF-Leistungstreiber 88, der die Antenne 66 treibt, um ein Leistungssignal auszusenden, bevorzugt in dem Bereich von 2–10 MHz. Das Leistungssignal bewirkt, daß ein Strom in der Leistungsspule 80 fließt, welcher durch den Chip 84 gleichgerichtet wird und verwendet wird, um seine internen Schaltungen mit Energie zu versorgen. Dabei bewirken die elektromagnetischen Felder, die von den Magnetfeld-Generatormodulen 30 (1) erzeugt werden, hier als Generatorspulen 90 verkörpert, daß ein Strom in die Abfühlspule 82 fließt. Dieser Strom hat Frequenzkomponenten bei denselben Frequenzen wie die Treiberströme, die durch die Generatorspulen fließen. Die Stromkomponenten sind proportional zu den Stärken der Komponenten der jeweiligen Magnetfelder, die von den Feldgeneratorspulen 90 in einer Richtung parallel zu der Sensorspulenachse erzeugt werden. Somit geben die Amplituden der Ströme die Position und Ausrichtung der Sensorspule 82 relativ zu den Feldgeneratorspulen 90 an.
Bevorzugt wird ein Taktsynchronisierer 92 verwendet, um die Steuerschaltungen 94 und den Treiber 88 zu synchronisieren, die entweder einheitlich mit oder außerhalb der Ortungselement 28 angeordnet sein können, wie es hierin weiter offenbart ist. Am meisten bevorzugt wird die Frequenz des HF-Treibersignals, das von dem Treiber 88 erzeugt wird, auf ein ganzzahliges Vielfaches der Magnetfeldfrequenzen der Magnetfeld-Generatorspulen 90 (1) gesetzt. Die Taktsynchronisation ermöglicht es dem Chip 84 (2), phasenempfindliche Erfassung zu verwenden, um das Signal/Rauschen-Verhältnis des Signals von der Sensorspule 82 zu verbessern. Die Phase der Sensorsignale wird bevorzugt auch verwendet, um Mehrdeutigkeit aufzulösen, die andernfalls in den Signalen bei 180° Umkehr der Achsen der Sensorspule 82 auftreten würde.
Mit Bezug wieder auf die 2 mißt der Chip 84 die Ströme, die in der Sensorspule 82 fließen, bei den unterschiedlichen Feldfrequenzen. Er codiert diese Messung in ein Hochfrequenzsignal, das er dann über die Leistungsspule 80 zurück zu der Antennen 66 sendet. Bevorzugt hat das HF-Signal, das von dem Chip 84 erzeugt wird, eine Trägerfrequenz in dem Bereich von 50–150 MHz. Das HF-Signal, das auf diese Weise erzeugt wird, wird mit drei verschiedenen Frequenzmodulations(FM)-Komponenten moduliert, die über die Zeit bei den jeweiligen Frequenzen der Felder, die von den Feldgeneratorspulen 80 (3) erzeugt worden sind, variieren. Die Größe der Modulation ist proportional zu den Stromkomponenten bei den drei Frequenzen. Ein Vorteil des Verwendens der Frequenzmodulation anstelle einer Amplitudenmodulation, um die Amplitudenmessungen der Sensorspule 82 von dem Transponder 78 zu der Antenne 66 zu transportieren, ist, daß die Information in dem Signal durch die variable Dämpfung des Körpergewebes, durch das das Signal laufen muß, unbeeinflußt bleibt.
Als Alternative kann der Chip 84 eine Abtastschaltung und einen Analog/Digital(A/D)-Wandler (nicht gezeigt) aufweisen, der die Amplitude des Stroms, der in der Sensorspule 82 fließt, digitalisiert. In diesem Fall erzeugt der Chip 84 ein digital moduliertes Signal und HF-moduliert das Signal für die Übertragung durch die Leistungseule 80. Irgendein geeignetes Verfahren des digitalen Codieren und Modulierens kann zu diesem Zweck verwendet werden. Weitere Verfahren der Signalverarbeitung und Modulation werden den Fachleuten deutlich werden.
