DE4225112C1

DE4225112C1 - Instrument position relative to processing object measuring apparatus - has measuring device for measuring position of instrument including inertia sensor unit

Info

Publication number: DE4225112C1
Application number: DE4225112A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl Phys Dr Stelte; Max Dipl Phys Dr Rer Nat Seidl; Michael Dipl Phys Dr Raab
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: STELTE, NORBERT, DR., 88662 UEBERLINGEN, DE
Priority date: 1992-07-30
Filing date: 1992-07-30
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2012-07-31

Abstract

The position measurement apparatus includes a computer (32) with memory (34) for storage layered images of the processing object (10) with a first coordinate system. A measuring device (16, 18, 20, 22, 24, 26) measures the position of the instrument (12) in a second coordinate system. A further measuring device (20, 22, 24) measures the position of predefined points in the first coordinate system of the processing object in the second coordinate system. The computer has a coordinate transformation program. The layered image and the instrument in the other coordinate system are displayed on a screen (36). The measuring device for measuring the position of the instrument contains an inertia sensor unit (26). USE/ADVANTAGE - For use during surgery for example. Enables free handling of instrument and guarantees constant availability of position information.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Messen der Position eines Instruments relativ zu einem Behandlungsobjekt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the Position of an instrument relative to a treatment object, according to the preamble of claim 1.

Eine solche Einrichtung ist bekannt durch die DE 37 17 871 C2. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zur optischen Darstellung der Lage eines chirurgischen Instruments bei einem chirurgischen Eingriff. In einem Speicher eines Datenverarbeitungssystems werden Schichtbilder eines Körperteils abgelegt. Dabei sind bei der Herstellung der Schichtbilder an dem Körperteil Meßpunkte markiert oder festgelegt, die in den Schichtbildern erscheinen. Die Koordinaten dieser Meßpunkte in den Schichtbildern werden ermittelt. Bei dem chirurgischen Eingriff werden solche Schichtbilder auf einem Bildschirm dargestellt. Während des Eingriffs wird mittels einer Abtasteinrichtung die Lage und Orientierung des Instruments in einem durch die Abtasteinrichtung bestimmten Koordinatensystem bestimmt. Dementsprechend wird eine die Lage und Orientierung des Instruments wiedergebendes Bild ebenfalls auf dem Bildschirm dargestellt und der jeweiligen Schichtaufnahme überlagert.Such a device is known from DE 37 17 871 C2. This document describes a method for optical Representation of the position of a surgical instrument in a surgical intervention. In a memory of a data processing system become slice images of a body part filed. They are involved in the production of the layer images the body part marked or fixed measuring points in the Slice images appear. The coordinates of these measuring points in the slice images are determined. With the surgical Such slice images are manipulated on a screen shown. During the procedure, a Scanning device the position and orientation of the instrument in a coordinate system determined by the scanner certainly. Accordingly, the location and orientation image of the instrument also on the Screen shown and the respective slice image overlaid.

Die Darstellung der Schichtbilder auf dem Bildschirm ist auf ein erstes "Schichtbilder"-Koordinatensystem bezogen. Die Abtasteinrichtung liefert die Lage und Orientierung des Instruments in dem durch die Abtastvorrichtung bestimmten zweiten Koordinatensystem. Die Beziehung zwischen den beiden Koordinatensystemen ist zunächst unbekannt. Diese Beziehung wird ermittelt, indem nacheinander die Meßpunkte an dem zu behandelnden Körperteil angefahren und deren Koordinaten in dem zweiten "Abtastvorrichtungs"-Koordinatensystem bestimmt werden. Es kann dann eine Koordinatentransformation aus dem ersten in das zweite Koordinatensystem erfolgen, derart, daß die Meßpunkte auf dem Bildschirm in den durch das Anfahren bestimmten Punkten liegen und mit dem Bild des Instruments oder der Instrumentenspitze zur Deckung kommen.The representation of the layer images on the screen is on obtained a first "slice image" coordinate system. The Scanning device provides the location and orientation of the Instruments in that determined by the scanner second coordinate system. The relationship between the two Coordinate systems are initially unknown. This relationship is determined by successively measuring points on the to approached body part and their coordinates in the second "scanner" coordinate system will. A coordinate transformation from the first in the second coordinate system, such that the measuring points on the screen in the by starting certain points and with the image of the instrument or cover the instrument tip.

