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Die Erfindung betrifft eine medizinische Referenzierungsvorrichtung für ein medizinisches Navigationssystem, mit dem eine Bewegung eines Körperteils, insbesondere des Oberschenkels, mit der daran angebrachten Referenzierungsvorrichtung im Raum verfolgbar ist.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein medizinisches Navigationssystem zum Verfolgen einer medizinischen Referenzierungsvorrichtung im Raum, umfassend eine medizinische Referenzierungsvorrichtung, eine Nachweisvorrichtung zum Erstellen von Bildern der Referenzierungsvorrichtung und Bereitstellen diesbezüglicher Bildsignale sowie eine Datenverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten der Bildsignale.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verfolgen einer medizinischen Referenzierungsvorrichtung im Raum mit einem Navigationssystem.
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Es sind medizinische Referenzierungsvorrichtungen bekannt, die beispielsweise in der Knieprothetik zum Einsatz kommen, um einem Operateur die Implantation eines künstlichen Kniegelenkes zu erleichtern. Herkömmliche Referenzierungsvorrichtungen umfassen eine Markiereinrichtung mit starr relativ zueinander angeordneten Markierelementen (sogenannter ”Rigid Body”), deren Bewegung im Raum von einem Navigationssystem verfolgt wird. Um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erzielen, wird die Markiereinrichtung über eine Befestigungseinrichtung, üblicherweise eine Knochenschraube, am Femurknochen oder am Tibiaknochen verschraubt und dadurch fest an diesen fixiert. Dies führt jedoch zu einem Eingriff nicht unerheblicher Invasivität, gegenüber dem bei einigen Operateuren und Patienten Vorbehalte bestehen.
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Zur Verringerung der Invasivität ist es bekannt, Rigid Bodys an einer um den Femur (vorliegend Oberschenkel) oder die Tibia (vorliegend Unterschenkel) gelegten Manschette zu fixieren oder an einer auf den Femur oder die Tibia aufgelegten Platte anzubringen, die mit Bändern am jeweiligen Körperteil fixiert wird. Die Manschette bildet eine Befestigungseinrichtung mit einem Trägerkörper für die Markiereinrichtung, der von seiner beispielsweise ursprünglich planaren Form verformt und an die Kontur des Körperteils (beispielsweise des Femurs oder der Tibia) angepasst werden kann, um einen formschlüssigen Sitz am Körperteil zu ermöglichen.
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Bekannt sind auch Trägerkörper, die auf das Körperteil aufgeklebt werden können und an denen die Markiereinrichtung festgelegt ist.
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Bei derartigen nichtinvasiven Befestigungseinrichtungen ergibt sich in der Praxis das Problem, dass Bewegungen von Weichteilen (Haut, Muskeln und anderes nicht-starres Körpergewebe), insbesondere bei einer zu erfassenden Bewegung des Körperteils im Raum, über den Trägerkörper auf die Markiereinrichtung übertragen werden. Die Genauigkeit der Positionsdaten der Markiereinrichtung – und damit des Körperteils –, die der navigationsgestützten Operation zugrunde gelegt werden soll, wird dadurch beeinträchtigt. Wünschenswert wäre es außerdem, mit einer nichtinvasiv am Körperteil anbringbaren Referenzierungsvorrichtung prä- und postoperativ Patientendaten mit einem medizinischen Navigationssystem zu erfassen. Dadurch können Operationsdauern reduziert werden, weil hierfür erforderliche Daten bereits präoperativ zur Verfügung stehen und nicht erst intraoperativ ermittelt werden müssen. Postoperativ kann eine einfache Kontrolle des Erfolges der Operation durchgeführt werden. In beiden Fällen können ansonsten eingesetzte ionisierende Bildgebungsverfahren wie Röntgen oder CT ersetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Referenzierungsvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der Positionsdaten des Körperteils, an dem die Referenzierungsvorrichtung angebracht ist, patientenschonend gewonnen werden können.
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Eine die Aufgabe lösende Referenzierungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen flächig erstreckten, in zumindest einer Richtung der Erstreckung dehnbaren Referenzierungskörper, der in seiner Form an die Kontur des Körperteils anpassbar ist und einen Markierbereich aufweist, der ein Muster umfasst oder ausbildet, wobei der Referenzierungskörper so ausgebildet ist, dass das Muster bei der Bewegung des Körperteils zumindest abschnittsweise unverformt oder im Wesentlichen unverformt ist, und wobei das Muster zumindest abschnittsweise vom Navigationssystem als Referenz für eine Verfolgung des Körperteils im Raum heranziehbar ist.
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In die Erfindung fließt die Überlegung mit ein, dass eine Markiereinrichtung insbesondere in Gestalt eines sogenannten ”Rigid Bodys”, wie sie bei herkömmlichen Referenzierungsvorrichtungen zum Einsatz kommt, eingespart werden kann, indem die von den Markierelementen der Markiereinrichtung ausgeübte Funktion einer oder mehreren anderen Komponenten der Referenzierungsvorrichtung übertragen werden kann. Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung vor, einen verformbaren flächigen und in seiner Form an die Kontur des Körperteils (beispielsweise des Femurs oder der Tibia) anpassbaren Referenzierungskörper zu verwenden. Der Referenzierungskörper kann über die Befestigungseinrichtung der Referenzierungsvorrichtung nichtinvasiv und damit patientenschonend am Körperteil festgelegt werden. Zu diesem Zweck kann die Befestigungseinrichtung beispielsweise ein oder mehrere Fixierelement(e) aufweisen. Der Referenzierungskörper ist in zumindest einer Richtung seiner Erstreckung elastisch dehnbar. Dies erlaubt es, den Referenzierungskörper im am Körperteil befestigten Zustand unter Spannung zu setzen. Wie sich in der Praxis zeigt, können dadurch die Weichteile unter Dehnung des Referenzierungskörpers komprimiert werden. Dies erlaubt es, eine Relativbewegung der Weichteile untereinander zu verringern. Die vom Körperteil auf den Referenzierungskörper induzierte Bewegung kann dadurch ebenfalls verringert werden, so dass dieser eine nur geringe Eigenbewegung relativ zum Körperteil ausführen kann. Bewegungen von Weichteilen zueinander können ferner innerhalb des Referenzierungskörpers absorbiert werden, weil dieser elastisch dehnbar ist. Damit die Referenzierungsvorrichtung im Raum verfolgt werden kann, weist der Referenzierungskörper einen Markierbereich auf, der ein Muster umfasst oder ausbildet. Das Muster ist so ausgelegt, dass es vom Navigationssystem erkennbar ist und von diesem als Referenz für die Verfolgung des Körperteils mit der daran befestigten Referenzierungsvorrichtung im Raum angesehen werden kann. Zu diesem Zweck ist der Referenzierungskörper so ausgebildet, dass bei einer Bewegung des Körperteils das Muster zumindest abschnittsweise unverformt oder im Wesentlichen unverformt ist, indem, wie vorstehend erwähnt, eventuelle Bewegungen von Weichteilen innerhalb des Referenzierungskörpers so absorbiert werden, dass das Muster zumindest abschnittsweise davon nicht oder in nur unerheblichem Umfang beeinflusst wird. Dementsprechend kann das Navigationssystem das Muster zumindest abschnittsweise als ”räumlich stabil” erkennen und als valide Referenz heranziehen. Insbesondere kann das Navigationssystem davon ausgehen, dass ein Muster in unveränderter Position relativ zum Femurknochen angeordnet ist, wenn es als valide Referenz erkannt wird. Dadurch kann auch auf die Position des Femurknochens im Raum geschlossen werden.