Das frequenzmodulierte oder digitalmodulierte Signal, das von der Leistungsspule 80 gesendet wird, wird von einem Empfänger 96 aufgenommen, der an die Antenne 66 gekoppelt ist. Der Empfänger 96 demoduliert das Signal, um eine geeignete Eingabe an einen Positions- und Ausrichtungsprozessor 98 zu erzeugen. Typischerweise verstärkt, filtert und digitalisiert der Empfänger 96 die Signale 70 (1) von dem Transponder 78. Die digitalisierten Signale werden von dem Positions- und Ausrichtungsprozessor 98 empfangen und verwendet, um die Position und Ausrichtung der Bohrung 18 (1) aus einer Berechnung der Position und Ausrichtung des Transponders 78 abzuleiten. Die Position und Ausrichtung des Transponders 78 werden relativ zu den Feldgeneratorspulen 90 bestimmt. Da die Feldgeneratorspulen 90 an bekannten Positionen und Ausrichtungen relativ zu der Bohrung 18 liegen, kann die Position und Ausrichtung der Bohrung 18 leicht bestimmt werden. Typischerweise kann der Positions- und Ausrichtungsprozessor 98 als ein Universalcomputer (nicht gezeigt) oder eingebetteter Mikroprozessor in der Steuereinheit 68 (1) realisiert werden, der zum Verarbeiten der Signale von dem Empfänger 96 programmiert und mit einer geeigneten Eingangsschaltung ausgerüstet ist. Die Information, die von dem Positions- und Ausrichtungsprozessor 98 abgeleitet wird, wird verwendet, um als Beispiel ein Bild auf der Bildschirmanzeige 36 (1) zu erzeugen, oder um andere diagnostische Information oder Führung für den Bediener zur Verfügung zu stellen.
Bezug wird nun auf die 1 und auf die 4 genommen, die eine vergrößerte fragmentarische schematische Ansicht des Sensors 24 (1) ist. Drei identische Exemplare des Transponders 78 sind innerhalb des Sensors 24 angeordnet und sind bevorzugt wechselweise orthogonal, wie es durch die Koordinatenachsen in 4 angegeben ist. Es ist somit möglich, daß sechs Positions- und Ausrichtekoordinaten eindeutig identifiziert werden, gemäß dem Algorithmus, der in der WO 94/04938 offenbart ist. Diese Koordinaten umfassen die X, Y, Z-Koordinaten eines vorbestimmten Punktes auf dem Führungsabschnitt 74 und die Winkel zwischen der Hauptachse 64 und der Hauptachse 72 in der XY-, YZ- und XZ-Ebene. Als Alternative kann der Sensor 24 nur einen einzigen Transponder 78 aufweisen, was ausreichend ist (zusammen mit mehreren Feldgeneratorspulen 90), um die X-, Y-, Z-Koordinaten und die Winkel zwischen der Hauptachse 64 und den Hauptachsen 72 in der YZ- und XZ-Ebene zu bestimmen.
Weitere Einzelheiten des Sensors 24 sind in der EP-A-1 321 097 offenbart.
Mit Bezug wieder auf die 1 und die 3 bestimmt der Positions- und Ausrichtungsprozessor 98, der die Algorithmen, die in der obengenannten WO 96/05768 und in der WO 94/04938 offenbart sind, und die Information, die von dem Sensor 24 empfangen worden ist, verwendet, die relative Verlagerung zwischen der Bohrung 18 und der Öffnung 34 auf dem Ortungselement 28 und die Winkelabweichung zwischen der Hauptachse 64 der Bohrung 18 und der Hauptachse 72 des Führungsabschnitts 74. Auslesungen und visuelle Anzeigen werden auf der Bildschirmanzeige 36 zur Verfügung gestellt. Die Ablesungen können ein quantitatives Maß sowohl für die lineare Verlagerung als auch für die Winkelabweichungen zwischen den Hauptachsen liefern.
