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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Assistenzvorrichtung für eine chirurgische
Operation, und insbesondere betrifft sie eine Positionsmessvorrichtung
für diese.
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Bei
einer chirurgischen Operation, einschließlich beispielsweise einer
orthopädischen
Operation, usw., ist es sehr wichtig, die Positionierung chirurgischer
Werkzeuge oder Geräte,
die von einem Chirurgen bei der chirurgischen Operation betätigt wird,
korrekt auszuführen.
Da es jedoch schwierig ist, die Positionierung solcher chirurgischer
Werkzeuge oder Geräte
nur in Abhängigkeit
von der visuellen Information auszuführen, die von dem Chirurgen
von dem Bereich aus, wo die Operation vorgenommen wird, erhalten
werden kann, ist dann eine Untersuchung und/oder eine Studie über die
Verwendung eines Navigationssystems als Hilfe bei der Positionierung
der chirurgischen Werkzeuge durchgeführt worden. Somit wird in der
nachstehend angegebenen INTERNET-Information ein Laserpointer- bzw.
Laserzeigersystem vorgeschlagen, das ein Navigationssystem einsetzt,
das darin befindliche Laserstrahlen anwendet, wobei der Chirurg
die Positionierung des chirurgischen Werkzeugs auf der Grundlage
der Bahn der darauf vorliegend angezeigten Laserstrahlen korrekt
ausführen
kann, aber ohne einen Navigationsanzeigeschirm des Navigationssystems
zu sehen, wodurch er die chirurgische Operation durchführt.
- Orthopädie, Universität Osaka, „Development
of a Laser Guidance System",
[online], [recherchiert am 18. Februar 2003], INTERNET <URL: http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/ort/www/hip/laserpointing.html>
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Jedoch
ist, wenn die chirurgische Operation ausgeführt wird, während die Position durch den
Laserstrahl innerhalb eines chirurgischen Bereichs angezeigt wird,
der Laserstrahl durch einen Körperbereich
eines Patienten oder die chirurgischen Werkzeuge usw. manchmal versperrt
oder abgeschnitten, und in einem solchen Fall ist es notwendig,
die Position des Auslasses des Laserstrahls zu bewegen, so dass
der Laserstrahl während
der chirurgischen Operation nicht versperrt oder abgeschnitten ist.
In diesem Moment wird eine Positionsbeziehung zwischen einer Positionsanzeigeeinrichtung
des Emittierens des Laserstrahls und einer Positionsmesseinrichtung zum
Messen der Position des chirurgischen Felds verschoben; d. h., die
Koordinaten der beiden werden verschoben, daher ist es notwendig,
für jene
Koordinaten von beiden einen Kalibrierungsvorgang auszuführen, so
dass sie miteinander zusammenfallen. Auch ist es, wenn die Auslässe der
Laserstrahlen versehentlich oder nachlässigerweise bewegt werden,
in ähnlicher
Weise notwendig, den Kalibrierungsvorgang auszuführen. Jedoch kann ein solcher Rekalibrierungsvorgang
während
der chirurgischen Operation zu einem Zeitaufwand führen.
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US 6 187 018 beschreibt
eine Selbstpositionierungsvorrichtung für medizinische Diagnoseabbildungs-
und chirurgische Techniken. Es wird eine Erfassungseinheit für ein bildgeführtes Chirurgiesystem bereitgestellt.
Sie beinhaltet einen verstellbaren Ständer mit mehreren Empfängern, die
so daran angebracht sind, dass eine Erfassungseinheit ein definiertes
endliches Sichtfeld hat, in der sie Strahlungsenergie erfasst. Weiterhin
beinhaltet sie zumindest eine Strahlungsenergiequelle, die an dem
verstellbaren Ständer
in fester Beziehung zu den Empfängern angebracht
ist. Die Quelle projiziert Strahlungsenergie in einem Muster, um
eine Stelle des definierten Sichtfelds zu markieren.
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US 6 447 503 offenbart einen
Hautablationslaser. Es wird ein gepulster Laser zur Hautablation eingesetzt.
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US 5 954 648 offenbart ein
bildgeführtes
Chirurgiesystem. Es umfasst ein Positionsdetektionssystem, das mit
einem Indikatorsystem versehen ist, das ein Gebiet zeigt, für das das
Positionserfassungssystem empfindlich ist. Vorzugsweise beinhaltet
eine Kameraeinheit des Positionsdetektionssystems einen Halbleiterlaser,
der in der Mitte des Operationsgebiets einen Lichtfleck erzeugt.
