DE20015892U1

DE20015892U1 - Device for determining the position of a medical instrument or device or of a body part

Info

Publication number: DE20015892U1
Application number: DE20015892U
Authority: DE
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2010-09-15

Description

MEDIZINISCHEN INSTRUMENTES ODER GERÄTES ODERMEDICAL INSTRUMENT OR DEVICE OR EINES KÖRPERTEILSA BODY PART

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes oder Gerätes oder eines Körperteils.The invention relates to a device for determining the position of a medical instrument or device or a body part.

Bei vielen Operationsverfahren werden computerunterstützte Navigationsverfahren angewandt, dies gilt beispielsweise in der Neurochirurgie oder in der Orthopädie. Computer-assisted navigation techniques are used in many surgical procedures, for example in neurosurgery or orthopedics.

Diese Verfahren ermöglichen es, die Lage und Position von Operationsinstrumenten oder Implantaten relativ zur Lage des Patienten zu bestimmen. Bei bekannten Verfahren dieser Art werden optische Kamerasysteme in Verbindung mit aktiven Strahlungssendern oder passiven Reflektoren angewandt, die an den Instrumenten, Implantaten und Geräten befestigt werden, deren Position und Lage bestimmt werden sollen. Dabei ist es notwendig, zwischen den Kamerasystemen einerseits und den aktiven oder passiven Referenzkörpern und den Instrumenten oder Geräten andererseits eine freie Signalübertragung zu gewährleisten, das heißt im Übertragungsweg dürften sich keine die übertragende Strahlung abschirmenden Gegenstände befinden. Dies erschwert die Handhabung dieser Instrumente und Geräte außerordentlich, in vielenThese methods make it possible to determine the position of surgical instruments or implants relative to the position of the patient. In known methods of this type, optical camera systems are used in conjunction with active radiation transmitters or passive reflectors, which are attached to the instruments, implants and devices whose position and location are to be determined. It is necessary to ensure free signal transmission between the camera systems on the one hand and the active or passive reference bodies and the instruments or devices on the other hand, i.e. there must be no objects in the transmission path that shield the transmitted radiation. This makes the handling of these instruments and devices extremely difficult, in many cases

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Fällen ist eine genaue Position- und Lagebestimmung nur in Ausnahmefällen möglich oder dadurch, daß mit redundanten Systemen gearbeitet wird, die also so viele Referenzkörper aufweisen, daß eine Positionsbestimmung auch noch möglich ist, wenn einer oder einige der Referenzkörper abgedeckt sein sollten.In these cases, an exact determination of position and orientation is only possible in exceptional cases or by working with redundant systems, which have so many reference bodies that a determination of position is still possible even if one or some of the reference bodies are covered.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Positionsbestimmungsvorrichtung so auszugestalten, daß diese Nachteile vermieden werden und daß unabhängig von der Abdeckung oder Abschirmung der Vorrichtung trotzdem die Lage der Vorrichtung jederzeit bestimmbar ist.It is an object of the invention to design a generic position determining device in such a way that these disadvantages are avoided and that, regardless of the cover or shielding of the device, the position of the device can nevertheless be determined at any time.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie mindestens zwei Neigungssensoren umfaßt, die nicht parallel zueinander angeordnet sind.This object is achieved according to the invention in a device of the type described above in that it comprises at least two inclination sensors which are not arranged parallel to one another.

Diese Neigungssensoren bestimmen jeweils ihre Neigung gegenüber dem Gravitationsfeld, also gegenüber der Senkrechten. Dadurch, daß sie nicht parallel zueinander angeordnet sind, erfolgt diese Bestimmung in unterschiedlichen Richtungen, so daß die Neigung der Vorrichtung in verschiedenen Richtungen bestimmbar ist.These inclination sensors each determine their inclination relative to the gravitational field, i.e. relative to the vertical. Because they are not arranged parallel to each other, this determination takes place in different directions, so that the inclination of the device can be determined in different directions.

Es kann sich bei den Neigungssensoren um mechanische Elemente handeln, die ein der jeweiligen Neigung entsprechendes Signal erzeugen. Dieses kann vom Benutzer direkt abgelesen werden, es ist aber auch möglich, dieses Signal in einem Navigationssystem weiterzuverarbeiten. The inclination sensors can be mechanical elements that generate a signal corresponding to the respective inclination. This can be read directly by the user, but it is also possible to further process this signal in a navigation system.

