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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine chirurgische Referenzierungseinheit
für ein
chirurgisches Navigationssystem, wobei eine Position und/oder Orientierung
der Referenzierungseinheit im Raum durch das Navigationssystem bestimmbar
ist und welche Referenzierungseinheit mindestens drei Markerelemente
umfasst, deren Position im Raum durch das Navigationssystem bestimmbar
ist.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein chirurgisches Navigationssystem
mit mindestens einer Referenzierungseinheit und mit mindestens einer Nachweisvorrichtung
zum Detektieren der Position und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit
im Raum, wobei die chirurgische Referenzierungseinheit mindestens
drei Markerelemente umfasst, deren Position im Raum durch das Navigationssystem
bestimmbar ist.
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In
der Chirurgie, insbesondere in der Orthopädie, werden zunehmend navigationsgestützte Eingriffe
vorgenommen. Dabei werden Referenzierungseinheiten verwendet, die
an einem menschlichen oder tierischen Körper und/oder an Instrumenten
angeordnet werden. Die Position und/oder Orientierung jeder Referenzierungseinheit
lässt sich
mithilfe des Navigationssystems bestimmen, welches eine dafür geeignete
Nachweisvorrichtung aufweist. Bekannt sind Referenzierungseinheiten,
welche eine starre Geometrie aufweisen. Dies bedeutet, dass das mindestens
eine Markerelement, in definierter Weise an der Referenzierungseinheit
festgelegt oder festlegbar ist. Dadurch wird die Größe der Referenzierungseinheit
vorgegeben und damit indirekt auch eine Genauigkeit beim Bestimmen
der Position und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit im Raum.
Darüber
hinaus ist auch die Zahl der an der Referenzierungseinheit vorgesehenen
Markerelemente fest vorgegeben. Folge hiervon ist, dass die Ausgestaltung
der Referenzierungseinheit, insbesondere deren Größe und Geometrie,
stets nur einen Kompromiss zwischen Wünschen von Anwendern und Applikationsanforderungen
des Navigationssystems darstellt.
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Aus
der gattungsbildenden Druckschrift
US 2006/0015018 A1 sind
eine modulare Körperreferenzierungseinheit
eines computerunterstützten
chirurgischen Systems und ein Gliedmaßenpositionsmesssystem bekannt.
In der
DE 20 2007
003 566 U1 sind ein chirurgisches Markerelement, eine chirurgische Referenzierungseinheit
und ein chirurgisches Navigationssystem beschrieben. Die
EP 1 563 799 A1 offenbart
eine verstellbare Markeranordnung, wobei Relativpositionen zwischen
einzelnen Markerelementen unveränderbar
sind. Und schließlich
ist aus der
US 6,347,460
B1 eine Vorrichtung zum Kalibrieren und Überprüfen der
Genauigkeit eines chirurgischen Instruments bekannt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine chirurgische
Referenzierungseinheit und ein chirurgisches Navigationssystem der
eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass ein Einsatz der
Referenzierungseinheit und damit auch des Navigationssystems individuell
an jeweilige Anforderungen adaptierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer chirurgischen Referenzierungseinheit der
eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
eine Positionsänderungseinrichtung
vorgesehen ist zum Positionieren mindestens eines der Markerelemente
an der Referenzierungseinheit in einer ersten Referenzstellung und
in mindestens einer zweiten, von der ersten abweichenden Referenzstellung,
wodurch die von den mindestens drei Markerelementen definierte Geometrie
der Referenzierungseinheit (12) änderbar ist.
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Durch
die Positionsänderungseinrichtung wird
es möglich,
das mindestens eine Markerelement der Referenzierungseinheit derart
anders anzuordnen, dass eine Geometrie der Referenzierungseinheit
und damit unter Umständen
auch eine Größe desselben,
individuell anpassbar ist. Damit lässt sich bei ungünstigen
Operationsbedingungen eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Position
und/oder der Orientierung der Referenzierungseinheit im Raum verbessern.
Insbesondere kann die chirurgische Referenzierungseinheit derart
ausgebildet sein, dass das mindestens eine Markerelement in mehr Positionen
positionier bar ist als Markerelemente vorgesehen sind. Es können jedoch
aber auch mehr Markerelemente vorgesehen sein, als Positionen zum
Positionieren des mindestens einen Markerelements vorgesehen sind,
wobei es in einem solchen Fall vorteilhaft ist, wenn die Markerelemente
unterschiedlich ausgebildet oder an unterschiedlich ausgebildeten
Trägern
angeordnet oder an diesen gehalten sind. Unter einem Positionieren
des mindestens einen Markerelements an der Referenzierungseinheit
in einer ersten und in mindestens einer zweiten Referenzstellung
ist auch zu verstehen, dass das Markerelement durch ein charakteristisches
anderes ersetzt wird, das dann auch in einer anderen Position an
der Referenzierungseinheit angeordnet ist. Ferner ist auch unter
dem unterschiedlichen Positionieren zu verstehen, das mindestens
eine Markerelement in einer anderen Position an der Referenzierungseinheit
anzuordnen.
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Auf
einfache Weise lässt
sich die mindestens eine Referenzierungseinheit in Form eines Baukastens
oder eines Baukastensystems ausbilden, wenn sie mindestens einen
Grundkörper
aufweist, an welchem das mindestens eine Markerelement angeordnet
oder anordenbar ist. Dies gestattet es, die optimal für die jeweils
vorliegende Operationssituation geeigneten Markerelemente auszuwählen und
mit dem Grundkörper
zu verbinden. Es lässt
sich so eine Referenzierungseinheit individuell ausbilden, wobei
die Größe und die
Geometrie sowie die Zahl der verwendeten Markerelemente optimal
aufeinander abgestimmt und so gewählt werden können, dass
eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Position und/oder Orientierung
der Referenzierungseinheit erhöht
wird. Man kann selbstverständlich
statt eines Baukastensystems auch von einer Referenzierungseinheit
reden, die in Form eines Satzes ausgebildet ist, der einen Grundkörper und
das mindestens eine Markerelement umfasst.
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Damit
das mindestens eine Markerelement auf einfache Weise von einer ersten
Referenzstellung in eine Referenzstellung überführt werden kann, ist es günstig, wenn
eine erste Kupplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden des mindestens
einen Markerelements und des mindestens einen Grundkörpers vorgesehen
ist. So lässt
sich das mindestens eine Markerelement in gewünschter Weise mit dem mindestens
einen Grundkörper
verbinden. Selbstverständlich
können
auch mehrere erste Kupplungseinrichtungen vorgesehen sein, so dass
das mindestens eine Markerelement in unterschiedlichen Positionen am
mindestens einen Grundkörper
angeordnet werden kann.
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Auf
besonders einfache Weise lässt
sich die erste Kupplungseinrichtung ausbilden, wenn sie mindestens
ein erstes Kupplungselement und mindestens ein zweites Kupplungselement
umfasst, welche in einer Kupplungsstellung miteinander in Eingriff
stehen, und wenn das mindestens eine erste Kupplungselement am mindestens
einen Markerelement und wenn das mindestens eine zweite Kupplungselement
am mindestens einen Grundkörper
angeordnet ist. Insbesondere ist es auch denkbar, am Grundkörper eine
Mehrzahl von zweiten Kupplungselementen vorzusehen, die unterschiedliche
Referenzstellungen definieren und mit dem mindestens einen ersten Kupplungselement
des mindestens einen Markerelements in einer Kupplungsstellung in
Eingriff bringbar sind. So kann beispielsweise das mindestens eine Markerelement
mit einem ersten zweiten Kupplungselement des Grundkörpers verbunden
werden und in einer weiteren Referenzstellung mit einem zweiten oder
weiteren zweiten Kupplungselement des Grundkörpers.
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Einfach
zu verbinden sind das mindestens eine Markerelement und der mindestens
eine Grundkörper
miteinander, wenn das mindestens eine erste oder zweite Kupplungselement
in Form einer Kupplungsaufnahme ausgebildet ist und wenn das korrespondierende
andere Kupplungselement in Form eines Kupplungsvorsprungs ausgebildet
ist. Insbesondere können
die Kupplungsaufnahme und der Kupplungsvorsprung derart ausgebildet
sein, dass sie kraft- und/oder
formschlüssig
miteinander in der Kupplungsstellung in Eingriff stehen. Des Weiteren sind
derart ausgebildete Kupplungselemente einfach zu reinigen und erforderlichenfalls
zu sterilisieren.
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Um
zu verhindern, dass sich das mindestens eine Markerelement und der
mindestens eine Grundkörper
in unerwünschter
Weise voneinander lösen können, ist
es günstig,
wenn mindestens eine Sicherungseinrichtung vorgesehen ist zum Sichern
einer Verbindung des mindestens einen Markerelements und des mindestens
einen Grundkörpers
in einer Kupplungsstellung.
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Das
mindestens eine Markerelement und der mindestens eine Grundkörper in
einer Kupplungsstellung zu sichern und diese gegebenenfalls trotzdem
wieder voneinander trennen zu können,
ist vorteilhafterweise insbesondere dadurch erreichbar, dass die
mindestens eine Sicherungseinrichtung in Form einer Rasteinrichtung
ausgebildet ist. Beispielsweise können die beiden miteinander
zu verbindenden Teile in der Kupplungsstellung miteinander verrasten,
also insbesondere beim Verbinden eines Markerelements mit einem
Grundkörper
selbsttätig
in die Sicherungsstellung übergehen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die mindestens eine
Sicherungseinrichtung mindestens ein erstes Sicherungselement und
mindestens ein zweites Sicherungselement umfasst, welche in einer Sicherungsstellung
miteinander in Eingriff stehen, und dass das mindestens eine erste
Sicherungselement am mindestens einen Markerelement und dass das
mindestens eine zweite Sicherungselement am mindestens einen Grundkörper angeordnet
ist. Die Sicherungseinrichtung ermöglicht es so auf einfache Weise,
die bereits über
eine Kupplungseinrichtung miteinander in Eingriff stehenden Teile
der Referenzierungseinheit zusätzlich
zu sichern.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der mindestens einen Sicherungseinrichtung,
wenn das mindestens eine erste oder zweite Sicherungselement in Form
einer Sicherungsaufnahme ausgebildet ist und wenn das korrespondierende
andere Sicherungselement in Form eines Sicherungsvorsprungs ausgebildet
ist.
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Die
Handhabung der chirurgischen Referenzierungseinheit kann weiter
dadurch verbessert werden, dass der Sicherungsvorsprung in Form
eines beweglich gelagerten Rastvorsprungs ausgebildet ist. Der Rastvorsprung
kann sich so auf einfache Weise in eine Sicherungsaufnahme ganz
oder teilweise hineinbewegen, so dass die Sicherungseinrichtung
dann ihre Sicherungsstellung einnimmt.
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Ein
sicheres Verrasten und auch einfaches Lösen ist vorteilhafterweise
dann möglich,
wenn der beweglich gelagerte Rastvorsprung in Form eines Kugeldruckstücks ausgebildet
ist.
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Eine
Verbindung zwischen dem mindestens einen Markerelement und dem mindestens
einen Grundkörper
lässt sich
auf einfache Weise dadurch sichern, dass eine Bewegungsrichtung
des mindestens einen ersten und/oder zweiten Sicherungselements
quer oder im Wesentlichen quer zu einer vom ersten und/oder zweiten
Kupplungselement definierten Längsachse
verläuft.
Die Kupplungselemente können
so beispielsweise in einer Richtung aufeinander zu bewegt und miteinander
in Eingriff gebracht werden, wohingegen die Bewegungsrichtung des mindestens
einen ersten und/oder zweiten Sicherungselements quer zu dieser
Kupplungsrichtung verläuft.
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Günstig ist
es, wenn eines der Sicherungselemente am mindestens einen ersten
Kupplungselement angeordnet ist und wenn ein korrespondierendes
Sicherungselement am mindestens einen zweiten Kupplungselement angeordnet
ist. Auf diese Weise kann die Sicherungseinrichtung kompakt in die
jeweilige Kupplungseinrichtung integriert werden, was eine minimale
Baugröße der Referenzierungseinheit ermöglicht.
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Vorzugsweise
umfasst die erste Kupplungseinrichtung zwei, drei, vier, fünf oder
mehr zweite Kupplungselemente. Dies bedeutet insbesondere, dass
am mindestens einen Grundkörper
die genannte Zahl oder eine Mehrzahl von Kupplungselementen vorgesehen
sein können,
die mit Markerelementen oder dergleichen bestückbar sind. Insbesondere dann,
wenn mehr zweite Kupplungselemente am Grundkörper vorgesehen sind als Markerelemente zur
Verfügung
stehen, kann eine Positionsänderung von
Markerelementen auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass
sie mit anderen Kupplungselementen am Grundkörper in Eingriff gebracht werden.
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Auf
einfache Weise lassen sich Referenzierungseinheiten mit unterschiedlich
angeordneten Markerelementen ausbilden, wenn die zwei oder mehr
Kupplungselemente unterschiedlich orientierte Längsachsen definieren.
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Grundsätzlich wären beliebige
Formen zur Ausbildung des mindestens einen Grundkörpers denkbar.
Vorteilhafterweise ist er jedoch in Form einer Kugel oder in Form
einer scheibenförmigen
Platte ausgebildet. An Kugeln und Platten lassen sich auf einfache
Weise Markerelemente festlegen. Des Weiteren kann so eine Referenzierungseinheit
mit hoher Symmetrie ausgebildet werden.
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Damit
die Referenzierungseinheit auf einfache und sichere Weise mit einem
chirurgischen Instrument oder einem Befestigungselement zum Festlegen
an einem menschlichen oder tierischen Körper verbunden werden kann,
ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine erste Grundkörper mindestens
ein Verbindungselement einer Verbindungseinrichtung zum Verbinden
des Grundkörpers
mit einem Instrument und/oder einem Befestigungselement aufweist.
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Besonders
einfach lässt
sich die Verbindungseinrichtung ausbilden, wenn das mindestens eine
Verbindungselement in Form eines Verbindungsvorsprungs oder in Form
einer Verbindungsaufnahme ausgebildet ist.
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Um
sicher zu stellen, dass die Verbindungseinrichtung auch dauerhaft
eine Verbindungsstellung einnimmt und so die Referenzierungseinheit
sicher an einem Instrument oder einem Befestigungselement gehalten
werden kann, ist es vorteilhaft, wenn der mindestens eine erste
Grundkörper
mindestens ein Verbindungssicherungselement zum Sichern einer Verbindung
des mindestens einen ersten Grundkörpers an einem Instrument und/oder
einem Befestigungselement aufweist.
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Eine
gute Sicherung des mindestens einen ersten Grundkörpers an
einem Instrument und/oder an einem Befestigungselement lässt sich
insbesondere dadurch erreichen, dass das mindestens eine Verbindungselement
in Form eines beweglich gelagerten Rastvorsprungs ausgebildet ist.
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Auf
einfache Weise verbinden und lösen lässt sich
das Verbindungssicherungselement, wenn der Rastvorsprung in Form
eines Kugeldruckstücks ausgebildet
ist, welcher vorzugsweise in einer Richtung quer zu einer vom Verbindungselement
definierten Längsachse
verläuft.
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Vorteilhaft
kann es ferner sein, wenn die Positionsänderungseinrichtung mindestens
zwei relativ zueinander bewegbare Positionsänderungsglieder umfasst. Beispielsweise
können
die zwei Positionsänderungsglieder
zusammen ein variables Segment des Baukastensystems bilden, um ein
Markerelement mit dem Grundkörper
zu verbinden. Ferner kann so durch Relativbewegung der mindestens
zwei Positionsänderungsglieder
ein Markerelement, welches an einem der beiden Positionsänderungsglieder angeordnet
oder gehalten ist, von einer ersten Referenzstellung in eine zweite
Referenzstellung überführt werden.
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Günstigerweise
sind die mindestens zwei Positionsänderungsglieder relativ zueinander
verschwenkbar und/oder verdrehbar und/oder verschiebbar angeordnet.
Dadurch kann ein an einem der mindestens zwei Positionsänderungsglieder
angeordnetes Markerelement durch Verschwenken, Verdrehen oder Verschieben
der mindestens zwei Positionsänderungsglieder
relativ zueinander von einer ersten Referenzstellung in eine zweite
Referenzstellung überführt werden.
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Vorteilhafterweise
sind die mindestens zwei Positionsänderungsglieder um eine Schwenkachse verschwenkbar
gelagert, welche quer oder im Wesentlichen quer zu einer von mindestens
einem der mindestens zwei Positionsänderungsglieder definierten
Längsachse
verläuft.
Optional kann eine solche Verschwenkbewegung auch nur in diskreten
Schritten ermöglicht
werden, beispielsweise durch einander entsprechende und mindestens
teilweise ineinander greifende Verzahnungen der zwei relativ zueinander
verschwenkbaren Positionsänderungsglieder.
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Um
beispielsweise eine Länge
einer durch die mindestens zwei Positionsänderungsglieder gebildeten
Einheit, beispielsweise eines variablen Segments der chirurgischen
Referenzierungseinheit, verändern
zu können,
ist es vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Positionsänderungsglieder
in einer Richtung parallel zu einer von mindestens einem der mindestens
zwei Positionsänderungsglieder
definierten Längsachse
relativ zueinander verschiebbar sind.
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Auf
besonders einfache Weise lassen sich die Positionsänderungsglieder
relativ zueinander verschieben, wenn eines derselben einen Kolbenabschnitt
und ein anderes der Positionsänderungsglieder
einen korrespondierenden Zylinderabschnitt aufweist. Der Zylinderabschnitt
kann so im Kolben verschoben werden. Vorzugsweise können noch
Vorkehrungen getroffen werden, um ein unbeabsichtigtes Lösen der
relativ zueinander bewegbaren Positionsänderungsglieder zu verhindern,
beispielsweise in Form von Sicherungseinrichtungen. Des Weiteren ist
es auch denkbar, die Positionsänderungsglieder derart
auszubilden, dass nur eine diskrete Positionierung der Teile relativ
zueinander möglich
ist, beispielsweise durch entsprechende Verrastungen oder Verzahnungen.
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Günstig ist
es, wenn die mindestens zwei Positionsänderungsglieder kraft- und/oder formschlüssig in
der ersten und/oder zweiten Referenzstellung aneinander gehalten
sind. So kann sichergestellt werden, dass die mindestens zwei Positionsänderungsglieder
relativ zueinander die eingestellte Position während eines chirurgischen Eingriffs
beibehalten oder zumindest solange, bis ein Benutzer eine Relativposition
der mindestens zwei Positionsänderungsglieder
gezielt wieder ändert.
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Besonders
einfach und kompakt wird der Aufbau der Referenzierungseinheit,
wenn die mindestens zwei Positionsänderungsglieder aneinander gelagert
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Abstand und/oder eine relative
Orientierung der mindestens zwei Positionsänderungsglieder in der ersten
Referenzstellung anders sind als in der zweiten Referenzstellung.
So lässt
sich auf einfache Weise in definierter Form eine Referenzierungseinheit
in ihrem charakteristischen Aufbau ändern. Die Referenzierungseinheit
lässt sich
so an beispielsweise durch einen Operationssaal vorgegebene Randbedingungen
anpassen, um eine optimale und möglichst
genaue Positions- und Orientierungsbestimmung der Referenzierungseinheit
im Raum zu ermöglichen. Eine
Referenzierungseinheit kann insbesondere so geändert werden, dass sie nicht
identisch mit einer anderen gleichzei tig verwendeten Referenzierungseinheit
aufgebaut ist, und somit eindeutig im Raum identifiziert werden
kann.
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Günstigerweise
ist mindestens ein Positionsänderungselement
vorgesehen, welches die mindestens zwei Positionsänderungsglieder
umfasst. Ein Positionsänderungselement
ist somit vorzugsweise ein variables Segment, welches es gestattet,
Orientierung und/oder Abstand zweier Positionsänderungsglieder, die insbesondere
miteinander verbunden oder aneinander gelagert sein können, gezielt
zu ändern.
Insbesondere ist es denkbar, dass das mindestens eine Positionsänderungselement
einen Grundkörper
und ein Markerelement miteinander verbindet. So ist es möglich, das
Markerelement relativ zum Grundkörper
in unterschiedlichen Positionen einzustellen, beispielsweise in
diskreten Positionen oder in beliebigen, nicht diskreten Stellungen.
