DE60036442T2

DE60036442T2 - Verfahren zur Justierung bzw. Rejustierung medizinischer Bilder auf einem Patienten, sowie zugeordnete Vorrichtung

Info

Publication number: DE60036442T2
Application number: DE60036442T
Authority: DE
Inventors: Stephane Lavallee; Sebastien Schmerber
Original assignee: Perception Raisonnement Action en Medecine
Current assignee: MinmaxMedical SAS
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: DE60036442D1; EP1088525A1; ATE373450T1; US6491700B1; EP1088525B1; FR2799112A1; FR2799112B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Erzeugung medizinischer Bilder zur Anwendung in der computerunterstützten Chirurgie.
Eine herkömmliche Apparatur zur Verwendung für die computergestützte Chirurgie, oder genauer: für die computergestützten medizinisch-chirurgischen Handlungen, umfasst ein dreidimensionales Lokalisierungssystem, welches die Lagen und räumlichen Ausrichtungen von auf Instrumenten, Zeigern, Messfühlern oder anatomischen Strukturen angebrachten Markierungsmitteln bestimmt, wobei das Lokalisierungssystem optisch, magnetisch, mechanisch, ein Ultraschallsystem, ein Inertialsystem usw. sein kann.
Bei dieser Art von chirurgischer Intervention oder Eingriff nimmt man vor dem Eingriff dreidimensionale medizinische Bilder des zu operierenden Patienten auf. Diese Bilder können mehrere Tage vor dem Eingriff aufgenommen werden und sie werden in dem Saal hergestellt, wo sich die Apparatur zur medizinischen Bildaufnahme befindet (Scanner, Magnetresonanz-IRM-Anlage usw.). Bei der chirurgischen Intervention kann man auf einem Bildschirm gleichzeitig die voraufgezeichneten Bilder und die Lage eines auf den Patienten einwirkenden chirurgischen oder Interventionswerkzeugs beobachten. Man muss daher die voraufgezeichneten Bilder in das Operations-Bezugssystem übertragen. In anderen Worten: Man muss das Bezugssystem bzw. den Bezugsrahmen der voraufgezeichneten Bilder mit einem mit dem Patienten verbundenen Bezugssystem bzw. Bezugsrahmen justieren bzw. rejustieren.
Hierfür stellt man herkömmlicherweise eine Korrespondenz spezieller Punkte des Patienten oder materieller Strukturen mit denselben in den voraufgezeichneten Bildern justierten Punkten oder Strukturen her. Außerdem möchte man, auch wenn diese Korrespondenz einmal hergestellt ist, sie wiederauffinden können, wenn sich der Patient bewegt, wenn er verlagert wird oder bei einer sonstigen anderweitigen Intervention. Hierzu befestigt man auf oder an dem Patienten einen Bezugskörper, dessen von dem Lokalisierungssystem verfolgte Bewegungen bestimmt und zur Rejustierung der voraufgezeichneten Bilder auf den Patienten verwendet werden.
Es sind verschiedene Mittel zur Befestigung von Bezugskörpern möglich.
Die Amerikanische Patentschrift 5 474 564 beschreibt eine aus zwei Bögen gebildete Vorrichtung, welche eine nasale Auflage bzw. Abstützung sowie Auflagen bzw. Abstützungen auf dem Augenbrauen- bzw. Augenwimpernbogen aufweist.
Die Amerikanische Patentschrift 4 617 925 beschreibt einen zur Bestimmung der Lage von Strukturen des Gehirns eines Patienten bestimmten Adapter, der mehrere Auflagen bzw. Stützen aufweist, von welchen eine sich an die Ohren des Patienten anpasst.
In der Neurochirurgie und in der Gehirnradiotherapie verwenden bekannte Systeme einen um den Schädel angelegten Ring, auf welchem für das Lokalisierungssystem sichtbare Markierungen installiert sind. Es handelt sich im allgemeinen um verhältnismäßig leichte sogenannte stereotaxische Rahmen, deren Befestigung mittels Festschnallen um den Kopf oder durch Befestigung in der Schädeldecke erfolgt.
In der ORL- bzw. ENT-Chirurgie verwenden bekannte Systeme einen nachgiebig-biegsamen Helm, welcher den Kopf des Patienten umschließt und den man global um den Kopf festschnallt, sowie Systeme unter Verwendung einer nasalen Abstützung bzw. Auflage und von in die Ohren eingesetzten Kontakten bzw. Klemmen. Diese beiden Arten von Systemen bieten keine gute Stabilität und Beständigkeit über die Zeit und können beträchtliche Ungenauigkeiten verursachen, insbesondere wenn sie abgenommen und an dem Patienten neu montiert werden.
In der orthopädischen Chirurgie ist es bekannt, in dem operierten Knochen Bolzen bzw. Stangen mit Schrauben anzubringen, an welchen dann die Markiermittel befestigt werden; speziell in der Rückgrat- bzw. Wirbelsäulenchirurgie bringt man im allgemeinen eine Klemme mit Spannbacken an, die man dann an den Dornfortsätzen der operierten Wirbel festklemmt. Sodann werden auf diesen Klemmorganen Markiermittel installiert. Diese Befestigungen sind starr und invasiv.
Keine dieser Befestigungsvorrichtungen bringt den Bezugskörper zur Einnahme einer vorbestimmten Stellung mit der anatomischen Struktur des Patienten und zur Rejustierung des Bezugssystems der voretablierten dreidimensionalen Bilder, mit dem Bezug des Markiermittels muss man einerseits die Stellung des Bezugskörpers relativ bezüglich dem Patienten finden und andererseits die anatomischen Strukturen des Patienten bezüglich dem Bezugssystem des Bezugskörpers rejustieren. Dies hat den Nachteil, eine Ortung bzw. Lokalisierung anatomischer Punkte des Patienten zu erfordern, und kann Quelle von Fehlern sein. Außerdem, wenn man aus irgendeinem Grund die Befestigungsvorrichtung von dem Patienten lösen muss, wird es erforderlich, diese anfängliche Lokalisierungsortung anatomischer Punkte des Patienten erneut durchzuführen, um die neue Beziehung zwischen der Stellung der neuen Lage der Befestigungsvorrichtung und der anatomischen Struktur des Patienten zu bestimmen.
