WO2016134904A1 - Medizinisches instrumentarium - Google Patents

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WO2016134904A1
WO2016134904A1 PCT/EP2016/051582 EP2016051582W WO2016134904A1 WO 2016134904 A1 WO2016134904 A1 WO 2016134904A1 EP 2016051582 W EP2016051582 W EP 2016051582W WO 2016134904 A1 WO2016134904 A1 WO 2016134904A1
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unit
data processing
instrumentation
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PCT/EP2016/051582
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Josef Kozak
Jens Beger
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Aesculap Ag
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    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation

Definitions

  • the invention relates to a medical instrumentation comprising a medical navigation system.
  • Such a navigation system is used in navigation-assisted surgical procedures to assist the surgeon. Via the navigation system, characteristic points or landmarks marked by a medical marking device can be recorded on a patient. It is also known to provide surgical instruments or implants with marking devices whose position and / or orientation relative to the patient and especially to a reference mark arranged thereon are determined.
  • Object of the present invention is to provide a medical instrumentation comprising a medical navigation system, which is structurally simple and, if possible, inexpensive to produce.
  • a medical instrumentation comprising a handheld integrated medical navigation system having an optical detection unit having a camera, a data processing unit and an optical display unit, wherein the data processing unit is coupled to the detection unit and the display unit, wherein position and / or or orientation data of a medical marking device detectable by the detection unit, can be processed by the data processing unit and related information can be displayed on the display unit, wherein the instrumentation has a lighting unit, with the light in the direction of detectable with the detection unit marking device can be emitted.
  • the instrumentation according to the invention uses an integrated medical navigation system that can be used in a user-friendly manner and is handheld.
  • integrated can be understood in particular to mean that the components of the navigation system data processing unit, display unit, lighting unit are accommodated in a common housing of the navigation system, and that the navigation system preferably comprises only one housing.
  • the operator can position the navigation system in any orientation to the marking device to be detected, so that the navigation system not only more manageable than conventional, space-safe medical navigation systems, but also as versatile.
  • the illumination unit light can be emitted in the direction of the marking device to be detected, which can be reflected by its marking elements and received by the camera of the detection unit.
  • the illumination unit can ensure that the marking device can be reliably detected in virtually any desired relative orientation of the navigation system and the marking device.
  • the camera of the detection unit in particular creates a picture or image sequences of the environment and the marking device arranged therein.
  • Image processing algorithms allow the data processing unit to analyze the image or images of the detection unit and to detect the location and / or orientation of the marking device.
  • a reference coordinate system can be defined via the marking device, which will be discussed below.
  • the reference coordinate system can further characteristic points, reference points or landmarks are detected under marking by additional marking devices. In this case, it is not necessary to spatially fix the navigation system relative to the marking devices.
  • the navigation system is designed as a smartphone or as a tablet computer.
  • a data processing program can be executed in which, in particular with the aid of image processing algorithms, the images produced by the camera are analyzed and the marking elements of the marking device are recognized and tracked.
  • the navigation system comprises the lighting unit to achieve a structurally simple embodiment of the instrument.
  • the lighting unit has at least one LED light source.
  • Visible light is preferably emitted by the illumination unit, for example in a spectral range of approximately 400 nm to approximately 800 nm or a part thereof.
  • the detection unit comprises exactly one camera in order to simplify the structural design of the navigation system.
  • the provision of a stereo camera is not required.
  • the data processing unit can reliably track the marking device in the room on the basis of the recordings of the one camera.
  • an image detectable by the camera can be displayed on the display unit.
  • additional information can be collected in this way.
  • the surgical procedure can be documented.
  • the navigation system has a communication interface for transmitting data to an external receiving unit, in particular images which were or were taken with the camera.
  • Positioning and / or orientation data of the marking device, the data of characteristic points, reference points or anatomical landmarks can be transmitted as well as images of the camera, for example for training or documentation purposes.
  • the navigation system is freely movable in space and free of mechanical coupling with a surgical instrument or an implant.
  • the navigation system is thus more versatile, and the handling of the instrumentation is simplified to the operator.
  • the instrumentation may comprise at least one medical marking device comprising a plurality of marking elements which are designed to retroreflect the light of the illumination unit.
  • the marking elements are optimized in particular for the retroreflection of visible light, for example in the range from 400 nm to 800 nm.
  • the marking device comprises four or more marking elements in order to increase the accuracy of the determination of the position and / or orientation of the marking device.
  • the marking device has a holding element, on which the marking elements are held, and contrast increasing elements, the marking elements being assigned a respective contrast increasing element for increasing the contrast between the marking elements and the holding element.
  • the contrast elements are configured as a ring surrounding the respective marking element, which has a reflectivity for the light emitted by the illumination unit, which is lower than the reflectivity of the marking elements.
  • the marking elements reflect the light emitted by the illumination unit to a greater extent than the contrast enhancement elements.
  • the image components of the marking elements can be better determined by the data processing unit and the position and / or orientation of the marking device can be determined more accurately.
  • the marking device has hood-shaped protective elements which are assigned to a respective marking element and which are transparent to the light emitted by the lighting unit.
  • the protective elements have, for example, a spherical cap shape and are optically transparent to visible light.
  • the marking elements are protected by the protective elements against contamination, for example by blood.
  • the instrumentation has two or more marking devices and if a space vector between reference points referenced by the marking devices can be determined with the data processing unit, wherein one of the marking devices can be used as a reference marking device for defining the reference coordinate system.
  • the reference coordinate system which is defined by a marking device
  • the position and orientation of the further marking device can be determined.
  • Reference points referenced by the marking devices can thereby be connected via a space vector. This is possible regardless of the position of the navigation system relative to the marking devices. As a result, the operator is given the opportunity to freely position the navigation system so that he has the best possible view of the surgical field and the marking devices.
  • the marking devices can be detected simultaneously with the detection unit, and the spatial vector can be determined with the data processing unit on the basis of one and in particular only one image of the camera.
  • the navigation system has a sensor unit for providing a signal about the inclination of the navigation system in at least one spatial direction of an absolute reference system, and if the orientation of the spatial vector in the absolute reference system can be determined with the data processing unit.
  • position and orientation data can be transformed from the reference coordinate system of the marking device into the absolute reference system and vice versa. This makes it possible, for example, to determine axes and planes with anatomical landmarks without a priori knowledge of the position of the patient in the absolute reference system.
  • an inclination of a plane defined by them such as the pelvic input plane, relative to a reference plane, in particular a horizontal plane, may be determined in the absolute frame of reference.
  • the instrumentation comprises two or more reference elements to be referenced, and the marking devices can preferably be selectively coupled to the reference elements, and the relative position of the reference elements in the reference coordinate system can be determined on the basis of the data processing unit.
