DE10151398B4

DE10151398B4 - Vorrichtung zur Adaption chirurgischer Instrumente als Zeigereinrichtung

Info

Publication number: DE10151398B4
Application number: DE10151398A
Authority: DE
Inventors: Udo Warschewske; Karl-Heinz Reinwald
Original assignee: Schaerer Mayfield USA Inc
Current assignee: Renishaw Mayfield SA
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: EP1437978A1; DE10151398A1; WO2003034933A1; US20050043610A1

Abstract

Vorrichtung zur Adaption chirurgischer Instrumente als Zeigereinrichtungen in einem Neuro-Navigationssystem oder einem System zur Kontrolle chirurgischer Eingriffe, umfassend einen Magnetfeldsensor, eine Aufnahmevorrichtung für ein chirurgisches Instrument (2) und einen Sensor mit einer Verriegelungsmöglichkeit für das aufgenommene chirurgische Instrument (2)
dadurch gekennzeichnet,
dass das chirurgische Instrument (2) eindeutig zuordenbar zur Aufnahmevorrichtung ausgestaltet ist, wobei das chirurgische Instrument (2) mit einem dieses bezeichnenden Adapteraufsatz (9) mit Vierkant- oder Mehrkantprofil (4) versehen und die Aufnahmevorrichtung mit einer lichten inneren Führung mit korrespondierenden Vierkant- oder Mehrkantprofil (10) zur formschlüssigen Aufnahme des Adapteraufsatzes (9) versehen ist,
dass eine exakte Positionierung des chirurgischen Instrumentes (2) bezüglich des Magnetfeldsensors durch die Aufnahmevorrichtung gesichert ist;
dass während der Benutzung des chirurgischen Instrumentes (2) ein unbeabsichtigtes Lösen und/oder eine Lageveränderung des chirurgischen Instruments (1) an der Aufnahmevorrichtung bezüglich des Magnetfeldsensors durch eine Verriegelung oder Sicherungseinrichtung ausgeschlossen ist und
dass ein rascher und einfacher, eine...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Adaption chirurgischer Instrumente als Zeigeeinrichtung in einem Neuro-Navigationssystem oder einem System zur Kontrolle chirurgischer Eingriffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Operative Eingriffe, die in einer anatomisch kompliziert gebauten und damit höchste Ansprüche an die Genauigkeit der operativen Abläufe stellenden Körperregion stattfinden, werden in einem steigenden Maße unter Verwendung von den Operateur unterstützenden Navigationssystemen durchgeführt, bei denen der Operateur unter Zuhilfenahme zusätzlicher diagnostischer Technik, die ihm die exakte anatomische Lage der krankhaft veränderten Körperregion anzeigt, arbeitet. Dazu wird mittels eines räumliche Darstellungen erlaubenden diagnostischen Verfahrens, wie z.B. der Kernspin- oder Computertomographie, vor der Operation ein detailliertes Bild des zukünftigen Operationsfeldes und insbesondere des zu entfernenden oder zu behandelnden krankhaft veränderten Körperbereichs erstellt und in einer Bilddatenbank gespeichert.

Während der Operation dient eine Trackingeinrichtung dazu, die momentane Lage eines das Operationsfeld abtastenden Sensors zu detektieren, dem Operateur auf einem Monitor anzuzeigen und dies mit den aus der erstellten Bilddatenbank stammenden Daten zu vergleichen. Auf diese Weise ist es möglich, das zu therapierende Gebiet eindeutig und genau zu lokalisieren. Diese unter anderem als Neuro-Navigations-System bezeichnende Vorrichtung kommt insbesondere in der Hirnchirurgie zur Anwendung, gehört zum bekannten Stand der Technik und ist aus der gattungsbildenden WO 96 08 209 A2 bekannt. Hierbei ist die Trackingeinrichtung als ein System von Magnetfeldtransmitter und Magnetfeldsensor ausgeführt, dass innerhalb des Navigationsgebietes die Position des Sensors über eine Bestimmung der Magnetfeldstärke feststellt.

