本發(fā)明涉及具有自主導(dǎo)航的手持式外科器具。手持式外科器具包括柄部、器械軸以及導(dǎo)航裝置，該導(dǎo)航裝置包括設(shè)置鍵和構(gòu)造成當(dāng)啟動(dòng)設(shè)置鍵時(shí)儲(chǔ)存用于位置的數(shù)據(jù)組的位置存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)：

精密標(biāo)度的外科手術(shù)，例如用于在脊柱處安放植入物，需要高度的位置精度。然而對(duì)于微創(chuàng)外科手術(shù)而言，直接地視覺(jué)控制由外科醫(yī)生使用的任何器械的定位相當(dāng)困難。足夠的視覺(jué)控制可常常僅是通過(guò)使用專用設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，尤其是圖像生成裝置，例如提供形成手術(shù)室的一部分的熒光鏡控制和/或復(fù)雜導(dǎo)航系統(tǒng)的c臂。然而，此類復(fù)雜導(dǎo)航系統(tǒng)很昂貴、操作復(fù)雜且因此疏于獲得和使用。另一方面，c臂裝置更容易獲得且外科醫(yī)生習(xí)慣于對(duì)它們的使用。然而，持續(xù)地使用c臂裝置提供了相當(dāng)高的輻射劑量。另外，大部分的c臂僅具有一個(gè)觀察方向且因此非常頻繁地要求在外科手術(shù)進(jìn)行時(shí)重新定位，這會(huì)損害位置精度并且耗時(shí)。

為了提供更容易使用且還提供改善位置精度的裝置，已開(kāi)發(fā)出特征在于自主導(dǎo)航裝置的手持式外科器具（us8057482b2）。該器具的特征在于當(dāng)裝置達(dá)到其基本基準(zhǔn)位置時(shí)必須受按壓的按鈕。由此，所有的位置數(shù)據(jù)設(shè)置為零。一旦這已完成，則器具可由外科醫(yī)生自由地操縱，并且其將在其殼體處所提供的三個(gè)數(shù)字顯示器上示出其在空間中的定位。顯示器示出器具在空間中的三維角定向。這種裝置在確定器具在接近（或訪問(wèn)）受到限制且因此視覺(jué)觀測(cè)受到約束的區(qū)域中定位的方面得到改進(jìn)。然而，對(duì)于外科醫(yī)生可能很困難的是控制該多個(gè)顯示器以便檢查是否已達(dá)到或保持期望定向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供更容易操作的改進(jìn)的手持式外科器具。根據(jù)本發(fā)明的解決方案產(chǎn)生獨(dú)立權(quán)利要求的特征；優(yōu)選的實(shí)施例是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明還涉及對(duì)應(yīng)的方法。

根據(jù)本發(fā)明，一種具有自主導(dǎo)航的手持式外科器具，包括柄部、器械軸以及導(dǎo)航裝置，該導(dǎo)航裝置包括用于感測(cè)位置數(shù)據(jù)的至少一個(gè)傳感器單元、構(gòu)造成基于傳感器單元的信號(hào)確定在空間中的位置的計(jì)算單元、至少一個(gè)設(shè)置鍵以及構(gòu)造成當(dāng)啟動(dòng)該至少一個(gè)設(shè)置鍵時(shí)儲(chǔ)存用于實(shí)際位置的數(shù)據(jù)組的位置存儲(chǔ)器，該手持式外科器具提供有操作地連接至位置存儲(chǔ)器的比較器，該比較器構(gòu)造成在至少兩種不同操作模式中將實(shí)際位置與儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器中的位置相比較和構(gòu)造成生成偏差信號(hào)，其中，第一操作與第二操作模式的不同在于其構(gòu)造成用于僅是減少的比較，其相比于第二操作模式缺少至少一個(gè)空間維度，以及反饋裝置提供成由第一和/或第二偏差信號(hào)供給并且構(gòu)造成指示任何偏差的方向且優(yōu)選為該偏差的量值。

在本發(fā)明的語(yǔ)境中，用語(yǔ)“在空間中的位置”及其簡(jiǎn)稱“位置”通常是指具有六個(gè)自由度的系統(tǒng)，其可包括絕對(duì)位置和定向。位置可表示為具有垂直軸（例如，x、y、z）的三維空間的坐標(biāo)，而定向可提供為歐拉（euler）角，特別是作為偏航、俯仰和滾轉(zhuǎn)。如果“位置”在簡(jiǎn)化型式中僅是指器具的定向、且更優(yōu)選地僅是指器具的偏航和俯仰，在本發(fā)明中可能是優(yōu)選的。

