DE60028582T2

DE60028582T2 - Verfahren und vorrichtung zur erleichterung bildgesteuerter chirurgie

Info

Publication number: DE60028582T2
Application number: DE60028582T
Authority: DE
Inventors: Neil David Glossop
Original assignee: Traxtal Technologies Inc
Current assignee: Philips Electronics Ltd Canada
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: EP1212001A2; CA2381728A1; WO2001019271A2; CA2381728C; WO2001019271A3; US6317616B1; US6694164B2; EP1212001B1; ATE328543T1; DE60028582D1; AU7396600A; US20020016541A1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die bildgesteuerte Chirurgie. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein System, welches den Gebrauch vorab aufgenommener Bilder eines anatomischen Körpers ermöglicht, um medizinische Eingriffe vorauszuplanen und durchzuführen.
Hintergrund der Erfindung
In den vergangenen Jahren ist die bildgesteuerte Chirurgie mehr und mehr gebräuchlich geworden, zum Teil wegen der Möglichkeit eines Chirurgen, innere Bilder der Anatomie eines Patienten zu sehen und eine medizinische Operation vorauszuplanen. Auf diese Weise werden vorab aufgenommene Bilder des anatomischen Körpers dazu benutzt, den Verlauf des medizinischen Eingriffs zu planen, sei es das der medizinische Eingriff diagnostischer, therapeutischer oder chirurgischer Natur ist. Die vorab aufgenommenen Bilder können auch zu einem gewissen Grad während des medizinischen Eingriffs zur Orientierung des Chirurgen in Bezug auf die innere Anatomie des Patienten genutzt werden Die Bilder der äußeren oder inneren Anatomie eines Patienten, die in der bildgesteuerten Chirurgie verwendet werden, können mit einer Reihe von Mitteln erzeugt werden, die Computertomographie (CT), Kernspintomographie (MRI), Video, Ultraschall und Röntgenstrahlen umfassen. Bilder können auch aufgenommen werden unter Einsatz von Angiographie, Einzelphoton-Emissions-Computertomographie und Positron-Emissions-Tomographie (PET). In allen Fällen werden mindestens zwei, im allgemeinen mehr als zwei Bilder der inneren Anatomie des Patienten erzeugt. Die Bilder werden so aufgenommen, dass die relative Lage der Bilder zueinander bekannt ist. Die Bilder können dann zusammen mit Information, welche die relative Lage der Bilder angibt, in einer Datenbank gespeichert werden, um im wesentlichen einen Datenbankkörper zu erzeugen, der aus den vorab aufgenommenen Bildern besteht und dem anatomischen Körper des Patienten zu dem Zeitpunkt, als die Bilder aufgenommen wurden, entspricht.
Dieser Datenbankkörper von Bildern kann zu einer Reihe von Zwecken genutzt werden, welche die Diagnose oder die Vorausplanung des medizinischen Eingriffs umfassen. Außerdem ist es im Stand der Technik bekannt, diesen Datenbankkörper von vorab aufgenommenen Bildern zu verarbeiten, um Bilder verschiedener Ansichten sowie dreidimensionale Bilder auf der Basis des relativen räumlichen Zusammenhanges der vorab aufgenommenen Bilder innerhalb der inneren anatomischen Struktur des Patienten zu erzeugen
Chirurgen können den Verlauf eines medizinischen Eingriffs vorausplanen, indem sie entweder manuell oder elektronisch auf dem Datenbankkörper der vorab aufgenommenen Bilder den Verlauf des medizinischen Eingriffs markieren. Die Markierungen können Bereiche von Interesse, Objekte der Besorgnis, vorgeschlagene Schnitte oder Orte und Orientierungen von Bohrungen, sowie Orte, die mit bestimmten Arten von Strahlung für diagnostische oder therapeutische Eingriffe bestrahlt werden müssen, anzeigen. Während des medizinischen Eingriffs kann der Chirurg dann auf die Markierungen auf den Bildern zur Unterstützung bei der Durchführung des Eingriffs zurückgreifen.
Ferner können die Abbildungsgeräte nach dem Stand der Technik eine Darstellung des Instruments oder Werkzeugs, welches von dem Chirurgen benutzt wird, während eines medizinischen Eingriffs auf die vorab aufgenommenen Bilder projizieren. Die Darstellung entspricht der Position des tatsächlichen Instruments oder Werkzeugs in Bezug auf den Patienten. Indem er die Position der Darstellung des Instruments oder Werkzeugs in Bezug auf den Datenbankkörper vorab aufgenommener Bilder betrachtet, kann der Chirurg die Position der tatsächlichen Sonde oder des tatsächlichen Instruments in Bezug auf die innere Anatomie des Patienten extrapolieren. Außerdem kann der Chirurg gleichzeitig den vorausgeplanten Markierungen auf den vorab aufgenommenen Bildern folgen.
Jedoch sind die Abbildungsgeräte und Verfahren nach dem Stand der Technik mit dem Nachteil behaftet, dass die Aufmerksamkeit des Chirurgen während der Operation nicht mehr allein dem Patienten, sondern auch den vorab aufgenommenen Bildern, den vorausgeplanten Markierungen und den Darstellungen der Sonden und Instrumente auf den Bildern zugewandt ist. Mit anderen Worten ist während einer bildgesteuerten chirurgischen Operation die Aufmerksamkeit des Chirurgen zwischen dem Patienten und dem Datenbankkörper des Patienten aufgeteilt. Dies ist oftmals verwirrend für Chirurgen, und zwar insbesondere für Chirurgen, die mit der bildgesteuerten Chirurgie nicht vertraut sind, weil ihre Aufmerksamkeit nicht mehr allein dem Patienten zugewandt ist, wie es bei anderen Arten der Chirurgie der Fall ist. Vielmehr müssen Chirurgen das Bild des Patienten und die Darstellung der Sonden und Instrumente in Bezug auf das Datenbankbild betrachten, während sie die tatsächlichen Sonden und Instrumente innerhalb des Patienten handhaben. Dies kann die Hand-Auge-Koordination des Chirurgen beeinträchtigen, und es könnte darin resultieren, dass der Chirurg verwirrt wird.
