JP7367976B2 - 手術器具の自動検出のための検出システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は手術器具の自動検出のための自動検出システム、そのようなシステムを有する術中ナビゲーション装置、検出システムで使用するセンサユニットおよび手術器具の自動検出のための方法に関する。

低侵襲手術はナビゲーションに補助された手術方法によって今日すでに実行されている。ここでは様々なナビゲーションシステムが使用されている。能動的および受動的システムが適用される。能動的システムの場合、器具または手術道具のような患者の体内に挿入される部品が、それを介して外部で器具または道具の、特に介入部位にある遠位端の位置を決定するできる送信機を備える。

受動的システムの場合、手術器具、特にその遠位端を位置付けるための光学システムに加えて、電磁システムも知られている。電磁ナビゲーションでは、フィールドジェネレータにより不均一な電磁場が生成され、それは１つまたは複数のセンサを介して検出され、それによってまた器具または手術道具の、特にその遠位端の位置および配向が直接または間接的に検知されうる。手術部品の遠位端を直接検知することは、センサを部品の遠位端に配置すること自体を内容として含む。間接的に検知することは、手術部品の定位置、特に軸方向位置にセンサを硬く固定的に配置することを内容として含む。測定されたセンサ信号に基づき、遠位端の位置および場合により配向を帰納的に推定することができる。受動ナビゲーションの場合、特に電磁ナビゲーションが保持され、その場合、例えば患者が横たわる枕の中の電磁場の生成器によって、電磁場が手術領域の周囲で外部的に生成される。手術器具に組み込まれたコイル型センサの中で器具の位置付けをすることができ、それによってＣＴまたはＭＲＩ画像の表示を行うことができる。この方法は放射線被曝を伴わず、レントゲンの使用が減少することからも、全体的に放射線被曝が低減される。光学センサではないため、画質を損なうこともセンサが覆われることもない。光学システムの場合のように、外科医の動作の自由は制限されない。

本発明の課題は、外科用器具の種類および患者の中での位置の自動検出並びに外科医用のモニタ上の相応に適応した表示を可能にする検出システム、センサユニットおよびナビゲーションシステムを提供することである。

本発明は上述の課題を解決するために、それぞれが器具の長手軸に沿って延在する少なくとも１つの空洞および空洞への近位入口領域を有する少なくとも２つの手術器具を備えた検出システムを企図し、少なくとも２つの器具において、空洞の長手方向への近位入口領域の角度が異なり、２つの電磁センサを有する空洞に挿入可能なセンサユニットを備え、その１つは空洞内で軸方向に延び、もう１つは入口領域に配置され、電磁場を生成するためのフィールドジェネレータおよび、送信された信号の評価ユニットへのフィールドジェネレータのフィールド内の位置に応じたセンサによる評価のための評価ユニットを備える。本発明の範囲内で、センサユニットは、以下の器具の少なくとも２つの器具、すなわち中空針、ガイドロッド、ジャムシディ骨髄生検針および／またはそのような検出システムの内視鏡、によって特徴付けられる。さらに課題は、制御および処理電子機器および少なくとも１つの前述の種類のこの電気的に接続可能なセンサユニットを備えた術中ナビゲーションシステムによって解決され、それにおいては、制御および処理電子機器が検出ユニット、ナビゲーションユニットおよびカメラシステムを備える。最終的に上述の課題の解決のために手術器具の自動検出のための方法が企図され、そこではセンサユニットの２つの互いに対する一定の長手方向間隔を置いて配置されたセンサの角度配向が決定される。

典型的な手術器具または手術機器は、回転対称の中空針、ガイドロッド、特にジャムシディ骨髄生検針など、手術部位の遠位に案内されるもの、しかしまたは洗浄接続などの角度の付いた入口挿入部を備えた内視鏡のようなものである。本発明のセンサユニットは、最初に述べた挿入される中空針中に配置されたとき同様に伸長し、それにより両センサが軸方向に前後に配置され、整列されて配向されるため、それらの間の角度はゼロである。それに対して、対応するセンサユニットが内視鏡中に配置される場合、遠位センサが内視鏡の軸方向のみのシャフトの遠位端に位置する一方で、近位センサは内視鏡の入口延長部分に配置され、それによって内視鏡シャフトの軸に対しておよびそのため遠位端に設けられたセンサに対しても特定の角度を含む。これによって両センサ間に相対角度が生じる。

１つの内視鏡の定義可能な角度付き入口および互いに逸脱する異なる角度を有する相応の角度付き入口領域は、ガイドロッド、骨髄生検針などの他の器具を備えてもよく、それによってそれらに配置されたセンサの角度配向が柔軟なセンサユニットによって決定される。

センサの相対的な配向の前述の違いは、電子システムの評価ユニットによって検出でき、そのため、その中にセンサユニットが配置される手術器具または手術機器の種類を検出するための前提条件となる。器具の位置もセンサを介して決定される。

検出された情報の検出およびさらなる処理は、前述の評価ユニットによって、これが両センサおよび位置の相対的配向を検出し、外科医のための術中手術システムのモニタ上の画面表示を、それぞれの器具または機器に適した１つまたは複数の画像が表示されるように制御することにより行われる。

