JP2018533397A - 外科用標識要素、外科用参照ユニット、及び外科用ナビゲーションシステム - Google Patents

Abstract

電磁放射線に対して反射性であるように構成される、ナビゲーションシステムの参照ユニット用の標識要素、特に医療用又は外科用標識要素であって、前記参照ユニットの室内での位置及び／又は配向の判定が改良されるような仕方で改良するために、前記標識要素が多数の再帰反射性要素を含む層を含むことが提案される。
更に改良された参照ユニット、及び改良されたナビゲーションシステムが提案される。

Description

本発明は、電磁放射線に対して反射性であるように構成される、ナビゲーションシステムの参照ユニット用の標識要素、特に医療用又は外科用標識要素に関する。

本発明は、更に、少なくとも１つの外科用標識要素を有する、室内での位置及び／又は配向が外科用ナビゲーションシステムを用いて検出可能である参照ユニット、特に医療用又は外科用参照ユニットに関する。

本発明は、更に、少なくとも３つの標識要素を含む少なくとも１つの参照ユニットを有すると共に、前記参照ユニットの室内での位置及び／又は配向を検出するための少なくとも１つの検出装置を有するナビゲーションシステム、特に医療用又は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、少なくとも１つの外科用標識要素を含むナビゲーションシステムに関する。

外科用又は医療用標識要素、参照ユニット、及びナビゲーションシステムの形態の標識要素、参照ユニット、及びナビゲーションシステムが、例えばDE 10 2007 011 595 A1から知られている。特に特殊フィルムで被覆され、電磁放射線、特に赤外放射線に対して反射性である球体が、標識要素としてこれによって使用される。参照ユニットの室内での位置及び／又は配向を判定するために、ナビゲーションシステムを用いて三角測量の原理が現実化される。例えば、カメラの形態の２つの検出器の配向の角度測定値及び目盛に基づいて、参照ユニットからの三次元情報が算出される。これによって画像データにおいて参照ユニットの特質が識別され、これらの特質がマッピングされる。要件によっては、参照ユニットに人工信号を加え、これらの人工信号を測定することも知られている。例えばいわゆる能動的な標識要素とも表される自発光の標識要素により、測定されるべき参照ユニットの特質と手術室に存在する背景との間の特に良好な関係が達成される。

特殊フィルムでコーティングされる、知られている受動的な標識要素の問題としては、特にこれらの標識要素が拡散的にしか反射しないのであり、常にナビゲーションシステムにより送出される電磁放射線のごく一部しかこのナビゲーションシステムに返送されないということがある。特にこのことは、表面が反射性である場合に、直交する配向においてしか放射線が放射線源に後方反射されないことに起因している。

DE 10 2007 011 595 A1

従って、上述した種類の標識要素、参照ユニット、及びナビゲーションシステムを、前記参照ユニットの室内での位置及び／又は配向の判定が改良されるような仕方で改良することが本発明の目的である。

この目的は、本発明によれば上述した種類の標識要素において、この標識要素が、多数の再帰反射性要素を含む層を含むという点で達成される。

本発明により提案される解決策により、特に前記標識要素に衝突する電磁放射線が、ほぼ全て後方反射されること、即ち再帰反射されることが可能になる。従って前記電磁放射線は、この電磁放射線が前記標識要素に、特にその再帰反射性要素にそこから衝突する方向と略平行に後方反射される。更に全ての再帰反射性要素が、特に球体の形態に構成される場合に厳密に同じ直径を有することは必ずしも必要でない。このことは重要ではない。というのも、特に個々の各再帰反射性要素が入射光をやはり同じ方向に後方反射させるからである。これによって、後方反射は前記再帰反射性要素の寸法に依存しない。

前記再帰反射性要素が球体の形態に構成される場合、前記標識要素は特に単純なやり方で製造することができる。球体、特にガラス球は、大量にかつ高い再現可能性において製作することができる。前記球体により、入射光が入射方向と平行に後方反射される。

標識要素を、小さい直径で再帰反射性になるようにも設計できるようにするために、前記球体が約１０μｍ〜約５０μｍの範囲内の直径を有すると好ましい。特に、前記球体が約２０μｍの直径を有すると好ましい。

