DE102009034667A1 - Calibration device i.e. optical tracking system, for calibration of instrument utilized in patient in medical areas, has base unit for fixation of holding devices, which implement calibration of instrument, during reference values deviation - Google Patents

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Abstract

The device i.e. optical tracking system (1) has a base unit (2) provided for fixation of holding devices (7a-7c), where fixable instruments (4, 5) are arranged in the holding devices. The base unit is designed as a sterilization filter. The holding devices implement new calibration of the instrument, during deviation of stored reference values. The holding devices are designed as rectangular cylinders and enable alignment of the instruments. Marker balls (6) are arranged at the base unit, where instruments arranged on the base unit are diverted from an arrangement of the balls. An independent claim is also included for a method for calibration of the instrument.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Instrumentenkalibrierung.object The invention relates to a device and a method for instrument calibration.

Navigationssysteme werden in der Medizintechnik in unterschiedlichen Bereichen wie z. B. HNO, Neurochirurgie, Orthopädie, Traumatologie, Radiologie usw. eingesetzt. Die Gründe für einen Einsatz eines Navigationssystems sind vielfältig. Unter anderem kann mit ihnen eine höhere Operationsgeschwindigkeit selbst bei durch einen minimal-invasiven Zugang eingeschränkten Sichtverhältnissen erzielt werden. Durch die erhöhte Genauigkeit sinkt die Komplikationsrate für einen Patienten.navigation systems are used in medical technology in different fields such as z. ENT, neurosurgery, orthopedics, traumatology, radiology etc. used. The reasons for one Use of a navigation system are manifold. Among other things can be with give them a higher one Operation speed even by a minimally invasive Access restricted visibility be achieved. By the increased Accuracy decreases the complication rate for a patient.

Eine höhere Genauigkeit kann allerdings nur erzielt werden, wenn die zu navigierenden Instrumente exakt kalibriert sind, d. h. wenn die exakte Geometrie des Instruments dem Navigationssystem vorliegt.A higher However, accuracy can only be achieved if the ones to be navigated Instruments are accurately calibrated, d. H. if the exact geometry the instrument is the navigation system.

Damit ein Navigationssystem ein Instrument erkennen kann, werden bei einem optischen Trackingsystem mindestens zwei optische Marker an bekannten Positionen am Instrument befestigt. Mit den optischen Markern ist ein Koordinatensystem verbunden. In diesem Koordinatensystem sind auch andere relevante geometrische Objekte des Instruments definiert. Die optischen Marker werden vom Trackingsystem erkannt, so dass mit ihrer Hilfe andere relevante geometrische Objekte des Instrumentes berechnet werden können. Bei einem Taststift sind z. B. die Ausrichtung, die Achse mit Durchmesser sowie die definierte Spitze des Taststifts von Interesse.In order to A navigation system can detect an instrument, be at one optical tracking system at least two optical markers on known Positions attached to the instrument. With the optical markers is connected to a coordinate system. In this coordinate system are also defines other relevant geometric objects of the instrument. The optical markers are recognized by the tracking system, so that with their help computes other relevant geometric objects of the instrument can be. In a stylus z. As the orientation, the axis with diameter as well as the defined tip of the stylus of interest.

