DE602004001063T2

DE602004001063T2 - Führungssystem für drehbares chirurgisches Instrument

Info

Publication number: DE602004001063T2
Application number: DE602004001063T
Authority: DE
Inventors: Shawn E. Mcginley; James E. Grimm
Original assignee: Zimmer Technology Inc
Current assignee: Zimmer Technology Inc
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: EP1447055B1; JP2004237092A; DE602004001063D1; EP1447055A1; CA2455356A1; US20040152955A1; AU2004200388A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft computergestützte chirurgische Navigationssysteme und insbesondere die Verwendung eines drehbaren Instruments in einem computergestützten chirurgischen Navigationssystem.
2. Stand der Technik
Die gesteuerte Positionierung von chirurgischen Instrumenten ist bei vielen Operationsverfahren von wesentlicher Bedeutung, und es sind verschiedene Verfahren und Führungsinstrumente für die richtige Positionierung eines chirurgischen Instruments entwickelt worden. Diese Verfahren schließen die Verwendung von chirurgischen Führungsvorrichtungen ein, die als mechanische Führungsvorrichtungen zum Ausrichten von Aufreibern bzw. Reibahlen, Ahlen und anderen Bohr- und Drehinstrumenten fungieren. Die Verwendung solcher chirurgischer Führungsvorrichtungen ist bei orthopädischen Operationsverfahren allgemein üblich, und solche Führungsvorrichtungen können verwendet werden, um ein Bohrgerät oder anderes Instrument in bezug auf einen Knochen richtig auszurichten, wenn der Knochen zur Aufnahme eines Implantats, z. B. eines künstlichen Gelenks, vorbereitet wird.
Computergestützte chirurgische Navigationssysteme, die die Führung eines chirurgischen Instruments mit bildlicher Darstellung ermöglichen, sind auch bekannt. Beispiele für verschiedene bekannte computergestützte Navigationssysteme sind in den US-Patenten 5 682 886; 5 921 992; 6 096 050; 6 348 058 B1; 6 434 507 B1; 6 450 978 B1; 6 490 467 B1 und 6 491 699 B1 beschrieben. Bei bildgestützten Führungstechniken handelt es sich normalerweise um das präoperative Erfassen von Bildern der entsprechenden anatomischen Strukturen und das Erzeugen einer Datenbasis, die ein dreidimensionales Modell der anatomischen Strukturen darstellt. Die entsprechenden chirurgischen Instrumente haben normalerweise eine bekannte und festgelegte äußere Form, die ebenfalls präoperativ bestimmt wird. Während des Operationsverfahrens wird die Position des verwendeten Instruments in dem anatomischen Koordinatensystem registriert, und eine grafische Anzeige, die die relativen Positionen des Werkzeugs und der anatomischen Struktur zeigt, kann in Echtzeit berechnet und dem Chirurgen angezeigt werden, um ihn bei der richtigen Positionierung und Bedienung des chirurgischen Instruments in bezug auf die entsprechende anatomische Struktur zu unterstützen. Es ist auch bekannt, in derartigen computergestützten Navigationssystemen eine Führungsvorrichtung für eine drehbare Welle bereitzustellen, die eine an der Führungsvorrichtung angeordnete Anordnung zur Registrierung bzw. genauen Einstellung der Führungsvorrichtung im Koordinatensystem des Navigationssystems aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein drehbares chirurgisches Instrument bereit, das mit einem computergestützten Navigationssystem verwendet werden kann. Eine Befestigungsanordnung ist vorhanden, die mindestens ein Referenzelement bzw. Bezugselement aufweist, das in dem computergestützten Navigationssystem registrierbar bzw. genau einstellbar ist. Die Befestigungsanordnung ist in bezug auf das Instrument drehbar. Zum Beispiel kann sich eine drehbare Welle durch eine zylindrische Öffnung in der Befestigungsanordnung erstrecken. Die Befestigungsanordnung wird so gespannt, daß das Referenzelement während des Betriebs des Instruments in einer gewünschten Ausrichtung positioniert ist. Zum Beispiel kann die Befestigungsanordnung ein Gegengewicht aufweisen, das gegenüber dem Referenzelement positioniert ist, wodurch das Referenzelement in Richtung einer Position über der Drehachse der Befestigungsanordnung schwerkraftbedingt gespannt wird. In einem computergestützten Navigationssystem kann es besonders nützlich sein, wenn die Referenzelemente in der Sichtlinie zu den Sensoren sind, die die Bewegung der Referenzelemente, wie etwa ein optisches Führungssystem, verfolgen.
Die Erfindung weist in einer ihrer Formen ein chirurgisches Instrument zur Verwendung in einem computergestützten
Navigationssystem auf. Das Instrument weist mindestens auf: ein Referenzelement, das in der computergestützten Navigation genau einstellbar ist, und eine Befestigungsanordnung, die eine Achse definiert und drehbar auf dem Instrument angeordnet ist. Das Referenzelement ist auf der Befestigungsanordnung an einer vorbestimmten Stelle positionierbar, die eine erste Winkelposition relativ zu der Achse definiert. Ein Gegengewicht ist auf der Befestigungsanordnung angeordnet und ist radial nach außen von der Achse beabstandet. Das Gegengewicht definiert eine zweite Winkelposition relativ zur Achse, und die erste und die zweite Winkelposition sind um mindestens 90° getrennt.
Das mindestens eine Referenzelement kann die Form von mindestens drei nichtlinear positionierten Referenzelementen haben. Die Befestigungsanordnung kann auch einen sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsfuß aufweisen, der im wesentlichen diametral gegenüber dem Gegengewicht relativ zur Achse angeordnet ist, wobei das mindestens eine Referenzelement an einem radial distalen Ende des Befestigungsfußes befestigbar ist. Die Befestigungsanordnung kann auch einen Hülsenabschnitt aufweisen, der eine zylindrische Öffnung bildet, wobei das Gegengewicht einstückig mit dem Hülsenabschnitt ausgebildet ist. Ein drehbares Teil mit einem zylindrischen Wellenabschnitt kann mit der Befestigungsanordnung in Dreheingriff gebracht werden.