  • a respective marking device can be brought into a spatially defined position to a reference element.
  • the position and orientation of the reference element in the reference coordinate system can be determined.
  • the relative position of the reference elements for example in the form of an open or closed polygon, can be determined. It can be provided that the marking elements can be coupled directly or indirectly to the reference elements.
  • the reference elements are for example bone screws or comprise such, and the marking devices can preferably be coupled with extension elements, in particular extension tubes, preferably percutaneously with the bone screws. This makes it possible to determine the relative positions of the bone screws preferably percutaneously.
  • the instrumentation has a connecting element for connecting the reference elements, and if the geometry of the connecting element can be determined by the data processing unit in order to connect the reference elements, preferably if an indication concerning the connecting element can be provided on the display unit. If the relative positions of the reference elements are known, the data processing unit can calculate what is required for a connection element in order to connect the reference elements to one another. A related note for selecting or molding a suitable connector may be displayed on the display unit.
  • the connecting element can be coupled to one of the marking devices, and the data processing unit preferably determines the position of the connecting element relative to the reference elements and provides the user with instructions on the display unit for guiding the connecting element. Via the navigation system and its display unit, the user can be instructed to connect the reference elements with the connecting element.
  • the connecting element can be coupled or coupled with a marking device, for example, the marking device is fixed to an implantation tool of the connecting element, as is the connecting element.
  • the connecting element may for example be a rod, and the marking device is, as mentioned, fixed or fixable on an insertion or implantation tool for guiding the rod.
  • FIG. 1 shows an advantageous embodiment of an inventive instrument in a schematic representation, comprising a hand-held integrated navigation system and a surgical fixation system;
  • FIG. 2 is a schematic block diagram of the navigation system of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a partial representation of a marking element of a medical marking device
  • FIG. 4 shows the instrument of FIG. 1 in a further illustration
  • FIG. 5 shows a further illustration of the instrument of FIG. 1;
  • FIG. 6 shows a schematic illustration of the navigation system from FIG. 1 with a hint displayed by the navigation system for selecting a connecting element
  • FIG. 7 shows a further illustration corresponding to FIG. 6;
  • FIG. 8 shows the instrument of FIG. 1 during insertion of the connecting element;
  • Figure 9 a schematic representation of the navigation system, a
  • FIG. 10 shows a further illustration corresponding to FIG. 9.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of an occupied with the reference numeral 10 advantageous embodiment of a medical instrumentation according to the invention.
  • the instrumentation 10 comprises a medical navigation system 12 and a surgical fixation system 14, which is shown only partially in FIG.
  • FIG. 1 further shows a plurality of vertebrae 16 to be stabilized relative to each other.
  • the navigation system 12 is a handheld integrated navigation system.
  • integrated is to be understood in particular as meaning that all components of the navigation system 12 are arranged in a common housing 18.
  • the navigation system 12 is configured in particular as a tablet computer or, in the present case, as a smartphone 20.
  • the smartphone 20 can be operated by a surgeon so as to be easy to handle and preferably moved freely in space.
  • the navigation system 12 comprises a data processing unit 22, which comprises, for example, a microprocessor or is designed as such.
  • a data processing program can be executed by the data processing unit 22, with which optical recordings of a detection unit 24 of the navigation system 12 can be analyzed. Accordingly, the data processing program comprises in particular algorithms of image processing.
  • the detection unit 24 comprises one and preferably exactly one digital camera 26. Apart from the detection unit 24, the data processing unit 22 is also in electrical communication with a display unit 28, a sensor unit 30 and a communication interface 32 of the navigation system 12.
  • the display unit 28 is designed in particular as a touchscreen.
  • the sensor unit 30 includes an inclination sensor, with which an inclination of the navigation system 12 in a plurality of spatial directions in an absolute reference system can be determined, especially a world coordinate system.
  • data can be transmitted from the navigation system 12 to an external, spatially separated receiver.
  • the data may in particular comprise images of the camera 26 as well as location and / or orientation data of medical marking devices, of these characteristic points, reference points or anatomical landmarks referenced.
  • the navigation system 12 further includes a lighting unit 34 to at least partially illuminate a field of view of the camera 26.
  • the illumination unit 34 preferably has at least one LED light source 36.
  • the illumination unit 34 emits light in the visible spectral range of about 400 nm to about 800 nm or a portion thereof.
  • the instrumentation 10 comprises at least one medical marking device 38.
  • the marking device 38 can be part of the fixation system 14.
  • two marking devices 38, 40 are provided.
  • the markers 38 and 40 are identical but different in spatial configuration. This gives the possibility of both markers 38, 40 separated or simultaneously with the Naviga- tion system 12 to detect, identify and track in location and / or orientation in space.
  • the marking devices 38, 40 each comprise a plurality of medical marking elements 42, shown schematically in part in FIG.
  • the marking elements 42 are fixed to a holding element 44.
  • the marker elements 42 are configured to reflect the light emitted by the LED light source 36. In this way, signal components of the marking elements 42 can be reliably detected by the camera 26 and reliably identified by the data processing unit 22.
  • the marking devices 38, 40 comprise respective contrast increasing elements 46.
  • the contrast increasing elements 46 are configured as the rings 48.
  • the reflectivity of the rings 48 for the light emitted by the LED light source 36 is less than the reflectivity of the marking elements 42.
  • the rings 48 surround the marking elements 42 and a respective protective element 50 assigned to them.
  • the protective elements 50 are spherical-cap-shaped and surround the marking elements 42.
  • the protective elements 50 thus have a hood-like shape. They are transparent to the light emitted by the LED light source 36 and protect the marking elements 42 from contamination, for example by blood.
  • the fixation system 14 serves to stabilize the vertebrae 16 relative to one another.
  • the fixation system 14 comprises anchoring elements in the form of bone screws 52 in a manner known per se.
  • the bone screws 52 can be fixed in the respective vertebrae 16.
  • the navigation system 12 has a connecting element (FIG. 8) in the form of a rod 54.
  • the rod 54 can be fixed by clamping on the bone screws.
  • the fixation system 14 comprises extension elements in the form of extension tubes 56.
  • the extension tubes 56 can be connected to the bone screws 52 in a manner known per se in a non-positive and / or positive fit.
  • the bone screws 52 can be acted on percutaneously.
  • the marking devices 38, 40 can be releasably and selectively fixed to the extension tubes 56.
  • a held on the extension tube 56 adapter member 58 is provided.
  • the geometry of the adapter element 58 and extension tube 56 is stored in the navigation system 12. By detecting the position and / or orientation of one of the marking devices 38, 40, it is thereby possible to deduce the position and orientation of the bone screw 52 with which the corresponding extension tube 56 is connected.
  • reference points defined by the bone screws 52 are determined in a reference coordinate system.
