DE102006045100B4

DE102006045100B4 - Navigation device for a medical instrument

Info

Publication number: DE102006045100B4
Application number: DE102006045100.7A
Authority: DE
Inventors: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hein Andreas Dipl.-Ing.; Dr. Brell Melina
Original assignee: Universitat Oldenburg
Current assignee: Universitat Oldenburg
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2014-11-06
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: DE102006045100A1

Abstract

Navigationseinrichtung für ein medizinisches Instrument (6), welche mittels einer Steuereinrichtung (8) die von einem Positionsmessgerät (3) aufgenommenen Koordinaten eines Operateurs (2) und des Instruments (6) in eine Anweisung für den Operateur (2), der das Instrument (6) manuell führt, umrechnet und Signalgeber (1) ansteuert, wobei mittels der Signalgeber (1) taktile Signale erzeugbar sind, deren Signale für den Operateur (2) wahrnehmbar sind, wobei die Signalgeber (1) dem Operateur (2) die erforderliche Bewegung des Instruments (6) signalisieren und die Signale durch den Operateur (2) unmittelbar und intuitiv für eine Bewegung des Instruments (6) in eine vorbestimmte Position und/oder Orientierung des Instruments (6) nutzbar sind, wobei die Navigationseinrichtung auf die individuellen Besonderheiten eines einzelnen Operateurs (2) kalibrierbar ausgeführt ist, indem vor dem Gebrauch der Navigationseinrichtung eine von dem Operateur (2) durchgeführte festgelegte Abfolge von Bewegungen und/oder Bewegungsmustern mit dem Instrument (6) erfassbar ist und indem sowohl die aktuelle Stellung von dem Instrument (6) und der Hand des Operateurs (2) als auch von einem Operationsfeld (5) erfasst werden, aus denen Korrekturwerte für die Signalberechnung abgeleitet werden, wobei unter Berücksichtigung einer bestimmten Zielstellung in dem Operationsfeld (5) die notwendige Stellungsänderung der Hand des Operateurs (2) berechnet wird.Navigation device for a medical instrument (6) which, by means of a control device (8), receives the coordinates of an operator (2) and the instrument (6) recorded by a position measuring device (3) into an instruction for the surgeon (2) of the instrument (2). 6) manually performs, converts and activates signal generator (1), by means of the signal generator (1) tactile signals can be generated, the signals for the surgeon (2) are perceptible, the signal generator (1) the operator (2) the required movement signal of the instrument (6) and the signals by the operator (2) directly and intuitively for movement of the instrument (6) in a predetermined position and / or orientation of the instrument (6) can be used, the navigation device to the individual peculiarities of individual surgeon (2) is calibrated by prior to the use of the navigation device by the operator (2) performed fixed sequence of B ewegungen and / or movement patterns with the instrument (6) can be detected and by both the current position of the instrument (6) and the hand of the surgeon (2) and of an operating field (5) are detected, from which correction values for the signal calculation are derived, taking into account a specific objective position in the surgical field (5), the necessary change in position of the hand of the surgeon (2) is calculated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Navigationseinrichtung für ein medizinisches Instrument, welche mittels einer Steuereinrichtung die von einem Positionsmessgerät aufgenommenen Koordinaten eines Operateurs und/oder des Instruments und/oder eines Körpers in eine Anweisung für den Operateur, der das Instrument manuell führt, umrechnet und Signalgeber ansteuert, die dem Operateur die erforderliche Bewegung des Instruments signalisieren.The invention relates to a navigation device for a medical instrument which, by means of a control device, converts the coordinates of an operator and / or the instrument and / or a body received by a position measuring device into an instruction for the surgeon who manually guides the instrument and activates the signal generator, which signal to the operator the required movement of the instrument.

In der medizinischen Praxis werden solche Navigationseinrichtungen bereits vielfach eingesetzt. Zahlreiche Quellen, unter anderem EP 1 652 487 A1 und WO 2004/016 178 A2 zeigen, wie Instrumente mit Hilfe von computergestützter Raumpositionierung in ihrer Lage und Orientierung erfasst werden. Diese Raumdaten stehen dann für weitere Behandlungen und Untersuchungen zur Verfügung oder werden während des Eingriffs verwendet. Beispielsweise werden aus anderen Untersuchungen wie der Kernspinntomografie gewonnene Koordinatenpunkte mittels einer Navigationseinrichtung gezielt erreicht, dabei kann eine Biopsienadel zunächst auf Basis der errechneten Relativposition in eine optimale Position gebracht und anschließend orientiert werden. Abschließend muss die Nadel nur noch axial verschoben werden, bis der gewünschte Koordinatenpunkt erreicht ist. Die Annäherung des Instruments an den Koordinatenpunkt kann dabei vom Operateur in einer grafischen Darstellung auf einem Bildschirm verfolgt werden.In medical practice such navigation devices are already widely used. Numerous sources, among others EP 1 652 487 A1 and WO 2004/016 178 A2 show how instruments are recorded in their position and orientation with the aid of computer-assisted spatial positioning. This room data is then available for further treatment and examinations or will be used during the procedure. For example, coordinate points obtained from other examinations, such as nuclear spin tomography, are specifically reached by means of a navigation device; in this case, a biopsy needle can first be brought into an optimal position on the basis of the calculated relative position and then oriented. Finally, the needle only has to be moved axially until the desired coordinate point is reached. The approach of the instrument to the coordinate point can be followed by the operator in a graphical representation on a screen.