Das Problem beim Einsatz von navigierenden Instrumenten ist die Tatsache, dass sich die Geometrie der Instrumente durch ihren Gebrauch, z. B. auch bei der Wiederaufbereitung (Reinigung, Desinfektion und Sterilisation) verändern kann. So ist eine Verbiegung einer Taststiftspitze denkbar. Damit nicht mit fehlerhaften Instrumenten operiert und somit nur eine unzureichende Genauigkeit erzielbar ist, müssen die Instrumente vor ihrem Einsatz geprüft werden. Diese Überprüfung muss von einem Anwender sicher und schnell durchgeführt werden. Falls die Instrumente verbogen sind, so darf entweder die OP nicht mittels des Navigationssystems fortgesetzt oder das Instrument rekalibriert werden, was eine Verlängerung der Operationsdauer mit sich bringt.The Problem with using navigational instruments is the fact that the geometry of the instruments by their use, for. B. in the reprocessing (cleaning, disinfection and Sterilization) can. So a bending of a stylus tip is conceivable. In order to not operated with faulty instruments and thus only one Inadequate accuracy is achievable, the instruments before their Use tested become. This review must be carried out by a user safely and quickly. If the instruments bent, either the OP must not by means of the navigation system continue or recalibrate the instrument, which is an extension the duration of surgery brings with it.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zur Kalibrierung von Instrumenten anzugeben.Of the Invention is based on the object, a device and an associated method for Specify calibration of instruments.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder 5 angegebenen Merkmale gelöst.The The object is achieved by the features specified in claim 1 or 5 solved.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass bereits vor, während oder nach einer Sterilisationsprozedur der Instrumente diese vom optischen Trackingsystem erfasst, exakt überprüft und evtl. neu kalibriert werden.The Invention brings the advantage that already before, during or after a sterilization procedure of the instruments this from the optical tracking system recorded, checked exactly and possibly be recalibrated.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass verbogene Instrumente neu kalibriert werden und so nach einem Sterilisationsvorgang während einer Operation einsetzbar sind.The Invention has the advantage that bent instruments be recalibrated and so after a sterilization process during a Operation can be used.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass keine neuen zusätzlichen Komponenten, wie Kalibrierständer/Kalibrierinstrument, bereitgestellt werden müssen. Dies bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass neben der Einsparung von Platz und Wartungsaufwand die Instrumente für einen Einsatz beim Patienten einsatzbereit sind.The Invention brings with it the advantage that no new additional Components, such as calibration stand / calibration instrument, must be provided. This brings with it the further advantage that besides saving of space and maintenance the instruments for use by the patient are ready for use.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Kalibrierung der Instrumente automatisiert wird, d. h. der Anwender muss nur noch die Kamera auf das Sterilisationssieb ausrichten. Sobald das Sieb vom Navigationssystem erkannt wird, können die in diesem angeordnete Instrumente anhand von der geometrischen Anordnung der Marker überprüft werden.The Invention has the advantage that the calibration of Instruments are automated, d. H. the user just has to Align the camera with the sterilization sieve. Once the sieve detected by the navigation system, which can be arranged in this Instruments are checked by the geometric arrangement of the markers.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass das Navigationssystem erkennt, welche Instrumente im Sieb angeordnet sein müssten und sind.The Invention brings with it the advantage that the navigation system recognizes which instruments should be arranged in the sieve and are.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der Workflow verbessert wird.The Invention has the advantage that the workflow improves becomes.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass durch die definierte Anordnung der Instrumente im Sieb eine Beschädigung der Instrumente untereinander nicht gegeben ist und erlaubt dem Anwender zusätzlich auch eine einfachere visuelle Kontrolle des Siebinhalts auf Vollständigkeit und Einsatzfähigkeit der Instrumente.The Invention brings the advantage that by the defined Arrangement of the instruments in the sieve a damage of the instruments among themselves is not given and also allows the user a simpler visual inspection of the screen content for completeness and operational capability the instruments.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Überprüfung aller zu navigierenden Instrumente gleichzeitig auf einfache Art und Weise nach einem Sterilisationsvorgang gewährleistet ist.The Invention brings with it the advantage that a review of all to navigate instruments simultaneously in a simple manner guaranteed after a sterilization process.

Die Erfindung soll im Folgenden mittels eines dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The Invention will be described below by means of an illustrated embodiment be explained in more detail.

Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren zur Instrumentenkalibrierung wird das Instrument innerhalb einer instrumentenspezifischen Halterungen fixiert und anhand seiner instrumentenspezifischen Anordnungen von optischen Markern identifiziert und evtl. eine Neukalibrierung vorgenommen und aufgrund der auf dem Sterilisationssieb angeordneten optischen Marker eine Zuordnung der identifizierten Instrumente zu dem Sterilisationssieb getroffen. Die Vorrichtung ist in einer Art Sterilisationssieb ausgebildet.In this device and the associated method for instrument calibration, the instrument is fixed within an instrument-specific holders and identified by means of its instrument-specific arrangements of optical markers and possibly a recalibration and made due to the arranged on the sterilization screen optical marker assignment of the identified instruments are taken to the sterilization sieve. The device is formed in a kind of sterilization sieve.

Der Gegenstand gemäß dem Ausführungsbeispiel weist ein optisches Trackingsystem 1 sowie einer Basiseinheit 2 zur Befestigung von mindestens einer Haltevorrichtung 7a, 7b, 7c auf. Zwischen diesen Haltevorrichtungen können Instrumente 4, 5 angeordnet werden. Die Basiseinheit 2 kann auch als Sterilisationssieb bezeichnet werden. Das Sterilisationssieb 2 ist perforiert. An seinen Rändern weist es Seitenwände bzw. Wandungen auf. Diese an seinen Ecken verbundenen Seitenwände 12 können durch eine Abdeckvorrichtung 8 abgeschlossen werden. Bei den Instrumenten 4, 5 kann es sich um beliebige während einer Operation einsetzbare Instrumente handeln. Beispielsweise sind in der gezeigten Abbildung eine Bohrhülse 4 und ein Taststift 5 gezeigt. Die Instrumente weisen jeweils eine charakteristische Anordnung von optischen Markerkugeln auf. Die Instrumente 4, 5 sind jeweils in unverwechselbar für ein bestimmtes Instrument definierte erste, zweite und dritte Haltevorrichtungen 7a, 7b und 7c ablegbar. Die erste Haltevorrichtungen 7a fixiert jeweils eine Griffvorrichtung 9 und/oder einen Instrumentenschaft 10. Diese erste und zweite Haltevorrichtung 7a, 7b ist rechteckförmig ausgebildet und mit dem Sterilisationssieb 2 mit mindestens einer punktförmigen Verbindung fixiert. Mittels der zweiten Halterungen 7b können die mit optischen Kugeln 6 versehenen Referenzsterne fixiert werden. Durch die dritten Haltevorrichtung 7c kann angezeigt werden, ob eine Ausrichtung eines Instrumentes in den dafür vorgesehenen Toleranzen liegt. Eine Möglichkeit der Überprüfung kann durch eine visuelle Kontrolle erfolgen. Die optische Überprüfung kann einerseits durch den Chirurgen, beziehungsweise dessen Assistenz durch Sichtprüfung erfolgen. Bei einer visuellen Kontrolle kann eine Überprüfung der Ausrichtung des fixierten Instrumentes an einem keilförmig ausgebildeten Fixierelement 7c erfolgen. Stimmt beispielsweise eine speziell dazu eingebrachte Kerbung am fixierten Instrument mit einer Spitze des keilförmig ausgebildeten Fixierelementes überein, so liegt ein in zulässigen Abweichungen einsatzbereites Instrument vor.The article according to the embodiment has an optical tracking system 1 and a base unit 2 for fastening at least one holding device 7a . 7b . 7c on. Between these fixtures can instruments 4 . 5 to be ordered. The base unit 2 can also be referred to as a sterilization sieve. The sterilization sieve 2 is perforated. At its edges it has side walls or walls. These side walls connected at its corners 12 can through a cover 8th be completed. At the instruments 4 . 5 it can be any instrument that can be used during an operation. For example, in the illustration shown, a drill sleeve 4 and a stylus 5 shown. The instruments each have a characteristic arrangement of optical marker spheres. The instruments 4 . 5 are each in first, second and third holding devices defined unmistakably for a particular instrument 7a . 7b and 7c can be stored. The first holding devices 7a each fixes a handle device 9 and / or an instrument panel 10 , This first and second holding device 7a . 7b is rectangular in shape and with the sterilization sieve 2 fixed with at least one punctiform connection. By means of the second brackets 7b can those with optical balls 6 provided reference stars are fixed. Through the third holding device 7c It can be displayed if an alignment of an instrument is within the specified tolerances. One way of checking can be done by visual inspection. On the one hand, the visual inspection can be performed by the surgeon or his assistant by visual inspection. In a visual inspection, a check of the orientation of the fixed instrument on a wedge-shaped fixing 7c respectively. If, for example, a notch applied specifically to the fixed instrument coincides with a tip of the wedge-shaped fixing element, then an instrument ready for use in permissible deviations is available.

