DE10242953A1 - Vorrichtung zur Schulung von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schulung von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen mit einem rechnergestützten Navigationssystem mit Bildschirmausgabe, welches insbesondere chirurgische Instrumente navigiert, wobei deren Positionen im Koordinatensystem des Navigationssystems erfaßt und am Bildschirm ausgegeben werden, DOLLAR A einem Datensatz von einem Körper eines Patienten oder von einem Teil davon, welcher mittels eines bildgebenden Verfahrens, beispielsweise eines Tomographie-Scans, gewonnen und in einem Erfassungskoordinatensystem dargestellt ist, und einer Anordnung von wenigstens drei Referenzpunkten, welche nicht in einer Ebene liegen, dem Körper des Patienten oder dem Teil davon positionsfest zugeordnet und deren räumliche Positionen in genanntem Erfassungskoordinatensystem erfaßt sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Navigationssystem mit einem Modell vom Körper des Patienten oder dem Teil davon auszustatten, wobei das Modell wenigstens drei weitere Referenzpunkte aufweist, die relativ zum Modell die gleichen Positionen aufweisen, wie die Referenzpunkte relativ zum Körper des Patienten oder dem Teil davon, und deren räumliche Position jeweils im Koordinatensystem des Navigationssystems erfaßbar ist. Der Datensatz des Patienten wird dem Modell derart zugeordnet, daß die genannten Referenzpunkte und die genannten weiteren Referenzpunkte im Koordinatensystem des Navigationssystems datentechnisch zur Deckung kommen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schulung von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen mit einem rechnergestützten Navigationssystem mit Bildschirmausgabe, welches insbesondere chirurgische Instrumente navigiert, wobei deren Positionen im Koordinatensystem des Navigationssystems erfaßt und am Bildschirm ausgeben werden, einem Datensatz von einem Körper eines Patienten oder von einem Teil davon, welcher mittels eines bildgebenden Verfahrens, beispielsweise eines Tomographie-Scans, gewonnen und in einem Erfassungskoordinatensystem dargestellt ist, und einer Anordnung von wenigstens drei Referenzpunkten, welche nicht in. einer Ebene liegen, dem Körper des Patienten oder dem Teil davon positionsfest zugeordnet und deren räumliche Positionen in genanntem Erfassungskoordinatensystem erfaßt sind.
- Chirurgische Eingriffe, insbesondere solche schwieriger Art, werden zunehmend unter Zuhilfenahme von Navigations- oder Trakkingsystemen durchgeführt. Diese Systeme basieren auf einem Datensatz vom Patienten oder von einem Teil davon, welcher in einem ersten Schritt mit Hilfe eines bildgebenden Verfahrens gewonnen wird und in einem Erfassungskoordinatensystem dargestellt ist. Bevorzugte bildgebende Verfahren sind hierbei Kernspintomographie oder Computertomographie. Im gleichen Koordinatensystem werden auch die Raumkoordinaten spezieller Referenzpunkte des Patientenkörpers erfaßt.
- In einem zweiten Schritt wird dann in dem Koordinatensystem, welches dem Navigationssystem zugrunde liegt, die räumliche Position der genannten Referenzpunkte erfaßt und anhand dieser Information der Datensatz des Patienten in das Koordinatensystem des Navigationssystems transformiert. Dem Navigationssystem sind damit die Patientendaten positionsgenau bekannt. Im letztgenannten Koordinatensystem findet darüber hinaus auch eine lückenlose Verfolgung der räumlichen Position der während des chirurgischen Eingriffs genutzten Instrumente statt. Zur Positionserfassung werden hierbei insbesondere Infrarot-, Ultraschalloder elektromagnetische Verfahren eingesetzt.
- Diese Ausgestaltung des Navigationssystems ermöglicht es, die Bewegungen eines chirurgischen Instrumentes innerhalb des durch den Patientendatensatz wiedergegebenen Gewebebereichs an einem Bildschirm darzustellen und zu verfolgen. Der behandelnde Arzt kann somit den realen Eingriff über die Wiedergabe am Bildschirm kontrollieren und anhand dieses Hilfsmittels den Eingriff äußerst exakt ausführen.
- Insbesondere in der Neurochirurgie kommt es darauf an, den Ort und die Richtung des Eingriffs sorgfältig auszuwählen. Der eingeschlagene Operationspfad muß hierbei sicherstellen, daß kritische Bereiche des Gehirns gemieden werden, da eine Beschädigung der dort verlaufenden Nervenbahnen zu einer erheblichen Schädigung des Patienten führen würden. Ebenso ist eine Zerstörung gesunder Nervenzellen weitgehend zu vermeiden, da eine Nachbildung dieser Zellen nicht erfolgt. Aus den genannten Gründen heraus ist der kürzeste Operationspfad daher nicht unbedingt auch immer der beste.
- Für derartige Operationen besteht der Bedarf, vor Durchführung des chirurgischen Eingriffs Operationsstrategien zu planen und zu simulieren. Hierdurch ließen sich die Chancen für einen erfolgreichen chirurgischen Eingriff in jedem Fall erhöhen. Für Anfänger besteht zudem das Problem, den Umgang mit dem Navigationssystem zu erlernen und zu trainieren, ohne daß eine fehlerhafte Handhabung zu folgenschweren Auswirkungen für den Patienten führen würde. Die bekannten Navigationssysteme stellen hierfür keine ausreichenden Lösungen zur Verfügung.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesem Mangel abzuhelfen und eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche sowohl zur Schulung von Anfängern, zur Fortbildung erfahrener Ärzte als auch zur Planung bzw. Simulation eines geplanten chirurgischen Eingriffs einsetzbar sind.
- Die Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird dadurch erzielt, daß
- – das Navigationssystem mit einem Modell vom Körper des Patienten oder dem Teil davon ausgestattet ist,
- – das Modell wenigstens drei weitere Referenzpunkte aufweist,
- – die relativ zum Modell die gleichen Positionen aufweisen, wie die Referenzpunkte relativ zum Körper des Patienten oder dem Teil davon,
- – und deren räumliche Position jeweils im Koordinatensystem des Navigationssystems erfaßbar ist,
- – und der Datensatz des Patienten dem Modell derart zuordenbar ist, daß
- – die genannten Referenzpunkte und die genannten weiteren Referenzpunkte im Koordinatensystem des Navigationssystems datentechnisch zur Deckung kommen.
- Hinsichtlich des Verfahrens werden folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen:
- – Ausstatten des Navigationssystems mit einem Modell des Körpers eines Patienten oder eines Teiles davon,
- – wobei das Modell wenigstens drei weitere Referenzpunkte aufweist,
- – die relativ zum Modell die gleichen Positionen aufweisen, wie die Referenzpunkte relativ zum Körper des Patienten oder dem Teil davon,
- – Erfassung der räumlichen Position der weiteren Referenzpunkte im Koordinatensystem des Navigationssystems
- – Zuordnung des vom Patienten oder von einem Teil des Patienten mittels eines bildgebenden Verfahrens gewonnenen Datensatzes zum Modell derart, daß
- – die genannten Referenzpunkte und die genannten weiteren Referenzpunkte im Koordinatensystem des Navigationssystems datentechnisch zur Deckung kommen,
- – Durchführung von chirurgischen Eingriffen am Modell.
- Die vorgeschlagene Vorrichtung geht von an sich bekannten rechnergestützten Navigationssystemen aus. Wie bei den bekannten Systemen wird auch bei vorliegender Vorrichtung von dem Patienten oder von dem betrachteten Teil des Patienten ein Datensatz mittels eines bildgebenden Verfahrens gewonnen. Dieser Satz wird zusammen mit den räumlichen Positionen von Referenzpunkten, die dem Körper des Patienten oder einem Teil davon fest zugeordnet sind, in einem der bildgebenden Einrichtung zugeordneten Erfassungskoordinatensystem erfaßt und in einem Rechner abgelegt.
- In Abweichung zum Stand der Technik ist das Navigationssystem jedoch mit einem Modell des Patienten oder des betrachteten Teils des Patienten ausgestattet. Das Modell gibt den Körper oder das betrachtete Körperteil ganz oder teilweise wieder, ist vorzugsweise detailgetreu ausgeführt und im Maßstab 1:1 gefertigt.
- Einem Kerngedanken der Erfindung entsprechend wird der Datensatz des Patienten dem Modell zugeordnet. Hierbei wird in einem ersten Schritt die räumlichen Position des Modells im Koordinatensystem des Navigationssystems erfaßt. Diese Erfassung wird anhand von weiteren Referenzpunkten durchgeführt, welche am Modell vorliegen und relativ zum Modell die gleichen Positionen besitzen, wie die genannten Referenzpunkte zum Körper des Patienten oder zu dem betrachteten Teil davon. In einem zweiten Schritt erfolgt dann die Zuordnung des Datensatzes zum Modell. Hierbei wird der Datensatz des Patienten derart in das Koordinatensystem des Navigationssystems transformiert, daß die dem Körper des Patienten zugeordneten Referenzpunkte und die dem Modell zugeordneten Referenzpunkte im Koordinatensystem des Navigationssystems datentechnisch zur Deckung kommen.
- Diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht ein vorteilhaftes Verfahren zur Schulung an Navigationssystemen und zur Vorbereitung von chirurgischen Eingriffen. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß zu schulende oder beabsichtigte chirurgische Eingriffe zunächst am Modell durchgeführt werden. Wie bei den Navigationssystemen nach dem Stand der Technik werden dabei die Bewegungen des eingesetzten chirurgischen Instrumentes an einem Bildschirm zur Anzeige gebracht. Aufgrund der Zuordnung des Patientendatensatzes zum Modell gemäß vorliegender Erfindung erscheinen hierbei an dem Ort, welcher von der Außenfläche des Modells eingenommen wird, die entsprechenden im Datensatz festgehaltenen Umrisse des Körpers des Patienten oder des Teiles davon. Bei Berührung des Modells mit dem chirurgischen Instrument wird daher in der Visualisierung am Bildschirm das Bild des chirurgischen Instrumentes zeit- und positionsgleich mit der entsprechenden im Datensatz fest gehaltenen Oberfläche des Körpers des Patienten in Kontakt ge bracht. Und alle Bewegungen des chirurgischen Elementes innerhalb des Modells erscheinen am Bildschirm als Bewegungen innerhalb des durch den Patientendatensatz wiedergegebenen Gewebebereichs.
- Die Bildschirmanzeige unterscheidet sich dabei in nichts von der bei Verwendung des Navigationssystems gemäß dem Stand der Technik bei einer realen Operation. Da es sich bei dem vorgeschlagenen Verfahren jedoch um eine Simulation des chirurgischen Eingriffs handelt, sind folgenschwere Auswirkungen für den Patienten infolge einer fehlerhafte Handhabung des chirurgischen Instrumentes a priori ausgeschlossen.
- Insbesondere für die Neurochirurgie eröffnet sich damit die Möglichkeit, optimale Operationspfade vor der eigentlichen Operation zu finden. Bei chirurgischen Eingriffen der genannten Art ist die Richtung des Eingriffs im wesentlichen durch das Operationsmikroskop vorgegeben. Von entscheidender Bedeutung ist daher die Positionierung des Patienten bezüglich des Mikroskops.
- Die optimale Positionierung läßt bei vorgeschlagenem Verfahren anhand einer Folge von simulativ vorgenommenen Eingriffen herleiten. Die einzelnen Eingriffe werden hierzu an differierenden Orten und in unterschiedlichen Richtungen des Modells vorgenommen. Anhand der Bildschirmausgabe kann der Chirurg dabei erkennen, welche Gewebebereiche bei dem jeweils gewählten Operationspfad tangiert oder verletzt werden. Dabei bereitet es natürlich keinerlei Probleme, das Modell in verschiedene Raumrichtungen auszurichten. Die mit dem Modell verbundenen Patientendaten werden hierbei durch das Navigationssystem mit den Bewegungen des Modells mitgeführt und dementsprechend auch die am Bildschirm visualisierten Gewebestrukturen.
- Im Ergebnis ermöglicht die Erfindung, ohne jegliches Risiko für den Patienten, die Simulation von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen. Die durchgeführten Handgriffe umfassen dabei alle für einen chirurgischen Eingriff notwendigen Maßnahmen, wie Markieren des Operationsfeldes, Öffnen einer Knochenschale, beispielsweise der Schädeldecke, Auftrennen von Gewebe und Entfernen von krankhaften Körperteilen. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist daher insbesondere die Verwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung und des vorgeschlagenen Verfahrens
- – zur Schulung von Anfängern
- – zur Fortbildung erfahrener Ärzte
- – und zur Planung bzw. Simulation eines geplanten chirurgischen Eingriffs
- Im Falle der Neurochirurgie ist die Anwendung insbesondere zur Simulation von chirurgischen Eingriffen am Kopf und oder der Wirbelsäule eines Patienten ausgerichtet. Der vorliegender Vorrichtung zugrunde liegende Datensatz beschreibt in diesem Fall den Kopf und/oder die Wirbelsäule des Patienten, während das Modell die betreffenden Partien des Patienten wiedergibt.
