DE102010041564B4

DE102010041564B4 - Orientierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010041564B4
Application number: DE102010041564.2A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann; Gerhard Kleinszig
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: DE102010041564A1

Abstract

Vorrichtung mit einem chirurgischen Objekt (1, 4) und einem Orientierungselement (2), das mindestens ein erstes Verbindungselement (3a, 3b; 5a, 5b) zu dem chirurgischen Objekt (1, 4) aufweist, wobei das Orientierungselement (2) an einer definierten Stelle (32, 52) an dem chirurgischen Objekt (1, 4) positionierbar ist, wobei das mindestens eine erste Verbindungselement (3a, 3b; 5a, 5b) an einem Ende halbkreisförmige Greifelemente (31, 51) aufweist, die dazu ausgebildet sind, formgenaue Ausprägungen (32, 52) an dem chirurgischen Objekt (1, 4) zu umfassen, wodurch das Orientierungselement (2) an dem chirurgischen Objekt (1, 4) anklippbar ist, wobei korrespondierende Flächen an einer Innenseite der Greifelemente (31, 51) und an dem chirurgischen Objekt (1, 4) jeweils eine Verzahnung (311, 511; 322, 522) aufweisen, mittels welcher das Orientierungselement (2) rotationssymmetrisch und winkelstabil an dem chirurgische Objekt (1, 4) rasternd ausrichtbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Medizintechnik und betrifft insbesondere einen Ansatz, um chirurgische Objekte, umfassend Implantate, Werkzeuge und Instrumente, hinsichtlich ihrer Ausrichtung und Länge im Röntgenbild für einen medizinischen Eingriff in einem zweidimensionalen Röntgenbild zu lokalisieren.
Aus der US 6 226 548 B1 sind eine Methode und eine Vorrichtung zur subkutanen Registrierung für computergestützte chirurgische Navigation bekannt. Dabei ist eine Identifizierungsstruktur fest an der Vorrichtung befestigt.
Die US 2001/0 034 480 A1 beschreibt ein Verfahren zur Lokalisierung von Objekten bei interventionaler Radiologie. Dabei werden Projektionen des zu lokalisierenden Objekts simuliert und mit einem Projektionsbild verglichen.
Aus der DE 20 2006 019 649 U1 ist eine navigierte Applikationsführung für gezielte Spinalarzneimittelzufuhr bekannt. Dabei ist eine Führungsrohr-Fixierungsvorrichtung zum Befestigen eines Führungsrohrs vorgesehen. An dem Führungsrohr kann ein Navigationselement befestigt sein.
Die DE 10 2008 052 680 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur kontrollierten Einstellung einer chirurgischen Positioniereinheit. Die Positioniereinheit kann zur Ausrichtung von Operationsführungsmitteln dienen.
Aus der DE 10 2005 022 901 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung eines sich in einem Objekt befindlichen Abschnitts eines Instruments bekannt. Auf dem Abschnitt befinden sich Markierungen, die ein Markierungsmuster bilden. Das Markierungsmuster kann zu vorbekannten Mustern zugeordnet werden.
Im Bereich der Orthopädie oder Traumatologie, z. B. bei Femurfrakturen oder Hüftgelenksoperationen, aber auch auf dem Gebiet der Herzchirurgie kann es notwendig werden, Implantate oder Instrumente mittels einer Röntgenbildkontrolle in den Patienten einzubringen bzw. korrekt an diesem zu positionieren.
Am Patienten werden mittels medizinischer Maßnahmen, z. B. chirurgische Eingriffe durchgeführt. Hierbei ist es für die Durchführenden wünschenswert, Navigationsunterstützung zu erhalten. Dies bedeutet z. B., dass sowohl die Position und Orientierung von Knochen als auch die Positionen und Orientierungen von Instrumenten, medizinischen Hilfsmitteln, medizinischen Geräten usw. in einem zwei oder dreidimensionalen Koordinatensystem bestimmbar sind. Dazu werden an den zu ortenden Objekten ein oder mehrere Orientierungselemente bzw. Navigationsmarker angebracht. Auf dem Orientierungselement sind mehrere Marker in geometrisch definierter Anordnung an einem Träger oder Stativ angeordnet.