有利なことに、前記再帰反射性要素はガラス又はプラスチック材料から作られる。特に球体というものは、ガラス及びプラスチック材料から大量にかつ高い精度で作ることができる。

前記再帰反射性要素が作られる前記材料が、約１．５〜約２．５の範囲内の値、特に約１．９３の値の屈折率、又は、約２．５〜約３．４の範囲内の値、特に約２．９の値の屈折率を有すると特に好ましい。続いて提案するように、特に前記再帰反射性要素に保護層が設けられる場合、前記特定の範囲の屈折率の値が好ましい。この場合、前記保護層が存在するにもかかわらず所望の再帰反射を達成するために、前記再帰反射性要素の屈折率が前記コーティングの屈折率に合致すると有利である。

多数の前記再帰反射性要素の層が単一層として形成される場合、標識要素を特に費用効果的にかつ効率的に製造することができる。特に前記標識要素の外面に、単層の再帰反射性要素が完全に設けられると好ましい。このようにして、前記標識要素の表面全体が、入射する電磁放射線の最大可能な部分を、該電磁放射線が前記標識要素に衝突する方向に返送することができる。

最良可能な再帰反射を得るために、多数の前記再帰反射性要素に各々、電磁放射線に対して反射性であるコーティングが少なくとも部分的に設けられると有利である。例えばその裏面に特定のコーティングを備えたガラス製の再帰反射性要素が、ミラーと同様に、入射する電磁放射線を入射方向と平行に後方反射させることができる。その際、前記電磁放射線は、特に前記再帰反射性要素と前記コーティングとの間の境界層にて反射される。

前記標識要素は、前記コーティングが金属から形成される場合、特に単純なやり方で製造することができる。例えば前記コーティングは、蒸着により製造することができる。

前記金属が銀又はアルミニウムである場合、標識要素が特に良好な再帰反射特性を有する。特にアルミニウム製のコーティングであれば、単純かつ費用効果的なやり方で製造することができる。

前記標識要素の製造及び取扱いのために、前記標識要素が前記再帰反射性要素の層用の支持体を含むと有利である。一方で、前記支持体は、特に多数の前記再帰反射性要素を支承するように働く。他方で、前記支持体は特に前記再帰反射性要素用の保護層としても作用する。

好適には前記支持体は、電磁放射線に対して透過性である支持体材料から形成される。特に前記支持体材料が、液体及び／又は他の汚染物質の付着を、極力許容しないものであると好ましい。従って、前記標識要素の外面の一部をデブリが被覆する場合に、前記ナビゲーションシステムにとって実際には前記標識要素の一部しか「可視でない」ということを防止することができる。前記支持体材料が電磁放射線に対して透過性であることにより、特に前記参照ユニットのナビゲーション用に使用される前記電磁放射線は、前記支持体を極力制限なく通過して前記再帰反射性要素に到達することができ、これによって、電磁放射線は入射方向に又は入射方向と平行に、後方反射させることができる。

前記支持体材料がガラス又はプラスチック材料である場合、前記標識要素は特に単純かつ費用効果的なやり方で製造することができる。これらの材料は、特に電磁放射線に対して透過であるように構築することができる。プラスチック材料製の支持体材料を使用することは、特に例えば前記プラスチック材料が熱可塑性プラスチック材料である場合、前記再帰反射性要素の層を施した後に前記支持体の変形が依然として任意で可能であるという利点を有する。

好ましくは前記プラスチック材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である又はポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含有する。アクリルガラスとも表されるこのプラスチック材料は、電磁放射線に対して透過性である。更にこのプラスチック材料は、単純かつ費用効果的なやり方で製造することができる。前記再帰反射性要素を備えたＰＭＭＡ製の前記支持体のコーティングは、特に前記プラスチック材料が完全に硬化されないうちに行うことができるため、前記再帰反射性要素は支持体の表面上に付着させることができ又はこの再帰反射性要素を前記支持体内に部分的に埋め込むことさえできる。

本発明の別の好適な実施形態によれば、前記支持体材料が、前記再帰反射性要素の屈折率よりも小さい支持体材料屈折率を有することを実現することができる。このことにより、特に前記標識要素に衝突する電磁放射線は、前記支持体を貫通して前記再帰反射性要素に衝突することができる。

