DE112020001871T5

DE112020001871T5 - Verfahren zum sampeln relevanter oberflächenpunkte eines subjekts

Info

Publication number: DE112020001871T5
Application number: DE112020001871.7T
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Storch; Jannik Christ
Original assignee: Brainlab AG
Current assignee: Brainlab AG
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2022-01-05
Also published as: EP3952775A1; US20220202504A1; WO2020208171A1; JP2022529323A; CN113660912A; WO2020207583A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Registriervorrichtung zum Sampeln relevanter Oberflächenpunkte eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem vorgestellt.Insbesondere werden aus einer Vielzahl von Oberflächenpunkten des Subjekts relevante Oberflächenpunkte akzeptiert und nicht relevante Oberflächenpunkte verworfen. Ein technischer Effekt der Erfindung ist, dass die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden kann.Dazu werden zusätzliche Informationen der Oberflächenpunkte erfasst und dem jeweiligen Oberflächenpunkt zugeordnet, um jeden Oberflächenpunkt zu validieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sampeln relevanter Oberflächenpunkte eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem, eine Registriervorrichtung, ein chirurgisches Navigationssystem für computerunterstützte Chirurgie sowie ein Computerprogramm.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die oberflächenbasierte Bildregistrierung ist ein etabliertes Verfahren zur Zuordnung medizinischer Bilddaten zu einem anatomischen Bereich eines Patienten. Die Verfahren zur Erfassung der Oberflächengeometrie lassen sich in berührungslose und berührungsbasierte Verfahren unterteilen. Berührungsbasierte Verfahren sind in der Regel anfällig für Messfehler, da Punkte über oder unter der eigentlichen Oberfläche erfasst werden können. Berührungslose Verfahren hingegen können typischerweise nicht zur Erfassung von Punkten auf verdeckten (z. B. durch Haare) Bereichen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann für den IGS (Image Guided Surgery) Workflow verwendet werden. Mögliche Anwendungen sind die Wirbelsäulenchirurgie, Schädelchirurgie, HNO-Chirurgie, MKG-Chirurgie und laparoskopische Chirurgie.
Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Erfindung, Beispiele und beispielhafte Schritte und deren Ausführungsformen offengelegt. Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung können erfindungsgemäß kombiniert werden, soweit dies technisch zweckmäßig und durchführbar ist.
BEISPIELHAFTE KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Sampeln relevanter Oberflächenpunkte eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem bereitzustellen, das eine Analyse des Gewebetyps des Subjekts umfasst.
Im Folgenden wird eine kurze Beschreibung der spezifischen Merkmale der vorliegenden Erfindung gegeben, die nicht so verstanden werden soll, dass die Erfindung nur auf die in diesem Abschnitt beschriebenen Merkmale oder eine Kombination der Merkmale beschränkt ist.
Es wird ein Verfahren zum Sampeln von relevanten Oberflächenpunkten eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem vorgestellt.
Insbesondere werden aus einer Vielzahl von Oberflächenpunkten des Subjekts relevante Oberflächenpunkte akzeptiert und nicht relevante Oberflächenpunkte verworfen. Ein technischer Effekt der Erfindung ist, dass die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden kann.
Dazu werden zusätzliche Informationen der Oberflächenpunkte erfasst und dem jeweiligen Oberflächenpunkt zugeordnet, um jeden Oberflächenpunkt zu validieren.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In diesem Abschnitt werden die allgemeinen Merkmale der vorliegenden Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf mögliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Dies wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht, wobei weitere Ausführungsformen in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung enthalten sind.
Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen gleichermaßen das Verfahren zum Sampeln relevanter Oberflächenpunkte eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem, ein chirurgisches Navigationssystem für die computerunterstützte Chirurgie sowie ein Computerprogramm. Synergieeffekte können sich aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben, auch wenn sie im Folgenden nicht im Detail beschrieben werden. Des Weiteren ist zu beachten, dass alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein Verfahren betreffen, in der hier explizit beschriebenen Reihenfolge der Schritte durchgeführt werden können. Dennoch muss dies nicht die einzige und wesentliche Reihenfolge der Verfahrensschritte sein. Die hier vorgestellten Verfahren können mit einer anderen Reihenfolge der offengelegten Schritte durchgeführt werden, ohne dass von der jeweiligen Ausführungsform des Verfahrens abgewichen wird, es sei denn, es wird im Folgenden ausdrücklich etwas anderes erwähnt.
Fachausdrücke werden in ihrer üblichen Bedeutung verwendet. Wenn bestimmten Begriffen eine bestimmte Bedeutung zugeschrieben wird, werden die Definitionen der Begriffe im Folgenden in dem Kontext angegeben, in dem die Begriffe verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Sampeln relevanter Oberflächenpunkte eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bestimmens eines Oberflächenregistrierungstyps für eine vorgesehene Prozedur an dem Subjekt, abhängig von der vorgesehenen Prozedur, wobei der Oberflächenregistrierungstyp mindestens einen relevanten Gewebetyp von mindestens einem Bereich des Subjekts umfasst. Ferner das Bestimmen einer Position mindestens eines Oberflächenpunktes des Subjekts unter Verwendung einer Registriervorrichtung. Das Verfahren umfasst ferner das Identifizieren eines Gewebetyps des Subjekts an dem bestimmten mindestens einen Oberflächenpunkt und das Validieren des mindestens einen Oberflächenpunktes abhängig von dem identifizierten Gewebetyp und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp der vorgesehenen Prozedur, wodurch eine Position mindestens eines relevanten Oberflächenpunktes und/oder mindestens eines nicht relevanten Oberflächenpunktes bestimmt wird, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt akzeptiert wird und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt verworfen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren für jeden Oberflächenpunkt ausgeführt. Alternativ wird eine Vielzahl von Oberflächenpunkten bestimmt, daher wird für jeden Oberflächenpunkt ein Gewebetyp des Subjekts identifiziert, und der Validierungsschritt bezieht sich dann auf das Filtern relevanter Oberflächenpunkte aus der Vielzahl der bestimmten Oberflächenpunkte. In diesem Fall ist ein Schritt des Verknüpfens der bestimmten Oberflächenpunkte mit dem identifizierten Gewebetyp des Subjekts an dem entsprechenden Oberflächenpunkt erforderlich.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird während des Sampelns eine Vielzahl von Bildern, oder in anderen Worten Abbildungen, aufgenommen, wobei für jedes Bild mindestens ein Oberflächenpunkt des Subjekts bestimmt wird und ein Gewebetyp des bestimmten Oberflächenpunktes identifiziert wird. Bei der Verwendung eines 3D-Scanners oder eines Scanners mit strukturiertem Licht kann für jedes Bild mehr als ein Oberflächenpunkt des Subjekts bestimmt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Gewebetyp Haut, Knochen, verschiedene Gewebe, insbesondere biologisches Gewebe, wie Blutgefäße, Herzgewebe, Lebergewebe und/oder Nierengewebe, und/oder nicht-biologisches Gewebe, wie Abdecktücher, insbesondere Operationsabdecktücher, Silikonschnittabdecktücher und/oder ein Tischkissen. Der Begriff „Gewebetyp“, wie er hier verwendet wird, kann allgemein als Oberflächentyp bezeichnet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Oberflächenregistrierungstyp eine Gesichtsregistrierung, insbesondere für die Neurochirurgie, eine intranasale Registrierung, insbesondere für die HNO-Chirurgie, eine Leberregistrierung, insbesondere für die laparoskopische Chirurgie und/oder offene Chirurgie, und/oder eine Knochenoberflächenregistrierung, insbesondere für die Wirbelsäulenchirurgie und/oder orthopädische Chirurgie.
So ist beispielsweise bei der Gesichtsregistrierung und/oder der HNO-Chirurgie die Haut ein relevanter Gewebetyp. In einem weiteren Beispiel für die Knochenoberflächenregistrierung umfasst ein relevanter Gewebetyp Knochen. Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst ein relevanter Gewebetyp für die Leberregistrierung Lebergewebe. Zum Beispiel umfasst ein relevanter Gewebetyp für die intranasale Registrierung die Schleimhaut.
Der Begriff „Subjekt“, wie er hier verwendet wird, umfasst einen menschlichen Körper, insbesondere einen Patienten.
Der Begriff „Oberflächenpunkt“, wie er hier verwendet wird, kann auch als Oberflächenkoordinaten bezeichnet werden.
Der Begriff „relevanter Oberflächenpunkt“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf Oberflächenpunkte, die als relevant für den bestimmten Oberflächenregistrierungstyp validiert sind. Zum Beispiel ist ein Oberflächenpunkt mit dem Gewebetyp „Knochen“ ein relevanter Oberflächenpunkt für die Wirbelsäulenchirurgie. In einem weiteren Beispiel ist ein Oberflächenpunkt mit dem Gewebetyp „Abdecktuch“ typischerweise ein nicht relevanter Oberflächenpunkt.
Der Begriff „vorgesehene Prozedur“ bezieht sich auf eine Prozedur und/oder einen Eingriff, wie z. B. eine Operation, die an einem bestimmten Subjekt, z. B. einem Patienten, durchgeführt werden soll.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem hier beschriebenen Verfahren um ein computerimplementiertes medizinisches Verfahren.
So werden nur relevante Oberflächendaten erfasst und nicht relevante Oberflächendaten verzerren den relevanten Datensatz nicht.
So kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Computerimplementiertes Verfahren
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Beispiel ein computerimplementiertes Verfahren. Beispielsweise können alle Schritte oder nur einige der Schritte (d.h. weniger als die Gesamtzahl der Schritte) des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem Computer (z.B. mindestens einem Computer) ausgeführt werden. Eine Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens ist eine Verwendung des Computers zur Durchführung eines Datenverarbeitungsverfahrens. Eine Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens ist ein Verfahren, das den Betrieb des Computers betrifft, so dass der Computer betrieben wird, um einen, mehrere oder alle Schritte des Verfahrens durchzuführen.
