DE102006032127B4 - Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit - Google Patents

Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit Download PDF

Info

Publication number
DE102006032127B4
DE102006032127B4 DE102006032127A DE102006032127A DE102006032127B4 DE 102006032127 B4 DE102006032127 B4 DE 102006032127B4 DE 102006032127 A DE102006032127 A DE 102006032127A DE 102006032127 A DE102006032127 A DE 102006032127A DE 102006032127 B4 DE102006032127 B4 DE 102006032127B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
calibration
unit
referencing
origin
surgical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102006032127A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006032127A1 (de
Inventor
Hanns-Peter Dr.rer.nat. Tümmler
Andreas GÖGGELMANN
Dieter Mintenbeck
Thomas Link
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aesculap AG
Original Assignee
Aesculap AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aesculap AG filed Critical Aesculap AG
Priority to DE102006032127A priority Critical patent/DE102006032127B4/de
Priority to US11/824,487 priority patent/US7702477B2/en
Publication of DE102006032127A1 publication Critical patent/DE102006032127A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006032127B4 publication Critical patent/DE102006032127B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00681Aspects not otherwise provided for
    • A61B2017/00725Calibration or performance testing
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046Tracking techniques
    • A61B2034/2048Tracking techniques using an accelerometer or inertia sensor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046Tracking techniques
    • A61B2034/2055Optical tracking systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2068Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis using pointers, e.g. pointers having reference marks for determining coordinates of body points
    • A61B2034/207Divots for calibration