Nach dem Stand der Technik werden im medizinischen Bereich, insbesondere im Operationsfeld, Navigationsgeräte und Navigationsverfahren zur manuellen Positionierung eines Objekts eingesetzt. Diese Navigationsverfahren haben im Allgemeinen die Bestandteile der Zielfestlegung, der Positionsmessung, einer Berechnungsmethodik, einer Signalisierung und der Handlung eines Operateurs. Vor Beginn der Tätigkeit gibt der Operateur der Steuereinrichtung einen festgelegten Zielpunkt im Körper vor. Die aktuellen Positionen von dem manuell geführten Instrument und dem Körper werden von einem Positionsmesssystem erfasst und der Steuereinrichtung bereitgestellt. Die Steuereinrichtung berechnet aus dem Sollwert des Zielpunkts und den aufgenommenen Ist-Werten von Instrument und Körper die notwendige Lageänderung des Instruments. Die notwendige Positionsänderung wird dem Operateur auf einem Bildschirm oder mit einem anderen visuellen Mittel dargestellt. Der Operateur kann die Lage des Instrumentes entsprechend der dargestellten Information ändern, was einen neuen Berechnungsgang der Steuereinrichtung auslöst.According to the state of the art, navigation devices and navigation methods for the manual positioning of an object are used in the medical field, in particular in the surgical field. These navigation methods generally have the components of goal setting, position measurement, calculation methodology, signaling, and the act of an operator. Before starting the operation, the operator of the control device specifies a fixed target point in the body. The current positions of the manually guided instrument and the body are detected by a position sensing system and provided to the controller. The control device calculates the required change in position of the instrument from the target value of the target point and the recorded actual values of instrument and body. The necessary change in position is displayed to the operator on a screen or by another visual means. The surgeon can change the position of the instrument according to the information shown, which triggers a new calculation cycle of the control device.

Dabei hat sich im medizinischen Bereich die Visualisierung der Raumnavigation von Instrumenten aus unterschiedlichen Gründen als nachteilig herausgestellt. Es obliegt im Wesentlichen dem Geschick des Operateurs, die auf dem Bildschirm erkennbare Darstellung oder die Informationen von anderen visuellen Signalgebern in die erforderliche Handhabung des Instruments umzusetzen. Dieser Nachteil wird in der Praxis noch dadurch verstärkt, dass der Bildschirm und der zu behandelnde Körper unterschiedlich im Raum orientiert sind und die Bildschirmdarstellung lediglich ein zweidimensionales Bild vermittelt.In the medical field, the visualization of the room navigation of instruments has proved to be disadvantageous for various reasons. It is essentially the skill of the surgeon to translate on-screen recognizable presentation or the information from other visual signaling devices into the required handling of the instrument. In practice, this disadvantage is exacerbated by the fact that the screen and the body to be treated are oriented differently in space and the screen display merely conveys a two-dimensional image.

Weiterhin nutzt der Operateur im starken Maße seine visuelle Wahrnehmung zur Bewältigung der ihm gestellten Aufgabe. Zusätzliche visuelle Informationsträger können in einer solchen Situation zur Reizüberflutung und damit zu verminderter Aufmerksamkeit führen.Furthermore, the surgeon makes extensive use of his visual perception to accomplish his task. Additional visual information carriers in such a situation can lead to overstimulation and thus to reduced attention.

Eine ebenso ungünstige Wirkung obliegt der Tatsache, dass der Bildschirm oder die Signallampen außerhalb des Operationsfelds und so außerhalb des Blickfelds liegen. Das führt dazu, dass der Operateur seinen Blick vom Operationsfeld abwenden muss. Die effektive Kontrolle über die auszuführende Handlung, das Führen eines Instruments, wird so erschwert.An equally unfavorable effect rests on the fact that the screen or signal lamps are outside the surgical field and so outside the field of view. As a result, the surgeon must turn his eyes away from the surgical field. The effective control over the action to be performed, the control of an instrument, is so difficult.