好適には、前記支持体材料屈折率は約１．３〜約１．７の範囲内の値を有する。特に前記支持体材料屈折率は、約１．５の値を有することができる。例えば、ＰＭＭＡの屈折率は約１．４９の値を有するのであり、前記プラスチック材料は支持体材料として実に適切である。

極力安定した標識要素を得るために、前記再帰反射性要素の層が前記支持体内に少なくとも部分的に埋め込まれると有利である。従って、前記再帰反射性要素の前記支持体との特に良好な付着を達成することができる。

前記反射性のコーティングが、前記支持体内に少なくとも部分的に埋め込まれる前記再帰反射性要素の層に施される場合、前記標識要素の製造は更に簡素化される。このことは、特に前記標識要素の製造中に、まず前記支持体に前記再帰反射性要素の層を提供し、その後初めて電磁放射線に対して反射性である前記コーティングを前記再帰反射性要素の層に塗布することにより、達成することができる。

標識要素は一般に、任意の形態を有することができる。特に前記再帰反射性要素の層が、平面的もしくは略平面的である、又は、楕円面もしくは球体面の断面を規定すると好ましい。従って、特に平面的、即ち平坦な標識要素を又は球体形の又は略球体形の標識要素をも、形成することができる。特に球体形の標識要素は、実際には室内での配向と無関係に、前記ナビゲーションシステムに対して略円形の観察面を常に示すという前記利点を有する。

好適には、前記標識要素は楕円形に又は球体形に又は略球体形に形成される。従って既に概略を述べたように、実際には前記参照ユニットの前記ナビゲーションにとって、前記標識要素が室内でどのように配向されるかということは重要ではない。前記ナビゲーションシステムには、このようにほぼ常に円形の面が見える。

本発明の別の好適な実施形態によれば、前記反射性のコーティングが、前記球体形の又は略球体形の標識要素の中心点に向かう方向を又はほぼ前記方向を向くことを実現することができる。このことは特に、前記支持体が、前記標識要素の中心点から離れる方を向き、従って前記再帰反射性要素を保護する外層又はコーティングを形成することを意味する。

特に、前記標識要素の外面が前記支持体により形成されると好ましい。従って前記支持体は、汚染物質から、特にさもなくば前記再帰反射性要素間の隙間内を通過して付着することのあるであろう汚染物質から、前記再帰反射性要素を保護することができる。

前記標識要素の製造のために、標識要素が２つ以上の部品で形成されると有利なことがある。特に標識要素は、２つ以上の標識要素部品から成ることができる。従って、例えば球体形の標識要素を、単純なやり方で製造することができる。

前記２つ以上の標識要素部品が、半殻の形態に又はほぼ半殻の形態に構成されると好ましい。従って特に、半殻の形態の２つの標識要素部品から成る球体形の標識要素を構築することができる。例えば、平面的又は半殻形の支持体を形成することができ、その内面が前記再帰反射性標識要素を備えてコーティングされる。その後、前記標識要素部品が、前記標識要素を形成するように組み立てられる。

好適には、前記再帰反射性のコーティングは楕円体の、又は球状の、又は略球状の空洞を画定する。従って、例えば非常に軽量の標識要素を形成することができる。特に、前記コーティングが電磁放射線に対して反射性であることに起因して、前記空洞を充填することは絶対に必要なことでなくなる。このコーティングは、前記空洞の中心点に向かう方向を向くことができる。

特に前記空洞を充填材料で充填することにより、前記標識要素の安定性を改良することができる。

前記充填材料がプラスチック材料である場合、前記標識要素は特に単純かつ費用効果的なやり方で製造することができる。特に前記プラスチック材料の場合、充填材料は滅菌可能な材料とすることができる。例えば前記充填材料は、既に前記空洞の形態又は形状に対応する形態に製造することができるのであり、特に前記標識要素が複数の標識要素部品を含む場合、これらの標識要素部品は前記充填材料上を摺動することができる。一方、前記標識要素部品を組み立てたと同時に初めて、前記充填材料を前記空洞内へと充填することもできる。

上で述べた目的は、更に本発明によれば、上述した種類の参照ユニットにおいて、前記少なくとも１つの標識要素が、上述した有利な標識要素のうちの１つの形態に構成されるという点で達成される。