  • the bone screws 52 are accordingly reference elements.
  • the reference coordinate system is defined by one of the marking devices 38, 40, in the present example by the marking device 38.
  • the operator takes with the camera 26 of the navigation system 12 on an image of the operating area, which in particular the marking devices 38, 40 comprises ( Figure 1).
  • the marking device 38 is coupled to one of the bone screws 52, the marking device 40 with the adjacent marking device.
  • the marking elements 42 due to their reflective property and the illumination by the LED light source 36 reliably detected and thereby the position and orientation of the marker 38, 40 are detected by the data processing unit 22 by means of image processing algorithms. This makes it possible to determine a space vector from the reference points defined by the bone screws 52 in the reference coordinate system.
  • the marking device 40 can be connected to a further extension tube 56.
  • the further extension tube 56 is coupled to the next of the bone screws 52 (FIG. 5).
  • the marker 38 remains coupled to the first bone screw 52.
  • the reference coordinate system is further defined by the marker 38, and also the position of the further bone screw 52, which is now referenced by the marker 40, can be determined in the reference coordinate system.
  • the camera 26 With the camera 26 another image of the operating area is recorded, which includes the marking devices 38 and 40. It is also conceivable that not individual images are taken, but a sequence of images in the form of a video. With the additional image (s), the further space vector between the reference points can be determined as defined by the bone screws 52 in the reference coordinate system.
  • a (in the present open) polygon of the reference points in the reference coordinate system can be calculated. Based on this Information, the data processing unit 42 to the operator on the display unit 28, a proposal for a rod to be used 54 submit, with which the bone screws 52 can be fixed in the desired relative orientation.
  • FIGS. 6 and 7 show, by way of example, the length of the proposed rod 54 or its type and its rod curvature.
  • the navigation system 12 can also be used to support the implantation of the rod 54 (FIGS. 8 to 10). For implantation of the rod 54, this is fixed to an insertion of the implantation tool 60.
  • a marking device in this case the marking device 40, is connected to the implantation tool 60. Due to the known geometry of the implantation tool 60 and the rod 54, the position and orientation of the rod 54 in the reference coordinate system can be determined.
  • the reference coordinate system is further defined by the marker 38, which remains fixed to the first of the extension tubes 56 and to the first bone screw 52.
  • the user creates with the camera 26 more images or sequences of images from the operating area in which the markers 38 and 40 are detected.
  • the data processing unit 22 can determine the position and orientation of the rod 54 relative to the bone screws 52.
  • the operator can be guided via the display unit 28 for guiding the implantation tool 60.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate this schematically. Symbols of the rod 54 and the bone screws 52 can be superimposed on the display unit 28. Based on these symbols, the user can guide the implantation tool 60 so that the rod 54 is guided by insertion holes arranged on the bone screws 52.
  • the notes may be displayed instead of the one created by the camera 26 or fade this.
  • the symbols of the bone screws 52 and the rod 54 on the display unit 28 are indicated in the drawing by the same reference numeral and additional apostrophe (').
  • information acquired during the procedure can be transmitted to an external receiver via the communication interface 32. This is used, for example, for documentation of the intervention or for training purposes.
  • the navigation system 12 is integrated and hand-held and free from a spatial fixation. This gives the operator the opportunity to move the navigation system 12 freely in space to create the best possible shots of the operating area. This is illustrated by way of example in FIG. 4, which shows the navigation system 12 in two different relative orientations to the fixation system 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrumentarium, umfassend ein handhaltbares integriertes medizintechnisches Navigationssystem (12), das eine eine Kamera (26) aufweisende optische Erfassungseinheit (24) aufweist, eine Datenverarbeitungseinheit (22) und eine optische Anzeigeeinheit (28), wobei die Datenverarbeitungseinheit (22) mit der Erfassungseinheit (24) und der Anzeigeeinheit (28) gekoppelt ist, wobei Lage- und/oder Orientierungsdaten einer medizinischen Markiereinrichtung (38,40), die mit der Erfassungseinheit (24) erfassbar ist, von der Datenverarbeitungseinheit (22) verarbeitbar sind und diesbezügliche Informationen an der Anzeigeeinheit (28) darstellbar sind, wobei das Instrumentarium (10) eine Beleuchtungseinheit (34) aufweist, mit der Licht in Richtung der mit der Erfassungseinheit (24) erfassbaren Markiereinrichtung (38, 40) aussendbar ist.

Description

Medizinisches Instrumentarium
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrumentarium, umfassend ein medizintechnisches Navigationssystem.
Ein derartiges Instrumentarium mit Navigationssystem kommt bei navigati- onsgestützten chirurgischen Eingriffen zum Einsatz, um den Operateur zu unterstützen. Über das Navigationssystem können mittels medizinischer Markiereinrichtung markierte charakteristische Punkte oder Landmarken an einem Patienten aufgenommen werden. Bekannt ist es auch, chirurgische Instrumente oder Implantate mit Markiereinrichtungen zu versehen, deren Lage und/oder Orientierung relativ zum Patienten und speziell zu einer daran angeordneten Referenzmarkierung bestimmt werden.
Medizintechnische Navigationssysteme bewähren sich in der Praxis. Sie erfordern jedoch einen nicht unerheblichen Platzbedarf und verursachen nicht vernachlässigbare Kosten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein medizinisches Instrumentarium umfassend ein medizintechnisches Navigationssystem bereitzustellen, das konstruktiv einfach ausgestaltet und nach Möglichkeit kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein medizinisches Instrumentarium, umfassend ein handhaltbares integriertes medizintechnisches Navigationssystem, das eine eine Kamera aufweisende optische Erfassungseinheit aufweist, eine Datenverarbeitungseinheit und eine optische Anzeigeeinheit, wobei die Datenverarbeitungseinheit mit der Erfassungseinheit und der Anzeigeeinheit gekoppelt ist, wobei Lage- und/oder Orientierungsdaten einer medizinischen Markiereinrichtung, die mit der Erfassungseinheit erfassbar ist, von der Datenverarbeitungseinheit verarbeitbar sind und diesbezügliche Informationen an der Anzeigeeinheit darstellbar sind, wobei das Instrumentarium eine Beleuchtungseinheit aufweist, mit der Licht in Richtung der mit der Erfassungseinheit erfassbaren Markiereinrichtung aussendbar ist.
