DE69112538T2

DE69112538T2 - Computerunterstützte chirurgische Vorrichtung.

Info

Publication number: DE69112538T2
Application number: DE69112538T
Authority: DE
Inventors: Simon Raab
Original assignee: FARO MEDICAL TECHNOLOGIES Inc
Current assignee: FARO MEDICAL TECHNOLOGIES Inc
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1991-07-25
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-07-26
Also published as: DE69112538D1; ATE126994T1; EP0469966B1; EP0469966A1

Description

Die Erfindung betrifft eine computergestützte chirurgische Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung solch eine Vorrichtung, die einem praktischen Arzt beim genauen Positionieren chirurgischer Instrumente zum Durchführen chirurgischer Prozeduren an, oder Untersuchungen von, einem Patienten heifen.
Viele chirurgische Prozeduren, insbesondere auf dem Gebiet der orthopädischen Chirurgie und Neurochirurgie, involvieren die sorgfältige Anordnung und Manipulation von Meßköpfen, Schneidwerkzeugen, Bohrern und Sägen unter einer Vielzahl von chirurgischen Instrumenten.
Mechanische Vorrichtungen sind erhältlich, die für unterschiedliche chirurgische Prozeduren verwendet werden, um dem Chirurgen zu helfen, die chirurgischen Instrumente zu führen, so daß eine genaue Ausrichtung sichergestellt ist. Diese Ausrichtungsmechanismen müssen zu bestimmten anatomischen Kennungsmarken in Beziehung gebracht werden, und die Aufbauzeit der verschiedenen Ausrichtungseinstellvorrichtungen kann einen erheblichen Anteil der kompletten Dauer des chirurgischen Verfahrens einnehmen.
Wenn chirurgische Prozeduren benötigt werden für, beispielsweise, nicht exponierte Tumoren oder dergleichen, wird Fluroskopie verwendet, um dem Chirurgen die Position und die Orientierung für die chirurgische Prozedur anzuzeigen. Dies hat den Nachteil, daß ein Patient und der Arzt Strahlung ausgesetzt werden. Zusätzlich ist die Genauigkeit weniger als adäquat für genaue Anforderungen beim Operieren.
Außerdem besteht bei Prozeduren, die im Zusammenhang stehen mit dem Schneiden von Knochenteilen zwecks Austauschen von Zwischenstücken, Bruchreparatur oder Deformationskorrektur, unter anderem, das Problem der Werkzeugorientierung, wie beim Bohren von Punkt zu Punkt, Sägen, Anordnen von Ebenen in bestimmten Orientierungen mit anderen Ebenen in bestimmter Orientierungen etc. Die Probleme der dreidimensionalen Steuerung von chirurgischen Instrumenten werden furchterregend. Wie oben erwähnt, existieren einige Einstelleinrichtungen für das Durchführen von beschränkten Prozeduren, die das sichere und reproduzierbar Orientieren von Werkzeugen ermöglichen. Jedoch haben diese den Nachteil, daß sie noch nicht einmal anpaßbar an Variationen sind, die während chirurgischer Prozeduren auftreten. Außerdem lassen die Grenzwerte bezüglich der Ungenauigkeit, die für zufriedenstellende Resultate während einer Operation erlaubbar sind, viele der gegenwärtig akzeptierten Techniken für chirurgische Instrumentensteuerung unakzeptierbar werden.
Obwohl das Gebiet der dreidimensionalen Darstellung, wie in MRI-Techniken (Magnetresonanzabbilden) und CAT-Scans (computerunterstützte Tomographie) dargestellt, einen Reichtum an dreidimensionaler Information bezüglich der Anordnungen von, beispielsweise, nicht exponierten Tumoren, liefert, besteht gegenwärtig keine Schnittstelle zwischen dieser Information und den chirurgischen Verfahren, die Abhilfmittel bereitstellen. Benötigt wird eine Vorrichtung, die die Information des dreidimensionalen Abbildungssystems von dem Bezugssystem des dreidimensionalen Abbildungssystems zu einem Bezugssystem der Vorrichtung transponieren kann.
U.S. Patent 4,473,074, Vassiliadis, 25. September 1984, lehrt eine Vorrichtung, die einen Laserstrahl zum Durchführen von mikrochirurgischen Verfahren bereitstellt. Die Vorrichtung des '074 Patents weist keine Geräte zum Bereitstellen einer elektronischen Rückkopplung der dreidimensionalen Information von dem dreidimensionalen Abbildungssystem zwecks Präsentation und Rückversicherung für den Chirurgen dar, um somit die notwendige Rückkopplungsschleife zu vollenden, so daß das Instrument voll zum Einsatz kommt bei komplexen Prozeduren. Zusätzlich kann die Vorrichtung des '074 Patents nur zum Ausrichten eines Laserstrahls auf ein exponiertes Ziel verwendet werden, so daß sie nicht anwendbar für chirurgische Prozeduren von nicht exponierten Bereichen eines Patienten ist.
Das Dokument EP-A-0 326 768 offenbart eine computergesteuerte chirurgische Vorrichtung gemäß den Oberbegriff von Anspruch 1, das signifikante Verbesserungen gegenüber vorherigen Technologien beim Helfen eines praktischen Arztes beim genauen Positionieren chirurgischer Instrumente zum Durchführen chirurgischer Prozeduren an, wie Untersuchungen von, einem Patienten, wie Lochbohren, Knochensägen, Abstandsmessen und Anordnen (z.B. Punkt zu Punkt Abstand, Sacklochanordnung), und stereotaxisches Zielen und Anordnen, liefert.
Genauer gesagt enthält diese Vorrichtung eine computerbetriebene Präzisionsinstrumentenanbringung, die an ein chirurgisches Instrument angebracht ist und dem Chirurgen eine instantane und kontinuierliche Rückkopplung bezüglich der dreidimensionalen Orientierung des Werkzeuges liefert.
Diese Verbindungsvorrichtung kann auch als ein unabhängiger Anatomiepunktcodierer verwendet werden, so daß wichtige Bezugskennmarken lokalisiert und anschließend als Bezugspunkte für die Operation verwendet werden können.
Diese Vorrichtung eliminiert zeitaufwendiges Aufbauen von Einstellvorrichtungen und anderen Vorrichtungen zum Führen der Instrumente, wobei die Vorrichtung wirklich eine intelligente Einstellvorrichtung ist, die dazu fähig ist, sich an die Extravaganzen und unerwarteten Entwicklungen anzupassen, mit denen man oft während einer Operation konfrontiert wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, solch eine Vorrichtung zu liefern, die Bewegung zwischen dem Bereich des Patienten von Interesse und einem Bezugssystem der Vorrichtung ermöglicht.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine computergestützte chirurgische Vorrichtung nach Anspruch 1 geliefert.