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Damit
das mindestens eine Positionsänderungselement
auf einfache Weise mit dem mindestens einen Markerelement verbunden
werden kann, ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine zweite Kupplungseinrichtung
zum lösbaren
Verbinden des mindestens einen Markerelements und des mindestens einen
Positionsänderungselements
vorgesehen ist. Beispielsweise kann eine Referenzierungseinheit
dahingehend anders aufgebaut werden, dass ein zunächst direkt
mit dem Grundkörper
verbundenes Markerelement vom Grundkörper getrennt und mit diesem
wieder über
ein Positionsänderungselement verbunden
wird, welches es ermöglicht,
einen Abstand und/oder Orientierung des Markerelements relativ zum
Grundkörper
zu verändern
und damit das mindestens eine Markerelement von einer ersten in eine
zweite Referenzstellung zu überführen.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der mindestens einen zweiten Kupplungseinrichtung,
wenn diese mindestens ein erstes Kupplungselement und mindestens
ein drittes Kupplungselement umfasst, welche in einer Kupplungsstellung
miteinander in Eingriff stehen, und wenn das mindestens eine erste Kupplungselement
am mindestens einen Markerelement und wenn das mindestens eine dritte
Kupplungselement am mindestens einen Positionsänderungselement angeordnet
ist. So lässt
sich quasi das Positionsänderungsele ment
zwischen ein Markerelement und einen Grundkörper oder ein weiteres Positionsänderungselement
zwischenschalten.
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Der
Aufbau der mindestens einen zweiten Kupplungseinrichtung vereinfacht
sich weiter, wenn das mindestens eine erste oder dritte Kupplungselement
in Form einer Kupplungsaufnahme ausgebildet ist und wenn das korrespondierende
andere Kupplungselement in Form eines Kupplungsvorsprungs ausgebildet
ist. Die miteinander in Eingriff bringbaren Kupplungselemente lassen
sich so beispielsweise durch ineinander stecken, bajonettartiges
Verbinden oder Verschrauben miteinander kuppeln.
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Um
das mindestens eine Positionsänderungsglied
auf einfache Weise mit dem mindestens einen Grundkörper verbinden
zu können,
ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine dritte Kupplungseinrichtung
zum lösbaren
Verbinden des mindestens einen Grundkörpers und des mindestens einen
Positionsänderungselements
vorgesehen ist.
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Der
Aufbau der insbesondere in Form eines Baukastensystems zur Verfügung stehenden
Referenzierungseinheit lässt
sich noch weiter vereinfachen, wenn die mindestens eine dritte Kupplungseinrichtung
mindestens ein zweites Kupplungselement und mindestens ein viertes
Kupplungselement umfasst, welche in einer Kupplungsstellung miteinander in
Eingriff stehen und wenn das mindestens eine zweite Kupplungselement
am mindestens einen Grundkörper
und wenn das mindestens eine vierte Kupplungselement am mindestens
einen Positionsänderungselement
angeordnet ist. So können
insbesondere ein viertes Kupplungselement an einem Positionsänderungselement
und beliebige zweite Kupplungselemente am mindestens einen Grundkörper oder
einem weiteren Positionsänderungselement
in gewünschter
Weise und im Prinzip völlig
beliebig miteinander kombiniert und in Eingriff gebracht werden.
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Ein
besonders einfacher Aufbau der Referenzierungseinheit wird möglich, wenn
das mindestens eine zweite oder vierte Kupplungselement in Form
einer Kupplungsaufnahme ausgebildet ist und wenn das korrespondierende
andere Kupplungselement in Form eines Kupplungsvorsprungs ausgebildet
ist. So kann insbesondere eine völlige
Kompatibilität
auch zu den ersten und dritten Kupplungselementen erreicht werden,
so dass sich Grundkörper, Positionsänderungselemente
und Markerelemente in beliebiger Weise miteinander verbinden und
zu Referenzierungseinheiten kombinieren lassen.
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Damit
die Referenzierungseinheit gezielt an beispielsweise durch einen
Operationssaal vorgegebene Randbedingungen angepasst werden kann,
ist es günstig,
wenn ein Abstand und/oder eine relative Orientierung des mindestens
einen dritten und des mindestens einen vierten Kupplungselements
in der ersten Referenzstellung anders sind als in der zweiten Referenzstellung.
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Vorzugsweise
umfasst die chirurgische Referenzierungseinheit mindestens ein passives
Markerelement. Dies hat den Vorteil, dass keine Energieversorgung
für das
Markerelement erforderlich ist.
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Günstig ist
es, wenn eine äußere Oberfläche des
passiven Markerelements eine elektromagnetische Strahlung oder Ultraschall
reflektierende Oberfläche
ist. So kann die Referenzierungseinheit in Verbindung mit bekannten,
elektromagnetische Strahlung oder Ultraschall aussendenden und detektierenden
Navigationssystemen verwendet werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist es vorteilhaft, wenn die chirurgische Referenzierungseinheit
mindestens ein aktives Markerelement umfasst. Derartige Markerelemente
eignen sich insbesondere dann, wenn die Gefahr von Verschmutzungen
der Markerelemente besonders groß ist oder eine direkte Sichtverbindung
zum Navigationssystem oder einer Nachweisvorrichtung derselben nicht
immer gegeben ist.
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Vorzugsweise
umfasst das aktive Markerelement eine Sendeeinheit zum Aussenden
elektromagnetischer Strahlung oder von Ultraschall. Damit können Signale
und insbesondere Daten vom Markerelement zu einer Nachweisvorrichtung
eines Navigationssystems übertragen
werden.
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Besonders
einfach wird der Aufbau der chirurgischen Referenzierungseinheit,
wenn das mindestens eine Markerelement in Form einer Kugel oder
in Form einer flachen Kreisscheibe ausgebildet ist. Es lässt sich
so auf einfache Weise herstellen und kann, insbesondere bei passiven
Markerelementen, elektromagnetische Strahlung und/oder Ultraschall
in optimaler und definierter Weise reflektieren.
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Grundsätzlich wäre es denkbar,
das mindestens eine Markerelement direkt mit dem mindestens einen
Grundkörper
oder einem Positionsänderungselement
zu verbinden. Um die Variabilität
der Referenzierungseinheit weiter zu erhöhen, ist es günstig, wenn
dass mindestens eine Markerelement an einem Markerelementträger angeordnet
ist oder einen Markerelementträger
umfasst. Insbesondere kann das Markerelement lösbar verbindbar am Markerelementträger angeordnet
sein. So können
einzelne Markerelemente bei Bedarf, ohne eine tragende Struktur
der Referenzierungseinheit austauschen zu müssen, ausgetauscht werden,
beispielsweise wenn eine reflektierende Oberfläche oder eine Sendeeinheit
eines Markerelements beschädigt
oder zerstört sind.
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Um
den Markerelementträger
auf einfache Weise mit einem Grundkörper oder einem Positionsänderungselement
verbinden zu können,
ist es günstig,
wenn am Markerelementträger
mindestens ein erstes Kupplungselement der mindestens einen ersten
Kupplungseinrichtung angeordnet ist.
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Vorteilhaft
kann es ferner sein, wenn der Markerelementträger in Form eines Positionsänderungsgliedes
ausgebildet ist. Dies ermöglicht
es, ein Markerelement direkt an dem Positionsänderungsglied zu halten und
damit gegebenenfalls an einem Positionsänderungselement.