Beim erfindungsgemäßen Instrumentarium kommt ein auf benutzerfreundliche Weise einsetzbares und handhaltbares integriertes medizintechnisches Navigationssystem zum Einsatz. Unter "integriert" kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass die Komponenten des Navigationssystems— Datenverarbeitungseinheit, Anzeigeeinheit, Beleuchtungseinheit— in einem gemeinsamen Gehäuse des Navigationssystems aufgenommen sind, und dass das Navigationssystem bevorzugt nur ein Gehäuse umfasst. Beispielsweise kann der Operateur das Navigationssystem in jeder beliebigen Orientierung zu der zu erfassenden Markiereinrichtung positionieren, so dass sich das Navigationssystem nicht nur als handhabungsfreundlicher erweist als herkömmliche, raumfeste medizintechnische Navigationssysteme, sondern auch als vielseitiger. Mittels der Beleuchtungseinheit kann Licht in Richtung der zu erfassenden Markiereinrichtung ausgesandt werden, das von deren Markierelementen reflektiert und von der Kamera der Erfassungseinheit empfangen werden kann. Durch die Beleuchtungseinheit kann sichergestellt werden, dass die Markiereinrichtung in nahezu jeder beliebigen Relativorientierung des Navigationssystems und der Markiereinrichtung zuverlässig erfasst werden kann. Durch die Integration der Komponenten in einem handhaltbaren Gerät können ferner Herstellungskosten für das Instrumentarium gering gehalten werden.
Die Kamera der Erfassungseinheit erstellt insbesondere ein Bild oder Bildfolgen von der Umgebung und der darin angeordneten Markiereinrichtung . Bildverarbeitungsalgorithmen ermöglichen es der Datenverarbeitungseinheit, das Bild oder die Bilder der Erfassungseinheit zu analysieren und die Lage und/oder Orientierung der Markiereinrichtung zu erkennen. Über die Markiereinrichtung kann insbesondere, darauf wird nachfolgend noch eingegangen, ein Referenzkoordinatensystem definiert werden. Im Referenzkoordinatensystem können weitere charakteristische Punkte, Bezugspunkte oder Landmarken unter Markierung durch zusätzliche Markiereinrichtungen erfasst werden. Hierbei ist es nicht erforderlich, das Navigationssystem relativ zu den Markiereinrichtungen räumlich zu fixieren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Navigationssystem als Smartphone oder als Tablet-Computer ausgestaltet ist. In der Datenverarbeitungseinheit des Smartphones oder Tablet-Computers kann ein Datenverarbeitungsprogramm ausführbar sein, bei dem insbesondere unter Zuhilfenahme von Bildverarbeitungsalgorithmen die von der Kamera erstellten Aufnahmen analysiert und die Markierelemente der Markiereinrichtung erkannt und getrackt werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Navigationssystem die Beleuchtungseinheit, um eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Instrumentariums zu erzielen.
Günstig ist es, wenn die Beleuchtungseinheit mindestens eine LED-Lichtquelle aufweist.
Von der Beleuchtungseinheit ist vorzugsweise sichtbares Licht emittierbar, beispielsweise in einem Spektralbereich von ungefähr 400 nm bis ungefähr 800 nm oder einem Teil davon.
Vorteilhafterweise umfasst die Erfassungseinheit genau eine Kamera, um die konstruktive Ausgestaltung des Navigationssystems zu vereinfachen. Das Vorsehen einer Stereokamera ist nicht erforderlich. Die Datenverarbeitungseinheit kann anhand der Aufnahmen der einen Kamera die Markiereinrichtung zuverlässig im Raum verfolgen.
Günstigerweise ist an der Anzeigeeinheit ein mit der Kamera erfassbares Bild darstellbar. Über die Verfolgung der Markiereinrichtung hinaus können auf diese Weise zusätzliche Informationen erfasst werden. Beispielsweise kann der Operationsablauf dokumentiert werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn das Navigationssystem eine Kommunikationsschnittstelle aufweist zum Übertragen von Daten an eine externe Empfangseinheit, insbesondere Bildern, die mit der Kamera aufgenommen werden oder wurden. Lage- und/oder Orientierungsdaten der Markiereinrichtung, die Daten charakteristischer Punkte, Bezugspunkte oder anatomischer Landmarken können ebenso übertragen werde wie Bilder der Kamera, zum Beispiel für Schulungs- oder Dokumentationszwecke.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Navigationssystem im Raum frei beweglich und frei von einer mechanischen Kopplung mit einem chirurgischen Instrument oder einem Implantat ist. Das Navigationssystem ist dadurch vielseitiger einsetzbar, und die Handhabung des Instrumentariums ist der Bedienperson vereinfacht.
Das Instrumentarium kann mindestens eine medizinische Markiereinrichtung aufweisen, die eine Mehrzahl von Markierelementen umfasst, die das Licht der Beleuchtungseinheit retroreflektierend ausgestaltet sind . Beispielsweise sind die Markierelemente insbesondere zur Retroreflexion von sichtbarem Licht optimiert, zum Beispiel im Bereich von 400 nm bis 800 nm.
Günstig ist es, wenn die Markiereinrichtung vier oder mehr Markierelemente umfasst, um die Genauigkeit der Bestimmung der Lage und/oder Orientierung der Markiereinrichtung zu erhöhen.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Markiereinrichtung ein Halteelement aufweist, an dem die Markierelemente gehalten sind, und Kontrasterhöhungselemente, wobei den Markierelementen ein jeweiliges Kontrasterhöhungselement zugeordnet ist zum Steigern des Kontrastes zwischen den Markierelementen und dem Halteelement. Beispielsweise sind die Kontrastelemente als das jeweilige Markierelement umgebender Ring ausgestaltet, der eine Reflektivität für das von der Beleuchtungseinheit emittierte Licht aufweist, die geringer ist als die Reflektivität der Markierelemente. Beim Beleuchten reflektieren die Markierelemente das von der Beleuchtungseinheit ausgesandte Licht in größerem Ausmaß als die Kontrasterhöhungselemente. In den Aufnahmen der Kamera können die Bildanteile der Markierelemente dadurch von der Datenverarbeitungseinheit besser ermittelt und die Lage und/oder Orientierung der Markiereinrichtung genauer bestimmt werden.
Vorteilhafterweise weist die Markiereinrichtung haubenförmige Schutzelemente auf, die einem jeweiligen Markierelement zugeordnet sind und die für das von der Beleuchtungseinheit emittierte Licht transparent sind . Die Schutzelemente haben zum Beispiel eine kugelkalottenförmige Gestalt und sind optisch transparent für sichtbares Licht. Die Markierelemente werden durch die Schutzelemente vor Verschmutzung geschützt, zum Beispiel durch Blut.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn das Instrumentarium zwei oder mehr Markiereinrichtungen aufweist und wenn mit der Datenverarbeitungseinheit ein Raumvektor zwischen von den Markiereinrichtungen referenzierten Bezugspunkten ermittelbar ist, wobei eine der Markiereinrichtungen als Referenzmarkiereinrichtung zur Definition des Referenzkoordinatensystems heranziehbar ist. Im Referenzkoordinatensystem, das über eine Markiereinrichtung definiert wird, können die Lage und die Orientierung der weiteren Markiereinrichtung bestimmt werden. Von den Markiereinrichtungen referenzierte Bezugspunkte können dadurch über einen Raumvektor verbunden werden. Dies ist unabhängig von der Position des Navigationssystems relativ zu den Markiereinrichtungen möglich. Dadurch ist dem Operateur die Möglichkeit gegeben, das Navigationssystem frei zu positionieren, damit er möglichst gute Sicht auf das Operationsfeld und die Markiereinrichtungen hat. Vorteilhafterweise sind die Markiereinrichtungen simultan mit der Erfassungseinheit erfassbar, und der Raumvektor ist mit der Datenverarbeitungseinheit anhand eines und insbesondere nur eines Bildes der Kamera ermittelbar.
