DE102004032939A1

DE102004032939A1 - Anzeigevorrichtung für die Chirurgie und Verfahren zur Verwendung derselben

Info

Publication number: DE102004032939A1
Application number: DE102004032939A
Authority: DE
Inventors: Jose Luis Moctezuma De La Barrera; Donald W. Schoolcraft Malackowski
Original assignee: Stryker Corp
Current assignee: Stryker Corp
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2005-02-10
Also published as: US20050020909A1

Abstract

Eine Anzeigeeinheit zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem, beinhaltend einen Körper; einen Bildschirm, der in der Lage ist, Daten anzuzeigen; eine Kommunikationsverbindung, die in der Lage ist, Daten an das chirurgische Navigationssystem zu senden und von dem chirurgischen Navigationssystem zu empfangen; und eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Anzeigeeinheit an einem Körper eines chirurgischen Instruments, das bezüglich einer Anatomie eines Patienten manipulierbar ist, eine zum chirurgischen Instrument gehörende Verfolgungseinheit, die von dem chirurgischen Navigationssystem verfolgt werden kann; wobei der Bildschirm von dem chirurgischen Navigationssystem empfangene Informationen anzeigen kann. Ein Verfahren zur Verwendung der an dem chirurgischen Instrument befestigten Anzeigeeinheit wird ebenfalls offenbart.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Anzeigevorrichtungen zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem. Insbesondere betrifft diese Erfindung Anzeigevorrichtungen, welche in der Lage sind, dem Chirurgen unmittelbar Informationen zur Verfügung zu stellen, ohne dass dieser seinen Blick von dem Operationsfeld abwenden müsste.

In den vergangenen Jahren haben Chirurgen in zunehmendem Maß computerunterstützte chirurgische Navigationsvorrichtungen eingesetzt, um sie bei der Führung eines chirurgischen Instrumentes bezüglich der Anatomie eines Patienten zu unterstützen. Typische optische chirurgische Navigationssysteme und -vorrichtungen verwenden kleine Licht emittierende Dioden (LEDs) und Sensoren für diese LEDs, um die Lage eines chirurgischen Werkzeugs bezüglich der Anatomie eines Patienten zu ermitteln. Ein typisches chirurgisches Werkzeug, welches von dem chirurgischen Navigationssystem verfolgt werden kann, beinhaltet mehrere LEDs. Zusätzlich zu optisch basierten Systemen existieren magnetisch basierte Systeme, welche Magnete und magnetische Sensoren verwenden, inertial-basierte Systeme, welche die Erdanziehungskraft verwenden, Roboter-Systeme und Kombinationssysteme, welche einige oder sämtliche dieser Systemelemente verwenden, oder andere Verfolgungs-Systeme.

Typische optische chirurgische Navigationssysteme verwenden drei separat und beabstandet voneinander angeordnete Detektoren und zugehörige Computersoftware, um die Lage einer jeden der LEDs an einer chirurgischen Vorrichtung oder einem chirurgischen Instrument zu ermitteln. Bei diesen Systemen sind die LED-Lichtquellen klein im Verhältnis zu der Entfernung und zu dem Volumen des Raumes, und aus diesem Grund werden sie als Punktlichtquellen betrachtet. Typische LEDs emittieren Licht innerhalb des infraroten Spektrums. Es kann jedoch auch Licht bei anderen Wellenlängen verwendet werden, einschließlich Licht innerhalb des sichtbaren Spektrums. Wenn die LED-Punktquellen von mehreren Lichterfassungsvorrichtungen erfasst werden, kann die exakte x-, y- und z-Lage einer jeden LED an dem chirurgischen Instrument oder Werkzeug ermittelt werden. Die Ermittlung der Lage dieser LEDs für ein ordnungsgemäß kalibriertes Werkzeug gestattet es, sowohl die Lage des Werkzeugs als auch die Ausrichtung des Werkzeugs innerhalb eines dreidimensionalen chirurgischen Raumes oder Volumens zu ermitteln.

Das typische chirurgische Navigationssystem zeigt die Lage des verfolgten Werkzeugs oder Instruments auf einem Anzeigemonitor innerhalb der zu dem chirurgischen Navigationssystem gehörenden chirurgischen Arena an. Die typische Anzeige auf diesen Monitoren zeigt einen Bereich der Anatomie des Patienten basierend auf einem vor-chirurgischen Scan dieser Anatomie unter Verwendung wohl bekannter Vorrichtungen wie CT- oder MRI-Abtastsysteme. Die Anzeige zeigt auch eine Überlagerung der Lage und Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs und der Anatomie des Patienten an. Die Anzeige wird aktualisiert, wenn der Chirurg das Werkzeug bewegt. Während diese Anzeigen den Chirurgen beim Platrieren des Werkzeugs bezüglich einer geeigneten Lage und Ausrichtung unterstützen, erfordert die Lage dieser Anzeigen, dass der Chirurg während des chirurgischen Eingriffs seinen Blick von dem Operationsfeld weg und hin zum Monitor oder zu der Anzeigevorrichtung lenkt. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, eine Anzeigeeinheit zu haben, welche derart mit einem chirurgischen Instrument oder Werkzeug verknüpft ist, dass der Chirurg die auf der Anzeigeeinheit angezeigten Informationen auf einfache Weise sehen und verwenden kann, ohne dass das Erfordernis besteht, dass der Blick von dem Operationsfeld weg gelenkt wird.

Kurzer Abriss der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Anzeigeeinheit zur Verwendung mit einem chirurgischen Instrument, das in Bezug auf eine Anatomie eines Patienten manipulierbar ist, mit einem Körper eines chirurgischen Instruments und einer Verfolgungseinheit, welche zu dem chirurgischen Instrument gehörend ist und in der Lage ist, mit einem chirurgischen Navigationssystem zu kommunizieren. Die Anzeigeeinheit beinhaltet eine Kommunikationsverbindung, um mit dem chirurgischen Navigationssystem zu kommunizieren, einen Bildschirm, um von dem chirurgischen Navigationssystem empfangene Informationen anzuzeigen, und eine Befestigungsvorrichtung, um die Anzeigeeinheit an dem Körper des chirurgischen Instruments zu befestigen.

Eine zusätzliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Anzeigeeinheit zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem, welche einen Körper, einen Bildschirm, der in der Lage ist, Daten anzuzeigen, eine Verfolgungsein heit, welche zu dem Körper gehörend ist, der von dem chirurgischen Navigationssystem verfolgt werden kann, eine Kommunikationsverbindung, die in der Lage ist, Daten an das chirurgische Navigationssystem zu senden und von dem chirurgischen Navigationssystem zu empfangen, und eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Anzeigeeinheit an einem Körper eines chirurgischen Instruments, das bezüglich einer Anatomie eines Patienten manipulierbar ist, beinhaltet. Der Bildschirm dieser Anzeigeeinheit kann Informationen anzeigen, die sich auf die Lage des Instruments relativ zur Anatomie des Patienten beziehen.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein chirurgisches Werkzeug mit einem Körper eines chirurgischen Werkzeugs, einer Werkzeugspitze, einem Transceiver, der zu dem Werkzeugkörper gehörend ist und in der Lage ist, Daten an das chirurgische Navigationssystem zu senden und von dem chirurgischen Navigationssystem zu empfangen, eine zu dem Werkzeugkörper gehörende Anzeigeeinheit und eine zu dem Werkzeugkörper gehörende Verfolgungseinheit derart, dass das chirurgische Werkzeug von dem chirurgischen Navigationssystem verfolgt werden kann. Die Anzeigeeinheit weist einen Bildschirm auf, der in der Lage ist, die Lage der Werkzeugspitze relativ zu einer vorbestimmten Lage anzuzeigen.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Positionieren einer Werkzeugspitze eines chirurgischen Werkzeugs bezüglich einer vorbestimmten Position am Ort eines chirurgischen Eingriffs, umfassend die Schritte des anfänglichen Betrachtens der Position der Werkzeugspitze in Bezug auf die vorbestimmte Position auf einer an dem chirurgischen Werkzeug befestigten Anzeigeeinheit. Die Anzeigeeinheit empfängt Daten über die Lage der Spitze des chirurgischen Werkzeugs von einem chirurgischen Navigationssystem und führt die Werkzeugspitze an die vorbestimmte Position, während gleichzeitig sowohl die vorbestimmte Position als auch die Anzeigeeinheit einsehbar sind.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Positionieren einer chirurgischen Vorrichtung bezüglich einer Anatomie eines Patienten, umfassend die Schritte des Betrachtens von Informationen, welche die Lage des chirurgischen Instruments bezüglich der Anatomie des Patienten darstellen, auf einer an der chirurgischen Vorrichtung befestigten Anzeigeeinheit, wobei die Anzeigeeinheit Daten über die Lage der chirurgischen Vorrichtung und Daten über die Lage der Anatomie des Patienten von einem chirurgischen Navigationssystem empfängt. Das Verfahren umfasst auch den Schritt des Manipulierens der chirurgischen Vorrichtung bezüglich der Anatomie des Patienten unter Verwendung der auf der Anzeigeeinheit angezeigten Daten, während sowohl die Anatomie des Patienten als auch die Anzeigeeinheit eingesehen werden.

Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus einem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht eines chirurgischen Bohrers, der eine befestigte Anzeigeeinheit umfasst, die Verfolgungselemente beinhaltet;
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche den von der Anzeigeeinheit getrennten chirurgischen Bohrer zeigt;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten Anzeigeeinheit;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anzeigeeinheit von 2 von einer der 3 gegenüberliegenden Seite;
5 ist eine Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Anzeigeeinheit von 2;
6 ist eine schematische Ansicht der grafischen Anzeige auf der Anzeigeeinheit von 2, welche die Werkzeugspitzenposition auf der Anzeigevorrichtung zeigt, wenn sich das Werkzeug nicht in der vorbestimmten Lage befindet;
7 ist eine Ansicht ähnlich der von 6, welche die Anzeige darstellt, wenn die Werkzeugspitze sich in der vorbestimmten Lage befindet und welche ferner die Anzeige darstellt, wenn die Ausrichtung des Werkzeugs nicht der korrekten Ausrichtung entspricht;
8 ist eine Ansicht ähnlich der von 6, welche die Anzeige darstellt, wenn die Werkzeugspitze sich in der vorbestimmten Lage befindet und welche ferner die Anzeige darstellt, wenn die Ausrichtung des Werkzeugs der korrekten Ausrichtung entspricht;
9 ist eine Ansicht ähnlich der von 6, welche die Anzeige darstellt, wenn die Werkzeugspitze sich in der vorbestimmten Lage befindet und wenn die Ausrichtung des Werkzeugs der korrekten Ausrichtung entspricht, und welche eine weitere Anzeige darstellt, um die Tiefe anzugeben;
10 ist eine perspektivische Ansicht eines chirurgischen Bohrers mit einer am Bohrer mittels eines alternativen Befestigungsmittels befestigten Anzeigeeinheit;
11 ist ein Flussdiagramm, welches das Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine perspektivische Ansicht einer chirurgischen Säge mit einer an der Säge befestigten Anzeigeeinheit;
13 ist eine schematische Ansicht der grafischen Anzeige der Anzeigeeinheit von 12, welche die Anzeige darstellt, wenn das Sägeblatt sich nicht in der richtigen Lage befindet;
14 ist eine schematische Ansicht ähnlich der von 13, welche die Anzeige darstellt, wenn sich das Sägeblatt in der richtigen Lage, aber nicht in der richtigen Ausrichtung befindet;
15 ist eine schematische Ansicht ähnlich der von 13, welche die Anzeige darstellt, wenn das Sägeblatt sich sowohl in der richtigen Lage als auch in der richtigen Ausrichtung befindet;
16 ist eine schematische Darstellung eines chirurgischen Navigationssystems;
17 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung;
18 ist eine perspektivische Ansicht der Anzeigeeinheit von 17, welche die Rückseite zeigt;
19 ist eine Frontalansicht der Anzeigeeinheit von 17, welche ein Detail der Anzeige-LED-Matrix zeigt;
20 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung, welche an einem chirurgischen Bohrer befestigt dargestellt ist, der eine integrale Verfolgungsvorrichtung beinhaltet;
21 ist eine perspektivische Ansicht einer Biopsie-Nadelvorrichtung, an welcher eine Anzeigeeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befestigt ist;
22 ist eine weitere Ausführungsform der Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung, in einer Darstellung, in der sie an einem chirurgischen Bohrer befestigt ist;
23 ist eine weitere Ausführungsform der Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung in einer Darstellung, in der sie an einer externen Fixaktionsvorrichtung befestigt ist; und
24 ist eine Ansicht der externen Fixaktionsvorrichtung von 23, welche die Manipulation der externen Fixaktionsvorrichtung im Zusammenhang mit dem korrekten Ausrichten eines Knochens zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 und 2 zeigen ein elektrisches chirurgisches Handwerkzeug wie einen chirurgischen Bohrer 100 mit einem Werkzeugkörper 102, einem Werkzeughandgriff 104, einem Steuerschalter 106, einer Bohrfutter-Baugruppe 108 und einem Bohrer-Bit 110 mit einer Werkzeugspitze 112. Zu dem Werkzeugkörper 102 gehört ein Freigabeknopf 114 und zu dem Werkzeuggriff 104 gehört eine Batterieeinheit 116. Der Werkzeugkörper 102 weist ein distales Ende 118 auf.
Ebenfalls zu dem distalen Ende 118 des Werkzeugkörpers 102 gehört eine Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120. 1 zeigt die Verfolgungs- und Anzeigeinheit 120, wie sie an dem chirurgischen Bohrer 100 befestigt ist, während 2 eine Explosionsansicht zeigt, bei der die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 von dem distalen Ende 118 des Werkzeugkörpers 102 abgenommen ist. Die Verfolgungs- und Anzei geeinheit 120 besitzt einen Anzeigebildschirm 122, einen Einheitkörper 124 und eine Mehrzahl von LEDs 126, die auf der Oberfläche des Einheitkörpers 124 beabstandet voneinander angeordnet sind. Der Einheitkörper 124 umfasst ferner einen Transceiver 128, welcher in der Lage ist, unter Verwendung von Radio- oder Infrarotsignalen Daten an ein chirurgisches Navigationssystem 500, wie in 16 dargestellt, zu senden und Daten von dem chirurgischen Navigationssystem 500 zu empfangen. Ferner sind an dem Einheitkörper 124 unterhalb des Anzeigebildschirms 122 ein erster Funktionsknopf 130 und ein zweiter Funktionsknopf 132 angeordnet, deren Funktionsweise unten näher erläutert werden wird. Zwischen dem ersten Funktionsknopf 130 und dem zweiten Funktionsknopf 132 ist ein Statuslicht 134 angeordnet. Typischerweise leuchtet das Statuslicht 134 für eine kurze Zeitspanne auf, nachdem der erste oder der zweite Funktionsknopf 130 oder 132 gedrückt und gehalten wurde, um die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 einzuschalten. Auch kann das Statuslicht programmiert sein, um andere Statusänderungen anzuzeigen, beispielsweise indem es eine vorbestimmte Anzahl mal aufleuchtet, wenn eine bestimmte Funktion durchgeführt oder angefordert wurde.
