DE10135156A1 - System zur passiven Gewebe-und Organnavigation - Google Patents

System zur passiven Gewebe-und Organnavigation

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DE10135156A1
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Um ein Körperteil (beispielsweise ein Knochensegment oder ein Organ wie beispielsweise die Leber) bei einem chirurgischen Eingriff lokalisieren bzw. mit einem Navigationssystem verfolgen zu können, werden üblicherweise aktive Infrarotsender oder Infrarotempfänger auf der Oberfläche des Körperteils aufgebracht.
  • DE 00 195 06 197 A1 beschreibt dazu eine Knochenschraube, die entweder einen aktiven 3D-Marker in Form eines Sendesystems (Infrarotsender) oder eines Empfangssystems (Infrarotempfänger) trägt. Mindestens drei Knochenschrauben mit Sende- und Empfangssystem werden in den Knochen eingeschraubt, um das Segment während des operativen Eingriffs zu lokalisieren.
  • Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß bislang stromzuführende Kabel an jeden dieser aktiven 3D-Marker angeschlossen sein müssen. Zudem besteht das Problem einer elektrostatischen Aufladung der Infrarotsender oder -empfänger, wobei der Strom prinzipiell über die Knochenschraube auf den Patienten übergeleitet werden kann.
  • DE 197 47 427 C2 beschreibt einen isolierenden Rahmen, auf dem mindestens drei aktive Infrarotsender aufgebracht sind. Dieser Rahmen ist mit einem Körperteil, beispielsweise einem Knochensegment, fest verbunden, so daß das Körperteil räumlich lokalisiert werden kann.
  • Nachteil dieses Verfahrens ist, daß ein relativ großes Objekt (ein Rahmen) vor dem Körperteil fixiert werden muß, wodurch der operative Ablauf und die Übersicht über den Operationssitus erschwert werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und Methode zum Lokalisieren und Navigieren von Körperteilen, Organen, Organteilen, Knochen und Knochensegmenten, Geweben und Gefäßen mithilfe passiver, reflektierender oder resonierender Marker oder Oberflächen bereitzustellen.
  • Dadurch fallen zu- oder abführende Kabel fort, Probleme mit einer elektrostatischen Aufladung und eine damit verbundene Gefährdung des Patienten werden gelöst.
  • Zudem können mit dieser neuen Erfindung
    • - eine größere Anzahl von Markern unabhängig voneinander positioniert
    • - flexible Markernetze,
    • - auf die Körperteile aufgetragene reflektierende Substanzen oder auch
    • - die reflektierenden Eigenschaften der Körperteile oder Gewebsflüssigkeiten selbst
    zum Lokalisieren und Navigieren genutzt werden.
  • Zudem können, wenn mehr als nur drei passiv reflektierende Marker auf dem Körperteil aufgebracht sind (beispielsweise durch Einzelmarker oder flexible Markernetze) Verformungen im Körperteil selbst räumlich erfaßt, lokalisiert, verrrechnet und auf einer Visualisierungseinheit dargestellt oder zur Steuerung eines Roboters genutzt werden. Zum Biegen eines Knochen oder eines Gewebesegments können 2.(mindestens) 3 passive Marker auf dem Knochen oder Gewebesegment aufgebracht werden, wobei sich (mindestens) 3 Marker jeweils seitlich der Biegeachse befinden. Für n Biegeachsen können entsprechend n.(mindestens) 3 passive Marker verwendet werden.
  • Diese Aufgabe wird durch Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Neben einer erheblichen Kostenreduktion können navigierte Eingriffe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 auch minimal invasiv gestaltet werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen
  • Fig. 1 eine Ansicht der Vorrichtung im Operationssaal (1) mit einer Einheit, die ein definiertes Intervall des elektromagnetischen Spektrums oder andere reflektierende oder resonierbare Wellen (beispielsweise Radar, Ultraschall oder magnetisch resonierbare Wellen) aussendet (5) und eine Einheit, die die reflektierten oder resonierten Wellen wieder empfängt (4) sowie eine Planungseinheit (2). Zum Lokalisieren des Patienten bzw. zum Definieren eines Patientenreferenzkooridnatensystems kann das System mit einem aktiven Markersystem (6) kombiniert sein oder ganz aufgrund passiver Marker basiert arbeiten. (4), (5) und (8) können auch als ein System mit Transpondern ausgelegt sein.