- Bei der Ausgestaltung der Referenzpunkte werden im Rahmen vorliegender Erfindung auch alternative Lösungen vorgeschlagen.
- Bei einer ersten Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, daß die dem Patientenkörper und die dem Modell zugeordneten Referenzpunkte jeweils als Marken ausgebildet sind, die am Körper des Patienten bzw. am Modell angebracht sind. Die Zuordnung des Patientendatensatzes zum Modell erfolgt bei dieser Lösung in gleicher Weise wie oben beschrieben.
- Ein weiterer Vorschlag sieht vor, die Zuordnung anhand von markanten Konturen oder Bereichen des Patienten, wie beispielsweise Augenhöhlen, Nase oder Zähne durchzuführen. Die oben genannten Referenzpunkte entsprechen bei dieser Lösung einzelnen Punkten auf den Konturen oder umfassen die komplette Kontur. Dabei ist die Kontur im Erfassungskoordinatensystem dem Patientenkörper oder einem Teil davon zugeordnet, während sie im Navigationssystem durch die korrespondierende Kontur des Modells gegeben ist.
- Im Erfassungskoordinatensystem lassen sich die Daten dieser Strukturen, wie dem Fachmann bekannt, mit Vorteil aus dem Patientendatensatz mit Hilfe digital rekonstruierter (ermittelter) Röntgenbilder (DRR) gewinnen. Die Erfassung der Konturen des Modells im Koordinatensystem des Navigationssystems erfolgt vorzugsweise mit Hilfe bekannter optischer Mittel. Eines dieser Mittel sieht eine sequentielle Abtastung der markanter Partien des Patientenkörpers mittels Laserlicht vor, wobei die Koordinaten der jeweils angestrahlten Punkte mit Hilfe eines Systems von Kameras ermittelt werden. Die Zuordnung des Patientendatensatzes zum Modell erfolgt dann dadurch, daß dieselben markanten Konturen der DRRs und des Modells datentechnisch zur Deckung gebracht werden.
- Bei vorliegender Vorrichtung und vorliegendem Verfahren sind somit die im Navigationssystem ertaßten Referenzpunkte nicht, wie bei Navigationssystemen nach dem Stand der Technik dem Patientenkörper zugeordnet, sondern einem Modell des Patientenkörpers oder einem Teil davon. Mit dieser Ersetzung sind die im Stand der Technik bekannten weiteren Verfahren zur Zuordnung des Patientendatensatzes zum Navigationssystem ebenfalls in vorliegende Erfindung eingeschlossen.
- Eines der wesentlichen Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, vielfältige Möglichkeiten zum Training und zur Schulung von Chirurgen zur Verfügung zu stellen. Um hierbei größtmögliche Effizienz zu erreichen, ist es möglich, die Vorrichtung dem Schulungszweck oder dem Schulungsfortschritt entsprechend anzupassen. Erfindungsgemäß sind daher Mittel vorgesehen, vorzugsweise Softwareprodukte, mit deren Hilfe der Datensatz des Patienten manipuliert werden kann, wobei die manipulierten Daten am Bildschirm des Navigationssystems visualisierbar sind. Die Manipulationen umfassen dabei insbesondere eine Änderung, Ergänzung oder Erweiterung des genannten Datensatzes oder die Auswahl einer Untermenge an Daten.
- Bei einer bevorzugten Ausführung vorliegender Vorrichtung bewirken die Manipulationen eine Änderung des Detailierungsgrades des Datensatzes. Aufgrund dieser Ausgestaltung läßt sich die Wiedergabe von Gewebedetails variieren mit der vorteilhaften Folge, den Schwierigkeitsgrad des (simulativ) durchzuführenden Eingriffs entsprechend den erworbenen Fähigkeiten des Schülers vorgeben zu können.
- Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Manipulationen zum Einfügen eines oder mehrerer Datensätze bekannter krankhafter Veränderungen, beispielsweise von Tumoren, in den genannten Datensatz führen. Durch Visualisierung der geänderten Daten ist die Möglichkeit gegeben, die speziellen Merkmale der jeweiligen krankhaften Veränderung und die hieraus folgenden Konsequenzen bei einem chirurgischen Eingriff in vorteilhafter Weise bereits anhand von Simulationen zu studieren.
- Schließlich sieht vorliegende Erfindung auch Manipulationen vor, welche eine Markierung spezieller Bereiche, vorzugsweise kritischer Bereiche, innerhalb des visualisierten Gewebebereichs bewirken. Dabei erfolgt die Markierung gemäß einem Merkmal der Erfindung bevorzugt
- – durch die Vorgabe der Raumkoordinaten der genannten Bereiche, beispielsweise mittels des Cursors am Bildschirm des Navigationssystems,
- – und/oder durch Vorgabe eines Wertebereichs der in genanntem Datensatz hinterlegten Grauwerte,
- – und/oder durch Auswahl von Konturen innerhalb des visualisierten Gewebebereichs, ebenfalls beispielsweise mittels des Cursors am Bildschirm des Navigationssystems.
- Von großem Nutzen für die Schulung und insbesondere für die Planung eines chirurgischen Eingriffs ist es, wenn der jeweils gewählte Operationspfad innerhalb des visualisierten Gewebereichs des Patienten ebenfalls visualisierbar ist. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist daher auf dem Rechner des Navigationssystems ein Softwareprodukt vorgesehen, mittels dessen die Raumkoordinaten der Bewegungen des chirurgischen Instrumentes speicherbar sind und die Raumkurve der genannten Bewegungen am Bildschirm visualisierbar ist. Die in der Simulation gewählten alternativen Operationspfade lassen sich hierdurch gegeneinander bewerten, insbesondere läßt sich ableiten, welcher Pfad die geringst möglichen Auswirkungen auf die im Operationsfeld liegenden Gewebebereiche hat.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Schulung von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen
-
1 : eine Einrichtung zur Erstellung des Datensatzes vom Patienten oder von einem Teil des Patienten mittels eines bildgebenden Verfahrens -
2 : die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung - Die vorgeschlagene Vorrichtung geht von an sich bekannten rechnergestützten Navigationssystemen aus. Sie umfaßt eine Einrichtung gemäß
1 zur Durchführung eines bildgebenden Verfahrens, mittels der in einem ersten Schritt ein Datensatz des untersuchten Körperteils des Patienten erstellt wird. Die1 zeigt einen Patienten1 , dessen Kopf2 einer Untersuchung mittels eines Kernspintomographen3 unterzogen wird. Der hierbei erzeugte Datensatz beschreibt dementsprechend die Schädeldecke und das Gehirn des Patienten. Der Datensatz wird im Rechner4 abgelegt, wobei das dem Datensatz zugrunde liegende Koordinatensystem das durch den Kernspintomographen3 gegebene System ist. Gleichzeitig mit der Erfassung des Patientendatensatzes werden im genannten Koordinatensystem die räumlichen Koordinaten von Referenzpunkten5 festgehalten, die relativ zum untersuchten Körperteil2 des Patienten1 eine feste Position einnehmen. - In
2 sind wesentliche Komponenten des Navigationssystems6 wiedergegeben. In Abweichung zum Stand der Technik wird in diesem System jedoch nicht der Patient selbst, sondern ein Modell2' vom Patienten bzw. von dessen untersuchten Körperteil der chirurgischen Behandlung unterzogen. Das Model2' gibt den betrachteten Körperteil – im vorliegenden Fall den Kopf2 des Pati enten – detailgetreu wieder und ist im Maßstab 1:1 gefertigt. Es weist eine weitere Anordnung von Referenzpunkten5' auf, welche relativ zum Modell2' die gleichen Positionen besitzen, wie die Referenzpunkte5 zum Kopf2 des Patienten. Die räumliche Position der weiteren Referenzpunkte5' wird mit Hilfe eines Systems von Kameras7 im Navigationssystem6 erfaßt und bezüglich dessen Koordinatensystem festgehalten. Anschließend wird der Datensatz des Patienten dem Navigationssystem6 zugeordnet. Hierbei werden die genannten Daten so in letzteres Koordinatensystem transformiert, daß die Referenzpunkte5 und5' datentechnisch zur Deckung kommen. - Im Ergebnis erhält man hierdurch eine Zuordnung des Patientendatensatzes und der hierdurch beschriebenen Gewebestrukturen zum Modell
2' , wobei im vorliegenden Fall die Schädeldecke des Patienten und die innerhalb des Patientenkopfes2 vorliegenden Strukturen mit dem Modellkopf2' verknüpft werden. Die Zuordnung ist dabei so ausgeführt, daß die am Bildschirm8 visualisierte Begrenzung der Schädeldecke des Patienten bezüglich aller Aktionen innerhalb des Navigationssystems6 eine räumlichen Position einnimmt, welche exakt der Position der Umrisse des Modells2' entspricht. - Bestandteil des Navigationssystem
6 ist auch wenigstens ein mit Signalgebern9 ausgestattetes chirurgisches Instrument10 . Die Signalgeber arbeiten üblicherweise mit Infrarot-, Ultraschall- oder elektromagnetische Wellen. Bei vorliegenden Ausführung werden optische Signalgeber9 eingesetzt, welche mit dem Kamerasystem7 zusammenarbeiten. Diese Ausgestaltung des chirurgischen Instrumentes10 ermöglicht eine lückenlose Verfolgung von dessen räumlicher Position und die Visualisierung des Instrumentes10 in der jeweils augenblicklichen Position am Bildschirm8 des Navigationssystems6 . - Zur Durchführung von Schulungen oder zur Vorbereitung eines chirurgischen Eingriffs werden alle hierzu notwendigen Tätigkeiten am Modell
2' durchgeführt. Dabei werden alle Bewegungen des eingesetzten chirurgischen Instrumentes10 am oder innerhalb des Modells2' am Bildschirm8 zusammen mit dem durch den Patientendatensatz erfaßten Gewebebereich wiedergegeben. Infolge der dargelegten datentechnischen Deckung der Modellumrisse und der äußeren Begrenzung der Schädeldecke erscheint beispielsweise eine Berührung der Außenfläche des Modells2' mit dem chirurgischen Instrument10 auf dem Bildschirm als eine Berührung des Bildes des Instrumentes mit der äußeren Begrenzung der Schädeldecke. Dem zu schulenden oder sich vorbereitenden Chirurgen wird auf dem Bildschirm8 hierbei der räumliche Eindruck wie bei einer realen Operation vermittelt. - Das vorgeschlagene Simulationsverfahrens und die dieses Verfahren realisierende Vorrichtung eröffnen somit vielfältige Möglichkeiten zum Training und zur Schulung von Chirurgen.
Claims (14)
- Vorrichtung zur Schulung von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen mit – einem rechnergestützten Navigationssystem (
6 ) mit Bildschirmausgabe (8 ), – welches insbesondere chirurgische Instrumente (10 ) navigiert, – wobei deren Positionen im Koordinatensystem des Navigationssystems (6 ) erfaßt – und am Bildschirm (8 ) ausgeben werden, – einem Datensatz von einem Körper eines Patienten oder von einem Teil (2 ) davon, welcher – mittels eines bildgebenden Verfahrens, beispielsweise eines Tomographie-Scans, gewonnen – und in einem Erfassungskoordinatensystem dargestellt ist, – und einer Anordnung von wenigstens drei Referenzpunkten (5 ), – welche nicht in einer Ebene liegen, – dem Körper des Patienten oder dem Teil (2 ) davon positionsfest zugeordnet – und deren räumliche Positionen in genanntem Erfassungskoordinatensystem erfaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß – das Navigationssystem (6 ) mit einem Modell vom Körper des Patienten oder dem Teil (2 ) davon ausgestattet ist, – das Modell (2' )wenigstens drei weitere Referenzpunkte (5' ) aufweist, – die relativ zum Modell (2' ) die gleichen Positionen aufweisen, wie die Referenzpunkte (5 ) relativ zum Körper des Patienten oder dem Teil (2 ) davon, – und deren räumliche Position jeweils im Koordinatensystem des Navigationssystems (6 ) erfaßbar ist, – und der Datensatz des Patienten dem Modell (2' ) derart zuordenbar ist, daß – die genannten Referenzpunkte (5 ) und die genannten weiteren Referenzpunkte (5' ) im Koordinatensystem des Navigationssystems (6 ) datentechnisch zur Deckung kommen. - Vorrichtung zur Schulung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die genannten Referenzpunkte (
5 ) und die genannten weiteren Referenzpunkte (5' ) jeweils am Körper des Patienten (2 ) bzw. am Modell (2' ) angebrachte Marken sind. - Vorrichtung zur Schulung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – die genannten Referenzpunkte (
5 ) Punkte auf markanten Konturen des Körpers des Patienten oder des Teils (2 ) davon sind – und die genannten weiteren Referenzpunkte (5' ) Punkte auf den entsprechenden markanten Konturen des Modells sind. - Vorrichtung zur Schulung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, daß – der genannte Datensatz den Kopf (
2 ) und/oder die Wirbelsäule des Patienten (1 ) beschreibt – und das Modell (2' ) diese Bereiche des Patienten wiedergibt. - Vorrichtung zur Schulung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, daß – Mittel, vorzugsweise Softwareprodukte, zur Manipulation des genanntem Datensatzes vorgesehen sind, – wobei die Manipulationen insbesondere – eine Änderung, – und/oder Ergänzung – und/oder Erweiterung des genannten Datensatzes – und/oder die Auswahl einer Untermenge an Daten umfassen, – und die manipulierten Daten am Bildschirm visualisierbar sind.
- Vorrichtung zur Schulung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß – die genannten Manipulationen eine Änderung des Detailierungsgrades des genannten Datensatzes bewirken.
- Vorrichtung zur Schulung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß – die genannten Manipulationen ein Einfügen eines oder mehrerer Datensätze bekannter krankhafter Veränderungen, beispielsweise von Tumoren, bewirken.
- Vorrichtung zur Schulung nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, daß – die genannten Manipulationen eine Markierung spezieller Bereiche, – vorzugsweise kritischer Bereiche, innerhalb des visualisierten Gewebebereichs bewirken.
- Vorrichtung zur Schulung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß – die Markierung – durch Vorgabe der Raumkoordinaten der genannten Bereiche, beispielsweise mittels des Cursors am Bildschirm des Navigationssystems, – und/oder durch Vorgabe eines Wertebereichs der in genanntem Datensatz hinterlegten Grauwerte – und/oder durch Auswahl von Konturen innerhalb des visualisierten Gewebebereichs, beispielsweise mittels des Cursors am Bildschirm des Navigationssystems, erfolgt.
- Vorrichtung zur Schulung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, daß – auf dem Rechner des Navigationssystems (
6 ) ein Softwareprodukt vorgesehen ist, mittels dessen – die Raumkoordinaten der Bewegungen des chirurgischen Instrumentes (10 ) speicherbar sind – und die Raumkurve der genannten Bewegungen am Bildschirm (8 ) visualisierbar ist. - Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie – zur Schulung von Anfängern – und/oder zur Fortbildung erfahrener Ärzte – und/oder zur Planung bzw. Simulation eines geplanten chirurgischen Eingriffs eingesetzt wird.
- Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie – zur Simulation von chirurgischen Eingriffen – am Kopf (
2 ) – und oder der Wirbelsäule eines Patienten (1 ) eingesetzt wird. - Verfahren zur Schulung von navigationsunterstützten chirurgischen Eingriffen, unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte – Ausstatten des Navigationssystems mit einem Modell (
2' ) des Körpers eines Patienten oder eines Teiles (2 ) davon, – wobei das Modell (2' ) – wenigstens drei weitere Referenzpunkte aufweist, – die relativ zum Modell (2' ) die gleichen Positionen aufweisen, wie die Referenzpunkte (5 ) relativ zum Körper des Patienten oder dem Teil (2 ) davon, – Erfassung der räumlichen Position der weiteren Referenzpunkte im Koordinatensystem des Navigationssystems (6 ) – Zuordnung des vom Patienten oder von einem Teil des Patienten (2 ) mittels eines bildgebenden Verfahrens gewonnenen Datensatzes zum Modell (2' ) derart, daß – die genannten Referenzpunkte (5 ) und die genannten weiteren Referenzpunkte (5' ) im Koordinatensystem des Navigationssystems (6 ) datentechnisch zur Deckung kommen, – Durchführung von chirurgischen Eingriffen am Modell (2' ). - Verfahren zur Schulung von navigationsunterstützen chirurgischen Eingriffen – unter Verwendung – eines rechnergestützten Navigationssystem (
6 ) mit Bildschirmausgabe (8 ), – und eines Datensatz von einem Körper eines Patienten oder von einem Teil (2 ) davon, welcher – mittels eines bildgebenden Verfahrens, beispielsweise eines Tomographie-Scans, gewonnen, – in einem Erfassungskoordinatensystem dargestellt – und in das Koordinatensystem des Navigationssystem transformiert ist, – mit einer Erfassung von Referenzpunkten im Erfassungskoordinatensystem – und einer Erfassung von Referenzpunkten im Koordinatensystem des Navigationssystems, – wobei die im Erfassungssystem erfaßten Referenzpunkte einem Patientenkörper oder einem Teil davon zugeordnet sind dadurch gekennzeichnet, daß – die im Navigationssystem ertaßten Referenzpunkte einem Model des Patientenkörpers oder einem Teil davon zugeordnet sind.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1982650A1 (de) * | 2006-02-09 | 2008-10-22 | Nat. University Corp. Hamamatsu University School of Medicine | Operationsunterstützende vorrichtung, verfahren und programm |
DE102008054298A1 (de) * | 2008-11-03 | 2010-05-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Visualisierung eines Eingriffspfades eines medizinischen Instrumentes, eines medizinischen Instrumentes und/oder einer bestimmten Gewebestruktur eines Patienten |
EP3103410A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | avateramedical GmbH | Vorrichtung und verfahren zur robotergestützten chirurgie |
EP3103409A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Avateramedical GmbH | Vorrichtung und verfahren zur robotergestützten chirurgie sowie positionierhilfseinheit |
DE202017006757U1 (de) | 2017-02-10 | 2018-04-23 | Phacon Gmbh | System zur Validierung und zum Training operativer Eingriffe in der Human- und Veterinärmedizin |
WO2018146250A1 (de) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Phacon Gmbh | System und verfahren zur validierung und zum training operativer eingriffe in der human- und veterinärmedizin |
EP3482710A1 (de) * | 2017-11-14 | 2019-05-15 | Stryker Corporation | Patientenspezifische präoperative planungssimulationstechniken |
-
2002
- 2002-09-17 DE DE10242953A patent/DE10242953A1/de not_active Withdrawn
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1982650A4 (de) * | 2006-02-09 | 2010-04-14 | Nat Univ Corp Hamamatsu | Operationsunterstützende vorrichtung, verfahren und programm |
US8463360B2 (en) | 2006-02-09 | 2013-06-11 | National University Corporation Hamamatsu University School Of Medicine | Surgery support device, surgery support method, and computer readable recording medium storing surgery support program |
EP1982650A1 (de) * | 2006-02-09 | 2008-10-22 | Nat. University Corp. Hamamatsu University School of Medicine | Operationsunterstützende vorrichtung, verfahren und programm |
DE102008054298B4 (de) | 2008-11-03 | 2018-06-07 | Siemens Healthcare Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Visualisierung eines Eingriffspfades eines medizinischen Instrumentes, eines medizinischen Instrumentes und/oder einer bestimmten Gewebestruktur eines Patienten |
DE102008054298A1 (de) * | 2008-11-03 | 2010-05-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zur 3D-Visualisierung eines Eingriffspfades eines medizinischen Instrumentes, eines medizinischen Instrumentes und/oder einer bestimmten Gewebestruktur eines Patienten |
US10092365B2 (en) | 2015-06-12 | 2018-10-09 | avateramedical GmBH | Apparatus and method for robot-assisted surgery |
DE102015109368A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | avateramedical GmBH | Vorrichtung und Verfahren zur robotergestützten Chirurgie sowie Positionierhilfseinheit |
DE102015109371A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | avateramedical GmBH | Vorrichtung und Verfahren zur robotergestützten Chirurgie |
EP3103409A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | Avateramedical GmbH | Vorrichtung und verfahren zur robotergestützten chirurgie sowie positionierhilfseinheit |
EP3103410A1 (de) | 2015-06-12 | 2016-12-14 | avateramedical GmbH | Vorrichtung und verfahren zur robotergestützten chirurgie |
US10136956B2 (en) | 2015-06-12 | 2018-11-27 | avateramedical GmBH | Apparatus and method for robot-assisted surgery as well as positioning device |
RU2719931C2 (ru) * | 2015-06-12 | 2020-04-23 | Аватерамедикал Гмбх | Устройство и способ для роботизированной хирургии, а также позиционирующий вспомогательный блок |
DE202017006757U1 (de) | 2017-02-10 | 2018-04-23 | Phacon Gmbh | System zur Validierung und zum Training operativer Eingriffe in der Human- und Veterinärmedizin |
DE102017202164A1 (de) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Phacon Gmbh | System und Verfahren zur Validierung und zum Training operativer Eingriffe in der Human- und Veterinärmedizin |
WO2018146250A1 (de) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Phacon Gmbh | System und verfahren zur validierung und zum training operativer eingriffe in der human- und veterinärmedizin |
EP3482710A1 (de) * | 2017-11-14 | 2019-05-15 | Stryker Corporation | Patientenspezifische präoperative planungssimulationstechniken |
US11272985B2 (en) | 2017-11-14 | 2022-03-15 | Stryker Corporation | Patient-specific preoperative planning simulation techniques |
US11844574B2 (en) | 2017-11-14 | 2023-12-19 | Stryker Corporation | Patient-specific preoperative planning simulation techniques |
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