“器械軸”可為實(shí)際器械本身。然而，它還可構(gòu)造為能夠在可互換方式中接收器械的附接點(diǎn)。

本發(fā)明的要旨導(dǎo)致提供一種比較器，其結(jié)合位置存儲(chǔ)器具有兩種截然不同的操作模式，其中在該兩種截然不同操作模式之一中僅是處理減少的位置指示。該減少的位置指示是指相比于第二操作模式的完全位置指示缺少用于一個(gè)自由度的至少一個(gè)指示的位置指示。例如，如果不需要監(jiān)控絕對(duì)位置，則在歐幾里得空間中可使用三個(gè)角指示來(lái)描述裝置在三維空間中的定向。使用此種角度中的僅兩個(gè)而不是三個(gè)將不提供完全固定的定向，而代替的是將保留一個(gè)自由度。如果例如使用用于滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航的角度，相比于不完整的位置指示可僅具有用于例如滾轉(zhuǎn)和偏航的指示，留下俯仰作為自由度；如果將使用僅兩個(gè)而不是三個(gè)角度（例如，如果忽略滾轉(zhuǎn)），則完全的位置指示將具有俯仰和偏航，而不完整的位置指示可僅是指示偏航。

在其第一操作模式中，比較器構(gòu)造成將由導(dǎo)航裝置所確定的實(shí)際位置與儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器中的不完整位置指示相比較。比較器檢測(cè)器具的當(dāng)前位置是否與所儲(chǔ)存的不完整位置指示相一致，并且如果不一致的話則其將提供偏差信號(hào)。在使用剛好兩個(gè)角度的上述簡(jiǎn)化實(shí)例中，不完整的位置數(shù)據(jù)僅包括偏航。通過(guò)按壓設(shè)置鍵，該位置將被儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器中作為不完整的位置指示。比較器隨后將檢測(cè)與用于偏航的儲(chǔ)存值的任何偏差，而俯仰仍可自由地變更。使用者可重新定位器具，使得其實(shí)際偏航角匹配所儲(chǔ)存的偏航角。由此，可鎖定器具的偏航角。優(yōu)選地，在這種第一操作模式中，所述至少一個(gè)空間維度的指示受到抑制。在本實(shí)例中，這意味著沒(méi)有俯仰角信息將被顯示（因?yàn)檫@是第一操作模式所減少的空間維度），由此留下僅是偏航角的指示。令人驚訝地，通過(guò)減少所顯示的信息量，也即通過(guò)抑制第一操作模式所減少的空間維度的指示，簡(jiǎn)化了呈現(xiàn)給操作人員的顯示。因而，其提供了在相關(guān)方面上的更好專注。換言之，由所述至少一個(gè)空間維度所減少的顯示向操作人員提供了在維持正確定位方面的有益效果。

當(dāng)使用者命令時(shí)，通過(guò)在第二設(shè)置鍵之前進(jìn)一步地致動(dòng)所使用的設(shè)置鍵或進(jìn)一步地致動(dòng)第二設(shè)置鍵，比較器將從第一操作模式切換至第二操作模式。在其第二操作模式中，比較器利用完全的位置指示。在上述實(shí)例中，這將引起附加地考慮俯仰角。在這種操作模式中，比較器相比于儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器中的值檢查偏航角和俯仰角，從而鎖定偏航角以及俯仰角。在這種情況下，反饋裝置示出由比較器監(jiān)控的所有那些角度（如第一操作模式所設(shè)想的那樣，其中，俯仰角的指示被抑制而僅是指示偏航角）。

由此，外科醫(yī)生可通過(guò)以兩步方式對(duì)外科器具定向來(lái)獲得對(duì)應(yīng)于給定軌跡的位置。在根據(jù)實(shí)例的第一步中，外科醫(yī)生僅是需要專注于將器具定位在一個(gè)平面中，并且通過(guò)按壓設(shè)置鍵來(lái)設(shè)置該位置。然后，比較器在其第一操作模式中將跟蹤和示出任何偏差。外科醫(yī)生然后可專注于將器具定位至期望的俯仰角，并且他在這樣做時(shí)沒(méi)有失去偏航位置的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楸容^器對(duì)其具有監(jiān)視表（watch）。如果也獲得在其它平面中（在實(shí)例中：俯仰）的期望位置，則完全位置將通過(guò)在第二設(shè)置鍵之前進(jìn)一步地致動(dòng)所使用的設(shè)置鍵或進(jìn)一步地致動(dòng)第二設(shè)置鍵來(lái)鎖定。實(shí)質(zhì)上，外科醫(yī)生僅是需要專注于一次獲得一個(gè)定向，因?yàn)楸容^器對(duì)一個(gè)（第一操作模式）或兩個(gè)（第二操作模式）具有監(jiān)視表。一旦獲得，外科醫(yī)生從來(lái)沒(méi)有失去位置的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槠骶弑旧肀３指櫲魏纹钋乙虼巳菰S外科醫(yī)生重新獲得所設(shè)置位置。