Die WO 2004/001569 A2 beschreibt bereits eine Navigationseinrichtung für ein medizinisches Instrument, welche mittels einer Steuereinrichtung die von einem Positionsmessgerät aufgenommenen Koordinaten in eine Anweisung für den Operateur, der das Instrument manuell führt, umrechnet und Signalgeber ansteuert. Hierzu wird ein Signalgeber so angesteuert, dass taktile Signale als Fehlerhinweis für den Operateur wahrnehmbar sind. Die zur Korrektur des Fehlers erforderlichen Maßnahmen bleiben dem Operateur überlassen.The WO 2004/001569 A2 already describes a navigation device for a medical instrument, which converts by means of a control device, the coordinates recorded by a position measuring device in an instruction for the surgeon, who manually performs the instrument, and controls the signal generator. For this purpose, a signal generator is controlled so that tactile signals are perceived as a fault indication for the surgeon. The measures required to correct the error are left to the surgeon.

Die DE 101 10 093 A1 beschreibt ebenfalls bereits eine Navigationseinrichtung mit einer bildgestützten Instrumentennavigation für ein medizinisches Instrument, bei der ein Signalgeber angesteuert wird, der dem Operateur die erforderliche Bewegung des Instruments signalisiert. Insbesondere werden aufgrund eines Ist-/Sollwertvergleichs der Positionsdaten Korrektursignale in Form von Richtungspfeilen visualisiert. In alternativen Ausgestaltungen werden akustische Signale, nämlich Sprachkommandos, oder Vibrationen als Richtungshinweis sowie als Hinweis auf das Maß der Abweichung erzeugt und genutzt.The DE 101 10 093 A1 also already describes a navigation device with a picture-based instrument navigation for a medical instrument, in which a signal generator is activated, which signals the operator of the required movement of the instrument. In particular, correction signals in the form of directional arrows are visualized on the basis of an actual / desired value comparison of the position data. In alternative embodiments, acoustic signals, namely voice commands, or vibrations are generated as a direction indicator and as an indication of the degree of deviation and used.

Der Einsatz von Robotern zur Durchführung solcher Eingriffe und Tätigkeiten hat sich als unpraktikabel herausgestellt, da der Operateur mit seiner Erfahrung und seinem Wissen stets einem Abwägeprozess unterstellt ist und so aus der Situation heraus eventuell anders handelt, als es ursprünglich festgelegt wurde. Ein Roboter kann hingegen nur festgelegte Abläufe ausführen.The use of robots to perform such interventions and activities has proven impracticable because the surgeon, with his experience and knowledge, is always under a weighing process and may act differently from the situation than he originally did was determined. A robot, on the other hand, can only execute defined procedures.

Der Einsatz von taktilen Reizen für Navigationszwecke im Gesundheitswesen ist für die Unterstützung sehbehinderter Menschen aus der DE 697 16 888 T2 mit einem Leitsystem für eine sich bewegende Person mit mindestens zwei beabstandeten Bereichen, taktil kontrastierender Bodenbeläge bekannt. Die Führung sehbehinderter Menschen hat aber immer die Bewegung des Operateurs zum Merkmal, wobei dessen Bewegung in einer zweidimensionalen Ebene stattfindet. Weitere Konzepte zur Führung sehbehinderter Menschen, auch rein mobile Konzepte ohne feste Einbauten in der Umwelt, existieren, jedoch sind anwendungstaugliche Produkte außerhalb einer Laborumgebung bisher nicht bekannt, da weder die Erkennung der Orientierung des Benutzers, noch die Feststellung seiner Position mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden kann. Denn bei satellitengestützten Navigationseinrichtungen muss sich der Empfänger für die Feststellung einer Orientierung bewegen und die Positionsgenauigkeit ist in der zivilen Nutzung für die Führung eines Fußgängers nicht ausreichend.The use of tactile stimuli for navigation purposes in the health sector is for the support of visually impaired people from the DE 697 16 888 T2 with a guidance system for a moving person with at least two spaced areas, tactile contrasting floor coverings known. The guidance of visually impaired people, however, always has the movement of the surgeon as a characteristic, whereby its movement takes place in a two-dimensional plane. Other concepts for guiding visually impaired people, including purely mobile concepts without fixed installations in the environment, exist, but application-suitable products outside a laboratory environment are not yet known, since neither the detection of the user's orientation, nor the determination of his position are determined with sufficient accuracy can. For satellite-based navigation devices, the receiver must move to determine an orientation and the position accuracy is in civilian use for the guidance of a pedestrian is not sufficient.

