Lageerfassungssystems

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Adapter zur Aufnahme eines medizintechnischen Geräts sowie eines Lageerfassungssystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Aus der Medizintechnik sind klinische Navigationssysteme bekannt, mit denen sich z. B. während einer Operation die räumliche Position eines Instrumentes (z. B. eines Endoskops) bestimmen lässt, um diese lagerichtig in Bilddarstellungen (z. B. in Form einer CT-Aufnahme) eines Operationsgebietes einblenden zu können. Die lagerichtige Einblendung erfordert eine Transformation der mittels des Lageerfassungssystems bestimmten räumlichen Position des Instrumentes in das Koordinatensystem der

Darstellung des Operationsgebietes. Als Lageerfassungssysteme werden insbesondere optische Messsysteme genutzt, die mit Hilfe mehrerer Kameras die Position von Trackern, bestehend aus mehreren fest verbundenen, meist kugelförmigen Markerelementen, erfassen. Alternativ kommen auch elektromagnetische Messsysteme zum Einsatz, bei denen die Position von Sensorspulen in einem von einem Feldgenerator erzeugten elektromagnetischen Feld gemessen wird. Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem besteht darin, einen Adapter zur Aufnahme eines medizintechnischen Geräts sowie eines Lageerfassungssystems bzw. einer Komponente eines Lageerfassungssystems bereitzustellen, der es ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Verbindung zwischen einem Lageerfassungssystem und einem medizintechnischen Gerät bereitzustellen und eine variable Einstellung und Kombinierbarkeit der medizintechnischen Geräte mit einem Lageerfassungssystem eines klinischen Navigationssystems gestattet.

Diese Probleme werden durch den Adapter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Danach wird ein Adapter zur Aufnahme eines medizintechnischen Geräts sowie eines Lageerfassungssystems bereitgestellt, der ein erstes Halteelement, ein zweites Haltelement, eine eine Rückstellkraft auf das zweite Halteelement ausübende Feder, welche beispielsweise wirkverbunden mit einer Unterseite des zweiten Halteelements ausgebildet ist, und ein Befestigungselement zum Befestigen des Lageerfassungssystems aufweist.

Dabei weist das erste Halteelement eine Aufnahmeöffnung mit einer Längserstreckungsrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, das zweite Halteelement innerhalb des ersten Halteelements aufzunehmen, wobei die Längserstreckungsrichtung der Aufnahmeöffnung des ersten Haltelements parallel zur Richtung der Rückstellkraft der Feder ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das zweite Halteelement beweglich in dem ersten Halteelement gelagert und durch eine Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder in eine Richtung entgegen der Rückstellkraft der Feder derart bewegbar, dass ein Aufnahmezustand des Adapters erreicht wird. In dem Aufnahmezustand ist das medizintechnische Gerät in den Adapter einführbar.

Bei Abwesenheit der Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder vollzieht das zweite Haltelement mittels der Rückstellkraft der Feder eine Bewegung in Richtung der Rückstellkraft. Dadurch liegt ein Verklemmungszustand des Adapters vor, in dem das in den Adapter eingeführte medizintechnische Gerät zwischen dem ersten Haltelement und zweiten Haltelement verklemmt ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Halteelement eine erste Einführöffnung, zur Einführung des medizintechnischen Geräts, und das zweite Haltelement eine zweite Einführöffnung, zur Einführung des medizintechnischen Geräts, aufweist, wobei die erste und zweite Einführöffnung quer zur Rückstellkraft der Feder ausgebildet sind und die erste Einführöffnung bzw. die zweite Einführöffnung das erste Haltelement bzw. das zweite Halteelement komplett durchdringt. Dabei ist die erste Einfuhröffnung mit der zweiten Einfuhröffnung durch die Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder zur Deckung bringbar und der Aufnahmezustand des Adapters erreicht wird. Bei Abwesenheit der Krafteinwirkung liegt durch die Rückstellkraft der Feder der Verklemmungszustand des Adapters vor. In einer zweiten Ausführungsform weist das erste Halteelement ein erstes Klammerelement und das zweite Haltelement ein zweites Klammerelement auf. Dabei ist das zweite Haltelement durch die Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder derart bewegbar, dass der Abstand zwischen dem ersten Klammerelement und dem zweiten Klammerelement vergrößert wird und dadurch der Aufnahmezustand des Adapters vorliegt. Bei Abwesenheit der Krafteinwirkung durch die Rückstellkraft der Feder liegt der Verklemmungszustand des Adapters vor.

Weiterhin kann der Verklemmungszustand des Adapters durch eine Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder aufgehoben werden und das medizintechnische Gerät anschließend in diesem Zustand aus dem Adapter entfernt werden.