Im übrigen kennt man Befestigungsvorrichtungen, welche der Form der anatomischen Strukturen folgen.
So hat man in der allgemeinen Radiotherapie anatomische Matratzen verwendet, welche sich der Körperform des Patienten anpassen; diese Matratzen, beispielsweise thermoaufblasbare Matratzen, haben neben der Unbequemlichkeit, die sie verursachen, in der Praxis nur eine mäßige Genauigkeit.
Man kennt auch die Verwendung von Formen oder Modellen nach Maß für jeden Patienten, derart dass sie beispielsweise mit der äußeren Form einer auf medizinischen Bildern dieser Struktur definierten anatomischen Struktur zusammenfallen. Diese Lösung hat den Nachteil, dass sie die Verfertigung eines individuellen Modells für jeden Patienten erfordert, was schwer zu realisieren ist und die Kosten erhöht.
Man hat auch Dentalformkörper verwendet, welche sich auf dem Kinnbacken bzw. Kiefer des Patienten befestigen; an diesen Formkörpern werden Markiermittel befestigt, welche die Ortung und Bestimmung der Lage der Formkörper durch das Lokalisierungssystem gestatten. Auch diese Lösung hat den Nachteil, dass sie eine individuelle Formgebungsbehandlung für jeden Patienten erfordert. Außerdem ist ein Nachteil dieses Systems, dass der Dentalformkörper während der ganzen Verwendung des Systems auf die Zähne gepresst gehalten werden muss, und im übrigen kann die Sperrigkeit und der Platzbedarf dieser Formkörper für bestimmte Arten von Chirurgie (beispielsweise Kiefer- oder Gesichtschirurgie) oder für die Anbringung von Atemschläuchen hinderlich sein.
Für die Durchführung der Justierung bzw. Rejustierung werden im Stande der Technik drei Verfahren verwendet.
So wird bei bekannten Verfahren der Bezugskörper am Patienten im Zeitpunkt der Bildaufnahmeuntersuchung in Stellung gebracht. Dieser Bezugskörper kann eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen sein, wie etwa die nasale Auflage bzw. Abstützung mit in die Ohren eingesetzten Steckern oder Klemmen, oder materielle Gegenstände wie Schrauben, Kugeln, Ringen, die auf die Haut geklebt oder in einen Knochen des Patienten eingesetzt werden. Dieser Bezugskörper lässt sich in den erhaltenen Bildern leicht wiederfinden, beispielsweise mittels Software-Programmen. Die Stellung des Bezugskörpers darf sich nicht ändern, und diese Verfahren besitzen den Nachteil, dass der Bezugskörper auf dem Patienten zwischen der Bildaufnahmeuntersuchung und dem chirurgischen Eingriff belassen werden muss. In der Praxis ist es häufig notwendig, eine neuerliche Bildaufnahmeuntersuchung unmittelbar vor der Intervention vorzunehmen.
In anderen bekannten Verfahren wird der Bezugskörper nicht während der Bildaufnahmeuntersuchung auf bzw. an dem Patienten angebracht. Diese Verfahren verwenden eine Justierung bzw. Rejustierung mit Hilfe einer bestimmten Zahl spezieller anatomischer Punkte des Patienten. Bei dem Eingriff zeigt ein Operator oder ein Chirurg auf bestimmte Punkte des Patienten mit einem Messfühler, um sie für das Lokalisierungssystem zu orten. Software-Programme suchen dann diese speziellen Punkte in den Bildern, was die Rejustierung des voraufgezeichneten Bildes während dem operativen Eingriff gestattet. Der Hauptnachteil dieser Verfahren ist, dass die Auffindung bzw. Lokalisierung anatomischer Punkte notwendigerweise eine gewisse Ungenauigkeit darstellt. Dies kann zu beträchtlichen Fehlern führen, insbesondere hinsichtlich Rotation.
Bei anderen, genaueren Verfahren werden Software-Programme verwendet, bei welchen Wolken von zu zwei Oberflächen gehörenden Punkten miteinander abgeglichen werden. Eine Punktewolke (beispielsweise 20 Punkte) wird durch den Chirurgen auf einer anatomischen Oberfläche des Patienten lokalisiert und die Rejustierung zwischen dieser Oberfläche und der entsprechenden auf den Bildern lokalisierten Oberfläche erfolgt mittels Software-Programmen unter Verwendung iterativer Konvergenzalgorithmen. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie lange Rechenzeiten erfordern oder wenig zuverlässig sind, wenn sie nicht von einer lösungsnahen Anfangsstellung ausgehen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Justierung bzw. Rejustierung des Bezugssystems bzw. Bezugsrahmens eines dreidimensionalen Bilds eines Patienten bezüglich dem Bezugssystem bzw. Bezugsrahmen eines Patienten, das einfach durchzuführen ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Rejustierung des Bezugssystems eines dreidimensionalen Patientenbildes mit dem Bezugssystem eines Patienten, das zuverlässig ist und Verschiebungen des Patienten gestattet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das keine Verfahrensstufe erfordert, welche in der Auffindung bzw. Lokalisierung der Lage mehrerer anatomischer Punkte eines Patienten in dem Operationsbezugssystem besteht.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Befestigung eines Bezugskörpers, der durch ein Lokalisierungssystem auffindbar bzw. lokalisierbar ist und leicht installiert werden kann.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die sich zur Anwendung bei einer großen Serie von Patienten eignet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche eine gute Stabilität und Beständigkeit über die Dauer der operativen Intervention aufweist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, welche eine im wesentlichen bestimmte Lage relativ bezüglich der anatomischen Struktur besitzt, auf welcher sie aufruht.
Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor die Schaffung eines Verfahrens zum Justieren bzw. Rejustieren des Bezugssystems einer auf einem Patienten angebrachten Vorrichtung im Verlauf einer operativen Intervention mit dem Bezugssystem eines voraufgezeichneten dreidimensionalen Bildes dieses Patienten. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Stufen bzw. Schritte:

a) Anbringen an dem Patienten einer Vorrichtung, die bei mehreren Patienten anwendbar ist und eine vorbestimmte Lagebeziehung mit der anatomischen Struktur des Patienten besitzt,
b) Finden bzw. Lokalisieren der Stellung der genannten Vorrichtung relativ bezüglich einem Lokalisierungssystem, sowie
c) Bestimmen einer Beziehung zwischen dem Bezugssystem der Vorrichtung und dem Bezugssystem des genannten Bildes mit Hilfe der Lokalisierung der genannten Vorrichtung und der vorbestimmten Lagebeziehung der Vorrichtung mit der anatomischen Struktur des Patienten.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die aus der Bestimmung der Beziehung zwischen dem Bezugssystem der Vorrichtung und dem Bezugssystem des genannten Bildes bestehende Stufe die folgenden Stufen bzw. Schritte umfasst:

– Bestimmen der Lage von zu der anatomischen Oberfläche des Patienten gehörigen Punkten relativ bezüglich der Vorrichtung,
– Anwendung iterativer Justier-Algorithmen zur Bestimmung der Lage dieser anatomischen Oberfläche in dem voraufgezeichneten Bild, wobei diese Algorithmen die vorbestimmte Lagebeziehung der Vorrichtung mit der anatomischen Struktur für den Beginn ihres Suchverfahrens benutzen, sowie
– Bestimmen einer die Beziehung zwischen dem Bezugssystem der Vorrichtung und dem Bezugssystem des Bildes definierenden Überführungsmatrix.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass für den Fall, dass der Patient eine im wesentlichen stabile Lage im Verlauf der Bildaufnahme beibehält, die Justier-Algorithmen unabhängig vom jeweiligen Patienten eine einzige, einmal für alle Patienten mit Hilfe der genannten Vorrichtung bestimmte Anfangs-Überführungsmatrix anwenden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Justier-Algorithmen eine auf den Raum der Translationen begrenzte Gruppe anfänglicher Überführungsmatrizen anwenden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Justier-Algorithmen eine Anfangs-Überführungsmatrix anwenden und dass für den Fall, dass die Vorrichtung die Bestimmung der drei Rotations-Parameter der anfänglichen Überführungsmatrix gestattet, die drei Translationsparameter dieser Matrix definiert werden, indem man einen willkürlichen Punkt auf der in dem dreidimensionalen Bild definierten Oberfläche des Patienten wählt, diesen Punkt gemäß Schnitt- und Projektionsansichten anzeigt und einen Operator auffordert, diesen Punkt in dem Bezugssystem der Vorrichtung mit Hilfe eines Messfühlers zu bezeichnen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Justier-Algorithmen eine anfängliche Überführungsmatrix anwenden und in dem Fall, dass die Vorrichtung die Bestimmung gewisser Parameter der anfänglichen Überführungsmatrix gestattet, werden die anderen Parameter definiert durch Vornahme einer Fein-Justierung auf der Grundlage er so berechneten zulässigen Lagen und hieraus wird nur die beste Beziehung beibehalten.
Die Erfindung sieht auch vor die Schaffung einer Befestigungsvorrichtung, die bei einer großen Zahl von Patienten verwendbar ist und ein Markiermittel tragen kann, mit wenigstens drei Auflage- bzw. Stützorganen zum Aufruhen auf einer anatomischen Struktur des Patienten, derart dass eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Vorrichtung und der anatomischen Struktur aufgestellt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung:

– ein Element, welches ein erstes V-förmiges Auflage- bzw. Stützorgan zum Aufruhen auf der Nase und zwei andere zum Aufliegen auf der Stirn über den Augenbrauen bestimmte Auflage- bzw. Stützorgane umfasst,
– erste und zweite Formkörper von den Ohrmuscheln des Patienten angepasster Form, zur Anbringung in dem einen bzw. dem anderen Ohr des Patienten,
– eine Haltestange zur Halterung des Elements in einer stabilen Lage, wobei die Haltestange ein zum Aufruhen auf dem Element bestimmtes Mittelteil und zwei zur Kupplung mit dem ersten und dem zweiten Formkörper bestimmte Zweige bzw. Schenkel aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung des weiteren Gleitringe mit Stiften bzw. Bolzen zur Kupplung der beiden Schenkel mit dem ersten und zweiten Formkörper aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das genannte Element ein zwischen dem ersten und den beiden anderen Auflage- bzw. Stützorgan(en) gelegenes System von Nuten bzw. Kerben mit mehreren Stellungen aufweist, das zur Aufnahme des Mittelteils der Haltestange bestimmt ist und eine Regelung der Halterungsanpressung der Vorrichtung gestattet.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Markierungsmittel zwei relativ zueinander schräge Seitenplatten aufweist, welche Bezugselemente tragen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Markierungsmittel des weiteren eine dreieckige Frontplatte umfasst, welche wenigstens drei Löcher bzw. Öffnungen und/oder wenigstens einen Kalibriernocken bzw. -vorsprung aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zur Anwendung bei einem Lumbal- bzw. Hüftwirbel vorgesehene Vorrichtung zwei Auflage- bzw. Stützflächen auf, die zum Aufsetzen auf den hinteren Rand des Wirbel-Dornfortsatzes bestimmt sind, sowie ein zu der durch die genannten zwei Auflage- bzw. Stützflächen gehenden Geraden rechtwinkliges Klemmorgan mit Greifbacke.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Anwendung bei einem Brustwirbel zwei zur Anbringung auf dem hinteren Rand des Wirbel-Dornfortsatzes bestimmte Auflage- bzw. Stützorgane umfasst sowie ein Klemmorgan mit Greifbacke, das bezüglich der durch die beiden Auflage- bzw. Stützorgane gehenden Geraden einen vorbestimmten Winkel bildet, der durch das Niveau des Wirbels bestimmt wird.
Die Erfindung sieht auch eine Bezugsspitze zur Verwendung in dem Verfahren der Erfindung oder in Zusammenwirken mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, wobei diese Bezugsspitze umfasst:

– eine zylindrische Spitze mit einem bestimmten Durchmesser, welche zum Einführen in ein Loch bestimmt ist, das in einen Knochen gebohrt ist und im wesentlichen denselben Durchmesser aufweist,
– einen von der zylindrischen Spitze getragenen Bund bzw. Flansch sowie
– ein Markiermittel, welches die Markierung bzw. Lokalisierung eines Bezugs- bzw. Referenzpunkts der Bezugs- bzw. Referenzspitze gestattet.