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Der
Aufbau der Referenzierungseinheit lässt sich weiter vereinfachen,
wenn der Markerelementträger
eine Längsachse
definiert. So kann insbesondere eine Orientierung und auch eine
Position des jeweiligen Markerelements in gewünschter und definierter Weise
vorgegeben werden.
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Besonders
einfach herzustellen ist ein Markerelementträger, wenn er mindestens einen
Zylinderabschnitt umfasst. Insbesondere kann an einem Ende des Zylinderabschnitts
ein Markerelement gehalten sein, vorzugsweise rotationssymmetrisch
zur Längsachse
angeordnet, und am anderen Ende des Zylinderabschnitts ein erstes
Kupplungselement, vorzugsweise koaxial zur Längsachse orientiert.
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Vorzugsweise
ist der Grundkörper
an einem Instrument oder einer Befestigungseinrichtung angeordnet.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Befestigungseinrichtung
oder das Instrument jeweils einen oder mehrere Grundkörper umfassen
können. So
kann mit der Referenzierungseinheit auf einfache Weise eine Position
und/oder Orientierung eines Instruments oder einer beispielsweise
an einem menschlichen oder tierischen Körper festgelegten Befestigungseinrichtung
mit dem Navigationssystem bestimmt werden.
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Besonders
kostengünstig
herstellen lässt sich
die chirurgische Referenzierungseinheit, wenn das mindestens eine
Markerelement aus einem Kunststoff hergestellt ist.
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Die
Herstellung und die Kosten hierfür
lassen sich noch weiter vereinfachen beziehungsweise verringern,
wenn das mindestens eine Positionsänderungsglied aus einem Kunststoff
hergestellt ist. Insbesondere können
aus Kunststoff hergestellte Teile der Referenzierungseinheit als
Einwegartikel ausgebildet werden.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn der mindestens eine Grundkörper aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Auch der Grundkörper
lässt so
einfach und kostengünstig
herstellen sowie als Einmalprodukt ausbilden.
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Um
die Referenzierungseinheit mehrfach verwenden zu können, ist
es vorteilhaft, wenn sie mindestens teilweise aus einem dampfsterilisierbaren
Material hergestellt ist. Insbesondere können tragende Teile, zum Beispiel
Grundkör per,
Positionsänderungsglieder
und Markerelementträger,
auch aus einem nichtrostenden Metall, beispielsweise einem Instrumentenstahl
oder dergleichen hergestellt sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind mehr Markerelemente vorgesehen als mit dem Grundkörper verbindbar
sind. Vorzugsweise sind auch mehr Positionsänderungselemente vorgesehen
als mit dem Grundkörper
verbindbar sind. Insgesamt lässt
sich so ein Baukastensystem aufbauen aus insbesondere Grundkörpern, Markerelementen
mit und ohne Markerelementträger und
optional auch Positionsänderungsgliedern,
die in gewünschter
Weise zu einer Referenzierungseinheit montiert oder geändert werden
können.
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Vorteilhafterweise
sind die erste und die zweite Referenzstellung eindeutig definierte
Referenzstellungen. So lassen sich insbesondere mit einem Navigationssystem
Position und/oder Orientierung, die für eine Referenzierungseinheit
fest bestimmt werden, eindeutig einem Instrument oder einer Befestigungsvorrichtung,
die beispielsweise an einem menschlichen oder tierischen Körper anordenbar
ist, zuordnen.
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Um
eine eindeutige Bestimmung von Position und/oder Orientierung einer
Referenzierungseinheit im Raum zu erhalten, ist es günstig, wenn
die Referenzierungseinheit mehr als drei chirurgische Markerelemente
umfasst.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem chirurgischen Navigationssystem
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
eine Positionsänderungseinrichtung
vorgesehen ist zum Positionieren mindestens eines der Markerelemente
an der mindestens einen Referenzierungseinheit in einer ersten Referenzstellung
und in mindestens einer zweiten, von der ersten abweichenden Referenzstellung,
wodurch die von den mindestens drei Markerelementen definierte Geometrie der
Referenzierungseinheit (12) änderbar ist. Ein derartiges
Navigationssystem ermöglicht
es, die oben in Verbindung mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Referenzierungseinheiten
beschriebenen Vorteile nutzen zu können, das heißt insbesondere
die Anpassung einer Referenzierungseinheit an Randbedin gungen in
einem Raum oder zum Unterscheiden von Instrumenten und beispielsweise
einer an einem menschlichen oder tierischen Körper festgelegten Befestigungseinrichtung.
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Günstigerweise
umfasst das chirurgische Navigationssystem eine der oben beschriebenen
Referenzierungseinheiten. Entsprechend weist das Navigationssystem
auch die oben im Zusammenhang mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Referenzierungseinheiten beschriebenen Vorteile auf.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines chirurgischen Navigationssystems
mit zugehörigen Referenzierungseinheiten;
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2:
eine teilweise durchbrochene und geschnittene perspektivische Darstellung
einer chirurgischen Referenzierungseinheit;
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3:
eine vergrößerte Ansicht
des Bereichs A aus 2;
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4:
eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Positionsänderungsgliedes mit
Markerelement;
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5:
eine weitere, teilweise geschnittene perspektivische Darstellung
eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Referenzierungseinheit.
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In 1 ist
beispielhaft ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes
Navigationssystem dargestellt. Es umfasst mehrere Referenzierungseinheiten 12,
welche vorzugsweise mindestens drei, bei den in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen
vier Markerelemente 14 umfassen. Die Markerelemente 14 können in
Form aktiver, das heißt
elektromagnetische Strahlung und/oder Ultraschall aussendender,
oder in Form passiver Markerelemente vorgesehen sein, welche elektromagnetische
Strahlung und/oder Ultraschall reflektieren können.
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Das
Navigationssystem 10 umfasst eine Sende- und Empfangseinheit 16 zum
Aussenden und Empfangen von elektromagnetischer Strahlung und/oder
Ultraschall. Sie umfasst einen balkenförmigen Träger 18, an welchem
drei Sender/Empfänger 20 angeordnet
sind, mit welchen elektromagnetische Strahlung beziehungsweise Ultraschall
ausgesandt und/oder empfangen werden können. Grundsätzlich könnten nur
zwei Sender/Empfänger 20 vorgesehen sein.
Um eine Genauigkeit bei der Positionsbestimmung der Referenzierungseinheiten 12 zu
verbessern, können
auch drei oder mehr derartige Sender/Empfänger 20 vorgesehen
werden. Des Weiteren umfasst das Navigationssystem 10 eine
Datenverarbeitungsanlage 22, welche bei dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
drei miteinander zusammengeschaltete Computer 24, eine
Anzeigevorrichtung in Form eines Monitors 26 und ein Eingabegerät in Form
einer Tastatur 28 umfasst. Mit der Datenverarbeitungsanlage 22 können von
der Sende- und Empfangseinheit 16 erzeugte und/oder empfangene
Signale verarbeitet werden, um eine Position und/oder eine Orientierung
einer Referenzierungseinheit 12 im Raum zu bestimmen.
