DE102008062468B3 - Medical instrument for position determining system, has detectable optical mark or defined coil and switching device, where switching device is provided to arrange coordinate system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Instrument für ein Positionserfassungssystem und ein Verfahren zur Bestimmung einer Zielposition des Instrumentes.The The invention relates to an instrument for a position detection system and a method for determining a target position of the instrument.
Minimal-invasive medizinische Eingriffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. So sind beispielsweise bei der Behandlung von koronaren Herzerkrankung die chirurgischen Bypass-Operationen am Herzen deutlich zu Gunsten der Ballon-Dilatation (PTCA = Perkutane Transluminale Koronare Angioplastie) und dem Einsetzen eines Stents zurückgegangen. Auch im Bereich der Biopsien, Wirbelsäulentherapien und Tumorablationen nehmen minimal-invasive Eingriffe zu.Minimally invasive Medical interventions are becoming increasingly important. So are for example, in the treatment of coronary heart disease the Surgical bypass surgery on the heart clearly in favor of Balloon Dilatation (PTCA = Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty) and the insertion of a stent decreased. Also in the area biopsies, spine therapies and tumor ablation increase with minimally invasive procedures.
Bei einem minimal-invasiven Eingriff werden z. B. eines oder mehrere medizinische Instrumente in den Körper eines Patienten zur Therapie oder Diagnostik eingeführt. Nach der Einführung eines medizinischen Instrumentes in den Körper des Patienten ist dieses optisch für einen den Eingriff durchführen Arzt nicht mehr sichtbar. Zur Navigation des Instrumentes im Körper des Patienten muss dieses daher in geeigneter Weise für den Arzt in Bildinformationen visualisiert werden. Zur Positionsbestimmung des Instrumentes im Körper des Patienten bei minimal-invasiven medizinischen Eingriffen, welche für die Visualisierung des Instrumentes, insbesondere der Spitze des Instrumentes, in Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten erforderlich ist, stehen heutzutage verschiedenartiger insbesondere optische und elektromagnetische Positionserfassungssysteme zur Verfügung.at a minimally invasive procedure z. B. one or more medical instruments in the body of a patient for therapy or diagnostics. After the introduction a medical instrument into the patient's body is this optically for to perform the procedure Doctor no longer visible. To navigate the instrument in the body of the Patients must therefore do this appropriately for the doctor visualized in image information. For position determination of the instrument in the body the patient in minimally invasive medical interventions, which for the Visualization of the instrument, in particular the tip of the instrument, in image information from inside the body the patient is required, are nowadays more diverse in particular optical and electromagnetic position detection systems to disposal.
Bevor eine Einblendung der mit einem Positionserfassungssystem ermittelten Position bzw. eines Abbildes eines medizinischen Instrumentes in Bildinformationen erfolgen kann, ist jedoch eine Registrierung erforderlich, bei der eine Koordinatentransformation zwischen einem dem Positionserfassungssystem zugeordneten Koordinatensystem und einem den Bildinformationen zugeordneten Koordinatensystem ermittelt wird. Die Registrierung erfolgt zumeist mit Hilfe sogenannter Landmarken. Bei den Landmarken kann es sich um künstliche am Patienten angebrachte und in den Bildinformationen abgebildete Marken oder um anatomische Landmarken, also charakteristische Körpermerkmale des Patienten, welche ebenfalls in den Bildinformationen abgebildet sind, handeln. Die Positionen der Landmarken werden in dem den Bildinformationen zugeordneten Koordinatensystem ermittelt. Des Weiteren werden die Landmarken mit der Spitze eines Zeigerinstrumentes des Positionserfassungssystems nacheinander berührt und jeweils die Position der Spitze zum Zeitpunkt der Berührung in dem dem Positionserfassungssystem zugeordneten Koordinatensystem bestimmt. Basierend auf den in den Koordinatensystemen ermittelten Koordinaten der Landmarken kann schließlich die Koordinatentransformation berechnet werden.Before an insertion of the determined with a position detection system Position or an image of a medical instrument in image information However, a registration is required in which a coordinate transformation between a position detection system associated coordinate system and a picture information associated with the Coordinate system is determined. Registration is usually done with the help of so-called landmarks. The landmarks can be around artificial attached to the patient and depicted in the image information Marks or anatomical landmarks, so characteristic body features of the patient, which is also shown in the image information are, act. The positions of the landmarks are in the image information determined coordinate system determined. Furthermore, the Landmarks with the tip of a pointer instrument of the position detection system touched in succession and respectively the position of the tip at the time of touching in the coordinate system assigned to the position detection system certainly. Based on the coordinates determined in the coordinate systems Coordinates of the landmarks can finally be the coordinate transformation be calculated.