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Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Neigungssensoren so angeordnet sind, daß sie die Neigung der Vorrichtung in senkrecht aufeinander stehenden Richtungen ermitteln, also insbesondere sind die Neigungssensoren senkrecht zueinander an der Vorrichtung angeordnet.In particular, it can be provided that the inclination sensors are arranged in such a way that they determine the inclination of the device in directions perpendicular to one another, i.e. in particular the inclination sensors are arranged perpendicular to one another on the device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß sie einen dritten Neigungssensor umfaßt, der zu den beiden anderen Sensoren nicht parallel angeordnet ist. Insbesondere kann der dritte Sensor senkrecht zur Richtung der anderen beiden Sensoren angeordnet sein.In a preferred embodiment, it is provided that it comprises a third inclination sensor which is not arranged parallel to the other two sensors. In particular, the third sensor can be arranged perpendicular to the direction of the other two sensors.

Damit ergibt sich eine vollständige Neigungsbestimmung der Vorrichtung im Gravitationsfeld, und zwar unabhängig davon, ob eine "Sicht"-Verbindung zwischen Navigationssystem und Vorrichtung besteht oder nicht.This results in a complete determination of the inclination of the device in the gravitational field, regardless of whether there is a "line of sight" connection between the navigation system and the device or not.

Durch die Neigungssensoren kann die Neigung der Vorrichtung relativ zum Gravitationsfeld bestimmt werden. Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zusätzlich vorgesehen ist, daß die Vorrichtung einen Magnetfeldsensor umfaßt, der die Richtung eines die Vorrichtung umgebenden Magnetfelds bestimmt, ergibt sich die Möglichkeit, die Lage der Vorrichtung im Raum absolut zu bestimmen, und zwar unabhängig von irgendeiner Referenzmessung zur einem ortsfesten Navigationssystem. Der Magnetfeldsensor wirkt somit als Kompaß, der die Orientierung der Vorrichtung im Magnetfeld bestimmt, wobei es sich dabei um das Erdmagnetfeld handeln kann oder um ein äußeres Magnetfeld, das im Operationsbereich bewußt aufgebaut wird, um lokale StörungenThe inclination sensors can be used to determine the inclination of the device relative to the gravitational field. If, according to a further preferred embodiment, the device additionally comprises a magnetic field sensor which determines the direction of a magnetic field surrounding the device, it is possible to determine the position of the device in space absolutely, independently of any reference measurement for a stationary navigation system. The magnetic field sensor thus acts as a compass which determines the orientation of the device in the magnetic field, which can be the earth's magnetic field or an external magnetic field which is deliberately built up in the operating area in order to avoid local disturbances.

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des Erdmagnetfeldes durch Elektrogeräte und andere Störquellen auszuschalten oder zu reduzieren.of the earth's magnetic field caused by electrical devices and other sources of interference.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung einen aktiven oder passiven Referenzkörper trägt, dessen Position über ein Navigationssystem feststellbar ist. Es handelt sich dabei um einen Referenzkörper und um ein Navigationssystem, wie sie an sich bereits bekannt sind. Mittels dieser Systeme werden bisher Lage und Position von Vorrichtungen im Raum bestimmt, dafür werden aber bis zu sechs derartiger Referenzkörper benötigt. Im vorliegenden Fall genügt ein einziger derartiger Referenzkörper, um neben der Orientierung der Vorrichtung im Raum, die durch die Neigungssensoren und gegebenenfalls den Magnetfeldsensor bestimmt wird, auch die absolute Position im Raum für die Vorrichtung im Raum festzustellen. Auf diese Weise lassen sich also mit nur einer Sichtverbindung zwischen einem Referenzkörper und einem Kamerasystem alle notwendigen Orientierungs- und Positionsdaten der Vorrichtung erhalten, die Handhabung eines solchen Instrumentes wird dadurch wesentlich erleichtert, denn es genügt dabei nur bei einem einzigen Referenzkörper darauf zu achten, daß die Sichtverbindung zum Kamerasystem nicht verdeckt wird.In a further preferred embodiment of the invention, the device can carry an active or passive reference body, the position of which can be determined via a navigation system. This involves a reference body and a navigation system, as are already known per se. These systems have previously been used to determine the location and position of devices in space, but up to six such reference bodies are required for this. In the present case, a single such reference body is sufficient to determine not only the orientation of the device in space, which is determined by the inclination sensors and possibly the magnetic field sensor, but also the absolute position in space for the device in space. In this way, all the necessary orientation and position data of the device can be obtained with just one line of sight between a reference body and a camera system. This makes handling such an instrument much easier, because with just one reference body it is sufficient to ensure that the line of sight to the camera system is not obscured.

Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß die Vorrichtung einen Satz von aktiven oder passiven Referenzkörpern trägt, deren Position über ein Navigationssystem feststellbar ist. In diesem Falle wird ein herkömmliches Navigationssystem mit einem Satz von beispielsweiseIn addition, the device can carry a set of active or passive reference bodies, the position of which can be determined via a navigation system. In this case, a conventional navigation system with a set of, for example,

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sechs Referenzkörpern verwendet, mit denen an sich Orientierung und Position der Vorrichtung im Raum bestimmt werden kann, zusätzlich werden diese Werte über die Neigungssensoren und gegebenenfalls die Magnetfeldsensoren ergänzt, so daß selbst bei Abdeckung der Sichtverbindung zwischen einigen Referenzkörpern und dem zugehörigen Kamerasystem eine vollständige Lage- und Orientierungsbestimmung der Vorrichtung möglich ist. Das gilt auch dann, wenn beispielsweise durch lokale Störungen der Magnetfeldsensor abweichende Meßwerte liefert. Durch die gemeinsame Berücksichtigung der Meßwerte, die durch Neigungssensoren und Magnetfeldsensor einerseits und durch das mit Referenzkörpern und Kamerasystemen arbeitende Navigationssystem andererseits bestimmt werden, lassen sich diese Systeme miteinander vergleichen, so daß die exakte Bestimmung auch dann möglich ist, wenn Meßwerte ausfallen oder klar ersichtlich verfälscht sind. Durch diese Redundanz wird eine erheblich gesteigerte Genauigkeit der Positions- und Orientierungsbestimmung ermöglicht.six reference bodies are used, with which the orientation and position of the device in space can be determined; these values are additionally supplemented by the inclination sensors and, if necessary, the magnetic field sensors, so that even if the line of sight between some of the reference bodies and the associated camera system is blocked, a complete determination of the position and orientation of the device is possible. This also applies if, for example, the magnetic field sensor delivers deviating measured values due to local interference. By taking into account the measured values determined by the inclination sensors and magnetic field sensor on the one hand and by the navigation system working with reference bodies and camera systems on the other, these systems can be compared with one another, so that an exact determination is possible even if measured values fail or are clearly falsified. This redundancy enables a significantly increased accuracy of the position and orientation determination.

Es ist vorteilhaft, wenn die Neigungssensoren und gegebenenfalls der Magnetfeldsensor über eine Signalübertragungsstrecke mit einer Datenverarbeitungseinrichtung verbunden sind, die aus den übermittelten Signalen der Sensoren die Neigung der Vorrichtung relativ zum Gravitationsfeld und gegebenenfalls relativ zum umgebenden Magnetfeld bestimmt.It is advantageous if the inclination sensors and, if applicable, the magnetic field sensor are connected via a signal transmission path to a data processing device which determines the inclination of the device relative to the gravitational field and, if applicable, relative to the surrounding magnetic field from the transmitted signals of the sensors.

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Dabei kann diese Signalübertragungsstrecke bei einer ersten Ausführungsform eine Übertragungsleitung umfassen, über die die Signale übertragen werden.In a first embodiment, this signal transmission path can comprise a transmission line via which the signals are transmitted.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Signalübertragungsstrecke Sender und Empfänger umfaßt, die die Signale drahtlos zwischen sich übertragen. Dadurch wird die Handhabbarkeit der Vorrichtung wesentlich verbessert .However, it is particularly advantageous if the signal transmission path includes a transmitter and a receiver that transmit the signals wirelessly between them. This significantly improves the handling of the device.

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

Figur 1: ein chirurgisches Instrument mit einerFigure 1: a surgical instrument with a

Positionsbestimmungsvorrichtung, die drei Neigungssensoren, einen Magnetfeldsensor und einen passiven Referenzkörper umfaßt;Position determining device comprising three inclination sensors, a magnetic field sensor and a passive reference body;

Figur 2: eine Positionsbestimmungsvorrichtung ähnlich Figur 1, jedoch mit nur zwei Neigungssensoren und mit einer Verbindungsvorrichtung zu einer Knochenschraube;Figure 2: a position determining device similar to Figure 1, but with only two inclination sensors and with a connection device to a bone screw;

Figur 3: eine Positionsbestimmungsvorrichtung ähnlich Figur 2 ohne einzelnen Referenzkörper und mit einem Satz von Referenzkörpern undFigure 3: a position determining device similar to Figure 2 without a single reference body and with a set of reference bodies and

Figur 4: eine Positionsbestimmungsvorrichtung ähnlich Figur 3 ohne Magnetfeldsensor.Figure 4: a position determining device similar to Figure 3 without magnetic field sensor.

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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 1 dient der Bestimmung der Orientierung und gegebenenfalls der Position eines medizinischen Instrumentes, eines medizinischen Gerätes, eines Implantates, eines Körperteiles etc. und wird zu diesem Zweck mit dem Gegenstand, dessen Position und Orientierung zu bestimmen ist, starr verbunden.The device 1 shown in the drawing serves to determine the orientation and, if applicable, the position of a medical instrument, a medical device, an implant, a body part, etc. and is, for this purpose, rigidly connected to the object whose position and orientation are to be determined.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist dieser Gegenstand beispielsweise ein chirurgischer Taster 2 mit einer Tastspitze 3 und einem Griff 4, an dessen rückwärtigem Ende die Vorrichtung 1 starr mit dem Griff 4 verbunden angeordnet ist.In the embodiment of Figure 1, this object is, for example, a surgical probe 2 with a probe tip 3 and a handle 4, at the rear end of which the device 1 is arranged rigidly connected to the handle 4.

Diese Vorrichtung 1 umfaßt drei in zylindrischen Gehäusen aufgenommene Neigungssensoren 5, 6, 7, die über jeweils senkrecht aufeinanderstehende Verbindungsstäbe 8, 9 beziehungsweise 10 so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen jeweils senkrecht aufeinanderstehen. Die Neigungssensoren 5, 6, 7 können sogenannte elektronische Wasserwaagen sein, also Sensoren, die bei einer Neigung gegenüber dem Gravitationsfeld Signale erzeugen, die von der jeweiligen Neigung gegenüber dem Gravitationsfeld abhängig sind und die damit den Neigungswinkel gegenüber dem Gravitationsfeld anzeigen.This device 1 comprises three inclination sensors 5, 6, 7 housed in cylindrical housings, which are arranged via connecting rods 8, 9 and 10, respectively, which are perpendicular to one another, such that their longitudinal axes are perpendicular to one another. The inclination sensors 5, 6, 7 can be so-called electronic spirit levels, i.e. sensors which, when inclined relative to the gravitational field, generate signals which depend on the respective inclination relative to the gravitational field and which thus indicate the angle of inclination relative to the gravitational field.

Als Neigungssensoren können beispielsweise Piezokristalle verwendet werden, auf denen mit Wechselspannungen passender Frequenz Oberflächenwellen erzeugt werden. In diesen Wellen speichern die Piezokristalle eingespeiste Energie für kurze Zeit zwischen und sendenPiezo crystals can be used as inclination sensors, for example, on which surface waves are generated using alternating voltages of a suitable frequency. In these waves, the piezo crystals store the energy fed in for a short time and transmit

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sie dann wieder an ein Abfragegerät zurück, wobei die Oberflächenwellen durch äußere Einflüsse verändert werden können, beispielsweise durch unterschiedliche Drükke, die auf die Piezokristalle wirken. Bei einem Neigungssensor läßt sich dieser Effekt dadurch ausnützen, daß auf einen solchen Piezo-Kristall je nach Neigung unterschiedlich große Kräfte eines Sensorkörpers wirken und dadurch die Oberflächenwellen verändern; diese Änderungen der Oberflächenwellen können dann von einem geeigneten Meßgerät festgestellt werden. Ein großer Vorteil einer solchen Anordnung liegt auch darin, daß die Oberflächenwellen auf derartigen Piezokristallen durch eine elektromagnetisches Feld drahtlos angeregt werden können und zur Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes führen, welches ebenfalls drahtlos empfangen werden kann, das heißt diese Sensoren wirken nicht nur als Sensoren, sondern gleichzeitig auch als Sender zur drahtlosen Übermittlung der entsprechenden Meßsignale, im vorliegenden Fall also der Neigung der Neigungssensoren gegenüber dem Gravitationsfeld.they are then sent back to an interrogation device, whereby the surface waves can be changed by external influences, for example by different pressures acting on the piezo crystals. In an inclination sensor, this effect can be exploited by applying different forces of a sensor body to such a piezo crystal depending on the inclination, thereby changing the surface waves; these changes in the surface waves can then be detected by a suitable measuring device. A major advantage of such an arrangement is that the surface waves on such piezo crystals can be excited wirelessly by an electromagnetic field and lead to the emission of an electromagnetic field, which can also be received wirelessly, i.e. these sensors act not only as sensors, but also as transmitters for the wireless transmission of the corresponding measurement signals, in this case the inclination of the inclination sensors in relation to the gravitational field.

Geeignete Piezokristalle können beispielsweise aus Quarz bestehen.Suitable piezo crystals can, for example, be made of quartz.

Zusätzlich ist an der Vorrichtung 1 ein Magnetfeldsensor 11 angeordnet, der in der Zeichnung schematisch als zylindrisches Gehäuse dargestellt ist und der im Prinzip ein Magnetfeldkompaß ist. Dieser Magnetfeldsensor 11 erzeugt Signale, die von der Neigung des Magnetfeldsensors 11 gegenüber einem umgebenden Magnetfeld abhän-In addition, a magnetic field sensor 11 is arranged on the device 1, which is shown schematically in the drawing as a cylindrical housing and which is in principle a magnetic field compass. This magnetic field sensor 11 generates signals which depend on the inclination of the magnetic field sensor 11 with respect to a surrounding magnetic field.

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gig sind, dadurch ist also der Winkel zwischen diesem Magnetfeld und dem Magnetfeldsensor 11 feststellbar.thus the angle between this magnetic field and the magnetic field sensor 11 can be determined.

Ein solcher Magnetfeldsensor kann beispielsweise gebildet werden durch einen sogenannten magnetoresistiven Sensor. Derartige Sensoren basieren auf dem Effekt, daß der elektrische Widerstand einer dünnen anisotropen ferromagnetisehen Schicht durch ein magnetisches Feld verändert wird. Dadurch spielt der Winkel zwischen Magnetisierungsrichtung und Stromrichtung eine entscheidende Rolle. Laufen beide parallel ist der Widerstand am größten, bei einem rechten Winkel zwischen beiden am kleinsten. Die maximale Widerstandsänderung liegt in der Größenordnung von einigen Prozent vom Gesamtwiderstand. Ein solcher Sensor kann beispielsweise durch einen Streifen aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehen (ca. 80% Nickel, 20% Eisen). Während des Fertigungsprozesses wird diesem Legierungsstreifen eine magnetische Vorzugsrichtung in Längsrichtung des Streifens gegeben.Such a magnetic field sensor can be formed, for example, by a so-called magnetoresistive sensor. Such sensors are based on the effect that the electrical resistance of a thin anisotropic ferromagnetic layer is changed by a magnetic field. As a result, the angle between the direction of magnetization and the direction of current plays a decisive role. If both run parallel, the resistance is greatest; if there is a right angle between the two, it is smallest. The maximum change in resistance is in the order of a few percent of the total resistance. Such a sensor can, for example, consist of a strip made of a nickel-iron alloy (approx. 80% nickel, 20% iron). During the manufacturing process, this alloy strip is given a preferred magnetic direction in the longitudinal direction of the strip.