Die Erfindung weist in einer weiteren Form ein chirurgisches Instrument zur Verwendung in einem computergestützten Navigationssystem auf. Das Instrument weist ein drehbares Teil mit einem ersten und einem zweiten gegenüberliegenden Ende und eine Befestigungsanordnung auf, die betriebsfähig mit dem drehbaren Teil gekoppelt ist, wobei das drehbare Teil und die Befestigungsanordnung um eine Achse relativ drehbar sind. Mindestens ein in dem computergestützten Navigationssystem genau einstellbares bzw. registrierbares Referenzelement ist an ei ner vorbestimmten Stelle an der Befestigungsanordnung angeordnet. Die Befestigungsanordnung definiert einen Schwerpunkt, der radial nach außen von der Achse beabstandet ist. Die vorbestimmte Position des Referenzelements definiert eine erste Winkelposition relativ zur Achse, und der Schwerpunkt definiert eine zweite Winkelposition relativ zur Achse, wobei die erste und die zweite Winkelposition um mindestens 90° getrennt sind.
Die Befestigungsanordnung kann einen Hülsenabschnitt aufweisen, der eine zylindrische Öffnung definiert, wobei das drehbare Teil drehbar in der zylindrischen Öffnung angeordnet ist. Die Befestigungsanordnung hat einen Gegengewichtsabschnitt, der radial außerhalb der Achse angeordnet ist, wobei das mindestens eine Referenzelement im wesentlichen diametral gegenüber dem Gegengewichtsabschnitt relativ zur Achse angeordnet ist.
Eine Drehantriebsvorrichtung kann am ersten Ende der Welle lösbar befestigt sein, und ein drehbares Werkzeug kann lösbar am zweiten Ende befestigt sein. Es kann auch eine Spannhülsenanordnung am zweiten Ende angeordnet sein. Die Spannhülsenanordnung kann eine Spannhülse und ein Spannteil aufweisen, wobei die Spannhülse einen mittigen Hohlraum definiert und eine Vielzahl von Fingern hat, die nach innen relativ zu dem Hohlraum spannbar sind. Das Spannteil ist spanneingriffsfähig mit der Vielzahl von Spannhülsenfingern und ist in einer Position befestigbar, die die Vielzahl von Fingern relativ zum mittigen Hohlraum nach innen spannt. Ein chirurgisches Werkzeug mit einem Schaft kann in den mittigen Hohlraum eingefügt werden, wobei der Schaft durch die nach innen spannbare Vielzahl von Fingern verdrehsicher eingriffsfähig ist. Das zweite Ende der Welle kann durch eine zylindrische Welle mit Außengewinde und eine axial angeordnete Öffnung definiert sein. Die Spannhülse ist teilweise in der Öffnung positioniert, und mindestens ein Abschnitt der Vielzahl von Spannhülsenfingern steht aus der Öffnung vor. Das Spannteil ist in Gewindeeingriff mit dem Außengewinde und umgrenzt den vorstehenden Abschnitt der Vielzahl der Spannhülsenfinger.
Die Erfindung weist in noch einer weiteren Form ein chirurgisches Instrument zur Verwendung in einem computergestützten Navigationssystem auf. Das Instrument weist ein drehbares Teil und eine Befestigungsanordnung auf, die betriebsfähig mit dem drehbaren Teil gekoppelt ist, wobei das drehbare Teil und die Befestigungsanordnung um eine Achse relativ drehbar sind. Mindestens ein Referenzelement, das in dem computergestützten Navigationssystem genau einstellbar ist, ist auf der Befestigungsanordnung an einer vorbestimmten Stelle angeordnet. Ein Verdrehsicherungsmerkmal, das an der Befestigungsanordnung angeordnet ist, spannt die Befestigungsanordnung in eine Ausrichtung, bei der das mindestens eine Referenzelement während der relativen Drehbewegung des drehbaren Teils und der Befestigungsanordnung vertikal über der Achse angeordnet ist, wobei die Achse horizontal angeordnet ist. Das Verdrehsicherungsmerkmal kann ein Gegengewicht sein, das an der Befestigungsanordnung diametral gegenüber dem Referenzelement relativ zur Achse befestigt ist.
Die Erfindung umfaßt in noch einer weiteren Form ein Verfahren zur Bereitstellung eines drehbaren chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung in einem computergestützten Navigationssystem. Das Verfahren schließt die Bereitstellung einer Welle und das Koppeln einer Befestigungsanordnung mit der Welle ein, wobei die Befestigungsanordnung und die Welle um eine Achse relativ drehbar sind. An der Befestigungsanordnung ist mindestens ein Referenzelement angeordnet, das in dem computergestützten Navigationssystem genau einstellbar bzw. registrierbar ist. Das Verfahren schließt auch das Drehen der Welle relativ zur Befestigungsanordnung und das gleichzeitige nichtmanuelle Spannen der Befestigungsanordnung in eine gewünschte Ausrichtung relativ zur Achse ein, wobei das mindestens eine Referenzelement vertikal über der Achse angeordnet ist, wenn die Achse horizontal ausgerichtet ist. Das Spannen der Befestigungsanordnung in eine gewünschte Ausrichtung kann das Anordnen eines Gegengewichts an der Befestigungsanordnung und das schwerkraftbedingte Spannen des Referenzelements einschließen. Das Verfahren kann auch den Schritt des koaxialen Befestigens eines drehbaren Werkzeugs mit der Welle mittels einer Spannhülsenanordnung einschließen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie eine Einrichtung bereitstellt, mit der ein Referenzelement, das in einem computergestützten Navigationssystem einstellbar bzw. registrierbar ist, an einem chirurgischen Instrument mit einem drehbaren Teil befestigt werden kann, und die gewünschte Ausrichtung des Referenzelement relativ zum umgebenden Umfeld während des Betriebs des Werkzeugs erhalten bleiben kann. Dadurch kann das Referenzelement im allgemeinen über dem Werkzeug angeordnet werden, um die Beibehaltung einer Sichtlinie zwischen dem Referenzelement und einem Sensor zu ermöglichen. Die Fähigkeit, das Referenzelement in der Sichtlinie eines Navigationssensors zu halten, ist von besonderer Wichtigkeit für einige Arten computergestützter Navigationssysteme, z. B. optische Systeme, die von den Referenzelementen reflektiertes oder erzeugtes Licht detektieren.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Spannhülsenanordnung bereitgestellt wird, die es ermöglicht, den Schaft eines sich drehenden Werkzeugs fest zu erfassen und dadurch jede Bewegung der Drehachse des Werkzeugs relativ zu dem mindestens einen Referenzelement, das vom computergestützten Navigationssystem verwendet wird, um die Position des sich drehenden Werkzeugs zu berechnen, einzuschränken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehend erwähnten und weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung und wie diese gelöst werden, wird besser ersichtlich, und die Erfindung selbst wird besser verständlich anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, wobei diese folgendes zeigen:
1 eine auseinandergezogene Ansicht eines erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments.
2 eine auseinandergezogene Teilschnittansicht einer drehbaren Welle und einer Spannhülsenanordnung.