Abstract

Um eine Position und/oder eine Orientierung im Raum einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums angeben zu können, werden sowohl ein Kalibrierverfahren als auch eine Kalibriervorrichtung vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine chirurgische Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums.
  • Bekannte chirurgische Navigationssysteme umfassen Referenzierungseinheiten, die entweder elektromagnetische Strahlung, die von einer Nachweisvorrichtung des Navigationssystems ausgesandt wird, reflektieren oder selbst elektromagnetische Strahlung aussenden, die von der Nachweisvorrichtung empfangen werden kann. Bei alternativen Ausführungsformen ist es auch bekannt, anstatt elektromagnetischer Strahlung Ultraschall zu verwenden. Eine Position der Referenzierungseinheit im Raum kann absolut bezogen auf ein von der Nachweisvorrichtung definiertes Koordinatensystem bei auf Ultraschall basierenden Navigationssystemen mittels Laufzeitmessungen der von der Nachweisvorrichtung ausgesandt und wieder empfangen wird, bestimmt werden. Eine Positions- und/oder Orientierungsbestimmung bei elektromagnetische Strahlung aussendenen und/oder empfangenden Navigationssystemen basiert auf Feldänderungen. Ferner ist es auch möglich, Positions- oder Orien tierungsänderungen rein videooptisch zu erfassen. Hierzu werden Navigationssysteme eingesetzt, die eine Positions- und/oder Orientierungserfassung rein über bildgebende Verfahren realisieren.
  • Ziel der Verwendung eines Navigationssystems ist es, Bewegungen der Referenzierungseinheiten im Raum zu verfolgen. Zu diesem Zweck können, wie oben beschrieben, absolute Positionsdaten und/oder Orientierungen der Referenzierungseinheit mittels bekannter Navigationssysteme bestimmt werden. Eine Bewegungsbahn der Referenzierungseinheit lässt sich auf Grund der ermittelten Positionsdaten und/oder Orientierungen rekonstruieren beziehungsweise errechnen.
  • Wird eine chirurgische Referenzierungseinheit jedoch mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattet, so kann eine Bestimmung von Positions- und/oder Orientierungsdaten der Referenzierungseinheit in einem beliebigen Koordinatensystem nicht mehr direkt erfolgen, sondern muss auf Grund von, Positions- und/oder Orientierungsänderungen errechnet werden. Dies liegt unter anderem daran, dass Inertialsensoren Sensoren sind, mit denen auf Grund von Positions- und/oder Orientierungsänderungen auf sie wirkende Kräfte und/oder Beschleunigungen gemessen werden können. Wird mehr als ein Inertialsensor verwendet, insbesondere dann, wenn sechs Inertialsensoren verwendet werden, von denen drei die Kräfte und/oder Beschleunigungen in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen detektieren können und von denen drei Rotationswinkeländerungen um drei zueinander linear unabhängige Achsen detektieren können, so können auf Grund von auf die Inertialsensoren einwirkenden Kräften und/oder Beschleunigungen, Positions- und/oder Orientierungsänderungen auch im dreidimensionalen Raum eindeutig ermittelt werden.
  • Aus der DE 10 2004 057 933 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Navigieren und Positionieren eines Gegenstands relativ zu einem Patienten bekannt. Des Weiteren ist in der WO 2006/029541 A1 eine Kalibriervorrichtung beschrieben. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortsbestimmung stereotaktischer Instrumente sind in der DE 199 06 094 A1 beschrieben. Aus der DE 10 2004 048 066 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur geometrischen Kalibrierung unterschiedlicher Messeinrichtungen bekannt, insbesondere bei der Anwendung bildgebender Operations-, Therapie- oder Diagnostikmethoden. Die DE 103 12 154 A1 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Ausführen einer Objektverfolgung. Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes oder Gerätes oder eines Körperteils ist aus der DE 100 45 381 A1 bekannt. Eine weitere Kalibriervorrichtung ist in der EP 0 986 991 A1 beschrieben. Eine Werkzeugkalibriervorrichtung und ein Navigationssystem sind in der WO 02/061371 A1 offenbart. Die WO 01/67979 A1 befasst sich mit einem automatischen Kalibrierungssystem für computerunterstützte chirurgische Instrumente. Eine Implantatregistrierungsvorrichtung für ein chirurgisches Navigationssystem ist aus der US 6,988,009 B2 bekannt. In der US 5,921,992 A sind ein Verfahren und ein System zur rahmenlosen Werkzeugkalibrierung beschrieben. Aus der US 2004/0039402 A1 ist eine Navigationskalibrierung rotationsunsymmetrischer medizinischer Instrumente oder Implantate bekannt. In der US 5,617,857 A sind ein bildgebendes System mit interaktiven medizinischen Instrumenten und ein zugehöriges Verfahren beschrieben.
  • Da sich mit Inertialsensoren direkt keine absoluten Positions- und/oder Orientierungsdaten bestimmen lassen, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art vor zuschlagen, mit denen es möglich ist, die mindestens eine Referenzierungseinheit in einem vorgegebenen Raumkoordinatensystem zu referenzieren oder zu kalibrieren.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschrieben Art, umfassend:
    • – Bereitstellen einer Kalibriereinheit, deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem bestimmbar sind,
    • – Bringen der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung, in welcher die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition und/oder -orientierung einnehmen,
    • – Bestimmen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems,
    • – Berechnen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung aufgrund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit und
    • – Zuweisen der für die mindestens eine Referenzierungseinheit berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit,
    bei welchem als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgegeben wird und bei welchem ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems durch die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungs daten der mindestens einen Referenzierungseinheit oder der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung vorgegeben wird.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren, ist es möglich, der mindestens einen Referenzierungseinheit Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem zuzuweisen. Positions- und/oder Orientierungsänderungen, die sich auf Grund von auf den mindestens einen Inertialsensor einwirkenden Kräften und/oder Beschleunigungen ergeben, können somit auf einfache Weise in Bezug zu dem Koordinatensystem des Raums bestimmt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ist einfach durchzuführen, denn die Kalibriereinheit, deren Position und/oder Orientierung im Raum durch das Navigationssystem bestimmbar ist, dient der Kalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit. Das Verfahren sieht hierzu insbesondere vor, dass die mindestens eine Referenzierungseinheit und die Kalibriereinheit in eine relativ zueinander eineindeutige Kalibrierstellung gebracht werden und dann der mindestens einen Referenzierungseinheit Positions- und/oder Orientierungsdaten zugewiesen werden, insbesondere auf Grund ermittelter Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung, die beispielsweise mittels des Navigationssystems bestimmt werden können. Der mindestens einen Referenzierungseinheit können direkt diese Daten zugewiesen werden, oder aber auch Positions- und/oder Orientierungsdaten, die sich auf Grund der eineindeutigen Relativposition der mindestens einen Referenzierungseinheit und der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung ergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hervorragend für eine schnelle und einfache Kalibrierung oder Referenzierung der mindestens einen Referenzierungseinheit. Insbesondere lässt sich das vorgeschlagene Kalibrierverfahren beliebig häufig wiederholen. Eine mehrmalige Referenzierung oder Kalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit kann bei üblichen Inertialsensoren deshalb erforderlich werden, weil diese eine zeitabhängige Drift aufweisen, so dass es insbesondere bei Langzeitmessungen zu Ungenauigkeiten von auf die Inertialsensoren wirkenden Kräften und/oder Beschleunigungen kommen kann, woraus sich in der Folge dann auch Ungenauigkeiten bei der Ermittlung von Positions- und/oder Orientierungsdaten ergeben. Ferner können ergänzende Kalibrierungen und/oder Referenzierungen erforderlich werden, wenn die mindestens eine Referenzierungseinheit nur kleinen Positionsänderungen unterworfen wird. Durch das nicht ortsfeste Koordinatensystem können zwar keine absoluten Positions- und/oder Orientierungsdaten im Raum, jedoch insbesondere Relativpositionen bezogen auf den Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems bestimmt werden. Dieses Verfahren ist besonders einfach, mit einem verringerten Rechenaufwand verbunden und eignet sich insbesondere für Fälle, in denen es nicht auf eine absolute Referenzierung in einem ortsfesten Koordinatensystem, beispielsweise eines Operationssaals, ankommt.
  • Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner auch erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs beschrieben Art, umfassend:
    • – Bereitstellen einer Kalibriereinheit, deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem bestimmbar sind,
    • – Bringen der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung, in welcher die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition und/oder -orientierung einnehmen,
    • – Bestimmen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems,
    • – Berechnen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung aufgrund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit und
    • – Zuweisen der für die mindestens eine Referenzierungseinheit berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit,
    bei welchem mindestens zwei Referenzierungseinheiten kalibriert werden, wenn als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgegeben wird und wenn ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems durch eine der mindestens zwei Referenzierungseinheiten vorgegeben wird.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren, ist es möglich, der mindestens einen Referenzierungseinheit Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem zuzuweisen. Positions- und/oder Orientierungsänderungen, die sich auf Grund von auf den mindestens einen Inertialsensor einwirkenden Kräften und/oder Beschleunigungen ergeben, können somit auf einfache Weise in Bezug zu dem Koordinatensystem des Raums bestimmt werden. Das vorgeschlagene Verfahren ist einfach durchzuführen, denn die Kalibriereinheit, deren Position und/oder Orientierung im Raum durch das Navigationssystem bestimmbar ist, dient der Kalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit. Das Verfahren sieht hierzu insbesondere vor, dass die mindestens eine Referenzierungseinheit und die Kalibriereinheit in eine relativ zueinander eineindeutige Kalibrierstellung gebracht werden und dann der mindestens einen Referenzierungseinheit Positions- und/oder Orientierungsdaten zugewiesen werden, insbesondere auf Grund ermittelter Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung, die beispielsweise mittels des Navigationssystems bestimmt werden können. Der mindestens einen Referenzierungseinheit können direkt diese Daten zugewiesen werden, oder aber auch Positions- und/oder Orientierungsdaten, die sich auf Grund der eineindeutigen Relativposition der mindestens einen Referenzierungseinheit und der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung ergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich hervorragend für eine schnelle und einfache Kalibrierung oder Referenzierung der mindestens einen Referenzierungseinheit. Insbesondere lässt sich das vorgeschlagene Kalibrierverfahren beliebig häufig wiederholen. Eine mehrmalige Referenzierung oder Kalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit kann bei üblichen Inertialsensoren deshalb erforderlich werden, weil diese eine zeitabhängige Drift aufweisen, so dass es insbesondere bei Langzeitmessungen zu Ungenauigkeiten von auf die Inertialsensoren wirkenden Kräften und/oder Beschleunigungen kommen kann, woraus sich in der Folge dann auch Ungenauigkeiten bei der Ermittlung von Positions- und/oder Orientierungsdaten ergeben. Ferner können ergänzende Kalibrierungen und/oder Referenzierungen erforderlich werden, wenn die mindestens eine Referenzierungseinheit nur kleinen Positionsänderungen unterworfen wird. Positions- und/oder Orientierungsänderungen können dann auf einfache Weise relativ zu einer der mindestens zwei Referenzierungseinheiten bestimmt werden. Dieses Verfahren kann insbesondere dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn keine absolute Referenzierung in einem beispielsweise auf einen Operationssaal bezogenen Koordinatensystem erforderlich ist.
  • Damit eine Kalibrierung oder Referenzierung durch das Navigationssystem oder Teile desselben automatisch durchgeführt werden kann, ist es günstig, wenn ein Kalibriersignal erzeugt wird, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung einnehmen. Das Kalibriersignal zeigt dann an, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinzheit die Stellung einnehmen, in welcher eine Kalibrierung oder eine Referenzierung vorgenommen werden soll.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es günstig, wenn das Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH erzeugt wird, während der Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung ohne oder im Wesentlichen ohne Relativbewegung einnehmen. So können Kalibrier- oder Referenzierungsfehler minimiert oder sogar häufig ganz ausgeschlossen werden.
  • Günstig ist es, wenn in der Kalibrierstellung ein Betätigungselement betätigt wird und wenn das Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des Betätigungselements erzeugt wird. Insbesondere kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass nur bei definierter Betätigung des Betätigungselements ein Kalibriersignal erzeugt wird. Dieses kann beispielsweise durch einfache Betätigung des Betätigungselements erzeugt werden, und zwar beim Betätigen und/oder beim Freigeben des Betätigungselements. Denkbar wäre es auch, dass das Kalibriersignal erst dann erzeugt wird, wenn das Betätigungselement während einer vorgegebenen oder vorgebbaren Betätigungszeit dauerhaft betätigt wurde.
  • Vorteilhafterweise wird das Betätigungselement durch die Kalibriereinheit und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit betätigt. Insbesondere ist es so möglich, dass das Betätigungselement in der Kalibrierstellung automatisch durch die Kalibriereinheit oder die mindestens eine Referenzierungseinheit betätigt wird. Beispielsweise könnte das Betätigungselement an der Kalibriereinheit und/oder der mindestens einen Referenzierungseinheit angeordnet werden.
  • Grundsätzlich wäre es möglich, als Betätigungselement ein optisches oder akustisches Schaltelement zu verwenden. Auch Näherungsschalter, induktiver oder kapazitiver Bauweise, wären möglich. Besonders einfach und in definierter Weise lässt sich durch Betätigung des Betätigungselement ein Kalibriersignal erzeugen, wenn als Betätigungselement ein mechanischer Schalter verwendet wird, insbesondere in Form eines Tasters, Handschalters oder eines Fußschalters. Wird das Betätigungselement nicht an der Kalibriereinheit und nicht in der mindestens einen Referenzierungseinheit angeordnet, können diese beiden Einheiten besonders klein ausgeführt werden. Insbesondere wäre es durch eine Trennung von Betätigungselement und Kalibriereinheit beziehungsweise Referenzierungseinheit, zum Beispiel auch durch räumliche Trennung, auch möglich, das Betätigungselement von einer Person betätigen zu lassen, die beispielsweise nicht in einem Operationssaal anwesend ist. So können auch nicht sterilisierbare Betätigungselemente verwendet werden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn erst nach Vorliegen des Kalibriersignals die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung des Navigationssystems bestimmt, die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung berechnet und die für die mindestens eine Referenzierungseinheit berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit zugewiesen werden. Durch diese Vorgehensweise kann eine Genauigkeit des Kalibrierverfahrens deutlich erhöht werden, insbesondere dann, wenn das Kalibriersignal nur erzeugt wird, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung einnehmen.
  • Falls beispielsweise eine Referenzierung in Bezug auf ein ortsfestes Koordinatensystem, zum Beispiel bezogen auf einen Operationssaal, gewünscht ist, ist es vorteilhaft, wenn ein im Raum feststehender Koordinatenursprung eines absoluten Koordinatensystems vorgegeben wird, wenn die Kalibriereinheit in eine Ursprung-Kalibrierstellung gebracht wird, in welcher die Kalibriereinheit in einer definierten Beziehung zum feststehenden Koordinatenursprung positioniert ist, und wenn Ursprung-Positions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit zugeordnet werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, insbesondere auch mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattete Referenzierungseinheiten zusammen mit Referenzierungseinheiten, die elektromagnetische Strahlung aussenden und/oder reflektieren und ohne Inertialsensoren ausgestattet sind oder die mittels Ultraschall oder videooptisch navigierbar sind, von eingangs beschriebenen Navigationssystemen und in Verbindung mit derartigen Navigationssystemen einzusetzen. Günstigerweise wird ein Ursprung-Kalibriersignal erzeugt, wenn die Kalibriereinheit die Ursprung-Kalibrierstellung einnimmt. So können in definierter Weise Positions- und/oder Orientierungsdaten eines Koordinatenursprungs zum Beispiel eines ortsfesten Koordinatensystems der Kalibriereinheit zugeordnet werden.
  • Um die Genauigkeit einer Referenzierung oder Kalibrierung der Kalibriereinheit bezogen auf den Koordinatenursprung zu erhöhen, ist es vorteilhaft, wenn das Ursprung-Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH_Ursprung erzeugt wird, während der die Kalibriereinheit die Ursprung-Kalibrierstellung bewegungslos oder im Wesentlichen bewegungslos einnimmt.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in der Ursprung-Kalibrierstellung ein Ursprung-Kalibrierbetätigungselement betätigt wird und dass das Ursprung-Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des Ursprung-Kalibrierbetätigungselement erzeugt wird. So kann insbesondere eine automatische Referenzierung oder Kalibrierung der Kalibriereinheit bezogen auf den Koordinatenursprung erfolgen.
  • Für eine automatische Initialisierung des Kalibrierverfahrens ist es günstig, wenn das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement durch die Kalibriereinheit oder eine Referenzierungsvorrichtung betätigt wird. Als Referenzierungsvorrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung dienen, relativ zu der die Kalibriereinheit in eine definierte Ursprung-Kalibrierstellung bringbar ist. Beispielsweise kann die Referenzierungsvorrichtung eine Aufnahme aufweisen, in die mindestens ein Teil der Kalibriereinheit in der Ursprung-Kalibrierstellung eingreifen kann. Denkbar wäre es auch, als Referenzierungsvorrichtung die mindestens eine Referenzierungseinheit zu verwenden.
  • Es wäre ohne Weiteres möglich, als Ursprung-Kalibrierbetätigungselement ein optisches oder induktives oder kapazitives Schaltelement zu verwenden. Besonders einfach ist es jedoch, wenn als Ursprung-Kalibrierbetätigungselement ein mechanisches Schaltelement verwendet wird, insbesondere ein mechanischer Taster oder Schalter oder ein Fußschalter. So kann automatisch oder durch eine Bedienperson gezielt mittels des Ursprung-Kalibrierbetätigungselements ein Ursprung-Kalibriersignal erzeugt oder initialisiert werden.
  • Vorteilhafterweise werden erst nach Vorliegen des Ursprung-Kalibriersignals die Ursprung-Positions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit zugeordnet. So kann sichergestellt werden, dass eine Kalibrierung oder Referenzierung der Kalibriereinheit bezogen auf den Koordinatenursprung erst dann erfolgt, wenn die Kalibriereinheit die hierfür erforderliche Relativposition bezogen auf den Koordinatenursprung einnimmt oder eingenommen hat.
  • Damit mit dem Navigationssystem nicht versehentlich falsche oder ungenaue Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit erfasst werden, ist es vorteilhaft, wenn ein Navigationsbetrieb des Navigationssystems zum Verfolgen beliebiger Bewegungen der mindestens einen Referenzierungseinheit erst dann freigegeben wird, wenn alle für den Navigationsbetrieb erforderlichen Referenzierungseinheiten mit der Kalibriereinheit bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden. So wird insbesondere sichergestellt, dass vom Navigationssystem korrekte Positions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit ermittelt werden.