Diese sowie weitere Ziele, Gegenstände, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden nicht-einschränkenden Beschreibung spezieller Ausführungsformen im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht ein Element einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 in Draufsicht ein anderes Element der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Variante bzw. Abwandlung des Elements aus 2 sowie andere Elemente der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine Darstellung der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in Anbringung an einem Patienten,
5A und 5B eine mit einem speziellen Markiermittel versehene Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
6A und 6B zwei perspektivische Ansichten einer Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
7A und 7B eine Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung sowie
8 eine Bezugsspitze in Verwendungs- bzw. Gebrauchsstellung in der vorliegenden Erfindung.
Nunmehr werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Die 1 bis 5 veranschaulichen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, zur Verwendung beispielsweise in der ORL-Chirurgie, der Neurochirurgie, der Gehirn-Radiotherapie und der Maxillo-Facial-Chirurgie.
1 zeigt ein Element 10 dieser Vorrichtung. Das Element 10 von 1 hat längliche Form und weist an seinem einen Ende ein erstes Auflage- bzw. Stützorgan 1 zum Aufruhen auf der Nase auf. Dieses Auflage- bzw. Stützorgan hat die Form eines V und weist, wie bei Brillen, zwei seitliche Schrägflächen auf, welche eine gute Positionierung auf der Ebene der Nasenwurzel gewährleisten. Das Element 10 weist des weiteren eine bogenförmige Krümmung auf und trägt zwei weitere Auflage- bzw. Stützorgane 2. Diese Abstützorgane 2 werden von zwei leicht abgerundeten Oberflächen gebildet und sind zur Abstützung gegen die Stirn oberhalb der Augenbrauen bestimmt. Außerdem weist das Element von 1 zwischen der ersten Auflage 1 und den beiden Stirn- bzw. Frontalauflagen 2 ein System 3 von Nuten bzw.
Kerben in mehreren Stellungen (im dargestellten Beispiel drei) auf, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird. Das Element von 1 endet in dem dargestellten Beispiel in einem geradlinigen Teil 4, welches zwei Befestigungslöcher bzw. -öffnungen 5 aufweist. Diese Löcher sind zur Befestigung mittels eines beliebigen Befestigungsmittels, beispielsweise Schrauben, eines (in 1 nicht dargestellten) Markiermittels, wie beispielsweise eines Elektrolumineszenzdioden tragenden Bezugskörpers, bestimmt, wobei dieser Bezugskörper die Markierung der Lage bzw. Stellung der Vorrichtung durch ein dem Operationsraum zugeordnetes Lokalisiersystem gestattet. Der Fachmann erkennt, dass das Element 10 aus 1 von Haus aus an bzw. in sich seine Lokalisierung in dem Operationsraum ermöglichende Mittel tragen könnte.
2 zeigt eine Halterungsstange 20 zum Zusammenwirken mit dem Element 10, um dieses in einer stabilen Stellung auf bzw. an dem Patienten zu halten. Die Haltestange 20 ist in etwa U-förmig mit einem Mittelteil 21 und zwei Schenkeln 22. 2 zeigt die Haltestange 20 in Anbringung am Kopf eines Patienten und man erkennt, dass bei dieser Ausführungsform die Enden der Schenkel 22 umgebogen sind und in die Ohren des Patienten eingeführt sind.
3 zeigt eine abgewandelte Ausführung der Haltestange 20, bei welcher die Schenkel 22 Gleitringe 31 aufnehmen, welche in Bolzen bzw. Stiften 32 enden. Die Gleitringe 31 sind auf den Stegen 22 der Haltestange gleitbar, um eine an die Kopfform des Patienten angepasste Einstellung zu gestatten. Nach Einstellung der Lage der Gleitringe werden die Gleitringe auf den Schenkeln 22 durch ein (nicht dargestelltes) Spannmittel festgestellt und die Bolzen bzw. Stifte 32 der Gleitringe werden in die Ohren des Patienten eingeführt.
Die Einführung der umgebogenen Enden der Stege 22 aus 2 oder der Stifte bzw. Bolzen 32 aus 3 erfolgt nicht direkt in den Ohren des Patienten, um eine Verletzung der Ohren zu vermeiden. Man sieht der Form der Ohrmuscheln des Patienten angepasste Formkörper 33 beispielsweise aus Kunststoff vor. Diese Formkörper werden in die Ohren des Patienten eingelegt und die Enden der Schenkel 22 oder die Bolzen bzw. Stifte 32 der Gleitringe 31 werden in diese Formkörper eingeführt. Diese Formkörper 33 können in einfacher Weise für jeden Patienten hergestellt werden, jedoch reichen in der Praxis drei oder vier Typen oder Größen von Formkörpern für eine große Patientenschaft aus, was eine Zeit- und Materialersparnis darstellt.
4 veranschaulicht eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in Stellung auf einem Patienten. Man erkennt das Element 10 mit seinen anatomischen Auflage- bzw. Stützorganen, die Haltestange 20 mit ihren mit den Ohren des Patienten gekuppelten Enden. Der Mittelteil der Haltestange 20 liegt auf einer der Kerben bzw. Nuten auf, hier der Mittelkerbe, des an dem Element 10 vorgesehenen Nut- bzw. Kerbsystems mit mehreren Stellungen; dies gestattet die Halterung des Elements 10 in seiner Lage bei gleichzeitiger Einstellung des Halterungs-Anpressdrucks. So ist das Element 10 festgelegt, ohne dass übermäßige Einspannkräfte ausgeübt werden müssten. Außerdem ist in dieser Figur ein an dem Element 10 befestigtes Markier- bzw. Lokalisierungsmittel 40 dargestellt, das die Markierung bzw. Lokalisierung der Vorrichtung in dem Operationssaal gestattet. Schließlich ist ersichtlich, dass die Vorrichtung genügend feingliedrig und leicht ausgebildet ist, um das Agieren des Chirurgen während der Operation nicht zu behindern.