Neben der visuellen Kontrolle kann eine optoelektronische Überprüfung derart ausgebildet sein, dass die Haltevorrichtung 7c in Form einer dem jeweiligen Ende eines Instrumentes angepassten Öffnungen an einer Markerkugel ausgebildet ist. Die optische Markerkugel ist in dieser Ausgestaltung variierbar mit der Basiseinheit 2, 11 verbunden. Diese Ausgestaltung kann mit einer Federeinheit erfolgen. Die Markerkugel zur Aufnahme eines Endes des fixierbaren Instrumenten oder Geräten ist mit einer hierzu korrespondierenden Passung versehen. Ist beispielsweise die Spitze eines Instrumentes verbogen, so wird die flexibel an der Basis 2, 11 angebrachte Markerkugel 7c entsprechend der Auslenkung der Spitze des Instrumentes bewegt. Das optische Trackingsystem nimmt die Position der Markerkugel auf und vergleicht die Daten mit den Solldaten des Instrumentes. Bei einer Überschreitung einer Toleranzgrenze wird das Instrument automatisch kalibriert. Eine Neukalibrierung wird dem Benutzer visualisiert. Auf dem Sterilisationssieb sind ebenfalls von dem optischen Trackingsystem 1 wahrnehmbar Markerkugeln 3 angeordnet. Die Anordnung der Markerkugeln 3 ist in der Art ausgeprägt, dass durch die Positionierung zueinander das Trackingsystem eine codierte Information entnimmt, welche Instrumente beispielsweise in dem Sterilisationssieb angeordnet sind. Eine Neukalibrierung kann dann wie folgt ablaufen: Das Trackingsystem kann die Basiseinheit sowie die Referenzsterne auf den Instrumenten mit Hilfe der optischen Marker 3, 6 bzw. 7c detektieren. Aufgrund der definierten Position der Referenzsterne der Instrumente in der Basiseinheit kann das Trackingsystem überprüfen, ob die Sollposition Tsoll der Instrumente mit der Istposition Tist noch übereinstimmt. Gleichzeitig kann der Benutzer visuell überprüfen, ob die Instrumentenspitze noch in der Haltevorrichtung 7c exakt sitzt. Liegt nun die Instrumentenspitze noch in der Haltevorrichtung 7c, die Marker 6 des Instruments befinden sich allerdings nicht mehr in der erwartenden Position, so kann das Instrument automatisch kalibriert werden: Mit Hilfe der Istposition Tist des Instruments sowie dem Wissen, wo die Instrumentspitze in der Basiseinheit sich befindet (Tspitze lässt sich die neue Geometrie des Instruments bestimmen: Tneu = Tspitze – Tist In addition to the visual control, an optoelectronic check can be designed such that the holding device 7c is formed in the form of a respective end of an instrument adapted openings on a marker ball. The optical marker ball is variable in this embodiment with the base unit 2 . 11 connected. This embodiment can be done with a spring unit. The marker ball for receiving one end of the fixable instruments or devices is provided with a corresponding thereto fit. For example, if the tip of an instrument is bent, it becomes flexible at the base 2 . 11 attached marker ball 7c moved according to the deflection of the tip of the instrument. The optical tracking system records the position of the marker ball and compares the data with the target data of the instrument. If a tolerance limit is exceeded, the instrument is automatically calibrated. A recalibration is visualized to the user. On the sterilization screen are also from the optical tracking system 1 noticeable marker balls 3 arranged. The arrangement of the marker spheres 3 is pronounced in such a way that by positioning to each other the tracking system takes a coded information, which instruments are arranged for example in the sterilization screen. A recalibration can then proceed as follows: The tracking system can track the base unit as well as the reference stars on the instruments using the optical markers 3 . 6 respectively. 7c detect. Due to the defined position of the reference star of the instruments in the base unit, the tracking system can check whether the target position T set of instruments with the actual position T is still matches. At the same time, the user can visually check if the instrument tip is still in the fixture 7c sits exactly. Is now the instrument tip still in the fixture 7c , the markers 6 the instrument but no longer are in the expected position, the instrument can be calibrated automatically: Using the actual position T is the instrument and the knowledge of where the instrument tip in the base unit is (T tip can be the new geometry of the instrument determine: T new = T peak - T is