  • Um die Ermittlung ungenauer Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit sowie der Kalibriereinheit zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn ein Navigationsbetrieb auf eine vorgebbare Betriebszeit tBetrieb begrenzt wird. Die Betriebszeit kann beispielsweise in einem Bereich von 1 Sekunde bis 60 Minuten, vorzugsweise 10 Sekunden bis 20 Minuten, vorgegeben werden. Die Begrenzung des Navigationssystems auf eine vorgebbare Betriebszeit verhindert insbesondere, dass aufgrund einer Drift des mindestens einen Inertialsensors der mindestens einen Referenzierungseinheit nach einer gewissen Betriebszeit Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der Position und/oder Orientierung der mindestens einen Referenzierungseinheit auftreten.
  • Vorteilhafterweise beginnt die Betriebszeit tBetrieb automatisch dann zu laufen, wenn alle Referenzierungseinheiten mit der Kalibriereinheit bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden. Dabei kann insbesondere auch berücksichtigt werden, dass die Betriebszeit tBetrieb dann zu laufen beginnt, wenn die erste der zu kalibrierenden oder referenzierenden Referenzierungseinheiten kalibriert oder referenziert wurde.
  • Vorzugsweise wird nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgegeben und/oder der Navigationsbetrieb automatisch beendet. So kann verhindert werden, dass auf Grund eines sogenannten "Wegdriftens" des mindestens einen Inertialsensors ungenaue oder unkorrekte Werte für die Position und/oder die Orientierung der mindestens einen Referenzierungseinheit ermittelt werden.
  • Besonders einfach und sicher durchzuführen wird das Verfahren, wenn die Betriebszeit tBetrieb vom Navigationssystem überwacht wird.
  • Je nach Art und Typ verwendeter Inertialsensoren ist es vorteilhaft, wenn die Betriebszeit tBetrieb auf eine Maximalzeit im Bereich von 1 Sekunde bis 60 Minuten, vorzugsweise in einem Bereich von 10 Sekunden bis 20 Minuten, begrenzt wird. Bei langzeitstabilen Inertialsensoren mit nur sehr geringer Drift kann die Maximalzeit auch bis zu 30 oder 40 Minuten betragen.
  • Grundsätzlich wäre es ohne Weiteres möglich, eine Kalibriereinheit zu verwenden, die mit herkömmlichen Markerelementen ausgestattet ist, d.h. mit Markerelementen, die entweder selbst elektromagnetische Strahlung aussenden, die von der Nachweisvorrichtung des Navigationssystems empfangen werden kann, oder auf die vom Navigationssystem ausgesandte elektromagnetische Strahlung reagieren kann. Selbstverständlich wäre es auch möglich, eine Kalibriereinheit zu verwenden, die mit Markerelementen ausgestattet ist, welche von auf videooptischen Verfahren basierenden Navigationssystemen oder auf Ultraschall basierenden Navigationssystemen navigierbar sind. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn eine mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattete Kalibriereinheit bereitgestellt wird, deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem erfassbar sind. Dies gestattet es beispielsweise, die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit gleichzeitig zu initialisieren, sozusagen zu "Nullen". Eine Kalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit und/oder der Kalibriereinheit kann vor oder nach der Initialisierung erfolgen. Des Weiteren hat das Ausstatten der Kalibriereinheit mit mindestens einem Inertialsensor zudem den Vorteil, dass das Navigationssystem insgesamt einfacher aufgebaut sein kann, denn es kann so beispielsweise ganz auf eine optische Nachweisvorrichtung verzichtet werden. Ferner kann insbesondere auch auf eine Nachweisvorrichtung verzichtet werden, von der selbst Strahlung ausgesandt werden kann. Zudem wäre es auch möglich, wenn mehr als eine Referenzierungseinheit vorgesehen ist, eine der Referenzierungseinheiten selbst als Kalibriereinheit zu verwenden.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit jeweils mindestens eine Sendeeinheit aufweisen und dass mit der mindestens einen Sendeeinheit Änderungen der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit und/oder der Referenzierungseinheit an das Navigationssystem oder an eine Nachweisvorrichtung desselben übertragen werden. Die auf diese Weise als aktive Referenzierungseinheiten beziehungsweise als aktive Kalibriereinheit ausgebildeten Einheiten machen eine aktive Nachweisvorrichtung, die selbst Strahlung aussenden kann, überflüssig. Insbesondere wäre es möglich, elektromagnetische oder Infrarotstrahlung aussendende Sendeeinheiten zu verwenden, beispielhaft seien hier sogenannte Bluetooth-Sendeeinheiten erwähnt, die in standardisierter Form mit einer Bluetooth-Empfangseinrichtung des Navigationssystems kommunizieren können.
  • Vorzugsweise wird zur Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit ein Navigationssystem verwendet, welches eine Auswerteeinheit umfasst, die derart ausgebildet ist, dass aus mittels dem mindestens einen Inertialsensor gemessenen Beschleunigungswerten absolute Positions- und/oder Orientierungs daten für die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit berechenbar sind. Die Verwendung eines derartigen Navigationssystems hat den Vorteil, dass eine Positions- und/oder Orientierungsbestimmung der Kalibriereinheit sowie der mindestens einen Referenzierungseinheit vollautomatisch möglich ist.
  • Günstig ist es, wenn aus den gemessenen Beschleunigungswerten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf das Koordinatensystem berechnet werden und wenn aus den berechneten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf das Koordinatensystem berechnet werden. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass dann, wenn keine absoluten Positions- und/oder Änderungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit bestimmt werden müssen, die berechneten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten für eine relative Positionsbestimmung verwendet werden können.
  • Günstigerweise wird als mindestens ein Inertialsensor eine Inertialsensoreinheit verwendet, welche mindestens drei Linearbeschleunigungssensoren und drei Rotationsbeschleunigungssensoren umfasst, mit denen auf die Kalibriereinheit und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit wirkende Beschleunigungen und/oder Kräfte in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen und um drei relativ zueinander linear unabhängige Rotationsachsen zeitabhängig gemessen werden. Mit derartigen Inertialsensoreinheiten können ohne Weiteres alle für eine dreidimensionale Positions- und/oder Orientie rungsbestimmung in einem Koordinatensystem erforderlichen Messwerte bestimmt werden.
  • Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner durch eine chirurgische Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums gelöst, umfassend:
    • – ein Navigationssystem mit einer Datenverarbeitungseinheit, wobei das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind,
    • – eine Kalibriereinheit, deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem bestimmbar sind, wobei die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit relativ zu einander in eine eineindeutige Kalibrierstellung bringbar sind, in welcher die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition- und/oder -orientierung einnehmen, wobei das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind, dass Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung auf Grund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit berechenbar sind und dass die für die mindestens eine Referenzierungseinheit berech neten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit zuweisbar sind, wobei das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgebbar ist und dass ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystem durch die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit oder der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung vorgebbar sind.
  • Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen chirurgischen Kalibriervorrichtung lassen sich mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattete Referenzierungseinheiten chirurgischer Navigationssysteme bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums auf einfache Weise kalibrieren. Diese auch als Referenzierung bezeichnete Kalibrierung ist mittels der Kalibriereinheit sowie des Navigationssystems ohne Weiteres durchführbar und ermöglicht die Verwendung von mit Inertialsensoren ausgestatteten Referenzierungseinheiten insbesondere zur Positions- und/oder Orientierungsbestimmung von chirurgischen Vorrichtungen, beispielsweise von Instrumenten und/oder Implantaten. Es ist mit einer solchen Kalibriervorrichtung möglich, auch eine relative Positions- und/oder Orientierungsbestimmung der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf ein nichts ortsfestes Koordinatensystem vorzunehmen.
  • Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner durch eine chirurgische Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums gelöst, umfassend:
    • – ein Navigationssystem mit einer Datenverarbeitungseinheit, wobei das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind,
    • – eine Kalibriereinheit, deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem bestimmbar sind,
    wobei die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit relativ zu einander in eine eineindeutige Kalibrierstellung bringbar sind, in welcher die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition- und/oder -orientierung einnehmen, wobei das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind, dass Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung auf Grund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit berechenbar sind und dass die für die mindestens eine Referenzierungseinheit berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit zuweisbar sind, wobei das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass mindestens zwei Referenzierungseinheiten kalibrierbar sind, dass als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgebbar ist und dass ein Koordinatenursprung des nichts ortsfesten Koordinatensystems durch eine der mindestens zwei Referenzierungseinheiten vorgebbar ist.
  • Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen chirurgischen Kalibriervorrichtung lassen sich mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattete Referenzierungseinheiten chirurgischer Navigationssysteme bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums auf einfache Weise kalibrieren. Diese auch als Referenzierung bezeichnete Kalibrierung ist mittels der Kalibriereinheit sowie des Navigationssystems ohne Weiteres durchführbar und ermöglicht die Verwendung von mit Inertialsensoren ausgestatteten Referenzierungseinheiten insbesondere zur Positions- und/oder Orientierungsbestimmung von chirurgischen Vorrichtungen, beispielsweise von Instrumenten und/oder Implantaten. Mit dem so weitergebildeten Navigationssystem ist es möglich, eine der mindestens zwei Referenzierungseinheiten als nichts ortsfesten Koordinatenursprung eines Koordinatensystems zu definieren. Insbesondere ist es auch möglich, eine der mindestens zwei Referenzierungseinheiten auch als Kalibriereinheit zu verwenden. Einzige Voraussetzung hierfür ist es, dass die mindestens zwei Referenzierungseinheiten relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung bringbar sind.
  • Vorteilhaft ist es, wenn eine Ursprung-Kalibrierlehre vorgesehen ist und wenn das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit ferner derart ausgebildet und programmiert sind, dass ein durch die Ursprung-Kalibrierlehre definierter und im Raum feststehender Koordinatenursprung eines absoluten Koordinatensystems vorgebbar ist, wenn die Kalibriereinheit in eine Ursprung-Kalibrierstellung relativ zur Ursprung-Kalibrierlehre bringbar ist, in welcher die Kalibriereinheit in einer definierten Beziehung zum feststehenden Koordinatenursprung positioniert ist, und wenn Ursprung-Positions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit zuordenbar sind. Insbesondere die Ursprung-Kalibrierlehre ermöglicht es, die Kalibriereinheit in eine eineindeutige Ursprung-Kalibrierstellung relativ zu einem Koordinaten-Ursprung eines im Raum feststehenden absoluten Koordinatensystems zu brin gen. Man könnte die Kalibrierlehre auch dazu nutzen, den Koordinatenursprung des Koordinatensystems zu definieren. Beispielsweise kann über die Ursprung-Kalibrierlehre auch eine Verknüpfung zwischen mit Inertialsensoren ausgestatteten Referenzierungseinheiten und mit herkömmlichen Markerelementen ausgestatteten Referenzierungseinheiten erreicht werden. Hierfür kann beispielsweise die Ursprung-Kalibrierlehre mit herkömmlichen Markerelementen ausgestattet sein, die es ermöglichen, mit einer Nachweisvorrichtung des Navigationssystems die Position der Ursprung-Kalibrierlehre im Raum zu bestimmen.
  • Vorteilhafterweise ist eine Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen zum Erzeugen eines Kalibriersignals, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung einnehmen. Die Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung dient somit unter anderem dem Zweck, ein Kalibriersignal zu erzeugen, wenn die geometrischen Voraussetzungen für eine Kalibrierung oder eine Referenzierung erfüllt sind, d.h. wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung einnehmen.
  • Günstigerweise ist die Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung derart ausgebildet, dass das Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH erzeugt wird, während der die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung ohne oder im Wesentlichen ohne Relativbewegung einnehmen. Durch eine solche Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung kann sichergestellt werden, dass eine Kalibrierung erst dann durchgeführt wird, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit auch tatsächlich die gewünschte eineindeutige Kalibrierstellung einnehmen.
  • Vorteilhaft ist es, wenn mindestens ein Betätigungselement vorgesehen ist, welches in der Kalibrierstellung betätigbar ist, und wenn mit der Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung das Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des mindestens einen Betätigungselements erzeugbar ist. Voraussetzung für die Erzeugung eines Kalibriersignals ist somit eine Betätigung des mindestens einen Betätigungselements. Dabei kann die Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass das Kalibriersignal ständig während einer Betätigung des Betätigungselements erzeugt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Kalibriersignal sofort bei Betätigung des Betätigungselements erzeugt wird. Alternativ ist es auch möglich, das Kalibriersignal erst nach der Haltezeit zu erzeugen, d.h. dass das Betätigungselement mindestens während eines ununterbrochenen, der Haltezeit entsprechenden Zeitraum betätigt sein muss.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine Betätigungselement derart angeordnet, dass es durch die Kalibriereinheit und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit betätigbar ist. So kann insbesondere erreicht werden, dass das Betätigungselement zwangsläufig betätigt wird, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit die Kalibrierstellung einnehmen.
  • Besonders einfach wird der Aufbau der Kalibriervorrichtung, wenn das mindestens eine Betätigungselement ein mechanisches Schaltelement, insbesondere einen Taster oder einen Fußschalter, umfasst. Denkbar wäre es auch, das Betätigungselement in Form eines optischen Schalters auszubilden oder als Näherungsschalter in induktiver oder kapazitiver Bauweise. Einen Hand- oder Fußschalter als Betätigungselement vorzusehen, gestattet die Möglichkeit, dass beispielsweise ein Operateur eine Erzeugung des Kalibriersignals durch die Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung in gewünschter Weise initialisiert oder auslöst.
  • Besonders einfach ist eine Kalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit oder der Kalibriereinheit durchzuführen, wenn das mindestens eine Betätigungselement an der mindestens einen Referenzierungseinheit, an der Kalibriereinheit und/oder an der Ursprung-Kalibrierlehre angeordnet ist. Insbesondere kann das Betätigungselement derart angeordnet sein, dass es automatisch durch die Referenzierungseinheit, die Kalibriereinheit und/oder die Ursprung-Kalibrierlehre betätigt wird, wenn die mindestens eine Referenzierungseinheit und die Kalibriereinheit die Kalibrierstellung einnehmen und/oder die Kalibriereinheit und die Ursprung-Kalibrierlehre die Ursprung-Kalibrierstellung einnehmen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit derart ausgebildet und programmiert sind, dass erst nach Vorliegen des Kalibriersignals die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems bestimmbar, die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung berechenbar und die für die mindestens eine Referenzierungseinheit berechneten Kalibrier- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit zuweisbar sind. Mit einer derartigen Kalibriervorrichtung kann verhindert werden, dass in unbeabsichtigter Weise eine Kalibrierung durchgeführt wird. Voraussetzung für eine Kalibrierung ist somit bei einer solchen Kalibriervorrichtung stets das Vorliegen des Kalibriersignals.
  • Günstigerweise ist eine Ursprung-Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen zum Erzeugen eines Ursprung-Kalibriersignals, wenn die Kalibriereinheit die Ursprung-Kalibrierstellung einnimmt. Damit ist es möglich, ein definiertes Signal zu erzeugen, wenn die Kalibriereinheit die Ursprung-Kalibrierstellung einnimmt. Beispielsweise kann das Ursprung-Kalibriersignal dazu verwendet werden, eine Kalibrierung der Kalibriereinheit in Bezug auf den Ursprung des Koordinatensystems auszulösen.
  • Günstig ist es, wenn die Ursprung-Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Ursprung-Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH_Ursprung erzeugbar ist, während der die Kalibriereinheit die Ursprung-Kalibrierstellung bewegungslos oder im Wesentlichen bewegungslos einnimmt. Durch diese Weiterbildung wird verhindert, dass nicht versehentlich eine Ursprung-Kalibrierung vorgenommen wird. Insbesondere auf Grund der Dauer der Haltezeit kann eine sichere und genaue Ursprung-Kalibrierung erreicht werden.
  • Günstig ist es, wenn ein Ursprung-Kalibrierbetätigungselement vorgesehen ist, das in der Ursprung-Kalibrierstellung betätigbar ist, und wenn das Ursprung-Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des Ursprung-Kalibrierbetätigungselements erzeugbar ist. Mit dem Ursprung-Kalibrierbetätigungselement, das auch Teil der Ursprung-Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung sein kann, kann letztere insbesondere initialisiert werden, um das Ursprung-Kalibriersignal zu erzeugen. So dient das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement auch als Sicherungselement, um zu verhindern, dass das Ursprung-Kalibriersignal in unerwünschter Weise erzeugt wird. Zudem wäre es denkbar, das Ursprung-Kalibriersignal nach Ende der Betätigung des Ursprung-Kalibrierbetätigungselements zu erzeugen.
  • Günstigerweise ist das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement derart angeordnet, dass es durch die Kalibriereinheit, eine Referenzierungseinheit oder die Ursprung-Kalibrierlehre betätigbar ist. So ist es insbesondere möglich, dann, wenn die relativ zueinander zu kalibrierenden Einheiten oder Teile die Ursprung-Kalibrierstellung einnehmen, dass das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement automatisch betätigt wird.
  • Optional wäre es möglich, das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement in Form eines optischen Schalters oder eines Näherungsschalters auszubilden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Ursprung-Betätigungselement einen Taster oder einen Fußschalter umfasst. Selbstverständlich können der Taster und auch der Fußschalter optische oder induktive oder kapazitive Näherungsschalter umfassen. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt insbesondere darin, dass auch eine Betätigung in Folge eines mechanischen Kontakts möglich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit ferner derart ausgebildet und programmiert sind, dass erst nach Vorliegen des Ursprung-Kalibriersignals die Ursprung-Positions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit zuordenbar sind. Mit dem derart ausgebildeten Navigationssystems können eine Fehlkalibrierung oder eine unkorrekte Kalibrierung verhindert werden.
  • Vorteilhafterweise sind das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit ferner derart ausbildet und programmiert, dass ein Navigationsbetrieb des Navigationssystems zum Verfolgen beliebiger Bewegungen der mindestens einen Referenzierungseinheit erst dann freigebbar ist, wenn alle für den Navigationsbetrieb erforderlichen Referenzierungseinheiten mit der Kalibriereinheit bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Navigationssystem in unerwünschter Weise in einen Betriebsmodus wechselt, in welchem Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit bestimmbar sind, den sogenannten "Navigationsmodus". Damit kann vermieden werden, dass falsche oder fehlerbehaftete Koordinaten bestimmt werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Navigationssystem eine Betriebszeitvorgabeeinheit, mit welcher ein Navigationsbetrieb auf eine vorgebbare Betriebszeit tBetrieb begrenzbar ist. So wird insbesondere verhindert, dass zu lange im Navigationsmodus gearbeitet wird, was auf Grund einer Drift der Inertialsensoren zu nicht tolerierbaren Abweichung bei der Bestimmung von Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindesten einen Referenzierungseinheit führen kann.