Gemäß der DE 199 09 816 A1 werden ein Navigationssystem zur Durchführung und Unterstützung chirurgischer Eingriffe, eine Markierungseinrichtung sowie ein Zeiger und Trackingeinrichtungen beschrieben. Dabei muss die Zeigereinrichtung vor der Nutzung in einen Einmessprozedur vermessen werden. Eine Adaption chirurgischer Instrumente als Zeigerinstrument ist aus diesem Dokument nicht bekannt.

Die DE 199 06 094 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortsbestimmung stereotaktischer Instrumente im Rahmen eines Eichverfahrens in einer Laborkonstruktion.

In der DE 196 29 646 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Identifikation von Komponenten medizinischer Gerätesysteme offenbart. Hierbei werden charakteristische Kenndaten eines medizinischen Geräts, etwa eines Endoskops, automatisch erfasst. Ein Einsatz im Rahmen eines chirurgischen Navigationssystems oder eine Verwendung von Instrumenten als Zeigerinstrument ist nicht vorgesehen.

In der DE 36 89 744 T2 ist ein Adapter zur Unterstützung gehirnchirurgischer Eingriffe offenbart, der insbesondere einen Ultraschallwandler in einem hirnchirurgischen Operationsgebiet zweckmäßig positionieren soll.

Als weiterer Stand der Technik ist auch auf die US 5,693,042 A und die US 5,711,299 A zu verweisen.

Vorteilhaft wäre es, den Sensor mit dem Instrument geeignet zu vereinen und das Instrument somit selbst als Zeigerinstrument einsetzen zu können. Die Lösung einer derartigen Aufgabe muss eine möglichst einfache und wenig kostenintensive Befestigung des Sensors am chirurgischen Instrument ermöglichen, die Befestigung selbst darf die

Handhabung des Instrumentes nicht erschweren oder behindern, sie muß stabil und gegen unbeabsichtigtes Lösen sowie Lageveränderungen des Sensors in Bezug zur Instrumentenspitze gesichert sein und einen schnellen und komplikationslosen Austausch der Instrumente ermöglichen. Insbesondere der letzte Punkt der Problemstellung bereitet einige Schwierigkeiten, da die gesuchte Lösung ein automatisches Laden der Kalibrierungsdaten ermöglichen soll, um eine aufwendige Eichung der Instrumente vor oder während der Operation zu vermeiden. Die Befestigung des Sensors am chirurgischen Instrument muß demnach sensitiv auf die Art des Instrumentes selbst sein.

Die Lösung der oben genannten Aufgabenstellung der Erfindung erfolgt mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Aus- und Weiterbildungen darstellen.

Die Befestigung des Magnetfeldsensors erfolgt erfindungsgemäß durch eine Aufnahmevorrichtung, die über vorwiegend formschlüssige Verbindungen zwischen Magnetfeldsensor und chirurgischem Instrument alle gestellten Probleme sowohl hinsichtlich der erforderlichen unikaten Verbindung als auch der notwendigen Stabilität sowie der schnellen Austauschbarkeit löst.

Die Vorrichtung besteht aus einem Adapteraufsatz, der auf dem chirurgischen Instrument befestigt ist, einer Aufnahmevorrichtung für den Magnetfeldsensor und Ausgestaltungen zur stabilen Verbindung zwischen Adapteraufsatz und Magnetfeldsensoraufnahme.

Dabei wird das mit dem Adapteraufsatz versehene chirurgische Instrument in eine dafür vorgesehene Adapteraufnahmevorrichtung in der Magnetfeldsensoraufnahme eingeführt. Der Adapteraufsatz und dementsprechend dazu die Adapteraufnahmevorrichtung sind so geformt, daß ein Verdrehen des chirurgischen Instrumentes in der Adapterauf nahmevorrichtung nicht möglich ist. Zweckmäßigerweise wird dies durch einen Vierkant oder eine damit vergleichbare Form ermöglicht.