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US 2001/0034530 offenbart
ein Chirurgiesystem mit zumindest einem intelligenten Instrument, einem
Computersystem und einem Sensorsystem. Das Sensorsystem ist angepasst,
um die Position des zumindest einen intelligenten Instruments drahtlos
zu messen und Positionsinformation an das Computersystem zu übertragen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, die erreicht wird, indem die derartigen Nachteile der
vorstehend angegebenen konventionellen Technik berücksichtigt
werden, ist eine Aufgabe die Bereitstellung einer Positionsmessvorrichtung,
die es ermöglicht,
auf einen solchen Kalibrierungsvorgang nach der Bewegung der Positionsanzeigeeinrichtung,
insbesondere im Navigationssystem, zu verzichten, die eine Position
und eine Richtung des Werkzeugs anzeigen kann.
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Zur
Lösung
der Aufgabe, wie vorstehend angegeben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine
Positionsmessvorrichtung bereitgestellt, mit: einer Positionsanzeigeeinrichtung
zum Anzeigen einer Position und einer Richtung eines chirurgischen Werkzeugs;
und einer Einrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Position
zur Messung einer Position und einer Richtung eines chirurgischen
Bereichs und ebenso der Position und der Richtung des Werkzeugs,
wobei die Positionsanzeigeeinrichtung und die Einrichtung zum Messen
einer dreidimensionalen Position fest sind, sodass die relative
Positionsbeziehung zwischen ihnen konstant ist, wobei die Positionsanzeigeeinrichtung
zwei Laserstrahlemissionseinrichtungen aufweist zum Emittieren sich
kreuzender Laserstrahlen jeweils in ebenenartiger Weise auf einen
chirurgischen Bereich zu in der Weise, dass die Richtung für das chirurgische
Werkzeug in Form einer Schnittlinie gegeben ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER MEHREREN
ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:
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1 eine
Ansicht zur Darstellung eines Navigationssystems in Form eines Diagramms,
einschließlich
einer Positionsmessvorrichtung darin, im Zustand der Verwendung
ist;
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2 eine
Aufbauansicht des Navigationssystems ist;
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3 ein
Blockdiagramm einer CPU-Einheit ist, die bei dem in der oben genannten 2 gezeigten
System zu verwenden ist;
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4 eine
Diagrammansicht einer Laserstrahlemissionseinrichtung ist, die bei
dem in der oben genannten 2 gezeigten
System zu verwenden ist;
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5 eine
Ansicht zur Erläuterung
eines Kalibrierungsvorgangs der Laserstrahlemissionseinrichtung
ist;
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6 ein
Flussdiagramm zur Darstellung der Schritte der Verwendung des Navigationssystems
ist;
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7 eine
Ansicht eines Beispiels eines Anzeigeschirms nach Abschluss eines
Registrierungsvorgangs im Navigatorsystem ist;
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8 eine
Ansicht eines Beispiels des Anzeigeschirms ist, wo eine Spitze und
eine Richtung eines chirurgischen Werkzeugs auf dem Navigationssystem
angezeigt werden; und
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9(a) und 9(b) Ansichten
zum Erläutern
von Schritten zur Positionierung des chirurgischen Werkzeugs sind
und in denen insbesondere; 9(a) den
Zustand zeigt, in dem der Laserstrahl emittiert wird, um eine Position
anzuzeigen, an der das chirurgische Instrument ansetzen sollte,
und 9(b) den Zustand zeigt, in dem
das chirurgische Werkzeug angesetzt wird, während es an die Anzeige des
Laserstrahls angepasst wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Nachstehend
wird eine Positionsmessvorrichtung als eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständig erläutert. 1 ist eine
Ansicht zur Darstellung des Gesamtaufbaus eines Navigationssystems
in Form eines Diagramms, der in diesem die Positionsmessvorrichtung
anwendet, wobei er darin eine Positionsanzeigefunktion beinhaltet.
Dieses Navigationssystem ist hauptsächlich mit einer Positionsmessvorrichtung 1 und
einer Steuereinheit 2 aufgebaut.
