DE102008024261B4

DE102008024261B4 - Anordnung und Verfahren zur Positionierung von chirurgischen Hilfsmitteln

Info

Publication number: DE102008024261B4
Application number: DE102008024261A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr. Bulitta; Rainer Dr. Graumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: DE102008024261A1

Abstract

Anordnung zur Positionierung von chirurgischen Hilfsmitteln (EG), dadurch gekennzeichnet, dass ein Navigationssystem (NSY, SK) zur Positionserkennung des mit einem zweiten Navigationsmittel (MA) versehenen chirurgischen Hilfsmittels (EG) vorgesehen ist, bei welcher Anordnung in einer Auswerteeinheit (AE) ein dem chirurgischen Hilfsmittel (EG) zugeordneter zweiter Richtungsvektor (AER) ermittelt und mit einem vorgebbaren ersten Richtungsvektor (GE) verglichen und entsprechend der Abweichung eine Signalisierung an eine Signalisierungseinheit (AKE) abgegeben wird, dass der Auswerteeinheit (AE) eine Übersetzungseinheit (UE) nachgeordnet ist, durch welche Übersetzungseinheit (UE) entsprechend der Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Richtungsvektor (GE, AER) eine Signalisierung an eine akustische Einheit (AKE) abgegeben wird.

Description

Zur exakten Positionierung, z. B. von Implantaten, werden neben chirurgischen Hilfsmitteln auch Röntgenbildverstärker sowie Navigationssysteme verwendet. Der Chirurg hat sowohl den operativen Situs, als auch das Navigationssystem und häufig auch den Röntgenbildverstärker gleichzeitig im Auge zu behalten. Dies gestaltet sich bei einer Mehrzahl von operativen Eingriffen als sehr schwierig. So ist z. B. bei einer Versorgung von Brüchen langer Röhrenknochen das Einbringen von einer Verriegelungsschraube in einen Nagel am distalen Ende ein sehr aufwendiger operativer Eingriff.
In der nächstkommenden Entgegenhaltung EP 1 882 457 A1 wird ein komplexes Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung von einer Objektausrichtung an einem Kugelgelenk offenbart. Zur Visualisierung wird das Ausrichtverhältnis der Vorzugsrichtung zu den anatomischen Richtungen auf einer Umfangsdarstellung als Anteilswert der zutreffenden anatomischen Richtungen dargestellt. Die Winkelabweichung wird innerhalb der Umfangsdarstellung mittels einer Zahl angegeben.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 012 696 A1 ist ein medizinisches Untersuchungs- und Behandlungssystem bekannt. Bei diesem Untersuchungs- und/oder Behandlungssystem werden Parameter, z. B. die Länge eines Herzzyklusses, erfasst und während der Untersuchung und/oder Behandlung überwacht. Den Werten der überwachten Parameter werden unterschiedliche akustische Signale zugeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Anordnung und ein dazugehöriges Verfahren zur Positionierung von chirurgischen Hilfsmitteln anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Die angegebene Anordnung und das dazugehörige Verfahren zur Positionierung von chirurgischen Hilfsmitteln weist ein Navigationssystem zur Positionserkennung des mit einem ersten Navigationsmittel versehenen chirurgischen Hilfsmittel auf, wobei in einer Auswerteeinheit ein dem chirurgischen Hilfsmittel zugeordneter zweiter Richtungsvektor ermittelt und mit einem vorgebaren ersten Richtungsvektor verglichen und entsprechend der Abweichung eine Signalisierung an eine Signalisierungseinheit abgegeben wird.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass beim operativen Eingriff der Chirurg sein Vorgehen über eine Mehrzahl von unterschiedlichen Sinnen präzisieren kann.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit einem geführten Arbeitsablauf kürzere Eingriffszeiten möglich sind.
Die Erfindung bringt neben dem Vorteil einer geringeren Strahlenbelastung für den Patienten, den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass dadurch eine rasche optimierte Positionierung des Implantates möglich wird.
Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden mittels eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die Anordnung und das dazugehörige Verfahren weisen z. B. ein Navigationssystem NSY mit mindestens einer Stereokamera-Einheit SK auf. Dieses Navigationssystem NSY ist mit einer Auswerteeinheit AE verbunden. In dieser Auswerteeinheit AE ist zumindest eine Vergleichseinheit V und eine Zuordnungseinheit ZE sowie eine Speichereinheit, in der unter anderem optimierte Implantatanordnungen von Patienten individuell speicherbar sind, angeordnet. Optional kann das Navigationssystem NSY durch ein Kamerasystem KA ergänzt werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel soll eine Schraube in ein Objekt O eingefügt werden. Die geplante Anordnung der Schraube in dem Objekt O ist durch einen ersten Richtungsvektor GE angedeutet. An dem Objekt O ist ein erster Objektmarker MO für den Zeitraum des chirurgischen Eingriffs angeordnet. Ein zweiter Marker