DE20309928U1

DE20309928U1 - Device for selecting defined monitor display surface area has navigation system for determining pointer instrument position/orientation, controller associating defined orientations with display areas

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Publication number: DE20309928U1
Application number: DE20309928U
Authority: DE
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2013-06-28

Abstract

The device has a navigation system for determining the position and orientation of a pointer instrument (7) in space and a controller (5) that associates defined orientations of the pointer instrument with different selected regions of the display surface (1). The controller associates a defined orientation of the pointer instrument with an area of the display surface through which the extension of a pointer (8) passes.

Description

57 553 u Aesculap AG & Co. KG57 553 u Aesculap AG & Co. KG

u - 234 Am Aesculap-Platzu - 234 Am Aesculap-Platz

9. September 2003 D - 78532 Tuttlingen9 September 2003 D - 78532 Tuttlingen

Vorrichtung zur Auswahl eines bestimmten BereichsDevice for selecting a specific area

einer Anzeigeflächea display area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl eines bestimmten Bereiches einer Anzeigefläche eines Monitors.The invention relates to a method for selecting a specific area of a display surface of a monitor.

Es ist bekannt, bestimmte Bereiche einer Anzeigefläche eines Monitors dadurch zu markieren und auszuwählen, daß mit Hilfe einer Maus oder einer Tastatur eine Bildmarke auf der Anzeigefläche verschoben wird. Es ist auch bekannt, durch Antippen bestimmter Bereiche einer solchen Anzeigefläche diese Bereiche auszuwählen.It is known to mark and select certain areas of a monitor display area by moving a marker on the display area using a mouse or a keyboard. It is also known to select these areas by tapping certain areas of such a display area.

Bei chirurgischen Operationen werden sehr häufig derartige Monitore eingesetzt, und es besteht ein Bedarf nach einer solchen Auswahl von Bereichen der Anzeigefläche, beispielsweise dann, wenn bestimmten Anzeigeflächen unterschiedliche Funktionen zugeordnet werden, die durch Auswahl bestimmter Bereiche ausgewählt werden können. Allerdings ist es für den Operateur während einer solchen Operation sehr schwer, eine solche Auswahl von bestimmten Bereichen des Monitors vorzunehmen, da er in der Regel in beiden Händen chirurgische Instrumente hält und keine der üblichen Auswahlverfahren benutzen kann.Such monitors are very often used in surgical operations and there is a need for such a selection of areas of the display surface, for example when certain display surfaces are assigned different functions which can be selected by selecting certain areas. However, it is very difficult for the surgeon to make such a selection of certain areas of the monitor during such an operation, since he usually holds surgical instruments in both hands and cannot use any of the usual selection methods.

Um dem abzuhelfen, ist eine Sprachsteuerung bekannt, mit der die Bildmarke über die Anzeigefläche geführt werden kann, diese ist jedoch während der Operation oft störend und auch nicht genügend sicher.To remedy this, a voice control is known with which the image mark can be moved over the display surface, but this is often disruptive during the operation and also not sufficiently safe.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der bestimmte Bereiche einer Anzeigefläche auch dann ausgesucht werden können, wenn der Benutzer die üblichen Verfahren zur Auswahl nicht verwenden kann.It is an object of the invention to propose a device with which certain areas of a display surface can be selected even if the user cannot use the usual selection methods.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit einem Navigationssystem gelöst, welches die Position und Lage eines Zeigeinstrumentes im Raum bestimmt, und mit einer Steuerung, die bestimmten Orientierungen des Zeigeinstrumentes verschiedene ausgewählte Bereiche der Anzeigefläche zuordnet.This object is achieved according to the invention by a device with a navigation system which determines the position and location of a pointing instrument in space, and with a control which assigns different selected areas of the display surface to certain orientations of the pointing instrument.