回転対称の中空針を使って患者の体内の手術領域に到達できるため、続いて他の手術器具を公知の方法で導入することができる。場合により適合する作業器具を導入することができるそのような針が検出されるとき、そこに手術領域がある、脊椎領域、特に脊椎および、より正確には脊椎の位置のそれぞれの矢状、冠状および軸方向のＣＴ、ＭＲＩまたはレントゲン画像以外に自動的に、針あるいは針の先端の位置および方向指向の重ね合わせによるこの画像とともに付加的に、中空針の、およびそれとともに使用されるべき作業器具の案内方向に対応する画像が、例えば、手術部位上の中空針先端の投影としての、画像のその他の表示から明確に際立った円によって、器具の正しい位置への案内補助として表示される。

それに対して、内視鏡を手術器具または機器として識別する場合、内視鏡シャフトの重ね合わせられた位置および方向指向の正確なレントゲン画像への挿入を備えた前述の矢状、冠状および軸方向のレントゲン画像の他に、付加的に自動的にカメラによって内視鏡画像に記録された手術領域の画像が外科医のモニタに表示される。

同じことが、ガイドロッド、骨髄生検針などの他の手術器具にも当て嵌まる。

本発明による検出システムの好ましい実施形態は、以下の器具、すなわち中空針、ガイドロッド、ジャムシディ骨髄生検針および／または内視鏡、のうちの少なくとも２つによって特徴付けられる。ガイドロッドは好ましくは二重カニューレを備える。検出システムの好ましい実施形態は、少なくとも４つの異なる器具によって特徴付けられる。

発展形態では、２つの器具の空洞の長手方向の延在に対する入口領域の角度が互いに対して少なくとも５°異なることが企図され、器具の入口領域は、好ましくは器具の空洞の長手延在に対して０°、６５°または３５°の角度を有する。

好ましい発展形態は、センサが互いに対して一定の長手方向間隔を有することを企図する。

発展形態ではセンサが導電性ワイヤから成るコイルであり、特にコイルは金属、特に銅または銀から成ることが企図される。

好ましい発展形態では、センサユニットがセンサを囲む柔軟な保護菅を備え、特に保護管が合成樹脂、特にポリエーテルなどの生体適合性の滅菌可能な合成樹脂から成ることが特に企図されうる。

手術器具または装置におけるセンサユニットの正確な固定のために、アダプタ、特にルアーアダプタが企図され、それは公知のように通常、雌雄アダプタ部品から成る。したがって、センサユニットは好ましくは、近位センサの近位にアダプタ部品が配置されることによって形成される。これは好ましくは滅菌可能な生体適合性合成樹脂、特にナイロンなどの合成樹脂から成る。

さらに好ましい実施形態は、特に評価ユニットとの接続のために、近位端にセンサの電気接続線を設け、特に電気接続線は、生体適合性の滅菌可能な合成樹脂、特にシリコン製の保護管で環装され、および／または保護管はセンサユニットのアダプタ部のすぐ近位で折れ防止保護で環装され、そのことから非常に好ましい形態では、折れ防止保護が生体適合性のある滅菌可能な合成樹脂、特にシリコンで環装されることが企図される。

基本的に評価ユニットは制御および処理電子機器の一部であり、さらにモニタを備えうることが好ましくは企図される。非常に好ましい実施形態では、特に二重カニューレを有するガイドロッドの、骨髄生検針の中空針、および／または特に遠位端の内視鏡、患者の脊椎領域の画像中に重ねられた器具のような、少なくとも２つの器具を表示するための形成を企図する。

本発明の術中ナビゲーション装置は、制御および処理電子機器および本発明による検出システムを有し、制御および処理電子機器自体が、評価ユニットを組み込んだナビゲーションユニットを備える。

本発明によるセンサユニットは、上述の検出システムのセンサユニットの少なくとも１つまたは複数の特徴を有するものである。

本発明の方法の好ましい発展形態は、両センサの特定の相対的な角度配向の検出時に、角度配向に対応する器具が識別され、それぞれの器具、特に遠位端の表示が、患者の脊椎領域の画像に重ねられて生じ、そのとき画像は特にＣＴ、ＭＲＩまたはレントゲン画像であることを企図する。

内視鏡はカメラシステムの制御ユニットを介して制御され、カメラシステムの処理ユニットに画像を提供する。この画像はナビゲーションシステムに送信される。

様々な機能ソフトウェアコンポーネント、処理ユニット、制御ユニットおよびフィールドジェネレータで構成されるナビゲーションシステムは、カメラシステムおよびセンサユニット並びに表示用モニタに接続されている。センサユニットを器具のシャフトまたは内視鏡の洗浄管に導入することにより、センサユニットは回転対称の器具のナビゲーションのために、または内視鏡に使用されることができる。

