JP2012515584A - 外科用参照ユニット、外科用器具、及び外科用ナビゲーションシステム - Google Patents

Abstract

外科用ナビゲーションシステムのための外科用参照ユニットであって、この参照ユニットの空間位置及び／又は配向が前記ナビゲーションシステムによって決定可能であり、この参照ユニットが、基礎体と、前記基礎体上に配置された少なくとも１つのマーカ要素とを含み、前記マーカ要素の空間位置が前記ナビゲーションシステムにより決定可能である、外科用参照ユニットを、その取扱いが簡素化され、その使用中に起こり得る誤差が排除されるように改良するため、前記少なくとも１つのマーカ要素が前記基礎体上に可動に装着されること、この参照ユニットが、外科用器具又はインプラント上に設けられた第２界接装置と接続位置で係合するように構成される第１界接装置を含むこと、及び、相互作用する前記第１及び第２界接装置に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素が所定のマーカ要素位置へと可動であること、が提案される。改良された外科用器具及び改良された外科用ナビゲーションシステムも提案される。

Description

本発明は、外科用ナビゲーションシステムのための外科用参照ユニットであって、該参照ユニットの空間位置及び／又は配向が前記ナビゲーションシステムによって決定可能であり、該参照ユニットが、基礎体と、前記基礎体上に配置された少なくとも１つのマーカ要素とを含み、前記マーカ要素の空間位置が前記ナビゲーションシステムにより決定可能である、外科用参照ユニットに関する。

本発明は更に、外科用ナビゲーションシステムのための外科用参照ユニットを備えた外科用器具又はインプラントであって、前記参照ユニットの空間位置及び／又は配向が前記ナビゲーションシステムにより決定可能であり、前記参照ユニットが、基礎体と、前記基礎体上に配置された少なくとも１つのマーカ要素とを含み、前記マーカ要素の空間位置が前記ナビゲーションシステムにより決定可能である、外科用器具又はインプラントに関する。

本発明は又、少なくとも１つの参照ユニットと、前記参照ユニットの空間位置及び／又は配向を検出するための少なくとも１つの検出装置とを備えた外科用ナビゲーションシステムであって、前記参照ユニットが、基礎体と、前記基礎体上に配置された少なくとも１つのマーカ要素とを含み、前記マーカ要素の空間位置が該ナビゲーションシステムにより決定可能である、外科用ナビゲーションシステムに関する。

冒頭に記載されている種類の外科用参照ユニットは、例えばUS 2006/0173264 A1、WO 02/01148 A2、及びEP 1 498 688 A1に記載されている。これらの外科用参照ユニットは通常、特に複数のマーカ要素が設けられる場合に、マーカ要素間の相対位置が変化し得ないように構成される。換言すれば、参照ユニットのマーカ要素により指定された幾何学形状又はマーカ要素幾何学形状は変化し得ない。参照ユニットは異なる器具又はインプラントに通常は接続され得ることから、参照ユニットへの接続後、使用する前にそれぞれの器具又はインプラントの較正を実行して、参照ユニットの、それぞれの器具又はインプラントへの決まった割当てを確立し、この情報をナビゲーションシステムに送信しなければならない。

このような手順は努力を伴い、参照ユニットに接続された器具又はインプラントを操作者が正しく選択しないと、所望の測定値、つまり、通常は手術室である空間における器具又はインプラントの位置及び／又は配向をナビゲーションシステムから獲得しないため、誤差をも受ける。

US 2006/0173264 A1 WO 02/01148 A2 US 2003/0225329 A1 US 2006/0173264 A1 US 2006/0149276 A1 US 2006/0100638 A1 US 2008/0010706 A1 US 2007/016009 A1 WO 2006/012491 A1 WO 2008/104548 A1 US 2005/113659 A1 EP 1 498 688 A1

従って、本発明の目的は、冒頭に記載されている種類の外科用参照ユニット、外科用器具、及び外科用ナビゲーションシステムを、その取扱いが簡素化され、その使用中に起こり得る誤差が排除されるように改良することである。

この目的は、本発明によれば、冒頭に記載されている種類の外科用参照ユニットにおいて、前記少なくとも１つのマーカ要素が前記基礎体上に可動に装着されること、該参照ユニットが、外科用器具又はインプラント上に設けられた第２界接装置と接続位置で係合するように構成される第１界接装置を含むこと、及び、相互作用する第１及び第２界接装置に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素が所定のマーカ要素位置へと可動であること、により達成される。

このような参照ユニットは、前記少なくとも１つのマーカ要素の所定のマーカ要素位置を、特別な前記界接装置を用いて自動で設定できるという、既知の参照ユニットに対する利点を有する。複数のマーカ要素が設けられている場合、任意のマーカ要素構成又は幾何学形状は、全て、前記第１界接装置により設定することができる。これらのマーカ要素構成又は幾何学形状は、例えば器具にはっきりと割当てることができ、又は、器具により前記第２界接装置によって指定することができる。これにより、本発明による前記参照ユニットに接続された前記器具又はインプラントの、従前必要とされていたような対応する参照又は較正が回避され、これにより誤差も排除される。従って、前記第１界接装置を用いれば、例えば、前記器具又はインプラント上の前記第２界接装置により指定されるコーディングを前記参照ユニットに自動で移行することができるため、前記ナビゲーションシステムでは、前記参照ユニットの前記マーカ要素の相対位置を評価することにより、一方で、器具又はインプラントの種類を自動で決定し、他方で、前記参照ユニットに接続された前記器具又はインプラントの、又はその特別な部品の、例えば器具の先端具又はインプラントのシャフトの位置及び／又は配向を自動で決定することが可能である。