本発明による標識要素を前記参照ユニットに装備することにより、特に前記参照ユニットの室内での可視性を改良することができ、これによって、前記ナビゲーションシステムによる、室内での位置及び／又は配向のより正確な判定が可能になる。

前記少なくとも１つの標識要素が上に配置又は形成される支持体を参照ユニットが含むと、前記参照ユニットの取扱性にとって好ましい。例えばここで、いずれの場合も１つの標識要素に着脱可能に接続するための連結装置を備えた従来の支持体を使用することができる。その際、前記標識要素は、例えば使い捨ての標識要素として形成することができるのであり、前記支持体は洗浄して滅菌後に再度使用することができる。当然ながら、前記標識要素は複数回使用するために処置可能であるように設計することもできる。その際、前提条件としては単に、前記標識要素が形成される前記材料が、特にアルカリ性洗浄剤に対して抵抗力をもち、少なくとも１つの過熱蒸気滅菌周期を受けることに耐えるということだけである。

更に本明細書において上で述べた目的は、本発明によれば本明細書において上で記載した種類のナビゲーションシステムにおいて、前記少なくとも１つの標識要素が、上述した前記有利な標識要素のうちの１つである及び／又は前記参照ユニットが、上述した有利な参照ユニットのうちの１つの形態に構成されるという点で達成される。

ナビゲーションシステムにこのような標識要素及び参照ユニットをそれぞれ装備することは、拡散的な反射性表面を備えた従来の標識要素と比較して、前記ナビゲーションシステムの検出装置による前記標識要素及び前記参照ユニットの可視性が著しく改良されるという利点を有する。

本発明の好適な実施形態の後続の記載は、図と合わせると、更に説明するように働く。

ナビゲーションシステムの略図。 そのうちの１つを断面図において示す４つの標識要素を備えた参照ユニットの斜視図。 球体上での再帰反射の基本原理の略図。 ＰＭＭＡから作られて再帰反射性要素の層が設けられた支持体を通るビーム路の略図。 中空球状形の保護外層の内壁面に再帰反射性要素の層が配置される中空球状形の標識要素の略図。 図５の標識要素を使用する際のビーム路の略図。 保護／支持外層を備えた２部品標識要素の略断面図。 図６と同様の、ただし図７に表すような標識要素の場合のビーム路の略図。 図５に表す球体形の標識要素により再帰反射される放射線の強度分布の略図。

例えば図１に、全体として参照符号１０を設けたナビゲーションシステムを表す。ナビゲーションシステムは、好適には３つの図に表す実施形態ではいずれの場合も４つの標識要素１４を含む、複数の参照ユニット１２を含む。

ナビゲーションシステム１０は、電磁放射線及び／又は超音波を発する及び受信するための送受信ユニット１６を含む。ナビゲーションシステム１０は、３つの送信器／受信器２０が上に配置される梁形の支持体１８を含み、梁形の支持体１８を用いて、電磁放射線及び超音波をそれぞれ発する及び／又は受信することができる。原則として、送信器／受信器２０を２つのみ設けることができよう。参照ユニット１２の位置の判定の精度を改良するために、その種類の３つ以上の送信器／受信器２０を設けることもできる。更に、ナビゲーションシステム１０は、図１に表す実施形態では、共に接続された３つのコンピュータ２４と、モニタ２６と、キーボード２８の形態の入力装置とを含むデータ処理システム２２を含む。参照ユニット１２の室内での位置及び／又は配向を判定するために、送受信ユニット１６により生成及び／又は受信される信号を、データ処理システム２２を用いて処理することができる。

参照ユニット１２は、特に例えば対応するアダプタ３０を用いて患者３２に固定できるような仕方で形成することができる。従って、特に第１参照要素１２がそれに固定される患者３２の身体の一部を、更なる参照ユニット１２がそれに固定される患者３２の別の身体の一部に対して移動させることにより、患者３２の関節位置及び関節中心を判定することができる。別法として、参照ユニット１２を外科用器具上又は道具上に、例えばこの外科用器具又は道具に適したアダプタ３０を使用することにより配置することもできる。