Navigationssysteme für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt. Dabei wird aus empfangenen Satellitensignalen die Position des Kraftfahrzeuges bestimmt und während der Fahrt aus der Positionsdifferenz die Orientierung abgeleitet. Dabei handelt es sich prinzipiell um eine ebene Bewegung, die in festgelegten Bahnen verläuft, welche aus einer elektronisch gespeicherten Landkarte ausgelesen werden. Systembedingt ist der Bewegungsraum deutlich eingeschränkt und die Genauigkeit liegt im Bereich von Metern, was für diesen Anwendungszweck ausreichend ist. Die aus der Navigationseinrichtung des Kraftfahrzeugs errechneten Anweisungen an den Fahrer sind lediglich eine zweidimensionale Richtungsangabe, wobei die Kenntnis der Orientierung im Stillstand weder notwendig, noch erfassbar ist. Die Signalisierung der Richtungsangabe erfolgt in der Regel akustisch und visuell.Navigation systems for motor vehicles are well known. In this case, the position of the motor vehicle is determined from received satellite signals and the orientation is derived during the journey from the position difference. This is basically a plane movement that runs in fixed paths, which are read from an electronically stored map. Due to the system, the movement space is clearly limited and the accuracy is in the range of meters, which is sufficient for this application. The instructions to the driver calculated from the navigation device of the motor vehicle are merely a two-dimensional indication of direction, the knowledge of the orientation at standstill being neither necessary nor detectable. The signaling of the direction is usually audible and visual.

In der Kraftfahrzeugtechnik sind auch taktile Reize zur Signalübermittlung bekannt. Die DE 10 2004 019 505 A1 und die DE 10 2004 000 060 A1 betreffen Warneinrichtungen, die DE 102 20 426 A1 betrifft eine Einparkhilfe. In diesen Schriften bewegt der Benutzer ein Objekt, dessen Bewegung in einer Ebene stattfindet und absolut ist, da der Zielpunkt unveränderlich ist.In motor vehicle technology, tactile stimuli for signal transmission are also known. The DE 10 2004 019 505 A1 and the DE 10 2004 000 060 A1 concern warning devices that DE 102 20 426 A1 concerns a parking aid. In these writings, the user moves an object whose motion is in a plane and is absolute because the target point is fixed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, durch welche dem Benutzer die manuelle Zielführung eines Instrumentes derart möglich ist, dass dieser seinen Blick und seine Aufmerksamkeit stets auf ein Operationsfeld richten kann. Insbesondere soll die Konzentration des Benutzers gefördert werden, um so eine Verbesserung der Qualität seiner Tätigkeit zu ermöglichen.The invention has for its object to provide a way by which the user manual guidance of an instrument is possible in such a way that it can always direct his gaze and his attention to a surgical field. In particular, the concentration of the user should be encouraged so as to enable an improvement in the quality of his activity.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den gegenständlichen Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. Hierdurch ist es möglich, dass der Operateur seinen Blick stets auf das Operationsfeld richten kann, denn die taktile Signalübermittlung fordert vom Operateur eine geringere geistige Transferleistung und führt nicht zur visuellen Reizüberflutung. Des Weiteren wirken die taktilen Reize direkt, sodass der Operateur die notwendige Bewegung fast intuitiv ausführen kann. Das alles entlastet den Operateur und das Verletzungsrisiko kann minimiert werden.The object is achieved with a device according to the subject features of claim 1. The further embodiment of the invention can be found in the dependent claims. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention. This makes it possible that the surgeon can always focus on the surgical field, because the tactile signal transmission requires the surgeon a lower mental transfer performance and does not lead to visual overstimulation. Furthermore, the tactile stimuli act directly, allowing the surgeon to perform the necessary movement almost intuitively. All this relieves the surgeon and the risk of injury can be minimized.

Vorteilhaft ist es, dass die Signalgeber zur vorübergehenden Befestigung am Operateur ausgeführt sind. Hierdurch werden die taktilen Reize direkt an den gewünschten Körperteilen aufgebracht und der Operateur kann nahezu intuitiv auf das ihm vermittelte Signal reagieren. Der direkte Hautkontakt ermöglicht eine schnelle Erkennung der Signale.It is advantageous that the signal generator are designed for temporary attachment to the surgeon. As a result, the tactile stimuli are applied directly to the desired body parts and the surgeon can almost intuitively respond to the signal transmitted to him. Direct skin contact allows for rapid detection of the signals.

Ein entscheidender Vorteil ist es, wenn die Signalgeber zur Befestigung an der Hand des Operateurs ausgeführt sind. Hierdurch werden die Richtungsinformationen auf das körpereigene Koordinatensystem der Hand projiziert. Die Signale der Aktoren können intuitiv und direkt ohne weitere kognitive Anstrengung umgesetzt werden.A decisive advantage is when the signal generator for attachment to the hand of the surgeon are executed. As a result, the directional information is projected onto the body's own coordinate system. The signals of the actuators can be intuitively and directly implemented without further cognitive effort.