  • Günstig ist es, wenn das Navigationssystem und die Datenverarbeitungseinheit ferner derart ausgebildet und programmiert sind, dass die durch die Betriebszeitvorgabeeinheit vorgebbare Betriebszeit tBetrieb automatisch dann zu laufen beginnt, wenn alle Referenzierungseinheiten mit der Kalibriereinheit bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden. Mit einer solchen Kalibriervorrichtung muss eine Bedienperson den Navigationsmodus nicht selbst starten, sondern dieser kann automatisch gestartet werden, wenn alle Voraussetzungen erfüllt sind, die eine genaue Positions- und/oder Orientierungsdatenbestimmung ermöglichen. Zu beachten ist, dass auch eine Referenzierungseinheit als Kalibriereinheit ausgebildet sein oder dienen kann.
  • Des Weiteren werden Fehler bei der Bestimmung von Positions- und/oder Orientierungsdaten dadurch verhindert, dass eine Warnsignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb ein optisches oder akustisches Warnsignal abgebbar ist und/oder mit der der Navigationsbetrieb automatisch beendbar ist. So kann beispielsweise eine Bedienperson, die durch das optische und/oder das akustische Warnsignal gewarnt wurde, den Navigationsmodus des Navigationssystems beenden. Zur Vermeidung von Bedienfehlern kann alternativ der Navigationsbetrieb auch automatisch nach Ablauf der vorgebbaren Betriebszeit beendet werden.
  • Vorzugsweise umfasst das Navigationssystem eine Betriebszeitüberwachungseinrichtung, mit welcher die Betriebszeit tBetrieb überwachbar ist. So kann verhindert werden, dass in unerwünschter Weise der Navigationsmodus länger ausgeführt wird, als er auf Grund der Drifteigenschaft der Inertialsensoren ausgeführt werden sollte.
  • Um auf Grund einer möglichen Drift des mindestens einen Inertialsensors Fehler bei der Positions- und/oder Orientierungsdatenbestimmung zu vermeiden oder zu minimieren, ist es günstig, wenn eine Betriebszeitbegrenzungsvorrichtung vorgesehen ist zum Begrenzen der Betriebszeit tBetrieb auf eine Maximalzeit in einem Bereich von 1 Sekunde bis 60 Minuten, vorzugsweise in einem Bereich von 10 Sekunden und 20 Minuten.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Kalibriereinheit mindestens einen Inertialsensor. Es wäre zwar denkbar, auch eine Kalibriereinheit in Form eines herkömmlichen sogenannten Pointers zu verwendet, also ein Tast- oder Palpierinstrument, welches mit Markerelementen ausgestattet ist, deren Positionen im Raum von herkömmlichen Navigationssystemen mittels elektromagnetischer Strahlung, mittels Ultraschall oder mittels videooptischen Verfahren detektiert werden können. Werden jedoch nur Referenzierungseinheiten und auch die Kalibriereinheit mit Inertialsensoren ausgestattet, dann vereinfacht sich insgesamt der Aufbau des Navigationssystems, da nicht zweierlei unterschiedliche Nachweismethoden zur Bestimmung von Positions- und Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit und der Kalibriereinheit erforderlich sind.
  • Um Messwerte oder andere Daten von der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit an das Navigationssystem weiterzuleiten oder zu übertragen, ist es günstig, wenn die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit jeweils mindestens eine Sendeeinheit umfassen zum Übertragen von Messwerten oder Änderungen der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit an das Navigationssystem oder an eine Nachweisvorrichtung desselben.
  • Vorzugsweise umfasst das Navigationssystem zur Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit eine Auswerteeinheit, die derart ausgebildet ist, dass aus mittels dem mindestens einen Inertialsensor gemessenen Beschleunigungswerten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten für die Kali briereinheit und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit berechenbar sind. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit Teil der Nachweisvorrichtung oder der Datenverarbeitungseinrichtung oder des Navigationssystems sein.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit derart ausgebildet und/oder programmiert ist, dass aus den gemessenen Beschleunigungswerten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf das Koordinatensystem berechenbar sind und dass aus den berechneten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit bezogen auf das Koordinatensystem berechenbar sind. Optional können im Fall einer nur relativen Kalibrierung bezogen auf ein nicht ortsfestes Koordinatensystem die Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten dazu verwendet werden, relative Positions- und/oder Orientierungsdaten zu errechnen, um zumindest relative Positions- und/oder Orientierungsdaten zu ermitteln.
  • Vorzugsweise ist eine den mindestens einen Inertialsensor umfassende Inertialsensoreinheit vorgesehen, welche mindestens drei Linearbeschleunigungssensoren und drei Drehraten- oder Rotationsbeschleunigungssensoren umfasst, mit denen auf das Kalibrierinstrument und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit wirkende Beschleunigungen in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen und um drei relativ zueinander linear unabhängige Rotationsachsen zeitabhängig messbar sind. Mit einer solchen Inertialsensoreinheit können Positionsänderungen der Kalibriereinheit und/oder der mindestens einen Referenzierungseinheit im Raum nachgewiesen werden.
  • Um eine eindeutige Relativposition zwischen der Kalibriereinheit und der mindestens einen Referenzierungseinheit in der Kalibrierstellung vorgeben zu können, ist es günstig, wenn mindestens eine Kalibrierlehre vorgesehen ist, welche mindestens eine Kalibrieraufnahme zum mindestens teilweisen Aufnehmen der Kalibriereinheit in der Kalibrierstellung aufweist. In Fällen, in denen die Kalibriereinheit durch eine Referenzierungseinheit gebildet wird, können dann beispielsweise auch zwei Referenzierungseinheiten relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung gebracht werden, beispielsweise indem sie in Eingriff gebracht werden.
  • Günstig ist es, wenn die mindestens eine Kalibrierlehre an der mindestens einen Referenzierungseinheit angeordnet ist. Alternativ könnte sie auch an der Kalibriereinheit angeordnet sein.
  • Besonders einfach wird es, die Kalibriereinheit und die mindestens eine Referenzierungseinheit relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung zu bringen, wenn die mindestens eine Kalibrieraufnahme eine zu einem Teil der Kalibriereinheit korrespondierende Ausnehmung ist, in die dieser eine Teil der Kalibriereinheit formschlüssig einführbar ist.
  • Je nachdem, ob mittels der Kalibrierlehre ein Punkt, eine Richtung oder ein Punkt mit zugehöriger Richtung vorgegeben werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Kalibrierlehre eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Kalibrierlehre für eine Positions- und/oder eine Orientierungskalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit und der Kalibriereinheit relativ zueinander ist. Beispielsweise kann eine eindimensionale Kalibrierlehre in Form ei ner Bohrung ausgebildet sein, mit der ein zylindrischer Schaft oder solcher Schaftabschnitt in eine definierte Orientierung gebracht werden kann. Eine zweidimensionale Kalibrierlehre kann beispielsweise in Form einer Nut ausgebildet sein, eine dreidimensionale Kalibrierlehre in Form einer unrunden Sacklochbohrung oder einer unrunden Nut mit einseitigem Anschlag.
  • Vorteilhafterweise weist die Ursprung-Kalibrierlehre mindestens eine Ursprung-Kalibrieraufnahme zum mindestens teilweisen Aufnehmen der Kalibriereinheit in der Ursprung-Kalibrierstellung auf. So kann die Kalibriereinheit mindestens teilweise in die Kalibrieraufnahme eingeführt werden, um eine eineindeutige Ursprung-Kalibrierstellung einzunehmen.
  • Besonders einfach wird der Aufbau der Ursprung-Kalibrierlehre, wenn die mindestens eine Ursprung-Kalibrieraufnahme eine zu einem Teil der Kalibriereinheit korrespondierende Ausnehmung ist, in die der eine Teil der Kalibriereinheit formschlüssig einführbar ist.
  • Vorzugsweise sind das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement und/oder das Bestätigungselement manuell betätigbar. So kann beispielsweise eine Bedienperson das jeweilige Betätigungselement betätigen, wenn die Kalibriereinheit, die Referenzierungseinheit und/oder die Kalibrierlehre die erforderliche eineindeutige Relativposition einnehmen. Manuell betätigbar kann zudem bedeuten, dass das jeweilige Betätigungselement in Folge eines Kontakts oder Ineingriffbringens mit der Kalibriereinheit, der mindestens einen Referenzierungseinheit oder der mindestens einen Kalibrierlehre betätigt werden kann.
  • Ein besonders einfacher und kompakter Aufbau der Kalibriervorrichtung lässt sich dadurch erreichen, dass das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement und/oder das Betätigungselement einen an der Ursprung-Kalibrierlehre und/oder an der mindestens einen Referenzierungseinheit oder an der Kalibrierlehre angeordneten Mikroschalter umfassen.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
  • 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung;
  • 2: eine schematische Darstellung einer Ursprung-Kalibrierlehre mit eingeführter Kalibriereinheit;
  • 3: eine Draufsicht auf die Ursprung-Kalibrierlehre in 2 in Richtung einer Ursprung-Kalibrieraufnahme;
  • 4: eine Anordnung ähnlich 2 mit einer Ursprung-Kalibrierlehre mit einem Ursprung-Kalibrierbetätigungselement;
  • 5: eine schematische Darstellung einer Kalibrierung einer Referenzierungseinheit in einem ortsfesten Koordinatensystem;
  • 6: eine schematische Darstellung einer relativen Kalibrierung von Referenzierungseinheiten in einem nicht ortsfesten Koordinatensystem;
  • 7: eine schematische Darstellung eines Kalibrierverfahrens ähnlich wie im 6 skizzierten Verfahren;
  • 8: eine perspektivische Ansicht einer Kalibrierlehre;
  • 9: eine Draufsicht auf die Kalibrierlehre aus 8;
  • 10: eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kalibrierlehre;
  • 11: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Kalibrierlehre;
  • 12: eine Draufsicht auf die Kalibrierlehre aus 11;
  • 13: eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Kalibrierlehre zur Punkt-Richtungs-Kalibrierung;
  • 14: eine Draufsicht auf die Kalibrierlehre in 13;
  • 15: eine perspektivische Ansicht einer "zwei-" beziehungsweise "dreidimensionalen" Kalibrierlehre;
  • 16: eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Kalibrierlehre in 15;
  • 17: eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer "zwei-" beziehungsweise "dreidimensionalen" Kalibrierlehre;
  • 18: eine Draufsicht auf einen Teil der in 17 dargestellten Kalibrierlehre;
  • 19: eine perspektivische Ansicht einer weiteren "dreidimensionalen" Kalibrierlehre; und
  • 20: eine perspektivische Ansicht zweier in einer Kalibrierstellung in Eingriff stehender Kalibrierlehren.
  • Ein Beispiel zur Anwendung eines Navigationssystems ist in 1 dargestellt. Zur Bestimmung beispielsweise eines Zentrums eines Kniegelenks eines Patienten 12 wird eine erste Referenzierungseinheit 14 an einem Beckenknochen 16 des Patienten 12 festgelegt, eine zweite Referenzierungseinheit 18 an einem Femur 20 des Patienten 12. Die Festlegung der Referenzierungseinheiten 14 und 18 am Patienten 12 erfolgt üblicherweise mittels Knochenschrauben oder Knochenpins. Wird der Femur 20 relativ zum Beckenknochen 16 bewegt, so beschreibt die Referenzierungseinheit 18 eine Bewegungsbahn relativ zur Referenzierungseinheit 14, aus welcher sich ein Rotationszentrum des zugehörigen Hüftgelenks des Patienten 12 bestimmen lässt.
  • Zur Erfassung von Position und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit 14 und 18 dient ein Navigationssystem 22. Dieses umfasst eine oder mehrere Datenverarbeitungseinheiten 24, ein Eingabegerät 26 in Form einer Tastatur sowie ein Ausgabegerät 28 in Form eines Bildschirms, auf dem die Eingabe- und/oder Ausgabewerte angezeigt werden können. Das Navigationssystem 22 umfasst ferner eine Nachweisvorrichtung 30, um von den Referenzierungseinheiten 14 und 18 ausgesandte Datensignale zu empfangen. Hierzu dienen vorzugsweise drei Sende- und/oder Empfangseinheiten 32, die bei herkömmlichen Systemen insbesondere elektromagnetische Strahlung aussenden und empfangen können. Selbstverständlich könnten auch andere Navigationssysteme zum Einsatz kommen, die Ultraschall aussenden und empfangen, um mittels Laufzeitmessungen Positionen von Referenzierungseinheiten im Raum zu bestimmen. Statt der drei Sende- und/oder Empfangseinheiten 32 könnten auch Bilderzeugungseinrichtungen zum Einsatz kommen, mit denen unter Verwendung videooptischer Verfahren erzeugte Bilder ausgewertet werden und aus diesen direkt Positions- und/oder Orientierungsdaten der Referenzierungseinheiten bestimmt werden können. Insbesondere sind derartige Sende- und/oder Empfangseinheiten 32 auch dazu geeignet, aktiv von Referenzierungseinheiten ausgesandte Strahlung oder von diesen reflektierte und ursprünglich von den Sende- und/oder Empfangseinheiten 32 ausgesandte Signale zu detektieren.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Kalibrierung einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Referenzierungseinheit eines chirurgischen Navigationssystems bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums. Daher ist mindestens eine der beiden Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattet. Inertialsensoren dienen zur Messung auf sie wirkender Kräfte beziehungsweise Beschleunigungen. Sie liefern folglich Messwerte, wenn sie von einer ersten Posi tion zu einer zweiten Position bewegt werden, die auf sie in Folge der Positions- und/oder Orientierungsänderung wirkenden Kräften und/oder Beschleunigungen entsprechen. Zur Bestimmung dreidimensionaler Positions- und/oder Orientierungsänderungen der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 sind Inertialsensoreinheiten 34 vorgesehen, die mindestens sechs Inertialsensoren, nämlich drei Linearbeschleunigungssensoren und drei Drehraten- oder Rotationsbeschleunigungssensoren, umfassen, die so angeordnet sind, dass Kräfte beziehungsweise Beschleunigungen in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen erfassbar sind. Des Weiteren sind die Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 vorzugsweise mit nicht dargestellten Sendeeinheiten ausgestattet, um von dem mindestens einen Inertialsensor gemessene Kraft- beziehungsweise Beschleunigungswerte an die Nachweisvorrichtung 30 des Navigationssystems 22 zu übertragen, zum Beispiel mittels Bluetooth-Technik.
  • Da eine absolute Positions- und/oder Orientierungsbestimmung von mit Inertialsensoren ausgestatteten Referenzierungseinheiten nicht möglich ist, und zudem Inertialsensoren bauartbedingt einer mehr oder weniger großen Drift unterworfen sind, bedarf es einer mindestens einmaligen Kalibrierung beziehungsweise Referenzierung der Referenzierungseinheiten 14 und 18, um deren Position und/oder Orientierung in Bezug zu einem Koordinatensystem vorzugeben. Die Drift der Inertialsensoren, also eine mit zunehmender Messdauer zunehmende Abweichung der tatsächlich bestimmten Messwerte von den theoretisch zu erwartenden Werten, macht es zudem erforderlich, eine Betriebszeit tBetrieb des Navigationssystems 22 auf eine Zeit zu begrenzen, die deutlich kürzer ist als eine Driftzeit tDrift der Inertialsensoren, die beispielsweise definiert werden kann als die Zeit, die vergeht, bis eine Abweichung der mittels der Inertialsensoren ermittelten Position und/oder Orientierung größer ist als eine vorgegebene tolerierbare Abweichung, die beispielsweise in einem Bereich von 0,1% bis 5% liegen kann. Es ist daher nicht nur sinnvoll, sondern wegen der möglichst genau gewünschten Positions- und/oder Orientierungserfassung der Referenzierungseinheiten 14 und 18 sogar angeraten, deren Position und/oder Orientierung im Koordinatensystem regelmäßig nachzukalibrieren beziehungsweise nachzureferenzieren.
  • Zur Kalibrierung der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 dient eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehene, erfindungsgemäße chirurgische Kalibriervorrichtung, die eine Kalibriereinheit 36 umfasst. Letztere kann insbesondere in Form eines Tast- oder Palpationsinstruments ausgebildet sein, welches auch als sogenannter "Pointer" bezeichnet wird beziehungsweise bekannt ist. Die Kalibriereinheit 36 ist in einer ersten Variante mit einem in 1 dargestellten Markerelement 38 ausgestattet, welches vier in vordefinierter Weise räumlich zueinander festgelegte elektromagnetische Strahlung reflektierende Kugeln 40 umfasst. Diese können beispielsweise von der Nachweisvorrichtung 30 ausgesandte elektromagnetische Strahlung reflektieren, so dass die Position des Markerelements 38 im Raum mittels des Navigationssystems 22 eindeutig bestimmbar ist. Des Weiteren können die Markerelemente 38 auch aktiv ausgebildet sein, das heißt anstelle der Kugeln 40 können aktive Sendeelemente vorgesehen sein. Anstelle des in 1 dargestellten Markerelements 38 kann auch ein Markerelement vorgesehen sein, das mittels Navigationssystemen navigierbar ist, die auf elektromagnetische Strahlung reagieren, die auf Ultraschall basieren oder die mit videooptischen Verfahren eine Position und/oder Orientierung des Markerelements im Raum erfassen können. Alternativ kann anstelle des Markerelements 38 auch mindestens ein Inertialsensor, vorzugsweise eine Inertialsensoreinheit mit sechs Inertialsensoren, nämlich drei Linearbeschleunigungs- und drei Rotationsbeschleunigungssensoren, vorgesehen sein, die derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie auf die Kalibriereinheit wirkende Beschleunigungen und/oder Kräfte in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen erfassen können. Optional wäre es auch denkbar, zusätzlich zu der nicht dargestellten Inertialsensoreinheit auch das Markerelement 38 vorzusehen. Bei einer mit mindestens einem Inertialsensor ausgestatteten Kalibriereinheit ist vorzugsweise auch eine Sendeeinheit vorgesehen, mit der die von dem mindestens einen Inertialsensor erfassten Messwerte zum Navigationssystem 22 übertragen werden können. Selbstverständlich kann auch eine kabelgebundene Kalibriereinheit, also mit dem Navigationssystem über ein Kabel verbundene Kalibriereinheit vorgesehen sein, die den Vorteil hat, dass keine störenden äußeren Einflüsse eine Datenübertragung zwischen der Kalibriereinheit und dem Navigationssystem beeinträchtigen können. Insbesondere kann ein Datenaustausch mittels bekannter Bluetooth-Technik erfolgen.
  • Eine Kalibrierung der Referenzierungseinheiten 14 und 18 kann beispielsweise in einem ortsfesten Koordinatensystem 60 des Raumes, beispielsweise eines Operationssaals, erfolgen. Insbesondere kann ein Koordinatenursprung mittels einer Ursprung-Kalibrierlehre 42 definiert werden. Bei dieser handelt es sich um eine ortsfest im Raum angeordnete, beispielsweise an einer Tischplatte 44 oder einem Operationstisch 46 angeordnete Vorrichtung, die eine Aufnahme 48 aufweisen kann, in die ein Teil der Kalibriereinheit 36 einführbar ist, und zwar vorzugsweise formschlüssig und eineindeutig. Eineindeutig bedeutet in diesem Fall, dass es nur genau eine Möglichkeit gibt, die Kalibriereinheit 36 in die Aufnahme 48 einzuführen.
  • Die beispielhaft in 2 dargestellte Ursprung-Kalibrierlehre 42 umfasst eine Aufnahme 48 mit einem hexagonalen Querschnitt, die sich an ihrem verschlossenen Ende kegelförmig verjüngt. Ein distales Ende 49 der Kalibriereinheit 36 mit einer Palpierspitze 50 ist korrespondierend zur Aufnahme 48 ausgebildet, das heißt ausgehend von der Palpierspitze 50 erweitert sich das distale Ende 49 kegelförmig und wird durch einen im Querschnitt hexagonalen Abschnitt 51 fortgesetzt. Um das distale Ende 49 der Kalibriereinheit 36 leichter in die Aufnahme 48 einführen zu können, erweitert sich diese von ihrem geschlossenen Ende weg weisend trichterförmig, so dass eine Innenfläche 52 dieses kegelmantelförmigen Abschnitts eine Aufgleitfläche für das distale Ende 49 der Kalibriereinheit 36 bildet.
  • Die Ursprung-Kalibrierlehre 42, die optional auch an einer am Operationstisch umlaufend angeordneten Schiene im Operationssaal oder an einem Instrumententisch befestigt werden kann, definiert somit ein sogenanntes absolutes beziehungsweise Weltkoordinatensystem 60. Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Ursprung-Kalibrierlehre 42 mit einem anderen Innenquerschnitt zu versehen, so dass ein distales Ende der Kalibriereinheit 36, welches dann entsprechend geformt ist, entsprechend dem Schlüssel-Schloss-Prinzip nur in einer eineindeutigen Orientierung in die Aufnahme 48 eingeführt werden kann.