In einer weiteren Ausgestaltungsform ist an dem zweiten Halteelement ein erstes Verstellelement angeordnet, welches an seiner Au ßenhülle ein Gewinde aufweist. Das erste Verstellelement ist mittels des Gewindes mit einem zweiten Verstellelement, welches eine Aufnahmeöffnung mit einem Gegengewinde zur Aufnahme des ersten

Verstellelements aufweist, derart wirkverbunden, dass mittels einer Drehbewegung des zweiten Verstellelement in Verklemmungsrichtung (also der Drehrichtung des zweiten Verklemmungselements, die eine Bewegung des zweiten Halteelements in Richtung der Rückstellkraft der Feder ermöglicht) das erste Verstellelement und somit das zweite Halteelement in Richtung der Rückstellkraft der Feder bewegbar ist. Dadurch liegt ein bewegungssicherer Verklemmungszustand des Adapters vor, d.h. das medizintechnische Gerät ist ortsfest an dem Adapter festgelegt. Weiterhin kann der bewegungssichere Verklemmungszustand des Adapters durch eine Drehbewegung des zweiten Verstellelements entgegen der Verklemmungsrichtung aufgelöst werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Befestigungselement an dem zweiten Halteelements festgelegt und das Lageerfassungssystem weist ein Befestigungsgegenstück auf, welches das Befestigungselement in Eingriff nehmen kann.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Befestigungselement eine Aushöhlung mit einem Gewinde und das Befestigungsgegenstück eine Aufnahmeöffnung mit einem identischen Gewinde aufweist, wobei die Aushöhlung des Befestigungselements und die Aufnahmeöffnung des Befestigungsgegenstücks in Richtung der Rückstellkraft der Feder ausgerichtet sind. Weiterhin sind das Befestigungselement und das Befestigungsgegenstück derart ausgebildet, dass mittels einer Schraube und einer Mutter ein Verschlusszustand des Lageerfassungssystems mit dem Adapter durch eine kraftschlüssige Verbindung des Befestigungselements, des Befestigungsgegenstücks, der Schraube und der Mutter über eine Drehbewegung der Mutter in Verschlussrichtung hergestellt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich können das Befestigungselement und das Befestigungsgegenstück an ihren gegenseitigen Kontaktflächen ineinander eingreifende

Strukturierungen, insbesondere ineinander eingreifende Zahnstrukturen, aufweisen, so dass im Verschlusszustand ein form- und kraftschlüssiger Verschluss des Lageerfassungssystems mit dem Adapter vorliegt. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in einem nicht verschlossenen Zustand das Lageerfassungssystem drehbar gelagert ist und somit die räumliche Ausrichtung des Lageerfassungssystems variabel einstellbar ist. Insbesondere kann die räumliche Anordnung des Lageerfassungssystems in vorgegebenen Winkeln eingestellt werden, die durch die Größe der Strukturelemente des Befestigungselements und des Befestigungsgegenstücks festgelegt sind.

Weiterhin kann das Lageerfassungssystem drei oder mehr Markierungselemente aufweisen, die fest miteinander und mit dem Befestigungsgegenstück verbunden sind. Alternativ kann das Lageerfassungssystem aus einer Sensorspule zur elektromagnetischen Positionsmessung mit fest verbundenem Befestigungsgegenstück bestehen. Auch kann das Lageerfassungssystem aus einem Kamerasystem aus einer oder mehreren Kameras mit fest verbundenem Befestigungsgegenstück aufgebaut sein.

Bei den medizintechnischen Geräten kann es sich beispielsweise um chirurgische Instrumente handeln wie z. B. ein Absaugrohr oder ein Pointer zum Registrieren von Oberflächenpunkten.

Der erfindungsgemäße Adapter besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus einer Titanlegierung. Allerdings ist bei Nutzung elektromagnetischer Messverfahren die Verwendung von Kunststoff vorteilhaft.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Adapters zur Aufnahme eines medizintechnischen Geräts sowie eines Lageerfassungssystems in einer Explosionsansicht;

Fig. 2 die Ausführungsform der Figur 1 in einem unverklemmten Zustand;

Fig. 3 die Ausführungsform der Figur 1 in einem verklemmten Zustand; Fig. 4 einen Querschnitt der Ausführungsform der Figur 1 in einem verklemmten

Zustand; Fig. 5 zeigt die Ausführungsform der Figur 1 mit einem Lageerfassungssystem in Form eines Trackers mit drei Markerelementen zur optischen Positionsmessung und einem Absaugrohr in einem verklemmten Zustand;

