CN105473096B - 用于将医疗器械连接在位置检测系统上的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将医疗器械连接在位置检测系统上的具有定位元件的设备。医疗器械包括器械杆、器械尖部和工作点。在设备上可以设置至少一个定位元件，用于确定设备在位置检测系统的坐标系内部的位置信息，其中，设备具有至少一个用于固定在医疗器械上的保持件。

Description

用于将医疗器械连接在位置检测系统上的设备和方法

本发明涉及一种用于将医疗器械，尤其侵入性外科手术用的医疗器械，连接在位置检测系统上的设备，其中，医疗器械包括器械杆、器械尖部和工作点。

位置检测系统在这里理解为一种给医疗器械提供位置信息的系统。这种位置信息是有用的，以便器械结合图像显示装置，如地形测量或X射线断层摄影获得的图像数据一起使用。位置信息在这里指的是医疗器械涉及基准坐标系的位置和方向。基准坐标系是位置检测装置或位置检测系统的坐标系。位置信息可以借助位置检测器和相应的测量系统获知。

在实施侵入性外科手术时，作为规划数据往往使用病人在手术前获得的图像数据，例如计算机X射线断层照片。此外，病人的图像一般例如用内窥镜在手术中拍摄，并结合手术前提供的图像数据，分别作为单个图像或叠加地显示在监测器上。以此方式，使外科医生能更清楚地看到例如要去除的组织或处于手术区域内并通过外科手术可能危及的神经通路或血管。因此显示图像数据可以给外科医生提供帮助，使手术时使用的医学仪器尽可能有效，并能在对病人附近的组织影响最小的情况下使用。在这里，外科医生首先必须在病人体内一个大多在手术前确定的手术区域内，将医疗器械尽可能准确地沿规定的路径导航，并在此手术区域内尽可能精确地实施手术措施，例如去除部分组织。在采取手术措施之后，医疗器械必须重新导航受控制地从病人身体取出。因此侵入性外科手术常常需要获知高精度的医疗器械位置信息。

此外，在现有的图像数据与医疗器械控制单元之间假想的连接，会容易导致外科医生定位困难，并由此导致手术错误和/或延长手术时间。

由此原因，为了在手术期间辅助外科医生定位考虑使用合乎规定的地点检测或位置检测系统，以例如支持医疗器械，尤其外科器械的导航。这种系统在手术期间检测病人与至少一个医疗器械之间的坐标信息。在许多位置检测系统中可以获知多个不同医疗器械的位置信息。获得的位置信息通常与手术前的规划数据和/或手术中的图像数据一起显示在监测器上。为此在病人确定的位置上以及在医疗器械上设置定位元件，其位置信息由作为位置检测装置的测量系统检测。以此方式首先能在位置检测系统内获知定位元件的位置信息。

这种位置检测系统可例如包括光学的、超声波支持的或电磁式定位元件。已知例如一些电磁式位置检测系统，它们有场发生器。场发生器在手术区域产生通常交替的电交变场。在一个在此手术区域内要导航的医疗器械上设置具有线圈的定位元件。根据各自线圈相对于电磁交变场的定向电磁交变场在此线圈内感应特征电流，由此可以确定线圈的位置信息。

此外还已知，不同的医疗器械，例如指示器、抽吸器、夹钳、针、手术刀、电刀、烙器等，均设有定位元件，用于为这种位置检测系统确定位置信息，以及当时的医疗器械可登记或者说记录在此位置检测系统中。在医疗器械登记的情况下，测量基准点的、通常是器械尖部的工作点相对于设置在医疗器械上的定位元件的位置，并传输给位置检测系统。由此已知基准点的位置和医疗器械在位置检测系统坐标系统中的定位，并能与提供的图像数据一起显示在监测器上。

在位置检测系统中登记医疗器械的前提条件是，此医疗器械有至少一个定位元件。然而有许多医疗器械没有这种定位元件，因而不能在位置检测系统中使用。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于将医疗器械连接在位置检测系统上的设备，使那些没有自己的定位元件的医疗器械可以登记在位置检测系统中，由此可以由位置检测系统确定相应医疗器械的位置信息，并且例如可以显示在监视器上。

