EP4734869A1

EP4734869A1 - Stereotaktische vorrichtung zum schneiden von hartgewebe am schädelknochen mit energetischer strahlung

Info

Publication number: EP4734869A1
Application number: EP24740809.9A
Authority: EP
Inventors: Achim Lenenbach; Peter Christoph REINACHER; Lazar BOCHVAROV; Christina GIESEN; Leo Müller
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2023-06-27
Filing date: 2024-06-24
Publication date: 2026-05-06
Also published as: DE102023116881A1; DE102023116881B4; WO2025003050A1

Abstract

Eine stereotaktische Vorrichtung zum Schneiden von Hartgewebe am Schädelknochen mit energetischer Strahlung weist einen stereotaktischen Rahmen (22) sowie einen am stereotaktischen Rahmen (22) über wenigstens ein Drehgelenk befestigten stereotaktischen Bogen (25) auf. Am stereotaktischen Bogen (25) ist ein Laserapplikator (17) angebracht und über einen motorischen Antrieb (28´´) entlang des stereotaktischen Bogens (25) verfahrbar, der ebenfalls über einen motorischen Antrieb (28, 28´) am stereotaktischen Rahmen (22) verkippbar ist. Der Laserapplikator (17) verfügt über eine dynamische 2D-Strahlablenkeinrichtung (11) für einen Bearbeitungslaserstrahl (2), eine Fokussieroptik (12) mit verstellbarer Fokuslage sowie eine Messeinrichtung (6) oder ist mit dieser verbunden, mit der die Schneidtiefe und die Restdicke des Schädelknochens (15) in der Schnittfuge gemessen werden kann. Die Vorrichtung ermöglicht eine sichere und für den Patienten vibrations- und geräuschlose Öffnung des Schädels.

