借助參考標記在手術中進行圖像記錄的制作方法
【專利說明】借助參考標記在手術中進行圖像記錄
[0001]本發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據結合到用于手術規劃和/或用于手術期間導航的系統中的方法，其中圖像數據首先或事先借助成像方法、如X射線和/或計算機斷層成像獲得或已經獲得。本發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、一種電磁場發生器以及一種醫學系統。
[0002]對于介入式外科手術的規劃和執行，原則上公知使用手術前獲得的患者的、通常是按照數字形式呈現的圖像數據、例如X射線或計算機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“內部視圖”。在一些方法中這些圖像數據也在手術期間被建立或者說更新，以便將不能或只能很難由電影或視頻攝像機檢測的、在拍攝的對象上的可能變化，例如手術進程或身體對外科手術的反應，進行可視化。從斷層成像獲得的圖像數據中可以計算一個或多個身體部位和/或器官的三維模型。
[0003]此外通常的是，在手術期間例如利用內窺鏡拍攝視覺照片，諸如患者的照片或視頻圖像，并且與手術前建立的斷層成像圖像數據一起在監視器上作為單個圖像或疊加地顯示。以這種方式例如可以使得要去除的組織或在手術區域中呈現的并且通過外科手術威脅的神經路徑或血管被外科手術醫生更好看見。圖像數據的該顯示使得外科醫生可以盡可能有效和在最小患者的危害周圍組織的情況下采用在手術時使用的醫學設備。
[0004]計算機斷層成像獲得的圖像數據(以下稱為斷層成像圖像數據)或X射線技術獲得的圖像數據使得可以可視化人身體中的區域，所述區域為了建立拍照或視頻技術獲得的圖像數據(以下稱為F/V圖像數據)會要求介入方法。為此斷層成像圖像數據相對于F/V圖像數據具有的缺陷是，其通常不是忠于比例而是失真地顯示拍攝的區域。斷層成像圖像數據的失真是由系統引起的并且沒有任何可預測的規律性，按照該規律性可以通過預定的矯正算法矯正所述斷層成像圖像數據。斷層成像圖像數據到用于手術規劃和/或手術期間導航的系統、例如位置檢測系統中的結合，由此要求斷層成像圖像數據的盡可能無錯矯正，以便實現期望的精度。
[0005]公知的矯正方法將失真的斷層成像圖像數據與對同一個區域，優選從同一個透視成像的相應的F/V圖像數據比較，并且基于斷層成像圖像數據與F/V圖像數據的確定的偏差執行斷層成像圖像數據的矯正。然后可以將圖像數據例如疊加地在顯示器上顯示。
[0006]用于矯正斷層成像圖像數據的這樣的公知方法具有的缺陷是，其通常產生具有錯誤的結果。為此的一個原因是，在建立斷層成像圖像數據和F/V圖像數據時不能精確實現相同的透視并且由此根據透視上不同F/V圖像數據進行矯正。此外不同的圖像數據通常在不同的時刻被建立，從而例如腫大、血腫等會導致在矯正斷層造影圖像數據時的誤差。
[0007]本發明所要解決的技術問題在于，提供一種用于將斷層成像圖像數據結合到用于手術規劃或用于手術中導航的系統中的可靠方法。本發明所要解決的技術問題同樣在于，提供分別適合于在這樣的方法中使用的一種參考體、一種電磁場發生器以及一種醫學系統。
[0008]所述技術問題按照本發明通過用于將計算機斷層成像和/或X射線技術獲得的圖像數據結合到用于手術規劃和/或用于手術間導航的系統中的方法解決，所述方法具有以下步驟:
[0009]-借助至少一個適合于此的第一拍攝設備拍攝患者的至少一個定義的身體區域的斷層成像圖像數據或X射線技術獲得的圖像數據，其中具有至少一個表面的第一參考體布置在患者上并且由第一拍攝設備一起拍攝；
[0010]-將所拍攝的代表第一參考體的圖像數據與第一參考體的已知幾何數據比較以獲得失真?目息;
[0011]-通過計算單元基于失真信息矯正拍攝的圖像數據以獲得矯正的圖像數據；
[0012]-將矯正的圖像數據與患者的同一個身體區域的其它圖像數據疊加以獲得疊加的圖像數據；和
[0013]-在顯示器上顯示疊加的圖像數據。
[0014]所述方法包括如下思路，手術前完成計算機斷層成像并且手術中利用C形臂完成X射線圖像(X光檢查圖像)。通過具有已知幾何形狀的體可以矯正手術中拍攝的X射線圖像(X光檢查圖像)并且由此與虛擬的、由手術前拍攝的、例如由計算機斷層成像產生的X射線圖像進行比較。這具有如下優點，即，醫生在手術規劃時和在執行手術時可以根據X射線圖像定向，并且具體來說是在手術前拍攝的以及在手術中拍攝的X射線圖像。替代X射線技術拍攝的圖像數據，圖像數據也可以以其它成像方法，例如基于超聲波的方法拍攝。斷層成像圖像數據也可以借助計算機斷層成像、磁共振斷層成像、超聲波斷層成像等獲得。
[0015]優選地，第一參考體的幾何數據作為對第一參考體的實際幾何形狀無失真地成像的圖像數據呈現。
[0016]優選地，患者的同一個身體區域的其它圖像數據包括第一參考體的幾何數據作為圖像數據。
[0017]此外優選的是，第一參考體在拍攝其它圖像數據時相對于拍攝設備和/或患者的位置與在拍攝斷層成像圖像數據時相同，以便在矯正圖像數據時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據時相對于拍攝設備的距離與在拍攝斷層成像圖像數據時相同，從而不可能出現不同的失真。
[0019]也有利的是，第一參考體在建立斷層成像圖像數據期間這樣定向，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據。
[0020]優選的是，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的拍攝被檢測。
[0021]患者的同一個身體區域的其它圖像數據可以由第二拍攝設備、優選X射線設備建立并且包括X射線圖像或者說X光檢查圖像。
[0022]優選地，參考體具有定位器，例如傳感器線圈或光學定位器。這允許了在矯正過程中不僅互相比較所拍攝的具有已知幾何數據的圖像數據，而且還比較用于手術中導航的參考場。這在本身公知的電磁導航情況下可以是由場發生器產生的交變場，其由傳感器線圈檢測。所拍攝的具有已知幾何數據的圖像數據與用于手術間導航的參考場的這種比較允許進行配準，該配準不僅在手術前，而且在手術中都可以進行。
[0023]第一參考體優選是環形或圓形的和/或具有環形的和/或圓形的區域和/或元件。
[0024]優選地，其它圖像數據在手術中被拍攝并且因此是最新的。
[0025]顯示器優選包括監視器。
[0026]患者的定義的身體區域優選地包括脊柱，S卩，該方法尤其對于在脊柱區域的檢查或治療的支持是有利的。
[0027]斷層成像圖像數據的至少一部分可以在檢查或手術之前被拍攝，例如在斷層成像儀中，例如核磁共振斷層成像儀，其否則會妨礙檢查或手術。
[0028]特別優選地，第二或另一個參考體布置在患者身體中的手術位置上，其中手術位置布置在患者的定義的身體區域中。第一參考體和第二參考體在用于規劃和執行手術的導航系統中配準，其中第一參考體和第二參考體的相對于參考點的位置數據通過導航系統確定。為了配準，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定位器。傳感器線圈在這種導航系統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據可以將斷層成像圖像數據和其它圖像數據在導航系統中疊加地顯示在顯示器上。由此借助手術中獲得的以及矯正的X射線圖像實現了精確導航。圖像數據的疊加精度通過第一參考體和第二參考體在導航系統中的配準被優化。
[0029]兩個參考體互相組合的使用(其中第一個是具有已知幾何形狀的體并且第二個是在手術位置處的更小的局部定位器)允許了在手術中獲得空間信息并且逐漸顯示到在手術中產生的X射線圖像中。
[0030]也可以兩個參考體都是具有已知幾何形狀的體。這實現了，例如尤其當沒有深度信息的多個二維圖像(例如X射線技術獲得的圖像)從不同的角度被拍攝并且互相關聯時，從例如X射線技術獲得的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/或光學的位置檢測系統進行檢測位置。優選地，位置檢測與圖像數據的拍攝同時地和/或與其它圖像數據的拍攝同時地進行。
[0032]電磁的以及光學的位置檢測系統原則上都是由現有技術公知的。例如公知具有場發生器的電磁位置檢測系統。場發生器在手術區域中產生通常是交變的電磁交變場。在需要在該手術區域中導航的醫學儀器處布置了具有線圈的定位元件。電磁交變場在所述線圈中根據各自線圈相對于電磁交變場的定向而感應產生特征性的電流，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