前記参照ユニットが少なくとも２つのマーカ要素を含むと好都合である。少なくとも２つのマーカ要素を設けることにより、これらの間の相対位置を変化させ、この相対位置に従って、器具又はインプラントへの明確な割当てを確立することが可能である。

前記参照ユニットが、３つ、４つ、５つ、又は６つのマーカ要素を含むと特に有利である。マーカ要素の数が多くなればなるほど、前記ナビゲーションシステムによる、前記参照ユニットの位置又は配向の決定が正確なものとなる。前記手術室において、好ましくは、前記参照ユニットの前記位置及び／又は配向の最適な決定に３つのマーカ要素が必要となる。追加のマーカ要素を設けることにより、決定されるデータの冗長性を増すことができる。更に、前記マーカ要素間の間隔を増加することにより、前記参照ユニット又はその配向又は位置を決定する精度を達成することができる。

前記少なくとも１つのマーカ要素は、好ましくは、能動マーカ要素の形態をとる。能動マーカ要素を使用することは、特に、前記マーカ要素の汚損のリスクが増加した場合に利点がある。

前記能動マーカ要素が、電磁放射線又は超音波を送信するための送信ユニットを含むと好都合である。特に、能動マーカ要素が多少汚損された場合、このようなマーカ要素は、前記マーカ要素の位置がナビゲーションシステムにより決定可能となるように放射線を送信することもできる。

前記少なくとも１つのマーカ要素が受動マーカ要素の形態をとると、前記参照ユニットの製造費用を低減することができる。更に、受動マーカ要素には電源装置が不要である。

ナビゲーションシステムを用いて前記受動マーカ要素の空間位置を容易かつ安全に決定可能とするために、前記受動マーカ要素の表面が、電磁放射線又は超音波を反射する表面であると好都合である。この表面は、前記マーカ要素の内面又は外面とすることができる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記外科用参照ユニットが、外科用器具又はインプラント上に設けられる相応に構成された第２結合装置と結合するように構成される、前記基礎体を前記器具又は前記インプラントに解放自在に接続するための第１結合装置を含むことを実現することができる。このような結合装置は、前記参照ユニットを器具又はインプラントに機械的に固定すること、特に一時的に固定することに特に適している。

前記第１結合装置が、少なくとも１つの第１結合突起及び／又は少なくとも１つの第１結合凹部を含み、これらの第１結合突起及び／又は第１結合凹部が、前記第２結合装置の少なくとも１つの第２結合凹部及び／又は少なくとも１つの第２結合突起に対応するように構成されると、前記第１結合装置は特に容易に製造することができる。従って、前記少なくとも１つの第１結合突起及び／又は前記少なくとも１つの第１結合凹部は、力及び／又はポジティブロックにより、第２結合装置の対応する部品に容易に接続することができる。

前記参照ユニットが、前記第１界接装置が第２界接装置と結合されていないときに前記少なくとも１つのマーカ要素が占める初期位置から偏向したマーカ要素位置から前記初期位置へと前記少なくとも１つのマーカ要素を戻すためのリセット装置を含むと有利である。前記リセット装置を用いれば、特に、第２界接装置と結合されていない前記参照ユニットを規定の位置、つまり既に述べた前記初期位置に移行することが可能である。特に、前記初期位置は、前記参照ユニットを器具又はインプラントの第２界接装置に容易に接続できるように選択することができる。

前記リセット装置が、前記初期位置で付勢されている前記少なくとも１つのマーカ要素を保持する少なくとも１つのリセット部材を含むと、前記参照ユニットは前記初期位置において規定のやり方で容易に保持することができる。

前記少なくとも１つのマーカ要素は、好ましくは、前記リセット装置の作用に抗して、前記初期位置からマーカ要素偏向位置へと可動である。従って、前記リセット装置は、前記マーカ要素偏向位置で付勢されている前記少なくとも１つのマーカ要素も保持する。特に、前記参照ユニットが衝撃を受けたとき、前記リセット装置により、前記少なくとも１つのマーカ要素を前記規定のマーカ要素偏向位置へと再度戻すことも可能である。

本発明の好適な実施形態によれば、前記第１界接装置が、少なくとも１つの界接部材あって、前記少なくとも１つのマーカ要素と結合され、かつ、該界接部材に作動力が作用する結果、前記第１界接装置が第２界接装置と結合されていないときに前記少なくとも１つのマーカ要素が占める前記初期位置からマーカ要素偏向位置へと前記少なくとも１つのマーカ要素が可動であるよう、可動に装着され配置される界接部材を含むことを実現することができる。従って、前記少なくとも１つのマーカ要素への作動力を移行するために、前記界接部材は、特に、力を加えるための要素として使用することができる。

複数のマーカ要素を含む参照ユニットにおいて、各マーカ要素を個々に作動できるようにするために、各マーカ要素が、該マーカ要素に関連する自らの界接部材を有すると有利である。設けられている前記マーカ要素のサブセットのみが、マーカ要素に関連するそれ自身の界接部材を有することも考えられる。

前記界接部材が前記第１界接装置上で変位可能に装着されると、前記参照ユニットは特に簡単な構造になる。任意で又は別法として、枢動可能な配置も当然ながら考えられる。

前記界接部材が、前記リセット装置の作用に抗して、前記初期位置から界接部材偏向位置へと偏向可能であると有利である。これにより、前記界接部材を、前記リセット装置により前記界接部材偏向位置で付勢して保持することが可能になり、従って、前記界接部材に結合された前記少なくとも１つのマーカ要素を規定の位置で保持するが可能となる。