Weil die Aufmerksamkeit von Chirurgen während einer bildgesteuerten chirurgischen Operation zwischen dem Patienten und dem Bild des Patienten geteilt ist, besteht ferner ein Risiko, dass ein Chirurg es nicht bemerkt, dass er eine "kritische Struktur" innerhalb des Patienten getroffen hat oder treffen wird. Zu den kritischen Strukturen gehört ein Organ oder Blutgefäß, welches dann, wenn es getroffen wird, den Patienten kritisch oder erheblich schädigen kann. Dies wird verschlimmert durch die Tatsache, dass verschiedene Abbildungstechniken keine detaillierten Bilder kritischer Strukturen wie Organe oder Blutgefäße liefern, und dass ein Chirurg diese nicht sofort sehen kann, wenn die Aufmerksamkeit des Chirurgen den vorab aufgenommenen Bildern anstatt dem Patienten zugewandt ist.
Ein weiterer Nachteil der Abbildungssysteme nach dem Stand der Technik ist es, dass alle vorausgeplanten Markierungen, die von dem Chirurgen angebracht wurden, auf den vorab aufgenommenen Bildern angeordnet sind. Um die vorausgeplanten Markierungen zu benutzen, muss der Chirurg dementsprechend ständig auf die Bilder zurückgreifen und die Bilder und vorausgeplanten Markierungen während des Verlaufs des medizinischen Eingriffs nach dem anatomischen Körper ausrichten. Die US 5,715,836 offenbart ein Gerät und ein Verfahren zum Projizieren vorausgeplanter Bilder direkt auf den Körper des Patienten während einer bildgesteuerten chirurgischen Operation.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden. Ferner ist es ein Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, um bildgesteuerte Chirurgie zu ermöglichen, indem beliebige Markierungen, die an dem Datenbankkörper von vorab aufgenommenen Bildern angebracht wurden, während des medizinischen Eingriffs auf den anatomischen Körper projiziert werden.
Dementsprechend liegt diese Erfindung nach einem ihrer Aspekte in einem System zum Projizieren von Markierungen auf einen anatomischen Körper, die auf einem Datenbankkörper von vorab aufgenommenen Bildern des anatomischen Körpers angebracht wurden, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt liegt die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum Projizieren von Markierungen auf einen anatomischen Körper, die auf einem Datenbankkörper von vorab aufgenommenen Bildern des anatomischen Körpers angebracht wurden, wie es in Anspruch 12 definiert ist.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist es, dass ein Bild, welches den Markierungen entspricht, die von dem Chirurgen auf dem Datenbankkörper von vorab aufgenommenen Bildern angebracht wurden, während des chirurgischen Eingriffs direkt auf dem Patienten gesehen werden kann. Mit anderen Worten wird der Chirurg den Nutzen beliebiger Markierungen haben, die auf den vorab aufgenommenen Bildern während der Vorausplanung des medizinischen Eingriffs angebracht wurden, während die Aufmerksamkeit des Chirurgen dem Patienten zugewandt ist. Dies erlaubt es dem Chirurgen, den medizinischen Eingriff leichter auf eine Weise durchzuführen, mit welcher der Chirurg vertraut ist, anstatt durch Betrachtung der vorab aufgenommenen Bilder und einer Darstellung der Instrumente auf den Bildern.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Aufmerksamkeit des Chirurgen über größere Zeiträume während des medizinischen Eingriffs dem Patienten zugewandt sein wird. Dies wird dem Chirurgen dabei helfen, kritische Strukturen zu identifizieren, die auf den vorab aufgenommenen Bildern erschienen sein können oder auch nicht, bevor sie getroffen werden. Auch kann sich selbst dann, wenn die kritischen Strukturen auf den vorab aufgenommenen Bildern erschienen sind, die innere Anatomie des Patienten geändert haben, seit die vorab aufgenommenen Bilder aufgenommen wurden. Zum Beispiel könnten sich die inneren Organe oder Blutgefäße eines Patienten bewegt haben, entweder durch eine Bewegung des Patienten, oder durch den von dem Chirurgen vorgenommenen Einschnitt, oder auf andere Weise. Es ist klar, dass diese Bewegungen in den vorab aufgenommenen Bildern nicht wiedergegeben sein werden, da die Bewegungen erfolgten, nachdem die vorab aufgenommenen Bilder aufgenommen wurden, und der Chirurg wird die Veränderungen nur bemerken, indem er auf den Patienten blickt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass ein chirurgischer Eingriff von einem Chirurgen geplant werden kann, der sich an einem von dem Patienten entfernten Ort befindet, und zwar nur unter Benutzung der vorab aufgenommenen Bilder. Zum Beispiel werden die von dem Chirurgen an dem entfernten Ort auf den vorab aufgenommenen Bildern angebrachten Markierungen auf den Patienten projiziert werden, um den bei dem Patienten anwesenden Chirurgen bei der Durchführung des medizinischen Eingriffs zu unterstützen. Ferner können beide Chirurgen damit fortfahren, die vorab aufgenommenen Bilder zu markieren, um gegenseitig die Organe in dem Patienten und die entsprechenden Bilder der Organe in den vorab aufgenommenen Bildern zu identifizieren. Auf diese Weise kann Telechirurgie ermöglicht werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass der Patient mit den von dem Abbildungsgerät projizierten Bildern vorübergehend markiert werden kann. Das erfindungsgemäße Gerät kann auch zum dauerhaften Markieren benutzt werden. Dies kann ausgeführt werden, indem man ein Bildprojektionsgerät hat, welches Strahlung aussendet, die einen Patienten dauerhaft markieren kann, wie durch die Verwendung eines CO₂-Lasers, der das Bild auf die Anatomie des Patienten brennen könnte, entweder auf die Haut, oder auf die Knochen. Ebenso kann eine photoreaktive Tinte, die sich in Reaktion auf von dem Bildprojektionsgerät ausgesendete Strahlung wahrnehmbar verändert, dazu benutzt werden, den Patienten mit Markierungen, die auf den vorab aufgenommenen Bildern angebracht wurden, vorübergehend zu markieren. In ähnlicher Weise kann ein ultravioletter Laser dazu benutzt werden, eine Markierung auf der Haut des Patienten anzubringen, die auf den vorab aufgenommenen Bildern angebrachten Markierungen entspricht. Auf diese Weise kann ein Chirurg schnell und genau beliebige Markierungen, die während der Vorausplanung auf den Bildern angebracht wurden, auf den Patienten übertragen. Eine Markierung, welche die Zellstruktur des Patienten verändert, wird von dem hier beanspruchten Verfahren nicht umfasst, aber das erfindungsgemäße Gerät kann für diesen Zweck verwendet werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Markierungen auf den vorab aufgenommenen Bildern Gebieten oder Tumoren entsprechen, welche als Teil eines photodynamischen therapeutischen Eingriffs bestrahlt werden müssen. Mit anderen Worten können Substanzen, welche Zellen des Patienten verändern können, wie photodynamische Wirkstoffe, welche auf spezielle Arten von Strahlung reagieren, indem sie zytotoxisch werden, auf den Patienten aufgebracht werden. Das Bildprojektionsgerät kann darauf programmiert werden, die Arten von Strahlung auszusenden, auf welche der photodynamische Wirkstoff reagiert. Auf diese Weise können Teile des Patienten wie Tumore in präziser und vorausbestimmter Weise eliminiert oder zerstört werden, indem der Patient mit der speziellen Art von Strahlung in einer vorausgeplanten Weise bestrahlt wird. Auch kann deshalb, weil die Strahlung in einer spezifischen und vorausgeplanten Weise angewendet wird, ein höheres Maß an Genauigkeit für die Bestrahlung des Patienten erreicht werden, und daher kann ein gewöhnlicherer photodynamischer Wirkstoff benutzt werden, der von dem gesunden Gewebe teilweise absorbiert werden darf, da nur die Tumore bestrahlt werden. Auch kann ein intensiverer Lichtstrahl benutzt werden, weil es weniger wahrscheinlich ist, dass gesundes Gewebe bestrahlt werden wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass das Bildprojektionsgerät Strahlung aussenden kann, um ein Gebiet des Körpers auszubrennen. Auf diese Weise kann das Gebiet des Patienten, welches ausgebrannt werden soll, wie der Teil des Gehirns um einen Tumor herum, welcher entfernt werden soll, vorausgeplant werden und die Ausführung kann automatisch geschehen, sobald der Tumor entfernt worden ist.
Weitere Aspekte der Erfindung offenbaren sich beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen, welche die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für die Zeichnungen, welche Ausführungformen der Erfindung veranschaulichen, gilt:
1 zeigt eine symbolische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine weitere symbolische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Projizieren eines Bildes;
3 ist eine symbolische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dazu benutzt wird, einen Bohrgerät zu führen; und
4 ist eine symbolische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die dazu benutzt wird, einen Patienten zu diagnostizieren oder zu behandeln.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 veranschaulicht das allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das System 10 ein räumliches Vermessungsgerät 5, welches räumliche Positionsinformation für verschiedene Objekte in dem Bezugsystem 2 ermitteln kann. Das Bezugssystem 2, welches symbolisch durch den xyz-Ursprung gezeigt ist, ist allgemein das Bezugssystem 2, innerhalb dessen sich der Patient 6 befindet.
Das räumliche Vermessungsgerät 5 kann irgend eine Art von Gerät sein, welches die räumliche Position von Objekten in dem Bezugssystem 2 ermitteln kann. Jedoch umfasst das räumliche Vermessungsgerät 5 in einer bevorzugten Ausführungsform ein optisches Ortungssystem, welches zwei Kameras 8 und 9 verwendet, um die Position und Orientierung von Objekten in dem Bezugssystem 2 zu orten und Positionssignale P_S, welche die räumliche Positionsinformation der georteten Objekte in dem Bezugssystem 2 anzeigen, abzugeben. Es versteht sich, dass die räumliche Positionsinformation Information betreffend die Position ebenso wie betreffend die Orientierung des Objektes in dem Bezugssystem 2 einschließen kann.
Ein Objekt, welches das räumliche Vermessungsgerät 5 in dem Bezugssystem 2 ortet, ist ein anatomischer Körper, der in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dem Patienten 6 entspricht. Das räumliche Vermessungsgerät 5 wird die räumliche Position des Patienten 6 ermitteln und erste Positionssignale P_S1 erzeugen, welche die räumliche Positionsinformation des anatomischen Körpers 6 in dem Bezugssystem 2 angeben.