Der Operateur kann dann während der Operation laufend die Lage und Orientierung seines Instrumens in dem Körperteil verfolgen. Das geschieht anhand von Schichtbilder, die vor dem Eingriff gemacht worden sind. Es kann dafür gesorgt werden, daß stets jeweils die Schichtaufnahme auf dem Bildschirm dargestellt wird, die den Ort der Instrumentenspitze enthält. The surgeon can then continuously monitor the situation during the operation and track its instrument's orientation in the body part. This is done with the help of slice images that appear before the Intervention. It can be ensured that the slice image is always shown on the screen that contains the location of the instrument tip.

Bei der DE 37 17 871 C2 ist die Abtastvorrichtung zum Messen der Koordinaten des Instruments eine Art passiver Roboterarm, an dem das Instrument sitzt, wobei die Lage des Instruments aus den Winkeln an den verschiedenen Gelenken des Roboterarmes bestimmt wird. Es wird in der DE 37 17 871 C2 aber auch auf die Möglichkeit hingewiesen, eine berührungslose Abtastvorrichtung mit drei räumlich angeordneten Sonden vorzusehen.In DE 37 17 871 C2, the scanning device is for measuring the coordinates of the instrument a kind of passive robot arm, on which the instrument sits, the position of the instrument from the angles on the different joints of the robot arm is determined. It is also in DE 37 17 871 C2 on the Possibility pointed out a non-contact scanning device to be provided with three spatially arranged probes.

Eine mechanische Abtastvorrichtung zur Bestimmung der Lage (Koordinaten) und der Orientierung des Instruments behindert die Handhabung des Instruments. Der Benutzer hält nicht nur das Instrument, sondern muß auch den "Roboterarm" der mechanischen Abtastvorrichtung tragen. Der dabei wirksame Gewichtsanteil des Roboterarmes hängt von der jeweiligen Lage des Instruments ab. Eine berührungslose Abtastung des Instruments z. B. mit drei Videokameras birgt das Risiko in sich, daß durch Abdeckung eines oder mehrerer Sonden während des chirurgischen Eingriffs die Lage- und Orientierungsinformation vorübergehend verlorengeht. Eine solche Situation kann schwerwiegende Folgen haben.A mechanical scanner to determine the position (Coordinates) and the orientation of the instrument the handling of the instrument. The user doesn't just stop the instrument, but also the "robotic arm" of the mechanical scanning device. The effective one The proportion by weight of the robot arm depends on the respective position of the instrument. A contactless scanning of the Instruments e.g. B. with three video cameras carries the risk yourself that by covering one or more probes during the position and orientation information of the surgical intervention temporarily lost. Such a situation can have serious consequences.

Die DE 31 14 918 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur quantitativen Lagebestimmung eines Körpers im Raum. An dem Körper sind Markierungspunkte angebracht. Die Markierungspunkte werden von einer Videokamera erfaßt. Aus den Videobildern werden mittels eines Rechners Translation und Rotation des Körpers in einem raumfesten Koordinatensystem bestimmt. Die ermittelten Koordinaten werden mit abgespeicherten Werten verglichen. Der Körper wird in seine Soll-Lage zurückgeführt.DE 31 14 918 A1 describes a device for quantitative orientation of a body in space. To the Markers are attached to bodies. The Marking points are captured by a video camera. Out The video images are translated and translated using a computer Rotation of the body in a fixed coordinate system certainly. The determined coordinates are with stored values compared. The body becomes in its Target position returned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art einerseits eine freie Handhabung des Instruments zu ermöglichen und andererseits die ständige Verfügbarkeit der Lageinformation zu gewährleisten.The invention has for its object in a device of the type mentioned on the one hand a free one To enable handling of the instrument and on the other hand to ensure the permanent availability of the location information.

