KR102269516B1 - 기준 마커를 이용한 수술중 이미지 촬영 방법 - Google Patents

기준 마커를 이용한 수술중 이미지 촬영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수술 계획 및/또는 수술중 항법을 위한 시스템 내로 환자의 단층촬영으로 획득된 이미지 데이터를 통합하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법의 범위에서, 환자의 하나 이상의 정의된 신체 부위의 단층촬영 이미지 데이터 또는 X선으로 획득된 이미지 데이터는 이에 적합한 하나 이상의 제1 촬영 장치에 의해 촬영되고, 하나 이상의 표면을 갖는 제1 기준 몸체(1, 11, 21)가 환자 상에 배치되어 제1 촬영 장치에 의해 함께 촬영된다. 제1 기준 몸체를 나타내는 촬영된 이미지 데이터는 왜곡 정보를 획득하기 위해 제1 기준 몸체의 기지의 기하학적 데이터와 비교된다. 촬영된 이미지 데이터는 수정된 이미지 데이터를 획득하기 위해 왜곡 정보를 기반으로 계산 유닛을 통해 수정된다. 수정된 이미지 데이터는 중첩된 이미지 데이터를 획득하기 위해 환자의 동일한 신체 부위의 추가의 이미지 데이터와 중첩되고 중첩된 이미지 데이터는 디스플레이 상에 표시된다.

Description

기준 마커를 이용한 수술중 이미지 촬영 방법{INTRAOPERATIVE IMAGE RECORDING BY MEANS OF REFERENCE MARKERS}
본 발명은 수술 계획 및/또는 수술중 항법(intraoperative navigation)을 위한 시스템 내로 이미지 생성 방법, 특히 단층촬영 방법에 의해 획득되는 이미지 데이터를 통합하기 위한 방법에 관한 것이며, 이미지 데이터는 맨 먼저, 또는 사전에 X선 촬영 및/또는 컴퓨터 단층촬영과 같은 이미지 생성 방법에 의해 획득되거나 획득된 것이다. 또한, 본 발명은, 각각 특히 이러한 유형의 방법에서의 이용을 위한 기준 몸체, 전자기장 발생기, 및 의료 시스템에도 관련된 것이다.
침습 수술 절차(invasive surgical procedure)의 계획 및 그 실행을 위해, 수술 전에 획득되고 일반적으로 디지털화된 형태로 존재하는 환자의 이미지 데이터, 예컨대 X선 촬영 사진 또는 컴퓨터 또는 핵 자기 단층촬영 사진의 이용은 원칙상 공지되었다. 이런 유형의 방법들은 기관 또는 신체 부위의 "내부 사진"을 제공한다. 몇몇 방법에서, 촬영된 객체에서의 경우에 따른 변화, 예컨대 필름 또는 비디오 카메라에 의해 전혀 검출될 수 없거나 어렵게만 검출될 수 있는, 수술 절차에 대한 신체의 반응 또는 수술 과정을 시각화하기 위해, 상기 이미지 데이터는 수술 동안에도 생성되거나 업데이트된다. 단층촬영으로 획득된 이미지 데이터로부터는, 하나 또는 복수의 신체 부위 및/또는 기관의 3차원 모델이 계산될 수 있다.
그 밖에도 통상적으로 환자의 사진 이미지(photographic image) 또는 비디오 영상(video footage)과 같은 광학 사진을 수술 중에 예컨대 내시경으로 촬영하고 수술 전에 생성된 단층촬영 이미지 데이터와 함께 모니터 상에 각각 개별 이미지로서, 또는 중첩되게 표시한다. 이런 방식으로, 예컨대 제거할 조직, 또는 수술 부위에 위치하여 수술 절차를 통해 잠재적으로 손상될 신경 경로 또는 혈관을 수술의가 더 잘 볼 수 있게 할 수 있다. 이런 이미지 데이터의 표시는, 수술의로 하여금 수술 동안 이용하는 의료 기기들을 최대한 효율적으로, 그리고 환자의 주변 조직을 최소로 손상시키면서 이용할 수 있게 한다.
컴퓨터 단층촬영으로 획득된 이미지 데이터(이하 단층촬영 이미지 데이터로서 지칭함) 또는 X선 촬영으로 획득된 이미지 데이터는, 사진 이미지 또는 비디오 영상으로 획득된 이미지 데이터(이하 F-/V-이미지 데이터로서 지칭함)의 생성을 위해 침습 방법을 필요로 할 수도 있는 인체 내 부위의 시각화를 가능하게 한다. 이를 위해, 단층촬영 이미지 데이터는 F-/V-이미지 데이터에 비해 일반적으로 촬영된 부위를 일정한 축척 비율로 표시하는 것이 아니라 왜곡하여 표시한다는 단점을 갖는다. 단층촬영 이미지 데이터의 왜곡은 시스템의 조건에 따르며, 그리고 사전 설정된 보정 알고리즘을 통해 보정될 수도 있게 하는 기준이 되는 예측 가능한 규칙성에 관련되어 있지 않다. 그에 따라, 예컨대 위치 검출 시스템과 같은 수술 계획 및/또는 수술중 항법을 위한 시스템 내로의 단층촬영 이미지 데이터의 통합은, 의도하는 정밀도를 달성하기 위해 단층촬영 이미지 데이터의 최대한 완벽한 수정을 요구한다.