Die ersten Positionssignale P_S1 werden von einer Abbildungseinheit 12M empfangen, welche in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in einem Computer 12 enthalten ist. Es versteht sich, dass die Abbildungseinheit 12M innerhalb jeder physikalischen Struktur enthalten sein kann, welche die Funktionen der Abbildungseinheit 12M ausführen kann, und der in 1 gezeigte Computer 12 wird einfach als eine Verkörperung einer möglichen physikalischen Struktur vorgestellt, innerhalb derer die Abbildungseinheit 12M enthalten sein kann.
Die Abbildungseinheit 12M ist mit einer Speichereinheit 14 verbunden, innerhalb derer vorab aufgenommene Bilder 11 des anatomischen Körpers 6 gespeichert sind. Die vorab aufgenommenen Bilder 11, welche in der Speichereinheit 14 gespeichert sind, können einen Datenbankkörper 13 des Patienten 6 bilden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Die Speichereinheit 14 kann irgend eine Art von Speichermedium umfassen, um den Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 für die Benutzung durch die Abbildungseinheit 12M zu speichern.
Zusätzlich zu dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 wird die Speichereinheit 14 darin auch beliebige Markierungen, die auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurden und allgemein mit dem Bezugszeichen 18M bezeichnet sind, gespeichert haben. Mit anderen Worten, wenn ein Chirurg oder eine andere Person Markierungen 18M auf dem Datenbankkörper 13 angebracht hat, werden diese Markierungen in der Speichereinheit 14 gespeichert sein, und es kann von der Abbildungseinheit 12M auf sie zugegriffen werden. Die Markierungen 18M können entweder zusammen mit den Bildern 11 gespeichert sein, oder sie können getrennt mit einer Angabe, wie die Markierungen 18M mit dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 zusammenhängen, gespeichert sein.
Die Zuordnungseinheit 12M empfängt das erste Positionssignal P_S1 von dem räumlichen Vermessungsgerät 5, welches die räumliche Positionsinformation des anatomischen Körpers 6 in dem Bezugssystem 2 angibt. Die Abbildungseinheit 12M bildet dann die Markierungen 18M, die auf dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 angebracht wurden, auf die entsprechenden Orte des anatomischen Körpers 6 ab. Um dies zu erreichen, wird allgemein eine Registrierungsprozedur, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, durchgeführt werden, um Schlüsselmerkmale auf dem anatomischen Körper 6 entsprechenden Schlüsselmerkmalen auf den Datenbankkörper 13 zuzuordnen.
Die Abbildungseinheit 12M wird dann ein Abbildungssignal M_S erzeugen, welches die entsprechenden Orte der Markierungen 18M, die auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurden, in dem Bezugssystem 2 anzeigt. Mit anderen Worten wird das Abbildungssignal M_S die xyz-Positionsinformation der Orte in dem Bezugssystem 2, und wahrscheinlich auf dem anatomischen Körper 6, die den auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entsprechen, umfassen. In Fällen, in denen die Orientierung der Markierungen 18M von Bedeutung ist, wird das Abbildungssignal M_S auch die Information betreffend die Orientierung der Markierungen 18M in dem Bezugssystem 2 umfassen. Das Abbildungssignal M_S wird dann von einem Bildprojektionsgerät 16 empfangen. Das Bildprojektionsgerät 16 kann einen Laser oder ein anderes Bildprojektionsgerät 16 umfassen, welches ein Bild auf eine beliebige Position in dem Bezugssystem 2 projizieren kann.
Das Bildprojektionsgerät 16 projiziert ein Bild, welches allgemein mit dem Bezugszeichen 18I bezeichnet ist, auf der Basis des Abbildungssignals M_S. Das Bild 18I entspricht den Markierungen 18M, die auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurden, aber projiziert auf die entsprechenden Orte des anatomischen Körpers 6 in dem Bezugssystem 2. Wenn zum Beispiel ein Chirurg die vorab aufgenommenen Bilder 11 mit einer Markierung 18M versehen hat, welche einen vorzunehmenden Einschnitt anzeigt, dann wird das Bild 18I dem Ort auf dem anatomischen Körper 6 entsprechen, wo die Markierung 18M für den Einschnitt auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform projiziert das Bildprojektionsgerät 16 das Bild 18I in einer Weise, die von dem räumlichen Vermessungsgerät 5 geortet werden kann. Auf diese Weise kann das räumliche Vermessungsgerät 5 das Bild 18I orten und die räumliche Information für das Bild 18I in dem Bezugssystem 2 ermitteln. Das räumliche Vermessungsgerät 5 kann dann ein zweites Positionssignal P_S2 erzeugen, welches die räumliche Positionsinformation des Bildes 18I in dem Bezugssystem 2 angibt. Die Abbildungseinheit 12M empfängt das zweite Positionssignal P_S2 zusätzlich zu dem ersten Positionssignal P_S1 und kann feststellen, ob das von dem Bildprojektionsgerät 16 projizierte Bild 18I der Position der Markierungen 18M, die auf dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 angebracht wurden, entspricht oder nicht. Wenn die Abbildungseinheit 12M eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Ort des projizierten Bildes 18I und dem beabsichtigten Ort der Projektion feststellt, kann die Abbildungseinheit 12M ein modifiziertes Abbildungssignal M_S abgeben, um die Abweichung zu korrigieren und ein genaueres Bild 18I zu projizieren.