前記界接部材を容易かつ安全に作動できるようにするために、前記界接部材が、前記初期位置において前記基礎体から少なくとも部分的に突出する作動区域を含むと有利である。例えば、前記作動区域は、前記基礎体から、この基礎体に形成された陥没部へ突出することもできるため、前記作動区域は、前記基礎体により全体的に規定された外輪郭を越えて必ずしも突出していなくてもよいが、突出していてもよい。

更に、前記基礎体が基礎領域を含み、前記初期位置において、前記作動区域が前記基礎領域を越えて突出すると、前記参照ユニットの構造は簡素化される。例えば、前記基礎領域が平坦な構成であり、前記基礎体が例えば平坦な表面の領域に置かれている場合、前記作動区域は、必然的に作動し、その平坦な基礎領域を越えて突出しなくなるまで前記基礎体に押し込まれる。

前記初期位置から界接部材偏向位置へと及び／又はその逆へと前記界接部材の運動を案内するための界接部材案内装置が設けられると有利である。前記界接部材案内装置を用いれば、前記界接部材の運動を規定のやり方で案内することが可能である。

前記界接部材案内装置が、前記界接部材が可動に案内される案内スリーブを含み、前記初期位置において、前記界接部材の作動区域が前記案内スリーブを越えて少なくとも部分的に突出すると、前記界接部材案内装置を構築することが特に容易になる。任意で、前記初期位置において、前記界接部材の前記作動区域を前記案内スリーブにより完全に包囲することもできる。前記界接部材又はその作動区域を作動させるために、例えば、突起を前記案内スリーブに係合させ、前記界接部材を更に前記案内スリーブに押し込むことができる。

前記界接部材は、好ましくは、前記少なくとも１つのマーカ要素と力伝達部材により結合される。前記力伝達部材を用いれば、前記界接部材の前記作動区域に作用する作動力を前記少なくとも１つのマーカ要素へ移行することが可能である。特に、前記力伝達部材は、前記界接部材から前記少なくとも１つのマーカ要素へ押す力及び／又は引く力を移行するためのプッシュアンドプル部材の形態をとることができる。

有利には、前記参照ユニットの少なくとも２つの界接部材は、互いに独立して可動である。好ましくは、前記参照ユニットの全ての界接部材は、互いと無関係に可動である。より多くの界接部材が互いに独立して可動であるほど、より多くの別個であるが規定のマーカ要素幾何学形状を前記参照ユニットで指定することができる。

冒頭で説明されている目的は、本発明によれば、冒頭に記載されている種類の外科用器具又はインプラントに関して、前記少なくとも１つのマーカ要素が前記基礎体上に可動に装着されること、前記参照ユニットが、該外科用器具又はインプラント上に設けられた第２界接装置と接続位置で係合するように構成される第１界接装置を含むこと、及び、前記接続位置で相互作用する前記第１及び第２界接装置に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素が、前記第２界接装置により予め定められたマーカ要素位置へと可動であること、により達成される。

本発明によるこのような外科用器具又はインプラントは、本発明による既に述べた標準的な参照ユニットの１つを用いることで、特にマーカ要素幾何学形状のためのコーディングを含む前記第２界接装置の構成により、この参照ユニットを明確に識別してその空間位置及び／又は配向を前記ナビゲーションシステムにより決定することができるよう、決まったマーカ要素幾何学形状を前記器具又はインプラントに割当てることを可能にする。異なる器具に異なる第２界接装置が装備されると、前記第１及び第２界接装置が接続位置で相互作用するおかげで、決まったマーカ要素幾何学形状を１種類のみの参照ユニットを備えた各器具又はインプラントに、つまり自動で割当てることができる。選択された前記器具に前記参照ユニットを手動で割当て、前記参照ユニット又は前記器具の空間位置及び／又は配向を最初に決定するために前記器具の較正又は参照を行うことはもはや必要とされない。

前記参照ユニットが上で述べた前記参照ユニットのうちの１つであると、それも有利である。前記外科用器具は、本発明による前記参照ユニットの特別な実施形態と関連する上述の利点を特徴とする。

前記第２界接装置が、前記第１界接装置と相互作用するとき前記少なくとも１つのマーカ要素を前記所定のマーカ要素位置へと押しやる少なくとも１つのコーディング要素を含むと好都合である。従って、前記少なくとも１つのコーディング要素により、前記少なくとも１つのマーカ要素を所定のマーカ要素位置に押しやることが可能となる。従って、前記参照ユニットが複数のマーカ要素を有すると、前記少なくとも１つのコーディング要素によって、又は前記第２界接装置の複数のコーディング要素によって、マーカ要素幾何学形状を特定的に変化させ、前記マーカ要素幾何学形状の前記第２界接装置への決まった割当てを確立することができる。従って、所望の前記マーカ要素幾何学形状は、前記第１及び第２界接装置が相互作用することでのみ指定されるのであって、前記参照ユニットの製造中に指定されるのではない。これにより、原則として、基本的な１種類のみの参照ユニットで任意の数のマーカ要素幾何学形状を設定することが可能となる。前記マーカ要素幾何学形状は、前記第２界接装置によって容易にコーディングすることができる。従って、前記参照ユニットは前記器具又は前記インプラントによりコーディングすることができ、これにより、前記器具の初期又は開始参照の必要性が排除される。というのも、例えば、前記２つの界接装置の相互作用中に設定された前記マーカ要素幾何学形状に基づいて、器具又はインプラントの種類を自動ではっきりと決定することがもはや可能だからである。