Das Orientierungselement, das auch als Navigationsmarker bezeichnet werden kann, weist in der Regel vier Markerelemente auf, zwei der Markerelemente definieren eine Gerade im Raum. Ein drittes Markerelement ist derart angeordnet, dass es außerhalb dieser Linie liegt und so zusammen mit den erstgenannten beiden Markerelementen eine Ebene im Raum definiert. Das vierte Markerelement liegt wiederum außerhalb dieser Ebene. Die jeweilige relative Raumlage der Markerelemente zueinander beschreibt deren Relativanordnung, welche beispielsweise für verschiedene Navigationsmarker unterschiedlich sein können, um diese jeweils voneinander in einem Kamera- oder Röntgenbild unterscheiden zu können.
Bekannt sind die Verwendung von Infrarotlicht reflektierende Kugeln bei optischen Navigationssystemen oder Röntgenmarker beim Einsatz von Röntgensystemen. Durch die an den Orientierungselementen angeordneten Markern werden diese im 2D-Röntgenbild bezüglich Position und Orientierung bestimmbar. Zur Bestimmung der Länge des Instrumentes mussten bisher Segmentierungsalgorithmen auf die im Röntgenbild sichtbaren Objekte herangezogen werden. Eine Bestimmung der Objekte bezüglich ihrer Länge kann sich schwierig gestalten, da Überlagerungen mit anderen röntgendichten Materialien, z. B. Implantate, Instrumentenspitze häufig auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Orientierungselement für Instrumente und Implantate anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Das Orientierungselement wird an eine definierte Stelle eines chirurgischen Objektes mit mindestens einer ersten Verbindung an dieser befestigt, wobei diese Verbindung zwischen chirurgischen Objekt und Orientierungselement derart ausgebildet ist, dass das Orientierungselement ausrichtbar an diesem flexibel befestigbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mittels eines Anklippmechanismus das Orientierungselement rotationssymmetrisch aber auch winkelstabil an dem chirurgischen Objekt anbringbar ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass durch eine ortsgenaue Anbringung eines Orientierungselementes an einem Instrument oder Implantat Rückschlüsse für die dreidimensionale Position des Instrumentes oder Implantates im Koordinatensystem des Röntgensystems ableitbar sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass ein unmittelbares Erkennen von Abweichungen zwischen Ist- und Solllänge des chirurgischen Objektes, z. B. hervorgerufen durch Objektverbiegungen, im Röntgenbild visualisierbar sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass komplexe Formen von k-Drähten und/oder auch Implantaten darstellbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen.
Es zeigen:
1 ein Implantat mit Orientierungsvorrichtung,
2 ein k-Draht mit Orientierungsvorrichtung und
3 eine Detailansicht.
Bei dieser Orientierungsvorrichtung ist ein Orientierungselement derart ausgeprägt, dass dieses an mindestens einer definierten Stelle ausrichtbar an einem chirurgischen Objekt angeordnet werden kann.
In 1 ist ein Implantat 1, beispielweise eine Femur-LCP-Platte, schematisch abgebildet. An diesem Implantat 1 ist an einer definierten Position P1, P2 ein Orientierungselement 2 angeordnet. Die Positionen von P1, P2 sind exakt bestimmbar. So kann P1, P2 durch den Abstand von der Spitze oder dem Ende der Femurplatte bezogen auf eine Mittelachse MA und dem jeweiligen Abstand, evtl. unter Angabe eines Winkels, von der Mittelachse MA bestimmt werden. Das Orientierungselement 2 kann zum Zeitpunkt der Einbringung des Implantats 1 an diesem befestigt sein oder werden. Die Befestigung kann beispielsweise durch ein Anklippen an mindestens einer der hierfür exakt vorgegebenen Stellen P1, P2 am Implantat 1 erfolgen. Das Befestigungsmittel kann lösbar von dem chirurgischen Objekt ausgebildet sein. Die Verbindung kann mittels eines ersten, zweiten