Die Erfindung wird besser verstanden durch ein Durchgehen der folgenden Beschreibung, zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, wobei:
Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht der Vorrichtung in Zusammenarbeit mit einem Patienten auf einem Operationstisch ist;
Fig. 2 den rollenden Ständer, den Monitor und das Elektrogoniometer darstellt;
Fig. 3 ein Mittel zum Verbinden von chirurgischen Instrumenten mit dem Elektrogoniometer darstellt;
Fig. 4 eine detailliertere Ansicht des Bezugsblocks ist;
Fig.en 5, 6, 7 und 8 darstellen, wie die zweifachselbst verrastende Schraube (DSIS) an einen Knochen eines Patienten angebracht wird;
Fig. 8A eine Alternative zu dieser DSIS darstellt;
Fig. 9 die erste Verbindung zu der DSIS darstellt;
Fig. 10 die komplette Verbindung zwischen der DSIS und dem Bezugsblock der Vorrichtung darstellt;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht längs XI-XI von Fig. 9 ist (wobei der Schaft entfernt ist);
Fig. 12 eine Querschnittsansicht durch XII-XII von Fig. 9 ist (wobei der Schaft entfernt ist);
Fig.en 13 und 14 Beispiele von Schirmanzeigen zum Helfen bei Bohrprozeduren sind;
Fig.en 15 und 16 Beispiele von Schirmanzeigen zum Helfen bei Sägeprozeduren sind;
Fig.en 17 und 18 Beispiele von Schirmanzeigen zum Helfen bei Wirbelsäulenkrümmungsmessungsprozeduren sind;
Fig. 19 eine Schirmanzeige zum Helfen bei einer Implantatanordnungsprozedur ist; und
Fig. 20 eine Ausführungsform darstellt, die gemäß der Erfindung eine Alternative zu der in Fig. 10 dargestellten Verbindung ist.
Die Vorrichtung der Figuren 1 bis 19 ist bereits in dem Dokument EP-A-0 326 768 offenbart.
Bezugnehmend auf Fig. 1, eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit mehreren Aspekten der Erfindung, die im allgemeinen mit 1 dargestellt ist, ist angeordnet zum Operieren eines Patienten 3, der auf einem Operationstisch 5 liegt. Die Vorrichtung enthält ein Instrumentenpositionsbestimmungsmittel, beispielsweise ein Elektrogoniometer 7, das vorzugsweise von dem in meinem U.S. Patent 4,571,834 beschriebenen Typ ist. Das Elektrogoniometer mit sechs Freiheitsgraden ist so ausgestaltet, daß es einfachen Zugriff zu jedem Teil des Patienten in dem Operationsraum liefert. Chirurgische Instrumente sind mit dem freien Ende 7a des Elektrogoniometers verbunden. Das andere Ende des Elektrogoniometers ist mit einem Bezugsblock 9 verbunden, der unten vollständiger diskutiert wird.
Um Bewegung des Elektrogoniometers und des Bezugsblocks zu verschiedenen Positionen längs des Patienten zu erlauben, sind der Bezugsblock und das Elektrogoniometer mit einem schwingenden, ausgewuchteten Arm 11 verbunden. Das andere Ende des ausgewuchteten Arms ist mit einem aufrechten Pfosten 13 eines Rollständers 15 verbunden. Der aufrechte Pfosten 13 trägt ferner einen Monitortragearm 17, der einen Monitor 19, vorzugsweise einen Farbmonitor, trägt.
Der schwingende, ausgewuchtete Arm 11 kann aus zwei Teilen, 10 und 12, bestehen, die relativ zueinander drehbar sind, und der Bereich 10 ist relativ zu dem aufrechtstehenden Pfosten 13 drehbar. Auf eine ähnliche Weise ist der Monitortragearm 17 relativ zu dem aufrechtstehenden Pfosten 13 drehbar, so daß seine Position für die bessere Sicht des Chirurgens geändert werden kann.
Ein Fußpedalschalter 21 ist zum Steuern der Anzeigen auf dem Monitor 13 bereitgestellt, und ein entfernt angeordneter Computer 23 führt Rechnungen zum Bereitstellen der Anzeigen auf dem Monitor durch.
Sich zu Fig. 2 wendend, der rollende Ständer 15 umfaßt Rollen 25, um die Vorrichtung in verschiedene Positionen entlang des Operationstisches zu rollen. Das Elektrogoniometer und der schwingende, ausgewuchtete Arm sind von einer rohrförmigen, sterilen Abgrenzung 27 umgeben, um die Integrität des sterilen Gebiets um den Patienten herum aufrechtzuerhalten. Instrumente, die an das Ende 7a des Elektrogoniometers angebracht sind, sind sterilisierbar in einer Autoklave, um die Integrität des sterilen Gebiets aufrechtzuerhalten.
Ein Verfahren zum Anbringen des chirurgischen Instruments an das Ende 7a des Elektrogoniometers ist in Fig. 3 dargestellt. Wie gesehen werden kann, besteht dieser aus einem V-Block 29, der innerhalb der rohrförmigen, sterilen Abgrenzung 27 angeordnet ist. Das Instrument selbst enthält einen zusammenpassende V-Block 31, und das hervorragende V von 31 ist in das ausgezackte V von 29 einfügbar. Ein Stift, wie 32, erstreckt sich durch ausgerichtete Öffnungen sowohl in 29 als auch in 31. Dieser Verbindungsmechanismustyp stellt sicher, daß die Position und Orientierung des Instruments relativ zu dem Elektrogoniometer während der kompletten Operation fixiert ist.
Nun wechselnd zu Fig. 4, der Bezugsblock enthält eine Bezugsrückplatte 33, Bezugsoberflächen 35, Bezugslöcher 37 und eine V-förmige, rillenartige Bezugsausbohrung 39. Der Zweck dieser Elemente des Bezugsblocks, wie unten gesehen werden wird, ist, die Position, Orientierung und Länge der verschiedenen chirurgischen Instrumente sowie die Sicherheit der Installation der Instrumente zu erfassen.
Es kann auch in Fig. 4 gesehen werden, daß der Bezugsblock mit dem schwingenden, ausgewuchteten Arm 11 über einen Kugelträger 41 verbunden ist, der eine Kugelverbindung enthält, so daß sphärische Bewegung des Bezugsblocks relativ zu dem Arm 11 möglich ist.
Von einer Durchsicht des oben zitierten U.S. Patents 4,571,834, wird es klar werden, daß die Position 7a des Elektrogoniometers relativ zu dem Bezugsblock in einem dreidimensionalen Koordinatenbezugssystem (oder vielleicht genauer ein Punkt auf dem Bezugsblock) konstant von dem Computer, der Eingaben von den Transducern empfängt, die mit den verschiedenen Teilen des Elektrogoniometers verbunden sind, errechnet werden wird. Es wird auch deutlich sein, daß die Abmessungen der chirurgischen Instrumente, insbesondere der Ort des Operationsbereichs des chirurgischen Elements relativ zu dem Ende 7a des Elektrogoniometers, sowohl bekannt als auch verifiziert durch Tests mit dem Bezugsblock sein werden, wie unten beschrieben. Demgemäß wird die Position des Operationsbereichs des chirurgischen Instruments konstant von dem Computer 23 berechnet, wie in U.S. Patent 4,571,834 beschrieben, und diese Position kann daher kontinuierlich auf dem Monitor 19 angezeigt werden.