  • Um der Kalibriereinheit 36 das durch die Ursprung-Kalibrierlehre 42 definierte ortsfeste Koordinatensystem 60 zuzuweisen, also eine absolute Referenzierung beziehungsweise Kalibrierung durchzuführen, wird das distale Ende 49 der Kalibriereinheit 36 in die Aufnahme 48 der Ursprung-Kalibrierlehre 42 eingeführt. Bei einer möglichen Ausführungsform kann am langgestreckten zylindrischen Körper 54 der Kalibriereinheit 36 ein Schalter 56 angeordnet sein. Wird der Schalter 56 betätigt, beispielsweise von einem Operateur, hat dies auf Grund einer entsprechenden Ausgestaltung des Navigationssystems 22 zur Folge, dass die Kalibriereinheit 36 kalibriert wird, was auch als "Nullen" bezeichnet wird. Insbesondere können beim Nullen der Palpierspitze 50 der Kalibriereinheit 36 die Koordinaten des Ursprungs des ortsfesten Koordinatensystems 60 zugewiesen werden. Definiert die Ursprung-Kalibriereinheit 42 nicht den Ursprung des ortsfesten Koordinatensystems 60, so können alternativ auch deren Position und/oder Orientierung im Raum der Palpierspitze 50 der Kalibriereinheit 36 zugeordnet werden, falls diese Daten bekannt sind. Optional können die Koordinaten mittels des Navigationssystems 22 bestimmt werden, wenn an der Ursprung-Kalibrierlehre ein Markerelement analog dem Markerelement 38 angeordnet ist. Eine Position der Ursprung-Kalibrierlehre 42 im Raum kann dann beispielsweise in Bezug zur Nachweisvorrichtung 30 ermittelt werden.
  • Eine alternative Vorgehensweise für das Nullen der Kalibriereinheit 36 besteht darin, dass dieses sogenannte Nullen dann durchgeführt wird, wenn sich Position und/oder Orientierung der Kalibriereinheit 36, die vom Navigationssystem 22 überwacht werden, für eine bestimmte Haltezeit tHalt, beispielsweise für mindestens 3 bis 30 Sekunden, vorzugsweise 5 bis 7 Sekunden, nicht oder kaum ändern. Die Zuweisung von Positions- und/oder Orientierungsdaten der eine Ursprung-Kalibrierstellung einnehmenden Kalibriereinheit 36 kann dann automatisch erfolgen.
  • Eine weitere Variante besteht darin, dass anstelle der Betätigung des Schalters 56 als Betätigungselement für eine Bedienperson ein Fußschalter vorgesehen ist. Das Navigationssystem 22 beziehungsweise die Datenverarbeitungseinheit 24 kann derart ausgebildet und/oder programmiert sein, dass in Folge der Betätigung des Fußschalters oder aber auch des Schalters 46 ein Kalibriersignal erzeugt wird, welches das "Nullen" initialisiert.
  • Bei einer weiteren Variante einer Ursprung-Kalibrierung wird eine alternative Ursprung-Kalibrierlehre 42a eingesetzt. Diese ist im Wesentlichen analog der Ursprung-Kalibrierlehre 42 aufgebaut, jedoch ist am verschlossenen Ende der Aufnahme 48 ein Mikroschalter 58 angeordnet, der von der Palpierspitze 50 der Kalibriereinheit 36 betätigt wird, wenn ein distales Ende 49 derselben in die Aufnahme 48 in definierter Weise eintaucht und die Ursprung-Kalibrierstellung einnimmt. Durch die Betätigung des Mikroschalters 58 kann das Nullen der Kalibriereinheit 36 initialisiert werden. Bei Verwendung der Ursprung-Kalibrierlehre 42a ist ein Betätigungselement an der Kalibriereinheit nicht unbedingt erforderlich, um den Ursprung-Kalibriervorgang auszulösen.
  • Ist die mit mindestens einem Inertialsensor ausgestattete Kalibriereinheit 36 im Ursprungskoordinatensystem kalibriert, dann kann diese in einem nächsten Schritt dazu eingesetzt werden, die Referenzierungseinheiten 14 und/oder 18 in diesem Koordinatensystem 60 zu referenzieren. Hierzu kann beispielsweise die Spitze 50 der Kalibriereinheit 36 an die Referenzierungseinheiten 14 und 16 herangeführt oder in eine zum distalen Ende 49 der Kalibriereinheit 36 korrespondierende Aufnahme 62 mindestens teilweise eingeführt werden. So lässt sich zumindest für einen Punkt und/oder eine Richtung eine eindeutige Kalibrierstellung zwischen der Kalibriereinheit 36 und den Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 vorgeben. Die Aufnahmen 62 können auch Teil einer Kalibrierlehre sein, die an der Referenzierungseinheit 14 beziehungs weise 18 angeordnet ist. Eine solche Kalibrierlehre kann umgekehrt auch an der Kalibriereinheit 36 vorgesehen sein, so dass beispielsweise auch ein Teil der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 in eine dafür vorgesehene, in den Figuren nicht dargestellte Aufnahme an der Kalibriereinheit 36 eingeführt werden kann.
  • Die Referenzierung oder Kalibrierung der Referenzierungseinheiten 14 und 18 kann insbesondere durch einen Mikroschalter initialisiert werden, der beispielsweise an jeder der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 angeordnet ist und in der Kalibrierstellung beispielsweise von der Palpierspitze 50 der Kalibriereinheit 36 betätigt wird. Alternativ kann, wie auch bei der Ursprung-Kalibrierung, eine Referenzierung der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 erfolgen, wenn sich eine Relativposition zwischen der Kalibriereinheit 36 und den Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 für eine bestimmte, vorgebbare Haltezeit tHalt nicht ändert. Die Haltezeit tHalt kann beispielsweise in einem Zeitfenster von 3 Sekunden bis 30 Sekunden vorgegeben werden. Nehmen also die Kalibriereinheit 36 und die zu referenzierende Referenzierungseinheit 14 beziehungsweise 18 für eine bestimmte Zeit die Kalibrierstellung ein, so können die bekannten Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit 36 durch das Navigationssystem 22 der jeweiligen Referenzierungseinheit 14 beziehungsweise 18 zugeordnet werden. Position und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit 14 beziehungsweise 18 sind dann im ortsfesten Koordinatensystem 60 bekannt.
  • Um Fehler bei einer Messung von Bewegungen oder von Bewegungsbahnen der Referenzierungseinheiten 14 und 18 im Raum zu vermeiden, kann das Navigationssystem 22 insbesondere so ausgebildet sein, dass eine Erfassung der Bewegungsbahnen der Referenzierungseinheiten 14 und 18, also ein sogenannter Navigationsbetrieb, erst dann aktivierbar ist, wenn die Positionen der Referenzierungseinheiten 14 und 18 oder eventuell weiterer Referenzierungseinheiten im Koordinatensystem 60 referenziert wurden. Die Freigabe für den Navigationsbetrieb erfolgt durch das Navigationssystem 22 insbesondere automatisch. Des Weiteren ist das Navigationssystem 22 derart ausgebildet und gegebenenfalls programmiert, dass der Navigationsbetrieb zeitlich auf eine Betriebszeit tBetrieb begrenzt wird oder begrenzbar ist. Auf Grund der Drift der Inertialsensoren kann der Navigationsbetrieb auf eine Betriebszeit tBetrieb in einem Bereich von 1 Sekunde bis 60 Minuten begrenzt werden. Vorzugsweise wird die Betriebszeit tBetrieb auf 5 Minuten begrenzt. Die Betriebszeit tBetrieb kann insbesondere von einer Betriebszeitüberwachungseinrichtung überwacht werden, die Teil des Navigationssystems 22 beziehungsweise deren Datenverarbeitungseinheit 24 sein kann. Nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb kann ein akustisches und/oder optisches Warnsignal ertönen, so dass eine Bedienperson des Navigationssystems 20 auf das Ende des Navigationsbetriebs hingewiesen wird. Optional kann der Navigationsbetrieb durch das Navigationssystem 22 auch automatisch beendet werden.
  • Nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb ist eine erneute Referenzierung der mit Inertialsensoren ausgestatteten Referenzierungseinheiten 14 und 18 und gegebenenfalls auch der Kalibriereinheit 36 erforderlich. Wie oben beschrieben wird hierfür zunächst die Kalibriereinheit 36 mittels der Ursprung-Kalibrierlehre 42 referenziert und dann wie weiter beschrieben vorgegangen.
  • Die Ursprung-Kalibrierung der Kalibriereinheit 36 ist schematisch in 5 dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 wird die Kalibriereinheit 36 mittels der Ursprung- Kalibrierlehre 42 im ortsfesten Koordinatensystem 60 kalibriert. Danach kann mittels der Kalibriereinheit 36 eine Referenzierungseinheit nach der anderen im ortsfesten Koordinatensystem 60 referenziert werden. Die Betriebszeit tBetrieb des Navigationsbetriebs beginnt beispielsweise zum Zeitpunkt t1, zu dem alle Referenzierungseinheiten 14 und 18 referenziert wurden. Nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb, also zum Zeitpunkt t2, werden die Messungenauigkeiten durch ein Wegdriften der Inertialsensoren so groß, dass kein sinnvoller, das heißt ausreichend präziser, Navigationsbetrieb mehr durchführbar ist. Die Kalibriereinheit 36 muss daher erneut kalibriert werden, beispielsweise zum Zeitpunkt tN.
  • In Fällen, in denen eine Referenzierung in einem ortsfesten Koordinatensystem nicht erforderlich ist, kann auf den oben beschriebenen Schritt der Referenzierung der Kalibriereinheit 36 verzichtet werden. Statt dessen reicht es aus, die Kalibriereinheit 36 und die Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 jeweils in eine Kalibrierstellung zu bringen. Hierfür können optional an den Referenzierungseinheiten 14 und 18 Kalibrierlehren 64 beziehungsweise 66 angeordnet sein, die eine geometrisch eineindeutige Relativposition zwischen der Kalibriereinheit und den Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 sicherstellen. Beispielsweise können die Kalibrierlehren 64 und 66 in ähnlicher Weise wie die Ursprung-Kalibrierlehre 42 Aufnahmen 62 aufweisen, in die ein distales Ende der Kalibriereinheit 36 mit der Palpierspitze 50 voran einführbar ist.
  • Eine sogenannte relative Referenzierung kann dann folgendermaßen durchgeführt werden. Wenn die Kalibriereinheit 36 und die Referenzierungseinheit 14 in definierter Weise die Kalibrierstellung einnehmen, kann insbesondere ein Kalibriersignal erzeugt werden. Dies kann initialisiert werden durch eine Bedienperson, beispielsweise durch Betätigung eines Hand- oder Fußschalters. Das Kalibriersignal kann auch automatisch erzeugt werden, wenn die Kalibrierstellung für eine bestimmte Zeit tHalt eingenommen wird. Alternativ kann auch ein Betätigungselement automatisch betätigt werden und ein Kalibriersignal erzeugen, wenn die Kalibriereinheit 36 und die Referenzierungseinheit 14 die Kalibrierstellung einnehmen. Beispielsweise kann die Referenzierungseinheit 14 mit einem Mikroschalter ausgestattet sein, der, ähnlich wie der Mikroschalter 58 durch die Palpierspitze 50 betätigbar ist. Selbstverständlich könnte der Mikroschalter auch an der Kalibriereinheit 36 angeordnet sein und durch einen zugeordneten Vorsprung an der Referenzierungseinheit 14 in der Kalibrierstellung betätigt werden. Mit den Inertialsensoren der Referenzierungseinheit 14 und der Kalibriereinheit 36 werden auf beide Einheiten wirkende Kräfte bestimmt. Durch die Kalibrierung können die Kraftmesswerte im Zeitpunkt t0 der Kalibrierung für beide Inertialsensoren auf 0 gesetzt werden. So wird quasi ein Koordinatenursprung eines nicht ortsfesten Koordinatensystems zum Zeitpunkt t0 definiert. Nachfolgend können alle Messungen von Ort und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit 14 und der Kalibriereinheit 36 in Bezug auf die Kalibrierstellung bestimmt werden. Insbesondere können weitere Referenzierungseinheiten, beispielsweise die Referenzierungseinheit 18, relativ zur Kalibrierstellung der Kalibriereinheit 36 und der Referenzierungseinheit 14 referenziert werden, und zwar indem die Kalibriereinheit 36 in eine Kalibrierstellung relativ zur Referenzierungseinheit 18 gebracht wird und dieser dann die Position und/oder Orientierung der Kalibriereinheit 36 bezogen auf das nicht ortsfeste Koordinatensystem zugeordnet werden. Wenn alle Referenzierungseinheiten in der beschriebenen Weise referenziert wurden, läuft wie bereits oben beschrieben die Betriebszeit tBetrieb, während der ein Navigationsbe trieb möglich ist, das heißt die Referenzierungseinheiten 14 und 18 können beliebig bewegt und deren Bewegungsbahnen durch das Navigationssystem 22 erfasst werden. Ferner können während des Navigationsbetriebs mit der Kalibriereinheit 36 auch beliebige Punkte im Raum palpiert werden, und zwar je nach dem, ob eine absolute oder relative Referenzierung vorgenommen wurde bezogen auf ein ortsfestes oder nicht ortsfestes Koordinatensystem.
  • Die Vorgehensweise bei der relativen Referenzierung in einem nicht ortsfesten Koordinatensystem ist schematisch in 7 dargestellt, wobei im Diagramm die auf die Inertialsensoren wirkenden Kräfte 68 und die Referenzierungseinheit 14 wirkenden Kräfte 70 beispielhaft und zeitabhängig dargestellt sind.
  • Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine relative Referenzierung der Referenzierungseinheiten 14 und 18 auch wie folgt durchgeführt werden. Zum Zeitpunkt t0 werden durch das Navigationssystem 22 beide Referenzierungseinheiten 14 und 18 "genullt", das heißt im Zeitpunkt t0 werden die von den Inertialsensoren der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 erzeugten Signale zu Null gesetzt. Um Relativbewegungen der beiden Referenzierungseinheiten 14 und 18 relativ zueinander in gewünschter Weise bestimmen zu können, können die beiden Referenzierungseinheiten 14 und 18 mit der Kalibriereinheit 36 nacheinander palpiert werden, oder anders ausgedrückt, die Kalibriereinheit 36 wird nacheinander jeweils in eine Kalibrierstellung mit der Referenzierungseinheit 14 und mit der Referenzierungseinheit 18 gebracht. Wird in der ersten Kalibrierstellung, beispielsweise in der Kalibrierstellung der Kalibriereinheit 36 relativ zur Referenzierungseinheit 14 der Kalibriereinheit 36 Position und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit 14 zugeordnet, so kann ein Abstand zwischen den beiden Referenzierungsein heiten 14 und 18 auf einfache Weise dadurch bestimmt werden, dass die Kalibriereinheit 36 als nächstes in eine Kalibrierstellung relativ zur Referenzierungseinheit 18 bewegt wird. Nachfolgend können beliebige Positions- und/oder Orientierungsänderungen der Referenzierungseinheiten 14 und 18 mittels des Navigationssystems 22 erfasst und ausgegeben werden. Nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb können die Referenzierungseinheit 14 und 18 beispielsweise automatisch wieder genullt werden. Das heißt, dass der Referenzierungseinheit 14 zum Beispiel wiederum einen Messwert 0 zugeordnet wird und der Referenzierungseinheit 18 ein Messwert, welcher der Differenz am Ende der Betriebszeit tBetrieb entspricht. Dadurch bleiben die Relativpositionen der Referenzierungseinheiten 14 und 18 zueinander erhalten, eine nochmalige Abstandsbestimmung mittels der Kalibriereinheit 36 ist dann nicht erforderlich.
  • Die Vorgehensweise bei der relativen Referenzierung im letztgenannten Fall ist in 6 schematisch dargestellt, wobei die zeitabhängigen Kraftkurven 70 und 72 den auf die Inertialsensoren der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 wirkenden Kräften beispielhaft entsprechen.
  • Je nachdem, ob mit den Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 Positionen und/oder Orientierungen in einem Koordinatensystem bestimmt werden sollen, ist eine entsprechende Referenzierung erforderlich. Hierzu können beispielsweise die Referenzierungseinheiten 14 und 18 mit sogenannten Kalibrierlehren ausgestattet sein, welche geometrisch auf einen Teil oder Abschnitt der Kalibriereinheit 36 abgestimmt sind, um eine eindeutige Orientierung, eine eindeutige Position oder eine eindeutige Position einschließlich Orientierung zu definieren. Analog trifft dies auch für die oben beschriebene Ursprung-Kalibrierung zu, so dass die nachfolgend beschriebenen Kalibrierlehren grundsätz lich auch als Ursprung-Kalibrierlehren dienen könnten. Ferner sei angemerkt, dass die Kalibrierlehren, wie sie nachfolgend beispielhaft beschrieben werden, auch an der Kalibriereinheit 36 angeordnet sein und mit entsprechenden Abschnitten oder Teilen der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 in Eingriff gebracht werden können.
  • Um eine Achse vorzugeben, kann beispielsweise eine Kalibrierlehre 100 dienen, die im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist und in einer Seitenfläche eine sich parallel zu Seitenkanten erstreckende keilförmige Nut 102 aufweist. Ein zylindrischer Abschnitt der Kalibriereinheit kann an die Nut 102 angelegt werden und so eine Achse 104 definieren. Schematisch ist die Kalibrierlehre 100 in den 8 und 9 dargestellt.
  • Eine alternative Kalibrierlehre 110 zur Definition einer Achse 112 ist in 10 dargestellt. Die Achse 112 wird definiert durch eine Durchgangsbohrung 114 durch den im Wesentlichen quaderförmigen Körper der Kalibrierlehre 110. Optional kann die Kalibrierlehre 110 auch mit einem quaderförmigen Vorsprung 116 versehen sein, welcher von einer Seitenfläche 118 absteht und ebenfalls eine Achse definiert. Der Vorsprung 116 kann jedoch auch als Universaladapter dienen, um die Kalibrierlehre 110 mit einer der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 oder der Kalibriereinheit 36 zu verbinden.
  • Mit der in den 11 und 12 schematisch dargestellten Kalibrierlehre 120 lassen sich sowohl eine Achse 122 als auch ein Punkt im Raum vorgeben. Ein im Wesentlichen quaderförmiger Grundkörper der Kalibrierlehre 120 ist zu diesem Zweck mit einer Sacklochbohrung 124 versehen, deren Boden 126 einen Anschlag definiert, beispielsweise für die Palpierspitze 50 der Kalibriereinheit 36.
  • Ebenfalls ein Punkt und eine Achse für eine Instrumentennavigation lassen sich mit der in den 13 und 14 dargestellten Kalibrierlehre 130 durchführen, die im Wesentlichen der Kalibrierlehre 100 entspricht, also ebenfalls eine keilförmige Nut 132 in einer Seitenfläche parallel zu Seitenkanten des quaderförmigen Körpers der Kalibrierlehre 130 aufweist. Zusätzlich ist ein Anschlag 134 vorgesehen, der von der durch die Nut 132 definierten Achse 136 durchsetzt wird. Der Anschlag 134 dient beispielsweise als Anschlag für die Palpierspitze 50 der Kalibriereinheit 36 zur Definition eines Punktes.
  • Zur Referenzierung von Ebenen in einem Koordinatensystem können die in den 15 und 16 beziehungsweise 17 und 18 schematisch dargestellten Kalibrierlehren 140 und 150 verwendet werden. Sie können zudem als Sägelehren eingesetzt werden. Die Kalibrierlehre 140 umfasst einen im Wesentlichen quaderförmigen Körper, der in einer Seitenfläche eine flache quaderförmige Nut 142 aufweist, die optional an einem Ende mit einem Anschlag 144 verschlossen sein kann. Ein Sägeblatt kann beispielsweise in die Nut 142 eingelegt und in dieser geführt werden. Wird die Kalibrierlehre 140 in gewünschter Weise in einem ortsfesten oder nicht ortsfesten Koordinatensystem in eine gewünschte Position gebracht, kann die Kalibrierlehre 140 auch direkt als Sägelehre verwendet werden, um beispielsweise einen Schnitt an der Tibia oder dem Femur eines Patienten durchzuführen.
  • Die Kalibrierlehre 150 ist zur Definition einer Ebene mit einem Schlitz 152 versehen, der insbesondere als durchgehender Schlitz oder als Schlitz in Form eines Sacklochs ausgebildet sein kann. Der Schlitz 152 kann insbesondere auch als Führung für ein Sägeblatt dienen. Ein optional von einer Seitenfläche der Kalibrierlehre 150 abstehender quaderförmiger Vorsprung kann als Adapter 154 zur Verbindung der Kalibrierlehre 150 mit einer der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 oder der Kalibriereinheit 36 dienen.
  • Die in 19 schematisch dargestellte Kalibrierlehre 160 besteht im Wesentlichen aus einem quaderförmigen Grundkörper mit einem von einer Seitenfläche 164 senkrecht abstehenden Adapter 162, welcher nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist, um eine Verdrehsicherung bei der Verbindung der Kalibrierlehre 160 mit einer der Referenzierungseinheiten 14 beziehungsweise 18 oder der Kalibriereinheit 36 zu definieren. Weitere Seitenflächen 166 und 168 der Kalibriereinheit 160 dienen zur Definition von Ebenen, beispielsweise für durchzuführende Sägeschnitte. Zusätzlich können die Seitenflächen 166 und 168 auch mit seitlichen Begrenzungsanschlägen zur zusätzlichen Führung eines Sägeblattes versehen sein.
  • Ein Beispiel von zwei miteinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung bringbare Kalibrierlehren 170 und 180 ist in 20 dargestellt. Die Kalibrierlehre 180 weist hierfür eine quaderförmige Aufnahme 184 auf, in die ein Teil der Kalibrierlehre 170 formschlüssig einführbar ist. Sowohl die Kalibrierlehre 170 als auch die Kalibrierlehre 180 sind jeweils mit einem quaderförmigen Vorsprung versehen, der sich senkrecht von jeweils einer Seitenfläche weg erstreckt und einen Adapter 172 beziehungsweise 182 zur Verbindung mit einer Referenzierungseinheit 14 beziehungsweise 18 oder der Kalibriereinheit 36 bildet. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, eine der beiden Kalibrierlehren 170 oder 180 als Ursprung-Kalibrierlehre zu verwenden.
  • Die in den 8 bis 20 dargestellten Kalibrierlehren sind lediglich als Beispiele zu verstehen, um eindimensionale Referenzierungen, also Richtungs-Referenzierungen, zweidimensionale Referenzierungen, beispielsweise Ebenen-Referenzierungen, und dreidimensionale Referenzierungen, insbesondere Punkt-Richtungs-Referenzierungen, durchzuführen. Selbstverständlich können für einen hochpräzisen Navigationsbetrieb die genauen Abmessungen der Kalibrierlehren und deren Ausstattungen vor dem Einsatz in Verbindung mit einem Navigationssystem 22 vorab ermittelt werden. So kann beispielsweise eine Relativposition zwischen der Palpierspitze 50 und der Kalibrierlehre, die an der Kalibriereinheit 36 angeordnet ist, hochpräzise bestimmt werden. Aus einer mittels des Navigationssystems 22 ermittelten Position und/oder Orientierung der Kalibrierlehre lässt sich so stets hochpräzise auch eine Position und/oder Orientierung der Palpierspitze 50 bestimmen.

