CN116019571A - 用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法 - Google Patents

用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法。本发明的系统使用身体形状捕获设备来获取患者的身体形状，并使用3D形状生成设备来增材地制造患者容纳设备，其至少部分地适应于患者的身体形状或者至少部分地偏离患者的身体形状，从而将患者的身体带入期望的形状，使得患者的身体在手术期间的外部形状与身体在形状捕获期间的外部形状相同。患者容纳设备包括可被定位系统检测到的至少一个跟踪器元件。定位系统适于捕获指示至少一个跟踪器元件在手术期间的位置和/或定向的数据，这对于在软组织上或软组织中高度灵活地且没有特定的自然或人工标志进行外科手术尤其重要，外科医生能够在来自手术部位的实时图像中进行定向/导航。

Description

用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置。
背景技术
美国专利第9,433,387 B2号公开了一种用于从患者获得颅骨或其他扫描的系统。该系统包括诊断扫描工作台和符合患者身体轮廓的一部分的模具。在一个实施例中，提供了用于包围患者头部的面罩。传感器放置在模具或面罩内，用于获得压力读数，该压力读数可以指示患者的运动，例如吞咽动作。传感器的信号可用于避免在扫描期间由于患者运动而导致的不准确性。为此，传感器耦合到扫描系统。
此外，US 2019/0105423 A1公开了用于患者肢体的支撑物。这种支持物包括形成格子结构的柔性多腔管交错面的网状物。通过给多腔管充气，可以使支撑物内的跛行者固定不动。
Wiley-Liz，Inc.的V. Edward，C. Windishburger等人的文章“Quantificationof fMRI Artifact Reduction by a Novel Plaster Cast Head Holder（通过新颖石膏模型头部固定器减少fMRI伪影的量化）”( 2000年9月在线发表)公开了一种用于在fMRI扫描期间固定和重新定位患者头部的石膏模型头部固定器。石膏模型头部固定器将减少无意的头部运动幅度，并减少运动伪影。石膏模型头部固定器包括具有延展性固定材料的头部面罩，该固定材料在其完全硬化状态下是坚硬的。
虽然有各种各样的技术用于在手术前从患者身体获取图像，例如超声成像放射检查、计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)，但是外科医生在手术期间识别用照相机观察的对象和组织方面仍然存在问题。
在US 2016/0249987 A1中，在手术前将传感器附着到患者的解剖结构，而在手术期间，计算单元与传感器通信，使得能够在手术期间配准（register）患者的解剖结构。用于附着传感器的患者解剖结构例如是骨骼或相对刚性的器官。然而，这种方法需要在实际手术之前进行额外的侵入性手术干预，这意味着额外的费用以及患者额外的身体负担。此外，患者的软组织，例如肌肉、肌腱、韧带、脂肪、纤维组织、淋巴和血管，在患者身体的重新定位期间会变形，即患者身体或患者身体部分的位置和/或定向的改变。重新定位会导致重量的重分布，这进而会导致患者身体的变形。因此，非常希望避免上述问题并帮助外科医生在手术期间定向。
发明内容
这个目的通过根据权利要求1的装置以及也根据权利要求14的方法来解决。
本发明的装置包括身体形状捕获设备、处理单元、3D形状生成设备和定位系统。身体形状捕获设备适于获取患者身体的至少一部分的(外部轮廓)形状。处理单元适于生成适于至少部分容纳患者身体的患者容纳设备的数据表示。基于患者的形状生成容纳设备的数据表示。术语“患者的形状”可以理解为他或她的身体的外部轮廓。3D形状生成设备适于基于数据表示增材地制造患者容纳设备的至少一部分。例如，形状生成设备可以是3D打印设备。患者容纳设备包括至少一个跟踪器元件，其连接到(患者容纳)设备并适于指示患者容纳设备的位置和定向。定位系统适于在手术期间捕获指示至少一个跟踪器元件的位置和/或定向的数据。可以在采集患者身体的至少一部分的(外部轮廓)形状的任何医学扫描或实时扫描执行之前执行患者的身体形状扫描。