Description

Stereotaktische Vorrichtung zum Schneiden von Hartgewebe am Schädelknochen mit energetischer Strahlung Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine stereotaktische Vorrichtung zum Schneiden von Hartgewebe am Schädelknochen eines Patienten, die einen stereotaktischen Rahmen, der zur Befestigung am Kopf des Patienten ausgebildet ist, und einen am stereotaktischen Rahmen über wenigstens ein Drehgelenk befestigten stereotaktischen Bogen aufweist, der bei einer Befestigung des stereotaktischen Rahmens am Kopf des Patienten durch das Drehgelenk über den Kopf verkippbar ist. In der Neurochirurgie wurden in den letzten Jahren neuartige Therapiemethoden entwickelt, die die Lebensqualität und Überlebensrate schwer kranker Patienten deutlich verbessern. Diese Methoden setzen voraus, dass der Patient im Wachzustand operiert wird, da während der Operation komplexe Funktionen wie z. B. das Sprechen getestet werden müssen. Dies betrifft einerseits Operationen zur tiefen Hirnstimulation (THS), bei denen mit hoher Genauigkeit Elektroden in definierte Zielgebiete im Gehirn implantiert werden, um komplexe Bewegungsstörungen (z.B. M. Parkinson, Dystonie oder Essentiellen Tremor) zu behandeln. Durch die tiefe Hirnstimulation können Patienten dauerhaft symptomfrei leben, deren Motorik so stark beeinträchtigt war, dass sie zu sozial isolierten Pflegfällen wurden. Wachoperationen gewinnen zudem in der Behandlung von niedriggradigen Gliomen (häufigster Hirntumor) immer mehr an Bedeutung, da gezeigt werden konnte, dass bei diesen infiltrativ wachsenden Tumoren eine möglichst ausgedehnte Tumorentfernung bis an die Grenze zum Verlust von Hirnfunktionen erforderlich ist, um ein möglichst langes Überleben bei guter Lebensqualität zu erzielen. Trotz der Erfolge verzichtet die Mehrheit der Patienten mit massiven Bewegungsstörungen oder einem Hirntumor auf einen Eingriff im Wachzustand. Grund hierfür ist das traumatische Erlebnis beim Aufbohren oder Auffräsen des Schädelknochens. Dieser Vorgang, begleitet von immensem Lärm und starken Vibrationen, wird als angsteinflößend und extrem belastend empfunden. Stand der Technik Die Schädelöffnung erfolgt derzeit bei der tiefen Hirnstimulation mit einem mechanischen Bohrer (Durchmesser 12 mm), dessen Rotation am Durchstoßpunkt automatisch stoppt. Es kommt dabei leider in etwa 10 % der Fälle zu Verletzungen der unter dem Knochen liegenden Hirnhaut. In seltenen Fällen wird auch das Gehirn verletzt. Bei der Wachoperation von Hirntumoren wird der Schädel nach Setzen eines Bohrloches mit einer handgeführten Fräse großflächig aufgefräst (Kraniotomie). An der Fräse ist zusätzlich ein abgewinkelter Schuh aus Metall befestigt der die Hirnhaut (Dura) und das Gehirn vor Verletzungen durch die Fräse schützen sollen. Es treten trotzdem häufig Verletzungen der Hirnhaut oder sogar der Blutleiter unter dem Knochen (Sinus) beim Kraniotomieren auf. Auch lasergestützte Schneideverfahren sind im Bereich medizinischer Operationen bekannt. So wurde bspw. ein System für die roboterunterstütze Osteotomie aufgebaut. Ein Roboterarm bewegt dabei einen Laserkopf mit Scanner über das zu schneidende Knochengewebe oder positioniert diesen vor dem Operationssitus, um durch Verteilung der Laserenergie über den Scanner Knochengewebe zu schneiden. Allerdings werden mit dem Roboterarm und dem Bearbeitungskopf erhebliche Massen bewegt, sodass ein sehr hohes Sicherheitsrisiko bei Operationen am Kopf besteht. Auch die erforderliche genaue Schnittführung am Kopf des Patienten stellt dabei eine Herausforderung dar. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine stereotaktische Vorrichtung zum Schneiden von Hartgewebe am Schädelknochen eines Patienten mit energetischer Strahlung anzugeben, die eine geringere Gefahr der Verletzung für den Patienten mit sich bringt, eine hohe Schneidgenauigkeit gewährleistet und eine für den Patienten weitgehend belastungsfreie Öffnung des Schädels ermöglicht. Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. Die vorgeschlagene Vorrichtung weist einen stereotaktischen Rahmen auf, der zur Befestigung am Kopf eines Patienten ausgebildet ist. Am stereotaktischen Rahmen ist über wenigstens ein Drehgelenk ein stereotaktischer Bogen in Form einer bogenförmigen Schiene befestigt, auch als Zielbügel bezeichnet, der bei einem Befestigen des stereotaktischen Rahmens am Kopf des Patienten mittels des Drehgelenks über den Kopf verkippbar ist, beispielsweise längs des Kopfes, also in sagittaler Richtung. Die vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass am stereotaktischen Bogen ein Laserapplikator angebracht und über einen motorischen Antrieb entlang des stereotaktischen Bogens verfahrbar ist. Auch der stereotaktische Bogen selbst ist über einen weiteren motorischen Antrieb am stereo- taktischen Rahmen verkippbar. Der Laserapplikator weist eine dynamische 2D-Strahlablenkeinrichtung und eine Fokussieroptik auf. Die Fokuslage ist dabei über die Fokussieroptik oder andere optische Elemente im Laserapplikator verstellbar. Über die 2D-Strahlablenkeinrichtung kann ein in den Laserapplikator eingekoppelter Bearbeitungslaserstrahl über einen Bereich des mit dem Laserstrahl zu schneidenden Hartgewebes geführt werden. Die Fokussieroptik mit verstellbarer Fokuslage ermöglicht die Nachführung des Fokus des Bearbeitungslaserstrahls in Abhängigkeit von der jeweiligen Schnitttiefe und eventuellen Änderungen des Abstandes des Laserapplikators zur Schädeldecke während der Bearbeitung. Der Laserapplikator weist auch eine Messeinrichtung auf oder ist mit einer Messeinrichtung verbunden, mit der die Schneidtiefe der mit dem Bearbeitungslaserstrahl erzeugten Schnittfuge und die Restdicke des Schädelknochens in der Schnittfuge – zumindest bei geringer Restdicke von ≤ 200 μm - gemessen werden kann. Hierzu können unterschiedliche Messtechniken, beispielsweise Ultraschallmesstechnik oder optische Messtechnik, eingesetzt werden. Vorzugsweise wird eine OCT-Messeinrichtung (OCT = Optical Coherence Tomography) eingesetzt, die einen Messstrahl zur Messung der Schneidtiefe und der Restdicke der Schädeldecke koaxial zum Bearbeitungslaserstrahl auf das zu schneidende Hartgewebe richtet. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung lässt sich der Schädelknochen sicher, geräusch- und vibrationsfrei für den Patienten bei lokaler Schmerzbetäubung nahezu unmerklich öffnen. Durch die Überwachung der Restdicke des Schädelknochens mit der Messeinrichtung wird eine ungewollte Verletzung des Gewebes unter dem Schädelknochen vermieden. Der Laserschneidprozess wird über den Laserapplikator realisiert, der Laserpulse eines Kurzpulslasers mit der dynamischen 2D-Strahlablenkeinrichtung so entlang der Schnittlinie verteilt, dass der Laserschnitt im Knochen effizient und ohne thermische Gewebeschädigung erfolgt. Die im Laserapplikator angeordnete oder mit dem Laserapplikator verbundene Messeinrichtung vermisst während des Schneidens bzw. Abtragens die Schneidtiefe und Knochenrestdicke, im Falle einer OCT-Messeinrichtung beispielsweise durch den mit dem Bearbeitungslaserstrahl mitgeführten Messstrahl. Diese online-Kontrolle verhindert die Verletzung der unter dem Knochen liegenden harten Hirnhaut (Dura) und des Gehirns. Bei kleinen Schädelöffnungen bleibt der Laserapplikator ortsfest und die Schnittführung erfolgt über die dynamische 2D-Strahlablenkeinrichtung, die beispielsweise durch einen 2D-Scannerspiegel oder durch zwei getrennte 1D- Scannerspiegel, die für eine Strahlablenkung in zwei zueinander orthogonalen Drehachsen angeordnet sind, gebildet sein kann. Für