Fig. 6 zeigt die Ausführungsform der Figur 1 mit einem Lageerfassungssystem in Form eines Trackers mit drei Markerelementen zur optischen Positionsmessung und einem Pointer zum Registrieren von Oberflächenpunkten; Fig. 7 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform im Querschnitt; und

Fig. 8 zeigt die zweite Ausführungsform der Figur 7 mit einem

Lageerfassungssystem in einem verklemmten Zustand; Die in Fig. 1 in einer Explosionsansicht dargestellte erste Ausführungsform des Adapters 100 weist ein erstes Halteelement 1 auf, welches eine in Längserstreckungsrichtung erstreckende Aufnahmeöffnung 10 und eine erste Einführöffnung 1 1 aufweist Die Aufnahmeöffnung 10 erstreckt sich in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 komplett durch das erste Halteelement 1 und ist derart ausgebildet, dass ein zweites Halteelement 2 in dem ersten Haltelement 1 aufgenommen werden kann.

Weiterhin ist die erste Einführöffnung 1 1 des ersten Halteelements 1 zur Einführung eines medizintechnischen Geräts (hier nicht dargestellt) derart ausgebildet, dass sich die Einführöffnung 1 1 quer zur Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 durch das komplette erste Haltelement 1 erstreckt.

Zusätzlich weist der Adapter 100 ein zweites Halteelement 2 mit einer zweiten Einführöffnung 12 auf. Die zweite Einführöffnung 12 ist derart ausgebildet, dass sie sich quer zur Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 komplett durch die zweite Haltevorrichtung 2 erstreckt. Dabei ist die Feder 3 des Adapters 100 unterhalb des zweiten Halteelements 2 angeordnet, wobei die Feder 3 derart angeordnet ist, dass sie mit der Unterseite des zweiten Halteelements 2 in Wirkverbindung tritt. Das erste Halteelement 1 des Adapters 1 00 ist an dem Bodenstück 6, beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder Verschwei ßen, festgelegt. Dabei ist die Feder 3 innerhalb des ersten Halteelements 1 angeordnet. Weiterhin ist das zweite Haltelement 2 oberhalb der Feder 3 (und ebenfalls innerhalb des ersten Haltelements 1 ) angeordnet, wobei das das zweite Halteelement innerhalb des ersten Halteelements 1 derart beweglich angeordnet ist, dass das Halteelement 2 durch eine Krafteinwirkung entgegen der Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 - wenn die Krafteinwirkung grö ßer ist als die Rückstellkraft der Feder - entgegen der Richtung der Rückstellkraft der Feder bewegbar ist bzw. in Abwesenheit einer Krafteinwirkung auf die Feder 3, durch die Rückstellkraft der Feder 3 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 bewegbar ist.

Dabei ist bei dem erfindungsgemäßen Adapter 1 00 vorgesehen, dass die erste Einführöffnung 1 1 und die zweite Einfuhröffnung 12 des ersten Halteelements 1 und des zweiten Halteelements 2 durch die Einwirkung einer Kraft entgegen der Rückstellkraft der Feder 3 zur Deckung gebracht werden können. Durch die Einwirkung einer derartigen Kraft liegt beim Erreichen der Deckungsgleichheit der Einfuhröffnungen 1 1 und 1 2 der Aufnahmezustand des Adapters 100 für ein medizintechnisches Gerät vor. Das medizintechnische Gerät kann in diesem Aufnahmezustand durch die beiden Einführöffnungen 1 1 und 12 in den Adapter 100 eingeführt werden.

In Abwesenheit der Krafteinwirkung auf die Feder 3 bewirkt die Rückstellkraft der gespannten Feder 3 eine Bewegung des zweiten Haltelements 2 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3. Dadurch wird ein Verklemmungszustand des Adapters 100 erzielt, in dem ein in den Adapter 100 eingeführtes medizintechnisches Gerät zwischen dem ersten Haltelement 1 und dem zweiten Halteelement 2 verklemmt wird.