Nachteilig ist dabei, dass immer dann, wenn eine Berührung einer Landmarke mit dem Zeigerinstrument erfolgt, mit einem Fußschalter oder einer Computermaus ein an eine Recheneinheit des Positionserfassungssystems gerichtetes Signal ausgelöst werden muss, um die Ermittlung der Position der Spitze des Zeigerinstrumentes zu veranlassen. Dies ist jedoch hinderlich für den Arbeitsablauf bei der Registrierung und erfordert im ungünstigsten Fall sogar eine zweite Person, die die Signalauslösung veranlasst.adversely is that whenever a touch of a landmark with the Pointer instrument done with a footswitch or a computer mouse a directed to a computing unit of the position detection system Signal to be triggered must to determine the position of the tip of the pointer instrument to induce. However, this is a hindrance to the workflow at the Registration and in the worst case even requires a second one Person receiving the signal causes.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Instrument und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Registrierung vereinfacht wird.Of the The invention is based on the object, an instrument and a method of the type mentioned above indicate that the registration is simplified.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Instrument für ein Positionserfassungssystem sowie durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Zielposition des Instrumentes, welches Instrument wenigstens eine detektierbare, definiert an dem Instrument angeordnete optische Marke eines Positionserfassungssystems oder wenigstens eine definiert in oder an dem Instrument angeordnete Spule eines Positionserfassungssystems und eine Schalteinrichtung aufweist, wobei bei Betätigung der Schalteinrichtung die Ermittlung einer Zielposition des Instrumentes in einem dem Positionserfassungssystem zugeordneten Koordinatensystem basierend auf einem aus der Detektion der optischen Marke erhaltenen Messwert oder basierend auf wenigstens einem mit der Spule erhaltenen oder auf der Spule beruhenden Messwert mit dem Positionserfassungssystem veranlasst wird. Es ist also eine Schalteinrichtung in das Instrument integriert, welche einem Benutzer z. B. eine einfache Signalabgabe zur Auslösung der Bestimmung einer Zielposition des Instrumentes, insbesondere der Spitze oder des distalen Endes des Instrumentes, ermöglicht und zwar ohne die Hand oder die Augen von dem Instrument abwenden zu müssen. Bei der Registrierung, bei der der Benutzer mit der Spitze bzw. dem distalen Ende des Instrumentes eine Landmarke berührt und bei der durch die Bestimmung der Zielposition des Instrumentes auch die Position der Landmarke bestimmt wird, wird dieser für die Signalabgabe dabei weder von dem eigentlichen Zielpunkt, sprich der Landmarke, abgelenkt noch ist eine zweite Person für die Signalabgabe erforderlich, so dass die Registrierung vereinfacht wird.To According to the invention, this object is achieved by an instrument for a position detection system and by a method for determining a target position of the Instrument, which instrument has at least one detectable, defines on the instrument arranged optical mark a position detection system or at least one defined in or on the instrument Coil of a position detection system and a switching device wherein, when actuated the switching device, the determination of a target position of the instrument in a coordinate system assigned to the position detection system based on one obtained from the detection of the optical mark Measured value or based on at least one obtained with the coil or coil based reading with the position sensing system is initiated. So it's a switching device in the instrument integrated, which a user z. B. a simple signal delivery for triggering the determination of a target position of the instrument, in particular the tip or distal end of the instrument, allows and though without turning your hand or eyes away from the instrument too have to. At the registration, where the user with the tip or touches a landmark on the distal end of the instrument and at the same time by determining the target position of the instrument the position of the landmark is determined, this is for the signal delivery neither from the actual target point, ie the landmark, distracted nor is a second person required for signaling, so that the registration is simplified.
Handelt es sich bei dem Positionserfassungssystem um ein optisches, beispielsweise Kameras umfassendes Positionserfassungssystem, ist das Instrument in definierter Weise mit wenigstens einer optischen, mit den Kameras erfassbaren Marke versehen. Durch die definierte Anordnung der Marke an dem Instrument ist z. B. nach einer Signalauslösung durch Betätigung der Schalteinrichtung die Zielposition der Spitze oder des distalen Endes des Instrumentes eindeutig bestimmbar.These it is in the position detection system to an optical, for example Cameras comprehensive position detection system, is the instrument in a defined manner with at least one optical, with the cameras provided recordable brand. By the defined arrangement of the brand the instrument is z. B. after a signal release by pressing the Switching device the target position of the tip or the distal End of the instrument clearly determinable.
