DE9422172U1 - Angabe der Position einer chirurgischen Sonde - Google Patents
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- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/10—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
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-
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Description
ANGABE DER POSITION EINER CHIRURGISCHEN SONDE
Die genaue Lokalisation einer Position war in der Neuro-40 Chirurgie schon immer kritisch. Die Kenntnis der Anatomie des
Gehirns und spezifischer Funktionen lokaler Bereiche des Gehirns sind für die Planung jedes neurochirurgischen
Eingriffs bzw. Verfahrens entscheidend. Jüngste diagnostische Entwicklungen, wie etwa Computertomographie (CT)-Scans,
45 Magnetresonanzimaging (MRI)-Scanning, Positronenemissionstomographie
(PET)-Scanning und magnetoenzephotographisches (MEG)-Scanning haben die präoperative
Diagnose und die chirurgische Planung stark verein-
50 WM:VH:ro
POSTFACH 15 13 09 · 80048 MÜNCHEN POCCISTRASSE 11 · 80330 MÜNCHEN
Email: maiwald @ maiwald-partner. com Geschäftsführer: Dr. Walter Maiwald · HRB Nr. 111307
facht. Die Präzision und Genauigkeit der Scantechnologie sind
dem Neurochirurgen im Operationsraum jedoch nicht voll zugänglich geworden. Spezifische Strukturen und Positionen im
Gehirn während eines chirurgischen Eingriffes in Zusammenhang mit präoperativen Scantechnologien zu bringen, war bisher
mühselig, wenn nicht sogar unmöglich.
Bei der vor 100 Jahren entwickelten stereotaktischen Chirurgie wird eine Führungsvorrichtung verwendet, die das
chirurgische Gerät durch spezifische Teile des Gehirns leitet, die durch präoperative radiographische Techniken
lokalisiert wurden. Die stereotaktische Chirurgie ist vor dem Aufkommen moderner Scantechnologien nicht sehr oft eingesetzt
worden, da es erforderlich war, Luft in das Gehirn zu injizieren, um die Ventrikel, Flüssigkeit enthaltende Kammern
innerhalb des Gehirns, zu lokalisieren. Die Ventrikolographie führte häufig zu Komplikationen und die Genauigkeit der
Lokalisation war marginal.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System anzugeben, das die Position einer Sonde in einem Objekt
bestimmt und ein der bestimmten Position entsprechendes Bild ausgeben kann. ("System" und "Vorrichtung" werden in dieser
Beschreibung synonym verwendet) Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System anzugeben, das die Position einer
Ultraschallsonde in Bezug auf ein Objekt angeben kann und desweiteren Scanbilder ausgeben kann, die durch andere
Scantechnologien erzeugt wurden und den durch die Ultraschallsonde erzeugten Bildern entsprechen. Es ist eine
weitere Aufgabe der Erfindung, ein System anzugeben, das mit einer Technik erzeugte Abtastbilder eines Objektes mit
Abtastbildern desselben Objektes, die mittels einer anderen Technik erzeugt worden sind, in Zusammenhang bringen kann.
Die Erfindung umfaßt ein System· zur Angabe einer Position
innerhalb eines Objektes. Das System schließt Bezugs-
punkteinrichtungen in fester Beziehung zu dem Objekt ein.
Diese Einrichtungen erzeugen Bilder des Objekts, wobei diese Bilder Referenzbilder entsprechend den
Bezugspunkteinrichtungen einschließen. Das System schließt auch außerhalb des Objektes liegende Referenzeinrichtungen
und eine eine Spitze aufweisende Sonde ein. Erste Einrichtungen bestimmen die Position der Spitze der Sonde in
Bezug auf die Referenzeinrichtung. Zweite Einrichtungen messen die Position der Bezugspunkteinrichtungen des Objekts
in Bezug auf die Referenzeinrichtung, so daß die Position der Spitze in Bezug auf die Referenzeinrichtung des Objektes
bekannt ist. Weitere Einrichtungen übertragen die bestimmte Position der Spitze der Sonde in ein den Bildern des Objektes
entsprechendes Koordinatensystem. Einrichtungen geben ein Bild des Objektes aus, das der übertragenen Position der
Spitze der Sonde entspricht.
Die Erfindung umfaßt auch ein System zur Angabe einer Position innerhalb des Körpers eines Patienten. Das System
schließt Bezugspunkteinrichtungen in festem Bezug zum Körper ein. Einrichtungen erzeugen Bilder des Körpers, wobei diese
Bilder den Bezugspunkteinrichtungen entsprechende Referenzbilder einschließen. Das System schließt desweiteren
außerhalb des Körpers angeordnete Referenzeinrichtungen und .
eine eine Spitze aufweisende Sonde ein. Erste Einrichtungen bestimmen die Position der Spitze der Sonde in Bezug auf die
Referenzeinrichtung. Zweite Einrichtungen bestimmen die Position der Bezugspunkteinrichtungen des Körpers in Bezug
auf die Referenzeinrichtung, so daß die Position der Spitze
0 in Bezug auf die Bezugspunkteinrichtungen des Körpers bekannt ist. Einrichtungen übertragen die bestimmte Position der
Spitze der Sonde in ein den Bildern des Körpers entsprechendes Koordinatensystem. Einrichtungen geben ein
Bild des Körpers aus, das der übertragenen Position der Spitze der Sonde entspricht.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Angabe einer
Position einer Spitze einer Sonde, die innerhalb eines Objektes, wie etwa einem Körper, positioniert ist, auf
Bildern des Körpers, wobei der Körper und die Bilder des Körpers einem Referenzpunkt entsprechende Referenzbilder
einschließen. Das Verfahren schließt folgende Schritte ein: Bestimmen der Position der Spitze der Sonde in Bezug auf eine
außerhalb des Körpers liegende Referenzeinrichtung; Bestimmen der Position der Referenzpunkte des Körpers in Bezug auf die
Referenzeinrichtung, so daß die Position der Spitze bezüglich der Bezugspunkte des Körpers bekannt ist; Übertragen der
bestimmten Position der Spitze der Sonde in ein Koordinatensystem, das den Bildern des Körpers entspricht;
und Ausgabe eines Bildes des Körpers, entsprechend der übertragenen Position der Spitze der Sonde.
Die Erfindung umfaßt auch ein System zur Bestimmung der
Position einer Ultraschallsonde in Bezug auf einen Körperteil eines Patienten, wobei die Sonde dem Körperteil benachbart
angeordnet wird und der Körperteil gescannt wird. Eine mit der Sonde kommunizierende Anordnung wird positioniert. Erste
Einrichtungen bestimmen die Position der Ultraschallsonde in Bezug auf die Anordnung. Zweite Einrichtungen bestimmen die
Position des Körperteils in Bezug auf die Anordnung.
Einrichtungen übertragen die Position der Ultraschallsonde in ein der Position des Körperteils entsprechendes
Koordinatensystem.
Die Erfindung umfaßt auch ein System, das Abtastbilder eines 0 Patientenkörpers miteinander in Bezug bringen kann. Die
Abtastbilder werden mittels erster und zweiter Abtasttechniken erzeugt. Das System schließt
Bezugspunkteinrichtungen in festem Bezug zum Körper ein. Einrichtungen bringen die ersten Abtastbilder mit den
Bezugspunkteinrichtungen in Bezug. Einrichtungen bringen die zweiten Abtastbilder mit den Bezugspunkteinrichtungen in
Bezug. Einrichtungen wählen ein bestimmtes erstes Abtastbild
aus. Einrichtungen bestimmen die Position des bestimmten ersten Abtastbildes in Bezug auf die Bezugspunkteinrichtung.
Einrichtungen erzeugen ein zweites Abtastbild, das dieselbe Position bezüglich der Bezugspunkteinrichtung hat, wie die
bestimmte Position, so daß das erzeugte zweite Abtastbild dem bestimmten ersten Abtastbild entspricht.
Die Erfindung umfaßt auch Vorrichtungen zur Angabe einer Position bezüglich dem Körper eines Patienten. Die
Vorrichtung umfaßt strahlenundurchlässige Markierungen und Einrichtungen, mit denen die Markierungen nichtinvasiv auf
der Hautoberfläche des Körpers vorgesehen werden. Die Tragevorrichtungen können eine den Körper überziehende
Materialschicht und auf der Materialschicht Einrichtungen zum Tragen der Markierungen umfassen.
Die Erfindung kann in Verbindung mit einem Scanner zum Scannen eines Körperteils eines Patienten angewendet werden,
um für den Körperteil repräsentative Bilder zu erzeugen. Die Verbesserung umfaßt Einrichtungen zur Markierung der
Oberfläche der Haut auf dem Körperteil mit strahlenundurchlässigem Material, wobei die erzeugten Bilder
Bilder der Markierungseinrichtung einschließen.
Andere Aufgaben und Merkmale sind zum Teil offensichtlich und
werden zum anderen Teil im Folgenden verdeutlicht.
Fig. IA ist eine perspektivische Darstellung eines Referenzringes
gemäß dem Stand der Technik, der mittels Stangen am Kopf eines Patienten befestigt wird, um die zylindrische
Rahmenstruktur nach Fig. IB oder den Ring 3 06 aus Fig. 3B zu tragen.
-G-
Fig. IB ist eine perspektivische Darstellung einer zylindrischen Rahmenstruktur gemäß dem Stand der Technik, die
während des Abtastvorgangs um den Kopf eines Patienten herum befestigt wird.
5
5
Fig. IC ist eine planare Ansicht der Stangen der zylindrischen Rahmenstruktur nach Fig. IB gemäß dem Stand der
Technik, entlang einem planaren Zwischenraum zwischen den oberen und unteren Ringen.
10
10
Fig. ID ist eine perspektivische Darstellung des Koordinatensystems
eines drei-dimensionalen gescannten Bildes.
Fig. 2A ist eine perspektivische Ansicht des Abgreifrahmens
gemäß dem Stand der Technik, der verwendet wird, um eine Position im Gehirn anzuzielen und eine Position im Kopf in
Bezug auf die Phantombasis zu bestimmen.
Fig. 2B ist eine perspektivische Ansicht des Abgreifrahmens
gemäß dem Stand der Technik nach Fig. 2A, die dessen Einstellwinkel veranschaulicht.
Fig. 2C ist ein Blockdiagramm der Schritte gemäß einem vorbekannten
Verfahren zur Bestimmung der Position einer Sonde in Bezug auf die gescanten Bilder, so daß das der Sondenposition
entsprechende Bild identifiziert und durch den Chirurgen angesehen werden kann.
Fig. 2D ist eine perspektivische Darstellung eines dreidimensionalen
Koordinatensystems einer Sonde.
Fig. 3A ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems
zur Angabe der Position einer chirurgischen Sonde innerhalb eines Kopfes auf einer Abbildung des Kopfes.
35
Fig. 3B ist ein schematisches perspektivisches Diagramm einer
Mikrophonanordnung, einer Sonde und eines Basisrings gemäß einem erfindungsgemäßen System.
Fig. 3C ist ein Blockdiagramm der Schritte eines erfindungsgemäßen
Systems zur Bestimmung der Position einer chirurgischen Sonde in Bezug auf die gescannten Bilder, so daß das
der Sondenposition entsprechende Bild identifiziert und durch den Chirurgen angesehen werden kann.
Fig. 3D ist eine Darstellung, die drei Referenzpunkte auf
einem Kopf zeigt, die als Referenzrahmen während des präoperativen Scannens und des chirurgischen Eingriffes
verwendet werden.
Fig. 4A ist ein perspektivisches schematisches Diagramm einer
Infrarot-Detektoranordnung, einer Sonde, eines
Referenzbalkens, einer Klammer und eines optischen Scanners
gemäß einem erfindungsgemäßen System.
Fig. 4B ist ein Blockdiagramm eines mit der Vorrichtung nach Fig. 4A zu verwendenden Systems zur Bestimmung der Kontur
einer Stirn.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der Translations-Software zur
Übertragung der Koordinaten aus dem Sonden-Koordinatensystem in das Koordinatensystem des abgetasteten Bildes gemäß der
Erfindung.
Fig. 6A ist eine perspektivische schematische Darstellung einer Detektoranordnung, des Referenzbalkens, der Klammer und
der Ultraschallsonde gemäß einem erfindungsgemäßen System.
Figuren 6B und 6B zeigen Ultraschall- bzw. gescannte Bilder.
Fig. 7 illustriert die Ausrichtung des Basisrings mit einer Abtastebene, um die Position einer Sonde mit einem gescannten
Bild in Bezug bringen zu können oder um die gescannten Bilder
verschiedener Abtasttechnologien miteinander in Bezug setzen zu können, die einer gemeinsamen Position im Kopf
entsprechen, gemäß einem erfindungsgemäßen System. 5
Fig. 8 veranschaulicht die Verwendung eines ferngesteuerten
Tiefensuchers zur Bestimmung der Kontur einer Stirn.
Figuren 9 bis 11 veranschaulichen Vorrichtungen einschließlieh
einer Kappe und Isolierscheiben zum Halten strahlenundurchlässiger Markierungen während des Abtastens.