所述技术问题按照本发明通过一种用于将医疗器械连接在位置检测系统上的设备解决，它有定位元件，其中，医疗器械包括器械杆、器械尖部和工作点。在设备上可以设置至少一个定位元件，用于检测设备相对于基准点的位置信息，如定向和位置。此外，设备有用于固定在医疗器械上的保持件。

优选地，保持件有器械安装座，其中，医疗器械的至少一个部分区段可与器械安装座接合，并可通过至少一个固定件固定在器械安装座上。器械安装座可例如设计为碗形或柱形。优选地，器械安装座设计用于包围医疗器械的部分区域。还优选的是，将器械安装座安装在医疗器械的器械尖部侧，亦即医疗器械的远端(distal；亦称“远中的”或“远侧的”)端，以及可以沿器械纵轴线在器械上移动。优选地，器械安装座借助固定件固定在器械杆上。

优选地，所述固定件包括螺钉或螺栓。螺钉可例如这样拧紧在设备中，使得结果是其优选削平的螺钉头压靠在器械杆的一个被器械安装座围绕的区段上，以便由此能将医疗器械保持在器械安装座内。

在按本发明的一种优选实施形式中，固定件有夹紧装置，用于将医疗器械保持在器械安装座内。夹紧装置可例如有夹钳，它们可通过螺旋机构与医疗器械夹紧在一起。

优选地，设备有传感器支座，它可以容纳定位元件。在这里，不仅规定了定位元件可逆地容纳在传感器支座内的实施形式，而且也规定了定位元件不可逆地容纳在传感器支座内的实施形式。

在按本发明的一种优选实施形式中，传感器支座和定位元件有导引装置，通过所述导引装置可以将传感器支座和定位元件这样互相连接或啮合，使得传感器支座和定位元件可以在导轨上彼此相对移动。在这里，传感器支座可例如有滑轨状部分以及定位元件可以有相应的滑块状部分。作为备选方式，传感器支座可以有滑块状部分以及定位元件可以有滑轨状部分。

优选地，传感器支座和/或定位元件的导引装置设计为，使传感器支座与定位元件只能在导轨上相对移动到规定的点。为此，导轨的至少一部分可以例如有齿或凸肩。

优选地，传感器支座和/或定位元件的导引装置具有带弹簧元件的自动约束装置，其中，定位元件可以被自动约束装置固定在导轨上预定位置中。自动约束装置优选地设计用于通过定位元件沿导轨的移动触发固定。为此，导引装置的滑轨状部分可例如有槽，以及导引装置的滑块状部分有弹性保持的楔子，它可以在弹簧力作用下回转到滑轨状部分的槽内并由此实现固定。

在按本发明的一种优选实施形式中，定位元件固定地布置在保持件上。在这种实施形式中没有规定从保持件上拆除定位元件。

优选地，设备有基本上柱状构造的外表面。但外表面也可以设计为基本上呈方形或多边形。

在按本发明的一种有利的设计方案中，设备设计用于通过电缆与位置检测系统的控制单元连接，以便将信号从定位元件传输给位置检测系统的控制单元。为此，设备可以有电缆或用于电缆的接头，例如插座。作为替换方式，设备可以将定位元件的信号通过无线电装置发送给位置检测系统的控制单元。在这种无线的实施形式中，设备优选地有用于供电的装置，例如蓄电池或电池。