공지된 수정 방법은 바람직하게는 동일한 관점에서 동일한 부위를 재현하는 상응하는 F-/V-이미지 데이터와 왜곡된 단층촬영 이미지 데이터를 비교하며, 그리고 F-/V-이미지 데이터로부터 단층촬영 이미지 데이터의 산출된 편차에 근거하여 단층촬영 이미지 데이터의 수정을 실행한다. 이어서 이미지 데이터는 예컨대 중첩된 방식으로 디스플레이 상에 표시될 수 있다.
단층촬영 이미지 데이터를 수정하기 위한 이러한 유형의 공지된 방법은, 오류가 있는 결과를 자주 생성한다는 단점을 갖는다. 이에 대한 이유는, 단층촬영 이미지 데이터 및 F-/V-이미지 데이터의 생성 동안 동일한 관점이 정확하게 달성될 수 없고, 그에 따라 수정은 관점상 서로 상이한 F-/V-이미지 데이터에 따라서 수행된다는 점에 있다. 또한, 서로 상이한 이미지 데이터가 서로 상이한 시점에 자주 생성되고, 그럼으로써 예컨대 급성 부종, 혈종 등이 단층촬영 이미지 데이터의 수정 동안 오류들을 야기할 수 있게 된다.
본 발명의 과제는 수술 계획 또는 수술중 항법을 위한 시스템 내로 단층촬영 이미지 데이터를 통합하기 위한 신뢰성 있는 방법을 개시하는 것에 있다. 마찬가지로 본 발명의 과제는 각각 전술한 유형의 방법에서 이용하기에 적합한 기준 몸체, 전자기장 발생기 및 의료 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따라서, 상기 과제는 하기 단계들을 포함하여, 수술 계획을 위한, 그리고/또는 수술중 항법을 위한 시스템 내로 컴퓨터 단층촬영으로, 그리고/또는 X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터를 통합하기 위한 방법을 통해 해결된다.
- 하나 이상의 표면을 갖는 제1 기준 몸체가 환자 상에 배치되어 제1 촬영 장치에 의해 함께 촬영되는 조건에서, 이에 적합한 하나 이상의 제1 촬영 장치를 이용하여 환자의 하나 이상의 정의된 신체 부위의 단층촬영 이미지 데이터 또는 X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터를 촬영하는 단계.
- 왜곡 정보를 획득하기 위해 제1 기준 몸체의 기지의 기하학적 데이터와 제1 기준 몸체를 나타내는 촬영된 이미지 데이터를 비교하는 단계.
- 수정된 이미지 데이터를 획득하기 위해 왜곡 정보를 기반으로 계산 유닛을 통해 촬영된 이미지 데이터를 수정하는 단계.
- 중첩된 이미지 데이터를 획득하기 위해 환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터와 수정된 이미지 데이터를 중첩하는 단계.
- 디스플레이 상에 중첩된 이미지 데이터를 표시하는 단계.
본원의 방법은, 수술 전에 컴퓨터 단층촬영을 준비하고 수술 중에는 C-암(arm)으로 X선 이미지(형광 투시 이미지)를 준비한다는 사상을 포함한다. 기지의 기하구조를 갖는 몸체를 통해, 수술 중에 촬영된 X선 이미지(형광 투시 이미지)는 수정될 수 있으며, 그리고 그에 따라 가상으로 수술 전에 촬영된 X선 이미지로부터 예컨대 컴퓨터 단층촬영에 의해 생성된 X선 이미지와 비교될 수 있다. 이는, 의사가 수술 계획 시에, 그리고 수술의 실행 시 X선 이미지들을 지향할 수 있고, 더욱 정확하게 말하면 수술 전에 촬영된 X선 이미지뿐만 아니라 수술 중에 촬영된 X선 이미지를 지향할 수 있다는 장점을 갖는다. X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터 대신, 이미지 데이터는 또 다른 이미지 생성 방법, 예컨대 초음파 기반 방법으로도 촬영될 수 있다. 동일한 방식으로, 단층촬영 이미지 데이터는 컴퓨터 단층촬영, 자기공명 단층촬영, 초음파 단층촬영 등에 의해서도 획득될 수 있다.
바람직하게 제1 기준 몸체의 기하학적 데이터는 제1 기준 몸체의 실제 기하구조를 왜곡 없이 재현하는 이미지 데이터로서 존재한다.
바람직하게 환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터는 이미지 데이터로서 제1 기준 몸체의 기하학적 데이터를 포함한다.
그 밖에도 바람직하게 추가 이미지 데이터의 촬영 시 제1 기준 몸체는, 이미지 데이터의 수정 동안 서로 상이한 위치들을 고려할 필요가 없도록 하기 위해, 촬영 장치 및/또는 환자에 대해 단층촬영 이미지 데이터를 촬영하는 경우에서와 동일한 위치를 갖는다.
또한, 바람직하게 추가 이미지 데이터의 촬영 시 제1 기준 몸체는 촬영 장치에 대해 단층촬영 이미지 데이터를 촬영하는 경우에서와 동일한 이격 간격을 가지며, 그럼으로써 될 수 있는 한 서로 상이한 왜곡들은 발생시키지 않게 된다.
또한, 바람직하게 단층촬영 이미지 데이터를 생성하는 동안 제1 기준 몸체는, 대응하는 방식으로 기준 몸체의 최대한 유의적인 이미지 데이터를 촬영할 수 있도록 하기 위해, 제1 기준 몸체의 표면의 될 수 있는 한 많은 부분이 촬영 장치로 향해 있는 방식으로 정렬된다.
바람직하게 제1 기준 몸체는 환자의 신체 위치 상에 배치되며, 그럼으로써 신체 위치와 제1 기준 몸체는 최대한 매우 정밀한 촬영으로 검출된다.
환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터는 제2 촬영 장치, 바람직하게는 X선 촬영기에 의해 생성될 수 있으면서 X선 이미지 또는 형광 투시 이미지를 포함할 수 있다.
바람직하게 기준 몸체는 예컨대 센서 코일들과 같은 위치 추적 장치(localizer) 또는 광학 위치 추적 장치(optical localizer)를 포함한다. 이는 수정 도중에 기지의 기하학적 데이터로 촬영된 이미지 데이터만을 상호 간에 보정하는 것을 허용할 뿐만 아니라, 또한 수술 중 항법을 위한 기준 자계(reference field)도 허용한다. 이는 공지된 전자기 항법의 경우 자계 발생기에 의해 생성되어 센서 코일들에 의해 검출되는 교번 자계(alternating field)일 수 있다. 수술 중 항법을 위한 기준 자계 및 기지의 기하학적 데이터를 이용한 촬영된 이미지 데이터의 이러한 유형의 보정은 수술 전뿐만 아니라 수술 중에도 실행될 수 있는 기록을 허용한다.
제1 기준 몸체는 바람직하게는 환형 또는 원형이고, 그리고/또는 환형 및/또는 원형인 영역 및/또는 부재를 포함한다.
바람직하게 추가 이미지 데이터는 수술 중에 촬영되고 그에 따라 극히 최신의 것이다.
디스플레이는 바람직하게는 모니터를 포함한다.
환자의 정의된 신체 부위는 바람직하게는 척추를 포함하며, 다시 말하면 본원의 방법은 특히 척추의 부위에서 진찰 또는 치료의 지원에 바람직하다.
단층촬영 이미지 데이터의 적어도 일부분은 진찰 또는 수술 전에 촬영될 수 있으며, 예컨대 그렇지 않을 경우 진찰 또는 수술을 방해할 수도 있는 단층촬영기, 가령 핵 자기 단층촬영기에서 촬영될 수 있다.
특히 바람직하게 제2 기준 몸체 또는 추가 기준 몸체가 환자의 신체에서 수술 위치에 배치되며, 수술 위치는 환자의 정의된 신체 부위 내에 위치된다. 제1 기준 몸체 및 제2 기준 몸체는 수술의 계획 및 그 실행을 위한 항법 시스템 내에 기록되며, 기준점에 대해 상대적인 제1 기준 몸체 및 제2 기준 몸체의 위치 데이터는 항법 시스템을 통해 결정된다. 기록을 위해 바람직하게, 제1 기준 몸체 및 제2 기준 몸체는 예컨대 센서 코일과 같은 위치 추적 장치 또는 광학 위치 추적 장치를 포함한다. 상기 유형의 항법 시스템에서 센서 코일의 이용은 원칙상 공지되었다. 제1 기준 몸체 및 제2 기준 몸체의 결정된 위치 데이터에 의해, 단층촬영 이미지 데이터 및 추가 이미지 데이터는 항법 시스템 내에서 디스플레이 상에 중첩되어 표시될 수 있다. 그 결과, 정밀한 항법은 수술 중에 획득되고 수정된 X선 이미지들의 이용 하에 가능해진다. 이미지 데이터의 중첩의 정밀도는 항법 시스템에서 제1 기준 몸체 및 제2 기준 몸체의 기록을 통해 최적화된다.
2개의 기준 몸체 중 제1 기준 몸체는 기지의 기하구조를 갖는 몸체이고 제2 기준 몸체는 수술 위치에서 상대적으로 더 작은 국소 위치 추적 장치인 상기 2개의 기준 몸체를 상호 간에 조합하여 이용하는 것을 통해, 수술 중에 공간 정보들을 획득하여, 수술 중에 생성되는 X선 이미지들 내에 통합하는 것을 허용한다.
또한, 2개의 기준 몸체들은 기지의 기하구조를 갖는 몸체들일 수도 있다. 이는, 예컨대 특히 깊이 정보가 없는 복수의 2차원 이미지(예: X선 촬영으로 획득된 이미지)가 상이한 관점에서 촬영되어 상호 간에 관련될 때, 예컨대 X선 촬영으로 획득된 형광 투시 이미지들에서 공간 정보들을 획득하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게 제1 기준 몸체 및/또는 제2 기준 몸체는 전자기 및/또는 광학 위치 검출 시스템에 의해 위치 검출된다. 바람직하게 위치 검출은 이미지 데이터의 촬영을 위해 동시에, 그리고/또는 추가 이미지 데이터의 촬영을 위해 동시에 수행된다.
전자기 위치 검출 시스템뿐만 아니라 광학 위치 검출 시스템은 원칙상 종래 기술로부터 공지되었다. 예컨대 자계 발생기를 포함하는 전자기 위치 검출 시스템들은 공지되었다. 자계 발생기는 수술 부위에서 일반적으로 교호적으로 나타나는 교번 전계를 생성한다. 이런 수술 부위에서 항법 탐색할 의료 기기 상에는 코일을 포함하는 위치 추적 부재(localization element)가 배치된다. 교번 전자기장은, 교번 전자기장에 상대적인 각각의 코일의 방향에 따라서, 코일의 위치 정보를 결정할 수 있는 근거가 되는 특성 전류를 상기 코일 내로 유도한다.
제1 기준 몸체 및/또는 제2 기준 몸체는, 바람직하게 기준 몸체 상에 고정되거나 또는 기준 몸체 내에 통합되는 위치 추적 장치로서의 센서 코일 및/또는 광학 위치 추적 장치를 포함할 수 있다. 바람직하게 위치 추적 장치에 상대적인 기준 몸체의 위치는 기지의 사항이다. 제1 기준 몸체 및/또는 제2 기준 몸체는 환자 상에 부착 가능하게, 그리고/또는 배치 가능하게 형성될 수 있고, 그에 따라 위치 검출 및/또는 항법을 위한 환자 위치 추적 장치 및/또는 환자 기준으로서 이용될 수 있다.
바람직하게 제1 기준 몸체는 환자 상에 배치되어 수행된 기록 이후에 다시 제거되도록 결정되어 있다. 바람직하게 제2 기준 몸체는 환자 상에 배치되어 수행된 기록 이후에 적어도 일시적으로 그 위치에 잔존하도록 결정되어 있다. 제1 기준 몸체 및 제2 기준 몸체는 동시에 환자 상에 배치될 수 있으며, 그럼으로써 기준 몸체들 상호 간의 상대 위치 역시도 이미지 촬영을 통해 촬영되고, 그리고/또는 위치 검출 시스템에 의해 결정될 수 있다.
이에 추가로, 또는 그 대안으로, 단층촬영 또는 X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터의 적어도 일부분은 수술 동안(수술 중에) 촬영될 수 있고, 그에 따라 각각 완전히 최신의 것이다. 특히 예컨대 C-암과 같은 콤팩트한 X선 촬영기를 이용하여 수술 중에 이미지 데이터를 촬영하는 것이 제공된다. 보통 이와 같이 수술 중에 촬영된 이미지 데이터는 깊이 정보가 없는 형광 투시 이미지이면서 단층촬영을 포함하지 않는다. 그럼에도, 이런 경우 기지의 기하구조를 갖는 하나 또는 복수의 기준 몸체에 의해 공간 정보들이 획득될 수 있다. 공간 정보들은 특히 예컨대 공간 정보, 예컨대 컴퓨터 단층촬영 또는 자기공명 단층촬영과 같은 단층촬영을 포함하는 수술 전에 획득된 이미지 데이터이면서 수술 중에 획득되는 이미지 데이터와 수술 중에 연결되는 상기 이미지 데이터가 존재할 때 적용된다(그러나 이는 그 이외의 경우에도 적용됨).
의료 시스템과 관련하여, 본원의 과제는, 적어도 하나의 계산 유닛과, 환자의 신체 부위의 단층촬영 이미지 데이터를 촬영하기 위한 하나 이상의 제1 촬영 유닛과, 환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터를 촬영하기 위한 하나 이상의 제2 촬영 유닛과, 제1 기준 몸체를 포함하여 수술 계획 및/또는 수술 중 항법을 위한 의료 시스템에 있어서, 앞서 기재한 유형의 방법의 실행을 위해 형성되는 상기 의료 시스템을 통해 해결된다.
기준 몸체는 부분적으로 X선 투과성일 수 있다. 바람직하게 기준 몸체는 X선 비투과성(X선 불투명성) 부품, 특히 X선 불투명성 기준 마커를 포함하고, 바람직하게 기준 마커들 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이고 기준 몸체 상에 고정되어 있다. 이런 유형 및 방식으로, 촬영된 이미지 데이터의 전술한 비교 및 수정은 기준 마커들 상호 간의 상대적인 기하학적 위치에 따라서 수행될 수 있다. 이에 대한 대안으로, 또는 이에 추가로, 촬영된 이미지 데이터의 비교 및 수정은 기준 몸체의 자체 기하구조에 따라서 수행될 수 있다.
바람직하게 기준 마커는 평평하게 형성되며, 그리고 적어도 2개, 바람직하게는 적어도 3개의 기준 마커가 평평하게 공통 평면에서 연장되는 방식으로 기준 몸체 상에 배치된다.
기준 마커는 바람직하게는 환형 또는 원형이고, 그리고/또는 환형 및/또는 원형인 영역 및/또는 부재를 포함한다.
전자기장 발생기와 관련한 본원의 과제는, 전술한 기준 몸체를 포함하거나 형성하는 전자기장 발생기를 통해 해결된다. 바람직한 것으로서 확인된 점에 따르면, 기준 몸체 및/또는 이 기준 몸체 상에 배치된 기준 마커는 전자기장 발생기에 대해 상대적으로, 특히 자계 발생기의 자계 발생 부재에 대해 상대적으로 위치 고정되어 배치된다. 바람직하게 기준 마커들 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이며 기준 몸체 상에 고정된다.
자계 발생기, 및/또는 이 자계 발생기의 자계 발생 부재는 프레임 형태로 형성될 수 있으며, 특히 프레임이 [윈도우(window) 내에 배치될 X선 비투과성 기준 마커들을 제외하고] X선 투과성인 윈도우를 펼쳐 형성하도록 형성될 수 있다. X선 투과성 윈도우는, 그 상에 X선 비투과성 기준 몸체가 배치되어 있는 평평한 X선 투과성 기준 몸체를 통해 형성될 수 있다. 그 밖에도 바람직하게, 자계 발생기의 표면은, 작동 중에 수술 테이블 상에 위치하도록 하기 위해 평면으로 형성된다. 수술 동안 환자가 수술 테이블 상에 놓인다면, 자계 발생기는 바람직하게는 환자와 수술 테이블 사이에 배치된다. 자계 발생기는 환자의 신체 표면 상에서 압흔을 방지하기 위해 쿠션 부재들을 포함할 수 있다.
본 발명은 이제부터 도면들을 이용하여 다양한 실시예들에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 제1 실시예를 도시한 개략적 상면도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 제2 실시예를 도시한 개략적 상면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 제3 실시예를 도시한 개략적 상면도이다.
도 4는 기준 마커들을 포함하는 본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 제4 실시예를 도시한 개략도이다.
도 5는 기준 마커들을 포함하는 본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 제5 실시예를 도시한 개략도이다.
도 6은 기준 마커들을 포함하는 본 발명에 따르는 제2 기준 몸체의 제1 실시예를 도시한 개략도이다.
도 7은 도 6의 제2 기준 몸체를 도시한 추가의 개략도이다.
도 8은 기준 마커들을 포함하는 본 발명에 따르는 제2 기준 몸체의 제2 실시예를 도시한 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따르는 자계 발생기의 일 실시예를 도시한 개략도이다.
도 10은 수술 중 이미지 촬영을 위한 배치구조를 도시한 개략도이다.
도 11은 수술 계획 및/또는 수술 중 항법을 위한 시스템 내에 환자의 이미지 데이터를 통합하기 위한 본 발명에 따르는 방법을 나타낸 개략도이다.
본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 도 1에 개략적으로 도시된 제1 실시예(1)는 중심점(3), 외주부(4)(outer periphery) 및 상대적으로 더 작은 내주부(5)(inner periphery)를 가지면서 파선 형태로 도시된 환형 본체(2)를 포함한다. 내주부(5)를 통해, 본체(2)와 동심을 이루는 본체(2)의 원형 관통구(6)의 범위가 한정된다. 본체(2)는 바람직하게는 X선 빔에 대해 낮은 투과성을 갖는 재료로 형성된다. 이를 위해, 특히 예컨대 납과 같은 금속들이 적합하다. 이런 시점에서는, 본체(2)의 양쪽 표면 모두가 편편하게 형성되어 있는지는 식별할 수 없다. 또한, 대안적인 실시예에서, 일측 표면 또는 양측 표면 모두 중심점(3)에 대해 반경 방향으로 연장되는 볼록한 만곡부를 포함할 수도 있다.
본체(2)는 본체(2)의 재료와 다른 재료로 이루어진 표면층(7)에 의해 완전히 에워싸인다. 이런 제1 실시예에서, 표면층(7)은 정확히 본체(2)의 형태를 따라서 배치된다. 바람직하게 표면층(7)은 X선 빔에 대해 본체(2)보다 분명히 더 우수한 투과성을 갖는다. 표면층(7)의 재료로서는 특히 플라스틱이 적합하다. 표면층(7)은 선택사항이면서 예컨대 위생상의 장점들을 제공한다. 또한, 적합한 표면층(7)은 제1 기준 몸체(1)의 형태 안정성도 보장할 수 있다. 이런 형태 안정성은, 특히, 본체(2)가 예컨대 납처럼 매우 연성인 재료로 형성되어 있을 때 중요하다. 표면층(7)은 표면이 매끄럽고 그 취성이 높은 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 표면층은, 탄성 변형성을 능가하는 제1 기준 몸체(1)의 강한 변형이 표면층(7)의 적어도 국소 영역을 야기하는 정도의 취성을 가져야 한다. 그에 따라, 파손된 표면층(7)은 그 자체로서 더 이상 이용해서는 안 되는, 변형된 제1 기준 몸체(1)에 대한 지표로서 이용된다.
본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 도 2에 도시된 제2 실시예(11)는, 중심점(13) 및 외주부(14)를 가지는 원형 본체(12)를 포함한다. 표면층은 도시된 제2 실시예의 경우 제공되어 있지 않지만, 그러나 필요한 경우 부가될 수 있다.
도 3에는, 본 발명에 따르는 제1 기준 몸체의 제3 실시예(21)가 도시되어 있다. 제1 기준 몸체(21)는 중심점(23), 외주부(24) 및 원형 관통구(26)를 가지는 정방형 본체(22)를 포함하며, 원형 관통구는 본체(22)와 동심을 이룬다. 관통구(26)는 본체(22)의 내주부(25)를 통해 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 범위가 한정되어 있다.
의도하는 이용 조건들 하에서 본체(2, 12, 22)가 지속적으로 변형되지 않을 정도로 충분한 강도를 갖는 경우에, 경우에 따른 표면층(7)은, 예를 들면 가령 충격과 같은 외부 영향들로부터 본체(2, 12, 22)를 보호하기 위해, 탄성 재료로 형성될 수 있다. 이 경우, 특히 고무 탄성 재료, 실리콘 등이 고려된다. 또한, 바람직하게 표면층은, 그 내부로 본체(2, 12, 22)가 삽입될 수 있는 탄성 외피부(shell) 또는 강성 외피부로서도 형성될 수 있다.
표면층(7)이 X선 빔에 대해 본체(2)보다 분명히 더 우수한 투과성을 갖는 점에 한해, 표면층(7)은 관통구(6, 26)와 함께 본체(2, 12, 22)도 완전하게 에워쌀 수 있다. 그에 따라, 제1 기준 몸체(1, 11, 21)의 X선 이미지 상에서 실질적으로 본체(2, 12, 22)가 식별될 수 있다.
도 4에 도시된 기준 몸체(30)는 케이지(cage)로서 형성되어 있으면서 개방된 수술 부위, 예컨대 노출된 척추체(vertebral body) 내에 놓이도록 결정되어 있다. 기준 몸체(30)는 복수의 기준 마커(19)를 포함하고, 이들 기준 마커 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이면서 일정하다. 기준 몸체(30)는 기준 마커(19)보다 더 높은 X선 투과성을 갖는 재료로 형성된다. 기준 몸체(30)는 상호 간에 일렬로 배치되어 2개의 웨브(32, 33)를 통해 상호 간에 연결되는 2개의 U자형 섹션(31)을 포함한다. 기준 몸체(30)의 표면(31') 상에는 2개의 평평한 기준 마커(19)가 평평하게 공통 평면, 요컨대 표면(31')에서 연장되는 방식으로 배치된다. 하위 도면들인 도 4의 a) 내지 e)에는, 동일한 기준 몸체(30)를 서로 상이한 시점에서 바라본 모습으로 각각 도시하고 있다.
도 5에 도시된 대체되는 기준 몸체(30)는 버섯 형태로 형성되어 있으며, 그리고 최소 침습 시술(minimal invasive procedure)의 범위에서 예컨대 투관침(trocar)에 의해 개방된 수술용 피부 개구(surgical skin opening) 안쪽으로 끼워지도록 결정되어 있다. 기준 몸체(30)는 편편한 캡(36)(cap)을 포함하고, 이 캡 상에는 핀(37)이 부착된다. 기준 몸체(36)는 캡(36) 상에 뿐만 아니라 핀(37) 상에도 복수의 기준 마커(19)를 포함하며, 이들 기준 마커 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이면서 일정하다. 기준 몸체(30)는 기준 마커(19)보다 더 높은 X선 투과성을 갖는 재료로 형성된다. 하위 도면들, 즉 도 5의 a) 내지 c)에는, 동일한 기준 몸체(30)를 서로 상이한 시점에서 바라본 모습으로 각각 도시하고 있다.
도 6에 도시된 또 다른 대체되는 기준 몸체(30)는 슬리브 형태로 형성되어 있으며, 그리고 예컨대 수술용 와이어(surgical wire) 상으로, 예컨대 뼈 상에 고정될 수술용 와이어 상으로 당겨 끼워져서 고정되도록 결정되어 있다. 이를 위해, 기준 몸체는 외부 슬리브(38)와 삽입 가능한 고정 슬리브(39)를 포함한다. 기준 몸체(30)는 외부 슬리브(38) 상에 복수의 기준 마커(19)를 포함하고, 이들 기준 마커 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이면서 일정하다. 기준 마커들(19)은 원주방향으로 균일하게 외부 슬리브(38) 상에 배치된다. 기준 몸체(30)는 기준 마커(19)보다 더 높은 X선 투과성을 갖는 재료로 형성된다. 하위 도면들, 즉 도 6의 a) 내지 c)에는, 동일한 기준 몸체(30)를 서로 상이한 시점에서 바라본 모습으로 각각 도시하고 있다.
도 7에는, 고정 위치에서의 도 6의 기준 몸체(30)를 도시하고 있으며, 다시 말하면 기준 몸체는 수술용 와이어(미도시) 상에 고정되어 있다. 이를 위해, 고정 슬리브(39)는 외부 슬리브(38) 안쪽으로 압입된다. 하위 도면들, 즉 도 7의 a) 내지 c)에는, 동일한 기준 몸체(30)를 서로 상이한 시점에서 바라본 모습으로 각각 도시하고 있다.
도 8에 도시된 추가의 대체되는 기준 몸체(30)는 클램프 형태로 형성되어 있으며, 그리고 예컨대 추골 상에 고정되도록 결정되어 있다. 이를 위해, 기준 몸체(30)는 앵글형 주 브래킷(34)(angular main bracket)을 포함하며, 이 주 브래킷 상에는 회동 가능하게 클램핑 브래킷(35)이 장착된다. 기준 몸체(30)는 복수의 기준 마커(19, 19')를 포함하고, 이들 기준 마커 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이면서 일정하다. 본 실시예에서, 기준 마커들(19, 19')은 앵글형 주 브래킷(34)의 표면 상에만 배치되고 서로 상이한 크기를 갖는다. 기준 몸체(30)는 기준 마커(19)보다 높은 X선 투과성을 갖는 재료로 형성된다. 하위 도면들, 즉 도 8의 a) 내지 d)에는, 동일한 기준 몸체(30)를 서로 상이한 시점에서 바라본 모습으로 각각 도시하고 있다.
도 9a)에는, 수술 테이블(200)의 상면도가 도시되어 있고, 본 발명에 따르는 자계 발생기(50)는 수술 테이블(200) 상에 안착된다. 자계 발생기(50)와, 이 자계 발생기(50)의 (통합되어 있고 그로 인해 도시되지 않은) 자계 발생 부재는 프레임 형태로 형성된다. 자계 발생기(50)의 프레임(50')은 X선 투과성인 윈도우(빗금 표시된 표면)를 펼쳐 형성한다. X선 투과성 윈도우는 본 실시예의 경우 평평한 X선 투과성 기준 몸체(30)를 통해 형성된다. X선 투과성 기준 몸체(30) 상에는, 자계 발생기(50) 및 통합되어 있고 그로 인해 도시되지 않은 자계 발생 부재에 상대적으로 각각 위치 고정되어 배치되어 있는 기준 마커들(19)이 배치된다. X선 비투과성 기준 마커들(19) 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이면서 일정하다.
도 9b)의 측면도에서 확인할 수 있는 것처럼, 자계 발생기(50)는 평면 표면(50")을 구비하여 형성되고 수술 테이블(200) 상에 안착된다.
수술 중 이미지 촬영을 위한 배치 구조는 도 10에 도시되어 있다. 제1 기준 몸체(1), 예컨대 도 1과 관련하여 기술되어 있는 기준 몸체는 수술 테이블(200) 상에 누워있는 환자(P)의 복부에 배치된다. 환자(P) 및 기준 몸체(1)는, X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터가 환자(P)의 정의된 신체 부위, 본 실시예에서는 복부뿐만 아니라, 그 신체 부위에 배치되는 기준 몸체(1)도 포함하는 방식으로 C-암 내에 포지셔닝된다.
도 11에서 수술 계획 및/또는 수술중 항법을 위한 시스템 내에 환자의 이미지 데이터를 통합하기 위한 본 발명에 따르는 방법의 경우, 제1 단계(S1)에서 환자의 하나 이상의 정의된 신체 부위의 단층촬영 이미지 데이터 또는 X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터는 이에 적합한 하나 이상의 제1 촬영 장치에 의해 촬영되고, 하나 이상의 표면을 갖는 제1 기준 몸체는 환자 상에 배치되어 제1 촬영 장치에 의해 함께 촬영된다.
제2 단계(S2)에서는, 제1 기준 몸체를 나타내는 촬영된 이미지 데이터는 왜곡 정보를 획득하기 위해 제1 기준 몸체의 기지의 기하학적 데이터와 비교된다.
제3 단계(S3)에서는, 촬영된 이미지 데이터는 수정된 이미지 데이터를 획득하기 위해 왜곡 정보를 기반으로 계산 유닛을 통해 수정된다.
제4 단계(S4)에서는, 수정된 이미지 데이터는 중첩된 이미지 데이터를 획득하기 위해 환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터와 중첩된다.
제5 단계(S5)에서는, 중첩된 이미지 데이터가 디스플레이 상에 표시된다.
1, 11, 21, 30: 기준 몸체
2, 12, 22: 본체
3, 13, 23: 중심점
4, 14, 24: 외주부
5, 25: 내주부
6, 26: 원형 관통구
7: 표면층
19, 19': 기준 마커
31: U자형 섹션
31': 기준 몸체의 표면
32, 33: 웨브
34: 주 브래킷
35: 클램핑 브래킷
36: 캡
37: 핀
38: 외부 슬리브
39: 고정 슬리브
50: 자계 발생기
50': 자계 발생기의 프레임
50": 자계 발생기의 평면 표면
100: C-암
200: 수술 테이블
P: 환자
S1, S2, S3, S4, S5: 방법 단계

Claims (18)

  1. 수술 계획, 수술중 항법(intraoperative navigation), 또는 수술 계획 및 수술중 항법을 위한 시스템 내에 환자의 이미지 데이터를 통합하기 위한 방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 제1 촬영 장치를 이용하여 환자의 적어도 하나의 정의된 신체 부위의 단층촬영 이미지 또는 X선 촬영으로 획득되는 이미지 데이터를 촬영하는 단계(S1)로서, 상기 제1 촬영 장치는, 적어도 하나의 표면을 갖는 제1 기준 몸체(1, 11, 21)가 환자 상에 배치되어 상기 제1 촬영 장치에 의해 함께 촬영되기에 적합한 것인, 상기 이미지 데이터를 촬영하는 단계(S1)와,
    - 왜곡 정보를 획득하기 위해 상기 제1 기준 몸체의 기지의 기하학적 데이터와 상기 제1 기준 몸체를 나타내는 촬영된 이미지 데이터를 비교하는 단계(S2)와,
    - 수정된 이미지 데이터를 획득하기 위해 상기 왜곡 정보를 기반으로 계산 유닛을 통해, 촬영된 이미지 데이터를 수정하는 단계(S3)와,
    - 중첩된 이미지 데이터를 획득하기 위해 환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터와 수정된 이미지 데이터를 중첩하는 단계(S4)와,
    - 디스플레이 상에 중첩된 이미지 데이터를 표시하는 단계(S5)
    를 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)의 기하학적 데이터는 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)의 실제 기하구조를 왜곡 없이 재현하는 이미지 데이터인 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환자의 동일한 신체 부위의 상기 추가 이미지 데이터는 이미지 데이터로서 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)의 기하학적 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 추가 이미지 데이터의 촬영 시, 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)는 촬영 장치, 환자, 또는 촬영 장치 및 환자에 대해, 단층촬영 이미지 데이터를 촬영하는 경우에서와 동일한 위치를 갖는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 추가 이미지 데이터의 촬영 시, 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)는 촬영 장치에 대해, 단층촬영 이미지 데이터를 촬영하는 경우에서와 동일한 이격 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단층촬영 이미지 데이터의 촬영 동안 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)는, 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)의 표면의 최대한 많은 부분이 상기 촬영 장치로 향해 있는 방식으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)는 환자의 신체 위치 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환자의 동일한 신체 부위의 상기 추가 이미지 데이터는 제2 촬영 장치에 의해 촬영되며, 상기 제2 촬영 장치는 X선 촬영기이고 상기 추가 이미지 데이터는 형광 투시 이미지를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 기준 몸체(1, 11, 21)는 환형 또는 원형이고, 환형 또는 원형인 영역, 부재, 또는 영역 및 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 추가 이미지 데이터는 수술 중에 촬영되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환자의 상기 정의된 신체 부위는 척추를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 기준 몸체가 환자의 신체 내 수술 부위 상에 배치되고, 상기 수술 부위는 환자의 상기 정의된 신체 부위 내에 위치되고, 상기 제1 기준 몸체 및 상기 제2 기준 몸체는 수술의 계획 및 그 실행을 위한 항법 시스템 내에 기록되고, 기준점에 대해 상대적인 상기 제1 기준 몸체 및 상기 제2 기준 몸체의 위치 데이터는 상기 항법 시스템을 통해 결정되며, 단층촬영 이미지 데이터 및 추가 이미지 데이터는 상기 제1 기준 몸체 및 상기 제2 기준 몸체의 위치 데이터에 의해 상기 항법 시스템 내에서 디스플레이 상에 중첩되어 표시되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단층촬영 이미지 데이터의 적어도 일부분이 진찰 또는 수술 동안 촬영되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제1 기준 몸체, 상기 제2 기준 몸체, 또는 상기 제1 기준 몸체 및 상기 제2 기준 몸체는 전자기 위치 검출 시스템, 광학 위치 검출 시스템, 또는 전자기 위치 검출 시스템 및 광학 위치 검출 시스템에 의해 위치 검출되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 위치 검출은 이미지 데이터의 촬영을 위해 동시에, 또는 추가 이미지 데이터의 촬영을 위해 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기준 몸체(1, 11, 21)는 기준 마커들(19)을 포함하고, 이 기준 마커들 상호 간의 상대적인 기하학적 위치는 기지의 사항이면서 일정한 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  17. 제16항에 있어서, 기준 몸체(30)는 자계 발생기(50) 상에 배치되고, 상기 자계 발생기(50) 또는 이 자계 발생기(50)의 자계 발생 부재는 프레임 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법.
  18. 수술 계획, 수술중 항법, 또는 수술 계획 및 수술중 항법을 위한 의료 시스템으로서, 계산 유닛과, 환자의 신체 부위의 단층촬영 이미지 데이터를 촬영하기 위한 적어도 하나의 제1 촬영 유닛과, 환자의 동일한 신체 부위의 추가 이미지 데이터를 촬영하기 위한 적어도 하나의 제2 촬영 유닛과, 기준 몸체를 포함하는 의료 시스템에 있어서, 상기 의료 시스템은 제1항 또는 제2항에 따르는 환자의 이미지 데이터의 통합 방법을 실행하도록 형성되는 것인, 수술 계획, 수술중 항법, 또는 수술 계획 및 수술중 항법을 위한 의료 시스템.
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