MA ist an einem Eingriffsgerät EG flexibel angeordnet. Ausgehend von dem Eingriffsgerät EG ist eine aktuelle Ausrichtung AER des Eingriffsgeräts EG angedeutet. Mit Hilfe des Navigationssystems NSY wird der zweite Marker MA erfasst und ein zweiter Richtungsvektor AER in der Auswerteeinheit AE ermittelt. Die Auswerteeinheit AE, beziehungsweise die Vergleichseinheit V kann ebenso auf Datensätze von während einer präoperativen Phase ermittelten Daten zugreifen. Die während dieser präoperativen Phase ermittelten Daten, beispielsweise für eine optimale Ausrichtung GE eines chirurgischen Hilfsmittels EG wird mit dem jeweils aktuellen zweiten Richtungsvektor AER des Eingriffsgerätes EG verglichen. Ausgehend vom optimierten ersten Richtungsvektor GE werden zylinder- oder kegelförmige Korridore K0, K1, K2 mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeprägt. Die Achse der Zylinder oder Kegel überlagert sich bei einer exakten Ausrichtung mit dem ersten Richtungsvektor GE. Der Ausgangspunkt EP für das Einfügen eines Implantates ist beispielsweise an dem Schnittpunkt des ersten Richtungsvektors GE mit dem Objekt O fixiert. Mit dem ersten Richtungsvektor GE kann auch die Ausrichtung eines Implantats beschrieben werden. Das chirurgische Hilfsmittel kann auch ein Implantat sein. Um einen Operateur schrittweise an eine optimierte Ausrichtung des ersten Richtungsvektors GE heranzuführen, sind bei gleicher Ausrichtung des ersten Richtungsvektors GE eine Mehrzahl von Radien bei den zylinder- oder kegelförmigen Korridoren vorgesehen. Den Zwischenräumen zwischen den Korridoren K0, K0–K1, K1–K2 ist jeweils eine Signalisierungsart zugeordnet. So können sich beispielsweise die Frequenz und die Amplitude der Signalisierung ändern. Wird in der Verarbeitungs- bzw. Auswerteeinheit AE ermittelt, ob der zweite Richtungsvektor AER mit dem optimierten ersten Richtungsvektor GE für einen optimalen Eingriff identisch ist, so kann eine Signalisierung mit niederer Frequenz und moderater Tonhöhe erfolgen. Die Tonfolge und Tonhöhe ist jeweils von dem Benutzer festlegbar. Neben einer akustischen Anzeige kann eine optische oder eine bei dem Operateur direkt anliegende Sensoreinheit SE die Signalisierung, beispielsweise direkt auf die Haut übertragen. Die Auswertung der ersten und zweiten Richtungsvektoren GE, AER erfolgt in der der Auswerteeinheit AE zugeordneten Vergleichseinheit V. Die einzelne Zuordnung des zweiten Richtungsvektors AER zu den Zylinder- oder Kegelzwischenräumen K0, K0–K1, K1–K2 erfolgt in der der Auswerteeinheit AE zugeordneten Zuordnungseinheit ZE. Die von der Auswerteeinheit AE abgegebene wird über eine Umsetzungseinheit UE an eine akustische Einheit AKE weitergegeben. Um den Eingriff effektiv zu gestalten, kann hier an eine unterschiedliche Tonhöhe gedacht werden, wenn sich der dem chirurgischen Hilfsmittel zugeordnete aktuelle Richtungsvektor AER in vorgebbaren Korridoren bewegt. Nähert sich der zweite Richtungsvektor AER des aktuellen Eingriffsgeräts EG dem geplanten ersten Richtungsvektor GE an, so kann dies durch unterschiedliche akustische Signalisierungen erfolgen. Das Navigationssystem NSY erfasst dabei jeweils über den Marker MA die Ausrichtung des aktuellen Eingriffsgeräts EG und vergleicht diese mit dem in der Auswerteeinheit AE gespeicherten ersten Richtungsvektor, der während einer präoperativen Phase beispielsweise von einem Chirurgenteam vorgegeben wurde. Unterstützt werden kann das Navigationssystem NSY durch ein Kamerasystem KA, dessen Aufnahmen über eine Objekterkennungssoftware ebenfalls das aktuelle Eingriffsgerät selektieren und dessen Bewegungs- und Ausrichtungsvektor ermittelt. Dem Navigationssystem sowie dem Kamerasystem liegt ein erstes Koordinatensystem XYZ zugrunde, anhand dessen die beiden Richtungsvektoren zueinander in Relation gesetzt werden können.
Die Anordnung und das Verfahren sind derart ausgeprägt, dass bei einer chirurgischen Navigation eine kontinuierliche Visualisierung der Instrumentenpositionierung durch eine akustische Rückmeldung die aktuelle Abweichung von einem geplanten Vorgehen erfolgt. Ebenso denkbar ist neben einer akustischen Wahrnehmung eine optische oder sensorische Rückmeldung über aktuelle Abweichungen vom geplanten Vorgehen möglich. Diese Anordnung bzw. das Verfahren ist auch auf mehrere Dimensionen erweiterbar. Hier ist z. B. eine Erweiterung durch gleichzeitige Positionierung/Ausrichtung in X- und Y-Richtung wie z. B. durch eine Verwendung von Tonfolgen unterschiedlicher Frequenzen möglich. Mit dem Gegenstand gemäß der Erfindung kann sich der Anwender auf das Operationsgebiet visuell konzentrieren und über die akustische Information sein Vorgehen navigierend unterstützen. Grundsätzlich ist dieses Vorgehen auch auf andere navigierte Applikationen zur Zielführung, wie beispielsweise eine Pedikelverschraubung anwendbar.
Bezugszeichenliste

O

Objekt

NSY

Navigationssystem

SK

Stereokameraeinheit

KA

Kamerasystem

AER

zweiter Richtungsvektor/Aktuelle Eingriffsrichtung

EP

Einsatzpunkt

GE

erster Richtungsvektor/Geplante Eingriffsrichtung

EG

Eingriffsgerät/erstes Eingriffsgerät

AE

Auswerteeinheit

V

Vergleichseinheit

UE

Umsetzungseinheit

AKE

Akustische Einheit

MO

erstes Navigationsmittel/Objektmarker

MA

zweites Navigationsmittel/Marker am Arbeitsgerät

ZE

Zuordnungseinheit

K0, K1, K2

Korridore

SE

Sensoreinheit

Claims

Anordnung zur Positionierung von chirurgischen Hilfsmitteln (EG), dadurch gekennzeichnet, dass ein Navigationssystem (NSY, SK) zur Positionserkennung des mit einem zweiten Navigationsmittel (MA) versehenen chirurgischen Hilfsmittels (EG) vorgesehen ist, bei welcher Anordnung in einer Auswerteeinheit (AE) ein dem chirurgischen Hilfsmittel (EG) zugeordneter zweiter Richtungsvektor (AER) ermittelt und mit einem vorgebbaren ersten Richtungsvektor (GE) verglichen und entsprechend der Abweichung eine Signalisierung an eine Signalisierungseinheit (AKE) abgegeben wird, dass der Auswerteeinheit (AE) eine Übersetzungseinheit (UE) nachgeordnet ist, durch welche Übersetzungseinheit (UE) entsprechend der Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Richtungsvektor (GE, AER) eine Signalisierung an eine akustische Einheit (AKE) abgegeben wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (AE) eine Vergleichseinheit (V) und eine Zuordnungseinheit (ZE) aufweist, in welcher Vergleichseinheit (V) ausgehend von einem Einsatzpunkt (EP) und einer Einsatzrichtung (GE) Korridore (K0, K1, K2) gebildet und in der Zuordnungseinheit (ZE) diesen Korridoren (K0, K1, K2) unterschiedliche Signalisierungen zugeordnet werden.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kamerasystem (KA) mit Objekterkennung vorgesehen ist, bei welcher Anordnung das aktuelle Eingriffsgerät (EG) als das chirurgische Hilfsmittel (EG) selektiert und dessen Richtungsvektor (AER) ermittelt wird.
Verfahren zur Positionierung von chirurgischen Hilfsmitteln (EG), mit einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein dem chirurgischen Hilfsmittel (EG) zugeordneter zweiter Richtungsvektor (AER) ermittelt und mit einem vorgebaren ersten Richtungsvektor (GE) verglichen und entsprechend der Abweichung eine Signalisierung abgegeben wird, dass entsprechend der Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Richtungsvektor (GE, AER) eine Signalisierung an eine akustische Einheit (AKE) abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Einsatzpunkt (EP) und einer Einsatzrichtung (GE) Korridore (K0, K1, K2) gebildet und diesen Korridoren (K0, K1, K2) unterschiedliche Signalisierungen zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Objekterkennung das aktuelle Eingriffsgerät (EG) als das chirurgische Hilfsmittel (EG) selektiert und dessen Richtungsvektor (AER) ermittelt wird.