Vorzugsweise kann das Bildprojektionsgerät 16 das Bild projizieren, indem es Strahlung aussendet, die von dem räumlichen Vermessungsgerät 5 wahrnehmbar ist. Wenn zum Beispiel das räumliche Vermessungsgerät 5 ein optisches Ortungssystem mit Kameras 8 und 9 umfasst, dann können die Kameras 8 und 9 die von dem Bildprojektionsgerät 16 ausgesendete Strahlung erfassen oder wahrnehmen und dadurch ein zweites Positionssignal P_S2 erzeugen, welches die räumliche Positionsinformation des Bildes 18I in dem Bezugssystem 2 anzeigt.
Wenn die Kameras 8 und 9 des optischen Ortungssystems sichtbare Strahlung nicht erfassen können, wird es für das Bildprojektionsgerät 16 notwendig sein, zunächst das Bild 18 zu projizieren, indem es Strahlung aussendet, welche für die Kameras 8 und 9 wahrnehmbar ist. Sobald die Abbildungseinheit 12M festgestellt hat, dass das projizierte Bild 18I den auf dem Datenbankkörper angebrachten Markierungen 18M entspricht, wird das Bildprojektionsgerät 16 dann Strahlung aussenden, die visuell wahrnehmbar ist, oder das Bild 18 auf andere Weise auf dem anatomischen Körpers 6 visuell sichtbar machen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Projektionsgerät 16 so konfiguriert werden, dass es einen Laserstrahl 22 mit zwei verschiedenen Frequenzen projiziert, von denen eine für die Kameras 8 und 9 wahrnehmbar ist, und die andere visuell wahrnehmbar ist. Dies kann es zum Beispiel einschließen, das projizierte Bild 18I in der ausgesendeten Strahlung, die für die Kameras 8 und 9 wahrnehmbar ist, und in der ausgesendeten Strahlung, die visuell wahrnehmbar ist, zeitlich zu verschachteln, zu multiplexen, oder zeitlich zu überlappen. Dies kann so koordiniert werden, dass das Projektionsgerät das Bild 18I projiziert, in dem es Strahlung, die für die Kameras 8 und 9 wahrnehmbar ist, über einen Zeitraum ausstrahlt, der dem räumlichen Vermessungsgerät 5 ausreicht, um die Position des projizierten Bildes 18I zu bestimmen, und indem es anschließend Strahlung aussendet, die visuell wahrnehmbar ist. Sollte das räumliche Vermessungsgerät 5 keinen langen Zeitraum dazu benötigen, die von dem Bildprojektionsgerät 16 ausgesendete Strahlung zu detektieren oder wahrzunehmen, dann wird es keine große Verschlechterung in dem visuell wahrnehmbaren Bild 18I geben, da das visuell wahrnehmbare Bild 18I ausreichend schnell aktualisiert werden kann.
Vorzugsweise umfasst der Computer 12 auch eine Eingabeeinheit 12I zum Eingeben von Information, einschließlich Anweisungen und Daten. Z. B. kann die Eingabeeinheit 12I dazu benutzt werden, zusätzliche Markierungen 18M auf dem Datenbankkörper 13 einzugeben. Auf diese Weise kann ein Chirurg während des Eingriffs kontinuierlich Markierungen 18M auf dem Datenbankkörper 13 anbringen. Das Projektionsgerät 16 kann dann Bilder 18I der Markierungen 18M, einschließlich der durch die Eingabeeinheit 12I angebrachten Markierungen, auf den Patienten 6 projizieren.
Wenn mehrere Markierungen 18M auf dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 angebracht werden, kann die Eingabeeinheit 12I ferner dazu verwendet werden, Information einzugeben, die Anweisungen umfasst, welche Markierung 18M das Bildprojektionsgerät 16 projizieren sollte. Zum Beispiel kann der Chirurg während eines chirurgischen Eingriffs auf dem Datenbankkörper 13 Markierungen 18M angebracht haben, welche den Einschnitt, die Position und Orientierung eines Eingangspunktes, sowie innere Merkmale des Patienten, die behandelt werden sollten, angeben. Dementsprechend kann die Eingabeeinheit 12I von dem Chirurgen dazu benutzt werden, Anweisungen einzugeben, welche Markierungen 18M während verschiedener Phasen des chirurgischen Eingriffs projiziert werden sollten. Wenn das Projektionsgerät 16 verschiedene Bilder 18I gleichzeitig projizieren kann, wie dann, wenn das Projektionsgerät 16 einen ersten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts und einen zweiten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts aussendet, kann der Chirurg ferner die Eingabeeinheit 12I dazu benutzen, nicht nur auszuwählen, welche Markierungen 18M projiziert werden, sondern auch, welcher kohärente Lichtstrahl benutzt wird, um die entsprechenden Bilder 18I zu projizieren. Dies ist besonders nützlich, wenn das Bildprojektionsgerät 16 einen zweiten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts aussendet, der von einer anderen Wellenlänge und daher von einer anderen Farbe ist als der erste kohärente Strahl sichtbaren Lichts, so dass der Chirurg leicht zwischen den beiden projizierten Bildern 18I unterscheiden kann.
