NO313573B1 - Verktöy for bruk ved hjerneoperasjoner, samt system for å bestemme innföringsdybden til en sonde eller lignende vedhjerneoperasjoner og koordinatene til verktöyet og sonden vedhjerneoperasjoner - Google Patents
Verktöy for bruk ved hjerneoperasjoner, samt system for å bestemme innföringsdybden til en sonde eller lignende vedhjerneoperasjoner og koordinatene til verktöyet og sonden vedhjerneoperasjoner Download PDFInfo
- Publication number
- NO313573B1 NO313573B1 NO20000067A NO20000067A NO313573B1 NO 313573 B1 NO313573 B1 NO 313573B1 NO 20000067 A NO20000067 A NO 20000067A NO 20000067 A NO20000067 A NO 20000067A NO 313573 B1 NO313573 B1 NO 313573B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- tool
- probe
- guide
- brain
- coordinates
- Prior art date
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 24
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 title claims description 19
- 238000003780 insertion Methods 0.000 title claims description 11
- 230000037431 insertion Effects 0.000 title claims description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 9
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 claims description 8
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 claims description 8
- 210000002418 meninge Anatomy 0.000 claims description 6
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 3
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 208000018737 Parkinson disease Diseases 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 210000005069 ears Anatomy 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 230000004886 head movement Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 description 1
- 238000002672 stereotactic surgery Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/10—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis
- A61B90/11—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
- A61B2034/2046—Tracking techniques
- A61B2034/2055—Optical tracking systems
Description
Foreliggende oppfinnelse angår verktøy for bruk ved hjerneoperasjoner som angitt i innledningen til krav 1.
Ved inngrep i hjernen, slik som for eksempel innplantering av nervestimulerende elektrode for behandling av parkinsons sykdom, er det viktig at innføringen av elektrodene er riktig ved første forsøk og ikke minst gjøre operasjonstiden så kort som mulig for at stresset på pasienten, som er våken under hele operasjonen, skal bli så lite som mulig.
De kjente rammebaserte og rammeløse konvensjonelle stereotaktiske prosedyrer har flere ulemper, idet prosedyrene tar lang tid, pasienten må transporteres mellom operasjonsstue og CT (Computer Tomografi) scanner, ubehag for pasienten, vanskelig å kompensere for målbevegelse (hjemeforskyvning).
US 5,732,703 omhandler en rammeløs stereotaktisk stav og verktøyholder. Dette patentet beskriver bruk av optisk tracking i kirurgi i forbindelse med et bestemt redskap, selv om det nevnes at dette redskapet kan monteres på en ramme. Denne løsningen er i realiteten komplisert i anvendelsen.
US 3,115,140 omhandler et apparat for stereotaktisk hjerneoperasjoner. Det beskrives her en mekanisk innretning for å sikte inn et føringsrør ved hjelp av et, på apparatet, gravert gradesystem. Verktøyet beskrevet i US 3,115,140 er basert på et kuleledd, senteret i denne kulen vil også være pivotpunktet for bevegelsen, buen er kun støtte. En ulempe ved denne løsningen er at det oppstår et behov for multippel penetrering av hjernehinnen, noe som kompliserer bruken av denne.
Det er et formål ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et verktøy for stereotaksi som har sin styrke i kombinasjonen av et godt mekanisk verktøy, utstyrt med tracking, og visuell tilbakemelding til operatøren. Det er videre et formål å forenkle prosessen for innstilling av føringsveien, da all matematikk kan automatiseres av en datamaskin, og operatøren kan justere en fin-innstillbar ramme ut fra bildet. Resultatet er kortere tid brukt på beregningen og innstillingen av rammen, men like høy nøyaktighet som konvensjonelle metoder. Den fysiske tilgangen til hjernehinnen er også ivaretatt, og multippel penetrering av hjernehinnen forhindres, hvilket bidrar til at prosedyren kan gjennomføres trygt og praktisk.
Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å unngå ovennevnte ulemper, noe som tilveiebringes med et verktøy av innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene
I foreliggende søknad er pivotpunktet på hjernehinnen, hvilket er en fordel for å hindre flere hull i denne. Buen er føringsbanen i foreliggende oppfinnelse og fraværet av kulen gjør det også mulig å visuelt betrakte røret som stikkes inn, samt ha fysisk tilgang for eventuelt å lime fast en elektrode som aksl plasseres. Verktøyet ifølge foreliggende oppfinnesle har ingen absolutt gradeangivelser, men har derimot festeanordninger for optisk tracking.
I rammebaserte systemene kan det skje at pasienten trekker hodet ut av rammen med sonden i hjernen.
Ved å anordne en dynamisk referanserarnmefunksjon vil det også være mulig å kompensere for små hode bevegelser.
I det påfølgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere ved hjelp av ett mulig verktøy for utførelse av oppfinnelsen med henvisning med til tegningene, hvor:
Fig. 1 viser føringsverktøyet med en utførsel av basisden.
Fig. 2 viser en andre utførelse av basisdelen til føringsverktøyet.
Fig. 3 viser et hjelpeverktøy for føringsverktøyet samt en plugg for basisdelen.
Fig. 4 viser anvendelse av hjelpeverktøyet.
Fig. 5 . viser et skjematisk blokkdiagram av en beregningsenhet
Fig. 6 viser et hjelpemiddel for å bestemme koordinater og retning for føringsverktøyet.
Oppfinnelsen er beskrevet for anvendelse i forbindelse med operasjon i en såkalt åpen MR-scanner (Magnetisk resonans kamera). Det vil imidlertid være mulig å anvende foreliggende oppfinnelse ved operasjon i en vanlig operasjonsstue med en bildebehandlingsenhet tilknyttet et førings/holderverktøy med en pekeranordning. Koordinatene til bildet hhv. bildene, tatt på forhånd i for eksempel en MR/CT scanner av pasienten, er i referanse til anatomiske landemerker på pasientens hode for eksempel ører, nese etc. eller mer presise markører montert på hud eller i ben. Plasseringen av førings/holderverktøy med en pekeranordning på pasientens hode er bestemt av opersajonshullet i pasientens hode, hvilket hulls plassering igjen er bestemt av hvilken type operasjons som skal utføres, idet koordinatene til nevnte verktøy overlagres bildet hhv. bildene fremvist ved hjelp av bildebehandlingsenheten.
Fig. 1 viser førings/holder-verktøyet 1, som er for innføring av for eksempel en sonde i
en pasients hjerne, montert på hodet til pasienten. Føringsverktøyet 1 monteres på en av to basisdeler 10a, 10b, som er innrettet for feste til pasientens hode, den ene 10a (fig. 2) ved at den festes med tre skruer 12, som skrues ned i hodeskallen, den andre 10b ved at den skrues rett ned i operasjonshullet. Basisdelen 10a, 10b har et hull i midten hvis diameter tilsvarer utboringen i pasientens hodeskalle eventuelt har en diameter større enn utboringen. På fig. 3 er vist et hjelpeverktøy 16 for å stikkes ned i basisdelen 10a eller 10b for fastholdelse av basisdelen 10a, 10b mens denne festes til hodeskallen. Hjelpeverktøy et 16 er innsnevret ved sin ende tilsvarende diameteren til borehullet i kraniet, mens diameteren til resten av det sylindriske legemet er lik den indre diameteren til en åpning i basisdelen 10a, 10b. Selve føringsdelen 1 har ved sin basisende en ringformet åpning 19, idet gjengepartiet 21 til en snekkeskrue rager inn i nevnte åpning 19, jfr. fig. 1. Gjengepartiet samvirker med riflene 14 på basisdelen 10a, 10b slik at når snekkeskruens hode 20 dreies vil føringsverktøyet 1 dreies rundt basisdelen 10a, 10b.
Holderen og føringsdelen 5 for sonden er forskyvbar langs en bueformet del 4. Radien som beskriver den bueformete delen 4 har sitt senterpunkt liggende i en avstand a under basisdelens 10a, 10b underside. For at senterpunktet skal ligge nøyaktig på hjernehinnen må førings/holder verktøyet 1 løftes opp en viss avstand fra hodebunnen ved hjelp av underlagsskiver 17. Tykkelsene på underlagsskivene bestemmes ved hjelp av et hjelpeverktøy 15 (fig. 3 og fig. 4) som for eksempel er en ring 15 med en spalte lik a. Den utborete delen 18 av hodeskallen legges inn i spalten og underlagsskiver 17 med forskjellig tykkelse legges inn i spalten ved siden av den utborete delen inntil spalten er utfylt. De på denne måten frembrakte underlagsskiver legges oppå basisdelen før førings/holder verktøyet monteres på denne. Spalten a er fortrinnsvis lik 1 lmm, idet denne spaltestørrelsen anses å være tilstrekkelig for å dekke individuelle forskjeller. For å sikre en nøyaktig vinkelinnstilling av føringen samt fastholdelse av føringen i den ønskede stillingen kan tilveiebringes ved hjelp av skrue 24 som ved hodeenden har et parti uten gjenger, hvilken skrue 24 er dreibart opplagret i en holder, som er dreibar om en akse loddrett på skruens 24 lengdeutstrekning, og festet til ene enden av den bueformete delen 4. Den med gjenger forsynte delen av skruen 24 går inn i en på føringsholderen 5 festet mutterdel 25, idet mutterdelen 25 er dreibar om en akse loddrett på skruens 24 lengdeutstrekning. Når skruen 24 dreies rundt vil denne dreies fritt ved 23 og trekke henholdsvis skyve føringsholderen 5 langs den bueformete delen 4. Skruen 24 kan være forsynt med en låsemutter (ikke vist) for fastholdelse i den ønskete stillingen eller holderen 5 kan være forsynt med en låseskrue, som skrues ned mot den bueformete delen 4 og presser holderen fast mot den bueformete delen 4.