Der Computer umfasst zum Beispiel mindestens einen Prozessor und zum Beispiel mindestens einen Speicher, um die Daten (technisch) zu verarbeiten, zum Beispiel elektronisch und/oder optisch. Der Prozessor besteht beispielsweise aus einem Stoff oder einer Zusammensetzung, der/die ein Halbleiter ist, zum Beispiel mindestens teilweise n- und/oder p-dotierter Halbleiter, zum Beispiel mindestens ein II-, III-, IV-, V-, VI-Halbleitermaterial, zum Beispiel (dotiertes) Silizium und/oder Galliumarsenid. Die beschriebenen Rechen- oder Bestimmungsschritte werden beispielsweise von einem Computer durchgeführt. Bestimmungsschritte oder Berechnungsschritte sind beispielsweise Schritte zur Ermittlung von Daten im Rahmen des technischen Verfahrens, beispielsweise im Rahmen eines Programms. Ein Computer ist z.B. jede Art von Datenverarbeitungsgerät, z.B. elektronisches Datenverarbeitungsgerät. Ein Computer kann ein Gerät sein, das allgemein als solches angesehen wird, z. B. Desktop-PCs, Notebooks, Netbooks usw., kann aber auch ein beliebiges programmierbares Gerät sein, wie z. B. ein Mobiltelefon oder ein eingebetteter Prozessor. Ein Computer kann beispielsweise aus einem System (Netz) von „Untercomputern“ bestehen, wobei jeder Untercomputer einen eigenen Computer darstellt. Der Begriff „Computer“ umfasst auch einen Cloud-Computer, z. B. einen Cloud-Server. Der Begriff „Cloud-Computer“ schließt ein Cloud-Computersystem ein, das beispielsweise ein System aus mindestens einem Cloud-Computer und beispielsweise einer Vielzahl von operativ miteinander verbundenen Cloud-Computern wie einer Serverfarm umfasst. Ein solcher Cloud-Computer ist vorzugsweise an ein Weitverkehrsnetz wie das World Wide Web (WWW) angeschlossen und befindet sich in einer sogenannten Wolke von Computern, die alle mit dem World Wide Web verbunden sind. Eine solche Infrastruktur wird für das „Cloud Computing“ verwendet, das Berechnungs-, Software-, Datenzugangs- und Speicherdienste beschreibt, bei denen der Endnutzer den physischen Standort und/oder die Einrichtung des Computers, der einen bestimmten Dienst bereitstellt, nicht kennen muss. Der Begriff „Cloud“ wird in diesem Zusammenhang beispielsweise als Metapher für das Internet (World Wide Web) verwendet. Die Wolke bietet beispielsweise Recheninfrastruktur als Dienstleistung (IaaS) an. Der Cloud-Computer kann als virtueller Host für ein Betriebssystem und/oder eine Datenverarbeitungsanwendung fungieren, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Der Cloud-Computer ist zum Beispiel eine Elastic Compute Cloud (EC2), wie sie von Amazon Web Services™ bereitgestellt wird. Ein Computer umfasst beispielsweise Schnittstellen, um Daten zu empfangen oder auszugeben und/oder eine Analog-Digital-Wandlung durchzuführen. Bei den Daten handelt es sich beispielsweise um Daten, die physikalische Eigenschaften repräsentieren und/oder die aus technischen Signalen erzeugt werden. Die technischen Signale werden z.B. mittels (technischer) Detektionsgeräte (wie z.B. Geräte zur Detektion von Markierungsgeräten) und/oder (technischer) Analysegeräte (wie z.B. Geräte zur Durchführung von (medizinischen) Bildgebungsverfahren) erzeugt, wobei die technischen Signale z.B. elektrische oder optische Signale sind. Die technischen Signale stellen beispielsweise die vom Computer empfangenen oder ausgegebenen Daten dar. Der Computer ist vorzugsweise operativ mit einer Anzeigevorrichtung gekoppelt, die es ermöglicht, die vom Computer ausgegebenen Informationen anzuzeigen, beispielsweise für einen Benutzer. Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung ist eine Virtual-Reality-Vorrichtung oder eine Augmented-Reality-Vorrichtung (auch als Virtual-Reality-Brille oder Augmented-Reality-Brille bezeichnet), die als „Brille“ zum Navigieren verwendet werden kann. Ein konkretes Beispiel für eine solche Augmented-Reality-Brille ist Google Glass (eine Marke von Google, Inc.). Ein Augmented-Reality-Gerät oder ein Virtual-Reality-Gerät kann sowohl zur Eingabe von Informationen in den Computer durch Benutzerinteraktion als auch zur Anzeige von Informationen, die der Computer ausgibt, verwendet werden. Ein weiteres Beispiel für eine Anzeigevorrichtung wäre ein Standard-Computermonitor, der beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige umfasst, die operativ mit dem Computer gekoppelt ist, um Anzeigesteuerdaten vom Computer zu empfangen und Signale zu erzeugen, die zur Anzeige von Bildinformationsinhalten auf der Anzeigevorrichtung verwendet werden. Eine besondere Ausführungsform eines solchen Computermonitors ist ein digitaler Leuchtkasten. Ein Beispiel für einen solchen digitalen Leuchtkasten ist Buzz®, ein Produkt der Brainlab AG. Bei dem Monitor kann es sich auch um den Monitor eines tragbaren, z. B. tragbaren Geräts wie eines Smartphones, eines persönlichen digitalen Assistenten oder eines digitalen Medienabspielgeräts handeln.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Programm, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, den Computer veranlasst, einen oder mehrere oder alle der hierin beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen, und/oder auf ein Programmspeichermedium, auf dem das Programm (insbesondere in einer nichttransitorischen Form) gespeichert ist, und/oder auf einen Computer, der das Programmspeichermedium umfasst, und/oder auf eine (physikalische, z. B. elektrische, z. B. technisch erzeugte) Signalwelle, z. B. eine digitale Signalwelle, die Informationen trägt, die das Programm, z. B. das vorgenannte Programm, darstellen, das z. B. Codemittel umfasst, die geeignet sind, einen oder alle der hierin beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
Im Rahmen der Erfindung können Computerprogrammelemente durch Hardware und/oder Software verkörpert werden (dies umfasst Firmware, residente Software, Mikrocode usw.). Im Rahmen der Erfindung können Computerprogrammelemente die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das durch ein computerverwendbares, beispielsweise computerlesbares Datenspeichermedium verkörpert werden kann, das computerverwendbare, beispielsweise computerlesbare Programmanweisungen, „Code“ oder ein „Computerprogramm“ enthält, die in dem genannten Datenspeichermedium zur Verwendung auf oder in Verbindung mit dem anweisungsausführenden System verkörpert sind. Ein solches System kann ein Computer sein; ein Computer kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung sein, die Mittel zum Ausführen der Computerprogrammelemente und/oder des erfindungsgemäßen Programms umfasst, beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die einen digitalen Prozessor (Zentraleinheit oder CPU), der die Computerprogrammelemente ausführt, und optional einen flüchtigen Speicher (beispielsweise einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff oder RAM) zum Speichern von Daten umfasst, die für die Ausführung der Computerprogrammelemente verwendet und/oder durch diese erzeugt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein computerverwendbares, z. B. computerlesbares Datenspeichermedium ein beliebiges Datenspeichermedium sein, dass das Programm zur Verwendung auf dem oder in Verbindung mit dem befehlsausführenden System, Gerät oder der befehlsausführenden Vorrichtung enthalten, speichern, kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann. Das computernutzbare, z. B. computerlesbare Datenspeichermedium kann z. B. ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, ein Gerät oder eine Vorrichtung oder ein Verbreitungsmedium wie z. B. das Internet sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Der computerverwendbare oder computerlesbare Datenträger könnte sogar beispielsweise Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, auf das das Programm gedruckt wird, da das Programm elektronisch erfasst werden könnte, beispielsweise durch optisches Scannen des Papiers oder eines anderen geeigneten Mediums, und dann in geeigneter Weise kompiliert, interpretiert oder anderweitig verarbeitet wird. Das Datenspeichermedium ist vorzugsweise ein nichtflüchtiges Datenspeichermedium. Das Computerprogrammprodukt und die hier beschriebene Software und/oder Hardware bilden die verschiedenen Mittel zur Ausführung der Funktionen der Erfindung in den Ausführungsbeispielen. Die Computer- und/oder Datenverarbeitungseinrichtung kann beispielsweise eine Führungsinformationseinrichtung umfassen, die Mittel zur Ausgabe von Führungsinformationen aufweist. Die Führungsinformation kann z. B. an einen Benutzer visuell durch ein visuelles Anzeigemittel (z. B. einen Monitor und/oder eine Lampe) und/oder akustisch durch ein akustisches Anzeigemittel (z. B. einen Lautsprecher und/oder ein digitales Sprachausgabegerät) und/oder taktil durch ein taktiles Anzeigemittel (z. B. ein vibrierendes Element oder ein in ein Instrument eingebautes Vibrationselement) ausgegeben werden. Im Sinne dieses Dokuments ist ein Computer ein technischer Rechner, der z. B. technische, z. B. materielle, z. B. mechanische und/oder elektronische Komponenten umfasst. Jedes Gerät, das in diesem Dokument als solches bezeichnet wird, ist ein technisches, z. B. materielles Gerät.
Erfassen von Daten
Der Ausdruck „Erfassen von Daten“ umfasst beispielsweise (im Rahmen eines computerimplementierten Verfahrens) das Szenario, in dem die Daten durch das computerimplementierte Verfahren oder Programm bestimmt werden. Das Bestimmen von Daten umfasst beispielsweise das Messen physikalischer Größen und das Umwandeln der Messwerte in Daten, beispielsweise digitale Daten, und/oder das Berechnen (und z.B. Ausgeben) der Daten mittels eines Computers und beispielsweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Begriff „Erfassen von Daten“ umfasst beispielsweise auch das Szenario, in dem die Daten von dem computerimplementierten Verfahren oder Programm empfangen oder abgerufen werden (z.B. Eingabe in das Programm), beispielsweise aus einem anderen Programm, einem vorangegangenen Verfahrensschritt oder einem Datenspeichermedium, beispielsweise zur Weiterverarbeitung durch das computerimplementierte Verfahren oder Programm. Die Erzeugung der zu erfassenden Daten kann, muss aber nicht Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens sein. Der Ausdruck „Erfassen von Daten“ kann daher beispielsweise auch das Warten auf den Empfang von Daten und/oder den Empfang der Daten bedeuten. Die empfangenen Daten können beispielsweise über eine Schnittstelle eingespeist werden. Der Ausdruck „Datenerfassung“ kann auch bedeuten, dass das computerimplementierte Verfahren oder Programm Schritte durchführt, um die Daten (aktiv) von einer Datenquelle, beispielsweise einem Datenspeichermedium (wie beispielsweise einem ROM, RAM, einer Datenbank, einer Festplatte usw.), oder über die Schnittstelle (beispielsweise von einem anderen Computer oder einem Netzwerk) zu empfangen oder abzurufen. Die Daten, die durch das beschriebene Verfahren bzw. die beschriebene Vorrichtung erfasst werden, können von einer Datenbank erfasst werden, die sich in einem Datenspeicher befindet, der mit einem Computer verbunden ist, um Daten zwischen der Datenbank und dem Computer zu übertragen, z. B. von der Datenbank zum Computer. Der Computer erfasst die Daten, um sie als Eingabe für Schritte der Datenbestimmung zu verwenden. Die bestimmten Daten können wieder an dieselbe oder eine andere Datenbank ausgegeben werden, um sie für eine spätere Verwendung zu speichern. Die Datenbank oder die Datenbank, die zur Durchführung des offengelegten Verfahrens verwendet wird, kann sich auf einer Netzwerkdaten-Speichereinrichtung oder einem Netzwerkserver (z. B. einer Cloud-Daten-Speichereinrichtung oder einem Cloud-Server) oder einer lokalen Daten-Speichereinrichtung (wie z. B. einem Massenspeichergerät, das betriebsfähig mit mindestens einem Computer verbunden ist, der das offengelegte Verfahren ausführt) befinden. Die Daten können „gebrauchsfertig“ gemacht werden, indem ein zusätzlicher Schritt vor dem Erfassungsschritt durchgeführt wird. Gemäß diesem zusätzlichen Schritt werden die Daten erzeugt, um erfasst zu werden. Die Daten werden z.B. detektiert oder erfasst (z.B. durch ein Analysegerät). Alternativ oder zusätzlich werden die Daten nach dem zusätzlichen Schritt eingegeben, zum Beispiel über Schnittstellen. Die erzeugten Daten können z.B. eingegeben werden (z.B. in den Computer). Gemäß dem zusätzlichen Schritt (der dem Schritt des Erfassens vorausgeht) können die Daten auch dadurch bereitgestellt werden, dass der zusätzliche Schritt des Speicherns der Daten in einem Datenträger (wie z.B. ROM, RAM, CD und/oder Festplatte) durchgeführt wird, so dass sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder Programms zur Verwendung bereitstehen. Der Schritt des „Erfassens von Daten“ kann daher auch darin bestehen, einer Vorrichtung den Befehl zu erteilen, die zu erfassenden Daten zu beschaffen und/oder bereitzustellen. Insbesondere handelt es sich bei dem Schritt des Erfassens nicht um einen invasiven Schritt, der einen erheblichen körperlichen Eingriff in den Körper darstellt, dessen Durchführung medizinisches Fachwissen erfordert und selbst bei fachgerechter Durchführung ein erhebliches Gesundheitsrisiko birgt. Insbesondere beinhaltet der Schritt der Datenerfassung, z. B. der Datenbestimmung, keinen chirurgischen Schritt und insbesondere keinen Schritt der chirurgischen oder therapeutischen Behandlung eines menschlichen oder tierischen Körpers. Zur Unterscheidung der verschiedenen Daten, die im Rahmen des vorliegenden Verfahrens verwendet werden, werden die Daten als „XY-Daten“ und dergleichen bezeichnet und in Bezug auf die Informationen definiert, die sie beschreiben, die dann vorzugsweise als „XY-Informationen“ und dergleichen bezeichnet werden.