参照ユニット１２は、互いに対して略垂直に配置される４つの支持アーム３６を含む十字形の支持体３４を含む。４つの支持アーム３６は、特に異なる長さを有することができる。各支持アーム３６は、各々が支持体３４の平面４０から垂直に突出するピン形のアダプタ３８の形態の接続要素を支承する。各アダプタ３８には、掛止要素を形成する周方向環状溝４２が設けられる。環状溝４２は、アダプタ３８により規定される長手方向軸４４と同軸に配置され、アダプタ３８を約２：３の長さ比にある２つの部分に分割する。アダプタ３８の長い方の部分が、直接、支持体３４に接する。

図５に、標識要素１４のうちの１つの第１実施形態の構築を概略的に表す。この実施形態は、球状外殻の形態に構成された支持体９２を含む。この支持体９２は、中空のコア４６を包囲する。支持体９２には球状外殻の中心点５４に面する内側に、プラスチック材料製の又はガラス製の球体５０の形態の多数の再帰反射性要素４８が設けられる。

球体５０の外面には、部分的に電磁放射線に対して反射性であるコーティング５２が設けられる。コーティング５２は、各球体５０の外面の半分を被覆する。具体的には、球体５０の外面で、実質、中空のコアに接するその表面領域にのみ、コーティング５２が設けられるような仕方においてである。従ってコーティング５２を備えた球体５０は、コーティングされた半球面が、コア４６の中心点５４に向かう方向を向くような仕方で配置される。

再帰反射性要素４８は、支持体９２の内側に及び内面に、それぞれ膠又は接着剤を用いて直接装着することができる。これらの再帰反射性要素は、任意で支持体９２内に部分的に埋め込むこともできる。

図６に、標識要素１４に衝突する電磁放射線５６のビーム路を概略的に表す。ここでは、放射線が支持体９２に衝突すると同時に、光学的に薄い方の媒体から光学的に厚い方の媒体への移行が既に生じる。放射線５６は支持体９２に垂直に衝突しない場合、空気から支持体９２内に移行すると同時に垂線の方へ既に屈折される。

球体５０の屈折率は、好適には支持体９２がそれから製造される支持体材料の屈折率よりも大きくなるように選択される。例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）から支持体９２が形成される場合、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）の屈折率は約１．４９であり、球体５０の屈折率が約２．９であると有利である。このことは、球体５０を製造するにあたってプラスチック材料又はガラスを相応に選択することにより、達成することができる。屈折率のこの選択によって、光学的に薄い方の媒体、つまり支持体９２から、光学的に厚い方の媒体、つまり球体５０内への更なる移行が生じる。放射線５６は再度垂線の方へ屈折される。

各球体５０は、重層的に形成することができる又は材料混合物から成ることもできる。これらの実施形態により、特に球体５０の屈折率の個々の調整が可能になる。

放射線５６は、球体５０とコーティング５２との間の境界層にて反射される。更に、放射線５６は、球体５０を退出して支持体９２に入ると同時に及び支持体９２を退出して周囲空気中に入ると同時に、その方向をやはり変化させるのであり、やはり入射方向５８と平行にナビゲーションシステム１０の送信器／受信器２０に返送される。同様に考えると、この放射線は、この返送方向と平行に球体５０に衝突した。

図３に、図６のビーム路を球体５０に関して詳細に再度表す。支持体９２に垂直に衝突する放射線５６は、球体５０の接平面６２に関して入射角６０にて球体５０に衝突し、接平面６２に対して垂直に位置する面の法線６４の方へ屈折される。光学的に厚い方の媒体における反射角６６は、入射角６０よりも大きい。

放射線５６は、全体的に球体５０とコーティング５２との間の境界層上で反射される。ここでは入射角６８が、反射角７０と一致するのであり、反射が接平面７２に関して球体５０とコーティング５２との間の境界層にて生じることが当てはまる。

球体５０が完全に対称であるため、放射線５６は、やはり球体５０と支持体との間の境界面に、反射角６６と一致する反射角７４にて衝突する。放射線５６の球体５０からの退出点において接平面７６に対して垂直に走る面の法線７８に関して、放射線５６は球体５０を入射角８０にて退出する。入射角８０は、入射角６０に対応する。従って放射線５６の入射方向８２は、全体的に反射される放射線５６の反射方向８４と平行に走る。