Bezug wird nun auf 1 und 5 genommen. 5 ist ein beispielhafter Bildschirm 10, der auf der Bildschirmanzeige 36 angezeigt wird (1). Ein Fadenkreuz 102 stellt den Ort der Bohrung 18 (1) oder ein anderes Ziel dar. Ein sich schließender Vektor 106 liefert eine vom Bediener wahrnehmbare Angabe einer Winkelfehlausrichtung zwischen Vektoren, die zwei Hauptachsen darstellen. Die von Null verschiedene Größe des Vektors 106 in 5 gibt eine tatsächliche Winkelfehlausrichtung zwischen dem Abschnitt 74 und der Bohrung 18 an. Es ist auch möglich, weiter Komponenten eines Differenzvektors zwischen den beiden Hauptachsen in der XY-, XZ- und YZ-Ebene darzustellen.
Bezug wird nun auf die 1 und die 6 genommen, die einen weiteren Bildschirm 108, ähnlich dem Bildschirm 100 zeigt, wobei gleichen Elementen gleiche Bezugsziffern gegeben wurden. Im Vergleich mit dem Bildschirm 100 gibt der Bildschirm 108 an, daß die lineare Verlagerung der Hauptachse 72 des Führungsabschnitts 74 und der Hauptachse 64 der Bohrung 18 unverändert ist. Jedoch ist der Führungsabschnitt 74 gedreht worden, so daß die Hauptachsen parallel sind. Der Vektor 106 (5) ist nun senkrecht zu dem Bildschirm 108 und erscheint einfach als ein Punkt 110.
Arbeitsweise
Um die Magnetfeld-Positionieranordnung 22 zu verwenden, werden zunächst alle erforderlichen chirurgischen Inzisionen, die Erzeugung eines Eintrittsportals in den Knochen 14 und das Vorbereiten des Markhohlraums 12 von dem Chirurgen vorgenommen, wobei herkömmliche invasive Technik oder minimalinvasive, Technik, wie zweckmäßig, verwendet wird. Der Marknagel 10 wird in den Markhohlraum 12 über den Bruch 16 eingeführt. Es wird bevorzugt dafür gesorgt, magnetisch störende Objekte aus dem Operationsgebiet zu entfernen, obwohl auch Techniken zum Erlangen metallische Immunität verwendet werden können, wie oben beschrieben. Der Bediener gibt jedwede erforderliche Versetzungsinformation in die Ortungselement 28 ein, bringt das Ortungselement 28 an eine abgeschätzte Position der Bohrung 18 und richtet die Öffnung 34 in die allgemeine Richtung der Bohrung 18. Der Sensor 24 und die Magnetfeld-Generatormodule 30 werden angeregt. Audivisuelle Angaben, die von der Bildschirmanzeige 36 und dem Lautsprecher 38 geliefert werden, werden dann von dem Bediener ausgewertet, um die Position und Ausrichtung des Ortungselements 28 zu optimieren. Wenn eine optimale Ausrichtung erreicht worden ist, wird das Ortungselement 28 in seiner Position gehalten, und ein Loch wird durch die Rinde des Knochens 14 gebohrt, bevorzugt indem die Öffnung 34 des Ortungselements 28 als eine Bohrführung verwendet wird. Das Verriegelungselement 20 wird in die Bohrung 18 eingesetzt und versenkt. Das Ortungselement 28 wird danach von dem Verriegelungselement 20 gelöst und aus dem Operationsgebiet entfernt. Die chirurgische Operation wird dann routinemäßig abgeschlossen. Der Sensor 24, der bei dieser und den folgenden Ausführungsformen verwendet wird, kann in ähnlicher Weise auf einer einsetzbaren Sonde angebracht sein anstatt dauerhaft in den Nagel 10 implantiert zu werden, solange die Position des Sensors 24 relativ zu der Bohrung 18 bekannt ist.