Wie schematisch in den 1 bis 3 gezeigt, kann der Anzeigebildschirm 122 gleichzeitig verschiedene Anzeigeelemente anzeigen. Eine Werkzeugspitzenposition-Anzeige 136 kann ein einziges beleuchtetes Pixel oder eine LED sein, welche die Lage der Werkzeugspitze 112 bezüglich einer vorbestimmten Lage anzeigt. Eine Ausrichtungsanzeige 138 ist auf dem Anzeigebildschirm 122 ebenfalls dargestellt, und zwar als eine Reihe von vier voneinander beabstandeten LEDs oder Pixel in der Form eines Kreuzes. Diese vier voneinander beabstandeten LEDs umgeben eine mittige unbeleuchtete LED derart, dass die Ausrichtungsanzeige 138 die Werkzeugspitzenposition-Anzeige 136 umgeben kann. Andere Darstellungen der Werkzeugspitzen-Anzeige 136 und der Ausrichtungsanzeige 138 sind möglich, sofern die Darstellung die gewünschten Informationen auf wirksame Weise an den Benutzer übermittelt.
In Abhängigkeit von dem Typ und der Auflösung des Anzeigebildschirms 122 ist es möglich, dass die Anzeigeeinheit 120 die Lage- und Ausrichtungsinformationen in anderen Formaten anzeigen kann. Der Anzeigebildschirm 122 kann auch alle oder eine Untermenge der auf einem zu einem chirurgischen Navigationssystem 500, wie in 16 gezeigt, gehörenden Monitor 506 gezeigten Informationen darstellen. Zusätzlich ist es möglich, dass der Anzeigebildschirm 122 Informationen darstellen kann, welche von dem chirurgischen Instrument oder Werkzeug selbst abgeleitet wurden, wie beispielsweise die Art oder Identität des Gewebes, Knochens, die Geschwindigkeit oder das Drehmoment des Werkzeugs, und dergleichen. Diese Infor mationen können einige oder sämtliche der folgenden Informationen beinhalten: Lageinformationen; Ausrichtungsinformationen; gegenwärtige Lage eines Werkzeugs oder Instruments bezüglich der relevanten Anatomie des Patienten; biomechanische Informationen bezüglich der Anatomie, wie beispielsweise die mechanische Achse eines Glieds oder Gelenks; diagnostische Bilder wie beispielsweise vor-operative Scan-Informationen, intra-operative Scanbilder und dergleichen; virtuelle Darstellungen von Implantaten, Platten, Nägeln und dergleichen; Werkzeugparameter, wie beispielsweise die Temperatur an der Werkzeugspitze, das Drehmoment, die Drehgeschwindigkeit und andere ähnliche Informationen; und Benutzeranweisungen, Warnungen und dergleichen. Wenn die auf dem Anzeigebildschirm 122 dargestellten Informationen eine Untermenge der Informationen und Bilder, welche auf dem Monitor 506 dargestellt werden, sind, hat der Chirurg die Möglichkeit, die Ansicht auf dem Anzeigebildschirm 122 umzuschalten, um zusätzliche Informationen unter Verwendung eines der Funktionsknöpfe 120 oder 130 anzuzeigen, oder einen vorbestimmten Bereich des Anzeigebildschirms 122 in einem Modus eines berührungsempfindlichen Bildschirms zu berühren.
Der Anzeigebildschirm 122 kann von jeglicher geeigneten Anzeigevorrichtung gebildet sein, die in der Lage ist, eine Mehrzahl von einzelnen Pixeln darzustellen. Der Bildschirm könnte ein Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung-(LCD) Bildschirm sein oder er könnte eine Matrix von LEDs sein, wie beispielsweise eine 12 × 12-Matrix von LEDs. Der Anzeigebildschirm 122 kann in der Lage sein, eine einzige Farbe anzuzeigen, oder er kann mehrere Farben anzeigen, so dass die verschiedenen Farben dem Chirurgen zusätzliche Informationen angeben können. Für bestimmte chirurgische Eingriffe könnte die Anzeigeeinheit 120 auch ein Loch oder eine Öffnung durch die Anzeigeeinheit 120 aufweisen, um einem Führungsdraht oder einer ähnlichen Vorrichtung einen Durchtritt durch die Anzeigeeinheit 120 zu ermöglichen. Wie in den 2 und 4 dargestellt, wird die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 am distalen Ende 118 des Werkzeugkörpers 102 unter Verwendung einer Andock-Struktur 152 befestigt. Die Andock-Struktur 152 ist ausgebildet, um einen Andock-Stift 154 aufzunehmen und örtlich zu befestigen, welcher mittig auf der Rückseite 160 des Einheitkörpers 124 angeordnet ist. Der Andock-Stift 154 und die Andock-Struktur 152 sind derart geformt, dass dann, wenn die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 an dem distalen Ende 118 des Werkzeugkörpers 102 angelegt und nach vorne gedrückt wird, eine Mittenstange 162 des Andock-Stifts 154 in die Mitte der Andock-Struktur 152 eindringt und an der Mittenstange 162 befestigte Arme 164 in Rasten 166 passen, so dass die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 am distalen Ende 118 des chirurgischen Bohrers 100 fest ausgerichtet und örtlich fixiert wird. Zudem besitzt der An dock-Stift 154 eine ringförmige Nut 168, welche mit einem Verriegelungsmechanismus (nicht dargestellt) innerhalb der Andock-Struktur 152 zusammenwirkt. Der Freigabeknopf 114 deaktiviert diesen Verriegelungsmechanismus und gestattet eine Abnahme der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 von dem chirurgischen Bohrer 100. Obwohl nicht dargestellt, ist es möglich, auf der Rückseite 160 und am distalen Ende 118 eine elektrische Verbindungsvorrichtung vorzusehen, so dass die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 von der Batterieeinheit 116 mit Leistung versorgt werden kann. Bevorzugt ist es jedoch, dass die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 ihre eigene, abgeschlossene Leistungsversorgung aufweist und dass demgemäß eine Batterie (nicht dargestellt) in den Einheitskörper 124 durch eine Batterietür 170 eingeführt werden kann. Zusätzlich zu dem Andock-Stift 154 und der Andock-Struktur 152 kann jegliches geeignetes Verfahren zum Befestigen der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 am Werkzeugkörper 102 verwendet werden, wie beispielsweise eine Bajonett-Kupplung oder eine andere schnell-lösbare Kupplungsstruktur zum formschlüssigen Verriegeln. Zusätzlich kann die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 einstückig mit dem Werkzeugkörper 102 ausgebildet sein.
5 und 10 zeigen eine alternative Art zum Befestigen der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 auf dem chirurgischen Bohrer 100. Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform wird ein Andock-Stift 180 mit einem ähnlichen Aufbau wie der Andock-Stift 154, wie unter Bezugnahme auf die 2 und 4 erörtert, am Boden des Einheitskörpers 124 befestigt. Wie in 8 dargestellt, wird eine Befestigungsvorrichtung 182 am Bohrkörper 102 in der Nähe des distalen Endes 118 befestigt. Die Befestigungsvorrichtung 182 beinhaltet ein Band 184, welches mittels geeigneter Straffvorrichtungen gestrafft werden kann, einen Andock-Sockel 186 und einen Freigabeknopf 188. Der Andock-Sockel 186 wirkt mit dem Andock-Stift 180 auf dieselbe Weise zusammen wie der Andock-Sockel 152 mit dem Andock-Stift 154. Der Freigabeknopf 188 funktioniert auf eine ähnliche Weise wie der Freigabeknopf 114.