Navigationssysteme sind Systeme, die die Lage und Orientierung von Gegenständen im Raum bestimmen können, derartige Navigationssysteme sind bei chirurgischen Operationen inzwischen Standard. Mit diesen Navigationssystemen wir die Lage von chirurgischen Instrumenten relativ zum Körper bestimmt oder die Lage von Körperteilen zueinander, sie finden Verwendung bei der Durchführung von Operationen und helfen dem Chirurgen, die Bewegung der chirurgischen Instrumente zu koordinieren.Navigation systems are systems that can determine the position and orientation of objects in space. Such navigation systems are now standard in surgical operations. These navigation systems are used to determine the position of surgical instruments relative to the body or the position of body parts relative to each other. They are used when performing operations and help the surgeon to coordinate the movement of the surgical instruments.

Im Rahmen der Erfindung wird nun vorgeschlagen, ein Zeigeinstrument zu verwenden, welches in derselben Art wie dies bei chirurgischen Instrumenten üblich ist, durch ein Navigationssystem überwacht wird, so daß das Navigationssystem zu jedem Zeitpunkt Lage und Orientierung dieses Zeigeinstrumentes im Raum kennt. Bei bestimmten Orientierungen des Zeigeinstrumentes erkennt das Navigationssystem, daß bei dieser Orientierung ein bestimmter Bereich einer Anzeigefläche ausgewählt wird, diese Auswahl erfolgt nur bei einer bestimmten Orientierung des Zeigeinstrumentes mit enger Variation, bei allen anderen Orientierungen des Zeigeinstrumentes wird ein bestimmter Be-Within the scope of the invention, it is now proposed to use a pointing instrument which is monitored by a navigation system in the same way as is usual with surgical instruments, so that the navigation system knows the position and orientation of this pointing instrument in space at all times. With certain orientations of the pointing instrument, the navigation system recognizes that a certain area of a display surface is selected with this orientation. This selection only occurs with a certain orientation of the pointing instrument with a narrow variation. With all other orientations of the pointing instrument, a certain area is selected.

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reich nicht ausgewählt. Wenn der Chirurg also einen bestimmten Bereich auswählen will, genügt es, wenn er ein Zeigeinstrument in diese dem bestimmten Bereich entsprechende Orientierung bringt.area is not selected. If the surgeon wants to select a specific area, it is sufficient to place a pointing instrument in the orientation corresponding to the specific area.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß die Steuerung einer bestimmten Orientierung des Zeigeinstrumentes einen Bereich der Anzeigefläche zuordnet, durch den die Verlängerung eines Zeigers am Zeigeinstrument hindurchgeht. Der Benutzer richtet dann das Zeigeinstrument auf den gewünschten Bereich der Anzeigefläche, so daß der Zeiger des Zeigeinstrumentes auf den auszuwählenden Bereich gerichtet ist.It can be provided that the control assigns a certain orientation of the pointing instrument to an area of the display surface through which the extension of a pointer on the pointing instrument passes. The user then points the pointing instrument at the desired area of the display surface so that the pointer of the pointing instrument is directed at the area to be selected.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Steuerung einen Speicher umfaßt, in dem die geometrischen Daten bestimmter Raumbereiche gespeichert sind, die jeweils bestimmten Bereichen der Anzeigefläche zugeordnet sind, und daß die Steuerung den entsprechenden Bereich der Anzeigefläche auswählt, wenn eine Verlängerung eines Zeigers am Zeigeinstrument in einen bestimmten Raumbereich gerichtet ist. Bei dieser Version ist es also nicht notwendig, den Zeiger des Zeigeinstruments auf die Anzeigefläche zu richten, sondern es können - beispielsweise an einer Wand des Operationssaales - Bereiche markiert werden, die bestimmten Bereichen der Anzeigefläche entsprechen, wenn der Chirurg von einer bestimmten Position aus das Zeigeinstrument auf diese Fläche richtet. Diese Flächen können groß sein und auch einen relativ großen Abstand voneinander haben, so daß ein sehr genaues Orientieren des Zeigeinstrumentes nicht notwendig ist, außerdem sind Fehlorientierungen durch die Beabstandung der entsprechenden Raumbereiche ausgeschlossen.According to a preferred embodiment, the control system comprises a memory in which the geometric data of certain spatial regions are stored, which are each assigned to certain regions of the display surface, and the control system selects the corresponding region of the display surface when an extension of a pointer on the pointing instrument is directed into a certain spatial region. In this version, it is therefore not necessary to point the pointer of the pointing instrument at the display surface, but rather - for example on a wall of the operating room - regions can be marked that correspond to certain regions of the display surface when the surgeon points the pointing instrument at this region from a certain position. These regions can be large and also have a relatively large distance from one another, so that very precise orientation of the pointing instrument is not necessary, and misorientation is also excluded by the spacing of the corresponding spatial regions.