Der die Position und Orientierung des chirurgischen Instruments relativ zu dem Bezugsblock bestimmt wird, ist es wünschenswert, eine bekannte Separation und Beziehung zwischen dem Bereich des Patienten, in welchem Operationsprozeduren durchgeführt werden sollen, und dem Bezugsblock aufrecht zu halten. Da der Bereich, in welchem chirurgische Prozeduren durchgeführt werden, unter Umständen von Zeit zu Zeit während dieser chirurgischen Prozeduren bewegt werden muß, ist es wünschenswert, daß die Mittel zum Aufrechterhalten der Beziehung Elektrogoniometermittel (wie unten beschrieben) oder eine mechanische Verbindung bilden, wobei, wenn der Bereich des Patienten bewegt wird, der Bezugsblock, und daher das Elektrogoniometer 7, sich damit mitbewegen wird. Aus diesem Grund wird in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine zweifach selbstverrastende Schraube und eine mechanische Verbindung, die in den Fig.en 5 bis 12 dargestellt sind, geliefert. Die zweifach selbstverrastende Schraube (DSIS) ist in den Fig.en 7 und 8 mit 42 dargestellt und enthält einen zylindrischen Bereich 43 und einen oberen Aufsatzbereich 44 sowie eine untere, zentrale Schraube 45 und Bodenausrichtungsstifte 47 und 49. Die Schraube 45 und die Stifte 47 und 49 sind zueinander ausgerichtet. Die Prozedur zum Anbringen der DSIS an einen Bereich des Patienten von Interesse ist in den Fig.en 5 bis 8 dargestellt. Sich zuerst zu Fig. 5 wendend, die DSIS ist, beispielsweise, an ein Bein 51 anzubringen. Das neuere Aufkommen von chirurgischen Techniken, die Arthroskopie verwenden, um Weichgewebetraumen während einer Operation zu minimieren, fordert, daß die DSIS-Anbringung über einen Schnitt gemacht wird, der nicht größer als 20 mm ist. Solch ein Schnitt ist auf dem Bein 51 mit einem Hautlappen 53, der angehoben ist, um den Knochen 55 freizulegen, gezeigt. Ein erstes Loch 57 wird gebohrt, mittels eines Bohrers 59, in den Knochen 55. Eine Bohrführung 61, die Löcher 63 und 65 und einen Führungsstift 67 enthält, wobei 63, 65 und 67 zueinander ausgerichtet sind, wird dann so manipuliert, daß der Stift 67 in das Loch 57 eingefügt wird. Eine zweite Öffnung wird dann in den Knochen 55 durch, beispielsweise, das Loch 65 der Bohrführung 61 gebohrt. Ein Bezugsstift 69 (s. Fig. 6) wird dann in das zweite gebohrte Loch durch das Loch 65 der Bohrführung 61, wie in Fig. 6 gezeigt, eingefügt. Ein drittes Loch wird dann in den Knochen über das Loch 63 gebohrt. Da die Löcher 63, 65 und der Führungsstift 67 zueinander ausgerichtet sind, werden die gebohrten Löcher zueinander ausgerichtet sein, wie in Fig. 7 durch 73, 57 und 71 gezeigt.
Die DSIS wird dann mit dem Knochen durch Einführen der Schraube 45 in das Loch 47, des Stiftes 47 in das Loch 73 und des Stiftes 49 in das Loch 71 verbunden. Die Schraube 45 wird durch Drehen des Schraubengriffes 75 in das Loch 57 eingeschraubt, was nur die Schraube 45 dreht. Wenn die DSIS angebracht ist, wie in Fig. 8 gezeigt, ist die Anbringung fest, und die DSIS wird, da die Stifte 47 und 49 in die Löcher 73 und 71 eingeführt sind, von Drehbewegung um ihre eigene Längsachse abgehalten.
Zu manchen Zeitpunkten kann es unpassend oder unerwünscht sein, Löcher 71 und 73 zum Anbringen der DSIS zu bohren. Demgemäß ist ein alternatives Mittel als Ersatz der DSIS bereitgestellt. Insbesondere wird eine durch Sägezähne selbstverrastende Schraube bereitgestellt.
Bezugnehmend auf Fig. 8A, es kann gesehen werden, daß die Ausrichtung der Stifte 47 und 49 eliminiert worden ist, und daß das untere Ende des zylinderförmigen Bereichs 43 eine Sägezahnanordnung 150 enthält. Der zylinderförmige Bereich 143 ist gebogen in Fig. 8A gezeigt obwohl er auch gerade sein könnte, wie der Zylinderbereich 43, der in Fig. 8 gezeigt ist. Der gebogene Bereiche von 143 enthält eine Öffnung 147, durch welche die Schraube 147 hindurchgeführt wird. Demgemäß wird, wenn die Schraube 45 in ein Loch, wie 57 in Fig. 7, gedreht wird, der Sägezahn in den umgebenden Knochen eingebettet, so daß die selbstverrastende Schraube wieder davon abgehalten wird, sich um ihre Längsachse zu drehen.
Die erste Verbindung der DSIS mit dem Bezugsblock ist in Fig. 9 gezeigt und umfaßt eine lineare Kugel-DSIS-Klemme, die im allgemeinen mit 77 gekennzeichnet ist. Die DSIS-Klemme 77 enthält eine Kugelverbindungsanordnung 79 und ein Klemmglied 81.
Wie in Fig. 10 zu sehen ist, enthält die komplette Verbindung eine Vielzahl von Klemmgliedern 81, die miteinander durch Schäfte 85 verbunden sind. Jedes Klemmglied enthält zumindest eine durchgehende Öffnung 83, um einen Schaft 85 aufzunehmen. Die Klemmglieder können auch zwei, diagonale, durchgehende Öffnungen 83, wie an 81a gezeigt, enthalten. Zusätzlich können die Klemmglieder auch daran angepaßt sein, einen Schaft an dem unteren Ende davon aufzunehmen, wie an 81b gezeigt. Jedes Klemmglied 81 enthält einen Griff 87, und der Schaft 85b ist in eine Öffnung eines T-Gliedes 87, das auf dem Bezugsblock 9 angebracht ist, einführbar.
Bezugnehmend nun auf Fig. 11, das Klemmglied 81 enthält eine Schraube 89, die durch den Griff 87 drehbar ist, damit sich die Schraube nach oben oder unten in das Innere des Klemmglieds bewegt. Bewegung der Schraube wird ähnliche Bewegung des V-Blocks 91 hervorrufen, der gegenüber von dem V-Block 93 in dem Inneren des Klemmglieds 81 angeordnet ist. Mit den V- Blöcken 91 und 93, wie in Fig. 11 illustriert, werden die Querschnittsformen der Schäfte 85 diamantförmig sein, so daß, wenn die Schraube 89 festgezogen ist, der Schaft fest zwischen den V-Blöcken 91 und 93 ergriffen sein wird. Offensichtlicherweise könnten Schäfte mit unterschiedlichen Querschnittsformen verwendet werden, woraufhin die Formen der Blöcke 91 und 93 geeigneterweise geändert werden würden.