フィールドジェネレータは不均一な電磁場を生成し、ナビゲーションシステムの制御ユニットを介して制御される。ワイヤセンサのセンサコイルの信号は、処理ユニットを介してデジタル化され、機能ソフトウェアコンポーネントを介して評価される。器具識別機能ユニットは、両センサコイルの信号を評価し、両コイルの互いに対する配向に基づいて、センサユニットが内視鏡の中にあるかどうかを識別する。結果は器具識別機能ユニットがレイアウト制御機能ユニットに転送する。ナビゲーションソフトウェアが内視鏡を識別するかどうかに応じて、対応するレイアウトがレイアウト制御を介してモニタに表示される。内視鏡がソフトウェアによって識別されると、ビデオ信号は機能ユニットを介してナビゲーションシステムに入力され、レイアウト出力のための機能ユニットで使用可能になる。

内視鏡が互いに正確に定義された両センサコイルの配向に基づいて対応する機能ユニットを介して識別されない場合、回転対称の器具および対応するレイアウト表示が出力される。

本発明による方法の経過は好ましくは以下の通りである。

ナビゲーションユニットの起動後、センサの信号が照会される。使用者がセンサユニットをフィールドジェネレータの作業フィールドにもたらすとすぐに、信号が識別され測定されることができる。センサ信号がゼロ値（作業場のセンサ）に等しくない場合、器具の識別が行われる。ここでは両センサのセンサコイルのための配向が評価される。両センサが内視鏡の洗浄管の形状に応じて互いに対して、つまりゼロに等しくない相対角度（距離と角度）で配向されるとき、これはソフトウェアによって識別され、それに応じて内視鏡がナビゲートされた器具として表示される。さらにレイアウトの調整が行われる。内視鏡がナビゲートされた器具として検知されたとき、作業野内の内視鏡の位置を測定し、それによって患者の画像データ記録に関する位置を表示するために、特に近位コイルの信号が使用される。両センサの配向が内視鏡の洗浄管の中に導入された正確に定義されたセンサユニットと等しくない場合、回転対称の器具（中空針）が対応するレイアウト表示とともにナビゲーションユニットによって出力される。遠位ワイヤセンサの信号が作業野内の器具の位置を決定するために使用され、それに応じて患者の画像データ記録中に表示される。

本発明によるセンサの使用は、好ましくは内視鏡の他にセンサユニットをも備える内視鏡装置中で実行される。従ってそれは、互いに対する一定の有限間隔をおいて長手方向に配置され、内視鏡内に相対的に有限角度の元で互いに対して配向される、少なくとも２つのセンサコイルを備えたセンサユニットを有する。

両センサが内視鏡装置内で互いに相関して有限角度の元で配置されることにより、異なる配置に基づき制御および処理電子機器の磁場内で、およびそれによって空間内でも内視鏡装置の方向付けが正確に決定されることができる。

好ましい実施形態では、第１センサが空洞の中心軸または主延在方向に平行に配向され、第２センサは中心軸に対して有限角度の元で配向されることが企図され、特に第１センサは内視鏡のシャフト中に配置され、第２センサは導入ヘッドの延長部分に配置される。それによって印加された電磁場中のセンサのセンサ信号によってその場所も、およびシャフトの遠位端までの一定の距離に基づき、電磁場内で、およびそれによって空間内でのシャフトの遠位端の位置が、決定されることができる。

発展形態では、両センサを搭載したセンサユニットが、内視鏡装置の空洞を貫通し、特にセンサユニットが、戴置可能なアダプタの導入ヘッドの延長部分上に軸方向に固定的に結合されることを企図する。それによって１つのセンサ、特に内視鏡装置のシャフトの遠位端にある－第１－遠位センサの場所が正確に定義され、それによって磁場中の制御および処理電子機器による第１－遠位－センサコイルの場所の決定に基づき、遠位作業位置の正確な場所の確実な決定も可能になる。

センサコイルを担持するセンサユニットの内視鏡から分離可能なホルダとの固定接続により、センサを担持するセンサユニットの位置決め後に取り外し、この位置決めのために設けられた空洞を他の使用目的のために解放できることが、さらに達成される。さらにセンサユニットは本来の内視鏡から分離可能であり、他の場所で使用されうる。これによって滅菌も容易になる。

上記と同じことが、上述のことが同様に適用できるガイドロッド、骨髄生検針などの他の手術器具にも当て嵌まる。

本発明のさらなる特徴および利点は、特許請求の範囲および、図面を参照して本発明の実施形態が詳細に説明される、以下の説明から明らかになる。

伸長状態の本発明によるセンサユニットを示す。 解除された状態の図１のセンサユニットを示す。 センサが一列に並べられた伸びたセンサユニットを有する中空針を示す。 内視鏡装置を形成するための内視鏡中の本発明によるセンサユニットの配置を示す。 図１、図２のセンサユニットを受け入れるための差し込まれたアダプタを有する二重カニューレを備えたガイドロッドの長手断面図を示す。 センサユニットなしの図５のガイドロッドを長手断面図で示す。 図５、図５ａのガイドロッドの遠位端図を示す。 差し込まれたアダプタを備えた図５のガイドロッドの近位端図を示す。 ジャムシディ骨髄生検針を示す。 ジャムシディ骨髄生検針の長手断面を示す。 その中に（アダプタ部品なしの）センサユニットのセンサが暗示された、完全なジャムシディ針の部分断面図を示す。 本発明によるナビゲーションシステムのブロック回路図を示す。 本発明による方法のフローチャートを示す。 本発明によるナビゲーションシステムを使ってセンサユニットの配向に基づき自動的に生成される、中空針内の場合の患者の脊椎領域の図と重ね合わされた手術器具の図を示す。 本発明によるナビゲーションシステムを使ってセンサユニットの配向に基づき自動的に生成される、内視鏡の場合の患者の脊椎領域の図と重ね合わされた手術器具の図を示す。