Es versteht sich auch, dass die Eingabeeinheit 12I nicht benachbart zu dem Computer 12 angeordnet sein muss. Mit anderen Worten kann ein Chirurg, der sich entfernt von dem zweiten Bezugssystem 2 befindet, eine Eingabe Einheit 12I haben und Information einschließlich Anweisungen betreffend zusätzliche Markierungen 18M und eine Auswahl der Markierungen 18M, die projiziert werden sollen, an den Computer 12 senden. Auf diese Weise kann Telechirurgie ermöglicht werden, indem der bei dem Patienten 6 befindliche Chirurg sofort die Projektion des Bildes 18I sieht, wobei die Markierungen 18M von einem entfernt befindlichen Chirurgen angebracht und ausgewählt werden. Dies ermöglicht bildgesteuerte Chirurgie, indem es einem entfernt befindlichen Chirurgen erlaubt wird, den vor Ort befindlichen Chirurgen durch den Eingriff zu führen, indem Bilder 18I der von dem entfernt befindlichen Chirurgen angebrachten Markierungen 18M direkt auf den Patienten 6 projiziert werden.
Ebenso können dann, wenn zwei Chirurgen sich bei dem Patienten 6 befinden, beide Chirurgen die Eingabeeinheit 12I benutzen, um unaufdringlich Teile der Anatomie des Patienten 6 zu identifizieren, indem sie den Teil auf dem Datenbankkörper 13 markieren und dann das Bildprojektionsgerät 16 das den Markierungen 18M entsprechende Bild projizieren lassen. Dies könnte auch von Ausbildern dazu benutzt werden, Objekte von Interesse auf nichtinvasive Weise zu identifizieren, indem das Bild 18I auf die Objekte von Interesse projiziert wird, anstatt dass das tatsächliche Objekt von Interesse berührt wird.
Es versteht sich, dass die Eingabeeinheit 12I jede Art von Mittel zum Eingeben von Information umfassen kann. Zum Beispiel kann die Eingabeeinheit 12I eine Tastatur oder eine Maus umfassen. Die Eingabe Einheit 12 DI kann auch stimmaktiviert sein, so dass ein Chirurg verbale Befehle an die Eingabeeinheit 12I senden kann, welche Markierungen 18M projiziert werden sollten.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 2 umfasst das Bildprojektionsgerät 16 einen Laser, der einen kohärenten Strahl sichtbaren Lichts, wie einen Laserstrahl 22, aussendet. Es versteht sich, dass das Bildprojektionsgerät 16 kalibriert oder anderweitig eingerichtet werden kann, so dass es den Laserstrahl 22 in Reaktion auf die Abbildungssignale M_S auf eine bekannte Position in dem Bezugssystem 2 lenken könnte. Zur Unterstützung beim Lenken des Laserstrahls 22 kann das Bildprojektionsgerät 16 Verschiebungsgeräte 16T umfassen, welche das Bildprojektionsgerät 16 so bewegen können, dass der Laserstrahl 22 die richtige Position, und falls gewünscht Orientierung, haben wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ortet das räumliche Vermessungsgerät 5 die Position des Bildprojektionsgeräts 16. Dies kann die Kalibrierung oder Einrichtung des Bildprojektionsgeräts 16 in dem Bezugssystem 2 unterstützen. Wenn das Bildprojektionsgerät 16 Verschiebungsgeräte 16T umfasst, kann das räumliche Vermessungsgerät 5 auch die Position des Bildprojektionsgeräts 16 orten und ein (nicht gezeigtes) Signal an die Abbildungseinheit 12M senden, welches die Position des Bildprojektionsgeräts 16 in dem Bezugssystem 2 angibt. Die Abbildungseinheit 12M kann dann feststellen, ob das Bildprojektionsgerät 16 von den Verschiebungsgeräten 16T in die korrekte Position zur Projektion des Bildes 18I der Markierungen 18M, die auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurden, auf die entsprechenden Orte des anatomischen Körpers 6 in dem Bezugssystem 2 bewegt worden ist oder nicht.
Wie in 2 ebenfalls veranschaulicht ist, ist es bevorzugt, dass das räumliche Vermessungsgerät 5 benachbart zu dem Bildprojektionsgerät 16 in dem Bezugssystem 2 angeordnet ist. Auf diese Weise wird es für das räumliche Vermessungsgerät 5 möglich sein, das von dem Laserstrahl 22 erzeugte Bild 18I leicht abzutasten. Auch ist es wünschenswert, das räumliche Vermessungsgerät 5 und das Bildprojektionsgerät 16 nahe beieinander und den Chirurgen und anderem medizinischem Gerät nicht im Weg zu haben. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, dass sowohl das räumliche Vermessungsgerät 5, als auch das Bildprojektionsgerät 16 in einem ansonsten ungenutzten Raum, wie nahe an der Decke des Operationsraumes, angeordnet sind.
Der Patient 6 ist in 2 auf einem Tisch, wie einem Operationstisch 20, angeordnet. Wie in 2 gezeigt ist, wird das Bildprojektionsgerät 16 das Bild 18I auf den Patienten 6 projizieren.
Wenn das Bild 18I einen Kreis oder ein anderes zweidimensionales Gebilde umfasst, kann das Bildprojektionsgerät 16 den Laserstrahl 22 schnell bewegen, um das Bild 18I zu erzeugen. Der Laserstrahl 22 kann von dem Bildprojektionsgerät 16 schnell bewegt werden, so dass der Betrachter auf Grund des Persistenzeffektes beim Sehen ein im wesentlichen kontinuierliches Bild 18 wahrnehmen wird, welches auf dem Patienten 6 in 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Falls gewünscht könnte auch Fluoreszenz oder andere Methoden benutzt werden. Es versteht sich, dass auf Grund dessen, dass die Oberfläche, auf welche das Bild 18I projiziert werden wird, die Oberfläche eines anatomischen Merkmals des Patienten 6 sein wird und deshalb nicht notwendigerweise eben sein wird, das Projektionsgerät 16 und die Abbildungseinheit 12M die Form des anatomischen Merkmals des Patienten 6 kompensieren werden, so dass das Bild 18I der Markierungen 18M, die auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurden, auf den entsprechenden Orten des anatomischen Körpers des Patienten 6 erscheinen wird, obwohl die Oberfläche nicht eben ist.