Bezugnehmend auf Fig. 12, die Kugelverbindungsanordnung 79 enthält eine sphärische Kugellagerverbindung mit einem geschlitzten Außenlaufring 95. Der Kopf 44 der DSIS 43 (s. Fig.en 7 und 8) ist in die Öffnung 80 (s. Fig. 9) der Kugelverbindungsanordnung 79 eingeführt. Die sphärische Kugelverbindung erlaubt sphärische Rotation der DSOS 43 relativ zu der Kugelverbindungsanordnung 79. wenn der Griff 87 gedreht wird, um die Schraube 89 nach unten zu bewegen, wird nach unten gerichteter Druck auch an den Block 93 angelegt werden, wodurch der Spalt des O-Rings 95 geschlossen wird. Demgemäß wird der Kopf 44 der DSIS 43 fest in der Kugelverbindungsanordnung 79 ergriffen.
Mit der Verbindungsanordnung, wie in Fig. 10 gezeigt, ist daher eine fixierte und feste Beziehung zwischen einem Punkt des Patienten, beispielsweise, des Beins, und dem Bezugsblock 9 gegeben. Jede Bewegung, die auf das Bein übertragen wird, wird daher auch auf den Bezugsblock übertragen. Daher, beispielsweise, wenn der Chirurg das Bein anheben sollte, während des Bohrens eines Loches oder Sägens einer Ebene auf dem Knie, wird die Ausrichtung der Bezugsplatte in Bezug zu dem Knochen nicht zerstört werden, da die Bezugsplatte frei diesem Knochen während dieser Minimalbewegung folgt. Daher wird der Chirurg dazu fähig sein, chirurgische Prozeduren gemäß seinen normalen Ggewohnheiten durchzuführen, ohne Zerstörung der Genauigkeit oder Wahrheit der Vorrichtung.
Die Vorrichtung ist menübetrieben, und der Betrieb der Vorrichtung wird anhand verschiedener Menüs beschrieben werden, die gegeben sind, als Beispiele dafür, wie die Vorrichtung verwendet werden kann.
Das Hauptmenü, das unten in Tabelle 1 dargestellt ist, ist in vier Hauptkategorien aufgeteilt: Bohrmenü; Sägemenü; Meßmenü; stereotaxisches, vielseitiges Menü. Tabelle 1 Hauptmenü 1 - Bohrmenü 2 - Sägemenü 3 - Meßmenü 4 - stereotaxisches, vielseitiges Menü 5 - Kehre zum Steuermenü zurück
Die Menüauswahlen werden durch Herunterdrücken des rechten Pedals des Fußschalters 21 gemacht, wobei das linke Pedal zur Bestätigung heruntergedrückt wird. Jedes Mal, wenn das rechte Pedal gedrückt wird, wird der Zeiger eine Zeile herunterwandern. Wenn der Zeiger benachbart zu dem benötigten Menü ist, wird das linke Pedal gedrückt. Auswahl eines Punkts, beispielsweise, das Bohrmenü, wird in der Anzeige des Bohrmenüs resultieren.
Betrachtend nun das Bohrmenü, das in Tabelle 2 unten gezeigt ist, das Durchführen der Bohroperationen involviert vier Grundschritte, nämlich, Digitalisieren der Eintritts/Austritts-Punkte, Installieren des Bohrers, Installieren der Bohrkrone und Bohren des Loches. In den Schritten 2 und 3 wird die Konfiguration, Ausrichtung und Größe des Bohrers und der Bohrkrone festgelegt. Tabelle 2 Bohrmenü 1 - Digitalisiere Eintritts/Austritts-Punkte 2 - Installiere Bohrer 3 - Installierte Bohrkrone 4 - Bohre Loch 5 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Um den Digitalisierungsschritt (Schritt 1) durchzuführen, wird eine Digitalisierungsspitze an das Ende 7a des Elektrogoniometers installiert. Die Digitalisierungsspitze wird dann durch Einfügen derselben in Löcher 37 des Bezugsblocks kallibriert, um die Achse (Orientierung) der Digitalisierungsspitze zu verifizieren. Es zu bemerken, daß sie in zwei Löcher eingeführt wird, um auch die Reproduzierbarkeit zu bestätigen.
Der gewünschte Eintrittspunkt wird dann digitalisiert durch Plazieren des Endes der Digitalisierungsspitze auf die gewünschte Eingangsposition. Die gewünschte Ausgangsposition wird auf ähnliche Weise digitalisiert.
Das Ende 7a des Elektrogoniometers kann, natürlich, eine Vielzahl von unterschiedlichen chirurgischen Instrumenten annehmen, wobei unterschiedliche Bohrinstrumente davon umfaßt sind. Ein ausgewähltes Bohrwerkzeug wird an 7a angebracht. Ein Bezugsstift wird dann in der Bohrkrone angebracht und in die Löcher 37 des Bezugsblocks 9 eingeführt. Wieder bestätigt dies die Achse (Orientierung) sowie die Sicherheit der Installation der Bohranbringung an dem Elektrogoniometer. Wenn die Achse des Bohrers bestimmt worden ist, wird der Bezugsstift durch die gewünschte Bohrkrone ersetzt, und die Bohrkrone wird dann in die Rille 39 auf den Bezugsblock 9 mit dem freien Ende der Bohrkrone gegen den hinteren Anschlag 33 des Bezugsblocks plaziert, um dadurch die Orientierung und Länge der Bohrkrone zu bestimmen.
Wenn Punkt 4 von Tabelle 2 ausgewählt ist, wird das Bohrobjekt oder Ziel auf dem Monitor 19 mit einem Eindringtiefestab, wie in Fig. 13 dargestellt, angezeigt. In Fig. 13 ist der Eindringtiefestab an 97 dargestellt. Der Zielbereich wird durch den großen Kreis 99 repräsentiert, und der Mittelpunkt des Zielbereichs 101 wird durch den Kreuzungspunkt der diagonalen Durchmesser 103 und 105, oder des Fadenkreuzes, repräsentiert.
Der Bohrer wird durch die graphischen Objekte 107 und 109 identifiziert. Das Quadrat 107 repräsentiert die Spitze des Bohrers, und der Kreis 19 repräsentiert einen Punkt hinter der Spitze des Bohrers, beispielsweise, 120 mm hinter der Spitze des Bohrers, längs der Achse des Bohrers. Der Tiefenstab ist skaliert, um die Eindringtiefe der Bohrkrone darzustellen, wobei die komplette Skala den Abstand zwischen dem Eintrittspunkt und dem Austrittspunkt, wie mit der obigen Prozedur digitalisiert, repräsentiert. Bevor das Bohren beginnt, sollte die Bohrkrone auf der Oberfläche des Patienten bewegt werden, bis das Quadrat 107 über dem Mittelpunkt 101 zentriert ist. Die Ausrichtung des Bohrers wird dann solange manipuliert, bis der Kreis 109 in dem Quadrat 107 zentriert ist. Wenn das Quadrat 107 um den Mittelpunkt 101 zentriert ist, und der Kreis 109 in dem Quadrat 107 zentriert ist, dann befindet sich der Bohrer in der korrekten Position und Ausrichtung, um von dem digitalisierten Eintritt zum dem Austritt fortzufahren. Dies ist in Fig. 14 illustriert.