前記参照ユニットにより指定可能な、考え得る全てのマーカ要素幾何学形状の選択的な使用を可及的に可能にするため、前記第２界接装置が、前記参照ユニット上に設けられたマーカ要素と少なくとも同数のコーディング要素を含むと好都合である。特に、前記第１及び第２界接装置が互いに係合して相互作用していると、前記少なくとも１つのマーカ要素がその初期位置から偏向しないようにコーディング要素を構成することもできる。

前記少なくとも１つのコーディング要素は、前記第１界接装置に含まれる界接部材が前記接続位置で係合可能な突起又は凹部の形態をとると有利である。これに関連して、係合可能とは、特に、前記少なくとも１つのコーディング要素と前記界接部材とが、相互作用するときに互いに単に触れている又はもたれていることをも意味する。力及び／又はポジティブロックによるその他の任意の係合は絶対的に必要ではないが、任意で可能である。

前記マーカ要素位置が、前記凹部の深さ又は前記突起の高さにより指定可能であると、マーカ要素幾何学形状は特に容易に設定することができる。従って、マーカ要素位置は、前記少なくとも１つのコーディング要素により、容易にかつ純粋に機械的に指定することができる。

第２界接装置が、前記少なくとも１つのコーディング要素を担持する第２基礎体を含むと、前記第２界接装置の構造は特に簡単になる。前記第２界接装置の更なる基礎体、並びに前記第１界接装置の基礎体は、全体として、前記少なくとも１つのマーカ要素又は前記少なくとも１つのコーディング要素のための支持体又は支持ユニットとしても理解されるべきである。

前記少なくとも１つのコーディング要素が前記第２界接装置上に不動に形成されると、前記界接装置の製造は更に簡素化される。従って、前記第２界接装置は特に一切の可動部品なしに構築することができる。

前記器具を前記参照ユニットに容易に接続できるようにするために、前記器具が、前記参照ユニット上に設けられる相応に構成された第１結合装置と結合するように構成される、前記基礎体を前記器具又はインプラントに解放自在に接続するための第２結合装置を含むと好都合である。

前記第２結合装置が、少なくとも１つの第２結合突起及び／又は少なくとも１つの第２結合凹部を含み、これらの第２結合突起及び／又は第２結合凹部が、前記第１結合装置の少なくとも１つの第１結合凹部及び／又は少なくとも１つの第１結合突起に対応するように構成されると好都合である。従って、結合位置又は接続位置において、特に、一方で前記器具又はインプラントと、他方で前記参照ユニットとの間の、力及び／又はポジティブロックによる接続を容易に行うことができる。

冒頭で説明されている目的は又、本発明によれば、冒頭に記載されている種類の外科用ナビゲーションシステムに関して、前記少なくとも１つのマーカ要素が前記基礎体上に可動に装着されること、前記参照ユニットが、外科用器具又はインプラント上に設けられた第２界接装置と接続位置で係合するように構成される第１界接装置を含むこと、及び、相互作用する前記第１及び第２界接装置に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素が所定のマーカ要素位置へと可動であること、により達成される。

前記器具、インプラント、及び参照ユニットの特別な構成、並びに前記ナビゲーションシステムの適合された機能性及び設計により、器具又はインプラントの位置及び／又は配向の決定が、そして同時に、更にインプラント又は器具の種類の決定もが、前記ナビゲーションシステムによって、つまり自動で可能になるため、このような外科用ナビゲーションシステムは、前記手術室での作業を促進する。この外科用ナビゲーションシステムは、好ましくは、第２界接装置を備えた利用可能な全ての器具及びインプラント並びにそれらのコーディングのデータベースを含む。その結果、それぞれの前記器具又はインプラントへの接続後、前記器具自体又は少なくともその種類を、また前記インプラントについても、前記外科用ナビゲーションシステムにより前記参照ユニットの前記マーカ要素の特定の空間配置から自動で決定することができる。本発明による解決法の結果として、前記参照ユニットの特定のマーカ要素幾何学形状をインプラント又は器具へ手動で割当てることはもはや必要でない。

前記外科用ナビゲーションシステムは、好都合には、上で述べた前記外科用参照ユニットを１つ以上含む。前記外科用ナビゲーションシステムは、全体として、前記参照ユニットの好適な実施形態に関連して既に記載された利点も有する。

前記外科用ナビゲーションシステムが上で述べた前記外科用器具を１つ以上含むと、それも好都合である。前記外科用ナビゲーションシステムは、前記器具の好適な実施形態に関連して既に記載された利点を有する。

前記外科用ナビゲーションシステムは、好ましくは、上で述べた種類の器具を２つ以上含み、これらの器具は、前記参照ユニットの前記少なくとも１つのマーカ要素を別個に位置決めするためのコーディングされた別個の第２界接装置を有する。このような器具が上述の前記参照ユニットの１つに接続されると、前記マーカ要素の幾何学形状、即ち特に互いに対するそれらの位置が特定的なやり方で変化するため、前記ナビゲーションシステムは、前記参照ユニットに接続された前記器具又はインプラントを、前記参照ユニットの前記マーカ要素の前記位置の決定から、例えばデータベースに保存されたマーカ要素幾何学形状と比較することにより、自動で識別することができる。

より詳細に説明するため、本発明の好適な実施形態を図面と関連させつつ記載する。

外科用ナビゲーションシステムの概略全体図。 図１において器具に固定されている外科用参照ユニットの部分側断面図。 図２で矢印Ａの方向から見た参照ユニットの図。 外科用参照ユニットの第１実施形態の部分断面図。 外科用参照ユニットの第２実施形態の図４に対応する図。