Günstig ist es, wenn das Navigationssystem eine Sensoreinheit aufweist zum Bereitstellen eines Signals über die Neigung des Navigationssystems in mindestens einer Raumrichtung eines absoluten Bezugssystems, und wenn mit der Datenverarbeitungseinheit die Orientierung des Raumvektors im absoluten Bezugssystem ermittelbar ist. Dadurch können Lage- und Orientierungsdaten aus dem Referenzkoordinatensystem der Markiereinrichtung in das absolute Bezugssystem und umgekehrt transformiert werden . Dies erlaubt es zum Beispiel, Achsen und Ebenen mit anatomischen Landmarken ohne a priori-Kennt- nis der Lage des Patienten im absoluten Bezugssystem zu ermitteln.
Zum Beispiel kann anhand der Orientierungen einer Mehrzahl von zwei oder mehr Raumvektoren eine Neigung einer durch diese definierten Ebene, etwa der Beckeneingangsebene, relativ zu einer Bezugsebene, insbesondere einer Horizontalebene, im absoluten Bezugssystem ermittelt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Instrumentarium zwei oder mehr zu referenzierende Referenzelemente, und die Markiereinrichtungen sind vorzugsweise selektiv mit den Referenzelementen koppelbar, und anhand der Datenverarbeitungseinheit ist die Relativposition der Referenzelemente im Referenzkoordinatensystem ermittelbar. Eine jeweilige Markiereinrichtung kann in räumlich definierte Position zu einem Referenzelement gebracht werden. Dadurch kann die Lage und Orientierung des Referenzelementes im Referenzkoordinatensystem ermittelt werden. Indem eine Markiereinrichtung an einem der Referenzelemente verbleibt und mit der weiteren Markiereinrichtung weitere zu referenzierende Referenzelemente markiert werden, kann die Relativposition der Referenzelemente, etwa in Gestalt eines offenen oder geschlossenen Polygonzugs, ermittelt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Markierelemente mittelbar oder unmittelbar mit den Referenzelementen koppelbar sind.
Die Referenzelemente sind zum Beispiel Knochenschrauben oder umfassen solche, und die Markiereinrichtungen können bevorzugt mit Verlängerungselementen, insbesondere Verlängerungstuben, vorzugsweise perkutan mit den Knochenschrauben koppelbar sein. Dies erlaubt es, die Relativpositionen der Knochenschrauben bevorzugt perkutan zu bestimmen.
Von Vorteil ist es, wenn das Instrumentarium ein Verbindungselement aufweist zum Verbinden der Referenzelemente, und wenn von der Datenverarbeitungseinheit die Geometrie des Verbindungselementes ermittelbar ist, um die Referenzelemente zu verbinden, vorzugsweise wenn an der Anzeigeeinheit ein Hinweis betreffend das Verbindungselement bereitstellbar ist. Sind die Relativpositionen der Referenzelemente bekannt, kann die Datenverarbeitungseinheit errechnen, was für ein Verbindungselement erforderlich ist, um die Referenzelemente miteinander zu verbinden. Ein diesbezüglicher Hinweis zur Auswahl oder zum Formen eines geeigneten Verbindungselementes kann an der Anzeigeeinheit dargestellt werden.
Günstigerweise ist das Verbindungselement mit einer der Markiereinrichtungen koppelbar, und von der Datenverarbeitungseinheit sind bevorzugt die Lage des Verbindungselementes relativ zu den Referenzelementen ermittelbar und einem Benutzer Hinweise an der Anzeigeeinheit zum Führen des Verbindungselementes bereitstellbar. Über das Navigationssystem und dessen Anzeigeeinheit kann der Benutzer angeleitet werden, die Referenzelemente mit dem Verbindungselement zu verbinden. Hierzu ist das Verbindungselement mit einer Markiereinrichtung koppelbar oder gekoppelt, beispielsweise ist die Markiereinrichtung an einem Implantationswerkzeug des Verbindungselementes festgelegt, ebenso wie das Verbindungselement. Durch Verfolgen des Verbindungselementes im Referenzkoordinatensystem wird dem Operateur das Verbinden der Referenzelemente miteinander erheblich vereinfacht. Dies erlaubt insbe- sondere eine einfache perkutane Verbindung der Referenzelemente miteinander.
Das Verbindungselement kann beispielsweise ein Stab sein, und die Markiereinrichtung ist, wie erwähnt, an einem Einsetz- oder Implantationswerkzeug zum Führen des Stabes festgelegt oder festlegbar.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen :
Figur 1 : eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums in schematischer Darstellung, umfassend ein handhaltbares integriertes Navigationssystem und ein chirurgisches Fixationssystem;
Figur 2 : ein schematisches Blockdiagramm des Navigationssystems aus Figur 1;
Figur 3 : schematisch eine Teildarstellung eines Markierelementes einer medizinischen Markiereinrichtung;
Figur 4: das Instrumentarium aus Figur 1 in einer weiteren Darstellung;
Figur 5 : eine weitere Darstellung des Instrumentariums aus Figur 1;
Figur 6: eine schematische Darstellung des Navigationssystems aus Figur 1 mit einem von diesem angezeigten Hinweis zur Auswahl eines Verbindungselementes;
Figur 7 : eine weitere Darstellung entsprechend Figur 6; Figur 8: das Instrumentarium aus Figur 1 beim Einsetzen des Verbindungselementes;
Figur 9 : eine schematische Darstellung des Navigationssystems, das einen
Hinweis zum Einsetzen des Verbindungselementes bereitstellt und
Figur 10 : eine weitere Darstellung entsprechend Figur 9.
Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen medizinischen Instrumentariums. Das Instrumentarium 10 umfasst ein medizintechnisches Navigationssystem 12 und ein chirurgisches Fixations- system 14, das in Figur 1 nur teilweise dargestellt ist. Figur 1 zeigt ferner eine Mehrzahl von relativ zueinander zu stabilisierenden Wirbeln 16.