Claims (59)

  1. Verfahren zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor (34) ausgestatteten Referenzierungseinheit (14, 18) eines chirurgischen Navigationssystems (22) bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums, umfassend: – Bereitstellen einer Kalibriereinheit (36), deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem (22) bestimmbar sind, – Bringen der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung, in welcher die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition und/oder -orientierung einnehmen, – Bestimmen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems (22), – Berechnen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) in der Kalibrierstellung aufgrund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und – Zuweisen der für die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18), bei welchem Verfahren als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgegeben wird und bei welchem ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems durch die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) oder der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung vorgegeben wird.
  2. Verfahren zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor (34) ausgestatteten Referenzierungseinheit (14, 18) eines chirurgischen Navigationssystems (22) bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums, umfassend: – Bereitstellen einer Kalibriereinheit (36), deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem (22) bestimmbar sind, – Bringen der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung, in welcher die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition und/oder -orientierung einnehmen, – Bestimmen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems (22), – Berechnen von Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) in der Kalibrier stellung aufgrund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und – Zuweisen der für die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18), bei welchem Verfahren mindestens zwei Referenzierungseinheiten (14, 18) kalibriert werden, bei welchem als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgegeben wird und bei welchem ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems durch eine der mindestens zwei Referenzierungseinheiten (14, 18) vorgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem ein Kalibriersignal erzeugt wird, wenn die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) die Kalibrierstellung einnehmen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH erzeugt wird, während der die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) die Kalibrierstellung ohne oder im Wesentlichen ohne Relativbewegung einnehmen.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei welchem in der Kalibrierstellung ein Betätigungselement betätigt wird und bei welchem das Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des Betätigungselements erzeugt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das Betätigungselement durch die Kalibriereinheit (36) und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) betätigt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem als Betätigungselement ein Taster oder ein Fußschalter verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei welchem erst nach Vorliegen des Kalibriersignals die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems (22) bestimmt, die Kalibrierpositions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens Referenzierungseinheit (14, 18) in der Kalibrierstellung berechnet und die für die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) zugewiesen werden.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem ein im Raum feststehender Koordinatenursprung eines absoluten Koordinatensystems (60) vorgegeben wird, bei welchem die Kalibriereinheit (36) in eine Ursprung-Kalibrierstellung gebracht wird, in welcher die Kalibriereinheit (36) in einer definierten Beziehung zum feststehenden Koordinatenursprung positioniert ist, bei welchem Ursprung-Positions- und/oder -Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit (36) zugeordnet werden und bei welchem ein Ursprung-Kalib riersignal erzeugt wird, wenn die Kalibriereinheit (36) die Ursprung-Kalibrierstellung einnimmt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Ursprung-Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH_Ursprung erzeugt wird, während der die Kalibriereinheit (36) die Ursprung-Kalibrierstellung bewegungslos oder im Wesentlichen bewegungslos einnimmt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem in der Ursprung-Kalibrierstellung ein Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) betätigt wird und bei welchem das Ursprung-Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des Ursprung-Kalibrierbetätigungselements (58) erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) durch die Kalibriereinheit (36) oder eine Referenzierungsvorrichtung (14, 18) betätigt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem als Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) ein Taster oder ein Fußschalter verwendet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei welchem erst nach Vorliegen des Ursprung-Kalibriersignals die Ursprung-Positions- und/oder -Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit (36) zugeordnet werden.
  15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem ein Navigationsbetrieb des Navigationssystems (22) zum Verfolgen beliebiger Bewegungen der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) erst dann freigegeben wird, wenn alle für den Navigationsbetrieb erforderlichen Referenzierungseinheiten (14, 18) mit der Kalibriereinheit (36) bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem ein Navigationsbetrieb auf eine vorgebare Betriebszeit tBetrieb begrenzt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem die Betriebszeit tBetrieb automatisch dann zu laufen beginnt, wenn alle Referenzierungseinheiten (14, 18) mit der Kalibriereinheit (36) bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei welchem nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgegeben wird und/oder der Navigationsbetrieb automatisch beendet wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei welchem die Betriebszeit tBetrieb vom Navigationssystem (22) überwacht wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei welchem die Betriebszeit tBetrieb auf eine Maximalzeit im Bereich von 1 Sekunde bis 60 Minuten begrenzt wird.
  21. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem eine mit mindestens einem Inertialsensor (34) ausgestattete Kalibriereinheit (36) bereitgestellt wird, deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem (22) erfassbar sind.
  22. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) jeweils mindestens eine Sendeeinheit aufweisen und bei welchem mit der mindestens einen Sendeeinheit Änderungen der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und/oder der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) an das Navigationssystem (22) oder an eine Nachweisvorrichtung (30) desselben übertragen werden.
  23. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem zur Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) ein Navigationssystem (22) verwendet wird, welches eine Auswerteeinheit umfasst, die derart ausgebildet ist, dass aus mittels dem mindestens einen Inertialsensor (34) gemessenen Beschleunigungswerten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten für die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechenbar sind.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem aus den gemessenen Beschleunigungswerten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungsein heit (14, 18) bezogen auf das Koordinatensystem berechnet werden und dass aus den berechneten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) bezogen auf das Koordinatensystem berechnet werden.
  25. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem als mindestens ein Inertialsensor eine Inertialsensoreinheit (34) verwendet wird, welche mindestens drei Linear- und drei Rotations-Beschleunigungssensoren umfasst, mit denen auf die Kalibriereinheit (36) und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) wirkende Beschleunigungen und/oder Kräfte (F) in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen und um drei zueinander linear unabhängige Rotationsachsen zeitabhängig gemessen werden.
  26. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor (34) ausgestatteten Referenzierungseinheit (14, 18) eines chirurgischen Navigationssystems (22) bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums, umfassend: – ein Navigationssystem (22) mit einer Datenverarbeitungseinheit (24), welches Navigationssystem (22) und welche Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind, – eine Kalibriereinheit (36), deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem (22) bestimmbar sind, welche Kalibriereinheit (36) und welche mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung bringbar sind, in welcher die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition und/oder -orientierung einnehmen, welches Navigationssystem (22) und welche Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind, dass Kalibrierpositions- und/oder -Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) in der Kalibrierstellung aufgrund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) berechenbar sind und dass die für die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) zuweisbar sind, welches Navigationssystem (22) und welche Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgebbar ist und dass ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems durch die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) oder der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung vorgebbar ist.
  27. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) zum Kalibrieren einer Position und/oder einer Orientierung im Raum von mindestens einer chirurgischen, mit mindestens einem Inertialsensor (34) ausgestatteten Referenzierungseinheit (14, 18) eines chirurgischen Navigationssystems (22) bezogen auf ein Koordinatensystem des Raums, umfassend: – ein Navigationssystem (22) mit einer Datenverarbeitungseinheit (24), welches Navigationssystem (22) und welche Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind, – eine Kalibriereinheit (36), deren Positions- und/oder Orientierungsdaten bezogen auf das Koordinatensystem vom Navigationssystem (22) bestimmbar sind, welche Kalibriereinheit (36) und welche mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) relativ zueinander in eine eineindeutige Kalibrierstellung bringbar sind, in welcher die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) jeweils eine relativ zueinander definierte Kalibrierposition und/oder -orientierung einnehmen, welches Navigationssystem (22) und welche Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) bezogen auf das Koordinatensystem bestimmbar sind, dass Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) in der Kalibrierstellung aufgrund der Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) berechenbar sind und dass die für die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechneten Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) zuweisbar sind, welches Navigationssystem (22) und welche Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass mindestens zwei Referenzierungseinheiten (14, 18) kalibrierbar sind, bei welchem als Koordinatensystem ein nicht ortsfestes Koordinatensystem vorgebbar ist und dass ein Koordinatenursprung des nicht ortsfesten Koordinatensystems durch eine der mindestens zwei Referenzierungseinheiten (14, 18) vorgebbar ist.
  28. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 26 oder 27, bei der eine Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist zum Erzeugen eines Kalibriersignals, wenn die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) die Kalibrierstellung einnehmen.
  29. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 28, bei der die Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH erzeugt wird, während der die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) die Kalibrierstellung ohne oder im Wesentlichen ohne Relativbewegung einnehmen.
  30. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 28 oder 29, bei der mindestens ein Betätigungselement (56, 58) vorgesehen ist, welches in der Kalibrierstellung betätigbar ist, und dass mit der Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung das Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des mindestens einen Betätigungselements (56, 58) erzeugbar ist.
  31. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 30, bei der das mindestens eine Betätigungselement (56, 58) derart angeordnet ist, dass es durch die Kalibriereinheit (36) und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) betätigbar ist.
  32. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 30 oder 31, bei der das mindestens eine Betätigungselement (56, 58) einen Taster oder einen Fußschalter umfasst.
  33. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 30 bis 32, bei der das mindestens eine Betätigungselement (56, 58) an der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18), an der Kalibriereinheit (36) und/oder an der Ursprung-Kalibrierlehre (42) angeordnet ist.
  34. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 28 bis 33, bei der das Navigationssystem (22) und die Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass erst nach Vorliegen des Kalibriersignals die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung mittels des Navigationssystems (22) bestimmbar, die Kalibrierpositions- und/oder -orientierungsdaten der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) in der Kalibrierstellung berechenbar und die für die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechneten Kali brierpositions- und/oder -orientierungsdaten in der Kalibrierstellung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) zuweisbar sind.
  35. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 34, bei der eine Ursprung-Kalibrierlehre (42) vorgesehen ist und dass das Navigationssystem (22) und die Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass ein durch die Ursprung-Kalibrierlehre (42) definierter und im Raum feststehender Koordinatenursprung eines absoluten Koordinatensystems (60) vorgebbar ist, dass die Kalibriereinheit (36) in eine Ursprung-Kalibrierstellung relativ zur Ursprung-Kalibrierlehre (42) bringbar ist, in welcher die Kalibriereinheit (36) in einer definierten Beziehung zum feststehenden Koordinatenursprung positioniert ist, dass Ursprung-Positions- und/oder -Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit (36) zuordenbar sind, und dass eine Ursprung-Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist zum Erzeugen eines Ursprung-Kalibriersignals, wenn die Kalibriereinheit (36) die Ursprung-Kalibrierstellung einnimmt.
  36. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 35, bei der die Ursprung-Kalibriersignalerzeugungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Ursprung-Kalibriersignal erst nach einer Haltezeit tH_Ursprung erzeugbar ist, während der die Kalibriereinheit (36) die Ursprung-Kalibrierstellung bewegungslos oder im Wesentlichen bewegungslos einnimmt.
  37. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 35 oder 36, bei der ein Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) vorgesehen ist, das in der Ursprung-Kalibrierstellung betätigbar ist, und dass das Ursprung-Kalibriersignal nur während oder in Folge einer Betätigung des Ursprung-Kalibrierbetätigungselements (58) erzeugbar ist.
  38. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 37, bei der das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) derart angeordnet ist, dass es durch die Kalibriereinheit (36), eine Referenzierungseinheit (14, 18) oder die Ursprung-Kalibrierlehre (42) betätigbar ist.
  39. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 37 oder 38, bei der das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) einen Taster oder einen Fußschalter umfasst.
  40. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 35 bis 39, bei der das Navigationssystem (22) und die Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass erst nach Vorliegen des Ursprung-Kalibriersignals die Ursprung-Positions- und/oder -Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit (36) zuordenbar sind.
  41. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 40, bei der das Navigationssystem (22) und die Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass ein Navigationsbetrieb des Navigationssystems (22) zum Verfolgen beliebiger Bewegungen der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) erst dann freigebbar ist, wenn alle für den Navigationsbetrieb erforderlichen Referenzierungseinheiten (14, 18) mit der Kalibriereinheit (36) bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden.
  42. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 41, bei der das Navigationssystem (22) eine Betriebszeitvorgabeeinheit umfasst, mit welcher ein Navigationsbetrieb auf eine vorgebare Betriebszeit tBetrieb begrenzbar ist.
  43. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 42, bei der das Navigationssystem (22) und die Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass die durch die Betriebszeitvorgabeeinheit vorgebbare Betriebszeit tBetrieb automatisch dann zu laufen beginnt, wenn alle Referenzierungseinheiten (14, 18) mit der Kalibriereinheit (36) bezogen auf ein gemeinsames Koordinatensystem kalibriert wurden.
  44. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 42 oder 43, bei der eine Warnsignalerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher nach Ablauf der Betriebszeit tBetrieb ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgebbar ist und/oder mit der der Navigationsbetrieb automatisch beendbar ist.
  45. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 42 bis 44, bei der das Navigationssystem (22) eine Betriebszeitüberwachungseinrichtung umfasst, mit welcher die Betriebszeit tBetrieb überwachbar ist.
  46. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 42 bis 45, bei der eine Betriebszeitbegrenzungsvorrichtung vorgesehen ist zum Begrenzen der Betriebszeit tBetrieb auf eine Maximalzeit in einem Bereich von 1 Sekunde bis 60 Minuten.
  47. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 46, bei der die Kalibriereinheit (36) mindestens einen Inertialsensor (34) umfasst.
  48. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 47, bei der die Kalibriereinheit (36) und die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) jeweils mindestens eine Sendeeinheit umfassen zum Übertragen von Messwerten oder Änderungen der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) an das Navigationssystem (22) oder an eine Nachweisvorrichtung (30) desselben.
  49. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 46 bis 48, bei der das Navigationssystem (22) zur Bestimmung der Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) eine Auswerteeinheit umfasst, die derart ausgebildet ist, dass aus mittels dem mindestens einen Inertialsensor (34) gemessenen Beschleunigungswerten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten für die Kalibriereinheit (36) und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) berechenbar sind.
  50. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 49, bei der die Auswerteeinheit derart ausgebildet und/oder programmiert ist, dass aus den gemessenen Beschleunigungswerten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) bezogen auf das Koordinatensystem berechenbar sind und dass aus den berechneten Positions- und/oder Orientierungsänderungsdaten absolute Positions- und/oder Orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) und der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) bezogen auf das Koordinatensystem berechenbar sind.
  51. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 50, bei der eine den mindestens einen Inertialsensor umfassende Inertialsensoreinheit (34) vorgesehen ist, welche mindestens sechs Beschleunigungssensoren umfasst, mit denen auf die Kalibriereinheit (36) und/oder die mindestens eine Referenzierungseinheit (14, 18) wirkende Beschleunigungen in drei zueinander linear unabhängigen Richtungen und um drei zueinander linear unabhängige Rotationsachsen zeitabhängig messbar sind.
  52. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 51, bei der mindestens eine Kalibrierlehre (64; 66; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170; 180) vorgesehen ist, welche mindestens eine Kalibrieraufnahme (62) zum mindestens teilweisen Aufnehmen der Kalibriereinheit (36) in der Kalibrierstellung aufweist.
  53. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 52, bei der die mindestens eine Kalibrierlehre (64; 66; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170; 180) an der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) angeordnet ist.
  54. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 52 oder 53, bei der die mindestens eine Kalibrieraufnahme (62) eine zu einem Teil der Kalibriereinheit (36) korrespondierende Ausnehmung (62) umfasst, in die dieser eine Teil der Kalibriereinheit (36) formschlüssig einführbar ist.
  55. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 52 bis 54, bei der die mindestens eine Kalibrierlehre (64; 66; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170; 180) eine ein-, zwei- oder dreidimensionale Kalibrierlehre (64; 66; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170; 180) für ein Positions- und/oder Orientierungskalibrierung der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) und der Kalibriereinheit (36) relativ zueinander ist.
  56. Chirurgisch Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 26 bis 55, bei der eine Ursprung-Kalibrierlehre (42) vorgesehen ist und dass das Navigationssystem (22) und die Datenverarbeitungseinheit (24) derart ausgebildet und programmiert sind, dass ein durch die Ursprung-Kalibrierlehre (42) definierter und im Raum feststehender Koordinatenursprung eines absoluten Koordinatensystems (60) vorgebbar ist, dass die Kalibriereinheit (36) in eine Ursprung-Kalibrierstellung relativ zur Ursprung-Kalibrierlehre (42) bringbar ist, in welcher die Kalibriereinheit (36) in einer definierten Beziehung zum feststehenden Koordinatenursprung positioniert ist, dass Ursprung-Positions- und/oder -orientierungsdaten der Kalibriereinheit (36) in der Ursprung-Kalibrierstellung bezogen auf den feststehenden Koordinatenursprung der Kalibriereinheit (36) zuordenbar sind, und dass die Ursprung-Kalibrierlehre (42) mindestens eine Ursprung-Kalibrieraufnahme (48) zum mindestens teilweisen Aufnehmen der Kalibriereinheit (36) in der Ursprung-Kalibrierstellung aufweist.
  57. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 56, bei der die mindestens eine Ursprung-Kalibrieraufnahme (48) eine zu einem Teil der Kalibriereinheit (36) korrespondierende Ausnehmung (48) ist, in die der eine Teil der Kalibriereinheit (36) formschlüssig einführbar ist.
  58. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 30 bis 57, bei der das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) und/oder das Betätigungselement (56) manuell betätigbar sind.
  59. Chirurgische Kalibriervorrichtung (10) nach Anspruch 58, bei der das Ursprung-Kalibrierbetätigungselement (58) und/oder das Betätigungselement (56) einen an der Ursprung-Kalibrierlehre (42) und/oder an der mindestens einen Referenzierungseinheit (14, 18) oder an der Kalibrierlehre (64; 66; 100; 110; 120; 130; 140; 150; 160; 170; 180) angeordneten Mikroschalter (56, 58) umfassen.
DE102006032127A 2006-07-05 2006-07-05 Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit Expired - Fee Related DE102006032127B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006032127A DE102006032127B4 (de) 2006-07-05 2006-07-05 Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit
US11/824,487 US7702477B2 (en) 2006-07-05 2007-06-28 Calibration method and calibration device for a surgical referencing unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006032127A DE102006032127B4 (de) 2006-07-05 2006-07-05 Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006032127A1 DE102006032127A1 (de) 2008-01-10
DE102006032127B4 true DE102006032127B4 (de) 2008-04-30