図１は、本発明による検出システムの一部としての本発明によるセンサユニット１を示す。それは、コイルとして形成され、以下でそのように名付けられる、２つの互いに対して一定の長手方向間隔を置いて配置されるセンサ１．１、１．２を有する。コイル１．１、１．２は一定の長手方向間隔を有する。それらは管１．３中に収容されている。各コイル１．１、１．２は、近位で接続する接触管１．１．１、１．２．１を備える。コイル１．１、１．２および－それぞれ往復管である－接触管１．１．１、１．２．１は導電性金属、好ましくは銅から成る。それらは互いに例えば絶縁ワニスの塗布により電気的に絶縁される。近位コイル１．２の近位に雄ルアーアダプタ部１．４が設けられる。これは遠位に円筒形の環状空間１．８を備え、それによって対応する手術器具の入口の円筒形鞘またはその割り当てられたアダプタ部に定義されて取り付けられることができる。その近位に接続ケーブル１．５が延び、その中でコイル１．１、１．２の接触管１．１．１、１．２．１がナビゲーションユニット３．１の接続のための（図示されない）コネクタまで延びる。ここでも管は鞘１．６によって覆われる。

ルアーアダプタ部１．４のすぐ近位に、ケーブル１．５のキンクを防ぐために折れ防止保護１．７が設けられる。

保護チューブ１．３、ルアーアダプタ部１．４、折れ防止保護１．７および鞘１．６は、好ましくは滅菌合成樹脂、特に生体適合性合成樹脂から成り、それも特に管１．３はポリエーテル、ルアーアダプタ部はナイロン、並びに折れ防止保護１．７および鞘１．６はシリコンから成る。

コイル１．１、１．２が、フィールドジェネレータ２．１を介して制御および処理電子機器３によって生成されるような、不均一な電磁場にもたらされると、コイルを使って確実にコイルの位置並びにそれの軸に垂直なコイルの配向を決定することが可能となる一方、コイル軸を中心とした回転自体は識別できない。このようなセンサは５－ＤＯＦセンサ（ＤＯＦ＝ Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｆｒｅｅｄｏｍ、自由度）と呼ばれる。

その遠位端が手術部位にある中空針の場合、中空針（およびそれとともに別に導入された作業器具）の遠位端の手術部位の空間における位置の知識、並びに中空針の配向（および作業器具の配向であるが、中空針および作業器具のそれらの軸を中心とした回動の配向ではない）に関わり、そのような５－ＤＯＦセンサは中空針および作業器具の遠位端の配向の決定のために充分であり、中空針の遠位端まで導入されるセンサによって不均等なフィールドで決定されうる。

図２ではコイル１．１への既知の長手方向間隔とともに配置される第２の相応するコイル１．２により、内視鏡などの非回転対称機器の場合、両コイル１．１、１．２が互いに対して有限角度で配向されるとき、内視鏡などの問題のある器具の配向も、これが図２に見られるように決定されることができる。

両コイル１．１、１．２の組み合わせおよびそれによってセンサユニット１はこうして一緒に１つの６－ＤＯＦセンサを形成する。

図３は中空針２．２をこれの中にあるセンサ１をともに本発明の検出システムの部分として示す。中空針はその遠位端２．２．１で面取りされ、その近位端２．２．２でアダプタ部２．２．３を担持する。センサユニット１は前述したように遠位センサ１．１および近位センサ１．２を備える。それによってそれは近位端で同様にすでに前述したアダプタ部１．４を覆う。両センサ１．１および１．２は同様に配向され互いに同列に配置されるため、アダプタ部１の中空針２．２内での配置およびそれによってこれは、以下で図７から図９に関連して詳細に説明されるように、センサユニット１の両センサ１．１および１．２のこの配向を元に識別されることができる。

本発明のセンサユニットの内視鏡での使用は図４に示され、以下でこの図に関連して詳細に説明される。

そこでの内視鏡装置５は図示された実施形態例の中で近位導入ヘッド５．１、およびこれから遠位に延びるシャフト５．２を有し、シャフト５．２はその中で軸方向に延びる少なくとも１つの細長い円筒形空洞５．２．１を備える。導入ヘッド５．１はここで、３つの分岐または延長部分５．１．１から５．１．３、すなわち、光ファイバおよび光学系（カメラシステム）を接続するための延長部分５．１．１、および手術器具の導入のための作業管を備える。