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Es ist weiterhin möglich, daß die Steuerung nur bei bestimmten Orientierungen des Zeigeinstruments eine Auswahl eines Bereiches der Anzeigefläche vornimmt, bei allen abweichenden Orientierungen dagegen nicht. Damit ist sichergestellt, daß bei der normalen Verwendung des Zeigeinstrumentes zu anderen Zwecken keine Auswahl an der Anzeigefläche erfolgt, sondern nur bei bestimmten Orientierungsbereichen des Zeigeinstrumentes.It is also possible for the control to select an area of the display surface only when the pointing instrument is in certain orientations, but not when it is in any other orientation. This ensures that when the pointing instrument is used normally for other purposes, no selection is made on the display surface, but only when the pointing instrument is in certain orientation areas.

Günstig ist es, wenn die Steuerung auf der Anzeigefläche eine Marke darstellt, die sich entsprechend der Orientierung des Zeigeinstrumentes auf dem Bildschirm verschiebt und jeweils in dem ausgewählten Bereich positioniert ist. Es handelt sich dabei um eine Bildmarke, die als Cursor bei anderen Auswahlverfahren von Anzeigeflächenbereichen bekannt ist. Diese Bildmarke wird entsprechend der unterschiedlichen Orientierung des Zeigeinstrumentes verschoben und zeigt damit dem Benutzer, welcher Bereich der Anzeigefläche ausgewählt werden kann.It is advantageous if the control on the display surface shows a mark that moves on the screen according to the orientation of the pointing instrument and is always positioned in the selected area. This is a picture mark that is known as a cursor in other selection processes for display area areas. This picture mark is moved according to the different orientation of the pointing instrument and thus shows the user which area of the display area can be selected.

Günstig ist es, wenn die Marke beim Erreichen eines neuen ausgewählten Bereiches in dessen Zentrum springt, also sozusagen magnetisch von dessen Zentrum angezogen wird, so daß eine sehr eindeutige Auswahl getroffen werden kann.It is advantageous if the marker jumps to the center of a new selected area when it is reached, i.e. is magnetically attracted to its center, so to speak, so that a very clear selection can be made.

Jedem ausgewählten Bereich kann eine bestimmte Funktion zugeordnet sein, und durch ein zusätzliches Signal kann die diesem ausgewählten Bereich zugeordnete Funktion aktiviert werden. Beispielsweise kann einem Bereich die Regelung der Drehzahl eines Werkzeuges zugeordnet sein, wenn der Bereich ausgewählt ist, kann durch ein zusätzliches Signal diese Funktion aktiviert werden, beispielsweise mittels eines Signals zur Erhöhung der Drehgeschwin-Each selected area can be assigned a specific function, and the function assigned to this selected area can be activated by an additional signal. For example, an area can be assigned to control the speed of a tool, and when the area is selected, this function can be activated by an additional signal, for example by means of a signal to increase the rotational speed.