Zweites Beispiel
Bezug wird nun auf die 7 genommen, die eine schematische Veranschaulichung eines alternativen zielerfassenden Systems ist. Elementen in 7, die denen der 1 identisch sind, sind gleiche Bezugsziffern gegeben. Bei diesem Beispiel hat eine Magnetfeld-Positionieranordnung 112 einen verdrahteten Magnetsensor 114 anstelle des drahtlosen Sensors 24 (1). Leitungen sind zum Anregen des Sensors 114 und zum Erhalten einer Auslesung oder anderer Daten von diesem vorgesehen. Leitungen 32 sind vorgesehen, um Signale zu einem Ortungselement 118 von dem Sensor 114 zu transportieren. Das Ortungselement 118 ist dem Ortungselement 28 (1) ähnlich, mit der Ausnahme, daß das Ortungselement 118 keine Antenne oder drahtlose empfangende Schaltung erfordert.
Bezug wird nun auf die 8 genommen, die eine vergrößerte fragmentarische Ansicht des Sensors 114 (7) ist. Drei identische Sensorspulen 120, die auf Luftkerne oder Magnetkerne gewickelt sein können, sind innerhalb des Sensors 114 angeordnet, und sind bevorzugt wechselweise orthogonal, wie es durch die Koordinatenachsen in 8 angegeben ist. Die Leitungen 26 sind bevorzugt verdrillte Paare und können elektrisch abgeschirmt werden, um das Aufnehmen von Streufeldern zu verringern. Der Betrieb des Sensors 114 ist ansonsten ähnlich dem des Sensors 24 (1). Weitere Einzelheiten des Sensors 114 sind in der obengenannten WO 96/05768 offenbart.
Drittes Beispiel
Bezug wird nun auf 9 genommen, die eine schematische Veranschaulichung eines weiteren distalen zielerfassenden Systems ist. Elementen in 9, die mit denen der 1 identisch sind, sind gleiche Bezugsziffern gegeben. Eine Magnetfeld-Positionieranordnung 122 ist der Magnetfeld-Positionieranordnung 22 (1) ähnlich, mit der Ausnahme nun, daß es drei oder mehr externe Feldgeneratoren 124 gibt, die von einer Steuereinheit 126 getrieben werden. Die Feldgeneratoren 124 sind bevorzugt an dem Operationstisch oder an einem weiteren sich nicht bewegenden Gestell befestigt und liefern einen absoluten Referenzrahmen. Bei der Verwendung dieser Ausführungsform kann eine absolute Position des Sensors erhalten werden Wie es in weiteren Einzelheiten hiernach erläutert wird, sind verschiedene Abänderungen dieser Ausführungsform möglich. Es ist möglich, die Rollen des Sensors und der Magnetfeld-Generatormodule auszutauschen. Somit können bei einer Abänderung die Magnetfeld-Generatormodule und der Sensor wie bei der Ausführungsform der 1 angeordnet werden. Bei einer weiteren Abänderung kann das Magnetfeld von innerhalb oder in der Nähe des Marknagels erzeugt werden, und eine Vielzahl von Sensoren kann in der Ortungselement angeordnet werden.
Die Magnetfeld-Positionieranordnung 122 zeigt eine Vielzahl drahtloser Magnetfeldelemente 128 in einem Ortungselement 130. Ein Miniatur-Magnetfeldelement 132 ist in dem Marknagel 10 angeordnet, mit bekannten Positions- und Drehversetzungen von einer Hauptachse 64 der Bohrung 18. Bei einer Abänderung sind die Feldelemente 128 ein Magnetfeld erzeugende Elemente und das Feldelement 132 ist ein Sensor. Bei einer weiteren Variation sind die Feldelemente 128 Sensoren und das Feldelement 132 ist ein ein Magnetfeld erzeugendes Element.
Bei einer weiteren Abänderung sind sowohl die Feldelemente 128 als auch die Feldelemente 132 Sensoren, die alle Magnetfelder abfühlen, die von den Feldgeneratoren 124 erzeugt werden.
Bei weiteren Abänderungen werden einige oder alle Feldelemente 128 und das Feldelement 182 durch intensive hochfrequente Magnetfelder von den Feldgeneratoren 124 betrieben, wobei in diesem Fall einige oder alle Feldelemente 128 und das Feldelement 132 drahtlos sein können. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist die Verringerung auf eine minimale Größe und minimales Gewicht der Schaltung, die in dem Ortungselement 130 erforderlich ist.