große Schädelöffnungen wird der Laserapplikator zusätzlich mit einem Motorantrieb entlang des Bogens bewegt und der Bogen als Ganzes mit einem weiteren Motorantrieb verkippt, beispielsweise entlang der Schädellängsachse. Zur Bewegung des Laserapplikators entlang des Bogens weist dieser vorzugsweise einen entlang des Bogens verfahrbaren Schlitten auf, an dem der Laserapplikator, vorzugsweise über eine lösbare Verbindung, angebracht ist und der mit dem motorischen Antrieb entlang des Bogens verfahren wird. Da der Kopf des Patienten während des Eingriffs bzw. Schnitts in dem stereotaktischen Rahmen fixiert ist, kann keine ungewollte relative Bewegung zwischen Laserstrahl und Schädeldecke erfolgen. Die Schnittplanung erfolgt dabei vor Beginn des Eingriffs, indem eine CT- oder MRT-Aufnahme des Kopfes mit dem daran fixierten stereotaktischen Rahmen erfolgt, um die genaue Bezugslage von stereotaktischem Rahmen und der jeweiligen Schnittposition zu erhalten. Die Führung des Laserapplikators und damit des Bearbeitungslaserstrahls erfolgt über die Steuerung der motorischen Antriebe gemäß der Schnittplanung mittels einer dafür ausgebildeten Steuereinheit vollkommen automatisiert. Die Bewegung des Laserapplikators wird über ein Messsystem, bspw. mittels geeigneter Inkrementalgeber, mit hoher Genauigkeit überwacht und geregelt. Dieses automatisierte Stereotaxiesystem, im Folgenden auch als Stereotaxieroboter bezeichnet, ermöglicht einen Materialabtrag mit einer Genauigkeit im Submillimeterbereich (ca. 0,1 mm). Dies eröffnet die Möglichkeit, auch sehr nah an kritischen Strukturen (z.B. im Bereich der Schädelbasis und der kaudalen Hirnnerven) sicher Knochen abzutragen. Die Verletzung der unter dem Knochen liegenden Hirnhaut wird durch eine Steuerung des Prozesses mit kontinuierlicher Messung der Knochenrestdicke, vorzugsweise mittels optischer Kohärenztomographie (OCT), vermieden. Die Steuereinheit ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie bei Erreichen einer Soll-Restdicke die Bearbeitung mit dem Bearbeitungslaserstrahl stoppt. Die Steuereinheit kann beispielsweise im oder am Laserapplikator angeordnet sein, aber auch getrennt davon. Durch die Automatisierung des Stereotaxiesystems können bei komplexen Operationen, in denen eine Vielzahl von Löchern im Schädelknochen gebohrt und Elektroden an verschiedenen definierten Stellen im Gehirn platziert werden müssen (Stereo-Elektroenzephalogramm, Stereo-EEG), diese Stellen gemäß der präoperativen Planung vom System automatisiert angefahren werden. Dies entlastet den Operateur, der bisher die Koordinaten von Hand einstellen muss und reduziert die Fehleranfälligkeit bei der Positionierung der Elektroden. Der Stereotaxieroboter bewegt keine großen Massen wie ein Roboterarm. Konzeptbedingt kann die bewegte Masse des Applikators auch nicht mit dem Kopf des Patienten kollidieren. Als Bearbeitungslaser wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise ein CO2-Laser eingesetzt, der gepulste Laserstrahlung mit Pulslängen im Piko-, Nano- oder Mikrosekundenbereich, vorzugsweise mit Emissionswellenlängen zwischen 9,3 µm und 10,6 µm, oder ein gepulster Festkörperlaser mit Pulslängen im Piko-, Nano- oder Mikrosekundenbereich, vorzugsweise mit Wellenlängen zwischen 2,7 µm und 3,3 µm emittiert. Der Bearbeitungslaserstrahl wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung über eine flexible oder gelenkige Strahlführung zum Laserapplikator geführt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen geeignet ausgebildeten Gelenkspiegelarm handeln. Es kann auch eine Faserführung zum Laserapplikator hin erfolgen. Vorzugsweise verfügt die vorgeschlagene Vorrichtung auch über ein Sprühsystem mit einer oder mehreren Düsen, das einen Sprühnebel, vorzugsweise aus Wasser, zur lokalen Befeuchtung und