Die eindeutige Zuordnung der Magnetfeldsensoraufnahme zum entsprechenden chirurgischen Instrument wird durch im wesentlichen in Längsform auf dem z.B. Vierkant des Adapteraufsatzes angeordnete Stege, sowie analog dazu in der Adapteraufsatzaufnahme eingearbeitete Vertiefungen ermöglicht. Abhängig von der konkreten Art des chirurgischen Instrumentes, das mit dem ihm entsprechenden Magnetfeldsensor verbunden wird, ist die Breite und Form der Stege auf dem Vierkant des Adapteraufsatzes, bzw. der ihnen entsprechenden Vertiefungen in der Adapteraufsatzaufnahme gestaltet, so daß das entsprechende chirurgische Instrument wie ein Schloß nur zu der ihr zugehörigen Magnetfeldsensoraufnahme paßt und so Verwechslungen unmöglich gemacht werden.

Die exakte Positionierung des Instrumentes in Längsrichtung wird dadurch gewährleistet, daß die Adapteraufsatzaufnahme mit einem Anschlag ausgerüstet ist und mit der Verriegelung zwischen Magnetfeldsensoraufnahme und Adapteraufsatz derart zusammenwirkt, daß eine Verriegelung der Verbindung nur möglich ist, wenn das chirurgische Instrument mit seinem Adapteraufsatz bis zum Anschlag in die Adapteraufsatzaufnahme eingeführt ist.

Zum Verriegeln der Verbindung dient eine am Adapteraufsatz eingearbeitete Form, zweckmäßigerweise eine Vertiefung in Form einer Kehlung. Über eine in der Magnetfeldsensoraufnahme angebrachte Bohrung wird ein an einer Stelle seiner Mantelfläche abgeflachter Profilzylinder in der Weise geführt, daß seine Rundung bei geschlossener Verriegelung in die Kehlung des Adapteraufsatzes formschlüssig eingreift. Der Profilzylinder wird hierbei mittels eines Verriegelungshebels in die entsprechende Stellung gedreht.

Der Verriegelungshebel selbst ist gegen ein unbeabsichtigtes Verdrehen aus seiner Verriegelungsstellung gesichert. Hierzu dient eine Ausgestaltung des Verriegelungshebels, die zweckmäßigerweise formschlüssig mit dem ihr entsprechenden Gegenstück an der Außenseite der Magnetfeldsensoraufnahme in Verrieqelungsstellung eingreift.

Die Lage der Kehlung am Adapteraufsatz ist dabei so bemessen, daß sich die Rundung des Profilzylinders der Verriegelung nur in die Kehlung drehen läßt, wenn der Adapteraufsatz bis zum Anschlag in die Adapteraufsatzaufnahme eingeschoben ist. Die Vorrichtung läßt sich also nur dann verriegeln, wenn das richtige chirurgische Instrument korrekt mit der Magnetfeldsensoraufnahme verbunden ist.

Zeckmäßigerweise können weitere Ausgestaltungen der beschriebenen Vorrichtung vorhanden sein, wie z.B. ein Taster und dergleichen Bedienelemente zur Inbetriebnahme, bzw. zum Abschalten des Magnetfeldsensors und zur Steuerung seiner Funktion.