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Die
vorliegende Ausführungsform
zeigt einen Fall, in dem die Positionsmessvorrichtung 1 einen
Infrarotmarkierer 4 misst, der an ei nem bei der chirurgischen
Operation zu verwendenden Operationswerkzeug 3 angebracht
ist, und führt
das chirurgische (oder Operations-)Werkzeug 3 durch die
Emission eines Laserstrahls in einem chirurgischen Bereich (oder
einem Operationsbereich) 5, wodurch die chirurgische Operation
daran ausgeführt
wird. Jedoch wird in der vorliegenden Ausführungsform die Positionsmessvorrichtung
bei einer Operation zur Korrektur der Wirbelsäulenausrichtung, d. h. einer chirurgischen
Operation zur Korrektur oder Heilung der Ausrichtung des Rückgrats
bzw. der Wirbelknochen, eingesetzt, indem sie in vertikaler Richtung zum
Beispiel mittels einer Platte, einer Stange, einer Schraube oder
eines Drahts usw. aus Metall zur Heilung der Wirbelknochen, die
gebogen oder gekrümmt,
in ihrem Zustand instabil oder gebrochen sind, befestigt wird.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Navigationssystems
mit der Positionsmessvorrichtung 1 und der Steuereinheit 2 darin. Die
Positionsmessvorrichtung 1 umfasst eine Einrichtung 7 zum
Messen einer dreidimensionalen (3D-)Position, zwei (2) Stück Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b und
eine Basis 9, auf der die Einrichtung 7 zum Messen
einer 3D-Position und die Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b befestigt
sind. Diese Positionsmessvorrichtung 1 wird mittels eines
flexiblen Arms 10 gehalten, der frei in irgendeiner Position
und mit irgendeiner Richtung befestigt werden kann, und weiterhin
wird dieser flexible Arm 10 mittels eines Ständers 11 gehalten,
der mithilfe von Rädern
bzw. Rollen frei beweglich ist.
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Unter
Verwendung der auf diese Weise aufgebauten Positionsmessvorrichtung
ist es möglich, die
Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position und die Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b auf der
Basis 9 zu befestigen und sie dadurch zu bewegen und in
einer gewünschten
Position unter der Bedingung zu setzen, dass die relati ven Positionen
zwischen ihnen nicht verändert
werden. Weiterhin ist die Einrichtung 7 zum Messen einer
3D-Position ein Gerät
oder eine Vorrichtung, welches bzw. welche den Infrarotmarkierer 4 mittels
mehrerer Kameras misst, der Infrarot abstrahlt oder reflektiert
(siehe 1), wodurch er bzw. sie die 3D-Position des Infrarotmarkierers 4 misst.
Diese Einrichtung zur Messung der 3D-Position kann eine Positionsmesseinrichtung sein,
die einen PDS (positionsempfindlichen Detektor) usw. verwendet.
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Die
Steuereinheit 2 steuert das Navigationssystem. Die Steuereinheit 2 leitet
eine Operation des Navigationssystems und sie umfasst einen Monitor 12,
auf dem eine Navigationsinformation angezeigt wird, und eine Positionsmesseinrichtungs-Steuereinheit 13 zum
Steuern der Lichtabstrahlungszeiten des Infrarotmarkierers 4,
so dass die Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Information
dessen Position messen kann, und ebenso der Einrichtung 7 zum
Messen einer 3D-Position. Die Steuereinheit 2 umfasst weiterhin
eine Eingabesteuereinrichtung 14, mit der ein Fußschalter 18 verbunden
ist, der von einem Chirurgen zum Bedienen des Navigationssystems
während der
chirurgischen Operation zu verwenden ist, eine CPU-Einheit 15 zum
Ausführen
verschiedener Berechnungen als Kern des Navigationssystems, eine Tastatur
und eine Maus, die mit der CPU-Einheit 15 verbunden und
beim Eingeben von Daten und/oder bei der Betätigung des Navigationssystems
zu verwenden sind, eine Laserstrahlemissionseinrichtungs-Steuereinheit 16 zum
Steuern der Richtung der aus den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittierten
Laserstrahlen und eine Elektroleistungseinheit 17 zum Zuführen elektrischer
Leistung zu jeder der Einheiten innerhalb der Steuereinheit 2.
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Der
Aufbau der CPU-Einheit 15 als Kern der Steuereinheit 2 ist
in einem Blockdiagramm der 3 gezeigt.
Die CPU-Einheit 15 umfasst eine Eingabeeinheit 19 und
eine Ausgabeeinheit 20, eine DB(Daten bank)-Einheit 21 und
auch eine Recheneinheit 22. Die Eingabeeinheit 19 empfängt ein
von der Eingabesteuereinheit 14 und der Positionsmesseinrichtungs-Steuereinheit 13 eingegebenes
Signal und führt
dadurch die Rolle der Funktion des Übertragens desselben an die
Recheneinheit 22 aus.
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Die
Ausgabeeinheit 20 führt
die Funktionen aus; wie etwa des Anzeigens der von der Recheneinheit 22 auf
den Monitor 12 übertragenen
Information und auch des Übertragens
derselben an die Laserstrahlemissionseinrichtungs-Steuereinheit 16 als eine
Schnittstelle dazwischen. Die DB-Einheit 21 ist eine Speichereinrichtung,
die vorgesehen ist, um Programme zum Erreichen der Funktionen der CPU-Einheit 15,
Information bezüglich
eines Plans der Operation, der vor jener Operation eingegeben wurde,
und Log-Information zu enthalten, die alle von der Information sind,
welche durch den Eingabebereich während der chirurgischen Operation
eingegeben wurde.
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Der
Rechenbereich 22 rechnet Emissionswinkel der Laserstrahlen
auf der Basis der von der Positionsmesseinrichtungs-Steuereinheit 13 eingegebenen
Information und der Information bezüglich des Plans der Operation,
der vor jener Operation eingegeben wurde, aus, um dadurch die auf
einem Schirm angezeigte Navigationsinformation zu erzeugen, und
er führt
auch eine Berechnung zur Erstellung von Parametern aus, die an die
Laserstrahlemissionseinrichtungs-Steuereinheit 16 zu übertragen sind.
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Vor
dem Einsatz des Navigationssystems wird eine Kalibrierung an dem
Navigationssystem vorgenommen. Deren Details werden nachstehend erläutert. In
einem Kalibrierungsvorgang wird eine Korrespondenz in den Emissionspositionen
und Richtungen der aus den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittierten
Laserstrahlen zwischen den in dem Navigationssystem definierten
Koordinaten aufgebaut. 4 zeigt den Innenaufbau der
Laserstrahlemissionseinrichtung 8a oder 8b in Form
eines Diagramms. Die Laserstrahlemissionseinrichtung 8a oder 8b beinhaltet
einen Laserpointer bzw. -zeiger 23 zum Emittieren des Laserstrahls
und einen Galvano-Scanner 24 zum Drehen des aus dem Laserpointer 23 emittierten
Laserstrahls in die Horizontale und einen weiteren Galvano-Scanner 25 zum
Drehen desselben in die Vertikale.
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Es
wird angenommen, dass bei jedem der Galvano-Scanner 24 und 25 ein
Schwingzentrum oder Oszillationswinkel null (0) Grad im Winkel beträgt. Es wird
ebenfalls angenommen, dass ein Spiegelwinkel zu der Zeit, wenn dieser
Referenzwinkel beschrieben wird, wie etwa (0, 0), unter Verwendung von
Spiegelwinkeln der zwei (2) Stück
Galvano-Scanner 24 und 25. Ein Hindernis wird
innerhalb eines Laserstrahls positioniert, der emittiert wird, wenn
der Spiegelwinkel (0, 0) beträgt,
und es wird angenommen, dass die Position dieses Hindernisses „P1" ist.
Dann wird das Hindernis eher auf eine Seite der Laserstrahlquelle
als zur Position „P1" des
Hindernisses bewegt. Es wird angenommen, dass die Position des bewegten
Hindernisses „P2" ist.
Die Punkte „P1" und „P2" werden
jeweils mittels der Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position
gemessen. Damit ist es möglich,
einen Einheitsvektor „ex" der Emissionsrichtung
des Laserstrahls zu erhalten, wenn die (2) Stücke der Galvano-Scanner 24 und 25 in
ihren Spiegelwinkeln auf null (0) Grad sinken.
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Als
Nächstes
wird nur der Spiegel eines Galvano-Scanners 24 um einen
Winkel „α" aus dem Referenzwinkel
gedreht. Dieser Zustand ist (α,
0) im Spiegelwinkel. Unter dieser Bedingung wird das Hindernis innerhalb
eines emittierten Laserstrahls positioniert. Vorliegend wird angenommen,
dass die Position des Hindernisses „P3" ist. Der Punkt „P3",
an dem der emittierte Laserstrahl abgeschnitten wird, wird mittels
der Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position gemessen.
Damit ist es möglich,
einen Einheitsvektor „ex" in
der Richtung der Änderung
des emittierten Laserstrahls zu erhalten.
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In
gleicher Weise wird nur ein Spiegel des anderen Galvano-Scanners 25 um
einen Winkel „β" gedreht, während der
Spiegel des einen Galvano-Scanners 25 gehalten wird. Dieser
Zustand ist (0, β)
im Spiegelwinkel. Dann wird das Hindernis in den gedrehten Laserstrahl
bewegt. Es wird angenommen, dass die Position des gedrehten Hindernisses „P3" ist.
Der Punkt „P4",
an dem der emittierte Laserstrahl abgeschnitten wird, wird mittels
der Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position gemessen. Damit ist es möglich, einen
Einheitsvektor „ey" in
der Richtung des emittierten Laserstrahls zu erhalten, der durch Ändern des
Spiegelwinkels des anderen Galvano-Scanners 25 erhalten
wird.
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Unter
Verwendung dieser Einheitsvektoren „ex", ey" und „ez” und
der Koordinaten der Positionen „P1", „P2", „P3" und „P4" kann
die Position des Ursprungs „0" erhalten werden,
d. h. die Spiegelposition des Galvano-Scanners 25 ist äquivalent
der Setzpositionen der Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b.
Jedoch ist in 5 eine Auswurfposition durch „01" angezeigt,
die dem Laserstrahl äquivalent ist,
wenn der Galvano-Scanner 25 in seinem Spiegelwinkel null
(0) Grad ist. Ebenfalls ist eine Auswurfposition durch „04” angezeigt,
die äquivalent
dem Laserstrahl ist, wenn der Galvano-Scanner „β" in seinem Spiegelwinkel ist.
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Der
Kalibrierungsvorgang wird jeweils an den zwei (2) Stück Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b ausgeführt. Unter
Verwendung jener Parameter, die bezüglich der jeweiligen Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b erhalten
wurden, rechnet die Laserstrahlemissionseinrichtungs-Steuereinheit 16 die
Emissionsrichtung und die Position des Laserstrahls aus und überträgt die Steuerinfor mation
an die zwei (2) Stück
Laseremissionseinrichtungen 8a und 8b. Die Laserstrahlen
werden in die Umgebung des chirurgischen Bereichs emittiert und dadurch
werden die Position und die Richtung des chirurgischen Werkzeugs
in Form einer Schnittlinie der Laserstrahlen angezeigt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ändert sich
die relative Position zwischen den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b und
der Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position nicht, selbst
wenn die auf dem Ständer 11 gehaltene
Positionsmessvorrichtung 1 bewegt wird. Aus diesem Grund
ist zwischen jenen Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b und
der Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position kein Kalibrierungsvorgang notwendig. Das
Koordinatensystem der Positionsmessvorrichtung 1 weicht
jedoch von dem chirurgischen Bereich ab, da die Einrichtung 7 zum
Messen einer 3D-Position stets die Position und die Richtung des
an dem chirurgischen Bereich angebrachten Infrarotmarkierers zu
einer vorgegebenen Zeitdauer misst und daher wird ein Anpassungsvorgang
zwischen den Koordinaten des chirurgischen Bereichs und der Positionsmesseinrichtung 1 ausgeführt. Das
heißt,
die CPU-Einheit 15 in der Steuereinheit 2 rechnet
die Position des chirurgischen Bereichs aus der Position und der
Richtung des Infrarotmarkierers aus. Dementsprechend kann der Chirurg
die Positionsmessvorrichtung 1 frei und unbewusst bzw.
ohne darüber nachzudenken
in eine gewünschte
Position bewegen.
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Da
die relative Position zwischen den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b und
der Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position sich nicht ändert, selbst
wenn die Positionsmessvorrichtung 1 während der Operation, wie etwa
der chirurgischen Operation usw., bewegt wird, ist es daher ausreichend,
den oben angegebenen Kalibrierungsvorgang auszuführen, aber nur, wenn die Positionsmessvor richtung
zugeführt
und/oder wenn zum Beispiel eine regelmäßige Inspektion ausgeführt wird. Somit
sollte die Kalibrierung nicht jedes Mal, wenn eine chirurgische
Operation ausgeführt
oder die Positionsmessvorrichtung 1 bewegt wird, ausgeführt werden,
daher kann die Positionsmessvorrichtung leicht bedient werden.
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Nach
Abschluss des Kalibrierungsvorgangs beginnt der Chirurg mit den
Abläufen
der chirurgischen Operation. Die Abläufe des Verwendens des Navigationssystems
für den
Einsatz bei der chirurgischen Operation sind in 6 gezeigt.
Der Chirurg hat bereits die 3D-Daten der Wirbelknochen eines Patienten,
an dem die Operation durchgeführt
wird, im Voraus genommen, bevor er eine orthodontische Operation
für die
Wirbelknochenausrichtung, beispielsweise mittels einer MRI(Magnetresonanzabbildung)
und/oder eines CT(Computertomographie)-Scanners usw., durchführt. Dann
wird ein Plan der chirurgischen Operation auf der Basis der genommenen
3D-Daten der Wirbelknochen gemacht und es wird beschlossen, an welcher
Position das chirurgische Werkzeug am Patienten angesetzt werden
soll. Jene Daten werden im Voraus in die Steuereinheit 2 eingegeben.
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Der
Chirurg verlegt den Patienten, an dem die chirurgische Operation
vorgenommen wird, auf ein chirurgisches Bett bzw. eine Operationsliege,
wodurch er ihn darauf fixiert, und nimmt vor der chirurgischen Operation
ein Setzen an dem Patienten vor (S100). Der Chirurg bewegt die Positionsmessvorrichtung 1 in
eine geeignete Position, wodurch er das Setzen der Messvorrichtung 1 ausführt (S101).
Der Infrarotmarkierer wird an den Wirbelknochen des Patienten angebracht,
an dem die chirurgische Operation vorgenommen wird, und dadurch
wird es ermöglicht,
die Position der Wirbelknochen des Patienten unter Verwendung der
Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position zu identifizieren oder zu überprüfen (S102).
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Dann
wird ein Registrierungsvorgang ausgeführt (S103), und zwar zum Zweck
des Koordinierens oder Einstellens zwischen der durch Erfassen des
an den Wirbelknochen angebrachten Infrarotmarkierers ermittelten
Positionsinformation und einem auf den 3D-Daten der Wirbelknochen
basierendem Modell (nachstehend als „Wirbelknochenmodell" bezeichnet) als
einem chirurgischen Bereich, die im Voraus mittels des CT-Scanners
und/oder der MRI usw. genommen wurden. Auf der Basis der durch jenen
Registrierungsvorgang erhaltenen Information passt die CPU-Einheit 15 das
Wirbelknochenmodell an die Position der Wirbelknochen des Patienten
an, die tatsächlich
gemessen wird. Dann erzeugt die CPU-Einheit den Navigationsschirm,
der ihre Positionsbeziehungen anzeigt, und zeigt ihn auf dem Monitor 12 an (S104).
Die CPU-Einheit 15 zeigt einen Chirurgiebereich in dem
auf dem Monitor dargestellten Navigationsschirm auf der Basis der
Information des chirurgischen Operationsplans an, die bereits im
Voraus eingegeben wurde (S105). 7 zeigt
ein Beispiel des Navigationsschirms des chirurgischen Bereichs,
der auf dem Monitor 12 dargestellt ist.
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Der
Navigationsschirm 30 zeigt drei (3) Ansichten an; d. h.
eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Wirbelknochenmodells als
der chirurgische Bereich. Ein Operationsbereich 36 für die Betätigung des
Navigationsschirms ist auf der rechten Seite des Bildschirms angezeigt.
In 7 sind Positionsmesspunkte 33a–33c, 34a–34c und 35a–35c auf
den Wirbelknochen angezeigt, wie sie einander überlappen, die bei dem oben
angegebenen Registrierungsvorgang verwendet werden. Diejenigen mit
den gleichen Bezugsziffern, die aber mit verschiedenen Suffixen
versehen sind, zeigen die Ansichten derselben Positionsmesspunkte
an, die aus verschiedenen Winkeln gesehen werden, bzw. diejenigen
mit unterschiedlichen Bezugsziffern zeigen die verschiedenen Positionsmesspunkte
an. Ein Punkt 32a ist die Position, an dem das chirurgische Werkzeug
nach Maßgabe
des Plans angesetzt werden sollte. Eine gestrichelte Linie 31a ist
eine Hilfslinie zur Angabe der Richtung des Ansetzens des chirurgischen
Werkzeugs nach Maßgabe
des Plans.