Die 5A und 5B stellen zwei perspektivische Ansichten einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung dar, die mit einem speziellen Markier- bzw. Lokalisierungsmittel versehen ist. Man erkennt das Element 10 mit seinen Auflage- bzw. Stützorganen 1, 2; das Nut- bzw. Kerbsystem 3 des Elements 10 ist gleichfalls dargestellt. Hier weist das von dem Element 10 getragene Markier- bzw. Lokalisierungsmittel einen (nicht dargestellten) Träger auf, auf welchem durch ein beliebiges Mittel, beispielsweise Magnetmittel, zwei relativ zueinander schräge Seitenplatten 41 befestigt sind. Die Seitenplatten 41 weisen Markier- bzw. Lokalisierungsmittel 43 wie beispielsweise Rückstrahl-Markierelemente auf, die durch das Lokalisie rungssystem lokalisierbar sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die Platten mit drei kreisrunden Öffnungen bzw. Löchern versehen und überdecken einen reflektierenden band- bzw. streifenförmigen Zuschnitt, derart dass die Platte wie eine Maske wirkt, die nicht das Muster der Löcher durchlässt. Ein Vorteil eines derartigen Markierungsmittels ist, dass unabhängig von der jeweiligen Stellung des Patienten wenigstens eine der schrägen Platten 41 stets sichtbar und leicht durch das Lokalisierungssystem nachweisbar ist. Man kann daher den Kopf des Patienten in erheblicher beträchtlicher Weise verstellen bzw. verlagern, ohne befürchten zu müssen; dass das dem Markiermittel folgende Lokalisierungssystem den Kontakt mit dem Markiermittel verliert. Des weiteren weist dieses Markiermittel eine dreieckförmige Vorder- bzw. Frontplatte 42 auf, die in vorteilhafter Weise ein oder mehrere Loch bzw. Löcher 43 und einen oder mehrere Nocken bzw. Vorsprünge 44 aufweist, welche die Kalibrierung von Werkzeugen gestatten.
Die bisher beschriebene Vorrichtung eignet sich zur Anwendung in der Kopf-Chirurgie, insbesondere der ORL- bzw. ENT-Chirurgie. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt. Vielmehr bezweckt die vorliegende Erfindung in allgemeiner Form Vorrichtungen, die an verschiedenen Teilen des menschlichen Körpers angebracht werden können, wobei ein und dieselbe Lage vor und nach einer Demontage auffindbar ist, indem diese Lage eine bestimmte spezielle Beziehung relativ bezüglich benachbarten anatomischen Strukturen aufweist.
Die 6A und 6B veranschaulichen beispielshalber eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Wirbel angebracht. Die Vorrichtung weist zwei Auflage- bzw. Stützorgane 51 auf, die zur Anlage gegen den hinteren Rand des Dornfortsatzes bestimmt sind. Eine Klemme mit Spannbacken 52 weist herkömmliche seitliche Auflage- bzw. Stützorgane 53 auf und gestattet die Befestigung der Vorrichtung an dem Wirbel. Die Längsachse A der Klemme 50 mit Spannbacken bildet einen gewissen Winkel α mit einer durch die beiden Auflage- bzw. Stützorgane 51 verlaufenden Geraden B. Im Falle eines Lumbal- bzw. Lendenwirbels ist die Spannbacke rechtwinklig zu der Geraden B und der Winkel α ist gleich 90°. Im Falle eines Brust- bzw. Thoraxwirbels macht die Spannbackenklemme einen vom Niveau des Wirbels abhängigen vorgegebenen Winkel (beispielsweise 30°, 45° usw.) relativ bezüglich der Geraden B. Infolge des Umstands, dass die Auflage- bzw. Stützorgane 51 auf einem bestimmten und wohldefinierten Teil des Wirbels aufruhen, weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine vorbestimmte Lagebeziehung mit der anatomischen Struktur auf und gestattet die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung. 6B veranschaulicht die Vorrichtung in Stellung an einem Wirbel.
Die 7A und 7B zeigen eine Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform. Hier dient die Vorrichtung zur Anbringung an einem langen Knochen, näherhin einem Schienbein. In 7A ist eine Vorrichtung 60, die aus zwei relativ zueinander schrägwinkligen Teilen 61 besteht, auf dem von der vorderen Außenseite des Schienbeins gebildeten Vorsprung angebracht und mittels eines Gurts 62 festgespannt. Eine oder zwei Öffnung(en) 63 gestatten die Einführung von Röhren bzw. Hülsen, durch welche hindurch Stifte bzw. Bolzen befestigt werden können. 7B zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung mit ihren Befestigungsstiften 64.
Jede der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen weist gegenüber dem Stand der Technik andere Auflage- bzw. Stützorgane und/oder eine größere Zahl solcher auf, die gewählt wurden, um die Stabilität zu erhöhen und die Herstellung einer vorbestimmten Lagebeziehung zwischen der Vorrichtung und einer anatomischen Struktur des Patienten zu ermöglichen. Außerdem eignen sich die Vorrichtungen gemäß der Erfindung zur Anwendung bei einer großen Reihe von Patienten und weisen unabhängig vom jeweiligen Patienten eine vorbestimmte Lagebeziehung mit der anatomischen Struktur des Patienten auf, wie vorstehend angegeben.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Justierung bzw. Rejustierung des Bezugssystems bzw. -rahmens einer auf bzw. an einem Patienten angebrachten Vorrichtung gemäß der Erfindung, mit dem Bezugs system bzw. -rahmen eines vorweg aufgenommenen bzw. aufgezeichneten dreidimensionalen Bildes dieses Patienten. Hierfür nimmt man eine Ortung bzw. Lokalisierung der Befestigungsvorrichtung gemäß der Erfindung vor und verwendet ihre vorbestimmte Lagebeziehung mit der anatomischen Struktur des Patienten zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Bezugssystem bzw. -rahmen der Vorrichtung und dem Bezugssystem bzw. -rahmen des vor-aufgezeichneten Bildes.
Dabei treten zwei Fälle auf, je nachdem, ob diese vorbestimmte Lagebeziehung die Lage und Stellung der anatomischen Struktur des Patienten in vollständiger Weise bestimmt oder nicht.
