DE10239710A1 - Surgical instrument has handle with exchangeable tool set fitted with transponders to provide individual geometric data to navigation control processor - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Um bei einem ärztlichen Instrument mit einem Handstück und mit einem auswechselbar daran gehaltenen Werkzeug zur Ausmessung der Bearbeitung eines menschlichen oder tierischen Körpers die Bearbeitung oder Ausmessung mit Werkzeugen unterschiedlicher Geometrie vereinfacht durchführen zu können, wird vorgeschlagen, daß dem Handstück ein Satz von auswechselbaren Werkzeugen mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen zugeordnet ist, daß jedes Werkzeug des Satzes einen Transponder trägt, in dem eine eindeutige Kennzeichnung für dieses Werkzeug gespiechert ist, daß eine Datenverarbeitungsanlage mit einem Lesegerät für den Transponder vorgesehen ist, und daß in der Datenverarbeitungsanlage ein Datensatz erzeugt wird, der die geometrischen Daten des jeweils am Handstück gehaltenen Werkzeuges aus dem Satz enthält.In order to be able to carry out the processing or measurement with tools of different geometries in a simplified manner in the case of a medical instrument with a handpiece and with an interchangeably held tool for measuring the machining of a human or animal body, it is proposed that the set of interchangeable tools with different tools Geometric dimensions is assigned that each tool of the set carries a transponder, in which a unique identification for this tool is spewed, that a data processing system is provided with a reader for the transponder, and that a data record is generated in the data processing system, which the geometric Contains data of the tool held on the handpiece from the set.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein ärztlichesInstrument mit einem Handstückund mit einem auswechselbar daran gehaltenen Werkzeug zur Ausmessung oderBearbeitung eines menschlichen oder tierischen Körpers.The invention relates to a medicalInstrument with a handpieceand with an interchangeably held tool for measuring orProcessing a human or animal body.

Derartige ärztliche Instrumente werdenvielfältigeingesetzt, um den menschlichen Körper zu bearbeiten oder umihn auszumessen. Beispielsweise kann das Werkzeug ein rotierenderFräsersein, mit dem eine Ausnehmung zum Einsetzen eines Implantates ineinen Knochen geschaffen wird, es kann sich bei dem ärztlichenInstrument um einen Bohrer oder einen Fräser handeln, das Werkzeug kannein Probeimplantat in Form einer Halbkugel sein, mit der eine vorbereiteteAusnehmung in einen Knochen kontrolliert wird etc.Such medical instruments will bediverseused to work on or around the human bodyto measure him. For example, the tool can be rotatingmilling cutterbe with which a recess for inserting an implant ina bone is created, it can affect the medicalInstrument is a drill or milling cutter, the tool cana trial implant in the form of a hemisphere with which a prepared oneRecess in a bone is checked etc.

Sowohl zur Bearbeitung des Körpers als auchzu dessen Ausmessung sind dabei unterschiedlich dimensionierte Werkzeugenotwendig, je nachdem in welcher Größe beispielsweise eine Ausnehmungin den Knochen eingearbeitet werden soll oder entsprechend der jeweiligenGröße einereingearbeiteten Ausnehmung, wenn diese ausgemessen werden soll.Both for processing the body as wellDifferent sized tools are used to measure itnecessary, depending on the size, for example, a recessto be worked into the bone or according to the respectiveSize oneincorporated recess if this is to be measured.

Bisher ist der Arzt darauf angewiesen,ein Werkzeug, das auf das Handstückaufgesetzt worden ist, selbst zu identifizieren und dann die Identifikation diesesWerkzeuges z. B. einer Datenverarbeitungsanlage durch Tastatureingabezu übermitteln,damit die Datenverarbeitungsanlage das aufgesetzte Werkzeuge identifiziertund beispielsweise mit den dort in einem Speicher abgelegten geometrischen Datendieses Werkzeuges koordiniert. Ein solches Vorgehen ist kompliziertund kann zu Fehlern führen.So far, the doctor has relied ona tool on the handpiecehas been set up to identify yourself and then the identification of thisTool z. B. a data processing system by keyboard inputto conveyso that the data processing system identifies the attached toolsand for example with the geometric data stored there in a memorycoordinated this tool. This is a complicated procedureand can lead to errors.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eingattungsgemäßes ärztlichesInstrument so auszugestalten, daß die Identifizierung der Werkzeugevereinfacht wird.It is an object of the inventiongeneric medicalDesign the instrument so that the identification of the toolsis simplified.