Kühlung des Knochens im Bearbeitungsbereich erzeugt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung ist der Laserapplikator über eine motorisierte Linearverstelleinheit am stereotaktischen Bogen angebracht. Über diese Linearverstelleinheit ist der Laserapplikator in radialer Richtung zum stereotaktischen Bogen verfahrbar. Dieser weitere motorische Antrieb wird wiederum über die Steuereinheit angesteuert. Damit kann während der Bearbeitung ein konstanter Abstand des Laserapplikators zur Knochenoberfläche eingehalten werden. In einer Weiterbildung der Vorrichtung weist der stereotaktische Rahmen einen inneren ringförmigen Rahmenteil, der am Kopf des Patienten fixiert wird, und einen um den inneren ringförmigen Rahmenteil (in der Ringebene) drehbaren äußeren Rahmenteil auf, an dem der stereotaktische Bogen über das wenigstens eine Drehgelenk befestigt ist. Diese Weiterbildung bietet den Vorteil, dass der stereotaktische Bogen dann zusätzlich auf dem stereotaktischen Rahmen gedreht werden kann. Hierdurch können alle Trajektorien in den (im Zentrum des Bogens befindlichen) Zielpunkten eingestellt werden. Es wird vermieden, dass der stereotaktische Bogen in einer für den Operateur störenden Position eingestellt werden muss oder bestimmte Trajektorien technisch nicht durchführbar sind. Dies ist besonders bei komplexen stereotaktischen Operationen wie dem Stereo-EEG oder bei Biopsien in der hinteren Schädelgrube wichtig, da durch weniger technische Limitationen häufiger die anatomisch optimale Trajektorie gewählt werden kann. Das motorisierte Stereotaxiesystem bzw. der Stereotaxieroboter mit den motorischen Antrieben für die Verkippung des stereotaktischen Bogens und die Bewegung eines am Bogen verfahrbar angeordneten Schlittens entlang des Bogens kann auch ohne den Laserapplikator betrieben werden, um beispielsweise eine Vielzahl von Elektroden in der Tiefe des Gehirns zu positionieren. Der stereotaktische Rahmen kann dabei auch, wie oben beschrieben, einen inneren ringförmigen Rahmenteil, der am Kopf des Patienten fixiert wird, und einen um den inneren ringförmigen Rahmenteil drehbaren äußeren Rahmenteil aufweisen, an dem der stereotaktische Bogen über das wenigstens eine Drehgelenk befestigt ist. Zur Positionierung von Elektroden in der Tiefe des Gehirns wird anstelle des Laserapplikators eine Halterung für dünne zylinderförmige Elektroden mit mehreren Kontakten am Schlitten des stereotaktischen Bogens angebracht. Diese Halterung ist mit einer Mikrometerschraube ausgestattet, um einen submillimetergenauen Vorschub der Elektroden in der Tiefe zu ermöglichen. Mit dem motorisierten Stereotaxiesystem kann nun eine Vielzahl von Positionen submillimetergenau angefahren werden, an denen auf Basis der präoperativen Planung Elektroden in der Tiefe des Gehirns positioniert werden sollen. An den entsprechenden Positionen werden zuvor Löcher mit dem Laserapplikator gebohrt, damit die Elektroden in das Gehirn eingeführt werden können. Dies ist zum Beispiel wichtig bei sogenannten Stereo-EEGs, mit deren Hilfe die Entstehungsorte epileptischer Anfälle ermittelt werden. Auf Grundlage dieser Lokalisierung wird im Verlauf eine maßgeschneiderte chirurgische Therapie („tailored resection“) durchgeführt, um die Epilepsie zu behandeln. Auch andere Anwendungen des motorisierten Stereotaxiesystems ohne den Laserapplikator sind möglich. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorgeschlagene Vorrichtung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels des in der vorgeschlagenen Vorrichtung eingesetzten Laserapplikators und Fig. 2 eine schematische Darstellung der vorgeschlagenen Vorrichtung mit dem am Kopf eines Patienten fixierten stereotaktischen Rahmen. Wege zur Ausführung der Erfindung Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung lässt sich ein sicherer, geräusch- und vibrationsfreier Abtragprozess an der Schädeldecke eines Patienten realisieren. Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung werden die bisher eingesetzten Bohrer und Fräsen durch eine Laserstrahlquelle ersetzt, die kurz gepulste Laserstrahlung mit Pulsenergien emittiert, die vorzugsweise im Bereich von 0,1 mJ bis 10 J liegen. Mit dieser Strahlung können schmale und tiefe Fugen in Knochengewebe geschnitten werden, um einen Zugang zum Gehirn zu schaffen. Damit der Schneidprozess effizient und ohne thermische Gewebeschädigung verläuft, müssen die Laserpulse bei Repetitionsraten im Bereich zwischen 0,1 und 1000 kHz so entlang der Schnittlinie verteilt werden, dass einerseits die entstehende Prozesswärme lokal nicht akkumuliert und andererseits eine zusammenhängende tiefe Schnittfuge entsteht. Die Verteilung der Pulse erfolgt dabei durch die dynamische 2D-Strahlablenkeinrichtung des Laserapplikators, die über die Steuereinheit entsprechend angesteuert wird. Als Wellenlängen für den Bearbeitungslaserstrahl eignen sich solche, die gut in Knochengewebe absorbiert werden. Hier bieten sich bspw. die Wellenlängen des CO2-Lasers zwischen 9,3 µm und 10,6 µm an sowie Wellenlängen zwischen 2,7 und 3,3 µm. Die Prozessführung erfolgt über einen Laserapplikator 17, von dem ein beispielhafter Aufbau in Fig. 1 dargestellt ist und nachfolgend beschrieben wird. Der Laserstrahl 2 einer Laserstrahlquelle 1 wird in diesem Beispiel über eine Strahlführung 3 durch zwei schwach reflektierende planare Glasplatten 4 und 4’ transmittiert. Der geringe an den Glasplatten 4, 4’ reflektierte Anteil der Laserstrahlung wird von zwei Positionssensoren 5, 5’ detektiert. Die Positionssensoren bestimmen die Lage und Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 2 innerhalb des Laserapplikators. Über zwei hier nicht dargestellte automatisch verstellbare Spiegel im Strahlführungssystem kann die Strahllage bei Dejustage über die Spiegel im Strahlführungssystem unter Verwendung der Positionsmessung auf die optische Achse des Laserapplikators eingeregelt werden. Über ein Umlenkelement 8 wird der Laserstrahl über eine Teleskopoptik 9 geführt und trifft über einen Strahlvereiniger 10 auf eine dynamische 2D-Strahlablenk- einheit 11. Hinter der Strahlablenkeinheit 11 wird der Laserstrahl 2 von einer Fokussieroptik 12 auf die zu schneidende Knochenoberfläche 15 fokussiert, wobei er das Applikatorgehäuse 14 durch eine Austrittsöffnung 13 verlässt. Dabei kann die Austrittsöffnung 13 je nach Ausführung mit der Fokussieroptik 12 oder einem Schutzfenster 13’ abgeschlossen sein. Ein OCT-Sensor 6 emittiert einen OCT-Messstrahl 7, der über ein Strahlführungssystem 6’, z.B. optische Faser, zum Applikator 17 geführt wird. Dieser Messstrahl 7 wird am Strahlvereiniger 10 mit dem Laserstrahl 2 überlagert und trifft danach auf die Ablenkeinheit 11. Die Ablenkeinheit 11 verteilt die Fokusse der beiden koaxialen Strahlen 2, 7 in der Bearbeitungsebene auf dem Knochen 15 in Vorschubrichtung (x-Richtung) des Schneidvorgangs und senkrecht dazu (y- Richtung). Während des Abtragsprozesses wird die Knochenoberfläche mit einem Sprühnebel aus Wasser benetzt, um einen karbonisationsfreien und effizienten Laserabtrags- prozess zu gewährleisten. Der Sprühnebel kommt aus feinen Zerstäuberdüsen 16, die konzentrisch um die Austrittsöffnung 13 des Applikatorgehäuses 14 angeordnet sind. Dabei misst der OCT-Sensor 6 mit dem OCT-Messstrahl 7 die Schneidtiefe ds und die verbleibende Restdicke dr. Das Messlicht verläuft antiparallel zur Anregungsrichtung des OCT-Messstrahls 7 und wird im OCT-Sensor 6 detektiert. Über das Messsignal wird der Schneidprozess so geregelt, dass eine definierte dünne Restdicke verbleibt, so dass der Laserstrahl 2 nicht das unter