Viertes Beispiel
Bezug wird nun auf die 10 genommen, die eine schematische Veranschaulichung eines weiteren alternativen distalen zielerfassenden Systems ist. Elementen in der 10, die mit denen der 1 identisch sind, sind gleiche Bezugsziffern gegeben worden. Eine Magnetfeld-Positionieranordnung 134 ist der Magnetfeld-Positionieranordnung 22 (1) ähnlich. Nun jedoch ersetzt ein Permanentmagnet 136 den Sensor 24 innerhalb des Marknagels 10. Der Magnet 136 kann 1.5–2 mm Außendurchmesser haben und 5 mm lang sein. Magnete NB45 sind geeignet. Der Magnet 136 kann dauerhaft in dem Marknagel 10 eingebracht sein, ist bevorzugt jedoch darin einsetzbar, indem der Magnet 136 an einer kalibrierten Sonde 138 mit einer geeigneten mechanischen Anlagefläche (nicht gezeigt) befestigt wird. Wenn die Sonde 138 in den Marknagel 10 eingesetzt wird, ist die Betriebsposition des Magneten 136 ein bekannter Ort mit Bezug auf die Bohrung 18.
Vier Magnetfelddetektoren 140 sind in ein Ortungselement 142, das im allgemeinen dem Ortungselement 28 (1) ähnlich ist, eingebaut. Die Felddetektoren 140 erfassen die Feldstär ke und die Ausrichtung des Magnetfeldes des Magneten 136. Signalverarbeitende Schaltung, die sich bevorzugt in der Steuereinheit 68 befindet, ist an die Felddetektoren 140 gekoppelt. Unter Verwendung der Algorithmen und Techniken, die in der obengenannten internationalen Patentveröffentlichung WO 94/04938 offenbart können die Anordnung der Ortungselement 142 in bezug auf die Bohrung 18 und die Winkelfehlausrichtung zwischen der Hauptachse 72 und der Hauptachse 64 bestimmt und auf der Bildschirmanzeige 36 als eine quantitative oder qualitative Angabe angezeigt werden, wie es hierin zuvor offenbart ist.
Fünftes Beispiel
Wenn ein Metall oder ein anderer magnetisch ansprechender Gegenstand in die Nähe des Zieles, das verfolgt werden soll, gebracht wird, oder wenn das Ziel selbst, so wie der Nagel 10, magnetisch ansprechend ist, werden die Magnetfelder in der Nähe des Zieles aufgrund von Wirbelströmen, die parasitäre Magnetfelder erzeugen, verzerrt. Solche parasitären Felder und andere Arten der Verzerrung können zu Fehlern beim Bestimmen der Position des Objektes, das verfolgt wird, führen. Während in der obengenannten US-A-6 074 394 die Verwendung eines gepulsten Gleichstromes offenbart wird, um „metallische Immunität" zu erlangen (d. h. die Fähigkeit, die Position des Objektes genau zu bestimmen, ungeachtet der Magnetfeldverzerrung), ist diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Lage, diese Schwierigkeit zu überwinden und metallische Immunität zu erlangen, indem Wechselstrom verwendet wird.