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digkeit oder mittels eines alternativen Signals zur Herabsetzung der Drehgeschwindigkeit. speed or by means of an alternative signal to reduce the rotation speed.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man als Zeigeinstrument einen chirurgischen Taster verwendet, den der Chirurg bei chirurgischen Operationen regelmäßig benutzt, um beispielsweise Körperoberflächen abzutasten oder das Navigationssystem zu kalibrieren. Der Chirurg kann in diesem Falle das Zeigeinstrument, das er ohnehin in der Hand hält, zur Auswahl bestimmter Bereiche der Anzeigefläche benutzen.It is particularly advantageous if a surgical probe is used as the pointing instrument, which the surgeon regularly uses during surgical operations, for example to scan body surfaces or to calibrate the navigation system. In this case, the surgeon can use the pointing instrument, which he is already holding in his hand, to select certain areas of the display area.

Selbstverständlich ist es auch möglich, andere chirurgische Instrumente, die bei Operationen eingesetzt werden, zu diesem Zweck einzusetzen, insbesondere kann vorgesehen sein, daß eine solche Auswahl bestimmter Bereiche der Anzeigefläche wahlweise durch das eine oder andere chirurgische, navigierte Instrument erfolgen kann, eine entsprechende Auswahl kann über eine Steuerung des Navigationssystems erfolgen.Of course, it is also possible to use other surgical instruments that are used in operations for this purpose; in particular, it can be provided that such a selection of certain areas of the display surface can be carried out optionally by one or the other surgical, navigated instrument; a corresponding selection can be made via a control of the navigation system.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: The following description of preferred embodiments of the invention serves to explain in more detail in conjunction with the drawing. They show:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines durch ein Navigationssystem navigierten Tasters zur Auswahl eines bestimmten Bereiches auf einer Anzeigefläche undFigure 1: a schematic representation of a button navigated by a navigation system for selecting a specific area on a display surface and

Figur 2: eine schematische Darstellung der Anzeigefläche mit unterschiedlichen, verschiedenen Funktionen zugeordneten Bereichen.Figure 2: a schematic representation of the display area with different areas assigned to different functions.

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Eine Anzeigefläche 1 eines herkömmlichen Monitors ist an einer bestimmten Stelle eines Raumes, beispielsweise eines Operationssaales, aufgestellt und ist in bestimmte Bereiche 2 unterteilt, denen eine bestimmte Funktion zugeordnet ist. Bei der Darstellung der Figur 2 ist eine solche Anzeigefläche 1 gezeigt mit vier verschiedenen Bereichen 2, die jeweils einer Verschiebung oder Drehung eines auf der Anzeigefläche 1 dargestellten Implantates 3 zugeordnet sind. Wenn eine auf der Anzeigefläche 1 dargestellte Bildmarke 4 einen der Bereiche 2 erreicht, wird dieser Bereich 2 durch eine mit der Anzeigefläche 1 verbundene Steuerung 5 ausgewählt, und über einen zusätzlichen, mit der Steuerung 5 verbundenen Signalgeber 6, beispielsweise einen Fußschalter, kann eine Funktion ausgelöst werden, die dem jeweiligen Bereich 2 zugeordnet ist. Bei der Darstellung der Figur 2 bedeutet dies, daß beispielsweise ein auf der Anzeigefläche dargestelltes Implantat 3 nach oben geschoben wird, wenn der Bereich links oben ausgewählt ist und wenn gleichzeitig der Signalgeber 6 betätigt wird, bei dem Bereich rechts oben erfolgt eine Verschiebung nach rechts, bei dem Bereich links oben eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn, bei der Auswahl des Bereiches rechts unten eine Drehung im Uhrzeigersinn.A display surface 1 of a conventional monitor is set up at a specific location in a room, for example an operating room, and is divided into specific areas 2, to which a specific function is assigned. In the illustration in Figure 2, such a display surface 1 is shown with four different areas 2, each of which is assigned to a displacement or rotation of an implant 3 shown on the display surface 1. When a symbol 4 shown on the display surface 1 reaches one of the areas 2, this area 2 is selected by a controller 5 connected to the display surface 1, and a function assigned to the respective area 2 can be triggered via an additional signal generator 6 connected to the controller 5, for example a foot switch. In the representation of Figure 2, this means that, for example, an implant 3 shown on the display surface is pushed upwards if the area on the top left is selected and if the signal generator 6 is actuated at the same time, in the area on the top right a shift to the right occurs, in the area on the top left a rotation in the anti-clockwise direction occurs, and if the area on the bottom right is selected a rotation in the clockwise direction occurs.

