WO1999066853A1 - Fiducial matching mittels fiducial-schraube - Google Patents

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WO1999066853A1
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fiducial
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Doris Traxel
Roger Berger
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Synthes Ag Chur
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Definitions

  • the invention relates to a device for referencing two reference points attached to a fiducial screw implanted in a bone according to the preamble of independent claims 1 and 5 and to a method for producing a location-specific assignment of reference points according to the preamble of independent claim 11.
  • a computer tomogram of the bones or body parts to be treated serves as a template for the surgical intervention. It may be necessary to use a position detection device for the surgical instruments to identify a specific point on the bone or body part and to compare the position with the identical point on the computer tomogram.
  • the bone or, for example, a spinal column segment should be operated on without exposing the parts to be treated over a large area (minimally invasive technique).
  • Computer Assisted Surgery is suitable for this.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention has for its object to provide a device and a method which enables the production of a location-specific assignment of reference points attached to fiducial screws between their positions in the coordinate system of the real body and the positions of the identical reference points in the coordinate system of the image, and only requires minimal damage to the soft tissues around the bone (s) (minimally invasive technique).
  • the key point of the device is the definition of two reference points on a fiducial screw, so that the method then only requires two implanted fiducial screws.
  • the image can also be an X-ray image or a digitally stored computer tomogram.
  • the invention achieves the stated object with a device for referencing two reference points attached to a fiducial screw implanted in a bone, which has the features of claim 1 or 5, and also a method for producing a location-specific assignment of reference points, which has the features of claim 11.
  • a pointer equipped with marking means is brought into a position and orientation spatially precisely defined with respect to a fiducial screw provided with fixed reference points.
  • One reference point is determined by the tip of the fiducial screw, while the second reference point is determined by the screw head.
  • the pointer is positioned by inserting a precisely fitting pin at the front end of the pointer into a corresponding opening on the screw head of the fiducial screw.
  • the opening in the screw head of the fiducial screw and thus also the pin are then concentric to the longitudinal axis of the fiducial screw, the pin in turn being attached concentrically to the pointer.
  • the pointer and the fiducial screw thus lie in an axis defined with respect to the reference points attached to the fiducial screw.
  • a defined position of the pointer results from the fact that the shaft of the pointer adjoining the pin has a larger cross section than the pin and thus rests on the screw head.
  • the position of the reference points attached to the fiducial screw can thus be in the same coordinate system to capture.
  • the marking means can be sensors or transmitters that emit or detect electromagnetic or acoustic waves. Depending on the nature of the sensors or transmitters, the position of the marking means can be measured with an appropriate position detection device.
  • the position detection device can also be part of a Computer Assisted Surgery System (CAS), which can include a computer with image processing software, among other things.
  • CAS Computer Assisted Surgery System
  • the method according to the invention for producing a location-specific assignment of reference points is based on the fact that the fiducial screws implanted in a bone can be recognized on a digital three-dimensional image created by means of computer tomography, for example, or on a conventional x-ray image of the bone. If the reference points on the fiducial screws on the image are now measured with respect to a corresponding coordinate system and the reference points on the fiducial screws attached in the real body are measured with respect to another coordinate system by means of the device according to the invention, an assignment between the positions of the reference points on the Image and those on the real body that any point on the image can be assigned to the corresponding point on the real bone by a coordinate transformation and vice versa. In the Method according to the invention using the device according to the invention, two fiducial screws implanted in the body are sufficient for registering or matching the coordinate systems.
  • fiducial matching The production of the location-specific assignment of reference points attached to fiducial screws between their positions in the coordinate system of the real body and the positions of the identical reference points in the coordinate system of the image is usually referred to as fiducial matching.
  • Figure 1 is a perspective view of an embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 2 is a partially sectioned side view of an embodiment of the device according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 The embodiment of the device according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 comprises a fiducial screw 2 with a longitudinal axis 9 and a pointer 3 with a front end 15, a rear end 16, a cylindrical shaft 4 and a handle 5.