延長部分５．１．３の入口５．１．３．１を通してセンサユニット１はシャフト５．２の軸方向に延びる空洞５．２．１の中に延在する。センサユニットは上述したように間隔を置いてその長手延在中に２つのセンサ１．１および１．２をコイルの形で示す。コイル１．１、１．２から（ここでは図示されない）接続ワイヤが近位方向にそれぞれのワイヤのそれぞれの近位接続端または接触端まで、場合により（ここでは図示されない）ナビゲーションシステム２の制御および処理エレクトロニクス３にワイヤを接続するためのプラグの形成の中に延在する。

コイル１．１はセンサユニット１の遠位端にあり、それによって軸平行に中心軸Ｘに延在する内視鏡５のシャフト５．２の内部にあり、そのため同様に中心軸Ｘに平行に配向される。センサユニット１上のコイル１．１から距離を置いて配置されたコイル１．２は、中心軸Ｘに対する有限角度の元で延びる導入ヘッド５．１の延長部分５．１．３中にあり、空洞５．１．３．１の管腔部分が同様に中心軸Ｘに対して有限角度で延びることにより、延長部分５．１．３中のコイル１．２の配向または延在が同様に中心軸Ｘに対する有限角度を含む。そのため両コイル１．１、１．２は互いに対して平行ではなく、互いに対して有限角度で配向される。

フィールドジェネレータ２．１による場合のように - その中にコイル１．１、１．２が存在する外部から印加された不均一な電磁場の場合、そのためこれらはフィールドを様々に認識し、異なる信号を制御および処理電子機器３に送信する。そのためコイル１．１、１．２のこの異なる配向により、電磁場内およびそれとともに空間内での内視鏡装置の完全な位置付けと方向付けが正確に決定される。

センサユニット１は、既に上述したように、固定的に配置されたルアーアダプタ部１．４を備える。これは、内視鏡５の延長部分５．１．３の補完的なルアーアダプタ部１．４、５．１．３．２に接続可能であり－ここでは接続し－それら両方は一緒にルアーアダプタ１．４、５．１．３．２を形成する。延長部分５．１．３およびセンサユニット１はそのようにルアーアダプタにより公知の方法で銃剣のように相互に固定的に結合されることができる。そのため延長部分５．１．３およびヘッド５．１並びに内視鏡装置５のシャフト５．２にも相関するアダプタ部１．４の位置は固定された状態で規定される。上述したようにセンサユニット１はホルダとともに軸方向に固定的に設けられるため、それによってコイル１．１、１．２および特にシャフト５．２中の遠位コイル１．１およびそれによって内視鏡装置５の長手位置も、およびそれによって間隔、特にコイル１．１のシャフト５．２の遠位端５．１．２への軸方向間隔も定められる。それによって印加された電磁場中のコイル１．１のセンサ信号によりそれらの位置も、シャフト５．２の遠位端５．１．２への固定された間隔を基にシャフト５．２の遠位端５．２．１の電磁場およびそれによって空間における位置も決定されうる。

図５はガイドロッド全体を通って長手方向に延びる中央の細長い円筒型の第１空洞６．１、およびこれに平行してガイドロッド６の長さの大部分に亘って延びる第２円筒型空洞６．２を有する、二重カニューレを備えたガイドロッド６を長手断面で示す。これは横方向の開口部６．２．１の中で遠位に開く。近位で空洞６．２がガイドロッド６の近位端面６．３に同様に距離を置いて開くのに対し、空洞６．１は近位端６．３まで延びる。近位領域ではガイドロッド６が空洞６．１の近傍で先細りし、軸平行な平坦部６．４を設ける。

ガイドロッド６の近位端上に空洞６．２に一直線に並んでこれを延長し、またもアダプタ６．５の入口領域６．５．２で終わる空洞６．５．１を備えたアダプタ６．５を戴置できる。入口領域６．５．２は空洞６．２の軸方向延在への有限角度、それも好ましくはガイドロッドの長手軸あるいは空洞６．２の延在方向に対して３５°の角度を有する。

アダプタ６．５の安定のためにその雄部材６．５．４と入口領域６．５．２の間の角度中に接続板６．５．５が設けられる。アダプタ６．５は一体的に形成され、好ましくは合成樹脂から成る。

入口領域６．５．２を通して空洞６．２の中まで図１、図２のセンサユニットが挿入され、センサユニット１の遠位センサ１．１が空洞６．２の遠位領域中にあり、センサ１．２は完全に差し込まれたアダプタ１．４の場合、その円筒鞘形の遠位環空間１．８とともに角度の付いた入口領域６．５．２中のアダプタ６．５の円筒鞘壁６．５．３上に存在する。

ガイドロッド６中に差し込まれたセンサユニット１の両センサ１．１、１．２の異なる配向および特にセンサ１．１、１．２の正確な互いに対する角度は評価ユニットによって検知され、それに応じて、これがさらに本文書の末尾で中空針および内視鏡についても詳細に記述されるように、制御ユニットのモニタ上の表示が相応に選択、あるいは適合される。