在實(shí)例中，外科醫(yī)生可將器具定位在第一平面中，該第一平面可由圖像生成裝置限定。例如，第一平面可為前-后平面，其中圖像由對(duì)應(yīng)地定向的c臂生成。通過(guò)所生成圖像的幫助，外科醫(yī)生可使用在所生成圖像上可見(jiàn)的解剖標(biāo)志限定器具在該平面中的期望起始點(diǎn)和期望軌線，并且相應(yīng)地安放本發(fā)明的器具。外科醫(yī)生然后可通過(guò)按壓本發(fā)明器具上的設(shè)置鍵來(lái)凍結(jié)在前-后平面中的軌線。c臂向后旋轉(zhuǎn)，使得所生成的圖像示出例如側(cè)向平面。外科醫(yī)生于是可限定器具在該平面中的期望軌線。在這樣做時(shí)，本發(fā)明的器具幫助外科醫(yī)生保持在此前限定的前-后平面中的正確定向。一旦他已發(fā)現(xiàn)在側(cè)向平面中的正確軌線，他也可通過(guò)按壓本發(fā)明器具上的設(shè)置鍵來(lái)凍結(jié)該軌線。此后，期望的軌線被完全地限定并且本發(fā)明的器具支持外科醫(yī)生維持其正確定向而無(wú)需任何進(jìn)一步的圖像生成。

那樣操縱器械容易很多以便同時(shí)控制所有軸線，因?yàn)檫@對(duì)于根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平的手持式器械（其如本發(fā)明的器具那樣缺少任何鎖定）而言是需要的。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的外科器具更加易于操作。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，反饋裝置可構(gòu)造成以便定性地、優(yōu)選為非數(shù)值地示出偏差。反饋裝置還可構(gòu)造成用于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和/或觸覺(jué)指示。提供非數(shù)值指示減輕了外科醫(yī)生解釋數(shù)值讀數(shù)的任務(wù)，也即將其與任何目標(biāo)數(shù)值相比較，這需要相當(dāng)大的心智能量。如果必須同時(shí)將三個(gè)數(shù)值指示保持在控制之下，這甚至是更加真實(shí)的，因?yàn)槠鋵?duì)于在先的手持式器具而言是必須的。提供非數(shù)值指示無(wú)論何時(shí)發(fā)生偏差都向外科醫(yī)生給出了容易的提示而無(wú)需他進(jìn)行心智計(jì)算。用于此種非數(shù)值偏移指示的實(shí)例可為以十字線方式布置的一組點(diǎn)，其中，一個(gè)點(diǎn)在十字線的每條中都加亮以示出當(dāng)前偏差。用于聽(tīng)覺(jué)指示的實(shí)例是用于在一個(gè)方向上的指示的可變音高的音調(diào)；此外，可使用音調(diào)停頓，如提供在正確位置的連續(xù)音調(diào)以及用于朝向一側(cè)偏移的破折號(hào)狀音調(diào)序列和用于朝向另一側(cè)偏移的點(diǎn)狀序列，當(dāng)?shù)竭_(dá)正確位置時(shí)合并成連續(xù)的音調(diào)。用于觸覺(jué)指示的實(shí)例是安放在柄部的每側(cè)上的振動(dòng)元件，從而以非常直觀的方式向正在手術(shù)的外科醫(yī)生發(fā)出偏差朝向哪一方向發(fā)生的信號(hào)；當(dāng)?shù)竭_(dá)正確位置時(shí)則振動(dòng)將停止。

優(yōu)選地，反饋裝置包括容限模塊，其構(gòu)造成將對(duì)偏差信號(hào)的指示抑制于可預(yù)先設(shè)置的閾值。容限模塊可構(gòu)造為圍繞正確位置提供一定容限的不工作區(qū)（deadband）。由此，可避免反饋裝置的過(guò)度靈敏操作。例如，容限模塊可接受大至兩度的偏差，并且一旦偏差變得大于兩度則其將顯著地起動(dòng)偏差。

優(yōu)選地，提供了用于指示的遠(yuǎn)程顯示器。盡管器具本身可借助于其反饋裝置向使用者提供直接的感測(cè)，但遠(yuǎn)程顯示器還向其它人提供信息。

另外優(yōu)選地，反饋裝置的兩部分式構(gòu)造使得遠(yuǎn)程顯示器將是反饋裝置的僅有顯示器。因而，在器具本身上并不需要顯示器，這例如對(duì)于在細(xì)小器具情況下的空間考慮或者為了更易消毒而言是有益的。