Möglich ist es selbstverständlich auch, dass die Signalgeber zur Befestigung am Arm und/oder am Torso des Operateurs ausgeführt sind. Hierdurch wird es möglich, die Hand frei von Signalgebern zu halten, da eine Positionierung des Instrumentes auch über die kinematische Kette des Arms möglich ist. Ebenso ist die räumliche Signalisierung für den Operateur besser erkennbar, wenn diese zusätzlich zur Hand auch am Torso erfolgt.It is of course also possible that the signal generator are designed for attachment to the arm and / or on the torso of the surgeon. This makes it possible to keep the hand free of signalers, as a positioning of the instrument is also possible on the kinematic chain of the arm. Likewise, the spatial signaling is better visible to the surgeon, if this is done in addition to the hand on the torso.

Vorteilhaft ist es, wenn die Signalgeber an einem Gewebe, Gewirke oder Gestricke, insbesondere an einem Gurt, einer Stulpe oder einem Handschuh angeordnet sind. Hierdurch ist ein leichteres Anlegen der Signalgeber möglich, welche sich dann automatisch an der richtigen Position befinden.It is advantageous if the signal transmitters are arranged on a woven, knitted fabric or knitted fabric, in particular on a belt, a cuff or a glove. This makes it easier to apply the signal generator, which are then automatically in the correct position.

Ebenso ist es möglich, dass die Signalgeber am Instrument im Bereich der Grifffläche befestigt sind. Hierdurch kann die Fixierung von Signalgebern am Operateur entfallen. Der Operateur tritt nur dann mit den Signalgebern in Kontakt, wenn das Instrument benutzt wird, was mit positiven psychologischen Effekten behaftet ist.It is also possible that the signalers are attached to the instrument in the region of the grip surface. As a result, the fixation of signaling on the surgeon can be omitted. The operator only comes into contact with the signalers when the instrument is used, which has positive psychological effects.

Vorteilhaft ist es, wenn mindestens sechs Signalgeber an der Hand des Operateurs fixierbar sind. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das Instrument im Raum zu positionieren oder eine bestimmte Orientierung des Werkzeugs einzustellen. It is advantageous if at least six signal generators can be fixed to the hand of the surgeon. This makes it possible, in particular, to position the instrument in space or to set a specific orientation of the tool.

Weiterhin von Vorteil ist es, wenn mindestens zwölf Signalgeber an Hand, Arm und/oder Torso des Operateurs fixierbar sind. Hierdurch werden dem Operateur genaue Informationen zur Lage des Instruments übermittelt, insbesondere zur direkten Positionierung des Instrumentes im dreidimensionalen Raum und/oder zur Orientierung und Neigung, also zu sechs Freiheitsgraden des Instruments.It is also advantageous if at least twelve signal transmitters can be fixed to the hand, arm and / or torso of the surgeon. As a result, accurate information about the position of the instrument is transmitted to the surgeon, in particular for the direct positioning of the instrument in three-dimensional space and / or for orientation and inclination, ie to six degrees of freedom of the instrument.

Zweckmäßig ist es, wenn die Signalgeber Lichtquellen, insbesondere Leuchtdioden aufweisen. Hierdurch kann gleichzeitig mit der taktilen Signalgebung eine visuelle Signalgebung erfolgen.It is expedient if the signal transmitters have light sources, in particular light-emitting diodes. This can be done simultaneously with the tactile signaling visual signaling.

Von Vorteil ist es, wenn die Signalgeber einen auf dem Handrücken des Operateurs fixierbaren Bildschirm aufweisen. Hierdurch werden zusätzliche Informationen an den Operateur weitergegeben, insbesondere ein Bild aus dem Inneren des Körpers auf dem die aktuelle Position des Instruments dargestellt wird. Diese zusätzlichen visuellen Informationen sind mit einem Bildschirm auf dem Handrücken des Operateurs in seinem Blickfeld darstellbar und stehen somit unmittelbar zur Verfügung.It is advantageous if the signal generator have a fixable on the back of the hand of the surgeon screen. As a result, additional information is forwarded to the surgeon, in particular a picture from the interior of the body on which the current position of the instrument is displayed. This additional visual information can be displayed with a screen on the back of the hand of the surgeon in his field of vision and are thus immediately available.