Registrieren
Das n-dimensionale Bild eines Körpers wird registriert, indem die räumliche Lage jedes Punktes eines tatsächlichen Objekts in einem Raum, z. B. eines Körperteils in einem Operationssaal, einem Bilddatenpunkt eines in einem Navigationssystem gespeicherten Bildes (CT, MR, usw.) zugeordnet wird.
Bildregistrierung
Unter Bildregistrierung versteht man die Umwandlung verschiedener Datensätze in ein Koordinatensystem. Bei den Daten kann es sich um mehrere Fotos und/oder Daten von verschiedenen Sensoren, zu verschiedenen Zeiten oder aus verschiedenen Blickwinkeln handeln. Es wird in der Computer Vision, der medizinischen Bildgebung und bei der Zusammenstellung und Analyse von Bildern und Daten von Satelliten verwendet. Die Registrierung ist notwendig, um die aus diesen verschiedenen Messungen gewonnenen Daten zu vergleichen oder zu integrieren.
Marker
Ein Marker hat die Aufgabe, von einer Marker-Detektionsvorrichtung (z. B. einer Kamera oder einem Ultraschallempfänger oder analytischen Geräten wie CT- oder MRT-Geräten) so erfasst zu werden, dass seine räumliche Position (d. h. seine räumliche Lage und/oder Ausrichtung) festgestellt werden kann. Die Detektionsvorrichtung ist zum Beispiel Teil eines Navigationssystems. Die Marker können aktive Marker sein. Ein aktiver Marker kann zum Beispiel elektromagnetische Strahlung und/oder Wellen aussenden, die im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich liegen können. Ein Marker kann aber auch passiv sein, d.h. er kann z.B. elektromagnetische Strahlung im infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Spektralbereich reflektieren oder Röntgenstrahlung blockieren. Dazu kann der Marker mit einer Oberfläche versehen sein, die entsprechende Reflexionseigenschaften aufweist, oder er kann aus Metall bestehen, um die Röntgenstrahlung zu blockieren. Es ist auch möglich, dass ein Marker elektromagnetische Strahlung und/oder Wellen im Radiofrequenzbereich oder bei Ultraschallwellenlängen reflektiert und/oder emittiert. Ein Marker hat vorzugsweise eine Kugel- und/oder Sphäroidform und kann daher als Markerkugel bezeichnet werden; Marker können aber auch eine eckige, z.B. kubische, Form aufweisen.
Marker-Vorrichtung
Eine Marker-Vorrichtung kann z. B. ein Referenzstern oder ein Zeiger oder ein einzelner Marker oder eine Vielzahl von (einzelnen) Markern sein, die dann vorzugsweise in einer vorbestimmten räumlichen Beziehung stehen. Eine Marker-Vorrichtung umfasst einen, zwei, drei oder mehr Marker, wobei zwei oder mehr solcher Marker in einem vorbestimmten räumlichen Verhältnis zueinander stehen. Diese vorbestimmte räumliche Beziehung ist beispielsweise einem Navigationssystem bekannt und wird beispielsweise in einem Computer des Navigationssystems gespeichert.
In einer anderen Ausführungsform umfasst eine Marker-Vorrichtung ein optisches Muster, zum Beispiel auf einer zweidimensionalen Oberfläche. Das optische Muster kann aus einer Vielzahl von geometrischen Formen wie Kreisen, Rechtecken und/oder Dreiecken bestehen. Das optische Muster kann in einem von einer Kamera aufgenommenen Bild identifiziert werden, und die Position der Marker-Vorrichtung relativ zur Kamera kann anhand der Größe des Musters im Bild, der Ausrichtung des Musters im Bild und der Verzerrung des Musters im Bild bestimmt werden. Auf diese Weise lässt sich die relative Position in bis zu drei Rotationsdimensionen und bis zu drei Translationsdimensionen aus einem einzigen zweidimensionalen Bild bestimmen.
Die Position einer Marker-Vorrichtung kann z.B. durch ein medizinisches Navigationssystem ermittelt werden. Ist die Marker-Vorrichtung an einem Objekt, wie z. B. einem Knochen oder einem medizinischen Instrument, angebracht, kann die Position des Objekts aus der Position der Marker-Vorrichtung und der relativen Position zwischen der Marker-Vorrichtung und dem Objekt bestimmt werden. Die Bestimmung dieser relativen Position wird auch als Registrierung der Marker-Vorrichtung und des Objekts bezeichnet. Die Marker-Vorrichtung bzw. das Objekt kann getrackt werden, d.h. die Position der Marker-Vorrichtung bzw. des Objekts wird zwei- oder mehrfach über die Zeit ermittelt.
Markerhalter
Unter einem Markerhalter versteht man eine Befestigungsvorrichtung für einen individuellen Marker, die dazu dient, den Marker an einem Instrument, einem Bereich des Körpers und/oder einem Halteelement eines Referenzsterns zu befestigen, wobei er ortsfest und vorteilhaft lösbar befestigt werden kann. Ein Markerhalter kann beispielsweise stabförmig und/oder zylindrisch sein. An dem dem Marker zugewandten Ende des Markerhalters kann eine Befestigungsvorrichtung (wie z.B. ein Rastmechanismus) für die Marker-Vorrichtung vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Marker-Vorrichtung kraft- und/oder formschlüssig auf den Markerhalter aufgesetzt werden kann.
Pointer
Ein Pointer ist ein Stab, an dem ein oder mehrere - vorteilhaft zwei - Marker befestigt sind und mit dem einzelne Koordinaten, z.B. Raumkoordinaten (d.h. dreidimensionale Koordinaten), abgemessen werden können. (d.h. dreidimensionale Koordinaten), an einem Körperteil abmessen kann, wobei ein Benutzer den Pointer (z.B. einen Bereich des Pointers, der eine definierte und vorteilhaft feste Position in Bezug auf den mindestens einen am Pointer befestigten Marker aufweist) an die den Koordinaten entsprechende Position führt, so dass die Position des Pointers bestimmt werden kann, indem ein chirurgisches Navigationssystem zur Erfassung des Markers am Pointer eingesetzt wird. Die relative Position zwischen den Markern des Pointers und dem Bereich des Pointers, der zur Messung der Koordinaten verwendet wird (z. B. die Spitze des Pointers), ist beispielsweise bekannt. Das chirurgische Navigationssystem ermöglicht dann die Zuordnung des Ortes (der dreidimensionalen Koordinaten) zu einer vorher festgelegten Körperstruktur, wobei die Zuordnung automatisch oder durch eine Prozedur des Benutzers erfolgen kann.
Referenzstern
Unter einem „Referenzstern“ versteht man eine Vorrichtung, an der eine Anzahl von Markern, vorteilhaft drei Marker, angebracht sind, wobei die Marker (z.B. abnehmbar) ortsfest am Referenzstern angebracht sind und somit eine bekannte (und vorteilhaft feste) Position der Marker zueinander aufweisen. Die Position der Marker zueinander kann für jeden im Rahmen eines chirurgischen Navigationsverfahrens verwendeten Referenzstern individuell unterschiedlich sein, um einem chirurgischen Navigationssystem zu ermöglichen, den entsprechenden Referenzstern anhand der Position seiner Marker zueinander zu identifizieren. Damit ist es dann auch möglich, die Objekte (z.B. Instrumente und/oder Bereiche eines Körpers), an denen der Referenzstern angebracht ist, entsprechend zu identifizieren und/oder zu unterscheiden. Bei einem chirurgischen Navigationsverfahren dient der Referenzstern dazu, eine Vielzahl von Markern an einem Objekt (z.B. einem Knochen oder einem medizinischen Instrument) anzubringen, um die Position des Objekts (d.h. seine räumliche Lage und/oder Ausrichtung) erfassen zu können. Ein solcher Referenzstern weist beispielsweise eine Befestigungsmöglichkeit am Objekt (z.B. eine Klemme und/oder ein Gewinde) und/oder ein Halteelement auf, das einen Abstand zwischen den Markern und dem Objekt sicherstellt (z.B. um die Sichtbarkeit der Marker für eine Marker-Vorrichtung zu unterstützen) und/oder Marker-Halter, die mechanisch mit dem Halteelement verbunden sind und an denen die Marker befestigt werden können.
Navigationssystem
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Navigationssystem für die computerunterstützte Chirurgie. Dieses Navigationssystem umfasst vorzugsweise den bereits erwähnten Computer zur Verarbeitung der Daten, die gemäß dem computerimplementierten Verfahren, wie es in einer der hier beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist, bereitgestellt werden. Das Navigationssystem umfasst vorzugsweise eine Detektionsvorrichtung zum Erfassen der Position von Detektionspunkten, die die Hauptpunkte und Hilfspunkte darstellen, um Detektionssignale zu erzeugen und die erzeugten Detektionssignale dem Computer bereitzustellen, so dass der Computer die absoluten Hauptpunktdaten und die absoluten Hilfspunktdaten auf der Grundlage der empfangenen Detektionssignale bestimmen kann. Ein Detektionspunkt ist z.B. ein Punkt auf der Oberfläche der anatomischen Struktur, der z.B. von einem Pointer erfasst wird. Auf diese Weise können die absoluten Punktdaten dem Computer zur Verfügung gestellt werden. Das Navigationssystem umfasst vorzugsweise auch eine Benutzerschnittstelle zum Empfang der Berechnungsergebnisse vom Computer (z. B. die Position der Hauptebene, die Position der Hilfsebene und/oder die Position der Standardebene). Die Benutzerschnittstelle stellt dem Benutzer die empfangenen Daten als Information zur Verfügung. Beispiele für eine Benutzerschnittstelle sind eine Anzeigevorrichtung, wie ein Monitor, oder ein Lautsprecher. Die Benutzerschnittstelle kann jede Art von Anzeigesignal verwenden (z. B. ein visuelles Signal, ein Audiosignal und/oder ein Vibrationssignal). Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung ist eine Augmented-Reality-Vorrichtung (auch Augmented-Reality-Brille genannt), die als so genannte „Goggles“ zur Navigation verwendet werden kann. Ein konkretes Beispiel für eine solche Augmented-Reality-Brille ist Google Glass (eine Marke von Google, Inc.). Eine Augmented-Reality-Vorrichtung kann sowohl zur Eingabe von Informationen in den Computer des Navigationssystems durch Benutzerinteraktion als auch zur Anzeige von Informationen, die der Computer ausgibt, verwendet werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Navigationssystem für die computergestützte Chirurgie, umfassend:

einen Rechner zur Verarbeitung der absoluten Punktdaten und der relativen Punktdaten;
eine Detektionsvorrichtung zum Detektieren der Position der Haupt- und Hilfspunkte, um die absoluten Punktdaten zu erzeugen und die absoluten Punktdaten an den Computer zu liefern;
eine Datenschnittstelle zum Empfangen der relativen Punktdaten und zum Bereitstellen der relativen Punktdaten für den Computer; und
eine Benutzerschnittstelle zum Empfangen von Daten von dem Computer, um dem Benutzer Informationen zur Verfügung zu stellen, wobei die empfangenen Daten von dem Computer auf der Grundlage der Ergebnisse der von dem Computer durchgeführten Verarbeitung erzeugt werden.