优选地，保持件有沿保持件纵向延伸的通道。所述通道朝保持件的两个端侧的方向敞开，因此至少医疗器械的器械尖部可穿过通道。

此外也优选的是，通道有基本上呈椭圆形的横截面。椭圆形横截面的优点尤其在于，保持件可以沿抗弯折并且已弯曲的器械尖部的器械纵轴线的弯曲区域移动。

按本发明，通过所述设备保持在医疗器械上的定位元件可以调校到医疗器械的工作点上。这例如可以通过移动实现，其中将基准点与器械尖部的工作点移近，并与此同时检测固定在器械上的定位元件的位置和定向。因此，当到达基准点时，定位元件调校到器械尖部。优选地，在器械尖部的工作点到达基准点的时刻自动调校工作点。这例如可以通过基准点上的压力传感器，或通过由于器械尖部工作点与基准点接触而闭合的电流回路实现。作为备选或补充，所述方法可以规定，作为定位元件调校到器械尖部的起始条件，检验要移近的基准点是否处于与保持在/待保持在医疗器械上的定位元件的相关的搜索扇面内部。搜索扇面可以根据器械进行不同的预设。优选地，搜索扇面设计为锥形。锥体轴线尤其同轴于器械尖部的纵轴线和/或同轴于保持件的规定用于穿过器械的通道。锥顶优选地朝向和/或优选位于定位元件中心。优选地，这样预设搜索扇面，使得当定位元件保持在医疗器械上时，器械尖部处于搜索扇面内部。

作为备选方式(或补充)，设备也可以设计为，使得当工作点(亦即例如器械尖部)以预定时间停留在基准点上时自动进行调校。在成功调校后，器械尖部的工作点的位置数据可以通过位置检测系统的由相应的定位元件所提供的位置信息确定。

特别优选的是，基准点设置在一个与位置检测系统连接并已登记的定位元件上。定位元件同样可以是器械的定位元件，所以在位置检测系统中可以方便地相互登记两个医疗器械。从而在位置检测系统内部能方便地确定基准点的准确位置。设置在定位元件上的基准点适用于在器械工作点测量新的配备有另一个定位元件的器械。这种调校过程因此也可以在手术中进行。另一个或作为备选方式的基准点可以是定位元件，它安置在病人身上并设计用于在位置检测系统内部确定病人的位置信息。

特别优选的是，基准点设计为凹槽或隆凸(例如在第二个器械上)，以便能在基准点上实现相应医疗器械的自定心。凹槽状基准点尤其适用于具有尖状器械尖部的器械与基准点的自定心，因为这种器械尖部可以插入凹槽中并且因此沿凹槽内表面导向凹槽中心。此外还优选的是，凹槽中心有另一个有较小凹槽半径的局部凹穴，器械尖部可以插入其中。由此更便于将器械尖部移近凹槽中心。设计为隆凸的基准点特别适用于调校那些包括管状的并具有内部通道的器械尖部的器械，例如抽吸器。

优选地，定位元件有传感器线圈。传感器线圈适合在具有由场发生器产生的电磁交变场的位置检测系统中使用。

特别优选的是，位置检测系统设计为能登记并同时管理多个定位元件。因此多个配备有定位元件的医疗器械的位置信息可以同时确定并图形地和/或数字地显示。管理多个定位元件可例如通过多路传输技术进行。在多路传输时，在预定的周期内控制已登记的定位元件，从而使位置检测系统在一个时刻分别只控制一个规定的定位元件。在此有利的是，位置检测系统可以区分活性和非活性的器械。因此位置检测系统可例如通过相应的过滤器隐藏非活性的器械，或者将相应的定位元件去激活，以提高活性器械的定位元件的信号稳定性。

为此，多路传输可例如配置为，使得首先激活所有定位元件并在预定的周期内进行控制。一旦检测到设置在手术区域内的器械的定位元件，便将其余定位元件去激活或消隐相应的器械，直至此活性的器械又离开手术区域。在活性器械停留在手术区域内的时间内，由位置检测系统优选地连续检测相应的定位元件。位置检测系统可优选手动地配置用于在手术区域内通过多路传输技术同时检测数量多于一个的器械，例如两个，以及当设置在手术区域内的活性器械达到此预定数量时，才将其余定位元件去激活或消隐相应的器械。

在本发明的一种备选设计方案中可以设置一种设备，以便手动地逐渐显示确定的器械和/或激活相应的定位元件。这可例如通过设置在器械杆上的压力传感器进行，当将器械把持在手中时，压力传感器自动地识别。控制单元可配置为，使相应的器械保持活性和显现，直至另一个器械被激活或逐渐显示。系统可以设计为同时管理多个活性器械。此外，系统也可以设计为，不自动地使设置在手术区域内的活化器械去激活或者消隐。由此保证，器械例如至少在它设置在手术区域内部期间保持活性。

作为备选方式，器械保持装置例如设计为能识别放在器械保持装置上的非活性器械，并将此信息进一步传给位置检测系统，以便位置检测系统将非活性器械去激活或消隐。

下面参照附图根据实施例详细说明本发明。在附图中：

图1示出医疗器械与安装在其上的定位元件的示意侧视图；

图2示出图1中的医疗器械的视图，其中在器械尖部设置有另一个定位元件；以及

图3示出控制单元和与之耦连的定位元件前部视图，其中定位元件设置在医疗器械上。

在图1中表示的医疗器械10有器械杆12和器械尖部14。器械杆12有远端杆区域12a和手柄区域12b，其中，器械尖部14的近端(proximal；亦称“接近中央的”或“近侧的”)尖部区域14b设置在远端杆区域12a上。器械杆12可以与器械尖部14设计为一体式或者设计为可彼此分离的多部件式。

器械尖部14有远端器械尖部区域14a，在其背对近端尖部区域14b的那一端设置工作点16。此外，器械尖部14还有弯曲区域15，它与远端尖部区域14a相邻。按作为备选方式的实施形式，器械尖部14也可以比图中表示的更强烈地弯曲或有更大的曲率。器械杆12和器械尖部14有基本上呈圆形的横截面。

在器械尖部14的近端尖部区域14b上，与远端杆区域12a相邻地设置定位元件20。按图中表示的实施形式，远端杆区域12a有朝器械尖部14方向延伸的锥形收缩部，它可至少部分与定位元件20啮合。定位元件20通过夹紧螺钉22固定在器械尖部的近端尖部区域上，以防止沿器械尖部14的纵轴线移动。此外，定位元件20有电缆18，用于与表示在图3中的控制单元26连接。

为了调校，可以通过基准点24将定位元件20校准到医疗器械10的工作点16上。测量或者说校准过程基本上可以自动进行，方法是手术医生将医疗器械10的工作点16与基准点24接触，并例如在此状态下停留预定的时间，例如1至2秒。作为备选方式，基准点24可例如有在此未示出的传感器，它检测工作点16与基准点24接触的瞬间，以及将相应的信号进一步传给控制单元26，由此控制单元26可以检测在工作点16与基准点24接触的时刻定位元件20的位置数据，并且因此可以完成校准或测量过程。在完成测量后，可以通过由定位元件20传输给位置检测系统的传感器信号确定医疗器械的工作点16在手术区域内的位置信息。

如由图2可知，按照本发明在医疗器械10上可以设置多个定位元件20。在此视图中，已有一个定位元件20如已在图1中所示那样设置在器械尖部14的近端尖部区域14b上，而再将另一个定位元件20保持在远端尖部区域14a上并可沿器械尖部纵轴线朝近端尖部区域14b移动。在医疗器械10上使用多个定位元件20的优点在于，这些定位元件20提供互相补充以及部分冗余的位置信息，并且由此可以由位置检测系统的控制单元26识别测量波动或测量误差。

在图2中还示出设计为锥形的搜索扇面27。搜索扇面27与在近端尖部区域14b内保持在医疗器械10上的定位元件20相关。椎体轴线z与器械尖部14的纵轴线共轴。锥形设计的搜索扇面27的锥顶指向并位于保持在近端尖部区域14b内的定位元件20的中心。因此锥形搜索扇面27从定位元件20出发并朝远端的方向延伸和扩张。优选地，它在与定位元件20间隔规定的距离处终止，并且因此定义出在所有侧面界定的搜索空间。搜索扇面27在这里规定为，使得当定位元件20保持在医疗器械10上时，器械尖部14处于搜索扇面27内部。搜索扇面27也可以有其它形状，而不一定是锥形。搜索扇面27的用途是，只在表明基准点24的由位置检测系统检测的位置数据处于由搜索扇面27展开的位置数据空间内部(落入搜索扇面内的位置数据的集合)时，才启动自动调校。在器械杆12与器械尖部14可彼此分离的这些医疗器械10的实施形式中，定位元件20可设计为能在器械杆12与器械尖部14彼此分离时直接安置在近端尖部区域14b上。在安置定位元件20后，器械杆12与器械尖部14可以重新互相连接。

作为备选方式规定一些实施形式，其中定位元件20可以安置在器械杆12上。为此，原则上适用与固定在器械尖部14上时同样的保持件，在这种情况下应考虑器械杆12的尺寸。

按本发明，控制单元26(如图3所示)可以与多个定位元件20优选分别通过一条电缆18连接。在此，在一个医疗器械10上能分别设置一个或多个定位元件20。此外，定位元件20可以设置在不同的医疗器械10上，在图3中只表示了其中一种医疗器械10。控制单元26可以有过滤器，以消隐那些例如设置在图中没有表示的器械保持件上的非活性器械10。由此提高活性器械10的信号稳定性。

附图标记清单

10 医疗器械

12 器械杆

12a 远端杆区域

12b 手柄区域

14 器械尖部

14a 远端尖部区域

14b 近端尖部区域

15 弯曲区域

16 工作点

18 电缆

20 定位元件

22 夹紧螺钉

24 基准点

26 控制单元

27 搜索扇面

z 椎体轴线

Claims (15)

1.一种用于将医疗器械连接在位置检测系统上的设备，具有定位元件，其中，医疗器械具有器械杆、器械尖部和工作点，其中，在设备上设置有至少一个定位元件，用于确定设备在位置检测系统的坐标系内部的位置信息，其中，设备具有至少一个用于固定在医疗器械上的保持件，以及定位元件具有用于位置检测系统中的传感器线圈，其具有由场发生器产生的电磁交变场，并且设备能够通过电缆与位置检测系统的控制单元连接，以便将信号从定位元件传输给位置检测系统的控制单元，其特征在于，所述设备具有布置在定位元件上的基准点，所述基准点的准确位置能够在位置检测系统的坐标系内部确定，并且借助所述基准点能够通过将另一个医疗器械的器械尖部与所述设备的所述基准点置于接触自动地测量位置检测系统中的另一个医疗器械的器械尖部。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述保持件具有器械安装座，其中，医疗器械的至少一个部分区段能够与器械安装座啮合，并且能够通过所述设备的至少一个固定件固定在器械安装座上。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征为，所述固定件包括螺钉，所述螺钉能够这样旋拧在设备中，使得最终所述设备的优选削平的螺钉头压靠在器械杆的被器械安装座围绕的区段上，以便由此将医疗器械保持在器械安装座内。

4.按照权利要求2或3所述的设备，其特征为，所述固定件具有夹紧装置。

5.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述设备具有用于容纳定位元件的传感器支座。

6.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述定位元件不可拆卸地安装在保持件上。

7.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述设备具有基本上呈柱形的外表面。

8.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述保持件具有沿纵向延伸的通道，其中，所述通道朝保持件的两个端侧的方向敞开，至少医疗器械的器械尖部能够穿过所述通道。

9.按照权利要求8所述的设备，其特征为，所述通道具有基本上呈椭圆形的横截面。

10.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述设备在基准点上具有压力传感器或者电流回路，所述电流回路能够通过器械尖部的工作点与基准点的接触而闭合。

11.按照权利要求1所述的设备，其特征为，所述基准点设计为凹槽或隆凸。

12.按照权利要求11所述的设备，其特征为，所述凹槽具有中心，其中，凹槽的中心具有另一个有较小凹槽半径的局部凹穴。

13.一种应用按照前述权利要求中任一项所述的设备的方法，所述设备与医疗器械(10)相连，用这种方法能够将通过设备保持在医疗器械上的定位元件调校到医疗器械的工作点上，在此方法中使基准点与器械尖部的工作点移近，并且同时检测保持在器械上的定位元件的位置和定向，其中，在器械尖部的工作点到达基准点的时刻自动调校工作点，或者当工作点停留在基准点上一段预定的时间时进行自动调校。

14.按照权利要求13所述的方法，其中，自动调校通过基准点上的压力传感器或者通过由于器械尖部的工作点与基准点的接触而闭合的电流回路实现。

15.按照权利要求13或14所述的方法，其中，作为将定位元件调校到器械尖部的起始条件，检验要移近的基准点是否处于与保持/待保持在医疗器械上的定位元件的相关的、由搜索扇面展开的位置空间内部。