図１は、全体として参照コード１０で表されている外科用ナビゲーションシステムを示しており、この外科用ナビゲーションシステムは、以下に記載されているその他の全ての装置及び部品と共に、全体として外科用システムを形成する。外科用ナビゲーションシステムは、データ処理装置として役立つコンピュータ１２により制御される送受信局１４を含む。送受信局１４は、可視領域と赤外領域の両方にある電磁放射線、又は超音波を送受信するための複数の送受信ユニット１６を含み、これらの電磁放射線及び超音波は参照要素１８により送信され、又は反射される。外科用システム及び／又はナビゲーションシステム１０は更に、スクリーン２０の形態の表示装置と、キーボード２２の形態の入力装置とを含む。外科用システム又はナビゲーションシステム１０の効率を増すために、その他の計算ユニット２４が、コンピュータ１２と相互作用することができる。ナビゲーションシステム１０が最適に機能することを確実にするために、好ましくは、空間的に互いから分離している２つの送受信ユニット１６が設けられる。一方で３つ以上とすることもできよう。

図１に示すような参照ユニットを形成する参照要素１８は先行技術から知られている。参照要素は、少なくとも３つの受動的又は能動マーカ要素を含む。受動マーカ要素は、送受信ユニット１６により送信される電磁放射線又は超音波を遅延させて反射し、又は放射をもするのに適している。対照的に、能動マーカ要素２６は、電磁放射線自体を、選択的には超音波をも発生させ送信することができ、この電磁放射線及び超音波は送受信ユニット１６により受信することができる。能動マーカ要素２６のみを使用する場合、送受信ユニット１６の代わりに、純粋な受信ユニットを設けておくことも可能である。

参照要素１８は、受動マーカ要素の形態のマーカ要素２６が上に不動に保持されている十字形の支持体２８を含む。参照要素１８は、インプラント上、例えば図１に示す骨ねじ３０上、又は外科用器具３２上に配置することができる。

外科手術で使用する参照要素１８が同一の構造である場合、ナビゲーションシステム１０がそれらの参照要素を自動で区別することは不可能である。従って、参照要素１８を使用する外科手術を実施する前に初期位置決定が必要となり、この初期位置決定は手動で実行されねばならない。そのようにするには、初期化すべき参照要素１８を通常、較正器具を使用して、この目的で設けられた地点にて触知する。この較正器具の空間位置及び配向が既知となる。この初期化処理を実施する結果として、較正器具の場所及び／又は配向情報が、いわば、参照要素１８に移行されるか、又は参照要素に割当てられる。

例えば外科用器具３２の位置及び／又は配向を決定するために、参照要素１８の代わりに、本発明による参照ユニット３４を使用することも可能である。参照ユニットは、少なくとも１つのマーカ要素３８、図１〜図３に示す実施形態では合計４つのマーカ要素３８が上に配置されている基礎体３６又は支持体を含む。２つ、３つ、または更に５つ以上のマーカ要素３８を設けておくことも考えられる。マーカ要素３８は、基礎体３６上に可動に装着されている。マーカ要素３８を基礎体３６上で可動に装着することは、原則として全てのマーカ要素３８について同一であるので、以下では、１つのマーカ要素を例示によって記載する。

略円筒形の基礎体３６の平坦な基礎領域に対して垂直に延びる孔４２に、細長いスリーブ４４が装着される。スリーブ４４は、基礎領域４０で終端する端部４６と、基礎領域４０から離れる方を向く、基礎体３６のほぼ半球型の端面又は上側４８から突出する第２端部５０とを含む。スリーブ４４は上側４８を越え、その全長の半分を多少越えて突出する。端部５０へと方向付けられている端部区域５２は、孔４２により規定される長手方向軸５６に対してほぼ３５°の角度５４を含む長手方向軸５３を規定している。

電磁放射線及び／又は超音波を反射する被覆がその外側表面上に設けられている球体の形態の受動マーカ要素３８は、参照ユニット５８が初期位置にあるとき、端部５０から始まってスリーブ４４へとほぼ完全に進入する円筒形の案内体５８に取り付けられている。

図４に示す初期位置において、スリーブ４４内を向く案内体５８の平坦面６０は、スリーブ４４の内側断面を充填してスリーブの内部でスリーブ４４の端部４６とほぼ同じところまで延びている充填材料６４の、スリーブ４４から外を向く輪状端面６２にもたれている。充填材料６４内ではチャネル６６が形成され、湾曲スリーブ４４の中心線と同軸に形成されているチャネル６６内で変位可能となるように特定の弾力性を有する棒形の力伝達部材６８が案内される。チャネル６６の直径は、スリーブ４４の内径の僅か約６分の１である。

力伝達部材６８は、端部５０を向くその端部で、案内体５８より小さい直径の円筒形区域７０に接続されている。区域７０の他端は、端面６０に不動に固定されている。

力伝達部材６８の、端部４６の方向を向く端部は、第１円筒形区域７４を含む界接部材７２に接続されており、第１円筒形区域がスリーブ４４の端部４６の領域で変位可能に案内されるように区域７４の外径はスリーブ４４の内径に適合している。従って、スリーブ４４は、界接部材案内装置の少なくとも一部を形成する。第２円筒形作動区域７６は、基礎領域４０を越えて突出するその端面７８に区域７４と同軸に取り付けられ、図２に示すように、参照ユニット３４が初期位置においてスリーブ４４の端部４６から完全に延びている。リセット装置８０を形成する螺旋ねじの形態のリセット部材８２の一部は、一方で、端部４６の方向を向く充填材料６４の輪状表面８４上で支持され、力伝達部材６８を包囲している。螺旋ばねの他端は、区域７４の端面８６上で支持され、端面８６は、輪状表面８４の方向を向く。力伝達部材６８は端面８６にしっかりと接続されている。