Der erfindungsgemäße Adapter 1 00 weist des Weiteren ein erstes Verstellelement 21 auf, welches mit einem Gewinde versehen ist und an dem zweiten Haltelement 2 angeordnet ist, und ein zweites Verstellelement 4, welches eine Aufnahmeöffnung mit einem Gegengewinde aufweist. Dabei ist das zweite Verstellelement 4 über die

Aufnahmeöffnung derart mit dem ersten Verstellelement 21 wirkverbunden, dass bei einer Drehbewegung in Verschlussrichtung (einer Drehbewegung, bei der sich das zweite Verstellelement 4 in Richtung entgegen der Rückstellkraft der Feder 3 bewegt) das erste Verstellelement 21 und somit das zweite Haltelement 2 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 bewegt wird. Dadurch wird ein bewegungssicherer Verklemmungszustand des Adapters 100 erzielt, in dem ein in den Adapter 100 eingeführtes medizintechnisches Gerät zwischen dem ersten Haltelement 1 und dem zweiten Halteelement 2 verklemmt wird. Unter bewegungssicher ist zu verstehen, dass das medizintechnische Gerät nicht mehr in Einführrichtung durch die Einführöffnungen 1 1 und 12 bewegbar ist, also ortsfest mit dem Adapter 1 00 verbunden ist.

Weiterhin weist der erfindungsgemäße Adapter 100 noch ein Befestigungselement 5 zur Befestigung eines Lageerfassungssystems auf, welches an der Oberseite des Verstellelements 21 , beispielsweise durch Verschwei ßen oder Verkleben, festgelegt ist. Hinsichtlich der Funktionsweise des Befestigungselements 5 zum Befestigen des Lageerfassungssystems wird auf die Erläuterungen der Fig. 5 verwiesen.

Die Fig. 2 zeigt die Ausführungsform der Figur 1 in einem Aufnahmezustand, also einem nicht verklemmten Zustand. Dabei befindet sich das zweite Verstellelement 4 in einem geöffneten Zustand und die beiden Einführöffnungen 1 1 und 12 sind durch eine (hier nicht dargestellte) mechanische Krafteinwirkung, wie beispielsweise durch Zusammendrücken zur Deckung gebracht. Ein medizintechnisches Gerät kann nun durch die beiden Einführöffnungen 1 1 und 1 2 in den Adapter 1 00 eingeführt werden.

Fig. 3 zeigt Ausführungsform der Figur 1 in einem bewegungssicheren Verklemmungszustand. Dabei wurde das zweite Verstellelement 4 mittels einer Drehbewegung in Verschlussrichtung bis zum Erreichen des bewegungssicheren Verklemmungszustands gedreht. Dabei wurde das zweite Halteelement 2 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 bewegt. Ein medizintechnisches Gerät, welches im Aufnahmezustand der Fig. 2 in den Adapter 1 00 eingeführt wurde, erfährt bei Erreichen des in Fig. 3 dargestellten bewegungssicheren Verklemmungszustands eine bewegungssichere Verklemmung und verbleibt somit ortsfest. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde das medizintechnische Gerät in dieser Figur nicht dargestellt.

Der bewegungssichere Verklemmungszustand des medizintechnischen Geräts wird analog zu der Darstellung der Fig. 3 durch eine Verklemmung des medizintechnischen Geräts zwischen dem ersten Haltelement 1 und dem zweiten Haltelement 2 aufgrund der Bewegung des zweiten Haltelements 2 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 durch der Drehbewegung des zweiten Verstellungselements 4 in Verschlussrichtung bereitgestellt.

Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des ersten erfindungsgemäßen Adapters in einem Verklemmungszustand. Der Verklemmungszustand wird hierbei durch die Rückstellkraft der Feder 3 erreicht, die das zweite Haltelement 2 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 bewegt. Dadurch wird ein Verklemmungszustand durch Verklemmen des (hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten) medizintechnischen Geräts zwischen dem ersten Haltelement 1 und dem zweiten Haltelement 2 erzielt. Durch eine Drehbewegung des Verstellelements 4 in Verschlussrichtung kann dann analog zu der Beschreibung der Figur 3 ein bewegungssicherer Verklemmungszustand erreicht werden.

Die Figur 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter mit einem medizintechnischen Gerät (in diesem Fall ein Absaugrohr) und eines Lageerfassungssystems in Form eines Trackers zur optischen Positionsmessung mit drei Markierungselementen 20 in einem Verklemmungszustand. Hinsichtlich des Verklemmungszustandes des medizintechnischen Geräts wird auf die Beschreibungen der Figuren 2 bis 4 verwiesen. Der erfindungsgemäße Adapter weist ein Befestigungselement 5 und das Lageerfassungssystem 102 ein Befestigungsgegenstück 51 auf, die beide an ihren Kontaktflächen über ineinandergreifende Strukturierungen 55 (hier ineinandergreifende Zähne) verfügen. Dabei wird ein Verschlusszustand des Lageerfassungssystems mit dem erfindungsgemäßen Adapter über ein Zusammenwirken des Befestigungselements 5, des Befestigungsgegenstücks 51 der Mutter 51 1 und einer hier nicht dargestellten

Schraube erreicht.