3 eine Schnittansicht eines Befestigungsteils.
4 eine Teilschnittansicht eines Schnellanschlußstücks.
5 eine Seitenansicht des Befestigungsteils. Entsprechenden Bezugszeichen bezeichnen entsprechende Teile in allen Ansichten. Obwohl die hierin beschriebene beispielhafte Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, soll die nachstehend offenbarte Ausführungsform nicht erschöpfend sein oder so verstanden werden, als würde sie den Schutzbereich der Erfindung genau auf die offenbarte Ausführungsform beschränken.
Beschreibung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes chirurgisches Instrument 20 ist in 1 dargestellt. Das chirurgische Instrument 20 weist ein drehbares Teil 22 auf, das mit einer Befestigungsanordnung 40 in Dreheingriff ist. Das drehbare Teil 22 ist am besten in 1 und 2 zu sehen und bildet eine Welle mit zwei zylindrischen Abschnitten 24, die mit einem Lagerhülseneinsatz 42 in Eingriff sind, der sich in der Befestigungsanordnung 40 befindet. Die Welle 22 hat auch ein erstes Ende 26, das eine herkömmliche Form zum Eingriff mit einem chirurgischen Bohrgerät 44 oder einer anderen mechanisch oder manuell Drehantriebsvorrichtung hat. Ein ringscheibenförmiger Halter 28 ist mit der Welle 22 verschweißt, um die Befestigungsanordnung 40 auf der Welle 22 zu befestigen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Gegenüber dem ersten Ende 26 ist ein zweites Ende 30 der Welle 22. Das zweite Ende 30 weist einen einstückig ausgebildeten, radial vergrößerten Griffabschnitt 32 und einen mit Gewinde versehenen Wellenabschnitt 34 auf. Eine sich axial erstreckende zylindrische Öffnung 36 definiert eine Öffnung 38 auf der distalen Stirnfläche des zweiten Endes 30.
Die Befestigungsanordnung 40 weist auf: ein Befestigungsteil 46 mit einem Hülsenabschnitt 48 und ein einstückig ausgebildetes Gegengewicht 50 und einen Befestigungsfuß 52. Der Hülsenabschnitt 48 umschließt die Welle 22 und definiert eine zylindrische Öffnung 54, in der sich eine Lagerhülse 42 befindet. Das radial distale Ende 56 des Befestigungsfußes 56 hat einen Schwalbenschwanz-Schliffkern 58 und eine mit Gewinde versehene Öffnung 59 zur Befestigung einer darauf befindlichen Referenzanordnung 60.
Die Referenzanordnung 60 weist eine Aluminium-Tragkonstruktion 62 auf, die eine Schwalbenschwanz-Schliffhülse 64 und vier sich nach außen erstreckende Arme 68 bildet. Auf jedem der Tragarme 68 ist ein Bezugselement bzw. Referenzelement 70 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Referenzelemente 70 reflektierende Kugeln, die in einem computergestützten Navigationssystem genau einstellbar sind, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Ein Gewindeverbindungselement 66 ist sicher in Eingriff mit der Gewindeöffnung 59, um die Anordnung 60 auf dem Befestigungsfuß 52 fest anzuordnen, nachdem das Schwalbenschwanz-Schliffpaar 58, 64 in Eingriff gebracht worden ist.
Eine Spannhülsenanordnung 80 befindet sich am zweiten Ende 30 und wird verwendet, um ein drehbares chirurgisches Werkzeug, z. B. eine Reibahle 72, an der Welle 22 zu befestigen. Die Reibahle 72 ist eine herkömmliche Reibahle mit einem langen Schaftabschnitt 74 mit Schneidgewinde und einer stumpfen Spitze 76. Die Reibahle 72 weist auch einen herkömmlich konfigurierten Aufnahmeschaft 78 auf. Die Spannhülsenanordnung 80 weist eine Spannhülse 82 mit einem Abschnitt 84 mit kleinem Durchmesser und einem Abschnitt 86 mit größerem Durchmesser auf. In der dargestellten Ausführungsform hat die Spannhülse 82 vier flexible Finger 88, die durch Zwischenräume 90 getrennt sind und radial nach innen in den mittigen Hohlraum, der durch die Spannhülse 82 definiert ist, gespannt werden können. Die Zwischenräume 92 erstrecken sich mittig entlang der Finger 88 und verbessern die Flexibilität der Spannhülse 82. Eine Auflauffläche 92 befindet sich an den distalen Enden der Finger 88 und ist eingriffsfähig mit einer Auflauffläche 98 eines Spannteils 100.
Eine zweite Auflauffläche 91 an den Spannhülsenfingern 88 tritt in Eingriff mit der Fläche, die die Öffnung 38 definiert, wenn der Abschnitt 84 der Spannhülse, der einen kleineren Durchmesser hat, in der zylindrischen Bohrung 36 angeordnet ist. Der Abschnitt 86 mit größerem Durchmesser erstreckt sich außerhalb der Bohrung 36 und ist vom Spannteil 100 einge grenzt. Das Spannteil 100 hat ein Innengewinde 102, das mit dem Außengewinde 34 in Eingriff tritt, und während das Spannteil 100 immer weiter mit dem Gewinde 34 in Eingriff tritt, spannt die Auflauffläche 98 die Spannhülsenfinger 88 radial nach innen und zur Öffnung 38. Der Eingriff der Öffnung 38 mit den Auflaufflächen 91 spannt auch die Spannhülsenfinger 88 nach innen in Richtung des durch die Spannhülse 82 definierten mittigen Hohlraums.
Die Spannhülsenanordnung 80 kann dadurch den Schaft 78 der Reibahle 72 fest einspannen, wenn sie durch die Öffnung 104 des Spannteils 100 eingesetzt wird. Die Spannhülsenfinger 88 können auch verwendet werden, um weitere drehbare Werkzeuge fest einzuspannen. Das Spannteil 100 weist auf gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 104 auch Vorsprünge 106 auf, die mit Flachstellen 108, die sich am Schaft 78 befinden, in Eingriff treten. Der Schaft 78 hat eine herkömmliche Konfiguration, die als Hudson-Verbinder/Trinkl-Adapter bezeichnet wird. Die Spannhülsenfinger 88 können jedoch auch mit Werkzeugen verwendet werden, die alternativ gestaltete Schäfte oder Eingriffsmerkmale haben.