Im ersten Fall weist die Vorrichtung eine einzige eindeutige Lage relativ bezüglich der äußeren Anatomie des Patienten auf. Beispielsweise ist dies der Fall für die weiter oben beschriebene, am Kopf anbringbare Vorrichtung, wenn der Operateur bzw. die Bedienungsperson die vorgesehenen Auflage- bzw. Stützstellen einhält und darauf achtet, dass das nasale Auflage- bzw. Stützorgan zur Anlageberührung mit dem Bereich zwischen den Augenbrauen möglichst hoch auf der Nase gelangt. Diese Situation bietet die folgenden Vorteile. Zunächst gestattet sie die Anbringung und Abnahme der Vorrichtung nach Wunsch, wobei die Vorrichtung in derselben Lage und Stellung relativ bezüglich dem Patienten verbleibt. Sodann kann diese spezielle ausgezeichnete Lage und Stellung in dem Bezugssystem bzw. -rahmen der Bilder vorhergesagt werden, mit Hilfe von Simulationswerkzeugen. Man kennt dann direkt und unmittelbar die Lage und Stellung der Vorrichtung relativ bezüglich den Bildern während des Eingriffs. In diesem Fall ist die vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Stellung der Vorrichtung und der Lage und Stellung des Patienten hinreichend genau, um eine geeignete Justierung zu ermöglichen. Man vermeidet und erübrigt so die Vornahme der vorbereitenden Stufe der bekannten Verfahren, die darin bestand, die Stellung und Lage eines Referenz- bzw. Bezugskörpers relativ bezüglich dem Patienten zu bestimmen, woraus ein Gewinn an Zeit und Genauigkeit folgt.
In dem zweiten Fall liefert die vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Vorrichtung und der anatomischen Struktur nicht vollständig die Lage und Stellung der Vorrichtung relativ bezüglich der anatomischen Struktur und man kennt nur gewisse von den Parametern der Lage bzw. Stellung der Vorrichtung oder ihrer Kombinationen. Beispielsweise kann das Klemmbackenaggregat auf dem Wirbel sich translatorisch entlang dem hinteren Rand des Dornfortsatzes gleitend verschieben. Die nasale Abstützung kann ebenfalls eine translatorische Gleitbewegung und leichte Verdrehung entlang der Nase erfahren. In diesem Fall gestattet die oben beschriebene direkte Bestimmung nur eine grob-ungefähre und unzureichende Justierung. Man muss dann das Justierverfahren durch eine Feinjustierung von Oberflächen vervollständigen, um die Lage und Stellung der Vorrichtung auf der anatomischen Struktur genau zu bestimmen.
Diese Bestimmung, die gleichbedeutend mit der Auffindung der Überführungsmatrix zwischen den beiden Bezugssystemen ist, kann auf mehrere Arten durchgeführt werden.
Wie oben erwähnt, finden bei Feinjustierungen nach dem Stand der Technik in herkömmlicher Weise iterative Justier-Algorithmen Anwendung, um die Überführungsmatrix M zwischen dem dem Patienten zugeordneten Bezugssystem bzw. -rahmen und dem den medizinischen Aufnahmen zugeordneten Bezugssystem bzw. -rahmen aufzufinden. Diese Algorithmen stellen eine Entsprechung zwischen Punkten der anatomischen Oberfläche des Patienten, die relativ bezüglich dem am Patienten befestigten Bezugssystem bzw. -rahmen bestimmt sind, und Punkten dieser selben Oberfläche in dem vorweg aufgenommenen Bild her. Im Stand der Technik hat man häufig als Ausgangspunkt der Algorithmen eine Anfangsmatrix verwendet, welche durch die Ortung bzw. Lokalisierung mehrerer anatomischer Punkte in dem Lokalisierungssystem definiert ist. Diese Lokalisierung anatomischer Punkte ist zeitraubend, aber vor allem ist sie ungenau und kann eine erhebliche Fehlerquelle sein. Wenn beispielsweise die Anfangsmatrix zu weit von der gesuchten Matrix entfernt ist, können die Algorithmen in Richtung auf örtliche Minima konvergieren und fehlerhafte, ja irreführende Lösungen liefern. Eine Lösung für dieses Problem wäre die Verwendung erschöpfender Such-Algorithmen, für welche die Konvergenz der Jstierung bzw. Ortung von Oberflächen ausgehend von beispielsweise 20⁶ Anfangsmatrizen ausgeführt wird und wobei das beste Ergebnis erhalten wird. Der durch die Rechnungen erforderte Zeitaufwand ist sehr lang. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung liefert eine gute Annäherung der Lage bzw. Stellung der betreffenden Oberfläche des Patienten und gestattet die Erzielung eines Anfangswerts der Überführungsmatrix M, der sehr nahe seinem endgültigen Wert liegt. Mit anderen Worten, die vorstehend erwähnte grobe Rejustierung dient zur Gewinnung einer Ausgangsbasis für die Justier-Algorithmen von Oberflächen. Man kann dann einfachere Algorithmen verwenden, die in zuverlässiger Weise rasch konvergieren.
Zur Bestimmung der Anfangsmatrix sind mehrere Weisen möglich.
Wenn bei der Bildaufnahme-Untersuchung der Patient in eine relativ konstante anatomische Lage und Stellung gebracht wird, ist es möglich, die Überführungsmatrix M zwischen den beiden Bezugssystemen bzw. -rahmen ein für allemal an einem beliebigen Patienten zu bestimmen und in einem File zu speichern. Für jeden neuen Patienten wird dieses File eingelesen zur Bildung der Anfangsmatrix für die Justier-Algorithmen, was einfach auszuführen ist und erhebliche Vorteile hinsichtlich Zeitgewinn bringt.
Wenn der Patient bei der Bildaufnahme-Untersuchung voraussichtlich nur einer translatorischen Verlagerung unterzogen werden wird, kann man in zwei verschiedenen Weisen vorgehen.
Nach dem Stande der Technik verwendet man, um eine Entsprechung zwischen zwei Oberflächen herzustellen, beispielsweise 20 Anfangswerte, und zwar jeder nach 6 Freiheitsgraden. Dies entspricht einer Rechnung mit 20⁶ (64000000) Anfangsmatrizen. Verwendet man Anfangsinformationen dank der Vorrichtung gemäß der Erfindung, um sich beispielsweise auf Verschiebungen mittels Translation zu beschränken, hat man nur mehr 20³ (8000) Anfangsmatrizen als Ausgangspunkt für die Durchführung der Feinjustierung, um nur das beste Ergebnis zu behalten.