  • a cylindrical pin 7 is attached, which can be inserted concentrically and precisely into the opening 12 provided on the screw head 22 of the fiducial screw 2 for receiving an instrument used to screw the fiducial screw 2 in and out.
  • the pin 7 has a smaller cross-section than the shaft 4 of the pointer 3, as a result of which the axial position of the inserted pointer 3 is precisely defined, since the shoulder 17 rests on the rear end 13 of the fiducial screw 2, which is preferably perpendicular to the longitudinal axis 9.
  • This opening 12, which runs concentrically to the longitudinal axis 9, in the screw head 22 of the fiducial screw 2 can be provided with an internal thread or with an internal hexagon. If this opening 12 is provided with an internal thread, the pin 7 of the pointer 3 can be provided with an external thread, as a result of which a releasable, firm connection between the pointer 3 and the fiducial screw 2 can be established.
  • the longitudinal axis 9 of the pointer coincides with the longitudinal axis 9 of the fiducial screw 2, whereby the direction of the cylindrical pointer 3 with respect to the fiducial screw 2 is defined.
  • three light-emitting diodes (LEDs) 6 are attached such that they lie in a plane 18, which can be at the rear end 16 of the pointer 3 and is perpendicular to the longitudinal axis 9 of the pointer 3.
  • the light emitting diodes 6 are not in line.
  • the light-emitting diodes 6 can be supplied with current by means of a cable 8.
  • Other types of power supply such as batteries or an accumulator are also conceivable.
  • electromagnetic or acoustic waves emitting means 19 are light emitting diodes 6 as in the embodiment of the device according to the invention shown in FIGS. 1 and 2, the spatial location measurement of the light emitting diodes 6 can be carried out with respect to a coordinate system using one of the commercially available optical position detection devices.
  • optical position detection device is available under the name Optotrak TM.
  • the locations of the reference points of the real fiducial screws 2, defined by the front end 14 and the screw head 22, with the locations thereof can be, for example, at a different point in time Computerized tomography recorded, three-dimensional image, mapped or registered reference points in the two relevant coordinate systems.
  • An embodiment of the device according to the invention can additionally comprise a position detection device (24) which includes at least two sensors (23) in the room which detect the electromagnetic or acoustic waves emitted by the means (19).

Abstract

Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einer in einen Knochen implantierten Fiducial-Schraube (2) angebrachter Referenzpunkte (11; 14), wobei die Vorrichtung A) eine in einen Knochen (1) einschraubbare Fiducial-Schraube (2) mit einer Längsachse (9), einem Schraubenschaft (10) und einem Schraubenkopf (22), welcher mit Mitteln (12) zur Aufnahme eines zum Ein- und Ausdrehen der Fiducial-Schraube (2) dienenden Instrumentes versehen ist; und B) einen mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) mit einem vorderen Ende (15), einem hinteren Ende (16) und einer Längsachse (9) umfasst, wobei C) der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und die Fiducial-Schraube (2) an ihrem Schraubenkopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und die Fiducial-Schraube (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und D) durch die bekannte Länge (x) der Fiducial-Schraube (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter C) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11; 14) an der Fiducial-Schraube (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.

Description

Fiducial matching mittels Fiducial-Schraube
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einer in einen Knochen implantierten Fiducial-Schraube angebrachter Referenzpunkte gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 und auf eine Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 11.
Im Bereich der Computer Assisted Surgery stellt sich häufig die Aufgabe, dass beispielsweise ein Computer-Tomogramm der zu behandelnden Knochen oder Körperteile als Vorlage für den chirurgischen Eingriff dient. Dabei kann es notwendig sein, mittels einer Positionserfassungseinrichtung für die chirurgischen Instrumente einen bestimmten Punkt am Knochen oder Körperteil zu identifizieren und mit dem identischen Punkt auf dem Computer-Tomogramm bezüglich der Position zu vergleichen.