Diese Funktionen sind nur beispielhaft angeführt, hier können die unterschiedlichsten Funktionen aktiviert werden, die in einem Operationssaal notwendig sind, beispielsweise der Betrieb von chirurgischen Werkzeugen, die Veränderung der Bildschirmdarstellung etc.These functions are only examples; the most diverse functions that are necessary in an operating room can be activated here, for example the operation of surgical tools, changing the screen display, etc.

Um einen solchen Bereich 2 auszuwählen und die Bildmarke 4 entsprechend über die Anzeigefläche 1 zu verschieben, wird ein chirurgischer Taster 7 verwendet, der im wesentlichen eine nadeiförmige Spitze 8 aufweist und ein Markierelement 9 trägt, das starr mit dem Taster 7 verbunden ist. Das Markier-In order to select such an area 2 and to move the image mark 4 accordingly over the display area 1, a surgical probe 7 is used, which essentially has a needle-shaped tip 8 and carries a marking element 9 which is rigidly connected to the probe 7. The marking

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element 9 ist selbst mit drei im Abstand zueinander angeordneten Reflexionskörpern 10 versehen, von denen die Strahlung eines Navigationssystems 11 reflektiert wird. Dieses umfaßt mehrere im Abstand zueinander angeordnete Sende- und Empfangseinrichtungen 12, die beispielsweise Infrarotstrahlung aussenden und die von den Reflexionskörpern 10 reflektierte Infrarotstrahlung wieder auffangen, aus der aufgefangenen Strahlung kann das Navigationssystem 11 die genaue Lage und Orientierung des Markierelementes 9 und damit des Tasters 7 im Raum bestimmen.element 9 is itself provided with three reflection bodies 10 arranged at a distance from one another, from which the radiation of a navigation system 11 is reflected. This comprises several transmitting and receiving devices 12 arranged at a distance from one another, which emit, for example, infrared radiation and capture the infrared radiation reflected by the reflection bodies 10. From the captured radiation, the navigation system 11 can determine the exact position and orientation of the marking element 9 and thus of the button 7 in space.

Die Steuerung 5 interpretiert bestimmte Orientierungen des Tasters 7 als Auswahl eines bestimmten Bereiches 2 der Anzeigefläche 1. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß immer dann wenn der Taster 7 aus einer bestimmten Arbeitsposition heraus auf einen bestimmten Bereich 2 der Anzeigefläche 1 gerichtet wird, dieser Bereich ausgewählt wird.The controller 5 interprets certain orientations of the button 7 as the selection of a certain area 2 of the display surface 1. For example, it can be provided that whenever the button 7 is directed from a certain working position to a certain area 2 of the display surface 1, this area is selected.

Bei einer anderen Ausführungsform werden feste Flächen im Abstand von der Anzeigefläche 1 bestimmt, beispielsweise an der Wand eines Operationssaales, wenn der Taster 7 auf eine dieser Flächen gerichtet wird, bedeutet dies für die Steuerung 5 die Auswahl eines dieser Fläche zugeordneten Bereiches 2 der Anzeigefläche 1.In another embodiment, fixed surfaces are determined at a distance from the display surface 1, for example on the wall of an operating room. If the button 7 is directed at one of these surfaces, this means for the controller 5 the selection of an area 2 of the display surface 1 assigned to this area.

Taster 7 dieser Art werden bei chirurgischen Operationen häufig eingesetzt und dienen beispielsweise der Abtastung einer Gelenkoberfläche des Knochens. Probes 7 of this type are frequently used in surgical operations and are used, for example, to palpate the articular surface of the bone.