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
optisches Trackingsystemoptical tracking system
2/112/11
Sterilisationssieb/BasiseinheitA sterilization / base unit
33
Markerkugel auf dem Sterilisationssiebmarker ball on the sterilization sieve
4, 54, 5
Instrumentinstrument
66
Markerkugel auf dem Instrumentmarker ball on the instrument
7a, 7b, 7c7a, 7b, 7c
erste, zweite dritte Haltevorrichtungfirst, second third holding device
88th
Deckelcover
99
GriffHandle
1010
Schaftshaft
1212
Wandungwall

Claims (5)

Vorrichtung zur Instrumentenkalibrierung dadurch gekennzeichnet, dass eine Basiseinheit (2) zur Befestigung mindestens einer Haltevorrichtung (7a, 7b, 7c) vorgesehen ist und in diese Haltevorrichtung Instrumente (4, 5) anordenbar sind wobei die Haltevorrichtung jeweils für ein damit fixierbares Instrument ausgebildet ist und eine Neukalibrierung der Instrumente bei Abweichungen von abgespeicherten Sollwerten durchführbar ist.Device for instrument calibration, characterized in that a base unit ( 2 ) for attaching at least one holding device ( 7a . 7b . 7c ) and in this holding device instruments ( 4 . 5 ) can be arranged, wherein the holding device is designed in each case for a thus fixable instrument and a recalibration of the instruments in case of deviations from stored setpoints is feasible. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung an Schaft und Handgriff der Instrumente als rechteckförmige Zylinder ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the holding device on shaft and handle of the instruments as rectangular Cylinders are formed. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens einer Haltevorrichtung eine exakte Ausrichtung des Instrumentes ermöglicht wird.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that with at least one holding device a exact alignment of the instrument is made possible. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basiseinheit (2) Markerkugeln angeordnet sind, wobei aus der Anordnung der Markerkugeln die auf der Basiseinheit angeordneten Instrumente ableitbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the base unit ( 2 ) Marker balls are arranged, wherein from the arrangement of the marker balls arranged on the base unit instruments are derivable. Verfahren zur Instrumentenkalibrierung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Basiseinheit (2) zur Befestigung mindestens einer Haltevorrichtung (7a, 7b, 7c ) vorgesehen wird und in diese Haltevorrichtung Instrumente (4, 5) anordnet werden, wobei die Haltevorrichtung jeweils für ein damit fixierbares Instrument ausgebildet wird und eine Neukalibrierung des oder der Instrumente bei Abweichungen von abgespeicherten Sollwerten durchgeführt wird.Method for instrument calibration, characterized in that a base unit ( 2 ) for attaching at least one holding device ( 7a . 7b . 7c ) and in this holding device instruments ( 4 . 5 ), wherein the holding device is formed in each case for an instrument fixable therewith and a recalibration of the instrument or instruments is carried out in the event of deviations from stored nominal values.
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