借助參考標(biāo)記在手術(shù)中進(jìn)行圖像記錄的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】借助參考標(biāo)記在手術(shù)中進(jìn)行圖像記錄
[0001]本發(fā)明涉及一種用于將借助成像方法、尤其是斷層成像方法獲得的圖像數(shù)據(jù)結(jié)合到用于手術(shù)規(guī)劃和/或用于手術(shù)期間導(dǎo)航的系統(tǒng)中的方法，其中圖像數(shù)據(jù)首先或事先借助成像方法、如X射線和/或計(jì)算機(jī)斷層成像獲得或已經(jīng)獲得。本發(fā)明還涉及分別尤其用于在這樣的方法中使用的一種參考體、一種電磁場(chǎng)發(fā)生器以及一種醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。
[0002]對(duì)于介入式外科手術(shù)的規(guī)劃和執(zhí)行，原則上公知使用手術(shù)前獲得的患者的、通常是按照數(shù)字形式呈現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)、例如X射線或計(jì)算機(jī)或核自旋斷層成像拍攝。這樣的方法提供器官或身體部位的“內(nèi)部視圖”。在一些方法中這些圖像數(shù)據(jù)也在手術(shù)期間被建立或者說(shuō)更新，以便將不能或只能很難由電影或視頻攝像機(jī)檢測(cè)的、在拍攝的對(duì)象上的可能變化，例如手術(shù)進(jìn)程或身體對(duì)外科手術(shù)的反應(yīng)，進(jìn)行可視化。從斷層成像獲得的圖像數(shù)據(jù)中可以計(jì)算一個(gè)或多個(gè)身體部位和/或器官的三維模型。
[0003]此外通常的是，在手術(shù)期間例如利用內(nèi)窺鏡拍攝視覺(jué)照片，諸如患者的照片或視頻圖像，并且與手術(shù)前建立的斷層成像圖像數(shù)據(jù)一起在監(jiān)視器上作為單個(gè)圖像或疊加地顯示。以這種方式例如可以使得要去除的組織或在手術(shù)區(qū)域中呈現(xiàn)的并且通過(guò)外科手術(shù)威脅的神經(jīng)路徑或血管被外科手術(shù)醫(yī)生更好看見(jiàn)。圖像數(shù)據(jù)的該顯示使得外科醫(yī)生可以盡可能有效和在最小患者的危害周?chē)M織的情況下采用在手術(shù)時(shí)使用的醫(yī)學(xué)設(shè)備。
[0004]計(jì)算機(jī)斷層成像獲得的圖像數(shù)據(jù)(以下稱(chēng)為斷層成像圖像數(shù)據(jù))或X射線技術(shù)獲得的圖像數(shù)據(jù)使得可以可視化人身體中的區(qū)域，所述區(qū)域?yàn)榱私⑴恼栈蛞曨l技術(shù)獲得的圖像數(shù)據(jù)(以下稱(chēng)為F/V圖像數(shù)據(jù))會(huì)要求介入方法。為此斷層成像圖像數(shù)據(jù)相對(duì)于F/V圖像數(shù)據(jù)具有的缺陷是，其通常不是忠于比例而是失真地顯示拍攝的區(qū)域。斷層成像圖像數(shù)據(jù)的失真是由系統(tǒng)引起的并且沒(méi)有任何可預(yù)測(cè)的規(guī)律性，按照該規(guī)律性可以通過(guò)預(yù)定的矯正算法矯正所述斷層成像圖像數(shù)據(jù)。斷層成像圖像數(shù)據(jù)到用于手術(shù)規(guī)劃和/或手術(shù)期間導(dǎo)航的系統(tǒng)、例如位置檢測(cè)系統(tǒng)中的結(jié)合，由此要求斷層成像圖像數(shù)據(jù)的盡可能無(wú)錯(cuò)矯正，以便實(shí)現(xiàn)期望的精度。
[0005]公知的矯正方法將失真的斷層成像圖像數(shù)據(jù)與對(duì)同一個(gè)區(qū)域，優(yōu)選從同一個(gè)透視成像的相應(yīng)的F/V圖像數(shù)據(jù)比較，并且基于斷層成像圖像數(shù)據(jù)與F/V圖像數(shù)據(jù)的確定的偏差執(zhí)行斷層成像圖像數(shù)據(jù)的矯正。然后可以將圖像數(shù)據(jù)例如疊加地在顯示器上顯示。
[0006]用于矯正斷層成像圖像數(shù)據(jù)的這樣的公知方法具有的缺陷是，其通常產(chǎn)生具有錯(cuò)誤的結(jié)果。為此的一個(gè)原因是，在建立斷層成像圖像數(shù)據(jù)和F/V圖像數(shù)據(jù)時(shí)不能精確實(shí)現(xiàn)相同的透視并且由此根據(jù)透視上不同F(xiàn)/V圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正。此外不同的圖像數(shù)據(jù)通常在不同的時(shí)刻被建立，從而例如腫大、血腫等會(huì)導(dǎo)致在矯正斷層造影圖像數(shù)據(jù)時(shí)的誤差。
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種用于將斷層成像圖像數(shù)據(jù)結(jié)合到用于手術(shù)規(guī)劃或用于手術(shù)中導(dǎo)航的系統(tǒng)中的可靠方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題同樣在于，提供分別適合于在這樣的方法中使用的一種參考體、一種電磁場(chǎng)發(fā)生器以及一種醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。
[0008]所述技術(shù)問(wèn)題按照本發(fā)明通過(guò)用于將計(jì)算機(jī)斷層成像和/或X射線技術(shù)獲得的圖像數(shù)據(jù)結(jié)合到用于手術(shù)規(guī)劃和/或用于手術(shù)間導(dǎo)航的系統(tǒng)中的方法解決，所述方法具有以下步驟:
[0009]-借助至少一個(gè)適合于此的第一拍攝設(shè)備拍攝患者的至少一個(gè)定義的身體區(qū)域的斷層成像圖像數(shù)據(jù)或X射線技術(shù)獲得的圖像數(shù)據(jù)，其中具有至少一個(gè)表面的第一參考體布置在患者上并且由第一拍攝設(shè)備一起拍攝；
[0010]-將所拍攝的代表第一參考體的圖像數(shù)據(jù)與第一參考體的已知幾何數(shù)據(jù)比較以獲得失真?目息;
[0011]-通過(guò)計(jì)算單元基于失真信息矯正拍攝的圖像數(shù)據(jù)以獲得矯正的圖像數(shù)據(jù)；
[0012]-將矯正的圖像數(shù)據(jù)與患者的同一個(gè)身體區(qū)域的其它圖像數(shù)據(jù)疊加以獲得疊加的圖像數(shù)據(jù)；和
[0013]-在顯示器上顯示疊加的圖像數(shù)據(jù)。
[0014]所述方法包括如下思路，手術(shù)前完成計(jì)算機(jī)斷層成像并且手術(shù)中利用C形臂完成X射線圖像(X光檢查圖像)。通過(guò)具有已知幾何形狀的體可以矯正手術(shù)中拍攝的X射線圖像(X光檢查圖像)并且由此與虛擬的、由手術(shù)前拍攝的、例如由計(jì)算機(jī)斷層成像產(chǎn)生的X射線圖像進(jìn)行比較。這具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，醫(yī)生在手術(shù)規(guī)劃時(shí)和在執(zhí)行手術(shù)時(shí)可以根據(jù)X射線圖像定向，并且具體來(lái)說(shuō)是在手術(shù)前拍攝的以及在手術(shù)中拍攝的X射線圖像。替代X射線技術(shù)拍攝的圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)也可以以其它成像方法，例如基于超聲波的方法拍攝。斷層成像圖像數(shù)據(jù)也可以借助計(jì)算機(jī)斷層成像、磁共振斷層成像、超聲波斷層成像等獲得。
[0015]優(yōu)選地，第一參考體的幾何數(shù)據(jù)作為對(duì)第一參考體的實(shí)際幾何形狀無(wú)失真地成像的圖像數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。
[0016]優(yōu)選地，患者的同一個(gè)身體區(qū)域的其它圖像數(shù)據(jù)包括第一參考體的幾何數(shù)據(jù)作為圖像數(shù)據(jù)。
[0017]此外優(yōu)選的是，第一參考體在拍攝其它圖像數(shù)據(jù)時(shí)相對(duì)于拍攝設(shè)備和/或患者的位置與在拍攝斷層成像圖像數(shù)據(jù)時(shí)相同，以便在矯正圖像數(shù)據(jù)時(shí)不必考慮不同的位置。
[0018]也有利的是，第一參考體在拍攝其它圖像數(shù)據(jù)時(shí)相對(duì)于拍攝設(shè)備的距離與在拍攝斷層成像圖像數(shù)據(jù)時(shí)相同，從而不可能出現(xiàn)不同的失真。
[0019]也有利的是，第一參考體在建立斷層成像圖像數(shù)據(jù)期間這樣定向，使得第一參考體的表面的盡可能大的部分面向拍攝設(shè)備，以便能夠以這種方式拍攝參考體的盡可能重要的圖像數(shù)據(jù)。
[0020]優(yōu)選的是，第一參考體布置在患者的身體部位上，因此身體部位和第一參考體可以以盡可能詳細(xì)的拍攝被檢測(cè)。
[0021]患者的同一個(gè)身體區(qū)域的其它圖像數(shù)據(jù)可以由第二拍攝設(shè)備、優(yōu)選X射線設(shè)備建立并且包括X射線圖像或者說(shuō)X光檢查圖像。
[0022]優(yōu)選地，參考體具有定位器，例如傳感器線圈或光學(xué)定位器。這允許了在矯正過(guò)程中不僅互相比較所拍攝的具有已知幾何數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)，而且還比較用于手術(shù)中導(dǎo)航的參考場(chǎng)。這在本身公知的電磁導(dǎo)航情況下可以是由場(chǎng)發(fā)生器產(chǎn)生的交變場(chǎng)，其由傳感器線圈檢測(cè)。所拍攝的具有已知幾何數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)與用于手術(shù)間導(dǎo)航的參考場(chǎng)的這種比較允許進(jìn)行配準(zhǔn)，該配準(zhǔn)不僅在手術(shù)前，而且在手術(shù)中都可以進(jìn)行。
[0023]第一參考體優(yōu)選是環(huán)形或圓形的和/或具有環(huán)形的和/或圓形的區(qū)域和/或元件。
[0024]優(yōu)選地，其它圖像數(shù)據(jù)在手術(shù)中被拍攝并且因此是最新的。
[0025]顯示器優(yōu)選包括監(jiān)視器。
[0026]患者的定義的身體區(qū)域優(yōu)選地包括脊柱，S卩，該方法尤其對(duì)于在脊柱區(qū)域的檢查或治療的支持是有利的。
[0027]斷層成像圖像數(shù)據(jù)的至少一部分可以在檢查或手術(shù)之前被拍攝，例如在斷層成像儀中，例如核磁共振斷層成像儀，其否則會(huì)妨礙檢查或手術(shù)。
[0028]特別優(yōu)選地，第二或另一個(gè)參考體布置在患者身體中的手術(shù)位置上，其中手術(shù)位置布置在患者的定義的身體區(qū)域中。第一參考體和第二參考體在用于規(guī)劃和執(zhí)行手術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)中配準(zhǔn)，其中第一參考體和第二參考體的相對(duì)于參考點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)確定。為了配準(zhǔn)，有利的是，第一參考體和第二參考體具有定位器，例如傳感器線圈或光學(xué)定位器。傳感器線圈在這種導(dǎo)航系統(tǒng)中的使用原則上是公知的。借助第一參考體和第二參考體的確定的位置數(shù)據(jù)可以將斷層成像圖像數(shù)據(jù)和其它圖像數(shù)據(jù)在導(dǎo)航系統(tǒng)中疊加地顯示在顯示器上。由此借助手術(shù)中獲得的以及矯正的X射線圖像實(shí)現(xiàn)了精確導(dǎo)航。圖像數(shù)據(jù)的疊加精度通過(guò)第一參考體和第二參考體在導(dǎo)航系統(tǒng)中的配準(zhǔn)被優(yōu)化。
[0029]兩個(gè)參考體互相組合的使用(其中第一個(gè)是具有已知幾何形狀的體并且第二個(gè)是在手術(shù)位置處的更小的局部定位器)允許了在手術(shù)中獲得空間信息并且逐漸顯示到在手術(shù)中產(chǎn)生的X射線圖像中。
[0030]也可以?xún)蓚€(gè)參考體都是具有已知幾何形狀的體。這實(shí)現(xiàn)了，例如尤其當(dāng)沒(méi)有深度信息的多個(gè)二維圖像(例如X射線技術(shù)獲得的圖像)從不同的角度被拍攝并且互相關(guān)聯(lián)時(shí)，從例如X射線技術(shù)獲得的X光檢查圖像中獲得空間信息。
[0031]有利的是，第一參考體和/或第二參考體借助電磁的和/或光學(xué)的位置檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)位置。優(yōu)選地，位置檢測(cè)與圖像數(shù)據(jù)的拍攝同時(shí)地和/或與其它圖像數(shù)據(jù)的拍攝同時(shí)地進(jìn)行。
[0032]電磁的以及光學(xué)的位置檢測(cè)系統(tǒng)原則上都是由現(xiàn)有技術(shù)公知的。例如公知具有場(chǎng)發(fā)生器的電磁位置檢測(cè)系統(tǒng)。場(chǎng)發(fā)生器在手術(shù)區(qū)域中產(chǎn)生通常是交變的電磁交變場(chǎng)。在需要在該手術(shù)區(qū)域中導(dǎo)航的醫(yī)學(xué)儀器處布置了具有線圈的定位元件。電磁交變場(chǎng)在所述線圈中根據(jù)各自線圈相對(duì)于電磁交變場(chǎng)的定向而感應(yīng)產(chǎn)生特征性的電流，從所述電流中可以確定線圈的位置信息。
[0033]第一參考體和/或第二參考體可以具有傳感器線圈作