Ein alternatives zweites Ende 30a, das anstelle der Spannhülsenanordnung 80 verwendet werden kann, ist in 4 dargestellt. Dieser alternative Verbinder hat eine äußere Hülse 110, die eine Welle 22a umschließt. Die Welle 22a gleicht der Welle 22 mit Ausnahme des zweiten Endes 30a. Ein Spannteil 112 spannt die Hülse 110 in die durch den Pfeil 109 angezeigte Richtung. Die Innenfläche der Hülse 110 hat zwei Abschnitte mit verschiedenen Durchmessern. Ein Entriegelungsabschnitt 114 hat einen größeren Durchmesser als ein Verriegelungsabschnitt 116. Beide Abschnitte 114 und 116 liegen gegenüber von Verriegelungskugeln 118, die in Öffnungen in einem hohlen zylindrischen Abschnitt 120 der Welle 22a angeordnet sind. Wenn die Hülse 110 in der in 4 dargestellten Position angeordnet ist, sind die Kugeln 118 durch die Innenfläche 116 der Hülse 110 nach innen gespannt und in Eingriff mit einer sich um den Umfang erstreckenden Vertiefung 124 am Schaft 78, um dadurch den Schaft 78 in der Welle 22a zu verriegeln. Die Kugeln 118 befestigen den Schaft 78 an der Welle 22a, verhindern aber nicht die relative Drehbewegung von Schaft 78 und Welle 22a. Vorsprünge 122 an der Welle 22a treten mit den Flachstellen 108 in Eingriff, um die relative Drehbewegung von Schaft 78 und Welle 22a zu verhindern. Um den Schaft 78 abzunehmen, wird die Hülse 110 in die durch den Pfeil 111 angezeigte Richtung bewegt, und durch die radial vergrößerte Innenfläche 114 können sich die Verriegelungskugeln 118 vom Schaft 78 lösen.
Das in 4 dargestellte Schnellverbindungs-Verriegelungsmerkmal weist vier Verriegelungskugeln 118 auf, um einen relativ sicheren Eingriff zwischen der Welle 22a und dem damit in Eingriff befindlichen drehbaren Werkzeug zu ermöglichen. Die Herstellung des Schnellverbindungsstücks mit relativ engen Toleranzen kann auch den Eingriff zwischen den beiden zu verbindenden Wellen verbessern. Die Spannhülsenanordnung 80, die sich auf der Welle 22 befindet, ermöglicht auch eine relativ sichere Verbindung, die die Reibahle 72 in einer Position hält, in der ihre Drehachse mit der Achse 21 der Welle 22 ausgerichtet ist und jede Bewegung der Drehachse der Reibahle 72 relativ zur Welle 22 und zur Befestigungsanordnung 40 minimiert, das heißt, sie verhindert das Taumeln der Reibahle 72.
Durch Herstellung einer relativ festeren Verbindung zwischen Welle 22, 22a und einem drehbaren Werkzeug, z. B. Reibahle 78, kann die Führung des Werkzeugs durch ein computergestütztes Navigationssystem dadurch verbessert werden, daß das Taumeln des Werkzeugs relativ zur Welle 22, 22a reduziert wird. Oft haben herkömmliche chirurgische Bohrgeräte Verbindungen für den Eingriff mit Reibahlen oder anderen drehenden Werkzeugen, die ein gewisses Taumeln des sich drehenden Werkzeugs zulassen. Wenn eine Referenzanordnung am Gehäuse des Bohrgeräts angeordnet wäre, wäre in einer solchen Situation die von dem Navigationssystem berechnete Position des sich drehenden Werkzeugs in einem solchen Maße ungenau, wie das Werkzeug taumelt und von seiner angenommenen Position relativ zur Referenzanordnung, die direkt vom Navigationssystem geführt wird, abweicht.
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die Welle 22 und die Befestigungsanordnung 40 zwischen dem Bohrgerät 44 und der Reibahle 78 positioniert, und jedes Taumeln, das durch die Verbindung zwischen dem Bohrgerät 44 und dem ersten Ende 26 der Welle 22 erzeugt wird, beeinflußt nicht die relative Position der Referenzanordnung 60 und der Reibahle 78. Die Reibahle 78 oder ein anderes drehbares Werkzeug ist fest an der Welle 22 befestigt, um eine relative Bewegung des Werkzeugs zu verhindern oder zu minimieren.
Die Befestigungsanordnung 40 ist vorgesehen, die Anordnung 60 und die darauf angeordneten Referenzelemente 70 in einer vorher definierten relativen Position zum angebrachten Werkzeug zu positionieren, so daß ein Computer-Navigationssystem, das die Positionen der Referenzelemente 70 verfolgt, die Position des am zweiten Ende 30 befestigten Werkzeugs bestimmen kann. Die relative Längsverschiebung der Anordnung 60 und des zweiten Endes 30 und jedes daran befestigten Werkzeugs wird durch die Positionierung der Befestigungsanordnung 40 zwischen Griff 32 und Haltering 28 verhindert. Wenn die Welle 22 und die Befestigungsanordnung 40 zusammengefügt werden, wird die Befestigungsanordnung 40 auf der Welle 22 positioniert, und anschließend wird der Haltering 28 mit der Welle 22 verschweißt, um die Befestigungsanordnung 40 zwischen dem Griff 32 und dem Halter 28 fest anzuordnen und eine relative Axialverschiebung der Befestigungsanordnung 40 und der Welle 22 zu verhindern.
Bei Navigationssystemen, bei denen eine klare Sichtlinie bestehen muß zwischen den zu führenden Referenzelementen und den die Elemente verfolgenden Sensoren, z. B. ein optisches System, bei dem die Sensoren Licht detektieren, das von den Referenzelementen entweder reflektiert oder emittiert wird, ist es erwünscht, daß die Referenzelemente zur Erhöhung ihrer Sichtbarkeit über der Achse 21 positioniert werden. Das Navigationssystem könnte die Anordnung 60 nicht erkennen, wenn diese unterhalb der Achse 21 in einer "umgekehrten" Ausrichtung wäre. Somit ist es im allgemeinen erwünscht, die Anordnung 60 vertikal über der Achse 21 zu positionieren.
Das Bezugszeichen 51 in 5 zeigt die Lage des Schwerpunkts der Befestigungsanordnung 40 an. Der Schwerpunkt 51 gilt für die gesamte Befestigungsanordnung 40, die sich relativ zur Welle 22 dreht, und somit die Anordnung 60 ein schließt. Wie aus 5 auch ersichtlich, ist der Befestigungsfuß 52 diametral gegenüber (in bezug auf die Achse 21) dem Gegengewichtsabschnitt 50 angeordnet. Wie oben beschrieben, ist die Referenzanordnung 60 am distalen Ende 56 des Befestigungsfußes 52 angebracht, der sich in einer ersten Winkelposition relativ zur Achse 21 befindet. Der Schwerpunkt 51 definiert eine zweite Winkelposition relativ zur Achse 21, und wie durch den Winkel 53 angezeigt, sind die Winkelpositionen der Anordnung 60 und des Schwerpunkts 51 um einen Winkel von 180° getrennt.