Chirurgisches Navigationssystem
Unter einem Navigationssystem, wie z.B. einem chirurgischen Navigationssystem, versteht man ein System, das Folgendes umfassen kann: mindestens eine Marker-Vorrichtung; einen Sender, der elektromagnetische Wellen und/oder Strahlung und/oder Ultraschallwellen aussendet; einen Empfänger, der elektromagnetische Wellen und/oder Strahlung und/oder Ultraschallwellen empfängt; und eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, die mit dem Empfänger und/oder dem Sender verbunden ist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (z.B. ein Computer) z.B. einen Prozessor (CPU) und einen Arbeitsspeicher und vorteilhaft eine Anzeigeeinrichtung zur Ausgabe eines Anzeigesignals (z.B. eine visuelle Anzeigeeinrichtung wie ein Monitor und/oder eine akustische Anzeigeeinrichtung wie ein Lautsprecher und/oder eine taktile Anzeigeeinrichtung wie ein Vibrator) und einen permanenten Datenspeicher aufweist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung die ihr vom Empfänger zugeleiteten Navigationsdaten verarbeitet und vorteilhaft über die Anzeigeeinrichtung eine Führungsinformation an einen Benutzer ausgeben kann. Die Navigationsdaten können in dem permanenten Datenspeicher gespeichert und z.B. mit zuvor dort gespeicherten Daten verglichen werden.
Landmarken
Eine Landmarke ist ein definiertes Element eines anatomischen Körperteils, das immer identisch ist oder mit einem hohen Grad an Ähnlichkeit in demselben anatomischen Bereich mehrerer Patienten wiederkehrt. Typische Landmarken sind z. B. die Epikondylen eines Oberschenkelknochens oder die Spitzen der Querfortsätze und/oder Rückenfortsätze eines Wirbels. Die Punkte (Hauptpunkte oder Hilfspunkte) können solche Orientierungspunkte darstellen. Ein Orientierungspunkt, der auf (z. B. auf der Oberfläche) einer charakteristischen anatomischen Struktur des Körperteils liegt, kann diese Struktur ebenfalls darstellen. Die Landmarke kann die anatomische Struktur als Ganzes oder nur einen Punkt oder einen Bereich davon repräsentieren. Eine Landmarke kann zum Beispiel auch auf der anatomischen Struktur liegen, die zum Beispiel eine hervorstehende Struktur ist. Ein Beispiel für eine solche anatomische Struktur ist die hintere Seite des Beckenkamms. Ein weiteres Beispiel für einen Orientierungspunkt ist der Rand der Hüftgelenkspfanne, z. B. die Mitte dieses Randes. In einem anderen Beispiel stellt eine Landmarke den untersten oder tiefsten Punkt einer Hüftpfanne dar, der aus einer Vielzahl von Erfassungspunkten abgeleitet wird. So kann ein Orientierungspunkt beispielsweise eine Vielzahl von Erfassungspunkten darstellen. Wie bereits erwähnt, kann eine Landmarke ein anatomisches Merkmal darstellen, das auf der Grundlage einer charakteristischen Struktur des Körperteils definiert ist. Darüber hinaus kann eine Landmarke auch ein anatomisches Merkmal darstellen, das durch eine Relativbewegung zweier Körperteile definiert ist, wie z. B. das Rotationszentrum des Oberschenkels, wenn es relativ zur Hüftpfanne bewegt wird.
Referenzierung
Die Bestimmung der Position wird als Referenzierung bezeichnet, wenn sie die Mitteilung dieser Position an ein Navigationssystem in einem Referenzsystem des Navigationssystems impliziert.
Die Erfindung beinhaltet oder umfasst beispielsweise keinen invasiven Schritt, der einen erheblichen körperlichen Eingriff in den Körper darstellt, dessen Durchführung professionelles medizinisches Fachwissen erfordert und der selbst dann ein erhebliches Gesundheitsrisiko birgt, wenn er mit der erforderlichen professionellen Sorgfalt und Fachkenntnis durchgeführt wird. So umfasst die Erfindung beispielsweise nicht den Schritt des Positionierens eines medizinischen Implantats, um es an einer anatomischen Struktur zu befestigen, oder den Schritt des Befestigens des medizinischen Implantats an der anatomischen Struktur oder den Schritt des Vorbereitens der anatomischen Struktur für die Befestigung des medizinischen Implantats an ihr. Insbesondere umfasst die Erfindung keine chirurgische oder therapeutische Tätigkeit.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen näher beschrieben.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Schritt des Bestimmens der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes das Bestimmen einer räumlichen Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt und das Bestimmen des Abstandes zwischen der Registriervorrichtung und dem Oberflächenpunkt des Subjekts.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung mit 5 oder 6 Freiheitsgraden bestimmt. Vorzugsweise bestimmt eine Trackingvorrichtung die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt.
Vorzugsweise ist ein Tracking-System eingerichtet, die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts zu bestimmen, wodurch eine Relation der räumlichen Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts bestimmt wird. Mit anderen Worten, es wird ein Referenzpunkt bestimmt, zu dem die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts bestimmt wird. Somit kann die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung in Bezug auf das Subjekt bestimmt werden. Das Trackingsystem umfasst vorzugsweise alle Komponenten, die zur Verfolgung der Registriervorrichtung und des Subjekts notwendig sind.
Dadurch kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Identifizieren des Gewebetyps des Subjekts, ein Bestimmen von Eigenschaftsmessungen des Subjekts ein Vergleichen der bestimmten Eigenschaftsmessung des Subjekts mit vorbestimmten Eigenschaftswerten, die mit verschiedenen Gewebetypen verknüpft sind.
Der Begriff „Eigenschaftsmessungen“ bezieht sich auf verschiedene Eigenschaften des Subjekts, die gemessen werden können.
So kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Eigenschaftsmessungen Strahlungsschwächung, Farbe, spektrale Absorption, Raman-Spektroskopie und/oder Fluoreszenz.
Vorzugsweise bezieht sich die Farbe auf die ursprüngliche Farbe eines Objekts, wie die Hautfarbe oder die Haarfarbe. Darüber hinaus sind beispielsweise die Farben Grün oder Blau für eine Oberfläche auf dem menschlichen Körper unüblich, aber für Abdecktücher in der Medizintechnik üblich. So kann die Farbe des Subjekts an einem bestimmten Oberflächenpunkt auf den Gewebetyp des Subjekts schließen lassen.
Die Eigenschaftsmessungen werden vorzugsweise von einer Gewebetyp-Identifikationseinheit gemessen, die vorzugsweise eine Eigenschaftsmesseinheit umfasst, die zur Messung von Eigenschaftsmessungen des Subjekts eingerichtet ist. Die Eigenschaftsmesseinheit umfasst vorzugsweise eine Kamera, insbesondere zur Messung einer Farbe, einen Strahlungsdetektor, insbesondere zur Messung einer Strahlungsabschwächung, ein Spektrometer, insbesondere zur Messung einer spektralen Absorption, ein Raman-Spektrometer, insbesondere zur Messung einer Raman-Spektroskopie, und/oder ein Photometer, insbesondere zur Messung einer Fluoreszenz.
So kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts und das Identifizieren des Gewebetyps des Subjekts an dem bestimmten mindestens einen Oberflächenpunkt wird simultan für jeden Oberflächenpunkt ausgeführt.
Somit entfällt der Schritt des Verknüpfens des Gewebetyps mit dem entsprechenden Oberflächenpunkt.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts vereinfacht und damit verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts mit Hilfe einer berührungslosen Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts unter Verwendung einer optischen Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden unter Verwendung mindestens eines optischen Markers der optischen Trackingvorrichtung.
Vorzugsweise ist die Trackingvorrichtung eine Komponente der Registriervorrichtung, die zum Tracking der Registriervorrichtung verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte des Bereitstellens eines Lichtstrahls durch eine optische Lichtquelle eines optischen Trackingsystems, des Reflektierens des Lichtstrahls an der mindestens ein lichtreflektierender optischer Marker, der mindestens an der Registriervorrichtung angeordnet ist, und des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden basierend auf dem reflektierten Lichtstrahl.
Vorzugsweise ist der Lichtstrahl ein Infrarot-Lichtstrahl.
Vorzugsweise ist mindestens je ein optischer Marker an der Registriervorrichtung und am Subjekt angeordnet.
Vorzugsweise definiert die optische Lichtquelle den Referenzpunkt, zu dem die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts bestimmt werden.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts unter Verwendung einer elektromagnetischen Trackingvorrichtung.
Bei der Trackingvorrichtung handelt es sich beispielsweise um eine elektromagnetische Trackingvorrichtung, die mindestens einen elektromagnetischen Sensor, insbesondere eine Spule und/oder einen Chip, zur Verfolgung umfasst. Vorzugsweise ist der elektromagnetische Sensor innerhalb der Trackingvorrichtung in einem Winkel zu anderen Sensoren der Trackingvorrichtung angeordnet. Elektromagnetisches Tracking ist im Gegensatz zum optischem Tracking nicht von einer Sichtverbindung zum Subjekt abhängig. Somit ist das elektromagnetische Tracking besonders bevorzugt bei einem Subjekt in Bauchlage und/oder beim Spitzentracking von flexiblen Instrumenten. Dies gilt auch, wenn das Subjekt verdeckt ist, insbesondere durch einen Luftzug oder wenn das Subjekt blutverschmiert ist.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden, unter Verwendung mindestens eines elektromagnetischen Sensors, insbesondere einer Spule oder eines Chips, der elektromagnetischen Vorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte des Erzeugens eines zeitlich veränderlichen elektromagnetischen Feldes durch einen elektromagnetischen Feldgenerator eines elektromagnetischen Trackingsystems und des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden basierend auf dem elektromagnetischen Feld. Vorzugsweise ist der elektromagnetische Sensor eingerichtet, eine zeitliche Veränderung des elektromagnetischen Feldes zu erfassen. Umfasst der elektromagnetische Sensor beispielsweise mindestens eine Spule, so induziert das zeitlich veränderliche elektromagnetische Feld einen zeitlich veränderlichen Strom in die Spule.
Vorzugsweise ist jeweils mindestens ein elektromagnetischer Sensor an der Registriervorrichtung und am Subjekt angeordnet.