さらに本発明の主題および特に検出システムの範囲内で検出可能な手術器具は、図６で示されるようにジャムシディ骨髄生検針７を設ける。このような骨髄生検針７は２つの部分で形成される。それは一方ではカニューレ７．１および他方ではスティレット７．２を備え、それらはそれぞれ取手部７．１．１および７．２．１を設ける。スティレット７．２はカニューレ７．１を超えて突出し、円錐形またはトロカールとして形成されるべき尖った遠心端７．２．２を有する。従来のこのタイプの骨髄生検針７の場合、スティレットは中実に形成される。

本発明のスティレット７．２は、図６ａのスティレット７．２の長手断面図で識別できるように、軸方向に細長い円筒型空洞７．２．３を有する。これはスティレット７．２．１の近位アダプタ部分７．２．１からスティレット７．２を通って延び、遠位先端７．２．２に対する間隔を置いて終わる。アダプタ部分７．２．１はまたも略円錐形の鞘壁７．２．５を有する入口領域７．２．４を備え、それはスティレット７．２あるいはその軸Ａ７の延在方向への有限角度中に配向される。スティレットの軸Ａ７への入口領域７．２．４の相対角度αは、他の本発明の検出システムの範囲内で使用可能な手術用器具の相対角度から少なくとも約５°逸脱し、それも図示された実施形態例では６５°である。

骨髄生検針７のスティレット７．２の入口領域７．２．４を通しても図１、図２のセンサユニット１は軸方向空洞７．２．３の中まで挿入され、センサユニット１のアダプタ部分１．４はその円筒型環空間１．８とともに入口領域７．２．４の鞘７．２．５に、センサ１はスティレット７．２の軸方向空洞７．２．３の遠位端領域中に、ただしセンサ１．２がここでは前述の有限角度で配向される入口７．２．５の中に配置されるように、位置付けられる。

そのようにセンサ１．１および１．２の電磁場中での相対位置、および特に正確な角度配向はまたも評価ユニットにより決定され、それによって手術器具としてジャムシディ骨髄生検針７が同定され、相応に処理電子機器のモニタ上の表示が、これが前述した通り、以下で詳細に－伸長した－中空針および内視鏡について説明されるように、表示される。そこでの実施形態は対応する方法で上述されたガイドロッドにもここで説明されるジャムシディ骨髄生検針にも同様に適用される。

本発明の検出システムは特にセンサユニット１、少なくとも２つの器具２．２、５、６、７および評価ユニット３．１．３によって形成され、それらは以下で包括的な制御および処理電子機器３の範囲内で説明される。

図７は本発明による術中ナビゲーションシステム２の概略ブロック図およびその主要構成要素を示す。ナビゲーションシステム２の部品は、センサユニット１、制御および処理電子機器３、フィールドジェネレータ２．１、中空針２．２のような少なくとも１つの回転対称器具２．２および少なくとも１つの内視鏡２．３である。

制御および処理電子機器３はナビゲーションユニット３．１および図７に示されるような内視鏡２．３用のカメラシステム３．２を備える。

ナビゲーションユニット３．１はまずフィールドジェネレータ２．１の制御のための制御ユニット３．１．１を備える。さらにこれはセンサユニット１と接続されたセンサユニットの信号Ｓ１、Ｓ２の受信およびそれをさらに処理するための受信ユニット３．１．２を備える。そのように受信され適合されたセンサ信号はソフトウェアモジュールによって実現されうる評価ユニット３．１．３によってさらに処理される。評価ユニット３．１．３はまず器具識別のための機能モジュール３．１．３．３．１を備え、それはつまり中空針のような回転対称器具２．２または内視鏡２．３のような非回転対称器具が接続されているかどうかを識別する。

機能モジュール３．１．３．３．１はまたもレイアウト制御３．１．３．３と接続され、それを使ってモニタ上の表示のレイアウトが、図９に相応する回転対称器具２．２における機能モジュール３．１．３．３．１を介して、および図１０に相応する内視鏡２．３における機能モジュール３．１．３．３．１を介して、内視鏡画像を参照して制御される。

評価ユニット３．１．３はさらに、内視鏡２．３のビデオ信号を機能モジュール３．１．３．１によって生じる図１０のモニタ画像の表示に供給するための供給モジュール３．１．３．２を備える。

内視鏡２．３のビデオ信号はナビゲーションユニット３．１に内視鏡２．３のカメラシステム３．２を介して供給され、それは一方で内視鏡２．３の画像の処理のための評価ユニット３．１．３およびもう一方で内視鏡のカメラの制御のための制御ユニット３．１．１を備える。