Da die Befestigungsanordnung 40 in bezug auf die Welle 22 drehbar ist und an keinem anderen Teil befestigt ist, spannen die Gravitationskräfte, die auf die Befestigungsanordnung 40 einwirken, den Schwerpunkt 51 der Befestigungsanordnung 40 in Richtung einer Position direkt unterhalb der Drehachse 21. Die Erfindung benutzt ein Gegengewicht 50, das von der Achse 21 radial beabstandet ist, um die Position des Schwerpunkts 51 der Befestigungsanordnung 40 zu steuern. Das Gegengewicht 50 ist konfiguriert, den Schwerpunkt 51 diametral gegenüber der Anordnung 60 zu positionieren, um dadurch die Anordnung 60 schwerkraftbedingt in Richtung einer Position über der Achse 21 zu spannen. In der dargestellten Ausführungsform besteht das Befestigungsteil 46 einschließlich Gegengewichtsabschnitt 50 aus relativ kompaktem nichtrostendem Stahl und die Anordnung 60 aus relativ leichtem Aluminium. Jedoch können auch andere Materialien verwendet werden, um den Schwerpunkt 51 an einer gewünschten Stelle zu positionieren. In bezug auf die Winkelposition relativ zur Achse 21 müssen die Winkelpositionen des Referenzelements und des Schwerpunkts um mindestens 90° getrennt sein, um ein Referenzelement 70 an einer Position an oder über der Achse 21 zu halten, wenn die Achse 21 horizontal angeordnet ist.
Durch Verwendung von zwei erhöhten zylindrischen Abschnitten 24 zum Aufnehmen der Lagerhülse 42 unmittelbar an ihren Enden ist das Befestigungsteil 40 auf der Welle 22 drehbar und stabil angeordnet, und die Kontaktfläche zwischen Welle 22 und Lagerhülse 42 ist begrenzt, um den Reibungswiderstand bei der relativen Drehbewegung von Schaft 22 und Befes tigungsanordnung 40 zu reduzieren. In der dargestellten Ausführungsform ist die Hülse 42 eine Teflonhülse, es können aber auch andere Metall- und Polymermaterialien verwendet werden, um die Hülse 42 auszubilden. Auch könnten alternative Lager in unterschiedlichen Ausführungen zwischen Welle 22 und Befestigungsteil 46 positioniert werden, oder die Welle könnte direkt im Befestigungsteil 46 gelagert sein.
Aufgrund des Vorhandenseins des Gegengewichtsabschnitts 50 bleibt die Anordnung 60 über der Welle 22 und der Achse 21 positioniert, wenn die Welle 22 vom Bohrgerät 44 oder einer anderen Drehantriebsvorrichtung gedreht wird und diese ihrerseits die Reibahle 78 oder ein anderes drehbares Werkzeug drehen. Somit muß der Chirurg die Befestigungsanordnung 40 nicht manuell in dieser erwünschten Position halten. Das Gegengewicht 50 wirkt dabei als Verdrehsicherungsmerkmal an der Befestigungsanordnung 40. Eine alternative Ausführungsform der Befestigungsanordnung 40 könnte ein alternatives Verdrehsicherungsmerkmal aufweisen, z. B. einen Eingriffsarm, der für einen Eingriff mit dem Gehäuse des Bohrgeräts geeignet ist, oder eine andere sich nicht drehende Struktur, um zu verhindern, daß sich die Befestigungsanordnung 40 mit der Welle 22 dreht. Ein Vorteil des Gegengewichts 50 besteht darin, daß es ein Verdrehsicherungsmerkmal darstellt, das nicht von einer Verbindung mit irgendeiner anderen stillstehenden Struktur abhängig ist. Das hier verwendete Verdrehsicherungsmerkmal ist ein Merkmal, das die Drehung der Befestigungsanordnung 40 um die Achse 21 relativ zum umgebenden Bereich verhindert, jedoch die relative Drehung der Welle 22 und der Befestigungsanordnung 40 weiterhin ermöglicht.
Wie oben beschrieben ist die Anordnung 60 auf dem Befestigungsarm 52 angeordnet und weist vier Referenzelemente 70 auf. Bei Vorhandensein von mindestens drei nichtlinear positionierten Referenzelementen 70 auf der Anordnung 60 kann das computergestützte Navigationssystem durch die Bestimmung der Position dieser Referenzelemente die Position und Ausrichtung der Referenzanordnung 60 berechnen und dabei außerdem die Position und Ausrichtung der Welle 22 und eines daran befestigten Werkzeugs berechnen.
Wie dem Fachmann bekannt, können Daten, die die feste Größe und Form eines chirurgischen Instruments, z. B. Reibahle 78, betreffen und die in einem bildgeführten Verfahren verwendet werden, präoperativ bestimmt werden, um ein dreidimensionales Modell des Instruments oder dessen relevanter Teile zu erhalten. Außerdem können die relevanten Abmessungsdaten bezüglich einer anatomischen Struktur von Interesse, z. B. eines Oberschenkelknochens, unter Verwendung von Daten bestimmt werden, die aus Bildern der anatomischen Struktur gewonnen werden, um eine Datenbasis zu erzeugen, die ein Modell der anatomischen Struktur darstellt. Das Modell der anatomischen Struktur kann ein dreidimensionales Modell sein, das durch Erfassen einer Serie von zweidimensionalen Bildern der anatomischen Struktur entwickelt wird. Als Alternative kann das Modell der anatomischen Struktur ein Satz von zweidimensionalen Bildern mit bekannten räumlichen Beziehungen oder eine andere Datenstruktur sein, die verwendet werden kann, um Information über die dreidimensionale Form der anatomischen Struktur zu übermitteln. Das Modell der anatomischen Struktur kann dann zum Erzeugen von Darstellungen der anatomischen Struktur aus verschiedenen Perspektiven für präoperative Planungszwecke und intraoperative Navigationszwecke benutzt werden. Verschiedene Technologien, die verwendet werden können, um ein solches Modell einer anatomischen Struktur zu erzeugen, sind dem Fachmann bekannt und sind u. a. Computertomografie (CT), Magnetresonanztomografie (MRT), Positron-Emissionstomografie (PET), Ultraschallabtastung und bildgebende Durchleuchtungstechnologien.