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Vorzugsweise ist das Muster ein regelmäßiges Muster.
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Das Muster kann beispielsweise rasterförmig, gitterförmig oder netzförmig sein.
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Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der Referenzierungskörper in zwei quer zueinander ausgerichteten Richtungen in der Fläche seiner Erstreckung elastisch dehnbar ist. Beispielsweise ist der Referenzierungskörper in einer, im am Körperteil befestigten Zustand in Umfangsrichtung des Körperteils verlaufenden Richtung elastisch dehnbar und in einer quer dazu ausgerichteten Richtung, insbesondere in Längsrichtung des Körperteils.
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Vorzugsweise unterscheiden sich die Dehnbarkeiten des Referenzierungskörpers in den beiden Richtungen voneinander. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Dehnbarkeit des Referenzierungskörpers im am Körperteil befestigten Zustand längs des Körperteils größer ist als in Umfangsrichtung des Körperteils.
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Günstigerweise ist der Markierbereich integral in den Referenzierungskörper eingearbeitet. Darunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass der Markierbereich herstellungstechnisch als Bestandteil des Referenzierungskörpers gefertigt ist. Beispielsweise ist der Markierbereich in den Referenzierungskörper eingestrickt, darauf wird nachfolgend noch eingegangen, oder in diesen eingeformt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Referenzierungsvorrichtung bildet der Markierbereich den Referenzierungskörper aus.
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Der Markierbereich kann das Muster vollständig umfassen.
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Der Referenzierungskörper weist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform günstigerweise einen an den Markierbereich angrenzenden Nichtmarkierbereich auf, wobei sich die Dehnbarkeit des Nichtmarkierbereiches von derjenigen des Markierbereiches unterscheidet. Als Nichtmarkierbereich wird vorliegend ein das Muster des Markierbereiches nicht umfassender Bereich des Referenzierungskörpers angesehen. Durch Vorsehen unterschiedlicher Dehnbarkeiten in zumindest einer Richtung in der Fläche der Erstreckung des Referenzierungskörpers – vorzugsweise in zwei quer zueinander ausgerichteten Richtungen – ist die Möglichkeit gegeben, Bewegungen von Weichteilen gezielt im Referenzierungskörper so zu absorbieren, dass eine Bewegung des Markierbereiches relativ zum Körperteil weitgehend oder vollständig vermieden werden kann. Das Muster oder ein Abschnitt davon bleibt von der Bewegung dadurch so unbeeinflusst, dass es als valide Referenz für die Verfolgung des Körperteils im Raum dienen kann.
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Der Nichtmarkierbereich kann den Markierbereich beispielsweise umgeben. Beispielsweise bildet der Nichtmarkierbereich eine Einfassung für den Markierbereich in der Fläche des Referenzierungskörpers. Der Nichtmarkierbereich kann insbesondere einen Rand des Referenzierungskörpers bilden, der den Markierbereich einfasst.
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Der Referenzierungskörper kann in Draufsicht eine rechteckige oder im Wesentlichen rechteckige Kontur aufweisen. Beispielsweise ist dies dann der Fall, wenn der Referenzierungskörper einen Abschnitt oder Bestandteil einer von der Referenzierungsvorrichtung ausgestalteten Bandage ist, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Bei einer vorteilhaften Umsetzung der Referenzierungsvorrichtung erweist es sich als günstig, wenn der Markierbereich in Draufsicht auf die Fläche des Referenzierungskörpers eine rechteckige oder im Wesentlichen rechteckige Kontur aufweist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Nichtmarkierbereich, wie vorstehend erwähnt, den Markierbereich einfasst und einen Rand des Referenzierungskörpers bildet.
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Bei einer andersartigen Umsetzung der Referenzierungsvorrichtung ist es von Vorteil, wenn der Markierbereich in Draufsicht auf die Fläche des Referenzierungskörpers eine taillierte Kontur aufweist, mit zwei Verbreiterungsabschnitten und einem dazwischen angeordneten Verschmälerungsabschnitt. Eine derartige Ausgestaltung kommt beispielsweise bei einer Referenzierungsvorrichtung in Gestalt einer Oberschenkel-Bandage zum Einsatz. Die Orientierung des Markierbereiches mit Verbreiterungsabschnitt-Verschmälerungsabschnitt-Verbreiterungsabschnitt ist dabei vorzugsweise in Längsrichtung des Femurs ausgerichtet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Dehnbarkeit des Nichtmarkierbereiches in zumindest einer Richtung der Erstreckung des Referenzierungskörpers geringer ist als die Dehnbarkeit des Markierbereiches. Die Dehnbarkeit des Nichtmarkierbereiches kann auch in zwei quer zueinander ausgerichteten Richtungen der Erstreckung des Referenzierungskörpers geringer sein als diejenige des Markierbereiches. Bei Anlage der Referenzierungsvorrichtung an Oberschenkel oder an der Tibia, die zu einer Verformung des Referenzierungskörpers führt, verläuft die erste der beiden Richtungen zum Beispiel in Umfangsrichtung des Oberschenkels bzw. der Tibia. Die quer dazu ausgerichtete Richtung verläuft beispielsweise in Längsrichtung des Oberschenkels bzw. der Tibia.
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Der Markierbereich und der Nichtmarkierbereich sind vorzugsweise integral miteinander verbunden, wodurch der Referenzierungskörper konstruktiv einfach hergestellt werden kann.
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Von Vorteil ist es, wenn der Referenzierungskörper zumindest am Markierbereich ein Textilverbund ist oder einen solchen umfasst, vorzugsweise ein Gestrick, ein Gewirk oder ein Gewebe, wobei das Muster durch die Art der Bindung des Textilverbundes und/oder durch die Beschaffenheit und/oder die Farbe der zu dessen Fertigung eingesetzten Fäden ausgebildet wird. Dies gibt die Möglichkeit, das Muster integral in den Markierbereich einzuarbeiten. Zudem ist die Möglichkeit gegeben, den Referenzierungskörper am Markierbereich herstellungstechnisch einfach dehnbar auszugestalten. Die Art der Bindung des Textilverbundes führt beispielsweise zu einer Oberflächenbeschaffenheit und/oder einer Farbgebung des Markierbereiches, die vom Navigationssystem als Muster interpretiert werden kann/können. Fadenförmiges Ausgangsmaterial für den Textilverbund kann Natur- und/oder Kunstfasern und/oder elastische Fäden umfassen oder daraus bestehen.