An dem Magnetfeldsensor 11 ist schließlich noch ein Referenzkörper 12 in Form einer reflektierenden Kugel angeordnet, dieser Referenzkörper 12 kann in an sich bekannter Weise im Rahmen eines Navigationssystemes eingesetzt werden. Ein solches Navigationssystem sendet beispielsweise eine Lichtstrahlung in Richtung auf die Vorrichtung 1 aus, diese wird am Referenzkörper 12 reflektiert und die reflektierte Strahlung wird von einem Kamerasystem aufgenommen, das aus der Richtung der Reflexion und/oder der Laufzeit der Strahlung die Position des Referenzkörpers 12 bestimmt. Auf diese Weise er-Finally, a reference body 12 in the form of a reflective sphere is arranged on the magnetic field sensor 11. This reference body 12 can be used in a manner known per se as part of a navigation system. Such a navigation system emits, for example, light radiation in the direction of the device 1, which is reflected on the reference body 12 and the reflected radiation is recorded by a camera system that determines the position of the reference body 12 from the direction of the reflection and/or the travel time of the radiation. In this way,

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hält man den Abstand des Referenzkörpers 12 und die Winkellage des Referenzkörpers 12 im Bezug auf das Kamerasystem. the distance of the reference body 12 and the angular position of the reference body 12 in relation to the camera system are maintained.

Die Neigungssensoren 5, 6, 7 und der Magnetfeldsensor 11 sind über eine Verbindungsleitung 13 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Datenverarbeitungsanlage verbunden, diese empfängt die Signale der Neigungssensoren und des Magnetfeldsensors und bestimmt aus diesen Signalen die Orientierung der Vorrichtung relativ zum Gravitationsfeld und relativ zum umgebenden Magnetfeld. Aus diesen Daten kann also die Lage der Vorrichtung 1 im Raum eindeutig bestimmt werden, über die bereits beschriebene Positionsbestimmung des Referenzkörpers 12 erhält man auf diese Weise eine vollständige Information über Orientierung und Position der Vorrichtung 1 im Raum, und damit natürlich auch über Orientierung und Position des chirurgischen Tasters im Raum.The inclination sensors 5, 6, 7 and the magnetic field sensor 11 are connected via a connecting line 13 to a data processing system (not shown in the drawing). This receives the signals from the inclination sensors and the magnetic field sensor and uses these signals to determine the orientation of the device relative to the gravitational field and relative to the surrounding magnetic field. The position of the device 1 in space can therefore be clearly determined from these data. The position determination of the reference body 12 described above thus provides complete information about the orientation and position of the device 1 in space, and thus of course also about the orientation and position of the surgical probe in space.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Vorrichtung 1 im wesentlichen gleich aufgebaut wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1, einander entsprechende Teile tragen daher dieselben Bezugszeichen.In the embodiment of Figure 2, the device 1 is constructed essentially the same as in the embodiment of Figure 1, and corresponding parts therefore bear the same reference numerals.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind nur zwei Neigungssensoren 5, 6 vorgesehen, und die Vorrichtung ist nicht mit einem chirurgischen Instrument verbunden, sondern über ein Kupplungsstück 14 starr mit einer Knochenschraube 15 verbindbar, die in den Knochen eines Patienten eingeschraubt werden kann. Wenn die Vorrich-In the embodiment of Figure 2, only two inclination sensors 5, 6 are provided, and the device is not connected to a surgical instrument, but can be rigidly connected via a coupling piece 14 to a bone screw 15 that can be screwed into the bone of a patient. When the device

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tung 1 auf eine in dieser Weise aufgeschraubte Knochenschraube 15 aufgesetzt ist, ist es dadurch möglich, die Lage und Position des Knochens des Patienten im Raum exakt zu bestimmen.device 1 is placed on a bone screw 15 screwed on in this way, it is possible to determine the location and position of the patient's bone in space exactly.

Die Vorrichtung 1 der Figur 3 entspricht im wesentlichen der der Figur 2, einander entsprechende Teile tragen daher dieselben Bezugszeichen.The device 1 of Figure 3 corresponds essentially to that of Figure 2, corresponding parts therefore bear the same reference numerals.

Bei der Vorrichtung 1 fehlt in diesem Falle der Referenzkörper 12, statt dessen ist an der Vorrichtung 1 ein Halter 16 starr befestigt, der mehrere Referenzkörper 17 trägt, beispielsweise sechs derartige Referenzkörper, die in gleicher Weise wie der Referenzkörper 12 Teil eines Navigationssystemes sind, beispielsweise können die Referenzkörper 17 reflektierende Flächen sein. Über dieses Navigationssystem kann die Lage und Orientierung der Referenzkörper 17 und damit des Halters 16 im Raum bestimmt werden, gleichzeitig lassen sich über die Neigungssensoren 5, 6 und den Magnetfeldsensor 11 auch Daten über die Lage der Vorrichtung 1 im Raum gewinnen, und diese Meßdaten können in der Datenverarbeitungsanlage miteinander verglichen werden, so daß Korrekturen von offensichtlich fehlerhaften oder ausfallenden Meßergebnissen möglich sind.In this case, the device 1 lacks the reference body 12; instead, a holder 16 is rigidly attached to the device 1, which supports several reference bodies 17, for example six such reference bodies, which are part of a navigation system in the same way as the reference body 12; for example, the reference bodies 17 can be reflective surfaces. The position and orientation of the reference bodies 17 and thus of the holder 16 in space can be determined via this navigation system; at the same time, data on the position of the device 1 in space can also be obtained via the inclination sensors 5, 6 and the magnetic field sensor 11, and these measurement data can be compared with one another in the data processing system, so that corrections of obviously incorrect or inaccurate measurement results are possible.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 entspricht dem der Figur 3 fast vollständig, einander entsprechende Teile tragen daher dieselben Bezugszeichen. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 fehlt der Magnetfeldsensor, so daß lediglich über zwei Neigungssensoren 5, 6 die Lage derThe embodiment of Figure 4 corresponds almost completely to that of Figure 3, corresponding parts therefore have the same reference numerals. In the embodiment of Figure 4, the magnetic field sensor is missing, so that the position of the

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Vorrichtung 1 gegenüber dem Gravitationsfeld feststellbar ist, nicht aber gegenüber dem umgebenden Magnetfeld. Device 1 can be detected relative to the gravitational field, but not relative to the surrounding magnetic field.

Die Vorrichtung 1 kann bei allen Anwendungen, also an Geräten, Instrumenten, Implantaten, Körperteilen etc. unterschiedliche Ausgestaltungen annehmen, wie sie in den Figuren 1 bis 4 beispielhaft dargestellt sind, es ist also ohne weiteres möglich, die unterschiedlichen Ausgestaltungen und die unterschiedlichen Anwendungsfälle nach Bedarf miteinander zu kombinieren.The device 1 can take on different designs for all applications, i.e. on devices, instruments, implants, body parts, etc., as shown by way of example in Figures 1 to 4, so it is easily possible to combine the different designs and the different applications as required.

Die Signalübertragung von der Vorrichtung 1 zur Datenverarbeitungseinrichtung muß auch nicht notwendig über eine Verbindungsleitung 13 erfolgen, sondern es ist vorteilhaft, diese Signalübertragung drahtlos vorzunehmen, dadurch wird die Handhabung des Gegenstandes erleichtert, an dem die Vorrichtung 1 befestigt ist.The signal transmission from the device 1 to the data processing device does not necessarily have to take place via a connecting line 13, but it is advantageous to carry out this signal transmission wirelessly, thereby facilitating the handling of the object to which the device 1 is attached.

Claims

1. Device for determining the position of a medical instrument or device or of a body part, characterized in that it comprises at least two inclination sensors ( 5 , 6 ) which are not arranged parallel to one another.

2. Device according to claim 1, characterized in that the inclination sensors ( 5 , 6 ) are arranged such that they determine the inclination of the device ( 1 ) in mutually perpendicular directions.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a third inclination sensor ( 7 ) which is not arranged parallel to the other two inclination sensors ( 5 , 6 ).

4. Device according to claim 3, characterized in that the third inclination sensor ( 7 ) is arranged perpendicular to the direction of the other two inclination sensors ( 5 , 6 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a magnetic field sensor ( 11 ) which determines the direction of a magnetic field surrounding the device ( 1 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it carries an active or passive reference body ( 12 ) whose position can be determined via a navigation system.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it carries a set of active or passive reference bodies ( 17 ) whose position can be determined via a navigation system.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inclination sensors ( 5 , 6 , 7 ) and optionally the magnetic field sensor ( 11 ) are connected via a signal transmission path to a data processing device which determines the inclination of the device ( 1 ) relative to the gravitational field and optionally relative to the surrounding magnetic field from the transmitted signals of the sensors ( 5 , 6 , 7 ; 11 ).

9. Device according to claim 8, characterized in that the signal transmission path comprises a transmission line ( 13 ).

10. Device according to claim 8, characterized in that the signal transmission path comprises transmitters and receivers which transmit the signals wirelessly between them.