Bezug wird mm auf 11 genommen, die eine schematische Veranschaulichung eines distalen zielerfassenden Systems ist, das entsprechend der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird. Elementen in der 11, die mit denen der 1 identisch sind, sind gleiche Bezugsziffern gegeben. Eine Magnetfeld-Positionieranordnung 144 ist der Magnetfeld-Positionieranordnung 22 (1) ähnlich, nun mit der Ausnahme, daß eine Vielzahl lokalisierender Elemente 146 vorliegt. Die absolute Position jedes der lokalisierenden Elemente 146 ist bevorzugt bekannt, z. B. durch Befestigen der Elemente an einem Referenzrahmen (nicht gezeigt), der zum Beispiel an einem Operationstisch oder dergleichen befestigt werden könnte. Die lokalisierenden Elemente 146 können drahtlose Sensoren ähnlich dem Sensor 24 oder herkömmliche Hall-Effekt-Sensoren sein. Die Positionen der lokalisierenden Elemente 146 werden bestimmt, indem dieselben Techniken verwendet werden, die hierin oben offenbart sind. Jegliche anschließende Änderungen in den gemessenen Positionen der lokalisierenden Elemente 146 spiegeln somit einen Fehler in der Meßprozedur wieder, typischerweise aufgrund der Feldverzerrung durch ein magnetisches Objekt im Operationsgebiet. Die Änderung in den Positionskoordinaten der festen lokalisierenden Elemente 146 kann dann verwendet werden, um die Wirkung der Verzerrung auf die Koordinaten des Sensors 24 zu kompensieren, wobei räumliche Interpolation verwendet wird. Obwohl in 11 vier lokalisierende Elemente 146 gezeigt sind, können weitere lokalisierende Elemente, die bevorzugt nicht koplanar sind, hinzugefügt werden, um die Genauigkeit einer linearen oder nichtlinearen Interpolation zu verbessern. Es ist bevorzugt, daß die lokalisierenden Elemente 146 den Sensor 24 in drei Dimensionen umgeben sollten, damit sich eines der lokalisierenden Elemente 146 immer zwischen dem magnetischen Objekt und dem Sensor 24 befindet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Änderungen in den abgefühlten Positionen von vier oder mehr nicht koplanaren Lokatorelementen 22 berechnet und werden als Eingaben für einen Algorithmus der räumlichen Interpolation verwendet. Ein einfaches lineares Beispiel ist in der Tabelle 1 gezeigt, wobei sich der Sensor 24 anfangs zwischen zweien der lokalisierenden Elemente 146 befindet und der Führungsabschnitt 74 aus einer Anfangsposition in eine Endposition bewegt wird. Tabelle 1

Anfangsmessung (cm) Endmessung (cm) Korrigiert

Element #1 0 cm 0.1 cm 0 cm

Führung 0.1 cm 0.5 cm 0.4 cm

Element #2 10 cm 10 cm 10 cm
Das Anwenden der Techniken dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, daß der Führungsabschnitt 74 und das Ortungselement 28 sich über eine unterschiedliche Entfernung relativ zu dem Sensor 24 bewegen, gegenüber dem, daß ohne Verwendung der lokalisierenden Elemente 146 bestimmt werden würde. Vorteilhaft liefert die Magnetfeld-Positionieranordnung 144 Kompensation sogar für Echtzeitbewegungen metallischer Objekte innerhalb seines Betriebsraumes. Da Werkzeuge und unterstützende Apparatur während medizinischer Prozeduren häufig bewegt werden, ist es bevorzugt, die gemessenen Positionen der lokalisierenden Elemente 146 im wesentlichen jedesmal zu aktualisieren, wenn eine Be wegung des Führungsabschnitts 74 relativ zu dem Sensor 24 geschieht, was automatisch durch die signalverarbeitende Schaltung in der Steuereinheit 68 bewerkstelligt wird.
Da die lokalisierenden Elemente 146 bekannte Positionen haben, ist es möglich, die Orte der lokalisierenden Elemente 146 zu den Orten des Führungsabschnitts 74 und der Bohrung 68 in bezug zu bringen. Die absoluten Koordinaten des Führungsabschnitts 74 und der Bohrung 18 und ihrer Versetzungen in bezug aufeinander, wenn ein festes Koordinatensystem benutzt wird, können dann angezeigt werden.
Das zweite, dritte und vierte Beispiel, hier zuvor offenbart, können auch leicht abgeändert werden, um die Technik, die bei dieser Ausführungsform offenbart ist, zu verwenden, um metallische Immunität zu erlangen.
Es wird von Fachleuten verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was hier zuvor besonders gezeigt und beschrieben ist. Statt dessen ist der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die angefügten Ansprüche definiert.