記載されている配置のため、充填材料６４に向かう方向で長手方向軸５６と平行に界接部材７２の作動区域７６に作用することにより、マーカ要素３８を端部５０から離れるように長手方向軸５３と平行に移動させることができる。これによって、リセット部材８２が圧縮されるので、リセット装置８０の作用に抗したマーカ要素３８の運動が生じる。力が加えられていないとき、リセット部材８２は、界接部材７２を初期位置に押しやり、界接部材が初期位置から外れていたなら初期位置に戻し、界接部材７２に接続されたマーカ要素３８をも、力伝達部材６８によって初期位置に戻す。

参照ユニット３４の界接部材７２は、全体で第１界接装置８８を形成する。このことにより、参照ユニット３４の全てのマーカ要素３８を互いと無関係に移動させ、異なるマーカ要素位置にすることが可能になる。マーカ要素位置は特に、第２界接装置９０により事前定義することができる。この第２界接装置は、器具３２又はインプラント３０に永久にかつしっかりと接続することができ、又はこれらの器具又はインプラントに解放自在に接続することができる。解放自在に接続できるようにしておけば、器具３２又は器具３０に、異なる第２界接装置９０を選択的に装備することが可能になる。

第２界接装置９０は、略平坦な円盤の形態の更なる基礎体９２を含む。この第２界接装置は、参照ユニット３４上のマーカ要素３８の数に応じて、異なる深さのめくら穴９６の形態のコーディング要素９４を含む。めくら穴９６は、界接部材７２がそれぞれのめくら穴９６に進入できるように配置されている。めくら穴が、界接部材７２により形成されている突起の高さほどの深さでない場合、界接部材の作動区域７６がコーディング要素９４の底部に衝突するが、界接部材７２は、めくら穴９６の深さに従ってリセット装置８０の作用に抗してスリーブ４４内に押しやられ、これによって、界接部材７２に結合されたマーカ要素３８は、端部５０から離れるように、つまり、界接部材７２が基礎領域４０を越えて、関連するめくら穴９６の深さよりも更に突出する程度まで移動する。

従って、決まったマーカ要素幾何学形状、即ち、参照ユニット３４のマーカ要素３８の、互いに対する空間位置は、めくら穴９６の対応する構造により規定することができる。逆に言えば、このようなマーカ要素幾何学形状がナビゲーションシステム１０のデータベースに保存されている場合、ナビゲーションシステム１０によりマーカ要素３８の位置を決定すれば、第２界接装置９０のコーディングを識別することが可能である。第２界接装置９０が特定の器具３２に割当てられている場合、第１及び第２界接装置８８及び９０が相互作用する結果として、ナビゲーションシステム１０は、参照ユニット３４の空間位置及び／又は配向だけでなく、同時に、第２界接装置９０によってコーディングされる器具３２をも決定することができる。従って、上述のような参照ユニット３４の初期較正、及び操作者による手動での器具３２への割当てはもはや不要になる。

基礎体３６を基礎体９２に安全に機械的接続するために、更に結合装置９８を設けることができ、結合装置９８は、参照ユニット３４上、例えば基礎体３６上に少なくとも１つの第１結合要素１００と、第２界接装置９０上、例えば基礎体９２上に第２結合要素１０２とを含む。第１結合要素１００及び第２結合要素１０２は、好ましくは、第１及び第２界接装置８８及び９０が接続位置のとき、結合要素１００及び１０２が力及び／又はポジティブロックにより互いに係合するように構築されている。第１結合要素１００は例えば、基礎体３６から突き出す突起の形態をとることができ、第２結合要素１０２は、第１結合要素１００に構造的に対応する凹部の形態をとることができ、又はその逆である。

図５に、界接部材７２からマーカ要素３８へ作動力を移行するための力伝達機構の多少の修正変形を示す。図４に示すような参照ユニット３４にも設けられている、修正構造の参照ユニット３４’の部品には、多少修正されている場合、同一の参照コードが「’」を付して与えられる。

上述のように、スリーブ４４’内には充填材料６４’が納められており、充填材料６４’は、力伝達部材６８が同様にして案内されかつスリーブ４４’の端部４６を向くその端部にて界接部材７２に接続されるチャネル６６’を規定する。一方、充填材料６４’は、参照ユニット３４内の充填材料６４が延びている端部５０ほど遠くまで延びていない。代わりに、リセット部材を形成する螺旋ばね１０６の端部がそれに取り付けられている、チャネル６６’を包囲する輪状端面１０４が形成される。区域７０を包囲する螺旋ばね１０６の他端は、案内体５８の端面６０にしっかりと接続されている。

作動区域７６がスリーブ４４’内の方向に押圧される場合、案内体５８はマーカ３８により、スリーブ４４の端部５０から更に多少押される。螺旋ばね１０６の自由端が充填材料６４’又は案内体５８にしっかりと接続されているので、螺旋ばね１０６は、参照ユニット３４内のリセット部材８２とは異なり、緊張を受け、圧縮を受けるのではない。それにもかかわらず、マーカ要素３８は、図５に示す初期位置から、リセット装置８０’の作用に抗して偏向される。界接部材７２にそれ以上作動力が加えられなければ、螺旋ばね１０６は、再度縮小し、マーカ要素３８をその初期位置へと元に移行する。

Claims (36)

1. 外科用ナビゲーションシステム（１０）のための外科用参照ユニット（３４）であって、
   該参照ユニット（３４）の空間位置及び／又は配向が前記ナビゲーションシステムによって決定可能であり、
   該参照ユニット（３４）が、基礎体（３６）と、前記基礎体（３６）上に配置された少なくとも１つのマーカ要素（３８）とを含み、
   前記マーカ要素の空間位置が前記ナビゲーションシステム（１０）により決定可能である、
   外科用参照ユニットにおいて、
   前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が前記基礎体（３６）上に可動に装着されること、
   該参照ユニット（３４）が、外科用器具（３２）又はインプラント（３０）上に設けられた第２界接装置（９０）と接続位置で係合するように構成される第１界接装置（８８）を含むこと、及び
   相互作用する前記第１及び第２界接装置（８８、９０）に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素（３８）が所定のマーカ要素位置へと可動であること、
   を特徴とする外科用参照ユニット。
2. 請求項１に記載の外科用参照ユニットであって、該参照ユニット（３４）が少なくとも２つのマーカ要素（３８）含むこと、を特徴とする外科用参照ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の外科用参照ユニットであって、該参照ユニット（３４）が、３つ、４つ、５つ、又は６つのマーカ要素（３８）を含むこと、を特徴とする外科用参照ユニット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が能動マーカ要素の形態をとること、を特徴とする外科用参照ユニット。
5. 請求項４に記載の外科用参照ユニットであって、前記能動マーカ要素（３８）が、電磁放射線又は超音波を送信するための送信ユニットを含むこと、を特徴とする外科用参照ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が受動マーカ要素（３８）の形態をとること、を特徴とする外科用参照ユニット。
7. 請求項６に記載の外科用参照ユニットであって、前記受動マーカ要素（３８）の表面が、電磁放射線又は超音波を反射する表面であること、を特徴とする外科用参照ユニット。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、外科用器具（３２）又はインプラント（３０）上に設けられる相応に構成された第２結合装置（１０２）と結合するように構成される、前記基礎体（３６）を前記器具（３２）又は前記インプラント（３０）に解放自在に接続するための第１結合装置（１００）を特徴とする外科用参照ユニット。
9. 請求項８に記載の外科用参照ユニットであって、前記第１結合装置（１００）が、少なくとも１つの第１結合突起及び／又は少なくとも１つの第１結合凹部を含み、該第１結合突起及び／又は第１結合凹部が、前記第２結合装置（１０２）の少なくとも１つの第２結合凹部及び／又は少なくとも１つの第２結合突起に対応するように構成されること、を特徴とする外科用参照ユニット。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記第１界接装置（８８）が第２界接装置（９０）と結合されていない時に前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が占める初期位置から偏向したマーカ要素位置から前記初期位置へと前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）を戻すためのリセット装置（８０）を特徴とする外科用参照ユニット。
11. 請求項１０に記載の外科用参照ユニットであって、前記リセット装置（８０）が、前記初期位置で付勢されている前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）を保持する少なくとも１つのリセット部材（８２）を含むこと、を特徴とする外科用参照ユニット。
12. 請求項１０又は１１に記載の外科用参照ユニットであって、前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が、前記リセット装置（８０）の作用に抗して、前記初期位置からマーカ要素偏向位置へと可動であること、を特徴とする外科用参照ユニット。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記第１界接装置（８８）が、少なくとも１つの界接部材（７２）であって、前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）と結合され、かつ、該界接部材（７２）に作動力が作用する結果、前記第１界接装置（８８）が第２界接装置（９０）と結合されていないときに前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が占める前記初期位置からマーカ要素偏向位置へと前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が可動であるよう、可動に装着され配置される界接部材（７２）を含むこと、を特徴とする外科用参照ユニット。
14. 請求項１３に記載の外科用参照ユニットであって、各マーカ要素（３８）が、該マーカ要素に関連する自らの界接部材（７２）を有すること、を特徴とする外科用参照ユニット。
15. 請求項１３又は１４に記載の外科用参照ユニットであって、前記界接部材（７２）が、前記第１界接装置（８８）上で変位するように装着されること、を特徴とする外科用参照ユニット。
16. 請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記界接部材（７２）が、前記リセット装置（８０）の作用に抗して、前記初期位置から界接部材偏向位置へと偏向可能であること、を特徴とする外科用参照ユニット。
17. 請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記界接部材（７２）が、前記初期位置において前記基礎体（３６）から少なくとも部分的に突出する作動区域（７６）を含むこと、を特徴とする外科用参照ユニット。
18. 請求項１７に記載の外科用参照ユニットであって、
    前記基礎体（３６）が基礎領域（４０）を有すること、及び
    前記初期位置において、前記作動区域（７６）が前記基礎領域（４０）を越えて突出すること、
    を特徴とする外科用参照ユニット。
19. 請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記初期位置から界接部材偏向位置へと及び／又はその逆へと前記界接部材（７２）の運動を案内するための界接部材案内装置（４４）を特徴とする外科用参照ユニット。
20. 請求項１９に記載の外科用参照ユニットであって、
    前記界接部材案内装置（４４）が、前記界接部材（７２）が可動に案内される案内スリーブ（４４）を含むこと、及び
    前記初期位置において、前記界接部材（７２）の作動区域（７６）が前記案内スリーブ（４４）を越えて少なくとも部分的に突出すること、
    を特徴とする外科用参照ユニット。
21. 請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、前記界接部材（７２）が、前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）と力伝達部材（６８）により結合されること、を特徴とする外科用参照ユニット。
22. 請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の外科用参照ユニットであって、該参照ユニット（３４）の前記界接部材（７２）のうちの少なくとも２つ、好ましくは全てが、互いに独立して可動であること、を特徴とする外科用参照ユニット。
23. 外科用ナビゲーションシステム（１０）のための外科用参照ユニット（３４）を備えた外科用器具（３２）であって、
    前記参照ユニット（３４）の空間位置及び／又は配向が前記ナビゲーションシステム（１０）によって決定可能であり、
    前記参照ユニット（３４）が、基礎体（３６）と、前記基礎体（３６）上に配置された少なくとも１つのマーカ要素（３８）とを含み、
    前記マーカ要素の空間位置が前記ナビゲーションシステム（１０）により決定可能である、
    外科用器具において、
    前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が前記基礎体（３６）上に可動に装着されること、
    前記参照ユニット（３４）が、該外科用器具（３２）上に設けられた第２界接装置（９０）と接続位置で係合するように構成される第１界接装置（８８）を含むこと、及び
    前記接続位置で相互作用する前記第１及び第２界接装置（８８、９０）に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素（３４）が、前記第２界接装置により予め定められたマーカ要素位置へと可動であること、
    を特徴とする外科用器具。
24. 請求項２３に記載の外科用器具であって、請求項２〜２２のいずれか１項に記載の参照ユニット（３４）を特徴とする外科用器具。
25. 請求項２３又は２４に記載の外科用器具であって、前記第２界接装置（９０）が、前記第１界接装置（８８）と相互作用すると前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）を前記所定のマーカ要素位置へと押しやる少なくとも１つのコーディング要素（９４）を含むこと、を特徴とする外科用器具。
26. 請求項２５に記載の外科用器具であって、前記第２界接装置（９０）が、前記参照ユニット（３４）上に設けられたマーカ要素（３８）と少なくとも同数のコーディング要素（９４）を含むこと、を特徴とする外科用器具。
27. 請求項２５又は２６に記載の外科用器具であって、前記少なくとも１つのコーディング要素（９４）が、前記第１界接装置（８８）に含まれる界接部材（７２）が前記接続位置で係合可能な突起又は凹部（９６）の形態をとること、を特徴とする外科用器具。
28. 請求項２７に記載の外科用器具であって、前記マーカ要素位置が、前記凹部（９６）の深さ又は前記突起の高さにより指定可能であること、を特徴とする外科用器具。
29. 請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の外科用器具であって、前記第２界接装置（９０）が、前記少なくとも１つのコーディング要素（９４）を担持する第２基礎体（９２）を含むこと、を特徴とする外科用器具。
30. 請求項２５〜２９のいずれか１項に記載の外科用器具であって、前記少なくとも１つのコーディング要素（９４）が前記第２界接装置（９０）上に不動に形成されること、を特徴とする外科用器具。
31. 請求項２３〜３０のいずれか１項に記載の外科用器具であって、前記参照ユニット（３４）上に設けられる相応に構成された第１結合装置（１００）と結合するように構成される、前記基礎体（３６）を該器具（３２）に解放自在に接続するための第２結合装置（１０２）を特徴とする外科用器具。
32. 請求項３１に記載の外科用器具であって、前記第２結合装置（１０２）が、少なくとも１つの第２結合突起及び／又は少なくとも１つの第２結合凹部を含み、該第２結合突起及び／又は第２結合凹部が、前記第１結合装置（１００）の少なくとも１つの第１結合凹部及び／又は少なくとも１つの第１結合突起に対応するように構成されること、を特徴とする外科用器具。
33. 少なくとも１つの参照ユニット（３４、３８）と、前記参照ユニット（１８、３４）の空間位置及び／又は配向を検出するための少なくとも１つの検出装置（１６）とを備えた外科用ナビゲーションシステム（１０）であって、
    前記参照ユニット（１８、３４）が、基礎体（２８、３６）と、前記基礎体（２８、３６）上に配置された少なくとも１つのマーカ要素（２６、３８）とを含み、
    前記マーカ要素の空間位置が該ナビゲーションシステム（１０）により決定可能である、
    外科用ナビゲーションシステムにおいて、
    前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）が前記基礎体（３６）上に可動に装着されること、
    前記参照ユニット（３４）が、外科用器具（３２）又はインプラント（３０）上に設けられた第２界接装置（９０）と接続位置で係合するように構成される第１界接装置（８８）を含むこと、及び
    相互作用する前記第１及び第２界接装置（８８、９０）に従い、前記少なくとも１つの第１マーカ要素（３８）が所定のマーカ要素位置へと可動であること、
    を特徴とする外科用ナビゲーションシステム。
34. 請求項３３に記載の外科用ナビゲーションシステムであって、請求項２〜２２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの外科用参照ユニット（３４）を特徴とする外科用ナビゲーションシステム。
35. 請求項３３又は３４に記載の外科用ナビゲーションシステムであって、請求項２３〜３２のいずれか１項に記載の少なくとも１つの外科用器具（３２）を特徴とする外科用ナビゲーションシステム。
36. 請求項３５に記載の外科用ナビゲーションシステムであって、請求項２３〜３２のいずれか１項に記載の２つ以上の器具（３２）であって、前記参照ユニット（３４）の前記少なくとも１つのマーカ要素（３８）を別個に位置決めするためのコーディングされた別個の第２界接装置（９０）を含む器具を特徴とする外科用ナビゲーションシステム。

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