Das Navigationssystem 12, siehe auch Figur 2, ist ein handhaltbares integriertes Navigationssystem. "Integriert" ist vorliegend insbesondere derart aufzufassen, dass alle Komponenten des Navigationssystems 12 in einem gemeinsamen Gehäuse 18 angeordnet sind. Das Navigationssystem 12 ist insbesondere ausgestaltet als Tablet-Computer oder, im vorliegenden Fall, als Smart- phone 20. Das Smartphone 20 kann von einem Operateur handhabungsfreundlich bedient und im Raum bevorzugt frei bewegt werden.
Das Navigationssystem 12 umfasst eine Datenverarbeitungseinheit 22, die zum Beispiel einen Mikroprozessor umfasst oder als solcher ausgestaltet ist. Durch die Datenverarbeitungseinheit 22 ist ein Datenverarbeitungsprogramm ausführbar, mit dem optische Aufnahmen einer Erfassungseinheit 24 des Navigationssystems 12 analysiert werden können. Dementsprechend umfasst das Datenverarbeitungsprogramm insbesondere Algorithmen der Bildverarbeitung . Die Erfassungseinheit 24 umfasst eine und bevorzugt genau eine digitale Kamera 26. Außer mit der Erfassungseinheit 24 steht die Datenverarbeitungseinheit 22 auch mit einer Anzeigeeinheit 28, einer Sensoreinheit 30 und einer Kommunikationsschnittstelle 32 des Navigationssystems 12 in elektrischer Verbindung.
Die Anzeigeeinheit 28 ist insbesondere als Touchscreen ausgestaltet.
Die Sensoreinheit 30 umfasst einen Neigungssensor, mit dem eine Neigung des Navigationssystems 12 in mehreren Raumrichtungen in einem absoluten Bezugssystem ermittelbar ist, speziell einem Welt-Koordinatensystem.
Dadurch ist es zum Beispiel möglich, die Neigung des Navigationssystems 12 relativ zur Horizontalebene zu ermitteln.
Über die Kommunikationsschnittstelle 32 können vom Navigationssystem 12 Daten an einen externen, räumlich getrennten Empfänger übertragen werden. Vorzugsweise handelt es sich um eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 32. Die Daten können insbesondere Bilder der Kamera 26 umfassen sowie ferner Lage- und/oder Orientierungsdaten von medizinischen Markiereinrichtungen, von diesen referenzierten charakteristischen Punkten, Bezugspunkten oder anatomischen Landmarken.
Das Navigationssystem 12 umfasst ferner eine Beleuchtungseinheit 34, um ein Sichtfeld der Kamera 26 zumindest teilweise auszuleuchten. Die Beleuchtungseinheit 34 weist vorzugsweise mindestens eine LED-Lichtquelle 36 auf. Günstigerweise emittiert die Beleuchtungseinheit 34 Licht im sichtbaren Spektralbereich von ungefähr 400 nm bis ungefähr 800 nm oder eines Teils davon.
Das Instrumentarium 10 umfasst mindestens eine medizinische Markiereinrichtung 38. Die Markiereinrichtung 38 kann Bestandteil des Fixationssystems 14 sein. Vorliegend sind zwei Markiereinrichtungen 38, 40 vorgesehen. In funktioneller Hinsicht sind die Markiereinrichtungen 38 und 40 identisch, jedoch in räumlicher Ausgestaltung unterschiedlich . Dies gibt die Möglichkeit, beide Markiereinrichtungen 38, 40 getrennt oder simultan mit dem Naviga- tionssystem 12 zu erfassen, zu identifizieren und in Lage und/oder Orientierung im Raum zu verfolgen.
Die Markiereinrichtungen 38, 40 umfassen jeweils eine Mehrzahl von medizinischen Markierelementen 42, schematisch teilweise in Figur 3 dargestellt. Die Markierelemente 42 sind an einem Halteelement 44 festgelegt. Die Markierelemente 42 sind dazu ausgebildet, das von der LED-Lichtquelle 36 emittierte Licht zu reflektieren. Auf diese Weise können Signalanteile der Markierelemente 42 von der Kamera 26 zuverlässig erfasst und von der Datenverarbeitungseinheit 22 zuverlässig identifiziert werden.
Zur Erhöhung des Kontrastes zwischen den Markierelementen 42 und dem Halteelement 44 umfassen die Markiereinrichtungen 38, 40 jeweilige Kontrasterhöhungselemente 46. Die Kontrasterhöhungselemente 46 sind ausgestaltet als die Ringe 48. Die Reflektivität der Ringe 48 für das von der LED-Lichtquelle 36 emittierte Licht ist geringer als die Reflektivität der Markierelemente 42.
Die Ringe 48 umgeben die Markierelemente 42 sowie ein jeweiliges diesen zugeordnetes Schutzelement 50. Die Schutzelemente 50 sind kugelkalottenför- mig und umgeben die Markierelemente 42. Die Schutzelemente 50 weisen dadurch eine haubenförmige Gestalt auf. Sie sind transparent für das von der LED-Lichtquelle 36 emittierte Licht und schützen die Markierelemente 42 vor Verschmutzung, zum Beispiel durch Blut.
Das Fixationssystem 14 dient zur Stabilisierung der Wirbel 16 relativ zueinander. Zu diesem Zweck umfasst das Fixationssystem 14 in an sich bekannter Weise Verankerungselemente in Gestalt von Knochenschrauben 52. Die Knochenschrauben 52 können in den jeweiligen Wirbeln 16 fixiert werden. Ferner weist das Navigationssystem 12 ein Verbindungselement (Figur 8) in Gestalt eines Stabes 54 auf. Der Stab 54 kann klemmend an den Knochenschrauben fixiert werden. Weiter umfasst das Fixationssystem 14 Verlängerungselemente in Gestalt von Verlängerungstuben 56. Die Verlängerungstuben 56 können in an sich bekannter Weise kraft- und/oder formschlüssig mit den Knochenschrauben 52 verbunden werden. Vorzugsweise kann perkutan auf die Knochenschrauben 52 eingewirkt werden.
Die Markiereinrichtungen 38, 40 können lösbar und selektiv an den Verlängerungstuben 56 festgelegt werden. Zu diesem Zweck ist beispielsweise ein an der Verlängerungstube 56 gehaltenes Adapterelement 58 vorgesehen.
Die Geometrie des Adapterelementes 58 und der Verlängerungstube 56 ist in dem Navigationssystem 12 gespeichert. Durch Erfassen der Lage- und/oder Orientierung einer der Markiereinrichtungen 38, 40 kann dadurch auf Lage und Orientierung der Knochenschraube 52 geschlossen werden, mit der die entsprechende Verlängerungstube 56 verbunden ist.
Nachfolgend wird die Funktionsweise und die Verwendung des Instrumentariums 10 erläutert, insbesondere des Navigationssystems 12.