16 ist eine schematische Ansicht des chirurgischen Navigationssystems 500. Wie in der veröffentlichten Anmeldung 2001/0034530 offenbart, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Inbezugnahme miteingeschlossen wird, umfasst das chirurgische Navigationssystem 500 ein Sensorsystem 502 und ein Computersystem 504. Das Computersystem 504 beinhaltet den Monitor 506 und einen Computer (nicht dargestellt), der innerhalb eines Computerwagens 508 untergebracht ist. Das Sensorsystem umfasst drei CCD-Kameras 510, um die Lagen der LEDs 126 aufzuspüren. Das Sensorsystem 502 beinhaltet ferner einen Transceiver 512, um mit dem Transceiver 128 zu kommunizieren. Der Chirurg 514 betrachtet den Anzeigebildschirm 122 auf der Anzeigeeinheit 120, die am chirurgischen Bohrer 100 befestigt ist, um die Werkzeugspitze 112 an die vor-chirurgisch geplante vorbestimmte Position an dem Patienten 516 zu führen. Dies ermöglicht es dem Chirurgen 514, Augenkontakt mit der Stelle des chirurgischen Eingriffs aufrecht zu erhalten, während gleichzeitig Zugriff auf dieselben Informationen, die auf dem Monitor 506 vorhanden wären, besteht, was zu einer verbesserten Hand/Auge-Koordinierung für den Chirurgen 514 in Kombination mit den Vorteilen der von dem chirurgischen Navigationssystem 500 zur Verfügung gestellten Informationen besteht.
6 bis 9 zeigen schematisch die Funktionsweise des Anzeigebildschirms 122 im Zusammenhang mit dem chirurgischen Navigationssystem 400, um die Werkzeugspitze 112 in die korrekte vorbestimmte Lage und Ausrichtung zu führen. Das chirurgische Navigationssystem 400 verfolgt die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 auf eine ähnliche Weise, wie bei anderen Werkzeugen und Vorrichtungen, die LEDs beinhalten, welche für das chirurgische Navigationssystem 400 sichtbar sind. 6 zeigt die Spitzenpositionsanzeige 136 in der oberen linken Ecke der Anzeige 122. Diese Anzeigenposition der Werkzeugspitzenpositions-Anzeige 136 zeigt, dass die Werkzeugspitze 112 des chirurgischen Bohrers 100 sich nicht in der korrekten Lage befindet, welche durch voroperative Planung ermittelt wurde. Basierend auf der Lage der Spitzenpositionsanzeige 136, wie in 6 dargestellt, ist die Werkzeugspitze 112 links von und überhalb der vorbestimmten Lage angeordnet. Der Chirurg bewegt den chirurgischen Bohrer und die Werkzeugspitze 112 in die korrekten Lage. Wenn der Chirurg den chirurgischen Bohrer 112 in Richtung auf die vorbestimmte Lage bewegt, ändert sich die Werkzeugspitzenpositions-Anzeige 136 in Richtung auf die Mitte des Anzeigebildschirms 122, um der Bewegung des Chirurgens in Richtung auf die Lage, wie in 7 gezeigt, zu folgen. Dies zeigt dem Chirurgen an, dass die Werkzeugspitze 112 sich in der richtigen x- y- und z-Position, wie aufgrund der voroperativen Planung ermittelt, befindet. Da der Chirurg die tatsächliche Lage der vorbestimmten Lage sehen kann, kann es in einigen Fällen lediglich notwendig sein, einen zweidimensionalen Positionsanzeiger bereitzustellen, da der Chirurg die Werkzeugspitze 112 visuell positionieren in der richtigen Tiefe kann. Die Werkzeugspitzenpositions-Anzeige kann auch ausgebildet sein, um eine dreidimensionale Positionsangabe zur Verfügung zu stellen. Dies kann unter Verwendung zweier LEDs erfolgen, welche konvergieren, wenn die Werkzeugspitze 112 die richtige Tiefe und die richtige x- und y-Position erreicht.
Wie unmittelbar ersichtlich ist, bedeutet die Tatsache, dass die Werkzeugspitze 112 sich in der korrekten x- y- und z-Lage befindet, nicht, dass das Bohrer-Bit 110 für den Beginn des chirurgischen Eingriffs richtig ausgefluchtet und ausgerichtet ist. Wie in 6 dargestellt, zeigt die Ausrichtungsanzeige 138 an, dass das Ausfluchten des Bohrer-Bits 110 nach oben und nach links zu erfolgen hat. Wenn der Chirurg die Ausrichtung des Bohrers nach unten und nach rechts zu der schematisch in 7 dargestellten Lage bewegt, folgt die nicht-ausgefluchtete Werkzeugausrichtungs-Anzeige 138 der Bewegung nach unten und nach rechts solange, bis die Werkzeugausrichtungs-Anzeige 138 die richtig ausgerichtete Werkzeugspitzenposition 136 umgibt, um, wie in 8 dargestellt, ein Kreuz zu bilden. Falls der Anzeigebildschirm 122 einfarbig ist, weisen alle Anzeigeelemente dieselbe Farbe auf, und die in 8 skizzierte kombinierte Spitzenpositionsanzeige 136 und Ausrichtungsanzeige 138 zeigt an, dass das Drill-Bit 110 sich in der richtigen Ausrichtung befindet und dass die Werkzeugspitze 112 sich in der korrekten Lage befindet, so dass der chirurgische Eingriff beginnen kann. Zusätzlich ist es möglich, dass die Anzeige auch einzelne Anzeigeelemente oder Gruppen von Anzeigenelementen aufleuchten lässt, oder dass die Farbintensität oder Helligkeit dieser Anzeigeelemente sich ändert, um anzuzeigen, dass die richtige Lage und/oder Ausrichtung erzielt wurde. Wie bereits oben angemerkt, können die Anzeigeelemente, welche den Anzeigebildschirm 122 bilden, LEDs oder ein LCD-Bildschirm oder eine ähnliche Anzeigevorrichtung mit eine Mehrzahl von Pixeln sein.
Als eine alternative Ausführungsform kann es gewünscht sein, auch die Tiefe und den Fortgang des chirurgischen Eingriffs auf der Anzeige 122 darzustellen. Dies kann entweder durch die Verwendung verschiedener Farben zum Andeuten unterschiedlicher Stufen von sowohl Ausrichtungslage und Tiefe oder alternativerweise durch Verwendung eines dritten Anzeigeelements, einer Tiefenanzeige 200 wie in 9 gezeigt, erfolgen. Bei einer Mehrfarb-Anzeige können die nicht-ausgefluchtete Spitzenpositionsanzeige 136 und die nicht-ausgefluchtete Ausrichtungsanzeige 138, wie in den 1, 2, 3, 5, 6 und 7 gezeigt, rot sein. Die richtig positionierte Spitzenpositionsanzeige 136 und die richtig positionierte Ausrichtungsanzeige 138 können grün sein. Wenn das Werkzeug betrieben wird und der Bohrer 100 sich fortbewegt, wird die richtig positionierte Ausrichtungsanzeige 138 grün bleiben, aber die richtig positionierte Spitzenpositionsanzeige 136 wird die Farbe ändern hin zu einer anderen Farbe wie gelb, wodurch angezeigt wird, dass die Endposition oder -Tiefe noch nicht erreicht wurde. Wenn die richtige Tiefe, wie durch die vorchirurgische Planung angegeben, erreicht ist, ändert sich die Farbe der richtig positionierten Spitzenpositionsanzeige 136 zu grün hin, wodurch angezeigt wird, dass die Endtiefe erreicht wurde.
Wie in 9 dargestellt, kann die Anzeige 122 auch eine Tiefenanzeige 200 umfassen. Die Tiefenanzeige kann eine einzige LED oder ein einziges Pixel sein, welches sich zur Mitte der rechten Ecke der Anzeige 122 hin bewegt, wenn der Bohrer 100 die richtige Tiefe erreicht. Die exakte Lage des Endpunkts ist nicht von Bedeutung, so lange wie der Chirurg die Lage des richtigen Tiefenendpunkts kennt. Es kann beispielsweise gewünscht sein, eine höhere Empfindlichkeit für die Tiefenmessung zur Verfügung zu stellen, und die Lage des Endpunkts wird die LED oder das Pixel ganz unten rechts sein.