Bei einer anderen Weise des Vorgehens im Fall einer Verschiebung in Translation lokalisiert man automatisch im Bezugssystem der Bildaufnahmen, ausgehend von einem in dem dreidimensionalen Bild konstruierten Oberflächenmodell, die Lage eines Punktes der Oberfläche (beispielsweise des am weitesten vorne oder am weitesten hinten gelegenen Punktes der Oberfläche oder eines in der Mitte der Nase gelegenen Punktes); zu Beginn der chirurgischen Intervention zeigt man am Bildschirm den durch Informatikmittel definierten Punkt auf verschiedenen Schnittansichten und dreidimensionalen Projektionen an und der Chirurg muss diesen selben Punkt mit einem durch das Lokalisierungssystem lokalisierten Messwertfühler bezeichnen bzw. anzeigen, um die Verschiebung des Punktes in den Bildern zu verfolgen.
Bei einer vorteilhaften Vorgehensweise zur Bestimmung der Anfangsmatrix kann man auch eine Informatik-Verarbeitung des vorweg aufgezeichneten Bildes anwenden, um mathematisch auf diesem Bild die Gruppe von stabilen Lagen zu definieren, welche die Befestigungsvorrichtung der Erfindung auf der anatomischen Oberfläche des Patienten einnehmen kann. Für diesen Zweck können Methoden geometrischer Optimierung angewandt werden, wie sie zur Lösung der Probleme der Einführung mechanischer Teile verwendet werden. Die Gruppe der stabilen Positionen reduziert sich häufig auf eine beschränkte Anzahl von Stellungen (beispielsweise 20), die auf einem Teil einer Trajektbahn oder einer Oberfläche gelegen sind, deren Dimension nur mehr 1, 2, 3 oder 4 statt 6 beträgt. Ausgehend von jeder der Lösungen, die man bei der Fein-Justierung auf der Grundlage möglicher Stellungen erhält, behält man diejenige Lösung, welche die besten Ergebnisse hinsichtlich restlicher Fehler ergibt.
Schließlich kann manchmal erwünscht sein, mit hoher Genauigkeit die Stellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung relativ bezüglich dem Patienten zu kennen. Es kann auch, nach einer Entfernung der Vorrichtung, erwünscht sein, sie genau in derselben Stellung wie zuvor wieder anzubringen. In diesem Fall kann man auf dem Patienten zusätzlich zu einer der vorstehend beschriebenen Befestigungsvorrichtungen einen anderen Referenz- oder Bezugskörper anbringen, in einer bezüglich der anatomischen Struktur des Patienten vollkommen stabilen Lage oder Stellung, und die Stellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung relativ bezüglich diesem zweiten Referenz- oder Bezugskörper lokalisieren oder verifizieren.
Beispielsweise kann man im Fall von Chirurgie am Kopf eine Dental-Abformung des schon beschriebenen Typs verwenden und die Lage und Stellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung relativ bezüglich dieser Abformung orten bzw. lokalisieren. Die Dental-Abformung wird dann als eine absolute Referenz bezüglich dem Patienten betrachtet, da ihre Lage und Stellung theoretisch stabiler ist. Da die Dental-Abformung sperrig ist, kann sie beispielsweise zu Beginn der chirurgischen Intervention angebracht werden, um die genaue Position der Vorrichtung der Erfindung zu definieren, und sodann bei der Intervention entfernt werden. Die Abformung kann jedes Mal, wenn eine leichte Fehljustierung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vermutet wird, wieder angebracht werden und für eine eventuelle Korrektur verwendet werden.
Man kann auch wenigstens drei punktuelle Strukturen in fixierter Weise auf der anatomischen Struktur des Patienten anbringen und die Lage bzw. Stellung dieser Referenzpunkte zu Beginn der chirurgischen Intervention orten bzw. lokalisieren. Wenn im Verlauf der Intervention der Benutzer eine mögliche Verschiebung der Befestigungsvorrichtung gemäß der Erfindung vermutet oder ihre Lage mit großer Genauigkeit zu bestimmen wünscht, wird die Stellung dieser Referenzpunkte bestimmt und eine Rejustierung zwischen dem Bezugssystem bzw. -rahmen der Vorrichtung und den Referenzpunkten vorgenommen. Diese punktuellen Strukturen können herkömmlicherweise auf die Haut gezeichnete Markierungen sein oder spezielle anatomische Punkte wie beispielsweise Dentalbrücken bzw. -knotenpunkte oder auch auf die anatomische Struktur aufgeklebte oder aufgedrückte materielle Strukturen.
In vorteilhafter Weise können diese punktuellen Strukturen in einen Knochen gebohrte kleine Löcher mit einem Durchmesser D von ca. 1 mm sein, die man durch das Lokalisierungssystem mit einer Bezugsspitze von gleichem Durchmesser D detektieren kann. 8 veranschaulicht eine derartige Referenz- oder Bezugsspitze. Die Bezugsspitze 70 weist einen zylindrischen Teil 71 mit Durchmesser D sowie einen an der zylindrischen Spitze angebrachten Bund bzw. Flansch 72 auf. Sie weist auch ein (nicht dargestelltes) Markierungs- bzw. Ortungsmittel auf, das die Lagebestimmung eines Referenzpunkts 73 durch das Lokalisierungssystem gestattet. Zur praktischen Anwendung führt man die Bezugsspitze in ein in einen Knochen 75 gebohrtes Loch 74 gleichen Durchmessers ein; der Bund bzw. Flansch 72 begrenzt die Eindringtiefe der zylindrischen Spitze in den Knochen und gestattet die genaue Anbringung des Referenzpunkts 73 auf der Oberfläche des Knochens. Diese Anordnung ist vorteilhaft und kann im Zusammenwirken mit einer der vorstehenden Vorrichtungen oder in dem Verfahren gemäß der Erfindung Anwendung finden.
Zwar wurde die Erfindung im Rahmen einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese speziellen Ausführungsformen beschränkt und ist verschiedenartigen Abwandlungen und Abänderungen zugänglich, welche sich für den Fachmann ergeben.