dem Knochen 15 liegende Hirngewebe oder die Dura schädigt. Mit zunehmender Abtragstiefe wird die Lage des Laserfokus in der Tiefe (z-Richtung) durch Verstellen einer in ihrer Position verschiebbaren Linse 9’ des Teleskops 9 in den Knochen 15 hinein verschoben. Der Laserapplikator 17 befindet sich an einem Stereotaxieroboter 21 (vgl. Figur 2). Dieser weist einen stereotaktischen Rahmen 22 und einen stereotaktischen Bogen 25 auf. Der stereotaktische Rahmen 22 besitzt in diesem Beispiel einen inneren Ring 22’ mit einer Plattform 22’’, die gegen den Ring 22’ drehbar gelagert ist. Der innere Ring 22’ wird über Halterungen 23 mit Schrauben 24 am Schädel 40 des Patienten festgeschraubt. Der stereotaktische Bogen 25 ist über Drehgelenke an der Plattform 22’’ des stereotaktischen Rahmens 22 angebracht. Die Bogenebene ist dadurch drehbar gelagert, so dass Sie zur Ringebene hin- oder von dieser weggeklappt werden kann. Am stereokatischen Bogen 25 befindet sich ein Schlitten 26, der entlang des Bogens bewegt werden kann. Am Bogen ist das Applikatorgehäuse 14 an einer motorisierten linearen Verstelleinheit 27 befestigt. Die Applikatorspitze, aus der der Laserstrahl 2 austritt, kann durch Verkippen des stereotaktischen Bogens 25, Verfahren des Schlittens 26 entlang des Bogens 25 und Linearverstellung des Applikators 17 mit der Verstelleinheit 27 im Raum bewegt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Stereotaxiesystemen ist das Stereotaxiesystem der vorgeschlagenen Vorrichtung motorisiert. Der stereotaktische Bogen 25, der Schlitten 26 und die Linearverstelleinheit 27 werden durch Motoren 28, 28’, 28’’ über eine Ablaufsteuerung bewegt (vgl. Figur 2). Ferner besitzt das Stereotaxiesystem weitere Freiheitsgerade, über die die Position des Bogenmittelpunkts auf einen Zielpunkt im Kopf händisch eingestellt werden kann (Centre- of-Arc-Prinzip). Durch diese Einstellung erreicht der Chirurg bei jeder Position des Bogens 25 und des Schlittens 26 durch radiale Führung eines chirurgischen Instruments in der Bogenebene den von ihm eingestellten Bogenmittelpunkt als Zielpunkt. Über eine OP-Planungssoftware wird auf der Basis präoperativer Bilddaten die Solltrajektorie für den Schneidprozess der vorgeschlagenen Vorrichtung, im Folgenden auch als Laserosteotom bezeichnet, ermittelt. Das stereotaktische Laserosteotom kann in zwei Applikatiosmodi betrieben werden. Für das Schneiden kleiner Zugangsöffnungen ist der Laserapplikator 17 ortsstabil. Der Laserfokus wird dann über die Strahlablenkeinheit 11 auf einer geschlossenen Schnittlinie bewegt. Durch die Bewegung des Laserstrahls 2 quer zur Schnittrichtung wird die Breite der Schnittfuge, durch die Bewegung in Schneidrichtung wird die Länge der Schnittfuge definiert. Das Verstellen des Laserfokus über das Teleskop 9 in der Tiefe gewährleistet einen effizienten Schneidprozess auch bei zunehmender Tiefe. Während des Schneidprozesses werden über den OCT-Sensor 6 die Schneidtiefe und die Restdicke vermessen, um die lokale Schneidtiefe zu regeln und eine Bearbeitung des Gewebes über den Knochen hinaus zu verhindern. Beim zweiten Applikationsfall werden größere Zugangsöffnungen mit dem stereotaktischen Laserosteotom ausgeschnitten. Dabei erfolgt die Verteilung der Laserfokusse auf der Knochenoberfläche durch eine kombinierte Bewegung des Applikators 17 über den Stereotaxieroboter 21, des Laserstrahls 2 über die Strahlablenkeinheit 11 und die Fokusverstellung des Teleskops 9. Die Strahlablenkeinheit 11 kann als 2D-Scannerspiegel ausgeführt sein. Unter einem 2D-Scannerspiegel wird ein Spiegel mit einem Pivotpunkt verstanden, der einen Laserstrahl in 2 Raumrichtungen ablenken kann. Alternativ kann die Strahlablenkeinheit 11 aus 21D-Scannerspiegeln bestehen, die zwei zueinander orthogonale Drehachsen aufweisen.

Bezugszeichenliste Laserstrahlquelle Laserstrahl Strahlführung Glasplatte ’ Glasplatte Positionssensor ’ Positionssensor OCT-Sensor ’ Strahlführungssystem OCT-Messstrahl Umlenkelement Teleskopoptik ’ verstellbare Teleskoplinse 0 Strahlvereiniger 1 2D-Strahlablenkeinheit 2 Fokussieroptik 3 Austrittsöffnung 3’ Schutzfenster 4 Applikatorgehäuse 5 Knochen 6 Zerstäuberdüse 7 Laserapplikator 1 Stereotaxieroboter 2 Stereotaktischer Rahmen 2’ Ring 2’’ Plattform 3 Halterung 4 Schraube 5 Stereotaktischer Bogen 6 Schlitten 7 Linearverstelleinheit 8 Motor 8’ Motor 8’’ Motor 0 Schädel

Claims

Patentansprüche 1. Stereotaktische Vorrichtung zum Schneiden von Hartgewebe am Schädelknochen, mit - einem stereotaktischen Rahmen (22), der zur Befestigung am Kopf eines Patienten ausgebildet ist, und - einem am stereotaktischen Rahmen (22) über wenigstens ein Drehgelenk befestigten stereotaktischen Bogen (25), der bei einer Befestigung des stereotaktischen Rahmens (22) am Kopf eines Patienten durch das Drehgelenk über den Kopf verkippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am stereotaktischen Bogen (25) ein Laserapplikator (17) angebracht und über einen motorischen Antrieb (28’’) entlang des stereotaktischen Bogens (25) verfahrbar ist, und der stereotaktische Bogen (25) über einen weiteren motorischen Antrieb (28, 28’) am stereotaktischen Rahmen (22) verkippbar ist, wobei der Laserapplikator (17) eine dynamische 2D- Strahlablenkeinrichtung (11), über die ein in den Laserapplikator (17) eingekoppelter Bearbeitungs- laserstrahl (2) über einen Bereich des zu schneidenden Hartgewebes geführt werden kann, und eine Fokussieroptik (12) mit durch die Fokussieroptik (12) oder andere optische Elemente verstellbarer Fokuslage für den eingekoppelten Bearbeitungslaserstrahl (2) aufweist, und wobei eine Messeinrichtung (6) im Laserapplikator (17) angeordnet oder mit dem Laserapplikator (17) verbunden ist, mit der eine Schneidtiefe einer mit dem Bearbeitungslaserstrahl (2) erzeugten Schnittfuge und eine Restdicke des Schädelknochens (15) in der Schnittfuge gemessen werden kann.

2. Stereotaktische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (6) eine OCT-Messeinrichtung ist, die einen Messstrahl (7) zur Messung der Schneidtiefe und der Restdicke des Schädelknochens (15) koaxial zum Bearbeitungslaserstrahl (2) auf das zu schneidende Hartgewebe richtet.

3. Stereotaktische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserapplikator (17) eine Sprüheinrichtung aufweist, mit der während des Schneidens ein die Knochenoberfläche befeuchtender und kühlender Flüssigkeitsfilm auf den Schädelknochen (15) aufgebracht werden kann.

4. Stereotaktische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserapplikator (17) mit einer biegsamen oder gelenkigen Strahlführungseinrichtung (3) verbunden ist, über die der Bearbeitungslaserstrahl (2) in den Laserapplikator (17) eingekoppelt wird.

5. Stereotaktische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlführungseinrichtung (3) durch einen Gelenkspiegelarm oder eine Faseroptik mit einer optischen Faser gebildet ist.

6. Stereotaktische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der stereotaktische Bogen (25) einen mit dem motorischen Antrieb (28’’) entlang des stereotaktischen Bogens verfahrbaren Schlitten (26) aufweist, an dem der Laserapplikator (17) angebracht ist.

7. Stereotaktische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserapplikator (17) über eine lösbare Verbindung am Schlitten (26) angebracht ist.

8. Stereotaktische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stereotaktische Rahmen (22) einen inneren ringförmigen Rahmenteil (22’) und einen um den inneren ringförmigen Rahmenteil (22’) drehbaren äußeren Rahmenteil (22’’) aufweist, an dem der stereotaktische Bogen (25) über das wenigstens eine Drehgelenk befestigt ist.

9. Stereotaktische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserapplikator (17) über eine motorisierte Linearverstelleinheit (27) am stereotaktischen Bogen (25) angebracht ist, über die der Laserapplikator (17) in einer Richtung radial zum Bogen (25) verfahrbar ist.

10. Stereotaktische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische 2D-Strahlablenkeinrichtung (11) einen 2D-Scannerspiegel oder zwei 1D-Scannerspiegel aufweist, die für eine Strahlablenkung in zwei zueinander orthogonale Drehachsen ausgebildet sind.

11. Stereotaktische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die motorischen Antriebe (28, 28’, 28’’), die Messeinrichtung (6) und der Laserapplikator (17) mit einer Steuereinheit verbunden sind, die sie zur Schnittführung beim Schneiden des Hartgewebes am Schädelknochen ansteuert.