另外，遠(yuǎn)程顯示器可包括具有其它的例如患者的熒光鏡影像的混合顯示器，以便在遠(yuǎn)程顯示器上可直接地看到外科器具相對(duì)于患者的位置關(guān)系。

在另一優(yōu)選實(shí)施例中，可提供構(gòu)造成供給手持式外科器具的位置數(shù)據(jù)至外部系統(tǒng)（例如，手術(shù)室導(dǎo)航系統(tǒng)）的接口。該接口還可構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)用于反饋裝置的遠(yuǎn)程顯示器，優(yōu)選地采用藍(lán)牙、wifi或者mirrorlink技術(shù)。

優(yōu)選地，基準(zhǔn)基礎(chǔ)提供在器具的外表面處，并且另外優(yōu)選地，提供構(gòu)造成使導(dǎo)航單元?dú)w零的鍵。由此，外科器具可與用作相對(duì)于周圍環(huán)境（也即，包括患者置于其上的手術(shù)臺(tái)的手術(shù)室）的基準(zhǔn)的靜止框架同步。通過(guò)在外表面上提供基準(zhǔn)基礎(chǔ)，通過(guò)僅是將外科器具安放在水平平面（如手術(shù)臺(tái)）上的已設(shè)置的基準(zhǔn)基礎(chǔ)上并且按壓用于歸零的鍵，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)歸零的校準(zhǔn)。

優(yōu)選地，提供了偏移裝置，其構(gòu)造成確定器械軸的頂端和/或附接至器械軸的另一器械的位置。偏移裝置以這樣的方式與導(dǎo)航裝置相互作用，也即以便基于采集成用于外科器具的定位的導(dǎo)航數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算器械軸的頂端的位置。由此，能夠確定器械的頂端是否已到達(dá)期望位置。這在手持式外科器具與其它的圖像生成裝置聯(lián)接的情況下具有特別的相關(guān)性，以便給出相對(duì)于患者身體的頂端位置的適當(dāng)顯象。如果將附接不同的器械，則偏移裝置必須進(jìn)行相應(yīng)地編程以便補(bǔ)償各種器械的不同長(zhǎng)度或角定向。

優(yōu)選地，比較器操作地連接至其的位置存儲(chǔ)器為具有第一和第二存儲(chǔ)器單元的雙工存儲(chǔ)器。第二存儲(chǔ)器單元構(gòu)造成儲(chǔ)存用于形成完全位置指示的位置的完全數(shù)據(jù)組，而第一存儲(chǔ)器單元構(gòu)造成僅是儲(chǔ)存子組（subset）。子組缺少用于在空間中的位置的至少一個(gè)自由度的數(shù)據(jù)以形成不完整的位置指示。通過(guò)提供兩個(gè)存儲(chǔ)器單元，比較器可根據(jù)其操作模式有選擇地訪問(wèn)它們。在其第一操作模式中該比較器構(gòu)造成調(diào)用所儲(chǔ)存的不完整位置指示，以將該指示與實(shí)際位置指示相比較和用以生成用于一個(gè)空間方向的第一偏差信號(hào)；以及在其第二操作模式中該比較器構(gòu)造成調(diào)用完全位置指示，以將該指示與實(shí)際位置指示相比較和用以生成二維的第二偏移信號(hào)。

優(yōu)選地，手持式外科器具構(gòu)造成具有可再充電電池和無(wú)線充電單元。由此，將不需要外部觸點(diǎn)來(lái)向外科器具供電，從而有助于外科器具在使用之后的清潔。

優(yōu)選地，外科器具的設(shè)置鍵可構(gòu)造為瞬時(shí)開(kāi)關(guān)、傳感器開(kāi)關(guān)或聲控開(kāi)關(guān)。機(jī)械地起作用的常規(guī)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)為最簡(jiǎn)單的實(shí)施例。傳感器開(kāi)關(guān)是有利的，因?yàn)槠洳恍枰哂谢顒?dòng)觸點(diǎn)并且可容易地清潔。聲控開(kāi)關(guān)方便使用，因?yàn)橥饪漆t(yī)生不必按壓開(kāi)關(guān)或?qū)⑵涫种钢糜趥鞲衅鞅砻嫔稀４娴氖?，為了獲得期望的動(dòng)作，大聲地說(shuō)出某一短語(yǔ)如“凍結(jié)”將是足夠的。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，傳感器單元選自包括加速計(jì)、速率陀螺儀和磁力計(jì)（全都優(yōu)選地具有至少3-軸線構(gòu)造）的組。