Diese Aufgabe wird bei einem ärztlichenInstrument der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurchgelöst,daß demHandstück einSatz von auswechselbaren Werkzeugen mit unterschiedlichen geometrischenAbmessungen zugeordnet ist, daß jedesWerkzeug des Satzes einen Transponder trägt, in dem eine eindeutigeKennzeichnung fürdieses Werkzeug gespeichert ist, daß eine Datenverarbeitungsanlagemit einem Lesegerät für den Transpondervorgesehen ist und daß inder Datenverarbeitungsanlage ein Datensatz erzeugt wird, der diegeometrischen Daten des jeweils am Handstück gehaltenen Werkzeuges ausdem Satz enthält.This task is done by a medicalInstrument of the type described in the introduction thereby according to the inventionsolved,that theHandpieceSet of interchangeable tools with different geometricalDimensions is assigned that eachTool of the set carries a transponder in which a uniqueLabeling forthis tool is stored that a data processing systemwith a reader for the transponderis provided and that inthe data processing system a data record is generated whichgeometric data of the tool held on the handpiececontains the sentence.

Wenn der Benutzer also ein Werkzeugaus diesem Satz von Werkzeugen in das Handstück einsetzt, kann das Lesegerät dieseseingesetzte Werkzeug überden Transponder genau identifizieren und diese Identifikationskennzeichnungeiner Datenverarbeitungsanlage zuführen, die ihrerseits die für diesesWerkzeug geltenden geometrischen Daten in einem Datensatz ablegt.Dabei könnendie geometrischen Daten unmittelbar aus der Transponderkennzeichnungabgeleitet werden, es ist aber auch möglich, die Transponderkennzeichnungzu verwenden, um einen in der Datenverarbeitungsanlage gespeichertenGeometrie-Datensatz fürdieses spezielle Werkzeug aufzurufen.So if the user has a toolfrom this set of tools in the handpiece, the reader can do thisused tool overexactly identify the transponder and this identification markto a data processing system, which in turn is responsible for thisTool stores valid geometric data in a data record.You canthe geometric data directly from the transponder identificationcan be derived, but it is also possible to identify the transponderto use one stored in the data processing systemGeometry data set forto call this particular tool.

Günstigist es, wenn die Datenverarbeitungsanlage die Daten des Datensatzeseinem Navigationssystem zuführt,welches Position und Orientierung des Handstückes relativ zum Körper bestimmt undaus den so gewonnenen Positionsdaten und den Daten des Datensatzesdie genaue Meß-oder Bearbeitungsstelle des Werkzeuges bestimmt. Auf diese Weisekann das Navigationssystem auch bei verschiedenen Werkzeugen desSatzes in jedem Falle genau angeben, wo die wirksame Stelle oderFläche desWerkzeuges sich relativ zu dem zu bearbeitenden oder auszumessendenKörpergerade befindet.Cheapit is when the data processing system receives the data of the data setfeeds to a navigation system,which determines the position and orientation of the handpiece relative to the body andfrom the position data thus obtained and the data of the data setthe exact measuringor processing point of the tool. In this waycan the navigation system also with different tools of theSpecify in each case exactly where the effective place orArea ofTool relative to the one to be machined or measuredbodyis currently located.

Die Datenverarbeitungsanlage könnte die Datendes Datensatzes auch dazu verwenden, die Betriebsdaten des Handstückes zuverändern,beispielsweise die Drehzahl bei einem Fräser.The data processing system could use the dataof the data set also to use the operating data of the handpiecechange,for example the speed of a milling cutter.

Es ist günstig, wenn der Transponderin das Werkzeug integriert ist, insbesondere kann er in einer Ausnehmungdes Werkzeuges angeordnet sein.It is convenient if the transponderis integrated in the tool, in particular it can be in a recessof the tool.

Besonders geschützt ist ein Transponder dann,wenn er in das Werkzeug eingegossen ist.A transponder is particularly protectedwhen it is poured into the tool.

Der Transponder kann ein herkömmlicher Transpondersein, dem elektrische Energie übereine Induktionsspule zugeführtwird, die sich ebenfalls am Werkzeug befindet. Bei einer besondersbevorzugten Ausführungsformist der Transponder ein Oberflächenwellensensor,ein solcher kann die Energie aus dem umgebenden Strahlungsfeld desLesegerätes entnehmenund benötigtkeine Induktionsspule.The transponder can be a conventional transponderbe over which electrical energyfed an induction coilwhich is also on the tool. With one particularlypreferred embodimentthe transponder is a surface wave sensor,such a can the energy from the surrounding radiation field of theRemove the readerand neededno induction coil.

Anwendbar ist das beschriebene Konzept beiBearbeitungswerkzeugen, beispielsweise bei Fräsern, Bohrern, Sägen, Raspelnoder dergleichen, aber auch bei Meß- und Führungsinstrumenten, beispielsweisebei Probeimplantaten, Sägeschablonen oderdergleichen.The concept described is applicable toMachining tools, for example for milling cutters, drills, saws, raspsor the like, but also with measuring and guiding instruments, for examplefor trial implants, saw templates orlike.

Die nachfolgende Beschreibung einerbevorzugten Ausführungsformder Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.Es zeigen:The following description of apreferred embodimentthe invention serves in conjunction with the drawing for a more detailed explanation.Show it:

1:eine schematische Darstellung eines ärztlichen Instrumentes miteinem Navigationssystem und einer Datenverarbeitungsanlage; 1 : a schematic representation of a medical instrument with a navigation system and a data processing system;

2:eine Querschnittsansicht durch einen Kugelfräser mit einem eingebettetenTransponder und einer eingebetteten Induktionsspule; 2 : a cross-sectional view through a ball milling cutter with an embedded transponder and an embedded induction coil;

3:eine Ansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Kugelkopffräsers miteinem eingesetzten Transponder ohne Induktionsspule. 3 : a view of a modified Embodiment of a ball end mill with an inserted transponder without an induction coil.

In der Zeichnung ist als Beispieleines ärztlichenInstrumentes1 ein Fräserdargestellt mit einem in der Zeichnung nur schematisch und teilweisedargestellten Handstück2 undeinem übereinen längerenSchaft3 in dieses eingesetzten Kugelfräser4. Dieses Instrumentkann beispielsweise verwendet werden, um in einem Hüftknochen5 einehalbkugelförmigeVertiefung6 herzustellen, in die dann die Pfanne einerHüftgelenkprotheseeingesetzt werden kann.In the drawing is an example of a medical instrument 1 a milling cutter shown with a handpiece shown only schematically and partially in the drawing 2 and one over a longer shaft 3 in this inserted ball mill 4 , This instrument can be used, for example, in a hip bone 5 a hemispherical depression 6 to manufacture, in which the socket of a hip joint prosthesis can then be inserted.

An dem Handstück2 ist ein Markierelement7 festgelegt,welches drei in festem Abstand zueinander stehende kugelförmige Reflexionskörper8 aufweist.Ein Navigationssystem9 mit drei im Abstand zueinanderangeordneten Sendeund Empfangseinheiten10 kann in an sichbekannter Weise, beispielsweise mittels Infrarotstrahlung, die Positionund Orientierung des Markierelementes7 im Raum feststellenund damit auch die Position und Orientierung des Handstückes2.On the handpiece 2 is a marking element 7 determined which three spherical reflecting bodies at a fixed distance from each other 8th having. A navigation system 9 with three transmitting and receiving units arranged at a distance from each other 10 can, in a manner known per se, for example by means of infrared radiation, the position and orientation of the marking element 7 in the room and thus also the position and orientation of the handpiece 2 ,

Ein entsprechendes Markierelement11 ist amHüftknochen5 festgelegt,so daß dasNavigationssystem9 auch die Position und die Orientierung desHüftknochens5 bestimmenkann.A corresponding marking element 11 is on the hip bone 5 set so that the navigation system 9 also the position and orientation of the hip bone 5 can determine.

In dem Kugelfräser4 ist beim Ausführungsbeispielder2 in einer randseitigenAusnehmung12 ein Transponder13 eingesetzt, derdort mittels einer Vergußmasseabgedeckt ist. In einer weiteren Ausnehmung14 befindetsich eine Induktionsspule15, die mit dem Transponder13 elektrischverbunden ist. Einer Datenverarbeitungsanlage16 ist einLesegerät17 zugeordnet,welches mit dem Transponder13 durch Aussenden und Empfangenvon elektromagnetischer Strahlung verbunden ist und in an sich bekannterWeise eine im Transponder13 abgelegte Codierung empfangenkann, wenn der Transponder13 sich in der Nähe des Lesegerätes17 befindetund dieses elektromagnetische Strahlung aussendet und wieder empfängt. Einesolche Codierung kann das Lesegerät17 der Datenverarbeitungsanlage16 zuführen unddort einen dieser Codierung zugeordneten Datensatz auswählen, indem geometrische Daten des Kugelfräsers4 abgelegt sind,dessen Transpondercodierung gerade festgestellt worden ist.In the ball end mill 4 is in the embodiment of 2 in an edge recess 12 a transponder 13 used, which is covered there by a potting compound. In another recess 14 there is an induction coil 15 using the transponder 13 is electrically connected. A data processing system 16 is a reader 17 assigned, which with the transponder 13 is connected by sending and receiving electromagnetic radiation and in a manner known per se in the transponder 13 stored coding can receive if the transponder 13 close to the reader 17 and emits and receives electromagnetic radiation again. Such a coding can be done by the reader 17 the data processing system 16 feed and there select a data set assigned to this coding, in the geometric data of the ball mill 4 are stored, the transponder coding of which has just been determined.

Diese ausgewählten geometrischen Daten gehören somitzu dem in das Handstück2 eingesetztenKugelfräser4,sie geben an, wie die Schneidflächedes Kugelfräsers4 relativzum Handstück2 angeordnetist. Das Navigationssystem9 kann somit aus der Lage desMarkierelementes7 nicht nur die Lage des Handstückes2 bestimmen,sondern unter Verwendung der geometrischen Daten des Kugelfräsers4 auchdie Lage an dessen Schneidfläche.This selected geometric data thus belongs to the one in the handpiece 2 used ball mill 4 , they indicate how the cutting surface of the ball mill 4 relative to the handpiece 2 is arranged. The navigation system 9 can thus from the position of the marking element 7 not just the position of the handpiece 2 determine, but using the geometric data of the ball mill 4 also the location on its cutting surface.

Wird ein anderer Kugelfräser4 auseinem Satz von mehreren fürdiesen Operationsvorgang vorgesehenen Kugelfräsern in das Handstück2 eingesetzt,so kann der Benutzer in der beschriebenen Weise die Codierung desin diesen Kugelfräser4 eingesetztenTransponders13 durch das Lesegerät17 feststellen undeinen dieser Codierung entsprechenden Datensatz mit geometrischenDaten auswählen unddem Navigationssystem9 zuführen. Das Navigationssystemkann damit bei jedem in das Handstück2 eingesetztenKugelfräser4 desSatzes sofort die Position der Schneidfläche dieses Kugelfräsers gegenüber demHandstückfeststellen.Will another ball mill 4 from a set of several ball cutters intended for this surgical procedure into the handpiece 2 used, the user can encode in the manner described in this ball mill 4 used transponders 13 through the reader 17 determine and select a data record with geometric data corresponding to this coding and the navigation system 9 respectively. The navigation system can thus be placed in the handpiece of everyone 2 used ball mill 4 the position of the cutting surface of this ball mill relative to the handpiece.