Vorzugsweise definiert der elektromagnetische Feldgenerator den Referenzpunkt, zu dem die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts bestimmt werden.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts mit Hilfe einer magnetischen Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden unter Verwendung mindestens eines magnetischen Sensors der magnetischen Trackingvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte des Bereitstellens eines zeitlich variierenden Magnetfeldes durch einen Magnetfeldgenerator eines magnetischen Trackingsystems und des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden basierend auf dem Magnetfeld. Vorzugsweise ist der Magnetsensor eingerichtet, eine zeitliche Veränderung des Magnetfeldes zu erfassen.
Vorzugsweise umfasst der Magnetfeldgenerator einen Permanentmagneten und ist eingerichtet, den Permanentmagneten simultan um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse zu drehen, um das zeitlich veränderliche Magnetfeld zu erzeugen. Die zweite Drehachse schneidet die erste Drehachse an einem Schnittpunkt, der von einem Massenschwerpunkt des Dauermagneten versetzt ist.
Vorzugsweise umfasst der Magnetsensor einen riesenmagnetoresistiven Sensor, einen anisotropen magnetoresistiven Sensor oder einen Hall-Effekt-Sensor.
Vorzugsweise ist mindestens je ein Magnetsensor an der Registriervorrichtung und am Subjekt angeordnet.
Vorzugsweise definiert der Magnetfeldgenerator den Referenzpunkt, zu dem die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts bestimmt wird.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts unter Verwendung einer videobasierten Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden unter Verwendung mindestens eines Videomarkers der videobasierten Trackingvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Identifizierens des mindestens an der Registriervorrichtung angeordneten Videomarkers durch eine Videokamera eines videobasierten Trackingsystems und des Bestimmens der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden basierend auf dem Videomarker.
Vorzugsweise ist der Videomarker ein Barcode oder ein QR-Code.
Vorzugsweise ist mindestens je ein Videomarker an der Registriervorrichtung und am Subjekt angeordnet.
Vorzugsweise definiert die Videokamera den Referenzpunkt, zu dem die räumliche Position und/oder Orientierung der Registriervorrichtung und des Subjekts bestimmt wird.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Ausführens einer Oberflächen-Matching-Registrierung, wobei das Subjekt abhängig von den akzeptierten relevanten Oberflächenpunkten an der medizinischen Navigationsvorrichtung registriert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform hat die medizinische Navigationsvorrichtung virtuelle Bilddaten des Subjekts gespeichert, mit denen die relevanten Oberflächenpunkte für die Oberflächen-Matching-Registrierung gematcht werden. Zusätzlich hat die medizinische Navigationsvorrichtung virtuelle Bilddaten der Trackingvorrichtung gespeichert, die mit der getrackten Registriervorrichtung übereinstimmen. Somit stimmt bei perfekter Ausführung des Matchings die Anordnung der Registriervorrichtung zum Subjekt in der Realität mit der Anordnung des virtuellen Bildes der Registriervorrichtung zum virtuellen Bild des Subjekts überein.
Vorzugsweise wird die Oberflächen-Matching-Registrierung durchgeführt, wenn eine vorbestimmte Anzahl von relevanten Oberflächenpunkten akzeptiert wurde.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Verifizierens der Oberflächen-Matching-Registrierung durch Vergleichen einer realen Position der Registriervorrichtung im Hinblick auf das Subjekt mit einer virtuellen Position einer virtuellen Repräsentation der Registriervorrichtung im Hinblick auf einen Bilddatensatz des Subjekts.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt der Verifizierung von einer medizinischen Fachkraft, wie einem Chirurgen, durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Verifizierung ein einfach zu überprüfender Kontrollpunkt verwendet. Beispielsweise vergleicht der Benutzer die reale Position einer Spitze der Registriervorrichtung, insbesondere der Spitze einer stiftförmigen, berührungsbasierten Trackingvorrichtung, im Hinblick auf das Subjekt mit der virtuellen Position einer Spitze der virtuellen Repräsentation der Registriervorrichtung, insbesondere der Spitze der stiftförmigen, berührungsbasierten Trackingvorrichtung, im Hinblick auf den Bilddatensatz des Subjekts.
Bei dem Bilddatensatz des Subjekts handelt es sich vorzugsweise um ein digitales Modell des Subjekts, das weiter vorzugsweise vor dem Samplingverfahren vorbestimmt ist.
Die Position der Registriervorrichtung im realen Leben bezieht sich auf die Position der Registriervorrichtung im Vergleich zu einer physischen Anatomie des Subjekts, insbesondere eines Patienten.
Es sollte klargestellt werden, dass es nicht notwendig ist, dass ein bestimmter Oberflächenpunkt des Subjekts an einem bestimmten Ort, beispielsweise der Spitze der Registriervorrichtung, erfasst wurde.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt der Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts unter Verwendung einer berührungsbasierten Trackingvorrichtung.
Vorzugsweise erstreckt sich die berührungsbasierte Trackingvorrichtung von der Registriervorrichtung in einer Stiftform mit einer Spitze zum Kontaktieren der Oberfläche des Subjekts.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die berührungsbasierte Positionsbestimmung vorzugsweise zur Bestimmung weiterer Oberflächenpunkte verwendet. Somit können durch die berührungsbasierte Positionsbestimmung Oberflächenpunkte bestimmt werden, die durch die berührungslose Positionsbestimmung nur schwer oder gar nicht bestimmt werden können. So kann z.B. eine Position einer Oberfläche eines Kopfes relativ einfach durch eine berührungslose Positionsbestimmung bestimmt werden. Wenn jedoch Bereiche des Kopfes mit Haaren bedeckt sind, ist eine berührungslose Positionsbestimmung möglicherweise nicht geeignet. In diesem Fall kann eine berührungsbasierte Positionsbestimmung zur Bestimmung solcher Oberflächenpunkte verwendet werden.
Vorzugsweise ist die berührungsbasierte Trackingvorrichtung selbst in der Lage, bei Berührung des Subjekts an verschiedenen Oberflächenpunkten einen Gewebetyp des Subjekts zu bestimmen. So kann die berührungsbasierte Trackingvorrichtung bei der Berührung des Subjekts beispielsweise zwischen Knochen und Haut unterscheiden.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Umschaltens zwischen dem Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes unter Verwendung der berührungsbasierten Trackingvorrichtung und dem Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes unter Verwendung der berührungslosen Trackingvorrichtung abhängig von dem bestimmten Abstand zwischen der Registriervorrichtung und dem Oberflächenpunkt des Subjekts.
Mit anderen Worten, wenn die Registriervorrichtung in Kontakt mit dem Oberflächenpunkt kommt, wird automatisch die berührungsbasierte Positionsbestimmung verwendet. Um eine versehentliche berührungsbasierte Positionsbestimmung zu verhindern, muss sich die berührungsbasierte Trackingvorrichtung vorzugsweise für eine vorbestimmte Zeit in einem bestimmten Abstand zum Subjekt befinden, bevor die berührungsbasierte Positionsbestimmung aktiviert wird.
Vorzugsweise wird der Kontakt der berührungsbasierten Trackingvorrichtung mit der Oberfläche des Subjekts durch einen Berührungssensor erfasst. Erkennt der Berührungssensor einen Kontakt der berührungsbasierten Trackingvorrichtung mit der Oberfläche des Subjekts, insbesondere durch Detektion von Hautkontakt, wird eine Bestimmung mindestens eines Oberflächenpunktes des Subjekts ausgelöst.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Registriervorrichtung zur Registrierung eines Subjekts für ein medizinisches Navigationssystem bereitgestellt. Die Registriervorrichtung umfasst eine Gewebetyp-Identifikationseinheit, die zum Identifizieren eines Gewebetyps des Subjekts an mindestens einem Oberflächenpunkt eingerichtet ist, und eine Steuervorrichtung, die eingerichtet ist eine Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts zu bestimmen, einen Oberflächenregistrierungstyp für eine vorgesehene Prozedur an dem Subjekt abhängig von der vorgesehenen Prozedur zu bestimmen, wobei der Oberflächenregistrierungstyp mindestens einen relevanten Gewebetyp von mindestens einem Bereich des Subjekts umfasst, und den mindestens einen Oberflächenpunkt abhängig von dem identifizierten Gewebetyp und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp der vorgesehenen Prozedur zu validieren, wodurch eine Position mindestens eines relevanten Oberflächenpunktes und/oder mindestens eines nicht relevanten Oberflächenpunktes bestimmt wird, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt akzeptiert und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt verworfen wird.
Die Gewebetyp-Identifizierungseinheit kann alternativ nur eingerichtet sein, Informationen über den Gewebetyp zu sammeln, während eine zusätzliche externe Einheit eingerichtet ist, den Gewebetyp abhängig von den von der Gewebetyp-Identifizierungseinheit gesammelten Informationen zu identifizieren.
Alternativ kann die räumliche Position und/oder Ausrichtung der Registriervorrichtung durch ein Robotersystem bestimmt werden. Wenn der Näherungssensor an einem distalen Ende eines Roboteraktuators angebracht ist, kann die räumliche Position und/oder Ausrichtung aus der Pose des Robotersystems abgeleitet werden.
Die Registriervorrichtung ist z. B. als Handheld-Gerät ausgeführt. In einem weiteren Beispiel ist die Registriervorrichtung als Endoskop ausgeführt.
Vorzugsweise ist der Näherungssensor ein Laser-Triangulationssensor.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Registriervorrichtung eine Trackingvorrichtung, die eingerichtet ist, eine räumliche Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt zu bestimmen und einen Näherungssensor, der eingerichtet ist, einen Abstand zwischen der Registriervorrichtung und mindestens einem Oberflächenpunkt des Subjekts zu bestimmen. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, abhängig von der bestimmten räumlichen Position und/oder Orientierung und/oder Entfernung eine Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts zu bestimmen.
Vorzugsweise ist die räumliche Position des Näherungssensors zu der Trackingvorrichtung bekannt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trackingvorrichtung eine berührungslose Trackingvorrichtung, die eingerichtet ist, die Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts zu bestimmen.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trackingvorrichtung eine optische Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die optische Trackingvorrichtung mindestens einen optischen Marker, der eingerichtet ist, zum Bestimen der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Vorzugsweise umfasst das optische Trackingsystem eine optische Lichtquelle, die eingerichtet ist einen Lichtstrahl bereitzustellen und der mindestens eine lichtreflektierende Marker, der mindestens am Patienten angeordnet ist, ist zur Reflexion des Lichtstrahls der optischen Lichtquelle eingerichtet. Somit ist der mindestens eine optische Sensor eingerichtet, anhand des reflektierten Lichtstrahls die räumliche Position und/oder eine Orientierung der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt zu bestimmen.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trackingvorrichtung eine elektromagnetische Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die elektromagnetische Trackingvorrichtung mindestens einen elektromagnetischen Sensor, der eingerichtet ist, zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Vorzugsweise umfasst das elektromagnetische Trackingsystem einen elektromagnetischen Feldgenerator, der eingerichtet ist, ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld zu generieren. Somit ist der mindestens eine elektromagnetische Sensor, vorzugsweise ein elektromagnetisches Sensorarray, eingerichtet, anhand des elektromagnetischen Feldes die räumliche Position und/oder eine Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden zu bestimmen.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trackingvorrichtung eine magnetische Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die magnetische Trackingvorrichtung mindestens einen magnetischen Sensor, vorzugsweise ein magnetisches Sensorarray, der eingerichtet ist, zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Vorzugsweise umfasst das magnetische Trackingsystem einen Magnetfeldgenerator, der eingerichtet ist ein zeitlich variierendes Magnetfeld zu generieren. Somit ist der mindestens eine Magnetsensor eingerichtet, anhand des Magnetfeldes die räumliche Position und/oder eine Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden zu bestimmen.
Vorzugsweise umfasst der Magnetfeldgenerator einen Permanentmagneten und ist eingerichtet, den Permanentmagneten simultan um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse zu drehen. Die zweite Drehachse schneidet die erste Drehachse an einem Schnittpunkt, der von einem Massenschwerpunkt des Permanentmagneten versetzt ist.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trackingvorrichtung eine videobasierte Trackingvorrichtung.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die videobasierte Trackingvorrichtung mindestens einen Videosensor, der eingerichtet ist, zur Bestimmung der räumlichen Position und/oder einer Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Vorzugsweise umfasst das videobasierte Tracking-System mindestens einen scanbaren Marker, der an der Registriervorrichtung angeordnet ist. Somit ist der mindestens eine Videosensor eingerichtet, anhand des scanbaren Markers die räumliche Position und/oder eine Orientierung der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden zu bestimmen.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die elektromagnetische Trackingvorrichtung mindestens einen Sensor, insbesondere eine Spule und/oder einen Chip, der eingerichtet ist, die räumliche Position der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt mit mindestens 5 Freiheitsgraden zu bestimmen
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trackingvorrichtung eine berührungsbasierte Trackingvorrichtung, vorzugsweise einen Pointer, weiter bevorzugt zusätzlich zu der berührungslosen Trackingvorrichtung, der eingerichtet ist, die Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts zu bestimmen.
Die berührungsbasierte Trackingvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Soft-Touch.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die berührungsbasierte Trackingvorrichtung eingerichtet, einen Gewebetyp des bestimmten mindestens einen Oberflächenpunktes zu identifizieren.
Somit ist eine Trackingvorrichtung mit Mitteln zum berührungslosen Tracking und zum berührungsbasierten Tracking vorgesehen.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die Oberflächen-Matching-Registrierung zu verifizieren, indem eine reale Position der Registriervorrichtung im Hinblick auf das Subjekt mit einer virtuellen Position einer virtuellen Repräsentation der Registriervorrichtung im Hinblick auf einen Bilddatensatz des Subjekts verglichen wird.
Vorzugsweise wird die Oberflächen-Matching-Registrierung automatisch verifiziert. Vorzugsweise wird das Subjekt nach Abschluss des Matching-Prozesses zur Verifizierung mit der berührungsbasierten Trackingvorrichtung kontaktiert. In einer Ausführungsform basiert die Verifizierung der Oberflächen-Matching-Registrierung auf einem gemessenen Druck, der auf die Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung ausgeübt wird. In einem Fall, in dem sich die virtuelle Repräsentation der Registriervorrichtung im Hinblick auf den Bilddatensatz des Subjekts in einem Berührungspunkt trifft, wird der Druck bestimmt, der auf die Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung ausgeübt wird. Es wird erwartet, dass in einem solchen Fall die Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung in Kontakt mit dem Subjekt steht, wenn die Oberflächen-Matching-Registrierung genau ist. Folglich sollte an der Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung eine leichte Kraft oder ein leichter Druck messbar sein.
Somit wird der gemessene Druck an der Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung mit einem vorbestimmten Kraftbereich verglichen, vorzugsweise mit einer unteren Grenze von Null. Wenn bestimmt wird, dass keine Kraft auf die Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung ausgeübt wird, oder mit anderen Worten, dass die berührungsbasierte Trackingvorrichtung im wirklichen Leben nicht mit dem Subjekt in Kontakt ist, wird die Oberflächen-Matching-Registrierung automatisch nicht verifiziert. Wenn bestimmt wird, dass eine Kraft, die größer als der Kraftbereich ist, auf die Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung ausgeübt wird, oder mit anderen Worten, dass die berührungsbasierte Trackingvorrichtung nicht nur mit dem Subjekt in Kontakt steht, sondern im wirklichen Leben auf die Haut des Subjekts gedrückt wird, wird die Oberflächen-Matching-Registrierung nicht verifiziert. Eine Verifizierung ist jedoch vorzugsweise notwendig, um fortzufahren. Wenn also bestimmt wird, dass die an der Spitze der Trackingvorrichtung gemessene Kraft innerhalb des vorbestimmten Kraftbereichs liegt, wird die Oberflächen-Matching-Registrierung automatisch verifiziert.
Mit anderen Worten, ist die Steuervorrichtung eingerichtet, eine Kraft zu bestimmen, die auf eine Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung wirkt; zu bestimmen, dass die virtuelle Position der virtuellen Repräsentation der Registriervorrichtung im Hinblick auf den Bilddatensatz des Subjekts in einem Berührungspunkt zusammentrifft; die Kraft, die auf die Spitze der berührungsbasierten Trackingvorrichtung wirkt, mit einem vorbestimmten Kraftbereich zu vergleichen; und die Oberflächen-Matching-Registrierung zu verifizieren, wenn die bestimmte Kraft innerhalb des Kraftbereichs liegt, und die Oberflächen-Matching-Registrierung nicht zu verifizieren, wenn die bestimmte Kraft nicht innerhalb des Kraftbereichs liegt.
Darüber hinaus prüft die Steuervorrichtung vorzugsweise eine vorbestimmte Mindestanzahl von verglichenen Berührungspunkten und eine vorbestimmte Mindestdauer, während der die Registriervorrichtung in der zu prüfenden Position gehalten wird, bevor die Oberflächen-Matching-Registrierung verifiziert oder nicht verifiziert wird.
Alternativ dazu verifiziert eine medizinische Fachkraft, z. B. ein Chirurg, die Oberflächen-Matching-Registrierung. In einem solchen Fall erlaubt die Registriervorrichtung vorzugsweise nur dann eine manuelle Verifizierung durch die medizinische Fachkraft, wenn bestimmt wird, dass die Trackingvorrichtung in Kontakt mit dem Subjekt steht, z. B. indem festgestellt wird, dass eine Kraft auf die Spitze der Trackingvorrichtung ausgeübt wird, weil die Trackingvorrichtung in Kontakt mit dem Subjekt gehalten wird.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuervorrichtung eingerichtet, eine Oberflächen-Matching-Registrierung durchzuführen, bei der das Subjekt abhängig von den akzeptierten relevanten Oberflächenpunkten in der medizinischen Navigationseinrichtung registriert wird.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit eingerichtet, in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand zwischen der Registriervorrichtung und dem Oberflächenpunkt des Subjekts zwischen der Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes mittels der berührungsbasierten Trackingvorrichtung und der Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes mittels der berührungslosen Trackingvorrichtung umzuschalten.
Somit kann die Erfassung der Oberflächengeometrie eines Subjekts verbessert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein chirurgisches Navigationssystem für die computerunterstützte Chirurgie bereitgestellt, wobei das System eine Registriervorrichtung, wie sie hier beschrieben ist, umfasst.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das, wenn es auf einem Computer läuft oder auf einen Computer geladen wird, den Computer veranlasst, die Verfahrensschritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Ferner wird ein Programmspeichermedium bereitgestellt, auf dem das Programm gespeichert ist. Ferner ist ein Computer vorgesehen, der mindestens einen Prozessor und einen Speicher und/oder das Programmspeichermedium umfasst, wobei das Programm auf dem Computer abläuft oder in den Speicher des Computers geladen wird. Es wird eine Signalwelle oder eine digitale Signalwelle bereitgestellt, die Informationen trägt, die das Programm repräsentieren. Ein Datenstrom, der das Programm repräsentiert, wird bereitgestellt.
Zum Beispiel das oben erwähnte Programm, das zum Beispiel Codemittel umfasst, die geeignet sind, einige oder alle Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt auszuführen. Ein auf einem Datenträger gespeichertes Computerprogramm ist eine Datei, und wenn die Datei ausgelesen und übertragen wird, wird sie zu einem Datenstrom, beispielsweise in Form eines (physikalischen, beispielsweise elektrischen, beispielsweise technisch erzeugten) Signals. Das Signal kann als die hier beschriebene Signalwelle realisiert werden. Beispielsweise ist das Signal, beispielsweise die Signalwelle, zur Übertragung über ein Computernetzwerk, beispielsweise LAN, WLAN, WAN, beispielsweise das Internet, ausgebildet. Die Erfindung gemäß dem zweiten Aspekt kann sich daher alternativ oder zusätzlich auf einen Datenstrom beziehen, der das vorgenannte Programm repräsentiert.
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf ein nicht-transitorisches computerlesbares Programmspeichermedium gerichtet, auf dem das hier beschriebene Programm gespeichert ist.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die Hintergrunderklärungen geben und spezifische Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf die im Zusammenhang mit den Figuren offenbarten spezifischen Merkmale beschränkt, wobei

1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Registriervorrichtung, die vor einem Subjekt angeordnet ist;
3 zeigt schematisch eine virtuelle Repräsentation der Registriervorrichtung, die vor einem Bilddatensatz eines Subjekts angeordnet ist;
4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung; und
5 zeigt schematisch eine Registriervorrichtung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Sampeln von relevanten Oberflächenpunkten eines Subjekts 20 für ein medizinisches Navigationssystem. In Schritt Z1 wird ein Oberflächenregistrierungstyp R für eine vorgesehene Prozedur P an dem Subjekt bestimmt, basierend auf der vorgesehenen Prozedur P. Zum Beispiel ist die vorgesehene Prozedur P eine Neurochirurgie. Somit ist der Oberflächenregistrierungstyp R bestimmt, eine Gesichtsregistrierung zu sein.
In Schritt Z2 richtet ein Benutzer, insbesondere ein medizinischer Experte, eine Registriervorrichtung 10 zur Registrierung des Subjekts 20 auf das Subjekt 20. Bei dem Subjekt 20 handelt es sich in diesem Fall um die Autonomie eines Patienten. Zu Beginn wird eine berührungslose Punkterfassung zur Bestimmung einer Position von mehreren Oberflächenpunkten 21, 22 des Subjekts 20 durchgeführt. Die Bestimmung der Oberflächenpunkte 21, 22 erfolgt beispielsweise durch eine kontinuierliche Messung, vorzugsweise so lange, wie eine Taste der Registriervorrichtung 10 vom Benutzer gedrückt wird. Durch den Messvorgang wird eine Vielzahl von Bildern des Subjekts 20 bestimmt.
Im Schritt Z3 werden für jedes bestimmte Bild folgende Messungen durchgeführt. Zuerst wird eine räumliche Position X und/oder Orientierung O der Registriervorrichtung 10 relativ zum Subjekt 20 bestimmt. Vorzugsweise wird die räumliche Position X und/oder die Orientierung O mit fünf bis sechs Freiheitsgraden bestimmt. Zweitens wird ein Abstand d zwischen der Registriervorrichtung 10 und den gemessenen Oberflächenpunkten 21, 22 auf dem Subjekt 20 bestimmt. Drittens werden messbare Eigenschaften der Oberfläche des Subjekts, insbesondere für jeden gemessenen Oberflächenpunkt 21, 22, sogenannte Eigenschaftsmessungen, bestimmt. Zum Beispiel ist die Farbe des Subjekts 20 an einem bestimmten Oberflächenpunkt 21, 22 ein solches Eigenschaftsmaß. In diesem Fall werden die messbaren Eigenschaften mit einer Kamera (nicht dargestellt) gemessen.
In Schritt Z4 werden die Oberflächenpunkte 21, 22, insbesondere die Oberflächenkoordinaten, durch Kombination der räumlichen Position X und/oder der Orientierung O der Registriervorrichtung 10 mit dem Abstand d der Registriervorrichtung 10 zum Subjekt 20 berechnet.