Wie oben angedeutet, kann die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 auch den ersten Funktionsknopf 130 und den zweiten Funktionsknopf 132 beinhalten. Diese Funktionsknöpfe können für eine Mehrzahl von Funktionen in Abhängigkeit von dem Status der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 dienen. Beispielsweise wird es notwendig werden, die Position und Ausrichtung der Werkzeugspitze 112 und des Bohrer-Bits 110 bezüglich der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 und bezüglich des chirurgischen Navigationssystems zu kalibrieren. In dieser Hinsicht kann der erste Funktionsknopf 130 benutzt werden, um dem System zu signalisieren, mit dem Kalibriervorgang zu beginnen, so dass die chirurgische Navigation die Lage und Ausrichtung von sowohl dem chirurgischen Bohrer 100 als auch der Werkzeugspitze 112 bezüglich der Lage und Ausrichtung der befestigten Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 richtig kalibrieren kann. Eine alternative Funktion für den ersten Funktionsknopf 130 nach Abschluss der Kalibrierung könnte die Vereinfachung der auf dem Anzeigebildschirm 122 gezeigten Anzeige sein. Beispielsweise könnte anstatt einer gleichzeitigen Darstellung der Spitzenpositionsanzeige 136, der Ausrichtungsanzeige 138 und der Tiefenanzeige 200 auf dem Bildschirm die Anzeige 122 derart programmiert werden, dass nur die Spitzenposition 136 anfangs auf der Anzeige 122 gezeigt wird, so dass die Anzeige für den den chirurgischen Bohrer 100 einsetzenden Chirurgen vereinfacht wird. Nachdem die Spitzenpositionsanzeige 136 richtig ausgerichtet ist, kann der Chirurg den ersten Funktionsknopf 130 drücken, und die Ausrichtungsanzeige 138 wird dann auf der Anzeige 122 erscheinen. Der zweite Funktionsknopf 132 kann ebenfalls eine ähnliche Funktionalität besitzen und darüber hinaus als ein Aus/An-Schalter für die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 dienen. Sowohl der erste Funktionsknopf als auch der zweite Funktionsknopf können mit dem chirurgischen Navigationssystem zusammenarbeiten und als Maus-Knöpfe dienen, so dass der Chirurg keine separate Computermaus manipulieren muss oder jemand anderen hinsichtlich der Manipulation der Maus anweisen muss.
Wendet man sich nun 11 zu, ist dort ein Flussdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das chirurgische Navigationssystem 500 beginnt mit dem Durchführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, indem die Steuerung einem Block 400 übergeben wird, welcher die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 bezüglich des chirurgischen Navigationssystems 500 initialisiert. Als Teil des Initialisierungsvorgangs zeigt die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 – als Reaktion auf Anweisungen von dem chirurgischen Navigationssystem 500 – dem Benutzer möglicherweise entweder durch eine visuelle Anzeige auf der Anzeigeeinheit 122 oder durch wiederholtes Aufleuchten des Statuslichts 134 an, dass die Kombination aus der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 und dem Bohrer 100 vor einem Einsatz kalibriert werden muss. Ein Block 402 ermittelt, ob die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 bezüglich des chirurgischen Navigationssystems 500 und bezüglich des bestimmten Bohrer-Bits 110, welches in das Bohrfutter 108 eingeführt wurde, richtig kalibriert ist oder nicht. Falls die Vorrichtung nicht kalibriert wurde, fährt die Steuerung mit einem Block 404 fort, welcher die Kalibrierung des Werkzeugs auf eine bekannte Weise durchführt und anschließend die Steuerung an Block 402 zurückgibt, welcher ermittelt, ob die Kalibrierung erfolgreich war. Falls die Kalibrierung erfolgreich ist, fährt die Steuerung mit einem Block 406 fort, welcher die vorbestimmte Lage der Werkzeugspitze 112 und die vorbestimmte Ausrichtung des Bohrer-Bits 110 entweder basierend auf der vorchirurgischen Planung, welche innerhalb des chirurgischen Navigationssystems 500 erfolgte, oder basierend auf anderen bildlosen Lageermittlungsverfahren, welche den Fachleuten bekannt sind, identifiziert. Diese Lage- und Ausrichtungsinformationen werden dann von dem chirurgischen Navigationssystem 500 einer Speichereinheit (nicht dargestellt) innerhalb des Computers 504 zur Verfügung gestellt. Die richtige Kalibrierung der Werkzeugspitze 112 ermöglicht es dem chirurgischen Navigationssystem 500, die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 122 derart anzuweisen, dass die richtigen Informationen für die Werkzeugspitze 112 und die Ausrichtung des Bohrer-Bits 110 richtig dargestellt werden. Bei Empfang der vorbestimmten Lage – und Ausrichtungsinformationen für die Werkzeugspitze 112 und das Bohrer-Bit 110 fährt die Steuerung mit einem Block 408 fort, welcher das Anzeigen der Lage der Werkzeugspitze 112 auf der Anzeige 122 bezüglich der vorbestimmten x-, y- und z-Lage für die Werkzeugspitze 112 anweist. Der Anzeigeblock 408 zeigt fortlaufend die aktuelle Lage der Werkzeugspitze 112 an und ein Block 410 ermittelt, ob die Werkzeugspitze 112 sich in der richtigen, vorbestimmten Lage befindet oder nicht. Falls sich die Werkzeugspitze nicht in der richtigen, vorbestimmten Lage befindet, zweigt die Steuerung zurück zum Anzeigeblock 408, welcher erneut den Zyklus wiederholt, bis der Block 410 feststellt, dass die Werkzeugspitze 112 sich in einer richtigen x-, y- und z-Lage befindet. Dann fährt die Steuerung fort mit einem Block 412, welcher die Ausrichtung des Bohrer-Bits 110 anzeigt und anschließend die Steuerung an einen Block 414 übergibt, welcher feststellt, ob die Ausrichtung des Bohrer-Bits 110 der richtigen Ausrichtung entspricht. Falls die Ausrichtung mit der vorbestimmten Ausrichtung nicht übereinstimmt, zweigt die Steuerung zurück zum Anzeigeblock 412, welcher fortlaufend die Lage und die Ausrichtung des Bohrer-Bits 110 auf der Anzeige 122 anzeigt. Wenn der Block 414 feststellt, dass das Bohrer-Bit 110 sich in der richtigen Ausrichtung befindet, fährt die Steuerung fort mit einem Block 416, welcher die Tiefeninformationen auf der Anzeige 122 darstellt. Die Steuerung fährt dann mit einem Block 418 fort, der feststellt, ob die x-, y-, z-Lage der Werkzeugspitze 112 sich in der richtigen, vorbestimmten Tiefe für das Beendigen des chirurgischen Eingriffs befindet oder nicht. Falls sich die Werkzeugspitze 112 sich nicht in der richtigen Tiefe befindet, geht die Steuerung zurück zu einem Anzeigeblock 416, der auf der Tiefenanzeige auf der Anzeige 122 entweder mittels einer Farbänderung oder mittels einer separaten Tiefenanzeige 200 anzeigt, dass die Tiefe noch nicht erreicht wurde. Wenn eine richtige Tiefe erreicht wurde, zeigt der Block 418 die Informationen dem Chirurgen an, so dass dann der Eingriff abgeschlossen ist und das Verfahren endet.