Es ist üblich, daß die Fläche, in die das Eintrittsloch gemacht werden muß, in einem spitzen Winkel zu der gewünschten Eindringachse ist. Dies würde es schwer machen, ein Loch an dem Eintrittspunkt in der korrekten Orientierung zu beginnen. Um dies anzupassen, wird ein Wiederbezugnehmungsprotokoll bei dem Bohrbetrieb zugelassen. Das Loch wird gestartet, an dem Eintrittspunkt, aber in einer inkorrekten Orientierung, um eine Startöffnung ungefähr 3 bis 5 mm tief in eine Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Eintrittspunkt zu liefern. Dies verhindert das Problem des Verrutschens des Bohrers.
Sobald das Startloch hergestellt worden ist, wird der Bohrer einfach zurückgeführt in die gewünschte Richtung des Loches, bis die Anzeige wie in Fig. 14 gezeigt ist. Diese Prozedur liefert einen einfachen und effektiven Weg des Korrigierens von Fehlausrichtungen während eines Bohrverfahrens aufgrund eines anfänglichen Verrutschens des Bohrers.
Wenn Punkt 2 des Hauptmenüs in Tabelle 1 ausgewählt ist, wird das Sägemenü auf dem Monitor 19 angezeigt werden. Das Sägemenü ist unten in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Sägemenü 1 - Digitalisiere Ebenenumfang 2 - Digitalisiere Senkrechte zu der Ebene 3 - Installiere Säge und Sägeklinge 4 - Säge Ebene 5 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Wie gesehen werden kann, sind zwei Arten von Sägeprotokollen in diesem Menü festgelegt. In Punkt 1 des Menüs wird eine Ebene durch die Auswahl von drei Punkten auf dem Umfang der Ebene festgelegt. In Punkt 2 wird eine Ebene als Senkrechte zu einer vorherbestimmten Achse definiert. Der Sägeanwendungsbereich reicht vom Schienbeinosteotomien bis zur pre-arthroplastische Oberflächenpräperation. Die Multiplanarprobleme bei Osteotomien sind einfach und effektiv mittels der zeitgleichen Werkzeugsteuerung und numerischen Rückkopplung der Vorrichtung der gegenwärtigen Anwendung handhabbar.
Wenn Punkt 1 des Sägemenüs ausgewählt ist, werden Bedienerführungen auf dem Schirm des Monitors 19 für die Digitalisierung der Punkte um den Umfang eines gewünschten Schnitts herum bereitgestellt. Wie bei den Bohrprozeduren wird die Digitalisierung dieser Punkte durch das Messen mittels der Digitalisiererungsspitze in den Bezugslöchern eingeleitet. Das System regt dann drei Punkte an. Diese drei Punkte werden dann verwendet, um die Ebene festzulegen, entlang der der Sägeschnitt stattzufinden hat.
Wenn Punkt 2 des Sägemenüs ausgewählt ist, werden Bedienerführungen bereitgestellt für den Verwender, um zwei Punkte zu digitalisieren, die eine Achse festlegen, die senkrecht zu der gewünschten Ebene ist. Digitalisieren zweier Punkte entlang des Schienbeinkamms wird, beispielsweise, zu einem Sägeschnitt senkrecht zu der Achse des Schienbeins führen. Wenn Punkt 3 des Sägemenüs ausgewählt ist, werden Bedienerführungen auf dem Schirm des Monitors auftauchen, um die Bedienperson beim Installieren einer Säge und einer Sägeklinge zu unterstützen und ein Bezug zu den Oberflächen 35 des Bezugsblocks 9 zu liefern. Wie bei der Installation der Digitalisierungsspitze wird das Sägeblatt in zwei Positionen verglichen, nämlich, auf jeder der Flächen, eine zu einem Zeitpunkt, um die Reproduzierbarkeit zu bestimmen und die Installation zu sichern.
Auswahl des Punktes 4 des Sägemenüs wird in der Sägeanzeige resultieren, wie in Fig.en 15 und 16 dargestellt. Die Sägeanzeige repräsentiert ein Objekt oder Ziel ähnlich dem bei der Bohranzeige, außer daß die Sägeklinge nicht durch ein Quadrat und einen Kreis der Bohranzeige, sondern eher als eine dreieckige Ebene 111 dargestellt wird, die die flache Oberfläche des Sägeblatts repräsentiert. Das Fadenkreuz 113 und 114 innerhalb des Kreises 117 repräsentiert die gewünschte Position des Sägeschnitts, während die Orientierung des Sägesymbols 111 mit der horizontalen Querachse 115 derart ausgerichtet sein muß, daß nur eine einzige Linie sichtbar ist (wie in Fig. 16 gezeigt), anstatt der Fläche der Sägeklinge. Dies stellt sicher, daß die Sägeklinge parallel zu und ausgerichtet mit der gewünschten Sägeebene in der korrekten Position zum Sägen ist.
Ein Sägetiefenbalken 119 repräsentiert die Eindringtiefe der Sägeklinge von ihrem Orginaleintrittspunkt aus. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die komplette Skala für den Tiefenstab 100 mm. Der Sägetiefenstab ist nicht auf eine gewünschte Tiefe skaliert, da diese oft nicht gemessen werden kann, oder unbekannt ist.
Die Orientierung der Sägeklinge bezüglich der gewünschten Sägeebene wird graphisch durch das Dreieck 111 und numerisch durch drei Zahlen festgelegt, die auf dem Ziel angezeigt werden. Die vertikale Verschiebung mit der Sägeklinge oberhalb oder unterhalb der gewünschten Linie (d.h. weg von oder in Richtung des Chirurgen) ist in dem oberen Teil des Kreises 117 angezeigt, während die Höhe unterhalb der Vertikalanzeige und die Drehung unterhalb der Horizontallinie 115 angezeigt ist. Die Symbole erlauben die genaue Definition einer Schneidebene bezüglich einer zuvor gemessenen Schneidebene. Wie es bei Osteotomie oft der Fall ist, ist der genaue Schnitt mit einem speziellen Winkel zu einem vorangegangenen Schnitt der Unterschied zwischen einem Erfolg und einem Mißerfolg. Die Fähigkeit, eine bekannte Schneidebene in drei Achsen zu halten, ist für die erfolgreiche Operation einer typischen Osteotomie zwingend.
Um ein zweiten Schnitt parallel zu einem ersten Schnitt zu legen, kann die vertikale Position der Säge durch Bewegen der Sägeklinge nach oben oder unten (weg von oder in Richtung des Chirurgen) von der vorherbestimmten Sägeebene zu einem zuvor bestimmten Abstand D verglichen werden, wie auf dem Sägetarget angegeben. Unter diesen Umständen wird eine zweite Linie 111A, parallel zu der horizontalen Linie 115, angezeigt werden. Auch das Zeichen neben der vertikalen Anzeige wird auf D geändert. Wenn die Säge nun arbeitet, wird ein Schnitt parallel zu dem ersten Schnitt und in einem Abstand D von dem ersten Schritt entfernt durchgeführt.