Claims

Distales zielerfassendes System (144) zum Bestimmen des Ortes und der Ausrichtung eines Instrumentes (20) relativ zu einem Ziel (10), das aufweist: eine bewegbare Führungsanordnung (74) zum Führen des Instrumentes (20) auf das Ziel (10) zu; ein oder mehrere erste Feldelemente (30; 128; 140) in der Führungsanordnung (74); ein oder mehrere zweite Feldelemente (24; 114; 132; 136), die an bekannten Orten in bezug auf das Ziel (10) angeordnet sind und bekannte Ausrichtungen mit einer Achse (64) des Ziels haben, wobei wenigstens eines der ersten Feldelemente (30; 128; 140) und der zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) ein Sensor ist, wobei das System weiter Feldgeneratoren aufweist, die bekannte unterscheidbare Felder als Antwort auf Treibersignale erzeugen, und der wenigstens eine Sensor Sensorsignale als Antwort auf die Felder erzeugt; ein Signalprozessor (68), der auf die Treibersignale und die Sensorsignale anspricht, um drei Ortskoordinaten eines Punktes auf der Führungsanordnung und zwei Ausrichtekoordinaten einer Achse (72) der Führungsanordnung (74) zu erzeugen; und eine Anzeige (36), die auf den Signalprozessor (68) anspricht, die eine Angabe eines Ortes des Punktes in bezug auf das Ziel (10) und einer Ausrichtung zwischen der Achse (72) der Führungsanordnung (74) und der Achse (64) des Zieles (10) zur Verfügung stellt; dadurch gekennzeichnet, daß das distale zielerfassende System weiter eine Vielzahl lokalisierender Elemente (146) mit Ortsfelddetektoren darin aufweist, wobei die lokalisierenden Elemente an bekannten Orten in bezug auf einen festen Referenzrahmen angeordnet sind, wobei der Signalprozessor (68) auf die lokalisierenden Elemente (146) anspricht, um eine korrigierte Angabe des Ortes des Punktes zu bestimmen.
Distales zielerfassendes System nach Anspruch 1, bei dem die ersten Feldelemente (30; 128; 140) die Feldgeneratoren sind und die zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) die Sensoren sind, wobei die zweiten Feldelemente auf unterscheidbare Felder der ersten Feldelemente ansprechen.
Distales zielerfassendes System nach Anspruch 1, bei dem die ersten Feldelemente (30; 128; 140) die Sensoren sind und die zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) die Feldgeneratoren sind, wobei die ersten Feldelemente auf unterscheidbare Felder der zweiten Feldelemente ansprechen.
Distales zielerfassendes System nach Anspruch 1, 2 oder 3, das weiter eine Steuereinheit (26) und ein oder mehrere dritte Feldelemente (124) umfaßt, wobei die dritten Feldelemente externe Feldgeneratoren sind, die auf Steuersignale der Steuereinheit ansprechen.
Distales zielerfassendes System nach Anspruch 4, bei dem die ersten Feldelemente (30; 128; 140) und die zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) die Sensoren sind.
Distales zielerfassendes System nach Anspruch 5, bei dem die ersten Feldelemente (30; 128; 140) und die zweiten Feldelemente (24; 132) drahtlos sind und von den Feldern der dritten Feldelemente versorgt werden.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Anzeige (36) einheitlich mit der Führungsanordnung (74) ausgebildet ist.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Anzeige (36) eine Kugel- und Fadenkreuz-Angabe (76) aufweist.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Sensoren drahtlose Sensoren sind.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Angabe fünf Positions- und Ausrichtekoordinaten aufweist.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Ziel eine hohle Einrichtung (10) aufweist und die zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) darin einsetzbar sind.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) einheitlich mit dem Ziel (10) ausgebildet sind.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Ziel einen in einem Knochen gelegenen Nagel (10), typischerweise mit einer Öffnung (18) in diesem, aufweist.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die bewegbare Führungsanordnung (74) tragbar ist.
Distales zielerfassendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Anzeige (36) weiter eine qualitative Angabe einer Fehlausrichtung zwischen der Achse (72) der Führungsanordnung (74) und der Achse (64) des Ziels (10) zur Verfügung stellt.