Gjennom føringsholderen 5 går et rør 26, som er selve føringen for en sonde, biopsitagningsverktøy, lasersonde eller lignende, idet de øvrige beskrevne delene kan
betegnes samlet som innretning for innstilling av retning for selve innføringsverktøyene. Røret 26 kan i sin øvre del 27 ha en redusert ytre diameter, som passer med senterhullet 9 til et hjelpemiddel 28 for å bestemme retningen til føringsrøret 26 og idet overgangen fra rørdelen 26 til den øvrige delen av røret 26 danner et anleggssete for nevnte hjelpemiddel 28.
Hjelpemiddelet 28 har tre fra hjelpemiddelets senter ragende armer med en markør 2 i hver av sine ender, av disse tre markører defineres et punkt og en retning som kun endres når holderverktøyet 1 dreies om basisdelen 10 henholdsvis når holderen 5 forskyves langs den bueformete delen 4.
Markørene 2 kan være infrarøde lysemiterende dioder, hvilke lys fanges opp av mottagere, eksempelvis 3 lineære infrarøde kamera, som er plassert ved definerte steder over operasjons stedet for derved å bestemme koordinatene til inføringsrøret 26 på i og for seg kjent måte. Databehandlingsprosessoren som bestemmer koordinatene tilfører denne informasjonen til en bildebehandlingsinnretning.
Markørene 2 kan også betraktes som markører som kan spores av en derfor egnet enhet, for eksempel kamera. Markørene kan være aktive og bestå av små spoler eller være passive. Markørene/sensorene og mottakerenheten kan også være av andre typer enn de her beskrevne, idet kravet til disse enhetene er at de kan samvirke med den anvendte billedbehandlingen.
For å forstå retningsbestemmelsen og hensikten med denne skal det nedfor gis en nærmere forklaring på bakgrunnen for avbildningsteknikken og dens anvendelse.
Volum-data er ofte anvendt innenfor industrien, militære og innenfor det medisinske feltet. Under volum-data forestås store mengder med billeddata som skal behandles, et eksempel innenfor medisinen er snittbilder av det menneskelige legemet hvor det taes et antall bilder i snitt gjenom det menneskelige legemet og da også i flere plan. Et utall av forskjellige billedsystemer er i stand til å samle volum-data. Felles for dem er at alle er basert på utsendt stråling/energi som kan trenge gjenom overflaten til det avbildede objektet. Eksempeler på slike strålinger/energier er ultralyd, røngtenstråler, MRI (elektromagnetisk stråling) og infrarødt lys.
Volum-data kan ikke vises direkte i og med at det menneskelige synet er basert på stereosyn, idet øyene virker som to todimensjonale kamera. Volum-data må således behandles før det kan oppfattes av den menneskelige hjernen.
På tross av store anstrengelser for å utvikle visualiseringsmetoder er den til nå mest benyttede metode innenfor det medisinske området for avlesning av volum-data å se på todimensjonale tverrsnitt som er skåret ut av et volum med en begrenset skivetykkelse. Innenfor medisinen defineres tre standard skiveretninger i forhold til pasientens orientering (aksial, sagital og koronal). Disse planene er ortogonale på hverandre.
Når informasjon om en struktur under overflaten til et objekt er av interesse kan tredimensjonal avbildning gi denne informasjonen. For å kunne relatere informasjon fra volum-data til det fysiske objektet må det fysiske rommet og bilde rommet bli korrelert.
Visualisering av tredimensjonal volum-data og korrelasjon av dette til objektet i det fysiske rommet gjøres i et utall applikasjoner og blant dem neurokirurgi. Det er kjent flere kommersielle såkalte nevro-navigasjonssystemer for å muliggjøre ovennevnte innenfor kirurgiområdet. Disse systemene er satt sammen av en datamaskin, kamera og en pekeranordning. Pekeanordningen kan spore i det tredimensjonale rommet slik at dens posisjon og retning kan beregnes/bestemmes. De tidligere nevnte armer 28 med markørene 2 er en slik pekeranordning. Pekeranordningen kan således anvendes for å registrere det fysiske rommet til bilderommet ved å identifisere kjente punkter både fysisk og på bildet, og for interaktiv navigasion i bilderommet.