Das Navigationsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein und/oder mehrere taktile Signale von der Navigationseinrichtung derart erzeugt werden, dass der Operateur die Lage, Position und/oder Orientierung des Instruments entsprechend der Signalisierung intuitiv und unmittelbar ändern kann. Hierdurch wird es dem Operateur ermöglicht, seinen Blick stets auf das Operationsfeld zu richten. Die benötigte geistige Transferleistung ist geringer und die Interaktion mit der Navigationseinrichtung erfolgt unmittelbar. Das Navigationsverfahren kann damit präziser als bekannte Navigationsverfahren von Navigationseinrichtungen sein. Die Unterstützung des Operateurs wird stärker und dessen Konzentration und Arbeitssicherheit nehmen zu. Damit wird das mögliche Verletzungsrisiko minimiert.The navigation method is characterized in that one and / or a plurality of tactile signals are generated by the navigation device such that the surgeon can intuitively and immediately change the position, position and / or orientation of the instrument according to the signaling. This allows the surgeon to always look at the surgical field. The required mental transfer performance is lower and the interaction with the navigation device takes place immediately. The navigation method can thus be more precise than known navigation methods of navigation devices. The surgeon's support becomes stronger and his concentration and safety at work increase. This minimizes the potential risk of injury.

Von Vorteil ist es, dass die Signale dem Operateur eine Abweichung von einer bestimmten Bewegungsbahn signalisieren. Hierdurch wird der Operateur dahingehend unterstützt, dass er das Instrument entlang der bestimmten Bewegungsbahn führen kann. So ist es möglich, einen bestimmten Punkt in einem Körper ohne Sichtkontakt anzusteuern.It is advantageous that the signals signal the surgeon a deviation from a certain path of movement. As a result, the surgeon is assisted in that he can lead the instrument along the specific trajectory. So it is possible to control a certain point in a body without visual contact.

Ebenso von Vorteil ist es, wenn die Signale dem Operateur die Grenzen eines bestimmten Bewegungsraumes signalisieren. Hierdurch wird der Operateur dahingehend unterstützt, dass er das Instrument in einem bestimmen Raum frei führen kann. Eine solche Unterstützung ist insbesondere bei flächigen und räumlichen Tätigkeiten wie dem Fräsen oder Absaugen notwendig.It is also advantageous if the signals signal the operator the limits of a certain range of motion. As a result, the surgeon is supported so that he can lead the instrument in a certain space freely. Such support is particularly necessary in area and spatial activities such as milling or vacuuming.

Vorteilhaft ist es, wenn die taktilen Reize der Signalgeber Vibrationen sind. Hierdurch ist eine schnellstmögliche Detektion des Signals durch den menschlichen Körper möglich. Außerdem können Differenzen bei Änderungen der Signale am leichtesten detektiert werden, wenn die Signale Vibrationen sind.It is advantageous if the tactile stimuli of the signal generator are vibrations. This allows the fastest possible detection of the signal by the human body. In addition, differences in changes in the signals are easiest to detect when the signals are vibrations.

Ferner ist es von Vorteil, wenn die Informationsbereitstellung in Form pulsierender Signale, welche zwischen einem Impuls (Signal) und einer Pause (kein Signal) alternieren, wobei die Signal- und Pausenlänge unterschiedliche Zeitspannen einnehmen können, erfolgt. Hierdurch werden einem einfachen Signal vielfältige Informationen aufgeprägt. So können sowohl Impuls als auch Pause unterschiedliche Informationen übermitteln.Furthermore, it is advantageous if the provision of information in the form of pulsating signals, which alternate between a pulse (signal) and a pause (no signal), wherein the signal and pause length can take different lengths of time, takes place. As a result, a simple signal diverse information is impressed. Thus, both impulse and pause can convey different information.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Informationsbereitstellung durch unterschiedlich starke Schwingungsamplituden erfolgt. Hierdurch können Signale unterschiedlicher Stärke erzeugt werden, die dem Operateur insbesondere anzeigen, wie stark er von der bestimmten Bewegungsbahn abweicht.Furthermore, it is advantageous if the provision of information takes place by vibration amplitudes of different magnitudes. As a result, signals of different strengths can be generated, which in particular indicate to the surgeon how much he deviates from the determined trajectory.

Günstig ist es auch, wenn die Informationsbereitstellung auf einer Variation der Schwingungsfrequenz basiert. Hierdurch ist die Erzeugung unterschiedlich starker Signale möglich, woraus für den Operateur insbesondere die Größe der Abweichung von der bestimmten Bewegungsbahn erkennbar ist.It is also favorable if the provision of information is based on a variation of the oscillation frequency. As a result, the generation of different strength signals is possible, from which for the surgeon in particular the size of the deviation from the determined trajectory can be seen.

Günstig ist es, wenn erfindungsgemäß vor dem Gebrauch der Navigationseinrichtung der Operateur eine festgelegte Abfolge von Bewegungen und/oder Bewegungsmustern mit dem Instrument durchführt, aus denen Korrekturwerte für die Signalberechnung abgeleitet werden. Hierdurch wird die Navigationseinrichtung auf die individuellen Besonderheiten eines einzelnen Operateurs kalibriert.It is advantageous if according to the invention, before the use of the navigation device, the surgeon performs a fixed sequence of movements and / or movement patterns with the instrument, from which correction values for the signal calculation are derived. As a result, the navigation device is calibrated to the individual characteristics of a single surgeon.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 eine schematische Darstellung einer Navigationseinrichtung mit Signalgebern auf der Hand eines Operateurs. 1 a schematic representation of a navigation device with signalers on the hand of an operator.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Navigationseinrichtung mit Signalgebern an Torso, Arm und Hand des Operateurs. 2 shows a schematic representation of a navigation device with signalers on the torso, arm and hand of the surgeon.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Navigationseinrichtung mit Signalgebern am Instrument. 3 shows a schematic representation of a navigation device with signalers on the instrument.

4 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrensprinzips einer Navigationseinrichtung mit taktilen Signalgebern. 4 shows a schematic representation of the method principle of a navigation device with tactile signalers.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Navigationseinrichtung mit Signalgebern 1 auf der Hand eines Operateurs 2. Ein Positionsmesssystem 3 erfasst die Lage und Orientierung der Hand des Operateurs 2, die eines Körpers 4 und eines Operationsfelds 5 und die eines Instruments 6, in dem es mehrere an diesen Elementen angebrachte Marker 7 erkennt. Eine Steuereinrichtung 8 berechnet aus den gewonnenen Raumdaten der Elemente die notwendige Lage- und Positionsänderung des Instruments 6. Der Operateur 2 führt das Instrument 6, wobei er von der Steuereinrichtung 8 unterstützt wird, indem er, insbesondere bei Abweichungen gegenüber einer Vorgabe, von den Signalgebern 1 einen taktilen Reiz empfängt. Die Signalgeber 1 auf dem Handrücken des Operateurs 2 können auch mit Lichtquellen 9, insbesondere Leuchtdioden zur zusätzlichen visuellen Unterstützung ausgestattet sein. Ebenso ist ein kleiner Bildschirm 10 auf dem Handrücken des Operateurs 2 abgebildet. 1 shows a schematic representation of a navigation device with signalers 1 on the hand of an operator 2 , A position measuring system 3 captures the position and orientation of the hand of the surgeon 2 that of a body 4 and a surgical field 5 and that of an instrument 6 in which there are several markers attached to these elements 7 recognizes. A control device 8th calculates the required position and position change of the instrument from the obtained spatial data of the elements 6 , The surgeon 2 leads the instrument 6 in which he is from the control device 8th is supported by the signalers, in particular in the case of deviations from a standard 1 receives a tactile stimulus. The signalers 1 on the back of the hand of the surgeon 2 can also use light sources 9 , in particular light-emitting diodes for additional visual support. Likewise, a small screen 10 on the back of the hand of the surgeon 2 displayed.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Navigationseinrichtung mit Signalgebern 1 an Torso, Arm und Hand des Operateurs 2. Mit dieser Anordnung der Signalgeber 1 ist eine sechsdimensionale Darstellung der Positionsänderung des Instruments 6 möglich. Für die Berechnung der erforderlichen Signale werden neben der Stellung der Hand auch die Stellungen von Arm und Torso des Operateurs 2 mit Markern 7 versehen und vom Positionsmesssystem 3 erfasst. 2 shows a schematic representation of a navigation device with signalers 1 on the torso, arm and hand of the surgeon 2 , With this arrangement of signalers 1 is a six-dimensional representation of the position change of the instrument 6 possible. In addition to the position of the hand, the positions of the surgeon's arm and torso are calculated to calculate the required signals 2 with markers 7 provided and from the position measuring system 3 detected.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Navigationseinrichtung mit Signalgebern 1 am Instrument 6. Die Signalgeber 1 sind in mehreren Reihen auf der Oberfläche des Instruments 6 angeordnet. Damit ist eine sechsdimensionale Darstellung der Positionsänderung des Instruments 6 möglich. Der Operateur 2 braucht bei dieser Anordnung nicht vom Positionsmesssystem 3 erfasst werden. 3 shows a schematic representation of a navigation device with signalers 1 on the instrument 6 , The signalers 1 are in multiple rows on the surface of the instrument 6 arranged. This is a six-dimensional representation of the position change of the instrument 6 possible. The surgeon 2 does not need the position measuring system with this arrangement 3 be recorded.