Ist das Positionserfassungssystem ein elektromagnetisches Positionserfassungssystem, so ist in oder an dem Instrument in definierter Weise wenigstens eine Spule angeordnet, bei der es sich um eine Empfangsspule handeln kann, die sich zur Bestimmung der Zielposition des Instrumentes in einem mit einem Feldgenerator des elektromagnetischen Positionserfassungssystems erzeugten elektromagnetischen Feld befindet. Alternativ kann die wenigstens eine Spule jedoch auch eine Sendespule sein, deren ausgesendete elektromagnetische Signale zur Bestimmung der Zielposition des Instrumentes detektiert werden.is the position detecting system is an electromagnetic position detecting system, so is in or on the instrument in a defined manner at least arranged a coil, which is a receiving coil can be used to determine the target position of the instrument in one with a field generator of the electromagnetic position detection system generated electromagnetic field is located. Alternatively, the at least one coil but also be a transmitting coil whose emitted electromagnetic signals for determining the target position of the instrument be detected.
Nach einer ersten erfindungsgemäßen Alternative werden mit dem Instrument kontinuierlich oder intermittierend Messwerte zur Ermittlung einer Zielposition aufgenommen, wobei jeweils derjenige Messwert zur Ermittlung einer Zielposition des Instrumentes mit dem Positionserfassungssystem herangezogen wird, welcher zeitlich unmittelbar vor der Betätigung der Schalteinrichtung aufgenommen wurde. Die Recheneinheit des Positionserfassungssystems erfasst dabei in festen zeitlichen Abständen, die bei der kontinuierlichen Messung von der maximalen Messrate und bei der intermittierenden Messung von der Vorgabe des Messintervalls abhängen, Messwert des Instrumentes und speichert diese zwischen. Der Speicher kann dabei als FIFO-Speicher (First In First OUT) mit hinreichender Speicherkapazität ausgebildet sein. Hierin liegt eine Maßnahme Ungenauigkeiten bei der Bestimmung einer Zielposition infolge eines Verwackelns oder Verschiebens des Instrumentes bei Betätigung der Schalteinrichtung zu vermeiden. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die Spitze des Instrumentes bereits vor Betätigung der Schalteinrichtung am Zielort, also einer Landmarke befindet und vor Betätigung der Schalteinrichtung mangels Kraftausübung auf das Instrument kein Verwackeln oder Verschieben des Instrumentes aufgetreten ist.To a first alternative according to the invention become measured values continuously or intermittently with the instrument recorded to determine a target position, wherein in each case that measured value for determining a target position of the instrument with the position detection system is used, which in time immediately before the actuation of Switching device was added. The arithmetic unit of the position detection system detected at fixed intervals, the continuous measurement of the maximum measuring rate and in the intermittent measurement of the specification of the measurement interval depend, Measured value of the instrument and stores this between. The memory can be used as FIFO memory (First In First OUT) with sufficient memory be educated. Herein lies a measure of inaccuracies the determination of a target position due to a shake or Moving the instrument when operating the switching device to avoid. It is assumed that the top of the instrument already before actuation the switching device at the destination, ie a landmark located and before exercise the switching device for lack of power on the instrument no Blurring or moving the instrument has occurred.
Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Alternative werden mit dem Instrument wieder kontinuierlich oder intermittierend Messwerte zur Ermittlung einer Zielposition aufgenommen, wobei aus einer vorzugsweise vorgebbaren Anzahl von Messwerten, welche zeitlich unmittelbar vor der Betätigung der Schalteinrichtung aufgenommen wurden, der Mittelwert der Messwerte gebildet wird, aus dem mit dem Positionserfassungssystem die Zielposition ermittelt wird. Die Intention dieser Maßnahme ist die bereits zuvor beschriebene, nämlich Ungenauigkeiten bei der Bestimmung der Position des Instrumentes möglichst zu vermeiden.According to a second alternative according to the invention, measured values for determining a target position are again recorded continuously or intermittently with the instrument, the mean value of the measured values being formed from a preferably predefinable number of measured values which were recorded immediately before the actuation of the switching device the position detection system, the target position is determined. The intention of this measure is that already described above, namely inaccuracies in Avoiding the determination of the position of the instrument as much as possible.
