Die Erfindung betrifft eine mobile Feldspuleneinheit für ein medizinisches System zur Erfassung der Lage eines Patienten, medizinischer Geräte und/oder von Prothesen in einem Operationsgebiet sowie ein solches medizinisches System mit einer erfindungsgemäßen Feldspuleneinheit.

Bei invasiven chirurgischen Eingriffen werden chirurgische Instrumente während einer Operation von einem Operateur in einem Operationsgebiet im Körper eines Patienten bewegt. Als Operationsgebiet wird der Raum im Inneren des Patienten bezeichnet, der während der Operation potenziell oder effektiv von den eingesetzten chirurgischen Instrumenten beeinträchtigt wird. Zur Operation zählen das Ein- und Ausführen von chirurgischen Instrumenten in den Körper des Patienten hinein bzw. aus dem Körper des Patienten heraus sowie das Bewegen der chirurgischen Instrumente im Körper des Patienten und der Einsatz der chirurgischen Instrumente in einem im Operationsgebiet angeordneten und genau vorbestimmten Eingriffsgebiet. Als Eingriffsgebiet wird der Teil im Operationsgebiet bezeichnet, der vom Operateur zu bearbeiten ist. Hierbei kann es sich z.B. um zu entfernendes Gewebe oder zu verschließende Gefäße handeln. Demnach kann ein Operationsgebiet eine Vielzahl von Eingriffsgebieten umfassen. Neben den Eingriffsgebieten liegt im Operationsgebiet eine Vielzahl von sensiblen Strukturen, die vor Beschädigungen durch die chirurgischen Instrumente zu bewahren sind. Zu den sensiblen Strukturen zählen z.B. Gefäße, Organe, Nerven, Muskeln, Bänder, Sehnen und sonstiges, generell intaktes Gewebe, das erhalten bleiben soll, um die Auswirkungen der Operation auf ein notwendiges Minimum zu beschränken, da jede weitere Beeinträchtigung des Körpers des Patienten während der Operation das Gesundheitsrisiko des Patienten erhöhen und das Operationsergebnis negativ beeinflussen kann. Bei der Durchführung invasiver chirurgischer Eingriffe kommen daher regelmäßig medizinische Systeme zur Erfassung der Lage eines Patienten, medizinischer Geräte und/oder von Prothesen in einem Operationsgebiet, auch als Lageerfassungssysteme bezeichnet, zum Einsatz. Lageerfassungssysteme unterstützen den Operateur bei der Navigation chirurgischer Instrumente im Operationsgebiet. Bekannte Lageerfassungssysteme unter- stützen den Operateur insbesondere beim Navigieren des chirurgischen Instruments in das Eingriffsgebiet im Körper des Patienten, beim Navigieren des chirurgischen Instruments während der Durchführung der operativen Maßnahme sowie beim Navigieren des chirurgischen Instruments aus dem Körper des Patienten heraus. Hierdurch können das Ergebnis sowie die Effizienz der durchzuführenden Operation verbessert werden. Darü- ber hinaus kann eine präzise Lageerfassung des chirurgischen Instruments das Risiko einer unbeabsichtigten Beeinträchtigung bzw. Beschädigung von umliegendem Gewebe oder potenziell gefährdeten Nervenbahnen im Operationsgebiet reduzieren.

Üblicherweise erfassen Lageerfassungssysteme während der Operation die Koordinatentransformation zwischen dem Patienten und mindestens einem medizinischen bzw. chirurgischen Instrument. In vielen Lageerfassungssystemen können Lageinformationen einer Vielzahl von unterschiedlichen chirurgischen Instrumenten ermittelt werden. Die erfassten Lageinformationen werden meistens zusammen mit präoperativ gewonnenen Planungsdaten und/oder intraoperativ gewonnenen Bilddaten auf einem Monitor visuali- siert. Hierfür werden an bestimmbaren Stellen des Patienten sowie der chirurgischen Instrumente Sensoren bzw. Lokalisatoren angeordnet, deren Lageinformationen im Operationsgebiet von einer Auswerteeinheit des Lageerfassungssystems bestimmbar sind.

Es ist beispielsweise bekannt, unterschiedliche medizinische Instrumente, wie z.B. Zeigeinstrumente, Sauger, Zangen, Nadeln, Skalpelle, Elektrotome, Kauter, u.ä. mit Lokalisato- ren zur Ermittlung von Lageinformationen für ein solches Lageerfassungssystem zu versehen und das jeweilige medizinische Instrument in dem Lageerfassungssystem zu registrieren. Bei der Registrierung wird die Lage eines Bezugspunktes - üblicherweise des Arbeitspunkts der Instrumentenspitze - relativ zu dem an dem medizinischen Instrument angeordneten Lokalisator eingemessen und an das Lageerfassungssystem über- mittelt. Somit sind die Lage des Bezugspunktes und Ausrichtung des medizinischen Instruments im Lageerfassungssystem bekannt und können als Bilddaten auf dem Monitor zusammen mit den vorhandenen präoperativen und/oder intraoperativen Bilddaten dargestellt werden. Derartige Lageerfassungssysteme können beispielsweise optische, ultraschallgestützte oder elektro-magnetische Lokalisatoren umfassen. Bekannt sind beispielsweise elektromagnetische Lageerfassungssysteme, die eine als Feldgenerator betriebene Feldspuleneinheit aufweisen, die neben dem Patienten angeordnet ist und im Operationsgebiet ein i.d.R. alternierendes elektromagnetisches Feld erzeugt. An einem im Operationsgebiet zu navigierenden chirurgischen Instrument sind als Lokalisator Sensorspulen angeordnet. Das elektromagnetische Feld induziert in diesen Sensorspulen in Abhängigkeit von der Ausrichtung der jeweiligen Sensorspule zum elektromagnetischen Feld charakteristische elektrische Ströme. Eine Auswerteeinheit - im Folgenden auch als Lageerfassungseinheit bezeichnet - misst die induzierten Ströme und ermittelt somit die Lage der Sensor- spulen und damit die Lage eines mit den Sensorspulen ausgestatteten chirurgischen Instruments in dem Operationsgebiet.