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Der
Chirurg bewegt das chirurgische Werkzeug bis in die Nähe des chirurgischen
Bereichs des Patienten. In diesem Fall wird auf dem Navigationsschirm
auf dem Monitor 12 die Spitze des chirurgischen Werkzeugs
mit seiner Position und Richtung angezeigt, die durch den an dem
chirurgischen Werkzeug angebrachten Infrarotmarkierer mittels der
Einrichtung 7 zum Messen einer 3D-Position erfasst werden
(siehe 7). 8 ist ein weiterer Navigationsschirm 30' und in dieser 8 sind
weitere ausgezogene Linie 38a und 37a überlappend
auf den drei (3) Ansichten des Wirbelknochenmodells auf dem Navigationsschirm 30 angezeigt,
der in der oben angegebenen 7 gezeigt
ist, welche die Position 38a der Spitze des chirurgischen
Werkzeugs und die Richtung des chirurgischen Werkzeugs anzeigen. Aus
diesem in 8 gezeigten Schirm kann der
Chirurg die Position des chirurgischen Werkzeugs leicht überprüfen, indem
er sie nur auf dem Monitor überprüft.
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Die
CPU-Einheit 15 überträgt Emissionsparameter
der Laserstrahlen an die Laserstrahlemissionseinrichtungs-Steuereinheit 16.
Dann werden die Laserstrahlen in der ebenenartigen Weise von den an
zwei (2) Stellen befindlichen Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittiert
(S106). Eine Schnittlinie wird mit den in der ebenenartigen Weise aus
den an zwei (2) Stellen befindlichen Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittierten
Laserstrahlen gebildet, und diese Schnittlinie fällt mit der gestrichelten Linie 31a zusammen,
die auf dem Navigationsschirm 30 als die Richtung des Ansetzens
des chirurgischen Werkzeugs nach Maßgabe des Plans angezeigt ist.
Ein Schnittpunkt, der mit zwei (2) Linien gebildet wird, die von
zwei (2) Laserstrahlen auf dem chirurgischen Bereich gezogen werden,
fällt mit
der Position 32a zusammen, an der das chirurgische Werkzeug
nach Maßgabe
des Plans angesetzt werden soll.
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Der
Chirurg führt
tatsächlich
die Positionierung des chirurgischen Werkzeugs aus (S107). Ein Verfahren
zum Positionieren des chirurgischen Werkzeugs wird unter Bezugnahme
auf eine in den 9(a) und 9(b) gezeigte
Diagrammansicht erläutert.
Darin ist ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Handbohrer als das chirurgische
Werkzeug eingesetzt wird. An einem Innenabschnitt der Zähne des Handbohrers 3 ist
eine weißfarbene
Buchse 40 zur Verwendung ihrer Positionierung zu dem Zweck
angebracht, den Laserstrahl leicht zu unterscheiden/auszumachen.
Auf der Buchse 40 sind Linien 41 zu mehreren parallel
zur Drehachse des Handbohrers 3 gezogen.
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9(a) zeigt eine Stufe kurz vor dem Einsatz des
Handbohrers 3. Das heißt,
es ist der Zustand, in dem die Laserstrahlen emittiert werden, wodurch
sie die Position anzeigen, wo der Handbohrer 3 angesetzt
werden sollte. In dieser Stufe wird auf dem chirurgischen Feld 5 des
Patienten ein Schnitt 42 gezeigt, der durch Kreuzen der
in der ebenenartigen Weise aus den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittierten
Laserstrahlen gebildet wird. Jener Schnittpunkt 42 ist
die Position, an der der Bohrer 3 tatsächlich angesetzt werden sollte.
Der Chirurg bringt den anzusetzenden Handbohrer 3 an dessen
Spitze auf den Schnittpunkt, während
er einen Griff des Handbohrers 3 und eine Greifstange 43 hält, die
provisorisch an der Buchse 40 angebracht ist.
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9(b) zeigt den Zustand, in dem der Handbohrer 3 auf
einen von den Laserstrahlen angezeigten Punkt angesetzt wird. Wenn
die Spitze des Handbohrers 3 und der Schnittpunkt 42 an
dessen Position angepasst wird, wird ein Ort oder eine Bahn 44 der
zwei (2) Stück
Laserstrahlen auf die Buchse 40 des Handbohrers 3 mittels
der in der ebenenartigen Weise aus den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittierten
Laserstrahlen projiziert. Der Chirurg bestimmt die Richtung des
Handbohrers 3, so dass die Bahn 44 der zwei (2)
Stück Laserstrahlen
parallel zu den Linien 41 wird, die auf der Buchse parallel
zu der Drehachse des Handbohrers 3 gezogen sind. Mit solchen
Schritten, wie sie vorstehend angegeben sind, ist es möglich, den
Handbohrer 3 als das chirurgische Werkzeug auf die Position
und die Richtung des Ziels anzupassen. Es ist ebenfalls möglich, dass
der Chirurg die chirurgische Operation durchführt, während er das auf den chirurgischen
Bereich angesetzte chirurgische Werkzeug und auch den eigentlichen
chirurgischen Bereich visuell mit den Augen, aber ohne sie auf dem
Monitor 12 zu sehen, überprüft.