Verbindungselementes 3a, 3b erfolgen. Auf dem Orientierungselement 2 sind eine Mehrzahl von röntgen- und/oder infrarotmäßig erfassbaren Markierungspunkten integriert. Die Anzahl der Markierungspunkte kann von Orientierungselement zu Orientierungselement variieren. Die Anordnung der Markierungselemente ist für jedes Orientierungselement individuell ausgestaltet. Hilfreich bei der Bestimmung der Ausrichtung kann die Form des Orientierungselementes 2 sein. Die Markierungselemente können durch Löcher auf einem länglich ausgeprägten Orientierungselement eingebracht sein. Daten bezüglich Orientierung und Platzierung des Orientierungselementes 2 können aus einem 2D/3D Röntgenbild oder wenn vorhanden der Registrierprozedur entnommen werden. Die Aussenkanten des Orientierungselementes 2 können in das Röntgenbild eingeblendet werden. Die zum Implantat 1 abgespeicherten Daten bezüglich seiner Geometrie werden unter Berücksichtigung der Ausrichtung des Orientierungselementes in dem 2D/3D Röntgenbild eingeblendet. Mittels der auf dem Orientierungselement 2 angeordneten Marker oder Markierungen und den Positionen P1, P2 der Anbringung an dem chirurgischen Objekt 1, 4 kann auf die Orientierung des chirurgischen Objektes 1, 4 sowie dessen Länge oder der Abstand zu weiteren Objekten ermittelt werden. Über die auf dem Orientierungselement 2 angeordneten Marker 7 und deren Position an dem Objekt kann aus dem Röntgenbild die vollständige Geometrie des Objektes ohne weitere Segmentierungsprozeduren in einer hier nicht wiedergegebenen Recheneinheit ermittelt und auf einer Bildschirmeinheit visualisiert werden. Mittels einer Überblendeinheit in der hier nicht explizit dargestellten Recheneinheit werden Einblendungen/Überblendungen von Modelldaten sowohl von chirurgischen Objekten und Orientierungselementen in den 2D/3D Röntgenbilder vorgenommen. Hiermit kann sofort beispielsweise auf die Länge oder richtige Orientierung der Objekte im Röntgenbild geschlossen werden.
In 2 ist ein Orientierungselement 2 an einem Kirschner-Draht 4 angeordnet. Die Anordnung des Orientierungselementes 2 erfolgt an einer definierten Stelle 5a, 5b des k-Drahtes 4. Durch die exakte und bekannte Lage des Orientierungselementes 2 an dem k-Draht 4 mittels hinterlegter Modelldaten des jeweiligen k-Drahtes 4 wird die Lage sowie ein Abstand zu weiteren Objekten im Umfeld im 2D oder 3D-Röntgenbild visualisiert. Die Modelldaten können beispielsweise von dem Hersteller abgerufen oder nach oder während eines Sterilisationsprozesses mittels eines Scangerätes aufgezeichnet werden. Nach Ermittlung der Orientierung des Orientierungselementes können die Modelldaten dem 2D/3D Röntgenbild überlagert werden. Sind Unterschiede bezüglich der Länge und Orientierung des k-Drahtes bzw. des chirurgischen Objektes zu der Ist-Aufnahme in den Röntgenbildern sichtbar, so kann in vorteilhafter Weise dem Chirurgen sofort diese Veränderung an dem verwendeten chirurgischen Objekt über eine Bildschirmeinheit angezeigt werden. Mittels der am k-Draht 4 eingearbeiteten Einschnitte 8 kann dieser die Orientierungseinheit 2 definiert aufnehmen.
Zusätzlich können hinterlegte Abmessungen beziehungsweise die Objektdaten sowie die Daten des Orientierungselementes verrechnet und in die 2D und/oder 3D Röntgenbilder eingeblendet werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass Segmentierungsprozeduren nicht durchgeführt werden müssen. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit einer Überprüfung des chirurgischen Objektes z. B. bezüglich Verformungen. Bei der hier vorgestellten Vorrichtung eines Orientierungselementes kann die Sollposition eines chirurgischen Objektes im 2D/3D-Röntgenbild mit der aktuellen Darstellung überlagert werden. Abweichungen werden sofort erkannt, Maßnahmen wie Auswechslung oder Neueichung des chirurgischen Objektes können eingeleitet werden.