Das Modell der anatomischen Struktur, das durch diese Bilderzeugungstechnologien gewonnen wird, kann zur intraoperativen Führung eines chirurgischen Instruments verwendet werden, indem die Bestimmung und die Anzeige der relativen Position und Ausrichtung des chirurgischen Instruments in bezug auf die tatsächliche anatomische Struktur vereinfacht wird. Wenn beispielsweise das Modell der anatomischen Struktur ein Satz von zweidimensionalen Bildern mit bekannten räumlichen Beziehungen ist, können mehrere dieser Bilder während des Operationsverfahrens gleichzeitig angezeigt werden. Indem auch die Position des chirurgischen Instruments in den Bildern angezeigt wird und Bilder, die aus verschieden Perspektiven aufgenommen sind, angezeigt werden, z. B. ein Bild, das die Anzeige der Bewegung des Instruments entlang der x- und y-Koordinatenachsen ermöglicht, und ein anderes Bild, das die Anzeige der Bewegung des Instruments entlang der z-Achse ermöglicht, können die einzelnen Bilder zusammen die Bewegung des chirurgischen Instruments in drei Dimensionen relativ zur anatomischen Struktur darstellen.
Zu Vergleichszwecken wird ein Koordinatensystem, das durch die tatsächliche anatomische Struktur, die Gegenstand des Interesses ist, definiert ist, hierin als anatomisches Koordinatensystem bezeichnet, und ein Koordinatensystem, das durch das Modell der anatomischen Struktur definiert ist, wird als Bildkoordinatensystem bezeichnet.
Feste anatomische Strukturen, z. B. Skelettelemente, sind für derartige bildgeführte chirurgische Techniken gut geeignet, und einzelne Skelettelemente können verwendet werden, um getrennte Koordinatensysteme zu definieren. Die verschiedenen festen Strukturen, z. B. Skelettelemente, können einer Relativbewegung ausgesetzt sein, zum Beispiel können der Oberschenkelknochen und die Hüftgelenkpfanne eines Patienten während des Operationsverfahrens relativ zueinander bewegt werden, und getrennte dreidimensionale Modelle und Koordinatensysteme können für die verschiedenen Skelettelemente erstellt werden. Beispielsweise kann während einer Operation zur Ersetzung des Hüftgelenks ein dreidimensionales Modell des Oberschenkelknochen, das ein erstes Koordinatensystem definiert, bei der Vorbereitung des Oberschenkels verwendet werden, während ein getrenntes Koordinatensystem, das durch ein dreidimensionales Modell des Beckens definiert ist, während der Vorbereitung der Hüftgelenkpfanne verwendet wird.
Wenn computergestützte Navigation, die auch als computerimplementierte Bildführung bezeichnet wird, verwendet wird, um eine Operationstechnik auszuführen, wird das Bildkoordinatensystem mit dem anatomischen Koordinatensystem in genaue Übereinstimmung gebracht, und die Position des chirurgischen Instruments oder eines anderen geführten Objekts ist ebenfalls im Bildkoordinatensystem genau eingestellt bzw. registriert. Nach der Einstellung sowohl der tatsächlichen anatomischen Struktur als auch des chirurgischen Instruments kann die relative Position und Ausrichtung des chirurgischen Instruments dem Chirurgen übermittelt werden, und zwar durch gemeinsames Anzeigen der Bilder der anatomischen Struktur und des Instruments auf der Grundlage der vorher ermittelten dreidimensionalen Modelle der anatomischen Struktur und des Instruments.
Instrumente, die in einem computergestützten Navigationssystem genau einstellbar sind, und die als Digitalsonden verwendet oder zur Verwendung als solche angepaßt werden können, um ein Werkzeug an einer bekannten Stelle, wie etwa die Spitze 76 der Reibahle 72, einzusetzen und dadurch die Position der Spitze 76 in bezug auf die Anordnung 60 im Navigationssystem zu kalibrieren, sind beschrieben von Grimm et al. in einer US-Patentanmeldung mit dem Titel IMPLANT REGISTRATION DEVICE FOR SURGICAL NAVIGATION SYSTEM unter Aktenzeichen ZIM0166, die zum gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung angemeldet worden ist, und von McGinley et al. in einer U.S.-Patentanmeldung mit dem Titel SURGICAL NAVIGATION INSTRUMENT USEFUL IN MARKING ANATOMICAL STRUCTURES unter Aktenzeichen ZIM0167, die zum gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung angemeldet worden ist.
Computerimplementierte Bildführungssysteme, die die Registrierung einer tatsächlichen anatomischen Struktur mit einem dreidimensionalen Modell ermöglichen, das diese Struktur zusammen mit der Registrierung oder Lokalisierung eines weiteren Objekts, z. B. ein chirurgisches Instrument oder ein orthopädisches Implantat, in dem Bildkoordinatensystem darstellt, um die Anzeige der relativen Positionen des Objekts und der tatsächlichen anatomischen Struktur zu ermöglichen, sind dem Fachmann bekannt. Bekannte Verfahren zur Registrierung der anatomischen Struktur mit dem Bildkoordinatensystem schließen die Verwendung von implantierten Meßmarken ein, die durch eine oder mehrere Abtastungstechnologien erkennbar sind. Als Alternative gibt es Implantate, die durch physische Positionierung einer Digitalsonde oder einer ähnlichen Vorrichtung in Kontakt mit dem Implantat oder in einer bekannten Ausrich tung relativ zu diesem lokalisiert werden können. Anstatt Meßimplantate zu verwenden, sollte es auch möglich sein, die beiden Koordinatensysteme durch Ausrichtung anatomischer Markierungsmerkmale einzustellen bzw. zu registrieren. Die beiden US-Patente 6 236 875 B1 und 6 167 145 beschreiben Verfahren zur Herstellung einer genauen Einstellung mehrerer fester Körper und zur Anzeige der relativen Positionen.