Das Meßmenü wird durch Auswählen von Punkt 3 des Hauptmenüs von Tabelle 1 ausgewählt. Das Meßmenü ist in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Meßmenü 1 - Punkt zu Punkt Abstand 2 - Wirbelsäulenkrümmung 3 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Das Meßmenü kann eine Anzahl von generischen und spezifischen Meßanwendungen beim allgemeinen Einsatz in verschiedenen Formen der Chirurgie enthalten. Tabelle 4 illustriert zwei solcher Anwendungen: Punkt zu Punkt Abstand und Wirbelsäulenkrümmung. Wenn Punkt 1 des Meßmenüs ausgewählt ist, wird die Anzeige für Punkt zu Punkt Abstand auf dem Schirm des Monitors 19 angezeigt. Der erste Schritt bei dieser Prozedur ist, die Digitalisierungsspitze durch Einfügen der Digitalisierungsspitze in die Bezugslöcher 37 des Bezugsblocks 9, wie oben mit Bezug auf die die Bohrprozedur beschrieben, zu kallibrieren.
Wenn der erste Punkt digitalisiert ist, wird eine direkte, digitale Repräsentation des Vektorabstandes von dem Orginalbezugspunkt (des Bezugsblocks 19) zu dem gegenwärtigen Punkt (der erste Punkt) auf dem Schirm des Monitors 19 dargeboten. Die Spitze kann einfach durch Drücken der linken Hälfte des Fußschalters 21 wieder verglichen werden, wobei während dieser Zeit die gegenwärtige Position der Digitalisierungsspitze zum Bezugspunkt wird. Der Schirm wird dann die Digitalisierung von Punkt 2 anregen.
Auswahl von Punkt 2 des Meßmenüs wird in der Aufforderung zum Durchführen einer Wirbelsäulenkrümmungsmessung resultieren. Die Meßprozedur wird während chirurgischen Prozeduren verwendet, die im Zusammenhang stehen mit der Korrektur von Skoliosekrümmungen in einem Versuch, dem Chirurgen eine direkte Rückkopplung bezüglich des Ausmaßes der Krümmung und der Korrektur, die erhalten wird, zu geben. Wie herkömmlich wird das System zuerst benötigen, daß die Digitalisierungsspitze angebracht und kallibriert wird. Die Anbringungs- und Kallibrierungsschritte werden von einem Abtasten entlang der Wirbelsäule in einer vorherbestimmten Länge gefolgt, wie durch die Auswahl des Start- und Endrückwirbels, unter Einsatz des in Fig. 17 gezeigten Schirms.
Sobald diese Prozedur abgeschlossen ist, ist die Frontebene und Ausrichtung des Patienten bestimmt, und das System wird den Chirurgen dazu anregen, die Vertebralniveaus festzulegen, zwischen denen die gewünschte Messung stattzufinden hat. Dies ist notwendig, da oft limitierte Entblößung der Wirbelsäule direkte Messung von nur einem speziellen Segment erlaubt. Sobald der Start- und Endrückenwirbel festgelegt worden ist, wird dieses System den Chirurgen dazu anregen, mit dem Abtasten der Rückenwirbel fortzufahren. Dieses Abtasten wird durch Anordnen der Digitalisierungsspitze entlang der Linie, die von den Mittelpunkten der Rückenwirbelkörper festgelegt ist, durchgeführt. Das System wird dann eine graphische Darstellung einer generischen Wirbelsäule mit der Krümmung darstellen, die durch die digitalisierten Punkte berechnet worden ist, wie in Fig. 18 gezeigt. Die numerische Auflistung repräsentiert die abgeschätzten Winkel für jeden Rückenwirbel.
Auswahl von Punkt 4 des Hauptmenüs von Tabelle 1 wird in der Präsentation des stereotaxischen Menüs resultieren. Die Primäranwendung des stereotaxischen Menüs ist die Lokalisierung und Identifikation von nicht freigelegten Teilen, wie versteckten Tumoren, etc., und Definieren ihrer Lokation bezüglich eines Handlungsinstruments. Das stereotaxische Menü ist in Tabelle 5 unten dargestellt. Tabelle 5 Stereotaxische Menü *1 - Objektlokalisationsmenü 2 - Sacklochlokalisation 3 - Implantatausrichtung 4 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Auswahl von Punkt 1 des stereotaxischen Menüs wird in der Darstellung des Objektlokalisierungsmenues resultieren, das in Tabelle 6 im Anschluß gezeigt ist. Tabelle 6 Objektlokalisierungsmenü *1 - Lese Objektdatei 2 - Globaldigitalisierung 3 - Bringe Probenhalter an 4 - Bringe Probe an 5 - Lokalisiere Objekt 6 - Erzeuge Lokalisiererdatendatei 7 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Dieses Menü enthält die fünf Schritte, die notwendig sind, um ein verstecktes Objekt zu lokalisieren, sobald es in drei Dimensionen durch eine Abbildungsvorrichtung, wie eine CAT-Abtastvorrichtung, identifiziert worden ist. Die Abbildungsdaten sind in einer Datendatei gespeichert, die durch Auswählen von Punkt 1 des Objektlokalisierungsmenüs gelesen werden.
Auswahl von Punkt 1 des Objektlokalisierungsmenüs wird in dem Lesen einer Objektdatei von der Patientendiskette des Computers 28 resultieren. Die Objektdatei enthält Informationen, die typischerweise von CAT-Abtastvorrichtungen oder MRI-Abtastvorrichtungen erhalten werden und die Lokalisierung eines nicht freigesetzten Teils bezüglich dreier, vorherbestimmter, röntgenstrahlungsundurchlässiger Markierer bestimmen, die sich immer noch auf dem Patienten befinden.
Auswahl von Punkt 2 des Objektlokalisierungsmenüs wird den Verwender dazu anregen, die drei röntgenstrahlungsundurchlässiger Markierungen zu digitalisieren, um das System der Ausrichtung der Komponenten bezüglich des Koordinatensystems 10 der Vorrichtung festzulegen. Die Information von der Objektdatei, die oben gelesen worden war, ist nun die neue Ausrichtung bezüglich des Koordinatensystems der Vorrichtung konvertiert. Die Bedienperson wird nun dazu angeregt, den Zugang zu den nicht freigelegten Teilen zu versuchen.
Auswahl von Punkt 3 des Objektlokalisierungsmenüs wird darin resultieren, daß die Bedienperson dazu aufgefordert wird, einen Probenhalter an das Ende 7a des Elektrogoniometers 7 anzubringen, und Auswahl von Punkt 4 wird die Bedienperson dazu anregen, eine Probe in den Probenhalter einzubringen. Wie herkömmlich wird die Probe kallibriert und bezüglich ihrer Ausrichtung und Reproduzierbarkeit durch Einfügen in Löcher 37 des Bezugsblocks 9 getestet werden.
Auswahl von Punkt 5 des Objektlokalisierungsmenüs wird in einer Objekt- oder Zielschirmpräsentation auf dem Schirm des Monitors 19 resultieren, was ähnlich dem für ein Bohrtarget dargestellten Schirm ist, wie in Fig. 13 illustriert, mit Ausnahme daß die Quadrat- und Kreis-Zielsymbole von verschiedenen Farben sind. Die Probe wird dann so manipuliert, daß die Zielsymbole mit den Fadenkreuz auf dem Zielschirm ausgerichtet sind, wie, beispielsweise, in Fig. 14 gezeigt, und die Probe kann dann längs der gewünschten Achse in die Tiefe eingeführt werden, wie durch den Tiefenstab, der mit 97 in Fig. 13 illustriert ist, angegeben ist. Sobald das Ziel erreicht ist, kann die Behandlung vollendet werden.
Durch Auswählen von Punkt 6 des Objektlokalisierungsmenüs kann eine Lokalisiererdatendatei erzeugt werden.
Auswahl von Punkt 2 des stereotaxischen Menüs in Tabelle 5 wird in einem Protokollmenü für die Lokalisierung von Sacklöchern resultieren, wie in Tabelle 7 im Anschluß gezeigt ist. Tabelle 7 Sacklochlokalisierung *1 - Messe Loch 2 - Postprozedurlochmaßnahme 3 - Installiere Bohrer 4 - Installiere Bohrkrone 5 - Bohre Loch 6 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Die Lokalisierung eines Sacklochs wird in zwei Schritten durchgeführt: Zuerst, vor der Verwendung einer orthopädischen Vorrichtung, beispielsweise eines Oberschenkelnagels, in welchem ein Kreuzloch an einem distalen Ende existiert, wird die Ausrichtung und Position des Loches gemessen unter Verwendung einer Bezugsanbringung, Punkt 1 des Menüs in Tabelle 7. Sobald die chirurgische Prozedur abgeschlossen ist, wird die gleiche Bezugsanbringung verwendet, um das Loch unter Verwendung des Programms gemäß Punkt 2 des Menüs von Tabelle 7 zu redefinieren. Der Bequemlichkeit zuliebe wird die Fähigkeit zum Bohren dieses Loches dann in dieses Menü aufgenommen, auf eine ähnliche Weise wie in dem Bohrmenü gefunden.
Das Implantatorientierungsmenue, Punkt 3 des stereotaxischen Menüs von Tabelle 5, ist als Tabelle 8 im Anschluß gezeigt die die verschiedenen Schritte auflistet, die für die Messung von Skelettmerkmalen benötigt werden, vor dem Austauschen in einer, beispielsweise, kompletten Verbindungspunktarthroplastil, und anschließend in der tatsächlichen Plazierung dieser Implantate. Dieses Menü ist, jedoch, besonders allgemein und war zu Demonstrationszwecken eines Acetabulum einer kompletten Hüfte ausgestaltet. Es wird natürlich verstanden werden, daß jeder Implantattyp sein eigenes besonders Protokoll haben kann, das aus einer Bibliothek chirurgischer Prozeduren und Implantattypen ausgewählt werden kann. Die speziellen Attribute der Korrekturchirurgie können berücksichtigt werden, um bei dem Entfernen von übrigbleibendem Knochenzement unter anderem zu helfen. Die Vorrichtung der gegenwärtigen Anmeldung ist einzigartig bezüglich ihrer Fähigkeit, zu lernen und zu wachsen mit dem Feld, in dem sie mitwirkt. Tabelle 8 Implantatorientierung *1 - Körperbezug 2 - Postprozedurkörperbezug 3 - Implantatanbringung 4 - Implantplazierung 5 - Kehre zu dem Hauptmenü zurück
Beim Auswählen von Punkt 1 der Tabelle 8 wird ein Körpervergleichen durch die Anbringung einer Bezugseinstellvorrichtung unter Verwendung der DSIS-Anbringung durchgeführt. Die Skelettpunkte werden dann digitialisiert.
Sobald die chirurgische Prozedur zu dem Punkt fortgefahren ist, vor der Implantatplazierung, wird die Bezugseinstellvorrichtung redigitalisiert. Dieser Schritt wird durchgeführt, um Veränderungen der Patientenkörperposition zu berücksichtigen, die während der Prozedur aufgetreten sind. Um diesen Schritt zu vermeiden, hätte ein Bezugssystem direkt an den Knochen angebracht worden sein können, wie in Fig. 10 hier illustriert ist.
Mit der Auswahl von Punkt 3 der Tabelle 8 findet das Implantatanbringen statt. Spezialisierte Implantathalter werden verwendet, um das Implantat auszurichten. In diesem Schritt werden Anbringungsvorrichtungen mit Bezug auf das Elektrogoniometer 7 von Fig. 1 orientiert.
Auswahl von Punkt 4 der Tabelle 8 fährt mit dem Implantatplazierungsschritt fort. In diesem Schritt kann das Implantat orientiert werden unter Verwendung einer Anzeige auf dem Monitor 19, wie in Fig. 19 illustriert. Spezielle Orientierung bezüglich der digitalisierten Orginalskelettformen kann durch Beobachtung der Verdrehung und Verschiebung der angezeigten Zahlen erhalten werden.
Es ist nochmals zu betonen, daß das Hauptmenü und die oben diskutierten Untermenüs lediglich beispielhaft sind, um den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu illustrieren. Mehr Punkte können zu dem Hauptmenü, oder zu den Untermenüs des Hauptmenüs, für weitere chirurgische Prozeduren, wie benötigt, hinzugefügt werden. Außerdem können die Menüs verbessert werden, um Veränderungen in solchen chirurgischen Prozeduren zu berücksichtigen. Demgemäß kann gesehen werden, daß die Vorrichtung der gegenwärtigen Erfindung flexibel ist und die Fähigkeit hat, mit Zusätzen und Verängerungen in chirurgischen Prozeduren zu wachsen.
Der Verbindungsmechanismus, wie in Fig. 10 gezeigt, erlaubt nicht immer, aufgrund seiner Steifheit, Bewegung des Beines, an das er angebracht ist, wie von dem Chirurgen benötigt werden kann. Um diese Beschränkung zu überwinden, ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung für die Verbindung in Fig. 20 dargestellt, um eine bekannte Separation und Beziehung zwischen einem Bereich des Patienten, in welchem die Operation durchgeführt werden soll, und dem chirurgischen Instrument zu liefern. Bezugnehmend auf Fig. 20, die Verbindung umfaßt ein Goniometer 200, das ähnlich dem Goniometer 7 sein kann, mit einem ersten Ende 201 und einem zweiten Ende 203. Das erste Ende 201 ist mit dem Bezugsblock 9 verbunden, und das zweite Ende 203 ist mit einem selbstverrastenden Mechanismus 205, beispielsweise, der in den Fig.en 5 bis 12 hier illustrierten DSIS, verbunden. Mit solch einer Verbindung ist die Separation oder die Beziehung zwischen dem Bereich des Patienten, in dem die Operation durchgeführt werden soll, und dem chirurgischen Instrument in von 1 bis 6 oder selbst mehr Freiheitsgraden über einen breiten Bereich an Bewegungen des Patientenbeins meßbar. Mit diesem Instrument wird der Position und Ausrichtung des Bereichs des Beins in dem dreidimensionalen Koordinatenbezugssystem gefolgt. Demgemäß bleibt die Separation und Beziehung zwischen dem Bereich des Patienten, in dem die Operationsprozeduren durchgeführt werden sollen, und dem Bezugsblock, und daher dem chirurgischen Instrument, selbst über diesen weiten Bereich der Bewegungen des Teils des Patienten, beispielsweise, in Fig. 20, das Bein des Patienten, bekannt.