Zur exakten Bestimmung der Lage der chirurgischen Instrumente im Operationsgebiet muss i.d.R. die Lage des Operationsgebiets zum Lageerfassungssystem bestimmt werden. Dieser Vorgang wird als Patientenregistrierung bezeichnet. In bekannten Systemen und Verfahren zur Registrierung von Patienten in Lageerfassungssystemen wird an einer genau definierten Stelle an der Oberfläche des Körpers des Patienten ein Patientenloka- lisator angeordnet und meistens fixiert. Die Fixierung des Patientenlokalisators am Patienten erfolgt oftmals über eine Haltevorrichtung, die ein einen Klettverschluss aufweisendes Fixierband umfasst. Anschließend ermittelt die Lageerfassungseinheit die Lage des Patientenlokalisators im Lageerfassungssystem und bestimmt hieraus die exakte Lage des Patienten im Lageerfassungssystem.

Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feldspuleneinheit für ein System zur Erfassung der Lage eines Patienten, medizinischer Geräte und/oder von Prothesen in einem Operationsgebiet sowie ein solches System bereitzustellen, die erweiterte Einsatzmöglichkeiten aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine mobile Feldspuleneinheit für ein medizinisches System zur Erfassung der Lage eines Patienten, medizinischer Geräte (wie z.B. chirurgischer oder anderer medizinischer Instrumente) und/oder von Prothesen in einem Operationsgebiet gelöst, wobei die Feldspuleneinheit ausgebildet ist, ein alternierendes elektromagnetisches Feld zu emittieren oder zu empfangen und für den bestimmungsgemäßen Betrieb auf dem Patienten oder in einem Bereich neben dem Patienten beweglich anordenbar ist. Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein medizinisches System mit einer erfindungsgemäßen als Feldgenerator zu betreibenden Feldspuleneinheit gelöst, das einen Patienten- lokalisator zur Erfassung der Lage des Patienten relativ zur als Feldgenerator zu betreibenden Feldspuleneinheit sowie eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der Lage der als Feldgenerator zu betreibenden Feldspuleneinheit relativ zum Patientenlokalisator um- fasst. Der Patientenlokalisator weist eine als Feldsensor zu betreibende Feldspuleneinheit mit mindestens einer Spule auf, in der in Abhängigkeit der Lage der Spule im Operationsgebiet durch das von der als Feldgenerator zu betreibenden Feldspuleneinheit erzeugte elektromagnetische Wechselfeld ein messbarer Strom induzierbar ist. Durch die Stärke des in der Spule induzierten Stroms ist die Lage der als Feldgenerator zu betrei- benden Feldspuleneinheit relativ zum Patientenlokalisator, der eine als Feldsensor zu betreibenden Feldspuleneinheit aufweist, bestimmbar. Zur Navigation mit einem solchen System kann ein in einem Operationsgebiet zu navigierendes chirurgisches Instrument als Lokalisator ein Feldsensor mit ein oder mehreren Sensorspulen aufweisen, wobei eine in eine jeweilige Sensorspule induzierte Spannung und/oder ein daraus resultieren- der Strom gemessen wird,

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein medizinisches System mit einer erfindungsgemäßen als Feldsensor zu betreibenden Feldspuleneinheit gelöst, das einen Patientenlokalisator zur Erfassung der Lage des Patienten relativ zur als Feldsensor zu betreibenden Feldspuleneinheit sowie eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der Lage der als Feldsen- sor zu betreibenden Feldspuleneinheit relativ zum Patientenlokalisator umfasst. Der Patientenlokalisator weist eine als Feldgenerator zu betreibende Feldspuleneinheit mit mindestens einer Spule auf. Die als Feldgenerator zu betreibende Feldspuleneinheit erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, das in Abhängigkeit der Lage der als Feldgenerator zu betreibenden Feldspuleneinheit im Operationsgebiet, einen messbaren Strom in die als Feldsensor betriebene Feldspuleneinheit induzieren kann. Durch die Stärke des in der Spule induzierten Stroms ist die Lage der als Feldgenerator zu betreibenden Feldspuleneinheit relativ zum Patientenlokalisator, der eine als Feldgenerator zu betreibende Feldspuleneinheit aufweist, bestimmbar. Zur Navigation mit einem solchen System kann ein in einem Operationsgebiet zu navigierendes chirurgisches Instrument ein oder mehrere Spulen aufweisen, die mit einer Spannung beaufschlagt werden oder zu beaufschlagen sind, so dass die Spule oder Spulen des Instruments ein elektromagnetisches Wechselfeld abgeben, das von der als Feldsensor betriebenen oder zu betreibenden Feldspuleneinheit erfasst werden kann.