Es ist ersichtlich, dass der Verfahrensschritt des Blocks 408 vor dem Schritt des Ermittelns, ob das Werkzeug kalibriert wurde, durchgeführt werden kann. Auch können die Verfahrensschritte der Blöcke 408 und 410, der Blöcke 412 und 414 und der Blöcke 416 und 418 in jeglicher Reihenfolge oder im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden, so dass der Benutzer die auf der Anzeige 122 dargestellten Informationen als Echtreit-Informationen wahrnimmt, die sich ändern, wenn die Werkzeugspitze 112 durch den Benutzer bewegt wird.
12 zeigt ein weiteres chirurgisches Elektrowerkzeug, nämlich eine chirurgische Säge 300 mit einem Werkzeugkörper 302, einem Werkzeughandgriff 304, einem Steuerschalter 306, einer Blattmontage-Baugruppe 308 und einem Sägeblatt 310. Das Sägeblatt 310 besitzt Sägezähne 312. Der Werkzeugkörper 302 besitzt einen Freigabeknopf 314, welcher auf ähnliche Weise wie der Freigabeknopf 114 funktioniert. Der Werkzeughandgriff 304 ist ausgebildet, um eine Werkzeug-Batterieeinheit 316 aufzunehmen. Der Werkzeugkörper 302 besitzt ein distales Ende 318. Die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 ist am distalen Ende 318 auf die gleiche Weise wie am distalen Ende 118 des chirurgischen Bohrers 100 befestigt. Die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 ähnelt in allen Aspekten der Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120, die mit dem chirurgischen Bohrer 100 benutzt wird. Wie in 12 dargestellt, umfasst die Anzeige 122 zur Verwendung mit einer chirurgischen Säge eine Sägela ge-Anzeige 350. Die Sägelage-Anzeige könnte ein einzelner Punkt in vergleichbarer Weise wie die Spitzenposition-Anzeige 136 sein. Gemäß der Darstellung ist die Sägeposition-Anzeige 350 eine Linie von LEDs oder Pixel, die die relative Lage der Sägezähne 312 bezüglich der vorchirurgisch geplanten Schneidlage anzeigt.
12 bis 15 zeigen schematisch die mögliche Funktionsweise der Anzeige 122, wenn sie zur Verwendung mit einer chirurgischen Säge 300 konfiguriert ist. In 12 zeigt die Anzeige an, dass die Sägezähne 312 sich unterhalb der Lage der Stelle des geplanten Schnitts befinden. Da das Sägeblatt 310 eine Ebene ist, zeigt die Anzeige 122 die relative Lage der Ebene des Sägeblatts 310 bezüglich der Ebene der geplanten Schneidlage. Wie in 12 dargestellt, muss die Säge im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden. 13 zeigt die Anzeige 122, wenn die Säge 300, das Sägeblatt 310 und die Sägezähne sich in der richtigen Lage und in der richtigen rotatorischen Ausrichtung befinden. 14 zeigt eine hinzugefügte Anzeige 352 als eine vertikale Linie von LEDs oder Pixel, welche dem Chirurgen bei der Positionierung des Sägeblatts 310 derart behilflich ist, dass die x-, y-, z-Lage richtig ist, die rotatorische Ausrichtung richtig ist und der Angriffswinkel richtig ist. Wie in 14 dargestellt, muss die Säge 300 nach oben geneigt werden, so dass der Angriffswinkel des Sägeblatts 310 sich auf der richtigen Ebene befindet. Wenn die Säge 300 nach oben geneigt wird und die Lagekomponente und die rotatorische Komponente unverändert beibehalten werden, folgt die Anzeige 122 der Neigung nach oben, wobei sich die Linie aus LEDs 352 von der linken Seite der Anzeige 122 zur Mitte der Anzeige 122, wie in 15 dargestellt, bewegt.
17, 18 und 19 zeigen eine alternative Anzeigeeinheit 600 der vorliegenden Erfindung. Die Anzeigeeinheit 600 umfasst einen Einheitkörper 602 mit einer Vorderseite 612, einer Rückseite 614, einer Basis 616, seitlichen Abschnitten 618 und 620 und einer Oberseite 622. An den seitlichen Abschnitten 616 und 620 und an der Oberseite 622 des Einheitkörpers 602 sind eine Mehrzahl von LEDs und ein Transceiver 606 montiert. Ein Anzeigebildschirm 608 ist auf der Vorderseite 612 montiert. Der Anzeigebildschirm 608 ist transparent und überdeckt eine LED-Matrix (nicht dargestellt). Der Anzeigebildschirm 608 funktioniert auf eine ähnliche Weise wie der Anzeigebildschirm 122, welcher oben beschrieben wurde, und kann ein Bild 624 umfassen. Ein Andock-Stift 610 ist an der Basis 616 des Einheitkörpers 602 befestigt. Der Andock-Stift 610 ähnelt dem Andock-Stift 152, welcher oben beschrieben wurde. Eine Batterie 626 versorgt die Anzeigeeinheit 600 mit Leistung. Die Batterie 626 ist in eine Batteriehalterung 628 eingefügt.
20 zeigt einen chirurgischen Bohrer 700, der eine Mehrzahl von eingebauten LEDs 702 besitzt. Es ist auch im Umfang der vorliegenden Erfindung, dass der chirurgische Bohrer 700 eine auf irgendeine Art und Weise am Äußeren des chirurgischen Bohrers 700 befestigte Verfolgungseinheit umfasst, wie beispielsweise mittels eines Befestigungsadapters oder mittels eines Adapters, der in der Oberfläche des chirurgischen Bohrers 700 vorgesehen ist. Eine Anzeigeeinheit 720 ist am distalen Ende 118 des chirurgischen Bohrers 700 auf eine ähnliche Weise befestigt wie die oben beschriebene Anzeigeeinheit 120 am Bohrer 100 befestigt ist. Die Anzeigeeinheit 720 umfasst einen Anzeigebildschirm 722, der dem Anzeigebildschirm 122 ähnelt, einen Anzeigeeinheitkörper 722, der dem Anzeigeeinheitkörper 124 ähnelt, und ein Transceiver-Fenster 728, durch das ein innerhalb der Anzeigeinheit 720 enthaltener Transceiver mit dem chirurgischen Navigationssystem 500 kommunizieren kann. In der 20 ebenfalls dargestellt sind optionale Funktionsknöpfe 730 und 732 und ein optionales Statuslicht 734. In bestimmten Umgebungen und Systemen wird es nicht erforderlich sein, dass die Anzeigeeinheit 720 aktiv mit dem chirurgischen Navigationssystem 500 zusammenwirkt, sondern einfach ein passives Anzeigeelement ähnlich einem Computermonitor ist. In Abhängigkeit von dem Typ des Anzeigebildschirms 722 kann der Anzeigebildschirm 722 auch Statusnachrichten und andere Informationen, die das chirurgische Navigationssystem 500 an die Anzeigeeinheit 720 sendet, um den Benutzer mit Informationen zu versorgen, anzeigen. Der Anzeigebildschirm 722 zeigt auch eine Positionsanzeige 736 und eine Ausrichtungsanzeige 738.