Um eine möglichst geringe Schädigung der Weichteile um den Knochen zu erreichten, soll der Knochen oder beispielsweise auch ein Wirbelsäulensegment ohne grossflächiges Freilegen der zu behandelnden Teile operiert werden (Minimal Invasive Technik) . Dazu eignet sich Computer Assisted Surgery. Zur Registrierung des Koordinatensystems des Patienten im Operationssaal, welches durch die dynamische Referenzbasis des Positionserfassungssystems gegeben ist, und dem Koordinatensystem der vorgängig er- fassten tomographischen Bilddaten muss eine Koordinatentransformation durchgeführt werden, welche als Matching bezeichnet wird.
Eine ausführlichere Beschreibung zur Computer Assisted Surgery mit Angabe eines zur erwähnten Koordinatentransformation geeigneten Matching Algorithmusses findet sich in:
L.-P. Nolte et al.
Clinical evaluation of a System for precision enhancement in spine surgery
Clinical Biomechanics, 1995, Vol. 10, No. 6 pp 293-303
Eine Möglichkeit das Koordinatensystems des Patienten im Operationssaal mit dem Koordinatensystem auf dem Bild des Patienten zu vergleichen, liegt in der Anwendung von mechanischen Scanning-geräten, wie sie beispielsweise in der US 5,383,454 BUCHHOLZ beschrieben werden. Diese bekannten Methoden sind jedoch ausserordentlich zeitraubend und von ihrer Genauigkeit her heute überholt.
Eine weitere Möglichkeit zum Matchen des Koordinatensystem des Patienten im Operationsraum und dem Koordinatensystem des Bildes besteht aus der Identifikation von vorherbestimmten Punkten mit der Hilfe von anatomischen Referenzpunkten. Auch diese Methode ist wegen der geringen Übersicht bei wenig freigelegten Körperteilen schwierig. Oft wird auch ein Endoskop benötigt. In einer anderen Methode zum Registrieren der Koordinatensysteme werden zur eindeutigen Identifikation von Referenzpunkten sogenannte Fiducial-Implantate verwendet. Eine solche Methode und dazu geeignete Vorrichtung ist in der US 4,945,914 ALLEN beschrieben. Die Methode beinhaltet die Implantation von mindestens 4 Fiducials in einer räumlichen Beziehung.
Alle diese bekannten Methoden zeigen den Nachteil, dass sie relativ zeitaufwendig sind.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und eine Methode zu schaffen, welche die Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von an Fiducial-Schrauben angebrachten Referenzpunkten zwischen deren Positionen im Koordinatensystem des realen Körpers und der Positionen der identischen Referenzpunkte im Koordinatensystem des Bildes ermöglicht und dabei nur eine geringe Schädigung der um den oder die Knochen liegenden Weichteile erfordert (Minimal Invasive Technik) . Kernpunkt der Vorrichtung ist die Definition zweier Referenzpunkte an einer Fiducial-Schraube, womit dann das Verfahren nur zwei implantierte Fiducial-Schrauben benötigt. Das Bild kann auch ein Röntgenbild oder digital gespeichertes Computer-Tomogramm sein .