Die Feldspuleneinheit kann ein Feldgenerator sein. Insbesondere kann die Feldspulen- einheit als Feldgenerator ausgebildet sein und/oder als solcher betrieben werden. Um die Feldspuleneinheit als Feldgenerator zu betreiben, kann diese mit einer Spannung, insbesondere Wechselspannung beaufschlagt werden, so dass die Feldspuleneinheit eine elektromagnetisches Wechselfeld abgibt,

Alternativ oder zusätzlich kann die Feldspuleneinheit ein Feldsensor sein. Insbesondere kann die Feldspuleneinheit als Feldsensor ausgebildet sein und/oder als solche betrieben werden. Die Feldspuleneinheit kann eine Sensorspule sein oder eine solche aufweisen. Um die Feldspuleneinheit als Feldsensor oder Sensorspule zu betreiben, wird eine in der Feldspuleneinheit induzierte Spannung und/oder ein resultierender Strom gemessen,

Grundsätzlich kann ein und dieselbe Feldspuleneinheit und/oder ein und dieselbe Spule sowohl als Feldgenerator als auch als Feldsensor betrieben werden oder zu betreiben sein, insbesondere auch gleichzeitig. An ein und dieselbe Feldspuleneinheit und/oder ein und dieselbe Spule kann gleichzeitig sowohl eine Spulenimpedanz und/oder eine von außen induzierte Spannung gemessen werden oder zu messen sein, als auch eine ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugende Spannung angelegt oder anzulegen sein. Die Feldspuleneinheit kann eine, zwei, drei oder eine höhere Anzahl von Spulen aufweisen. Die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit weist bevorzugt sechs Spulen auf. Die als Feldsensor ausgebildete Feldspuleneinheit weist bevorzugt eine, zwei oder drei Spulen auf.

Der Patientenlokalisator kann eine Feldspuleneinheit aufweisen. Bevorzugt weist der Patientenlokalisator einen Feldsensor oder Sensorspule als Feldspuleneinheit auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Patientenlokalisator einen Feldgenerator als Feldspuleneinheit aufweisen.

Die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit erzeugt auch das elektromagnetische Feld, mit dessen Hilfe die Position und Ausrichtung (also die Lage) eines medizini- sehen Instruments mit entsprechenden Sensoren bzw. Lokalisatoren erfasst werden kann. Der Erfinder hat erkannt, dass die Feldspuleneinheit in herkömmlichen Lageerfassungssystemen ortsfest, oftmals in einer Kopfstütze des Patienten, angeordnet ist und somit als Bezugspunkt des Lageerfassungssystems dient. Dies kann insbesondere bei Operationen an der Wirbelsäule, bei denen intraoperativ computertomografische Bilddaten erstellt werden, zu einer Behinderung der Erstellung der Bilddaten durch die Feldspuleneinheit führen, so dass die Feldspuleneinheit neu am Patienten angeordnet werden muss. Dies führt allerdings dazu, dass sich der Referenzpunkt des Lageerfassungssystems verändert und somit eine erneute Registrierung des Patienten sowie der medizinischen Instrumente erforderlich sein kann. Hierdurch wird die Operation unnötig verzögert und der Patient zusätzlich belastet. Die Feldspuleneinheit weist auf mindestens einer Abstellseite eine Außenkontur auf, die derart ausgebildet ist, dass ein auf einer Oberflächenkontur eines Objekts bzw. eines Patienten abgesetzte Feldspuleneinheit durch die Oberflächenkontur des Objekts bzw. des Patienten formschlüssig gegen ein seitliches Abrutschen vom Objekt bzw. vom Patienten gehindert wird. Eine solche Feldspuleneinheit ist für den bestimmungsgemäßen Gebrauch lose auf einem Objekt oder einem Patienten absetzbar ohne dass weitere Sicherungsmaßnahmen zum Halten der Feldspuleneinheit an seiner Position erforderlich sind. Demnach ist die Position der Feldspuleneinheit manuell leicht veränderbar, so dass eine etwaige Behinderung einzelner Operations- bzw. intraoperativer Diagnoseschritte durch die Feldspuleneinheit während der Operation einfach beheb- bar ist.

Bevorzugt weist zumindest die Abstellseite eine elastische Außenschicht auf. Die Außenkontur der elastischen Außenschicht ist somit der Oberflächenkontur des Objekts bzw. des Patienten anpassbar. Auf diese Weise ist die Feldspuleneinheit gegen ein Abrutschen von dem Objekt bzw. dem Patienten weiter gesichert. Des Weiteren wird das Objekt bzw. der Patient insbesondere beim Absetzen der Feldspuleneinheit wegen der Flexibilität der Außenschicht weniger beeinträchtigt.

Verzugsweise ist die Außenkontur der Abstellseite der Feldspuleneinheit im Wesentlichen als zentrale Mulde und/oder Durchführung ausgebildet. Eine solche Feldspuleneinheit ist z.B. gut auf dem Hinterkopf eines auf dem Bauch liegenden Patienten absetzbar und positionierbar. Darüber hinaus ist die Feldspuleneinheit durch eine solche Form besser greif- sowie transportierbar. Vorzugsweise weist die Feldspuleneinheit eine zentrale Durchführung mit einem Innendurchmesser auf, der mindestens so groß ist, dass ein operativer Eingriff mit einem Katheter durch die Durchführung ausführbar ist, wenn die Feldspuleneinheit an einem Operationsgebiet am Körper des Patienten angeordnet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist die Feldspuleneinheit eine referenzierte Aufnahme oder einen referenzierten Anschlag als Referenzpunkt für ein Instrument auf. Eine solche Feldspuleneinheit erlaubt einen einfachen Lageabgleich eines medizinischen Instruments mit entsprechenden Sensoren bzw. Lokalisatoren, indem das Instrument in die referenzierte Aufnahme eingesetzt oder an den referenzierten Anschlag gebracht wird, weil dann die tatsächliche relative Lage von Instrument und Feldspuleneinheit zueinander eindeutig bekannt ist und die von den Sensoren bzw. Lokalisatoren erfassten Signale dieser bekannten Position entsprechend zugeordnet werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Feldspuleneinheit im Wesentlichen ring-, torus- oder wannenförmig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Feldspuleneinheit eine sehr kompakte Bauform aufweisen kann. Ferner ist die Feldspuleneinheit ergonomisch geformt und bietet keine Ecken für etwaige Kollisionen mit Personen, medizinischen Geräten oder sonstigen Objekten. Eine Bauform mit der Geo- metrie einer Wanne mit zentraler Öffnung oder eines in der Seitensicht durchgebogenen Torus bietet außerdem die zuvor erwähnten, wünschenswerten je nach Perspektive unterschiedlichen Ansichten.

Bevorzugt weist die Feldspuleneinheit eine Fixiereinrichtung zum reversiblen Fixieren der Feldspuleneinheit an dem Patienten und/oder einem Objekt auf. Hierdurch ist die Lage der Feldspuleneinheit im Lageerfassungssystem temporär fixierbar. Die Fixiereinrichtung kann z.B. eine Klemmvorrichtung oder ein Band umfassen.

Besonders bevorzugt umfasst die Fixiereinrichtung eine Unterdruck-Saugvorrichtung, wie z.B. eine Saugglocke, um die Feldspuleneinheit mittels Unterdruck an einer Oberfläche lösbar zu fixieren. Vorzugsweise weist die Feldspuleneinheit eine Ummantelung auf, die die Feldspuleneinheit im Wesentlichen wasserdicht umschließt. Somit ist die Feldspuleneinheit vor äußeren Einflüssen, insbesondere Flüssigkeiten, geschützt und kann leicht gesäubert bzw. desinfiziert werden.

Weiter bevorzugt umfasst die Ummantelung ein synthetisches Polymer, wie z.B. Silikon, das wegen seiner hohen Flexibilität bzw. Elastizität sowie wasserabweisende Eigenschaft als Ummantelung für die Feldspuleneinheit besonders geeignet ist. Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Feldspuleneinheit von der Ummantelung umgössen oder in die Ummante- lung einlaminiert ist. Eine derartige Ummantelung ist leicht herstellbar, besonders gut strapazierbar und bietet den ummantelten Komponenten der Feldspuleneinheit einen guten Schutz vor Umwelteinflüssen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Feldspuleneinheit Marker- punkte zur Anbindung an ein optisches Lageerfassungssystem auf. Ein optisches Lageerfassungssystem hat den Vorteil gegenüber einem elektromagnetischen Lageerfassungssystem, dass kein weiteres alternierendes elektromagnetisches Feld erzeugt werden muss, um die Lage der Feldspuleneinheit im Lageerfassungssystem zu bestimmen. Somit wird das von der Feldspuleneinheit erzeugte oder empfangene alternierende elektromagnetische Feld nicht gestört. Ein optisches Lageerfassungssystem ist gut einsetzbar, wenn die Feldspuleneinheit möglichst derart angeordnet ist, dass die Markerpunkte vom optischen Lageerfassungssystem erfassbar sind.

Um die Position und Ausrichtung der Feldspuleneinheit in einem fluoroskopisch aufgenommenen Bild (z.B. Röntgenbild oder CT) eindeutig erfassen zu können, weist die Feldspuleneinheit vorzugsweise eine entsprechende, z.B. nicht rotationssymmetrische Geometrie seiner äußeren Form auf, so dass sie spezifisch unterschiedliche Ansichten hat, wenn er aus jeweils unterschiedlicher Perspektive betrachtet wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Feldspuleneinheit auch fluoroskopisch erfassbare Markerpunkte oder ein entsprechendes Passpunktenetz aufweisen, so dass seine Lage in fluoroskopisch aufgenommenen Bildern eindeutig bestimmbar ist.

Das erfindungsgemäße medizinische System weist vorzugsweise einen Patientenlokali- sator auf, der am Patienten lösbar fixierbar ist. Die Besonderheit hierbei ist, dass im Gegensatz zu herkömmlichen Lageerfassungssystemen nicht der Feldgenerator sondern der Patientenlokalisator der Referenzpunkt des Lageerfassungssystems ist. Dies ist dadurch möglich, dass der Patientenlokalisator am Patienten ortsfest fixierbar ist. Eine Veränderung der Lage des Feldgenerators ist über die Veränderung der im Patientenlokalisator induzierten Ströme von der Auswerteeinheit leicht ermittelbar. Da die Lage des Feldgenerators somit jederzeit bestimmbar ist, sind auch die Lagen im Operationsgebiet angeordneter medizinischer Instrumente, die im Lageerfassungssystem registriert sind, von der Auswerteeinheit jederzeit bestimmbar.

Alternativ könnte ein weiterer Lageerfassungssensor als Referenzpunkt für das Lageerfassungssystem verwendet werden. Der Lageerfassungssensor ist hierfür ortsfest in dem Bereich des Lageerfassungssystems anzuordnen. Vorzugsweise weist der Patientenlokalisator eine Ummantelung auf, die den Patientenlo- kalisator im Wesentlichen wasserdicht umschließt. Somit ist der Patientenlokalisator vor äußeren Einflüssen, insbesondere Flüssigkeiten, geschützt und kann leicht gesäubert bzw. desinfiziert werden. Dies ist insbesondere von Bedeutung, da der Patientenlokalisa- tor direkt am Patienten angeordnet ist und somit ein besonders hohes Infektionsrisiko für den Patienten besteht.

Bevorzugt weist das medizinische System mindestens einen Instrumentensensor zur Bestimmung der Lage in einem Koordinatensystem des Lageerfassungssystems eines im Lageerfassungssystem registrierten und im Operationsgebiet angeordneten medizini- sehen Instruments auf. Der Instrumentensensor ist direkt an dem medizinischen Instrument angeordnet.

Ebenfalls bevorzugt weist das medizinische System mindestens eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Bilddaten des im Lageerfassungssystem registrierten Patienten und/oder der im Lageerfassungssystem registrierten medizinischen Instrumente oder Prothesen auf. Die Bilddaten sind von der Anzeigeeinheit nebeneinander und/oder überlagert darstellbar.

Ein auch eigenständig schutzfähiger Gegenstand betrifft eine Schädelklemme, insbesondere zur Patientenfixierung im Rahmen der Neurochirurgie. An der Schädelklemme ist ein Feldspuleneinheit angeordnet. Bevorzugt weist die Schädelklemme einen hufeisenförmi- gen Abschnitt zur Aufnahme eines Schädels auf. Weiter bevorzugt ist die Feldspuleneinheit hufeisenförmig ausgebildet. Die Feldspuleneinheit kann deckungsgleich zu einem Abschnitt der Schädelklemme angeordnet sein. Bevorzugt ist die Feldspuleneinheit hufeisenförmig ausgebildet und im Wesentlichen deckungsgleich zum hufeisenförmigen Abschnitt der Schädelklemme angeordnet. Bevorzugt ist die Feldspuleneinheit ein Feld- generator, weiter bevorzugt mit genau 3 Spulen.

Die hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit kann durch Formschluss an einem Abschnitt der Schädelklemme fixiert sein, beispielsweise durch eine Muffe. Alternativ oder zusätzlich kann die hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit durch eine Befestigungsschraube oder Klemme an einem Abschnitt der Schädelklemme fixiert sein, Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Feldspuleneinheit, die als Feldgenerator ausgebildet ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Feldspuleneinheit aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen medizinischen Systems zur Erfassung der Lage eines Patienten, medizinischer Geräte und/oder von Prothesen in einem Operationsgebiet;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Feldspuleneinheit, die hufeisenförmig ausgebildet ist; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schädelklemme.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen als Feldgenerator ausgebildeten Feldspuleneinheit 10 umfasst einen ringförmigen Grundkörper 12 mit einer Oberseite sowie einer Unterseite sowie eine sich zwischen der Oberseite und der Unterseite erstreckenden Generatorachse 16 auf. Von der Oberseite erstreckt sich zur Unterseite eine beidseitig offene Durchführung 14. Die Durchführung 14 weist eine kreisförmige Querschnittsfläche auf, deren Mittelpunkt auf der Generatorachse 16 angeordnet ist. Ferner umfasst die Feldspuleneinheit 10 ein Generatorkabel 18 zur Stromversorgung und zur Steuerung der Feldspuleneinheit 10. Mit der erfindungsgemäßen als Feldgenerator ausgebildeten Feldspuleneinheit 10 ist ein alternierendes elektromagnetisches Feld erzeugbar.

Wie aus Fig. 2 deutlich erkennbar, sind die Kanten der Feldspuleneinheit 10 abgerundet. Darüber hinaus ist die Feldspuleneinheit 10 von einer in den Figuren nicht genauer erkennbaren Ummantelung vollständig umgeben. Die Ummantelung ist aus einem flexiblen, elastischen sowie wasserfesten Material und weist vorzugsweise eine rutschhemmende Oberfläche auf. Somit schützt die Ummantelung die Feldspuleneinheit 10 vor Stößen und dem Eindringen von Flüssigkeiten. Die Feldspuleneinheit 10 weist eine ausreichende Festigkeit auf, damit er sich unter bestimmungsgemäßen Einsatzbedingungen nicht dauerhaft verformt. In alternativen Ausführungsformen ist die Festigkeit der Feldspuleneinheit 10 nicht ausreichend, so dass die Ummantelung eine entsprechende Festigkeit aufweisen muss, um die Feldspuleneinheit 10 vor Verformungen zu schützen. Eine Seite der Feldspuleneinheit 10 ist als Unterseite 20 ausgebildet und dient, wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, als Abstellseite der Feldspuleneinheit 10 auf einem Patienten P oder einem Objekt, wie z.B. einem Operationstisch O. In speziellen Ausführungsformen kann die Unterseite 20 eine besondere Beschichtung und/oder Struktur aufweisen, um z.B. den Oberflächenreibungskoeffizienten und somit die Rutschfestigkeit zu erhöhen.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen medizinischen Systems zur Erfassung der Lage des Patienten P, medizinischer Geräte und/oder von Prothesen in einem Operationsgebiet. Der Patient P liegt mit dem Rücken auf dem Operationstisch O. An dem Patienten P ist ein Patientenlokalisator 30 ortsfest angeordnet. Der Patientenlokalisator 30 ist über nicht abgebildete Fixiermittel an dem Patienten P lösbar befestigt, so dass der Patientenlokalisator 30 seine Lage relativ zum Patienten P während der Operation nicht verändern bzw. nur minimal verändern kann. Daher ist es besonders zweckmäßig, dass der Patientenlokalisator 30 eines erfindungsgemäßen medizinischen an einem Körperteil des Patienten P angeordnet ist, an dem der chirurgische Eingriff im Wesentlichen stattfindet. In dem dargestellten Beispiel ist der Patientenlokalisator 30 am Torso des Patienten P fixiert.

Der Patientenlokalisator 30 weist nicht dargestellte Sensorspulen auf und ist über ein Patientenkabel 28 mit einer Auswerteeinheit 22 verbunden. Die Auswerteeinheit 22 steuert über das Generatorkabel 18 die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit 10 und somit die Erzeugung des alternierenden elektromagnetischen Felds 32 durch die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit 10. Die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit 10 ist in dem gezeigten Beispiel mit der Unterseite 20 lose auf dem Bauch des Patienten P abgelegt. Wegen der Beschaffenheit der Unterseite 20 und/oder der Form der als Feldgenerator ausgebildeten Feldspuleneinheit 10 verbleibt die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit 10 während der Operation auf dem Patienten P ohne seitlich abzugleiten, sofern ein Abgleiten nicht durch entsprechende äußere Einflüsse, wie z.B. Vibrationen oder Erschütterungen, ausgelöst wird.

Die als Feldgenerator ausgebildete Feldspuleneinheit 10 erzeugt im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Lageerfassungssystems ein in Fig. 3 schematisch dargestelltes, alternierendes elektromagnetisches Feld 32. Das alternierende elektromagnetische Feld 32 induziert in den Sensorspulen des Patientenlokalisators 30 Ströme, die über das Patientenkabel 28 an die Auswerteeinheit 22 übermittelt werden. Die Stärke der induzierten Ströme ist von der Lage der einzelnen Spulen im alternierenden elektromagnetischen Feld 32 abhängig. Demnach ist somit die relative Lage zwischen Patientenlokalisator 30 und der als Feldgenerator ausgebildeten Feldspuleneinheit 10 von der Auswerteeinheit 22 erm ittel bar. Da die Lage des Patientenlokalisators 30 innerhalb des Lageerfassungssystems bekannt ist, ist somit die genaue Lage der als Feldgenerator ausgebildeten Feldspuleneinheit 10 von der Auswerteeinheit 22 bestimmbar, selbst wenn die Lage der als Feldgenerator ausgebildeten Feldspuleneinheit 10 - z.B. wegen einer möglichen Kollision mit einem Computertomografen beim intraoperativen Erstellen von computerto- mografischen Abbildungen des Patienten P - verändert wird.

Eine Anzeigeeinheit 24 ist über ein Anzeigekabel 26 mit der Auswerteeinheit 22 verbunden. Auf der Anzeigeeinheit 24 sind präoperativ sowie intraoperativ gewonnenen Bildda- ten des Patienten P sowie Bilddaten medizinischer Instrumente lagegetreu nebeneinander oder überlagert darstellbar. Somit wird dem Chirurgen die Navigation der medizinischen Instrumente im Operationsgebiet erheblich erleichtert.

Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf einen Patienten P, der mit seinem Rücken auf einem Operationstisch O aufliegt. Der Kopf des Patienten P liegt auf einer Kopfstütze K des Operati- onstisch O auf. Eine mobile Feldspuleneinheit 10 in Fig. 4 ist hufeisenförmig ausgebildet und in einem Bereich neben dem Patienten P durch Auflegen auf die Kopfstütze K beweglich angeordnet. Vorliegend weist die mobile Feldspuleneinheit 10 auf ihrer Abstellseite eine hufeisenförmige Außenkontur auf, die ausgebildet den Kopf des Patienten P seitlich zu umgeben. Somit wird Abgleiten zwischen der Feldspuleneinheit 10 und dem Kopf des Patienten P in seitlicher Richtung S verhindert.

Fig. 5 zeigt eine Schädelklemme 40, die mittels eines Tischadapters 44 an einem (nicht dargestelltem) Operationstisch befestigbar ist. Die Schädelklemme 40 ist mit dem Tischadapter 44 über ein Achsgelenk 43 beweglich, vorliegend schwenkbar, verbunden. Das Achsgelenk 43 kann über einen Fixierhebel 42 festgesetzt werden. Die Schädelklemme 40 weist bezüglich des Achsgelenks 43 weitere Freiheitsgrade auf, die durch ein oder mehrere Fixierknöpfe 41 gesperrt werden können. Die Schädelklemme 40 weist einen hufeisenförmigen Abschnitt 45 zur Aufnahme eines Schädels auf, an dem die vorliegend hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit 10 angeordnet ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist die hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit 10 im Wesentlichen deckungs- gleich zum hufeisenförmigen Abschnitt 45 der Schädelklemme 40 angeordnet.

Der hufeisenförmige Abschnitt 45 der Schädelklemme 40 weist einen H-förmigen Querschnitt auf, über den die hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit 10 durch Form- schluss an dem hufeisenförmigen Abschnitt 45 der Schädelklemme 40 fixiert ist. Die hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit 10 ist an der Schädelklemme 40 derart ausgemittelt angeordnet, dass auch im Fall einer Weitenverstellung der Schädelklemme 40 die hufeisenförmig ausgebildete Feldspuleneinheit 10 im Wesentlichen deckungsgleich zum hufeisenförmigen Abschnitt 45 der Schädelklemme 40 angeordnet ist.

Im Folgenden soll der Einsatz einer erfindungsgemäßen Feldspuleneinheit beispielhaft in einem Verfahren zur Einbindung von computertomografisch und/oder röntgentechnisch gewonnenen Bilddaten in ein System zur Operationsplanung und/oder zur intraoperativen Navigation näher erläutert werden. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Feldspuleneinheit ringförmig ausgebildet ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

Aufnehmen von tomografischen Bilddaten oder röntgentechnisch gewonnenen Bilddaten von zumindest einem definierten Körperbereich des Patienten mittels mindestens einem hierfür geeigneten ersten Aufnahmegerät, wobei die Feldspuleneinheit als erster Referenzkörper mit mindestens einer Oberfläche an dem Patienten angeordnet ist und von dem ersten Aufnahmegerät mit aufgenommen wird;

Vergleichen der den ersten Referenzkörper repräsentierenden aufgenommen Bilddaten mit bekannten geometrischen Daten des ersten Referenzkörpers zum Gewinnen von Verzerrungsinformation

Entzerren der aufgenommen Bilddaten durch eine Recheneinheit auf Basis der Verzerrungsinformation zum Gewinnen entzerrter Bilddaten;

Überlagern der entzerrten Bilddaten mit weiteren Bilddaten desselben Körperbereichs des Patienten zum Gewinnen überlagerter Bilddaten; und

Darstellen der überlagerten Bilddaten auf einer Anzeige.

Das Verfahren schließt den Gedanken ein, präoperativ eine Computertomografie anzufertigen und intraoperativ Röntgenbilder (Fluoroskopiebilder) mit einem C-Bogen anzufertigen. Durch den Körper mit bekannter Geometrie können die intraoperativ aufgenommenen Röntgenbilder (Fluoroskopiebilder) entzerrt werden und so mit virtuell, aus dem präoperativ aufgenommenen, beispielsweise von einem Computertomografen generierten Röntgenbildern verglichen werden. Dies hat den Vorteil, dass sich ein Arzt bei der Operationsplanung und bei der Durchführung der Operation an Röntgenbildern orientieren kann, und zwar sowohl präoperativ aufgenommenen wie intraoperativ aufgenomme- nen Röntgenbildern. Anstelle von röntgentechnisch gewonnenen Bilddaten können Bilddaten auch mit einem anderen bildgebenden Verfahren, z.B. einem Ultraschallbasiertem Verfahren aufgenommen werden. Genauso können die tomografischen Bilddaten mittels eines Computertomografen, eines Magnet-Resonanz-Tomografen, einem Ultraschall-Tomografen oder dergleichen gewonnen werden.

Bevorzugt ist die Feldspuleneinheit ein Feldgenerator.

Vorzugsweise liegen die geometrischen Daten des ersten Referenzkörpers als Bilddaten vor, die die tatsächliche Geometrie des ersten Referenzkörpers unverzerrt abbilden.

Vorzugsweise umfassen die weiteren Bilddaten desselben Körperbereichs des Patienten die geometrischen Daten des ersten Referenzkörpers als Bilddaten.

Weiter ist es bevorzugt, wenn der erste Referenzkörper bei der Aufnahme der weiteren Bilddaten die gleiche Lage zum Aufnahmegerät und/oder Patienten aufweist wie bei der Aufnahme der tomografischen Bilddaten, um beim Entzerren der Bilddaten nicht unterschiedliche Lagen berücksichtigen zu müssen. Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Referenzkörper bei der Aufnahme der weiteren Bilddaten den gleichen Abstand zum Aufnahmegerät aufweist, wie bei der Aufnahme der tomografischen Bilddaten, so dass nach Möglichkeit keine unterschiedlichen Verzerrungen auftreten.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der erste Referenzkörper während des Erstellens der tomo- grafischen Bilddaten derart ausgerichtet ist, dass der größtmögliche Teil der Oberfläche des ersten Referenzkörpers dem Aufnahmegerät zugewandt ist, um auf diese Weise möglichst signifikante Bilddaten vom Referenzkörper aufnehmen zu können.

Vorzugsweise ist der erste Referenzkörper an einer Körperstelle des Patienten angeordnet, so dass die Körperstelle und der erste Referenzkörper sich mit einer möglichst detaillierten Aufnahme erfassen lassen.