21 zeigt ein nicht-elektrisches handhabbares chirurgisches Werkzeug, nämlich eine Biopsie-Vorrichtung 750, welche eine Hülle 752 besitzt, die eine Biopsie-Nadel (nicht sichtbar) mit einer Spitze 754 umgibt. Die Biopsie-Vorrichtung 750 besitzt einen ersten Handgriff 756 und einen zweiten Handgriff 758. Der erste Handgriff 756 ist unmittelbar an der Hülle 752 befestigt und der zweite Handgriff 758 ist unmittelbar an der Biopsie-Nadel und an der Spitze 754 befestigt. Der erste Handgriff 756 umfasst ein paar Vorsprünge 760, die rastend mit einem zweiten Paar Vorsprünge 762 am zweiten Handgriff 758 zusammenwirken, um die Biopsie-Nadel und die Spitze 754 örtlich innerhalb des Schafts 752 zu fixieren. Am ersten Handgriff 756 ist eine Anzeigeeinheit 770 befestigt, welche der Anzeigeeinheit 120 ähnelt. Die Anzeigeeinheit 770 umfasst einen Anzeigebildschirm 772, der in der Lage ist, ein Anzeigebild 786 anzuzeigen. Die Anzeigeeinheit 770 umfasst auch einen Anzeigeeinheitkörper 774, eine Mehrzahl von LEDs 776 und einen Transceiver 778, um mit dem chirurgischen Navigationssystem 500 zu kommunizieren. Unterhalb des Anzeigebildschirms 774 befinden sich erste und zweite Funktionsknöpfe 780 und 782. Ein Statuslicht 784 ist zwischen den ersten und zweiten Funktionsknöpfen 780 und 782 angeordnet. Es können auch Vorrichtungen ähnlich der Biopsie-Vorrichtung 750 zusammen mit der Anzeigeeinheit der vorliegenden Erfindung und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Diese ähnlichen Vorrichtungen beinhalten Trokare, Bohrführungen, laparoskopische Werkzeuge und dergleichen.
22 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches auf ähnliche Weise wie unter Bezugnahme auf 10 erläutert an einem chirurgischen Bohrer 100 montiert ist. Die Anzeigeeinheit 820 besitzt einen Anzeigeeinheitkörper 824 und einen Anzeigebildschirm 822. Der Anzeigebildschirm 822 ist in der Lage, Bilder wie beispielsweise ein Anzeigebild 836, das ein Teil des auf dem Monitor 506 sichtbaren Bildes ist, darzustellen. Die Anzeigeeinheit 820 besitzt auch eine Mehrzahl von LEDs 826, die auf eine ähnliche Weise wie die unter Bezugnahme auf die LEDs 126 beschriebene Weise funktionieren. Die Anzeigeeinheit 820 umfasst erste und zweite Funktionsknöpfe 830 und 832 und ein Statuslicht 834.
Die Anzeigeeinheit 820 ist mittels einer fest verdrahteten Kommunikationsverbindung 840 mit dem chirurgischen Navigationssystem 500 verbunden, die anstatt der drahtlosen Kommunikationsverbindung, welche von der Anzeigeeinheit 120 und dem Transceiver 512 beim chirurgischen Navigationssystem 500 verwendet werden, benutzt werden kann. In Abhängigkeit von der Art und dem Volumen der zwischen dem chirurgischen Navigationssystem 500 und den verschiedenen Anzeigeeinheiten wie der Anzeigeeinheit 120 oder 820 kommunizierten Daten können entweder eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder eine fest verdrahtete Kommunikationsverbindung oder beide verwendet werden.
Es ist ersichtlich, dass zusätzlich zur Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Führen eines Werkzeugs oder Instruments an eine bestimmte Lage das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch mit Werkzeugen verwendet werden kann, die eine Manipulation zur Positionierung eines Werkzeugs, eines Gestells, einer Führung oder eines Instruments bezüglich einer Anatomie des Patienten erfordern. Beispielsweise kann, wie in den 23 und 24 dargestellt, eine Anzeigeeinheit 920, die eine ähnliche Funktionalität wie die oben beschriebenen Anzeigeeinheiten aufweist, insbesondere wie die Anzeigeeinheit 720, an einer externen Fixationseinheit 900 befestigt werden, die vorher an einem gebrochenen Knochen 902 innerhalb eines Beins eines Patienten (der Klarheit halber nicht dargestellt) befestigt wurde. Der Fixator 900 ist unter Verwendung einer Mehrzahl von Stäben oder Nägeln 904 (nicht alle sind dargestellt) in Übereinstimmung mit gut bekannten Techniken am Knochen 902 befestigt. Ein oberer Fixatorring 906 ist fest an einem oberen Knochenstück 908 und ein unterer Fixatorring 910 ist an einem unteren Knochenstück 912 befestigt. Eine Verfolgungsvorrichtung 914, die von dem chirurgischen Navigationssystem 500 gesehen und verfolgt werden kann, ist sowohl am oberen Fixatorring 906 als auch am unteren Fixatorring 912 befestigt. Eine Mehrzahl von einstellbaren Stäben 916 verbindet den oberen Fixatorring 906 mit dem unteren Fixatorring 910. Die einstellbaren Stäbe 916 können zum Ändern der relativen Länge eines jeden der einstellbaren Stäbe 916 eingestellt werden, um die Lage und Ausrichtung des oberen Fixatorrings 906 bezüglich des unteren Fixatorrings 910 zu ändern. Da die Fixatorringe 906 und 910 fest an den Knochenstücken 908 und 912 befestigt sind, bewegt jegliche Bewegung des Fixatorrings auch den am Fixatorring befestigten Knochen. Durch Einstellen einiger oder aller der einstellbaren Stäbe 916 können die Knochenstücke 908 und 912, wie in 24 gezeigt, richtig ausgefluchtet werden. Der Benutzer kann die dazugehörigen anatomischen Informationen auf der Anzeigeeinheit 920 sehen, wenn der Fixator 900 durch Einstellen der einstellbaren Stäbe 916, um die Knochenstücke 908 und 912 in die richtige Lage und die richtige Ausfluchtung zu bringen, manipuliert wird. Die dazugehörigen anatomischen Informationen, die auf der Anzeigeeinheit 920 angezeigt werden, können Lageinformationen, Ausrichtungsinformationen, kinematische Informationen bezüglich des Zielknochens oder – Gelenks und jegliche ähnliche Informationen beinhalten.
Während die Verfolgungs- und Anzeigeeinheit 120 besonders nützlich für chirurgische Elektrowerkzeuge wie Bohrer, Sägen und dergleichen sowie nicht-elektrische Handwerkzeuge oder Instrumente wie Biopsie-Nadeln, wie hier offenbart, ist, kann sie mit einer großen Vielzahl anderer chirurgischer Werkzeuge und Instrumente, sowohl mit als auch ohne Stromversorgung, verwendet werden, wie beispielsweise Schraubendreher, Ausräumer, Zeiger, Aspiratoren und dergleichen, bei denen der Chirurg von einer unmittelbar am Werkzeug angeordneten Anzeige profitiert, so dass der Chirurg die Vorteile des chirurgischen Navigationssystem 500 maximieren kann, während er das Werkzeug verwenden kann, ohne von der Stelle des chirurgischen Eingriffs wegschauen zu müssen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Zahlreiche Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden im Licht der vorhergehenden Beschreibung für Fachleute ersichtlich sein. Demgemäss ist diese Beschreibung nur als veranschaulichend auszulegen und nur für den Zweck gedacht, den Fachleuten die Herstellung und Verwendung der Erfindung zu ermöglichen und die beste Ausführungsform derselben zu lehren. Die ausschließlichen Rechte an allen Modifikationen, welche innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche fallen, werden reserviert.