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Der Referenzierungskörper kann einen an den Markierbereich angrenzenden Nichtmarkierbereich aufweisen, wobei der Markierbereich und der Nichtmarkierbereich integral in den Textilverbund eingearbeitet sind, wobei sich der mindestens eine Markierbereich und der Nichtmarkierbereich in der Beschaffenheit des Textilverbundes voneinander unterscheiden. Der Nichtmarkierbereich – beispielsweise der vorstehend genannte Nichtmarkierbereich – und der Markierbereich können dadurch mit unterschiedlichen Eigenschaften versehen werden, insbesondere mit unterschiedlichen Dehnbarkeiten. Dies erlaubt eine einfache, vielseitige und kostengünstige Fertigung der Referenzierungsvorrichtung.
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Der Markierbereich und der Nichtmarkierbereich sind vorzugsweise miteinander durch Stricken, Wirken oder Weben verbunden. Dies ermöglicht es, den Markierbereich und den Nichtmarkierbereich, insbesondere den Referenzierungskörper, in einem einzigen, einheitlichen Herstellungsverfahren zu stricken, zu wirken, oder zu weben. Es ist insbesondere nicht erforderlich, den Markierbereich und den Nichtmarkierbereich getrennt voneinander herzustellen und auf andersartige Weise miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Nähen.
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Der Markierbereich und der Nichtmarkierbereich unterscheiden sich beispielsweise durch eine Farbe, ein Farbmuster, eine Beschaffenheit der Oberfläche des Textilverbundes, durch die jeweilige Bindungsart des Markierbereiches und des Nichtmarkierbereiches und/oder durch die jeweilige Beschaffenheit der eingesetzten Fäden voneinander (insbesondere die Anzahl, die Dichte, die Farbe und/oder die Dehnbarkeit der Fäden).
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Bei einer Umsetzung der Referenzierungsvorrichtung in der Praxis erweist es sich als günstig, wenn der Markierbereich ein Gestrick mit Körperbindung (speziell mit elastischen Fäden) oder einer anderen Bindung mit hoher Zweizugelastizität (z. B. Fangbindung) ist oder umfasst und/oder wenn der Nichtmarkierbereich ein Gestrick mit Halbschlauchbindung oder einer anderen Bindung mit geringer Zweizugelastizität (z. B. Rechts-Rechts-Bindung ohne elastischen Faden, Jacquardbindung, Milano-Ripp-Bindung) ist oder umfasst. Eine hohe Dehnbarkeit des Markierbereiches kann beispielsweise durch Einsatz elastisch dehnbarer Strickfäden am Dehnbereich erzielt werden.
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Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Referenzierungsvorrichtung ist es günstig, wenn der Referenzierungskörper aus einem Gummimaterial gefertigt ist, insbesondere einem Elastomer.
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Insbesondere bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Muster am Markierbereich auf den Referenzierungskörper aufgebracht ist, beispielsweise durch Aufdrucken, Aufprägen, Anformen oder Aufkleben.
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Von Vorteil ist es, wenn die Referenzierungsvorrichtung als Bandage ausgestaltet ist oder eine solche umfasst, die von einem geöffneten Lösezustand in einen in sich geschlossenen Anlegezustand überführbar ist, wobei die Befestigungseinrichtung ein oder mehrere Fixierelemente zum Fixieren der Bandage im Anlegezustand aufweist. Der Referenzierungskörper kann einen Abschnitt der Bandage bilden, an dem zum Beispiel Fixierelemente der Befestigungseinrichtung befestigt sind, mit denen die Bandage im geschlossenen, ringförmigen Anlegezustand fixierbar ist. Die Fixierelemente umfassen beispielsweise einen Gurt, eine Schlaufe oder eine Öse, durch die der Gurt hindurchführbar ist, um die Bandage zu straffen oder eine Schnalle zu demselben Zweck. Weitere Beispiele für Fixierelemente sind Druckknöpfe, ein Klettverschluss oder eine Klebeschicht, beispielsweise um den Gurt in sich zu fixieren. Eine vorteilhafte Umsetzung umfasst einen Gurt und eine Schlaufe, damit die Bandage unter Dehnung des Referenzierungskörpers straff am Körperteil, insbesondere dem Femur, angelegt werden kann.
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Die Bandage kann Versteifungselemente aufweisen, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Referenzierungskörpers angeordnet sind. Die Versteifungselemente können sicherstellen, dass sich der Referenzierungskörper bei Straffung nicht verjüngt.
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Vorteilhafterweise ist die Länge der Bandage im Anlegezustand für einen formschlüssigen Sitz am Körperteil anpassbar. Zu diesem Zweck können beispielsweise Fixierelemente der Befestigungseinrichtung in Form eines Gurtes und einer Schlaufe zum Hindurchführen des Gurtes zusammenwirken. Der Gurt kann in sich beispielsweise mittels eines Klettverschlusses fixiert werden.
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Bei einer andersartigen vorteilhaften Umsetzung ist es günstig, wenn die Referenzierungsvorrichtung als in sich geschlossene Schlauchbandage ausgestaltet ist oder eine solche umfasst. Die Schlauchbandage, die ganz oder abschnittsweise vom Referenzierungskörper gebildet ist, kann unter Dehnung aufgeweitet und über das Körperteil gestreift werden. Dies gibt die Möglichkeit, die Schlauchbandage formschlüssig am Körperteil zu fixieren und dieses zu komprimieren.
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Die Bandage ist vorzugsweise eine Oberschenkelbandage. Die Oberschenkelbandage kann an einem Rand eine Ausnehmung aufweisen, in die die Kniescheibe oder darüber angeordnetes Weichteilgewebe eingreifen kann. Dies ermöglicht es, die Oberschenkelbandage in definierter Weise relativ zum Körperteil, hier dem Femur auszurichten. Am Rand der Ausnehmung kann ein Abschnitt geringerer Verformbarkeit der Oberschenkelbandage angeordnet sein, z. B. der vorstehend erwähnte Nichtmarkierbereich. Dieser Abschnitt kann bei angelegter Bandage oberhalb der Sehne des Musculus quadriceps positioniert sein. Die Bewegung innerhalb des Referenzierungskörpers oberhalb der Sehne des Musculus quadriceps ist gering, und eine Bewegung innerhalb der Bandage kann gering gehalten werden. Aus diesem Grund ist vorzugsweise nahe der Ausnehmung der Markierbereich angeordnet, insbesondere oberhalb der Sehne des Musculus quadriceps.
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Günstig ist es, wenn der Referenzierungskörper auf seiner dem Körperteil zugewandten Seite Reibwertsteigerungselemente umfasst. Die Reibwertsteigerungselemente können ungleichmäßig am Referenzierungskörper angeordnet sein. Über die Reibwertsteigerungselemente können Weichteile zusätzlich gestrafft werden. Dies erweist sich insbesondere bei einer der vorstehend genannten Bandagen als vorteilhaft. Die Referenzierungsvorrichtung kann im Bereich der Reibwertsteigerungselemente zusätzlich am Körperteil stabilisiert werden, ohne selbst bei straff angelegter Referenzierungsvorrichtung eine Blutsperre am Körperteil zu erzeugen. Vorzugsweise ist es möglich, über die Reibwertsteigerungselemente Relativbewegungen von Körpergewebe zueinander gezielter in den Referenzierungskörper einzuleiten und darin zu absorbieren, um eine Übertragung von Bewegungen auf den Markierbereich und das Muster zu verringern.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Markierbereich abschnittsweise frei von Reibwertsteigerungselementen ist.
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Die Reibwertseigerungselemente sind vorzugsweise aus einem Silikonmaterial gefertigt oder können ein solches umfassen. Die Reibwertsteigerungselemente können unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Größen aufweisen. Beispielsweise sind die Reibwertsteigerungselemente punktförmig, zum Beispiel ungefähr stecknadelkopfgroß. Als Reibwertsteigerungselement kann mindestens ein Faden vorgesehen sein, der in den vorstehend genannten Textilverbund eingearbeitet ist, beispielsweise in ein Gestrick eingestrickt ist. Der Faden besteht beispielsweise aus einem Silikonmaterial.
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Vorzugsweise sind entlang zumindest eines Randes oder parallel zu einem Rand des Referenzierungskörpers Reibwertsteigerungselemente vorgesehen. Beispielsweise können bei einer Bandage in Umfangsrichtung der Bandage, bezogen auf deren Anlegezustand, Reibwertsteigerungselemente am Rand des Referenzierungskörpers angeordnet sein.
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Günstig ist es, wenn Reibwertsteigerungselemente an zwei einander gegenüberliegenden parallel zueinander verlaufenden Rändern des Referenzierungskörpers vorgesehen sind. Beispielsweise sind an einander gegenüberliegenden Rändern der Bandage längs deren Umfangsrichtung Reibwertsteigerungselemente vorhanden.
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Es kann alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass an einem Rand zwei mit Reibwertsteigerungselementen versehene Abschnitte des Referenzierungskörpers vorgesehen sind, zwischen denen ein ohne Reibwertsteigerungselemente vorgesehener Abschnitt des Referenzierungskörpers angeordnet ist. Insbesondere kann ein Abschnitt des Referenzierungskörpers ohne Reibwertsteigerungselemente am Rand der vorstehend erwähnten Ausnehmung einer Bandage vorhanden sein.
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Bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform kann die Reibung zwischen dem Körperteil, beispielsweise dem Oberschenkel, und dem Referenzierungskörper an dem Abschnitt ohne Reibwertsteigerungselemente verringert sein. Dies erweist sich beispielsweise bei einer Extension und einer Flexion des Beines als vorteilhaft. Im Bereich des Abschnittes wird der Referenzierungskörper dadurch in geringerem Maße von der Haut erfasst als ein mit Reibwertsteigerungselementen versehener Abschnitt. Der Abschnitt ohne Reibwertsteigerungselemente kann sich dadurch als so räumlich stabil am Oberschenkel erweisen, dass der Markierbereich mit dem Muster nahe oder im Bereich dieses Abschnittes für eine valide Referenz zum Femurknochen verwendet werden kann. Auch bei einer Extension und Flexion des Beines kann das Muster die Position relativ zum Femurknochen beibehalten und verformungsfrei bleiben, was von dem Navigationssystem detektiert werden kann.
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Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Navigationssystem. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Navigationssystem bereitzustellen, mit dem eine Referenzierungsvorrichtung der vorstehend genannten Art im Raum verfolgt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Navigationssystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Referenzierungsvorrichtung eine Referenzierungsvorrichtung der vorstehend genannten Art ist und dass die Datenverarbeitungsvorrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie in auf den Markierbereich zurückgehenden Signalanteilen der Bildsignale zumindest einen Abschnitt des Musters erkennt und bewertet, ob dieser zeitabhängig unverformt oder im Wesentlichen unverformt ist und diesen bejahendenfalls als Referenz für die Verfolgung der Referenzierungsvorrichtung im Raum ansieht.
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Die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Referenzierungsvorrichtung erzielbaren Vorteile können unter Einsatz des Navigationssystems ebenfalls erzielt werden, so dass auf voranstehende Ausführungen verwiesen werden kann. Ebenso wie die Referenzierungsvorrichtung kann das Navigationssystem ohne eine Markiereinrichtung im herkömmlichen Sinne in Gestalt eines sogenannten ”Rigid Bodys” auskommen.
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Die Bildsignale werden von der Datenverarbeitungsvorrichtung dahingehend analysiert, ob zumindest ein Abschnitt des Musters erkannt werden kann, der sich zeitabhängig nicht verändert. Hiervon zu unterscheiden ist eine zeitabhängige Veränderung der Bildsignale des Abschnittes des Musters aufgrund einer Bewegung des Körperteils im Raum. Stellt die Datenverarbeitungsvorrichtung fest, dass zumindest ein Abschnitt des Musters unverformt oder im Wesentlichen unverformt ist, kann sie diesen Abschnitt als Referenz für die Verfolgung der Referenzierungsvorrichtung, und damit des Körperteils, im Raum ansehen.
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Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist bevorzugt so ausgebildet und programmiert, dass sie die Bildsignale mit Methoden der Farbwerterkennung (umfasst auch Grauwerterkennung) und/oder Mustererkennung und/oder Szenenanalyse und/oder Finite-Elemente-Rechnung untersucht.
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Es kann vorgesehen sein, dass in einer Speichereinheit des Navigationssystems Informationen betreffend das Muster gespeichert sind und dass die Datenverarbeitungsvorrichtung so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Bildsignale mit den Informationen vergleicht und diese bei der Ermittlung der auf den Markierbereich zurückgehenden Signalanteile zugrunde legt. Anhand der Informationen kann die Datenverarbeitungsvorrichtung Signalanteile des Markierbereiches identifizieren und zumindest einen Abschnitt des Musters als zeitabhängig unverformt oder im Wesentlichen unverformt erkennen. Die Lage und/oder Orientierung des Musters im Raum kann dadurch ermittelt werden.
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Wie eingangs erwähnt betrifft die Erfindung auf ein Verfahren. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Verfolgen einer medizinischen Referenzierungsvorrichtung im Raum kommt ein Navigationssystem der vorstehend genannten Art zum Einsatz, wobei mit der Nachweisvorrichtung Bilder der Referenzierungsvorrichtung erstellt und diesbezüglicher Bildsignale bereitgestellt werden und wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung in auf den Markierbereich zurückgehenden Signalanteilen der Bildsignale zumindest einen Abschnitt des Musters erkennt und bewertet, ob dieser zeitabhängig unverformt oder im Wesentlichen unverformt ist und diesen bejahendenfalls als Referenz für die Verfolgung der Referenzierungsvorrichtung im Raum ansieht.
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Ein derartiges Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der Referenzierungsvorrichtung und des Navigationssystems erwähnten Vorteile auf, so dass diesbezüglich auf voranstehende Ausführungen verwiesen werden kann.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Referenzierungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Navigationssystems. Diesbezüglich kann ebenfalls auf voranstehende Ausführungen verwiesen werden.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Navigationssystems, umfassend eine an einem Patienten festgelegte erfindungsgemäße Referenzierungsvorrichtung;
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2: eine Draufsicht auf eine erste Seite der Referenzierungsvorrichtung aus 1, ausgestaltet als Bandage;
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3: eine Draufsicht auf eine zweite Seite der Referenzierungsvorrichtung, die der ersten Seite gegenüberliegt;
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4: eine vergrößerte Darstellung eines Details der Referenzierungsvorrichtung, das einen Ausschnitt eines Gestricks zeigt;
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5: das Detail aus 4 bei einer Krafteinwirkung auf das Gestrick;
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6: die Referenzierungsvorrichtung aus 1 bei einer Flexion des Beines des Patienten;
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7: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Referenzierungsvorrichtung;
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8: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Referenzierungsvorrichtung und
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9: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Referenzierungsvorrichtung.
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Navigationssystems 10 und einen auf einer Liege 12 liegenden Patienten 14, der einen Femur (vorliegend Oberschenkel) 16 aufweist. Das Navigationssystem 10 umfasst eine mit dem Bezugszeichen 18 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Referenzierungsvorrichtung. Die Referenzierungsvorrichtung 18 weist eine Befestigungseinrichtung 20 auf (2), über sie sie nichtinvasiv am Femur 16 festlegbar ist.
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Bewegt sich der Femur 16 im Raum, bewegt sich auch die Referenzierungsvorrichtung 18. Eine Bewegung kann von einer Nachweisvorrichtung 22 des Navigationssystems 10 erfasst werden. Zu diesem Zweck kann die Nachweisvorrichtung 22 eine Kamera umfassen. Vorliegend ist die Kamera als Stereokamera 24 dargestellt. Es kann sich jedoch auch um eine andersartige Kamera handeln. Bildsignale der Nachweisvorrichtung 22 können an eine Datenverarbeitungsvorrichtung 26 übermittelt werden. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 ermittelt anhand der Bildsignale, wie sich die Referenzierungsvorrichtung 18 und damit der Femur 16 im Raum bewegt. Darauf wird nachfolgend noch eingegangen.
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Das Navigationssystem 10 weist ferner eine mit der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 gekoppelte Anzeigevorrichtung 28 auf sowie eine Speichereinheit 30, die in die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 integriert ist.
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Das Navigationssystem 10 mit der Referenzierungsvorrichtung 18 kann beispielsweise zur navigationsunterstützten Implantation eines künstlichen Kniegelenkes zum Einsatz kommen. Aus nachfolgend noch ersichtlichen Gründen ist insbesondere ein präoperativer, ein intraoperativer und ein postoperativer Einsatz der Referenzierungsvorrichtung 18 auf patientenschonende Weise möglich.
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Die Referenzierungsvorrichtung 18 ist vorliegend ausgestaltet als Bandage 32, insbesondere als Kompressionsbandage. Die Bandage 32 umfasst einen in zwei Erstreckungsrichtungen 34, 36, die quer zueinander ausgerichtet sind, flächig erstreckten Referenzierungskörper 38. Der Referenzierungskörper 38 ist formveränderlich und beim Anlegen der Bandage 32 an den Femur 16 an dessen Kontur anpassbar. Dadurch kann der Referenzierungskörper 38, wie die Bandage 32 insgesamt, formschlüssig an den Femur 16 angelegt werden und diesen umgeben. Bei der Anlage der Bandage 32 am Femur 16 unter Verformung des Referenzierungskörpers 38 im bestimmungsgemäßen Gebrauch verläuft die Erstreckungsrichtung 34 in Umfangsrichtung des Femurs 16 und die Erstreckungsrichtung 36 in Längsrichtung des Femurs 16.
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Der Referenzierungskörper 38 weist eine in Draufsicht im Wesentlichen rechteckförmige Gestalt auf mit zwei parallel zueinander verlaufenden Längsseiten 40, 41 in Erstreckungsrichtung 34 und Querseiten 42, 43 in Erstreckungsrichtung 36. Die Längsseite 41 umfasst an ihrem mittleren Abschnitt eine bogenförmige Krümmung 44, so dass am Rand des Referenzierungskörpers 38 im Bereich der Krümmung 44 eine Ausnehmung 46 angeordnet ist.
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Der Referenzierungskörper 38 ist vorliegend ein Textilverbund 48, ausgestaltet als Gestrick. Dadurch lässt sich der Referenzierungskörper 38 und damit die Bandage 32 herstellungstechnisch einfach, kostengünstig und vielseitig fertigen. Der Textilverbund 48 weist vorliegend zwei Bereiche unterschiedlicher Bindung auf, wodurch der Referenzierungskörper 38 aufgrund der unterschiedlichen Bindung und der zum Einsatz kommenden Fäden bereichsweise unterschiedliche Eigenschaften umfasst.
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Insbesondere ist der Textilverbund 48 so beschaffen, dass der Referenzierungskörper 38 in der Fläche seiner Erstreckung in der Erstreckungsrichtung 34 und in der Erstreckungsrichtung 36 elastisch dehnbar ist. Beim Anlegen der Bandage 32 kann der Referenzierungskörper 38 dadurch gedehnt werden, um den Femur 16 zu komprimieren, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Der Textilverbund 48 umfasst zwei Bereiche, nämlich einen Markierbereich 50 und einen Nichtmarkierbereich 52. Der Markierbereich 50 und der Nichtmarkierbereich 52 sind herstellungstechnisch einfach durch Stricken und in einem Arbeitsgang integral in den Textilverbund 48 eingearbeitet. Der Textilverbund 48 unterscheidet sich in seiner Beschaffenheit am Markierbereich 50 von seiner Beschaffenheit am Nichtmarkierbereich 52. Mit anderen Worten unterscheiden sich der Markierbereich 50 und der Nichtmarkierbereich 52 in der Beschaffenheit des Textilverbundes 48 voneinander.
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In Draufsicht auf den Referenzierungskörper 38 weist der Markierbereich 50 eine im Wesentlichen rechteckförmige Form auf. Der Markierbereich 50 befindet sich in der Mitte des Referenzierungskörpers 38 und ist umgeben vom Nichtmarkierbereich 52. Der Nichtmarkierbereich 52 fasst den Markierbereich 50 ein und bildet einen Rand für diesen. Ferner bildet der Nichtmarkierbereich 52 die Längsseiten 40, 41 und die Querseiten 42, 43.