Mit dem Navigationssystem 12 werden Bezugspunkte, die durch die Knochenschrauben 52 definiert werden, in einem Referenzkoordinatensystem ermittelt. Die Knochenschrauben 52 sind dementsprechend Referenzelemente. Das Referenzkoordinatensystem wird durch eine der Markiereinrichtungen 38, 40 definiert, vorliegend beispielsweise durch die Markiereinrichtung 38.
Der Operateur nimmt mit der Kamera 26 des Navigationssystems 12 ein Bild des Operationsgebietes auf, das insbesondere die Markiereinrichtungen 38, 40 umfasst (Figur 1). Die Markiereinrichtung 38 ist mit einer der Knochenschrauben 52 gekoppelt, die Markiereinrichtung 40 mit der daneben liegenden Markiereinrichtung . Im Bild der Kamera 26 können die Markierelemente 42 aufgrund ihrer reflektierenden Eigenschaft und der Beleuchtung mittels der LED-Lichtquelle 36 zuverlässig erkannt und dadurch die Lage und die Orientierung der Markiereinrichtungen 38, 40 von der Datenverarbeitungseinheit 22 mittels Bildverarbeitungsalgorithmen festgestellt werden. Dies gibt die Möglichkeit, einen Raumvektor von den durch die Knochenschrauben 52 definierten Bezugspunkten im Referenzkoordinatensystem zu ermitteln.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, dass unter Berücksichtigung eines Signals der Sensoreinheit 30 festgestellt werden kann, wie die Orientierung des Raumvektors im absoluten Koordinatensystem verläuft. Dies ist ohne a priori Kenntnis über die Lage und Orientierung des Patienten möglich und ohne dass dieser hierfür fixiert zu sein braucht.
Im weiteren Verlauf des Eingriffs kann die Markiereinrichtung 40 mit einer weiteren Verlängerungstube 56 verbunden werden. Die weitere Verlängerungstube 56 ist mit der nächsten der Knochenschrauben 52 gekoppelt (Figur 5). Die Markiereinrichtung 38 bleibt mit der ersten Knochenschraube 52 gekoppelt. Das Referenzkoordinatensystem wird weiterhin durch die Markiereinrichtung 38 definiert, und auch die Lage der weiteren Knochenschraube 52, die nunmehr durch die Markiereinrichtung 40 referenziert wird, kann im Referenzkoordinatensystem ermittelt werden.
Mit der Kamera 26 wird ein weiteres Bild des Operationsgebietes aufgenommen, das die Markiereinrichtungen 38 und 40 umfasst. Denkbar ist auch, dass nicht Einzelbilder aufgenommen werden, sondern eine Bildfolge in Form eines Videos. Mit dem bzw. den weiteren Bild(ern) kann der weitere Raumvektor zwischen den Bezugspunkten wie durch die Knochenschrauben 52 definiert im Referenzkoordinatensystem ermittelt werden.
Aus den Raumvektoren kann ein (vorliegend offener) Polygonzug der Bezugspunkte im Referenzkoordinatensystem errechnet werden. Basierend auf diesen Informationen kann die Datenverarbeitungseinheit 42 dem Operateur an der Anzeigeeinheit 28 einen Vorschlag für einen zu verwendenden Stab 54 unterbreiten, mit dem die Knochenschrauben 52 in der gewünschten Relativorientierung fixiert werden können. Die Figuren 6 und 7 zeigen beispielhaft die Länge des vorgeschlagenen Stabes 54 bzw. dessen Typ und dessen Stabkrümmung .
Das Navigationssystem 12 kann auch bei der Implantation des Stabes 54 unterstützend eingesetzt werden (Figuren 8 bis 10). Zur Implantation des Stabes 54 wird dieser an einem Einsetz- der Implantationswerkzeug 60 festgelegt. Eine Markiereinrichtung, vorliegend die Markiereinrichtung 40, wird mit dem Implantationswerkzeug 60 verbunden. Aufgrund der bekannten Geometrie des Implantationswerkzeuges 60 und des Stabes 54 kann die Lage und Orientierung des Stabes 54 im Referenzkoordinatensystem ermittelt werden. Das Referenzkoordinatensystem wird weiter durch die Markiereinrichtung 38 definiert, die an der ersten der Verlängerungstuben 56 und an der ersten Knochenschraube 52 fixiert bleibt.
Der Benutzer erstellt mit der Kamera 26 weitere Bilder oder Bildfolgen vom Operationsgebiet, in denen die Markiereinrichtungen 38 und 40 erfasst werden. Mittels Bildverarbeitung kann die Datenverarbeitungseinheit 22 die Lage und Orientierung des Stabes 54 relativ zu den Knochenschrauben 52 ermitteln. Die Bedienperson kann über die Anzeigeeinheit 28 zum Führen des Implantationswerkzeuges 60 angeleitet werden. Die Figuren 9 und 10 stellen dies schematisch dar. Symbole des Stabes 54 und der Knochenschrauben 52 können an der Anzeigeeinheit 28 eingeblendet werden. Anhand dieser Symbole kann der Benutzer das Implantationswerkzeug 60 so führen, dass der Stab 54 durch an den Knochenschrauben 52 angeordnete Einführöffnungen geführt wird. Die Hinweise können anstelle des von der Kamera 26 erstellten Bildes eingeblendet werden oder dieses überblenden. Die Symbole der Knochenschrauben 52 und des Stabes 54 an der Anzeigeeinheit 28 sind in der Zeichnung mit demselben Bezugszeichen und zusätzlichem Hochkomma (') gekennzeichnet.
Über die Kommunikationsschnittstelle 32 können, wie erwähnt, während des Eingriffs erfasste Informationen wie Bezugspunkte, anatomische Landmarken oder insbesondere auch Bilder der Kamera 26 an einen externen Empfänger übertragen werden. Dies dient zum Beispiel zur Dokumentation des Eingriffs oder für Schulungszwecke.
Beim Instrumentarium 10 erweist es sich als besonders günstig, dass das Navigationssystem 12 integriert und handhaltbar und frei von einer räumlichen Fixierung ist. Dies gibt dem Operateur die Möglichkeit, das Navigationssystem 12 frei im Raum zu bewegen, um möglichst gute Aufnahmen des Operationsgebietes zu erstellen. Dies ist beispielhaft in Figur 4 dargestellt, die das Navigationssystem 12 in zwei unterschiedlichen Relativorientierungen zum Fixati- onssystem 14 zeigt.
Bezugszeichenliste:
10 Instrumentarium
12 Navigationssystem
14 Fixationssystem
16 Wirbel
18 Gehäuse
20 Smartphone
22 Datenverarbeitungseinheit
24 Erfassungseinheit
26 Kamera
28 Anzeigeeinheit
30 Sensoreinheit
32 Kommunikationsschnittstelle
34 Beleuchtungseinheit
36 LED-Lichtquelle
38 Markiereinrichtung
40 Markiereinrichtung
42 Markierelement
44 Halteelement
46 Kontrasterhöhungselement
48 Ring
50 Schutzelement
52 Knochenschraube
54 Stab
56 Verlängerungstube
58 Adapterelement
60 Implantationswerkzeug

Claims

PAT E NTAN SP RÜC H E
Medizinisches Instrumentarium, umfassend ein handhaltbares integriertes medizintechnisches Navigationssystem (12), das eine eine Kamera (26) aufweisende optische Erfassungseinheit (24) aufweist, eine Datenverarbeitungseinheit (22) und eine optische Anzeigeeinheit (28), wobei die Datenverarbeitungseinheit (22) mit der Erfassungseinheit (24) und der Anzeigeeinheit (28) gekoppelt ist, wobei Lage- und/oder Orientierungsdaten einer medizinischen Markiereinrichtung (38, 40), die mit der Erfassungseinheit (24) erfassbar ist, von der Datenverarbeitungseinheit (22) verarbeitbar sind und diesbezügliche Informationen an der Anzeigeeinheit (28) darstellbar sind, wobei das Instrumentarium (10) eine Beleuchtungseinheit (34) aufweist, mit der Licht in Richtung der mit der Erfassungseinheit (24) erfassbaren Markiereinrichtung (38, 40) aussendbar ist.
Instrumentarium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (12) als Smartphone (20) oder als Tablet-Computer ausgestaltet ist.
Instrumentarium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (12) die Beleuchtungseinheit (34) umfasst.
Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheit (34) mindestens eine LED-Lichtquelle (36) aufweist.
5. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sichtbares Licht von der Beleuchtungseinheit (34) emittierbar ist.
6. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (24) genau eine Kamera (26) aufweist.
7. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anzeigeeinheit (28) ein mit der Kamera (26) erfassbares Bild darstellbar ist.
8. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (12) eine Kommunikationsschnittstelle (32) aufweist zum Übertragen von Daten an eine externe Empfangseinheit, insbesondere Bildern, die mit der Kamera (26) aufgenommen werden oder wurden.
9. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (12) im Raum frei beweglich und frei von einer mechanischen Kopplung mit einem chirurgischen Instrument oder einem Implantat ist.
10. Instrumentarium nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium (10) mindestens eine medizinische Markiereinrichtung (38, 40) aufweist, die eine Mehrzahl von Markierelementen (42) aufweist, die das Licht der Beleuchtungseinheit (34) retroreflektierend ausgestaltet sind.
11. Instrumentarium nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinrichtung (38, 40) vier oder mehr Markierelemente (42) um- fasst.
12. Instrumentarium nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinrichtung (38, 40) ein Halteelement (44) aufweist, an dem die Markierelemente (42) gehalten sind, und Kontrasterhöhungselemente (46), wobei den Markierelementen (42) ein jeweiliges Kontrasterhöhungselement (46) zugeordnet ist zum Steigern des Kontrastes zwischen den Markierelementen (42) und dem Halteelement (44).
13. Instrumentarium nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrastelemente (46) als das jeweilige Markierelement (42) umgebender Ring (48) ausgestaltet sind, der eine Reflektivität für das von der Beleuchtungseinheit (34) emittierte Licht aufweist, die geringer ist als die Reflektivität der Markierelemente (42).
14. Instrumentarium nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinrichtung (38, 40) haubenförmige Schutzelemente (50) aufweist, die einem jeweiligen Markierelement (42) zugeordnet sind und die für das von der Beleuchtungseinheit (34) emittierte Licht transparent sind.
15. Instrumentarium nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium (10) zwei oder mehr Markiereinrichtungen (38, 40) aufweist und dass mit der Datenverarbeitungseinheit (22) ein Raumvektor zwischen von den Markiereinrichtungen (38, 40) referenzierten Bezugspunkten ermittelbar ist, wobei eine der Markiereinrichtungen (38, 40) als Referenzmarkiereinrichtung (38, 40) zur Definition des Referenzkoordinatensystems heranziehbar ist.
16. Instrumentarium nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Markiereinrichtungen (38, 40) simultan mit der Erfassungseinheit (24) erfassbar sind und der Raumvektor mit der Datenverarbeitungseinheit (22) anhand eines Bildes der Kamera (26) ermittelbar ist.
17. Instrumentarium nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (12) eine Sensoreinheit (30) aufweist zum Bereitstellen eines Signals über die Neigung des Navigationssystems (12) in mindestens einer Raumrichtung eines absoluten Bezugssystems, und dass mit der Datenverarbeitungseinheit (22) die Orientierung des Raumvektors im absoluten Bezugssystem ermittelbar ist.
18. Instrumentarium nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Orientierungen einer Mehrzahl von zwei oder mehr Raumvektoren eine Neigung einer durch diese definierten Ebene relativ zu einer Bezugsebene, insbesondere einer Horizontalebene, im absoluten Bezugssystem ermittelbar ist.
19. Instrumentarium nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium (10) zwei oder mehr zu referenzie- rende Referenzelemente umfasst und dass die Markiereinrichtungen (38, 40) selektiv mit den Referenzelementen koppelbar sind und anhand der Datenverarbeitungseinheit (22) die Relativposition der Referenzelemente im Referenzkoordinatensystem ermittelbar ist.
20. Instrumentarium nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelemente Knochenschrauben (52) sind oder solche umfassen, und dass die Markiereinrichtungen (38, 40) mit Verlängerungselementen, insbesondere Verlängerungstuben (56), vorzugsweise perkutan mit den Knochenschrauben (52) koppelbar sind.
21. Instrumentarium nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrumentarium (10) ein Verbindungselement aufweist zum Verbinden der Referenzelemente, und dass von der Datenverarbeitungseinheit (22) die Geometrie des Verbindungselementes ermittelbar ist, um die Referenzelemente zu verbinden, vorzugsweise dass an der Anzeige- einheit (28) ein Hinweis betreffend das Verbindungselement bereitstellbar ist.
22. Instrumentarium nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement mit einer der Markiereinrichtungen (38, 40) koppelbar ist und von der Datenverarbeitungseinheit (22) die Lage des Verbindungselementes relativ zu den Referenzelementen ermittelbar und einem Benutzer Hinweise an der Anzeigeeinheit (28) zum Führen des Verbindungselementes bereitstellbar sind.
23. Instrumentarium nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Stab ist (54) und dass die Markiereinrichtung (40) an einem Einsetzwerkzeug (60) zum Führen des Stabes (54) festgelegt oder festlegbar ist.
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