Claims

Anzeigeeinheit zur Verwendung mit einem bezüglich einer Anatomie eines Patienten manipulierbaren chirurgischen Instrument mit einem Körper des chirurgischen Instruments und einer zum chirurgischen Instrument gehörenden Verfolgungseinheit, die in der Lage ist, mit einem chirurgischen Navigationssystem zu kommunizieren, umfassend: – eine Kommunikationsverbindung zum Kommunizieren mit dem chirurgischen Navigationssystem; – einen Bildschirm zum Anzeigen von Informationen, die von dem chirurgischen Navigationssystem empfangen werden; und – eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Anzeigeeinheit am Körper des chirurgischen Instruments.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Instrument eine Werkzeugspitze besitzt und der Bildschirm die Lage der Werkzeugspitze bezüglich einer vorbestimmten Lage anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm auch die Ausrichtung des chirurgischen Instruments bezüglich einer vorbestimmten Ausrichtung anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm auch die Tiefe der Werkzeugspitze innerhalb der Stelle des chirurgischen Eingriffs bezüglich einer vorbestimmten Tiefe anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige eine Matrix von Licht emittierenden Dioden ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit am chirurgischen Instrument mittels einer schnell lösbaren Kupplung befestigbar ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einen Funktionsknopf umfasst.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit am chirurgischen Instrument derart befestigt ist, dass die vorbestimmte Lage und der Bildschirm gleichzeitig einsehbar sind.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit ein diagnostisches Bild anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit auch ein Bild des Instruments bezüglich des diagnostischen Scan-Bildes darstellt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit auch ein Bild des Instruments bezüglich eines Bilds eines Implantats anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit eine Untermenge der auf einem zum chirurgischen Navigationssystem gehörenden Monitor angezeigten Informationen darstellt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit von dem chirurgischen Instrument zur Verfügung gestellte Informationen darstellt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindung drahtlos ist.
Anzeigeeinheit zur Verwendung mit einem chirurgischen Navigationssystem, umfassend: – einen Körper; – einen Bildschirm, der in der Lage ist, Daten anzuzeigen; – eine zum Körper gehörende Verfolgungseinheit, die von dem chirurgischen Navigationssystem verfolgt werden kann; – eine Kommunikationsverbindung, die in der Lage ist, Daten an das chirurgische Navigationssystem zu senden und von dem chirurgischen Navigationssystem zu empfangen; und – eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen der Anzeigeeinheit an einem Körper eines chirurgischen Instruments, um bezüglich einer Anatomie eines Patienten manipuliert zu werden, wobei der Bildschirm Informationen betreffend die Lage des chirurgischen Instruments bezüglich der Anatomie des Patienten anzeigen kann.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm auch die Ausrichtung des chirurgischen Instruments bezüglich einer vorbestimmten Ausrichtung anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Instrument eine Werkzeugspitze aufweist und der Bildschirm auch die Tiefe der Werkzeugspitze innerhalb der Stelle des chirurgischen Eingriffs bezüglich einer vorbestimmten Tiefe anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige eine Matrix von Licht emittierenden Dioden ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einstückig mit dem Körper des chirurgischen Instruments ausgebildet ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit am chirurgischen Instrument mittels einer schnell lösbaren Kupplung befestigbar ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einen Funktionsknopf umfasst.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit am chirurgischen Instrument derart befestigt ist, dass die vorbestimmte Lage und der Bildschirm gleichzeitig einsehbar sind.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindung drahtlos ist.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit ein diagnostisches Bild anzeigt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit auch ein Bild des Instruments bezüglich des diagnostischen Scan-Bildes darstellt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit von dem chirurgischen Instrument zur Verfügung gestellte Informationen darstellt.
Anzeigeeinheit gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit auch ein Bild des Instruments bezüglich eines Bilds eines Implantats anzeigt.
Chirurgisches Werkzeug, umfassend: – einen Werkzeugkörper; – eine Werkzeugspitze; – eine zum Werkzeugkörper gehörende Kommunikationsverbindung, die in der Lage ist, Daten an ein chirurgisches Navigationssystem zu senden und von dem chirurgischen Navigationssystem zu empfangen; – eine zum Werkzeugkörper gehörende Anzeigeeinheit, wobei die Anzeigeeinheit sich in Kommunikation mit dem chirurgischen Navigationssystem befindet; und – eine zum Werkzeugkörper gehörende Verfolgungseinheit derart, dass das chirurgische Werkzeug von dem chirurgischen Navigationssystem verfolgt werden kann, wobei die Anzeigeeinheit einen Bildschirm umfasst, der in der Lage ist, sich auf die Position der Werkzeugspitze bezüglich einer vorbestimmten Position beziehende Informationen anzuzeigen.
Chirurgisches Werkzeug gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm auch die Ausrichtung des chirurgischen Instruments bezüglich einer vorbestimmten Ausrichtung anzeigt.
Chirurgisches Werkzeug gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildschirm auch die Tiefe der Werkzeugspitze innerhalb der Stelle des chirurgischen Eingriffs bezüglich einer vorbestimmten Tiefe anzeigt.
Chirurgisches Werkzeug gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige eine Matrix von lichtemittierenden Dioden ist.
Chirurgisches Werkzeug abhängig von Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einstückig mit dem Körper des chirurgischen Instruments ausgebildet ist.
Chirurgisches Werkzeug gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einen Funktionsknopf umfasst.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit zu dem chirurgischen Werkzeug gehört, so dass die vorbestimmte Lage und der Bildschirm gleichzeitig einsehbar sind.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Werkzeug ein Elektrowerkzeug ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowerkzeug ein chirurgischer Bohrer ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowerkzeug eine chirurgische Säge ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Werkzeug ein nicht-elektrisches Handinstrument ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-elektrische Handinstrument eine Biopsie-Nadel ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindung drahtlos ist.
Verfahren zum Positionieren einer Werkzeugspitze eines chirurgischen Werkzeugs bezüglich einer vorbestimmten Position, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Betrachten der Lage der Werkzeugspitze bezüglich der vorbestimmten Position auf einer an dem chirurgischen Werkzeug befestigten Anzeigeeinheit, wobei die Anzeigeeinheit Daten über die Lage der Werkzeugspitze von einem chirurgischen Navigationssystem empfängt; und – Führen der Werkzeugspitze an die vorbestimmte Lage, während sowohl die vorbestimmte Lage als auch die Anzeigeeinheit einsehbar sind.
Verfahren gemäß Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit auch die Ausrichtung des chirurgischen Werkzeugs bezüglich einer vorbestimmten Ausrichtung anzeigt.
Verfahren gemäß Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit auch die Tiefe der Werkzeugspitze innerhalb des Bereichs des chirurgischen Eingriffs bezüglicher einer vorbestimmten Tiefe anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige eine Matrix von Licht emittierenden Dioden ist.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einstückig mit dem Körper des chirurgischen Instruments ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Werkzeug ein Elektrowerkzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowerkzeug ein chirurgischer Bohrer ist.
Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowerkzeug eine chirurgische Säge ist.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Werkzeug ein nicht-elektrisches Handinstrument ist.
Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtelektrische Handinstrument eine Biopsie-Nadel ist.
Verfahren zum Positionieren einer chirurgischen Vorrichtung bezüglich einer Anatomie eines Patienten, das Verfahren umfassend die Schritte des: – Betrachtens von Informationen, welche die Lage der chirurgischen Vorrichtung bezüglich der Anatomie des Patienten darstellen, auf einer an der chirurgischen Vorrichtung befestigten Anzeigeeinheit, wobei die Anzeigeeinheit Daten über die Lage der chirurgischen Vorrichtung und Daten über die Lage der Anatomie des Patienten von einem chirurgischen Navigationssystem empfängt; und des – Manipulierens der chirurgischen Vorrichtung bezüglich der Anatomie des Patienten unter Verwendung der auf der Anzeigeeinheit angezeigten Daten, während sowohl die Anatomie des Patienten als auch die Anzeigeeinheit eingesehen werden.
Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen auf der Anzeigeeinheit kinematische Informationen beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Werkzeug ein Elektrowerkzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowerkzeug ein chirurgischer Bohrer ist.
Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrowerkzeug eine chirurgische Säge ist.
Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Werkzeug ein nicht-elektrisches Handinstrument ist.
Verfahren gemäß Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtelektrische Handinstrument eine externe Fixationsvorrichtung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtelektrische Handinstrument eine Biopsie-Nadel ist.