優(yōu)選地，手持式外科器具和/或?qū)Ш窖b置包括狀態(tài)指示器，例如，狀態(tài)led。狀態(tài)指示器可指示導(dǎo)航裝置是否接通、電池水平是否很低和/或與例如反饋裝置或其它外部系統(tǒng)存在通信的情形。

本發(fā)明還涉及用于對(duì)具有自主導(dǎo)航的手持式外科器具、具體地在人體外定向的方法，該手持式外科器具包括柄部、器械軸和導(dǎo)航裝置，該導(dǎo)航裝置包括用于感測(cè)位置數(shù)據(jù)的至少一個(gè)傳感器單元、構(gòu)造成基于傳感器單元的信號(hào)確定在空間中的位置的計(jì)算單元、至少一個(gè)設(shè)置鍵以及構(gòu)造成當(dāng)啟動(dòng)該至少一個(gè)設(shè)置鍵時(shí)儲(chǔ)存用于位置的數(shù)據(jù)組的位置存儲(chǔ)器，以及操作地連接至位置存儲(chǔ)器的比較器，該方法還包括提供具有完全位置指示的位置數(shù)據(jù)和減少一個(gè)空間維度的子組，在第一操作模式中使用減少一個(gè)空間維度的子組將實(shí)際數(shù)據(jù)與儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器中的位置相比較，基于所述比較的結(jié)果來(lái)生成第一偏差信號(hào)，通過(guò)命令切換至第二操作模式，使用完全位置數(shù)據(jù)將實(shí)際位置與儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器中的位置相比較，在第一操作模式中和在第二操作模式中向使用者提供關(guān)于任何偏差的方向且優(yōu)選為該偏差的量值的反饋。對(duì)于進(jìn)一步的詳情，請(qǐng)參照上文給出的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明將進(jìn)一步地關(guān)于附圖更為詳細(xì)地描述。附圖中的各圖示出如下：

圖1為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖；

圖2為示出圖1的優(yōu)選實(shí)施例的功能塊的示意圖；

圖3為用于使用視覺(jué)指示的反饋裝置的實(shí)例；

圖4a、圖4b為安放于手術(shù)臺(tái)處在第一定向中的c臂的概視圖和患者的脊柱的一部分的詳細(xì)視圖；

圖5a、圖5b為類似于圖4但具有處于不同定向中的c臂的概視圖和脊柱的對(duì)應(yīng)詳細(xì)視圖；以及

圖6a、圖6b為對(duì)于不同應(yīng)用處在兩種不同定向如在圖4和圖5中的詳細(xì)視圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)本發(fā)明的用于手持式外科器具的優(yōu)選實(shí)施例在圖1中示出。外科器具包括作為主要構(gòu)件的柄部1、器械軸2和導(dǎo)航裝置3。器械軸2在該描述的實(shí)施例中為線（wire）引導(dǎo)件，其具有用于引導(dǎo)手術(shù)線以安放在骨處的內(nèi)部中空管道。為了以正確的方式安放手術(shù)線，線引導(dǎo)件必須以某一定向?qū)⑵漤敹税卜旁谀繕?biāo)位置上，該定向確定線將進(jìn)入骨材料所采用的角度。如果需要，線引導(dǎo)件可與其它器械調(diào)換。

導(dǎo)航裝置3在該描述的實(shí)施例中借助于連接夾板（splint）13可釋放地連接至柄部1。將應(yīng)注意的是，此種可拆卸的構(gòu)造為一種選項(xiàng)并且備選地，導(dǎo)航裝置3可很好地整合到柄部1中。

參看圖2和圖3將給出根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的手持式外科器具的功能說(shuō)明。導(dǎo)航裝置3包括至少一組（在所描述的實(shí)施例中為三個(gè)不同的）傳感器單元31、31'、31''，這些傳感器單元分別為3-軸線加速計(jì)、3-軸線速率陀螺儀和3-軸線磁力計(jì)。每個(gè)傳感器單元31、31'、31''在其自身上均獨(dú)立于彼此產(chǎn)生位置信息，所述位置信息包括例如來(lái)自相對(duì)于手持式外科器具的本體框架的偏航、滾轉(zhuǎn)和俯仰基準(zhǔn)的加速或其它位置數(shù)據(jù)。這三個(gè)傳感器單元31、31'、31''連接至數(shù)據(jù)融合模塊32。它構(gòu)造成以通常公知的方式（濾波、規(guī)格化、校準(zhǔn)等）處理傳感器單元的輸出信號(hào)并進(jìn)一步地合并所處理的信號(hào)以便產(chǎn)生統(tǒng)一的、整理過(guò)的位置輸出信號(hào)。對(duì)于這種合并，采用的是通常公知的技術(shù)（如卡爾曼濾波器、四元數(shù)梯度，或者互補(bǔ)濾波器等）。任選地，數(shù)據(jù)融合模塊32還構(gòu)造成通過(guò)四元數(shù)對(duì)輸出編碼以便避免常平架鎖定問(wèn)題。

數(shù)據(jù)融合模塊32的整理過(guò)的輸出位置信號(hào)施用至計(jì)算單元33?；谠撔盘?hào)，通過(guò)在三維歐幾里德（3d-euclidean）空間的平面上的相繼的投影（projection）來(lái)執(zhí)行對(duì)歐拉角的轉(zhuǎn)換，從而形成軌線定義。由例如用于偏航和俯仰的角度所限定的軌線定義可儲(chǔ)存在位置存儲(chǔ)器36中。

位置存儲(chǔ)器36包括第一存儲(chǔ)器單元37和第二存儲(chǔ)器單元38。第二存儲(chǔ)器單元38構(gòu)造成儲(chǔ)存由計(jì)算單元33所確定的用于位置的完全數(shù)據(jù)組。相比而言，第一存儲(chǔ)器單元37構(gòu)造成僅是儲(chǔ)存位置數(shù)據(jù)組的子組，其中該子組缺少對(duì)于有關(guān)器械的空間位置的至少一個(gè)自由度的數(shù)據(jù)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，對(duì)于該數(shù)據(jù)所缺少的此種自由度可為俯仰角。儲(chǔ)存和調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)出第一和第二存儲(chǔ)器單元37、38由選擇器39控制，該選擇器操作地連接至設(shè)置鍵35而后者進(jìn)一步地連接至比較器4。

作為設(shè)置鍵35的備選，可提供麥克風(fēng)35'。由此，聲啟動(dòng)可替代對(duì)于設(shè)置鍵35的物理按壓。說(shuō)出命令詞如“凍結(jié)”可因而替代按壓設(shè)置鍵以便根據(jù)需要鎖定航向（heading）/俯仰。

比較器4操作地連接至位置存儲(chǔ)器36、計(jì)算單元33并且連接至設(shè)置鍵35。另外，它構(gòu)造成根據(jù)操作模式從第一存儲(chǔ)器單元37或第二存儲(chǔ)器單元38調(diào)用數(shù)據(jù)。操作器4構(gòu)造成用于兩個(gè)操作記錄（note）。操作模式可由設(shè)置鍵35選擇。在第一操作模式中，比較器4構(gòu)造成從第一存儲(chǔ)器單元37調(diào)用所儲(chǔ)存的不完整位置并且將其與由導(dǎo)航計(jì)算單元33所供給的實(shí)際位置指示相比較?；谶@些位置指示的差異，比較器4生成對(duì)于一個(gè)特定方向（也即在優(yōu)選實(shí)施例中的偏航）的第一偏差信號(hào)。在第二操作模式中，比較器4構(gòu)造成從第二存儲(chǔ)器單元38調(diào)用完全位置指示并且將其與由計(jì)算單元33所供給的實(shí)際位置指示相比較。基于這些位置指示之間的差異，它生成第二偏差信號(hào)，該第二偏差信號(hào)相比于第一偏差信號(hào)具有多一個(gè)的維度，也即在優(yōu)選實(shí)施例中的偏航和俯仰。從第一至第二操作模式的切換由使用者借助于設(shè)置鍵35來(lái)控制。

另外，反饋裝置5提供成將第一和第二偏差信號(hào)供給至其。反饋裝置5構(gòu)造成指示如由第一或第二偏差信號(hào)所限定的任何偏差的方向，以及以定性的方式指示該偏差的量值。在優(yōu)選的實(shí)施例中，反饋裝置構(gòu)造成用于觸覺(jué)指示器52、聽(tīng)覺(jué)指示器53。另外，作為兩件式構(gòu)成的一部分，提供了視覺(jué)指示器，該視覺(jué)指示器由單獨(dú)裝置的顯示器54形成。形成視覺(jué)指示器的顯示器54包括布置成十字線圖案（參見(jiàn)圖3）的兩個(gè)正交增長(zhǎng)的亮點(diǎn)。觸覺(jué)指示器52包括分別布置在柄部1的相對(duì)橫向側(cè)面上和柄部1的頂和底側(cè)上的兩對(duì)振動(dòng)換能器52'和52''。作為聽(tīng)覺(jué)指示器，提供了擴(kuò)音器53，其由形成反饋裝置5的一部分的聲音模塊53'驅(qū)動(dòng)。另外，反饋裝置5構(gòu)造成具有無(wú)線發(fā)射器58，其構(gòu)造成與遠(yuǎn)程顯示器通信，該遠(yuǎn)程顯示器可為平板電腦和/或提供在手術(shù)室中的其它導(dǎo)航系統(tǒng)。另外，提供了偏移裝置6。它構(gòu)造成確定附接至柄部1的器械2的頂端的位置。關(guān)于在頂端21和導(dǎo)航裝置3的傳感器31、31'、31''之間的距離和器械2相對(duì)于柄部1定向所處的角度的數(shù)據(jù)在偏移裝置6中預(yù)先設(shè)置。因此，偏移裝置6能夠更改導(dǎo)航單元33的位置指示，使得頂端21的位置而不是導(dǎo)航裝置3的位置為用于適當(dāng)?shù)赜|發(fā)反饋裝置5的基點(diǎn)（base）。如果將要附接的是具有不同長(zhǎng)度或不同地成角度（或傾斜）的不同器械2，則偏移裝置6需要被調(diào)整。為此目的，提供了設(shè)置器件（未示出）。

然而另外地，提供了向手持式外科器具的各種構(gòu)件供給的可再充電電池7。供給線路在圖2中未示出。為了對(duì)電池7再充電，提供了構(gòu)造成用于無(wú)線充電的再充電線圈71。

手持式外科器具的操作及其通過(guò)反饋裝置5所實(shí)現(xiàn)的指示將在下文中描述。

作為第一步，使用者將把器械安放在平坦表面、優(yōu)選為手術(shù)臺(tái)上。器械應(yīng)安放成在導(dǎo)航裝置3底部處的基準(zhǔn)基礎(chǔ)30在臺(tái)上是平坦的。這限定了零位置并且通過(guò)按壓零設(shè)置旋鈕34而得以確認(rèn)。這設(shè)置了器械的本體框架，其為手術(shù)室的基準(zhǔn)框架。

在第二步中，使用者將拾取器械并且將其安放在期望位置處。定位將在如由c臂88所實(shí)施的熒光鏡控制下進(jìn)行。為了討論起見(jiàn)，將假定c臂垂直地定向，例如用以提供沿著安放在手術(shù)臺(tái)89（參見(jiàn)圖4）上的患者的a/p方向的視圖。熒光鏡視圖可借助于常規(guī)的觀察屏幕裝置8（參見(jiàn)圖5）提供給手術(shù)團(tuán)隊(duì)。在這種情況下獲得的熒光鏡視圖在圖4b中示出。

通過(guò)定義，用于人體的坐標(biāo)系將限定成x軸展示為左右地、y軸展示為上下地，以及z軸正交于x軸和y軸來(lái)表示深度。由此，如在圖4中所獲得的前-后視圖提供有關(guān)相對(duì)于x/y平面的軌線的信息。在該視圖中，可認(rèn)識(shí)到頭尾和內(nèi)外定向，因?yàn)橥饪漆t(yī)生將能夠看到所限定的導(dǎo)絲（或stymen銷、螺釘?shù)龋┑钠鹗键c(diǎn)（在圖4b和圖5b的虛線開(kāi)始處由小圓圈標(biāo)記）以及所期望的軌線的終點(diǎn)（在圖4b和圖5b的虛線末端處由星形符號(hào)標(biāo)記）。例如，對(duì)于跨層關(guān)節(jié)突螺釘，在ap視圖上的期望終點(diǎn)將是椎弓根（pedicle）的下側(cè)皮質(zhì)。在所限定的起始點(diǎn)和期望的終點(diǎn)之間的線可計(jì)算為相對(duì)于x軸和y軸的角度或軌線。一旦對(duì)象器械通過(guò)其頂端21移動(dòng)至起始點(diǎn)并且定向成朝向期望終點(diǎn)，外科醫(yī)生將能夠按壓設(shè)置鍵35（或口頭地警示系統(tǒng)）以確認(rèn)接受如圖4b中所示的這種軌線。將注意的是，對(duì)象器械本身保持在人體外并且該定向發(fā)生在人體外。

當(dāng)這種軌線由外科醫(yī)生所接受時(shí)，導(dǎo)航裝置3將對(duì)應(yīng)的位置數(shù)據(jù)組在按壓設(shè)置鍵35時(shí)儲(chǔ)存在第一存儲(chǔ)器單元37中。這設(shè)置了第一角度，例如對(duì)于優(yōu)選實(shí)施例的偏航。只要手持式外科器具由外科醫(yī)生以正確的偏航角（航向）保持，則將由反饋裝置5提供指示，類似于圖3那樣。在發(fā)生偏航誤差的情況下，則光線將根據(jù)航向偏差的量值沿著水平軸線偏離。例如，圖3b示出向左的輕微（但不再是可容忍）的偏差。由此，偏航位置鎖定，并且外科醫(yī)生可通過(guò)參照視覺(jué)指示并且通過(guò)使其重新居中以得到如圖3a中所示的指示來(lái)再次找到它。將應(yīng)注意的是，沒(méi)有俯仰角信息示出。因?yàn)檫@是第一操作模式所減少的一個(gè)空間維度，故這被抑制。通過(guò)抑制該信息，有助于外科醫(yī)生專注于獲得適當(dāng)?shù)母┭鼋?，因?yàn)閷?dǎo)航裝置自動(dòng)地監(jiān)控維持適當(dāng)?shù)钠浇遣⑶仪『玫刂甘救魏纹狡睢?/p>