Diese Aufgabe wird mit der Einrichtung nach dem Patentanspruch 1 gelöst, d. h. durch den Einsatz einer Trägheitssensoreinheit.This object is achieved with the device according to the claim 1 solved, d. H. by using a Inertia sensor unit.

Trägheitssensoreinheiten lassen sich insbesondere unter Anwendung der Mikrosystemtechnik kompakt und leicht herstellen. Sie liefern die Lage eines Instruments, ohne daß durch Abdecken einer Sonde ein Signalverlust eintreten kann. Eine mechanische Abtasteinrichtung kann entfallen.Inertia sensor units can be found in particular under Application of microsystem technology compact and easy to manufacture. They deliver the location of an instrument without going through Covering a probe can result in a loss of signal. A mechanical scanning device can be omitted.

Die Unteransprüche sind auf Ausführungsformen der Einrichtung nach dem Anspruch 1 gerichtet.The dependent claims are on embodiments of the device directed according to claim 1.

Die Trägheitssensoreinheit kann Sensordaten nach Maßgabe von Lage und Orientierung des Instruments liefern. Vorteilhaft ist es, wenn die Trägheitssensoreinheit redundante Sensordaten liefert. Weiterhin können Mittel zur Interpolation zwischen den redundanten Sensordaten der Trägheitssensoreinheit zur Erzeugung interpolierter Sensordaten vorgesehen sein. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der inertialen Bestimmung von Lage und Orientierung des Instruments verbessert.The inertial sensor unit can sensor data according to Provide the position and orientation of the instrument. It is advantageous it when the inertial sensor unit redundant sensor data delivers. Furthermore, means for interpolation between the redundant sensor data of the inertial sensor unit Generation of interpolated sensor data can be provided. On this way the reliability and accuracy of the inertial determination of the position and orientation of the Instruments improved.

An dem Instrument kann ein Sender zur drahtlosen Übertragung der Sensordaten auf einen mit Signalverarbeitungsmitteln verbundenen Empfänger vorgesehen sein. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ist es zweckmäßig, wennn an dem Instrument mehr als ein Sender vorgesehen ist und die Sender mit je einem oder mehreren Empfängern zusammenwirken. Weiterhin können die Sender und Empfänger mit unterschiedlichen physikalischen Trägern arbeiten, beispielsweise mit Infrarot und Radiofrequenzen. Die Trägheitssensoreinheit kann von einer in die Trägheitssensoreinheit eingebauten Batterie gespeist werden.A transmitter for wireless transmission can be attached to the instrument the sensor data on one with signal processing means connected receiver may be provided. To increase the Reliability is useful if more on the instrument is provided as a transmitter and the transmitter with one or interact with several recipients. Furthermore, the Sender and receiver with different physical Carriers work, for example with infrared and Radio frequencies. The inertial sensor unit can be of one in the inertial sensor unit built-in battery powered will.

Es ergibt sich so ein Instrument, dessen Lage und Orientierung berührungslos gemessen und auf die Signalauswertung für die Anzeige des Instruments auf dem Bildschirm übertragen wird.The result is an instrument, its location and orientation measured without contact and on the signal evaluation for the Display of the instrument is transmitted on the screen.