Die Erfindung soll nun im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Anwendungsbeispiel näher beschrieben werden.
Hierbei zeigen:
1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung Magnetfeldsensoraufnahme im Verbund mit dem chirurgischen Instrument, in diesem Falle einem chirurgischen Sauger;
2a die Magnetfeldsensoraufnahme in Vorderansicht;
2b die Magnetfeldsonsoraufnahme in Seitenansicht bzw. aus der Sicht des Operateurs;
3a, b eine Darstellung des Adapteraufsatzes auf dem chirurgischen Sauger und
4 eine Darstellung der Verriegelung mit Verriegelungshebel und Profilzylinder.
Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel besteht aus der Magnetfeldsensoraufnahme 1, die den chirurgischen Sauger 2 umschließt. Die Magnetfeldsensoraufnahme 1 nimmt die Verriegelung 3 sowie den in 3a, b näher dargestellten Adapteraufsatz 9 auf. Die Magnetfeldsensoraufnahme 1 enthält in ihrem Inneren ein durchgängiges lichtes Vierkantprofil 4 mit Vertiefungen 5, sowie eine Ausnehmung 6 zur Aufnahme des Magnetfeldsensors. Desweiteren enthält die Magnetfeldsensoraufnahme 1 eine Bohrung 7 zur Aufnahme des Profilzylinders der Verriegelung 3. Weiterhin ist eine weitere Ausnehmung in Form einer Blindbohrung 8 vorgesehen, die zur Arretierung des Verschlusses 3 dient.
Der Adapteraufsatz 9 ist auf dem chirurgischen Sauger 2 kraftschlüssig montiert. Er besteht im Wesentlichen aus einem Vier- oder Mehrkant 10, der mit sich in Längsrichtung des Profil erstreckenden Erhöhungen in Form von Stegen 11 ausgestaltet ist. Die Stege 11 sind so bemessen, daß der Adapteraufsatz 9 in den lichten Vier- oder Mehrkant 4 der Magnetsensoraufnahme 1 nur dann eingeführt werden kann, wenn diese in die Vertiefungen 5 formschlüssig passen. Da die Stege 11 bzw. die Vertiefungen 5 so ausgeführt sind, daß ihre Maße eindeutig auf ein gewisses chirurgisches Instrument verweisen, ist gewährleistet, daß nur das chirurgische Instrument 2 mit dem ihm entsprechenden Adapteraufsatz 9 in die zugehörige Magnetsensoraufnahme 1 eingeführt und Fehlzuordnungen vermieden werden.
Eine sichere Arretierung des chirurgischen Instruments 2 wird zum einen durch das Vier- oder Mehrkantprofil 10 erreicht, womit ein Verdrehen des chirurgischen Instrumentes 2 in der Magnetsensoraufnahme 1 vermieden wird. Zum anderen weist der lichte Vierkant 4 an seinem der Instrumentenspitze zugewiesenen Ende einen Anschlag auf, der ein zu weites Hineinschieben des Adapteraufsatzes 9 verhindert. Zusammen mit der Kehlung 12 und dem Profilzylinder 13 der Verriegelung 3 ist der Adapteraufsatz 9 in seiner Längsrichtung eindeutig im Vier- oder Mehrkant 4 der Magnetsensoraufnahme 1 in seiner Lage fixiert, sobald die Verriegelung 3 geschlossen ist.
Die Verriegelung 3 besteht aus dem Profilzylinder 13, dem Verriegelungshebel 14 und einer Noppe 15, Der Profilzylinder 13 ist auf einer Seite seiner Mantelfläche so abgeflacht, daß diese Abflachung bündig mit der Oberfläche des lichten Vierkants 4 abschließen kann, wenn die Verriegelung 3 geöffnet ist. Dann ist das Einführen des Adapteraufsatzes bis zum Anschlag möglich. Ist dies der Fall, schließt die Kehlung 12 bündig mit der Krümmung Bohrung 7 ab, und der Profilzylinder kann mit seinem gekrümmten Mantelteil mit Hilfe des Verriegelungshebels 14 in die Kehlung 12 gedreht werden, so daß ein Gleiten des Adapteraufsatzes 9 in Längsrichtung nicht mehr möglich ist.
Der Verschhußhebel 14 ist, sobald der verschlossene Zustand eingenommen wird, an der Außenfläche der Magnetsensoraufnahme 1 arretierbar. Hierzu greift die Noppe 15 in die auf der Außenfläche der Magnetsensoraufnahme 1 gelegene Blindbohrung 8 ein und wird durch die elastische Spannung des Verriegelungshebels 14 in dieser Lage gehalten.
Als weitere Ausgestaltung der beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, beispielsweise einen Taster vorzusehen, der in die Sensoraufnahme intergriert ist, und mit dessen Hilfe sich der Betrieb des Magnetsensors den jeweiligen Erfordernissen des Operationsgeschehens anpassen läßt.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zur Verdeutlichung der beigefügten Figuren dient die folgende Bezugszeichenliste. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile die selben Bezugsziffern verwendet.