作為下一步，將設(shè)置的是俯仰角。外科醫(yī)生然后將手持式外科器具移動(dòng)到期望的俯仰位置中，如通過(guò)由現(xiàn)在移動(dòng)到垂直于之前一個(gè)的位置中的c臂88所生成的熒光鏡視圖所驗(yàn)證的那樣（參見(jiàn)圖5）。一旦確定俯仰角是適當(dāng)?shù)?，并且仍然保持期望的航向角，則外科醫(yī)生將再次按壓設(shè)置鍵35。比較器4然后切換到第二操作模式中。在該模式中，外科器具的軌線被完全地“鎖定”。器械與該選定位置（在俯仰方面或者在偏航方面或者二者）的任何偏差將在所述第二操作模式中由比較器4檢測(cè)并且將由反饋裝置5示出。例如，在圖3d中指示向右的嚴(yán)重偏差和向上的輕微（但不再是可容忍）的偏差。外科醫(yī)生需要調(diào)整二者（偏航和俯仰）以便再次獲得期望的軌線，并且一旦他已達(dá)到目的則將給出如圖3c中那樣的此種指示。

為了避免反饋裝置的過(guò)度靈敏的動(dòng)作，提供了容限模塊51。對(duì)于每個(gè)角度限定單獨(dú)容限水平的容限標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)置。用于容限角的實(shí)例可為具有兩度的最大值。

本發(fā)明具有用于任何螺旋軌線的應(yīng)用，以及另一實(shí)例將是椎弓根螺釘?shù)陌卜拧D4b和圖5b顯示射線照相標(biāo)志，其將用于安放在“皮質(zhì)”軌線中的椎弓根螺釘。在ap平面中的起始點(diǎn)限定為在椎弓根和圍繞椎弓根畫(huà)出的假想框之間的空的空間，如圖4b中的小圓圈所示。終點(diǎn)將是在椎骨體的接合處附近的椎弓根的外側(cè)方面，如在圖4b中由星形所示。這些是可由外科醫(yī)生用來(lái)選擇ap平面中的軌線的眾所周知的標(biāo)志。

另外，除了如由顯示器54所提供的視覺(jué)指示（參見(jiàn)圖3a至圖3d），也可向外科醫(yī)生給出聽(tīng)覺(jué)和/或觸覺(jué)指示。對(duì)于觸覺(jué)指示，在柄部1的左右橫向側(cè)中和上下部分中的振動(dòng)促動(dòng)器將根據(jù)需要來(lái)啟動(dòng)以便指示向左或向右或者向上和向下方向的偏差。當(dāng)所有的振動(dòng)促動(dòng)器都靜寂時(shí)，將得到正確的位置。振動(dòng)促動(dòng)器的活動(dòng)強(qiáng)度可指示偏差程度。類似地，聽(tīng)覺(jué)指示可由擴(kuò)音器53（其也可為耳機(jī)）給出?？刂茊卧?3'構(gòu)造成根據(jù)俯仰偏差來(lái)改變音調(diào)的音高，例如，如果俯仰角太高則轉(zhuǎn)到更高音調(diào)以及如果俯仰角將過(guò)低則轉(zhuǎn)到較低音調(diào)。另外，如果航向居中則將發(fā)出連續(xù)的音調(diào)，該連續(xù)的音調(diào)在將檢測(cè)到朝左偏差的情況下變得像一系列的破折號(hào)以及在將檢測(cè)到朝右偏差的情況下將成為一系列的圓點(diǎn)，當(dāng)將重新獲得居中位置時(shí)便逐漸地混合成連續(xù)的音調(diào)。由此，外科醫(yī)生可使該位置再次居中并且保持初始軌線而甚至不需要查看。

應(yīng)注意的是，顯示器54可優(yōu)選地在作為兩件式構(gòu)成的一部分的不同裝置上。該不同裝置可為手持式或平板電腦。

由此，提供了一種便宜且非常高效的器件來(lái)向外科醫(yī)生及其團(tuán)隊(duì)給出視覺(jué)指示。