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Der
Chirurg geht mit der chirurgischen Operation nach Maßgabe des
chirurgischen Operationsplans vor, der im Voraus eingegeben wurde.
In diesem Fall ändert
er den Navigationsschirm, indem er den Fußschalter 18 mit dem
Fuß niederdrückt. Alle Monitordaten,
wie etwa die während
einer Reihe chirurgischer Operationen gemessene Positionsinformation
usw., sind in dem DB-Bereich der CP-Einheit 15 gespeichert
(S108). Jedoch wird die Positionsmessvorrichtung 1 in einem
Fall, wenn die aus den Laserstrahlemissionseinrichtungen 8a und 8b emittierten
Laserstrahlen durch den chirurgischen Bereich des Patienten und/oder
die chirurgischen Werkzeuge usw. versperrt oder abgeschnitten werden, und
auch, wenn sie den Chirurgen stört,
in eine gewünschte
Position bewegt und dort gesetzt.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist,
wenn die Positionsmessvorrichtung zufällig in die Position bewegt
wird, kein Kalibrierungsvorgang notwendig; daher kann die chirurgische
Operation ohne Unterbrechung durchgeführt werden. Auch kann sich,
da die Zielposition und die Bewegungsrichtung des chirurgischen
Werkzeugs unter Verwendung der Laserstrahlemissionseinrichtungen
angezeigt werden, der Chirurg daher auf die vor ihm liegende chirurgische
Operation konzentrieren, ohne den Navigationsschirm zu beobachten,
wodurch es ermöglicht wird,
zu verhindern, dass sich das chirurgische Werkzeug in seiner Position
verschiebt. Dementsprechend ist es möglich, die Belastung des Chirurgen während der
chirurgischen Operation zu verringern.
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In
der oben angegebenen Ausführungsform ist
es, obwohl die Positionsmessvorrichtung mit dem Ständer vom
beweglichen Typ und dem beweglichen Typ der Steuereinheit usw. aufgebaut
ist, jedoch auch möglich,
die Positionsmessvorrichtung mittels eines flexiblen Arms oder dergleichen,
der an einer Decke befestigt ist, zu halten, oder die Positionsmessvorrichtung
zusammen mit den Laserstrahlemissionseinrichtungen und der Einrichtung
zum Messen einer 3D-Position
in dasselbe Gehäuse
einzubauen. Auch kann, obwohl die Positionsmessvorrichtung bei der
chirurgischen Operation in der oben angegebenen vorliegenden Ausführungsform
eingesetzt wird, sie jedoch auf verschiedenen anderen Gebieten als der
chirurgischen Operation, wie etwa im Bauwesen, bei Herstellungsprozessen
industrieller Produkte usw., eingesetzt werden.
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Gemäß der vorstehend
angegebenen vorliegenden Ausführungsform
ist, da die relative Positionsbeziehung zwischen der Positionsanzeigevorrichtung
und der Positionsmesseinrichtung konstant oder unverändert ist,
selbst wenn die Positionsmessvorrichtung während der chirurgischen Operation
bewegt wird, daher kein Kalibrierungsvorgang notwendig, und die
Positionsmessvorrichtung kann frei in eine gewünschte Position bewegt werden.
Dementsprechend ist es möglich,
die chirurgische Operation insbesondere in einem Fall zu unterstützen, wenn
die Positionsmessvorrichtung bei der chirurgischen Operation angewendet
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein,
ohne von dem wesentlichen Merkmal oder dessen Eigenschaften abzuweichen.
Die vorliegenden Ausführungsformen) ist/sind
daher in jeglicher Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu
betrachten, wobei der Umfang der Erfindung eher durch die beigefügten Ansprüche als
durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird, und der Gleichwertigkeitsbereich der
Ansprüche
soll daher darin umfasst sein.