Gleiche Bezugszeichen geben in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen gleiche Bauteile an.
Mit dem Aufkommen moderner Abtastvorrichtungen und -techniken sind verschiedene stereotaktische Systeme entwickelt worden
und sind gegenwärtig verfügbar. Diese stereotaktischen Systeme erlauben es einem Chirurgen, spezifische Punkte zu
lokalisieren, die in vor dem durchzuführenden chirurgischen Eingriff erzeugten CT-, MRI-, PET- oder MEG-Scans ermittelt
wurden. Insbesondere erlauben die stereotaktischen Systeme die Auswahl spezifischer, in den Scans ermittelter Punkte,
die durch den Chirurgen während des chirurgischen Eingriffes unter Verwendung einer mechanischen Vorrichtung im Gehirn zu
lokalisieren sind.
Für ihre Anwendung erfordern die vorbekannten stereotaktischen Systeme oftmals eine Basis, wie etwa einen
Ring 120 in Fig. IA (auch bekannt als BRW-Kopfring). Der Ring
120 ist mittels der Stangen 122 und der spitzen Bolzen 124 während des Scannens und des chirurgischen Eingriffes fest am
Schädel des Patienten befestigt.
5 Während des Scannens wird eine Fixiervorrichtung, wie etwa die zylindrische Struktur 100 in Fig. IB, am Ring 120
befestigt. Die Struktur 100 umfaßt einen oberen kreisförmigen Ring 102, der.parallel zu einem unteren kreisförmigen Ring
104 angeordnet ist. Der untere Ring 104 ist am Referenzring 120 befestigt, so daß sich die drei Ringe 102, 104 und 120 in
parallelen Ebenen befinden. Die Ringe 102 und 104 sind mittels sechs vertikalen Stangen 103 und drei diagonalen
Stangen 108 miteinander verbunden. Diese besonderen Markierstangen werden auch als "Fudicels" bezeichnet. Die
drei diagonalen Stangen 108 verbinden die Ringe 102 und 104 diagonal miteinander. Jede zu einer Achse 110 der Struktur
100 orthogonale, die Struktur.100 passierende Ebene wird ein eindeutiges Muster aus sechs Querschnittsansichten der
Stangen 106 und drei Querschnittsansichten der Stangen 108 erzeugen. Der resultierende Zwischenraum zwischen den
diagonalen und senkrechten Stangen definiert eine einzigartige orthogonale Ebene innerhalb der Struktur 100.
Fig. IC zeigt beispielhaft die Abstände der Stangen, wenn die Position der Scannebene 112 parallel zu und mittig zwischen
den Ringen 102 und 104 der Struktur 100 liegt.
Nach dem Abtastvorgang werden die erhaltenen Bilder analysiert und die in den Bildern gezeigte Position der
Stangen 106 und 108 gemessen. Durch Kenntnis der Position der Stangen 106 und 108 kann die spezifische Lage eines Scans
bezüglich der Struktur 100 und damit bezüglich dem Basisring
12 0 bestimmt werden. Wie in Fig. ID gezeigt, können die Scans innerhalb eines Koordinatensystems 125 eines gescannten
Bildes angeordnet werden, wobei die Bezugsebene RP in festen Bezug zur Position des Rings 120 gesetzt wird. Eine Scanebene
0 SP kann innerhalb des Koordinatensystems 125 eines gescannten Bildes durch mindestens drei Bezugspunkte SPl, SP2 und SP3,
die auf dem Kopf des Patienten liegen, definiert werden. Indem ein gescanntes Bild mit einer Scanebene SP im
Koordinatensystem eines gescanten Bildes in Verbindung 5 gebracht wird, kann ein Punkt des Scans mit einem Punkt im
Kopf des Patienten gleichgesetzt werden.
I::
- &iacgr;&ogr; -
Während des chirurgischen Eingriffes kann der Chirurg das stereotaktische System verwenden, um entsprechend einem
gescannten Bild eine spezifische Position innerhalb des
Gehirns zu berechnen und dann diesen Bereich des Gehirns mit einer Sonde anzupeilen. Zuerst wird die während des
Scannvorgangs verwendete Struktur 10 0 vom Ring 120 entfernt und ein speziell ausgestalteter Abgreifrahmen 200, wie in
Fig. 2A dargestellt, am Ring 120 angebracht. Der Rahmen 200 trägt eine auf einem Bogen 206 angeordnete chirurgische Sonde
202, die in den Kopf des Patienten eingeführt wird. Der Rahmen 200 gibt die Alpha-, Beta-, Gamma- und Delta-Winkel
auf den Skalen 208, 210, 212 und 214 an, um die Sonde 202 zu einem bestimmten Ziel zu führen, wie in Fig. 2B gezeigt wird.
Der Abstand 216 von der Spitze der Sonde 202 zum Bogen 206
wird ebenfalls bestimmt. Es wird dann ein Computer verwendet, um die Position des anvisierten Abtastbildes in dem
Koordinatensystem des gescanten Bildes mit den entsprechenden Winkeln alpha, beta, gamma und delta und dem Abstand 216 auf
dem Rahmen 200■zu korrelieren, um den Chirurgen in die Lage
zu versetzen, die Sonde in dem anvisierten Gehirnbereich zu applizieren. Ein aus einem Scan eines bestimmten Bildes
ausgewähltes Ziel kann mit dieser chirurgischen Methode mit einiger Genauigkeit angesteuert werden.
In der Vergangenheit hat der Chirurg das stereotaktische System auch umgekehrt dazu benutzt, die Position der Sonde
2 02 in Relation zu den gescannten Bildern zu bestimmen, so daß das gescannte Bild entsprechend der Sondenposition
identifiziert und angesehen werden kann. Um dies zu tun, 0 bringt der Chirurg wiederum den Rahmen 2 00 am Ring 120 an.
Die Sonde 202 wird dann im Rahmen 200 positioniert und in das Gehirn eingeführt. Der Rahmen 200 wird dann von dem Ring 120
entfernt und auf einer Phantombasis 250 in einer in Fig. 2A veranschaulichten Weise befestigt. Die Phantombasis 200 weist
ein Koordinatensystem (X1, Y1, Z1) auf. Im allgemeinen
kennzeichnet der Abgreifrahmen 200 einen Punkt 201 über der
Phantombasis 250. Eine Zielvorrichtung 252 wird so positioniert, daß ihre Spitze 254 am Punkt 201 liegt. Die
X1 - Yi-Ebene der Phantombasis 250 ist parallel zu der Ebene,
in der sich die Bezugspunkte RPl, RP2 und RP3 befinden. Die (X1, Y1, Z1) -Koordinaten definieren die Position des Punktes
201. Infolgedessen ist die. Position des Punktes 254 bezüglich der X1 - Yi-Ebene und damit in Bezug auf die Bezugsebene RP
nun bekannt. Ein Computer wird verwendet, um die spezifische Position innerhalb des Gehirns zu berechnen, und der der
berechneten Position entsprechende bestimmte Scan wird nun zugänglich und kann auf einem Scansystem angesehen werden.
Dieses Verfahren gemäß dem Stand der Technik wird in Form eines Diagrammes in Fig. 2C dargestellt.
Nach diesem mühseligen und zeitaufwendigen Verfahren hat der
Chirurg nun die Position der Spitze 201 der Sonde 202 in Bezug auf die gescannten Bilder bestimmt und kann sich nun
das der Sondenposition entsprechende Bild ansehen, um über den nächsten Schritt des chirurgischen Verfahrens zu
entscheiden. Dieser gesamte Prozess dauert ungefähr 10 bis Minuten und erhöht das Risiko intraoperativer
Kontaminationen, da die Basis des Rahmens 200 nicht steril ist. Aufgrund dieser Erwägungen wird dieses chirurgische
Verfahren nicht häufig durchgeführt.
Obwohl die mit vorbekannten Apparaturen durchgeführte stereotaktische
Chirurgie es ermöglicht, einen Chirurgen mit Genauigkeit zu einem spezifischen Punkt zu führen, ist sie
für die Identifizierung der bestimmten Position einer Sonde 0 innerhalb des Gehirns durch den Chirurgen zu jeder Zeit
während des chirurgischen Eingriffes nicht besonders brauchbar. In der Neurochirurgie sind Hirntumore oder andere
Zielpunkte innerhalb des Gehirns häufig nicht von dem umgebenden gesunden Gewebe unterscheidbar und werden
möglicherweise, selbst bei der.Verwendung von Gefrierschnitten, nicht detektiert. Darüber hinaus ist es für
- 12 -
moderne mikrochirurgischen Techniken wesentlich, daß der Neurochirurg spezifische Strukturen innerhalb des Gehirns
identifizieren kann, die für den Patienten von entscheidender
funktioneller Bedeutung sind. Die Grenzbereiche dieser Strukturen müssen genau definiert werden und dem Chirurgen
während des chirurgischen Eingriffes besonders bekannt sein. Dadurch werden diese Gewebe während des chirurgischen
Eingriffes nicht beeinträchtigt oder auf eine andere Art beschädigt, was zu einer Verletzung des Patienten führen
würde. Die durch stereotaktische Chirurgie erreichte minimale Genauigkeit ist für moderne mikrochirurgische Verfahren im
allgemeinen unzureichend. Infolgedessen ist die stereotaktische Chirurgie im allgemeinen der Mehrheit zu
operierender Patienten nicht zugänglich.
Erfindungsgemäß werden diese Probleme dadurch gelöst, daß der
Chirurg in die Lage versetzt wird, das der gegenwärtigen
Position einer Spitze 301 einer chirurgischen Sonde 302 entsprechende
gescannte Bild schnell aufzufinden und auszugeben.
Zur Anzeige der Position einer Sondenspitze 301 im ausgegebenen Scan erscheint ein Cursor in dem ausgegebenen Scan. Die
Figuren 3A - 3C und 5 veranschaulichen ein erfindungsgemäßes System, das Tonsender 360 und 370, Mikrophondetektoren 350
und damit verbundene Hardware zur Bestimmung der Position einer Sondenspitze 301 in Bezug zu einem Referenzring 306 auf
dem Kopf des Patienten einschließt. Da die Position des gescannten Bildes in Bezug zum Referenzring 306 aus dem
Scannvorgang bekannt ist, ist die Position der Sondenspitze 301 in Bezug auf die gescannten Bilder bekannt und das
0 entsprechende Bild kann ausgegeben werden. Figuren 3A und 4A - 8 veranschaulichen ein erfindungsgemäßes System, das
anstelle der Tonsender 360, 370 und dem Mikrophondetektor Infrarot-Sender 540 und 545 sowie Detektoren 550 zur
Bestimmung der Position eines Referenzbalkens 548 und einer Sondenspitze 541 einschließt. Ein Computer 396 und ein
Infrarot-Scanner 380 bringen die gescannten Bilder in Bezug
- 13 -
zur Form der Stirn und diese in Bezug zur Position des Referenzbalkens 54 8. Der Referenzbalken 548 wird dann über
die Stirnform mit den gescannten Bildern assoziiert, ohne daß während des Scannens der zylindrische Referenzrahmen 100
verwendet wird. Die Verwendung der Stirnform als Bezugspunkt ermöglicht es auch, die mittels verschiedener Scanverfahren
erhaltenen gescannten Bilder miteinander in Verbindung zu bringen. Als eine Alternative zum oben beschriebenen
Referenzring 306 und Referenzbalken 548 werden gemäß Fig. 3D zur Bestimmung der Position des Kopfes des Patienten während
des chirurgischen Eingriffes am Schädel befestigte Referenzbolzen 307 verwendet. Als eine weitere Alternative
wird gemäß Figuren 9-11 eine abnehmbare Kappe zum Halten von Markierungen während des Scannens verwendet. Die
Positionen der Markierungen werden auf dem Kopf markiert, um sie später während des chirurgischen Eingriffes zur
Eintragung des Operationsgebietes in den gescannten Bildern zu verwenden. Gemäß Fig. 6 ist eine Ultraschallsonde 500 für
die Verwendung während des chirurgischen Eingriffes vorgesehen. Weitere Vorteile werden unten ausführlicher
beschrieben.
Aus den Figuren ID und 2D kann entnommen werden, daß der
Chirurg die spezifische Lage der Spitze 301 in Bezug auf das Koordinatensystem des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0) der präoperativ
durchgeführten Scans kennen muß, um die Position einer Sondenspitze, beispielsweise Sondenspitze 301, in
Zusammenhang mit einem gescannten Bild zu bringen. Mit anderen Worten hat die Sondenspitze 3 01 ein besonderes
0 Koordinatensystem (X2, Y2, Z2) , das in Fig. 2D veranschaulicht
wird. Im Idealfall muß das Koordinatensystem der chirurgischen Sonde (X2, Y2, Z2) in Beziehung zum
Koordinatensystem des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0) gebracht
werden. Gemäß dem in Fig. 2B veranschaulichten Stand der Technik wurde vorgeschlagen, diese Koordinatensysteme über
das Koordinatensystem der Phantombasis (X1, Y1, Z1) in
Verbindung zu bringen. Wie jedoch oben ausgeführt, ist dieses Relationsverfahren ungenau, zeitintensiv und mühsam. Gemäß
der Erfindung wird ein 3D-Digitalisiersystem verwendet, um die Position der Sondenspitze 301 innerhalb des Sonden-Koordinatensystems
(X2, Y2, Z2) zu lokalisieren und mit dem
Koordinatensystem des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0) in
Verbindung zu bringen.
Figuren 3A und 3B zeigen eine Mikrophonanordnung 3 00, einen
Temperaturausgleichssender 304, eine chirurgische Sonde und einen. Basisring·306. Die Mikrophonanordnung 300 umfaßt
eine Vielzahl von Mikrophonen 350, die vorzugsweise einen Meter voneinander beabstandet sind. Die Mikrophone 350 können
an der Operationslampe oberhalb des Kopfes des Patienten befestigt sein, in direkter Sichtlinie der Sender 360 und
370. Die Mikrophone 350 detektieren dabei die von den Sendern abgegebenen Geräusche. Die chirurgische Sonde 302 ist
vorzugsweise eine chirurgische Koagulationspinzette (englisch: coagulating forceps), wie etwa eine bipolare
Koagulationspinzette. Die Sonde 302 kann auch ein Bohrer, ein Saugrohr, eine Bajonett-Kauterisationsvorrichtung oder jedes
andere chirurgische Instrument sein, das so modifiziert worden ist, daß es mindestens zwei Tonsender 3 60 zur
Positionsbestimmung trägt. Die Sender 360 auf der Sonde sind im wesentlichen koaxial mit der Spitze 301 auf einer
Achse 362 angeordnet. Die Sender 3 60 befinden sich hintereinander und unmittelbar unterhalb der Sichtlinie des
Chirurgen, so daß die Sichtlinie nicht gestört wird. Die Sonde 302 weist ein an ihr angebrachtes Kabelbündel 3 64 auf,
0 das an eine Stromquelle angeschlossen wird. Die für die Stromversorgung der Sender 360 erforderlichen Kabel werden
mit dem Bündel 364 kombiniert. Dem Chirurgen ist der Umgang mit einer derartigen, an ein Kabelbündel angeschlossenen
Sonde vertraut, so daß ihm diese Apparatur keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Während des chirurgischen
Eingriffes wird der Ring 306 an dem am Patientenkopf
- 15 -
befestigten Referenzring 120 befestigt und ist mit diesem im wesentlichen koplanar. Der Ring 306 umfaßt eine Vielzahl von
Sendern 3 70, die vorzugsweise in einem Winkel von 90 Grad positioniert werden, wobei der mittlere Sender am Vorderkopf
liegt. Dadurch kann der Ring 306 um den Kopf herum angebracht werden, so daß sich alle drei Sender in Sichtlinie mit der
Anordnung 3 00 befinden.
Während des Gebrauchs wird die Position jedes Senders 360 und 370 individuell bestimmt, um die Position der Vorrichtungen
zu bestimmen, an denen die Sender befestigt sind. Dies wird erreicht, indem die Sender in einer vorbestimmten Reihenfolge
einzeln schnell mit Strom versorgt werden, und die Zeit
gemessen wird, die die einzelnen Geräusche benötigen, um jedes der Mikrophone 350 in der Anordnung 300 zu erreichen.
Ein 3D-Digitalisierer 312 steuert diesen Vorgang mittels eines Signalgenerators 308 und eines Multiplexers 310. Der
Digitalisierer 312 kann der handelsübliche drei-dimensionale Schalldigitalisierer GP-8-3D der Scientific Accessories
Corporation sein. Unter Steuerung durch den Digitalisierer 312 legt der Multiplexer 310 ein Erregersignal vom
Signalgenerator 308 zunächst an einen Temperaturausgleichssender 3 04, dann nacheinander an die
Sender 370 auf dem Ring 306, dann nacheinander an die Sender 360 auf der Sonde 302 an. Während dieser Zeit empfängt und
digitalisiert der Digitalisierer 312 die durch die Mikrophone 3 50 in Beantwortung der Erregung der Sender erzeugten
Signale. Die digitalisierten Ausgangssignale werden an einen Computer 314 ausgegeben.
Entsprechend dem in Fig. 5 gezeigten und im folgenden ausführlich beschriebenen Flußdiagramm ist der Computer 314 mit
dem vorbestimmten Muster und Zeitabläufen für die Erregung der Sender 360 und 3 70 programmiert. Der Computer 314
beinhaltet ein Raumerfassungs-·und -registrierungs-(SAR)-Programm 316, das auf den digitalisierten Signalen basierende
räumliche Koordinaten erfaßt und registriert. Das SAR-Programm 316 kann beispielsweise das SACDAC-Programm sein,
das von PIXSYS, Boulder, Colorado lizensiert wird. Das SAR-Programm
316 mißt die Übertragungszeit von jedem der Sender zu jedem der Mikrophone 350. Durch Vergleich dieser Zeiten
berechnet das SAR-Programm 316 die Position jedes der Sender 360 und 370. Da der Ring 306 drei Sender 370 umfaßt, kann
das SAR-Programm 316 die Position des Rings 306 mittels üblicher geometrischer Berechnungen berechnen. Diese Ebene
definiert im wesentlichen die Referenzebene der gescanten Bilder, da sie mit den Bezugspunkten RPl, RP2 und RP3 im
Scan-Koordinatensystem gemäß Fig. ID koplanar ist. Da die Sonde 302 zwei Sender 360 umfaßt, kann das SAR-Programm
in entsprechender Weise die Position der Sondenspitze 301 mittels üblicher geometrischer Berechnungen berechnen.
Nachdem das SAR-Programm 316 die entsprechenden Positionen
des Ringes 306 und der Sondenspitze 301 in Bezug zur Anordnung 300 bestimmt hat, bestimmt es als nächstes die
Position des Ringes 3 06 in Bezug zur Spitze 3 01 innerhalb des
Sonden-Koordinatensystems nach Fig. 2D.
Eine Überlegung bei der Verwendung von Tonsendern zur
Positionsbestimmung ist, daß sich die Geschwindigkeit des gesendeten Tons mit Änderungen der Lufttemperatur im
Operationssaal verändern wird. Mit anderen Worten wird sich, da das System äußerst präzise ist, der Zeitraum von dem
Moment, zu dem ein bestimmter Sender 360 oder 370 angeregt wird, einen Ton zu senden, bis zu dem Moment, zu dem jedes
der Mikrophone 350 der Anordnung 3 00 den Ton empfängt, in 0 Abhängigkeit von der Lufttemperatur verändern. Um das System
hinsichtlich dieser Änderungen zu kalibrieren, wird der Temperaturausgleichssender 304 in einer festen Position
bezüglich der Anordnung 300 angeordnet. Der Temperaturausgleichssender 3 04 kann beispielsweise ein
Schalldigitalisierer sein, wie· er im Scientific Accessories
Corporation Model GP-8-3D verwendet wird. Das SAR-Programm
:5
••&ngr;.;: &Ggr;:5:::.&Ogr;.::
- 17 -
316 kennt durch die Kalibrierung den Abstand zwischen dem Temperaturausgleichssender 304 und jedem der Mikrophone
der Anordnung 300. Die Geschwindigkeit des von dem Temperaturausgleichssender 3 04 zu den Mikrophonen 3 50
übertragenen Schalls wird durch das SAR-Programm gemessen und mit der bekannten Entfernung verglichen, um die
Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der der Schall durch die Luft übertragen wird. Somit kann das SAR-Programm 316 sofort
den Referenzstandard berechnen, d.h. die Geschwindigkeit des gesendeten Tons durch die Luft. Diese unmittelbare Referenz
wird auf den von den anderen Sendern 360 und 370 gesendeten Ton angewendet, um die Position der anderen Sender genau zu
bestimmen.
Nachdem das SAR-Programm 316 die Position der Sondenspitze 301 im Sonden-Koordinatensystem gemäß Fig. 2D präzise
bestimmt hat, gibt es die Koordinaten an die Translations-Software
318 im Computer 314 aus. Die Translations-Software
318 überträgt dann die Koordinaten aus dem Sonden-0 Koordinatensystem gemäß Fig. 2D in das Koordinatensystem des
gescannten Bildes, das in Fig. ID gezeigt wird, wie im folgenden noch ausführlicher beschrieben werden wird. Ein
über ein LAN-Netzwerk zugänglicher Speicher 320 speichert jedes der durch den präoperativen Scan erhaltenen Bilder nach
den entsprechenden Positionen der Scans innerhalb des Koordinatensystems des gescannten Bildes gemäß Fig. ID. Die
entsprechenden Positionen der Scans sind durch die Positionen der Stangen 106 und 108 in den Scans bekannt, letztere
Information ist im Speicher 320 gespeichert. Die übertragenen, durch die Translations-Software 318 erzeugten
Koordinaten werden an die stereotaktische Bildausgabe-Software 322 weitergegeben, die ebenfalls im Computer 314
vorgesehen ist. Die stereotaktische Bildausgabe-Software aktiviert ein stereotaktisches Bilderzeugungssystem 324, um
ein gescanntes Bild aus den im Speicher 320 gespeicherten Daten entsprechend den übertragenen Koordinaten zu erzeugen.
Das stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 gibt das erzeugte Bild auf einem hochauflösenden Display 326 aus. Das
Display 326 gibt vorzugsweise die axialen, saginalen und coronalen Ansichten entsprechend der Sondenspitze 301 aus.
Die stereotaktische Bildausgabe-Software 322 und das stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 kann jedes
handelsübliche System sein, wie es etwa von Stereotactic Image Systems, Inc., Salt Lake City, Utah hergestellt wird.
Dieser Arbeitsablauf des Kalibrierens des Systems durch den Temperaturausgleichssender 304, des sequentiellen Erregens
der Sender 3 70 und 3 60 zur Bestimmung der entsprechenden Positionen des Rings 3 06 und der Sonde 3 02, und des Erzeugens
und Ausgebens eines gescannten Bildes entsprechend der Position der Sondenspitze 3 01 erfolgt jedesmal, wenn der
Chirurg einen Schalter zur Aktivierung des Systems schließt. Der Schalter (nicht gezeigt) kann auf der Sonde 302, in einem
Bodenpedal (nicht gezeigt) oder wo immer sonst es für den Chirurgen wünschenswert ist, angeordnet sein.
Wie oben gezeigt, ist der Ring 306 eine Vorrichtung zur
Bestimmung und Positionierung der Bezugspunkte RPl, RP2 und RP3 in Bezug auf die Mikrophonanordnung 300. Ein Vorteil des
Rings 306 ist der, daß jedesmal, wenn die Sender 360 auf der Sonde 3 02 erregt werden, die Sender 370 auf dem Ring 3 06
ebenfalls erregt werden, um die Referenzebene erneut zu definieren. Dies erlaubt es dem Chirurgen, den Kopf des
Patienten während des chirurgischen Eingriffes zu bewegen.
Alternativ können die Bezugspunkte RPl, RP2 und RP3, wie in
Fig. 3D gezeigt, durch den 3D-Digitalisierer 312 und drei Referenzbolzen 307 gebildet werden. Die Referenzbolzen 307
sind strahlendurchlässige chirurgische Schrauben mit strahlenundurchlässigen Spitzen. Die Bolzen 307 werden vor
dem chirurgischen Eingriff und vor Durchführung des präoperativen Scanens fest am Schädel des Patienten
befestigt. Die strahlenundurchlässigen Spitzen stellen dabei
während des Scannens und während des gesamten stereotaktischen chirurgischen Verfahrens eine feste Referenz
dar. Während des chirurgischen Eingriffes wird die Sondenspitze 301 auf jedem der Bolzen 307 positioniert und
aktiviert, um ein Signal zu senden, das von der Mikrophonanordnung 300 empfangen und zum 3D-Digitalisierer 312
ausgegeben wird. Dadurch kann die Position der Spitze 3 01 an jedem dieser Punkte bestimmt werden. Dies wird während eines
Referenzmodus des Betriebes des 3D-Digitalisierers 312 durchgeführt. Am Ende des Referenzmodus berechnet das SAR-Programm
316 die Position der Bezugspunkte RPl, RP2 und RP3. Die Verwendung der Bolzen 3 07 erfordert es, daß die Referenzpunkte
erneut gebildet werden, bevor die Position der Sonde 3 02 bestimmt wird, um Veränderungen der Bezugsebene aufgrund
der Bewegung des Kopfes zu vermeiden. Eine weitere Variante sieht vor, daß die Sender 370 jeweils separat an den Bolzen
307 oder anderen festen Strukturen befestigt sind, die an jedem der Referenzpunkte positioniert sind.
0 Zusammenfassend identifiziert dieses erfindungsgemäße
Verfahren, das in Fig. 3C veranschaulicht ist, die Lage der Sondenspitze 3 01 für den Chirurgen. Zunächst wird die
Referenzebene bestimmt, indem der Ring 3 06 erregt oder die Sondenspitze 3 01 an den Bezugspunkten positioniert wird. Als
nächstes werden die Sender der Sonde 302 erregt, so daß die Position der Sondenspitze 3 01 innerhalb des Kopfes im Sonden-Koordinatensystem
(X2, Y2, Z2) bestimmt wird. Die
Translations-Software 318 konvertiert dann das Sonden-Koordinatensystem
in das Koordinatensystem des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0), so daß das der Position der Sondenspitze
3 01 entsprechende Bild erzeugt und ausgegeben werden kann.
In einem anderen erfindungsgemäßen System, das in Fig. 4A
gezeigt wird, werden Infrarot-Sender 540 und 545 und eine Anordnung 552 von Detektoren 550 anstatt der Tonsender 360
und 370 und der Mikrophone 350 gemäß Fig. 3B verwendet. Ein
fester Referenzbalken 548, eine chirurgische Sonde 542 und damit verbundene Komponenten werden anstelle des Rings 3 06,
der Sonde 3 02 und damit verbundener Komponenten gemäß Fig. 3B verwendet. Eine Mayfield-Klammer 570 üblichen Aufbaus wird
anstelle des Rings 120 für die feste Befestigung an dem Patientenkopf 394 verwendet. Die Klammer 570 schließt spitze
Bolzen 572 ein, die an einstellbaren Klemmbacken 574 und befestigt sind. Die Klammer 570 wird dabei für eine feste
Befestigung am Kopf 394 eingestellt. Der Referenzbalken 548 ist fest an der Klammer 570 befestigt, so daß keine
Verschiebung zwischen dem Balken 54 8 und dem Kopf 3 94 auftritt. Ein Temperaturausgleichssender wie der Sender 3 04
in Fig. 3B wird gemäß Fig. 4A nicht benötigt, da bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4A die von den Detektoren 550
"gesehenen" (wie im folgenden ausführlicher beschrieben werden wird) Positionen der Sender 540 und 545 verwendet
werden, um die Sonden- und Ringpositionen zu bestimmen, anstatt der Übertragungszeit der gesendeten Signale gemäß der
Ausführungsform nach Fig. 3B.
Im Betrieb werden die Infrarot-Detektoren 550 in festem Bezug
zueinander an einem Montagebalken 551 befestigt. Die Detektoren 550 werden im allgemeinen so positioniert, daß
ihre Gesichtsfelder in einem Phantompunkt konvergieren.
Beispielsweise können die beiden äußeren Detektoren 550L und 550R einen Bereich zwei sich überschneidender vertikaler
Ebenen und der mittlere Detektor 550C eine horizontale Ebene
einsehen. Dies kann dadurch erreicht werden, indem vertikale Schlitze im Gesichtsfeld der äußeren Detektoren und ein
horizontaler Schlitz im Gesichtsfeld des mittleren Detektors vorgesehen werden. Der Phantompunkt wird so gesetzt, daß er
sich in der Nähe der Stirn 390 des Patienten befindet. Der Montagebalken 551 ist in direkter Sichtlinie mit der Stirn
3 90 des Patienten und den Sendern 540 und 545 an der Operationslampe aufgehängt. Die Detektoren 550 detektieren
dabei das von den Sendern 54 0 und 54 5 gesendete
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Infrarotlicht. Die Detektoren 550 schließen eine große Anzahl an linearen Chip-Kameras, wie etwa CCD (charge coupled
device)-Kameras oder Pixel ein. Es kann auch eine zylindrische Linse (nicht gezeigt) hinter den Schlitzen in
den Detektoren 550 verwendet werden, um das Infrarotlicht parallel zu richten. Durch Kenntnis des bestimmten Pixels von
den vielen in jedem der drei Detektoren 550 umfaßten Pixel, der das Infrarotlicht von den Sendern 540 und 54 5 empfängt,
kann der Winkel zwischen einem bestimmten Sender und jedem der Detektoren 550 bestimmt werden und somit können die
Positionen jedes Senders 540 und 545 unter Verwendung üblicher mathematischer Berechnungen bestimmt werden. Somit
ist die Position der Sondenspitze 541 innerhalb des Koordinatensystems des gescannten Bildes bekannt.
Die Vorrichtungen gemäß Figuren 4A, 4B, 6A, 7 und 8 können mit dem Computer und anderer Hardware gemäß Fig. 3A unter
Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Software gesteuert werden. Abgesehen von der Verwendung von Infrarotlicht anstelle von
Schall und der Messung der Position der Sender mittels der Geometrie anstatt durch die zeitliche Verzögerung des
Schalls, entspricht der Betrieb dieser Hardware dem oben offenbarten Betrieb.
Ein Vorteil der Verwendung von Infrarotlicht liegt darin, daß
die Kontur eines Teilbereiches des Kopfes des Patienten 394, vorzugsweise der Stirn 390 oberhalb und um die Augen des
Patienten herum, verwendet werden kann, um die Position der Sonde 542 auf die gescannten Bilder zu beziehen. Dies wird
mittels eines optischen Scanners 380 erreicht, der einen Infrarot-Laserstrahl erzeugt, der in zeitlicher Abfolge mit
der Aktivierung der Sender 545 von der Stirn 3 90 des Patienten reflektiert wird, um die Stirnkontur in Bezug zum
Referenzbalken 548 zu bestimmen. Ein derartiges optisches Scannen der Stirn ermöglicht es, ein präoperatives Scannen
vor einem vorausgesehenen chirurgischen Eingriff und ohne
• ·
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Intubation durchzuführen. Andere Vorteile und Merkmale dieser
Verbesserung werden im folgenden ausführlicher beschrieben.
Im einzelnen sind gemäß Figuren 4A und 4B eine Infrarot-Detektoranordnung
552, eine Sonde 542, ein Referenzbalken und ein optischer Scanner 380 vorgesehen. Die chirurgische
Sonde 542 ist vorzugsweise eine chirurgische Koagulationspinzette, wie etwa eine bipolare Koagulationspinzette. Die
Sonde 542 kann auch ein Bohrer, ein Saugrohr, eine Bajonett-Kauterisationsvorrichtung
oder jedes andere chirurgische Instrument sein, das so abgewandelt worden ist, daß es
mindestens zwei Infrarot-Sender 540 zur Positionsbestimmung trägt. Die Sender 540 auf der Sonde 542 sind auf einer Achse
544 mit der Spitze 541 im wesentlichen koaxial. Die Sender 54 0 liegen hintereinander und unmittelbar unterhalb der
Sichtlinie des Chirurgen, so daß die Sichtlinie nicht behindert wird. Die Sonde 542 weist ein an ihr befestigtes
Kabelbündel 364 für den Anschluß an eine elektrische Stromquelle auf. Die für die Erregung der Sender 540
erforderlichen Kabel werden mit dem Bündel 364 vereinigt. Der Balken 548 umfaßt einen Balken mit einer Vielzahl von
mindestens drei darauf vorgesehenen Infrarot-Sendern 545. Während des chirurgischen Eingriffes könnte die Sichtlinie
zwischen einigen der Sender 545 und der Anordnung 552 durch einen chirurgischen Schlauch oder andere Objekte beeinträchtigt
werden. Dies könnte die Anordnung 552 vorübergehend daran hindern, die Position des Balkens 548 zu detektieren.
Es ist daher vorteilhaft, mehr als drei Sender (beispielsweise sieben oder acht Sender) auf dem Balken
vorzusehen, so daß die Sichtlinie mindestens dreier Sender immer aufrechterhalten wird. Solche zusätzlichen Sender
können auch verwendet werden, um die Position des Balken noch präziser zu lokalisieren. Der die Sender 545 tragende
Balken 548 wird darüber hinaus vorzugsweise leicht vom Kopf 394 entfernt positioniert, um einen größeren Spielraum um den
Kopf 394 herum vorzusehen, und die Zahl der Augenblicke zu
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vermindern, in denen die Sichtlinie zwischen den Sendern 545 und der Anordnung 552 blockiert ist. Der optische Scanner
ist im allgemeinen vor der Stirn 390 des Patienten angeordnet. Der optische Scanner 380 und seine dazugehörige
Software zur Erzeugung eines Bildes der Stirn sind handelsübliche Komponenten, wie etwa solche, die zum Scannen
eines Objektes zur Bestimmung seiner drei-dimensionalen Form verwendet werden. Beispielsweise kann ein Körperglied-Scanner
wie etwa der PIXSYS Optical Scanner verwendet werden, der zur Entwicklung drei-dimensionaler Modelle für künstliche Körperglieder
verwendet wird.
Während des präoperativeh Scannverfahrens, d.h, wenn
gescannte Querschnittsbilder des Kopfes 3 94 des Patienten erzeugt werden, wird der Kopf 3 94 mit chirurgischen Riemen
(nicht gezeigt) in einem gepolsterten Gestell 392 befestigt. Wenn die Kontur der Stirn 390 in den gescannten Bildern
erscheint, verwendet der Computer 3 96 eine Stirnanpassungs-Software
3 98, um die Stirnkontur aus den gescannten Bildern abzuleiten und die gescannten Bilder als eine Funktion der
Stirnkontur in Form einer Datenbank im Speicher 320 abzulegen. Wenn die gescannten Bilder die Stirn 390 nicht
zeigen, wird der Kopf 394 (wie in Fig. 7 gezeigt) in festem Bezug zu einer Referenzquelle, wie etwa einem Ring 590 mit
darauf befindlichen Sendern 590 festgeklammert. Der optische
Scanner 380 wird dann verwendet, um die Position der Stirnkontur in Bezug zum Ring 590 (wie im folgenden
ausführlicher beschrieben) zu bestimmen. Da die Position der gescannten Bilder in Bezug zum Ring 590 aus dem Scannvorgang
bekannt ist, ist auch die Position der gescanten Bilder in Bezug zur Stirnkontur bekannt. Diese Information wird dann im
Speicher 3 20 in Form einer Datenbank abgelegt und während des chirurgischen Eingriffs verwendet, um die Position der Sonde
542 in Bezug mit den gescannten Bildern zu bringen.
Das Scannen der Stirn mit dem optischen Scanner 380 wird in
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folgender Weise durchgeführt. Während des präoperativen
Scannens wird der Kopf 3 94 fest mit dem in Fig. 7 gezeigten Ring 590 verbunden. Diese Verbindung kann mittels eines
Basisrings (nicht gezeigt), wie etwa einem Ring 120 in Fig. 3B, erreicht werden. Unter der Steuerung des SD-Digitalisierers
312 sendet der Scanner 380 einen Infrarot-Laserstrahl ab, der an einem einzelnen Punkt auf der Strin
390 reflektiert und durch die Anordnung 552 detektiert wird. Der Computer 396 bestimmt die räumliche Position dieses
ersten Punktes auf der Stirn 3 90, etwa durch Triangulierung. Als nächstes werden die Sender 592 auf dem Ring 590
sequentiell erregt. Die Anordnung 552 detektiert diese Emissionen, und der Computer 3 96 bestimmt das Verhältnis
zwischen der ersten detektierten Position auf der Stirn 390 und der Position des Ringes 590. Dieser Vorgang wird vielfach
wiederholt, wobei der Scanner 380 einen Weg entlang der Stirn 390 zeichnet. Alle, die Position jedes Reflektionspunktes der
Stirn 390 und die entsprechende Position des Rings 590 umfassenden Daten werden in die Stirnanpassungs-Software 398
des Computers 396 eingegeben. Der Computer 396 bestimmt dabei die Kontur der Stirn 3 90 und damit die Position der
Stirnkontur in Bezug zum Ring 590. Die Stirnanpassungs-Sof tware 3 98 kann jede handelsübliche Software sein, die eine
Anzahl von Punkten graphisch darstellt, so daß eine die Kontur der Stirn definierende Kurve berechnet werden kann.
Der Computer 3 96 gibt dann an die Translations-Software 318 des Computers 314 Daten aus, die die Position der Stirnkontur
mit der Position des Rings 590 in Beziehung bringen. Während des Scannens ist die Position der gescannten Bilder in Bezug
0 zum Ring 590 bekannt, so daß die Position der gescannten Bilder in Bezug zur Stirnkontur ebenfalls bekannt ist.
Entsprechend werden die gescannten Bilder im Speicher 320 als eine Funktion der Stirnkontur gespeichert.
Vor dem chirurgischen Eingriff wird der Kopf 394 mit einer
Vorrichtung, wie etwa der in Fig. 4A gezeigten Mayfield
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Klammer 570, festgeklammert, um den Kopf 3 94 in einer festen
Position zu halten. Der Referenzbalken 548 wird fest an der Klammer 570 angebracht, wobei die Sender 545 sich in
Sichtlinie mit der Anordnung 552 befinden. Der optische
Scanner 380 scannt als nächstes die Stirn ab, um die Position der Stirnkontur bezüglich des Balkens 548 zu bestimmen. Die
aus diesem zweiten optischen Scannen abgeleitete Stirnkontur wird der für die gescannten Bilder im Speicher 320
abgespeicherten Stirnkontur zugeordnet, so daß die gegenwärtige Position des Balkens 548 bezüglich den
gescannten Bildern bekannt ist. Die Zuordnung der gespeicherten Stirnkontur zu der aus dem zweiten optischen
Scanvorgang abgeleiteten Stirnkontur wird mittels des bekannten Pellazari-Chen-Algorithmus oder einem anderen
geeigneten Oberflachen-Zuordnungs-Algorithmus erreicht. Der
während des chirurgischen Eingriffes eingesetzte Balken 548 schließt Sender 545, die mit der Anordnung 552 kommunizieren,
ein, um die Position des Balkens 548 einzurichten. Da die Position der Sonde 542 bezüglich des Balkens 548 bekannt ist
(wegen der Kommunikation über die Sender 540 und 545 und die Anordnung 552) und da die Position des Balkens 548 bezüglich
der gescannten Bilder bekannt ist, ist auch die Position der Sonde 542 in Bezug auf die gescanten Bilder bekannt.
Dementsprechend wird ein gescanntes Bild entsprechend der Position der Spitze 541 der Sonde 542 erzeugt und ausgegeben.
Ein Vorteil der Verwendung entweder des optischen Scanners 380 oder der chirurgischen Bolzen 307 zur Bildung einer
Referenz liegt darin, daß der Referenzring, wie etwa der Ring 120, nach dem präoperativen Scannen und vor dem chirurgischen
Eingriff entfernt wird. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Patient nicht intubiert werden kann, während der Ring 12
am Schädel befestigt ist. Gemäß dem Stand der Technik, bei dem der Ring 12 0 während der Zeit zwischen dem präoperativen
Scannen und dem chirurgischen Eingriff nicht entfernt werden kann, muß der Patient vor dem präoperativen Scannen intubiert
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(und daher betäubt) werden. Durch Verwendung der Kontur der Stirn 390 zur Definition des Bezugspunktes wird somit das
präoperative Scannen durchgeführt, ohne daß eine Intubierung und die damit verbundene Anästhesie erforderlich sind. Dies
ist insbesondere bei PET-, MEG- und jedem anderen funktionalen Scannen vorteilhaft, bei dem der Patient bei
Bewußtsein sein muß, um ihm während des Scannens bestimmte Verhaltensweisen entlocken zu können. Es ist auch dort
vorteilhaft, wo während eines Scannvorganges das medizinische Gerät für die Intubation und Anästhesierung das Scannen
beeinträchtigen wurden, wie etwa beim MRI-Scannen.
Zusammenfassend liegt der Patient bei der Durchführung von
CT-Scans während des präoperativen Scannvorganges auf einem CT-Tisch, wobei der Kopf befestigt ist. Die Scans werden im
Speicher 320 entsprechend der in den Scans erscheinenden Stirnkontur geordnet. Vor dem chirurgischen Eingriff wird der
Kopf 3 94 des Patienten fest in einer Mayfield-Klammer oder
einer ähnlichen Klammer gehalten, auf der der Referenzbalken 458 befestigt ist. Der optische Scanner 380 wird dann verwendet,
um die Kontur der Stirn des Patienten im Bezug zum Balken 548 zu bestimmen. Da die Position der gescannten ;
Bilder bezüglich der Kontur bereits bekannt ist, ist auch die Position des Balkens 548 in Bezug auf die gescannten Bilder
bekannt. Während des chirurgischen Eingriffes positioniert der Chirurg die Sonde 542 in der gewünschten Position
innerhalb des Kopfes 394. Die Sender 540 der Sonde 542 und die Sender 545 des Balkens 548 werden dann erregt, so daß die
Position der Sondenspitze 541 relativ zum Balken 548 und damit relativ zu den gescannten Bildern bekannt ist. Dies
wird mittels der Translations-Software 318 erreicht, die das Sonden-Koordinatensystem (X2, Y2, Z2) in das Koordinatensystem
des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0) konvertiert, so daß das der
Position der Sondenspitze 541 entsprechende Bild erzeugt und 5 ausgegeben werden kann.
Des weiteren zusammenfassend liegt der Patient bei Durchführung von MRI-, PET- oder MEG-Scannens auf einem MRI-,
PET- oder MEG-Tisch, wobei der Kopf 394 fest mit dem Ring 590 verbunden ist. Der optische Scanner 380 scannt dann die Stirn
390 ab, um die Position der Stirnkontur relativ zum Ring 590
zu bestimmen. Dann wird das MRI-, PET- oder MEG-Scannen durchgeführt und die Scannbilder werden in bekanntem Bezug zu
der Position des Ringes 590 und damit auch in bekanntem Bezug zur Stirnkontur erzeugt. Entsprechend der Stirnkontur werden
die Scans im Speicher 320 abgelegt. Vor dem chirurgischen Eingriff wird der Kopf 394 fest in einer Mayfield-Klammer
oder einer ähnlichen Klammer gehalten, an der der Referenzbalken 548 befestigt ist. Der optische Scanner 380
wird dann zur Bestimmung der Kontur der Stirn des Patienten relativ zum Balken 548 verwendet. Da die Position der
gescannten Bilder in Bezug zur Stirnkontur bereits bekannt ist, ist die Position des Balkens 548 in Bezug zu den
gescannten Bildern bekannt. Während des chirurgischen Eingriffes positioniert der Chirurg eine Sonde 542 in der
gewünschten Position innerhalb des Kopfes 394. Die Sender 540 der Sonde 542 und die Sender 545 des Balkens 548 werden dann
erregt, so daß die Position der Sondenspitze 541 relativ zum Balken 548 und damit relativ zu den gescannten Bildern
bekannt ist. Dies wird mittels der Translations-Software 318 erreicht, die das Sonden-Koordinatensystem (X2, Y2, Z2) in das
Koordinatensystem des gescannten Bildes (Y0, Y0, Z0)
überträgt, so daß das der Position der Sondenspitze 541 entsprechende Bild erzeugt und ausgegeben werden kann.
0 Fig. 5 zeigt ein Fließdiagramm des Ablaufes der Translations-Software
318, wenn sie mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3D verwendet wird. Zunächst ortet der Chirurg die Sonde 542 in
der zu bestimmenden Position. (Wenn der Ring 306 nicht zur Identifizierung der Lage der Referenzebene verwendet wird,
5 besteht der anfängliche Schritt für den Chirurgen darin, den Referenzmodus des 3D-Digitalisierers 312 zu verwenden, um die
Referenzebene durch die Anordnung der Sondenspitze 541 an
verschiedenen Punkten in der Ebene zu kennzeichnen.) Das System initialisiert dann an einem Schritt 400, so daß die
Translations-Software 318 am Schritt 402 ein Window-Menu eines Multitasking-Programms, wie etwa DESQ VIEW, vertrieben
durch Quarterdeck Office System, Santa Monica, California, öffnet. Eine derartige Software ermöglicht die gleichzeitige
Durchführung mehrerer Software-Programme. Wenn ein Programm
aktiviert worden ist, läuft es im allgemeinen entweder im Vordergrund oder im Hintergrund, bis es deaktiviert wird.
Die Translations-Software 318 setzt die Initialisierung fort,
indem das stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 über die stereotaktische Bildausgabe-Software 322 selektiert und das
stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 im Vordergrund aktiviert wird, indem im Schritt 404 das stereotaktische
Fenster geöffnet wird. Danach kehrt die Translations-Software 318 am Schritt 4 06 zum Window-Menu zurück, wobei die stereotaktische
Bildausgabe-Software in den Hintergrund verschoben wird, und wählt bei Schritt 408 das Digitalisier-Fenster, um
den Digitalisierer 312 im Vordergrund zu aktivieren. Der Computer 314 ist dann bereit, um durch den Fußschalter
aktiviert zu werden.
Der Chirurg bedient dann ein Fußpedal oder einen anderen Schalter, der das System zur Durchführung einer Berechnung
aktiviert. Die Betätigung des Fußschalters ist im wesentlichen der Anfang eines Startschrittes 410. Wenn die
Schallüberträger 3 60 und 370 sowie die Mikrophone 3 50 gemäß Fig. 3B verwendet werden, initiiert der Digitalisierer 312
bei seiner Aktivierung eine Kalibrierung über den Temperaturausgleichssender 304, um die Geschwindigkeit der
Schallwellen in der Luft zu bestimmen, erregt dann die Sender 370 des Ringes 306, um die Referenzebene festzulegen und
erregt dann die Sender 3 60 der Sonde 3 02, um die Position der Sondenspitze 3 01 zu orten. Die durch die Mikrophonanordnung
3 00 detektierten Signale werden digitalisiert, so daß das
SAR-Programm 316 die Koordinaten der Spitze 301 bestimmt. Bei Schritt 412 wählt die Translations-Software 318 die
Koordinaten aus dem SAR-Programm 316. 5
Als nächstes wird bei Schritt 414 wiederum das Window-Menu
geöffnet und das Window-Menu verschiebt die stereotaktische Bildausgabe-Software 322 bei Schritt 416 in den Vordergrund,
um den Betrieb des stereotaktischen Bilderzeugungssystems zu steuern. An diesem Punkt gibt die Translations-Software
318 einen Fl-Befehl an die stereotaktische Bildausgabe-Software
322 aus, die umgekehrt das stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 vorbereitet, Koordinaten anzunehmen.
Bei Schritt 420 wird erneut das Window-Menu ausgewählt, so daß bei Schritt 422 der Computer 314 das Digitalisier-Fenster
in den Vordergrund schiebt. Bei Schritt 424 wird auf das Digitalisier-Window-Menu zugegriffen und die Übertragung der
Koordinaten wird ausgewählt. Bei Schritt 426 beginnt der Digitalisierer 312, die Koordinaten zu berechnen und bei
Schritt 428 ist die Koordinatenberechnung beendet. Die Translations-Software 318 kehrt dann zum Digitalisier-Window-Menu
bei Schritt 43 0 zurück, schiebt die stereotaktische Bilderzeugungssystem-Software 322 bei Schritt 43 2 in den
Vordergrund, um sie für den Empfang der Koordinaten vorzubereiten und kehrt bei Schritt 434 wiederum zum Window-Hauptmenu
zurück. Schließlich werden die Koordinaten in Formationen übertragen, einschließlich möglicherweise
erforderlicher Manipulation, und bei Schritt 43 6 an die stereotaktische Bildausgabe-Software übertragen, die das
stereotaktische Bildausgabesystem 324 aktiviert, ein bestimmtes Bild aus dem Speicher 320 zu erzeugen und es auf
dem hochauflösenden Display 326 auszugeben. Die stereotaktische Bildausgabe-Software 322 weist das
stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 an, einen Cursor auf dem Display 326 an den Koordinaten auszugeben, die der
Position der Sondenspitze 301 entsprechen. Danach befindet
• ·
- 30 - &iacgr;
sich der Computer 34 0 in einem Standby-Modus, bis der
Fußschalter des Chirurgen erneut betätigt wird, um die Translations-Software 318 beginnend mit dem Startschritt
erneut zu aktivieren.
5
5
Die bei Schritt 43 6 erfolgende Translations ist abhängig von der Position des Sonden-Koordinatensystems in Bezug zum
Koordinatensystem des gescannten Bildes und den Maßeinheiten. Die Systeme sind vorzugsweise koaxial und die Maßeinheiten
gleich, so daß,eine algebraische Anpassung nicht erforderlich ist. Es ist jedoch auch in Betracht gezogen worden, daß die
Koordinatensysteme nicht koaxial sind, so daß die Translation arithemtische und/oder trigonometrische Berechnungen
erfordern würde. Auch die Sequenz, beispielsweise (X2, Y2,
Z2), in denen die Koordinaten durch den Digitalisierer 312
erzeugt werden, können verschieden von der Sequenz, beispielsweise (X0, Y0, Z0) sein, in denen die stereotaktische
Bilderzeugungs-Software 322 die Koordinaten empfängt. Daher ist es gegebenenfalls erforderlich, die Sequenz, in der die
Koordinaten übertragen werden, umzuordnen.
Dem Fachmann ist klar, daß die oben beschriebene Programmierung des Computers auf vielen anderen Wegen
erfolgen kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Als ein Beispiel und abweichend von der Verwendung von
MuItitasking-Programmen und deren Fenster und Menus, könnte
ein Personal Computer direkt programmiert werden, um die Koordinaten der Position der Sondenspitze 301 zu berechnen,
um die zur Erzeugung des gescannten Bildes entsprechende Position der Spitze 301 aus dem im Speicher 320 abgelegten
Daten zu verwenden.
Die von der Translations-Software 318 für das System gemäß
Fig. 4A durchgeführten Schritte sind, mit folgenden Ausnahmen, mit denen vergleichbar, die oben für das System
gemäß Fig. 3B beschrieben worden sind. Zunächst erfordert das
- 31 -
System gemäß Fig. 4A keinen Kalibrationssender, wie etwa den
Sender 3 04 in Fig. 3B, so daß der entsprechende Schritt in der Software für das System gemäß Fig. 4A übersprungen werden
kann. Des weiteren werden Infrarot-Sender 540 und 545 anstelle der Tonsender 360 und 370 für die Bestimmung der
Position der Sondenspitze 541 und des Balkens 548 verwendet. Wie oben werden die verschiedenen Positionen der Sender auf
der Basis des Sichtfeldes der Detektoren 550 zu jedem der Sender 540 und 545 bestimmt. Der Winkel ist dadurch bekannt,
daß das Pixel innerhalb jeder der Detektoren 550 bekannt ist, das das Infrarotlicht detektiert. Des weiteren schließt die
Translations-Software 318 für das System gemäß Fig. 4A bei Verwendung eines optischen Scanners 380 zusätzliche Schritt
für den Betrieb des optischen Scanners 380 mittels des Multiplexers 310 ein, um eine Reihe von Infrarot-Laserstrahlen
entlang der Stirn 390 abzuscannen, die durch die Detektoren 550 detektiert werden. Diese Daten werden
durch den Digitalisierer 312 empfangen und zum Computer 396 weitergeleitet, so daß die Stirnkontur mittels der Software
0 3 98 bestimmt werden kann. Die Stirnkontur identifizierende Daten werden dann an die Translations-Software 318
zurückübertragen und als Referenz verwendet.