Zusätzlich kann eine berührungslose, optische Abtasteinrichtung zur Bestimmung der Lage und Orientierung des Instruments vorgesehen sein. Dabei kann die Trägheitssensoreinheit von der optischen Abtasteinrichtung gestützt sein. Trägheitssensoreinheit und optische Abtasteinrichtung ergänzen sich dabei vorteilhaft: Die optische Abtasteinrichtung stützt die inertiale Messung der Lage und Orientierung des Instruments. Es kann insbesondere auch die Drift der inertialen Sensoren bestimmt und bei der Berechnung der Lage und Orientierung aus den Sensorsignalen berücksichtigt werden. Andererseits liefert die Trägheitssensoreinheit Signale auch dann, wenn die Sensoren der optischen Abtasteinrichtung vorübergehend abgedeckt sind.In addition, a contactless, optical scanning device to determine the location and orientation of the Instruments can be provided. The inertial sensor unit supported by the optical scanner be. Inertia sensor unit and optical scanner complement each other advantageously: the optical scanning device supports the inertial measurement of the position and Orientation of the instrument. In particular, it can also Drift of inertial sensors determined and in the calculation the position and orientation from the sensor signals are taken into account will. On the other hand, the inertial sensor unit delivers Signals even when the sensors of the optical scanner are temporarily covered.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is below Reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Fig. 1 ist eine schematisch-perspektivische Darstellung einer Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Instruments relativ zu einem Behandlungsobjekt, das hier als Kopf eines Patienten schematisch angedeutet ist. Fig. 1 is a schematic perspective view of a device for determining the position of an instrument, which is indicated here schematically as a head of a patient relative to a treatment object.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Trägheitssensoreinheit. Fig. 2 is a block diagram of the inertial sensor unit.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Behandlungsobjekt bezeichnet. Das "Behandlungsobjekt" ist hier als Kopf eines Patienten angedeutet, an dem ein chirurgischer Eingriff vorgenommen werden soll. Solche medizinischen Anwendungen dürften die häufigsten Anwendungsfälle der vorliegenden Einrichtung sein. Behandlungsobjekt kann aber auch ein Werkstück od. dgl. sein, das in bestimmterr Weise an nicht einsehbaren Stellen bearbeitet werden soll. Die Behandlung erfolgt mittels eines Instruments 12. Das Instrument 12 hat einen Schaft 14. An dem Schaft 14 sitzen zwei oder mehr infrarotemittierende Leuchtdioden 16 und 18. Die Leuchtdioden werden mit unterschiedlichen Zeittakten angesteuert und leuchten dementsprechend mit unterschiedlichen Zeittakten auf. Die Leuchtdioden 16 und 18 werden von drei bilderfassenden Sensoren 20, 22 und 24 beobachtet. Die bilderfassenden Sensoren 20, 22 und 24 können Bilder nach Art einer Videokamera erzeugen. Aus den durch die unterschiedlichen Zeittakte unterscheidbaren Bildern der Leuchtdioden 16 und 18, wie sie von den drei Sensoren 20, 22 und 24 gesehen werden, können Lage und Orientierung des Instruments 12 in einem durch die Sensoren 20, 22 und 24 bestimmten Koordinatensystem bestimmt werden.In Fig. 1, 10 denotes a treatment object. The “treatment object” is indicated here as the head of a patient on whom a surgical intervention is to be carried out. Such medical applications are believed to be the most common uses of the facility. However, the object to be treated can also be a workpiece or the like, which is to be machined in a certain way at hidden locations. Treatment is carried out using an instrument 12 . The instrument 12 has a shaft 14 . Two or more infrared-emitting light-emitting diodes 16 and 18 are seated on the shaft 14 . The light emitting diodes are activated with different time cycles and accordingly light up with different time cycles. The light emitting diodes 16 and 18 are observed by three image-capturing sensors 20, 22 and 24 . The image-sensing sensors 20, 22 and 24 can generate images in the manner of a video camera. The position and orientation of the instrument 12 in a coordinate system determined by the sensors 20, 22 and 24 can be determined from the images of the light-emitting diodes 16 and 18 , which can be distinguished by the different time cycles, as seen by the three sensors 20, 22 and 24 .