Claims

1. Computergestützte chirurgische Vorrichtung mit einem daran angeschlossenen dreidimensionalen Koordinatenbezugssystem, um einem Arzt bei der Positionierung eines chirurgischen Instruments oder Implantats zu helfen, während er an Teilen eines Patienten eine Operation vornimmt oder diese untersucht, wobei besagte Teile Positionen und Ausrichtungen in oder an dem Patienten einnehmen, die entweder durch physikalische Messung der Positionen und Ausrichtungen der Teile in dem Koordinatenbezugssystem unter Verwendung der Vorrichtung oder durch von einer externen, ein zwei- oder dreidimensionales Bild erzeugenden Informationsquelle an die Vorrichtung erfolgenden Mitteilung der Positionen und Ausrichtungen der Teile in dem Koordinatenbezugssystem definiert werden, wobei diese Messung oder diese Mitteilung zwei- oder dreidimensionale Patientendaten der Position und Ausrichtung der Teile in diesem Koordinatensystem definiert;

wobei diese Patientendaten die Position und Ausrichtung der Teile bezeichnen, an denen chirurgische Eingriffe oder Untersuchungen vorgenommen werden sollen;

wobei diese Vorrichtung umfaßt:

ein Bezugsmittel (9) mit einem Bezugspunkt in dem daran befindlichen Bezugskoordinatensystem;

wobei das Bezugsmittel und der Bezugspunkt außerhalb und getrennt von dem Patienten angeordnet sind;

Mittel zur Bestimmung der Position und Ausrichtung des Teils an dem Patienten in dem Koordinatenbezugssystem im Verhältnis zum Bezugspunkt und zur Erzeugung zwei- oder dreidimensionaler Patienten-Anzeigedaten proportional zur Position und Ausrichtung des Teils;

Mittel (7) zur Bestimmung der Position eines Instruments, umfassend sensorische Mittel zur Erfassung der Position und Ausrichtung des Instruments oder Implantats in dem Koordinatenbezugssystem im Verhältnis zum Bezugspunkt und zur Erzeugung zwei- oder dreidimensionaler Instrumentendaten proportional zur Position und Ausrichtung des Instruments;

ein Anzeigemittel (19);

Mittel (23) zur Umwandlung der Patienten-Anzeigedaten in objektive Signale zur Darstellung einer objektiven Anzeige auf den Anzeigemitteln;

Mittel (23) zur Umwandlung der Instrumentendaten in Instrumentensignale zur Darstellung der Position und Ausrichtung des Instruments oder Implantats auf den Anzeigemitteln;

und die Vorrichtung außerdem Mittel zur Schaffung einer bekannten physikalischen Beziehung zwischen besagtem Teil an dem Patienten und dem Bezugspunkt sowie Mittel einschließt, um ein Ende der Mittel zur Schaffung einer bekannten physikalischen Beziehung an dem Patienten zu befestigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Schaffung einer bekannten physikalischen Beziehung ein Elektrogoniometermittel (200) umfassen und die Mittel zur Befestigung ein Ende des Elektrogoniometermittels an dem Patienten befestigen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Mittel zur Befestigung eines Endes des Elektrogoniometermittels an dem Patienten eine zweifach selbstverrastende Schraube umfassen, umfassend:

einen länglichen Zylinder (43);

eine Schraube (45), die sich zentral von einem Ende des länglichen Zylinders erstreckt und im Verhältnis zu diesem länglichen Zylinder drehbar ist;

zwei Ausrichtungsstifte (47-49), die sich von dem besagten einen Ende des länglichen Zylinders erstrecken, wobei die Schraube und die Ausrichtungsstifte in einer Linie angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Mittel zur Befestigung eines Endes des Elektrogoniometermittels an dem Patienten eine durch Sägezähne selbstverrastende Schraube umfassen, umfassend:

einen länglichen Zylinder (143);

eine Schraube (145), die sich zentral von einem Ende des länglichen Zylinders erstreckt und im Verhältnis zu diesem länglichen Zylinder drehbar ist;

wobei das besagte Ende des Zylinders eine Sägezahnanordnung (150) aufweist.