Die weiteren Bilddaten desselben Körperbereichs des Patienten können von einem zweiten Aufnahmegerät, vorzugsweise einem Röntgengerät erstellt werden und ein Röntgenbild bzw. Fluoroskopiebilder umfassen. Der erste Referenzkörper ist vorzugsweise ringförmig oder kreisförmig und/oder weist ringförmige und/oder kreisförmige Bereiche und/oder Elemente auf.

Vorzugsweise werden die weiteren Bilddaten intraoperativ aufgenommen und sind somit höchst aktuell.

Die Anzeige umfasst vorzugsweise einen Monitor.

Der definierte Körperbereich des Patienten umfasst vorzugsweise die Wirbelsäule, d.h. das Verfahren ist insbesondere für die Unterstützung von Untersuchungen oder Behandlungen im Bereich der Wirbelsäule vorteilhaft.

Zumindest ein Teil der tomografischen Bilddaten kann vor einer Untersuchung oder Operation aufgenommen werden, z.B. in einem Tomografen, etwa einem Kernspintomo- grafen, der die Untersuchung oder Operation ansonsten behindern würde.

Besonders bevorzugt ist ein zweiter oder weiterer Referenzkörper an einem Operationsort im Körper des Patienten angeordnet, wobei der Operationsort im definierten Körperbereich des Patienten angeordnet ist. Der erste Referenzkörper und der zweite Referenzkörper sind in einem Navigationssystem zur Planung und Durchführung von Operationen registriert, wobei Lagedaten des ersten Referenzkörpers und des zweiten Referenzkörpers relativ zu einem Bezugspunkt durch das Navigationssystem bestimmt werden. Zur Registrierung ist es vorteilhaft, wenn der erste Referenzkörper und der zweite Referenzkörper Lokalisatoren, wie z.B. Sensorspulen aufweisen. Die Verwendung von Sensorspulen in derartigen Navigationssystemen ist grundsätzlich bekannt. Mittels der bestimmten Lagedaten des ersten Referenzkörpers und des zweiten Referenzkörpers können die tomografischen Bilddaten und weiteren Bilddaten in dem Navigationssystem auf der Anzeige überlagert dargestellt werden. Hierdurch wird eine genaue Navigation unter Zuhilfenahme intraoperativ gewonnener sowie entzerrter Röntgenbilder ermöglicht. Die Genauigkeit der Überlagerung der Bilddaten wird durch die Registrierung des ersten Referenzkörpers und des zweiten Referenzkörpers im Navigationssystem optimiert.

Die Verwendung von zwei Referenzkörpern in Kombination miteinander, von denen ein erster der Körper mit bekannter Geometrie und der zweite ein kleinerer lokaler Lokalisator am Operationsort ist erlaubt es, intraoperativ räumliche Informationen zu gewinnen und in intraoperativ erzeugte Röntgenbilder einzublenden. Es können auch zwei der Referenzkörper Körper mit bekannter Geometrie sein. Dies ermöglicht es beispielsweise aus z.T. röntgentechnisch gewonnenen Fluoroskopiebildern Rauminformationen zu gewinnen, insbesondere wenn mehrere zweidimensionale Bilder ohne Tiefeninformation (z.B. röntgentechnisch gewonnene Bilder) aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommen wurden und miteinander in Beziehung gesetzt werden.

Zusätzlich oder alternativ kann zumindest ein Teil der tomografischen oder röntgentechnisch gewonnenen Bilddaten während einer Operation (intraoperativ) aufgenommen werden und ist somit jeweils ganz aktuell. Insbesondere bietet es sich an, intraoperativ Bilddaten mittels eines kompakten Röntgengerätes wie z.B. einem C-Bogen aufzuneh- men. Häufig sind solche intraoperativ aufgenommenen Bilddaten Fluoroskopiebilder ohne Tiefeninformation, und enthalten keine Tomografien. Mit Hilfe eines oder mehrerer Referenzkörper bekannter Geometrie können dann gleichwohl Rauminformationen gewonnen werden. Letzeres gilt vor allem - aber nicht nur - dann, wenn beispielsweise auch präoperative gewonnene Bilddaten mit Rauminformation, z.B. Tomografien wie Computer- Tomografien oder Magnet-Resonanz-Tomografien vorliegen, die mit intraoperativ gewonnen Bilddaten intraoperativ verknüpft werden..

Ferner kann die erfindungsgemäße Feldspuleneinheit in einem alternativen medizinischen System zur Operationsplanung und/oder intraoperativen Navigation verwendet werden. Das alternative medizinische System weist wenigstens eine Recheneinheit, mindestens eine erste Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen von tomografischen Bilddaten eines Körperbereichs eines Patienten, mindestens eine zweite Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen von weiteren Bilddaten desselben Körperbereichs des Patienten sowie einen ersten Referenzkörper auf, wobei das medizinisches System zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art ausgebildet ist.

Bezugszeichenliste:

10 Feldspuleneinheit

12 Grundkörper

14 Durchführung

16 Generatorachse

18 Generatorkabel

20 Unterseite

22 Auswerteeinheit

24 Anzeigeeinheit

26 Anzeigekabel

28 Patientenkabel

30 Patientenlokalisator

32 elektromagnetisches Feld

40 Schädelklemme

41 Fixierknopf

42 Fixierhebel

43 Achsgelenk

44 Tischadapter

45 hufeisenförmiger Abschnitt der Schädelklemme

K Kopfstütze des Operationstischs

0 Operationstisch

P Patient