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Im vorliegenden Fall ist der Markierbereich 50 ein Gestrick mit hoher Zweizugelastizität, beispielsweise mit Körperbindung, welches insbesondere elastische Strickfäden aufweist. Der Nichtmarkierbereich 52 ist ein Gestrick mit Halbschlauchbindung mit Fäden geringerer Elastizität. Im Ergebnis weist dadurch der Markierbereich 50 in beiden Erstreckungsrichtungen 34, 36 (sowie in einer Richtung, die sich aus einer Überlagerung der Erstreckungsrichtungen 34, 36 ergibt und jeweils im Winkel zu diesen in der Fläche des Referenzierungskörpers 38 ausgerichtet ist) eine größere Dehnbarkeit auf als der Nichtmarkierbereich 52. Die Dehnbarkeit des Markierbereiches 50 ist in der Erstreckungsrichtung 36 größer als in der Erstreckungsrichtung 34.
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Die Bereiche 50, 52 können sich vorzugsweise nicht nur hinsichtlich der Bindungsart und der Elastizität der zum Einsatz kommenden Fäden unterscheiden. Insbesondere können die Bereiche 50, 52 auch aus Fäden unterschiedlicher Farbe gefertigt sein. Bildsignale der Bereiche 50 und 52 können dadurch von der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 auf einfache Weise voneinander getrennt werden.
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Der Markierbereich 50 ist vorliegend so gestrickt, dass dessen Bindungsart und/oder die Beschaffenheit und/oder insbesondere die Farbe der zur Fertigung eingesetzten Fäden ein Muster 54 ausbildet. Das Muster 54 ist dadurch integral in den Referenzierungskörper 38 durch das Strickverfahren eingearbeitet. In einem flachgelegten Zustand ist das Muster 54 über den gesamten Markierbereich 50 einheitlich. Vorzugsweise ist das Muster 54 regelmäßig.
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Wird der Markierbereich 50 verzerrt, kann es Abschnitte desselben geben, in denen das Muster verzerrt wird und andersartig erscheint. Demgegenüber kann mindestens ein Abschnitt vorgesehen sein, in dem das Muster 54 unverzerrt oder im Wesentlichen unverzerrt erscheint. Dies wird vorliegend als ”unverformtes” oder ”im Wesentlichen unverformtes” Muster angesehen. Dies gilt auch beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Bandage 32, bei dem der Referenzierungskörper 38 bei Anlage am Femur 16 verformt wird und dessen Kontur annimmt. Das Muster 54 kann dabei zumindest abschnittsweise frei oder im Wesentlichen frei von Verformung sein und für das Navigationssystem 10 in einer Weise erkennbar sein, wie wenn der Referenzierungskörper 38 einen flachgelegten Zustand einnehmen würde.
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Auch der Nichtmarkierbereich 52 kann durch die Art der Bindung, der Beschaffenheit und der Farbe der zum Einsatz kommenden Fäden ein Muster aufweisen, wobei sich dieses vorliegend vom Muster 54 des Markierbereiches 50 unterscheidet. Beispielsweise ergibt sich bereits aufgrund der unterschiedlichen Arten der Bindung des Textilverbundes 48 an den Bereichen 50, 52 eine unterschiedliche Musterung derselben infolge unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheiten.
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Die 2 und 3 stellen schematisch die Bandage 32 in Draufsicht auf eine erste Seite (nachfolgend Oberseite 56) und eine zweite Seite (nachfolgend Unterseite 58) dar. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Bandage 32 ist die Unterseite 58 dem Femur 16 zugewandt und die Oberseite 56 dem Femur 16 abgewandt.
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An der Unterseite 58 umfasst der Referenzierungskörper 38 eine Mehrzahl von Reibwertsteigerungselementen 60 (nachfolgend vereinfachend Reibelemente 60). Die Reibelemente 60 sind vorliegend punktförmig und beispielsweise ungefähr stecknadelkopfgroß. Vorzugsweise sind die Reibelemente 60 aus einem Silikonmaterial gefertigt.
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An dem die Längsseite 40 aufweisenden Rand umfasst der Referenzierungskörper 38 Reibelemente 60. Die Reibelemente 60 verlaufen doppelreihig parallel zur Längsseite 40 und sind gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Reibelemente 60 erstrecken sich über nahezu die gesamte Länge des Referenzierungskörpers 38 und sind an beiden Bereichen 50, 52 angeordnet.
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Am gegenüberliegenden, die Längsseite 41 bildenden Rand umfasst der Referenzierungskörper 38 einen ersten Abschnitt 62 und einen zweiten Abschnitt 64 jeweils mit Reibelementen 60 und einen dazwischen liegenden Abschnitt 66, der frei ist von Reibelementen 60. Der Abschnitt 62 ist in Erstreckungsrichtung 34 zwischen der Ausnehmung 46 und der Querseite 42 angeordnet und der Abschnitt 64 zwischen der Ausnehmung 46 und der Querseite 43. Der Abschnitt 66 erstreckt sich über etwas mehr als die Länge der Ausnehmung 46 in der Mitte des Referenzierungskörpers 38. An jedem Abschnitt 62, 64 verlaufen die Reibelemente 60 doppelreihig parallel zur Längsseite 41 und sind dabei jeweils äquidistant zueinander am Referenzierungskörper 38 angeordnet.
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Die Reibelemente 60 ermöglichen es, die Reibung zwischen der Bandage 32 und dem Femur 16 lokal zu steigern. Im Bereich des Abschnittes 66 wird die Reibung gezielt gering gehalten.
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Die Bandage 32 ist eine größenanpassbare Bandage, die von einem in den 2 und 3 dargestellten geöffneten Lösezustand in einen Anlegezustand überführbar ist, in dem die Bandage in sich geschlossen ist (1 und 6). Zu diesem Zweck umfasst die Befestigungseinrichtung 20 Fixierelemente, nämlich einen Gurt 68 und eine mit diesem zusammenwirkende Öse 70. Der Gurt 68 ist an der Querseite 42 über ein Versteifungselement 72 festgelegt und erstreckt sich längs der Erstreckungsrichtung 34.
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Das Versteifungselement 72 umfasst beispielsweise einen Gewebetunnel mit darin angeordneter Schraubenfeder oder Leiste, zum Beispiel aus Kunststoff. Nahe der Querseite 42 ist ein Fixierelement der Befestigungseinrichtung 20 vorgesehen in Gestalt eines Klettbandes 74, an dem der Gurt 68 in sich geschlossen haftend befestigt werden kann.
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Die Öse 70 ist an einer Seite eines Fixierelementes der Befestigungseinrichtung 20 in Gestalt eines Halteabschnittes 76 befestigt. Der Halteabschnitt 76 ist an der gegenüberliegenden Seite der Öse 70 über ein Versteifungselement 78 an der Querseite 43 mit dem Referenzierungskörper 38 verbunden. Das Versteifungselement 78 entspricht in Form und Funktion dem Versteifungselement 72.