An dem Instrument 12 sitzt außerdem eine Trägheitssensoreinheit 26. Die Trägheitssensoreinheit 26 enthält Winkelgeschwindigkeits- Sensoren und Beschleunigungsmesser. Die Winkelgeschwindigkeits-Sensoren und Beschleunigungsmesser liefern Sensordaten, aus denen durch Integration in üblicher Weise die Lage und die Orientierung der Trägheitssensoreinheit und damit des Instruments berechnet werden können. Die Sensordaten werden durch einen Sender, der in der Trägheitssensoreinheit 26 vorgesehen ist, auf einen stationären Empfänger 28 übertragen. Das ist in Fig. 1 durch die Welle 30 angedeutet. Der Empfänger 28 ist mit einem Rechner 32 verbunden. Auf den Rechner 32 sind weiterhin die bilderfassenden Sensoren 20, 22 und 24 sowie ein Speicher 34 aufgeschaltet. In dem Speicher 34 sind die vor dem chirurgischen Eingriff durch Computertomographie oder Kernspintomographie hergestellten Schichtbilder gespeichert. Der Rechner 32 liefert auf einem Bildschirm 36, wie in Fig. 1 angedeutet, ein Bild mit der Schichtaufnahme der Schicht des Behandlungsobjektes 10, in deren Bereich sich die Spitze des Instruments 12 befindet. Diese Spitze ist in dem Bild durch ein Fadenkreuz 38 dargestellt.An inertial sensor unit 26 is also located on the instrument 12 . The inertial sensor unit 26 includes angular rate sensors and accelerometers. The angular velocity sensors and accelerometers provide sensor data from which the position and orientation of the inertial sensor unit and thus of the instrument can be calculated in the usual way by integration. The sensor data are transmitted to a stationary receiver 28 by a transmitter, which is provided in the inertial sensor unit 26 . This is indicated in Fig. 1 by the shaft 30 . The receiver 28 is connected to a computer 32 . The image-capturing sensors 20, 22 and 24 and a memory 34 are also connected to the computer 32 . The slice images produced before the surgical intervention by computer tomography or magnetic resonance imaging are stored in the memory 34 . The computer 32 provides, on a screen 36 , as indicated in FIG. 1, an image with the layer recording of the layer of the treatment object 10 , in the area of which the tip of the instrument 12 is located. This tip is represented in the picture by a crosshair 38 .

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, enthält die Trägheitssensoreinheit 26 zwei Gruppen von im wesentlichen übereinstimmenden Sensoren 40 und 42. Eine Schaltung 44 bewirkt eine Interpolation zwischen den Sensordaten, die von den beiden Gruppen geliefert werden. Aus den zwei Sätzen von Sensordaten können Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit der Sensordaten gezogen werden. Außerdem wird die Genauigkeit der am Ausgang erhaltenen, interpolierten Sensordaten verbessert. Die interpolierten Sensordaten sind auf einen mit infraroter Strahlung arbeitenden Sender 46 und einen mit Radiofrequenz arbeitenden Sender 48 geschaltet. Der Empfänger 28 enthält einen Empfängerteil, der auf die infrarote Strahlung anspricht, und einen Empfängerteil, der auf die Radiofrequenz anspricht.As can be seen from FIG. 2, the inertial sensor unit 26 contains two groups of essentially matching sensors 40 and 42 . A circuit 44 interpolates between the sensor data provided by the two groups. Conclusions regarding the reliability of the sensor data can be drawn from the two sets of sensor data. In addition, the accuracy of the interpolated sensor data obtained at the output is improved. The interpolated sensor data are connected to a transmitter 46 working with infrared radiation and a transmitter 48 working with radio frequency. The receiver 28 includes a receiver part which is responsive to the infrared radiation and a receiver part which is responsive to the radio frequency.

Die Trägheitssensoreinheit 26 ist von einer eingebauten Batterie 50 gespeist.The inertial sensor unit 26 is powered by a built-in battery 50 .

An dem Behandlungsobjekt sind vier Marken 52 angebracht, die auf den Schichtbildern erscheinen. Am Ort dieser Marken sind bei der Behandlung, also während des chirurgischen Eingriffs, Leuchtdioden angebracht. Diese Leuchtdioden werden von den bilderfassenden Sensoren 20, 22 und 24 ebenfalls erfaßt und liefern so den Ort der Marken 52 in dem zweiten "Abtasteinrichtung"-Koordinatensystem.Four marks 52 , which appear on the slice images, are attached to the treatment object. At the location of these marks, LEDs are attached during treatment, i.e. during the surgical procedure. These light-emitting diodes are also detected by the image-capturing sensors 20, 22 and 24 and thus supply the location of the marks 52 in the second “scanner” coordinate system.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt:The described device works as follows:

Vor dem chirurgischen Eingriff wird ein Computertomogramm oder ein Kernspintomogramm des zu behandelnden Körperteils, z. B. des Kopfes des Patienten erstellt. Dabei werden an dem Körperteil vier Marken angebracht, die auch auf dem erhaltenen Schichtbildern sichtbar sind. Der Ort dieser Marken in einem schichtbildfesten ersten Koordinatensystem wird bestimmt, indem die Schichtbilder auf dem Bildschirm dargestellt und die darin erscheinenden Bilder der Marken mit einer "Maus" angefahren werden.Before the surgical procedure, a computer tomogram or a magnetic resonance tomogram of the body part to be treated, e.g. B. of the patient's head. Thereby on the Body part attached four marks, which are also preserved on the Layer images are visible. The location of these brands in one layer-fixed first coordinate system is determined by displaying the slice images on the screen and the pictures of the brands appearing with a "mouse" be approached.

Bei dem chirurgischen Eingriff, der "Behandlung", werden die am Ort der Marken 52 angebrachten Leuchtdioden durch die Sensoren 20, 22 und 24 erfaßt. Damit werden die Koordinaten der Marken 52 in dem zweiten Koordinatensystem ermittelt. Aus den vorher ermittelten Koordinaten der Marken 52 im schichtbildfesten ersten Koordinatensystem und den durch die Sensoren 20, 22 und 24 ermittelten Koordinaten der Marken im zweiten Koordinatensystem können die Transformationsparameter für die Koordinatentransformation aus einem Koordinatensystem in das andere bestimmt werden. During the surgical intervention, the "treatment", the light-emitting diodes attached to the location of the marks 52 are detected by the sensors 20, 22 and 24 . The coordinates of the marks 52 are thus determined in the second coordinate system. The transformation parameters for the coordinate transformation from one coordinate system to the other can be determined from the previously determined coordinates of the marks 52 in the first coordinate system which is fixed in the layer image and the coordinates of the marks in the second coordinate system determined by the sensors 20, 22 and 24 .

Die Ermittlung der Koordinaten im zweiten Koordinatensystem aus den Sensordaten der Sensoren 20, 22 und 24 und die Bestimmung der Transformationsparameter für die Koordinatentransformation erfolgt in dem Rechner 32. Auf den Rechner 32 sind die Sensordaten von den Sensoren 20, 22 und 24 aufgeschaltet.The determination of the coordinates in the second coordinate system from the sensor data of the sensors 20, 22 and 24 and the determination of the transformation parameters for the coordinate transformation takes place in the computer 32 . The sensor data from the sensors 20, 22 and 24 are connected to the computer 32 .

Der Rechner 32 bestimmt auch aus der Lage der Leuchtdioden 16 und 18 die Lage und Orientierung des Instruments 12 in dem zweiten "Abtasteinrichtungs"-Koordinatensystem. Mittels der Koordinatentransformation werden diese Lage und Orientierung in das schichtbildfeste, erste Koordinatensystem transformiert und in der Darstellung auf dem Bildschirm in die jeweiligen Schichtbilder eingeblendet.The computer 32 also determines the position and orientation of the instrument 12 in the second “scanner” coordinate system from the position of the light-emitting diodes 16 and 18 . By means of the coordinate transformation, this position and orientation are transformed into the first coordinate system which is fixed in the layer image and are shown in the respective layer images in the representation on the screen.

Bei der Handhabung des Instruments können die Leuchtdioden vorübergehend abgedeckt werden, so daß sie von den Sensoren 20, 22 und 24 nicht erfaßt werden, oder nicht alle Sensoren 20, 22 und 24 die Leuchtdioden erfassen. Aus diesem Grunde ist eine zweite Lage- und Orientierungs-Meßeinheit in Form der Trägheitssensoreinheit 26 vorgesehen. Die Trägheitssensoreinheit 26 liefert über die Sender 46 und 48 und den Empfänger 28 weitere Sätze von Lage- und Orientierungsdaten, die in gleicher Weise wie die Sensordaten von den Sensoren 20, 22 und 24 die Lage und Orientierung des Instruments in dem zweiten Koordinatensystem angeben und zur Darstellung des Instruments 12 auf dem Bildschirm 36 dienen können. Die Lage- und Orientierungsdaten von der Trägheitssensoreinheit werden normalerweise laufend gestützt von den aus den Sensordaten der Sensoren 20, 22 und 24 gewonnenen Lage- und Orientierungsdaten. Insbesondere wird auch die Drift der Trägheitssensoren bestimmt und bei der Berechnung der Koordinaten berücksichtigt.When handling the instrument, the LEDs can be temporarily covered so that they are not detected by sensors 20, 22 and 24 , or not all sensors 20, 22 and 24 detect the LEDs. For this reason, a second position and orientation measuring unit in the form of the inertial sensor unit 26 is provided. The inertial sensor unit 26 supplies, via the transmitters 46 and 48 and the receiver 28, further sets of position and orientation data which, in the same way as the sensor data from the sensors 20, 22 and 24, indicate and provide the position and orientation of the instrument in the second coordinate system Representation of the instrument 12 on the screen 36 can serve. The position and orientation data from the inertial sensor unit are normally continuously supported by the position and orientation data obtained from the sensor data of the sensors 20, 22 and 24 . In particular, the drift of the inertial sensors is also determined and taken into account when calculating the coordinates.

Claims

1. Device for measuring the position of an instrument ( 12 ) relative to a treatment object ( 10 ), comprising

(a) a computer ( 32 ) with a memory ( 34 ) for storing slice images of the treatment object ( 10 ) in a first coordinate system fixed to the slice image,
(b) a measuring device ( 16, 18, 20, 22, 24, 26 ) for measuring the position of the instrument ( 12 ) in a second coordinate system,
(c) a measuring device ( 20, 22, 24 ) for measuring the position of measuring points ( 52 ) of the treatment object ( 10 ) predetermined in the first coordinate system in the second coordinate system,
(d) the computer ( 32 ) with a coordinate transformation program for transforming the position data from one of the coordinate systems into the other,
(e) a screen ( 36 ) for displaying the slice images and the instrument ( 12 ) in the other coordinate system,

characterized in that

(f) the measuring device for measuring the position of the instrument ( 12 ) contains an inertial sensor unit ( 26 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the inertial sensor unit ( 26 ) provides sensor data on the position and orientation of the instrument ( 12 ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the inertial sensor unit ( 26 ) supplies redundant sensor data.

4. Device according to claim 3, characterized by the computer ( 32 ) with a program ( 44 ) for interpolation between the sensor data of the inertial sensor unit ( 26 ) for generating interpolated sensor data.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the instrument ( 12 ) a transmitter ( 46, 48 ) for wireless transmission of the sensor data to a with the computer ( 32 ) connected to the receiver ( 28 ) are provided.

6. Device according to claim 5, characterized in that on the instrument ( 12 ) more than one transmitter ( 46, 48 ) is provided and the transmitter ( 46, 48 ) cooperate with one or more receivers each.

7. Device according to claim 6, characterized in that the transmitter ( 46, 48 ) and receiver work with different physical carriers.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inertial sensor unit ( 26 ) is energized by a built-in in the inertial sensor unit ( 26 ) battery.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that in addition a non-contact, optical scanning device ( 16, 18, 20, 20, 22, 24 ) is provided for measuring the position and orientation of the instrument ( 12 ).

10. The device according to claim 9, characterized in that the inertial sensor unit ( 26 ) is supported by the optical scanning device ( 16, 18, 20, 22, 24 ).

11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the measuring device ( 20, 22, 24 ) for measuring the position of the predetermined measuring points ( 52 ) of the treatment object ( 10 ) in the second coordinate system are formed by light-emitting diodes which in the measuring points are attached to the treatment object ( 10 ), and by an optical scanning device ( 20, 22, 24 ) which responds to these light-emitting diodes.

12. The device according to claim 11, characterized in that the LEDs to distinguish them from each other can be controlled at different times.