In Schritt Z5 wird für jeden der gemessenen Oberflächenpunkte 21, 22 basierend auf den bestimmten Eigenschaftsmessungen ein Gewebetyp T der Oberfläche des Subjekts bestimmt. Ist beispielsweise einem gemessenen Oberflächenpunkt 21, 22 die Eigenschaftsmessung der Farbe Grün zugeordnet, so ist der ermittelte Gewebetyp T ein Operationsabdecktuch. Solche Assoziationen werden vorzugsweise auf der Grundlage des Vergleichs gemessener Werte von Eigenschaftsmessungen mit bekannten, bereits assoziierten gespeicherten Werten von Eigenschaftsmessungen durchgeführt.
In Schritt Z6 werden die Oberflächenpunkte 21, 22 mit dem Gewebetyp T verknüpft, der auf der Grundlage der den Oberflächenpunkten 21, 22 zugeordneten Eigenschaftsmessungen bestimmt wurde.
In Schritt Z7 werden die Oberflächenpunkte 21, 22 validiert. Abhängig von der vorgesehenen Prozedur P, insbesondere dem bestimmten Registrierungstyp R, werden nicht relevante Oberflächenpunkte 22, die für die vorgesehene Prozedur P als nicht relevant angesehen werden, verworfen und relevante Oberflächenpunkte, die für die vorgesehene Prozedur P als relevant angesehen werden, akzeptiert. Handelt es sich bei der vorgesehenen Prozedur P beispielsweise um eine neurochirurgische Behandlung, so wird der Oberflächenregistrierungstyp R als Gesichtsregistrierung bestimmt. Somit ist ein relevanter Gewebetyp die Haut. Basierend auf der gemessenen Farbe der Oberflächenpunkte 21, 22 wird einer der Oberflächenpunkte 21, 22 mit der Farbe der Haut dem Gewebetyp Haut zugeordnet und somit ein relevanter Oberflächenpunkt 21 bestimmt. Ein weiterer der Oberflächenpunkte 21, 22 ist der Farbe Braun zugeordnet. Somit wird der Gewebetyp T dieses Oberflächenpunktes als Haar bestimmt, was für die vorgesehene Prozedur P nicht relevant ist. Ein solcher Oberflächenpunkt wird als nicht relevanter Oberflächenpunkt 22 angesehen und verworfen.
In Schritt Z8 wird entschieden, ob weitere Oberflächenpunkte 21, 22 für eine bessere Erfassung des Subjekts 20 gewünscht sind. Sind weitere Oberflächenpunkte 21, 22 erwünscht, springt das Verfahren zu Schritt Z9. Andernfalls springt das Verfahren zu Schritt Z10.
In Schritt Z9 werden zusätzliche Oberflächenpunkte 21, 22 mittels berührungsbasierter Punkteerfassung erfasst. In diesem Fall können Bereiche des Gesichts des Patienten, die durch Haare verdeckt sind, durch eine berührungsbasierte Punktaufnahme umgangen und somit direkt bestimmt werden. Die Messung der Oberflächenpunkte 21, 22 wird manuell, z.B. durch Tastendruck an der Registriervorrichtung 10 und/oder automatisch durch Gewebekontakt ausgelöst.
In Schritt Z10 wird eine Oberflächen-Matching-Registrierung durchgeführt, bei der das Subjekt 20 an der medizinischen Navigationsvorrichtung registriert wird. Das medizinische Navigationsgerät hat einen Bilddatensatz 40 des Subjekts 20 gespeichert, der eine virtuelle Repräsentation des Subjekts 20 darstellt. Dieser Bilddatensatz 40 wird mit den gemessenen relevanten Oberflächenpunkten 21 gematcht. Somit wird die Registriervorrichtung 10, die von der Trackingvorrichtung 11a, 11b getrackt wird, mit einer virtuellen Repräsentation 30 der Registriervorrichtung gematcht.
In Schritt Z11 wird die Oberflächen-Matching-Registrierung verifiziert. Dabei wird die Position der Registriervorrichtung 10 mit einer Position der virtuellen Repräsentation 30 der Registriervorrichtung im Hinblick auf den Bilddatensatz 40 verglichen. Zum Beispiel wird eine Spitze 12 der Registriervorrichtung 10 an die Nasenspitze des Subjekts 20 gehalten. Im Idealfall ist die virtuelle Repräsentation 30 der Registriervorrichtung in Kontakt mit der Nasenspitze im Bilddatensatz 40. Der Benutzer kann dann entscheiden, ob das Matching-Verfahren für die vorgesehene Prozedur P genau genug ist.
2 zeigt schematisch eine Registriervorrichtung 10, die vor einem Subjekt 20 angeordnet ist. Das Subjekt 20 ist der Kopf 23 eines Patienten mit Haaren 24. Der Kopf 23 des Subjekts 20 soll für ein medizinisches Navigationssystem gesampelt werden.
Dazu wird eine Registriervorrichtung 10 verwendet. Die Registriervorrichtung 10 umfasst eine Trackingvorrichtung 11, einen Näherungssensor 13, ein Steuergerät (nicht dargestellt) und eine Gewebetyp-Identifikationseinheit (nicht dargestellt).
Die Trackingvorrichtung 11 umfasst eine berührungslose Trackingvorrichtung 11a, die in diesem Fall eine elektromagnetische Trackingvorrichtung mit mindestens einer Spule C1 ist, und eine berührungsbasierte Trackingvorrichtung 11b, die in diesem Fall ein stiftförmiger Pointer mit mindestens einer Spule C2 ist. Die Spulen C1, C2 ermöglichen eine Trackingvorrichtung mit fünf Freiheitsgraden, d.h. die Bestimmung einer räumlichen Position X und/oder Orientierung O der Registriervorrichtung 10. Die berührungsbasierte Trackingvorrichtung 11b umfasst eine Spitze 12.
Der Näherungssensor 13 umfasst einen Laser 13a und einen CCD-Sensor 13b, die zur Bestimmung eines Abstands d zwischen der Registriervorrichtung 10 und verschiedenen Oberflächenpunkten 21, 22 des Subjekts 20 eingerichtet sind.
Wie man sieht, können die Oberflächenpunkte, die sich auf die Haare 24 beziehen, als nicht relevante Oberflächenpunkte 22 angesehen werden und sollten beim Sampeln der relevanten Oberfläche des Subjekts 20 nicht berücksichtigt werden. Die Oberflächenpunkte, die sich auf den Kopf 23 beziehen, sollten dagegen als relevante Oberflächenpunkte 21 angesehen werden und beim Sampeln der relevanten Oberfläche des Subjekts 20 berücksichtigt werden.
3 zeigt schematisch eine virtuelle Repräsentation 30 der Registriervorrichtung 10, die vor einem Bilddatensatz 40 eines Subjekts 20 angeordnet ist. Diese Darstellung entspricht den in einem medizinischen Navigationssystem gespeicherten Daten. Im Vergleich zum realen Subjekt 20 mit Kopf 23 und Haaren 24 enthält der Bilddatensatz 40 des Subjekts 20 nur die für die vorgesehene Prozedur P relevanten Informationen, in diesem Fall den Kopf 23. Idealerweise umfasst das Sampeln des Subjekts 20 nur relevante Oberflächenpunkte 21 des Subjekts 20. Somit kann die Genauigkeit einer Oberflächen-Matching-Registrierung verbessert werden.
Zur Verifizierung der Oberflächen-Matching-Registrierung sollte eine Position einer Spitze 32 der Darstellung 30 der Registriervorrichtung 10 im Vergleich zur Position des gespeicherten Bilddatensatzes 40 mit der Position der Spitze 12 der Registriervorrichtung 10 im Vergleich zur Position des Subjekts 20 übereinstimmen.
4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Sampeln von relevanten Oberflächenpunkten eines Subjekts 20 für ein medizinisches Navigationssystem. Das Verfahren umfasst einen Schritt S1 zum Bestimmen eines Oberflächenregistrierungstyps für eine vorgesehene Prozedur an dem Subjekt, abhängig von der vorgesehenen Prozedur, wobei der Oberflächenregistrierungstyp mindestens einen relevanten Gewebetyp von mindestens einem Bereich des Subjekts umfasst. In Schritt S2 wird unter Verwendung einer Registriervorrichtung 10 mindestens ein Oberflächenpunkt 21, 22 des Subjekts 20 bestimmt. Anschließend wird in Schritt S3 ein Gewebetyp des Subjekts 20 an dem bestimmten mindestens einen Oberflächenpunkt 21, 22 identifiziert. In Schritt S4 wird der mindestens eine Oberflächenpunkt 21, 22 abhängig von dem identifizierten Gewebetyp und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp der vorgesehenen Prozedur validiert, wodurch eine Position von mindestens einem relevanten Oberflächenpunkt 21 und/oder mindestens einem nicht relevanten Oberflächenpunkt 22 bestimmt wird, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt 21 akzeptiert und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt 22 verworfen wird.
5 zeigt schematisch eine Registriervorrichtung 10. Die Registriervorrichtung 10 zur Registrierung eines Subjekts 20 für ein medizinisches Navigationssystem umfasst eine Trackingvorrichtung 11, einen Näherungssensor 13, eine Gewebetyp-Identifikationseinheit 14 und eine Steuervorrichtung 15.
Die Trackingvorrichtung 11 ist eingerichtet, eine räumliche Position X und/oder eine Ausrichtung O der Registriervorrichtung relativ zum Subjekt 20 zu bestimmen, und ist eingerichtet, die räumliche Position X und/oder die Ausrichtung O an die Steuervorrichtung 15 zu liefern. Der Näherungssensor 13 ist dazu eingerichtet, einen Abstand d zwischen der Registriervorrichtung 10 und mindestens einem Oberflächenpunkt 21, 22 des Subjekts 20 zu bestimmen und ist dazu eingerichtet, den Abstand d an die Steuervorrichtung 15 zu liefern. Die Gewebetyp-Identifikationseinheit 14 ist eingerichtet, einen Gewebetyp T des Subjekts 20 an mindestens einem Oberflächenpunkt 21, 22 zu identifizieren, und ist eingerichtet, den Gewebetyp T an die Steuervorrichtung 15 zu liefern.
Zusätzlich ist der Steuervorrichtung 15 eine vorgesehene Prozedur P bekannt, d.h. welcher Eingriff an dem Subjekt 20 geplant ist und für den eine medizinische Navigation benötigt wird.
Die Steuervorrichtung 15 ist eingerichtet zum Bestimmen einer Position mindestens eines Oberflächenpunktes 21, 22 des Subjekts 20 abhängig von der bestimmten räumlichen Position X und/oder Orientierung O und/oder Entfernung d, zum Bestimmen eines Oberflächenregistrierungstyps R für die vorgesehene Prozedur P an dem Subjekt 20 abhängig von der vorgesehenen Prozedur P, wobei der Oberflächenregistrierungstyp R mindestens einen relevanten Gewebetyp mindestens eines Bereichs des Subjekts 20 umfasst, und Validieren des mindestens einen Oberflächenpunktes 21, 22 abhängig von dem identifizierten Gewebetyp T und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp R der vorgesehenen Prozedur P, wodurch eine Position von mindestens einem relevanten Oberflächenpunkt 21 und/oder mindestens einem nicht relevanten Oberflächenpunkt 22 bestimmt wird, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt 21 akzeptiert und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt 22 verworfen wird.
Die Steuervorrichtung 15 umfasst vorzugsweise eine Bestimmungseinheit 15a und eine Entscheidungseinheit 15b. Die Bestimmungseinheit 15a ist eingerichtet zum Bestimmen des mindestens einen Oberflächenpunktes 21, 22 des Subjekts 20 abhängig von der bestimmten räumlichen Position X und/oder Orientierung O und/oder Entfernung d, zum Bestimmen eines Oberflächenregistrierungstyps R für die vorgesehene Prozedur P am Subjekt 20 abhängig von der vorgesehenen Prozedur P. Somit liefert die Bestimmungseinheit 15a den Gewebetyp T, die mindestens einen Oberflächenpunkte 21, 22 und den Registrierungstyp R an die Entscheidungseinheit 15b. Die Entscheidungseinheit 15b ist eingerichtet, den mindestens einen Oberflächenpunkt 21, 22 abhängig von dem identifizierten Gewebetyp T und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp R der vorgesehenen Prozedur P zu validieren und dadurch eine Position von mindestens einem relevanten Oberflächenpunkt 21 und/oder mindestens einem nicht relevanten Oberflächenpunkt 22 zu bestimmen, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt 21 akzeptiert und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt 22 verworfen wird.

Claims

Verfahren zum Sampeln relevanter Oberflächenpunkte eines Subjekts (20) für ein medizinisches Navigationssystem, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen (S1) eines Oberflächenregistrierungstyps für eine vorgesehene Prozedur (P) an dem Subjekt (20) in abhängig von der vorgesehenen Prozedur (P), wobei der Oberflächenregistrierungstyp mindestens einen relevanten Gewebetyp von mindestens einem Bereich des Subjekts (20) umfasst; Bestimmen (S2) einer Position mindestens eines Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) unter Verwendung einer Registriervorrichtung (10); Identifizieren (S3) eines Gewebetyps des Subjekts (20) an dem bestimmten mindestens einen Oberflächenpunkt (21, 22); und Validieren (S4) des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) abhängig von dem identifizierten Gewebetyp und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp der vorgesehenen Prozedur (P), wodurch eine Position mindestens eines relevanten Oberflächenpunktes (21) und/oder mindestens eines nicht relevanten Oberflächenpunktes (22) bestimmt wird, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt (21) akzeptiert wird und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt (22) verworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen (S2) der Position des mindestens eines Oberflächenpunktes (21, 22) ein Bestimmen einer räumlichen Position (X) und/oder Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zu dem Subjekt (20) und ein Bestimmen des Abstandes (d) zwischen der Registriervorrichtung (10) und dem Oberflächenpunkt (21, 22) des Subjekts (20) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Identifizieren des Gewebetyps des Subjekts (20) ein Bestimmen von Eigenschaftsmessungen des Subjekts (20) und ein Vergleichen der bestimmten Eigenschaftsmessung des Subjekts (20) mit vorbestimmten Eigenschaftswerten, die mit verschiedenen Gewebetypen verknüpft sind, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschaftsmessungen Strahlungsabschwächung, Farbe, spektrale Absorption, Raman-Spektroskopie und/oder Fluoreszenz umfassen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (S2) der Position des mindestens eines Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) und das Identifizieren (S3) des Gewebetyps des Subjekts (20) an dem bestimmten mindestens einen Oberflächenpunkt (21, 22) simultan für jeden Oberflächenpunkt (21, 22) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: Bestimmen (S2) der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (22) unter Verwendung einer berührungslosen Trackingvorrichtung (11 a).
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: Bestimmen (S2) der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (22) unter Verwendung einer optischen Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend den Schritt: Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zum Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden, unter Verwendung mindestens eines optischen Markers der optischen Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: Bestimmen (S2) der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (22) unter Verwendung einer elektromagnetischen Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend den Schritt: Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zu dem Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden, unter Verwendung mindestens eines elektromagnetischen Sensors, insbesondere einer Spule oder eines Chips, der elektromagnetischen Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: Bestimmen (S2) der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (22) unter Verwendung einer magnetischen Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend den Schritt: Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zu dem Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden, unter Verwendung mindestens eines magnetischen Sensors, insbesondere eines Chips, der magnetischen Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt: Bestimmen (S2) der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (22) unter Verwendung einer videobasierten Trackingvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend den Schritt: Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zum Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden, unter Verwendung mindestens eines Videomarkers der videobasierten Trackingvorrichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: Ausführen einer Oberflächen-Matching-Registrierung, Registrieren des Subjekts (20) an der medizinischen Navigationsvorrichtung, abhängig von den akzeptierten relevanten Oberflächenpunkten (21).
Verfahren nach Anspruch 15, das den Schritt umfasst: Verifizieren der Oberflächen-Matching-Registrierung durch Vergleichen einer realen Position der Registriervorrichtung (10) im Hinblick auf das Subjekt (20) mit einer virtuellen Position einer virtuellen Repräsentation (30) der Registriervorrichtung (10) im Hinblick auf einen Bilddatensatz (40) des Subjekts (20).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) unter Verwendung einer berührungsbasierten Trackingvorrichtung (11b).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: Umschalten zwischen dem Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) unter Verwendung der berührungsbasierten Trackingvorrichtung (11 b) und dem Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) unter Verwendung der berührungslosen Trackingvorrichtung (11a) in Abhängigkeit von dem bestimmten Abstand (d) zwischen der Registriervorrichtung (10) und dem Oberflächenpunkt (21, 22) des Subjekts (20).
Registriervorrichtung (10) zur Registrierung eines Subjekts (20) für ein medizinisches Navigationssystem, umfassend: eine Gewebetyp-Identifikationseinheit (14), die eingerichtet ist, einen Gewebetyp (T) des Subjekts (20) an mindestens einem Oberflächenpunkt (21, 22) zu identifizieren; und eine Steuervorrichtung (15), die eingerichtet ist, eine Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) zu bestimmen, einen Oberflächenregistrierungstyp (R) für eine vorgesehene Prozedur (P) an dem Subjekt (20) abhängig von der vorgesehenen Prozedur (P) zu bestimmen, wobei der Oberflächenregistrierungstyp (R) mindestens einen relevanten Gewebetyp von mindestens einem Bereich des Subjekts (20) umfasst, und den mindestens einen Oberflächenpunkt (21, 22) abhängig von dem identifizierten Gewebetyp (T) und dem bestimmten Oberflächenregistrierungstyp (R) der vorgesehenen Prozedur (P) zu validieren, wodurch eine Position von mindestens einem relevanten Oberflächenpunkt (21) und/oder mindestens einem nicht relevanten Oberflächenpunkt (22) bestimmt wird, wobei der mindestens eine relevante Oberflächenpunkt (21) akzeptiert wird und der mindestens eine nicht relevante Oberflächenpunkt (22) verworfen wird.
Registriervorrichtung (10) nach Anspruch 19, umfassend: eine Trackingvorrichtung (11), die eingerichtet ist eine räumliche Position (X) und/oder eine Ausrichtung (O) der Registriervorrichtung relativ zu dem Subjekt (20) zu bestimmen; und einen Abstandssensor (13), der eingerichtet ist, einen Abstand (d) zwischen der Registriervorrichtung (10) und mindestens einem Oberflächenpunkt (21, 22) des Subjekts (20) zu bestimmen; wobei die Steuervorrichtung (15) eingerichtet ist, eine Position mindestens eines Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) abhängig von der bestimmten räumlichen Position (X) und/oder Orientierung (O) und/oder Entfernung (d) zu bestimmen.
Die Registriervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Trackingvorrichtung (11) eine berührungslose Trackingvorrichtung (11a) umfasst, die eingerichtet ist, die Position des mindestens einen Oberflächenpunktes des Subjekts zu bestimmen.
Registriervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die berührungslose Trackingvorrichtung eine optische Trackingvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, zur Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) verwendet zu werden.
Die Registriervorrichtung nach Anspruch 22, wobei die optische Trackingvorrichtung umfasst: mindestens einen optischen Marker, der eingerichtet ist, die räumliche Position (X) und/oder eine Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zum Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Registriervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Trackingvorrichtung eine elektromagnetische Trackingvorrichtung umfasst, die zum Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) verwendet wird.
Registriervorrichtung nach Anspruch 24, wobei die elektromagnetische Trackingvorrichtung umfasst: mindestens einen elektromagnetischen Sensor, insbesondere eine Spule oder einen Chip, der eingerichtet ist, zum Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zu dem Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Die Registriervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Trackingvorrichtung eine magnetische Trackingvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, zum Bestimmen der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (22) verwendet zu werden.
Registriervorrichtung nach Anspruch 26, wobei die magnetische Trackingvorrichtung mindestens einen magnetischen Sensor, insbesondere einen Chip, umfasst, der eingerichtet ist, zum Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zu dem Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Registriervorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Trackingvorrichtung eine videobasierte Trackingvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, zur Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) verwendet zu werden.
Die Registriervorrichtung nach Anspruch 28, wobei die videobasierte Trackingvorrichtung mindestens einen Videomarker umfasst, der eingerichtet ist, zum Bestimmen der räumlichen Position (X) und/oder einer Orientierung (O) der Registriervorrichtung (10) relativ zu dem Subjekt (20) mit mindestens 5 Freiheitsgraden verwendet zu werden.
Registriervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei die Trackingvorrichtung (11) eine berührungsbasierte Trackingvorrichtung (11b) umfasst, die eingerichtet ist, die Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) des Subjekts (20) zu bestimmen.
Die Registriervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 30, wobei die Steuervorrichtung (15) eingerichtet ist, die Oberflächen-Matching-Registrierung zu verifizieren, indem eine reale Position der Registriervorrichtung (10) im Hinblick auf das Subjekt (20) mit einer virtuellen Position einer virtuellen Repräsentation (30) der Registriervorrichtung (10) in Hinblick auf einen Bilddatensatz (40) des Subjekts (20) verglichen wird.
Die Registriervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 31, wobei die Steuervorrichtung (15) eingerichtet ist, eine Oberflächen-Matching-Registrierung durchzuführen, die das Subjekt (20) abhängig von den akzeptierten relevanten Oberflächenpunkten (21) an der medizinischen Navigationseinrichtung registriert.
Die Registriervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 32, wobei die Steuereinheit (15) eingerichtet ist zwischen der Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) unter Verwendung der berührungsbasierten Trackingvorrichtung (11 b) und der Bestimmung der Position des mindestens einen Oberflächenpunktes (21, 22) unter Verwendung der berührungslosen Trackingvorrichtung (11 a) abhängig von dem bestimmten Abstand (d) zwischen der Registriervorrichtung (10) und dem Oberflächenpunkt (21, 22) des Subjekts (20) umzuschalten.
Chirurgisches Navigationssystem für die computerunterstützte Chirurgie, wobei das System eine Registriervorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 33 umfasst.
Programm, das, wenn es auf einem Computer läuft oder auf einen Computer geladen wird, den Computer veranlasst, die Verfahrensschritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen; und/oder ein Programmspeichermedium, auf dem das Programm gespeichert ist; und/oder einen Computer mit mindestens einem Prozessor und einem Speicher und/oder dem Programmspeichermedium, wobei das Programm auf dem Computer abläuft oder in den Speicher des Computers geladen ist; und/oder eine Signalwelle oder eine digitale Signalwelle, die Informationen trägt, die das Programm darstellen; und/oder einen Datenstrom, der für das Programm repräsentativ ist.