4 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrensprinzips einer Navigationseinrichtung mit taktilen Signalgebern 1. Während des Navigationsprozesses soll das Instrument 6 in eine bestimmte Zielstellung in Bezug auf den zu behandelnden Körperbereich, das Operationsfeld 5 gebracht werden. Dafür werden vom Positionsmesssystem 3 durch die Marker 7 an den beteiligten Elementen sowohl die aktuelle Stellung vom Instrument 6 und der Hand des Operateurs 2 als auch vom Operationsfeld 5 erfasst, indem die einzelnen Marker 7 durch ein Positionsmessverfahren 13 detektiert werden. Die erfassten Koordinaten des Markerkoordinatensystems 11 vom Instrument 6 und Operationsfeld 5 werden an die Steuereinrichtung 8 weitergegeben 14. Dieser berechnet, unter Berücksichtigung 15 einer bestimmten Zielstellung im Operationsfeld 5, die notwendige Stellungsänderung der Hand des Operateurs 2. Diese wird dann in das für den Benutzer intuitive Handkoordinatensystem transformiert, welches sich durch das Signalgeberkoordinatensystem 12 ergibt. Die Steuereinrichtung gibt dann die Stellungsänderung an die Signalgeber 1 weiter (Informationsbereitstellung 16), welche dem Operateur in Form von taktilen Signalen angezeigt wird. 4 shows a schematic representation of the method principle of a navigation device with tactile signalers 1 , During the navigation process, the instrument should 6 into a specific objective with respect to the area of the body to be treated, the surgical field 5 to be brought. For this are from the position measuring system 3 through the markers 7 on the elements involved, both the current position of the instrument 6 and the hand of the surgeon 2 as well as from the surgical field 5 captured by the individual markers 7 by a position measuring method 13 be detected. The acquired coordinates of the marker coordinate system 11 from the instrument 6 and surgical field 5 be to the controller 8th passed 14 , This calculates, taking into account 15 a specific objective in the surgical field 5 , the necessary change of position of the hand of the surgeon 2 , This is then transformed into the user-intuitive hand coordinate system, which is defined by the signal generator coordinate system 12 results. The controller then gives the position change to the signal generator 1 continue (Information provision 16 ), which is displayed to the surgeon in the form of tactile signals.

Claims

Navigation device for a medical instrument ( 6 ), which by means of a control device ( 8th ) from a position measuring device ( 3 ) recorded coordinates of an operator ( 2 ) and the instrument ( 6 ) into an instruction for the surgeon ( 2 ), the instrument ( 6 ) manually converts, converts and switches ( 1 ), whereby by means of the signal generator ( 1 ) tactile signals are generated whose signals for the surgeon ( 2 ) are perceptible, the signal transmitter ( 1 ) the surgeon ( 2 ) the required movement of the instrument ( 6 ) and signal the signals by the surgeon ( 2 ) immediate and intuitive for a movement of the instrument ( 6 ) in a predetermined position and / or orientation of the instrument ( 6 ), the navigation device being adapted to the individual characteristics of a single surgeon ( 2 ) is made calibratable by one of the operator (before the use of the navigation device ( 2 specified sequence of movements and / or movement patterns with the instrument ( 6 ) and that both the current position of the instrument ( 6 ) and the hand of the surgeon ( 2 ) as well as from a surgical field ( 5 ) from which correction values for the signal calculation are derived, taking into account a specific target position in the operating field ( 5 ) the necessary change of position of the hand of the surgeon ( 2 ) is calculated.

Navigation device according to claim 1, characterized in that the signal transmitter ( 1 ) for temporary attachment to the surgeon ( 2 ) are executed.

Navigation device according to claim 2, characterized in that the signal generator ( 1 ) for attachment to the hand of the surgeon ( 2 ) are executed.

Navigation device according to claim 2, characterized in that the signal generator ( 1 ) to Attachment to the arm and / or torso of the surgeon ( 2 ) are executed.

Navigation device according to claim 1, characterized in that the signal transmitter ( 1 ) on a woven, knitted or knitted fabric, in particular a belt, a cuff or a glove of the surgeon ( 2 ) are arranged.

Navigation device according to claim 1, characterized in that the signal transmitter ( 1 ) on the instrument ( 6 ) are fastened in the region of the grip surface.

Navigation device according to claim 3, characterized in that at least six signal transmitters ( 1 ) on the hand of the surgeon ( 2 ) are fixable.

Navigation device according to claim 3 and / or 4, characterized in that at least twelve signal transmitters ( 1 ) on the hand, arm and / or torso of the surgeon ( 2 ) are fixable.

Navigation device according to claim 1, characterized in that the signal transmitter ( 1 ) Light sources ( 9 ), in particular light-emitting diodes.

Navigation device according to claim 3, characterized in that the signal transmitter ( 1 ) have a fixed on the back of the hand of the surgeon screen.