1: Magnetsensoraufnahme
2: Chirurgisches Instrument (chirurgischer Sauger)
3: Verschluß
4: Vier- oder Mehrkant
5: Vertiefungen
6: Ausnehmung zur Aufnahme des Magnetfeldsensors
7: Bohrung
8: Blindbohrung
9: Adapteraufsatz
10: Vier- oder Mehrkant
11: Stege
12: Kehlung
13: Profilzylinder
14: Verschlußhebel
15: Noppen

Claims

Vorrichtung zur Adaption chirurgischer Instrumente als Zeigereinrichtungen in einem Neuro-Navigationssystem oder einem System zur Kontrolle chirurgischer Eingriffe, umfassend einen Magnetfeldsensor, eine Aufnahmevorrichtung für ein chirurgisches Instrument (2) und einen Sensor mit einer Verriegelungsmöglichkeit für das aufgenommene chirurgische Instrument (2) dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Instrument (2) eindeutig zuordenbar zur Aufnahmevorrichtung ausgestaltet ist, wobei das chirurgische Instrument (2) mit einem dieses bezeichnenden Adapteraufsatz (9) mit Vierkant- oder Mehrkantprofil (4) versehen und die Aufnahmevorrichtung mit einer lichten inneren Führung mit korrespondierenden Vierkant- oder Mehrkantprofil (10) zur formschlüssigen Aufnahme des Adapteraufsatzes (9) versehen ist, dass eine exakte Positionierung des chirurgischen Instrumentes (2) bezüglich des Magnetfeldsensors durch die Aufnahmevorrichtung gesichert ist; dass während der Benutzung des chirurgischen Instrumentes (2) ein unbeabsichtigtes Lösen und/oder eine Lageveränderung des chirurgischen Instruments (1) an der Aufnahmevorrichtung bezüglich des Magnetfeldsensors durch eine Verriegelung oder Sicherungseinrichtung ausgeschlossen ist und dass ein rascher und einfacher, eine Eichung des Magnetfeldsensors vermeidender Ein- und Ausbau des chirurgischen Instrumentes (2) in die Aufnahmevorrichtung gegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapteraufsatz (9) kraftschlüssig mit dem chirurgischen Instrument (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapteraufsatz (9) an seiner Unterseite eine Kehlung (12) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapteraufsatz (9) zusätzlich mit einer mindestens auf einer seiner Flächen vorgesehenen und im wesentlichen in Längsrichtung des Adapteraufsatzes (9) verlaufenden Profilstruktur versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung der Profilstruktur je nach vorliegendem Instrumententyp in einer dem Instrumententyp eindeutig zugeordneten und diesen bezeichnenden Weise ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahmevorrichtung (6) für einen Magnetfeldsensor vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Führung mit einem Anschlag für den Adapteraufsatz (9) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung an ihrer inneren Führung eine in Längsrichtung verlaufende Struktur aus Vertiefungen (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestaltung der Vertiefungsstruktur (5) im Vier- oder Mehrkantprofil (4) der Aufnahmevorrichtung eine eindeutige Zuordnung zu den Vorsprüngen (11) der Profilstruktur des Vier- oder Mehrkantprofils (10) des Adapteraufsatzes (9) und damit zum Instrumententyp aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die am Vier- oder Mehrkantprofil (10) des Adapteraufsatzes (9) vorgesehene Profilstruktur formschlüssig passend zu der Vertiefungsstruktur (5) der an der Magnetfeldsensoraufnahme (1) vorhandenen Aufnahmevorrichtung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungsvorrichtung (3) bestehend aus einem Verriegelungshebel (14) und einem Profilzylinder (13) wischen Magnetfeldsensoraufnahme (1) und Adapteraufsatz (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilzylinder (13) mindestens eine halbkreisförmige Noppe oder einen Nocken aufweist, die bzw. der im verriegelten Zustand in die am Adapteraufsatz (9) vorhandene Kehlung (12) der Ausnehmung formschlüssig eingreift.
Vorrichtung nach Anspruch 6 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Verriegelungshebel (14) vorhandene Noppe (15) vorgesehen ist, die an eine an der Außenseite der Magnetfeldsensoraufnahme (1) vorgesehene Vertiefung (8) in der Weise formschlüssig eingreift, dass eine unbeabsichtigte Bewegung des Verriegelungshebels (14) vermieden wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Anschlags der Aufnahmevorrichtung auf die Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung (3) so abgestimmt ist, dass eine Betätigung des Verschlusses nur dann möglich ist, wenn der Adapteraufsatz (9) bis zum Anschlag in die Aufnahmevorrichtung eingeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Taster und/oder -Bedienelemente für die Steuerung des Betriebes des Magnetfeldsensors vorgesehen sind.