  • Fig. 2 eine Detailansicht des Patienten im Beispiel einer Knochensegmentnavigation mit passiven reflektierenden oder resonierbaren 3D-Markern (8) auf dem Knochensegment sowie aktive oder passive 3D-Marker (6) zum Lokalisieren des Patientenschädels.
  • Fig. 3 eine Detailansicht eines reflektierenden passiven 3D-Markers (8), der als eine Art Kappe auf einem Trägersystem (7) (einer Schraube oder einem Pin) aufsitzt sowie das Gewinde einer Knochenschraube (7). Der passive 3D-Marker (8) ist links von dem Trägersystem (7) getrennt, rechts mit dem Trägersystem (7) verbunden
  • Fig. 4 einen passiven reflektierenden 3D-Marker (8), der auf einem Pin (7) oder einer Schraube (7) aufsitzt, die minimal invasiv nach einer Stichinzision transcutan (9) am Knochen (14) eingebracht wird.
  • Fig. 5 ein reflektierender passiver 3D-Marker (8), der mittels Klebe- oder Fügetechnik auf dem Körperteil aufgebracht werden kann und der Lokalisation und Navigation eines Körperteils dient. Links: Reflektierender 3D-Marker (8), der auf dem Weichgewebe (9) aufgeklebt oder aufgefügt ist. Rechts: Reflektierender 3D-Marker (8), der auf einem Knochensegment (14) aufgeklebt oder aufgefügt ist.
  • Fig. 6 ein flexibles Netz (15), eine flexible Folie (15) oder ein Gewebe (15), das mit einzelnen reflektierenden 3D-Markern (8) ausgestattet ist, mit Schrauben, Nahtmaterial, Klebe- oder Fügetechnik auf dem Körperteil aufgebracht ist und zur Lokalisation und Navigation eines Organgs, eines Segments oder eines Gewebes dient.
  • Fig. 7 ein flexibles Netz (16), eine flexible Folie (16) oder ein Gewebe (16), das in sich passive reflektierende Oberflächen (17) zur Lokalisation und Navigation eines Körperteils besitzt. Die passiv reflektierenden Areale (17) des Netzes können an definierten Orten des Netzes liegen (wie in Fig. 7) oder aber die gesamte Oberfläche des flexiblen Netzes umfassen. Das flexible Netz (16), die flexible Folie (16) oder ein entsprechendes Gewebe (16) kann zudem auch auf ein Implantat oder Transplantat aufgebracht sein, so daß auch das Implantat bzw. Transplantat lokalisiert werden kann.
  • Fig. 8 eine auf das Körperteil aufgebrachte Substanz (18) (beispielsweise in flüssiger Konsistenz aufgebracht, beispielsweise aushärtend, beispielsweise nach dem operativen Eingriff abwaschbar oder resorbierbar), die passiv reflektierend zur Lokalisation und Navigation eines Körperteils dient.
  • Fig. 9 die Nutzung passiv reflektierender Eigenschaften der Organ-, Gewebe- und Körperteiloberflächen selbst (19) in einem definierten Intervall des elektromagnetischen Spektrums oder der Reflexion anderer Wellen (beispielsweise Radar, Ultraschall oder magnetische Resonanz) zur Lokalisation und Navigation des Organs, Gewebe- oder Körperteils. Auch strukturiertes Licht ist für diesen Zweck nutzbar.
  • Neben einer Positionserfassungseinheit (4) besteht ein Sendesystem für reflektierbare oder resonierbare Wellen (5), beispielsweise für Funkwellen, Infrarotwellen, sichtbares Licht oder Ultraviolettes Licht. (5) kann mit (4) über eine fixe Verbindung (13) befestigt sein, kann in (4) integriert sein oder räumlich unabhängig von (4) sein.
  • Die Positionserfassungseinheit (4) kann beispielsweise Infratotsignale, Ultraschallsignale, elektromagnetische oder andere Signale aufzeichnen, die direkt von einem aktiven 3D-Marker ausgesandt werden oder aber von einem passiven 3D-Marker reflektiert werden. (4) erlaubt die Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten eines entsprechenden aktiven 3D-Markers (6) (beispielsweise: Ultraschallsender, Infrarotsender, elektromagnetischer Sender) und eines passiven, reflektierenden oder resonierenden 3D-Markers. Neben den hier beschriebenen passiven Elementen kann (4) beispielsweise also auch bereits auf dem Markt erhältliche aktive 3D-Marker erkennen und lokalisieren, beispielsweise, um ein Patientenreferenzkoordinatensystem (6) zu definieren.
  • Die von der Positionserfassungseinheit (4) gemessenen Daten werden über eine Verbindung (10) und (11) an eine Anzeige- und Verarbeitungseinheit (2) weitergeleitet. Mit der Anzeige- und Verarbeitungseinheit (2) ist über (12) eine Planungseinheit (3) verbunden. Auf dieser Planungseinheit (3) können Operationen simuliert und geplant werden.
  • Am Patienten sind mindestens drei aktive (6) oder passive 3D-Marker (6 und 8) befestigt, die ein Koordinatensystem am Patienten definieren.
  • Weitere passive Marker (8) können an einem Körperteil (einem Knochensegment oder einem Organ) befestigt sein, so daß das Körperteil (das Segment oder das Organ) in Bezug auf das von (6) definierte Koordinatensystem des Patienten lokalisiert werden kann.
  • Reflektierende passive 3D-Marker (8), können als eine Art Kappe auf einem Trägersystem (7) (einer Schraube oder einem Pin) aufsitzen. Der passive 3D-Marker (8) kann beispielsweise recyclebar auf vorkonfektionierte Schrauben und Trägersysteme (7) per Klemmpassung oder über ein metrisches Gewinde definiert aufgesetzt werden.
  • Passive reflektierende 3D-Marker (8), die auf einem Pin oder einer Schraube aufsitzen, können beispielsweise minimal invasiv nach einer Stichinzision transcutan (9) am Knochen (14) eingebrachten werden.
  • Reflektierende passive 3D-Marker (8) können beispielsweise mittels Klebe- oder Fügetechnik auf dem Körperteil (9 und 14) aufgebracht werden und dienen so der Lokalisation und Navigation eines Körperteils, Organs, Organteils, Knochens und Knochensegments, Gewebes und Gefäßes.
  • Auch ein flexibles Netz oder eine Gewebetextur (15 und 16) können mit einzelnen reflektierenden 3D-Markern (8) ausgestattet sein. Mit Schrauben, Nahtmaterial, Klebe- oder Fügetechnik kann das flexible Netz (15 und 16), die flexible Folie (15 und 16) oder die Gewebetextur (15 und 16) auf dem Körperteil aufgebracht werden und zur Lokalisation und Navigation eines Körperteils, Organs, Organteils, Knochens und Knochensegments, Gewebes und Gefäßes (9 und 14) dienen.
  • Ein flexibles Netz, eine Folie oder ein Gewebe (15 und 16) können auch in sich mit passiv reflektierenden Oberflächen (17) zur Lokalisation und Navigation eines Körperteils, Organs, Organteils, Knochens und Knochensegments, Gewebes und Gefäßes ausgestattet sein. Die passiv reflektierenden Areale (17) des Netzes (16) können an definierten Orten des Netzes liegen (wie in Fig. 7) oder aber die gesamte Oberfläche des flexiblen Netzes (16) umfassen. Das flexible Netz kann zudem auch auf ein Implantat oder Transplantat aufgebracht sein, so daß auch das Implantat bzw. Transplantat lokalisiert werden kann.
  • Kommt es zu einer diffusen Streuung reflektierter oder resonierbarer Wellen, dann können auch mehr als nur eine Positionserfassungseinheit (4) die von (8 und 17) reflektierten Wellen auffangen.
  • Eine auf das Körperteil, Organ, Organteil, Knochen und Knochensegment, Gewebe oder Gefäß aufgebrachte Substanz (18) (beispielsweise in flüssiger Konsistenz aufgebracht, beispielsweise aushärtend, beispielsweise nach dem operativen Eingriff abwaschbar oder resorbierbar), kann ebenfalls passiv reflektierend zur Lokalisation und Navigation eines Körperteils, Organs, Organteils, Knochens und Knochensegments, Gewebes und Gefäßes dienen.
  • Auch hier können eventuell diffus von (18) reflektierte Wellen über mehr als nur eine Positionserfassungseinheit (4) gemessen werden. Die räumliche Beziehung der einzelnen Positionserfassungseinheiten (4) untereinander ist dazu bekannt.
  • Auch die passiv reflektierenden Eigenschaften der eines Körperteil-, Organ-, Organteil, Knochen- und Knochensegment-, Gewebe- und Gefäßoberflächen selbst (19) können in einem definierten Intervall des elektromagnetischen Spektrums oder durch die Reflexion anderer Wellen (beispielsweise Radar, Ultraschall oder magnetische Resonanz) zur Lokalisation und Navigation eines Körperteils, Organs, Organteils, Knochens und Knochensegments, Gewebes und Gefäßes herangezogen werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum passiven Lokalsieren von Körperteilen, Organen, Organteilen, Knochen und Knochensegmenten, Geweben und Gefäßen (9 und 14), dadurch gekennzeichnet
- daß eine 3D-Marker-Positionserfassungseinheit (4) und ein Sendesystem für reflektierbare oder resonierbare Wellen (5) verwendet werden
- daß passive 3D-Marker (8) einem Körperteil, Organ, Organteil, Knochen oder Knochensegment, Gewebe oder Gefäß (9 und 14) räumlich zugeordnet sind und die von (5) ausgesandten Wellen reflektieren oder resonieren, so daß die reflektierten oder resonierten Wellen von (4) gemessen werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für (8) keine zu- oder abführenden Kabel erforderlich sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (4) und (5) fix miteinander verbunden sind (13), (5) in (4) integriert ist oder (4) und (5) räumlich oder bautechnisch voneinander getrennt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eventuell diffus von (8) reflektierte oder resonierte Wellen von mehreren Positionserfassungseinheiten (4) gemessen werden. Die räumliche Beziehung der Positionserfassungseinheiten (4) ist zu diesem Zweck bekannt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß passive 3D-Marker (8) über ein Trägersystem (7) (eine Schraube oder einen Pin) mit einem Körperteil, Organ, Organteil, Knochen oder Knochensegment, Gewebe oder Gefäß (9 und 14) verbunden sind und der Lokalisation dieses Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes dienen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß passive 3D-Marker (8) über eine Klebe- oder Fügetechnik mit Körperteilen, Organen, Organteilen, Knochen oder Knochensegmenten, Geweben oder Gefäßen (9 und 14) verbunden sind und der Lokalisation eines Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes dienen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 3D-Marker (8) auf einem flexiblen Netz, einer Folie oder einer Gewebetextur (15 und 16) aufgebracht sind, wobei das flexible Netz, die Folie oder die Gewebetextur (15 und 16) per Schraube, Pin, Klemme, Naht, Klebe- oder Fügetechnik mit einem Körperteil, Organ, Organteil, Knochen oder Knochensegment, Gewebe oder Gefäß (9 und 14) verbunden sind und der Lokalisation dieses Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes dienen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein flexibles Netz, eine Folie oder eine Gewebetextur (16) in sich passiv reflektierende oder resonierende Elemente (17) enthält (beispielsweise im Faden des Netzes selbst), die - verbunden mit einem Körperteil, Organ, Organteil, Knochen oder Knochensegment, Gewebe oder Gefäß - der Lokalisation dieses Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes dienen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine reflektierende oder resonierende Substanz (18) auf ein Körperteil, Organ, Organteil, Knochen oder Knochensegment, Gewebe oder Gefäß (9 und 14) aufgebracht wird, die dann der Lokalisation dieses Organs, Segments oder Gewebes dient.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden oder resonierenden Eigenschaften des Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes selbst (19) zur passiven Lokalisation dieses Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes dienen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als drei Marker auf einem Körperteil, Organ, Organteil, Knochen oder Knochensegment, Gewebe oder Gefäß aufgebracht sind, um Verformungen des Körperteils, Organs, Organteils, Knochens oder Knochensegments, Gewebes oder Gefäßes zu erfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß (4), (5) und (8) als ein System von Transpondern ausgelegt sind.
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