Das Befestigungselement 5 weist dabei eine Aushöhlung mit einem Gewinde auf und das Befestigungsgegenstück 51 eine Aufnahmeöffnung mit einem identischen Gewinde. Das Befestigungselement 5 wird mittels einer zu dem Gewinde passenden Schraube mit dem Befestigungselement 51 verbunden und mittels der Mutter 51 1 durch eine Drehbewegung in Verschlussrichtung U in einem Verschlusszustand gebracht. Durch das Ineinandergreifen der Strukturflächen 55 an den gegenseitigen Kontaktflächen des Befestigungselements 5 und des Befestigungsgegenstücks 51 wird somit eine kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung erreicht.

Weiterhin ist es bei dem erfindungsgemäßen Adapter vorgesehen, dass das Lageerfassungssystem 102 drehbar gelagert ist. Sofern noch kein vollständiger Verschlusszustand durch die Drehbewegung der Mutter 51 1 in Endstellung der Verschlussrichtung erreicht ist, kann die räumliche Anordnung des Lageerfassungssystems variabel eingestellt werden, wobei die einstellbaren Winkel durch die ineinandergreifenden Strukturelemente 55 des Befestigungselements 5 und des Befestigungsgegenstücks 51 vorbestimmt sind.

Die Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter in einer ersten Ausführungsform mit einem medizintechnischen Gerät (in diesem Fall ein Pointer) und einem Lageerfassungssystem in Form eines Trackers mit drei Markierungselementen in einem Verklemmungszustand. Hinsichtlich der weiteren Beschreibungen wird auf die die Beschreibungen der Figuren 2 bis 5 verwiesen.

Die Figur 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Adapters, der vergleichbar zu dem ersten Ausführungsbeispiel ein erstes Halteelement 1 und ein zweites Halteelement 2, welches bewegbar innerhalb des ersten Halteelements 1 angeordnet ist und eine Feder 3 aufweist. Der Aufnahmezustand für ein medizintechnisches Gerät wird auch in diesem Ausführungsbeispiel vergleichbar den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 4 durch eine Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder 3 erreicht. Hinsichtlich einer ausführlichen Erläuterung des Aufnahmezustandes wird auf die Beschreibung der vorgenannten Figuren verwiesen.

Durch eine Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder 3 wird der Abstand zwischen dem ersten Klammerelement 7 und dem zweiten Klammerelement 8 vergrößert und dadurch ein Aufnahmezustand erreicht. Nach Einführen des medizintechnischen Gerätes und bei Abwesenheit einer Krafteinwirkung entgegen der Richtung der

Rückstellkraft der Feder 3 bewirkt die gespannte Feder 3 eine Bewegung des zweiten Halteelements 2 und dadurch des zweiten Klammerelements 8 in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3. Dadurch wird ein Verklemmungszustand erreicht. Durch Drehen des zweiten Verstellelements 4 in Verklemmungsrichtung wird das zweite Halteelement 2 (vergleichbar der Beschreibung der Figuren 2 bis 4, auf die explizit verwiesen wird) in Richtung der Rückstellkraft der Feder 3 verschoben. Dadurch wird ein bewegungssicherer Verklemmungszustand hergestellt.

Durch eine Bewegung des zweiten Verstellelements 4 entgegen der Verklemmungsrichtung wird der bewegungssichere Verklemmungszustand wieder aufgelöst und eine Entnahme des medizintechnischen Geräts ist nun möglich. Die Entnahme kann beispielsweise durch eine erneute Krafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft der Feder 3 und somit der Herstellung des Aufnahmezustands erleichtert werden.

Die Figur 8 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter in einer zweiten Ausführungsform mit einem Lageerfassungssystem in Form eines Trackers mit drei Markierungselementen in einem Verklemmungszustand. Hinsichtlich der weiteren Beschreibungen wird auf die Beschreibungen der Figuren 2 bis 7 verwiesen.

Bezugszeichenliste

1 erstes Halteelement

2 zweites Haltelement

3 Feder

4 zweites Verstellelement

5 Befestigungselement

6 Bodenfläche

7 erstes Klammerelement

8 zweites Klammerelement

10 Aufnahmeöffnung

1 1 erste Einfuhröffnung

12 zweite Einfuhröffnung

20 Markierungselement

21 erstes Verstellelement

51 Befestigungsgegenstück

55 Strukturelemente

101 medizintechnisches Gerät

102 Lageerfassungssystem

51 1 Mutter

F Rückstellkraft der Feder

V Verklemmrichtung

U Verschlussrichtung