図７に、全体として参照符号１４’で表される標識要素の第２実施形態を概略的に表す。図５に表す標識要素１４と同様であるが、再帰反射性要素４８及び４８’それぞれの間の寸法比は、標識要素１４及び１４’の大きさと一致しない。標識要素１４及び１４’は、例えば約１０ｍｍの直径を有することができ、再帰反射性要素４８及び４８’は、約２０μｍの直径を有することができる。このことにより、再帰反射性要素４８及び４８’それぞれの層８６及び８６’それぞれは、図に表されるよりも著しく多い球体５０及び５０’それぞれを含む結果となる。

標識要素１４’は、２つの部品において形成されるのであり、各々がほぼ半殻のように形成される第１標識要素部品８８’及び第２標識要素部品９０’を含む。各標識要素部品８８’は、電磁放射線に対して透過性である支持体９２’を含む。支持体９２’は、標識要素１４’の中心点５４’から離れる方を向く外面９４’を有する。従って表面９４’は、標識要素１４’から離れる方を向いて凸状に湾曲する。

球体５０’は、支持体９２’内に部分的に埋め込まれる。図７に表す標識要素１４’の実施形態では約半分だけ埋め込まれる。

再帰反射性要素４８’の層８６’は、単一層として形成され、中心点５４’の方向を向き、その面は支持体９２’から離れる方を向く。更に球体５０’には、電磁放射線に対して反射性であるコーティング５２’が設けられる。このコーティングは、半球体を規定する標識要素部品８８’及び９０’の内面を形成する。標識要素部品８８’及び９０’は、実質的に、接着層９６’を用いて互いに結合される。

任意で、コーティング５２’により画定される球状空洞９８’を充填材料で充填することができる。好適にはこの空洞は、アダプタ３８に対応する連結凹部１０２’が好適に形成される球体１００’の形状を形成する。

特に連結凹部１０２’にて、突出する掛止要素１０４’を設けることができる。掛止要素１０４’は、標識要素１４’がアダプタ３８に連結される際に環状溝４２内に係合する。

球体１００’は、好適には滅菌可能なプラスチック材料から形成される。特に標識要素部品８８’及び９０’は、例えば接着層によって球体１００’に実質的に結合される。

図８に、標識要素１４’に衝突する電磁放射線５６のビーム路を概略的に表す。これによって放射線が支持体９２’に衝突すると同時に、光学的に薄い方の媒体から光学的に厚い方の媒体への移行が既に生じる。

球体５０’の屈折率は、好適には支持体９２’がそれから製造される支持体材料の屈折率よりも大きくなるように選択される。例えばその屈折率が約１．４９であるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）から支持体９２’が作られる場合、球体５０’の屈折率が約２．９であると有利である。このことは、球体５０’を形成するためのプラスチック材料又はガラスを相応に選択することにより、達成することができる。

各球体５０’は、各球体５０と同じように複数の層において形成することができる又は材料混合物から成ることもできる。これらの実施形態により、特に球体５０及び５０’の屈折率の個々の調整が可能になる。

図４及び図８に認めることができるように、電磁放射線５６は、支持体９２’内に侵入すると同時に、支持体９２’の外面の面の法線１０６’に向かって屈折される。入射角１０８’は、光学的に厚い方の支持体９２’内の反射角１１０’よりも大きい。電磁放射線５６のビーム路は、支持体９２’から球体５０’内に移行すると同時に、図３に表すような光路にほぼ対応する。というのも、支持体９２’が球体５０’よりも光学的に薄い材料から製造される結果、ここでは、図３と合わせて記載した屈折の法則が類推により当てはまるからである。

支持体９２’は極力干渉のない再帰反射を可能にする。というのも、その際例えば脂肪又は水に起因する支持体９２’の外面の汚染が単に平行なずれしかもたらさず、標識要素１４’の可視性を従来の標識要素の場合のように大規模に中断させはしないからである。

標識要素部品８８及び９０’の製造は、再帰反射性要素４８’の層８６’を備えた平面的支持体９２’をまず提供することにより行うことができる。その後次のステップにおいて、例えば図７においてそれぞれ標識要素部品８８’及び９０’として断面で表すように、例えば埋め込み済み球体５０’がこのように設けられたアクリルガラス製の板を半中空球体に形成することができる。