Führungsvorrichtungen, die verschiedene Technologien verwenden, die die genaue Einstellung oder Lokalisierung eines chirurgischen Instruments und die Führung der Bewegung des Instruments in bezug auf das anatomische Koordinatensystem, das auch mit dem Bildkoordinatensystem registriert worden ist, möglich machen, sind ebenfalls bekannt. Zum Beispiel sind optische Führungssysteme bekannt, die Licht detektieren, das von reflektierenden Zielen reflektiert oder emittiert wird, oder Sender lokalisieren, die in einer bekannten Ausrichtung am Instrument befestigt sind, zur Bestimmung der Position des Instruments und zur Einstellung der Position des Instruments in einem Bildkoordinatensystem, das ein dreidimensionales Modell einer anatomischen Struktur darstellt. So kann ein solches Führungssystem die Form einer Sensoreinheit mit mindestens einer Linse haben, die jeweils auf ein getrenntes, für Infrarotlicht empfindliches ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD) fokussiert ist. Die Sensoreinheit detektiert Infrarotlicht, das von mindestens drei nichtlinear positionierten Leuchtdioden (LEDs) emittiert wird, die relativ zum Objekt befestigt sind. Ein Prozessor analysiert die von der Sensoreinheit erfaßten Bilder und berechnet die Position und Ausrichtung des Instruments. Durch genaue Einstellung der Position der Erfassungseinheit im Bildkoordinatensystem kann die Position des Instruments relativ zur anatomischen Struktur, die ebenfalls mit dem Bildkoordinatensystem in genaue Übereinstimmung gebracht worden ist, bestimmt und verfolgt werden, wenn das Instrument relativ zur anatomischen Struktur bewegt wird.
Alternative Lokalisierungssysteme können Lokalisierungssender verwenden, die ein elektromagnetisches Signal in Hochfrequenz oder sichtbares Licht emittieren. Andere Arten von Lokalisierungssystemen, die erfindungsgemäß verwendet wer den könnten, benutzen Bezugselemente oder andere Erkennungselemente, die strahlenundurchlässig sind. Es ist auch möglich, physische Digitalsonden zu verwenden, die an vorher definierten Stellen am Objekt in physischen Kontakt mit dem Objekt gebracht werden, um die Position des Objekts genau einzustellen.
In der offenbarten Ausführungsform enthält das Lokalisierungssystem eine Lichtquelle, und die Referenzelemente 70 reflektieren das Licht. Das Lokalisierungssystem detektiert dann das reflektierte Licht und berechnet den Ort der einzelnen Referenzelemente 70 in bekannter Weise. Die Referenzelemente 70 sind erhältlich bei Northern Digital Inc. die einen Geschäftssitz in 103 Randall Dr., Waterloo, Ontario, Canada, N2V1C5 haben. Northern Digital Inc. liefert Führungssysteme mit bildlicher Darstellung unter den Markennamen Optotrak^® und Polaris^®, die erfindungsgemäß verwendet werden können. Die Erfindung kann auch mit anderen computergestützten Navigationssystemen verwendet werden, wie etwa mit den oben beschriebenen oder anderweitig bekannten. Zum Beispiel fertigt und verkauft Medtronic Inc. mit Hauptsitz in Minneapolis Minnesota verschiedene computergestützte chirurgische Navigationssysteme unter der Marke StealthStation^®, z. B. das FluoroNav^TM Virtual Fluoroscopy System, das auch zur erfindungsgemäßen Verwendung angepaßt werden könnte.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung könnte mit einem computergestützten Navigationssystem verwendet werden, das Magnetfelder anstelle von optischer Führung benutzt, um Position und Ausrichtung des geführten Objekts zu bestimmen. Eine Vielzahl von Referenzelementen, die mit Magnetfeldern verwendet werden und die an eine erfindungsgemäße Verwendung angepaßt werden könnten, sind dem Fachmann bekannt. Zum Beispiel sind bekannte Systeme, die Magnetfelder zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines Objekts verwenden, in den US-Patenten 5 913 820; 6 381 485 B1; 6 402 762 B2; 6 474 341 B1; 6 493 573 B1 und 6 499 488 B1 beschrieben.
Durch Erzeugung eines Magnetfelds mit bekannten Eigenschaften im Operationsbereich und durch Erfassung des Feldes mit zueinander senkrechten Drahtschleifen kann die Position und Ausrichtung der Referenzelemente, die durch die Draht schleifen und das feste Objekt, z. B. ein daran befestigtes chirurgisches Instrument, definiert werden, berechnet werden. Die Bestimmung der Position und Ausrichtung solcher zueinander senkrecht orientierter Feldsensoren ist dem Fachmann bekannt. Es ist auch bekannt, daß eine einzelne Drahtschleife verwendet wird, um einen einzelnen Feldsensor auszubilden und seine Position und Ausrichtung durch Erzeugung von Magnetfeldern aus einer Vielzahl von Stellen zu bestimmen.
Obwohl die Erfindung als eine exemplarische Ausführung beschrieben worden ist, kann sie weiter modifiziert werden. Diese Patentanmeldung schließt daher alle Variationen, Verwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Verwendung ihrer allgemeinen Prinzipien ein.

Claims

Chirurgisches Instrument (20) zur Verwendung in einem computergestützten Navigationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument aufweist: mindestens ein Bezugselement (70), das in dem computergestützten Navigationssystem registrierbar ist; eine Befestigungsanordnung (40), die eine Achse (21) definiert und drehbar auf dem Instrument (22) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Bezugselement (70) auf der Befestigungsanordnung (40) an einer vorbestimmten Stelle positionierbar ist, wobei die vorbestimmte Stelle eine erste Winkelposition relativ zu der Achse (21) definiert; und ein Gegengewicht (50), das auf der Befestigungsanordnung (40) angeordnet ist und radial nach außen von der Achse (21) beabstandet ist, wobei das Gegengewicht (50) eine zweite Winkelposition relativ zu der Achse (21) definiert, wobei die erste und zweite Winkelposition um mindestens 90° getrennt sind.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsanordnung (40) ferner einen sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsfuß (52) aufweist, wobei der Fuß (52) im wesentlichen diametral gegenüber dem Gegengewicht (50) relativ zu der Achse (21) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Bezugselement (70) an einem radial distalen Ende des Befestigungsfußes (52) positioniert ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsanordnung (40) einen Hülsenabschnitt (48) aufweist, der eine zylindrische Öffnung (54) definiert, und das Gegengewicht (50) einstückig mit dem Hülsenabschnitt (48) ausgebildet ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Bezugselement (70) mindestens drei nichtlinear positionierte Bezugselemente (70) umfaßt.
Chirurgisches Instrument (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein drehbares Teil (22) mit einem zylindrischen Wellenabschnitt (24) aufweist, der mit der Befestigungsanordnung (40) in Dreheingriff ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil (22) ferner eine Spannhülsenanordnung (80) aufweist, die an einem Ende (30) desselben angeordnet ist, wobei die Spannhülsenanordnung (80) eine Spannhülse (82) und ein Spannteil (100) aufweist, wobei die Spannhülse (82) einen mittigen Hohlraum definiert und eine Vielzahl von Fingern (88) hat, die nach innen relativ zu dem Hohlraum spannbar sind, wobei das Spannteil (100) mit der Vielzahl von Spannhülsenfingern (88) spanneingriffsfähig ist und wobei das Spannteil (100) in einer Position befestigbar ist, die die Vielzahl von Fingern (88) nach innen relativ zu dem mittigen Hohlraum spannt.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (30) durch eine zylindrische Welle (34) mit Außengewinde und eine axial angeordnete Öffnung (38) definiert ist, wobei die Spannhülse (82) teilweise in der Öffnung (38) positioniert ist, wobei zumindest ein Abschnitt der Vielzahl von Spannhülsenfingern aus der Öffnung (38) vorsteht, wobei das Spannteil (100) mit dem Außengewinde in Gewindeeingriff ist und den vorstehenden Abschnitt der Vielzahl von Spannhülsenfingern (88) eingrenzt.