Ferner könnte der Laserstrahl 22 so konfiguriert sein, dass er das Bild 18I dauerhaft auf dem Patienten 6 markieren kann. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem ein Bildprojektionsgerät 16 verwendet wird, welches einen Laserstrahl 22 aussendet, der den Patienten 6 dauerhaft markieren kann. Zum Beispiel könnte die Benutzung eines Projektionsgeräts 16, welches einen CO₂-Laser oder Ultraviolettlaser umfasst, das Bild 18I auf die Anatomie, wie entweder auf die Haut oder auf die Knochen des Patienten 6 "brennen". Auf diese Weise kann das Bildprojektionsgerät 16, nachdem das Bild 18I auf den Patienten 6 "gebrannt" oder anderweitig dauerhaft auf ihm markiert wurde, dann aufhören, das Bild 18I zu projizieren, und das Aussenden des Laserstrahl 22 einstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann photoreaktive Tinte, die in 2 allgemein unter dem Bezugszeichen 28 gezeigt ist, auf den Patienten 6 aufbracht werden. Die photoreaktive Tinte 28 würde vorzugsweise auf die von dem Bildprojektionsgerät 16 ausgesendete Strahlung, wie den Laserstrahl 22, reagieren, und sich in Reaktion auf den Laserstrahl 22 in einer visuell wahrnehmbaren Weise verändern. Auf diese Weise würde das von dem Bildprojektionsgerät 16 projizierte Bild 18I vorübergehend oder dauerhaft auf dem Patienten 6 mittels der photoreaktiven Tinte, die sich in Reaktion auf die ausgesendete Strahlung wahrnehmbar verändert, markiert. Dementsprechend können auf diese Weise die auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M leicht in vorübergehende oder dauerhafte Markierungen auf dem Patienten 6 mittels des projizierten Bildes 18I übertragen werden. In diesem Fall versteht es sich, dass die von dem Bildprojektionsgerät 16 emittierte Strahlung nicht visuell wahrnehmbar sein muss, sondern nur dafür sorgen muss, dass die photoreaktive Tinte 28 in einer wahrnehmbaren Weise reagiert.
2 zeigt auch ein Ortungswerkzeug 24, welches an dem Patienten 6 mittels einer Stütze 25 befestigt ist. Das Ortungswerkzeug 24 kann die Ortung der Position und Orientierung des Patienten 6 in dem Bezugssystem 2 unterstützen. In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der das räumliche Vermessungsgerät 5 ein optisches Ortungssystem mit Kameras 8 und 9 umfasst, wird das Ortungswerkzeug 24 Ortungssender oder -reflektoren 26 haben, die von den Kameras 8 und 9 wahrgenommen werden können. Auf diese Weise können die Kameras 8 und 9 die Position der Ortungselemente 26 leicht orten und dadurch die Position und Orientierung des Patienten 6 in dem Bezugssystem 2 ermitteln. Das Ortungswerkzeug 24 kann eine beliebige Art von Ortungswerkzeug umfassen, wie beispielsweise das in dem US-Patent 5,834,752 beschriebene Ortungswerkzeug.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 3 projiziert das Bildprojektionsgerät 16 den Laserstrahl 22 auf einen Eingangspunkt 18E in den Patienten 6.
Ein Vergleich der 2 und 3 zeigt, dass der Eingangspunkt 18E einem speziellen Punkt auf dem in 2 gezeigten Bild 18I entspricht. Mit anderen Worten projiziert in 2 das Bildprojektionsgerät 16 das Bild 18I einer ersten auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierung 18M, die denjenigen Teil des Schädels des Patienten 6 darstellt, welcher entfernt werden soll. In 3 projiziert das Bildprojektionsgerät 16 das Bild des Eingangspunktes 18E, welches den auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht, die den gewünschten Eingangspunkt in den Patienten für das Entfernen des durch das Bild 18I dargestellten Teils des Schädels anzeigen. Das Projektionsgerät 16 könnte entweder das Bild 18I oder den Eingangspunkt 18E gemäß den von der Eingabeeinheit 12I eingegebenen Signalen projizieren, wie es vorausgehend diskutiert wurde. Alternativ hierzu könnte auch sowohl das Bild 18I, als auch das Bild des Eingangspunktes 18E zur gleichen Zeit projiziert werden.
Im Fall des Eingangspunktes 18E kann es sein, dass ein Chirurg nicht nur an der Position des Eingangspunktes 18E, sondern auch an der Orientierung des Eingangspunktes 18E interessiert ist. Die Markierung 18M auf dem Datenbankkörper 13 würde wahrscheinlich einen Vektor einschließen, der eine Position und eine Orientierung hat, um den Eingangspunkt in Bezug auf sechs Freiheitsgrade eindeutig zu identifizieren. Dementsprechend wird das Bild des Eingangspunktes 18E eine Orientierung und eine Position haben, die sowohl der Position, als auch der Orientierung der auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht.