Claims

Befestigungsvorrichtung, die bei einer großen Zahl von Patienten verwendbar ist und ein Markiermittel tragen kann, mit wenigstens drei Auflage- bzw. Stützorganen (1, 2, 51, 53) zum Aufruhen auf einer anatomischen Struktur des Patienten, derart dass eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Vorrichtung und der anatomischen Struktur aufgestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung umfasst: – ein Element (10), welches ein erstes V-förmiges Auflage- bzw. Stützorgan (1) zum Aufruhen auf der Nase und zwei andere zum Aufliegen auf der Stirn über den Augenbrauen bestimmte Auflage- bzw. Stützorgane (2) umfasst; – erste und zweite Formkörper (33) von den Ohrmuscheln des Patienten angepasster Form, zur Anbringung in dem einen bzw. dem anderen Ohr des Patienten; – eine Haltestange (20) zur Halterung des Elements (10) in einer stabilen Lage, wobei die Haltestange ein zum Aufruhen auf dem Element (10) bestimmtes Mittelteil (21) und zwei zur Kupplung mit dem ersten und dem zweiten Formkörper bestimmte Zweige bzw. Schenkel (22) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche des weiteren Gleitringe (31) mit Stiften bzw. Bolzen (32) zur Kupplung der beiden Schenkel (22) mit dem ersten und zweiten Formkörper aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Element (10) ein zwischen dem ersten (1) und den beiden anderen Auflage- bzw. Stützorgan(en) (2) gelegenes System von Nuten bzw. Kerben mit mehreren Stellungen (3) aufweist, das zur Aufnahme des Mittelteils der Haltestange bestimmt ist und eine Regelung der Halterungsanpressung der Vorrichtung gestattet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Markierungsmittel zwei relativ zueinander schräge Seitenplatten (41) aufweist, welche Bezugselemente (43) tragen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das Markierungsmittel des weiteren eine dreieckige Frontplatte (42) umfasst, welche wenigstens drei Löcher bzw. Öffnungen (44) und/oder wenigstens einen Kalibriernocken bzw. -vorsprung (45) aufweist.
Verfahren zum Justieren bzw. Rejustieren des Bezugssystems bzw. -rahmens einer auf dem Patienten im Verlauf einer Intervention angebrachten Vorrichtung, mit dem Bezugssystem bzw. -rahmen eines vor-aufgezeichneten dreidimensionellen Bildes dieses Patienten, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte bzw. Stufen a) Anbringen einer Befestigungsvorrichtung auf dem Patienten, die bei einer großen Zahl von Patienten verwendbar ist und ein Markiermittel tragen kann und die zum Aufruhen auf einer anatomischen Struktur des Patienten bestimmt ist, derart dass eine vorbestimmte Lagebeziehung zwischen der Vorrichtung und der anatomischen Struktur aufgestellt werden kann: b) Auffinden bzw. Lokalisieren der Lage der Vorrichtung relativ bezüglich einem Lokalisierungssystem; c) Bestimmen einer Beziehung zwischen dem Bezugssystem bzw. -rahmen der Vorrichtung und dem Bezugssystem bzw. -rahmen des genannten Bildes, unter Zuhilfenahme der Lokalisierung der Vorrichtung und der vorbestimmten Lagebeziehung der Vorrichtung mit der anatomischen Struktur des Patienten; dadurch gekennzeichnet dass die aus der Bestimmung der Beziehung zwischen dem Bezugssystem der Vorrichtung und dem Bezugssystem des genannten Bildes bestehende Stufe die folgenden Stufen bzw. Schritte umfasst: Bestimmen der Lage von zu der anatomischen Oberfläche des Patienten gehörigen Punkten relativ bezüglich der Vorrichtung; Anwendung iterativer Justier-Algorithmen zur Bestimmung der Lage dieser anatomischen Oberfläche in dem vor-aufgezeichneten Bild, wobei diese Algorithmen die vorbestimmte Lagebeziehung der Vorrichtung mit der anatomischen Struktur für den Beginn ihres Suchverfahrens benutzen; sowie Bestimmen einer die Beziehung zwischen dem Bezugssystem der Vorrichtung und dem Bezugssystem des Bildes definierenden Überführungsmatrix.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem für den Fall, dass der Patient eine im wesentlichen stabile Lage im Verlauf der Bildaufnahme beibehält, die Justier-Algorithmen unabhängig vom jeweiligen Patienten eine einzige, einmal für alle Patienten mithilfe der genannten Vorrichtung bestimmte Anfangs-Überführungsmatrix anwenden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Justier-Algorithmen eine auf den Raum der Translationen begrenzte Gruppe anfänglicher Überführungsmatrizen anwenden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Justier-Algorithmen eine Anfangs-Überführungsmatrix anwenden, und bei welchem für den Fall, dass die Vorrichtung die Bestimmung der drei Rotations-Parameter der anfänglichen Überführungsmatrix gestattet, die drei Translationsparameter dieser Matrix definiert werden, indem man einen willkürlichen Punkt auf der in dem dreidimensionalen Bild definierten Oberfläche des Patienten wählt, diesen Punkt gemäß Schnitt- und Projektionsansichten anzeigt, und einen Operator auffordert, diesen Punkt in dem Bezugssystem der Vorrichtung mithilfe eines Messfühlers zu bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die Justier-Algorithmen eine anfängliche Überführungsmatrix anwenden und bei welchem für den Fall, dass die Vorrichtung die Bestimmung gewisser Parameter der anfänglichen Überführungsmatrix gestattet, die anderen Parameter definiert werden durch Vornahme einer Fein-Justierung auf der Grundlage der so berechneten zulässigen Lagen ,und hieraus nur die beste Beziehung beibehalten wird.
Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 6, im Zusammenwirken mit einer Bezugs- oder Referenzspitze (70), welche umfasst: eine zylindrische Spitze (71) mit einem bestimmten Durchmesser D, welche zum Einführen in ein Loch (74) bestimmt ist, das in einen Knochen (75) gebohrt ist und im wesentlichen denselben Durchmesser D aufweist; einen von der zylindrischen Spitze (71) getragenen Bund bzw. Flansch (72), sowie ein Markiermittel, welches die Markierung bzw. Lokalisierung eines Bezugs- bzw. Referenzpunkts (73) der Bezugs- bzw. Referenzspitze (70) gestattet.