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Zum Überführen der Bandage 32 in den Anlegezustand am Femur 16 wird die Unterseite 58 patientenschonend nichtinvasiv auf dessen Haut positioniert. Bevorzugt wird die Bandage 32 in Erstreckungsrichtung 34 gedehnt, entgegen der Elastizität der Bereiche 50, 52. Die Bandage 32 wird bevorzugt so am Femur 16 positioniert, dass Weichteilgewebe oberhalb der Kniescheibe 80 in die Ausnehmung 46 eingreift (bei gestrecktem Bein). Greift das Weichteilgewebe oberhalb der Kniescheibe 80 in die Ausnehmung 46 ein, ist der Markierbereich 50 insbesondere im Bereich des Abschnittes 66 frei von Reibelementen 60 oberhalb der Sehne des Musculus quadriceps des Femurs 16 angeordnet.
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Im Anlegezustand wird die Bandage 32 dadurch fixiert, dass der Gurt 68 unter Straffung der Bandage 32 durch die Öse 70 geführt wird und in sich am Klettband 74 befestigt wird. Die Versteifungselemente 72, 78 stellen sicher, dass die Bandage 32 in der Erstreckungsrichtung 34 ihre Form behält und sich der Referenzierungskörper 38 durch das Straffen nicht verjüngt.
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Die Bandage 32 und damit die Referenzierungsvorrichtung 18 ist patienten- und handhabungsfreundlich nichtinvasiv am Femur 16 festlegbar. Im Anlegezustand komprimiert die Bandage 32 den Femur 16. Bewegungen von Weichteilgewebe relativ zueinander und relativ zum Femurknochen werden dadurch eingeschränkt. Infolge dessen verringert sich auch die Fähigkeit der Bandage 32, sich relativ zum Femur 16 und insbesondere zum Femurknochen zu bewegen.
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Auftretende Relativbewegungen von Weichteilgewebe können außerdem weitgehend innerhalb des Referenzierungskörpers 38 absorbiert werden. Zu diesem Zweck erweist sich die Fertigung des Referenzierungskörpers 38 als Gestrick mit den Bereichen 50, 52, welche sich hinsichtlich ihrer Dehnbarkeit in zumindest einer der Erstreckungsrichtungen 34, 36 unterscheiden, als besonders vorteilhaft. Die Bereiche 50, 52 sind so gestrickt, dass Bewegungen innerhalb des Femurs 16 vom Referenzierungskörper 38 zu einem großen Anteil absorbiert werden. Dabei erfolgt insbesondere am Markierbereich 50 in dessen Mitte (bezogen auf die Erstreckungsrichtung 34), die den Abschnitt 66 frei von Reibelementen 60 aufweist, eine besonders geringe Bewegung innerhalb des Referenzierungskörpers 38.
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Die Reibelemente 60 und deren Anordnung am Referenzierungskörper 38 verbessern über die gezielte Kompression des Femurs 16 die Eigenschaft der Bandage 32, Bewegungen gezielt in den Referenzierungskörper 38 38 einzuleiten.
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Die 4 und 5 stellen beispielhaft dar, wie sich der Textilverbund 48 unter der Wirkung einer durch einen Pfeil 82 symbolisierten Kraft verformen kann. Eine derartige Kraft kann vom Femur 16 auf den Textilverbund 48 ausgeübt werden, wenn sich Relativbewegungen von Weichteilgewebe ergeben, insbesondere bei einer Bewegung des Femurs 16 im Raum, Flexion oder Extension des Beines. Anhand des Beispiels der 4 und 5 ist erkennbar, dass sich dabei der Textilverbund 48 unter Änderung der Oberflächenbeschaffenheit verformen kann. Dies kann am Markierbereich 50 insbesondere zu einer Verformung des Musters 54 führen. Umgekehrt kann in Abwesenheit der Kraft 82 eine Verformung des Musters 54 unterbleiben.
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Eine das Muster 54 verformende Kraft kann insbesondere am Markierbereich 50 im Bereich des Abschnittes 66 gering gehalten werden. Weil am Abschnitt 66 keine Reibelemente 60 vorhanden sind, ist die Reibung zwischen dem Femur 16 und der Bandage 32 lokal gering gehalten. Beispielsweise reibt die Haut am Abschnitt 66 bei einer Extension und einer Flexion des Beines nur in geringem Ausmaß am Referenzierungskörper 38, so dass dieser von einer Weichteilverschiebung nicht oder nur in geringem Umfang erfasst wird.
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Ist die Kniescheibe 80 oder Weichteilgewebe oberhalb derselben im Bereich der Ausnehmung 46 angeordnet und der Abschnitt 66 oberhalb der Sehne des Musculus quadriceps, ist die Kraft auf den Markierbereich 50 gering. Die Bewegung des Markierbereiches 50 und damit die Verformung des Musters 54 ist in diesem Bereich ebenfalls gering. Dies ergibt sich auch als Folge der verhältnismäßig geringen Relativbeweglichkeit der Sehne des Musculus quadriceps zu anderem Weichteilgewebe und anderen Muskeln im Femur 16.
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6 symbolisiert beispielhaft, wie bei einer Flexion des Beines infolgedessen ein Abschnitt 84 des Musters 54, der am Abschnitt 66 angeordnet ist, nicht oder nur in geringem Ausmaß mit einer verformenden Kraft beaufschlagt wird. Im Bereich des Abschnittes 84 wird das Muster 54 dadurch nicht oder nur in geringem Ausmaß verformt. Der Abschnitt 84 kann dadurch eine valide Referenz bilden, deren Position relativ zum Femurknochen bei einer Bewegung des Beines im Raum, einer Extension und einer Flexion des Beines beibehalten werden kann.
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Während bei der beispielhaften Darstellung von 6 das Muster 54 am Abschnitt 84 unverformt ist und als valide Referenz herangezogen werden kann, ist das Muster 54 an einem Abschnitt 86 verformt. Beispielsweise ist der Abschnitt 86 am Rand des Markierbereiches 50 parallel zur Querseite 42 verlaufend dem Nichtmarkierbereich 52 zugewandt angeordnet. Aufgrund der Einleitung der Verformungskräfte 82 in den Markierbereich 50 wird dieser dort so gedehnt, dass das Muster 54 verzerrt wird und sich von seiner Gestalt im flachgelegten Zustand der Bandage 32 unterscheidet.