In 3 sind ein Teil des Orientierungselementes 2 sowie ein Teil des chirurgischen Objektes 1, 4 abgebildet. Das Orientierungselement 2 wird an einer definierten Stelle P1, P2 des chirurgischen Objektes 1, 4 angeordnet. Die Aussparung im oder am chirurgischen Objekt 1, 4 ist passgenau zu dem ersten oder zweiten Verbindungselement 3a, 3b, 5a, 5b ausgebildet. Die Verbindung zwischen Verbindungselement und chirurgischen Objekt ist lösbar gestaltet. Das Anbringen des Orientierungselementes 2 kann über erste und/oder zweite Verbindungselemente 3a, 5a; 3b, 5b erfolgen. Das Verbindungselement ist an seinem ersten Ende beispielsweise starr mit dem Orientierungselement 2 verbunden. Am zweiten Ende des Verbindungselementes 2 sind halbkreisförmige Greifelemente 31, 51 beispielsweise aus federndem Material ausgebildet. Diese Greifelemente 31, 51 sind dann so ausgebildet, dass diese formgenaue Ausprägungen 32, 52 am chirurgischen Objekt 1, 4 umfassen. Ein Umschließen oder eine kreisrunde Ausprägung kann so ausgestaltet sein, dass das Greifelement 31, 51 starr an diesem fixierbar oder rotationssymmetrisch anbringbar ist. Die korrespondierenden Flächen zwischen der Innenseite des halbkreisförmigen Greifelementes 31, 51 und der Oberfläche der Ausprägung 32, 52 am chirurgischen Objekt 1, 4 können auch derart ausgestaltet sein, dass eine parallele Ausrichtung des Orientierungselementes 2 zum chirurgischen Objekt 1, 4 rasterförmig erfolgen kann. Ein definiertes beispielsweise paralleles Anstellen bzw. Ausrichten des Orientierungselementes zum chirurgischen Objekt kann mittels einer Verzahnung 311, 511; 322, 522 der zueinander ausgerichteten Oberflächen erreicht werden. Die Klammerwirkung des Greifelementes 31, 51 fixiert das Orientierungselement 2 definiert am chirurgischen Objekt. Die gleiche Vorrichtung kann auch verwendet werden, wenn anstatt der Röntgenmarker auf dem Orientierungselement 2 optische Marker angeordnet sind. Im Fall der optischen Marker kann die Positionsbestimmung beziehungsweise Ausrichtung z. B. mit einer Einzelnavigation ”CAMC” erfolgen. Erforderlich hierfür ist die Verwendung von wenigstens vier nicht in einer Ebene liegende Marker.
Bezugszeichenliste

1: Implantat/Femur-LCP-Platte
2: Orientierungselement/Navigationsmarker
P1: erste Positionierung
P2: zweite Positionierung
3a: erstes Verbindungselement
3b: zweites Verbindungselement
4: k-Draht
5a: erstes Verbindungselement
5b: zweites Verbindungselement
7: Markerelemente/Röntgenmarker/optische Marker
8: definierte Einkerbungen
31, 51: Greifelement
32, 52: Ausprägung am chirurgischen Objekt
311, 511: Ausprägung an der Innenseite des Greifelementes
322, 522: Korrespondierende Ausprägung auf der Außenseite der Ausprägung am chirurgischen Objekt
MA: Mittelachse

Claims

Vorrichtung mit einem chirurgischen Objekt (1, 4) und einem Orientierungselement (2), das mindestens ein erstes Verbindungselement (3a, 3b; 5a, 5b) zu dem chirurgischen Objekt (1, 4) aufweist, wobei das Orientierungselement (2) an einer definierten Stelle (32, 52) an dem chirurgischen Objekt (1, 4) positionierbar ist, wobei das mindestens eine erste Verbindungselement (3a, 3b; 5a, 5b) an einem Ende halbkreisförmige Greifelemente (31, 51) aufweist, die dazu ausgebildet sind, formgenaue Ausprägungen (32, 52) an dem chirurgischen Objekt (1, 4) zu umfassen, wodurch das Orientierungselement (2) an dem chirurgischen Objekt (1, 4) anklippbar ist, wobei korrespondierende Flächen an einer Innenseite der Greifelemente (31, 51) und an dem chirurgischen Objekt (1, 4) jeweils eine Verzahnung (311, 511; 322, 522) aufweisen, mittels welcher das Orientierungselement (2) rotationssymmetrisch und winkelstabil an dem chirurgische Objekt (1, 4) rasternd ausrichtbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Orientierungselement (2) im Röntgenbild visualisierbar ist, wobei je Orientierungselement (2) eindeutige Aussparungen auf einem länglich ausgeprägten Orientierungselement ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Orientierungselement (2) Röntgenmarkerkugeln angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Orientierungselement (2) sowohl Röntgenmarker, als auch optische Marker angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überblendeinheit derart ausgebildet ist, dass zu den Abbildungen (1, 2, 4) in den Röntgenbildern oder dem Röntgenbild die zugehörigen Modelldaten des Orientierungselementes (2) und/oder der chirurgischen Objekte (1, 4) deckungsgenau überblendet werden.