Alle kommersielle nevro-navigasjonssystemer, som er tilgjengelige i dag, har to modi som anvendes for navigering gjenom billeddata. Den første modusen, og kanskje mest vanlige, visualiserer tre ortogonale plan (aksial, sagital og koronal) med posisjonen til pekeranordningen som felles punkt i de tre planene. I den andre modusen visualiseres et plan perpendikulært på pekeanordningen og et annet plan i plan med pekeranordningen.
De tilgjengelige visulariseirngsmodiene er vanligvis enkle å relatere til, men kan være utilstrekkelige ved anvendelser hvor et mål skal treffes/nåes med høy presisjon, som er tilfelle ved stereotaktiske kirurgiprosedyrer. Ved slike anvendelser gir dekobling av frihetsgradene i bevegelsen en fordel ved at operatøren ikke må forholde seg til alle frihetsgradene samtidig og samtidig må se målet.
På bakgrunn av ovennevnte er det funnet frem til en metode hvor lengden på pekeranordningen, det vil si innføringsrøret, varieres logisk (virtuelt) slik at et perpendikulært plan gjenom den logiske spissen alltid inneholder målet. En mulig måte å tilveiebringe dette på er å innføre et ytterligere nivå i beregningen av koordinatene til pekeranordningen og i visualiseringsrutinene.
Hensikten med lengde bestemmelsen er også å kunne tilveiebringe et mål for hvor langt for eksempel en sonde skal føres inn i hjernen før den har nådd målet. Avstanden s fra målet bestemmes ved at posisjonen (koordinatene) til pekeanordningens spiss og koordinater til målet bestemt på i og for seg kjent måte som nevnt ovenfor, idet disse parameterene tilføres en beregningsenhet, som løser følgende ligninger:
Som kan uttrykkes med en linear algebra som:
hvor T = målet, 0 = fysisk posisjon til pekeranordningen / = logisk/beregnet posisjon, x, y, z, er posisjonen til pekeranordningen, n angir retningen til pekeranordningen og n med indeksene x, y, z gir retningen i henholdvis x-, y-, og z-retningen.
Innføringen av det ekstra logiske nivået muliggjør dekobling av bevegelsen som betraktelig forenkler justeringen av en pekeranordning av den tidligere nevnte art slik at den treffer et definert mål. Ved å visualisere et perpendikuleret plan på pekeanorningen som alltid inneholder målet, idet pekeranordningen (med to frihetsgrader) kan justeres slik at banen til pekeranordningen går gjenom målet. Dette planet frembringes ved i bildebehanlingsenheten å erstatte den fysiske posisjonen til pekeanordningen med den logiske, som beskrevet over. Når retningen er låst kan avstanden (dybden), dvs. avstanden fra pekeranordningen til målet, beregnes ved hjelp av ligningen som beskrevet ovenfor hvor s er avstanden, idet denne beregningen utføres ved hjelp av systemet vist med det skjematiske blokkdiagrammet på fig. 8.
På i og for seg kjent måte er posisjonen til peker anordningen bestemt og disse verdiene x, y, z tilføres respektive multiplikatorer 30', 30", 30" hvor de multipliseres med den fortegns-inverterte verdien 31 retninger av respektive allerede på i og for seg kjent måte bestemte retning til pekeranordningen nx, ny, nz, som adderes i en adderer 32 sammen med den fortegns-inverterte 34 verdien av summen av fra en ytterligere adderer 33. Summen fra den ytterligere adderer 33 fremkommer ved at nevnte fortegns-inverterte 31 verdier av retningen til pekeranordningen multipliseres i respektive multiplikatoren 35', 35", 35"' med respektive målkoordinatorer og tilføres den ytterligere adderer 33 for addering. Resultatet fra addereren 32 er lik lengden s dvs. en forlengelse av pekeranordningen, som igjen vil være et mål på hvor langt for eksempel en sonde skal stikkes inn. Det vil videre også være mulig å tilveiebringe en modifisert posisjon til pekeranordningens spiss, en virtuell forlengelse. Koordinatene til den modifiserte posisjonen er på fig. 8 betegnet x new, y new og z new. Som det fremgår av fig. 8 blir disse parameterene frembrakt ved at de respektive verdien for retningen Nx, Ny, Nz til pekeranordningen multipliseres i respektive multiplikatorer 36', 36", 36"' med lengden s og de således tilveiebrakte verdier adderes i de respektive addererene 37', 37", 37"' til de respektive posisjonene x,y,z hvorved de modifiserte posisjonene xnew, ynew, znew tilveiebringes. De således tilveiebrakte koordinater anvendes til interaktiv navigering i et volum opptak av for eksempel en hjerne som skal opereres. Posisjon og retning til pekeranordningen blir visualisert på en bildeskjerm sammen med snittbilder fra volumet. Dette muliggjør at kirugen bildeveiledet kan stille inn pekeranordningen slik at denne peker eksakt på det planlagte målet. Dybden til målet beregnes og sonden kan føres inn i innføringsrøret. Sonden kan være merket eller være forsynt med en stopper anbrakt på sonden i forhold til spissen av sonden og innføringslengden bestemt ved hjelp av ovennevnte metode.
Systemets nøyaktighet har blitt testet på en modell av et hode av plast fylt med gelatin blandet med Q1SO4. Hodemodellen ble festet med en 3-punkt Mayfield klemme og en fleksibel overflatespole ble anbrakt for intraoperativ avbildning. 23 forskjellige virtuelle mål, som kunne nåes med en glassnål gjennom et 16 mm borehull i hodemodellen, ble testet.
Det ovenfor beskrevne verktøyet ble montert på hodemodellen og det ble så tatt en tredimensjonal MR-avbildning. Av denne avbildningen ble målet identifisert, verktøyet justert for å kunne nå målet (med den virtuelle forlengelsen av spissen) og dybden (avstanden s) ble beregnet. Inntrengningsdybden til glassnålen ble justert ved hjelp av en stoppkrave ved den ene enden til nålen til den beregnede lengden og nålen ble innført under kontinuerlig MR avbildning. To MR avbildninger ble utført etter hvert treff av det tenkte målet. Avbildningene ble tatt i to ortogonale plan, begge med nålen i planet. Nålspissens posisjon ble tatt som et gjennomsnitt av posisjonene funnet i de to planene. Det skal bemerkes at den utførte prosedyren på modellen var den samme som om den hadde vært utført på en pasient. Alle målene ble nådd med en gjenomsnittelig feil på 0,7 mm og en maksimumsfeil på 1,3 mm. Den anvendte pixelstørrelsen var 0,97 mm slik at feilen må ansees å være i størrelsesorden av den som ligger i diskretiseringsprossessen som ligger i MRs natur (da dette er en digital avbildningsmetode) og således sammenlignbar med den til optimale rammebaserte systemer.
Den totale tiden fra identifikasjon av målkoordinatene til endelig verifikasjon av nålplasseringen var tilnærmet 15 minutter.
På bakgrunn av ovennevnte skulle det være klart at foreliggende oppfinnelse overvinner mange av de problemene som er forbundet med dagens brukte systemer. Således elimineres problemene forbundet med målforskyvning etter åpningen av hodeskallen og unøyaktigheter innført ved konverteringen fra MR/CT-rom til stereotaktisk rom. Dessuten tillates en direkte verifikasjon av sondeposisjonen i hjernen, som muliggjør eventuell reposisjonering ved feil.
Claims (12)
1.
System for å bestemme innføringsdybden til en sonde eller lignende ved hjerneoperasjoner og koordinatene til sonden for bruk ved hjerneoperasjoner, hvor systemet innbefatter et førings-/holderverktøy (1) med feste for en pekeranordning dannet av et føringsrør (26) med en øvre del (27) for feste av signalgivere for beregning av retning og koordinater til pekeranordningen, hvilke signalgivere sammen med mottagere for signalene fra signalgiverne tilveiebringer signaler til en databehandlingsprosessor for bestemmelse av koordinatene til føringsrøret (26), idet koordinatene og retningen til sonden/innføirngsverktøyet kan overlagres på det visualiserte bildet hhv. bildene av hjernen, karakterisert ved
at koordinatinformasjonen tilføres en billedbehandlingsenhet for beregning av innføringsdybden til sonden ut fra plasseringen til et mål i hjernen,
at førings/holderverktøyet (1) er innrettet for å monteres på hodet til pasienten over et operasjonshull slik at for eksempel en sonde kan føres inn i en pasients hjerne, og at nevnte verktøy(l) har justeringsorgan (5; 21) slik at føringsrøret med sonden kan innstilles til ønsket retning.
2.
System ifølge krav 1, karakterisert ved at sonden fastholdes i en holder og føringsdel (5), som er anordnet forskyvbar langs en bueformet del (4) i den øvre delen av verktøyet (1).
3.
System ifølge krav 1-2, karakterisert ved at bueformete delen (4) sin radius har sitt senterpunkt i en avstand (a) under verktøyets basisdels (10a, 10b) underside.
4.
System ifølge krav 1-3, karakterisert ved at verktøyet (1) er innrettet til å monteres på pasientens hode via basisdelen (10), hvilken basisdel (10a, 10b) har huller for skrufeste til pasientens hodeskalle eller er innrettet for å skrues ned i operasjonshullet, og at verktøyet innbefatter underlagsskiver (17) innrettet for
anbringelse mellom basisdelen (10a, 10b) og den bueformete delen (4) slik at senterpunktet for radiusen til den bueformete delen (4) løftes opp og ligger nøyaktig på hjernehinnen.
5.
System ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det innbefatter et hjelpeverktøy (15) for å bestemme tykkelsene på underlagsskivene (17), hvilket hjelpeverktøy (15) dannes av en ring (15) med en spalte med en utstrekning lik nevnte avstand (a), idet den nevnte avstanden (a) er lik operasjonshullets utborete del (18) av hodeskallen pluss underlagsskiver (17).
6.
System ifølge krav 1-5, karakterisert ved at holderen og føringsdelen (5), med den bueformete delen (4) i den øvre delen av verktøyet (1) er anordnet dreibar om basisdelen (10a, 10b).
7.
System ifølge krav 1-6, karakterisert ved at gjennom holderen og føringsdelen (5) går føringsrøret (26), som er selve føringen for en sonde, biopsitagningsverktøy, lasersonde eller lignende, at røret (26) i sin øvre del (27) har en redusert ytre diameter, som passer med et senterhull (9) til et hjelpemiddel (28) med signalgiveren for å bestemme retningen til føringsrøret (26), idet overgangen fra rørdelen til den øvrige delen av røret (26) danner et anleggsete for nevnte hjelpemiddel (28) og at hjelpemiddelet (28) har organ for å bestemme retningen og posisjonen til føringsrøret (26).
8.
System ifølge krav 1-7, karakterisert ved at hjelpemiddelet (28) har tre fra hjelpemiddelets senter ragende armer med en markør (2) i hver av sine ender og at hjelpemiddelet (28) fastholdes i en bestemt stilling på holderen og føringsdelen (5) slik at den fra markørenes beregnede posisjon kun endres når holderverktøyet (1) dreies om basisdelen (10) henholdsvis når holderen og føringsdelen (5) forskyves langs den bueformete delen (4).
9.
System ifølge krav 1-8, karakterisert ved at markøren (2) er infrarøde lysemitterende dioder, hvilke lys fanges opp av mottagere, som er plassert ved definerte steder i rommet over operasjonsstedet for derved å bestemme koordinatene til innføringsrøret (26) på i og for seg kjent måte i en databehandlingsprosessor forbundet med en billedbehandlingsinnretning.
10.
System ifølge krav 1, karakterisert ved at i en billedbehandlingsinnretning visualiseres en virtuell lengde av innføringsrøret hhv. pekeranordningen, slik at et perpendikulært plan gjennom den logiske spissen av innføringsrøret alltid inneholder målet, dvs. området av interesse i hjernen, og at koordinatene bestemt på i og for seg kjent måte i databehandlingprosessoren tilføres en beregningsenhet for å bestemme innføringsdybden ved hjelp av ligningen
hvor:
Som kan uttrykkes med en linear algebra som:
hvor T = målet, 0 = fysisk posisjon til pekeranordningen / = logisk/beregnet posisjon, x, y, z, er posisjonen til pekeranordningen, n angir retningen til pekeranordningen og n med indeksene x, y, z gir retningen i henholdsvis x-, y-, og z-retningen.
11.
System ifølge krav 10, karakterisert ved at
beregningsenheten omfatter et første sett med multiplikatorer (30', 30", 30"), hvis inngangssignal er posisjonen (x, y, z) til pekeranordningen, bestemt på forhånd på i og for seg kjent måte, og de fortegns-inverterte verdiene (31) til retningen av respektive, allerede på i og for seg kjent måte, bestemte retning til pekeranordningen (nx, ny, nz), hvor utgangen til det første settet med multiplikatorer (30', 30", 30") er forbundet med en adderer (32), som har en ytterligere inngang forbundet med utgangen til en fortegns-inverterer (34) hvis inngang er forbundet med utgangen til en ytterligere adderer (33), hvor inngangene til den ytterligere adderer (33) er forbundet med utgangen til respektive av et andre sett med multiplikatorer (35', 35", 35'"), hvor inngangene til det andre settet med multiplikatorer (35', 35", 35"') tilføres respektive målkoordinatorer (tx, ty, tz) og de respektive fortegns-inverterte verdiene (31) til retningen av den respektive allerede på i og for seg kjent måte bestemte retning til pekeranordningen (nx, ny, nz), slik at utgangssignalet fra den ytterligere addereren (32) er lik lengden (s) dvs. en forlengelse av pekeranordningen, som igjen vil være et mål på hvor langt for eksempel sonden skal stikkes inn og som behandles i billedbehandlingsinnretningen for fremvisning på en skjerm sammen med et eller flere bilder av en pasients hjerne.
12.
System ifølge krav 10-11, karakterisert ved at en modifisert posisjon til pekeranordningens spiss, en virtuell forlengelse tilveiebringes ved at nevnte lengde (s) tilføres et tredje sett med multiplikatorer, (36' 36", 36"') en andre inngang til det tredje settet med multiplikatorer, (36' 36", 36"') tilføres de respektive verdien for retningen (Nx, Ny, Nz) til pekeranordningen og utgangen til respektive tredje sett av multiplikatorer, (36' 36", 36"') er forbundet med inngangene til et sett med adderere (37', 37", 37"'), som har en ytterligere inngang forbundet med verdiene (x,y,z) slik at utgangssignalet til settet med adderere (37', 37", 37"') er de modifiserte posisjonene (xnew, ynew, znew).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20000067A NO313573B1 (no) | 2000-01-06 | 2000-01-06 | Verktöy for bruk ved hjerneoperasjoner, samt system for å bestemme innföringsdybden til en sonde eller lignende vedhjerneoperasjoner og koordinatene til verktöyet og sonden vedhjerneoperasjoner |
| PCT/NO2001/000001 WO2001049197A1 (en) | 2000-01-06 | 2001-01-03 | Device for use by brain operations |
| AU24127/01A AU2412701A (en) | 2000-01-06 | 2001-01-03 | Device for use by brain operations |
| US10/169,482 US20030114876A1 (en) | 2000-01-06 | 2001-01-03 | Device for use by brain operations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20000067A NO313573B1 (no) | 2000-01-06 | 2000-01-06 | Verktöy for bruk ved hjerneoperasjoner, samt system for å bestemme innföringsdybden til en sonde eller lignende vedhjerneoperasjoner og koordinatene til verktöyet og sonden vedhjerneoperasjoner |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20000067D0 NO20000067D0 (no) | 2000-01-06 |
| NO20000067L NO20000067L (no) | 2001-07-09 |
| NO313573B1 true NO313573B1 (no) | 2002-10-28 |
Family
ID=19910572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20000067A NO313573B1 (no) | 2000-01-06 | 2000-01-06 | Verktöy for bruk ved hjerneoperasjoner, samt system for å bestemme innföringsdybden til en sonde eller lignende vedhjerneoperasjoner og koordinatene til verktöyet og sonden vedhjerneoperasjoner |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20030114876A1 (no) |
| AU (1) | AU2412701A (no) |
| NO (1) | NO313573B1 (no) |
| WO (1) | WO2001049197A1 (no) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6752812B1 (en) | 1997-05-15 | 2004-06-22 | Regent Of The University Of Minnesota | Remote actuation of trajectory guide |
| US6195577B1 (en) | 1998-10-08 | 2001-02-27 | Regents Of The University Of Minnesota | Method and apparatus for positioning a device in a body |
| US7660621B2 (en) | 2000-04-07 | 2010-02-09 | Medtronic, Inc. | Medical device introducer |
| ATE266964T1 (de) | 2001-10-24 | 2004-06-15 | Brainlab Ag | Navigierte mikrosonde |
| US7704260B2 (en) | 2002-09-17 | 2010-04-27 | Medtronic, Inc. | Low profile instrument immobilizer |
| US7695480B2 (en) | 2003-09-25 | 2010-04-13 | Medtronic, Inc. | Ball and socket trajectory guide |
| US20050182421A1 (en) | 2004-02-13 | 2005-08-18 | Schulte Gregory T. | Methods and apparatus for securing a therapy delivery device within a burr hole |
| US7736371B2 (en) * | 2007-01-26 | 2010-06-15 | Stryker Leibinger Gmbh & Co. Kg | Trajectory guide |
| CA3035522A1 (en) | 2016-08-30 | 2018-03-08 | The Regents Of The University Of California | Methods for biomedical targeting and delivery and devices and systems for practicing the same |
| WO2019018342A1 (en) | 2017-07-17 | 2019-01-24 | Voyager Therapeutics, Inc. | NETWORK EQUIPMENT TRACK GUIDE SYSTEM |
| CA3082958A1 (en) * | 2017-11-17 | 2019-05-23 | Ichan School Of Medicine At Mount Sinal | Epidural/subdural minimally invasive access tool |
| CN111658176B (zh) * | 2020-07-10 | 2021-07-09 | 四川大学华西医院 | Mayfield头架双钉固定位置精准定位器 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3115140A (en) * | 1960-08-18 | 1963-12-24 | Baltimore Instr Company | Apparatus for stereotaxic brain operations |
| US4341220A (en) * | 1979-04-13 | 1982-07-27 | Pfizer Inc. | Stereotactic surgery apparatus and method |
| US4350159A (en) * | 1980-02-29 | 1982-09-21 | Gouda Kasim I | Frame for stereotactic surgery |
| US4805615A (en) * | 1985-07-02 | 1989-02-21 | Carol Mark P | Method and apparatus for performing stereotactic surgery |
| US5222204A (en) * | 1990-03-14 | 1993-06-22 | Hewlett-Packard Company | Pixel interpolation in perspective space |
| US5269305A (en) * | 1990-04-27 | 1993-12-14 | The Nomos Corporation | Method and apparatus for performing stereotactic surgery |
| US5662111A (en) * | 1991-01-28 | 1997-09-02 | Cosman; Eric R. | Process of stereotactic optical navigation |
| NO302055B1 (no) * | 1993-05-24 | 1998-01-12 | Metronor As | Fremgangsmåte og system for geometrimåling |
| US5695501A (en) * | 1994-09-30 | 1997-12-09 | Ohio Medical Instrument Company, Inc. | Apparatus for neurosurgical stereotactic procedures |
| FR2779339B1 (fr) * | 1998-06-09 | 2000-10-13 | Integrated Surgical Systems Sa | Procede et appareil de mise en correspondance pour la chirurgie robotisee, et dispositif de mise en correspondance en comportant application |
| US6327491B1 (en) * | 1998-07-06 | 2001-12-04 | Neutar, Llc | Customized surgical fixture |
| US6491699B1 (en) * | 1999-04-20 | 2002-12-10 | Surgical Navigation Technologies, Inc. | Instrument guidance method and system for image guided surgery |
| US6132437A (en) * | 1999-07-14 | 2000-10-17 | Omurtag; Ahmet | Method and stereotactic apparatus for locating intracranial targets guiding surgical instruments |
-
2000
- 2000-01-06 NO NO20000067A patent/NO313573B1/no not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-01-03 WO PCT/NO2001/000001 patent/WO2001049197A1/en active Application Filing
- 2001-01-03 AU AU24127/01A patent/AU2412701A/en not_active Abandoned
- 2001-01-03 US US10/169,482 patent/US20030114876A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030114876A1 (en) | 2003-06-19 |
| WO2001049197A1 (en) | 2001-07-12 |
| NO20000067D0 (no) | 2000-01-06 |
| AU2412701A (en) | 2001-07-16 |
| NO20000067L (no) | 2001-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7251522B2 (en) | X-ray image-assisted navigation using original, two-dimensional x-ray images | |
| JP5121401B2 (ja) | 埋植物距離測定のシステム | |
| US6684098B2 (en) | Versatile stereotactic device and methods of use | |
| US6013087A (en) | Image-guided surgery system | |
| CA2892554C (en) | System and method for dynamic validation, correction of registration for surgical navigation | |
| US7831096B2 (en) | Medical navigation system with tool and/or implant integration into fluoroscopic image projections and method of use | |
| US6873867B2 (en) | Referencing or registering a patient or a patient body part in a medical navigation system by means of irradiation of light points | |
| US7885441B2 (en) | Systems and methods for implant virtual review | |
| US6259943B1 (en) | Frameless to frame-based registration system | |
| CA2201877C (en) | Surgical navigation systems including reference and localization frames | |
| US8131031B2 (en) | Systems and methods for inferred patient annotation | |
| US6359959B1 (en) | System for determining target positions in the body observed in CT image data | |
| US11426241B2 (en) | Device for intraoperative image-controlled navigation during surgical procedures in the region of the spinal column and in the adjacent regions of the thorax, pelvis or head | |
| US8275445B2 (en) | System and method for determining the position of an instrument | |
| US7587076B2 (en) | Fluoroscopy image verification | |
| US20080114238A1 (en) | Systems and methods for automated tracker-driven image selection | |
| US6080164A (en) | Versatile stereotactic device | |
| US20080119712A1 (en) | Systems and Methods for Automated Image Registration | |
| US11701181B2 (en) | Systems, instruments and methods for surgical navigation with verification feedback | |
| Schmerber et al. | Accuracy evaluation of a CAS system: laboratory protocol and results with 6D localizers, and clinical experiences in otorhinolaryngology | |
| NO313573B1 (no) | Verktöy for bruk ved hjerneoperasjoner, samt system for å bestemme innföringsdybden til en sonde eller lignende vedhjerneoperasjoner og koordinatene til verktöyet og sonden vedhjerneoperasjoner | |
| US10939889B2 (en) | Optical shape sensing for fluoroscopic surgical navigation | |
| JP4280693B2 (ja) | 支持器具 | |
| Galloway et al. | Task-oriented asymmetric multiprocessing for interactive image-guided surgery | |
| West et al. | A system for finding a 3D target without a 3D image |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |