DE69828011T2

DE69828011T2 - Vorrichtung zur Halterung eines chirurgischen Instruments

Info

Publication number: DE69828011T2
Application number: DE69828011T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Willoughby Hills Stern; David Mentor Molyneaux; David Eastlake Lampman
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1998-08-14
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: DE69828011D1; JP4248631B2; EP0904741A2; EP0904741A3; US6079681A; EP0904741B1; JPH11155880A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Halterung eines chirurgischen Instruments in der operativen Umgebung einer Bildgebungsvorrichtung wie einem Magnetresonanzsystem (MR) oder einem Computertomogaphiesystem (CT), wobei das Gerät Mittel zur Halterung des chirurgischen Instruments in einer gewünschten Position auf einer gewünschten Bahn sowie Mittel zur Sicherung der Halterungsmittel umfasst, und wobei die Mittel zur Halterung und die Mittel zur Sicherung aus einem Material bestehen, das für die Verwendung in der operativen Umgebung der Bildgebungsvorrichtung geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Gerät zur Hal terung eines chirurgischen Instruments, das (i) MR-sicher und MR-verträglich und/oder (ii) Röngten-/CT-verträglich ist, um in der operativen Umgebung einer Bildgebungsvorrichtung eingesetzt werden zu können. Die vorliegende Erfindung findet vor allem Anwendung in Verbindung mit der Neurochirurgie und wird unter besonderer Bezugnahme darauf beschrieben. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Erfindung Anwendung in Verbindung mit Biopsien, endoskopischen Prozeduren, orthopädischen Operationen, weiteren medizinischen Prozeduren, industriellen Prozeduren zur Qualitätssicherung und Ähnlichem finden kann, bei denen ein Werkzeug oder eine Vorrichtung präzise in Bezug auf ein Objekt positioniert werden muss.
Eine Konstruktion einer Vorrichtung zum Komprimieren von biologischen Teilen während der Durchführung von Eingriffsprozeduren wie einer perkutanen Biopsie geführt durch Prozeduren zur Querschnittdarstellung, zum Beispiel der Computertomographie, ist in der US-amerikanischen Patentschrift US-A-4 981 142 beschrieben. Die Vorrichtung besteht aus einer zusammendrückenden Oberfläche mit einem Loch. Die zusammendrückende Oberfläche ist als Teil eines nach unten hervorstehenden Elements und lateraler Flansche oder einer Einfassung konstruiert, die zum Beispiel mit Hilfe eines Gurtmechanismus an einem Unterleib befestigt werden kann. Optional kann eine rückseitige Platte verwendet werden, so dass ein Gurtmechanismus den Körperteil zwischen der rückseitigen Platte und der Kompressionsplatte komprimiert, oder es kann nur die Kompressionsplatte platziert werden. Die Vorrichtung kann während der Querschnittdarstellung an Ort und Stelle bleiben, sofern eine effiziente Komprimierung des Teils des tierischen oder menschlichen Körpers gegeben ist, wobei ein Loch in der Kompressionsplatte gleichzeitig Zugang für einen perkutanen Eingriff bietet. Diese Vorrichtung wurde konstruiert, um die Komprimierung eines bestimmten Körperteils, zum Beispiel des Unterleibs, während der Querschnittdarstellung zu ermöglichen, ist aber für ein bildgeführtes Operationssystem für intrakraniale und spinale Operationen nicht hilfreich.
Ein Gerät und ein Verfahren zur computergesteuerten stereotaktischen Chi rurgie werden in der US-amerikanischen Patentschrift US-A-5 078 140 beschrieben. Bei diesem Verfahren kommen eine Bildgebungsvorrichtung, ein Roboterarm und ein Mittel zur Steuerung des Roboterarms zum Einsatz. Die stereotaktische Chirurgie an integralen Körperteilen, z. B. dem Gehirn, der Wirbelsäule, dem Knie oder einem anderen Gelenk, der Brust, usw. kann mit vergleichsweise größerer Präzision und kleineren Inzisionen vorgenommen werden. Die Bildgebungsvorrichtung liefert Informationen in Bezug auf die Struktur der Körperstelle, an der die Operation stattfinden soll. Der Roboterarm wird verwendet, um die chirurgischen Instrumente oder andere Hilfsmittel zur Durchführung der Operation oder einer ähnlichen Prozedur präzise auszurichten. Das Steuerungsmittel, zum Beispiel ein Computer, nutzt die von der Bildgebungsvorrichtung erhaltenen Informationen – alleine oder mit anderen Informationen – um den Roboterarm zu steuern. Diese Roboterarme verfügen über drehbare Gelenke, die über einen Getriebezug durch einen Dauermagnet-Servomotor angetrieben werden. Aus diesem Grunde ist diese Vorrichtung in einer Magnetresonanzumgebung (MR) in Verbindung mit einer bildgeführten Operation nicht hilfreich.
Bildgeführte Operationssysteme eignen sich besonders gut für intrakraniale und spinale Operationen. Bei diesen Systemen werden Diagnosebilder des Patienten verwendet, um den Arzt vor der Operation bei der Planung zu unterstützen und ihm während eines chirurgischen Eingriffs Informationen über die Position und Ausrichtung der Anatomie und der Instrumente zu liefern. Bildgeführte Operationssysteme eignet sich gut zur Verwendung in Verbindung mit Magnetresonanz- (MR) und Computertomographie-Bildern (CT) sowie in Verbindung mit anderen Bildgebungsverfahren.
Bei kranialen Anwendungen kann ein Patienten-Referenzrahmen definiert werden, indem man drei oder mehr Punkte verwendet, deren Position in Bezug auf den Kopf des Patienten fest steht. Gemäß einem Verfahren werden vor der Bildgebung mindestens drei für die Bildgebungsvorrichtung sichtbare Markierungen auf der Haut angebracht. Gemäß einem weiteren Verfahren werden anatomische Referenzpunkte verwendet. Gemäß einem dritten Verfahren können Messmarker an dem Schädel angebracht werden, zum Beispiel wie in der US-amerikanischen Patentschrift Nr. 4.991.579, Method and Apparatus for Providing Related Images of the Anatomy over time of a Portion of the Anatomy Using Fiducial Implants von Allen, herausgegeben am 12. Februar 1991, beschrieben. Ähnliche Techniken können verwendet werden, um einen Patienten-Referenzrahmen in Bezug auf andere Bereiche der Anatomie zu definieren.
Es wird anschließend Bild des Patienten mit einem Bild-Referenzrahmen hergestellt. Basierend auf der Position der drei oder mehr Markierungen in den Bilddaten können Bild- und Patienten-Referenzrahmen miteinander korreliert werden. Die Lage des interessierenden Merkmals in dem Bild kann daher in Bezug auf den Patienten-Referenzrahmen bestimmt werden. Nach Abschluss der Bilderfassung kann der Patienten wie gewünscht bewegt werden. Der Patient wird anschließend in eine Operationssaal-Umgebung gebracht, zum Beispiel auf einen Operationstisch.
Patient- und Operationssaal-Referenzrahmen werden miteinander korreliert oder „abgeglichen", indem man mit dem chirurgischen Instrument die mindestens drei Markierungen berührt. Danach wird die Position des Instruments in Bezug auf die Kameras und damit die Position der Markierungen bestimmt. Insoweit der Zusammenhang zwischen Patienten-, Operationssaal- und Bild-Referenzrahmen bekannt ist, kann dann die Position des Instruments in Bezug auf den Bild-Referenzrahmen bestimmt werden. Anschließend werden relevante Bilder, auf denen die Position des chirurgischen Instruments angegeben ist, auf einem Monitor angezeigt. Auf diese Weise erhält der Chirurg eine Echtzeitangabe zu der Position des chirurgischen Instruments in Bezug auf das zuvor erhaltene Bild.
Um die genaue Positionierung von chirurgischen Instrumenten zu unterstützten, können neurochirurgische Prozeduren wie Gehirn-Biopsien mit einem Positioniergerät wie einer chirurgischen Führung durchgeführt werden. Der Chirurg benutzt das bildgeführte Operationssystem zur Unterstützung beim Positionieren und Ausrichten der Führung. Die Führung dient zum Führen einer Biopsienadel oder eines anderen chirurgischen Instruments auf der gewünschten Bahn.
Als Positioniervorrichtungen für chirurgische Prozeduren wurden Greenberg- und Bookwalter-Klemmen verwendet, die von Johnson and Johnson Professional, Inc., einer Tochtergesellschaft von Johnson und Johnson, als Teil ihrer chirurgischen Instrumente der Codman-Produktlinie vertrieben werden. Diese Vorrichtungen bestehen aus einer Reihe von Verbindungsstücken, die durch ein Kabel komprimiert gehalten werden, das durch die Mitte der Verbindungsstücke verläuft, so dass ein unter Vorspannung stehender Schwanenhals-Mechanismus gebildet wird. Die Vorrichtungen werden mit Hilfe eines Klemmmechanismus an ihrem unteren Ende an dem Operationstisch oder dem Patientenhaltegerät angebracht. Ein Klemmmechanismus am oberen Ende der Vorrichtungen hält das chirurgische Instrument. Um die Vorrichtungen so anzupassen, dass sie unterschiedliche Instrumente halten können, werden mehrere Reduzierrohre von unterschiedlicher Größe verwendet. In den US-amerikanischen Patentschriften 4.573.452 von Greenberg und 5.662.300 von Michelson werden Konstruktionen von chirurgischen Schwanenhals-Positioniervorrichtungen beschrieben. Die Verwendung eines Kugelgelenks in einer chirurgischen Positioniervorrichtung wird in der US-amerikanischen Patentschrift 5.320.444 von Bookwalter beschrieben.
Es wird immer wünschenswerter, MR-geführte oder MR-unterstützte interventionelle chirurgische Prozeduren durchführen zu können, die auf normale Weise in unmittelbarer Nähe eines Magnetresonanz-Bildgebungsscanners stattfinden können. Diese Prozeduren erfordern jedoch, dass die verwendete Ausrüstung MR-sicher ist, was bedeutet, dass sie nicht durch die magnetischen und elektrischen Felder des Scanners beeinträchtigt wird. Um derartige Prozeduren innerhalb des Bildgebungsvolumens eines MRI-Scanners durchführen zu können, ohne dass die Bildgebungsleistung des Scanners herabgesetzt wird, müssen die Vorrichtungen außerdem MR-verträglich sein, was bedeutet, dass sie die magnetischen oder elektrischen Felder des Scanners nicht stören und keine MR-Signale mit den verwendeten Bildgebungssequenzen aussenden. Für andere Bildgebungsverfahren, zum Beispiel mit Röntgen-, CT- oder Fluoroskopie-Bildgebungssystemen, bedeutet der Ausdruck „verträglich", dass die Vorrichtung im Allgemeinen transparent in einem Bild ist, wenn die Vorrichtung in der operationellen Umgebung dieser Bildgebungsverfahren platziert wird.
Die oben beschriebenen Greenberg- und Bookwalter-Klemmen sind aus Edelstahl hergestellt. Sie sind daher nicht MR-verträglich, da sie die Homogenität der magnetischen und elektrischen Felder stören. An den Rändern des Magnetfelds können diese Vorrichtungen magnetischen Kräften ausgesetzt werden und sind daher nicht MR-sicher. Die Einführung einer elektrisch leitenden Vorrichtung kann Wirbelströme hervorrufen, die die Magnetfelder in dem MR-Scanner schädigen. Ein weiterer Nachteil bei der Einführung einer elektrisch leitenden Vorrichtung besteht darin, dass sich die Wahrscheinlichkeit von unbeabsichtigten Verbindungen oder Kurzschlüssen zwischen elektrischen Vorrichtungen in dem Bereich erhöht. Infolgedessen sind die Greenberg- und Bookwalter-Klemmen nicht für den Einsatz bei MR-geführten oder MR-unterstützten chirurgischen Prozeduren geeignet.
Als Alternative zu Edelstahl wurden Positioniervorrichtungen aus Titan hergestellt. So wurden zum Beispiel Bookwalter-Klemmen für den Einsatz in der interventionellen MR auch aus Titan gefertigt. Aus Titan bestehenden Vorrichtungen werden zwar nicht durch die Magnetfelder des MR-Scanners beeinträchtigt und sind daher MR-sicher, jedoch sind sie nicht MR-verträglich. Bei Titan-Vorrichtungen wird auch nicht die in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit geschilderte Problematik berücksichtigt. Ein weiterer Nachteil der aus Titan hergestellten Vorrichtungen besteht in ihren hohen Kosten.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Gerät der in dem einleitenden Absatz erwähnten Art zu schaffen, dass eine einfache Justierung der Bahn des chirurgischen Instruments erlaubt und dabei gleichzeitig für eine stabile und genaue Führung sorgt, so dass es in Verbindung mit verschiedenen chirurgischen Instrumenten eingesetzt werden kann. Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist das erfindungsgemäße Gerät dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsmittel ein erstes Element mit einer ersten Apertur durch dieses Element hindurch enthalten, die vorgesehen ist, um das chirurgische Instrument aufzunehmen, und ein zweites Element mit einer zweiten Apertur durch dieses Element hindurch enthalten, wobei die zweite Apertur vorgesehen ist, um das chirurgische Instrument aufzunehmen, wobei die relativen Positionen des ersten und des zweiten Elements selektiv justiert werden können, um die relative Position der ersten und der zweiten Apertur zu variieren und dadurch das chirurgische Instrument zu sichern, wobei das Gerät weiterhin Mittel umfasst, um die Halterungsmittel zu sichern. Die Halterungsmittel sind vorgesehen, um das chirurgische Instrument auf einer gewünschten Bahn zu positionieren, und sind so hergestellt, dass sie sich für den Einsatz in der operativen Umgebung der Bildgebungsvorrichtung eignen. Ein Mittel zur Sicherung der Position und der Bahn des chirurgischen Instruments greift im Betrieb in das Halterungsmittel ein und ist ebenfalls aus einem für den Einsatz in der operativen Umgebung des Bildgebungsvorrichtung geeigneten Material hergestellt.
Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verfügt das erste Element über eine kreisförmige Gegenbohrung, die exzentrisch in Bezug auf die erste Apertur angeordnet ist. Das zweite Element ist so konstruiert, dass es drehbar von der Gegenbohrung aufgenommen werden kann. Die zweite Apertur ist exzentrisch in Bezug auf die Gegenbohrung angeordnet, wenn sich das zweite Element in der Gegenbohrung befindet.
Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das für den Einsatz in der operativen Umgebung der Bildgebungsvorrichtung geeignete Material ein Polymermaterial und gemäß einem eingeschränkteren Aspekt ist das Polymermaterial Polycarbonat, Polyetherimid, Polyacetal, Polyphenylsulfon oder Polyarylethersulfon.
Gemäß einem weiteren eingeschränkten Aspekt der Erfindung enthält das Halterungsmittel eine Vielzahl von Markierungen, die an bekannten Positionen in Bezug darauf angebracht sind. Die Markierungen sind vorgesehen, um Signale zu liefern, die auf ihre Position in der operativen Umgebung der Bildgebungsvorrichtung hinweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gerät zur Positionierung eines chirurgischen Instruments in der operativen Umgebung eines MR-Bildgebungssystems eine chirurgische Instrumentführung, die vorgesehen ist, um das chirurgische Instrument aufzunehmen und zu positionieren. An der chirurgischen Instrumentführung ist eine Magnetresonanz-HF-Spule angebracht.
Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der Erfindung besteht die chirurgische Instrumentführung aus einem für den Einsatz in der operativen Umgebung des MR-Bildgebungssystems geeigneten Material.
Gemäß einem weiteren eingeschränkteren Aspekt der Erfindung ist die HF-Spule so konstruiert, dass das chirurgische Instrument durch die HF-Spule geführt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Gerät zur Halterung eines chirurgischen Instruments in der operativen Umgebung einer Bildgebungsvorrichtung ein aus Polymermaterial bestehendes Element mit einer sphärischen Oberfläche, das eine Bohrung enthält, die entlang seines Durchmessers durch das Element verläuft. Es ist ein Griff aus Polymermaterial enthalten, der eine Griffoberfläche hat, welche eine Apertur definiert, die vorgesehen ist, um das Element bei einer Drehbewegung in der Apertur aufzunehmen. Der Griff verläuft in einem Umfangspfad um das Element herum und hat eine Lücke in dem Umfangspfad. Mit dem Griff ist operativ ein Befestigungselement aus Polymermaterial verbunden, das justiert werden kann, um die Größe der Lücke zu verändern und dadurch die auf das in den Griff befindliche Element ausgeübte Kompressionskraft zu justieren.
Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der Erfindung umfasst die Griffflä che zwei axial voneinander abgesetzte ringförmige Seitensegmente, wobei jedes Seitensegment eine innere Oberfläche hat. Die innere Oberfläche jedes Seitensegments ist in einem bestimmten Radius von der Mitte der Griffapertur angeordnet. Die Seitensegmente sind durch ein zentrales Segment voneinander getrennt, dessen innere Oberfläche in einem Radius von der Griffmitte liegt, der größer ist als die Seitensegmente. Jedes der Seitensegmente hat einen Innenlippe, die das aufgenommene Element berührt.
Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jede der Komponenten aus einem anderen Polymermaterial hergestellt sein als eine beliebi ge der anderen Komponenten.
Möglichkeiten zur Ausführung der Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Teilansicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht einer Führungsbaugruppe zur Verwendung in der in 1 dargestellten Ausführungsform;
die 3a, 3b eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht für einen Teil der in 2 dargestellten Führungsbaugruppe;
4 eine Schnittansicht eines Griffs entlang der Linie 4-4 in 3b;
5 eine perspektivische Ansicht einer Schwenkkugel zur Verwendung in der Führungsbaugruppe;
6 eine Schnittansicht der Schwenkkugel entlang der Linie 6-6 in 5;
die 7a, 7b, 7c perspektivische Ansichten bzw. Draufsichten für einen Führungsbund für chirurgische Instrumente zur Verwendung in der Schwenkkugel;
die 8a, 8b, 8c perspektivische Ansichten bzw. Draufsichten für ei nen Arretierbund zur Verwendung mit dem Führungsbund für chirurgische Instrumente aus den 7a, b, c;
9 eine perspektivische Ansicht eines platzierten Führungsgeräts zur Verwendung mit einer Patientenkopfklemme; und
10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezug nehmend auf 1 umfasst ein Gerät 1 zur Verwendung als chirurgische Führung eine Stütze 12, eine Stabklemmbaugruppe 14 und eine Führungsbaugruppe 16. Die Stütze 12 umfasst eine Klemmmutter 18 mit Gewindeenden 20 und Speichen 22. Die Stabklemmbaugruppe 14 ermöglicht die Justierung der relativen Position der Stütze 12 und der Führungsbaugruppe 16 in den durch die Pfeile angegebenen Richtungen. Durch Festdrehen der Handschraube 24 kann die Führungsbaugruppe 16 in einer gewünschten Position fixiert werden. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, ist die Führungsbaugruppe 16 dafür eingerichtet, Einsätze wie zum Beispiel einen Nadelbund 56 und einen Arretierbund 70 (in der Einzelteilansicht dargestellt) aufzunehmen.
Bezug nehmend auf 2 umfasst die Führungsbaugruppe 16 einen Griff 26, eine Spannschlossmutter 28, eine Handschraube 30 und eine Schwenkkugel 32. Beim Festdrehen der Handschraube 30 werden Position und Bahn des chirurgischen Instruments mit den Komponenten der Führungsbaugruppe 16 fest in ihrer Lage gehalten.
Wie am besten in den 3a und 3b zu sehen ist, enthält der Griff eine im Allgemeinen kreisförmige Apertur 34 zur Aufnahme der Schwenkkugel 32. Unter besonderer Bezugnahme auf 4 hat eine erste Innenfläche 40 der Schwenkkugelapertur 34 einen Durchmesser, der größer ist als derjenige der Schwenkkugel 32. Erste 36 und zweite 38 Lippen definieren Durchmesser, die kleiner sind als der Durchmesser der Schwenkkugel 32. Während der Montage wird die Schwenkkugel in die Schwenkkugelapertur 34 gedrückt, und anschließend wird die Schwenkkugel 32 von der Schwenkkugelapertur 34 festgehalten. Vorzugsweise sind die durch die Lippen 36 und 38 definierten Durchmesser etwas kleiner als die entsprechenden Abschnitte der Schwenkkugel 32, so dass sie sich frei in der Apertur 34 drehen kann, ohne sich innerhalb der Apertur 34 verschieben zu können.
Der Griff 26 enthält auch eine Schraubenapertur 44 zur Aufnahme der Handschraube 30 und eine Mutterapertur 46 zur Aufnahme der Spannschlossmutter 28. Die Spannschlossmutter 28 ist im Allgemeinen zylindrisch und mit einem Durchgangsloch mit Gewinde (nicht abgebildet) versehen. Das Durchgangsloch ist so angeordnet, dass die Spannschlussmutter 28, wenn sie in der Mutterapertur 46 platziert ist, um ihre Längsachse gedreht werden kann, bis das Durchgangsloch mit der Schraubenapertur 44 übereinstimmt. Die Gewinde an der Handschraube 30 greifen in die Spannschlosssmutter 28 ein. Eine Lücke 42 macht es möglich, den Durchmesser der Schwenkkugelapertur 34 zu verändern. Insbesondere übt das Festdrehen der Handschraube 30 eine zusammendrückende Kraft über die Lücke 42 hinweg aus, so dass der Durchmesser der Apertur 34 verkleinert wird. Die Führungsbaugruppe 16 umfasst einen zylindrischen Handgriffabschnitt 48, der in die Stabklemme 14 eingreift.
Bezug nehmend auf die 5 und 6 hat die Schwenkkugel 32 im Allgemeinen eine sphärische Form. Durch den Durchmesser der Schwenkkugel 32 verläuft eine Kugelapertur 50. Eine erste 42a und eine zweite 52b flache Fläche verlaufen orthogonal zur Längsachse der Kugelapertur 50. Am Ende der Kugelapertur 50 in der Nähe der ersten flachen Fläche 52a ist ein Gewinde 54 vorgesehen.
Die Kugelapertur 50 kann verschiedene Einsätze aufnehmen. Bezug nehmend auf die 7a, 7b und 7c umfasst ein Nadelbund 56, der insbesondere für die Verwendung mit Biopsienadeln vorgesehen ist, einen zylindrischen Einsatzabschnitt 58, der von der Kugelapertur 50 aufgenommen wird. Das Gewinde 59 am Einsatzabschnitt 58 greift in das Gewinde 54 in der Kugelapertur 50 ein, so dass der Nadelbund 56 gut festgehalten wird. Der Nadelbund 56 enthält eine Führungsapertur 60, die in der Mitte des zylindrischen Einsatzabschnitts 58 angeordnet ist. Die Führungsapertur 60, die eine Führungsachse definiert, hat einen Durchmesser, der sich für die zu verwendende Biopsienadel eignet. Das obere Ende 64 des Nadelbunds 56 hat einen Durchmesser, der größer ist als der des Einsatzabschnitts 58 und eine Schulter 66 definiert. Das obere Ende 64 enthält außerdem eine Gegenbohrung 68, die exzentrisch zu der Führungsapertur 60 ist. Vorzugsweise entspricht das Ausmaß der Exzentrizität ungefähr einem Zehntel des Durchmessers der Führungsapertur 60. Somit ist zum Beispiel bei einer Führungsapertur 60 mit einem Durchmesser von 1,95 mm die Gegenbohrung 68 um 0,2 mm exzentrisch, und aufgrund des geringen Ausmaßes der Exzentrizität ist dieser Effekt in den Figuren nicht zu sehen. Eine Kerbe 69 gibt die Richtung der Exzentrizität an.
Bezug nehmend auf die 8a, 8b und 8c umfasst ein Arretierbund 70 einen zylindrischen Einsatzabschnitt 72, der vorgesehen ist, um von der Gegenbohrung 68 der Nadelführung 56 aufgenommen zu werden, vorzugsweise mit einer leichten Spielpassung. Der Arretierbund 70 kann auch drehbar innerhalb der Gegenbohrung 68 angebracht sein, zum Beispiel mit Hilfe von geeigneten Verjüngungen, Montagezungen, Montagelippen oder dergleichen. Vorzugsweise lässt sich der Arretierbund 70, selbst wenn er drehbar angebracht ist, leicht von der Nadelführung 56 entfernen.
Der Arretierbund 70 enthält eine Arretierapertur 74, die exzentrisch zu dem Einsatzabschnitt ist, vorzugsweise um etwa ein Zehntel des Durchmessers der Arretierapertur 74. Somit ist zum Beispiel bei einer Arretierapertur 74 mit einem Durchmesser von 1,95 mm die Arretierapertur 74 um 0,2 mm exzentrisch. Das obere Ende 76 des Arretierbundes 70 hat einen größeren Durchmesser als der Einführungsabschnitt 72 und definiert eine Schulter 78. Eine Kerbe 80 definiert die Richtung der Exzentrizität.
Auch andere Einsätze werden betrachtet. So ist ein Lesekopfbund vorgesehen, um ein chirurgisches Instrument wie eine Sonde oder einen Lesekopf in Verbindung mit einem bildgeführten Chirurgiesystem aufzunehmen. Der Lesekopfbund ähnelt dem Nadelbund 56 aus den 7a, 7b und 7c, obwohl die Führungsapertur 60 so bemessen ist, dass sie die gewünschte Sonde aufnehmen kann. Auf ähnliche Weise können Bunde für die Aufnahme von anderen chirurgischen Instrumenten, zum Beispiel Kelly-Koagulatoren, Bohrern, Bohrhülsen und Ähnliches leicht implementiert werden. Diese Bunde können auch mit entsprechenden Arretierbunden verwendet werden, wobei die Arretierapertur so konfiguriert ist, dass sie das gewünschte Instrument aufnimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind Bunde zur Verwendung mit chirurgischen Leseköpfen und Kelly-Koagulatoren jedoch nicht exzentrisch, wie oben beschrieben.
Obwohl die Führungsaperturen mit einem kreisförmigen Querschnitt beschrieben wurden, können auch andere Querschnitte implementiert werden, zum Beispiel, wenn ein Instrument gehalten werden soll, dass einen bestimmten Drehsinn hat. Auf diese Weise kann eine Drehung des Instruments innerhalb der Führungsapertur verhindert werden. Das Gerät kann auch in Verbindung mit Instrumenten zur Entnahme von Gewebe, zum Beispiel mit Hirnspateln, verwendet werden. Obwohl beschrieben wurde, dass die Richtung der Exzentrizität durch die Kerben 69, 80 angegeben wird, ist zu beachten, dass die Angabe durch andere Mittel erfolgen kann, zum Beispiel durch Markierungen, Nuten, hervorstehende Teile, geometrisch charakteristische Merkmale oder Ähnliches.
Das Führungsgerät 1 ist vorzugsweise aus Materialien wie Polymeren hergestellt, die die gewünschte MR-Sicherheit und MR-Verträglichkeit und/oder Röntgen-/CT-Verträglichkeit aufweisen und dabei die erforderlichen physikalischen Eigenschaften bieten. In einer bevorzugten Ausführungsform für MR-Bildgebungsverfahren sind die Stütze 12 und die Stabklemme 14 aus 30% glasgefülltem Polycarbonat hergestellt, wie es zum Beispiel unter dem Handelsnamen Ultem 2300 von G. E. Plastics aus Pittsfield, Massachusetts, vermarktet wird. Ein weiteres geeignetes Material wird unter dem Handelsnamen Ze lux M-GF30 von Westlake Plastics aus Lennie, Pennsylvania, vermarket. Eine Ausführungsform, die auch röntgen-/CT-verträglich ist, wird ohne Glasfüllung hergestellt und kann aus dem gleichen Material bestehen wie der Griff 26 und die Schwenkkugel 32, die aus Polyetherimid bestehen, wie es zum Beispiel unter dem Handelsnamen Ultem 1000 von G. E. Plastics aus Pittsfield, Massachusetts, vermarktet wird. Die Handschraube 30 und die Spannschlossmutter 28 sind vorzugsweise aus Polyphenylsulfon, auch bekannt als Polyarylethersulfon, hergestellt, wie es zum Beispiel unter dem Warenzeichen Radel R von Amoco Performance Products aus Atlanta, Georgia, vermarktet wird. Ein weiteres geeignetes Material ist Polyacetal, zum Beispiel vermarktet unter dem Handelsnahmen Delrin von E. I. DuPont aus Wilmington, Delaware. Die verschiedenen Einsatzbunde sind vorzugsweise aus Polyphenylsulfon hergestellt, das unter dem oben beschriebenen Warenzeichen Radel R vermarktet wird.
Andere Materialien mit geeigneten physikalischen Eigenschaften, vor allem einer relativ hohen Festigkeit und Steifheit, Biokompatibilität und einfacher Sterilisierung, können stattdessen verwendet werden. Die für den Griff 26 und die Schwenkkugel 32 verwendeten Materialien haben vorzugsweise einen relativ hohen Reibungskoeffizienten, während die für die Handschraube 30 und die Spannschlossmutter 28 verwendeten Materialien relativ niedrige Reibungskoeffizienten haben. Das Führungsgerät 1 kann auch aus Materialien hergestellt sein, die aufgrund ihrer Transparenz für Röntgenstrahlung gewählt wurden, wenn das Gerät 1 in Verbindung mit Systemen wie CT-Scannern, radiographischen Systemen oder Fluoroskopiesystemen verwendet werden soll.
Im Betrieb ist die Stützte 12 des Führungsgeräts 1 in eine geeignete Struktur geschraubt, zum Beispiel das Bett eines MR-Scanners oder einer anderen Bildgebungsvorrichtung oder einen stationären Scannerteil. Der Chirurg wählt einen geeigneten Bund, zum Beispiel den oben beschriebenen Lesekopfbund. Der Bund wird in die Schwenkkugelapertur 50 eingesetzt und festgezogen, so dass das Gewinde am Bund in das Gewinde 54 in der Schwenkkugelapertur eingreift und die Schulter 66 des Bunds 56 auf der zweiten Fläche 52b der Schwenkkugel 32 aufliegt. Der Bund wird also in Bezug auf die Schwenkkugel 32 fest gehalten.
Bei gelöster Handschraube 30 ist die Schwenkkugel 32 in Bezug auf den Griff 26 frei drehbar. Der Chirurg führt ein Instrument, zum Beispiel eine Sonde, die durch das bildgeführte Chirurgiesystem verfolgt werden kann, in die Führungsapertur des Bunds ein. Anschließend wird die Ausrichtung des Instruments justiert, zum Beispiel, indem der Patient mit der Spitze der Sonde berührt wird und dann die Position und Ausrichtung der Sonde justiert werden, bis eine gewünschte Bahn erreicht ist. Selbstverständlich kann die Position der Führungsbaugruppe 16 in Bezug zum Patienten nach Bedarf mit Hilfe der Stabklemme 14 justiert werden.
Wenn das Instrument korrekt ausgerichtet ist, wird die Handschraube 30 festgedreht. Die resultierende Kompressionskraft wirkt über die Lücke 42, um den Durchmesser der Griffapertur 34 zu reduzieren. Die Innenkanten der Lippen 36, 38 schließen sich im Wesentlichen um ihren gesamten Umfang um die Schwenkkugel 32 und üben außerdem Kompressionskräfte auf die Schwenkkugel 32 aus. Infolgedessen reicht ein nur kleiner Drehmoment an der Handschraube 30 aus, um eine große Klemmkraft an der Schwenkkugel 32 zu erzeugen. Die Schwenkkugel 32 und damit die Führungsachse und das Instrument werden fest an ihrem Ort gehalten. Selbstverständlich kann die Bahn der Sonde nach Bedarf erneut justiert werden.
Wenn die Instrumentführungsbaugruppe 16 und die Schwenkkugel 32 fixiert sind, kann das Führungsgerät verwendet werden, um die Anwendung verschiedener Instrumente in Bezug auf die Anatomie des Patienten zu führen. So kann zum Beispiel das erste Instrument aus der Führungsapertur herausgenommen und durch ein anderes Instrument, zum Beispiel eine Bohrhülse und einen zugehörigen chirurgischen Bohrer, ersetzt werden. Auch hier bleibt jedoch die Bahn der Instrumente erhalten.
Es können auch verschiedene Bunde in die Schwenkkugel 32 eingesetzt werden. So kann zum Beispiel der Lesekopfbund herausgenommen und durch den Nadelbund 56 ersetzt werden. In die Gegenbohrung 68 des Nadelbundes 56 kann dann der Arretierbund 70 eingeführt werden. Wenn der Arretierbund 70 so gedreht wird, dass seine Kerbe 80 mit der Kerbe 69 am Nadelbund fluchtet, sind die entsprechenden Arretier- 74 und Führungsaperturen 60 im Wesentlichen aufeinander ausgerichtet. Das gewünschte Instrument, zum Beispiel eine Biopsienadel, kann frei durch die Aperturen eingeführt und an dem Patienten angewendet werden. Wenn das Instrument eine gewünschte Tiefe erreicht, wird der Arretierbund 70 in der Gegenbohrung 68 gedreht. Die Exzentrizität im Zusammenhang mit dem Arretierbund 70 und dem Nadelbund 56 führt zu einer Fehlausrichtung der entsprechenden Aperturen 74 und 60, so dass das Instrument in der gewünschten Tiefe arretiert wird. Somit kann das Führungsgerät 1 verwendet werden, um die Anwendung von verschiedenen Instrumenten zu unterstützen und gleichzeitig eine gewünschte Bahn in Bezug auf den Patienten aufrechtzuerhalten.
Wie oben beschrieben wurde davon ausgegangen, dass ein oder mehrere Instrumente, die in Verbindung mit dem Führungsgerät verwendet werden, durch ein bildgeführtes Chirurgiesystem verfolgt werden können. Alternativ kann eine Positionsmeldevorrichtung, zum Beispiel eine Vielzahl von Infrarotemittern, an der Schwenkkugel 32 angebracht werden. Da die Position der Positionsmeldevorrichtung in Bezug auf die Führungsachse bekannt ist, können Position und Ausrichtung der Schwenkkugel 32 verfolgt und justiert werden, ohne ein separates, verfolgbares Instrument zu verwenden. Je nach den Anforderungen eines bestimmten Lokalisiersystems können andere Positionsmeldevorrichtungen, zum Beispiel reflektierende Elemente, (Ultra)Schall- oder elektromagnetische Sender oder Empfänger, oder Ähnliches verwendet werden.
Die Positionsmeldevorrichtung kann auch an dem Griff 26 angebracht werden. Diese Konfiguration liefert zwar keine Informationen in Bezug auf die Ausrichtung der Schwenkkugel 32, aber Informationen in Bezug auf die Position und Ausrichtung des Griffs 26. Da die Schwenkkugel 32 drehbar im Griff 26 gehalten wird, ist die Position eines Punktes auf der Führungsachse, d. h. eines Punktes im Zentrum der Schwenkkugel 32, bekannt. Diese Konfiguration kann vorteilhaft in Verbindung mit einem Instrument eingesetzt werden, das eine Positionsmeldevorrichtung, zum Beispiel einen Infrarotsender, hat, deren Position in Bezug auf die Spitze des Instruments bekannt ist. Die Position des Instrumentsenders kann somit in Verbindung mit der bekannten Position des Zentrums der Schwenkkugel 32 verwendet werden, um die Position und Ausrichtung des Instruments eindeutig zu definieren.
Auch Markierungen analog zu denen, die für die Definition der Messpunkte auf der Anatomie des Patienten verwendet werden, können an der Schwenkkugel 32 oder dem Griff 26 angebracht werden. Die Führung kann dann mit Hilfe des Scanners dargestellt werden. Da die Markierungen eine im Bild sichtbare Substanz enthalten, liefern die Markierungen Informationen in Bezug auf die Position der Schwenkkugel 32 oder des Griffs 26. Die Führung kann auch in Verbindung mit einem Instrument verwendet werden, das in einem gescannten Bild sichtbar ist. Die Position des Instruments ist dann direkt in Relation zum Bild zu sehen. Die oben genannten Konfigurationen sind insbesondere vorteilhaft, wenn das Führungsgerät und der Patient beide eine feste Position in Bezug zu einer gemeinsamen Auflage haben.
Das Positioniergerät kann auch ein mechanisches Messsystem oder Markierungen enthalten, die dem Chirurg die Position und Ausrichtung der Führung sichtbar an zeigen. Eine derartige Konfiguration ist insbesondere vorteilhaft, wo das Führungsgerät mit herkömmlichen stereotaktischen Systemen verwendet wird.
Bezug nehmen auf 9 kann das Führungsgerät 1 auch eine Adapterplatte 82 enthalten, die an einer geeigneten Struktur, zum Beispiel der Patientenauflage der Abtastvorrichtung, angebracht ist. Eine Patientenhaltevorrichtung wie zum Beispiel eine Kopfklemme 84 kann ebenfalls an der Adapterplatte 82 befestigt werden. Durch eine derartige Konfiguration erhält man eine leicht transportierbare, starre Baugruppe. Alternativ kann die Montagestütze 12 für die direkte Anbringung an der Patientenhaltevorrichtung 84 vorgesehen werden.
Bezug nehmend auf 10 kann das Führungsgerät 1 auch eine HF-Spule 86 zum Aussenden von Magnetresonanz anregenden Hochfrequenz-Anregungssignalen, zum Empfangen von Hochfrequenz-Magnetresonanzssignalen oder beides enthalten. Die HF-Spule kann auch zusätzlich oder alternativ eine Spoiler-Spule enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die HF-Spule 86 an der Unterseite der Schwenkkugel montiert, so dass sie sich hiermit bewegt, zum Beispiel mit Hilfe einer Gewindevorrichtung. Die Spule 86 ist vorzugsweise von der Schwenkkugel 32 und dem Griff 26 abgesetzt, damit sie die Bewegung der Schwenkkugel 32 nicht stört. Eine Apertur (nicht abgebildet) in der HF-Spule 86 deckt sich mit der Führungsachse, damit ein chirurgisches Instrument hierdurch eingeführt werden kann. Alternativ kann die HF-Spule 86 an der Unterseite des Griffs 26 montiert sein, so dass sie sich hiermit bewegt.
Wenn die chirurgische Führung benutzt wird, befindet sich die HF-Spule 86 normalerweise nahe der Region der Patientenanatomie, die von besonderem Interesse ist, so dass die Darstellung der Region erleichtert wird, wenn der Patient und die Führung in der Bildgebungsregion des MR-Scanners platziert werden. Durch die Befestigung der HF-Spule 86 an der Schwenkkugel 32 ist die Ausrichtung der Spule in Bezug auf die Führungsachse (in 10 orthogonal gezeigt) bekannt.
Da das Führungsgerät 1 beliebig in Bezug zum Hauptmagnetfeld B₀ des MR-Scanners positioniert werden kann, wird eine Multimode-Oberflächenspule bevorzugt, die die Anregung und/oder Erkennung von Resonanzsignalen in drei orthogonalen Moden unterstützt. Eine derartige Spule ist in unserer Patentschrift EP-A-0 845 683 mit dem Titel Arbitrary Multimode Coil System for MR Imaging beschrieben.
Die chirurgischen Führungen der Erfindung sind hinsichtlich MR und/oder anderen Bildgebungsverfahren wie Röntgen-, CT- und Fluoroskopie-Bildgebung sicher und verträglich. Eine geeignete Vorrichtung in diesen Umgebungen sollte durch das Bildgebungssystem nicht beeinflusst werden und im Wesentlichen transparent hierfür sein. Derartige Vorrichtungen machen es möglich, die Bahn des chirurgischen Instruments leicht zu justieren und sorgen dabei für eine stabile und genaue Führung. Die Führungen sind außerdem unauffällig, einfach zu handhaben und für eine Vielzahl von chirurgischen Instrumenten geeignet.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Instrumenthaltevorrichtung für den Einsatz in der operativen Umgebung einer Bildgebungsvorrichtung sowohl sicher als auch verträglich ist, so dass interventionelle chirurgische Prozeduren durchgeführt werden können, ohne das durch die Vorrichtung gelieferte Bild zu beeinträchtigen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie das chirurgische Instrument sicher innerhalb des Halteelements arretiert, ohne das Instrument zu verformen.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Halteelement einfach und sicherer in der gewünschten Position arretiert werden kann.
Obwohl ein bestimmtes Merkmal der Erfindung oben eventuell in Bezug auf nur eine der dargestellten Ausführungsformen beschrieben wurde, können derartige Merkmale nach Wunsch und wie es für eine bestimmte Anwendung vorteilhaft ist, innerhalb des Rahmens der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, mit einem oder mehreren anderen Merkmalen von anderen Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Gerät zur Halterung eines chirurgischen Instruments in der operativen Umgebung einer Bildgebungsvorrichtung wie einem Magnetresonanzsystem (MR) oder einem Computertomographiesystem (CT), wobei das Gerät Mittel (32) zur Halterung des chirurgischen Instruments in einer gewünschten Position auf einer gewünschten Bahn umfasst, die ein erstes Element (56) mit einer ersten Apertur (60) durch dieses Element hindurch enthalten, die vorgesehen ist, um das chirurgische Instrument aufzunehmen, sowie Mittel (26) zur Sicherung der Halterungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungsmittel weiterhin ein zweites Element (70) mit einer zweiten Apertur (74) durch dieses Element hindurch enthalten, wobei die zweite Apertur vorgesehen ist, um das chirurgische Instrument aufzunehmen, wobei die relativen Positionen des ersten und des zweiten Elements selektiv justiert werden können, um die relative Position der ersten und der zweiten Apertur zu variieren und dadurch das chirurgische Instrument zu sichern und wobei die Mittel zur Halterung und die Mittel zur Sicherung aus einem Material bestehen, das für die Verwendung in der operativen Umgebung der Bildgebungsvorrichtung geeignet ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (56) über eine kreisförmige Gegenbohrung (68) an einem Ende der ersten Apertur (60) verfügt, wobei die Gegenbohrung exzentrisch in Bezug auf die erste Apertur angeordnet ist, und wobei das zweite Element (70) so konstruiert ist, dass es drehbar von der Gegenbohrung des ersten Elements aufgenommen werden kann, wobei die zweite Apertur (74) exzentrisch in Bezug auf die Gegenbohrung angeordnet ist, wenn sich das zweite Element darin befindet.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine Magnetresonanz-HF-Spule (86) enthält, die an mindestens entweder an den Mitteln zur Halterung oder den Mitteln zur Sicherung angebracht ist.
Gerät nach Anspurch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Spule so konstruiert ist, dass das in den Mitteln zur Halterung aufgenommene chirurgische Instrument durch die HF-Spule geführt werden kann.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Halterung ein Element (32) mit einer sphärischen Oberfläche und einer Bohrung (50) enthalten, die entlang seines Durchmessers durch das Element verläuft, und die Mittel zur Sicherung einen Griff (26) aus Polymermaterial enthalten, der eine Griffoberfläche hat, welche eine Apertur (34) definiert, die vorgesehen ist, um das Element bei einer Bewegung in der Apertur aufzunehmen, wobei der Griff in einem Umfangspfad um das Element herum verläuft und hat eine Lücke (42) in dem Umfangspfad hat, die Mittel zur Sicherung außerdem ein Befestigungselement (28, 30) aus Polymermaterial enthalten, das operativ mit dem Griff verbunden ist und justiert werden kann, um die Größe der Lücke zu verändern und dadurch die auf das in den Griff befindliche Element ausgeübte Kompressionskraft zu justieren.
Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grifffläche zwei axial voneinander abgesetzte ringförmige Seitensegmente (36, 38) umfasst, wobei jedes der Seitensegmente eine innere Oberfläche hat, die innere Oberfläche jedes Seitensegments in einem bestimmten Radius von der Mitte der Griffapertur angeordnet ist, die Seitensegmente durch ein zentrales Segment voneinander getrennt sind, dessen innere Oberfläche (42) einen Radius hat, der größer ist als der von jedem der Seitensegmente und dadurch an jedem der Seitensegmente eine zugehörige Innenlippe bildet, die das aufgenommene Element berührt.
Gerät nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element der Mittel zur Halterung des chirurgischen Instrument ein aus Polymermaterial bestehender Führungsbund (56) mit einer Führungsapertur ist, die durch den Führungsbund verläuft, wobei der Führungsbund an einem Ende mit einer Gegenbohrung versehen ist und die Gegenbohrung exzentrisch in Bezug auf die Führungsapertur angeordnet ist, wobei der Führungsbund vorgesehen ist, um sicher in der Bohrung aufgenommen zu werden; und das zweite Element der Mittel zur Halterung des chirurgischen Instruments ein aus Polymermaterial bestehender Arretierbund (70) ist, der vorgesehen ist, um beweglich in der Gegenbohrung des Führungsbunds aufgenommen zu werden, wobei der Arretierbund eine Arretierapertur hat und die Arretierapertur exzentrisch zu der Gegenbohrung angeordnet ist, wenn er sich in der Gegenbohrung befindet.
Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Exzentrizität der Gegenbohrung ungefähr einem Zehntel des Durchmessers der Führungsapertur entspricht.
Gerät nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät Kerben auf dem Führungsbund und auf einem Arretierbund enthält, die die Richtung der Exzentrizität des Führungsbunds und des Arretierbund angeben.
Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmaß der Exzentrizität der Arretierapertur ungefähr einem Zehntel des Durchmessers der Arretierapertur entspricht.
Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Komponente, das Element, der Führungsbund, der Arretierbund, der Griff oder das Befestigungselement, aus einem anderen Polymermaterial besteht als mindestens eine andere Komponente, das Element, der Führungsbund, der Arretierbund, der Griff oder das Befestigungselement.