図９に、標識要素１４及び１４’それぞれにより再帰反射された放射線の強度分布を、ナビゲーションシステム１０の送受信ユニット１６を用いて撮影された標識要素１４及び１４’それぞれの画像から生じるものとして、概略的に表す。放射線５６が標識要素１４及び１４’それぞれに入射すると同時に、再帰反射性要素４８及び４８’それぞれにより放射線５６の一部分しか再帰反射できないため、球体５０及び５０’それぞれ、ならびに支持体９２及び９２’それぞれの屈折率を考慮すれば、標識要素１４及び１４’それぞれの画像の外側領域では、著しく弱まった強度信号が生じる。例えば、放射線５６の非反射部分１１４を概略的に表す標識要素の上に点線で表示する。

全体的に見ると、標識要素１４及び１４’を用いれば、標識要素１４及び１４’がそれぞれ汚染されていない場合に標識要素１４及び１４’それぞれの中心点を最大値が示す強度又は濃淡値分布が得られる。このことは、記載した仕方で標識要素１４及び１４’それぞれを形成する際に、いずれの場合も球体５０及び５０’それぞれのほんの一部でさえ入射放射線を返送できることに起因している。

10 ナビゲーションシステム
12 参照ユニット
14 標識要素
16 送受信ユニット
18 支持体
20 送信器／受信器
22 データ処理システム
24 コンピュータ
26 モニタ
28 キーボード
30 アダプタ
32 患者
34 支持体
36 支持アーム
38 アダプタ
40 表面
42 環状溝
44 長手方向軸
46 コア
48, 48' 再帰反射性要素
50, 50' 球体
52, 52' コーティング
54, 54' 中心点
56 放射線
58, 58' 入射方向
60 入射角
62 接平面
64 面の法線
66 反射角
68 入射角
70 反射角
72 接平面
74 反射角
76 接平面
78 面の法線
80 入射角
82 入射方向
84 反射方向
86, 86' 層
88' 標識要素部品
90' 標識要素部品
92, 92' 支持体
94' 表面
96' 接着層
98' 空洞
100' 球体
102' 連結凹部
104' 掛止要素
106' 面の法線
108, 108' 入射角
110, 110' 反射角
112 強度分布
114 非反射部分

Claims (29)