Verfahren zum Bestimmen des Ortes und der Ausrichtung eines Instruments (20) relativ zu einem Ziel (10), das die Schritte aufweist: Bereitstellen einer bewegbaren Führungsanordnung (74) zum Führen des Instrumentes (20) zu dem Ziel (10); Bereitstellen eines oder mehrerer erster Feldelemente (30; 128; 140) in der Führungsanordnung; Bereitstellen eines oder mehrerer zweiter Feldelemente (24; 114; 132; 136), die an bekannten Orten in bezug auf das Ziel (10) angeordnet sind und bekannte Ausrichtungen zu einer Achse (64) des Ziels haben, wobei wenigstens eines der ersten Feldelemente (30; 128; 140) und der zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) ein Sensor ist; Bereitstellen einer Vielzahl lokalisierender Elemente (146) mit Ortsfelddetektoren darin, wobei die lokalisierenden Elemente an bekannten Orten mit bezug auf einen festen Referenzrahmen angeordnet sind; Erzeugen, als Antwort auf Treibersignale, eines oder mehrerer unterscheidbarer Felder; Abfühlen einer Stärke und einer Ausrichtung jedes der Felder mit dem wenigstens einen Sensor und mit der Vielzahl der lokalisierenden Elemente (146) und Erzeugen von Sensorsignalen als Antwort auf die Felder; Berechnen von drei Ortskoordinaten eines Punktes der Anordnung (74) relativ zu dem Ziel (10) und von zwei Ausrichtekoordinaten einer Achse (72) der Führungsanordnung und Bestimmen, ansprechend auf die lokalisierenden Elemente (146), korrigierter Koordninaten des Punktes; und Bereitstellen einer Anzeige (36), die einen korrigierten Ort des Punktes relativ zu dem Ziel (10) und eine Ausrichtung zwischen der Achse (72) der Anordnung (74) und der Achse (64) des Zieles (10) angibt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Erzeugen durchgeführt wird, indem die Felder in den ersten Feldelementen (30; 128; 140) entfernt von dem Ziel erzeugt werden, und der Schritt des Abfühlens in den zweiten Feldelementen (24; 114; 132; 136) in einer Nähe des Ziels durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt des Erzeugens durchgeführt wird, indem die Felder in den zweiten Feldelementen (24; 114; 132; 136) in einer Nähe des Ziels erzeugt werden, und der Schritt des Abfühlens in den ersten Feldelementen (30; 128; 140) entfernt von dem Ziel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 oder 18, das weiter die Schritte umfaßt: Bereitstellen einer Steuereinheit (126) und eines oder mehrerer dritter Feldelemente (124), wobei die dritten Feldelemente externe Feldgeneratoren sind; und Erzeugen von Feldern ansprechend auf die Steuereinheit (126).
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Abfühlens in den ersten Feldelementen (30; 128; 140) und in den zweiten Feldelementen (24; 114; 132; 136) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die ersten Feldelemente (30; 128; 140) und die zweiten Feldelemente (24; 132) drahtlos sind und von den Feldern der dritten Feldelemente (124) versorgt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem die Anzeige (36) mit der Führungsanordnung (74) einheitlich ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem die Anzeige (36) den Ort des Punktes unter Verwendung einer Kugel- und Fadenkreuz-Angabe (76) angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 23, bei dem der Schritt des Abfühlens durchgeführt wird, indem drahtlose Sensoren verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei dem die Anzeige (36) fünf Positions- und Ausrichtekoordinaten angibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, bei dem das Ziel eine hohle Einrichtung (10) aufweist und die zweiten Feldelemente darin einsetzbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, bei dem die zweiten Feldelemente (24; 114; 132; 136) mit dem Ziel (10) einheitlich ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 27 bei dem das Ziel einen in einem Knochen gelegenen Nagel (10) aufweist, typischerweise mit einer Bohrung (18) darin.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, bei dem die bewegbare Führungsanordnung (74) tragbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 29, bei dem die Anzeige (36) weiter eine qualitative Angabe einer Fehlausrichtung zwischen der Achse (72) der Führungsanordnung (74) und der Achse (64) des Ziels (10) zur Verfügung stellt.