本発明のナビゲーションシステムの作業行程は図８に従い以下のように行われる。

ナビゲーションユニット３．１の起動後、センサ信号が照会される。使用者がセンサユニット１をフィールドジェネレータ２．１の作業フィールドにもたらすとすぐに、信号が識別され測定されることができる。行程Ｂに従いセンサ信号がゼロ値ではなく、センサユニット１に対応すると器具照会Ｃが行われる。ここで両センサコイルの配向（ステップＤ）が評価される。両コイル１．１、１．２が互いに洗浄剤用通路の形状に適合し、有限相対角度の元でゼロではない（間隔および角度の）とき、これはソフトウェアによって識別され相応に内視鏡２．３がナビゲートされた器具として表示される。さらに図１０に従いレイアウト適合が行われる。内視鏡２．３がナビゲートされた器具として識別されたとき、近位センサコイル１．２の信号が、内視鏡の作業フィールドにおける位置を計測するため（ステップＥ）および測定Ｆを基に位置を３Ｄ画像データ記録に相関して表示する（ステップＧ）ために使用される。さらにはすでに説明されたように、内視鏡画像がモニタに導入される。特にコイル１．２の内視鏡内での既知の位置に基づき空間における内視鏡の遠位端の位置が推測されることができ、これが図１０で示されるように、脊髄領域の画像中で示されることができる。

ステップＤで両センサコイル１．１、１．２の配向が通常２５°である主軸に対する内視鏡の洗浄菅の位置に対応する正確に定義された位置に等しくない場合、回転対称の器具（針）が識別され、相応のレイアウト表示とともにナビゲーションシステムから出力される（ステップＨ）。センサコイル１．１は作業野での器具の位置決めのために使用され（ステップＪ）、測定された位置（ステップＫ）に合わせて３Ｄ画像データ記録中に表示される（ステップＬ）。

ナビゲーションシステムが両コイル１．１、１．２の不均一なフィールドでの軸方向配向、つまり内視鏡の通常２５°であるその主軸に対して逆側を向いた接続の配置に相応しない、特にこの角度の元にある相対角度における配向のために、中空針２．２が回転対称の器具として使用されていることを識別するとき、使用者には自動的にモニタ２．４上に表示がなされ、その中で患者の身体、正確には脊髄領域あるいは―ここでは脊髄４である―領域部分が４つの層から成る手術器具あるいは中空針２．２の表示の重なりの元で示される。表示は、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）または磁気共鳴トモグラフィー（ＭＲＴ）を使って取得される患者の画像データ記録に基づく。（特許の正式な要件に基づき図９および図１０は、実際にモニタ２．４に表示されるカラーまたはグレースケール画像の単純化された概略図のみ、および同様に実際にはモニタ２．４上に際立たせてカラーで表示される手術器具あるいはシャフトおよび内視鏡の遠位端を黒のみの表示で示す。）

モニタ画像２．４．１の左上（Ａ）で脊髄領域４が器具の目的表示に相応して、つまり器具あるいは中空針２．２の軸方向に、器具あるいは中空針２．２のＸ軸の方向に表示される（ここでは図９の他の図も参照）。右横（Ｂ）では矢状表示、つまりその垂線が矢状に、つまり患者の背中から胸部に向けられている平面の表示が行われる。左下の表示（Ｃ）は軸方向表示、すなわち脊椎の延在方向に相応した表示である。最後の右下の表示（Ｄ）は冠状、つまり側方から見た表示である。

ナビゲーションシステム２が内視鏡を両コイル１．１、１．２の配向により内視鏡の主軸と近位分岐の間の通常２５°である角度に対応した有限角度の元で識別すると、図１０のモニタ左の大きな画像部分に内視鏡カメラの本物の画像が表示される。右上から下（Ｂ－Ｄ）の図は再び図９に関連して説明される、それもここではＢ矢状、Ｃ冠状およびＤ軸方向の表示が図９と比較しても示される。

本発明のナビゲーションシステムはセンサユニットの両コイルの互いに対する配向に基づき直接その遠位端が手術箇所にある手術器具の種類を識別し、手術医には自動的に適合した彼にとって重要な表示がモニタ２．４に表示される。

それによって手術医はセンサ信号の評価および評価ユニットのモニタ上の画像表示に基づき正確にシャフト５．２の遠位端５．２．１およびそれとともに内視鏡装置５の位置を認識し、それによってどこで彼が、場合により内視鏡装置の他の管腔を通して、これを挿入および貫通させるその器具で作業をするかを正確に知る。同様のことがセンサユニット１の中空針２．２の中への配向の場合にも該当する。

Claims (27)