Sobald auf diese Weise ein bestimmter Bereich 2 der Anzeigefläche 1 ausgewählt /st, kann der Benutzer durch Betätigung des Signalgebers 6 die diesemAs soon as a certain area 2 of the display area 1 is selected in this way, the user can activate the display area corresponding to this area by actuating the signal generator 6.

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Bereich 2 zugeordnete Funktion aktivieren. Welcher Bereich 2 ausgewählt ist, erkennt man an der Stellung der Bildmarke 4.Activate the function assigned to area 2. You can tell which area 2 is selected by the position of the icon 4.

Anstelle des Tasters 7 kann auch ein beliebiges anderes chirurgisches Instrument verwendet werden, das in dieser Weise navigiert wird, dessen Position und Orientierung also durch das Navigationssystem 11 bestimmt wird. In diesem Falle kann an der Steuerung 5 ausgewählt werden, welches der unter Umständen mehreren navigierten Instrumente die Bereichsauswahl der Anzeigefläche 1 vornimmt.Instead of the button 7, any other surgical instrument can be used which is navigated in this way, i.e. whose position and orientation is determined by the navigation system 11. In this case, the control 5 can be used to select which of the possibly several navigated instruments performs the area selection of the display area 1.

Es ist auch möglich, diese Auswahlfunktion ganz abzuschalten, so daß bei bestimmten Tätigkeiten auch dann keine Auswahl eines Bereiches erfolgt, wenn der Taster 7 in die entsprechende Richtung weist, die normalerweise zu einer Auswahl eines bestimmten Bereiches 2 führen würde. Dies kann notwendig sein, wenn mit dem Taster 7 andere Tätigkeiten durchgeführt werden sollen.It is also possible to switch off this selection function completely, so that for certain activities no selection of an area takes place even if the button 7 is pointing in the corresponding direction that would normally lead to a selection of a certain area 2. This may be necessary if other activities are to be carried out with the button 7.

Alternativ zur Auswahl mit dem Taster 7 kann natürlich auch eine herkömmliche Auswahl erfolgen, beispielsweise mit Hilfe einer Maus 13, so daß eine Auswahl auch dann erfolgen kann, wenn kein navigiertes Instrument eingesetzt wird.As an alternative to selection with the button 7, a conventional selection can of course also be made, for example with the aid of a mouse 13, so that a selection can also be made when no navigated instrument is used.

Claims

1. Device for selecting a specific area ( 2 ) of a display surface ( 1 ) of a monitor with a navigation system ( 11 ) for determining the position and location of a pointing instrument ( 7 ) in space and with a control ( 5 ) which assigns different selected areas ( 2 ) of the display surface ( 1 ) to specific orientations of the pointing instrument ( 7 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the control ( 5 ) assigns a specific orientation of the pointing instrument ( 7 ) to a region ( 2 ) of the display surface ( 1 ) through which the extension of a pointer ( 8 ) on the pointing instrument ( 7 ) passes.

3. Device according to claim 1, characterized in that the control ( 5 ) comprises a memory in which the geometric data of certain spatial regions are stored, which are each assigned to certain regions ( 2 ) of the display surface ( 1 ), and that the control ( 5 ) selects the corresponding regions ( 2 ) of the display surface ( 1 ) when an extension of a pointer ( 8 ) on the pointing instrument ( 7 ) is directed into a certain spatial region.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control ( 5 ) selects a region ( 2 ) of the display surface ( 1 ) only when the pointing instrument ( 7 ) is in certain orientations.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control ( 5 ) on the display surface ( 1 ) represents a mark ( 4 ) which moves on the display surface ( 1 ) according to the orientation of the pointing instrument ( 7 ) and is positioned in the selected area ( 2 ).

6. Device according to claim 5, characterized in that the control ( 5 ) moves the mark ( 4 ) to the center of a new selected area ( 2 ) when it is reached.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control ( 5 ) activates a selected function in response to an additional signal, which function is assigned to a specific area ( 2 ) of the display surface ( 1 ).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pointing instrument ( 7 ) is a surgical probe.