Fig. 6A veranschaulicht ein erfindungsgemäßes System, bei dem
eine Ultraschallortungsvorrichtung verwendet wird. Das Ultraschallsystem schließt einen Mechanismus ein, wie
beispielsweise eine Mayfield-Kopfklammer 570 zum Halten des
Kopfes 394 in einer festen Position. Der Referenzbalken 548 ist wie oben fest mit der Klammer 570 verbunden, wobei sich
die Sender 540 in Sichtlinie mit der Anordnung 552 befinden. Die Stirnkontur wird durch optisches Scannen unter Verwend&mgr;ng
des optischen Scanners 380 und der Anordnung 552 der Detektoren 550 bestimmt, wie in Fig. 4A gezeigt und wie oben
ausführlicher beschrieben. Das Ultraschallsystem schließt weiter eine Ultraschallsonde 500 ein, die im Operationssaal
verwendet werden kann, um das Gehirn abzuscanen. Die
• ·
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Ultraschallsonde 500 schließt eine Vielzahl von mindestens drei nicht-kolinearen Sendern 502 ein, die über eine Leitung
504 durch den Multiplexer 310 erregt werden. Das von den Sendern 502 ausgegebene Signal wird von der Anordnung 552
empfangen, um die Position des Körpers der Ultraschallsonde
500 in Bezug zur Position der Stirn 390 zu bestimmen. Dies wird mittels der Translations-Software 318 erreicht, die den
Digitalisierer 312 und den Multiplexer 310 so regelt, daß die Sender 502 in einer vorbestimmten Sequenz erregt werden, um
die Position des Körpers der Sonde 500 zu bestimmen. Dies ist die gleiche Technik, die oben in den Figuren 3B und 4A zur
Bestimmung der Position der Sonden 3 02 und 542 und der Ringe 306 und 548 angewendet wird. Die Ultraschallsonde 500 ist
auch über eine Leitung 506 mit einem System 508 bekannten Aufbaus verbunden, das den Ultraschallscan auswertet und die
ausgewerteten Informations an einen Monitor 510 weitergibt, der das Ultraschallbild ausgibt. Da die Anordnung 552 die
Position des Körpers der Ultraschallsonde 500 über den Digitalisierer 312 an jedem Punkt bestimmen kann, ist die
bestimmte Ebene des auf dem Monitor 510 ausgegebenen Bildes bekannt.
Ein Ultraschallbild ist in Fig. 6B beispielhaft wiedergegeben. Da die Ebene des Ultraschall-Scannbildes
bekannt ist, kann der Chirurg dem stereotaktischen Bilderzeugungssystem 324 signalisieren, ein gescanntes Bild
aus einer anderen Scanntechnik auf dem Display 3 26 zu erzeugen, das dem Ultraschallbild entspricht. Fig. 6C
veranschaulicht ein derartiges entsprechendes Bild.
Alternativ kann das System 508 über eine Datenverbindungsanlage 515 direkt mit dem stereotaktischen
Bilderzeugungssystem 324 verbunden sein, um die Position der Scannebene des auf dem Monitor 510 gezeigten Bildes zu übertragen,
so daß das stereotaktische Bilderzeugungssystem 324 5 automatisch das entsprechende gescannte Bild einer anderen
Scanntechnik auf dem Display 326 erzeugen und ausgeben kann.
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Infolgedessen wird das Bild aus dem Ultraschallsystem, wie
auf dem Monitor 510 dargestellt, auf einem Monitor gezeigt und kann mit einem entsprechenden Bild verglichen werden, das
aus CT-, MRI-, PET-, MEG-Scanns oder mittels anderer präoperativer Scannverfahren erhalten worden ist. Der
Querschnitt durch den durch das Ultraschallsystem erzeugten drei-dimensionalen Datensatz wird mittels eines
Hochleistungs-Graphiksystems 508, wie es beispielsweise von Silicon Graphics hergestellt wird, bestimmt. Dies ermöglicht
eine bessere Interpretation der Ultraschallscans, da die Anatomie aus MRI-, CT-, PET- oder MEG-Scanns direkt entnommen
werden kann. Darüber hinaus gestattet das Ultraschallsystem das Scannen im Operationssaal. Da das Gehirngewebe elastisch
ist und die Position von verschiedenen Geweben sich von Zeit zu Zeit verändern kann, erlaubt die Verwendung eines
Ultraschallsystems im Operationssaal eine genauere Lokalisierung verschiedener Gehirngewebe. Zur
Veranschaulichung wird die Ultraschallsonde 500 in Fig. 6A als vom Kopf 394 beabstandet dargestellt. Üblicherweise wird
die Ultraschallsonde 500 so positioniert, daß sie den Schädel während der Anwendung berührt. Die Sonde kann während des
chirurgischen Eingriffes auch am Schädel befestigt werden, um die Position des Gehirns kontinuierlich zu überwachen.
Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäßes System, mit dem Scannbilder aus verschiedenen Scanntechniken miteinander
korreliert werden können. Ein Scanner 600 steht stellvertretend für jede der gegenwärtig verfügbaren Scann-Verfahren
(z.B. CT, MRI, PET, MEG) und soll jede andere 0 Scanntechnik, die noch entwickelt werden sollte,
einschließen. Der Scanner 600 scannt den Kopf 394 in einer Ebene 602. Die Ebene 602 ist üblicherweise sichtbar durch
eine Anordnung von Lichtstrahlen definiert. Wenn das jeweilige Scannverfahren die Position der Stirnkontur in den
gescannten Bildern hervorbringt, wendet der Computer 396 die Stirnanpassungs-Software 3 98 an, um die Stirnkontur aus den
gescannten Bildern abzuleiten. Der Computer 3 96 ordnet die gescannten Bilder als eine Funktion der Stirnkontur für die
Speicherung im Speicher 320.
Wenn die jeweils angewandte Scanntechnologie die Position der
Stirnkontur in den gescannten Bildern nicht hervorbringt, wird der Ring 590 fest am Kopf 394 befestigt. Der optische
Scanner 380 wird vor dem Scannen verwendet, um die Position der Stirnkontur in Bezug zum Ring 590 zu bringen (wie in dem
die Fig. 4A betreffenden Text beschrieben). Der Ring 590 liegt in einer Ebene 604. Während des Scannens werden die
Ebenen 602 und 604 vorzugsweise parallel gehalten, indem zunächst der Ring 590 koplanar mit' der durch die sichtbare
Anordnung von Lichtstrahlen definierten Ebene 602 ausgerichtet wird. Es ist jedoch nicht erforderlich, zunächst
den Ring 590 koplanar mit der Scannebene 602 auszurichten. Solange die räumliche Beziehung zwischen dem Ring 590 und der
Ebene 602 bekannt ist und diese Beziehung während des Scannens aufrechterhalten wird, kann die Ausrichtung der
Stirn in Bezug zur Scannebene berechnet werden. Da der Ring 590 in mindestens einem Scan erscheinen wird und da die
Position eines Scans innerhalb einer Gruppe bezüglich zu den anderen Scans in der Gruppe bekannt ist, sind die betreffenden
Positionen der Scans in Bezug auf den Ring 590 bekannt.
Da die Position der Stirnkontur relativ zum Ring 590 durch das Scannen der Stirn mit dem Scanner 380 bestimmt wurde, ist
die Position der Stirnkontur in Bezug auf die Scannbilder bekannt. Der Computer 396 verwendet nun die Stirnanpassungs-Software
398, um die Scannbilder als Funktion der Stirnkontur 0 anzuordnen. Diese Information wird ein einer Datenbank im
Speicher 320 abgelegt. Die Stirnkontur wird dann verwendet, um die Scannbilder gemäß eines Verfahrens, wie etwa PET, in
Beziehung zu den mittels anderer Verfahren, wie etwa CT, MRI oder MEG, erzeugten Scannbildern zu bringen.
Wenn die Scannbilder aus verschiedenen Verfahren zugänglich
sind, ist es innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgesehen, eine entsprechende Zahl von Displays zu
verwenden, um jedes der Scannbilder entsprechend der Position der Sonde 302 oder 542 auszugeben, oder eine geringere Anzahl
an Displays zu verwenden, die jeweils mehrere Scannbilder
zeigen. Ebenso ist es vorgesehen, daß ein gescanntes Bild aus einem Verfahren als Referenz beim Orten entsprechender
Scannbilder aus anderen Verfahren verwendet werden kann. Wenngleich die vorliegende Beschreibung die Verwendung der
Erfindung zum Scannen des Kopfes des Patienten beschreibt, ist es innerhalb des Umfanges der Erfindung vorgesehen, diese
für das Scannen und die Analyse anderer Körperteile des Patienten zu verwenden.
Fig. 8 zeigt eine Laser-Tiefensucher 62 0, der zum Scannen der
Stirnkontur verwendet werden kann, wenn die Sichtlinie zwischen dem optischen Scanner 380 und der Anordnung 552 in
Fig. 4A blockiert ist. Fig. 8 schließt eine Mayfield-Klammer
570 ein zum Halten des Kopfes 394 in fester Beziehung zu einem Referenzbalken 548 mit darauf befindlichen Sendern 545.
Der Tiefensucher 620 kann jeder üblicherweise verfügbare Laser-Tiefensucher mit innerhalb der erforderlichen
Toleranzen liegenden Genauigkeit sein. Mindestens drei Sender 622 sind an dem Tiefensucher 620 befestigt. Die Sender 622
werden über den Multiplexer 310 gesteuert, so daß der Computer 314 die Position des Tiefensuchers 620 zusätzlich
zur Position der Balkens 54 8 bestimmen kann. Im Betrieb emittiert der Tiefensucher 620 einen Infrarot-Laserstrahl,
der von der Stirn 3 90' reflektiert und von einem in dem Tiefensucher 620 vorgesehenen Detektor empfangen wird. Die
Schalttechnik innerhalb des Tiefensuchers 620 berechnet den Abstand zwischen dem beleuchteten Punkt auf der Stirn 3 90 und
einem Referenzpunkt auf dem Tiefensucher 620 und gibt ein der berechneten Distanz entsprechendes Signal über eine Leitung
5 624 an einen Computer 314 aus. Der Computer 314 aktiviert dann sequentiell die Sender 545 und 622 über den Multiplexer
310, um die Positionen des Balkens 548 und dem Tiefensucher 620 zu bestimmen. Am Ende dieses ersten Vorgangs kann
demgemäß ein Punkt auf der Stirnkontur berechnet werden. Dieser Vorgang wird mehrfach wiederholt, bis der Computer 314
eine ausreichende Zahl an Punkten erhalten hat, um die Stirnkontur zu vermessen.
Figuren 9-11 zeigen ein alternatives System für die Registrierung von Scannbildern mit dem Operationsbereich.
Gemäß Fig. 9 ist eine Kappe 700 vorgesehen, die wie angegossen über den Kopf 394 paßt. Die Kappe 700 wird mittels
eines einstellbaren Riemens 702 befestigt. Beim Betrieb sollte keine Verschiebung zwischen der Kappe 700 und dem Kopf
3 94 auftreten. Eine Vielzahl von Ösen 704 ist in regelmäßigen Abständen in die Kappe 700 genäht. Fig. 10 zeigt eine solche
Öse im Detail und Fig. 11 zeigt den Querschnitt durch Fig. 10 entlang der angegebenen Linie. Wie diesen Figuren entnommen
werden kann, umschlingen die Ösen 704 den Stoff 706 der Kappe 700 und verstärken diesen dadurch. Ein mittig in jeder Öse
704 vorgesehenes Loch 707 ist in den Stoff 706 geschnitten und stellt Raum zum Tragen einer Markierung 708 zur Verfügung
und gibt auch Zugang zur darunterliegenden haut 710 auf dem Kopf 394. Der Stoff 706 ist vorzugsweise elastisch. Das Loch
707 im Stoff 706 ist kleiner als die äußeren Abmessungen der Markierung 708, so daß der Stoff 706 leicht gedehnt wird, um
die Markierung 708 zu halten. Beispielsweise kann das Loch
707 ein Schlitz innerhalb des Stoffes 706 sein.
Die Markierungen 708 weisen einen internen Behälter auf, der mit einer strahlenundurchlässigen Substanz gefüllt ist, die
während des Scannens vom Scanner detektiert wird und auf den Scannbildern erscheint. Beispielsweise sind die Markierungen
für CT-Scans mit Omnipak, die Markierungen für MRI-Scans mit Gadolinium und die Markierungen für PET-Scans mit einem
radioaktiven Tracer gefüllt. D.ie Behälter in den Markierungen
708 haben bei den verschiedenen Scanntechnologien
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unterschiedliches Fassungsvermögen, da jede Scanntechnologie eine andere Auflösung hat. Die Markierungen 708 haben jedoch
vorzugsweise einheitliche äußere Abmessungen, so daß die gleiche Kappe 700 mit jedem der verschiedenen Scanner-Typen
und den entsprechenden Markierungen verwendet werden kann. Die Markierungen 708 können leicht in dem Stoff 706
angebracht und von diesem entfernt werden, um einen schnellen Zugang zur Markierung der darunterliegenden Haut 710 zu
ermöglichen. Dies ist auch für Patienten hilfreich, die mehr als einem Scanvorgang und verschiedenen Scanntechnologien
unterliegen. Wenn mehrere Scanntechnologien verwendet werden, können die Markierungen für die verschiedenen Technologien
innerhalb der gleichen Ösen 704 am Stoff 706 befestigt werden, so daß die durch die verschiedenen Scanner erzeugten
Bilder die Markierungen 708 alle an den gleichen Orten zeigen. Die Markierungen 708 bestehen vorzugsweise aus
durchsichtigem Plastikmaterial, wie beispielsweise einer Polyethylenröhre, die mit einem Kontrastmittel 710 gefüllt
und an beiden Enden mit einem Epoxyharz 712 versiegelt ist.
0 Die Markierungen 708 können entweder vorgefüllt und mit geeignetem Kontrastmittel versiegelt oder durch eine
Nadelpunktion mit dem Kontrastmittel befüllbar sein.
Bei Schädeloperationen besteht die Kappe 700 vorzugsweise aus
Gewebe, das zu 85% aus Dupont-Antron-Nylon und zu 15% aus Lycra Spandex besteht. Wenngleich eine Größe den meisten
Patienten passen dürfte, kann die Kappe 700 hinsichtlich ihrer Größe und ihrer Form auf bestimmte Patienten angepaßt
werden. 3/4-Inch Ösen 704 werden in üblichen Abständen in der gesamten Kappe festgenäht. Für chirurgische Eingriffe an
anderen Körperteilen wird flexibles Material verwendet, das wie eine Bandage wie angegossen paßt. Wiederum werden alle
ein oder zwei Inches Ösen 704 angenäht. Wie bei der Kappe ist mittig in jeder Öse ein Loch in dem Stoff 706 zur
Aufnahme der Markierungen 708.
• ·
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Bei der Anwendung wird der Patient instruiert, sein/ihr Haar
zu waschen und kein Haarspray, Spühlungen oder andere Materialien vor dem Scannen zu verwenden, um eine möglichst
ölfreie Oberfläche zu schaffen. Nachdem die Kappe 700 eng über den Kopf 394 gezogen worden und mit dem Kinnriemen 702
befestigt worden ist, wählt der Chirurg mindestens drei (vorzugsweise mehr) Ösen 704 aus, die zum Halten von
Markierungen 708 verwendet werden sollen. Da die Genauigkeit der Dreipunkt-Registrierung mit einem größeren Abstand
zwischen den Markierungen zunimmt, werden die Markierungen 708 vorzugsweise über die größte zur Verfügung stehende
Fläche angeordnet, um eine niedrige Fehlergrenze zu gewährleisten. Falls ein chirurgischer Eingriff vorgesehen
ist, kann das Operationsgebiet umgebendes Haar abgeschnitten oder dort belassen werden, wie es von dem Chirurgen erwünscht
wird. Um das Gebiet herum, in dem Markierungen 708 nahe der Haut 710 positioniert werden, wird eine geringe Menge Haar
abgeschnitten oder entfernt. Die Haut 710 wird durch die Löcher im Stoff 706 der Ösen 704, in denen eine Markierung
708 angebracht werden soll, mit Wäschetinte markiert. Die
Markierungen 708 werden dann an dem Stoff befestigt. Während dieser Zeit achtet der Chirurg sorgfältig darauf, daß jede
Markierung 708 unmittelbar und der Tintenmarkierung 716 auf der Haut 710 benachbart positioniert wird. Die
Tintenmarkierung 716 ist vorzugsweise in der Mitte des Loches im Stoff 706 positioniert. Der Patient wird dann auf dem
Scann-Tisch positioniert und der Kopf 394 wird gescannt. Nach dem Scannen werden die Markierungen 708 entfernt. Beim
. Entfernen der Markierungen achtet der Chirurg sorgfältig darauf, daß sich keine Markierung während des Scannens
verschoben hat, indem er überprüft, daß jede Markierung noch immer direkt über und der entsprechenden Tintenmarkierung
benachbart angeordnet ist. Des weiteren sollten die Tintenmarkierungen in der Mitte der Löcher im Stoff 706
5 erscheinen. Wenn eine Markierung sich nicht mehr benachbart, zur betreffenden Tintenmarkierung befindet und/oder wenn die
Tintenmarkierung sich nicht in der Mitte des Loches befindet, deutet dies darauf hin, daß eine Verschiebung der Markierung
während des Scannens aufgetreten ist. Demgemäß wird die
betreffende Tintenmarkierung 716 und ihre entsprechende Markierung 708 während des nachfolgenden Registrierungsvorgangs
nicht verwendet, indem die Scannbilder mit dem Operationsbereich registriert werden. Wenn sich so viele
Markierungen von ihren Positionen verschoben haben, daß die Position von drei Markierungen nicht bestätigt werden kann,
wird der Scan wiederholt.
Wenn das Scannen unmittelbar vor dem chirurgischen Eingriff erfolgt, benötigen die Wäschetintemarkierungen 716 keinen
Schutz vor möglichem Verschmieren oder versehentlichem Entfernen. Dem Patienten wird eine Papierkappe gegeben, die
während des chirurgischen Eingriffes zu tragen ist und er wird instruiert, die Tintenmarkierungen nicht zu entfernen
oder zu beeinträchtigen. Wenn eine Verzögerung zwischen dem Scanen und dem chirurgischen Eingriff auftritt, gibt es
0 verschiedene Wege, um die Integrität der Wäschetintemarkierungen sicherzustellen. Beispielsweise kann
Bezoin auf den die Wäschetintemarkierung umgebenden Bereich aufgebracht und getrocknet werden. Dann wird ein 3/4-Inch
Streifen aus durchsichtigem Klebeband auf den Bereich aufgebracht. Auf ähnliche Weise kann auch Kollodium verwendet
werden, um die Markierungen zu schützen.
Nachdem die Integrität von mindestens drei Tintenmarkierungen 716 bestätigt worden ist, wird es dem Chirurgen mittels einer
0 Dreipunkt-Lösung unter Verwendung direktionaler Cosinusse aus zwei Referenzrahmen möglich, das Operationsgebiet in den
Scannbildern einzutragen. Wenn die Integrität von mehr als drei Markierungen 716 bestätigt ist, können die zusätzlichen
Markierungen in redundanter Weise verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Registrierung richtig durchgeführt
worden ist. Der Registrierungsvorgang kann unter Verwendung
der in den Figuren 4A und 3A gezeigten Vorrichtungen erfolgen. Im Anschluß an das Scannen mit der Kappe 700 und
den Markierungen 708 verarbeitet und speichert der Computer 314 die Scannbilder im Speicher 320 als Funktion der in den
Scannbildern erscheinenden Markierungen 708, unter Verwendung ähnlicher Techniken wie oben beschrieben. Vor dem
chirurgischen Eingriff wird der Kopf 3 94 in der Klammer 3 94 eingeklemmt. Die Spitze 541 der Sonde 542 wird dann auf jede
der Tintenmarkierungen 716 auf der Haut 710 des Kopfes 394 gebracht, während die Sender 540 und 545 erregt sind. Da der
Computer 314 nun die Position jeder der Tintenmarkierungen 716 relativ zum Referenzbalken 548 kennt, kann er die
Position des Scannbildes in Bezug zum Referenzbalken 548 bestimmen. Während des chirurgischen Eingriffes, wie oben
beschrieben, versetzen die Sender 540 und 545 den Computer 314 in die Läge, auch die Position der Sondenspitze 541 in
Bezug auf den Referenzbalken 548 zu kennen. Dementsprechend kennt der Computer 314 die Position der Sondenspitze 541 in
Bezug auf die Scannbilder. Der Computer 314 erzeugt dann ein der Position der Spitze 541 entsprechendes Scannbild. Das
erzeugte Bild wird auf dem Display 326. ausgegeben.
Wie man sieht, ergeben sich viele Vorteile bei der Verwendung der Kappe 700 und der Markierungen 708 für die Registrierung
der Scannbilder im Operationsgebiet. Beispielsweise und im Gegensatz zur Anordnung von Bezugsbolzen 3 07 gemäß Fig. 3D,
verursacht die Anordnung der Markierungen 708 dem Patienten keinerlei Schmerz. Dies liegt daran, daß die Markierungen
nicht-invasiv sind und ein Durchdringen der Haut nicht 0 erfordern. Dementsprechend können redundante Markierungen
verwendet werden, die für eine größere Präzision sorgen und in den meisten Fällen sicherstellen, daß mindestens drei
Markierungen für die Registrierung der Scannbilder verwendet werden können. Ein anderer Vorteil liegt darin, daß mit den
angeordneten Markierungen 708 Routinescans durchgeführt werden können. Wenn der anfängliche Scan eine einen
chirurgischen Eingriff erfordernde Läsion hervorbringt, ist
die Position des gescannten Bildes in Bezug zu den Markierungen 708 bekannt, und die gleichen Scannbilder können
während dem chirurgischen Eingriff verwendet werden. Wegen des mit der Implantierung von Referenzbolzen 307 verbundenen
Schmerzes wurden diese bei der Durchführung von Routinescans jedoch selten verwendet werden. Wenn während eines solchen
Routinescans eine Läsion gefunden wird, muß der gesamte Scan nach der Implantation der Bolzen 307 erneut aufgenommen
werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Markierungen 708 während des Scannens ist, daß sie vor dem chirurgischen
Eingriff entfernt werden und somit nicht sterilisiert werden müssen. Damit werden die sonst beim Versuch, derartige
Markierungen zu sterilisieren, auftretenden Schwierigkeiten vermieden.
Für chirurgische Eingriffe an anderen Körperteilen als dem
Kopf wird ein Material mit in regelmäßigen Abständen festgenähten Ösen 704 einmal um das zu untersuchende
Körperteil gewickelt und mit solchen Befestigungen befestigt, die nicht das erzeugte Bild beeinträchtigen. Das Material
wird eng anliegend angebracht, wobei alle ein bis zwei Inches eine Öse vorgesehen ist. Alternativ kann der Stoff in einer
korsettartigen Struktur gefertigt werden, wobei das Hauptmerkmal in der Verstärkung mit Ösen liegt, die es
ermöglichen, Löcher im Stoff vorzusehen, ohne diesen zu schwächen und auch die Anordnung von Markierungen 708
ermöglichen. Wie bei der Kappe 700 wird die Haut mit Wäschetinte 760 unterhalb jeder Markierung markiert. Nach dem
0 Scannen wird die Markierung 708 entfernt und die Hautmarkierung 716 dahingehend überprüft, daß sich die Markierung
nicht verschoben hat.
Dem Fachmann ist klar, daß andere Vorrichtungen als die Kappe 700 für die Positionierung der Markierungen 708 innerhalb des
Umfangs der Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise
- 42 -
können die Markierungen 708 unter Verwendung von Klebeband, benachbart zu einer Tintentnarkierung 716 gehalten werden.
Derartiges transparentes Klebeband hat sich insbesondere für die Positionierung von Markierungen auf der Stirn und anderen
haarlosen Bereichen als besonders effektiv erwiesen. Desweiteren können andere Vorrichtungen als die Ösen 704 und der
Stoff 706 zum Halten von Markierungen 708 in der Kappe 700 verwendet werden. Solche anderen Vorrichtungen schließen alle
üblichen Befestigungen und mechanischen Fixierungen, die
relativ kleine Objekte halten können, ein.
In Anbetracht der obigen Beschreibung zeigt sich, daß die verschiedenen Aufgaben der Erfindung gelöst und andere
vorteilhafte Ergebnisse erzielt werden.
Da verschiedene Änderungen in den oben beschriebenen Konstruktionen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der
Erfindung abzuweichen, ist der Inhalt der obigen Beschreibung oder den beiliegenden Zeichnungen nur als veranschaulichend
und nicht als begrenzend anzusehen.
FIG. | 2C |
A | |
B | = |
C |
FIG. | 3C |
D | = |
E | = |
F |
BEZUGSZEICHENLI&TE^otJ".': * ';;::":
Sondenposition Phantombasis-Koordinaten (X1, Y1, Z1)
Koordinaten des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0)
Sondenposition Koordinatensystem der chirurgischen Sonde (X2, Y2/ Z2)
Koordinaten des gescannten Bildes (X0, Y0, Z0)
Claims (30)
1. Vorrichtung zur Angabe einer Position innerhalb eines Objektes, umfassend:
Bezugspunkteinrichtungen in fester Beziehung zum Obj ekt;
Einrichtungen zur Erzeugung von Bildern des Objektes,
wobei die Bilder Referenzbilder entsprechend der Bezugspunkteinrichtung einschließen;
außerhalb des Objektes vorgesehene Referenzeinrichtungen;
eine eine Spitze aufweisende Sonde;
eine eine Spitze aufweisende Sonde;
erste Einrichtungen zur Bestimmung der Position der Spitze der Sonde bezüglich der Referenzeinrichtungen;
zweite Einrichtungen zur Messung der Position der Bezugspunkteinrichtungen des Objektes relativ zu den
Referenzeinrichtungen, wobei die Position der Spitze in Bezug auf die Bezugspunkteinrichtungen des Objektes bekannt ist;
Einrichtungen zur Übertragung der bestimmten Position der Spitze der Sonde in ein den Bildern des Objektes
entsprechendes Koordinatensystem und Einrichtungen zur Ausgabe eines Bildes des Objektes,
das der übertragenen Position der Spitze der Sonde entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der 0 Körper eines Patienten ist und die Ausgabeeinrichtungen
umfassen:
Einrichtungen für die Ausgabe eines Bildes, das die Spitze der Sonde auf dem ausgegebenen Bild des Körpers
darstellt.
35
35
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die zweiten Einrichtungen umfassen:
eine Basis, die in einer festen Beziehung mit den Bezugspunkteinrichtungen des Körpers an dem Körper befestigt
ist und
Einrichtungen zum Messen der Position der Basis in Bezug auf die Referenzeinrichtungen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Referenzeinrichtungen eine Anordnung mit Sensoren umfassen und die Sonde
eine chirurgische Koagulationspinzette umfaßt, die mit der Spitze der Pinzette ausgerichtete und unterhalb der
Sichtlinie des Chirurgs, wenn dieser die Pinzette verwendet, angeordnete Emitter aufweist, wobei die Emitter mit den
Sensoren der Anordnung kommunizieren, um die Position der Sonde in Bezug auf die Anordnung anzugeben.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter umfassend zusätzliche, auf der Basis vorgesehene Emitter, die mit den
Sensoren der Anordnung kommunizieren, um die Position der Basis in Bezug zu der Anordnung anzugeben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter umfassend einen dreidimensionalen Digitalisierer für die Digitalisierung der
von den Sensoren in Beantwortung der Signale von den Emittern erzeugten Signale.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Übertragungseinrichtung einen zwischen die Weitereinrichtung
0 und die Ausgabeeinrichtung geschalteten Computer und Translations-Software zur Steuerung des Computers umfaßt, so
daß dem Computer durch die zweiten Einrichtungen zugeführten Koordinaten in entsprechende Koordinaten umgewandelt werden,
die an die Ausgabeeinrichtung weitergegeben werden.
5 ■ .
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der Körper eines Patienten ist und die Ausgabeeinrichtung ein
Bilderzeugungssystem umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend Einrichtungen zur Kompensation von TemperaturSchwankungen,
die den Betrieb der ersten und zweiten Bestimmungseinrichtungen beeinträchtigen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der
Körper eines Patienten ist, und die Ausgabeeinrichtungen Einrichtungen umfassen, die auf dem entsprechenden Bild, des
Körpers einen Cursor wiedergeben, der die Spitze der Sonde repräsentiert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bezugspunkteinrichtungen
eine Referenzebene definieren und das Koordinatensystem der Bilder eine parallel zur Referenzebene
liegende X-Y Ebene umfaßt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der
Körper eines Patienten ist, die Referenzeinrichtung eine Sensoren aufweisende Anordnung umfaßt und die Probe eine
chirurgische Koagulationspinzette umfaßt, die zwei Emitter aufweist, die mit der Spitze der Pinzette ausgerichtet und
unterhalb der Sichtlinie durch die Pinzette angeordnet sind, wobei die Emitter mit den Sensoren der Anordnung
kommunizieren, um die Position der Sonde in Bezug zu der Anordnung anzugeben.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der Körper eines Patienten ist, weiter umfassend
strahlendurchlässige Bolzen mit strahlenundurchlässigen Spitzen, die im Kopf vorgesehen sind, um die Bezugs-
punkteinrichtung zu definieren.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der Körper eines Patienten ist, die Bezugspunkteinrichtung eine
Konturfläche auf dem Kopf des Patienten umfaßt, wobei die Position der Bilder des Kopfes in Bezug zur Konturfläche
bekannt ist und die zweite Einrichtung weiter umfaßt:
eine am Kopf in fester Beziehung zur Konturfläche befestigte Basis;
auf der Basis befestigte Emitter, wobei die Referenzeinrichtung auf die Emitter anspricht, um die Position der Basis in Bezug zur Bezugseinrichtung zu bestimmen und
auf der Basis befestigte Emitter, wobei die Referenzeinrichtung auf die Emitter anspricht, um die Position der Basis in Bezug zur Bezugseinrichtung zu bestimmen und
Einrichtungen zum Scannen der Konturfläche mit einem Strahl, wobei die Bezugseinrichtung auf den Scannerstrahl
anspricht, um die Position der Konturfläche in Bezug zur Bezugseinrichtung zu bestimmen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die
0 Referenzeinrichtung eine Anordnung mit Sensoren umfaßt und
die Sonde eine chirurgische Koagulationspinzette umfaßt, die zweite, mit der Spitze der Pinzette ausgerichtete und
unterhalb der Sichtlinie des Chirurgen, wenn dieser die Pinzette verwendet, angeordnete.Emitter aufweist, wobei die
Emitter mit den Sensoren der Anordnung kommunizieren, um die Position der Sonde in Bezug zu der Anordnung anzugeben.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, weiter umfassend einen dreidimensionalen Digitalisierer zur Digitalisierung
0 der von den Sensoren in Beantwortung der Signale von den ersten und zweiten Emittern erzeugten Signale.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die
Übertragungseinrichtung einen zwischen die zweite Einrichtung und die Ausgabeeinrichtung geschalteten Computer sowie
Übertragungssoftware zur Steuerung des Computers umfaßt, so daß durch die zweite Einrichtung an den Computer übermittelte
Koordinaten in entsprechende Koordinaten umgewandelt werden, die an die Ausgabeeinrichtung weitergegeben werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt der
Körper eines Patienten ist und die Ausgabeeinrichtung umfaßt:
Einrichtungen zur Ausgabe einer Vielzahl von Bildern, die mittels einer Vielzahl von Scanntechnologien erzeugt
worden sind, wobei die ausgegebenen Bilder der Position der Spitze der Probe im Körper entsprechen.
15
19. Vorrichtung, mit dem Scannbilder eines Körpers eines Patienten, die mittels erster und zweiter Scanntechnologien
erzeugt worden sind, in Beziehung gebracht werden, umfassend:
Bezugspunkteinrichtungen in fester Beziehung zum Körper;
Einrichtungen, mit denen die ersten gescannten Bilder in Beziehung mit der Bezugspunkteinrichtung gebracht werden;
Einrichtungen, mit denen die zweiten gescannten Bilder mit den Bezugspunkteinrichtungen in Beziehung gebracht
werden;
Einrichtungen zum Wählen eines bestimmten ersten gescannten Bilds;
Einrichtungen zur Bestimmung der Position des bestimmten ersten gescannten Bildes in Bezug zur Bezugspunkteinrichtung;
Einrichtungen zur Erzeugung eines zweiten gescannten Bildes, das die gleiche Position bezüglich der Bezugspunkteinrichtung
hat wie die bestimmte Position, wobei das
erzeugte zweite gescannte Bild dem ersten gescannten Bild entspricht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Bezugs-
punkteinrichtung die Kontur der Stirn des Patienten umfaßt
und die gescannten Bilder gescannte Bilder des Kopfes umfassen.
21. Vorrichtung zur Angabe einer Position innerhalb eines Körpers eines Patienten, umfassend:
Bezugspunkteinrichtungen in fester Beziehung zum Körper eines Patienten;
Einrichtungen zur Erzeugung von Bildern des Körpers eines Patienten, wobei die Bilder Referenzbilder entsprechend
der Bezugspunkteinrichtung einschließen;
außerhalb des Körpers eines Patienten vorgesehene Referenzeinrichtungen;
eine eine Spitze aufweisende Sonde; erste Einrichtungen zur Bestimmung der Position der
Spitze der Sonde bezüglich der Referenzeinrichtungen;
zweite Einrichtungen zur Messung der Position der Bezugspunkteinrichtungen des Körpers eines Patienten relativ
zu den Referenzeinrichtungen, wobei die Position der Spitze in Bezug auf die Bezugspunkteinrichtungen des Körpers eines
Patienten bekannt ist;
Einrichtungen zur Übertragung der bestimmten Position der Spitze der Sonde in ein den Bildern des Körpers eines
Patienten entsprechendes Koordinatensystem und
Einrichtungen zur Ausgabe eines Bildes des Körpers eines Patienten, das der übertragenen Position der Spitze der
Sonde entspricht.
22. Vorrichtung für die Bestimmung einer Position einer Ultraschallsonde bezüglich einem Körperteil eines Patienten,
wobei die Sonde dem Körperteil benachbart angeordnet ist und diesen scannt, wobei das System umfaßt:
eine zur Kommunikation mit der Sonde angeordnete Anordnung;
erste Einrichtungen zur Bestimmung der Position der Ultraschallsonde in Bezug zur Anordnung;
zweite Einrichtungen zur Bestimmung der Position des Körperteils in Bezug zur Anordnung und
Einrichtungen zur Übertragung der Position der Ultraschallsonde in ein der Position des Körperteils
entsprechendes Koordinatensystem.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, weiter umfassend Einrichtungen zum Scannen des Körperteils, um Bilder dieses
zu erzeugen sowie Einrichtungen zur Erzeugung eines Bildes des Körperteils entsprechend der planaren Position der
Ultraschallsonde.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Scanneinrichtung einen CAT-, PET-, MRI- oder MEG-Scanner
umfaßt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die erste Einrichtung mindestens drei Emitter auf der Ultraschallsonde
sowie Einrichtungen zur Aktivierung der Emitter umfaßt, um ein an die Anordnung weitergegebenes Signal zu erzeugen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die zweite Einrichtung umfaßt:
einen optischen Scanner zum Scannen des Körperteils, um ein Signal zu erzeugen, das von der Anordnung empfangen wird
und bezeichnend für die Kontur eines Bereiches des
Körperteils ist und
Einrichtungen, die am Körperteil in fester Beziehung
mit dem gescannten Bereich des Körperteils befestigt sind, um ein Signal zu erzeugen, das von der Anordnung empfangen wird, um die Position der Einrichtung in Bezug zu der Anordnung
anzugeben, wobei die Position des Körperteils in Bezug zu der Anordnung bestimmt werden kann.
mit dem gescannten Bereich des Körperteils befestigt sind, um ein Signal zu erzeugen, das von der Anordnung empfangen wird, um die Position der Einrichtung in Bezug zu der Anordnung
anzugeben, wobei die Position des Körperteils in Bezug zu der Anordnung bestimmt werden kann.
27. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die zweite
Einrichtung umfaßt:
Einrichtung umfaßt:
einen optischen Scanner zum Scannen des Körperteils, um
ein Signal zu erzeugen, das von dem optischen Scanner
empfangen wird und die Kontur eines Bereiches des Körperteils bezeichnet;
empfangen wird und die Kontur eines Bereiches des Körperteils bezeichnet;
auf dem optischen Scanner angebrachte Einrichtungen,
die ein von der Anordnung empfangenes Signal emittieren, um
die Position des optischen Scanners in Bezug zu der Anordnung anzugeben und
die ein von der Anordnung empfangenes Signal emittieren, um
die Position des optischen Scanners in Bezug zu der Anordnung anzugeben und
an dem Körperteil in fester Beziehung zu dem gescannten Bereich des Körperteils angebrachte Einrichtungen zur
Erzeugung eines Signals, das von der Anordnung empfangen
wird, um die Position der Einrichtung in Bezug auf die
Anordnung anzugeben, wobei die Position des Körperteils in
Bezug auf die Anordnung bestimmt werden kann.
Erzeugung eines Signals, das von der Anordnung empfangen
wird, um die Position der Einrichtung in Bezug auf die
Anordnung anzugeben, wobei die Position des Körperteils in
Bezug auf die Anordnung bestimmt werden kann.
28. Vorrichtung zur Angabe einer Position in Bezug auf den Körper eines Patienten umfassend:
strahlenundurchlässige Markierungen und
Einrichtungen zum nicht-invasiven Tragen der
Markierungen auf der Hautoberfläche.
Einrichtungen zum nicht-invasiven Tragen der
Markierungen auf der Hautoberfläche.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Trageeinrichtung
eine den Körper überziehende Materialschicht und Einrichtungen auf der Materialschicht umfaßt, die die
Markierungen tragen.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Materialschicht Öffnungen mit Kanten aufweist, um die Markierungen in
Eingriff zu bringen und diese zu tragen.
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