RU202367U1 - Держатель с маркером, применяемый при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности - Google Patents
Держатель с маркером, применяемый при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности Download PDFInfo
- Publication number
- RU202367U1 RU202367U1 RU2020132951U RU2020132951U RU202367U1 RU 202367 U1 RU202367 U1 RU 202367U1 RU 2020132951 U RU2020132951 U RU 2020132951U RU 2020132951 U RU2020132951 U RU 2020132951U RU 202367 U1 RU202367 U1 RU 202367U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holder
- marker
- head
- mixed reality
- hoop
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Robotics (AREA)
- Instructional Devices (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к медицине, а именно к устройствам для выполнения хирургических операций на голове с использованием смешанной реальности. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для выполнения хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности, с обеспечением возможности фиксации на голове, содержит держатель с оптическим маркером, при этом держатель и маркер соединены между собой, держатель изготавливается персонально, с учетом индивидуальных анатомических особенностей пациента при помощи печати на 3D-принтере и включает обруч, обеспечивающий возможность опоры на мягкие ткани, расположенные над лобной и теменной костями черепа, носоупор, обеспечивающий возможность опоры на ткани над носовой костью, мост, соединяющий обруч и носоупор, а также платформу для крепления маркера. Обруч держателя имеет форму полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого повторяет индивидуальную анатомию пациента. Оптический маркер имеет форму объемного многогранника, например, куба (гексаэдра) и прикреплен к платформе держателя при помощи разъемного или неразъемного соединения. Технический результат полезной модели достигается за счет фиксации держателя с оптическим маркером над лобной и теменной костями черепа, что увеличивает доступность операционного поля при выполнении хирургического вмешательства с использованием смешанной реальности в челюстно-лицевой области. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Полезная модель относится к медицине, а именно к устройствам для выполнения хирургических операций на голове с использованием смешанной реальности.
Полезная модель может быть использована, в частности, в челюстно-лицевой и реконструктивной хирургии, например, при выполнении реконструктивно-пластических операций для устранения обширных дефектов челюстей и окружающих мягких тканей, возникших после удаления злокачественных и доброкачественных новообразований, в результате травм и деформаций различного генеза.
Технология смешанной реальности (Mixed reality, MR) дает возможность наблюдателю видеть виртуальные объекты в контексте реального мира. Современный подход позволяет проецировать изображение этих объектов перед глазами пользователя в виде голограммы, используя для этого так называемые очки смешанной реальности. Это позволяет наблюдателю взаимодействовать в реальном времени между различными материальными и виртуальными объектами, как будто они существуют в единой среде. Используя эту особенность, можно повысить производительность и качество услуг во многих областях, в частности, в хирургии головы и шеи.
В настоящее время опубликовано немало научных трудов по использованию смешанной реальности в разных областях медицины: нейрохирургии, кардиологии, урологии, пластической хирургии, в том числе стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.
Наиболее близким по технической сущности является специальное устройство, изготовленное при помощи трехмерной печати, и предназначенное для отслеживания положения челюстно-лицевой области в дополненной реальности [патент CN107951561, опубликован 24.07.2020]. Изобретение относится к области медицинских хирургических челюстно-лицевых устройств и инструментов, а также к технологиям дополненной реальности, в частности к устройству, предназначенному для отслеживания положения челюстно-лицевой области в дополненной реальности, изготовленному с помощью трехмерной печати и фиксируемому между зубами верхней и нижней челюсти. Устройство содержит держатель маркера - окклюзионную пластину с уникальным рельефом, отражающим отпечатки зубов верхней и нижней челюсти, изготавливаемую индивидуально для каждого пациента при помощи печати на 3D-принтере и модуль оптического маркера. Пластина и модуль маркера снабжены разъемом, предназначенным для их соединения.
Недостатком описанного устройства является близость его расположения к операционному полю при выполнении хирургического вмешательства в челюстно-лицевой области, что может помешать или воспрепятствовать продолжению хирургического вмешательства.
Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение условий выполнения хирургического вмешательства в челюстно-лицевой области с использованием смешанной реальности.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство, применяемое при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности и изготовленное с обеспечением возможности фиксации на голове, содержит держатель с оптическим маркером, при этом, держатель и маркер соединены между собой, держатель изготавливается персонально, с учетом индивидуальных анатомических особенностей пациента при помощи печати на 3D-принтере и включает обруч, обеспечивающий возможность опоры на мягкие ткани, расположенные над лобной и теменной костями черепа, носоупор, обеспечивающий возможность опоры на ткани над носовой костью, мост, соединяющий обруч и носоупор, а также платформу для крепления маркера, при этом обруч держателя имеет форму полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого повторяет индивидуальную анатомию пациента. Оптический маркер имеет форму объемного многогранника, например, куба (гексаэдра) и прикреплен к платформе держателя при помощи разъемного (винты, шурупы, штифты) или неразъемного (клей, сварка) соединения.
Технический результат предлагаемой полезной модели достигается за счет фиксации держателя с оптическим маркером над лобной и теменной костями черепа, что увеличивает доступность операционного поля при выполнении хирургического вмешательства с использованием смешанной реальности в челюстно-лицевой области.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
- 3D-модель специального объемного оптического маркера (фиг. 1);
- код, наносимый на грани специального объемного оптического маркера (фиг. 2);
- 3D-модель головы с указанием областей, на которых будет фиксироваться держатель маркера (фиг. 3);
- 3D-модель головы с присоединенными 3D-моделями держателя и объемного оптического маркера (фиг. 4);
- распечатанный на 3D-принтере держатель с присоединенным объемным оптическим маркером (фиг. 5).
Держатель оптического маркера (далее держатель или ДМ) занимает важное место в составе оборудования, необходимого для выполнения хирургической операции на голове с использованием очков смешанной реальности (например, Microsoft HoloLens).
Смешанной реальностью называется технология, где виртуальный и реальный мир взаимодействуют, а это значит, что стоит задача точного взаимного позиционирования виртуальных и реальных объектов с точки зрения пользователя. Для решения этой задачи, в частности используется система оптического трекинга.
Трекинг с использованием специальных маркеров, или меток, удобен тем, что они проще распознаются камерой и дают ей более жесткую привязку к месту для виртуальной модели. Такая технология гораздо надежнее «безмаркерной» и работает практически без сбоев.
Держатель служит для фиксации в определенном положении оптического маркера на теле пациента. Это позволяет при использовании технологии смешанной реальности точно совместить реальный и виртуальный объект -тело пациента и виртуальную 3D-модель (голограмму) пораженного органа.
Персональный для каждого пациента держатель маркера изготавливается с учетом индивидуальных анатомических особенностей при помощи печати на 3D-принтере и обеспечивает возможность фиксации на голове пациента.
Объемный оптический маркер, закрепленный на держателе, служит для привязки виртуальной 3D-модели индивидуальных анатомических структур пациента к его реальным органам. На каждую открытую грань маркера нанесен уникальный код, созданный таким образом, чтобы камера, встроенная в очки, смогла его распознать и определить ориентацию и положение маркера.
Маркер может иметь, например, форму куба (гексаэдра), его 3D-модель 1 показана на фиг. 1. На все грани модели маркера 1, кроме одной, нанесен уникальный код 2 (фиг. 2).
При этом оптимальным с точки зрения уверенности распознавания представляется код 2 в виде светлого многоугольника 3, образованного путем комбинации нескольких прямоугольников, расположенных под прямым углом друг к другу, размещенного на темном контрастном фоне 4, изображающем текстуру с непериодической угловатой структурой с высоким локальным контрастом. При этом код 2 должен быть размещен на плоской поверхности и не иметь глянцевости.
Конструирование держателя осуществляется в следующей последовательности.
Сначала пациент проходит процедуру компьютерной томографии головы. В результате такой процедуры рабочая станция томографа формирует трехмерное растровое изображение индивидуальной анатомии пациента. Используя полученные данные, с помощью программного обеспечения выполняют сегментацию (построение контура) и трехмерную реконструкцию (построение трехмерной модели) головы пациента целиком, а также всех анатомических структур, которые представляют интерес для хирурга в предстоящей операции. Примерами таких анатомических структур являются новообразования, кости черепа и проч.
Далее, выбирают модель головы 5 целиком (фиг. 3). На поверхности модели 5 обозначают области 6, на которых будет фиксироваться держатель маркера. Эти области 6 выбирают с таким расчетом, чтобы держатель обеспечивал возможность опоры на мягкие ткани, расположенные, в частности, над лобной, теменной и носовой костями черепа и имел форму, позволяющую ему при плотном прилегании к голове по всей площади контактной поверхности занимать единственное фиксированное положение на голове пациента.
После этого, на основе выбранных ранее областей 6, осуществляют построение трехмерной модели держателя 7 (фиг. 4), а также объемного оптического маркера 1, рекомендации по конструированию которого приведены выше. Обе модели распечатывают на 3D-принтере. Держатель и маркер могут быть изготовлены как одно целое.
Также, согласно рекомендациям, разрабатывают коды 2, уникальные для каждой грани маркера, которые впоследствии наносят любым способом (например, прямой печатью или в виде самоклеящихся этикеток) на все грани маркера, кроме той, которой он будет соединяться с держателем.
Держатель 8 маркера 9 (материальное воплощение) может выглядеть, например, так, как показано на фиг. 5. Он представляет из себя устройство, содержащее обруч 10, обеспечивающий возможность опоры на мягкие ткани, расположенные над лобной и теменной костями черепа, носоупор 11, обеспечивающий возможность опоры на ткани над носовой костью, мост 12, соединяющий обруч и носоупор, а также платформу 13 для крепления маркера.
Обруч 10 держателя 8 имеет форму, напоминающую полый усеченный конус, внутренняя поверхность которого повторяет индивидуальную анатомию пациента, что позволяет обручу 10 при плотном прилегании к голове фиксироваться на ней в единственном положении. Носоупор 11 добавляет держателю еще одну опорную поверхность, кроме того, однозначно определяет положение обруча 10 на голове. Их совместное использование позволяет держателю при плотном прилегании к голове пациента занимать единственное фиксированное положение.
На платформу 13 держателя 8 крепят при помощи клея или любым другим способом (например, винтами или шурупами) оптический маркер 9. При этом размещение уникальных кодов на гранях маркера 9 относительно держателя 8 должно в точности соответствовать спроектированному. При таком подходе получают полностью идентичные виртуальную и материальную конструкции держателя с присоединенным маркером.
Так как 3D-модель головы 5 с высокой точностью соответствует оригиналу, а размещенная на ней модель держателя 7 с маркером 1 занимает то же место, что и материальные объекты в реальности, достигается полное соответствие между взаимным положением маркера и головы в реальности и виртуальности. Это позволяет очкам визуализировать необходимые модели анатомических структур в точном соответствии с расположением реальных органов пациента.
К виртуальному маркеру 1 привязывают все созданные 3D-модели анатомических структур, т.е. точно фиксируют их взаимное расположение, затем все эти данные загружают в очки смешанной реальности. Это можно сделать разными способами, например, создав специальное приложение для очков, которое будет хранить в своей памяти все необходимые данные.
Перед выполнением хирургического вмешательства маркер 9 при помощи держателя 8 фиксируют на голове пациента. Когда в поле зрения наблюдателя попадает маркер, очки визуализируют модели анатомических структур в виде голограмм строго в том же месте, где располагаются реальные органы пациента.
Claims (3)
1. Устройство для выполнения хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности, с обеспечением возможности фиксации на голове, содержащее держатель с оптическим маркером, при этом держатель и маркер соединены между собой, держатель изготавливается персонально, с учетом индивидуальных анатомических особенностей пациента при помощи печати на 3D-принтере, отличающееся тем, что держатель включает обруч, обеспечивающий возможность опоры на мягкие ткани, расположенные над лобной и теменной костями черепа, носоупор, обеспечивающий возможность опоры на ткани над носовой костью, мост, соединяющий обруч и носоупор, а также платформу для крепления маркера, при этом обруч держателя имеет форму полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого повторяет индивидуальную анатомию пациента.
2. Устройство для выполнения хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности по п. 1, отличающееся тем, что оптический маркер имеет форму объемного многогранника, например, куба (гексаэдра).
3. Устройство для выполнения хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности по п. 1, отличающееся тем, что оптический маркер прикреплен к платформе держателя при помощи разъемного или неразъемного соединения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132951U RU202367U1 (ru) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Держатель с маркером, применяемый при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020132951U RU202367U1 (ru) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Держатель с маркером, применяемый при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU202367U1 true RU202367U1 (ru) | 2021-02-15 |
Family
ID=74665844
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020132951U RU202367U1 (ru) | 2020-10-06 | 2020-10-06 | Держатель с маркером, применяемый при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU202367U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210665U1 (ru) * | 2021-06-01 | 2022-04-25 | Владимир Михайлович Иванов | Держатель маркера для выполнения хирургической операции на голове пациента с использованием смешанной реальности |
RU218905U1 (ru) * | 2023-03-17 | 2023-06-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Устройство фиксации и стабилизации черепа при хирургических вмешательствах |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU52292U1 (ru) * | 2005-09-13 | 2006-03-10 | Открытое Акционерное Общество "ОКБ "Октава" | Оголовье телефонно-микрофонной гарнитуры |
WO2017117634A1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | Cosmetic Edge Pty Ltd | Phototherapy system for treating nasal disorders |
RU2638776C1 (ru) * | 2013-11-11 | 2017-12-15 | Сони Интерактив Энтертейнмент Инк. | Устройство генерирования изображения и способ |
CN108292044A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-07-17 | 三星电子株式会社 | 具有可拆卸设备的头戴式显示设备 |
-
2020
- 2020-10-06 RU RU2020132951U patent/RU202367U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU52292U1 (ru) * | 2005-09-13 | 2006-03-10 | Открытое Акционерное Общество "ОКБ "Октава" | Оголовье телефонно-микрофонной гарнитуры |
RU2638776C1 (ru) * | 2013-11-11 | 2017-12-15 | Сони Интерактив Энтертейнмент Инк. | Устройство генерирования изображения и способ |
CN108292044A (zh) * | 2015-11-30 | 2018-07-17 | 三星电子株式会社 | 具有可拆卸设备的头戴式显示设备 |
WO2017117634A1 (en) * | 2016-01-06 | 2017-07-13 | Cosmetic Edge Pty Ltd | Phototherapy system for treating nasal disorders |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210665U1 (ru) * | 2021-06-01 | 2022-04-25 | Владимир Михайлович Иванов | Держатель маркера для выполнения хирургической операции на голове пациента с использованием смешанной реальности |
RU218905U1 (ru) * | 2023-03-17 | 2023-06-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Устройство фиксации и стабилизации черепа при хирургических вмешательствах |
RU2802120C1 (ru) * | 2023-05-05 | 2023-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Держатель для маркера дополненной реальности при проведении операций в челюстно-лицевой области |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP4159149A1 (en) | Surgical navigation system, computer for performing surgical navigation method, and storage medium | |
Yu et al. | The indication and application of computer-assisted navigation in oral and maxillofacial surgery—Shanghai's experience based on 104 cases | |
CN102784003B (zh) | 一种基于结构光扫描的椎弓根内固定手术导航*** | |
US7587076B2 (en) | Fluoroscopy image verification | |
CN202751447U (zh) | 一种基于结构光扫描的椎弓根内固定手术导航*** | |
Schramm et al. | Navigational surgery of the facial skeleton | |
Soteriou et al. | Prospects and limitations of different registration modalities in electromagnetic ENT navigation | |
Pietruski et al. | Navigation-guided fibula free flap for mandibular reconstruction: A proof of concept study | |
CN116348059A (zh) | 棘突夹具 | |
JP2019208737A (ja) | 手術支援用マーカー及び手術支援システム | |
RU202367U1 (ru) | Держатель с маркером, применяемый при выполнении хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности | |
Wu et al. | Error analysis of robot-assisted orthognathic surgery | |
Kim et al. | Quantitative augmented reality-assisted free-hand orthognathic surgery using electromagnetic tracking and skin-attached dynamic reference | |
CN109700531B (zh) | 个体化下颌骨导航配准导板及其配准方法 | |
Tang et al. | The use of dynamic navigation systems as a component of digital dentistry | |
Vorbeck et al. | Experiences in intraoperative computer‐aided navigation in ENT sinus surgery with the Aesculap navigation system | |
CN109620405B (zh) | 用于开颅手术体表切口导航的识别图像贴片的实现方法 | |
RU2754288C1 (ru) | Способ подготовки и выполнения хирургической операции на голове с использованием смешанной реальности | |
RU210665U1 (ru) | Держатель маркера для выполнения хирургической операции на голове пациента с использованием смешанной реальности | |
CN109700532B (zh) | 个体化颅颌面部导航配准导板及其配准方法 | |
CN111728695A (zh) | 一种用于开颅手术的光束辅助定位方法及定位*** | |
de Boutray et al. | Fibular registration using surface matching in navigation-guided osteotomies: a proof of concept study on 3D-printed models | |
JP2024521954A (ja) | 手術中に患者の解剖学的構造を参照するための手術参照体 | |
RU2809175C1 (ru) | Держатель маркеров для подготовки и выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности | |
RU2808923C1 (ru) | Способ фиксации держателя маркеров на теле пациента для подготовки и выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC9K | Change in the [utility model] inventorship |
Effective date: 20220316 |