Bei dem in3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelleeines herkömmlichenTransponders13 ein Oberflächenwellensensor18 inden Kugelfräser4 eingesetzt,dieser benötigtkeine spezielle Induktionsspule, da derartige Oberflächenwellensensorendurch sehr kleine elektromagnetische Felder zu mechanischen Oberflächenwellenschwingungen angeregtwerden können,die dann ihrerseits wieder zur Abstrahlung einer elektromagnetischenWelle führen.Diese abgestrahlte elektromagnetische Welle enthält Informationen über dieCodierung des Oberflächenwellensensors,dieser kann also durch das Lesegerät eindeutig identifiziert werden.At the in 3 illustrated embodiment is instead of a conventional transponder 13 a surface wave sensor 18 in the ball end mill 4 used, this does not require a special induction coil, because such surface wave sensors can be excited by very small electromagnetic fields to mechanical surface wave vibrations, which in turn then lead to the emission of an electromagnetic wave. This emitted electromagnetic wave contains information about the coding of the surface wave sensor, which can therefore be clearly identified by the reading device.

Claims (6)

Translated fromGerman

ÄrztlichesInstrument mit einem Handstück undmit einem auswechselbar daran gehaltenen Werkzeug zur Ausmessungoder Bearbeitung eines menschlichen oder tierischen Körpers,dadurchgekennzeichnet, daß demHandstück(2) ein Satz von auswechselbaren Werkzeugen (4)zugeordnet ist, daß jedesWerkzeug (4) des Satzes einen Transponder (13;18)trägt,in dem eine eindeutige Kennzeichnung für dieses Werkzeug (4)gespeichert ist, daß eineDatenverarbeitungsanlage (16) mit einem Lesegerät (17)für denTransponder (13;18) vorgesehen ist, und daß in derDatenverarbeitungsanlage (16) ein Datensatz erzeugt wird,der die geometrischen Daten des jeweils am Handstück (2)gehaltenen Werkzeuges (4) aus dem Satz enthält.Medical instrument with a handpiece and with an interchangeably held tool for measuring or processing a human or animal body,characterized in that the handpiece ( 2 ) a set of interchangeable tools ( 4 ) is assigned that each tool ( 4 ) of the set a transponder ( 13 ; 18 ) with a clear identification for this tool ( 4 ) is stored that a data processing system ( 16 ) with a reader ( 17 ) for the transponder ( 13 ; 18 ) is provided and that in the data processing system ( 16 ) a data record is generated that contains the geometric data of the respective handpiece ( 2 ) held tool ( 4 ) from the sentence.Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanlage(16) die Daten des Datensatzes einem Navigationssystem(9) zuführt,welches Position und Orientierung des Handstückes (2) relativ zumKörper(5) bestimmt und aus den so gewonnenen Positionsdaten undden Daten des Datensatzes die genaue Meß- oder Bearbeitungsstelledes Werkzeuges (4) bestimmt.Instrument according to claim 1, characterized in that the data processing system ( 16 ) the data of the data set to a navigation system ( 9 ) which position and orientation of the handpiece ( 2 ) relative to the body ( 5 ) determines and from the position data thus obtained and the data of the data set the exact measuring or processing point of the tool ( 4 ) certainly.Instrument nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß derTransponder (13;18) in das Werkzeug (4)integriert ist.Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the transponder ( 13 ; 18 ) in the tool ( 4 ) is integrated.Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder(13;18) in einer Ausnehmung (12) desWerkzeuges (4) angeordnet ist.Instrument according to claim 3, characterized in that the transponder ( 13 ; 18 ) in a recess ( 12 ) of the tool ( 4 ) is arranged.Instrument nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder(13;18) in das Werkzeug (4) eingegossenist.Instrument according to claim 3 or 4, characterized in that the transponder ( 13 ; 18 ) in the Tool ( 4 ) is cast in.Instrument nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß derTransponder (18) ein Oberflächenwellensensor ist.Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the transponder ( 18 ) is a surface wave sensor.