Family

ID=38806131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006032127A Expired - Fee Related DE102006032127B4 (de) 2006-07-05 2006-07-05 Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7702477B2 (de)
DE (1) DE102006032127B4 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108652740A (zh) * 2018-04-26 2018-10-16 上海交通大学 一种游离骨块位置实时跟踪的标定方法

Families Citing this family (131)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040243148A1 (en) 2003-04-08 2004-12-02 Wasielewski Ray C. Use of micro- and miniature position sensing devices for use in TKA and THA
US7559931B2 (en) 2003-06-09 2009-07-14 OrthAlign, Inc. Surgical orientation system and method
US8057482B2 (en) * 2003-06-09 2011-11-15 OrthAlign, Inc. Surgical orientation device and method
US7771436B2 (en) * 2003-12-10 2010-08-10 Stryker Leibinger Gmbh & Co. Kg. Surgical navigation tracker, system and method
EP1850803B1 (de) 2005-02-18 2014-03-26 Zimmer, Inc. Gelenkimplantat mit smart sensors
US10357184B2 (en) 2012-06-21 2019-07-23 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and method
US10653497B2 (en) 2006-02-16 2020-05-19 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and methods
US10893912B2 (en) 2006-02-16 2021-01-19 Globus Medical Inc. Surgical tool systems and methods
AU2009227957B2 (en) * 2008-03-25 2014-07-10 Orthosoft Ulc Method and system for planning/guiding alterations to a bone
US8029566B2 (en) 2008-06-02 2011-10-04 Zimmer, Inc. Implant sensors
ES2683029T3 (es) * 2008-07-24 2018-09-24 OrthAlign, Inc. Sistemas para el reemplazo de articulaciones
CA2736525C (en) 2008-09-10 2019-10-22 OrthAlign, Inc. Hip surgery systems and methods
DE102008062468B3 (de) * 2008-12-18 2011-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Instrument für ein Positionserfassungssystem und Verfahren zur Bestimmung einer Zielposition des Instruments
US8118815B2 (en) 2009-07-24 2012-02-21 OrthAlign, Inc. Systems and methods for joint replacement
US10869771B2 (en) 2009-07-24 2020-12-22 OrthAlign, Inc. Systems and methods for joint replacement
CA2796805C (en) 2010-01-19 2018-12-11 Orthosoft Inc. Tracking system and method
WO2012082164A1 (en) * 2010-01-21 2012-06-21 Orthallgn, Inc. Systems and methods for joint replacement
US9706948B2 (en) * 2010-05-06 2017-07-18 Sachin Bhandari Inertial sensor based surgical navigation system for knee replacement surgery
US9226799B2 (en) 2010-06-23 2016-01-05 Mako Surgical Corp. Inertially tracked objects
US8551108B2 (en) 2010-08-31 2013-10-08 Orthosoft Inc. Tool and method for digital acquisition of a tibial mechanical axis
WO2012131660A1 (en) 2011-04-01 2012-10-04 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Robotic system for spinal and other surgeries
DE102011101842A1 (de) * 2011-05-17 2012-11-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Regeln der Bahnspannung in einer Bahnbearbeitungsmaschine
CA2851747C (en) * 2011-10-11 2016-07-26 Ying Ji Determination method and calibration tool for directional calibration parameters and action direction of surgical instrument
US10363102B2 (en) * 2011-12-30 2019-07-30 Mako Surgical Corp. Integrated surgery method
US9549742B2 (en) 2012-05-18 2017-01-24 OrthAlign, Inc. Devices and methods for knee arthroplasty
US11607149B2 (en) 2012-06-21 2023-03-21 Globus Medical Inc. Surgical tool systems and method
US11864745B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robotic system with retractor
US11116576B2 (en) 2012-06-21 2021-09-14 Globus Medical Inc. Dynamic reference arrays and methods of use
US11399900B2 (en) 2012-06-21 2022-08-02 Globus Medical, Inc. Robotic systems providing co-registration using natural fiducials and related methods
US10874466B2 (en) 2012-06-21 2020-12-29 Globus Medical, Inc. System and method for surgical tool insertion using multiaxis force and moment feedback
US10842461B2 (en) 2012-06-21 2020-11-24 Globus Medical, Inc. Systems and methods of checking registrations for surgical systems
US11589771B2 (en) 2012-06-21 2023-02-28 Globus Medical Inc. Method for recording probe movement and determining an extent of matter removed
US10799298B2 (en) 2012-06-21 2020-10-13 Globus Medical Inc. Robotic fluoroscopic navigation
US10624710B2 (en) 2012-06-21 2020-04-21 Globus Medical, Inc. System and method for measuring depth of instrumentation
US10231791B2 (en) 2012-06-21 2019-03-19 Globus Medical, Inc. Infrared signal based position recognition system for use with a robot-assisted surgery
US11298196B2 (en) 2012-06-21 2022-04-12 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers and controlled tool advancement
US20190000571A1 (en) * 2012-06-21 2019-01-03 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11793570B2 (en) 2012-06-21 2023-10-24 Globus Medical Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11864839B2 (en) 2012-06-21 2024-01-09 Globus Medical Inc. Methods of adjusting a virtual implant and related surgical navigation systems
US11395706B2 (en) 2012-06-21 2022-07-26 Globus Medical Inc. Surgical robot platform
US11896446B2 (en) 2012-06-21 2024-02-13 Globus Medical, Inc Surgical robotic automation with tracking markers
US11317971B2 (en) 2012-06-21 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Systems and methods related to robotic guidance in surgery
JP2015528713A (ja) 2012-06-21 2015-10-01 グローバス メディカル インコーポレイティッド 手術ロボットプラットフォーム
US11857266B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. System for a surveillance marker in robotic-assisted surgery
US10350013B2 (en) 2012-06-21 2019-07-16 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and methods
US11045267B2 (en) 2012-06-21 2021-06-29 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US10136954B2 (en) 2012-06-21 2018-11-27 Globus Medical, Inc. Surgical tool systems and method
US10758315B2 (en) 2012-06-21 2020-09-01 Globus Medical Inc. Method and system for improving 2D-3D registration convergence
US11786324B2 (en) 2012-06-21 2023-10-17 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US11857149B2 (en) 2012-06-21 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems with target trajectory deviation monitoring and related methods
US10646280B2 (en) 2012-06-21 2020-05-12 Globus Medical, Inc. System and method for surgical tool insertion using multiaxis force and moment feedback
US11253327B2 (en) 2012-06-21 2022-02-22 Globus Medical, Inc. Systems and methods for automatically changing an end-effector on a surgical robot
US9649160B2 (en) 2012-08-14 2017-05-16 OrthAlign, Inc. Hip replacement navigation system and method
US9008757B2 (en) 2012-09-26 2015-04-14 Stryker Corporation Navigation system including optical and non-optical sensors
US9283048B2 (en) 2013-10-04 2016-03-15 KB Medical SA Apparatus and systems for precise guidance of surgical tools
US20160249997A1 (en) * 2014-01-14 2016-09-01 Brainlab Ag Force-assisting calibration device
WO2015107099A1 (en) 2014-01-15 2015-07-23 KB Medical SA Notched apparatus for guidance of an insertable instrument along an axis during spinal surgery
US10039605B2 (en) 2014-02-11 2018-08-07 Globus Medical, Inc. Sterile handle for controlling a robotic surgical system from a sterile field
WO2015162256A1 (en) 2014-04-24 2015-10-29 KB Medical SA Surgical instrument holder for use with a robotic surgical system
CN106999248B (zh) 2014-06-19 2021-04-06 Kb医疗公司 用于执行微创外科手术的系统及方法
US10357257B2 (en) 2014-07-14 2019-07-23 KB Medical SA Anti-skid surgical instrument for use in preparing holes in bone tissue
US10765438B2 (en) 2014-07-14 2020-09-08 KB Medical SA Anti-skid surgical instrument for use in preparing holes in bone tissue
US11103316B2 (en) 2014-12-02 2021-08-31 Globus Medical Inc. Robot assisted volume removal during surgery
US10013808B2 (en) 2015-02-03 2018-07-03 Globus Medical, Inc. Surgeon head-mounted display apparatuses
WO2016131903A1 (en) 2015-02-18 2016-08-25 KB Medical SA Systems and methods for performing minimally invasive spinal surgery with a robotic surgical system using a percutaneous technique
US10363149B2 (en) 2015-02-20 2019-07-30 OrthAlign, Inc. Hip replacement navigation system and method
US10646298B2 (en) 2015-07-31 2020-05-12 Globus Medical, Inc. Robot arm and methods of use
US10058394B2 (en) 2015-07-31 2018-08-28 Globus Medical, Inc. Robot arm and methods of use
US10080615B2 (en) 2015-08-12 2018-09-25 Globus Medical, Inc. Devices and methods for temporary mounting of parts to bone
JP6894431B2 (ja) 2015-08-31 2021-06-30 ケービー メディカル エスアー ロボット外科用システム及び方法
DE102015217449B3 (de) * 2015-09-11 2016-12-29 Dialog Semiconductor B.V. Sensorvereinigungsverfahren zum Bestimmen der Orientierung eines Objektes
US10034716B2 (en) 2015-09-14 2018-07-31 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems and methods thereof
US9771092B2 (en) 2015-10-13 2017-09-26 Globus Medical, Inc. Stabilizer wheel assembly and methods of use
US10117632B2 (en) 2016-02-03 2018-11-06 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system with beam scanning collimator
US10842453B2 (en) 2016-02-03 2020-11-24 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US10448910B2 (en) 2016-02-03 2019-10-22 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US11058378B2 (en) 2016-02-03 2021-07-13 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system
US11883217B2 (en) 2016-02-03 2024-01-30 Globus Medical, Inc. Portable medical imaging system and method
US10866119B2 (en) 2016-03-14 2020-12-15 Globus Medical, Inc. Metal detector for detecting insertion of a surgical device into a hollow tube
US11039893B2 (en) 2016-10-21 2021-06-22 Globus Medical, Inc. Robotic surgical systems
JP7233841B2 (ja) 2017-01-18 2023-03-07 ケービー メディカル エスアー ロボット外科手術システムのロボットナビゲーション
JP2018114280A (ja) 2017-01-18 2018-07-26 ケービー メディカル エスアー ロボット外科用システムのための汎用器具ガイド、外科用器具システム、及びそれらの使用方法
EP3351202B1 (de) 2017-01-18 2021-09-08 KB Medical SA Universelle instrumentenführung für chirurgische robotersysteme
CA3056495A1 (en) 2017-03-14 2018-09-20 OrthAlign, Inc. Soft tissue measurement & balancing systems and methods
US10918499B2 (en) 2017-03-14 2021-02-16 OrthAlign, Inc. Hip replacement navigation systems and methods
US11071594B2 (en) 2017-03-16 2021-07-27 KB Medical SA Robotic navigation of robotic surgical systems
US10675094B2 (en) 2017-07-21 2020-06-09 Globus Medical Inc. Robot surgical platform
US11357548B2 (en) 2017-11-09 2022-06-14 Globus Medical, Inc. Robotic rod benders and related mechanical and motor housings
EP3492032B1 (de) 2017-11-09 2023-01-04 Globus Medical, Inc. Chirurgische robotische systeme zum biegen von chirurgischen stäben
US11794338B2 (en) 2017-11-09 2023-10-24 Globus Medical Inc. Robotic rod benders and related mechanical and motor housings
US11134862B2 (en) 2017-11-10 2021-10-05 Globus Medical, Inc. Methods of selecting surgical implants and related devices
US20190254753A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Globus Medical, Inc. Augmented reality navigation systems for use with robotic surgical systems and methods of their use
US10573023B2 (en) 2018-04-09 2020-02-25 Globus Medical, Inc. Predictive visualization of medical imaging scanner component movement
US11337742B2 (en) 2018-11-05 2022-05-24 Globus Medical Inc Compliant orthopedic driver
US11278360B2 (en) 2018-11-16 2022-03-22 Globus Medical, Inc. End-effectors for surgical robotic systems having sealed optical components
US11744655B2 (en) 2018-12-04 2023-09-05 Globus Medical, Inc. Drill guide fixtures, cranial insertion fixtures, and related methods and robotic systems
US11602402B2 (en) 2018-12-04 2023-03-14 Globus Medical, Inc. Drill guide fixtures, cranial insertion fixtures, and related methods and robotic systems
US11918313B2 (en) 2019-03-15 2024-03-05 Globus Medical Inc. Active end effectors for surgical robots
US11317978B2 (en) 2019-03-22 2022-05-03 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11382549B2 (en) 2019-03-22 2022-07-12 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, and related methods and devices
US11571265B2 (en) 2019-03-22 2023-02-07 Globus Medical Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11419616B2 (en) 2019-03-22 2022-08-23 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, robotic surgery, and related methods and devices
US11806084B2 (en) 2019-03-22 2023-11-07 Globus Medical, Inc. System for neuronavigation registration and robotic trajectory guidance, and related methods and devices
US11045179B2 (en) 2019-05-20 2021-06-29 Global Medical Inc Robot-mounted retractor system
US11628023B2 (en) 2019-07-10 2023-04-18 Globus Medical, Inc. Robotic navigational system for interbody implants
US11571171B2 (en) 2019-09-24 2023-02-07 Globus Medical, Inc. Compound curve cable chain
US11864857B2 (en) 2019-09-27 2024-01-09 Globus Medical, Inc. Surgical robot with passive end effector
US11890066B2 (en) 2019-09-30 2024-02-06 Globus Medical, Inc Surgical robot with passive end effector
US11426178B2 (en) 2019-09-27 2022-08-30 Globus Medical Inc. Systems and methods for navigating a pin guide driver
US11510684B2 (en) 2019-10-14 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Rotary motion passive end effector for surgical robots in orthopedic surgeries
DE102019007290A1 (de) * 2019-10-21 2021-04-22 Karl Storz Se & Co. Kg Sensorbasiertes Chirurgie-Set und Verfahren
US11464581B2 (en) 2020-01-28 2022-10-11 Globus Medical, Inc. Pose measurement chaining for extended reality surgical navigation in visible and near infrared spectrums
US11382699B2 (en) 2020-02-10 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality visualization of optical tool tracking volume for computer assisted navigation in surgery
US11207150B2 (en) 2020-02-19 2021-12-28 Globus Medical, Inc. Displaying a virtual model of a planned instrument attachment to ensure correct selection of physical instrument attachment
US11253216B2 (en) 2020-04-28 2022-02-22 Globus Medical Inc. Fixtures for fluoroscopic imaging systems and related navigation systems and methods
US11510750B2 (en) 2020-05-08 2022-11-29 Globus Medical, Inc. Leveraging two-dimensional digital imaging and communication in medicine imagery in three-dimensional extended reality applications
US11382700B2 (en) 2020-05-08 2022-07-12 Globus Medical Inc. Extended reality headset tool tracking and control
US11153555B1 (en) 2020-05-08 2021-10-19 Globus Medical Inc. Extended reality headset camera system for computer assisted navigation in surgery
US11317973B2 (en) 2020-06-09 2022-05-03 Globus Medical, Inc. Camera tracking bar for computer assisted navigation during surgery
US11382713B2 (en) 2020-06-16 2022-07-12 Globus Medical, Inc. Navigated surgical system with eye to XR headset display calibration
US11877807B2 (en) 2020-07-10 2024-01-23 Globus Medical, Inc Instruments for navigated orthopedic surgeries
US11793588B2 (en) 2020-07-23 2023-10-24 Globus Medical, Inc. Sterile draping of robotic arms
JP2023536565A (ja) * 2020-08-04 2023-08-28 ストライカー・コーポレイション 外科用器具を用いる軌道を視覚化するシステム及び方法
HUP2000276A1 (hu) * 2020-08-19 2022-02-28 Grayscalelab Kft Orvosi eszköz orientációjának követésére szolgáló rendszer
US11737831B2 (en) 2020-09-02 2023-08-29 Globus Medical Inc. Surgical object tracking template generation for computer assisted navigation during surgical procedure
US11523785B2 (en) 2020-09-24 2022-12-13 Globus Medical, Inc. Increased cone beam computed tomography volume length without requiring stitching or longitudinal C-arm movement
US11911112B2 (en) 2020-10-27 2024-02-27 Globus Medical, Inc. Robotic navigational system
US11717350B2 (en) 2020-11-24 2023-08-08 Globus Medical Inc. Methods for robotic assistance and navigation in spinal surgery and related systems
US11857273B2 (en) 2021-07-06 2024-01-02 Globus Medical, Inc. Ultrasonic robotic surgical navigation
US11439444B1 (en) 2021-07-22 2022-09-13 Globus Medical, Inc. Screw tower and rod reduction tool
US11911115B2 (en) 2021-12-20 2024-02-27 Globus Medical Inc. Flat panel registration fixture and method of using same