Nach einer Variante der Erfindung ist die Schalteinrichtung des Instrumentes berührungslos betätigbar. Vorzugsweise weist die Schalteinrichtung dabei als berührungslos betätigbaren Schalter einen kapazitiven Näherungsschalter auf. Diese Ausführungsform der Erfindung beruht auf der Überlegung, dass die Betätigung einer konventionellen Schalteinrichtung, z. B. eines Druckschalters, mit der Ausübung einer Kraft auf das Instrument verbunden ist, was zu einem Verwackeln oder einer unbeabsichtigten Verschiebung des Instrumentes und somit zu einer Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Zielposition des Instrumentes und somit der Landmarke führen kann. Durch eine berührungslose Betätigung der Schalteinrichtung ist diese Gefahr der Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Position zumindest reduziert.To A variant of the invention is the switching device of the instrument can be actuated without contact. Preferably, the switching device in this case as non-contact actuated Switch a capacitive proximity switch on. This embodiment The invention is based on the consideration that the operation a conventional switching device, for. B. a pressure switch, with the exercise a force is connected to the instrument, causing a blurring or an unintentional displacement of the instrument and thus an inaccuracy in determining the target position of the instrument and thus lead the landmark can. By a non-contact activity the switching device is this danger of inaccuracy in the Determination of the position at least reduced.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schalteinrichtung über einen separaten Stromkreis mit einer Recheneinheit des Positionserfassungssystems verbindbar. Die Auslösung eines Signals zur Positionsbestimmung ist also beispielsweise vom Stromkreis der wenigstens einen Spule getrennt.To an embodiment the invention is the switching device via a separate circuit connectable to a computing unit of the position detection system. The trigger a signal for position determination is thus for example from Circuit of at least one coil separated.
Ist die wenigstens eine Spule über einen Spulenstromkreis mit einer Recheneinheit des Positionserfassungssystems verbindbar, so kann nach einer Variante der Erfindung der Spulenstromkreis mit der Schalteinrichtung geschlossen und unterbrochen werden. Auf diese Weise wird beim Schließen oder Öffnen des Schalters der Schalteinrichtung die Bestimmung der Position ausgelöst.is the at least one coil over a coil circuit with a computing unit of the position detection system connectable, Thus, according to a variant of the invention, the coil circuit with the Switching device closed and interrupted. To this Way becomes when closing or open the switch of the switching device determining the position triggered.
Alternativ kann der Spulenstromkreis mit der Schalteinrichtung kurzgeschlossen werden, so dass immer dann, wenn der Kurzschluss aufgehoben oder hergestellt wird, die Bestimmung der Position erfolgt.alternative the coil circuit can be short-circuited to the switching device so that whenever the short circuit is canceled or established is, the determination of the position takes place.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Instrument als reines Zeigerinstrument für die Bestimmung der Positionen von Landmarken oder als medizinisches Instrument ausgebildet, welches nicht nur für die Registrierung, sondern auch für medizinische Eingriffe verwendet wird.To an embodiment the invention is the instrument as a pure pointer instrument for the determination the positions of landmarks or as a medical instrument trained, which not only for the registry, but also used for medical interventions becomes.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:embodiments The invention are in the attached schematic drawings shown. Show it:
In
Die
Bildinformationen aus dem Körperinneren
werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles der Erfindung
mit einem C-Bogen-Röntgengerät
Mit
dem C-Bogen-Röntgengerät
In
ein auf dem Sichtgerät
Das
elektromagnetische Positionserfassungssystem
Zur
Einblendung wenigstens eines Abbildes zumindest der Spitze des medizinischen
Instrumentes
Hierzu
sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung
röntgenpositive
Marker
Bei
der in
Eine
weitere alternative Ausführungsform des
medizinischen Instrumentes
Der
Näherungsschalter
Um
Verwacklungen des medizinischen Instrumentes
Nach
einer ersten Alternative wird derjenige Messwert zur Ermittlung
einer Zielposition verwendet, der zeitlich unmittelbar vor der Betätigung der Schalteinrichtung
Nach
einer weiteren Alternative wird nicht nur der der Betätigung der
Schalteinrichtung
Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines medizinischen Instrumentes
für ein
elektromagnetisches Positionserfassungssystem beschrieben. Das Instrument
kann jedoch auch für
ein optisches Positionserfassungssystem vorgesehen sein. In
Im
Unterschied zu dem beschriebenen Ausführungsbeispielen muss das Instrument
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R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110420 |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SIEMENS HEALTHCARE GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: A61B0090000000 Ipc: A61B0034200000 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |