DE69826421T2

DE69826421T2 - Bildgesteuerte Eingriffsverfahren

Info

Publication number: DE69826421T2
Application number: DE69826421T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey H. Solon Yanof; Paul H. Beachwood Klahr; Estero O'donnell Lauren
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: DE69826421D1; JP4156107B2; US6064904A; JPH11313837A; EP0922438B1; EP0922438A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die interaktive, bildgesteuerte Chirurgie. Sie findet insbesondere Anwendung in Zusammenhang mit dem Planungsstadium minimal invasiver stereotaktischer Chirurgie, die in CT-Bildgebungssystemen mit Hilfe von Führungselementen durchgeführt wird, um chirurgische Instrumente wie Biopsiesonden oder Ähnliches auszurichten, und wird unter besonderer Bezugnahme hierauf beschrieben. Es ist jedoch anzumerken, dass die Erfindung auch auf eine Vielzahl von Bildgebungsvorrichtungen und minimal invasiven stereotaktischen chirurgischen Prozeduren angewendet werden kann, beispielsweise auf Ultraschall- und Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtungen und die mit Hilfe dieser Vorrichtungen durchgeführte Chirurgie.
Vordem wurden einige Systeme angeboten, die Mechanismen mit einem mechanischen Arm zusammen mit Bildgebungsvorrichtungen für die menschliche Anatomie kombinierten, um bestimmte chirurgische Eingriffsverfahren, wie beispielsweise das Platzieren von Kathetern, Drainageschläuchen, Biopsiesonden oder dergleichen im Körper eines Patienten, durchzuführen. In der US-amerikanischen Patentschrift Nr. 5.142.930 wird eine Vorrichtung mit einem mechanischen Arm beschrieben, die mit einem Bildgebungssystem zusammenwirkt, das ein oder mehrere Bilder der Anatomie eines Patienten erzeugt und diese Bilder auf einem Bildschirm anzeigt. Um die Position eines mit dem mechanischen Arm verbundenen chirurgischen Instruments zu verfolgen, wenn der Arm durch den physischen Raum bewegt wird, wird ein Computer benutzt. Der Computer transformiert Drehungen im physikalischen Raum in den Abbildungsraum, und veranlasst die Anzeigevorrichtung, die Lage des chirurgischen Instruments innerhalb des Abbildungsraums des Patienten anzuzeigen. An dem mechanischen Arm sind Positionsrückmeldevorrichtungen angeordnet, um die Spitze eines Instruments am Arm relativ zur Position von im oder am Körper des Patienten angeordneten Messmarkerimplantaten zu verfolgen.
Ein Nachteil des oben genannten Systems besteht jedoch darin, dass dem den Eingriff vornehmenden Arzt nicht mehrere alternative Ansichten des Zielobjekts im Patienten zur Verfügung gestellt werden.
In der US-amerikanischen Patentschrift Nr. 5.622.170 wird eine chirurgische Vorrichtung zur Bestimmung der Position und Ausrichtung eines invasiven Teils einer chirurgischen Sonde in dem Körper eines Patienten beschrieben. Ein mit diesem System verbundener Computer bestimmt die Position und Ausrichtung des invasiven Teils des chirurgischen Instruments durch Korrelation der Position des Instruments in Bezug auf ein vorher festgelegtes Koordinatensystem mit einer Position eines Modells des Körpers des Patienten, die in Bezug auf das vorher festgelegte Koordinatensystem definiert wurde. Während des Einsatzes der oben genannten Vorrichtung erhält der Operateur jedoch nur eine einzige Schichtansicht der Position der Instrumentenspitze in einem Bild des Körpers des Patienten.
In der europäischen Patentanmeldung EP 0.676.178.A1 wird eine Vorrichtung zum Ausrichten und Führen der Anwendung von Instrumenten beschrieben. Ein Handlesekopf der in eine Instrumentenführung integriert ist, verfügt über mindestens zwei Sender, die in einer Linie mit der Zeigeachse des Handlesekopfs montiert sind. Auf einer Rahmenbaugruppe montierte Empfänger empfangen von den Sendern ausgesendete Signale. Mit dem Handlesekopf in der Instrumentenführung identifiziert der Chirurg einen Eintrittspunkt und eine Bahnlinie. Die Position des Handlesekopfs und die Bahnlinie werden in einem Diagnosebild auf einem Monitor übereinander gelegt. Ist der Chirurg mit dem Eintrittspunkt und der Bahnlinie zufrieden, wird ein chirurgisches Instrument eingeführt, während die Instrumentenführung auf der gewünschten Bahnlinie und an dem gewünschten Eintrittspunkt gehalten wird.
Ein Gerät zur Bestimmung der gewünschten Koordinaten in einem Bild zur Verwendung in funktionellen stereotaktischen oder in morphologischen Verfahren wird in den US-amerikanischen Patentschriften Nr. 5.398.684 und 5.099.846 beschrieben. Die gewünschten Koordinaten können beispielsweise einen Eintrittspunkt, einen Ziel- oder Platzierungspunkt und eine Bahnlinie einer Sonde oder dergleichen beinhalten. Laut diesen Patentschriften kann ein Chirurg eine optimale Implantationsbahnlinie einer Sonde bestimmen, indem er eine von zwei gleichwertigen Methoden anwendet. Bei der ersten Methode wird der Eintrittspunkt der Sonde bestimmt, indem er auf dem Bild „angeheftet" wird. Auf einem anderen Schichtbild eines Scanners wird ein Zielpunkt ausgewählt, und die Koordinaten der beiden Punkte werden dann dazu verwendet, die räumliche Bahnlinie einer Sonde zu bestimmen. Bei der zweiten Methode wird die Bahnlinie der Sonde dadurch bestimmt, dass die Winkel der Sonde gemäß der Konstruktion eines stereotaktischen Rahmens eingegeben werden. Es wird ein Zielpunkt in einem Schichtbild ausgewählt. Dann werden die Winkel des räumlichen Kreuzungspunkts der Sonden mit diesem Punkt in einen Computer eingegeben. Dieser definiert die räumliche Bahnlinie der Sonde. In den 4, 6 und 8 sind Sagittalansichten und Transversalansichten einer simulierten Sondenbahnlinie und -positionierung in Bezug auf einen Tumor im Gehirn eines Patienten dargestellt. Die Ansichten haben nur einen begrenzten Nutzen, da sie nicht gleichzeitig mit der Bewegung einer chirurgischen Planungsvorrichtung über den Körper eines Patienten aktualisiert werden, wie ein Chirurg sie einsetzt, um manuell nach einem optimalen Weg zum Einführen einer Nadel zu suchen.
Die vorliegende Erfindung schafft Verfahren und ein Gerät zur Planung bildgesteuerter Eingriffsverfahren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Planung eines minimal invasiven chirurgischen Verfahrens gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Die Erfindung ermöglicht es, gleichzeitig Ansichten des Ziels im Patienten, des Eintrittspunkts einer realen oder „virtuellen" Nadel in die Haut des Patienten und der Bahnlinie der virtuellen oder Biopsienadel dazwischen anzuzeigen. Die Schaffung eines rahmenlosen, stereotaktischen CT-Scanners mit einer virtuellen Nadel, die koaxial zu einem chirurgischen Planungsinstrument geführt und auf einem Monitor im Scannerraum angezeigt wird, verbessert die Planungsstadien von bildgesteuerten Eingriffsverfahren erheblich. Eine virtuelle Nadel, die durch mehrere Ebenen dargestellt wird, die sich über einen Bilddatenvolumensatz eines Patienten erstrecken, vermittelt einem den Eingriff durchführenden Arzt ein besseres Verständnis des Weges zwischen dem Eintrittspunkt und dem Ziel, so dass eine Beschädigung von Arterien oder dergleichen vermieden werden kann und Hindernissen wie beispielsweise Knochen umgangen werden können.
Die Erfindung ermöglicht es ferner, bildgesteuerte minimal invasive stereotaktische chirurgische Planungsverfahren mit dem Vorteil durchzuführen, dass mehrere Ansichten des Weges einer virtuellen Nadel zur Verfügung stehen, die eine Bahnlinie von einem Eintrittspunkt in der Haut eines Patienten zu einem Zielbild im Körper des Patienten definieren. Zusätzlich kann eine automatische Transformation zwischen einer chirurgischen Planungsvorrichtung in einem Lokalisierungsraum und einem Patientenbilddatensatz im Bildraum geschaffen werden, so dass die Position der chirurgischen Planungsvorrichtung als eine virtuelle Nadel im Bild des Patienten angezeigt wird. Zur besseren Unterstützung des den Eingriff vornehmenden Arztes bei der Positionierung von Führungsvorrichtungen von chirurgischen Instrumenten kann die virtuelle Nadel in mehreren Teilbereichen eines im Untersuchungsraum angeordneten Monitors oder dergleichen dargestellt werden. Ein Drehknopf oder ein anderer Mechanismus wie ein manueller Schieber kann vorgesehen werden, mit dem der Arzt die virtuelle Nadel in den Mehrfachanzeigen „vorwärts und rückwärts bewegen" kann, um auf schnelle und einfache Weise zahlreiche Annäherungswinkel und Ausrichtungen für die Planung von Eingriffsverfahren darzustellen.
Es kann eine Bildgebungsvorrichtung mit einem Satz virtueller Nadelanzeigen für die Planung bildgesteuerter Eingriffsverfahren geschaffen werden. Die „Länge" der virtuellen Nadel ist vorzugsweise manuell vom Arzt mit Hilfe eines Drehknopfes oder Schiebemechanismus einstellbar, der sich in Reichweite einer chirurgischen Planungsvorrichtung am Ende eines stereotaktischen mechanischen Arms befindet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines rahmenlosen stereotaktischen Scannersystems mit einer Armvorrichtung zur bildgesteuerten Führung chirurgischer Instrumente gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht der rahmenlosen mechanischen Armvorrichtung mit einer Führungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung der mit der Vorrichtung aus 1 durchgeführten Planungsbildverarbeitung;
4 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung von Schichtbildern, die einen Bildvolumendatensatz eines Patienten bilden und zwei Planungswege für eine virtuelle Nadel durch die Schichtbilder darstellen;
5 eine Darstellung eines bevorzugten Satzes von Bildern von Ebenen, die sich durch den Bildvolumendatensatz des Patienten aus 4 erstrecken;
6 ein Ablaufdiagramm, das die bevorzugten Verfahren zur Darstellung des in 5 gezeigten Bildes darstellt; und
7 eine Darstellung eines zweiten bevorzugten Satzes von Bildern von Ebenen, die sich durch den Bildvolumendatensatz des Patienten aus 4 erstrecken, wenn die vorliegende Erfindung in einem Modus mit verriegeltem Ziel betrieben wird.
Nun Bezug nehmen auf 1 umfasst ein Patiententisch oder eine Patientenliege 10 eine Patientenauflagefläche 12, die so angebracht ist, dass sie eine Längsbewe gung relativ zu einem Basisteil 14 zulässt. Der Basisteil 14 hat einen Motor, um die Patientenauflagefläche 12 anzuheben und abzusenken und die Patientenauflagefläche in Längsrichtung zu bewegen. Ebenfalls vorhandene Positionscodierer erzeugen elektrische Signale, die die Höhe und Längsposition der Patientenliege angeben. Die Patientenliege hat einen Kalibrier- und Prüfbereich 16, die sich an einer bekannten, festgelegten Position befindet. Der Kalibrier- und Prüfbereich ist so ausgelegt, dass er ein Kalibrierphantom aufnimmt, um das System gemäß der vorliegenden Erfindung und auf eine nachfolgend beschriebene Weise zu kalibrieren.
Eine Planungsvorrichtung, vorzugsweise eine volumetrische Bildgebungsvorrichtung für die Diagnostik 18, ist axial so auf den Patiententisch ausgerichtet, dass ein Patient oder Objekt auf der Patientenauflagefläche 12 in eine Bohrung 20 des volumetrischen Bildgebers hinein und durch sie hindurch bewegt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem volumetrischen Bildgeber um einen CT-Scanner mit einer Röntgenröhre, die innerhalb einer vorgewählten Ebene wiederholt eine Kreisbewegung ausführt. Die Röntgenröhre projiziert ein fächerförmiges Strahlenbündel durch einen Ring 22 aus strahlendurchlässigem Material, durch die Patientenauflage 12, durch eine interessierende Region des Objekts sowie durch einen Ring oder Bogen aus Strahlungsdetektoren, die gegenüber der Röntgenröhre angeordnet sind. Wenn die Röntgenröhre innerhalb der Ebene rotiert, wird eine Reihe von Datenzeilen erzeugt, die von einem Rekonstruktionsprozessor in einer Steuerkonsole 24 zu mindestens einem Schichtbild rekonstruiert werden. Die Steuerkonsole befindet sich üblicherweise entfernt in einem abgeschirmten Raum neben dem Abtastraum. Genauer gesagt bewegt sich in der bevorzugten Ausführungsform die Patientenauflage 12 in der Längsachse, während sich die Röntgenröhre um das Objekt herum dreht, so dass ein gewähltes Volumen des Patienten entlang eines spiralförmigen Pfades oder einer Reihe von Schichten abgetastet wird. Die Position der Röntgenröhre wird von einem Drehpositionscodierer überwacht, und die Längsposition der Patientenauflage wird von einem Längspositionscodierer im Tisch 10 überwacht. Der Rekonstruktionsprozessor rekonstruiert anhand der erzeugten Datenzeilen eine volumetrische Bilddarstellung. Die Steuerkonsole 24 umfasst üblicherweise einen oder mehrere Monitore 26 sowie verschiedene standardmäßige Bedienereingabegeräte wie Tastatur, Trackball, Maus oder dergleichen. An einem Schienensystem oberhalb des CT-Scanners ist eine Eingriffssteuerkonsole 27 befestigt.
Eine mechanische, rahmenlose stereotaktische Armbaugruppe 30 wird von oben von einem Schlitten 32 gehalten, der sich auf einem ovalen Schienensystem 34 bewegen lässt, das wie allgemein gezeigt oben auf der volumetrischen Bildgebungsvorrichtung für die Diagnostik 18 befestigt ist. Vorzugsweise lässt sich der Schlitten an einer oder mehreren vorher festgelegten Positionen auf dem Schienenoval arretieren, so dass ein Operateur bei der Vorbereitung und Durchführung eines chirurgischen Eingriffs ein Instrument für die minimal invasive Chirurgie 36, das von einer erfindungsgemäß gestalteten, auswechselbaren Führungsvorrichtung für chirurgische Instrumente 100 gehalten wird, in überwachte Positionen und Ausrichtungen bringen kann. Das in der Figur dargestellte chirurgische Instrument umfasst eine manuelle chirurgische Planungsvorrichtung 102 mit einer V-Nut 104, die einen Führungspfad auf einer linearen Bahnlinie 106 definiert. Insgesamt werden jedoch die Position und Ausrichtung der chirurgischen Planungsvorrichtung zu einem Patienten auf dem Tisch durch die Position der mechanischen Armbaugruppe 30 und die Position des Schlittens 32 auf dem ovalen Schienensystem 34 bestimmt.
Die rahmenlose stereotaktische Armbaugruppe 30 ist in 2 allgemein dargestellt und beinhaltet mehrere Armsegmente, die durch Drehelemente miteinander verbunden sind, welche die Gelenke zwischen den Armsegmenten bilden. Auf diese Weise kann ein freies Ende 40 des Arms selektiv nach Bedarf in mehrere Richtungen bewegt werden, um das chirurgische Instrument 36 in verschiedene gewünschte Positionen über der Patientenauflage 12 zu bringen. Ein Basiselement 42 ist mittels geeigneter Befestigungen, Epoxidharzen oder dergleichen, starr mit dem Schlitten 32 verbunden. Ein Basisgelenk 44 ermöglicht die Drehung eines primären Stützelement 46 in die mit A gekennzeichnete Richtung. Auf ähnliche Weise ermöglicht ein Schultergelenk 48 am unbeweglichen Basisende des Arms die Drehung eines Oberarmelements 50 in die mit B markierte Richtung, ein Ellbogengelenk 52 die Drehung eines Unterarmelements 54 in die mit C markierte Richtung, ein Unterarmgelenk 56 die Drehung eines Knöchelelements 58 in die mit D markierte Richtung, und schließlich ein Handgelenk 60 die Drehung eines Handgelenkelements 62 in die mit E markierte Richtung.
An jedem Gelenk der mechanischen Armbaugruppe 30 ist mindestens ein Stellungsmelder, vorzugsweise ein optischer Inkrementalcodierer, vorgesehen, der schrittweise Gelenk- und Drehbewegungen der Armelemente relativ zueinander aus Gründen überwacht, die nachfolgend ersichtlich werden. Die optischen Inkrementalcodierer erzeugen Rückkopplungsimpulse, die auf bekannte Weise die relative Winkel- und Drehposition der verschiedenen Armelemente in Bezug zueinander angeben. Die Rückkopplungsimpulse werden über geeignete Drähte oder flexible geschirmte Kabel, die durch die zahlreichen Elemente der Armbaugruppe verlaufen, zu einer Steuerschaltung der Bildgebungsvorrichtung zurückgeführt. Auf diese Weise erhält die Bildgebungsvorrichtung Informationen über die Position und Ausrichtung des Handgelenkelements 62 in Bezug auf den Referenzrahmen der Bildgebungsvorrichtung und auf die volumetrische Bilddarstellung.
Die Position und Ausrichtung des von der Armbaugruppe gehaltenen chirurgischen Instruments relativ zum Referenzrahmen der Bildgebungsvorrichtung und der von der Bildgebungsvorrichtung erhaltenen volumetrischen Bilddarstellung werden aufgelöst, indem auswechselbare Führungsvorrichtungen für chirurgische Instrumente 100 mit einem eindeutigen Identifikationssignal geschaffen werden. Das eindeutige Identifikationssignal wird von der Steuerschaltung der Bildgebungsvorrichtung verwendet, um eine Verweistabelle für das Abrufen verschiedener physikalischer Abmessungen und anderer funktioneller Parameter zu indizieren, die einer oder mehreren mit dem Handgelenkelement 62 verbundenen Führungsvorrichtungen entsprechen. Auf diese Weise liefern die physikalischen Abmessungen und anderen funktionellen Parameter zusammen mit den von den Stellungsmeldern und Codierern gemessenen Daten der mechanischen Verbindung eine genaue Angabe zur Position und Ausrichtung der Führungsvorrichtung 100 relativ zum CT-Scanner und damit relativ zu dem vom CT-Scanner erfassten Bild.
Nun Bezug nehmend auf 3 bestimmt eine Instrumentenkoordinatenschaltung 72 die Position und Bahn des chirurgischen Instruments 36 im Instrumentenraum, insbesondere ein Koordinatensystem des Instruments. Die Instrumentenkoordinatenschaltung umfasst eine Identifizierungsschaltung für die Führungsvorrichtung 74 sowie eine Positionierungsschaltung für die mechanische Armbaugruppe 76. Die Identifizierungsschaltung für die Führungsvorrichtung 74 empfängt das Vorrichtungsidentifizierungssignal einer oder mehrerer mit dem mechanischen Arm verbundenen Führungsvorrichtungen und indiziert eine Verweistabelle 78, um abmessungsbezogene und funktionelle Informationen abzurufen. Die Positionierungsschaltung für den mechanischen Arm 76 ist mit den Inkrementalstellungsmeldern an der mechanischen Armbaugruppe 30 verbunden, um Signale zu empfangen, die Änderungen der Position und Ausrichtung des mechanischen Arms im Instrumentenraum anzeigen. Ein Instrument-Planungs-Scanner-Korrelationsprozessor 80 bestimmt die Korrelation oder Transformation zwischen dem Koordinatensystem des chirurgischen Instruments 36 und dem Koordinatensystem des Volumenscanners 18. Die Korrela tion oder Transformation wird im Allgemeinen als starre Affintransformation von Instrumentenkoordinaten in Scannerkoordinaten beschrieben, die Drei-Achsen-Translationen und -Rotationen basierend auf einem Kalibriervorgang umfasst, wie es in unserer gleichzeitig anhängigen, zusammen mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Anmeldung mit dem Titel „Frameless Stereotactic Tomographic Scanner for Image Guided Interventional Procedures" beschrieben ist.
Die chirurgische Planungsvorrichtung und der Volumenscanner sind mechanisch miteinander verbunden. Daher braucht die Transformation oder Beziehung zwischen den Koordinatensystemen des Volumenscanners und des Instruments nur einmal kalibriert zu werden und wird anschließend von der mechanischen Verbindung zwischen den Komponententeilen vorbestimmt. Das Kontaktieren der Kalibriermarker oder dergleichen braucht nur einmal durchgeführt zu werden und dient im Folgenden lediglich als Bestätigung dafür, dass sich zwischen den Eingriffsverfahren keine Fehlausrichtungen hinsichtlich der Instrumenten- und CT-Scannerkoordinaten ergeben haben.
Mit Hilfe analoger Mathematik oder bekannter mechanischer Beziehungen wie oben erwähnt bestimmt ein Instrument-zu-Patiententisch-Korrelationsprozessor 82 die Korrelation oder Transformation zwischen dem Patiententisch und dem chirurgischen Instrument. Bilder von Kalibrierkontaktpunkten werden benutzt, um Transformationen zwischen den Koordinatensystemen des Patiententischraums und des Planungs- oder Echtzeitbildes abzuleiten.
Im Patiententisch platzierte Tischstellungsmelder 84 tragen Versätze in vertikaler Richtung und in Längsrichtung zu der Korrelation zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Patiententisch bei, wenn der Tisch angehoben oder abgesenkt wird und wenn die Patientenauflage 12 axial bewegt wird. Ein Instrument-zu-Patient-Korrelationsprozessor 86 bestimmt eine Korrelation zwischen dem Koordinatensystem des chirurgischen Instruments und demjenigen eines Patienten. Dies kann durch Aufsetzen des chirurgischen Instruments an drei oder mehr bekannten Referenzpunkten auf dem Patienten erfolgen, um dem Arzt Sicherheit zu geben. Derartige Punkte könnten leicht identifizierbare anatomische Strukturen wie die Nasenspitze, ausgeprägte Knochenpunkte oder Messmarken, die während des volumetrischen Bildgebungsvorgangs ausgerichtet werden, oder dergleichen sein.
Zusätzlich zu dem Obengenannten können Messpunkte am Scanner (beispielsweise auf der Patientenauflagefläche) dazu verwendet werden, die Genauigkeit der Lokalisierungseinheit für die Punktbahnlinie im Koordinatensystem des Scanners zu überprüfen. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Patient zusammen mit der Patientenauflagefläche (d. h. dem Tisch) bewegt werden, während die Registrierung zwischen der Lokalisierungseinheit, der Anzeige und dem Patientenvolumendatensatz aufrechterhalten wird, indem die Koordinaten der Position des Tisches gemessen und einem Teilsystem der Anzeige gemeldet wird. Die aufgelösten Bewegungen des Tisches sind in die Gantry und aus der Gantry (Z-Achse) und die Höhe der Patientenauflagefläche (Y-Achse). Die Position der Patientenauflagefläche wird digitalisiert und dem Anzeigesystem zurückgemeldet, wo Einstellungen durchgeführt werden, um die Registrierung aufrecht zu erhalten.
Ein Instrument-zu-Volumenbildkoordinatensystem-Transformationsprozessor 88 empfängt die Korrelation oder Transformation vom Chirurgieinstrument-Planungsbild-Prozessor 80. Der Instrument-zu-Volumenbild-Prozessor arbeitet mit Eingabepositions- und Ausrichtungskoordinaten im Bildraum, um sie in einen Volumenbilddatenraum zu transformieren, und umgekehrt. Wenn man die Position des chirurgischen Instruments im Volumen- oder Planungsdatenraum kennt, können die Instrumentenposition und -ausrichtung den volumetrischen Planungsbilddaten überlagert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Patient während des Planungsstadiums eines medizinischen Eingriffs in dem volumetrischen Planungsscanner positioniert, und es wird ein Volumenbild erzeugt. Das Volumenbild wird in einem Volumen- oder Planungsdatenspeicher 90 gespeichert. Die Position des Patiententischs während der Erzeugung der Planungsdaten, insbesondere beim Bewegen des Tischs zur Erzeugung von Spiral- oder Schichtdaten, wird in Verbindung mit den volumetrischen Planungsdaten gespeichert, so dass die Daten mit dem Koordinatensystem des Patiententischs korreliert werden. Die Bedienersteuerung an der Steuerkonsole 24 steuert den Speicher für die Volumenplanungsbilddaten und einen Videoprozessor 92 auf eine solche Weise, dass ausgewählte Schichten, Projektionsbilder, Oberflächenwiedergaben oder andere herkömmliche Datenanzeigen für die Anzeige auf einem Planungsbildsichtgerät 94 erzeugt werden. Vorzugsweise beinhaltet das Planungsbildsichtgerät zwei Transversalschichtbilder durch den Patienten und zwei Schrägachsen- und Sagittal-Schichtbilder durch gemeinsame Schnittpunkte auf einer virtuellen Nadellinie.
Während des Planungsstadiums vor dem chirurgischen Eingriff wird die Bewegung des Instruments für die chirurgische Planung im Planungsbild auf dem Steuerkonsole 27 des Arztes angezeigt. Die Koordinaten und die Bahnlinie eines chirurgischen Instruments mit virtueller Nadel werden zum Instrument-zu-Planungsbild-Transformationsprozessor 88 zur Umwandlung in das Planungsbildkoordinatensystem weitergeleitet. Die Lage und die Bahn der virtuellen Nadel im Planungsbildkoordinatensystem werden dem Videoprozessor 92 übermittelt, der die Position und die Bahn der virtuellen Nadel der CT-Datenanzeige überlagert. Die mechanische Armbaugruppe erzeugt Informationen, die in Cursorpositionssignale und Anzeigen der virtuellen Nadel umgewandelt werden, die in das Planungsbild-Koordinatensystem 94 transformiert und zum Videoprozessor 92 übertragen werden, der einen beweglichen Cursorpunkt und eine Darstellung der virtuellen Nadel auf dem Planungsbildsichtgerät 94 erzeugt. Es werden vorzugsweise mehrere Cursorpositionen an ausgewählten Punkten von Interesse an Schnittpunkten von gleichzeitig angezeigten transversalen, schrägkoronalen und schrägsagittalen Ansichten auf dem Volumenbildsichtgerät 94 angezeigt. Wenn der Operateur einen manuellen Drehknopf 28 zur Steuerung der Tiefe der virtuellen Nadel durch den Volumenbilddatenraum bewegt oder wenn das chirurgische Planungsinstrument 36 an der mechanischen Armbaugruppe 30 über Zielbereiche auf dem Patienten bewegt wird, oder beides, ändern sich die passenden selektiven sagittalen, koronalen und transversalen Ansichten auf der Steuerkonsole 27 des Arztes automatisch entsprechend.
In 4 ist schematisch ein repräsentatives Patientenbildvolumen 110 dargestellt, wie es aus einer Vielzahl von Volumenschichtbildern 112 gebildet wurde. Wie oben beschrieben wird jedes der Schichtbilder 112 erzielt, indem eine drehbare Röntgenstrahlenquelle auf einem kreisförmigen Pfad in der Bildgebungsvorrichtung bewegt wird und Daten von einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Material gesammelt werden, das im Inneren der Röhre der Bildgebungseinrichtung angeordnet ist. Jede Drehung der Röntgenstrahlenquelle erzeugt ein einziges Volumenschichtbild 112. Auch wenn in 4 nur neun Volumenschichtbilder dargestellt sind, um die vorliegende Erfindung einfacher veranschaulichen zu können, ist für den Fachkundigen ersichtlich, dass das Patientenbildvolumen 110 aus viel mehr Volumenschichtbildern 112 besteht, zum Beispiel aus fünfundachtzig (85) Schichtbildern.
Eine chirurgische Planungsvorrichtung 102 ist als das Patientenbildvolumen 110 überlagernd abgebildet, um die Darstellung der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten virtuellen Nadel 120 zu unterstützen. In dieser Hinsicht umfasst die chirurgische Planungsvorrichtung 102 eine V-Nut 104, die eine lineare Bahn 106 koaxial zu der V-Nut definiert. Wie gezeigt erstreckt sich die lineare Bahn 106 durch eine Vielzahl von Schicht bildern, die ein vorderes Schichtbild 122, einen Satz dazwischen liegender Schichtbilder 124 und ein hinteres Schichtbild 126 umfassen. In dem in 4 gezeigten Beispiel wird, wenn auch etwas konstruiert, lediglich zu Erläuterungszwecken angenommen, dass sich der Schnittpunkt der Bahn und der Haut des Patienten im vorderen Schichtbild 122 und der Schnittpunkt der Bahn und des Zielpunktes im Patienten im hinteren Schichtbild 126 befindet. Basierend auf dieser erläuternden, hypothetischen Annahme kreuzt die lineare Bahn 106 das vordere Schichtbild 122 an einem Eintrittspunkt 130 und das hintere Schichtbild 126 an einem Zielpunkt 132. Wie gezeigt kreuzt die lineare Bahn jedes der dazwischen liegenden Schichtbilder 124 an einer entsprechenden Gruppe von dazwischen liegenden Schnittpunkten 134.
Wird die chirurgische Planungsvorrichtung 102 von der ersten Position 114 zu der zweiten Position 116 bewegt, ändert sich die von der V-Nut definierte lineare Bahn entsprechend in eine zweite lineare Bahn 106'. Wird die Annahme fortgeführt, dass sich der Schnittpunkt der Bahn mit der Haut des Patienten im vorderen Schichtbild 122 und der Schnittpunkt der Bahn mit dem Zielpunkt im Patienten im hinteren Schichtbild 126 befindet, definiert die zweite lineare Bahn 106' neue Eintritts-, Ziel- und Schnittpunkte 130', 132', 134' in dem vorderen, den dazwischen liegenden bzw. dem hinteren Schichtbildern) 122, 124, 126. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dem Arzt die Bewegung der chirurgischen Planungsvorrichtung 102 am Körper eines Patienten auf dem Untersuchungstisch am Steuer- und Anzeigemonitor 27 in Form von mehreren Querschnittansichten berichtet.
5 zeigt eine bevorzugte Anzeige 140 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur ist die Anzeige 140 in vier Quadranten oder Beobachtungsfenster unterteilt, die ein oberes linkes Transversalfenster 142, ein oberes rechtes zweites Transversalfenster 144, ein unteres Proxy-Transversal-Koronal-Fenster 146 und schließlich ein unteres Proxy-Sagittal-Koronal-Fenster 148 umfassen. Die beiden unteren Fenster 146, 148 sind vorzugsweise neu formatierte Mehrebenenbilder (engl. multi-planar reformatted, MPR), die in derselben Ebene liegen wie die virtuelle Nadel 120 und ihr Weg auf der linearen Bahn 106, 106'. Die lineare Nadel 120 ist in jedem Bild 146, 148 als Pfeil 150 dargestellt, der von einer dickeren Linie ausgeht, die eine Nadelführung 152 darstellt. Da die unteren beiden Fenster mit den neu formatierten Mehrebenenbildern typischerweise aus Informationen von mehreren Volumenschichtbildern 112 bestehen, geht die virtuelle Nadel durch mehrere Volumenschichtbilder. Das obere Transversalfenster 142 ist von einem der Volumen schichtbilder 112 abgeleitet, in dem sich die Spitze der Nadelführung im Raum befindet, oder am Schnittpunkt der Bahn und der Haut des Patienten. Befindet sich diese Position nicht in dem Patientenbildvolumen 110, wird eine Meldung „Außerhalb des Bereichs" angezeigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das obere linke Transversalfenster eine Darstellung der in dem vorderen Schichtbild 122 enthaltenen Daten. Ein Eintrittspunktindex 154 befindet sich in dem oberen linken Fenster an einem Punkt, der dem Eintrittspunkt 130 der virtuellen Nadel entspricht.
Auf eine ähnliche Weise entspricht das obere rechte Transversalfenster einem der Volumenschichtbilder, in dem die lineare Bahn 106, 106' das Patientenbildvolumen 110 verlässt. Bei der dargestellten, beispielhaften, bevorzugten Ausführungsform besteht das obere rechte Transversalfenster 144 aus Daten, die ein erstes der transversalen Schichtbilder umfassen. Ein Zielpunktindex 156 befindet sich in dem oberen rechten Transversalfenster an einem Punkt, der dem Zielschnittpunkt in einem zweiten der transversalen Schichtbilder im Patientenbildvolumen 110 entspricht. Der Zielschnittpunkt 132 im Bildraum kann vom Arzt eingestellt werden, indem er den manuellen Drehknopf 28 an der stereotaktischen Armbaugruppe bedient.
Alle vier Fenster werden gleichzeitig aktualisiert, wenn die chirurgische Planungsvorrichtung über den Körper eines Patienten bewegt wird. So kann ein Arzt in geeigneter Weise den besten Pfad zum Einführen einer Sonde oder eines Katheters auswählen und gleichzeitig Knochen ausweichen und eine Beschädigung von weichem Gewebe wie Arterien oder Lunge vermeiden.
Die Gleichungen zum Bestimmen der in dem oberen linken Fenster 146 dargestellten proximalen Transversalansicht lauten folgendermaßen: ein planarer MPR-Abschnitt wird durch einen Punkt auf der Ebene P definiert, der die Spitze der Nadelführung ist, und einen Normalvektor zu der Ebene N.
T stelle die Bahn der Nadelführung dar. Der Normalvektor N_pt (Proxy-Transversalachse) wird bestimmt durch: Npt = T × Axy wobei A_xy ein Vektor ist, der zwischen der X- und der Y-Achse variiert. Das Kreuzprodukt von T und A_xy stellt sicher, dass N senkrecht zu einer Ebene steht, die T kreuzt. Der Vektor A_xy ist eine Funktion von T: Axy = –{T·X-Achse} Y-Achse + (1 – |{T·X-Achse}|) X-Achse = Tx[0,1,0] + [1 – |T|x)[1,0,0] = [0,Tx,0] + [1,0,0] – [|T|x,0,0] = [1 – |Tx|,Tx,0]
Zu beachten ist, dass sich aus dieser Gleichung Folgendes ergibt:
Fall 1, Transversalansicht: T = [1,0,0], dann A_xy = [0,1,0], somit N_pt = [0,0,–1],
Fall 2, Transversalansicht: T = [0,1,0], dann A_xy = [1,0,0], somit N_pt = [0,0,–1],
Fall 3, Koronalansicht: T = [0,0,1], dann A_xy = [1,0,0], somit N_pt = [0,1,0],
Fall 4, Transversalansicht: T = [1,0,0], dann A_xy = [0,0,1], somit N_pt = [0,0,–1].
Die Fälle 1–4 zeigen, dass die Ebene „proximal transversal" bleibt und sich zur koronalen Ausrichtung bewegt, wenn sich T zur Z-Achse hin bewegt. Dies wird erreicht, ohne dass Bedingungen verwendet werden, die auf Kreuzprodukte mit der Größe Null prüfen (beispielsweise, wenn T linear mit einer der Achsen verläuft). Dies ermöglicht fließende Übergänge zwischen den Ebenen, wenn der Benutzer den Effektor über die Haut des Patienten bewegt, beispielsweise von der A-P-Achse zur lateralen Achse zur Superior-Inferior-Achse, d. h. planare Abschnitte kippen nicht an Übergangsgrenzen zwischen den Achsen des Patienten. Es ist für einen Arzt besonders nützlich, dass er sich sowohl die Proxy-Transversal-/Koronalansichten im unteren linken Teil des Bildschirms als auch die Proxy-Sagittal-/Koronalansichten in der unteren rechten Ecke des Bildschirms ansehen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Transversalschichtbild am Einführungspunkt der virtuellen Nadel mit Querverweisen zum Transversalschichtbild der Spitze der virtuellen Nadel versehen. Das System kann daher dem Arzt besser kontinuierliche, übergangslose Ansichten von Punkten im Bildvolumensatz des Patienten liefern, wenn die virtuelle Nadel in Bezug auf den Bildvolumensatz bewegt wird.
In gleicher Weise gilt für die Proxy-Sagittal-Abschnitte N_ps: Nps = T × Ayz wobei A_yz ein Vektor ist, der zwischen Z- und der Y-Achse variiert. Der Vektor A_yz ist: Ayz = –{T·Z-Achse} Y-Achse + (1 – |{T·Z-Achse}|) Z-Achse = Tz[0,1,0] + (1 – |Tz|)[0,0,1] = [0,Tz,0] + [0,0,1] – [0,0,Tz] = [0, Tz, 1 – |Tz|]
Zu beachten ist, dass in
Fall 1, Koronalansicht: T = [1,0,0], dann A_yz = [0,0,1], somit N_ps = [0,1,0],
Fall 2, Sagittalansicht: T = [0,1,0], dann A_yz = [0,0,1], somit N_ps = [1,0,0],
Fall 3, Sagittalansicht: T = [0,0,1], dann A_yz = [0,1,0], somit N_ps = [1,0,0],
In 6 wird nun ein bevorzugtes Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs 200 gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Ein Bildvolumendatensatz des Patienten wird in Schritt 202 erhalten. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bildgebungsvorrichtung ein CT-Scanner, und der Bildvolumendatensatz besteht aus einer Vielzahl zweidimensionaler auf einer im Wesentlichen zur axialen Achse von der Zehenspitze zum Kopf des Patienten ausgerichteten Achse angeordneter Schichtbilder des Patienten.
Anschließend wird in Schritt 204 eine chirurgische Planungsvorrichtung, die an dem freien Ende einer stereotaktischen mechanischen Armbaugruppe befestigt ist, am Patienten positioniert, der auf der Bildgebungsvorrichtung liegt. Die chirurgische Planungsvorrichtung bestimmt vorzugsweise eine lineare Bahn durch ein kanülenartiges Führungselement oder alternativ eine längliche V-Nut, die die Bahn definiert. Da die Beziehung zwischen der mechanischen Armbaugruppe und der Bildgebungsvorrichtung durch ihre mechanische Verbindung bekannt ist, und da ferner die Position und die Ausrichtung des Arms durch geeignete Transferfunktionen abgeleitet werden, die mit Hilfe einer während der Installation des Systems durchgeführten Systemkalibrierung abgeleitet werden, werden die Position der chirurgischen Planungsvorrichtung und die Ausrichtung einer „virtuellen Nadel" vorteilhafterweise zusammen mit dem Bildvolumendatensatz des Patienten auf einem für den Menschen lesbaren Monitor angezeigt.
Eine erste Transversalansicht des Patienten wird in Schritt 206 in einem ersten Teilbereich des Monitors angezeigt. Die erste Transversalansicht liefert eine Ansicht des Einführungspunkts und wird von einem zweidimensionalen Schichtbild abgeleitet, das einer Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Bildvolumendatensatzes des Patienten entnommen wird. Wird ein Laserplanungsinstrument verwendet, bestimmt der Punkt, an dem die durch die chirurgische Planungsvorrichtung definierte lineare Bahn den Körper des Patienten kreuzt, den Eintrittspunkt des Patienten. Alternativ ist, wenn eine Kanüle verwendet wird, der Eintrittspunkt des Patienten der Punkt, an dem die Kanüle die Haut des Patienten berührt. Der Eintrittspunkt des Patienten wird in der ersten Transversalansicht als ein kleiner hervorgehobener Kreis dargestellt.
Danach wird in Schritt 208 eine zweite Transversalansicht des Patienten in einem zweiten Teilbereich des für den Menschen lesbaren Monitors angezeigt. Die zweite Transversalansicht zeigt die Spitze einer virtuellen Nadel und entspricht einem zweiten zweidimensionalen Schichtbild, das dem Bildvolumendatensatz des Patienten entnommen wird und in dem die Spitze der von der chirurgischen Planungsvorrichtung definierten linearen Bahn den Körper des Patienten an einem ersten Zielpunkt im Patienten kreuzt. Der erste Zielpunkt wird auf dem Monitor mit Hilfe von geeigneten Indices wie einem „X" entweder in Weiß oder einer anderen gut sichtbaren Farbe hervorgehoben.
In Schritt 210 wird eine Schräg-/Koronalansicht der virtuellen Nadel angezeigt, und in Schritt 212 wird eine schräge Sagittalansicht der virtuellen Nadel auf dem Monitor angezeigt. Die Schräg-/Koronalansicht liegt in der gleichen Ebene wie die virtuelle Nadel vom Eintrittspunkt des Patienten zum ersten Zielpunkt im Patienten. In gleicher Weise liegt die schräge Koronal-/Sagittalansicht in der gleichen Ebene wie die virtuelle Nadel vom Eintrittspunkt des Patienten zum ersten Zielpunkt im Patienten. Beide, die Schräg-/Koronalansicht und die Koronal-/Sagittalansicht, definieren Ebenen, die sich durch mehrere Schichtbilder des Bildvolumendatensatzes des Patienten erstrecken.
In Schritt 214 wird jede der auf dem Monitor angezeigten Ansichten aktualisiert, wenn der manuelle Drehknopf zum Steuern der Tiefe der virtuellen Nadel betätigt wird. In gleicher Weise wird in Schritt 216 jede der Anzeigen auf dem Monitor aktualisiert, wenn die chirurgische Planungsvorrichtung in verschiedene Positionen am Körper des Patienten bewegt wird.
In 7 wird eine zweite Betriebsart der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Anzeige 240 im „Modus mit verriegeltem Ziel" dargestellt, die in vier Quadranten oder Fenster unterteilt ist, ein oberes linkes Transversalfenster 242, ein oberes rechtes zweites Transversalfenster 244, ein unteres linkes Schräg-Koronalfenster 246 und schließlich ein unteres rechtes Schräg-Sagittalfenster 248. Im „verriegelten Modus" wird die Position des Zielpunktes im Patienten manuell vom Arzt ausgewählt. Nachdem der Zielpunkt im Patienten ausgewählt wurde, wird die stereotaktische Armbaugruppe so eingestellt, dass die chirurgische Planungsvorrichtung an einer Position und Ausrichtung platziert wird, die einer bevorzugten Bahn entspricht, die sich von dem festgelegten Zielpunkt im Patienten zu mehreren Eintrittspunkten erstreckt, die mehreren Positionen der chirurgischen Planungsvorrichtung am Patienten entsprechen.
Wie oben im Zusammenhang mit der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, sind die beiden unteren Fenster 246, 248 vorzugsweise neu formatierte Mehrebenenbilder (engl. multi-planar reformatted, MPR), die in einer Ebene mit der virtuellen Nadel 120 und ihrem Pfad auf einer linearen Bahn 206 liegen. Die lineare Nadel 120 wird in jedem Bild 246, 248 als ein Pfeil 250 dargestellt, der von einer dickeren Linie ausgeht, die eine Nadelführung 252 darstellt. Da die unteren beiden Fenster mit den neu formatierten Mehrebenenbildern typischerweise aus Informationen von mehreren Schichtbildern 112 bestehen, dringt die virtuelle Nadel durch mehrere Volumenschichtbilder. Das obere linke Transversalfenster 242 wird von einem der Vielzahl von Volumenschichtbildern 112 abgeleitet, in denen die lineare Bahn die Haut des Patienten kreuzt. Ein Eintrittpunktindex 254 wird in dem oberen linken Fenster an einem Punkt positioniert, der dem Eintrittspunkt 130 der virtuellen Nadel 120 entspricht.
Auf eine ähnliche Weise entspricht das obere rechte Transversalfenster einem Volumenschichtbild, in dem die lineare Bahn den Zielpunkt im Patienten kreuzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit „verriegeltem Modus" bleibt das obere rechte Transversalfenster 244 in der Anzeige feststehend, um wiederzugeben, dass der Zielpunkt im Bildvolumendatensatz feststehend bleibt, wenn die chirurgische Planungsvorrichtung in verschiedene Ausrichtungen und Positionen bewegt wird. In dieser Hinsicht befindet sich ein Zielpunktindex 256 in dem oberen rechten Transversalfenster an einem Punkt, der dem vom Arzt in dem Bildvolumendatensatz des Patienten ausgewählten Zielschnittpunkt entspricht. Der Zielschnittpunkt kann vom Arzt eingestellt werden, indem er den manuellen Drehknopf an der stereotaktischen Armbaugruppe zum Steuern der Tiefe betätigt, während sich das Gerät im „verriegelten" Modus befindet.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden alle Fenster gleichzeitig aktualisiert, außer dem oberen rechten Transversalfenster, das den festgelegten Zielpunkt darstellt. Die Spitze der virtuellen Nadel ist im „verriegelten Modus" vorzugsweise mit einem vom Bediener ausgewählten Zielpunkt verankert. Dementsprechend werden die Bahnen der virtuellen Nadel als Bahnen vom Einführungspunkt zum Zielpunkt definiert, indem die tatsächlichen und virtuellen Einführungspunkte auf der Haut des Patienten bewegt werden, oder jeder neue Einführungspunkt definiert eine Bahn der virtuellen Nadel als eine Linie zwischen dem Einführungspunkt und dem Zielpunkt oder der Spitze der virtuellen Nadel. Diese Bahn deckt sich jedoch nicht notwendigerweise mit der Bahn der chirurgischen Planungsvorrichtung. Daher ist gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die virtuelle Nadelführung 252 als gestrichelte Linie dargestellt, wenn die Bahn der Planungsvorrichtung nicht koaxial zu der vom Arzt ausgewählten Bahn der virtuellen Nadel vom Eintrittspunkt des Patienten zum Zielpunkt im Patienten verläuft.

3

74: Identifizierungsschaltung für die Führungsvorrichtung
76: Schaltung für Armbaugruppenposition
78: Verweistabelle
80: Instrument-Planungsbild-Korrelation
82: Instrument-Patiententisch-Korrelation
84: Tischstellungsmelder
86: Instrument-Patient-Korrelation
88: Instrument-Planung-Transformationsprozessor
90: Planungsbilddatenspeicher
92: Videoprozessor
Position analyzer: Positionsanalysierer
Real Time Image: Resolvers Stellungsmelder
Coordinates: Echtzeitbildkoordinaten
Planning/Real Time Transform Processor: Planung-Echtzeit-Transformationsprozessor
Planning Image Transform: Planungsbildtransformation
Cursor Control: Cursorsteuerung

6

202: Abbilden des Patienten
204: Positionieren der chirurgischen Planungsvorrichtung
206: Anzeigen: erste Transversalansicht mit Eintrittspunktindex
208: Anzeigen: zweite Transversalansicht mit Zielpunktindex
210: Anzeigen: Schräg-Koronalansicht in gleicher Ebene wie virtuelle Nadel
212: Anzeigen: Schräg-Sagittalansicht in gleicher Ebene wie virtuelle Nadel
214: Aktualisieren aller Ansichten in Reaktion auf Bewegung der
: Planungsvorrichtung, wenn nicht im "verriegelten" Modus, dann
: Aktualisieren aller Ansichten außer der zweiten Transversalansicht
216: Aktualisieren aller Ansichten zur Darstellung neuer Länge der "virtuellen"
: Nadel in Reaktion auf manuelle Betätigung des Drehknopfes für die virtuelle
: Nadel

Claims

Verfahren zum präoperativen Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs (200) zum Einführen eines Gegenstands auf einer Bahn von einem Eintrittspunkt des Patienten zum Zielpunkt im Patienten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: • Nutzung einer Bildgebungsvorrichtung (18), die den Patienten abtastet (202), um einen Bildvolumendatensatz (110) eines Bereichs des Patienten zu erzeugen, wobei der Bildvolumendatensatz aus einer Vielzahl von zweidimensionalen Volumenschichtbildern (112) des Patienten besteht, die auf einer axialen Achse angeordnet sind, die im Wesentlichen mit der Zehenspitze-Kopf-Achse des Patienten fluchtet; • Nutzung einer stereotaktischen mechanischen Armbaugruppe (30), die an einem Ende in einer feststehenden Beziehung zur Bildgebungsvorrichtung (18) montiert ist und am anderen Ende des Arms über eine chirurgische Planungsvorrichtung (100) verfügt, die eine lineare Bahn (106, 106') definiert, so dass eine mechanische Verbindung zwischen der chirurgischen Planungsvorrichtung (100) und der Bildgebungsvorrichtung (18) hergestellt wird, die die chirurgische Planungsvorrichtung (100) am Patienten auf der Bildgebungsvorrichtung positioniert; • Anzeigen einer ersten Transversalansicht (206, 242) des Patienten in einem ersten Teilbereich (142, 242) einer Anzeigevorrichtung, wobei die erste Transversalansicht des Patienten eine Anzeige eines ersten zweidimensionalen Schichtbildes (122) von der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbilder (112) des Patienten ist, wo die lineare Bahn den Körper des Patienten kreuzt und einen Eintrittspunkt (130, 130') des Patienten definiert; und • Anzeigen einer zweiten Transversalansicht (208, 244) des Patienten in einem zweiten Teilbereich (144, 244) der Anzeigevorrichtung, wobei die zweite Transversalansicht des Patienten eine Anzeige eines zweiten zweidimensionalen Schichtbildes (126) von der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten ist, wo die lineare Bahn den Körper des Patienten an einem ersten Zielpunkt (132, 132') im Patienten kreuzt.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach Anspruch 1, das ferner den Schritt (214) umfasst: Während des Bewegens der genannten chirurgischen Planungsvorrichtung von einer ersten Position am Patienten zu einer zweiten Position am Patienten die gleichzeitige Aktualisierung von mindestens einer der genannten ersten und zweiten Transversalansichten (206, 208, 242, 244), so dass i. die erste Transversalansicht (206, 242) einem ersten zweidimensionalen Schichtbild (122) der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern (112) des Patienten entspricht, wo die lineare Bahn, wenn sich die chirurgische Planungsvorrichtung an der genannten zweiten Position befindet, den Körper des Patienten kreuzt und einen zweiten Eintrittspunkt des Patienten definiert, und ii. die zweite Transversalansicht (208, 244) einem zweiten zweidimensionalen Schichtbild der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten entspricht, wo die lineare Bahn, wenn sich die chirurgische Planungsvorrichtung an der genannten zweiten Position befindet, den Körper des Patienten an einem zweiten Zielpunkt im Patienten kreuzt.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach Anspruch 2, wobei der Schritt der gleichzeitigen Aktualisierung von mindestens einer Transversalansicht, der genannten ersten oder der genannten zweiten Transversalansicht, die gleichzeitige Aktualisierung von sowohl der genannten ersten (206, 242) als auch der genannten zweiten (208, 244) Transversalansicht umfasst.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner den Schritt (214) umfasst: Ohne dass die genannte chirurgische Planungsvorrichtung (102) bewegt wird, die manuelle Betätigung einer Steuereinheit (28) zum Einstellen der Tiefe der virtuellen Nadel, um die genannte zweite Transversalansicht (208, 244) des Patienten auf dem genannten zweiten Teilbereich der Anzeigevorrichtung (148, 248) zu ändern, damit sie einem dritten zweidimensionalen Schichtbild der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten entspricht, wo die lineare Bahn den Körper des Patienten an einem zweiten Zielpunkt im Patienten kreuzt.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach Anspruch 4, wobei der Schritt der manuellen Betätigung der genannten Steuereinheit zum Einstellen der Tiefe der virtuellen Nadel Folgendes umfasst: • die manuelle Betätigung der Steuereinheit (28) zum Einstellen der Tiefe der virtuellen Nadel in eine erste Richtung, um einen Abstand zwischen dem Eintrittspunkt (254) des Patienten und dem Zielpunkt (256) im Patienten zu reduzieren; und • die manuelle Betätigung der Steuereinheit zum Einstellen der Tiefe der virtuellen Nadel in eine zweite Richtung, um einen Abstand zwischen dem Eintrittspunkt (254) des Patienten und dem Zielpunkt (256) im Patienten zu vergrößern.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner folgenden Schritt umfasst: während des Bewegens der genannten chirurgischen Planungsvorrichtung (102) von einer ersten Position am Patienten zu einer zweiten Position am Patienten die Aktualisierung von lediglich der genannten ersten Transversalansicht des Patienten auf dem genannten ersten Teilbereich der Anzeigevorrichtung, so dass i. die erste Transversalansicht (242) einem ersten zweidimensionalen Schichtbild der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten entspricht, wo die lineare Bahn, wenn sich die chirurgische Planungsvorrichtung an der genannten zweiten Position befindet, den Körper des Patienten kreuzt und einen zweiten Eintrittspunkt des Patienten definiert, und ii. die zweite Transversalansicht (244) feststehend bleibt und dem genannten ersten zweidimensionalen Schichtbild der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten entspricht.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner folgende Schritte umfasst: • Anzeigen einer ersten Schräg-/Koronalansicht (210) des Patienten in einem dritten Teilbereich (146) der Anzeigevorrichtung, wobei die erste Schräg-/Koronalansicht des Patienten eine Anzeige einer ersten Ebene in dem genannten Bildvolumendatensatz (110) ist, die in der gleichen Ebene liegt wie die genannte Bahn (106) von dem genannten Eintrittspunkt des Patienten zum genannten Zielpunkt im Patienten; und • Anzeigen einer ersten Schräg-Koronal/Sagittalansicht (212) des Patienten in einem vierten Teilbereich (148) der Anzeigevorrichtung, wobei die erste Schräg-Koronal/Sagittalansicht des Patienten eine Anzeige einer zweiten Ebene durch den genannten Bildvolumendatensatz (110) ist, die in der gleichen Ebene wie die Bahn (106) zwischen dem genannten Eintrittspunkt des Patienten und dem ersten Zielpunkt im Patienten liegt und im Wesentlichen sagittal ausgerichtet ist.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach Anspruch 7, das ferner den Schritt (216) umfasst: Während des Bewegens der genannten chirurgischen Planungsvorrichtung (102) von einer ersten Position am Patienten zu einer zweiten Position am Patienten die gleichzeitige Aktualisierung jeder, der genannten ersten und der genannten zweiten, Transversalansicht (206, 208) des Patienten, der genannten ersten Schräg-/Koronalansicht (210) des Patienten und der genannten ersten Schräg-/Sagittalansicht (212) des Patienten.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Abtastens (202) des Patienten die Abtastung des Patienten an einer ersten Position auf der Bildgebungsvorrichtung umfasst.
Verfahren zum Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner folgende Schritte umfasst: • Nutzung einer genannten stereotaktischen mechanischen Armbaugruppe (30), die die chirurgische Planungsvorrichtung (204) am Patienten auf der Bildgebungsvorrichtung positioniert; • Anzeigen (216) einer dritten Transversalansicht des Patienten in dem genannten ersten Teilbereich einer Anzeigevorrichtung, wobei die dritte Transversalansicht des Patienten eine Anzeige eines dritten zweidimensionalen Schichtbildes der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten ist; und • Anzeigen (216) einer vierten Transversalansicht des Patienten in einem zweiten Teilbereich der Anzeigevorrichtung, wobei die vierte Transversalansicht des Patienten eine Anzeige eines vierten zweidimensionalen Schichtbildes der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten ist.
Gerät zum präoperativen Planen eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs (200) zum Einführen eines Gegenstands auf einer Bahn von einem Eintrittspunkt des Patienten zum Zielpunkt im Patienten, wobei das Gerät Folgendes umfasst: • eine Bildgebungsvorrichtung (18) zum Abtasten (202) des Patienten, um einen Bildvolumendatensatz (110) eines Bereichs des Patienten zu erzeugen, wobei der Bildvolumendatensatz aus einer Vielzahl von zweidimensionalen Volumenschichtbildern (112) des Patienten besteht, die auf einer axialen Achse angeordnet sind, die im Wesentlichen mit der Zehenspitze-Kopf-Achse des Patienten fluchtet; • eine stereotaktische mechanische Armbaugruppe (30), die an einem Ende in einer feststehenden Beziehung zur Bildgebungsvorrichtung (18) montiert ist und am anderen Ende über eine chirurgische Planungsvorrichtung (100) verfügt, die eine lineare Bahn (106, 106') definiert, so dass eine mechanische Verbindung zwischen der chirurgischen Planungsvorrichtung (100) und der Bildgebungsvorrichtung (18) hergestellt wird, wobei die chirurgische Planungsvorrichtung (100) am Patienten auf der Bildgebungsvorrichtung positioniert werden kann; • Anzeigevorrichtung zum Anzeigen einer ersten Transversalansicht (206, 242) des Patienten in einem ersten Teilbereich (142, 242) der Anzeigevorrichtung und einer zweiten Transversalansicht (208, 244) des Patienten in einem zweiten Teilbereich (144, 244) der Anzeigevorrichtung, wobei die erste Transversalansicht des Patienten eine Anzeige eines ersten zweidimensionalen Schichtbildes (122) von der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern (112) des Patienten ist, wo die lineare Bahn den Körper des Patienten kreuzt und einen Eintrittspunkt (130, 130') des Patienten definiert; und • wobei die zweite Transversalansicht des Patienten eine Anzeige eines zweiten zweidimensionalen Schichtbildes (126) von der genannten Vielzahl von zweidimensionalen Schichtbildern des Patienten ist, wo die lineare Bahn den Körper des Patienten an einem ersten Zielpunkt (132, 132') im Patienten kreuzt.