RU2809175C1 - Marker holder for preparing and performing surgery using mixed reality technology - Google Patents
Marker holder for preparing and performing surgery using mixed reality technology Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809175C1 RU2809175C1 RU2022132202A RU2022132202A RU2809175C1 RU 2809175 C1 RU2809175 C1 RU 2809175C1 RU 2022132202 A RU2022132202 A RU 2022132202A RU 2022132202 A RU2022132202 A RU 2022132202A RU 2809175 C1 RU2809175 C1 RU 2809175C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holder
- patient
- marker
- pair
- fixation
- Prior art date
Links
- 239000003550 marker Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 title description 9
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 5
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 13
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 10
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 3
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- 241000207836 Olea <angiosperm> Species 0.000 description 2
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 238000002316 cosmetic surgery Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 240000007817 Olea europaea Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 210000000613 ear canal Anatomy 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000003211 malignant effect Effects 0.000 description 1
- 210000000537 nasal bone Anatomy 0.000 description 1
- 210000001331 nose Anatomy 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000002278 reconstructive surgery Methods 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для подготовки и выполнения хирургических операций с использованием технологии смешанной реальности.The invention relates to medicine, namely to devices for preparing and performing surgical operations using mixed reality technology.
Изобретение может быть использовано, например, в реконструктивной хирургии при выполнении реконструктивно-пластических операций для устранения обширных костных дефектов и дефектов окружающих мягких тканей, возникших после удаления злокачественных и доброкачественных новообразований, в результате травм и деформаций различного генеза, а также для операций на мозге с целью увеличения точности и упрощения проведения операции.The invention can be used, for example, in reconstructive surgery when performing reconstructive plastic surgeries to eliminate extensive bone defects and defects of surrounding soft tissues that have arisen after removal of malignant and benign tumors, as a result of injuries and deformities of various origins, as well as for brain surgeries with in order to increase accuracy and simplify the operation.
Технология смешанной реальности (Mixed reality, MR) дает возможность наблюдателю видеть виртуальные объекты в контексте реального мира. Современный подход позволяет проецировать изображение этих объектов перед глазами пользователя в виде голограммы, используя для этого так называемые очки смешанной реальности. Это позволяет наблюдателю взаимодействовать в реальном времени между различными материальными и виртуальными объектами, как будто они существуют в единой среде. Используя эту особенность, можно повысить производительность и качество услуг во многих областях, в частности в хирургии.Mixed reality (MR) technology allows the observer to see virtual objects in the context of the real world. The modern approach makes it possible to project the image of these objects in front of the user’s eyes in the form of a hologram, using so-called mixed reality glasses. This allows the observer to interact in real time between different material and virtual objects as if they existed in a single environment. Using this feature, productivity and quality of services can be improved in many areas, particularly in surgery.
В настоящее время опубликовано немало научных трудов по использованию технологии смешанной реальности в разных областях медицины: нейрохирургии, кардиологии, урологии, пластической хирургии и других.Currently, many scientific works have been published on the use of mixed reality technology in various fields of medicine: neurosurgery, cardiology, urology, plastic surgery and others.
Очевидно, что при использовании технологии MR стоит задача обеспечения точного позиционирования виртуальных объектов относительно реальных с точки зрения пользователя. Для решения этой задачи используется система оптического трекинга.Obviously, when using MR technology, the challenge is to ensure accurate positioning of virtual objects relative to real ones from the user’s point of view. To solve this problem, an optical tracking system is used.
Трекинг с использованием специальных маркеров удобен тем, что они проще распознаются камерой и дают ей более жесткую привязку к месту для виртуальной модели. Такая технология гораздо надежнее «безмаркерной» и работает практически без сбоев.Tracking using special markers is convenient because they are easier to recognize by the camera and give it a more rigid location for the virtual model. This technology is much more reliable than “markerless” technology and works almost without failures.
Держатель маркеров (в дальнейшем - держатель или ДМ) занимает важное место в составе оборудования, необходимого для выполнения хирургических операций с использованием очков смешанной реальности (например, Microsoft HoloLens).The marker holder (hereinafter referred to as the holder or DM) occupies an important place in the equipment necessary for performing surgical operations using mixed reality glasses (for example, Microsoft HoloLens).
ДМ служит для фиксации маркеров, в том числе оптического маркера, на теле пациента. Это позволяет при использовании технологии смешанной реальности точно совместить реальный и виртуальный объект - тело пациента и виртуальную 3D-модель (голограмму) пораженного органа.The DM is used to fix markers, including an optical marker, on the patient’s body. This allows, when using mixed reality technology, to accurately combine a real and virtual object - the patient’s body and a virtual 3D model (hologram) of the affected organ.
Оптический маркер, закрепленный на держателе, служит для привязки виртуальной 3D-модели индивидуальных анатомических структур пациента к его реальным органам. На маркер нанесено уникальное изображение, созданное таким образом, чтобы камера, встроенная в очки, смогла его распознать и определить ориентацию и положение маркера.An optical marker attached to the holder serves to link a virtual 3D model of the patient’s individual anatomical structures to his real organs. The marker has a unique image created in such a way that the camera built into the glasses can recognize it and determine the orientation and position of the marker.
Наиболее близким по технической сущности является держатель маркера для выполнения хирургической операции на голове пациента с использованием смешанной реальности [патент RU 210665, опубликован 25.04.2022]. Полезная модель относится к медицине, а именно к устройствам для выполнения хирургических операций на голове пациента с использованием технологии смешанной реальности. Сущность полезной модели заключается в том, что держатель маркера для выполнения хирургической операции на голове пациента с использованием технологии смешанной реальности включает корпус, образованный двумя дугами, соединенными одним концом с носоупором, и два узла, закрепленных на свободных концах дуг с возможностью продольного перемещения, при этом корпус содержит площадку для крепления маркера и не менее трех рентгеноконтрастных меток, узлы включают ушные оливы, имеющие возможность поперечного перемещения, таким образом, держатель обеспечивает возможность настройки размера и фиксации на голове пациента в трех точках: с опорой на ткани над носовой костью черепа и в наружных слуховых проходах. В свободных концах дуг держателя маркера могут быть выполнены сквозные продолговатые отверстия, а каждый узел содержать болт с двумя гайками, продетый в продолговатое отверстие, на конце болта зафиксирована ушная олива, а гайки расположены по обе стороны дуги.The closest in technical essence is a marker holder for performing surgery on a patient’s head using mixed reality [patent RU 210665, published 04/25/2022]. The utility model relates to medicine, namely to devices for performing surgical operations on a patient’s head using mixed reality technology. The essence of the utility model is that a marker holder for performing a surgical operation on a patient’s head using mixed reality technology includes a body formed by two arcs connected at one end to a nose pad, and two nodes attached to the free ends of the arcs with the possibility of longitudinal movement, with In this case, the body contains a platform for attaching a marker and at least three radiopaque marks; the units include ear olives that can move transversely, thus, the holder provides the ability to adjust the size and fixation on the patient’s head at three points: with support on the tissue above the nasal bone of the skull and in the external auditory canals. In the free ends of the arcs of the marker holder, through oblong holes can be made, and each unit contains a bolt with two nuts threaded into the oblong hole; an ear olive is fixed at the end of the bolt, and the nuts are located on both sides of the arc.
На подготовительном этапе держатель без о-маркера надевают на голову пациента и настраивают его размер, добиваясь надежной фиксации путем продольного перемещения узлов по дугам и поперечного перемещения олив, затем фиксируют в необходимом положении при помощи гаек. Проводят компьютерную томографию (КТ) головы с надетым держателем, при этом важно, чтобы корпус держателя помещался целиком, т.к. в него встроены рентгеноконтрастные метки, необходимые для последующего совмещения виртуальных анатомических структур с о-маркером. Рабочая станция томографа формирует трехмерное растровое изображение индивидуальной анатомии пациента. Используя полученные данные, выполняют сегментацию (построение контура) и трехмерную реконструкцию (построение трехмерной модели) всех анатомических структур. На КТ отмечают три рентгеноконтрастные метки. Так как заранее известно смещение о-маркера относительно меток держателя, программа может точно привязать положение анатомических структур к положению о-маркера.At the preparatory stage, the holder without an o-marker is put on the patient’s head and its size is adjusted, achieving reliable fixation by longitudinal movement of the nodes along the arcs and transverse movement of the olives, then fixed in the required position using nuts. A computed tomography (CT) scan of the head is performed with the holder in place, and it is important that the entire body of the holder is placed, because It contains built-in radiopaque marks necessary for subsequent alignment of virtual anatomical structures with the o-marker. The tomograph workstation generates a three-dimensional raster image of the patient’s individual anatomy. Using the data obtained, segmentation (contour construction) and three-dimensional reconstruction (3D model construction) of all anatomical structures are performed. Three radiopaque marks are noted on the CT scan. Since the offset of the o-marker relative to the holder marks is known in advance, the program can accurately link the position of anatomical structures to the position of the o-marker.
Держатель с прикрепленным о-маркером надевают на голову пациента перед выполнением хирургической операции, при этом используют ту же настройку узлов, которая была сделана при проведении КТ. В результате этого держатель занимает в точности то же место, которое было при проведении КТ. Приложение очков смешанной реальности распознает о-маркер и определяет его положение в пространстве. Виртуальные 3D-модели анатомических структур автоматически выравниваются по о-маркеру, таким образом, совмещаясь с головой пациента.The holder with the o-marker attached is placed on the patient's head before surgery, using the same adjustment of the nodes that was made during the CT scan. As a result, the holder occupies exactly the same place as it was during the CT scan. The mixed reality glasses application recognizes the o-marker and determines its position in space. Virtual 3D models of anatomical structures are automatically aligned to the o-marker, thus aligning with the patient's head.
Основным недостатком описанного устройства является невозможность его использования для выполнения хирургической операции на других частях тела, кроме головы, то есть отсутствие универсальности. Также, определенные сложности при проведении компьютерной томографии с надетым держателем, вызывает конструкция и размер устройства, так как выступающие части держателя могут помешать или воспрепятствовать движению подвижных частей томографа.The main disadvantage of the described device is the inability to use it to perform surgery on other parts of the body except the head, that is, the lack of versatility. Also, certain difficulties when performing computed tomography with a holder on are caused by the design and size of the device, since the protruding parts of the holder can interfere with or impede the movement of the moving parts of the tomograph.
Сложность с совмещением в одном устройстве рентгеноконтрастного маркера (в дальнейшем - р-маркера) и оптического маркера (в дальнейшем - о-маркера) состоит в том, что они используются на разных этапах подготовки и выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности, выполняют разные функции и к ним предъявляются разные требования.The difficulty with combining a radiopaque marker (hereinafter - p-marker) and an optical marker (hereinafter - o-marker) in one device is that they are used at different stages of preparing and performing a surgical operation using mixed reality technology, and perform different functions and have different requirements.
Р-маркер задействован на этапе подготовки к проведению хирургической операции, а именно при проведении компьютерной томографии. Р-маркер (поз. 8 на фиг. 5) - это устройство, включающее корпус с не менее чем тремя рентгеноконтрастными метками (в дальнейшем - р-метками), не лежащими на одной прямой, и изготовленными из рентгенопозитивных контрастных материалов (например, стали). Предпочтительно, чтобы корпус р-маркера был изготовлен из рентгенонегативных контрастных материалов, с минимальным поглощением рентгеновского излучения (например, полиамида). Конструкция устройства должна позволять разнесение р-меток в пространстве для достижения большей точности определения положения о-маркера относительно тела пациента, а, следовательно, и большей точности совмещения реального и виртуального объектов. При этом устройство должно быть компактным, чтобы не создавать помех работе томографа.The P-marker is used at the stage of preparation for surgery, namely during computed tomography. P-marker (item 8 in Fig. 5) is a device that includes a housing with at least three radiopaque marks (hereinafter referred to as p-marks), not lying on the same line, and made of radiopaque contrast materials (for example, steel ). It is preferable that the p-marker body be made of X-ray negative contrast materials with minimal X-ray absorption (for example, polyamide). The design of the device should allow the separation of p-markers in space to achieve greater accuracy in determining the position of the o-marker relative to the patient’s body, and, consequently, greater accuracy in combining real and virtual objects. In this case, the device must be compact so as not to interfere with the operation of the tomograph.
О-маркер (поз. 10 на фиг. 6) применяется на этапе выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности. Он, как это было сказано выше, задействован в системе оптического трекинга, и предназначен для привязки к месту виртуальной модели. Важными параметрами для о-маркера являются его тип и место размещения для лучшего распознавания очками. Может возникнуть необходимость такого расположения о-маркера, когда он достаточно сильно отдален от тела пациента, но при этом не перекрывает операционное поле и не мешает хирургу.The O-marker (position 10 in Fig. 6) is used at the stage of performing a surgical operation using mixed reality technology. It, as mentioned above, is involved in the optical tracking system, and is designed to bind to the location of the virtual model. Important parameters for an o-marker are its type and placement for better recognition by glasses. It may be necessary to position the o-marker in such a way that it is sufficiently distant from the patient’s body, but does not block the surgical field and does not interfere with the surgeon.
Держатель маркеров должен быть компактным и иметь возможность надежно фиксироваться на разных частях тела, в непосредственной близости от будущей оперируемой области. Конструктивное исполнение и принцип функционирования средства фиксации держателя непосредственно влияет на желаемые параметры устройства.The marker holder must be compact and be able to be securely fixed on different parts of the body, in close proximity to the future operated area. The design and operating principle of the holder fixation device directly affects the desired parameters of the device.
Как видно из описания ближайшего аналога, в нем держатель маркеров совмещен с р-маркером, а о-маркер выступает в качестве отдельного устройства. Необходимость разнесения в пространстве р-меток неизбежно увеличивает размер держателя, что может сказаться на доступности операционного поля на этапе хирургической операции. В заявляемом устройстве держатель отделен от р-маркера, что позволяет более гибко подходить к выбору конструкции маркеров.As can be seen from the description of the closest analogue, in it the marker holder is combined with a p-marker, and the o-marker acts as a separate device. The need for spatial separation of p-marks inevitably increases the size of the holder, which may affect the accessibility of the surgical field at the stage of surgery. In the inventive device, the holder is separated from the p-marker, which allows for a more flexible approach to the choice of marker design.
Предлагаемое техническое решение направлено на обеспечение компактности устройства и улучшение, таким образом, условий подготовки и выполнения хирургической операции, а также достижение универсальности применяемого держателя, то есть возможности его фиксации на разных частях тела.The proposed technical solution is aimed at ensuring the compactness of the device and thus improving the conditions for preparing and performing a surgical operation, as well as achieving the versatility of the holder used, that is, the possibility of its fixation on different parts of the body.
Сущность изобретения заключается в том, что держатель маркеров для подготовки и выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности включает корпус с размещенной на нем площадкой для крепления маркеров, и средство фиксации держателя на теле пациента, для обеспечения фиксации используют силу магнитного притяжения между двумя взаимодействующими элементами, средство фиксации содержит по меньшей мере одну пару таких элементов, где хотя бы один элемент из пары является источником магнитного поля, при этом один элемент из пары обеспечивает возможность его фиксации на теле пациента, а второй зафиксирован на держателе.The essence of the invention is that a marker holder for preparing and performing a surgical operation using mixed reality technology includes a body with a platform for attaching markers placed on it, and a means for fixing the holder on the patient’s body; to ensure fixation, the force of magnetic attraction between two interacting elements is used , the fixation means contains at least one pair of such elements, where at least one element of the pair is a source of the magnetic field, while one element of the pair allows it to be fixed on the patient’s body, and the second is fixed to the holder.
Следующие признаки характеризуют изобретение в частных случаях его выполнения:The following features characterize the invention in particular cases of its implementation:
- один из элементов пары обеспечивает возможность фиксации на теле пациента при помощи съемного средства, например, временного клея;- one of the elements of the pair provides the possibility of fixation on the patient’s body using a removable means, for example, temporary glue;
- корпус держателя представляет собой пластину, форма которой обеспечивает возможность ее прилегания к телу пациента;- the holder body is a plate, the shape of which allows it to adhere to the patient’s body;
- корпус держателя содержит три опоры, а средство фиксации размещено в пространстве между ними;- the holder body contains three supports, and the fixation means is located in the space between them;
- корпус держателя содержит три опоры, концы которых на поверхности тела пациента формируют вершины треугольника, при этом средство фиксации размещено на конце каждой опоры;- the holder body contains three supports, the ends of which form the vertices of a triangle on the surface of the patient’s body, with a fixation means located at the end of each support;
- корпус держателя содержит четыре опоры с размещенным на концах двух из них средством фиксации, концы опор на поверхности тела пациента формируют вершины выпуклого четырехугольника, а средство фиксации размещено на противоположных вершинах;- the holder body contains four supports with a fixation means located at the ends of two of them, the ends of the supports on the surface of the patient’s body form the vertices of a convex quadrangle, and the fixation means are placed on opposite vertices;
- корпус держателя выполнен из прозрачного в видимом спектре материала;- the holder body is made of material that is transparent in the visible spectrum;
- источником магнитного поля одного элемента из пары является постоянный магнит;- the source of the magnetic field of one element of the pair is a permanent magnet;
- источником магнитного поля одного элемента из пары является электромагнит;- the source of the magnetic field of one element of the pair is an electromagnet;
- источником магнитного поля одного элемента из пары является магнит, а другого – электромагнит;- the source of the magnetic field of one element of the pair is a magnet, and the other is an electromagnet;
- источником магнитного поля обоих взаимодействующих элементов пары является магнит;- the source of the magnetic field of both interacting elements of the pair is a magnet;
- на наружную поверхность взаимодействующих элементов нанесен рельеф, включающий совпадающие по размеру и форме выступы и впадины, обеспечивающие соединение элементов по принципу шип-паз.- a relief is applied to the outer surface of the interacting elements, including protrusions and depressions matching in size and shape, ensuring the connection of the elements according to the tenon-groove principle.
Технический результат заявляемого изобретения достигается за счет использования силы магнитного притяжения для фиксации держателя маркеров на теле пациента и состоит в расширении функциональных возможностей устройства, обеспечении его компактности и универсальности, повышении надежности фиксации на сложных поверхностях, простоты и удобства эксплуатации и улучшении, таким образом, условий подготовки и выполнения хирургической операции, увеличении доступности операционного поля.The technical result of the claimed invention is achieved by using the force of magnetic attraction to fix the marker holder on the patient’s body and consists in expanding the functionality of the device, ensuring its compactness and versatility, increasing the reliability of fixation on complex surfaces, simplicity and ease of use, and thus improving the conditions preparation and performance of a surgical operation, increasing the accessibility of the surgical field.
Заявляемый держатель позволяет использовать маркеры разных размеров и форм, и устанавливать их в разном положении, в зависимости от требований к КТ-сканированию и положению пациента на операционном столе.The inventive holder allows the use of markers of different sizes and shapes, and install them in different positions, depending on the requirements for CT scanning and the position of the patient on the operating table.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:The drawings attached to the description show:
- держатель маркеров с тремя парами взаимодействующих элементов (фиг. 1-2);- marker holder with three pairs of interacting elements (Fig. 1-2);
- держатель маркеров с двумя парами взаимодействующих элементов (фиг. 3-5, 9 и 10);- marker holder with two pairs of interacting elements (Fig. 3-5, 9 and 10);
- держатель маркеров с одной парой взаимодействующих элементов (фиг. 6-8);- marker holder with one pair of interacting elements (Fig. 6-8);
- способ дополнительной фиксации элементов на теле пациента (фиг. 11);- a method for additional fixation of elements on the patient’s body (Fig. 11);
- держатель маркеров с р-маркером (фиг. 12);- marker holder with p-marker (Fig. 12);
- держатель маркеров с о-маркером (фиг. 13-14).- marker holder with o-marker (Fig. 13-14).
Держатель маркеров 1 (в дальнейшем - держатель) для подготовки и выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности включает корпус 2 с размещенной на нем площадкой 3 для крепления маркеров и средство фиксации 4 держателя 1 на теле пациента 5. Предпочтительно, чтобы корпус 2 и площадка 3 держателя 1 были изготовлены из рентгенонегативных контрастных материалов, с минимальным поглощением рентгеновского излучения (например, полиамида).The marker holder 1 (hereinafter referred to as the holder) for preparing and performing a surgical operation using mixed reality technology includes a housing 2 with a platform 3 placed on it for attaching markers and a means for fixing 4 the holder 1 on the patient's body 5. It is preferable that the housing 2 and the platform The 3 holders 1 were made of X-ray negative contrast materials with minimal X-ray absorption (eg polyamide).
Для обеспечения фиксации держателя 1 на теле пациента 5 используют силу магнитного притяжения между двумя взаимодействующими элементами, средство фиксации содержит по меньшей мере одну пару таких элементов, при этом один элемент из пары обеспечивает возможность его фиксации на теле пациента 5, а второй зафиксирован на корпусе 2. На фиг. 1 показан держатель с тремя парами взаимодействующих элементов, пример одной из пар обозначен поз. 6.To ensure the fixation of the holder 1 on the patient's body 5, the force of magnetic attraction between two interacting elements is used, the fixation means contains at least one pair of such elements, and one element of the pair allows its fixation on the patient's body 5, and the second is fixed on the body 2 In Fig. 1 shows a holder with three pairs of interacting elements, an example of one of the pairs is indicated by pos. 6.
Для обеспечения магнитного взаимодействия между этими элементами, они должны быть изготовлены из магнитных материалов, например, ферромагнетиков, и, хотя бы один элемент из пары должен являться источником магнитного поля. Это может быть, например, постоянный магнит или электромагнит. Возможно разное сочетание взаимодействующих элементов в парах, например:To ensure magnetic interaction between these elements, they must be made of magnetic materials, for example, ferromagnets, and at least one element of the pair must be a source of a magnetic field. This could be, for example, a permanent magnet or an electromagnet. There may be different combinations of interacting elements in pairs, for example:
- магнитомягкий материал+постоянный магнит;- soft magnetic material + permanent magnet;
- магнитомягкий материал+электромагнит;- soft magnetic material + electromagnet;
- постоянный магнит+постоянный магнит;- permanent magnet + permanent magnet;
- постоянный магнит+электромагнит и т.п.- permanent magnet + electromagnet, etc.
Для фиксации держателя 1, в зависимости от его конструкции и места установки, используют одну или несколько пар взаимодействующих элементов, которые оппозитно размещают на корпусе 2 и теле пациента 5, то есть один элемент из пары фиксируют на теле пациента 5, а второй - на корпусе 2 так, чтобы при приложении держателя 1 к телу 5 положение взаимодействующих элементов совпало (фиг. 2).To fix the holder 1, depending on its design and installation location, one or more pairs of interacting elements are used, which are placed oppositely on the body 2 and the patient’s body 5, that is, one element of the pair is fixed on the patient’s body 5, and the second on the body 2 so that when the holder 1 is applied to the body 5, the position of the interacting elements coincides (Fig. 2).
В одном из вариантов реализации заявляемого изобретения, на наружную поверхность взаимодействующих элементов может быть нанесен рельеф, включающий совпадающие по размеру и форме выступы и впадины, обеспечивающие соединение элементов по принципу шип-паз. За счет этого может быть достигнута более высокая точность позиционирования.In one of the embodiments of the claimed invention, a relief can be applied to the outer surface of the interacting elements, including protrusions and depressions matching in size and shape, ensuring the connection of the elements according to the tongue-and-groove principle. Due to this, higher positioning accuracy can be achieved.
При необходимости увеличения надежности фиксации, средство фиксации 4 может дополнительно включать временный клей или двусторонний скотч, нанесенный на корпус 2 держателя маркеров 1. Такой вариант реализации устройства может применяться, если корпус 2 держателя 1 представляет собой плоскую или изогнутую пластину, форма которой обеспечивает возможность плотного прилегания к телу пациента 5 (например, как это показано на фиг. 3-6).If it is necessary to increase the reliability of fixation, the fixation means 4 may additionally include temporary glue or double-sided tape applied to the body 2 of the marker holder 1. This embodiment of the device can be used if the body 2 of the holder 1 is a flat or curved plate, the shape of which allows for tight fit to the patient's body 5 (for example, as shown in Fig. 3-6).
Указанные пластины могут быть универсальными и иметь разные типоразмеры или изготовленными персонально, с учетом уникальных индивидуальных анатомических особенностей каждого пациента.These plates can be universal and have different sizes or made individually, taking into account the unique individual anatomical characteristics of each patient.
Возможны варианты конструктивного исполнения держателя маркеров 1, включающие разную форму и количество опор, а также разное количество пар взаимодействующих элементов. Например, корпус 2 держателя 1 может содержать три опоры, в пространстве между которыми размещено средство фиксации 4. В этом случае предпочтительно, чтобы форма взаимодействующих элементов предотвращала возможное вращение держателя 1 (фиг. 7, 8).Possible design options for the marker holder 1 include different shapes and numbers of supports, as well as different numbers of pairs of interacting elements. For example, the body 2 of the holder 1 may contain three supports, in the space between which a fixing means 4 is located. In this case, it is preferable that the shape of the interacting elements prevents possible rotation of the holder 1 (Fig. 7, 8).
Возможен вариант исполнения корпуса 2 держателя 1, когда он содержит три опоры, концы которых на поверхности тела пациента 5 формируют вершины треугольника, при этом средство фиксации 4 размещено на конце каждой опоры (фиг. 1, 2).It is possible to design the body 2 of the holder 1 when it contains three supports, the ends of which on the surface of the patient's body 5 form the vertices of a triangle, with the fixation means 4 located at the end of each support (Fig. 1, 2).
Возможен вариант исполнения корпуса 2 держателя 1, когда он содержит четыре опоры с размещенным на концах двух из них средством фиксации 4, концы опор на поверхности тела пациента 5 формируют вершины выпуклого четырехугольника, а средство фиксации 4 размещено на противоположных вершинах (фиг. 9, 10).A variant of the housing 2 of the holder 1 is possible, when it contains four supports with a fixation means 4 placed at the ends of two of them, the ends of the supports on the surface of the patient's body 5 form the vertices of a convex quadrangle, and the fixation means 4 is placed on opposite vertices (Fig. 9, 10 ).
Для фиксации элементов средства 4 на корпусе 2 могут быть использованы любые виды разъемных или неразъемных соединений, например, свинчивание, клепка, запрессовка, склеивание и т.п.To fix the elements of the means 4 on the body 2, any types of detachable or permanent connections can be used, for example, screwing, riveting, pressing, gluing, etc.
Для фиксации элементов средства 4 на теле пациента 5 преимущественно используют неинвазивные способы соединения, например, склеивание при помощи двустороннего скотча либо временного клея, нанесенного на элемент и/или тело 5. Для увеличения надежности фиксации элементов на теле 5, их можно дополнительно зафиксировать при помощи пленки 7 и временного клея, нанесенного между ней и телом пациента 5 (фиг. 11). Это не исключает возможности использования, при необходимости, инвазивных хирургических способов крепления элементов, например, свинчивание с костью.To fix the elements of the device 4 on the patient's body 5, non-invasive connection methods are predominantly used, for example, gluing with double-sided tape or temporary glue applied to the element and/or body 5. To increase the reliability of fixing the elements on the body 5, they can be additionally fixed using film 7 and temporary glue applied between it and the patient's body 5 (Fig. 11). This does not exclude the possibility of using, if necessary, invasive surgical methods of fastening elements, for example, screwing to bone.
Таким образом, держатель маркеров 1 фиксируют на любой части тела пациента 5. Маркеры крепят к площадке 3 держателя 1 при помощи разъемного, например, резьбового соединения.Thus, the marker holder 1 is fixed on any part of the patient’s body 5. The markers are attached to the platform 3 of the holder 1 using a detachable, for example, threaded connection.
Для выполнения хирургической операции с использованием технологии смешанной реальности необходима предварительная подготовка.To perform a surgical operation using mixed reality technology, preliminary preparation is required.
Элементы пар средства фиксации 4 размещают и фиксируют на теле пациента 5 до проведения КТ, как это было описано выше, и не удаляют до окончания хирургической операции. Для позиционирования элементов на теле 5 используют предварительную разметку, шаблон или специальное устройство. Способ позиционирования элементов на теле 5 не важен для понимания сущности заявляемого технического решения, поэтому подробно не рассматривается.Elements of pairs of fixation means 4 are placed and fixed on the patient's body 5 before CT scanning, as described above, and are not removed until the end of the surgical operation. To position the elements on the body 5, preliminary markings, a template or a special device are used. The method of positioning the elements on the body 5 is not important for understanding the essence of the proposed technical solution, and therefore is not discussed in detail.
На подготовительном этапе держатель 1 с р-маркером 8 фиксируют на теле пациента 5 при помощи взаимодействующих парных элементов на корпусе 2 и теле 5 (фиг. 12) и проводят компьютерную томографию (КТ) пораженной области, при этом р-маркер 8 должен помещаться в эту область целиком. Р-маркер 8 включает р-метки 9, необходимые для последующего совмещения виртуальных анатомических структур с о-маркером 10.At the preparatory stage, the holder 1 with a p-marker 8 is fixed on the patient's body 5 using interacting paired elements on the body 2 and body 5 (Fig. 12) and computed tomography (CT) of the affected area is performed, while the p-marker 8 should be placed in this entire area. P-marker 8 includes p-marks 9, which are necessary for subsequent alignment of virtual anatomical structures with o-marker 10.
Рабочая станция томографа формирует трехмерное растровое изображение индивидуальной анатомии пациента 5. Используя полученные данные, выполняют сегментацию (построение контура) и трехмерную реконструкцию (построение трехмерной модели) всех анатомических структур, которые представляют интерес для хирурга в предстоящей операции. Далее, на основе полученных 3D-моделей, планируют предстоящую операцию.The tomograph workstation generates a three-dimensional raster image of the individual anatomy of the patient 5. Using the data obtained, segmentation (contour construction) and three-dimensional reconstruction (construction of a three-dimensional model) of all anatomical structures that are of interest to the surgeon in the upcoming operation are performed. Next, based on the obtained 3D models, the upcoming operation is planned.
Загружают полученные данные в программу для настройки визуализации и позиционирования о-маркера 10, затем на КТ отмечают рентгеноконтрастные метки 9. Так как заранее известно смещение держателя 1 относительно р-маркера 8 и о-маркера 10, программа может точно привязать положение анатомических структур к положению о-маркера 10.The obtained data is loaded into the program for setting up the visualization and positioning of the o-marker 10, then radiopaque marks 9 are marked on the CT scan. Since the displacement of the holder 1 relative to the p-marker 8 and o-marker 10 is known in advance, the program can accurately link the position of anatomical structures to the position o-marker 10.
Держатель 1 с прикрепленным о-маркером 10 стерилизуют и фиксируют на пациенте 5 перед выполнением хирургической операции в том же положении, в каком был держатель 1 при проведении КТ-сканирования.The holder 1 with the attached o-marker 10 is sterilized and fixed on the patient 5 before performing surgery in the same position as the holder 1 was in during the CT scan.
Приложение очков смешанной реальности распознает о-маркер 10 и определяет его положение в пространстве. Виртуальные 3D-модели анатомических структур автоматически выравниваются по о-маркеру 10, таким образом совмещаясь с реальной анатомией пациента 5.The mixed reality glasses application recognizes the o-marker 10 and determines its position in space. Virtual 3D models of anatomical structures are automatically aligned to the o-marker 10, thus aligning with the patient's real anatomy 5.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809175C1 true RU2809175C1 (en) | 2023-12-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007021960A1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | E/L/T Energy-Lab Technologies Gmbh | Electrode for detecting electrical signals on body surface, has body opposite carrier layer and electrically conductive adhesive layer arranged on body opposite carrier layer |
| RU2683204C1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-03-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Фармаг" (ООО "Фармаг") | Device for controlling the movement of a foreign body inside the patient by external magnetic field |
| RU2766663C1 (en) * | 2018-03-23 | 2022-03-15 | Эндомагнетикс Лимитед | Magnetic markers for monitoring during surgical intervention |
| RU210665U1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-04-25 | Владимир Михайлович Иванов | Marker holder for performing surgery on the patient's head using mixed reality |
| CN114601561A (en) * | 2022-05-12 | 2022-06-10 | 杭州键嘉机器人有限公司 | Quick change device of passive identification point subassembly |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007021960A1 (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | E/L/T Energy-Lab Technologies Gmbh | Electrode for detecting electrical signals on body surface, has body opposite carrier layer and electrically conductive adhesive layer arranged on body opposite carrier layer |
| RU2683204C1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-03-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Фармаг" (ООО "Фармаг") | Device for controlling the movement of a foreign body inside the patient by external magnetic field |
| RU2766663C1 (en) * | 2018-03-23 | 2022-03-15 | Эндомагнетикс Лимитед | Magnetic markers for monitoring during surgical intervention |
| RU210665U1 (en) * | 2021-06-01 | 2022-04-25 | Владимир Михайлович Иванов | Marker holder for performing surgery on the patient's head using mixed reality |
| CN114601561A (en) * | 2022-05-12 | 2022-06-10 | 杭州键嘉机器人有限公司 | Quick change device of passive identification point subassembly |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109416841B (en) | Method for enhancing image fidelity and application thereof method for surgical guidance on wearable glasses | |
| US10102640B2 (en) | Registering three-dimensional image data of an imaged object with a set of two-dimensional projection images of the object | |
| US5682890A (en) | Magnetic resonance stereotactic surgery with exoskeleton tissue stabilization | |
| US10835296B2 (en) | Spinous process clamp | |
| WO2022079565A1 (en) | Spinous process clamp | |
| US20230329801A1 (en) | Spinous Process Clamp | |
| RU2809175C1 (en) | Marker holder for preparing and performing surgery using mixed reality technology | |
| RU2808923C1 (en) | Method of fixing marker holder on patient's body for preparing and performing surgical operation using mixed reality technology | |
| RU202367U1 (en) | Marker holder for mixed reality head surgery | |
| Vorbeck et al. | Experiences in intraoperative computer‐aided navigation in ENT sinus surgery with the Aesculap navigation system | |
| CN208741160U (en) | The preoperative automatic positioning equipment of bone surgery | |
| US20230106438A1 (en) | Method and system for registration of 2d or 3d images | |
| US20230140951A1 (en) | System for generating images for a fluoroscopy-based navigation system | |
| Vetter et al. | Navigation aids and real-time deformation modeling for open liver surgery | |
| RU210665U1 (en) | Marker holder for performing surgery on the patient's head using mixed reality | |
| Schilke et al. | Phantom-based prospective analysis of the accuracy of photo registration technology in electromagnetic navigation of the frontal skull base. | |
| CN220546315U (en) | Guide plate | |
| RU2130759C1 (en) | Method for directing stereotactic instrument to a target point | |
| CN215192337U (en) | Assembled adjustable bone and related lesion positioning system | |
| RU2727761C1 (en) | Non-invasive neuronavigation device for fixation of trackers | |
| Williamson et al. | Image-guided microsurgery | |
| Hawkes et al. | Measuring and modeling soft tissue deformation for image guided interventions | |
| Edwards et al. | Guiding therapeutic procedures | |
| Simpson et al. | Computer–Assisted deformity correction using the ilizarov method | |
| WO2022259018A1 (en) | Surgical tracking system for tracking an instrument with respect to a reference body |