DE102019117598A1

DE102019117598A1 - Trägersystem, mobiles System für die Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs, Verfahren zur Vorbereitung eines neurochirurgischen Eingriffs, und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102019117598A1
Application number: DE102019117598.4A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Forstgarten Int Holding GmbH; Forstgarten International Holding GmbH
Current assignee: Forstgarten Int Holding GmbH; Forstgarten International Holding GmbH
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31
Also published as: DE102019117598A8

Abstract

Es wird ein Trägersystem mit einem Träger zur Befestigung an einem Schädel eines Säugetiers, insbesondere eines Menschen, angegeben, wobei der Träger dazu ausgebildet ist, lagestabil mit dem Schädel verbunden zu werden, und der Träger dazu ausgebildet ist, mit zumindest einer Kamera verbunden zu werden, so dass ein Oberflächenbereich des Schädels, zum Beispiel ein Oberflächenbereich der Schädelkalotte, im Sichtfeld der mit dem Träger verbundenen Kamera ist. Außerdem werden ein mobiles System für die Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs, ein Verfahren zur Vorbereitung eines neurochirurgischen Eingriffs, und ein Computerprogrammprodukt angegeben.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Trägersystem, insbesondere zur Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs, ein mobiles System, insbesondere für die Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs, ein Verfahren zur Vorbereitung eines neurochirurgischen Eingriffs, ein Assistenzsystem für einen neurochirurgischen Eingriff, ein Computerprogrammprodukt, insbesondere zur Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs, und ein Verfahren zur Durchführung eines neurochirurgischen Eingriffs.
Neurochirurgische Eingriffe sind regelmäßig sehr komplex, schwierig durchzuführen und mit einem nicht vernachlässigbaren Risiko für den Patienten verbunden. Besonders betrifft dies neurochirurgische Eingriffe, die ungeplant durchgeführt werden müssen, wie etwa Notfalleingriffe in einer Akutsituation. Ein häufig erforderlicher Notfalleingriff ist eine Punktion in das Ventrikelsystem, das die Gehirnflüssigkeit oder Liquor führt, zum Beispiel um Flüssigkeit aus diesem Ventrikelsystem zu entfernen. Ein derartiger Eingriff ist beispielsweise nötig oder ratsam, wenn der Liquor nicht mehr frei aus dem Ventrikelsystem im Gehirn abfließen kann oder der Patient im Rahmen eines Schädel-Hirntraumas eine Überwachung des Hirndrucks benötigt. Wird dieser Eingriff von außerhalb, also durch Einführung eines neurochirurgischen Instruments durch die Schädeldecke hindurch in das Ventrikelsystem, durchgeführt, spricht man auch von externer Ventrikeldrainage (kurz: EVD). Oft wird für die Durchführung der EVD zunächst der Schädelknochen durchbohrt und danach ein Mandrin/Katheter als neurochirurgisches Instrument in das Gehirn eingeführt bis er zum Ventrikelsystem gelangt und über den Katheter/Mandrin, insbesondere über ein innerhalb des Katheters oder Mandrin bereitgestelltes Lumen, aus dem Ventrikelsystem abgeführt werden kann. Würde das Ventrikelsystem nicht punktiert, also auf die Ventrikeldrainage verzichtet, kann dies zum Tode des Patienten oder zu signifikanten Zustandsverschlechterungen führen.
Dementsprechend handelt es sich bei der EVD-Anlage oder -Durchführung um eine lebensrettende Maßnahme, die in einer Klinik für Neurochirurgie jederzeit durchführbar sein sollte. In einer Akutsituation, etwa bei einem Schädel-Hirntrauma liegt allerdings häufig eine Pathologie (Blutung, Schwellung, Verschiebung, Verlagerung, Verstopfung etc.) - zum Beispiel eines Seitenventrikels - vor, welche die Punktionsbedingungen deutlich verschlechtern kann und eine große Erfahrung seitens des operierenden Neurochirurgen beim Durchbohren des Schädels, beispielsweise der Schädelkalotte, und/oder dem Vorschieben des Mandrins/Katheters erfordert, zum Beispiel die Antizipation und Interpretation aus einer vorbereitend durchgeführten Bildgebung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, Verbesserungen für die Vorbereitung oder Durchführung eines neurochirurgischen Eingriffs und/oder deren Unterstützung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch auch noch weitere Gegenstände beinhalten, die nicht zwangsläufig in den Patentansprüchen wiedergegeben sind, welche auch die genannte Aufgabe lösen. Außerdem können Merkmale aus einzelnen Patentansprüchen, Ausführungsformen, Ausgestaltungen oder Ausführungsbeispielen aus dem jeweiligen Kontext, in dem sie beschrieben sind, extrahiert und mit anderen Merkmalen, die in anderem Kontext offenbart sind, kombiniert werden, um neue Ausführungsformen zu schaffen. Beispielsweise können Merkmale, die sich auf das mobile System beziehen auch für das Trägersystem herangezogen werden und umgekehrt. Gleiches gilt für die anderen Systeme und Verfahren, die Gegenstand der vorliegenden Offenbarung sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Trägersystem einen Träger. Der Träger kann zur Befestigung an einem Schädel eines Säugetiers, insbesondere eines Menschen, ausgebildet sein. Der Träger ist bevorzugt dazu ausgebildet, lagestabil mit dem Schädel verbunden zu werden. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, insbesondere während der Vorbereitung und/oder Durchführung des operativen Eingriffs, dauerhaft am Schädel befestigt zu sein. Beispielsweise kann der Träger während einer radiologischen Bilderfassungsprozedur, der der Schädel unterzogen wird, am Schädel befestigt sein. Der Träger kann auch während des Eingriffs, beispielsweise während der Ventrikeldrainage, am Schädel befestigt sein. Der Träger kann zur invasiven oder nicht invasiven Befestigung am Schädel ausgebildet sein. Eine invasive Befestigung, beispielsweise über eine Verschraubung mit dem Schädelknochen, kann gegenüber einer nicht invasiven Befestigung den Vorteil haben, dass sie mit geringerem Aufwand und schneller herstellbar ist, aber natürlich einen invasiven Schritt bedingt. Der Träger kann zur stellenweisen Befestigung am Schädel vorgesehen sein. Beispielsweise kann zumindest eine Befestigungsstelle zwischen dem Träger und dem Schädel sagittal oder seitlich und zumindest eine Befestigungsstelle frontal, beispielsweise im Stirnbereich, vorgesehen sein. Vorzugsweise sind zumindest zwei Befestigungsstellen sagittal oder seitlich, insbesondere auf verschiedenen Seiten des Schädels, und eine Befestigungsstelle frontal vorgesehen.
Der Träger kann dazu ausgebildet sein, mit zumindest einer Kamera verbunden zu werden, vorzugsweise lösbar. Die Verbindung kann derart ausgeführt sein, dass ein Oberflächenbereich des Schädels, zum Beispiel ein Oberflächenbereich der Schädelkalotte, im Sichtfeld der mit dem Träger verbundenen Kamera ist. Ist die Kamera mit dem Träger verbunden, so ist die Kamera vorzugsweise starr ausgerichtet Mit anderen Worten ausgedrückt ändert sich das Sichtfeld der Kamera vorzugsweise nicht. Bevorzugt ist die Befestigung der Kamera an dem Träger starr. Der Oberflächenbereich, der im Sichtfeld der Kamera ist, ist bevorzugt der Oberflächenbereich, in dem der neurochirurgische Eingriff durchgeführt wird, beispielsweise also die Durchbohrung der Schädeldecke und/oder die tatsächliche Punktion mittels des Mandrin und/oder des Katheters über die während des Bohrvorgangs geschaffene Öffnung. Die Kamera kann also zur optischen Überwachung und/oder Führung von Instrumenten während des neurochirurgischen Eingriffs eingesetzt werden. Um Schwankungen im Kamerabild vorzubeugen ist es zweckmäßig, dass sowohl die Befestigung am Schädel starr ist als auch die Befestigung der Kamera an dem Träger starr ist. Der Träger ist bevorzugt ebenfalls starr. Mittels des Trägers, der für die Verbindung mit einer Kamera ausgebildet ist, kann also der neurochirurgische Eingriff optisch überwacht oder geführt werden. Die Kamera, wenn sie mit dem Träger verbunden ist, kann von schräg oben auf die Schädeldecke blicken. Die Kamera ist vorzugsweise reversibel mit dem Träger verbunden oder verbindbar. Im Gegensatz zum Träger ist die Kamera während der Vorbereitung und Durchführung des neurochirurgischen Eingriffs bevorzugt nur temporär vorhanden, beispielsweise nicht während der Durchführung einer vorbereitenden radiologischen Bilderfassungsprozedur, etwa mittels Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT). Der Träger ist vorzugsweise starr oder zumindest schwer verformbar. Dies vereinfacht eine feste Lagebeziehung zwischen der Kamera und dem Oberflächenbereich, den diese beobachtet. Für einen optisch assistierten neurochirurgischen Eingriff, während dessen die Kamera an dem Träger und der Träger an dem Schädel befestigt ist, ist dies besonders vorteilhaft, da die bekannte Geometrie des Trägers für den Abgleich zwischen Positionsdaten, die über die Kamera generiert wurden, und Positionsdaten, die über ein radiologisches Bilderfassungsverfahren erhalten wurden, beispielsweise eine Computertomographie, genutzt werden kann. Die Qualität des Datenabgleichs ist dann natürlich je besser je stabiler der Träger ist. Jede Verformung des Trägers, also die Abweichung von einer vorgegebenen Form, die für die Umrechnung der Daten aus der Kamera in Positionsdaten relativ zum Schädel, beispielsweise um die Position eines neurochirurgischen Instruments im oder relative zu dem Schädelinneren zu ermitteln, genutzt wird, macht die Positionsbestimmung des Instruments potentiell ungenauer.
Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung wird die Kamera also zumindest mittelbar am Patienten befestigt. Dies erhöht die Mobilität des Systems drastisch, da ein kompliziertes stationäres Setup von Kameras, die stationär relativ zu einem Operationstisch positioniert sind und im Operationsraum angeordnet sind, jedoch nicht derart mit dem Schädel verbunden sind, dass sie der Schädelbewegung folgen, nicht erforderlich ist. Ein solch stationäres Setup weisen nur die wenigsten Operationssäle oder Schockräume in Krankenhäusern auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Trägersystem für den Einsatz während und/oder in der Vorbereitung eines neurochirurgischen Eingriffs vorgesehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger ausgebildet, mit zumindest zwei Kameras verbunden zu werden. Bevorzugt ist der Oberflächenbereich des Schädels im Sichtfeld beider Kameras, wenn diese mit dem Träger verbunden sind. Die Kameras sind mit dem Träger vorzugsweise an verschiedenen Positionen entlang des Trägers verbunden. Die Kameras können auf der gleichen Fläche des Trägers angeordnet oder mit diesem verbunden sein, beispielsweise einer Fläche, die zum höchsten Punkt des Schädels hinweist, wenn sie an dem Schädel montiert ist. Es können also zwei Kameras auf denselben Oberflächenbereich gerichtet sein. Dies hat Vorteile, da aus den generierten Bildern oder Bilddaten der Kameras, welche naturgemäß zweidimensional sind, mittels einer Mehrzahl von Kamerabildern oder Bilddaten von verschiedenen Kameras, die aus verschiedenen Perspektiven aufnehmen, Daten generiert werden können, die für die 3D-Position und/oder Orientierung eines sich im Kamerasichtfeld befindenden Objekts charakteristisch sind. Die beiden Kameras können so ausgerichtet sein, dass ihre optischen Achsen in Aufsicht auf die Schädeldecke betrachtet in etwa einen rechten Winkel einschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist einer, vorzugsweise nur einer, der Kocherpunkte des menschlichen Schädels in dem Oberflächenbereich angeordnet. Es ist also bevorzugt nur ein Kocherpunkt im Sichtfeld der jeweiligen Kamera. Sind beide Kocherpunkte im Sichtfeld, so ist einer von diesen zweckmäßigerweise näher am Zentrum des Sichtfelds angeordnet und der zweite weiter von dem Zentrum weg. Die Kocherpunkte auf dem menschlichen Schädel sind als Eintrittspunkte in den Schädel für die externe Ventrikeldrainage besonders geeignet. Durch die entsprechende Ausgestaltung wird erreicht, dass der für den aktuellen Punktionsvorgang relevante Kocherpunkt näher am Sichtfeldzentrum der Kameras ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Trägersystem einen Kameraträger. Der Kameraträger kann zur, vorzugsweise lösbaren, Befestigung an dem Träger vorgesehen sein, vorzugsweise auf einer Fläche des Trägers, die, wenn der Träger an dem Schädel befestigt ist, dem höchsten Punkt des Schädels oder dem Schädelende zugewandt ist. Der Kameraträger kann auf den Träger aufsetzbar sein, vorzugsweise auch dann, wenn dieser schon am Schädel befestigt ist. Der Kameraträger wiederum kann zur Befestigung der jeweiligen Kamera an dem Kameraträger ausgebildet sein, bevorzugt auf einer Fläche, die dem höchsten Punkt des Schädels oder dem Schädelende zugewandt ist. An dem Kameraträger können die Kameras permanent oder zumindest nicht ohne weiteres lösbar verbunden sein. Beispielsweise können die Kameras über eine Verbindung, die ein separates Verbindungsmittel, zum Beispiel für eine formschlüssige Verbindung, wie eine Schraube, erfordert, das gelöst werden muss, um die jeweilige Kamera wieder vom Kameraträger zu entfernen, mit dem Kameraträger verbunden sein. Die Verbindung zwischen dem Kameraträger und dem Träger kann gegenüber der Verbindung der Kameras zum Kameraträger einfacher lösbar sein. Beispielsweise kann die Verbindung zwischen dem Kameraträger und dem Träger kraftschlüssig sein, beispielsweise über Passstifte und entsprechende Aufnahmen realisiert. Alternativ oder ergänzend können der Kameraträger und der Träger formschlüssig miteinander verbunden sein, etwa über eine Schraubverbindung. Der Kameraträger kann nur temporär während des neurochirurgischen Eingriffs und dessen Vorbereitung mit dem Träger verbunden sein und in manchen Schritten, beispielsweise während der radiologischen Bilderfassung, nicht vorhanden sein. Wenn die jeweilige Kamera schon am Kameraträger vormontiert ist, kann durch einfaches Aufsetzen des Kameraträgers auf den Träger die jeweilige Kamera in einer wohldefinierten Position relativ zum Schädel angeordnet und lagestabil gehaltert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die zwischen dem Träger und dem Kameraträger ausgebildete Verbindung fixiert. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann eine lösbare Verbindung vorgesehen sein, die durch zusätzliche Fixierungsmittel verstärkt oder fixiert wird. Die lösbare Verbindung kann eine kraftschlüssige Verbindung sein und die Fixierung kann durch eine formschlüssige Verbindung erfolgen. Durch Fixieren der Verbindung zwischen Träger und Kameraträger, beispielsweise durch Ausbilden einer formschlüssigen Verbindung, zum Beispiel einer Schraubverbindung, wobei die formschlüssige Verbindung mit Vorzug das Abheben des Kameraträgers vom Träger verhindert, kann die Verbindung zwischen Kameraträger und Träger stabilisiert werden. Es kann insbesondere verhindert werden, dass sich der Kameraträger während des Eingriffs relativ zum Träger bewegt. Vorzugsweise sind der Träger und der Kameraträger sowohl lateral als auch vertikal gegen Relativbewegung gesichert. Die vertikale Bewegung kann über die Fixierung verhindert werden und die laterale Bewegung durch die Verbindungsmittel oder Codiermittel zwischen Träger und Kameraträger, die die Relativposition des Kameraträgers und des Trägers festlegen und/oder in lateraler Richtung einen Formschluss bereitstellen, zum Beispiel durch die Passstifte.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Kameraträger und der Träger derart aufeinander abgestimmt, dass sie in nur einer Relativposition - diese Position ist dann zweckmäßigerweise die wohldefinierte Position - aneinander befestigbar sind. Dies kann über entsprechende Ausgestaltung und/oder Anordnung der verwendeten Befestigungs- oder Verbindungsvorrichtungen erreicht werden. Die Befestigungs- oder Verbindungsvorrichtungen für die Verbindung von Träger und Kameraträger können beispielsweise Erhebungen auf dem Träger oder dem Kameraträger aufweisen. In den Erhebungen, die beispielsweise die Passstifte bilden, können, wenn Träger und Kameraträger aufeinander aufgesetzt sind, Befestigungsmittel, zum Beispiel Schrauben, verlaufen, die den Träger und den Kameraträger formschlüssig miteinander verbinden, sodass der Träger und der Kameraträger nicht mehr voneinander entfernt werden können, ohne vorher die durch das Befestigungsmittel ausgebildete Verbindung zu lösen, beispielsweise durch Lösen der Schraubenverbindung. Dadurch wird eine verlässliche Positionierung der Kameras relativ zum Schädel in einer genau definierten Position mit entsprechend festgelegter Orientierung der Kameras erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Träger und der Kameraträger in einer Mehrzahl von Verbindungsstellen, vorzugsweise drei oder mehr Verbindungsstellen, kraftschlüssig und/oder formschlüssig gegen ein Abheben des Kameraträgers vom Träger gesichert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen der Träger und der Kameraträger eine einander entsprechende Formgebung auf. Träger und der Kameraträger können beispielsweise derart aufeinander abgestimmt sein, dass in Aufsicht der Kameraträger den Träger vollständig abdeckt. Der Kameraträger und der Träger können in Aufsicht gesehen gleichartig geformt sein, insbesondere mit gleicher Größe und/oder gleicher oder gleichartiger Außenkontur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform hat der auf den Träger aufsetzbare Kameraträger eine zumindest bereichsweise genau zum Träger passende Form. Alternativ oder ergänzend passt er an mindestens zwei formschlüssigen Stellen und einer Fläche oder an mindestens drei Kontaktstellen bevorzugt auf den bereits am Schädel fixierten Träger. Besonders bevorzugt werden Kameraträger und Träger im aufgesetzten Zustand mechanisch relativ zueinander verriegelt, so dass auch bei längeren medizinischen Operationen eine fixe Relativposition zwischen Träger und Kameraträger garantiert ist. Für die medizinische Anwendung vorteilhaft ist, dass der Kameraträger bei am Schädel fixiertem Träger ungehindert abgenommen und wieder aufgesetzt werden kann, ggf. nach Lösung der Fixierung zwischen Kameraträger und Träger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform trägt der Kameraträger mindestens zwei Kameras, die in unterschiedliche Raumrichtungen Bilder in zeitlicher Abfolge, vorzugsweise zeitsynchronisiert, aufnehmen, wobei sich die Abbildungsbereiche oder Sichtfelder überlagern. Der Oberflächenbereich für den Eingriff befindet sich zweckmäßigerweise in dem Abbildungsbereich. Im Überlagerungsbereich der Kamerasichtfelder befindliche Objekte können von mindestens zwei Kameras gleichzeitig und bevorzugt zeitsynchronisiert aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden. Die Winkelanordnung der mindestens zwei Kameras kann so gewählt sein, dass - etwa mit Maßnahmen dem Stand der Technik entsprechend - die Auswertung der Kamerabilder eine Bestimmung von Positionen und/oder Raumorientierungen von Gegenständen ermöglicht, die sich im Überlagerungsbereich der Kameras befinden. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen den Kameraachsen, zum Beispiel den optischen Achsen, zwischen 45° und 135°, besonders bevorzugt zwischen 60° und 120°. Das mathematische Optimum des 90° Winkels muss nicht exakt eingehalten werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger zur Befestigung an dem Schädel in einer Mehrzahl von diskreten Befestigungsstellen vorgesehen. Die jeweilige Befestigungsstelle kann zur Durchführung eines Befestigungsmittels, zum Beispiel einer Schraube, durch einen Trägerkörper des Trägers vorgesehen sein. Beispielsweise umfasst die jeweilige Befestigungsstelle eine Öffnung. An der Befestigungsstelle kann der Träger ein Gewinde aufweisen, in das eine Schraube eingreifen kann. Die Schraube kann mit dem Schädel und dem Träger verschraubt werden. Eine Befestigungsstelle des Trägers kann sagittal und eine Befestigungsstelle kann frontal liegen. Vorzugsweise liegen zwei Befestigungsstellen des Trägers sagittal auf gegenüberliegenden Seiten. Der Träger kann an zumindest drei Stellen mit dem Schädel verbunden sein, zum Beispiel zweimal sagittal oder seitlich und einmal frontal. Das Befestigungsmittel an der jeweiligen Befestigungsstelle kann für eine formschlüssige Verbindung mit dem Träger und eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Schädel ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Trägersystem zumindest ein Kamerahalteelement. Das Kamerahalteelement ist bevorzugt zur Verbindung mit dem Träger oder dem Kameraträger vorgesehen. Ist ein Kameraträger vorgesehen, so ist das Kamerahalteelement bevorzugt zur Verbindung mit dem Kameraträger vorgesehen. Wird auf den Kameraträger verzichtet und wird die Kamera direkt mit dem Träger verbunden, so wird das Kamerahalteelement zweckmäßigerweise mit dem Träger verbunden. Ein Kameraträger hat jedoch erhebliche Vorteile, da die Kameras schon vor Beginn des Eingriffs an dem Kameraträger befestigt und fixiert werden können, beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kamerahalteelement und dem Kameraträger. Für die Verbindung der Kameras mit dem Träger muss dann nur noch der Kameraträger mit dem Träger verbunden, zum Beispiel auf diesen aufgesetzt, werden. Dies ist sowohl vorteilhaft für eine Kamera als auch natürlich besonders vorteilhaft, wenn zwei Kameras eingesetzt werden. Das Kamerahalteelement kann eine Aufnahme für die Kamera aufweisen. Die Aufnahme kann die in ihr aufgenommene Kamera lagestabil relativ zu dem Kamerahalteelement halten. Das jeweilige Kamerahalteelement kann als Arm ausgeführt sein. Der Arm kann, wenn er mit dem Träger direkt oder indirekt über den Kameraträger verbunden ist, vom Träger bzw. Kameraträger nach außen abragen. Zweckmäßigerweise ist für jede Kamera ein gesondertes Kamerahalteelement vorgesehen. Anstatt einen gemeinsamen Kameraträger für die Verbindung einer Mehrzahl von Kameras mit dem Träger vorzusehen, kann auch für jede mit dem Träger zu verbindende Kamera ein gesonderter Kameraträger vorgesehen sein. Eine Mehrzahl von Kameraträgern erhöht jedoch die Gefahr, dass die Kameraträger relativ zueinander und/oder relativ zum Träger nicht lagestabil und/oder präzise positioniert sind, was die Genauigkeit der Positions- und/oder Orientierungsbestimmung relativ zu dem Trägersystem negativ beeinflussen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Verbindungsstelle der jeweiligen Kamera zu dem Träger bzw. dem Kameraträger nahe an einer Befestigungsstelle des Trägers, in der der Träger am Schädel befestigt werden soll, angeordnet. Da die Kameras vergleichsweise schwer sind, wird dadurch das durch das Kameragewicht relativ zur Befestigungsstelle verursachte Drehmoment vorteilhaft gering gehalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger derart dimensioniert, dass er zusammen mit dem Schädel, an dem er befestigt ist, in einen Untersuchungsraum eines radiologischen Bilderfassungsgeräts, etwa eines Tomographiegerätes, insbesondere eines Computertomographiegerätes, einführbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest ein Kamerahalteelement derart ausgebildet, dass es in oder nahe, beispielsweise weniger als 5cm, oder weniger als 3cm, einer Verbindungsstelle des Kamerahalteelements mit dem Kameraträger oder dem Träger in zwei diskreten Rotationspositionen oder diskreten Orientierungen relativ zu dem Träger befestigbar ist. Die beiden Orientierungen können beispielsweise um weniger als 90° oder weniger als 60° zueinander versetzt sein. Vorzugsweise ist dieses Kamerahalteelement das Kamerahalteelement für die Frontalkamera. Das Kamerahalteelement für die (jeweilige) Sagittalkamera dagegen kann jeweils in der gleichen Rotationsposition oder Orientierung relativ zum Träger befestigt werden, dafür vorzugsweise an verschiedenen Stellen, je eine auf den verschiedenen sagittalen Seiten des Schädels. In der einen Position der jeweiligen Kamera kann der eine Kocherpunkt und in der anderen Position der andere Kocherpunkt im oder näher am Zentrum des Sichtfelds der jeweiligen Kamera sein. Das Trägersystem kann also unabhängig davon eingesetzt werden, welcher Kocherpunkt für die Ventrikeldrainage ausgewählt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Kamerahalteelemente und den Kameraträger entweder in einem Stück zu fertigen oder die Komponenten permanent zu verbinden, sodass für einen Eintritt in den Schädel über den einen Kocherpunkt und einen Eintritt über den anderen Kocherpunkt, zwei verschiedene Kameraträger eingesetzt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform definiert der Träger und/oder der Kameraträger einen Schädelaufnahmeraum. Ist der Träger mit dem Schädel bzw. der Kameraträger mit dem Träger verbunden, so ist der Schädel bevorzugt in dem Schädelaufnahmeraum angeordnet. Die mit dem Träger verbundene Kamera kann relativ zum Schädelaufnahmeraum nach außen und/oder nach oben versetzt sein. Die mit dem Träger verbunden Kamera kann relativ zu einem Außenrand des Trägers und/oder relativ zu einem Außenrand des Kameraträgers nach außen und/oder nach oben versetzt sein. Die jeweilige Kamera kann von oberhalb und insbesondere schräg auf den Schädelaufnahmeraum gerichtet sein. Die jeweilige Kamera kann flutlichtartig über die als Masten fungierenden Kamerahalteelemente an dem Kameraträger oder dem Träger befestigt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Trägersystem Befestigungsmittel auf, um den Träger an dem Schädel zu befestigen, vorzugsweise um den Träger relativ zu dem Schädel zu fixieren. Das jeweilige Befestigungsmittel kann eine Schraube sein.
Das jeweilige Befestigungsmittel kann derart ausgebildet sein, dass, wenn der Träger über die Befestigungsmittel mit dem Schädel verbunden ist, eine Innenfläche des Trägers von der dieser Innenfläche zugewandten äußeren Schädeloberfläche beabstandet ist. Die Innenfläche des Trägers kann umlaufend, also insbesondere entlang seiner gesamten Erstreckung, von der Schädeloberfläche beabstandet sein. Die Formgebung des Trägers ist also nicht an den Schädel angepasst und vorzugsweise auch nicht anpassbar. Die Anpassung kann über die Befestigungsmittel, zum Beispiel Schrauben, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst eines, eine Mehrzahl von oder es umfassen alle der folgenden Elemente einen Kunststoff oder bestehen daraus: Träger, Kameraträger, Kamerahalteelement, Befestigungsmittel, insbesondere das für die Befestigung des Trägers am Schädel vorgesehene Befestigungsmittel. Kunststoffe können in radiologischen Bildern transparenter erscheinen als metallische Materialien. Zudem erzeugen Kunststoffe keine Metallartefakte im CT sowie keine Magnetisierung und Erwärmung im MRT. Werden daher Kunststoffe für die genannten Elemente eingesetzt kann die Bildgebung verbessert werden. Zum Beispiel kann der Kontrast für ebenfalls eingesetzte Metallteile in den Bilddaten oder Bildern erhöht sein, was die Datenaufbereitung von radiologischen Bilddaten vereinfachen kann. Der Kunststoff kann ein Thermoplast sein. Der Kunststoff kann PEEK (Polyetheretherketon) sein. Kunststoffelemente, insbesondere aus PEEK, können vereinfacht sterilisierbar sein und eignen sich daher besonders als Elemente zum Einsatz in einem mobilen System oder einem Notfallsystem sowie zur mehrfachen Verwendung. Trotz der Tatsache, dass es sich um einen Kunststoff handelt, ist PEEK mechanisch und auch thermisch sehr belastbar und dementsprechend formstabil unter Krafteinwirkung. Zusätzlich vorteilhafte Eigenschaften von PEEK sind noch, dass es ein geringes Gewicht aufweist und sich radiologisch (zumindest im CT) von radioopaken Markern (siehe weiter unten) einfach abgrenzen lässt.
Das jeweilige oben genannte Element kann wenigstens einen Hauptkörper aufweisen, der aus Kunststoff bestehen kann, oder das jeweilige Element kann vollständig aus Kunststoff bestehen. Der Hauptkörper kann den überwiegenden Teil, vorzugsweise 80 % oder mehr, 90 % oder mehr, oder 95 % oder mehr, des Innenvolumens des jeweiligen Elements nach außen hin begrenzen. Der Hauptkörper kann den überwiegenden Teil, vorzugsweise 80 % oder mehr, 90 % oder mehr oder 95 % oder mehr der Außenkontur des jeweiligen Elements bestimmen. Der Hauptkörper kann den überwiegenden Teil, vorzugsweise 80 % oder mehr, 90 % oder mehr oder 95 % oder mehr zur Gesamtmasse oder zum gesamten durch Masse bestimmten Volumen des jeweiligen Elements beitragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger und/oder der Kameraträger als Teilring ausgeführt. Ein Teilring oder eine andere den Schädel nur teilweise lateral umlaufende Geometrie, die, vorzugsweise im Bereich des Hinterkopfs, offen ist, vereinfacht die Handhabung während des Eingriffs bzw. dessen Vorbereitung. Insbesondere kann der Patient vereinfacht liegend in eine Röhre eines Bildaufnahmegerätes für die radiologische Bildgebung eingeschoben werden, ohne dass das Trägersystem die Liegeposition des Patienten behindert. Alternativ ist auch eine Ausführung als Vollring, also mit einem lateralen Umlauf um den Schädel von 360°, möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger mit einer Mehrzahl von Markern oder Markerkörpern versehen. Die Marker oder Markerkörper können radioopak sein also für elektromagnetische Strahlung undurchlässig, insbesondere für die während eines radiologischen Bildgebungsverfahrens, wie der Computertomographie, eingesetzte elektromagnetische Strahlung, etwa Röntgenstrahlung. Beispielsweise sind die Marker oder Markerkörper aus Metall oder einer Metalllegierung. Die Markerkörper können kugelförmig sein. Über den strahlungsdurchlässigen Kunststoff und die opaken Marker, kann in der radiologischen Bildgebung ein Kontrast erzielt werden, der in dem erfassten Bild eine schnelle und zuverlässige Identifizierung der Positionen der Markerkörper erlaubt. Die Markerkörper oder Marker sind bevorzugt geeignet, in mit einem radiologischen Bilderfassungsverfahren erfassten Bilddaten oder Bildern lokalisiert zu werden, vorzugsweise computergestützt, etwa mittels eines entsprechenden Algorithmus. Die Marker oder Markerkörper können außen an dem Hauptkörper des Trägers befestigt oder in den Hauptkörper eingebettet sein, beispielsweise mit Kunststoff umgossen. Die Markerkörper können unregelmäßig über den Träger verteilt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger freitragend, unter dem Eigengewicht und auch unter zusätzlicher Belastung formstabil und/oder starr.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger gebogen oder gekrümmt. Der Träger kann C-förmig ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine laterale Öffnung auf, die den Schädelaufnahmeraum mit der Umgebung des Trägers verbindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform trägt der Kameraträger mindestens zwei Kameras oder ist zur Verbindung mit mindestens zwei Kameras vorgesehen, die bevorzugt in unterschiedliche Raumrichtungen Bilder in zeitlicher Abfolge, insbesondere zeitsynchronisiert, aufnehmen, wobei sich die Abbildungsbereiche oder Sichtfelder vorzugsweise überlagern oder überlappen. Der Oberflächenbereich für den Eingriff befindet sich zweckmäßigerweise in dem Abbildungsbereich. Im Überlagerungsbereich der Kameras befindliche Objekte werden bevorzugt von mindestens zwei Kameras gleichzeitig und bevorzugt zeitsynchronisiert aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen. Die Winkelanordnung der mindestens zwei Kameras kann so gewählt sein, dass - etwa mit Maßnahmen dem Stand der Technik entsprechend - die Auswertung der Kamerabilder eine Bestimmung von Positionen und/oder Raumorientierungen von Gegenständen ermöglicht, die sich im Überlagerungsbereich der Kameras befinden. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen den Kameraachsen, zum Beispiel den optischen Achsen, zwischen 45° und 135°, besonders bevorzugt zwischen 60° und 120°. Das mathematische Optimum des 90° Winkels muss nicht exakt eingehalten werden. Die Kameraanordnung ist bevorzugt nicht direkt am Träger montiert, weil dies bei der Bildgebung, insbesondere in (MRT-)Tomographen, stören könnte und/oder die Kameras zerstören würde. Stattdessen erfolgt die Kamerafixierung der mindestens zwei Kameras raumfest relativ zum Träger zweckmäßigerweise über den Kameraträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System für die Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs ein Trägersystem wie oben beschrieben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System zumindest eine Kamera, die, vorzugsweise lösbar, mit dem Träger verbindbar oder verbunden ist. Das mobile System kann eine Mehrzahl von Kameras, beispielsweise zumindest zwei oder genau zwei Kameras umfassen. Die jeweilige Kamera kann monookular sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Komponenten - Träger, Kamerahalteelement, Kameraträger, und/oder Kamera -, vorzugsweise alle Komponenten, des mobilen Systems bzw. des Trägersystems tragbar. Das Gewicht der jeweiligen Komponente oder zumindest einer der Komponenten kann kleiner oder gleich einem der folgenden Werte sein: 1 kg, 800 g, 700 g, 600 g, 500 g, 400 g, 300g, 200g, 100g, 90g, 80g, 70g, 60g, 50g, 40g, 30g, 20g, 15g. Alternativ oder ergänzend kann das Gewicht der jeweiligen Komponente oder zumindest einer der Komponenten größer oder gleich einem der folgenden Werte sein: 10g, 20g, 30g, 40g, 50g. Durch Kombination von Werten aus den beiden genannten Listen können Bereiche für das Gewicht gebildet werden. Beispielsweise kann das Gewicht der Kamera zwischen 10g und 1kg sein, vorzugsweise zwischen 30 und 100 g.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kameras, wenn sie mit dem Träger verbunden sind, in verschiedenen Positionen entlang des Trägers angeordnet. Beispielsweise kann eine Kamera sagittal und eine Kamera frontal angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Position einer Kamera, wenn der Träger am Schädel befestigt ist, sagittal oder seitlich und die einer anderen Kamera frontal sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Oberflächenbereich im Sichtfeld beider Kameras angeordnet. Die optischen Achsen der Kameras können gekreuzt sein. Der Kreuzungspunkt kann auf dem Schädel oder oberhalb der Schädeloberfläche liegen. Die Achsen können zumindest ungefähr senkrecht aufeinander stehen. Der Kreuzungspunkt kann oberhalb des Oberflächenbereichs, beispielsweise oberhalb des relevanten Kocherpunkts, liegen. In Aufsicht auf den Kocherpunkt, kann der Kreuzungspunkt im Kocherpunkt oder nahe am Kocherpunkt liegen, vorzugsweise weniger als eine der folgenden Distanzen vom Kocherpunkt entfernt: 2 cm, 1,5 cm, 1 cm, 9 mm, 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die jeweilige Kamera, wenn sie mit dem Träger verbunden ist, zur Erfassung eines neurochirurgischen Instruments, insbesondere eines in den Bilddaten oder dem Bild identifizierbaren Bereichs auf dem neurochirurgischen Instrument, angeordnet oder ausgebildet. Der identifizierbare Bereich kann eine separate, mit dem Instrument verbundene Markierung sein oder ein in dem Instrument integrierter Bereich, der eine Identifizierung in dem Bild oder den Bilddaten ermöglicht. Erstere Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Freiheitsgrade bei der Instrumentenwahl erhöht sein können, da nicht notwendigerweise auf die Identifizierbarkeit geachtet werden muss. Zweitere Ausgestaltung hat den Vorteil, dass auf eine separate Markierung verzichtet werden kann. Zweckmäßigerweise sind Daten hinsichtlich der Geometrie des neurochirurgischen Instruments, wie eine charakteristische Länge oder andere Größen im mobilen System hinterlegt, beispielsweise auf einem Speichermedium, etwa dem Speicher einer Computereinheit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System das neurochirurgische Instrument. Das neurochirurgische Instrument kann beispielsweise ein Mandrin/Katheter oder ein Bohrer sein. Der Mandrin/Katheter ist zweckmäßigerweise für die Abfuhr von Liquor aus dem Gehirn nach dem erfolgten Punktionsvorgang vorgesehen. Der Bohrer kann der Durchbohrung der Schädeldecke zur Vorbereitung des Punktionsvorgangs dienen. Zweckmäßigerweise umfasst das mobile System sowohl einen Bohrer als auch einen Mandrin und/oder Katheter. Der Mandrin selbst kann ein Draht sein, der als Führung für einen nach der geeigneten Positionierung des Mandrins am Mandrin entlang geführten Katheter, vorzugsweise aus Kunststoff, mit einem Lumen zur Abfuhr des Liquors dient. Alternativ kann der Mandrin selbst ein Lumen aufweisen, das der Abfuhr des Liquors aus dem Ventrikelsystem dient.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das neurochirurgische Instrument zumindest eine, beispielsweise zwei- oder dreidimensionale, Instrumentenmarkierung auf. Die Instrumentenmarkierung ist vorzugsweise im Kamerabild oder den Kamerabilddaten der jeweiligen Kamera lokalisierbar. Die Markierung kann so ausgebildet sein, dass sie im Sichtfeld zweier Kameras ist, wenn das Instrument eingesetzt wird. Die Instrumentenmarkierung kann in das Instrument integriert oder als separate Markierung am Instrument angebracht sei, wobei beides Vorteile hat, wie oben bereits für den identifizierbaren Bereich dargelegt worden ist. Die Instrumentenmarkierung kann den identifizierbaren Bereich des Instruments bilden oder zu diesem beitragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Instrumentenmarkierung im Kamerabild oder den Kamerabilddaten identifizierbar und/oder lokalisierbar. Die Identifizierung und/oder Lokalisierung kann über einen Lokalisierungsalgorithmus erfolgen. Der Lokalisierungsalgorithmus kann die Position der Markierung im Kamerabild ermitteln. Dementsprechend können über den Lokalisierungsalgorithmus Informationen über die Position und/oder Orientierung des Instruments relativ zur jeweiligen Kamera erhalten werden. Die Positions- und/oder Orientierungsinformation der Instrumentenmarkierung ist in der Regel zweidimensional und auf die Ebene des Kamerabilds bezogen. Die Positionsinformation kann pixelbasiert sein.
Sind die Relativpositionen zwischen Kamera und Schädel jedoch, beispielsweise über den am Schädel fixierten Träger, konstant und ist die Geometrie des Trägers sowie gegebenenfalls des Kamerahalteelements, des Kameraträgers und/oder des Instruments bekannt, so kann über die aus den Kameradaten oder -bildern gewonnene Positionsinformation die Position des Instruments relativ zum Schädel, insbesondere auch zum Schädelinneren oder dem Gehirn, bestimmt werden. Insbesondere können die Position und/oder die Orientierung des Instruments im Raum relativ zu der oder den Kameras bestimmt werden. Also können in dem System sogenannte 6D-Koordinaten (sogenannte 6D-Posen) erhalten werden, die sowohl die Position der Instrumentenmarkierung im Raum als auch die Rotationsorientierung (Stichwort: Euler-Winkel) umfassen. Ist die Transformation zwischen den aus den Kameradaten bestimmten Positions- und/oder Orientierungsinformationen (Bezugssystem: Kamera) und Bilddaten des Schädelinneren, beispielsweise radiologischen Bilddaten, etwa aus der Computertomographie, bekannt (Bezugssystem: Schädel oder Bilddaten), kann über die aus der bzw. den Kameras gewonnenen 6D-Koordinateninformationen des Instruments die Position des Instruments relativ zum Schädel, vorzugsweise computergestützt, berechnet werden. Dies ermöglicht eine Visualisierung der aktuellen Instrumentenposition, beispielsweise des Mandrin/Katheters oder Bohrers, innerhalb des Schädels während des neurochirurgischen Eingriffs, und/oder der Orientierung des Instruments relativ zu einem Zielpunkt oder einer Wunschtrajektorie für das Instrument. Da die Kamera über den Träger am Schädel befestigt ist, ist das System auch sehr mobil und weitgehend unabhängig von sonstiger, oftmals eingesetzter Infrastruktur zur optischen Verfolgung von Instrumenten, die üblicherweise statisch im Operationssaal montiert und nicht portabel ist. Dementsprechend eignet sich das vorgeschlagene mobile System sehr gut für Notfalleinsätze. Einer dieser Notfälle oder Akutsituationen ist, wie schon erwähnt, die externe Ventrikeldrainage.
Wie schon weiter oben beschrieben kann der Träger des Trägersystems mit einer oder einer Mehrzahl von Markerkörpern versehen sein, die im radiologischen Bildgebungsverfahren einen ausreichenden Kontrast zum Träger erzeugen. Der Träger befindet sich nicht nur während der radiologischen Bildgebung am Patienten, dann vorzugsweise ohne Kameras, sondern auch nach der Bildgebung. Daher kann der Träger, gegebenenfalls im Zusammenspiel mit dem Kameraträger, dem Kamerahalteelement und/oder den bekannten Geometrien als Brücke für eine Koordinatentransformation zwischen dem Bezugssystem des Schädels und dem Bezugssystem des bzw. der Kameras dienen. Anhand des Trägers kann also eine Transformation(smatrix) bestimmt werden, über die die Position des neurochirurgischen Instruments im Inneren des Schädels in den über radiologische Bilderfassung gewonnen Bilddaten an der korrekten derzeitigen Position visualisiert werden kann. Die Visualisierung der Position des Instruments in den Bilddaten des Schädels kann kontinuierlich während der Durchführung des Eingriffs erfolgen, vorzugsweise in Echtzeit, sodass eine optisch geführte Navigation des neurochirurgischen Instruments im Schädelinneren ermöglicht wird. Der Vorgang, in dem die Transformation(smatrix) zwischen dem Bezugssystem der Bilddaten des Schädels und dem Bezugssystem der Kamera(s) ermittelt oder durchgeführt wird, wird oftmals auch als Registrierung bezeichnet - im vorliegenden Fall als Registrierung zwischen den Daten der präoperativen Bilderfassung und den Daten aus der optischen Bilderfassung mittels der Kamera(s) während des Eingriffs.
Werden spezielle dreidimensionale Marker eingesetzt, die in jeder beliebigen Orientierung ein anderes zweidimensionales Bild ergeben, könnte - anstatt zumindest zwei Kameras einzusetzen - gegebenenfalls auch über den Einsatz einer einzelnen Kamera 6D-Koordinaten für die Position und Orientierung des Instruments im 3D-Raum gewonnen werden. Demgegenüber ist der Einsatz zweier Kameras zur Erzeugung der 6D-Koordinaten für die Position der Instrumentenmarkierung weniger aufwendig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die jeweilige Kamera ein eingebettetes System (embedded System) oder eine Recheneinheit auf. Das embedded System kann Hardware, Firmware und/oder Software umfassen. Die Software oder Firmware kann zum Beispiel den oben erwähnten Lokalisierungsalgorithmus aufweisen. Die jeweilige Kamera kann ausgebildet sein, die Positionsinformation für die Instrumentenmarkierung innerhalb des Kamerabildes zu erhalten. Folglich kann die Kamera ausgebildet sein, mittels der Recheneinheit oder des embedded Systems die Position der Instrumentenmarkierung aus dem Kamerabild bzw. den Bilddaten zu extrahieren. Die Kamera kann ausgebildet sein, die Instrumentenmarkierungspositionsdaten aus dem Kamerabild, an ein weiteres elektronisches Element des mobilen Systems, beispielsweise an ein elektronisches Steuergerät, zu übergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System ein elektronisches Steuergerät. Das elektronische Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, mit der jeweiligen Kamera elektrisch verbunden zu werden, vorzugsweise über eine Kabelverbindung. Das Steuergerät kann eine Mehrzahl von Kameraanschlüssen aufweisen, wobei der jeweilige Kameraanschluss zur Verbindung mit einer einzelnen Kamera vorgesehen ist. Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, thermisch von der jeweiligen Kamera bzw. dem Trägersystem entkoppelt zu sein. Die Verbindung zwischen Steuergerät und der jeweiligen Kamera kann über ein Kabel erfolgen oder gegebenenfalls drahtlos sein. Eine großflächige thermische Anbindung, über die gegebenenfalls Wärme von dem Steuergerät zu den Kameras oder dem Träger transportiert würde, kann so vermieden werden. Das Steuergerät ist bevorzugt ausgebildet, Daten von der jeweiligen Kamera zu empfangen, beispielsweise in Antwort auf einen entsprechenden Anforderungsbefehl von dem Steuergerät an die Kamera. Diese Daten können Positionsdaten für die Instrumentenmarkierung im Bild der Kamera, die die Daten überträgt, umfassen oder aus diesen bestehen. Das elektronische Steuergerät kann eine Datenverarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Prozessor umfassen. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann aus von der Kamera empfangenen Daten (meist 2D-Daten oder Pixeldaten) 6D-Koordinaten für die Instrumentenmarkierung und/oder die aktuelle Position des Instruments berechnen. Das Steuergerät kann also Daten aus verschiedenen Kameras empfangen und aus diesen Daten Koordinaten berechnen, die die Position und/oder Orientierung des Instruments relativ zum Trägersystem angeben. Das Steuergerät kann dazu ausgebildet sein, mit einer Computereinheit verbunden zu werden. Das Steuergerät kann Daten an die Computereinheit übertragen. Die an die Computereinheit übertragenen Daten können 6D-Koordinaten des Instruments oder der Instrumentenmarkierung umfassen. Das Steuergerät kann für eine Kabelverbindung oder eine kabellose Verbindung mit dem Computer ausgebildet sein. Aufgrund der großen Datenmengen und einer möglichst schnellen Datenübertragung für eine Echtzeitvisualisierung kann eine Kabelverbindung zu bevorzugen sein. Die Schnittstelle zwischen dem Steuergerät und der Computereinheit kann eine Standardschnittstelle sein. Die Schnittstelle zwischen der jeweiligen Kamera und dem Steuergerät kann eine proprietäre Schnittstelle oder eine Standardschnittstelle sein. Beispielsweise kann das Steuergerät über eine USB-Verbindung mit der Computereinheit verbunden werden. Die jeweilige Schnittstelle kann eine Schnittstelle für eine Steckverbindung sein. Das Steuergerät kann ein Gehäuse aufweisen, das bevorzugt separat von dem Kameragehäuse der jeweiligen Kamera ist.
Ist das Steuergerät thermisch von der bzw. den Kameras und/oder dem Trägersystem entkoppelt, ist der Wärmeübertrag von dem Steuergerät, welches Rechenoperationen ausführt, zu den Kameras bzw. dem Trägersystem gering. Die Gefahr einer wärmebedingten Deformation des Trägersystems, etwa des jeweiligen Kamerahalteelements, das beispielsweise aus Kunststoff ist, kann so verringert werden. Dies kann die Gefahr einer inkorrekten Positionsbestimmung oder einer fehlerhaften Navigation während des Betriebs des Systems verringern. Das Aufteilen der Rechenoperationen für den Erhalt der 6D-Koordinaten zwischen der Kamera und dem Steuergerät kann die thermische Beanspruchung des Trägersystems verringern und gleichzeitig die elektrische Leistungsaufnahme des Systems geringhalten, weil sowohl Ressourcen auf der Kamera als auch in dem Steuergerät genutzt werden können.
In der Computereinheit können die von dem Steuergerät zur Computereinheit übertragenen Daten, die zweckmäßigerweise für die aktuelle Position und/oder Orientierung des Instruments relativ zu dem Trägersystem bzw. den Kameras charakteristisch sind, weiterverarbeitet werden, beispielsweise für eine Visualisierung der aktuellen Position und/oder Orientierung des Instruments, etwa in einer Bildausgabeeinheit der Computereinheit. In der Computereinheit kann die Transformation der 6D-Koordinaten des Instruments von dem Bezugssystem der Kamera(s) in das Bezugssystem der radiologischen Bilddaten, die zweckmäßigerweise wie schon beschrieben vor dem Eingriff aufgenommen wurden, vorgenommen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das mobile System derart ausgebildet, dass eine elektrische Leistungsversorgung der jeweiligen Kamera über oder durch das Steuergerät erfolgt. Die jeweilige Schnittstelle des Steuergeräts zu den Kameras kann für die elektrische Leistungsversorgung ausgebildet sein. Das Steuergerät kann eine integrierte Leistungsquelle aufweisen. Alternativ kann das Steuergerät eine Schnittstelle zu einer externen Leistungsquelle aufweisen. Die externe Leistungsquelle kann eine mobile Leistungsquelle sein. Die externe Leistungsquelle kann in die Computereinheit integriert sein, beispielsweise als Akku einer tragbaren Computereinheit. Das Steuergerät kann als Brücke zwischen Standardgeräten und der jeweiligen Kamera des mobilen Systems fungieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System die, vorzugsweise mobile, z.B. tragbare, Computereinheit, wie etwa ein Notebook, ein Tablet oder ein Mobiltelephon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System das Computerprogrammprodukt und/oder auf der Computereinheit ist das Computerprogrammprodukt geladen und ausführbar. Das Computerprogrammprodukt kann dazu ausgebildet sein, dass es, wenn es auf der Computereinheit geladen ist und von der Computereinheit ausgeführt wird, ein Planungs- und/oder Navigationsunterstützungssystem für einen neurochirurgischen Eingriff im Inneren eines menschlichen Schädels bereitstellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Versorgungsspannung für das elektronische Steuergerät und/oder für die Kamera(s) kleiner oder gleich einem der folgenden Werte: 15V, 12V, 10V, 9V, 8V, 7V, 6V, 5V. Derart geringe Spannungen verringern das Risiko thermisch bedingter Verformungen und tragen zur hohen Mobilität des Systems bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die jeweilige Kamera eine Lichtquelle auf. Die Lichtquelle kann dazu angeordnet und ausgebildet sein, den Oberflächenbereich zu beleuchten. Die Lichtquelle kann eine oder eine Mehrzahl von LEDs aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das mobile System einen Kalibrierverifizierungskörper. Über diesen kann vor der Durchführung des Eingriffs ermittelt werden, ob Kamera(s), Träger, Kameraträger, und/oder Kamerahalteelement, wenn sie so verbunden sind, wie für den Eingriff vorgesehen, richtig zueinander ausgerichtet sind. Der Kalibrierverifizierungskörper kann eines oder mehrere Verbindungselemente aufweisen, die zur mechanischen Anbindung des Körpers an den Träger, den Kameraträger, das Kamerahalteelement, oder die Kamera dienen können. Der Kalibrierverifizierungskörper kann also mechanisch an das Trägersystem angebunden oder anbindbar sein und, wenn er an dem Trägersystem bzw. dem Kameraträger befestigt ist, mit diesem bewegbar sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Vorbereitung eines neurochirurgischen Eingriffs einen, eine beliebig ausgewählte Mehrzahl von oder alle der folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen des mobilen Systems, insbesondere wie oben beschrieben.
- Verbinden der Kamera oder der Kameras mit dem Träger oder dem Kameraträger.
- Anordnen eines Kalibrierverifizierungskörpers in einer, vorzugsweise wohldefinierten, Position relativ zu dem Träger oder dem Kameraträger, beispielsweise unter Ausbilden einer mechanischen Verbindung zwischen dem Kalibrierverifizierungskörper und dem Träger oder dem Kameraträger. Die Kalibrierverifizierung kann für ein Teilsystem mit dem Kameraträger und den Kameras oder für das gesamte System mit dem Träger, dem an dem Träger befestigten Kameraträger mit den daran befestigten Kameras durchgeführt werden.
- Erfassen des Kalibrierverifizierungskörpers in der, vorzugsweise wohldefinierten, Position mittels der Kamera(s) und Erzeugen von Bilddaten oder Bildern des Kalibrierverifizierungskörpers mittels der Kamera(s).
- Bestimmen einer Ist-Position des Kalibrierverifizierungskörpers aus den Bilddaten oder den Bildern der Kamera(s), beispielsweise im Zweidimensionalen, etwa im Kamerabild oder den -bilddaten, oder im Dreidimensionalen, wobei im letzteren Fall die Position in 3D- oder 6D-Koordinaten ermittelt werden kann, beispielsweise mittels entsprechender Berechnung, etwa im Steuergerät des Systems.
- Vergleich der Ist-Position des Kalibrierverifizierungskörpers mit einer, insbesondere vorbestimmten, Soll-Position des Kalibrierverifizierungskörpers, entweder im zweidimensionalen oder im dreidimensionalen; sind mehrere Kameras vorgesehen, so kann die Positionsermittlung des Kalibrierverifizierungskörpers in dem jeweiligen Kamerabild oder den Bilddaten erfolgen und die Kalibrierung für jede Kamera verifiziert werden. Bei Übereinstimmung der Soll-Position und der Ist-Position wird das mobile System als für die Durchführung des neurochirurgischen Eingriffs geeignet eingestuft und/oder bei Nicht-Übereinstimmung der Soll- und Ist-Position wird das

Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt das Computerprogrammprodukt, wenn es auf einer Computereinheit geladen ist und von der Computereinheit ausgeführt wird, ein Planungs- und/oder Navigationsunterstützungssystem für den neurochirurgischen Eingriff im Inneren eines menschlichen Schädels bereit. Das Planungs- und/oder Navigationsunterstützungssystem kann den Nutzer während der Durchführung des Eingriffs und dessen Vorbereitung führen und beispielsweise notwendige Handlungen anfordern, beispielsweise auf einer Bildausgabeeinheit einer Computereinheit, und/oder während der Handlung unterstützen. Das Planungs- und/oder Navigationsunterstützungssystem kann mindestens eine, eine beliebig ausgewählte Mehrzahl von oder alle der folgenden Funktionalitäten aufweisen:

- eine Kalibrierungsverifizierungsfunktionalität, insbesondere zur Feststellung, ob die Komponenten des mobilen Systems wie oben beschrieben korrekt zueinander ausgerichtet sind und/oder korrekt funktionieren. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob sich die Abbildungseigenschaften der Kamera(s) geändert oder eine der Komponenten des Trägersystems deformiert wurde.
- eine Datenzufuhrfunktionalität, insbesondere zur Eingabe oder Entgegennahme von radiologischen Bilddaten, die von dem Schädel, vorzugsweise mit einem an dem Schädel befestigten Träger eines Trägersystems wie oben beschrieben, erhalten wurden. Die Daten können, etwa für die Befundung, in der Bildausgabeeinheit der Computereinheit visualisiert werden.
- eine Registrierungsfunktionalität, insbesondere um Koordinaten, die aus Bildern oder Bilddaten der Kamera(s) des mobilen Systems wie oben beschrieben erhältlich sind, vorzugweise 6D-Koordinaten, die aus Kamerabilddaten erhalten sind, mit den radiologischen Bilddaten zu registrieren. Die Registrierungsfunktionalität kann die Berechnung einer Transformationsmatrix oder -beziehung umfassen, die die Transformation zwischen den Bezugssystemen „Kamera“ und „Bilddaten“ bestimmt. Diese Koordinatentransformation kann auf die aus dem Kamerabild oder den - bilddaten erhaltene Positionsinformation oder Positionsinformationen, etwa 3D- oder 6D-Koordinaten, angewandt werden, um diese Koordinaten in das Bezugssystem des Schädelbildes zu transformieren. Dies erleichtert die Integration der Position des neurochirurgischen Instruments in eine bildliche Darstellung der radiologischen Bilddaten des Schädels, etwa auf der Bildausgabeeinheit der Computereinheit.

- eine Zielpunktfestlegungsfunktionalität, insbesondere um den Zielpunkt im Inneren des Schädels für ein neurochirurgisches Instrument festzulegen, beispielsweise einen Bereich des Ventrikelsystems, etwa linkes oder rechtes Vorderhorn. Je nach Befund kann der Zielpunkt frei gewählt werden.
- eine Eintrittspunktfestlegungsfunktionalität, insbesondere um den Eintrittspunkt zum Eintritt in das Innere des Schädels für ein neurochirurgisches Instrument auf der Schädeloberfläche zu bestimmen, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem gewünschten Zielpunkt im Inneren des Schädels, z.B. im Ventrikelsystem.
- eine Instrumentenverfolgungsfunktionalität, insbesondere um den Weg eines neurochirurgischen Instruments im Inneren des Schädels von dem Eintrittspunkt weg und/oder zu dem Zielpunkt zu verfolgen, bevorzugt mittels der aus der Kamera des mobilen Systems durch optische Beobachtung des neurochirurgischen Instruments außerhalb des Schädels gewonnenen Bilddaten.
- eine Visualisierungsfunktionalität, insbesondere um eine oder mehrere der vorgenannten Funktionalitäten visuell zu unterstützen, wobei die Visualisierungsfunktionalität beispielsweise für die Bildausgabe der aktuellen Position des neurochirurgischen Instruments, zum Beispiel der Position der Spitze des Instruments, im Inneren des Schädels, die Bildausgabe der aktuellen Trajektorie des Instruments, ggf. im Vergleich zu einer gewünschten Trajektorie vom Eintrittspunkt zum Zielpunkt, oder der radiologischen Bilddaten ausgebildet ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Assistenzsystem ein Assistenzsystem für einen neurochirurgischen Eingriff, insbesondere für die Führung eines neurochirurgischen Instruments während des Eingriffs. Das Assistenzsystem kann eine Computereinheit mit einer elektronischen Prozessoreinheit und/oder einer Bildausgabeeinheit, zum Beispiel einem LCD und/oder einem Touchscreen, umfassen, wobei bevorzugt das Computerprogrammprodukt wie oben beschrieben auf der Computereinheit geladen und von der Prozessoreinheit ausführbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein neurochirurgischer Eingriff, insbesondere eine externe Ventrikeldrainage, unter optischer Führung mittels des mobilen Systems durchgeführt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren.
Figurenliste

1 illustriert Landmarken am menschlichen Schädel, welche herkömmlicherweise als Orientierung für eine externe Ventrikeldrainage genutzt werden.
2 illustriert verschiedene neurochirurgische Instrumente, welche für die externe Ventrikeldrainage genutzt werden.
3A bis 3C zeigen verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines mobilen Systems mit einem Trägersystem und an dem Trägersystem montierten Kameras, wobei 3A eine Draufsicht von oben, 3B eine Schrägaufsicht und 3C eine Draufsicht von unten zeigt.
4 zeigt Darstellungen eines Registrierrahmens/Trägers des Trägersystems zur Verschraubung mit der Schädelkalotte in einer Draufsicht von oben (Darstellung (a)) und einer Draufsicht von unten (Darstellung (b)).
5 zeigt Darstellungen eines Kameraträgers des Trägersystems mit daran befestigten Kameras in einer Schrägansicht (Darstellung (a)) und zusätzlich mit dem Steuergerät, das mit den Kameras verbunden ist, sowie eine Verbindungsmöglichkeit zu einem PC per Kabel (Darstellung (b)).
6 zeigt ein neurochirurgisches Instrument.
7 zeigt ein neurochirurgisches Instrument.
8 zeigt einen Kalibrierverifizierungskörper.
9A bis 9G illustrieren den softwaregeführten Verfahrensablauf eines optisch geführten neurochirurgischen Eingriffs anhand verschiedener Schritte.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Anlegen einer EVD wird notwendig, wenn ein freier Abfluss des Liquors nicht mehr gewährleistet ist oder bei einem Patienten im Rahmen eines Schädel-Hirntraumas der Hirndruck überwacht werden soll. Eine solche EVD-Anlage durch den behandelnden Neurochirurgen erfolgt standardmäßig anhand anatomischer Landmarken (siehe 1) ohne weitere technische Hilfsmittel. Hierzu wird zunächst der Schädel am Eintrittspunkt (Kocherpunkt), welcher sich 11-13 cm über dem Nasion entlang der Mittelinie und 2-3 cm lateral nach rechts/links befindet, vom Neurochirurgen „freihändig“ unter Berücksichtigung dieser Landmarken mit einem Handbohrer (siehe 2, (a)-(c)) durchbohrt und anschließend der Mandrin/Katheter (siehe 2, (d)-(f)) im dreidimensionalen Raum in einer Tiefe von 5-6 cm von der Hirnoberfläche platziert. 2 zeigt neurochirurgische Instrumente, wie sie im Rahmen der EVD eingesetzt werden können, nämlich einen Handbohrer (a)-(c), einen Mandrin (aus Metall) und einen Katheter (aus Kunststoff oder Gummi) (d)-(e) und ein Mandrin-Katheter-System (f). Während bei einem erweiterten Ventrikelsystem und nicht verlagertem Vorderhorn diese Punktion gelingen sollte, ist bei entsprechender Pathologie (Blutung, Schwellung, Verschiebung, Verlagerung, Verstopfung, etc.), welche insbesondere in Akutsituationen vorliegt, die Fehlpunktionsrate drastisch erhöht. Diese möglichen Probleme bei der Punktion kann der Neurochirurg zwar entsprechend der vorliegenden Bildgebung (CT des Schädels, das präoperativ angefertigt wurde) antizipieren, allerdings ist die notwendige intraoperative Korrektur der Trajektorie durch den Neurochirurgen nicht trivial.
Gelingt die erfolgreiche Anlage der EVD nicht und kommt es somit zum Ausbleiben des Liquorabflusses aus dem Ventrikelsystem als positives Feedback (Wahrscheinlichkeit ca. 45 %), gibt es beispielsweise folgende Möglichkeiten für das weitere Vorgehen (Trouble-Shooting):

a) Konventionelle Vorgehensweise: Durchführung einer erneuten Punktion mit der möglichen Folge einer im Hirn gelegenen Blutung, die laut Literatur in 0,5 bis 2,5 % der Fälle eine operative Entfernung der Blutung notwendig macht. Hier ist die Erfolgswahrscheinlichkeit nicht signifikant größer als bei der ersten Punktion.
b) Radiologische Vorgehensweise: Durchführung einer Punktion unter intermittierender CT-Kontrolle, d.h. der Mandrin/Katheter wird stückweise unter wiederholter 3D-Röntgenkontrolle vorgeschoben bzw. dessen Lage anhand der Bildgebung korrigiert. Die Problematik dabei ist die erschwerte Einhaltung maximal steriler Punktionsbedingungen innerhalb des Computertomographen. Darüber hinaus hat diese Vorgehensweise neben dem erheblichen Zeit-, Kosten- und Personalaufwand eine drastisch erhöhte Strahlenbelastung für den Patienten und ggf. das Personal zur Folge.
c) Navigierte Vorgehensweise: Durchführung einer Punktion auf Basis einer registrierten CT-Bildgebung, die nach der Planung der Trajektorie bevorzugt im OP-Saal stattfindet. Diese Form des Trouble-Shootings erfordert die Anfertigung eines neuen CT-Datensatzes mit Markern, die Einschleusung von Patient und Personal in den OP-Saal sowie die Benutzung eines aufwendigen und komplexen Neuronavigationssystems, welches aus einer Workstation, infrarotbasierten Stereokameras, einem Monitor und einer Apparatur zur Fixierung des Patientenkopfs besteht. Diese Vorgehensweise erfordert ebenfalls einen erheblichen Zeit-, Kosten- und Personalaufwand und ferner ist der Patient einer erneuten Strahlenexposition ausgesetzt.

Die Anforderungen an die Qualifikation des Personals, das eingesetzte Equipment sowie der Zeit- und Kostenaufwand steigen von Lösung a) über die Variante b) bis hin zu c) ebenso dramatisch, wie die Komplikationsrate für den Patienten. Mit zunehmender Dauer des Eingriffs steigt auch gleichzeitig die Infektionsgefahr, wobei eine Meningitis (Hirnhautentzündung) als Folge einer Infektion durch geeignete und vorbeugende Maßnahmen aber mit Vorzug möglichst zu vermeiden ist.
Daher wäre ein mobiles System, mittels dessen die externe Ventrikeldrainage vereinfacht optisch überwacht und geführt werden kann, von Vorteil. Gleiches gilt für eine zugehörige Software, die die Planung und die Durchführung des Eingriffs unterstützt. Ein solches System mit zugehöriger Software wird im Folgenden beschrieben. Es sei angemerkt, dass Merkmale, die im einleitenden Teil der Beschreibung beschrieben sind, sich auch auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels beziehen und selbstverständlich umgekehrt.
Das beschriebene System kann ein Navigationssystem zur EVD-Anlage unter optischer Kontrolle sein. Das System kann durch den Einsatz einfach zu bedienender mobiler und/oder miniaturisierter technischer Geräte nicht an ein bestimmtes, zumeist aufwendiges und komplexes Setting (z.B. OP-Bereich) gebunden, sondern vereinfacht mobil eingesetzt werden. Ein solches System bietet gegenüber den Workflows oder Abläufen der konventionellen Punktion und den oben erläuterten Optionen für das Trouble-Shooting insbesondere die Vorteile, dass im täglichen Einsatz mit einer hohen Nutzerunabhängigkeit, also insbesondere auch für weniger erfahrene Mediziner, eine hohe Sicherheit sowie eine zeitnahe Therapie durch eine schnelle Verfügbarkeit des Systems ohne ein großes OP-Setting, zweckmäßigerweise bei gleichzeitig verringertem Personalbedarf unter Notfallbedingungen, vereinfacht ermöglicht werden. Darüber hinaus ist bei einem solchen System vorteilhaft, dass durch die Verwendung der gleichen bzw. ähnlichen neurochirurgischen Instrumente (Bohrer und Mandrin/Katheter) wie bei der konventionellen Punktion eine einfache Integration in den etablierten klinischen Ablauf möglich ist, keine vermehrte Strahlenexposition des Patienten nötig ist und/oder hygienische Standards aufrecht erhalten werden können.
Im Folgenden werden Maßnahmen beschrieben, die das Durchführen einer EVD-Anlage gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise vereinfachen. Dazu gehören beispielsweise:

• ein am Patientenkopf fixierbarer Registrierrahmen (Träger) zur Montage eines Kamerasystems und/oder zur Registrierung präoperativer CT-Daten mit einem Kamerasystem,
• ein, vorzugsweise an dem Registrierrahmen befestigbares, Kamerasystem (zum Beispiel mit einer oder mehreren Kameras, einem Kameraträger und ggf. einem Kamerahalteelement), insbesondere zur präzisen, intraoperativen und/oder echtzeitfähigen Bewegungserfassung der neurochirurgischen Instrumente (Bohrer und/oder Mandrin/Katheter), zum Beispiel unter Verwendung geeigneter (Mini)Kameras und ggf. der zugehörigen Mikrosystemtechnik (Elektronik, Software, Firmware), und/oder
• eine, vorzugsweise workflowbasierte, Planungs- und Navigationssoftware zur präoperativen OP-Planung der Bohr- und Punktionstrajektorie und, vorzugsweise echtzeitfähigen, Visualisierung des Vorschubs der neurochirurgischen Instrumente innerhalb des präoperativ akquirierten CT-Datensatzes, vorzugsweise unter Verwendung geeigneter softwaretechnischer Schnittstellen zum Kamerasystem. Die Software kann auf herkömmlichen Computern oder Mobilgeräten, insbesondere Notebooks, Tablets oder Handys ausgeführt werden. Die Schnittstelle zwischen Computer und Kamerasystem kann über ein proprietäres elektronisches Steuergerät bereitgestellt werden, über das die Kameras angesteuert werden können und/oder Daten, die aus Bilddaten von den Kameras erhalten wurden, an den Computer zur weitergehenden Verarbeitung übergeben werden, vorzugsweise in einer standardisierten Form. Die übergebenen Daten können beispielsweise 6D-Koordinaten umfassen. Sind die übergebenen Daten standardisiert, so kann die Software vereinfacht mit anderen Systemen als dem vorgeschlagenen mobilen System eingesetzt werden, wobei das vorgeschlagene mobile System die Kameras und das Trägersystem, das den Träger/Registrierrahmen, den Kameraträger/Kamerarahmen und/oder das Kamerahalteelement/Kameraarm wie eingangs beschrieben umfasst.

Abweichend von dem eingangs erläuterten konventionellen Punktionsvorgang wird bei dem vorliegend vorgeschlagenen Konzept, das zweckmäßigerweise workflowbasiert ist, bei einer bestehenden Indikation für eine EVD-Anlage dem Patienten zunächst ein Registrierrahmen mit radioopaken Markern an dem Schädel, etwa der Schädelkalotte, fixiert und anschließend ein CT des Patientenkopfes zur radiologischen Darstellung des Ventrikelsystems und des Registrierrahmens angefertigt. Nach der Anfertigung des CTs werden CT-Bilddaten in eine Planungs- und Navigationssoftware geladen und ein Kamerasystem auf dem Registrierrahmen befestigt. Anschließend wird innerhalb der Software der CT-Datensatz mit dem Kamerasystem registriert und die Bohr- und Punktionstrajektorie durch Festlegung des Eintrittspunktes auf der Schädelkalotte und des Zielpunktes im Ventrikelsystem durch den Neurochirurgen geplant. In dem abschließenden operativen Eingriff, welcher unter vollständiger optischer Kontrolle der neurochirurgischen Instrumente innerhalb der Software durchgeführt wird, perforiert der Neurochirurg zunächst die Schädelkalotte am Eintrittspunkt (rechter oder linker Kocherpunkt, je nach Lage des Zielpunkts im Ventrikelsystem) mit einem Bohrer und schiebt anschließend den Katheter/Mandrin durch den Eintrittspunkt bis zum Zielpunkt innerhalb des Ventrikelsystems vor. Da die Bestimmung der aktuellen Position und/oder Orientierung des neurochirurgischen Instruments relativ zum Schädel auf der Geometrie und/oder der korrekten relativen Anordnung der Elemente des mobilen Systems bzw. des Trägersystems beruht, kann vor dem Beginn der Vorbereitung oder der Durchführung des neurochirurgischen Eingriffs, vorzugsweise vor oder während der radiologischen Bildgebung, eine Kalibrierverifizierung durchgeführt werden. In der Kalibrierverifizierung kann ermittelt werden, ob die Komponenten des mobilen Systems, insbesondere die Kameras relativ zum Kameraträger, korrekt positioniert sind. Nach Ende des Eingriffs kann die Verifizierung nochmals durchgeführt werden.
3A bis 3C zeigen verschiedene Ansichten von Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines mobilen Systems 100 mit einem Trägersystem 200 und an dem Trägersystem 200 montierten Kameras 300. Zur Veranschaulichung ist auch ein Modell eines menschlichen Schädels 400 dargestellt, so dass die Anordnung des Systems 100 relativ zum Schädel 400 mit den zwei für die EVD als bevorzugte Punktionsstellen in Frage kommenden Kocherpunkten/Oberflächenbereichen 401 auf der Schädelkalotte verdeutlicht wird. Das Trägersystem 200 umfasst einen Träger 201 (Registrierrahmen) und einen Kameraträger 202.
Der Träger 201 weist eine C-Form oder U-Form auf. Der Träger 201 kann so angeordnet werden, dass er außen um den Schädel herum verläuft, wobei der Träger 201 als Teilring ausgebildet ist. Der Träger 201 ist relativ zum Schädel 400 fixierbar. Der Träger 201 kann ähnlich zu einem sogenannten Haloring geformt sein. Der Träger 201 erlaubt, dass der Patient mit an dem Schädel fixiertem Träger liegen kann. Im Vergleich zu dem Standard-Haloring sind daher die freien Enden kürzer ausgeführt. Zur Sicherstellung relevanter klinischer und technischer Anforderungen an den Registrierrahmen 201 wie die Sterilisierbarkeit, die Formstabilität, und ein geringes Gewicht und/oder unterschiedliche Hounsfieldwerte zu den benutzten radioopaken, beispielsweise metallischen, Markern 203 (Registrierkugeln, zum Beispiel aus Stahl), kann der Registrierrahmen aus Kunststoff, z.B. Polyetheretherketon (PEEK), gefertigt sein. Die Marker 203 sind ungleichmäßig in einem charakteristischen Muster über den Träger 201 verteilt und ermöglichen so eine Identifizierung der Lage des Trägers 201 in einem CT-Bild, das die Marker enthält. Das vorgeschlagene Konzept eignet sich grundsätzlich nicht nur für CT-Bildgebung sondern auch für die Bildgebung durch MRT oder andere Tomographieverfahren.
Der Träger 201 ist für die invasive Befestigung am Schädel über entsprechende Befestigungsmittel 204, etwa Schrauben (siehe 4), vorgesehen. Grundsätzlich kommt auch eine nicht-invasive Befestigung in Betracht, etwa durch Klemmen. Die invasive Befestigung kann allerdings stabiler sein, was für die optische Führung des neurochirurgischen Instruments vorteilhaft sein kann, weil es aufgrund der geringeren Schwankungen eine genauere Positionsbestimmung über die an dem Träger 201 zu montierenden Kameras 300 erlaubt. Um den Umfang des Trägers 201 sind eine Mehrzahl, z.B. 5 oder mehr oder 10 oder mehr, Befestigungsstellen 205 verteilt. Die jeweilige Befestigungsstelle 205 kann als radial durchgehende Öffnung ausgebildet sein. Eine Mehrzahl von Befestigungsstellen kann sowohl in Bereichen sagittal rechts, sagittal links, und frontal vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Träger 201 für eine Befestigung des Trägers 201 am Schädel an mindestens drei, vorzugsweise zumindest angenähert in einer Ebene angeordneten, Befestigungspunkten ausgebildet, die bevorzugt zusammen einen um den Kopf führenden Winkel von mindestens 180 Grad aufspannen oder definieren. Die Bezugsachse für den Winkel kann eine (Körper)Hauptachse sein, die bevorzugt senkrecht auf dem Schädel liegt. Besonders bevorzugt werden zur Befestigung Befestigungsmittel 204 an, z.B. drei bis fünf, Befestigungsstellen des Trägers verwendet, mit Vorzug in teils gegenüberliegender Anordnung und/oder auf einer angenäherten Ebene, wenn der Träger selbst eben ausgeformt ist. Die Befestigungsmittel zeigen bevorzugt in Radialrichtung zumindest angenähert zu einem gemeinsamen Zentrum und/oder können in die Radialrichtung verstellt werden. Durch diese Ausgestaltung kann das Risiko verringert werden, dass die Befestigungskräfte ungewollte Transversalbewegungen des Trägers verursachen. Vorzugsweise werden Schrauben als Befestigungsmittel verwendet, deren Schraubenachsen, zumindest angenähert, in einer Ebene liegen. In der Summe überlagern sich die Kraftvektoren der Befestigungskräfte der Befestigungsmittel mit Vorzug zu einem resultierenden Kraftvektor gleich Null, zum Beispiel wenn oder sobald nur die Befestigungsmittel bzw. Schrauben mit dem Knochen Kontakt haben und nicht die Innenfläche des Trägers selbst.
Der Träger kann mit mechanisch verstellbaren Vorrichtungen zur dauerhaft stabilen aber bei Bedarf lösbaren Fixierung am Schädel ausgestattet sein, um an unterschiedliche Schädelgrößen und Schädelformen angepasst zu werden. Als Material des Trägers 201 und/oder der Befestigungsmittel bevorzugt sind nichtleitende und/oder nicht-magnetische, stabile und kaum deformierbare Werkstoffe, die die radiologische Bildgebung nicht stören, etwa PEEK.
Die mechanische Fixierung des Trägers am Schädelknochen kann aus mehreren unterschiedlichen Raumrichtungen erfolgen, wobei die Befestigungsmittel 204 auf den Schädelknochen zu bewegt werden können und vorzugsweise darüber hinaus in den Knochen hinein, so dass ein kraft- oder formschlüssiger Kontakt mit dem Schädelknochen erreicht werden kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden vom Chirurgen die Fixierungsschrauben mit ihren Spitzen in den Schädelknochen eingedreht und damit wird der Träger stabil am Schädel verankert. Bevorzugt erfolgt die Fixierung am Knochen so, dass der Träger nicht selbst am Knochen oder am Kopf aufliegt, weil sonst das Aufsetzen des Kameraträgers behindert sein könnte. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der innere Durchmesser des Trägers, der Bogenform oder Ringform aufweisen kann, etwas größer, besonders bevorzugt um 5 bis 80 mm größer als der größte Durchmesser der Schädelkalotte. Es kann eine Auswahl verschieden großer Träger angeboten werden, um sich den unterschiedlichen Kopfgrößen von Patienten anzupassen.
Zur eindeutigen Montage des Kamerasystems bzw. dessen Kameraträger 202 am Registrierrahmen / Träger 201 sind Verbindungsmittel 206 (zum Beispiel Passstifte und/oder Gewinde, zum Beispiel Passstifte mit Innengewinde) auf der Oberseite des Trägers 201 konstruiert, also der Seite, auf der der Kameraträger 202 bzw. das Kamerasystem nachfolgend positioniert wird (siehe 4, (a)). Bevorzugt sind die Verbindungsmittel 206 als Vorsprünge ausgebildet, die Befestigungsmittel, zum Beispiel Schrauben aufnehmen können. Eines oder mehrere Verbindungsmittel 206 kann/können sagittal angeordnet sein, ein Verbindungsmittel 206 kann frontal angeordnet sein. Über die Verbindungsmittel kann der Kameraträger 202 des Kamerasystems mit dem Registrierrahmen 201 verbunden, z.B. verschraubt, werden. Die Verbindungsmittel können einen sich in Richtung der Trägeroberfläche verbreiternden Querschnitt aufweisen. Dies kann die korrekte Positionierung des Trägers und des Kameraträgers relativ zueinander fördern. Zwischen den Verbindungsmitteln 206, vorzugsweise drei oder mehr, und dazu korrespondierenden Verbindungsmitteln 209 des Kameraträgers 202, zum Beispiel je einer durch den Kameraträger gehenden Aussparung (siehe 3A), kann eine gegen die Aufsetzrichtung von dem Kameraträger auf den Träger kraftschlüssig wirkende Verbindung ausgebildet sein. Die Verbindung kann durch Fixierungsmittel 210 für eine formschlüssige Verbindung, zum Beispiel Schrauben, fixiert werden, so dass der Kameraträger stabil mit dem Träger verbunden ist aber vorzugsweise dennoch wieder abnehmbar ist. Zwischen den Verbindungsmitteln 206 und den dazu korrespondierenden Verbindungsmitteln 209 des Kameraträgers 202 kann eine in lateraler Richtung wirkende formschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Die Verbindungsstellen zwischen Träger und Kameraträger können in Winkelrichtung über einen Winkel von 90° oder mehr in Umfangsrichtung verteilt sein.
Die radioopaken Marker 203 sind zur Registrierung des präoperativen CT-Datensatzes mit dem Kamerasystem an der Unterseite des Trägers 201 befestigt (siehe 4, (b)). Alternativ können die Marker 203 auch anderswo befestigt oder in den Träger 201 eingebettet werden. Der Registrierrahmen 201 selbst wird zum Beispiel mittels drei oder mehr Schrauben in der Rahmenebene an der Schädelkalotte des Patienten fixiert, bevor die präoperative CT-Aufnahme angefertigt wird. Der Träger 201 bleibt zweckmäßigerweise während des gesamten Eingriffs an dem Schädel 400 fixiert.
Das Kamerasystem umfasst als Kameraträger 202 ein geometrisches Duplikat des Registrierrahmens (in Aufsicht und was den Außenumriss anlangt), zum Beispiel aus PEEK. An dem Kameraträger 202 sind als Kamerahalteelemente 207 zwei nach außen zeigende Kameraarme (z.B. ebenfalls aus PEEK) mit zwei, vorzugsweise abnehmbaren, (Mini) Kameras (Frontal- und Sagittalkamera) in stereooptischer Anordnung eindeutig befestigbar oder befestigt. Alternativ können die Kamerahalteelemente 207 auch in den Kameraträger 202, vorzugsweise ebenfalls als nach oben und auswärts abragende Arme, integriert sein. Die Kamerahaltelemente 207 mit den Kameras sind in zwei verschiedenen Positionen auf dem Kameraträger 202 montierbar, so dass eine Punktion des Ventrikelsystems sowohl über den rechten als auch über den linken Kocherpunkt 401 möglich ist. Die zwei nicht mit den Kameras belegten Montagestellen 208 für den anderen Kocherpunkt 401 (rechts von dem Kocherpunkt, über dem sich die optischen Achsen der Kameras 300 kreuzen) sind in 3A und 3B dargestellt. Die jeweilige Montagestelle 208 kann eine Aufnahme, beispielsweise für einen Stift des Kamerahalteelements, und eine Rotationssicherung aufweisen. Das Haltelement 207 kann mit dem Kameraträger 202 verbunden, beispielsweise gesteckt und/oder verschraubt, werden. Die Orientierungen der Frontalkamera in der nahe benachbarten Montagestelle 208, bspw. weniger als 3 cm oder weniger als 2 cm von der andern Montagestelle der Frontalkamera entfernt, und der dargestellten Montagestelle können um weniger als 60° voneinander abweichen.
In die (Mini)Kameras 300 sind jeweils mehrere LEDs 301 zur Beleuchtung des Operationsfeldes um den Kocherpunkt 401 verbaut. Ferner sind in den Kameras 300 eingebettete Systeme zur Berechnung der Bewegung der neurochirurgischen Instrumente in dem Kamerasichtfeld integriert. Die Kameras 300 selbst werden, z.B. über ein USB-Kabel, von einer externen Steuereinheit 500 gesteuert, die wiederum über einen, z.B. mit einem USB-Kabel, verbundenen, mobilen PC (Notebook, alternativ Tablet oder Handy), auf welchem die Planungs- und Navigationssoftware installiert ist, angesteuert wird. Mittels der (USB-)Kabel werden alle benötigten Daten zwischen dem Kamerasystem (das die Kameras 300 und das Steuergerät 500, siehe 5(b), umfasst) und dem PC ausgetauscht und vorzugsweise die komplette Energieversorgung des Kamerasystems bereitgestellt zum Beispiel mit lediglich 5V oder weniger über den mobilen PC, beispielsweise dessen USB-Anschluss (z.B. USB 2.x oder 3.x, USB-A, USB-B oder USB-C).
Für die Bereitstellung geeigneter neurochirurgischer Instrumente 600 (Bohrer und Mandrin/Katheter), deren Bewegung im Rahmen der EVD-Anlage von den Kameras erfasst und/oder verfolgt wird, kann mit Vorteil auf kommerzielle Geräte und Verbrauchsmittel zurückgegriffen werden. Beispielsweise eignen sich eine kommerzielle Akkubohrmaschine (siehe 6) und ein konventionell eingesetztes, kommerzielles Mandrin-Katheter-System mit metrischer Tiefenskalierung (siehe 2, (d)-(f)). Eine Hülse am Bohrer (siehe unten in 6) kann als Instrumentenmarkierung 601 dienen, die im Kamerabild für die Bewegungsverfolgung lokalisierbar ist. Bei dem Katheter/Mandrin aus 2 eignet sich beispielsweise die Tiefenskalierung als Instrumentenmarkierung. Alternativ kann auch eine separate Markierung am Mandrin und/oder Katheter vorgesehen werden (siehe Markierung 601 in 7). Um technische Änderungen bei den zur Verfügung gestellten Instrumenten möglichst gering zu halten, wurde zur echtzeitfähigen Bestimmung der Position und Ausrichtung des Bohrers während des Bohrvorgangs eine, zum Beispiel reflektierende, Bohrhülse (siehe 601 in 6) konstruiert. Für das Mandrin-Katheter-System ohne metrische Tiefenskalierung wurde zur echtzeitfähigen Bestimmung der Position, Ausrichtung und Tiefe während des Punktionsvorgangs ein rotationsinvarianter Marker 601 konstruiert. Für das konventionelle Mandrin-Katheter-System mit metrischer Skalierung ist die Konstruktion eines solchen Markers zur Bestimmung der Tiefe nicht notwendig, da dieses bereits über eine metrische Tiefenskalierung verfügt, die als Marker fungieren kann.
Durch die Fertigung des Kameraträgers und ggf. der Kamerahalteelemente aus PEEK sind diese Komponenten problemlos sterilisierbar und/oder mechanisch belastbar. Ferner können die zentrale Steuereinheit/Steuergerät 500 und die verwendeten USB-Kabel mittels OP-Einmalschutzfolien steril abgedeckt werden. Solche Schutzfolien sind auch für die Abdeckung der Minikameras denkbar, allerdings könnten ggf. dabei durch Abdeckung der Kameralinsen inakzeptable optische Verzerrungen entstehen.
Für das Kamerasystem kann werksseitig eine initiale intrinsische und/oder extrinsische Kalibrierung durchgeführt werden. Zur Sicherstellung der Einsatzfähigkeit des Systems umfasst das mobile System einen Kalibrierverifizierungskörper 800, der eindeutig relativ zu den Kameras 300 positioniert werden kann (siehe 8). Beispielsweise kann der Körper 800 lösbar und lagestabil am Kameraträger 202 befestigt werden, vorzugsweise in einer Mehrzahl von gesonderten Verbindungsstellen, zum Beispiel in drei oder mehr Stellen. Der Träger kann in dem vom Kameraträger 202 begrenzten inneren Freiraum (Schädelaufnahmeraum) angeordnet sein (zum Beispiel in Aufsicht betrachtet). Für die Befestigung des Kalibrierverifizierungskörpers 800 am Kameraträger 202 eignet sich z.B. ein System mit zumindest drei, insbesondere radial, vom Kalibrierverifizierungskörper 800 weg gerichteten Armen 801. Der Körper 800 kann mechanisch mit einer Auflagefläche verbunden sein, die den Körper 800 mechanisch stützen kann, wenn er mit dem Kameraträger und/oder dem Träger verbunden ist. Die Auflagefläche kann in Aufsicht gesehen innerhalb des Schädelaufnahmeraums angeordnet sein. Die Auflagefläche kann in einer Ebene mit derjenigen Trägerfläche - des Trägers oder des Kameraträgers - liegen, mit der der Träger oder der Kameraträger auf einem Stützkörper aufliegt. Positionsschwankungen des Kalibrierverifizierungskörpers 800, etwa aufgrund der ggf. vergleichsweise langen Arme 801, kann so ggf. vorgebeugt werden.
Zur präoperativen OP-Planung der Bohr- und Punktionstrajektorie und intraoperativen Visualisierung des Vorschubs der neurochirurgischen Instrumente innerhalb des präoperativ akquirierten CT-Datensatzes / bzw. des Schädels dient die Planungs- und Navigationssoftware. Zweckmäßigerweise ist diese auch für unerfahrenere Mediziner einfach und sicher zu bedienen und kann auch die Diagnose oder Befundung umfassen. Die Bedienbarkeit wird dadurch stark vereinfacht, dass die Software den Neurochirurgen entsprechend durch die im weiter oben beschriebenen Workflowkonzept definierten Schritte führt. Nachfolgend sind die implementierten Schritte beschrieben und anhand von Screenshots der Darstellung auf einem Bildschirm einer Computereinheit (9A bis 9G) verdeutlicht. Die grafische Benutzeroberfläche (GUI) ist in drei Fenster oder Fensterbereiche unterteilt: Das Workflow-Fenster, um eine Übersicht über die Arbeitsschritte anzuzeigen, das Betriebsfenster das schrittabhängig Benutzerfunktionen bereitstellt und/oder - handlungen anfordert und das Visualisierungsfenster zur Darstellung der schrittabhängigen Informationen oder Bilddaten.
Schritt 1: Kalibrierverifizierung des Kamerasystems (siehe Figur 9A)
Zur Sicherstellung der Einsatzfähigkeit des Systems wird zunächst der Kalibrierverifizierungskörper 800 eindeutig in dem Kamerasystem positioniert, beispielsweise am Kameraträger 202 befestigt, und die Überprüfung gestartet. Hierbei wird die aktuelle Position des Verifizierungskörpers mittels der Kameras ermittelt, zum Beispiel indem der Körper in den 2D-Bildern oder Bilddaten der Kameras (z.B. JPEG) identifiziert wird, und mit einer in der werkseitigen Kalibrierung ermittelten und festgelegten Position verglichen wird, z.B. für jede der Kameras. Die entsprechenden Algorithmen sind in der Fachwelt grundsätzlich bekannt.
Die Berechnung der Position des Körpers 800 kann in den Kameras durchgeführt werden, beispielsweise einer Recheneinheit des eingebetteten Systems. Durch die Kalibrierverifizierung wird die Einsatzfähigkeit des Systems überprüft. Eine Verbindung des Kameraträgers 202 mit dem Träger 201 ist nicht unbedingt nötig, kann jedoch auch durchgeführt werden, bevor mit der Kalibrierverifizierung begonnen wird. Dann können durch den Träger 201 hervorgerufene Positionsveränderungen der Kameras auch ausgeschlossen werden. Bei einer Nichtübereinstimmung der Positionen, die z.B. auf falsche Positionen der Kameras, auf Verzerrung der Kameralinsen oder eine Deformation des Kameraträgers oder der -halteelemente zurückzuführen ist, wird die Einsatzfähigkeit durch die Software untersagt und eine Wartung notwendig.
Schritt 2: Laden des CT-Datensatzes (siehe Figur 9B)
Zur Befundung und/oder späteren OP-Planung wird zunächst der präoperative CT-Datensatz in die Software geladen, der durch Aufnahme des Schädels mit dem am Schädel befestigten Träger mit den radioopaken Markern erhalten wurde. Dieser Datensatz wird dem Neurochirurgen zum einen in einer oder mehreren klassischen 2D-Ansichten (etwa frontal, sagittal und/oder axial) und zum anderen als 3D-Ansicht angezeigt. Dabei können die Ansichten auf Haut, Knochen und/oder radioopake Marker gerendert werden. Zudem stehen typische radiologische Funktionalitäten wie z.B. Schichtscrollen, Fenstern, Drehen, Verschieben und/oder Zoomen zur Verfügung. Der in der Figur dargestellte Datensatz wurde mittels eines Schädelmodells erhalten, in dessen Inneren eine Mehrzahl von, zum Beispiel drei oder mehr, etwa fünf, radioopake Marker/Metallkugeln, ggf. gleicher und/oder verschiedener Größe - dargestellt sind zwei gleich große Marker und ein kleinerer Marker, es können aber noch weitere Marker vorgesehen sein - angeordnet sind. Die Marker sind zweckmäßigerweise in Bereichen vorgesehen, die für potentielle Zielpunkte im Schädelinneren charakteristisch sind. Die Vorderhörner des Ventrikelsystems sind mögliche Zielpunkte.
Schritt 3: Registrierung des CT-Datensatzes mit dem Kamerasystem (siehe Figur 9C)
In diesem Schritt wird die automatische Registrierung des CT-Datensatzes mit dem Kamerasystem ausgeführt. Dies wird dadurch möglich, dass der Träger über die Marker im CT-Datensatz lokalisierbar ist und die geometrische Anordnung der Kameras relativ zum Träger aufgrund der bekannten relativen Orientierung des Trägers und des Kameraträgers, der Ausgestaltung des Kameraträgers und/oder der Kamerahalteelemente bekannt ist.
Bei der Registrierung werden automatisch die radioopaken Marker in dem CT-Datensatz segmentiert und deren Positionen bestimmt sowie anschließend die Referenzierung der aus den CT-Daten identifizierten Markerpositionen zu den Kameras durchgeführt. Die erfolgte Referenzierung wird in der Software durch eine Visualisierung der segmentierten Marker und eines korrekt positionierten CAD-Models des Registrierrahmens (Träger 201) und des darauf befestigten Kamerasystems (Kameraträger 202 und daran befestigte Kameras 300) angezeigt. Die hierzu einzusetzenden oder geeigneten Algorithmen sind in der Fachwelt grundsätzlich bekannt, beispielsweise Kleinste-Quadrate-Optimierung mittels Singulärwertzerlegung (auch oft „SVD“ genannt, SVD: Singular Value Decomposition).
Schritt 4: Festlegung des Zielpunktes (siehe Figur 9D)
Hierbei legt der Neurochirurg die Position des Zielpunktes im Ventrikelsystem in den 2D-Ansichten des CT-Datensatzes fest. Die Software bestimmt daraus den Zielpunkt in 3D.
Schritt 5: Festlegung des Eintrittspunktes (siehe Figur 9E)
In diesem Schritt legt der Neurochirurg den Eintrittspunkt in der 3D-Ansicht, welche auf Haut oder Knochen gerendert werden kann, auf der Kopfhaut oder der Schädelkalotte fest. Die durch den Eintritts- und Zielpunkt bestimmte Bohr- und Punktionstrajektorie wird zusätzlich in der bzw. den 2D-Ansichten angezeigt, um sicherzustellen, dass keine kritischen Hirnareale punktiert werden.
Schritt 6: Navigation des Bohrvorgangs (siehe Figur 9F)
Die Navigation des Bohrvorgangs wird dem Neurochirurgen zum einen in der 3D-Ansicht zur korrekten Positionierung des Bohrers auf der Schädelkalotte und zum anderen mit einem Zielkreuz zur korrekten Ausrichtung des Bohrers angezeigt (9F (a) für die Positionierung und 9F (b) zur Ausrichtung). Dabei sind beide Ansichten senkrecht zur geplanten Bohr- und Punktionstrajektorie ausgerichtet, wobei darüber hinaus das Zielkreuz zur Ausrichtung der Arztposition und der softwaretechnischen Sicht um die Bohr- und Punktionstrajektorie rotiert werden kann. Nach der korrekten Positionierung und Ausrichtung des Bohrers wird anschließend der Bohrvorgang bis zur Perforation der Schädelkalotte, was haptisch gut zu erkennen ist, durchgeführt. Dabei werden Abweichungen in der Position und Ausrichtung des Bohrers, zum Beispiel von der zuvor festgelegten Trajektorie, in Echtzeit angezeigt. Die aktuelle Position des Bohrers und seine Orientierung werden aus den Kamerabilddaten bestimmt, wobei die Instrumentenmarkierung 601 (hier die Hülse) in den Kamerabildern oder -bilddaten lokalisiert wird. Diese Positionsdaten werden an das Steuergerät 500 übertragen, das aus den 2D-Daten der beiden Kameras 300 6D-Koordinaten berechnet - die hierfür einzusetzenden oder geeigneten Algorithmen sind in der Fachwelt grundsätzlich bekannt -, die für die Position und die Orientierung der Markierung im Raum charakteristisch sind. Die 6D-Koordinaten werden dann vom Steuergerät an die Software bzw. den PC übergeben. Außerdem können die übertragenen Daten noch die Ausrichtung des Instruments umfassen, die wegen der rotationssymmetrischen Ausgestaltung und bekannten Abmessungen des Bohrers durch nur eine zusätzliche Koordinatenangabe ausreichend bestimmt sein kann. Die genaue Rotationsausrichtung des Instruments könnte über einen komplexeren Marker für die Instrumentenmarkierung bestimmt werden, ist für das vorgeschlagene Verfahren jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Schritt 7: Navigation des Punktionsvorgangs (siehe Figur 9G)
Die Navigation des Punktionsvorgangs beim Vorschub des Mandrin/Katheters in das Ventrikelsystem wird analog zur Navigation des Bohrvorgangs anhand der entsprechenden Instrumentenmarkierung in Echtzeit visualisiert. Dabei wird beim Punktieren des Ventrikelsystems zusätzlich zum Bohrvorgang die aktuelle Tiefe des Mandrin/Katheters, welche zum Beispiel über einen Marker am Katheter bestimmt wird, vorzugsweise im Vergleich zur geplanten Punktionstiefe - die abhängig vom Zielpunkt ist -, in Echtzeit angezeigt (9G (b) rechts außen). Auch hier kann die Ausrichtung wegen der Rotationssymmetrie des Mandrins/Katheters eine zusätzliche Koordinatenangabe zusätzlich zu der 6D-Pose der Instrumentenmarkierung notwendig machen, wenn die Rotationsinformation von Bedeutung ist. Das Instrument ist bevorzugt starr, so dass es während des Einführvorgangs nicht oder nicht signifikant deformiert wird. Das vereinfacht die Positionsbestimmung der Instrumentenspitze im Inneren des Schädels über die extern angeordneten Kameras, da über die bekannte Form auf die Spitzenposition geschlossen werden kann.
Schritt 8: Kalibrierverifizierung des Kamerasystems
Die Durchführung dieses Schritts ist analog zum Schritt 1. Dadurch wird sichergestellt, dass das System bei einem nächsten Einsatz potenziell betriebsbereit ist.
Mit der vorgeschlagenen Abfolge kann der Neurochirurg zuverlässig durch einen Eingriff geführt werden. Das beschriebene System ist sehr mobil und eignet sich daher besonders für Notfalleinsätze auch in Operationssälen ohne fest installiertes Navigationssystem.
Der maximale elektrische Leistungsbedarf des Kamerasystems mit dem Steuergerät und den Kameras ggf. inkl. des Betriebs der LEDs kann kleiner oder gleich einem der folgenden Werte sein: 10W, 5W, 4W, 3W, 2,5W. Beispielsweise können die Kameras samt Steuergerät im Betrieb (ggf. mit Beleuchtung) eine Leistungsaufnahme von weniger als 2W haben. Dies erhöht die Mobilität des Systems, da keine separate Leistungsquelle nötig ist, sondern, zum Beispiel der Akkumulator eines Notebooks die nötige elektrische Leistung bereitstellen kann, das mit Vorteil auch das Steuergerät ansteuern kann, bevorzugt gemäß Eingaben in die Planungs- und Navigationssoftware. Thermisch bedingte Verformungen von Kunststoffteilen können durch die geringe Leistungsaufnahme vermieden werden, da eine geringe Leistungsaufnahme auch die Verlustwärmeerzeugung gering hält. Die jeweilige Kamera kann eine Digitalkamera sein und zusätzlich zum Bildsensor eine Recheneinheit aufweisen, die die Position der relevanten Markierung im Kamerabild ermitteln kann, beispielsweise aufgrund entsprechender Firm- oder Software. Die Kamera kann die Positionsdaten an das Steuergerät übertragen, das mit dem PC verbunden ist, wobei letzterer bevorzugt die Leistungsversorgung bereitstellt, beispielsweise über seinen USB-Anschluss.
Die Kameras können die digitalen Rohbilddaten (RAW) komprimieren, zum Beispiel in das JPEG-Format. Die Bilderfassung in den Kameras kann mit einer Frequenz von 80Hz oder mehr, beispielsweise 100 Hz erfolgen. Die Kameraauflösung kann weniger als 1 Mikrometer sein, beispielsweise 0,3 Mikrometer. Von dem Steuergerät können die Kameradaten mit einer Frequenz größer oder gleich einem der folgenden Werte abgerufen, die 6D-Koordinaten berechnet und/oder an die Computereinheit weitergegeben werden: 15Hz, 16 Hz, 17 Hz, 18 Hz, 19 Hz, 20 Hz. Beispielsweise ruft die Recheneinheit des Steuergeräts alle 60 ms Daten von den Kameras ab, um diese weiter zu verarbeiten. Frequenzen von 16Hz oder mehr reichen für eine Visualisierung der Instrumentennavigation in Echtzeit üblicherweise aus. Das Steuergerät kann die von den Kameras erhaltenen Daten temporär oder permanent speichern und/oder für die Übergabe der 6D-Koordinaten und ggf. zusätzlicher Informationen aufbereiten. Derartige Kameras können mit relativ geringem Gewicht, beispielsweise weniger als 70 g, z.B. 68 g, bereitgestellt werden, inklusive Kameragehäuse, Bildsensor, vorzugsweise auf Halbleiterbasis, Beleuchtungseinheit/LEDs und/oder Prozessoreinheit zur Vorverarbeitung der Bilddaten in einem eingebetteten System. Die Kamera kann ohne elektrischen Leistungsspeicher, wie eine Batterie oder einen Akkumulator, zur elektrischen Leistungsversorgung der elektrisch betriebenen Elemente der Kamera ausgeführt sein. Die Leistungsversorgung kann über die Computereinheit, beispielsweise das Notebook, erfolgen.
In einer Ausführungsform kann das von der in der (jeweiligen) Kamera, insbesondere dem Kameragehäuse zweckmäßigerweise ohne die Verkabelung eingenommene Volumen kleiner oder gleich einem der folgenden Werte sein: 100 cm³, 90 cm³, 80 cm³, 70 cm³. Das Gehäuse der in den Figuren (beispielsweise 5(a)) dargestellten Kameras hatte Abmessungen von 4,9 × 5,9 × 2,1 cm³.
Derartig kleine Volumina halten das Kameragewicht gering und tragen auch zur erhöhten Mobilität des Systems bei.
In einer Ausführungsform ist die Masse des jeweiligen Kamerahalteelements 207 kleiner oder gleich 25 g. Die Kammerhalteelemente können verschiedene Massen haben. Beispielsweise kann das Kamerahalteelement für die Frontalkamera eine Masse von 20 g haben und das, Halteelement für die Sagittalkamera, die seitlich angeordnet ist, eine Masse von 15 g haben.
In einer Ausführungsform ist die Masse des Kameraträgers 202 kleiner oder gleich 200 g, zum Beispiel 175 g.
In einer Ausführungsform ist die Masse des Trägers 201 größer als die Masse des Kameraträgers 202.
In einer Ausführungsform ist die Masse des Trägers 201, vorzugsweise inklusive der Marker 203 und des Befestigungsmittels bzw. der Befestigungsmittel 204, kleiner oder gleich 250 g, beispielsweise 200 g.
In einer Ausführungsform ragt das jeweilige Kamerahalteelement 207 über den Außenrand des Trägers 201 und/oder des Kameraträgers 202 hinaus. Die entsprechenden Distanzen, um die das jeweilige Kamerahalteelement 207, übersteht sind in 3A mit D1 und D2 gekennzeichnet. Das Halteelement 207 für die seitliche Kamera (Sagittalkamera) kann einen geringeren Überstand als die Frontalkamera haben. Mit anderen Worten ausgedrückt kann D1 > D2 sein. D1 und/oder D2 kann größer oder gleich einem der folgenden Werte sein: 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm. Alternativ oder ergänzend kann D1 und/oder D2 kleiner oder gleich einem der folgenden Werte sein: 20 cm, 15 cm, 14 cm, 13 cm, 12, cm, 10 cm, 9 cm, 8 cm. Zum Beispiel kann D1 = 9,0 cm und D2 = 7,6 cm sein. Wie in den Figuren dargestellt, beispielsweise in 3B, sind die Kameras relativ zum Träger und/oder Kameraträger nicht nur nach außen (radial) sondern auch nach oben (axial) versetzt. Dies kann über eine entsprechende Ausführung der Kamerahalteelemente, die schräg zum Kameraträger orientiert sind, erreicht werden. Die jeweilige Distanz D1 bzw. D2 wird zweckmäßigerweise in Aufsicht bestimmt, also ohne eine Winkelverkippung des Kamerahalteelements - die zum axialen Versatz der Kamera relativ zum Kameraträger führt - zu berücksichtigen. Mit anderen Worten ausgedrückt wird zweckmäßigerweise nur die Ausdehnung des Kamerahalteelements in Projektion auf die Ebene des Kameraträgers bzw. des Trägers berücksichtigt.
In einer Ausführungsform ist eine Befestigungsstelle, vorzugsweise eine Befestigungsstelle, mittels derer der Träger an dem Schädel befestigt wird, nahe an einer Montagestelle für die Verbindung zwischen Kamera bzw. Kamerahalteelement und Kameraträger angeordnet. Der Abstand zwischen der Montagestelle, in der das Kamerahalteelement oder die Kamera mechanisch mit dem Kameraträger verbunden ist, und der nächstliegenden Befestigungsstelle und/oder des in dieser Befestigungsstelle angeordneten Befestigungsmittels kann kleiner oder gleich einem der folgenden Werte sein: 5 cm, 4 cm, 3 cm, 2 cm 1 cm. Der Abstand zwischen der Montagestelle für die Frontalkamera und der nächstliegenden Befestigungsstelle kann kleiner sein als der Abstand zwischen der Montagestelle und der nächstliegenden Befestigungsstelle für die Sagittalkamera. Trotz des größeren Überstand kann so das auf die Befestigung zwischen Schädel und Befestigungsmittel einwirkende mechanische Moment in vertretbarem Rahmen gehalten werden. Beispielsweise ist der Abstand zwischen Befestigungsstelle und Montagestelle für das Kamerahalteelement der Sagittalkamera 2,4 cm und für das der Frontalkamera 0,9 cm. Im Zweifel kann der Abstand von der Mitte der Montagestelle 208 bis zur Mitte des Befestigungsmittels, etwa einer Schraube oder der zugehörigen Befestigungsstelle bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung ist der Träger und/oder der Kameraträger umlaufend von dem Schädel beabstandet, wenn er an dem Schädel befestigt ist. Das Trägersystem kann derart ausgebildet sein, dass der Abstand zwischen einer Innenfläche des Trägers und einer Außenfläche des Kopfes oder Schädels, insbesondere durchweg, größer oder gleich einem der folgenden Werte ist: 1 cm, 2 cm, 3 cm. Alternativ oder ergänzend kann der Abstand, insbesondere durchweg, kleiner oder gleich einen der folgenden Werte sein: 8 cm, 7 cm, 6 cm, 5 cm, 4 cm. Über derartige Mindest- und Höchstabstände kann der Träger für eine Vielzahl von Schädelformen zuverlässig eingesetzt und zweckmäßigerweise ohne signifikante Verformung an diesen zuverlässig befestigt werden.
In einer Ausgestaltung kann der Abstand zwischen der Kameraapertur der jeweiligen Kamera und dem relevanten Oberflächenbereich, auf den die Kamera gerichtet ist, zum Beispiel dem Kocherpunkt, kleiner oder gleich einem der folgenden Werte sein: 35 cm, 30 cm, 29 cm 28 cm, 27 cm, 26 cm, 25 cm, 24 cm, 23 cm, 22 cm, 21 cm, 20 cm, 19 cm, 18 cm. Alternativ oder ergänzend kann der Abstand größer oder gleich einem der folgenden Werte sein: 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, 11 cm, 12 cm, 13 cm, 14 cm, 15 cm, 16 cm, 17 cm, 18 cm. Die Abstände der Kameraapertur der beiden Kameras vom relevanten Oberflächenbereich können verschieden sein. Die Frontalkamera kann beispielsweise näher an dem Oberflächenbereich angeordnet sein als die Sagittalkamera. Derartige Höchst-und Mindestwerte können wiederum für eine Vielzahl von Schädelformen geeignet sein.
Zusammenfassend und mit leicht anderen Worten ausgedrückt wird vorliegend vorgeschlagen, dass ein Kameraträger 202, der zum am Kopf montierbaren Träger 201 passt, auf dem Träger 201 formschlüssig und bevorzugt relativ betrachtet positionsstabil aufgesetzt werden kann, so dass die auf dem Kameraträger 202 montierten oder montierbaren Kameras 300 - zwei Kameras oder mehr als zwei, etwa drei Kameras - nach Abnehmen des Kameraträgers 202 und nach Wiederaufsetzen des Kameraträgers 202 relativ zum Träger 201 und/oder relativ zum Kopf 300, der stabil zum Träger 201 fixiert sein kann, genau wieder die gleiche Position aufweisen. Dieses Abnehmen und Wiederaufsetzen des Kameraträgers 202 bei fixiert am Kopf verbleibendem Träger kann wiederholt werden. In einem bevorzugten Anwendungsbeispiel wird für radiologische Aufnahmen z.B. im Kernspintomographen der Kameraträger 202 abgenommen und anschließend für die kamerabasierte Navigation des Instrumentes 600 wieder aufgesetzt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind zwei oder drei Kameras unter genau bekannten Raumrichtungen relativ zum Kameraträger montiert. Das Sichtfeld ist weit genug, so dass der Träger mit dem Kameraträger so positioniert werden kann, dass die Punktionsöffnung/Punktionsbereich und der Bereich außerhalb/oberhalb davon im Kamerabildbereich liegen. Nun kann anhand der Winkel, in dem das Instrument auf den Kamerabildern erscheint, der Raumwinkel relativ zum Träger bestimmt werden. Ebenso kann die Punktionsstelle räumlich in 3D-Koordinaten anhand der Kamerabilder berechnet werden. Aus den radiologischen Aufnahmen kennt man die Relativposition der Marker, die am oder im Träger angebracht sind. Deren Relativposition zum Kameraträger ist also bekannt. Damit kann man genau bestimmen, wo aktuell die Bohrung angesetzt wird. Nachdem die Bohrung an der Eintrittsstelle gesetzt ist kann man auf gleiche Weise bestimmen, in welche Richtung das Punktionsinstrument eingeführt wird. Zur Messung, wie weit es vorgeschoben ist, trägt das Punktionsinstrument bevorzugt mindestens einen eindeutig erkennbaren Positionsmarker, bevorzugt mehrere unterscheidbare Positionsmarker entlang der Vorschubrichtung, um immer mindestens einen Positionsmarker im Kamerabild zu haben.
Zum Zweck der störungsfreien Bildgebung, insbesondere im Kernspintomographen, wird besonders bevorzugt der gesamte Träger 201 und vorzugsweise das gesamte Fixationsmaterial wie Schrauben etc., womit der Träger 201 am Kopf 300 fixiert wird, aus nichtmetallischen und/oder nichtleitenden Materialien hergestellt, bevorzugt aus mechanisch geeigneten Kunststoffen oder Keramiken, die bei Bedarf faserverstärkt sein können, insbesondere durch Kohlefasern und oder Glasfasern. Der Kameraträger 202 kann theoretisch aus metallischen Materialien gefertigt sein. Dann sollte aber ganz sicher sein, dass er nie ins sehr starke Magnetfeld des Kernspintomographen kommt, das auch außerhalb der Spule wirksam ist. Man wird also vorsorglich beide Träger aus Kunststoff fertigen, zum Beispiel aus PEEK ggf. faserverstärkt.
Um Schwankungen im Kamerabild vorzubeugen, ist es zweckmäßig, dass sowohl die Befestigung des Trägers am Schädel sehr stabil und starr ist als auch die Fixierung des Kameraträgers relativ zum Träger ebenfalls wie ggf. die Fixierung der Kameras auf dem Kameraträger. Mittels des vorgeschlagenen zweiteiligen Trägersystems, das die Kameras trägt, kann also der neurochirurgische Eingriff optisch überwacht oder geführt werden. Insbesondere kann die Position der Bohrung genau richtig eingestellt werden, also auch die Achsrichtung der Punktion, in der das Punktionsinstrument 600 (Mandrin und/oder Katheter) eingeführt wird, also auch die Tiefe, wie weit die Spitze des Punktionsinstruments eingeführt wird. Zu diesem Zweck bilden die Kameras 300 bevorzugt den Bereich der Bohrung an der Schädelkalotte ab aber auch den von der Bohrung aus gesehen (radial) nach außen versetzten Bereich des einzuführenden Punktionsinstruments, das dort mindestens eine für die Kameras sichtbare Markierung zur Ermittlung der Einführtiefe aufweist. Die Raumrichtung des Punktionsinstruments 600 wird bevorzugt durch Mittel der Mustererkennung bestimmt, wobei die Kombination der abgebildeten Richtungen in den Kamerabildern bei bekannter Kameraausrichtung die Berechnung der linearen Vorschubrichtung erlaubt. Erkennbare Muster können beispielsweise Markierungen an dem Punktionsinstrument und/oder eine farblich gefüllte Kontur des Punktionsinstrumentes oder eines Bereichs davon, der als Instrumentenmarkierung fungieren kann, im Kamerabild sein.
Im Rahmen der vorgeschlagenen Lösung wird die jeweilige Kamera also zumindest mittelbar aber reproduzierbar formschlüssig und damit lagepräzise am Patienten befestigt. Die reversible Abnehmbarkeit und Aufsetzbarkeit des Kameraträgers erhöht die Mobilität des Systems drastisch, da ein kompliziertes stationäres Setup von Kameras, die stationär relativ zu einem Operationstisch positioniert sind und im Operationsraum angeordnet sind, jedoch nicht derart mit dem Schädel verbunden sind, dass sie der Schädelbewegung folgen, nicht erforderlich ist. Die Verwendung des vorgeschlagenen zweiteiligen Trägersystems erlaubt also optisch geführte Navigation von medizinischen Eingriffen auch in Operationssälen, die nicht mit stationären Navigationskameras ausgestattet sind oder in anderen klinischen Räumen, wie Schockräumen. Zudem ist die Verlagerung des Patienten zwischen verschiedenen Kliniken möglich, ohne dass der (Kopf)Träger abgenommen werden muss, z.B. um andere Aufnahmetechnologien zu nutzen. Darüber hinaus kann die Positionsbestimmung erheblich genauer durchgeführt werden, weil die entscheidenden Raumwinkel, unter der die Beobachtung stattfindet, erheblich größer sind als in dem stationären Setup, was eine höhere Präzision erlaubt.
Es sei angemerkt, dass es natürlich möglich ist, anstatt eines zusammenhängenden Kameraträgers, an dem zwei Kameras befestigt sind, auch zwei gesonderte Kameraträgerteile, an denen je eine Kamera befestigt ist, vorzusehen, wobei die Kameraträgerteile gesondert mit dem Träger verbunden werden. Zwei Kameras an einem gemeinsamen Kameraträger zu befestigen hat jedoch den Vorteil, dass der Kameraträger die relative Position der Kameras festlegt. Jedes der Kameraträgerteile kann eine Mehrzahl von Verbindungsstellen, vorzugsweise drei oder mehr, mit dem Träger verbunden und/oder an dem Träger fixiert sein.
Ausführlichere Figurenbeschreibung
Im Folgenden wird eine gegenüber der obigen Kurzbeschreibung erweiterte Beschreibung der Figuren angegeben.
1 illustriert Landmarken am menschlichen Schädel, welche als Orientierung für eine externe Ventrikel-Drainage genutzt werden. Man sieht die Peilachse, entlang der vorgeschoben werden muss, um dann in einer bestimmten Tiefe den geeigneten Ort im Gehirn des Patienten zu erreichen, an den die Öffnung des Punktionsinstruments vorgeschoben werden muss. Gleichzeitig muss die Bohrung an der richtigen Position in der Schädelkalotte gesetzt werden. Für den Operateur ist es ohne Navigationshilfe nicht ohne weiteres möglich, insbesondere Raumorientierung und Vorschubtiefe des Punktionsinstruments jederzeit zu erfassen und zu kontrollieren.
2 illustriert verschiedene neurochirurgische Instrumente, welche für die externe Ventrikeldrainage genutzt werden. Die Bohrung erfolgt mit einfachen mechanischen Bohrgeräten und üblichen Bohrern. Als Punktionsinstrument wird im gezeigten Ausführungsbeispiel ein linearer Mandrin bzw. Katheter mit Saugöffnung an der Spitze benutzt. Bevorzugt wird mit Punktionsinstrumenten gearbeitet, die bereits geeignete Markierungen und Konturen aufweisen, um deren Raumorientierung und Einschubtiefe optisch mit Hilfe der am Kameraträger des vorgeschlagenen Systems befestigten Videokameras fortwährend messen zu können.
3A zeigt den Kameraträger 202 von oben mit zwei Kameras 300, die den Bereich der Bohrung anpeilen, die im Schädel 400 gesetzt werden soll. Im Kreuzungsbereich 310 der Kameraachsen überlagert sich ihr Bildbereich/Sichtfeld und dort kann die räumliche Messung/ Datenerfassung/ Bilderfassung von Position und/oder Orientierung des Instruments durchgeführt werden. Unter dem Kameraträger 202 ist der Träger 201 angeordnet (hier nicht sichtbar), er könnte aber auch so geformt sein, dass er seitlich sichtbar ist, also seitlich übersteht.
3B zeigt ein zweiteiliges Trägersystem 200 mit Kameraträger 202 und Träger 201 in seiner geeigneten Relativposition zum Schädel 400, aber ohne die Befestigungsmittel/Schrauben. Die mindestens zwei Kameras 300 beobachten den interessierenden Bereich, in dem die Operation erfolgen soll. Die Schrauben können in die Gewindebohrungen/Befestigungsstellen 205 eingedreht werden, bis sie mit ihren Spitzen die Verankerung mit dem Schädelknochen herstellen. Bevorzugt werden mindestens drei Schrauben verwendet, an den dafür anatomisch geeigneten Stellen, vorzugsweise ohne dass empfindliche Bereiche an den Schläfen verletzt werden. Das Bild zeigt bevorzugt fest am Kameraträger verankerte Kameras, der Kameraträger selbst ist aber nach oben vom Träger abnehmbar. Die Verschlüsselung der Position erfolgt über die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungsmittel 208. Geeignet sind z.B. Passstifte ggf. in Kombination mit einer planen Kontaktfläche zwischen Kameraträger 202 und Träger 201.
3C zeigt das Trägersystem 200 von unten, auch hier ohne die Befestigungsmittel/Schrauben. Von unten sieht man die radiologischen Marker 203.
4 zeigt Darstellungen eines Trägers 201 zur Verschraubung mit der Schädelkalotte in einer Draufsicht von oben (Darstellung (a)) und einer Draufsicht von unten (Darstellung (b)). In drei Gewindelöcher sind hier Fixierschrauben 204 eingeschraubt, deren Spitzen bis in die Schädelkalotte eingeschraubt werden, wenn der Träger am Schädel befestigt wird.
5 zeigt einen Träger 202 mit zwei daran montierten (Video)Kameras 300 einschließlich LED-Messfeldbeleuchtung 301. Der Abbildungsbereich der hier verwendeten Kameras ist so weitwinklig und die Abbildungseigenschaften sind so weit entzerrt, dass eine Feinausrichtung der Kameraachsen auf den Beobachtungsbereich entfallen kann. Es sind jedoch stabil verankernde Steckplätze für die Kameras 300 im Kameraträger 202 vorgesehen, vorzugsweise verschiedene Steckplätze, je nachdem ob der rechte oder der linke Ventrikel behandelt werden soll. Das kleine Gehäuse links im rechten Bild beinhaltet die Rechnereinheit und/oder Steuereinheit 500, die vorzugsweise die Kameraaufnahmen mit regelmäßiger Zeitabfolge synchronisiert auslöst, die Bilder z.B. 10 mal pro Sekunde, in Datenpaketen abruft und damit Messungen, mit z.B. 100 Messwerten pro Sekunde, fast verzögerungsfrei ermöglicht. Die Bildverarbeitung ermittelt insbesondere die Bildposition von Markern und/oder die Winkelorientierung von Mustern oder Markierungen, wie z.B. der Kontur des Punktionsinstruments.
6 zeigt eine Auswahl neurochirurgischer Instrumente, insbesondere eine akkubetriebene Handbohrmaschine und einen Bohrer mit Bohrermarkierung. Das Bildverarbeitungssystem erfasst die Raumorientierung des Bohrers und die Spitze des Bohrers relativ zum Kamerasystem und kann, dank der Verschlüsselung mit dem Träger, daraus die Position des Bohrers am Schädel sofort berechnen.
7 zeigt ein neurochirurgisches Instrument 600, insbesondere einen Katheter zur Punktion und Drainage eines Ventrikels. Man sieht die Instrumentenmarkierung 601, die angebracht ist, um die Einschubtiefe des Instruments und damit die Position der Spitze anhand der Kamerabilder und des zweiteiligen Trägersystems zu berechnen und/oder als um im Kamerabild erkannt zu werden, um die Position des Instruments relativ zum Schädelinneren zu ermitteln. Der Orientierungswinkel im Raum ergibt sich aus der Mustererkennung und der daraus ermittelten Lage der Achse des Instruments relativ zu den Kameras und relativ zum Schädel. Damit kann eine sehr gute Präzision der Position der Spitze des Instruments links im Bild erreicht werden. Die Absaugung erfolgt über die kleinen seitlichen Löcher 620, die dort sichtbar sind.
8 zeigt einen Kalibrierverifizierungskörper 801, der auf den Kameraträger 202 aufgesteckt wird.
9A zeigt die beiden Kamerabilder aus unterschiedlichen Richtungen und darauf die Kontur des Instruments 600 und die Lage der Markierung.
9B zeigt die 3D Darstellung des Schädels 400 und des daran befestigten Trägers 201.
9C zeigt Registrierung zwischen den Daten aus den Kameras und präoperativen radiologischen Daten.
9D zeigt das, insbesondere zweiteilige, Trägersystem 200 mit Träger 201 und Kameraträger 202 sowie die, bevorzugt computergestützte, Festlegung des Zielpunktes, der mit dem Punktionsinstrument 600 erreicht werden soll.
9E zeigt die computergestützte Festlegung des Eintrittspunktes, an dem mit dem Bohrer 720 die Bohrung als Eintrittspunkt für das Instrument 600 gesetzt werden soll.
9F zeigt die grafische Darstellung des Instruments 600 (hier des Bohrers) in dessen Eintrittspunkt und Raumorientierung auf dem Bildschirm. Man sieht im oberen Bild, dass das Instrument genau positioniert ist und man erkennt die Raumrichtung der eingezeichneten Achse.
9G zeigt die grafische Darstellung des Instruments 600 (hier des Punktionsinstruments, z.B. Mandrin/Katheter) in dessen Eintrittspunkt und Raumorientierung auf dem Bildschirm. Man sieht im oberen Bild, dass das Instrument genau positioniert ist und man erkennt die Raumrichtung der eingezeichneten Achse. Weiterhin ist die Tiefeninformation dargestellt.
Das vorgeschlagene mobile System ist zur präzisen, intraoperativen und/oder echtzeitfähigen Bewegungserfassung der neurochirurgischen Instrumente (Bohrer und/oder Mandrin/Katheter) geeignet. Das System erfüllt die Anforderungen der mobilen Einsatzfähigkeit, der Verwendung miniaturisierter Komponenten mit einem geringen Gewicht und einem geringen energetischen Verbrauch, einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung zur echtzeitfähigen und präzisen Bewegungserfassung, der Sterilisierbarkeit und/oder der Formstabilität.
Bezugszeichenliste

100: mobiles System
200: Trägersystem
201: Träger
202: Kameraträger
203: radioopaker Marker
204: Befestigungsmittel
205: Befestigungsstelle
206: Verbindungsmittel
207: Kamerahalteelement
208: Montagestelle
209: Verbindungsmittel
210: Fixierungsmittel
300: Kamera
301: LED
310: Kreuzungsbereich
400: Schädel
401: Kocherpunkt
500: Steuergerät
600: Instrument
601: Markierung
620: Loch
800: Kalibrierverifizierungskörper

Claims

Trägersystem mit einem Träger zur Befestigung an einem Schädel eines Säugetiers, insbesondere eines Menschen, wobei - der Träger dazu ausgebildet ist, lagestabil mit dem Schädel verbunden zu werden, und - der Träger dazu ausgebildet ist, mit zumindest einer Kamera verbunden zu werden, so dass ein Oberflächenbereich des Schädels, zum Beispiel ein Oberflächenbereich der Schädelkalotte, im Sichtfeld der mit dem Träger verbundenen Kamera ist.
Trägersystem nach Anspruch 1, wobei einer, vorzugsweise nur einer, der Kocherpunkte des menschlichen Schädels in dem Oberflächenbereich angeordnet ist.
Trägersystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Kameraträger umfasst, wobei der Kameraträger zur Befestigung an dem Träger und zur Befestigung der Kamera an dem Kameraträger ausgebildet ist.
Trägersystem nach Anspruch 3, wobei der Kameraträger und der Träger derart aufeinander abgestimmt sind, dass sie in nur einer Relativposition aneinander befestigbar sind.
Trägersystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Kameraträger und der Träger eine einander entsprechende Formgebung aufweisen.
Trägersystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägersystem zumindest ein Kamerahalteelement umfasst, das mit dem Träger verbindbar ist - ggf. über den Kameraträger -, wobei das Kamerahalteelement eine Aufnahme für die Kamera aufweist.
Trägersystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger und/oder der Kameraträger einen Schädelaufnahmeraum definiert und die mit dem Träger verbundene Kamera relativ zum Schädelaufnahmeraum und/oder relativ zu einem Außenrand des Trägers und/oder relativ zu einem Außenrand des Kameraträgers nach außen und nach oben versetzt ist.
Trägersystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger und/oder der Kameraträger einen Hauptkörper aus Kunststoff aufweist, insbesondere aus PEEK.
Trägersystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger mit einer Mehrzahl von Markerkörpern versehen ist, die geeignet sind, in mit einem radiologischen Bilderfassungsverfahren erfassten Bilddaten oder Bildern lokalisiert zu werden.
Mobiles System für die Unterstützung eines neurochirurgischen Eingriffs, zum Beispiel durch optische Führung eines neurochirurgischen Instruments, insbesondere für eine optisch geführte externe Ventrikeldrainage, umfassend: - ein Trägersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - zumindest zwei Kameras, die mit dem Träger verbindbar oder verbunden sind, wobei die Kameras, wenn sie mit dem Träger verbunden sind, in verschiedenen Positionen entlang des Trägers angeordnet sind und der Oberflächenbereich im Sichtfeld beider Kameras liegt.
Mobiles System nach Anspruch 10, wobei das System ein neurochirurgisches Instrument umfasst, und wobei das neurochirurgische Instrument zumindest eine, vorzugsweise zwei- oder dreidimensionale, Instrumentenmarkierung aufweist, die im Kamerabild oder den Kamerabilddaten über einen Lokalisierungsalgorithmus lokalisierbar ist.
Mobiles System nach Anspruch 10 oder 11, wobei die jeweilige Kamera ein eingebettetes System aufweist, das geeignet ist, Positionsdaten zu ermitteln, die für die Position des neurochirurgischen Instruments in dem Bild oder den Bilddaten, die mit dieser Kamera erzeugt wurden, charakteristisch sind.
Verfahren zur Vorbereitung eines neurochirurgischen Eingriffs mit den Schritten: - Bereitstellen des mobilen Systems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, - Verbinden der Kameras mit dem Träger oder dem Kameraträger, - Anordnen eines Kalibrierverifizierungskörpers in einer wohldefinierten Position relativ zu dem Träger oder dem Kameraträger, - Erfassen des Kalibrierverifizierungskörpers in der wohldefinierten Position mittels der Kameras und Erzeugen von Bilddaten oder Bildern des Kalibrierverifizierungskörpers mittels der Kameras, - Bestimmen einer Ist-Position des Kalibrierverifizierungskörpers aus den Bilddaten oder den Bildern der Kameras, - Vergleich der Ist-Position mit einer Soll-Position des Kalibrierverifizierungskörpers, wobei bei Übereinstimmung der Soll-Position und der Ist-Position das mobile System als für die Durchführung des neurochirurgischen Eingriffs geeignet eingestuft wird und/oder bei Nicht-Übereinstimmung der Soll- und Ist-Position das mobile System als nicht für die Durchführung des neurochirurgischen Eingriffs geeignet eingestuft wird.
Computerprogrammprodukt das, wenn es auf einer Computereinheit geladen ist und von der Computereinheit ausgeführt wird, ein Planungs- und/oder Navigationsunterstützungssystem für einen neurochirurgischen Eingriff im Inneren eines menschlichen Schädels bereitstellt, wobei das Planungs- und/oder Navigationsunterstützungssystem mindestens eine, eine beliebig ausgewählte Mehrzahl von oder alle der folgenden Funktionalitäten aufweist: - eine Kalibrierungsverifizierungsfunktionalität, insbesondere zur Feststellung, ob die Komponenten des mobilen Systems gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 korrekt aufeinander ausgerichtet sind oder korrekt funktionieren, - eine Datenzufuhrfunktionalität, insbesondere zur Eingabe oder Entgegennahme von radiologischen Bilddaten, die von dem Schädel, vorzugsweise mit einem an dem Schädel befestigten Träger eines Trägersystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, erhalten wurden, - eine Registrierungsfunktionalität, insbesondere um Positionsinformationen, zum Beispiel Koordinaten, die aus Bildern oder Bilddaten der Kamera(s) des mobilen Systems gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 erhältlich sind, mit den radiologischen Bilddaten zu registrieren, - eine Zielpunktfestlegungsfunktionalität, insbesondere um den Zielpunkt im Inneren des Schädels für ein neurochirurgisches Instrument festzulegen, - eine Eintrittspunktfestlegungsfunktionalität, insbesondere um den Eintrittspunkt zum Eintritt in das Innere des Schädels für ein neurochirurgisches Instrument auf der Schädeloberfläche zu bestimmen, - eine Instrumentenverfolgungsfunktionalität, insbesondere um den Weg eines neurochirurgischen Instruments im Inneren des Schädels zu dem Zielpunkt zu verfolgen, bevorzugt mittels der aus der Kamera des mobilen Systems durch optische Beobachtung des neurochirurgischen Instruments außerhalb des Schädels gewonnenen Bilddaten, und - eine Visualisierungsfunktionalität, insbesondere um eine oder mehrere der vorgenannten Funktionalitäten visuell zu unterstützen, wobei die Visualisierungsfunktionalität beispielsweise für die Bildausgabe der aktuellen Position des neurochirurgischen Instruments, zum Beispiel der Position der Spitze des Instruments, im Inneren des Schädels ausgebildet ist.
Assistenzsystem für einen neurochirurgischen Eingriff, insbesondere für die Führung eines neurochirurgischen Instruments während des Eingriffs, umfassend eine Computereinheit mit einer elektronischen Prozessoreinheit und vorzugsweise einer Bildausgabeeinheit, z.B. einem Bildschirm, wobei das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 14 auf der Computereinheit geladen und von der Prozessoreinheit ausführbar ist.