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Beim Einsatz des Navigationssystems 10 erstellt die Nachweisvorrichtung 22 Bilder der Referenzierungsvorrichtung 18 und stellt der Datenverarbeitungsvorrichtung 26 diesbezügliche Bildsignale bereit. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 ist so ausgebildet und programmiert, dass sie auf den Markierbereich 50 zurückgehende Signalanteile ermittelt. Dies kann beispielsweise aufgrund der farbigen Ausgestaltung des Markierbereiches 50 erfolgen. Beispielsweise werden Signalbeträge des Nichtmarkierbereiches 52 aufgrund der unterschiedlichen Beschaffenheit des Textilverbundes 46, wie vorstehend erwähnt, von Signalbeträgen des Markierbereiches 50 getrennt.
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Mit Methoden der Farbwerterkennung und/oder Mustererkennung und/oder Szenenanalyse und/oder Finite-Elemente-Rechnung kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 erkennen, ob zumindest ein Abschnitt des Musters 54 zeitabhängig unverformt oder im Wesentlichen unverformt ist. Dies bezieht sich nicht auf die sich bei einer Bewegung ändernden Bilder der Referenzierungsvorrichtung, sondern auf die Form des Musters 54 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, zwischen denen der Femur 16 mit der Referenzierungsvorrichtung 18 im Raum bewegt wird. Im vorliegenden Fall kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 beispielsweise den Abschnitt 84 als zeitabhängig im Wesentlichen unverformt erkennen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 kann den Abschnitt 84 dadurch als valide Referenz für die Verfolgung der Referenzierungsvorrichtung 18 und damit des Femurs 16 im Raum ansehen. Dies gibt die Möglichkeit, auch auf die Lage und/oder Orientierung des Femurknochens im Raum zu schließen.
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In der Speichereinheit 30 können Informationen betreffend das Muster 54 gespeichert sein. Beispielsweise umfassen die Informationen Aussagen über die Oberflächenbeschaffenheit des Markierbereiches 50, eine Farbe und/oder ein Farbmuster. Bei der Analyse der Bildsignale kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 auf die in der Speichereinheit 30 hinterlegten Informationen zurückgreifen, die Bildsignale mit den Informationen vergleichen und die Informationen bei der Ermittlung der auf den Markierbereich 50 zurückgehenden Signalanteile zugrunde legen.
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Das Navigationssystem 10 und die Referenzierungsvorrichtung 18 bieten den großen Vorteil, dass eine nichtinvasive Referenz am Patienten 14 präoperativ, intraoperativ und postoperativ bereitgestellt werden kann. Insbesondere kommt das Navigationssystem 10 ohne medizinische Markiereinrichtung in Gestalt eines sogenannten ”Rigid Bodies” aus, der üblicherweise bei der medizinischen Navigation eingesetzt wird. Dies erweist sich nicht nur als patientenfreundlicher, sondern auch als handhabungsfreundlicher für den Operateur.
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Nachfolgend wird auf weitere vorteilhafte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Referenzierungsvorrichtung eingegangen. Die jeweilige Referenzierungsvorrichtung kann anstelle der Referenzierungsvorrichtung 18 oder zusammen mit dieser beim Navigationssystem 10 verwendet werden. Die bereits im Zusammenhang mit der Referenzierungsvorrichtung 18 erwähnten Funktionen, Wirkungsweisen und Vorteile können mit den nachfolgend erwähnten Referenzierungsvorrichtungen ebenfalls erzielt werden, so dass auf obige Ausführungen verwiesen werden kann.
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Bei einer in 7 dargestellten Referenzierungsvorrichtung 100 ist der Referenzierungskörper 38 ebenfalls als Textilverbund 48 ausgestaltet, insbesondere als Gestrick. Die Referenzierungsvorrichtung 100 umfasst einen dem Markierbereich 50 entsprechenden Markierbereich 102 und einen dem Nichtmarkierbereich 52 entsprechenden Nichtmarkierbereich 104. Diese sind integral in den Textilverbund 48 eingearbeitet und unterscheiden sich hinsichtlich der Beschaffenheit desselben voneinander. Der Markierbereich 102 bildet das Muster 54.
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Der Markierbereich 102 weist eine in Draufsicht auf den Referenzierungskörper 38 taillierte Kontur auf mit einem Verbreiterungsabschnitt 106 und einem Verbreiterungsabschnitt 108 den Längsseiten 40 bzw. 41 zugewandt. Die Verbreiterungsabschnitte 106, 108 sind über einen Verschmälerungsabschnitt 110 miteinander verbunden. Der Nichtmarkierbereich 104 umgibt den Markierbereich 102 und bildet einen Rand für diesen, wie dies bei der Referenzierungsvorrichtung 18 der Fall ist.
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Eine in 8 dargestellte Referenzierungsvorrichtung 120 umfasst einen als Textilverbund 48 ausgestalteten Referenzierungskörper 38. Es ist ein Markierbereich 122 vorgesehen, der den Referenzierungskörper 38 ausbildet. Ein Nichtmarkierbereich ist nicht vorhanden. Der Markierbereich 122 bildet das Muster 54.
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9 zeigt in Draufsicht eine Referenzierungsvorrichtung 130, deren Referenzierungskörper aus einem Gummimaterial gefertigt ist, insbesondere einem Elastomer. Der Referenzierungskörper 38 ist in den Erstreckungsrichtungen 34, 36 elastisch dehnbar, wobei die Dehnbarkeit in der Erstreckungsrichtung 34 größer ist als in der Erstreckungsrichtung 36.
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Der Referenzierungskörper 38 weist einen Markierbereich 132 auf, der von einem Nichtmarkierbereich 134 umgeben ist. Die Bereiche 132, 134 sind integral in den Referenzierungskörper 38 eingearbeitet. Die Form der Bereiche 132, 134 und deren Anordnung an Referenzierungskörper 38 entsprechen derjenigen der Bereiche 50, 52 bei der Referenzierungsvorrichtung 18.
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Am Markierbereich 132 ist ein Muster 136 vorgesehen. Das Muster 136 ist beispielsweise integral in den Markierbereich 132 eingearbeitet, zum Beispiel durch Anformen. Denkbar ist auch ein Prägen oder ein Bedrucken des Markierbereiches 132. Vorzugsweise ist das Muster 136 regelmäßig. Das Muster 136 weist bevorzugt eine zweidimensional gitter- oder netzförmige Gestalt auf.
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Auch bei der Referenzierungsvorrichtung 130 können Bewegungen von Weichteilgewebe relativ zueinander so in den Referenzierungskörper 38 eingeleitet werden, dass das Muster 136 zumindest abschnittsweise unverformt oder im Wesentlichen unverformt bleibt. Auf die vorstehend erläuterte Weise kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 26 diesen Abschnitt erkennen und als valide Referenz für die Verfolgung der der Referenzierungsvorrichtung 130 im Raum ansehen.
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Auch die Referenzierungsvorrichtungen 100, 120 und 130 weisen zur gezielten Einleitung von Kräften in den jeweiligen Referenzierungskörper 38 an der jeweiligen Unterseite 58 Reibelemente 60 auf, wie dies am Beispiel der Referenzierungsvorrichtung 18 erläutert wurde.