Chirurgisches Instrument (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht (50) einen Schwerpunkt definiert, der radial nach außen von der Achse (21) beabstandet ist, wobei das Bezugselement (70) eine erste Winkelposition relativ zu der Achse (21) definiert und der Schwerpunkt (51) eine zweite Winkelposition relativ zu der Achse (21) definiert, wobei die erste und zweite Winkelposition um mindestens 90° getrennt sind.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsanordnung (40) einen Hülsenabschnitt (48) aufweist, der eine zylindrische Öffnung (36) definiert, wobei die Befestigungsanordnung (40) einen Gegengewichtabschnitt (50) hat, der von der Achse (21) radial nach außen angeordnet ist, wobei das mindestens eine Bezugselement (70) im wesentlichen diametral gegenüber dem Gegengewichtabschnitt (50) relativ zu der Achse (21) angeordnet ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsanordnung (40) ferner einen Befestigungsfuß (52) aufweist, der sich von dem Hülsenabschnitt (48) radial nach außen erstreckt und im wesentlichen diametral gegenüber dem Gegengewichtabschnitt (50) relativ zu der Achse (21) angeordnet ist, wobei das Bezugselement (70) lösbar an einem radial distalen Ende (50) des Befestigungsfußes (52) befestigbar ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Bezugselement (70) mindestens drei nichtlinear positionierte Bezugselemente (70) umfaßt.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument (20) ein drehbares Teil (22) mit einem zylindrischen Wellenabschnitt (24) aufweist, der mit der Befestigungsanordnung (40) in Dreheingriff ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen drehbaren Mitnehmer (14) aufweist, der lösbar an dem ersten Ende (26) befestigbar ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein drehbares Werkzeug (72) aufweist, das lösbar an dem zweiten Ende (30) befestigbar ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein chirurgisches Werkzeug (72) mit einem Schaft (74) aufweist, wobei der Schaft (74) in den mittigen Hohlraum einfügbar ist, wobei der Schaft (74) durch die nach innen spannbare Vielzahl von Spannhülsenfingern (88) verdrehsicher eingriffsfähig ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument aufweist: ein Verdrehsicherungsmerkmal (50), das an der Befestigungsanordnung (40) eingerichtet ist und die Befestigungsanordnung (40) in einer Ausrichtung spannt, bei der das Bezugselement (70) während einer relativen Drehung des drehbaren Teils (22) vertikal über der Achse (21) angeordnet ist und die Befestigungsanordnung (40) um die Achse (21) horizontal angeordnet ist.
Chirurgisches Instrument (20) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrehungssicherungsmerkmal (50) ein Gegengewicht (50) aufweist, das an der Befestigungsanordnung (40) diametral gegenüber dem mindestens einen Bezugselement (70) relativ zu der Achse (21) befestigt ist.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner einen Lagerhülseneinsatz (42) aufweist, der zwischen dem zylindrischen Wellenabschnitt (24) des drehbaren Teils (22) und dem Hülsenabschnitt (48) der Befestigungsanordnung positioniert ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil (22) durch eine zylindrische Welle (34) mit Außengewinde und eine axial angeordnete Öffnung (36) definiert ist, wobei eine Spannhülse (82) teilweise in der Öffnung (36) positioniert ist, wobei mindestens ein Abschnitt einer Vielzahl von Spannhülsenfingern (88) aus der Öffnung (36) vorsteht und das Spannteil (100) mit dem Außengewinde in Gewindeeingriff ist und den vorstehenden Abschnitt der Vielzahl von Spannhülsenfingern (88) eingrenzt.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner ein drehbares Teil (22) mit einem zylindrischen Wellenabschnitt (24) aufweist, der zur relativer Drehung in bezug auf einen Hülsenabschnitt (48) der Befestigungsanordnung (40) eingerückt ist; und eine Verriegelungsanordnung zum vorübergehenden Verriegeln der Befestigungsanordnung (40) in bezug auf das drehbare Teil (22), um eine relative Drehung zwischen diesen zu verhindern.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsanordnung eine Wellensicherungsring (28) aufweist, der auf dem drehbaren Teil (22) positioniert ist; einen Verriegelungshebel, der drehbar an der Befestigungsanordnung (40) angebracht ist, wobei der Verriegelungshebel so konfiguriert ist, daß er schwenkbar ist, um mit einem Abschnitt dem Wellensicherungsring (28) in Eingriff zu treten, wobei eine relative Bewegung zwischen dem drehbaren Teil (22) und der Befestigungsanordnung (40) verhindert wird.
Verfahren zur Bereitstellung eines drehbaren chirurgischen Werkzeugs zur Verwendung in einem computergestützten Navigationssystem, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Welle (22); Koppeln einer Befestigungsanordnung (40) mit der Welle (22), wobei die Befestigungsanordnung (40) und die Welle (22) um eine Achse (21) relativ drehbar sind, wobei die Befestigungsanordnung (40) mindestens ein Bezugselement (70) hat, das in einem daran angeordneten computergestützten Navigationssystem registrierbar ist; und Drehen der Welle (22) relativ zu der Befestigungsanordnung (40) und gleichzeitiges nichtmanuelles Spannen der Befestigungsanordnung (40) in einer gewünschten Ausrichtung relativ zu der Achse (21), bei der das mindestens eine Bezugselement (70) vertikal über der Achse (21) angeordnet ist, wenn die Achse (21) horizontal ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannen der Befestigungsanordnung (40) in einer gewünschten Ausrichtung aufweist: Anordnen eines Gegengewichts (50) an der Befestigungsanordnung (40) und schwerkraftbedingtes Spannen des mindestens einen Bezugselements (70).
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bezugselement (70) mindestens drei nichtlinear angeordnete Bezugselemente (70) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner den Schritt aufweist: koaxiales Befestigen eines drehbaren Werkzeugs (72) an der Welle (22) mittels einer Spannhülsenanordnung (80).