可替换地，可以从医学扫描中直接获得患者身体部分的形状，而不需要预先执行形状扫描，例如，在医学扫描中利用身体部分的自动皮肤分割。直接从医学扫描获得患者身体部分的形状可以降低从医学扫描到手术进一步改变患者身体部分的位置的风险。可以使用机械扫描仪、激光扫描仪、结构光照明和照相机系统、立体或多照相机系统或任何其他合适的形状获取设备来扫描身体或其至少一部分的形状。如此获得的表征患者身体形状的数据可以在处理单元中使用，以生成患者容纳设备的数据表示。患者容纳设备的内部形状可以适应患者身体的(外部相对)形状。可替换地或附加地，患者容纳设备的内部形状的至少部分可以偏离患者身体的精确外部轮廓形状，使得能够例如通过改造患者软组织的一部分来重新定位患者身体的至少部分和/或重新分配患者身体的重量。
3D形状生成设备尤其可以打印石膏、玻璃纤维或基于树脂的铸件，从而创建三维结构。通过移除设计患者容纳设备时的结构限制，该过程能够使患者容纳设备更好地适合患者身体。本发明的概念还能够包括可移动连接的结构/部件，例如用于手术窗口和/或关节的覆盖结构，从而能够容易地将患者容纳设备附接到患者身体和从患者身体移除患者容纳设备。
患者容纳设备将用于在外科手术过程期间定位和/或成形患者，使其具有与在医学成像期间相同的形状或校正的形状。
至少一个跟踪器元件连接到患者容纳设备，并适于指示患者容纳设备的位置和定向。换句话说，至少一个跟踪器元件适于指示容纳设备的空间中的至少一个点的位置(X，Y，Z)以及自由定向(围绕轴X，Y，Z的角度定向)。可替换地，可以提供两个或更多个跟踪器元件来指示患者容纳设备的空间位置和定向。
此外，该装置包括定位系统，用于捕获指示示例照相机、CT扫描仪、x射线装置或任何其他装置或医学成像设备中的任何跟踪器元件的位置和定向的数据。
在第二实施例中，该装置还包括:
医学成像系统、实时成像设备和计算单元。医学成像系统适于获得与至少一个跟踪器元件相关的患者感兴趣区域的至少一个至少二维医学图像。这些图像可以在手术前扫描中或者甚至在手术期间获得。跟踪器与患者容纳设备的附着可以随之定位。医学成像设备可以包括处理单元，该处理单元在坐标系中生成扫描图像，其中跟踪器元件位于相同的坐标系中。
在手术现场，定位系统被提供用于捕获指示手术期间跟踪器的位置和/或定向的数据。关于跟踪器的位置和/或定向的数据可以由至少一个跟踪照相机捕获。照相机可能靠近或也可能不靠近手术部位，而是保持一定距离。但是，应确保视线能见度。
可替换地，可以使用主动跟踪方法，其中患者容纳设备可以发射至少一个信号，例如射频(RF)信号、光信号或超声波信号。患者容纳设备的信号可以被接收并用于在手术期间捕获/获得患者容纳设备的位置和/或定向。例如，RF跟踪器可以在制造期间或之后嵌入到患者容纳设备中。在这种情况下，从放置跟踪器的地点捕获/传输数据。
由于患者被放置在患者容纳设备的单独成形部分内（该单独成形部分与他或她在医学成像过程期间所具有的患者容纳设备的成形部分相同），患者的身体将进行与它在医学扫描期间相同的成形手术。因此，由定位系统捕获的数据精确地指示了患者容纳设备的位置和定向，并因此指示了患者组织结构的位置。形状自适应容纳设备现在将对患者的身体进行再成形，并确保患者的所有组织都处于与它们在医疗扫描期间相同的位置。这对于在软组织上或软组织中高度灵活且没有特定自然或人工标志进行外科手术尤其重要。计算单元可以配准和混合扫描图像和实时图像，并为外科医生提供完美的定向。特别地，本发明的系统提供了以下优点:
1.不需要术前介入在患者身体内植入跟踪标记或记号。
2.不需要在骨骼或目标结构中使用螺钉、销钉等。因此，可以避免额外的外科手术和潜在的并发症。
3.在外科手术期间减少或者甚至不需要使用额外的医学成像设备。
4.本发明的方法和系统不依赖于刚性的解剖结构(因为有骨头)或但是具有变形的器官。
本发明避免了由于改变患者的外部轮廓或位置引起的重量重新分布而引起的患者躯干轮廓的变化。因此，本发明允许获取医学图像并随后执行外科手术。外科手术可以在不同于医学成像期间的位置的患者位置处执行。
特别地，处理单元还适于使用医学扫描图像计算至少一个外部轮廓形状，从而可以避免对患者身体进行单独的形状扫描。
优选地，患者容纳设备包括可移动工作台和增材制造的结构，该增材制造的结构可放置在可移动工作台上并可连接到可移动工作台上。增材制造的结构可以可移除地连接到可移动工作台。可移动工作台可以支撑患者的身体。
特别地，3D形状生成设备适于增材地构建增材制造的结构，该结构可以放置在可移动工作台的上表面上并可移除地连接到可移动工作台的上表面。可替换地，增材制造的结构以几个部件单独地构建，并在构建后组装在一起。
优选地，增材制造的结构的内部形状至少部分地调整为患者的外部轮廓形状。这允许为外科手术保持和/或重新建立来自医学扫描的患者的位置和/或定向。
附加地或可替换地，增材制造的结构的内部形状可以至少部分地偏离外部轮廓形状，从而将患者的身体带入期望的位置、定向和/或形状。这允许将患者身体或患者身体的至少一部分带入一个位置、定向和/或形状，与原始位置、定向和/或形状相比，这继而允许外科医生在手术期间更好地接近感兴趣的区域。
此外，增材制造的结构可以包括至少两个可组装、可拆卸和可重新组装的部件。因此，导致构建过程更快，单独零件的复杂性更低。容纳结构也可以更容易移除或重新组装。
优选地，容纳设备可以包括暴露手术部位的开口。该开口允许容易接近手术部位。开口可以包括能够打开或关闭开口的盖片。
优选地，跟踪器元件适于指示患者容纳设备在空间中的位置和定向。至少一个跟踪器元件牢固地连接到容纳设备。该定位系统可以被放置在该装置的手术部位，并且优选地包括至少两个照相机或其他位置检测器，用于三角测量地确定至少一个跟踪器元件在空间中的位置(并且如果必要的话，定向)。定位系统可以适于执行三角测量，确定跟踪器元件在空间中位置。此外，成像系统可以包括至少一个跟踪器元件或任何其他传感器，其连接到适于检测照相机的定位和定向的检测系统。检测系统可以连接到计算单元，计算单元相应地可以配准实时图像和扫描图像。
此外，计算单元可以包括用于生成组织结构的图形表示的结构检测单元。图形表示可以从医学图像中获得。图形表示可以是线、符号、彩色区域或任何其他适于指示外科医生将与其他区域或组织区分的区域或组织的东西。这些图形结构可以混合到实时图像中，这有助于外科医生在感兴趣的区域内找到待治疗的结构。
优选地，3D形状生成设备适于增材地构建至少一个跟踪器元件，其中至少一个跟踪器元件可连接到可移动工作台的(上表面)和/或增材制造的结构的(上)表面。可替换地，如果跟踪器元件是主动跟踪器，则至少一个跟踪器元件可以嵌入在患者容纳结构中。如果跟踪器元件是无源跟踪器，则跟踪器元件可以包括反射器元件，这些反射器元件彼此隔开并且可由定位系统定位。
优选地，定位系统包括至少两个照相机，用于三角测量地确定至少一个跟踪器元件和空间的位置和定向。可替换地，定位系统可以包括获取图像以及深度信息的3D照相机。
在特定实施例中，该装置可以涉及用于治疗感兴趣区域中患者身体的仪器。该仪器可以是任何类型的射频外科、冷冻外科、等离子外科或任何其他外科仪器。特别地，该仪器适于放置在实时成像设备的视场内。实时成像设备可以是仪器的一部分、插入套管针的独立照相机、或者放置在患者身体处、在患者身体上或在患者身体内的独立照相机。
本发明的方法包括以下步骤:
—获取患者身体的至少一部分的外部轮廓形状；
—基于外部轮廓形状，生成至少部分容纳患者身体的患者容纳设备的数据表示；
—基于数据表示增材地制造患者容纳设备的至少一部分；
—连接患者容纳设备的至少一个跟踪器元件，该跟踪器元件指示患者容纳设备的位置和定向；和
—在手术期间捕获指示至少一个跟踪器元件位置的数据。
优选地，患者容纳设备的制造包括增材地构建增材制造的结构，该结构包括内部形状，该内部形状至少部分地调整到患者身体的(外部轮廓)形状和/或部分地偏离(外部轮廓)形状，从而将患者身体带入期望的位置、定向和/或形状。
关于该装置提到的特征和优点也适用于本发明的方法。
进一步的细节和特征可以在附图、说明书和权利要求书中找到。
附图说明
图1是身体形状捕获设备中的患者容纳设备的示意表示，其中患者被放置在该患者容纳设备中；
图2是其中放置有患者的患者容纳设备、医学成像设备和3D形状生成设备的示意表示；
图3是其中放置有患者的患者容纳设备、医学成像设备和3D形状生成设备的示意表示；
图4是在手术部位处放置在患者容纳设备中的患者的示意表示，用于本发明的装置，该装置包括用于在手术期间定位患者的定位系统；