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einer in einen Knochen implantierten Fiducial-Schraube angebrachter Referenzpunkte, welche die Merkmale des Anspruchs 1 oder 5 aufweist, sowie auch einer Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten, welche die Merkmale des Anspruchs 11 aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung wird ein mit Markiermitteln ausgestatteter Pointer in eine bezüglich einer mit festen Referenzpunkten versehenen Fiducial-Schraube räumlich genau definierte Lage und Orientierung gebracht. Der eine Referenzpunkt ist durch die Spitze der Fiducial-Schraube bestimmt, während der zweite Referenzpunkt durch den Schraubenkopf festgelegt ist. Die Positionierung des Pointers erfolgt durch Einbringen eines passgenauen Zapfens am vorderen Ende des Pointers in eine entsprechende Öffnung am Schraubenkopf der Fiducial-Schraube. Die Öffnung im Schraubenkopf der Fiducial-Schraube und somit auch der Zapfen liegen dann konzentrisch zur Längsachse der Fiducial-Schraube, wobei der Zapfen wiederum konzentrisch am Pointer angebracht ist. Der Pointer und die Fiducial-Schraube liegen somit in einer bezüglich den an der Fiducial-Schraube angebrachten Referenzpunkten definierten Achse. In Richtung dieser Längsachse ergibt sich eine definierte Position des Pointers dadurch, dass der an den Zapfen anschliessende Schaft des Pointers einen grösseren Querschnitt als der Zapfens aufweist und somit auf dem Schraubenkopf ansteht. Bei einer in einem Koordinatensystem bekannten Position der Markiermittel lässt sich somit die Position der an der Fiducial-Schraube angebrachten Referenzpunkte im gleichen Koordinatensystem erfassen. Die Markiermittel können elektromagnetische oder akustische Wellen abgebende oder detektierende Sensoren oder Sender sein. Je nach Beschaffenheit der Sensoren oder Sender kann die Position der Markiermittel mit einer entsprechenden Positionserfassungseinrichtung vermessen werden.
Die Positionserfassungseinrichtung kann auch Teil eines Computer Assisted Surgery Systems (CAS) sein, welches unter anderem einen Computer mit Bildverarbeitungssoftware umfassen kann.
Die erfindungsgemässe Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten basiert darauf, dass die in einen Knochen implantierten Fiducial-Schrauben auf einem beispielsweise mittels Computer-Tomographie erstellten digitalen dreidimensionalen Bild oder einem gewöhnlichen Röntgenbild des Knochens erkennbar sind. Werden die Referenzpunkte an den Fiducial-Schrauben nun auf dem Bild bezüglich eines entsprechenden Koordinatensystems vermessen und die Referenzpunkte an den im realen Körper angebrachten Fiducial-Schrauben bezüglich eines anderen Koordinatensystems mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung vermessen, so ermöglicht eine Zuordnung zwischen den Positionen der Referenzpunkte auf dem Bild und denjenigen am realen Körper, dass jeder beliebige Punkt auf dem Bild durch eine Koordinatentransformation dem entsprechenden Punkt am realen Knochen zugeordnet werden kann und umgekehrt. Bei der erfindungsgemässen Methode mit Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung genügen zwei in den Körper implantierte Fiducial- Schrauben zum Registrieren oder Matchen der Koordinatensysteme.
Die Herstellung der ortsbestimmten Zuordnung von an Fiducial-Schrauben angebrachten Referenzpunkten zwischen deren Positionen im Koordinatensystem des realen Körpers und der Positionen der identischen Referenzpunkte im Koordinatensystem des Bildes wird üblicherweise als Fiducial-Matching bezeichnet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung unter Anwendung der erfindungsgemässen Methode das Implantieren von zwei Fiducial-Schrauben für das Fiducial-Matching des Bild-Koordinatensystems und des realen Koordinatensystems genügt und das Knochensegment, in welches die Fiducial-Schrauben implantiert sind, nur in geringem Masse freigelegt werden muss (Minimal Invasive Technik) .
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung; und
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst eine Fiducial-Schraube 2 mit einer Längsachse 9 und einen Pointer 3 mit einem vorderen Ende 15, einem hinteren Ende 16, einem zylindrischen Schaft 4 und einem Handgriff 5. Am vorderen, dem Handgriff 5 gegenüberliegenden Ende 15 des Pointers 3 ist ein zylindrischer Zapfen 7 angebracht, welcher konzentrisch passgenau in die am Schraubenkopf 22 der Fiducial-Schraube 2 angebrachte Öffnung 12 zur Aufnahme eines zum Ein- und Ausdrehen der Fiducial-Schraube 2 dienenden Instrumentes einfügbar ist. Der Zapfen 7 weist einen kleineren Querschnitt auf als der Schaft 4 des Pointers 3 , wodurch die axiale Position des eingeführten Pointers 3 exakt definiert ist, da die Schulter 17 auf dem vorzugsweise senkrecht zur Längsachse 9 stehenden hinteren Ende 13 der Fiducial-Schraube 2 aufliegt. Dabei kann diese konzentrisch zur Längsachse 9 verlaufende Öffnung 12 im Schraubenkopf 22 der Fiducial-Schraube 2 mit einem Innengewinde oder mit einem Innensechskant versehen sein. Ist diese Öffnung 12 mit einem Innengewinde versehen, kann der Zapfen 7 des Pointers 3 mit einem Aussengewinde versehen sein, wodurch eine lösbare, feste Verbindung zwischen dem Pointer 3 und der Fiducial-Schraube 2 herstellbar ist. Durch dieses konzentrische Zusammenfügen des Pointers 3 mit der Fiducial-Schraube 2 fällt die Längsachse 9 des Pointers mit der Längsachse 9 der Fiducial-Schraube 2 zusammen, wodurch die Richtung des zylindrischen Pointers 3 bezüglich der Fiducial-Schraube 2 definiert ist. Am hinteren Ende 16 des Pointers 3 sind drei Light Emitting Dioden (LED) 6 so angebracht, dass diese in einer Ebene 18 liegen, welche am hinteren Ende 16 des Pointers 3 sein kann und senkrecht zur Längsachse 9 des Pointers 3 steht. Die Light Emitting Dioden 6 liegen nicht auf einer Linie.
Gemäss Fig. 2 sind die Länge (x) zwischen dem vorderen, den einen Referenzpunkt bildenden Ende 14 und dem den zweiten Referenzpunkt bildenden Schraubenkopf 22 der Fiducial-Schraube 2 und die Länge (y) zwischen der Schulter 17 und der Ebene 18, in welcher die Light Emitting Dioden 6 liegen, genau festgelegt. Durch die Kenntnis der Position der Light Emitting Dioden 6 bezüglich eines Koordinatensystems im Raum, die koaxiale und konzentrische Ausrichtung der Längsachse 9 des Pointers 3 und der Längsachse 9 der Fiducial-Schraube 2 und die axial definierte Position des Pointers 3 gegenüber der Fiducial- Schraube 2 mittels der auf dem Schraubenkopf 22 anstehenden Schulter 17 am Schaft 4 des Pointers 3 lassen sich somit die Orte der durch das vordere Ende 14 und den Schraubenkopf 22 definierten Referenzpunkte in demselben Koordinatensystem im Raum ermitteln. Die Light Emitting Dioden 6 können gemäss der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mittels eines Kabels 8 mit Strom versorgt werden. Andere Arten der Stromversorgung wie Batterien oder ein Akkumulator sind ebenfalls denkbar. Im Falle, dass die mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mittel 19 wie bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässe Vorrichtung Light Emitting Dioden 6 sind, kann die räumliche Ortsvermessung der Light Emitting Dioden 6 bezüglich eines Koordinatensystems mittels einer der im Handel erhältlichen, optischen Positionserfassungsgeräte erfolgen. Ein solches optisches Positionserfassungsgerät ist unter dem Namen Optotrak™ erhältlich.
Ist die Fiducial-Schraube 2 gemäss Fig. 1 in einen Knochen eingeschraubt, lassen sich die Orte der durch das vordere Ende 14 und den Schraubenkopf 22 definierten Referenzpunkte der realen Fiducial-Schrauben 2 mit den Orten derselben, auf einem zu einem anderen Zeitpunkt beispielsweise mittels Computer-Tomographie aufgenommenen, dreidimensionalen Bild abgebildeten Referenzpunkte in den beiden jeweils massgebenden Koordinatensystemen matchen respektive registrieren.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung kann zusätzlich eine Positionserfassungseinrichtung (24) umfassen, welche im Raum mindestens zwei die von den Mitteln (19) abgegebenen elektromagnetischen oder akustischen Wellen detektierende Sensoren (23) einschliesst.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einem in einen Knochen implantierten Fiducial-Implantat (2) angebrachter Referenzpunkte (11,-14), wobei die Vorrichtung
A) ein in einen Knochen (1) einbringbares Fiducial-Implantat (2) mit einer Längsachse (9), einem Schaft (10) und einem Kopf (22); und
B) einen mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) mit einem vorderen Ende (15), einem hinteren Ende (16) und einer Längsachse (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
C) der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
D) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter C) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11; 14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Positionserfassungseinrichtung (24) umfasst, welche im Raum mindestens zwei die von den Mitteln (19) abgegebenen elektromagnetischen oder akustischen Wellen detektierende Sensoren (23) einschliesst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mittel (19) in einer senkrecht zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18) am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mittel (19) in einer parallel zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18), welche die Längsachse (9) enthält, am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
5. Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einem in einen Knochen implantierten Fiducial-Implantat (2) angebrachter Referenzpunkte (11; 14), wobei die Vorrichtung
A) ein in einen Knochen (1) einbringbares Fiducial-Implantat (2) mit einer Längsachse (9), einem Schaft (10) und einem Kopf (22); und
B) einen mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) mit einem vorderen Ende (15), einem hinteren Ende (16) und einer Längsachse (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
C) der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
D) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter C) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11; 14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Positionserfassungseinrichtung (24) umfasst, welche im Raum mindestens zwei Sender (23) einschliesst, die die von den Mitteln (19) zu detektierenden elektromagnetischen oder akustischen Wellen emittieren.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mittel (19) in einer senkrecht zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18) am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mittel (19) in einer parallel zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18), welche die Längsachse (9) enthält, am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fiducial-Implantat (2) eine Fiducial-Schraube ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) mit einem Zapfen (7) und einer daran anschliessenden Schulter (17) versehen ist und dieser Zapfen (7) koaxial zur Längsachse (9) passgenau in Mitteln (12) zur Aufnahme des zum Ein- und Ausdrehen der Fiducial-Schraube (2) dienenden Instrumentes aufnehmbar ist und die Schulter (17) beim Einbringen des Pointers (3) in diese Mittel (12) auf dem Schraubenkopf (11) ansteht.
11. Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten (11; 14), wobei:
A) mindestens drei Referenzpunkte durch Fiducial- Implantate (2), welche in einen dreidimensionalen Körper (1) eingebracht sind, gegeben sind;
B) mindestens ein Bild des dreidimensionalen Körpers (1) mit den gemäss A) eingebrachten Fiducial-Implantaten (2) erstellt wird;
C) die Zuordnung zwischen identischen Referenzpunkten (11; 14) am realen Körper (1) gemäss A) und in dem mindestens einen Bild gemäss B) desselben erfolgt; D) die Zuordnung durch Vermessung des Bildes gemäss B) und durch Vermessung des realen Körpers (1) gemäss A) erfolgt; und
E) die örtliche Vermessung des realen Körpers (1) gemäss A) mittels einer elektromagnetisch oder akustisch arbeitenden, räumlichen Vermessungseinrichtung (24) erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass
F) die Fiducial-Implantate (2) mit Referenzpunkten (11; 14) versehen sind und die Referenzpunkte (11; 14) entlang einer bestimmten Achse (9) eine bekannte Länge (x) einschliessen; und
G) die Ortsbestimmung von jeweils zwei an einem Fiducial-Implantat (2) angebrachten Referenzpunkten (11; 14) mittels eines mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) erfolgt und der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
H) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter G) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11; 14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
12. Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten (11; 14), wobei: A) mindestens drei Referenzpunkte durch Fiducial- Implantate (2), welche in einen dreidimensionalen Körper (1) eingebracht sind, gegeben sind;
B) mindestens ein Bild des dreidimensionalen Körpers (1) mit den gemäss A) eingebrachten Fiducial-Implantaten (2) erstellt wird;
C) die Zuordnung zwischen identischen Referenzpunkten (11; 14) am realen Körper (1) gemäss A) und in dem mindestens einen Bild gemäss B) desselben erfolgt;
D) die Zuordnung durch Vermessung des Bildes gemäss B) und durch Vermessung des realen Körpers (1) gemäss A) erfolgt; und
E) die örtliche Vermessung des realen Körpers (1) gemäss A) mittels einer elektromagnetisch oder akustisch arbeitenden, räumlichen Vermessungseinrichtung (24) erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass
F) die Fiducial-Implantate (2) mit Referenzpunkten (11; 14) versehen sind und die Referenzpunkte (11; 14) entlang einer bestimmten Achse (9) eine bekannte Länge (x) einschliessen; und
G) die Ortsbestimmung von jeweils zwei an einem Fiducial-Implantat (2) angebrachten Referenzpunkten (11; 14) mittels eines mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) erfolgt und der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und H) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter G) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11; 14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
13. Methode nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild ein in einem Computer digital erfasstes dreidimensionales Computer-Tomogramm ist.
14. Methode nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung des realen dreidimensionalen Körpers mit einer optischen Positionserfassungseinrichtung erfolgt.
GEÄNDERTE ANSPRUCHE
[beim Internationalen Büro am 15Juni 1999 (15.06.99) eingegangen ; ursprüngliche Ansprüche 1-14 durch neue Ansprüche
1-14 ersetzt (5 Seiten)]
1. Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten (11 ;14), wobei:
A) mindestens drei Referenzpunkte durch Fiducial- Implantate (2), welche in einen dreidimensionalen Körper (1 ) eingebracht sind, gegeben sind;
B) mindestens ein Bild des dreidimensionalen Körpers (1 ) mit den gemäss A) eingebrachten Fiducial-Implantaten (2) erstellt wird;
C) die Zuordnung zwischen identischen Referenzpunkten (11 ; 14) am realen Körper (1 ) gemäss A) und in dem mindestens einen Bild gemäss B) desselben erfolgt;
D) die Zuordnung durch Vermessung des Bildes gemäss B) und durch Vermessung des realen Körpers (1) gemäss A) erfolgt; und
E) die örtliche Vermessung des realen Körpers (1 ) gemäss A) mittels einer elektromagnetisch oder akustisch arbeitenden, räumlichen Vermessungseinrichtung (24) erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass
F) die Fiducial-Implantate (2) mit Referenzpunkten (11 ;14) versehen sind und die Referenzpunkte (11;14) entlang einer bestimmten Achse (9) eine bekannte Länge (x) einschliessen; und
G) die Ortsbestimmung von jeweils zwei an einem Fiducial-Implantat (2) angebrachten Referenzpunkten (11 ;14) mittels eines mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) erfolgt und der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
H) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter G) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11 ;14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
2. Methode zur Herstellung einer ortsbestimmten Zuordnung von Referenzpunkten (11 ; 14), wobei:
A) mindestens drei Referenzpunkte durch Fiducial- Implantate (2), welche in einen dreidimensionalen Körper (1 ) eingebracht sind, gegeben sind;
B) mindestens ein Bild des dreidimensionalen Körpers (1) mit den gemäss A) eingebrachten Fiducial-Implantaten (2) erstellt wird;
C) die Zuordnung zwischen identischen Referenzpunkten (11 ; 14) am realen Körper (1) gemäss A) und in dem mindestens einen Bild gemäss B) desselben erfolgt;
D) die Zuordnung durch Vermessung des Bildes gemäss B) und durch Vermessung des realen Körpers (1) gemäss A) erfolgt; und
E) die örtliche Vermessung des realen Körpers (1 ) gemäss A) mittels einer elektromagnetisch oder akustisch arbeitenden, räumlichen Vermessungseinrichtung (24) erfolgt; dadurch gekennzeichnet, dass
F) die Fiducial-Implantate (2) mit Referenzpunkten (11 ;14) versehen sind und die Referenzpunkte (11 ; 14) entlang einer bestimmten Achse (9) eine bekannte Länge (x) einschliessen; und
G) die Ortsbestimmung von jeweils zwei an einem Fiducial-Implantat (2) angebrachten Referenzpunkten (11 ;14) mittels eines mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) erfolgt und der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
H) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter G) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11; 14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
3. Methode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild ein in einem Computer digital erfasstes dreidimensionales Computer-Tomogramm ist.
4. Methode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung des realen dreidimensionalen Körpers mit einer optischen Positionserfassungseinrichtung erfolgt.
5. Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einem in einen Knochen implantierten Fiducial-Implantat (2) angebrachter Referenzpunkte (11 ;14) nach der Methode gemäss einem der Ansprüche 1 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
A) ein in einen Knochen (1 ) einbringbares Fiducial-Implantat (2) mit einer Längsachse (9), einem Schaft (10) und einem Kopf (22);
B) einen mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) mit einem vorderen Ende (15), einem hinteren Ende (16) und einer Längsachse (9) umfasst,
C) der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
D) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter C) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11 ;14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Positionserfassungseinrichtung (24) umfasst, welche im Raum mindestens zwei die von den Mitteln (19) abgegebenen elektromagnetischen oder akustischen Wellen detektierende Sensoren (23) einschliesst.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mittel (19) in einer senkrecht zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18) am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen abgebenden Mittel (19) in einer parallel zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18), welche die Längsachse (9) enthält, am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
9. Vorrichtung zur Referenzierung zweier an einem in einen Knochen implantierten Fiducial-Implantat (2) angebrachter Referenzpunkte (11 ;14) nach der Methode gemäss einem der Ansprüche 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
A) ein in einen Knochen (1) einbringbares Fiducial-Implantat (2) mit einer Längsachse (9), einem Schaft (10) und einem Kopf (22);
B) einen mit mindestens drei nicht kolinear angeordneten, elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) versehenen Pointer (3) mit einem vorderen Ende (15), einem hinteren Ende (16) und einer Längsachse (9) umfasst,
C) der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) und das Fiducial-Implantat (2) an seinem Kopf (22) mit Mitteln (20) versehen sind, die gestatten, dass der Pointer (3) und das Fiducial-Implantat (2) zur Längsachse (9) konzentrisch und in Richtung der Längsachse (9) definiert zusammenfügbar sind; und
D) durch die bekannte Länge (x) des Fiducial-Implantates (2), die bekannte Länge (y) des Pointers (3) und die unter C) erwähnten Mittel (20) ein definierter örtlicher Zusammenhang zwischen den Referenzpunkten (11 ;14) an dem Fiducial-Implantat (2) und den elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mitteln (19) am Pointer (3) herstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Positionserfassungseinrichtung (24) umfasst, welche im Raum mindestens zwei Sender (23) einschliesst, die die von den Mitteln (19) zu detektierenden elektromagnetischen oder akustischen Wellen emittieren.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mittel (19) in einer senkrecht zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18) am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische oder akustische Wellen detektierenden Mittel (19) in einer parallel zur Längsachse (9) stehenden Ebene (18), welche die Längsachse (9) enthält, am Pointer (3) zwischen der Schulter (17) und dem hinteren Ende (16) angebracht sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fiducial-Implantat (2) eine Fiducial-Schraube ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Pointer (3) an seinem vorderen Ende (15) mit einem Zapfen (7) und einer daran anschliessenden Schulter (17) versehen ist und dieser Zapfen (7) koaxial zur Längsachse (9) passgenau in Mitteln (12) zur Aufnahme des zum Ein- und Ausdrehen der Fiducial-Schraube (2) dienenden Instrumentes aufnehmbar ist und die Schulter (17) beim Einbringen des Pointers (3) in diese Mittel (12) auf dem Schraubenkopf (11 ) ansteht.
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