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Einige
der Referenzierungseinheiten 12 können insbesondere derart ausgebildet
sein, dass sie mit entsprechenden Adaptern 30, beispielsweise
in Form von Befestigungselementen wie Knochenschrauben, zum Beispiel
an einem Patienten 32 festgelegt werden können. Insbesondere
können
so Gelenkpositionen und Gelenkzentren des Patienten 32 ermittelt
werden, beispielsweise indem ein Körperteil, zum Beispiel ein
Femur 34 des Patienten 32, an dem ein erstes Referenzelement 12 festgelegt
ist, relativ zu einem anderen Körperteil,
zum Beispiel einem Beckenknochen 36 des Patienten 32,
bewegt wird, an welchem eine weitere Befestigungseinheit 12 festgelegt
ist. Alternativ kann eine Referenzierungseinheit 12 auch
an einem chirurgischen Instrument 38 oder einem Werkzeug
angeordnet sein, zum Beispiel unter Verwendung einer dafür geeigneten
Haltevorrichtung 40.
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Beispielsweise
können
Referenzierungseinheiten 12 einen kreuzförmigen Träger 42 umfassen, welcher
vier im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete Trägerarme 44 aufweist,
die insbesondere unterschiedliche Längen aufweisen können. Jeder
Trägerarm 44 trägt bei dem
in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein kugelförmiges,
passives Markerelement 14.
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Alternativ
kann eine Referenzierungseinheit 12 auch aktive Markerelemente 14 umfassen,
beispielsweise insgesamt sechs aktive Markerelemente 14.
Die aktiven Markerelemente sind vorzugsweise derart ausgebildet,
dass sie elektromagnetische Strahlung und/oder Ultraschallsignale
aussenden können,
die von der Sende- und Empfangseinheit 16 des Navigationssystems 10 detektiert
werden können.
Mit der Datenverarbeitungsanlage 22 kann das Navigationssystem 10 aus
den empfangenen Signalen eine Position und/oder eine Orientierung
der Referenzierungseinheit 12 und damit indirekt auch eines
Instruments 38 oder eines Femurs 34 im Raum, beispielsweise
in einem Operationssaal, ermitteln.
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Die
Referenzierungseinheit 12, welche am Instrument 38 angeordnet
ist, ist vorzugsweise aus einzelnen Elementen eines Baukastensystems
zur Ausbildung von Referenzierungseinheiten zusammengesetzt. Die
Referenzierungseinheit 12 umfasst einen kugelförmigen Grundkörper 46 von
welchem ein rundstabförmiges
Verbindungselement 48 absteht, welches einen Teil einer
Verbindungseinrichtung 50 bildet, mittels derer der Grundkörper 46 an der
Haltevorrichtung 40 angeordnet werden kann. Die Haltevorrichtung 40 weist
vorzugsweise eine zum freien Ende des Verbindungselements 48 korrespondierende
Aufnahme auf, in die das Ende 52 eingeführt werden kann. Im Bereich
des freien Endes 52 ist am Verbindungselement 48 ferner
ein Verbindungssicherungselement 54 vorgesehen, vorzugsweise
in Form eines Kugeldruckstücks,
welches derart ausgebildet ist, dass kugelige Enden quer zu einer Längsachse
des Verbindungselements 48 bewegt und über eine äußere Oberfläche des Verbindungselements 48 etwas
vorstehen können,
so dass sie mit korrespondierenden Aufnahmen der Aufnahme an der
Haltevorrichtung 40 in Eingriff gebracht werden können, wenn
das Verbindungselement 48 in defi nierter Weise an der Haltevorrichtung 40 gelagert
ist. Das Verbindungssicherungselement 54 verhindert insbesondere
eine Bewegung koaxial zur Längsachse
des Verbindungselements 48 als auch optional eine Verdrehung
des Verbindungselements 48 um dessen Längsachse. Das Verbindungselement 48 kann
lösbar
oder unlösbar
mit dem Grundkörper 46 verbunden
sein.
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Die
in 2 dargestellte Referenzierungseinheit 12 umfasst
vier identische Markerelemente 14, die mittels erster Kupplungseinrichtungen 56 mit dem
Grundkörper 46 verbunden
werden können.
Jedes Markerelement 14 umfasst einen zylindrischen Markerelementträger, welcher
eine Längsachse 60 definiert.
Koaxial zur Längsachse 60 steht
an einem der zwei freien Enden 62 und 64 ein einen
kleineren Außendurchmesser
als der Markerelementträger 58 aufweisender
Kupplungszapfen ab, welcher ein erstes Kupplungselement 66 der
ersten Kupplungseinrichtung 56 bildet.
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Ein
zweites Kupplungselement 68 der ersten Kupplungseinrichtung 56 wird
gebildet durch eine sacklochartige Ausnehmung am Grundkörper 46,
die beispielsweise so orientiert sein kann, dass ihre Längsachse
einen Mittelpunkt des Grundkörpers 46 schneidet.
Die beiden Kupplungselemente 66 und 68 sind so
aufeinander abgestimmt, dass sie formschlüssig miteinander in Eingriff
gebracht werden können.
Um eine Relativbewegung des Markerelements 14 und des Grundkörpers 46 zu
verhindern, ist eine Sicherungseinrichtung 70 vorgesehen,
die zueinander korrespondierende erste und zweite Sicherungselemente
umfasst, wie beispielsweise in 3 dargestellt.
Die Sicherungselemente 72 und 74 sind in Form
von Ringnuten oder halbkugelförmigen
Sicherungsaufnahmen sowie kugeligen Sicherungsvorsprüngen ausgebildet,
die mittels einer Schraubenfeder 76 in einer Richtung quer
zur Längsachse 60 auseinander
gedrückt
werden und teilweise über eine äußere Oberfläche des
ersten Kupplungselements 66 vorstehen, so dass sie in das
erste Sicherungselement 72 in einer Sicherungsstellung
eingreifen können.
Die zweiten Sicherungselemente 74 sowie die Schraubenfeder 76 bilden
insgesamt ein Kugeldruckstück 78 aus,
welches in einer quer zur Längsachse 60 am
ersten Kupplungselement 66 ausgebildeten und quer zur Längsachse 60 orientierten
Boh rung 80 gehalten ist. Das Kugeldruckstück 78 umfasst
somit zwei beweglich gelagerte Rastvorsprünge in Form der zweiten Sicherungselemente 74.
Durch die Sicherungseinrichtung 70 sind das Markerelement 14 und
der Grundkörper 46 zusätzlich auch
kraftschlüssig
aneinander in einer Kupplungsstellung gesichert. Anstatt einer Sicherungseinrichtung 70 umfassend
ein Kugeldruckstück 78 vorzusehen,
kommen alle möglichen
Arten von Rast- oder Schnappverbindungen in Frage, die ein einfaches
definiertes Positionieren der zwei miteinander zu verbindenden Kupplungselemente
ermöglichen, die
durch eine definierte Kraftbeaufschlagung auch wieder voneinander
trennbar sind.
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Am
anderen Ende 64 des Markerelementträgers 58 steht ebenfalls
koaxial zur Längsachse 60 ein kurzer
zylindrischer Zapfen 82 ab, welcher einen noch kleineren
Durchmesser aufweist als das erste Kupplungselement 66.
Auf diesen aufgesteckt ist eine Markerkugel 84 mit einer
elektromagnetische Strahlung und/oder Ultraschall reflektierenden äußeren Oberfläche 86.
Die Markerkugel 84 kann dauerhaft oder lösbar mit
dem Zapfen 82 verbunden sein. Eine lösbare Verbindbarkeit der Markerkugel 84 mit dem
Zapfen 82 ermöglicht
es, verschmutzte oder beschädigte
Markerkugeln 84 bei Bedarf auszuwechseln. Optional kann
am Zapfen 82, um eine definierte Positionierung der Markerkugel 84 relativ
zum Markerelementträger 58 am
Zapfen 82 zu gewährleisten, eine
nicht dargestellte Rastverbindung vorgesehen sein, beispielsweise
in Form eines Kugeldruckstücks. Denkbar
wäre es
auch, am Zapfen 82 eine Ringnut vorzusehen, in welche ein
in eine Zapfenaufnahme an der Markerkugel 84 bildende Ringnut
eingesetzter Sprengring in einer Kupplungsstellung eingreifen kann.
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Die
Markerelemente 14 der in 2 dargestellten
Referenzierungseinheit 12 sind alle identisch ausgebildet.
Insgesamt sind vier zweite Kupplungselemente 68 am Grundkörper 46 vorgesehen,
deren Längsachsen
alle in einer Ebene liegen und jeweils um 90° relativ zueinander verdreht
sind. Damit lassen sich insgesamt vier Markerelemente derart mit
dem Grundkörper 46 verbinden,
dass eine kreuzförmige Struktur
der Referenzierungseinheit 12 ausgebildet werden kann.
Optional können
jedoch auch mehr als vier zweite Kupplungs elemente 68 am
Grundkörper 46 vorgesehen
werden, wobei die Anordnung von deren Längsachsen prinzipiell beliebig
sein kann. Je mehr zweite Kupplungselemente 68 am Grundkörper 46 vorgesehen
sind, umso mehr Markerelemente 14 können mit dem Grundkörper 46 verbunden
werden, wodurch sich eine Genauigkeit bei der Bestimmung der Position
und/oder Orientierung der Referenzierungseinheit 12 im
Raum verbessert werden können. Selbstverständlich können die
Markerelemente 14 auch etwas unterschiedlich geformt sein.
Insbesondere können
sie sich in der Ausgestaltung der Markerelementträger 58 unterscheiden.
Diese können eine
unterschiedliche Länge
aufweisen und zudem optional auch abgewinkelt sein, vorzugsweise
mit einem festen Abwinkelungswinkel. Denkbar wäre es auch, den Markerelementträger 58 ähnlich dem Grundkörper 46 kugelig
auszubilden und weitere Aufnahmen zur Ausbildung von Kupplungselementen vorzusehen,
in denen wiederum ein oder mehrere Markerelemente 14 angeordnet
werden können.
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Ein
weiteres Teil des die Referenzierungseinheit 12 ausbildenden
Baukastensystems ist in 3 beispielhaft dargestellt.
Es handelt sich um ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 88 versehenes Positionsänderungselement.
Es umfasst, wie in 3 dargestellt, drei Positionsänderungsglieder 90, 92 und 94.
Die Positionsänderungsglieder 90 und 92 sind
relativ zueinander um eine Schwenkachse 96 verschwenkbar
gelagert, die senkrecht zu den Längsachsen 98 und 100 des
ersten beziehungsweise zweiten Positionsänderungsgliedes 90 beziehungsweise 92 verläuft. Das
Positionsänderungsglied 90 ist
im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist benachbart einem
freien Ende 102 eine Kupplungsaufnahme 104 auf,
die im Aufbau dem zweiten Kupplungselement 68 entspricht.
Dies ermöglicht
es, ein Markerelement 14, insbesondere wie im Zusammenhang
mit 2 beschrieben, durch Einführen des ersten Kupplungselements 66 in
die Kupplungsaufnahme 104 rastend zu verbinden und so zu
sichern. Die Kupplungsaufnahme 104 bildet ein drittes Kupplungselement.
Das dritte Kupplungselement in Verbindung mit einem ersten Kupplungselement 66 bilden
eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 103 versehene zweite
Kupplungseinrichtung aus. Zu beachten ist, dass eine von der Kupplungsaufnahme 104 definierte
Längsachse 106 senkrecht zur
Längsachse 98 orientiert ist.
Denkbar wäre
es jedoch auch, die Kupplungsaufnahme 104 ausgehend vom
freien Ende 102 vorzusehen, wobei dann die Längsachse 106 koaxial
zur Längsachse 98 ausgerichtet
wäre. Das
andere Ende 108 des Positionsänderungsgliedes 90 ist
plattenförmig
in Form eines Quaders 110 ausgebildet und mit einer nicht
dargestellten Lagerbohrung versehen, welche die Schwenkachse 96 definiert.
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Das
Positionsänderungsglied 92 ist
ebenfalls im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, wobei das dem
Positionsänderungsglied 90 zugewandte
Ende 112 mit einem Lagerschlitz 114 versehen ist,
in den der abgerundete Quader 110 eingreifen kann. Durch den
Lagerschlitz 114 werden zwei spiegelsymmetrisch ausgebildete
Lagerarme 116 definiert, die jeweils von einer weiteren
Bohrung, die koaxial zur Schwenkachse 96 ausgebildet ist,
durchsetzt sind. Zur schwenkbaren Lagerung des Positionsänderungsgliedes 90 und
des Positionsänderungsgliedes 92 aneinander
dient ein Lagerstift 118 oder eine Schlussschraube, deren
Längsachsen
ebenfalls identisch mit der Schwenkachse 96 sind, und die
eine Verschwenkung der Positionsänderungsglieder 90 und 92 gegeneinander
in einem Winkelbereich von etwas mehr als 180° ermöglichen. Von der Schwenkachse 96 weg
weisend, schließt
sich an den durch die Lagerarme 116 definierten Lagerungsbereich
ein hohlzylindrischer Abschnitt 120 an, welcher sich bis zu
einem von der Schwenkachse 96 weg weisenden freien Ende 112 des
Positionsänderungsgliedes 92 erstreckt.
Formschlüssig
im Abschnitt 120 ist das kolbenförmig ausgebildete Positionsänderungsglied 94 geführt und
verschiebbar gelagert. Ein viertes Kupplungselement 124,
welches identisch mit dem ersten Kupplungselement 66 ausgebildet
ist, bildet ein von der Schwenkachse 96 weg weisendes Ende
des Positionsänderungsgliedes 94.
Das vierte Kupplungselement 124 bildet in Verbindung mit
einem zweiten Kupplungselement 68 beziehungsweise einem
dritten Kupplungselement, beispielsweise in Form der Kupplungsaufnahme 104,
eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 123 versehene dritte
Kupplungseinrichtung.