图5是由医学成像设备提供的扫描图像的示意表示；
图6图示了提供给外科医生的扫描图像、实时图像和混合图像；
图7是用于获取实时图像的照相机的示意表示；
图8图示了扫描图像、从扫描图像获得的患者组织结构的体积模型以及配准到组织结构的空间表示中的实时图像；
图9是患者容纳设备和放置在其中的患者的横截面视图；和
图10是容纳设备的纵向剖视图。
具体实施方式
图1图示了用于身体形状捕获的装置10，包括身体形状捕获设备11，其适于获取患者身体13的至少一部分的形状S。患者22被放置在可移动工作台23上。在图1中，身体形状捕获设备11是获取图像并同时获取深度信息的3D照相机。身体形状捕获设备11围绕箭头R所指示的患者身体长度轴B旋转。身体形状捕获设备11通信连接到处理单元12，该处理单元12适于基于患者身体形状S生成患者容纳设备14的数据表示(模型)M。患者容纳设备14适于至少部分地容纳患者身体13。3D形状生成设备15通信连接到处理单元12。在本示例中，3D形状生成设备15是从处理单元12接收患者容纳设备14的模型M的3D打印设备15。3D打印设备15适于基于接收的模型M增材地制造患者容纳设备14。
患者容纳设备14包括牢固地连接到患者容纳设备14的至少一个跟踪器元件16。跟踪器元件16适于指示患者容纳设备14的位置和定向。在本示例中，有三个跟踪器元件17、18、19，在本情况中，它们是以彼此相距已知距离固定在数状物20末端的球。球17a、18a、19a可以是成像系统21可见的反光或吸光球。在本情况中，提供了三个跟踪器元件17、18、19，用于明确地指示患者的位置和定向。然而，虽然放置在数状物20的末端的三个球17a、18a、19a给出了患者的位置和定向的相当好的指示，但是也可以在患者容纳设备14的不同位置放置彼此独立的三个不同的球。
如果跟踪器元件17、18、19将被光学检测，则它们将被放置在患者容纳设备14的可见侧。此外，可以仅使用一个物品作为跟踪器元件16，例如牢固地连接到容纳设备14的一个立方体。具有不同设计的其他跟踪器元件也很适用。
在制造之后，患者容纳设备14可以放置在患者身体的期望区域上或放置在患者身体的期望区域周围，使得将患者的身体带入期望的位置、定向和/或形状。例如，患者身体13的期望区域可以在形状扫描之前用参考标记27来标记，参考标记27被固定和/或涂在患者身体13上。患者身体的期望区域是图1中患者的躯干。
在图2中，具有在其中放置患者22的躯干的患者容纳设备14和医学成像设备21。医学成像设备21可以是用于获取手术前医学扫描的任何类型的医学成像系统，如MRI系统或CT系统。CT系统可以包括x射线源和x射线检测器，该x射线检测器适于接收来自源的x射线并将数据传送到计算单元(图像处理单元)24，产生扫描图像25 (25a到25z )，如图5所图示。图像处理单元24可以是适于处理由x射线检测器提供的信号的任何类型的计算机。图像处理单元24连接到用于在其中存储扫描图像25的存储器26。替代地或附加地，在例如CR系统、超声成像装置24b或任何其他适于在手术期间提供医学扫描图像25的系统中，可以提供术中扫描装置24a。
医学成像系统24可以另外用作在成像系统的操作期间，例如在扫描患者身体13期间，捕获指示跟踪器元件17、18、19的部分的数据的装置。可替换地，可以提供单独的定位系统来检测和定位跟踪元件17、18、19，并将图像25带入与跟踪元件17、18、19的特定关系。
图3示出了图2的示例，除了在医学扫描之前没有执行形状扫描(如图1所图示)。在图像处理单元24中从扫描图像25中提取患者身体的形状S。形状S被提供给处理单元12，处理单元12生成患者容纳设备14的(三维)模型M，该模型M被发送给3D打印设备15。3D打印设备15增材地制造患者容纳设备14的至少一部分。同样，在制造之后，患者容纳设备14可以被放置在患者身体的期望区域上或被放置在患者身体的期望区域周围，使得将患者身体带入期望的位置、定向和/或形状，如以上在图1的上下文中所述。
该装置的一部分可以是图4所图示的手术部位28。患者再次被放置在工作台上，该工作台可以与图1、2、3所图示的扫描/成像部位的可移动工作台23相同。然而，典型地，工作台23a将是与常规手术室中典型使用的工作台不同的工作台。不管工作台23、23a是否相同，增材制造的结构31将用于使患者的身体带入与在医学成像期间所具有的形状相同的形状，如图1、2、3所图示。此外，在成像/扫描期间以及也在手术期间，跟踪元件17、18、19将相对于患者身体13处于相同的位置。
在手术部位28，定位系统29被提供用于捕获被馈送到连接到存储器26的定位处理单元30中的数据。定位处理单元30可以与图2、3的图像处理单元24相同，或者可替换地它可以是不同的或单独的处理单元。处理单元24、30可以是适于从定位系统29接收数据并确定跟踪器元件17、18、19的位置和定向，并且从而确定患者身体13的位置和定向的任何类型的计算机或处理器。定位系统29可以包括至少两个照相机32，其被定向使得跟踪元件17、18、19在照相机32的组合视场内。如果工作台23a保持静止，则处理单元30或24适于在手术开始之前通过三角测量来定位跟踪器元件17、18、19。如果工作台23a移动，定位系统29可以重复确定患者身体13的定位和定向。可替换地，定位可以在手术期间由定位系统29连续执行。
该装置的一部分是实时成像设备33，其可以是用于获取实时图像的另一个照相机，如图4和7中分别图示出的。照相机33的视场34是患者身体13的感兴趣区域35，并且在该区域将进行手术。图8图示出了由视场4覆盖的感兴趣区域35。照相机33可以是腹腔镜照相机和内窥镜照相机，或者任何其他类型的适于产生感兴趣区域35的实时图像36的照相机。
如图4所图示，实时图像36可以被馈送到处理单元24、30。处理单元24、30可以处理图6右上图示中所示的任何实时图像36。实时图像36可以包含真实的组织结构37和仪器38的尖端。任何类型的定位系统可以用于检测仪器38和/或照相机33的位置和/或定向。用于定位照相机33的定位系统39可以包括至少一个跟踪器元件44，例如三个跟踪器元件45、46、47，如图7所图示。类似于跟踪器元件17、18、19，也可以使用其他类型的跟踪系统。
图9显示了患者容纳设备14和放置在其中的患者22的横截面视图。图9的示例中的患者容纳设备14包括增材制造的结构31，其连接到可移动的工作台23。增材制造的结构31例如包括四个部件48、49、50、51，这四个部分可以通过增材制造(即3D打印)来单独制造。部件48、49、50、51可以可移除地组装，例如在各个部件的接合处具有锁定和/或闩锁机构。至少一个跟踪器元件16牢固地连接到增材制造的结构31的外表面。如图9所描绘的，跟踪器元件16连接到增材制造的结构31的一个部件48。跟踪器元件16包括三个球17、18、19，它们经由树状物与部件48机械连接。可替换地，增材制造的结构31可以整体形成为一个部件。在该替代方案中，可以提供翼片、接头和/或锁定和/或闩锁机构，以简化在患者容纳设备上的使用。
图10图示了沿着图9中的虚线截取的患者容纳设备14的纵向截面视图。图10示出了由身体形状捕获设备11获取的外部轮廓形状S。为了将患者22带入期望的形状D，增材制造的结构31的内部形状偏离扫描的形状S。在图10的示例中，主要是部件51的内部形状偏离患者的形状S。
到目前为止所描述的装置操作如下：
在手术前，患者将被放置在工作台23上，并且身体形状捕获设备11获取患者身体13的形状S，如图1所图示。处理单元12为患者容纳设备14计算模型M，该模型M被发送到3D打印设备15。3D打印设备15基于接收到的模型M打印患者容纳设备14。然后将打印的容纳设备14放置在患者上，并且可以执行诸如图2所图示的医学成像扫描。如果处理单元4能够从医学图像中提取患者身体的形状S，则3D打印设备15基于从医学图像中提取的模型M来构建患者容纳设备14，如图3所图示。
在患者容纳设备14被制造并放置在患者上或在患者周围之后，成像系统21可以获取扫描图像25a至25z，这些图像由处理单元24存储在存储器26中。之后，患者可以离开容纳设备14并为手术做准备，手术可以随后在短时间段内进行，有时在几小时或几天内进行。
对于外科手术，如图4所图示，患者通过将他或她的身体放置在工作台23上而重新进入患者容纳设备14，其中容纳设备被放置在身体13上或在身体13周围，如图4所图示。患者容纳设备14可以包括开口(窗口)40，外科医生可以在手术之前或手术期间打开该开口。窗口40可以根据手术或外科医生的需要专门设计。可替换地，外科医生可能必须在一片或多片增材制造的结构元件中切割出窗口40，以便他或她可以通过窗口40接近身体。
在手术开始时或开始之前，定位系统29将被激活，其捕获跟踪元件17、18、19的位置。因此，如图8所图示，处理单元24、30将患者身体的位置与扫描图像25a至25z配准。此外，在感兴趣区域35的示例中，处理单元24或处理单元30可以产生患者身体的至少一部分的体积模型41。
用于确定照相机33的位置和定向的定位系统29或任何其他跟踪系统连续处理数据，处理单元24、30根据这些数据确定照相机33的视场34的位置和定向，并且从而确定实时图像36的位置和实时图像的观察方向。如图8所图示，实时图像36可以以与扫描图像25a至25z不同的方式与体积模型41相交。然而，处理单元24、30可以产生至少感兴趣区域35的体积模型41的合成图像，如图8的左上图所图示。为此，处理单元可以在与实时图像25相同的平面中与体积模型41相交。
处理单元24、30然后将实时图像42(图6，右上图示)与通过在与实时图像42相同的位置和相同的定向相交体积模型41而得到的体积模型图示合并和混合。图6图示了混合图像51，其具有由照相机39看到的组织结构43和由成像发现的特定组织结构43，并且将由仪器44治疗。
此外，处理单元24或30可以可替换地或附加地使用组织结构的图形表示48，并将这些图形表示48混合到实时图像中。任何扫描图像25、通过与体积模型41相交获得的图像和从至少一个扫描图像或从体积模型41获得的图形表示48被认为是用于与“实时图像”混合的“扫描图像”。该装置还包括用于再现混合图像的图像显示器49。显示器49可以是屏幕、虚拟现实耳机或用于显示混合图像的另一装置。
本发明的系统使用身体形状捕获设备来获取患者的身体形状，并且使用3D形状生成设备来增材地制造患者容纳设备，该患者容纳设备至少部分地适应于患者的身体形状或者至少部分地偏离患者的身体形状，从而将患者的身体带入期望的形状，使得患者的身体在手术期间的外部形状与身体在形状捕获期间的外部形状相同。患者容纳设备包括可被定位系统检测到的至少一个跟踪器元件。定位系统适于捕获指示至少一个跟踪器元件在手术期间的位置和/或定向的数据，这对于在软组织上或软组织中高度灵活地并且没有特定的自然或人工标志进行外科手术尤其重要，外科医生能够在来自手术部位的实时图像中进行定向/导航。
参考标号
10 用于身体形状捕获的装置
11 身体形状捕获设备
12 处理单元
13 患者的身体
14 患者容纳设备
15 3D形状生成设备(3D打印设备)
16 跟踪器元件
17至19 单独跟踪器元件(球)
20 跟踪器数状物
21 成像系统
22 患者
23 可移动工作台
23a 用于手术的工作台
24 图像处理单元
25 扫描图像
26 存储器
27 参考标记
28 手术部位
29 定位系统
30 定位处理单元
31 增材制造的结构
32 照相机
33 实时成像设备(照相机)
34 视场
35 感兴趣区域
36 实时图像
37 真实组织结构
38 (外科)仪器
39 用于照相机33的定位系统
40 开口(窗户)
41 体积模型
42 混合图像
43 进一步的组织结构
44 照相机33的至少一个跟踪器元件
45至47单独的跟踪器元件(球)
48 图形表示
49 图像显示
B 患者身体的长度轴
M 数据表示(模型)
R 箭头(扫描方向)
D 期望的形状
S 患者身体的外部轮廓形状。

Claims (15)

1.一种用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置，包括：
-适于获取患者身体(13)的至少一部分的外部轮廓形状（S）的身体形状捕获设备(11)；
 -处理单元(12)，适于基于患者身体的形状(S)生成数据表示(M)，该数据表示(M)用于适于至少部分容纳患者身体(13)的患者容纳设备(14)；
-3D形状生成设备(15)，适于基于数据表示(M)增材地制造患者容纳设备(14)的至少一部分，该患者容纳设备包括至少一个跟踪器元件(16)，该跟踪器元件连接到患者容纳设备(14)并且适于指示患者容纳设备(14)的位置和定向；和
-定位系统(29)，用于在手术期间捕获指示至少一个跟踪器元件的位置的数据。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
-医学成像系统(21), 其适于获取与所述至少一个跟踪器元件相关的患者感兴趣区域的至少一个至少二维的医学图像；
-用于获取手术部位的实时图像的实时成像设备(33)；和
-计算单元(24)，其适于根据手术期间跟踪器元件的位置的捕获数据来配准和混合医学图像和实时图像。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述处理单元(12)还适于使用所述至少一个医学图像(25)计算所述至少一个形状（S）。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述患者容纳设备(14)涉及可移动工作台(23)和增材制造的结构(31)，所述增材制造的结构可放置在所述可移动工作台(23)上。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述3D形状生成设备(15)适于增材地构建增材制造的结构(31)作为一个部件。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，所述增材制造的结构(21)的内部形状至少部分地被调整到患者身体(13)的外部轮廓形状（S）。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中，所述增材制造的结构(21)的内部形状至少部分偏离所述外部轮廓形状(S ),从而将所述患者的身体带入期望的位置、定向和/或形状(D)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述增材制造的结构(31)包括至少两个可组装、可拆卸和/或可重新组装的部件(48，49，50，51)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述容纳设备(14)包括开口(40)，所述开口暴露要进行手术的区域。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述跟踪器元件(16)适于指示所述患者容纳设备(14)在空间中的位置和定向。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，特别是根据权利要求4至10中任一项所述的装置，其中，所述3D形状生成设备(14)适于增材地构建所述至少一个跟踪器元件(16)，其中，所述至少一个跟踪器元件可牢固地连接到所述可移动工作台(23)的表面和/或所述增材制造的结构(31)的表面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述跟踪器元件(16)包括可由所述定位系统(29)定位的间隔开的反射器元件。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述定位系统包括至少两个照相机(37，38)，用于三角测量地确定所述至少一个跟踪器元件(21)在空间中的位置和定向。
14.一种用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的方法，包括：
-获取患者身体(13)的至少一部分的外部轮廓形状（S）；
-基于外部轮廓形状（S）生成用于至少部分地容纳患者身体(13)的患者容纳设备(14)的数据表示(M )；
-基于数据表示(M)增材地制造患者容纳设备(14)的至少一部分；
-将至少一个跟踪器元件(16)连接到患者容纳设备(14)，其指示患者容纳设备(14)的位置和定向；和
-捕获指示手术期间至少一个跟踪器元件的位置的数据。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述患者容纳设备(13)的制造包括增材地构建包括内部形状的结构(31), 所述内部形状至少部分地调整到所述患者身体(13)的外部轮廓形状（S）和/或部分地偏离所述外部轮廓形状（S），从而将所述患者身体(13)带入期望的位置、定向和/或形状(D)。
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