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617857A (en) * 1995-06-06 1997-04-08 Image Guided Technologies, Inc. Imaging system having interactive medical instruments and methods
US5921992A (en) * 1997-04-11 1999-07-13 Radionics, Inc. Method and system for frameless tool calibration
EP0986991A1 (de) * 1998-09-18 2000-03-22 Howmedica Leibinger GmbH & Co KG Kalibriervorrichtung
DE19906094A1 (de) * 1999-02-13 2000-09-07 Aesculap Ag & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung stereotaktischer Instrumente
WO2001067979A1 (en) * 2000-03-15 2001-09-20 Orthosoft Inc. Automatic calibration system for computer-aided surgical instruments
DE10045381A1 (de) * 2000-09-14 2002-04-11 Aesculap Ag & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes oder Gerätes oder eines Körperteils
WO2002061371A1 (en) * 2001-01-30 2002-08-08 Z-Kat, Inc. Tool calibrator and tracker system
US20040039402A1 (en) * 2002-05-28 2004-02-26 Mario Zeiss Navigation-calibrating rotationally asymmetrical medical instruments or implants
DE10312154A1 (de) * 2003-03-17 2004-06-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Ausführen einer Objektverfolgung
US6988009B2 (en) * 2003-02-04 2006-01-17 Zimmer Technology, Inc. Implant registration device for surgical navigation system
WO2006029541A1 (de) * 2004-09-15 2006-03-23 Ao Technology Ag Kalibriervorrichtung
DE102004048066A1 (de) * 2004-09-30 2006-04-20 Tecmedic Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur geometrischen Kalibrierung unterschiedlicher Meßeinrichtungen, insbesondere bei der Anwendung bildgebender Operations-, Therapie- oder Diagnostikmethoden
DE102004057933A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und eine Vorrichtung zum Navigieren und Positionieren eines Gegenstands relativ zu einem Patienten

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3983474A (en) 1975-02-21 1976-09-28 Polhemus Navigation Sciences, Inc. Tracking and determining orientation of object using coordinate transformation means, system and process
US4054881A (en) 1976-04-26 1977-10-18 The Austin Company Remote object position locater
DE3406179C1 (de) 1984-02-21 1985-09-05 Travenol GmbH, 8000 München Vorrichtung zum Messen der Lage und Bewegung wenigstens eines Meßpunktes
DE3527918A1 (de) 1985-08-03 1987-02-12 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren und vorrichtungen zur bestimmung der entfernung eines objektes durch auswerten der signale eines amplitudenmodierten cw-radars
DE3586204T3 (de) 1985-08-19 1997-01-23 Jaron Z Lanier Apparat zur Eingabe und Behandlung von Computerdaten.
DE3601536C1 (de) 1986-01-20 1987-07-02 Messerschmitt Boelkow Blohm Anordnung zur Lagebestimmung eines Objektes
IE59553B1 (en) 1986-10-30 1994-03-09 Inst For Ind Res & Standards Position sensing apparatus
DE4027990C1 (en) 1990-09-04 1992-02-20 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh, 8012 Ottobrunn, De Laser ranging device - uses modulated semiconductor laser and phase sensitive rectifier
AU670311B2 (en) 1992-07-06 1996-07-11 Immersion Corporation Determination of kinematically constrained multi-articulated structures
US5452211A (en) 1992-08-10 1995-09-19 Caterpillar Inc. Method and system for determining vehicle position
US5396510A (en) 1993-09-30 1995-03-07 Honeywell Inc. Laser sensor capable of measuring distance, velocity, and acceleration
DE4411218C1 (de) 1994-02-25 1995-09-07 Rudolf Prof Dr Ing Schwarte Entfernungsmeßgerät nach dem Laufzeitprinzip
DE4415419A1 (de) 1994-05-02 1995-11-09 Horn Wolfgang Positionsmesseinrichtung
US5645077A (en) 1994-06-16 1997-07-08 Massachusetts Institute Of Technology Inertial orientation tracker apparatus having automatic drift compensation for tracking human head and other similarly sized body
DE4422886C2 (de) 1994-06-30 1997-02-20 Daimler Benz Aerospace Ag Verfahren und Einrichtung zur optischen Bestimmung räumlicher Positionen einzelner reflektierender Objekte
DE69532829T2 (de) 1994-10-07 2005-01-27 St. Louis University Vorrichtung zur benutzung mit einem chirurgischen navigationssystem
US5854843A (en) 1995-06-07 1998-12-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Virtual navigator, and inertial angular measurement system
DE19632273A1 (de) 1996-08-09 1998-02-12 Helge Zwosta Körpersensorik
US5953683A (en) 1997-10-09 1999-09-14 Ascension Technology Corporation Sourceless orientation sensor
DE19830359A1 (de) 1998-07-07 2000-01-20 Helge Zwosta Räumliche Lage- und Bewegungsbestimmung von Körperteilen und Körpern, mittels einer Kombination von inertialen Orientierungs-Meßaufnehmern und Positionserfassungssensoriken
US6044297A (en) 1998-09-25 2000-03-28 Medtronic, Inc. Posture and device orientation and calibration for implantable medical devices
AU2001233019A1 (en) 2000-01-28 2001-08-07 Intersense, Inc. Self-referenced tracking
US7000469B2 (en) 2000-04-21 2006-02-21 Intersense, Inc. Motion-tracking
US6474159B1 (en) 2000-04-21 2002-11-05 Intersense, Inc. Motion-tracking

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5617857A (en) * 1995-06-06 1997-04-08 Image Guided Technologies, Inc. Imaging system having interactive medical instruments and methods
US5921992A (en) * 1997-04-11 1999-07-13 Radionics, Inc. Method and system for frameless tool calibration
EP0986991A1 (de) * 1998-09-18 2000-03-22 Howmedica Leibinger GmbH & Co KG Kalibriervorrichtung
DE19906094A1 (de) * 1999-02-13 2000-09-07 Aesculap Ag & Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung stereotaktischer Instrumente
WO2001067979A1 (en) * 2000-03-15 2001-09-20 Orthosoft Inc. Automatic calibration system for computer-aided surgical instruments
DE10045381A1 (de) * 2000-09-14 2002-04-11 Aesculap Ag & Co Kg Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes oder Gerätes oder eines Körperteils
WO2002061371A1 (en) * 2001-01-30 2002-08-08 Z-Kat, Inc. Tool calibrator and tracker system
US20040039402A1 (en) * 2002-05-28 2004-02-26 Mario Zeiss Navigation-calibrating rotationally asymmetrical medical instruments or implants
US6988009B2 (en) * 2003-02-04 2006-01-17 Zimmer Technology, Inc. Implant registration device for surgical navigation system
DE10312154A1 (de) * 2003-03-17 2004-06-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Ausführen einer Objektverfolgung
WO2006029541A1 (de) * 2004-09-15 2006-03-23 Ao Technology Ag Kalibriervorrichtung
DE102004048066A1 (de) * 2004-09-30 2006-04-20 Tecmedic Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur geometrischen Kalibrierung unterschiedlicher Meßeinrichtungen, insbesondere bei der Anwendung bildgebender Operations-, Therapie- oder Diagnostikmethoden
DE102004057933A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und eine Vorrichtung zum Navigieren und Positionieren eines Gegenstands relativ zu einem Patienten

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108652740A (zh) * 2018-04-26 2018-10-16 上海交通大学 一种游离骨块位置实时跟踪的标定方法
CN108652740B (zh) * 2018-04-26 2020-09-08 上海交通大学 一种游离骨块位置实时跟踪的标定装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20080039868A1 (en) 2008-02-14
DE102006032127A1 (de) 2008-01-10
US7702477B2 (en) 2010-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006032127B4 (de) Kalibrierverfahren und Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit
EP1190675B1 (de) System zur navigationsgestützten Ausrichtung von Elementen auf einem Körper
EP1531744B1 (de) Vorrichtung zur bearbeitung von teilen
EP2258283B1 (de) Werkzeugaufsatz für medizintechnische Anwendungen
EP0677278B1 (de) Stereotaktischer Adapter sowie Verfahren zu dessen Betrieb
EP1313400B1 (de) Anordnung zur ermittlung einer belastungsachse einer extremität
DE10145587B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines Markierungselementes auf Verrückung
DE19814630B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum handgesteuerten Führen eines Werkzeuges in einem vorgegebenen Bewegungsbereich
EP3062727B1 (de) Chirurgisches instrument und lageerfassungssystem zur lageerfassung eines chirurgischen instruments
DE10108547B4 (de) Operationssystem zur Steuerung chirurgischer Instrumente auf Basis von intra-operativen Röngtenbildern
DE102005042751B4 (de) System, Einrichtung und Verfahren zum Ad-hoc-Nachverfolgen eines Objektes
EP1872735B1 (de) Verfahren zum automatischen Identifizieren von Instrumenten bei der medizinischen Navigation
EP1925265B1 (de) Längenbestimmung eines flexiblen, langen Instruments
WO2013160303A2 (de) Röntgenquelle mit modul und detektor für optische strahlung
EP1051122B1 (de) Vorrichtung zur kalibrierung und verifizierung der genauigkeit von chirurgischen instrumenten
DE102004039683A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung eines Scanbereichs bei einem Tomographen
DE202006010728U1 (de) Kalibriervorrichtung für eine chirurgische Referenzierungseinheit
DE102005047895A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes
EP1033113B2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Korrelation der tatsächlichen Lage eines Markierungselementes mit den durch ein Abbildungsverfahren erhaltenen Positionsdaten
WO2012152264A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur bestimmung der relativen position und orientierung von objekten
DE102009017243B4 (de) System zur Bestimmung von Abweichungen der vorherbestimmten Lage eines unsichtbaren Merkmals aufgrund von Verformungen bei Implantaten
DE102006003569A1 (de) Positionsbestimmungssystem
DE102005029002B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur berührenden Messung einer Kraft
DE102013219154B4 (de) C-Bogen-System zur Freihandverriegelung eines intramedullären Nagels
DE19906094B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ortsbestimmung eines Stereotaktischen Instrumentes

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: AESCULAP AG, 78532 TUTTLINGEN, DE

8364 No opposition during term of opposition
R082 Change of representative

Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWAELTE MB, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: A61B0019000000

Ipc: A61B0034200000