1. －手術器具（２．２、５、６、７）の長手軸に沿って延在するそれぞれ少なくとも１つの空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）および前記空洞への近位入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）を備える少なくとも２つの手術器具を有し、
   第１の手術器具の前記近位入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）と第１の手術器具の前記空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）の長手延在との間の角度は、第２の手術器具の前記近位入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）と第２の手術器具の前記空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）の長手延在との間の角度とは異なり、
   －各手術器具は、２つの電磁センサコイル（１．１、１．２）を含むセンサユニット（１）を備え、各センサユニット（１）はそれぞれの前記空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）中に導入可能であり、前記電磁センサコイルの１つは軸方向に延在してそれぞれの前記空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）の中に、前記電磁センサコイルのもう１つはそれぞれの前記入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）の中に配置され、前記電磁センサコイルの１つが配置される前記空洞の長手延在と、前記電磁センサコイルのもう一つが配置される前記入口領域との間の角度は、各手術器具毎に一定であり、
   －電磁場の生成のためのフィールドジェネレータ（２．１）、および
   －前記電磁センサコイル（１．１、１．２）によって前記フィールドジェネレータ（２．１）のフィールド内でのそれらの位置に相応して評価ユニット（３．１．３）に送信された信号を評価するための前記評価ユニット（３．１．３）を更に有し、
   前記評価ユニットは、送信された信号を評価して前記電磁センサコイル（１．１、１．２）の相対的な角度配向を決定し、決定した角度配向に基づいて、手術器具の種類を決定する、手術器具の自動検出のための検出システム。
2. 以下の手術器具：中空針（２．２）、ガイドロッド（６）、ジャムシディ骨髄生検針（７）および内視鏡（５）、のうちの少なくとも２つを備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記ガイドロッド（６）が二重カニューレを備えることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 少なくとも４つの異なる手術器具を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
5. 前記入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）の２つの手術器具の前記空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）の長手延在に対する角度が少なくとも５°以上異なることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）が前記空洞（５．２．１、６．２、７．２．３）の長手延在に対し０°、１５°、２５°、３５°、４５°、５５°、６５°または７５°の角度を有することを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
7. 前記電磁センサコイル（１．１、１．２）が一定の長手方向間隔を互いに対して有することを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
8. 前記電磁センサコイル（１．１、１．２）が導電性ワイヤから成るコイルであることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
9. 前記コイルが金属から成ることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 前記コイルが銅または銀から成ることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
11. 前記センサユニット（１）が前記電磁センサコイル（１．１、１．２）を包囲する柔軟な保護管（１．３）を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記保護管が生体適合性の滅菌可能な合成樹脂から成ることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記保護管がポリエーテルから成ることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記近位入口領域（５．１．３．１、６．５．２、７．２．４）が手術器具（２．２、５、６、７）のルアーアダプタのアダプタ部分（１．４）を備えることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
15. 前記評価ユニット（３．１．３）との接続のための前記電磁センサコイル（１．１、１．２）の電気接続線（１．５）を前記手術器具（２．２、５、６、７）の近位端に備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 保護管（１．３）の前記電気接続線（１．５）が生体適合性のある滅菌可能な合成樹脂によって包囲されていることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
17. 保護管（１．３）の前記電気接続線（１．５）がシリコンによって包囲されていることを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記センサユニット（１）の前記アダプタ部分（１．４）に隣接する保護管（１．３）が折れ防止保護（１．７）によって包囲されることを特徴とする、請求項１４に直接的にまたは間接的に従属するときの請求項１５、１６または１７に記載のシステム。
19. 前記折れ防止保護（１．７）が生体適合性のある滅菌可能な合成樹脂から包囲されることを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記折れ防止保護（１．７）がシリコンから包囲されることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記評価ユニット（３．１．３）が制御および処理電子機器（３．１）の一部であることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一項に記載のシステム。
22. モニタ（２．４）を更に有することを特徴とする、請求項１から２１のいずれか一項に記載のシステム。
23. 前記第１の手術器具および前記第２の手術器具は、中空針（２．２）、ガイドロッド（６）、ジャムシディ骨髄生検針（７）または内視鏡（５）のうちの何れかであり、前記第１の手術器具および前記第２の手術器具は手術器具の種類が異なることを特徴とする、請求項１から２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記手術器具の画像の少なくとも遠位端が患者の脊椎領域の画像に重なり合うことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
25. 制御および処理電子機器（３）および検出システムを有する、前記制御および処理電子機器（３）がその中に前記評価ユニット（３．１．３）が適合されるナビゲーションユニット（３．１）を備えることを特徴とする、請求項１から２４のいずれか一項に記載の術中ナビゲーションシステム（２）。
26. 中空針、ガイドロッド（６）、骨髄生検針（７）および内視鏡（５）のうちの少なくとも２つの手術器具の自動識別装置の作動方法であって、
    少なくとも２つの電磁センサコイル（１．１、１．２）が手術器具（２．２、５、６、７）内で絶対的に固定されて手術器具毎に相異なる相対的な角度配向を有するように、互いに対して一定の長手方向間隔を有する少なくとも２つの電磁センサコイル（１．１、１．２）を有するセンサユニット（１）が手術器具内に導入されており、
    フィールドジェネレータ（２．１）により不均一な電磁場が生成されること、
    各電磁センサコイル（１．１、１．２）によって受信された信号が処理ユニットに送信されること、
    処理ユニットが各電磁センサコイル（１．１、１．２）のセンサ信号をデジタル化すること、
    器具識別機能ユニットが機能ソフトウェアコンポーネントによってセンサ信号を分析し、センサ信号によって少なくとも２つの電磁センサコイル（１．１、１．２）の相対的な角度配向を認識し、手術器具内の少なくとも２つの電磁センサコイル（１．１、１．２）の決定された相対的な角度配向に基づいて、手術器具の種類を決定すること、
    を含む方法。
27. 前記処理ユニットが、種類が決定された手術器具（２．２、５、６、７）の画像を患者のモダリティ画像中に重ねて表示し、前記モダリティ画像はＣＴ、ＭＲＩまたはレントゲン画像であることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。

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