1. 電磁放射線（５６）に対して反射性であるように構成される、ナビゲーションシステム（１０）の参照ユニット（１２）用の標識要素（１４；１４’）、特に医療用又は外科用標識要素（１４；１４’）であって、
   多数の再帰反射性要素（４８；４８’）を含む層（８６；８６’）を特徴とする標識要素。
2. 請求項１に記載の標識要素であって、前記再帰反射性要素（４８；４８’）が、球体（５０；５０’）の形状に構築されること、を特徴とする標識要素。
3. 請求項２に記載の標識要素であって、前記球体（５０；５０’）が、約１０μｍ〜約５０μｍの範囲内の直径、特に約２０μｍの直径を有すること、を特徴とする標識要素。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記再帰反射性要素（４８；４８’）が、ガラス又はプラスチック材料から作られること、を特徴とする標識要素。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記再帰反射性要素（４８；４８’）が作られる前記材料が、約１．５〜約２．５の範囲内の値、特に約１．９３の値の屈折率、又は、約２．５〜約３．４の範囲内の値、特に約２．９の値の屈折率を有すること、を特徴とする標識要素。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の標識要素であって、多数の前記再帰反射性要素（４８；４８’）の層（８６；８６’）が、単一層として形成されること、を特徴とする標識要素。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の標識要素であって、多数の前記再帰反射性要素（４８；４８’）が、各々、電磁放射線（５６）に対して反射性であるコーティング（５２；５２’）を少なくとも部分的に備えること、を特徴とする標識要素。
8. 請求項７に記載の標識要素であって、前記コーティング（５２；５２’）が、金属から、特に蒸着により形成されること、を特徴とする標識要素。
9. 請求項８に記載の標識要素であって、前記金属が、銀又はアルミニウムであること、を特徴とする標識要素。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記再帰反射性要素（４８；４８’）の層（８６；８６’）のための支持体（９２；９２’）を特徴とする標識要素。
11. 請求項１０に記載の標識要素であって、前記支持体（９２；９２’）が、電磁放射線（５６）に対して透過性である支持体材料から形成されること、を特徴とする標識要素。
12. 請求項１１に記載の標識要素であって、前記支持体材料が、ガラス又はプラスチック材料であること、を特徴とする標識要素。
13. 請求項１２に記載の標識要素であって、前記プラスチック材料が、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である、又はポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含有すること、を特徴とする標識要素。
14. 請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記支持体材料が、前記再帰反射性要素（４８；４８’）の屈折率よりも小さい支持体材料屈折率を有すること、を特徴とする標識要素。
15. 請求項１４に記載の標識要素であって、前記支持体材料屈折率が、約１．３〜約１．７の範囲内の値、特に約１．５の値を有すること、を特徴とする標識要素。
16. 請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記再帰反射性要素の層（８６；８６’）が、前記支持体（９２；９２’）内に少なくとも部分的に埋め込まれること、を特徴とする標識要素。
17. 請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記反射性のコーティング（５２’）が、前記支持体（９２’）内に少なくとも部分的に埋め込まれる前記再帰反射性要素（４８’）の層（８６’）に施されること、を特徴とする標識要素。
18. 請求項１〜１７のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記再帰反射性要素（４８；４８’）の層（８６；８６’）が、平面的もしくは略平面的である、又は、楕円面もしくは球体面の断面を規定すること、を特徴とする標識要素。
19. 請求項１〜１８のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記標識要素（１４；１４’）が、楕円形、又は球体形、又は略球体形であること、を特徴とする標識要素。
20. 請求項１９に記載の標識要素であって、前記反射性のコーティング（５２’）が、前記球体形の又は略球体形の標識要素（１４’）の中心点（５４’）に向かう方向を又はほぼ前記方向を向くこと、を特徴とする標識要素。
21. 請求項１０〜２０のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記標識要素（１４’）の外面が、前記支持体（９２’）により形成されること、を特徴とする標識要素。
22. 請求項１〜２１のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記標識要素（１４’）が、２つ以上の部品で、特に２つ以上の標識要素部品（８８’、９０’）から形成されること、を特徴とする標識要素。
23. 請求項２２に記載の標識要素であって、前記２つ以上の標識要素部品（８８’、９０’）が、半殻の形態に又はほぼ半殻の形状に構成されること、を特徴とする標識要素。
24. 請求項７〜２３のいずれか１項に記載の標識要素であって、前記反射性のコーティング（５２’）が、楕円体の、又は球状の、又は略球状の空洞（９８’）を画定すること、を特徴とする標識要素。
25. 請求項２４に記載の標識要素であって、前記空洞（９８’）が、充填材料で充填されること、を特徴とする標識要素。
26. 請求項２５に記載の標識要素であって、前記充填材料が、プラスチック材料、特に滅菌可能なプラスチック材料であること、を特徴とする標識要素。
27. 少なくとも１つの外科用標識要素（１４；１４’）を有する、室内での位置及び／又は配向が外科用ナビゲーションシステム（１０）を用いて検出可能である参照ユニット（１２）、特に医療用又は外科用参照ユニット（１２）において、
    前記少なくとも１つの標識要素（１４；１４’）が、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の標識要素（１４；１４’）の形態に構成されること、を特徴とする参照ユニット。
28. 請求項２７に記載の参照ユニット（１２）であって、前記少なくとも１つの標識要素（１４；１４’）が配置又は形成される支持体（１８）を特徴とする参照ユニット。
29. 少なくとも３つの標識要素（１４；１４’）を含む少なくとも１つの参照ユニット（１２）を有すると共に、前記参照ユニット（１２）の室内での位置及び／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）を有するナビゲーションシステム（１０）、特に医療用又は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（１２）が、少なくとも１つの外科用標識要素（１４；１４’）を含むナビゲーションシステムにおいて、
    少なくとも１つの標識要素（１４；１４’）が、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の標識要素（１４；１４’）であること、及び／又は
    前記参照ユニット（１２）が、請求項２７又は２８のいずれか１項に記載の参照ユニット（１２）の形態に設計されること、
    を特徴とするナビゲーションシステム。

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