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Durch
die verschiebbare Lagerung der Positionsänderungsglieder 92 und 94 aneinander
kann ein Abstand zwischen dem vierten Kupplungselement 124 und
der Schwenkachse 96 in einem durch die Länge des
ein Zylinder bildenden Abschnitts 120 vorgegebenen Bereich
verstellt werden. Es ist denkbar, die Positionierung der Positionsänderungsglieder 92 und 94 relativ
zueinander diskret zu gestalten, beispielsweise durch Ausbildung
entsprechender Verzahnungen mit in diese eingreifenden Rastglieder.
Denkbar wäre
es insbesondere, am Abschnitt 120 eine Vielzahl von Ringnuten
vorzusehen, in die am kolbenförmigen
Abschnitt des Positionsänderungsgliedes 94 ausgebildete
Kugeldruckstücke
eingreifen.
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Eine
in den Figuren nicht dargestellte abgewandelte Ausführungsform
eines Positionsänderungselements 88 sieht
nur zwei Positionsänderungsglieder
vor, also entweder nur die Positionsänderungsglieder 90 und 92,
die schwenkbar aneinander gelagert sind, wobei dann das Ende 122 in
Form des vierten Kupplungselements 124 ausgebildet wäre, oder
zwei Positionsänderungsglieder 92 und 94, die
relativ zueinander verschiebbar sind, wobei dann statt des Lagerschlitzes 114 eine
ein drittes Kupplungselement definierende Kupplungsaufnahme 104 am
Ende 112 des Positionsänderungsgliedes 92 vorgesehen
werden kann. Derartige Positionsänderungselemente
erlauben dann eine Einstellung freier Enden der beiden miteinander
verbunden und aneinander beweglich gelagerten Positionsänderungsglieder
entweder nur durch Verschwenken oder nur durch relative Verschiebung.
Optional wäre
es selbstverständlich
auch denkbar, mehr als drei Positionsänderungsglieder vorzusehen,
wobei dann beliebig schwenkbar und verschiebbar aneinander gelagerte Positionsänderungsglieder,
wie sie beispielhaft im Zusammenhang mit dem in 4 dargestellten
Positionsänderungselement 88 beschrieben
wurden, vorgesehen werden können.
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Eine
Verschwenkung der Positionsänderungsglieder 90 und 92 relativ
zueinander kann optional auch in diskreten Schritten erfolgen, beispielsweise
in diskreten Winkelschritten von 2°, 5° oder 10°. Auf diese Weise lassen sich
diskrete Einstellungen, also Referenzstellungen, der Markerelemente 14 der
Referenzierungseinheit 12 realisieren. Eine derartige diskrete
Positionierung der relativ zueinander verschwenkbaren Positionsänderungsglieder 90 und 92 kann
beispielsweise durch ineinander greifende Verzahnungen erreicht
werden oder durch Ausbildung von Nuten, in welche Kugeldruckstücke in definierten
Positionen rastend eingreifen können.
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In 5 ist
eine weitere Variante einer Referenzierungseinheit 12 beispielhaft
dargestellt, die einen kugelförmigen
Grundkörper 46 umfasst,
an welchem drei zweite Kupplungselemente 68 ausgebildet sind,
in die erste Kupplungselemente 66 von Markerelementen 14 oder
vierte Kupplungselemente 124 von Positionsänderungselementen 88 eingeführt und gesichert
werden können.
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Längsachsen 60 der
zweiten Kupplungselemente 68 schneiden zwar den Mittelpunkt
des kugelförmigen
Grundkörpers 46 und
liegen in einer Ebene, sind jedoch nicht symmetrisch angeordnet,
das heißt ein
erster Winkel 126 zwischen Längsachsen von zwei benachbarten
zweiten Kupplungselementen weist einen Wert in einem Bereich zwischen
70° und 85° auf, ein
weiterer Winkel 128 zwischen der Längsachse des einen der beiden
zweiten Kupplungselemente 68 und dem dritten zweiten Kupplungselement 68 einen
Wert in einem Bereich von 120° bis
160°. So sind
die drei Längsachsen 60 relativ
zueinander um Winkel versetzt, die allesamt nicht identisch sind.
Damit lässt
sich eine eindeutig definierte Referenzierungseinheit 12 ausbilden.
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Mit
den oben im Zusammenhang mit den 1 bis 5 beschriebenen
Teilen des Baukastensystems zur Ausbildung von Referenzierungseinheiten 12,
als da insbesondere sind Markerelemente 14, welche optional
Markerelementträger 58 aufweisen,
Grundkörper 46 und
Positionsänderungselemente 88 lassen
sich Referenzierungseinheiten 12 in nahezu beliebiger Ausgestaltung
ausbilden. Die miteinander verbindbaren Teile der Referenzierungseinheit 12 definieren
insgesamt eine Positionsänderungseinrichtung 130,
die es ermöglicht,
die Referenzierungseinheit 12 bei Bedarf in gewünschter
Weise umzugestalten, das heißt
insbesondere Positionen der Markerelemente 14, insbesondere
von deren Markerkugeln 84 oder anderer Elemente, die entweder
elektromagnetische und/oder Ultraschallstrahlung reflektieren oder
aussenden können,
zu ändern und
so erste und zweite Referenzstellungen zu definieren. Es lassen
sich somit Referenzierungseinheiten 12 ausbilden, die individuell
an zum Einsatz kommende Instrumente angepasst werden können. Daraus
resultiert insbesondere ein homogenes Verhalten der Referenzsender,
besonders stabile Achsen bei Verwendung mit langen Instrumenten.
Des Weiteren kann eine Genauigkeit durch zusätzliche Anordnung von Markerelementen 14 an
einem Grundkörper 46 erhöht werden
oder durch Vergrößern der
Abstände
zwischen Markerelementen 14.
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Die
einzelnen Teile der Referenzierungseinheit lassen sich insbesondere
kostengünstig
aus einem Kunststoff herstellen, welcher optional auch dampfsterilisierbar
ist und eine Wiederverwendung der Referenzierungseinheit 12 ermöglicht.
Alternativ ist es selbstverständlich
auch denkbar, die Teile der Referenzierungseinheit 12 im
Wesentlichen aus einem dampfsterilisierbaren Metall auszubilden.
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Die
im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Teile der Referenzierungseinheit 12 sind rein
beispielhaft. Sie können
in Form und Größe, insbesondere
in der Länge
der Markerelementträger 58 unterschiedlich
sein. Ferner können
insgesamt mehr Markerelemente 14 und Positionsänderungselemente 88 vorgesehen
sein, als ein Grundkörper 46 zweite Kupplungselemente 68 aufweist.
So kann der Aufbau der Referenzierungseinheit 12 auf einfache
Weise durch Austauschen nicht identischer Markerelemente 14 oder
nicht identischer Positionsänderungselemente 88 geändert werden
zum Positionieren des mindestens einen Markerelements 14 der
Referenzierungseinheit 12 in einer ersten Referenzstellung und
in mindestens einer zweiten von der ersten Referenzstellung abweichenden
Referenzstellung.