Wie es in 3 gezeigt ist, kann die Orientierung und Position des Laserstrahls 22, welche den auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht, von dem Chirurgen dazu benutzt werden, Instrumente wie ein Bohrgerät 30 für den Zugang in den Patienten 6 auszurichten. Es ist ersichtlich, dass der Chirurg, wenn er das Bohrgerät 30 mit Hilfe des Laserstrahls 22 ausrichtet, den Nutzen hat, das Bild des Eingangspunktes 18E, welcher den auf den Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht, zu sehen, und außerdem auch das Bohrgerät 30 beobachten zu können, während sich dieses in den Eingangspunkt 18E des Patienten 6 hineinschneidet. Auf diese Weise wird der Chirurg nicht nur wissen, dass die Position des Bohrgeräts 30 den auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht, sondern der Chirurg wird auch in der Lage sein, zu sehen, wie das Bohrgerät 30 in den Eingangspunkt 18E eindringt. Dies wird den Chirurgen bei der Orientierung des Bohrgeräts 30 unterstützen und es wird dem Chirurgen auch erlauben, sich sofort irgendwelcher "kritischer Strukturen" bewusst zu werden, die von dem Bohrgerät 30 angetroffen werden können, auch wenn diese "kritischen Strukturen" nicht auf den vorab aufgenommenen Bildern 11 erschienen sind.
Der Bohrgerät 30 kann auch an einem Ortungswerkzeug 34 ähnlich dem an dem Patienten 6 befestigten Ortungswerkzeug 24 befestigt werden. Das Ortungswerkzeug 34 kann Ortungselemente 36 umfassen, die von den Kameras 8 und 9 geortet werden, wenn das räumliche Vermessungsgerät 5 ein optisches Ortungssystem umfasst. Auf diese Weise kann das Bohrgerät 30 auch in dem Bezugssystem 2 geortet werden und eine Darstellung des Werkzeugs 30 kann auf dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 erscheinen. Hierdurch wird der Chirurg den Nutzen haben, sowohl die Orientierung und die Position der von dem Bildprojektionsgerät 16 auf den Patienten 6 projizierten Markierungen 18M zu sehen, als auch eine Darstellung des Bohrgeräts 30 auf dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 zu sehen, wie es in konventionellen Systemen der Fall ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das System einen hörbaren Alarm erzeugen, falls die Position des Bohrgeräts 30, wie sie von den Kameras 8 und 9 wahrgenommen wird, von der Orientierung und Position der Markierungen 18M, die durch den Laserstrahl 22 dargestellt werden, abweicht. Auf diese Weise wird der Chirurg sofort benachrichtigt werden, falls das Bohrgerät 30 nicht dem Weg der auf dem Datenbankkörper 13 vorab aufgenommener Bilder 11 angebrachten Markierungen 18M folgt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 4 ist ein Teil des Schädels des Patienten 6 entfernt worden. Aus einem Vergleich der 2 und 4 wird ersichtlich sein, dass das Loch in dem Schädel 40 dem von dem Bildprojektionsgerät 16 erzeugten und in 2 veranschaulichen Bild 18I entspricht. Demgemäß hat der Chirurg einen Teil des Schädels 40 entfernt, wie es vorausgeplant war, und wie es durch das in 2 gezeigte Bild 18I auf den Patienten 6 projiziert wurde.
Nach der Entfernung des Teils des Schädels offenbart sich ein Behandlungsgebiet 42. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Bildprojektionsgerät 16 auch dazu verwendet werden, den Patienten wie nachfolgend beschrieben zu diagnostizieren und/oder zu behandeln.
Wie in 4 gezeigt, ist ein Strahlungserfassungsgerät 48 vorhanden, um von dem anatomischen Körper 6 kommende Strahlung zu detektieren. Das Strahlungserfassungsgerät 48 hat ein Sichtfeld 46 und wird von dem anatomischen Körper 6, genauer von dem Behandlungsgebiet 42 des anatomischen Körpers 6, reflektierte Strahlung detektieren. Auf diese Weise kann das Bildprojektionsgerät 16 diagnostische Bilder 18D, und falls gewünscht mit verschiedenen Arten von Strahlung, in das Behandlungsgebiet 42, welches auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht, projizieren. Die Strahlung des diagnostischen Bildes 18D wird in das Sichtsfeld 46 des Strahlungserfassungsgerätes 48 reflektiert werden. Durch Benutzung verschiedener Arten von Strahlung wird das Strahlungserfassungsgerät 48 in der Lage sein, die von dem Behandlungsgebiet 42 des anatomischen Körpers 6 kommende, detektierte Strahlung zu analysieren, um Eigenschaften des anatomischen Körpers 6, der von dem Bildprojektionsgerät 16 angestrahlt wird, zu ermitteln. Auf diese Weise können auf der Basis diagnostischer Markierungen 18D, die vorab auf dem Datenbankkörper 13 angebracht wurden, diagnostische Eingriffe innerhalb des Behandlungsgebietes 42 vorgenommen werden.
Es versteht sich, dass das Strahlungserfassungsgerät 48 einen Detektor 49 umfasst, welcher die von dem anatomischen Körpers 6 in das Sichtfeld 46 reflektierte Strahlung detektiert. Das Strahlungserfassungsgerät 48 umfasst auch die Elektronik zum Analysieren der von dem anatomischen Körper 6 kommenden, detektierten Strahlung zum Ermitteln der Eigenschaft des angestrahlten anatomischen Körpers. Anstatt dass sich die Elektronik benachbart zu dem Detektor 49 befindet, kann sich die Elektronik auch an einem anderen Ort befinden und könnte in dem Computer 12 enthalten sein. Obwohl der Detektor 49 für das Strahlungserfassungsgerät 48 getrennt von dem räumlichen Vermessungsgerät 5 gezeigt ist, können in einer Ausführungsform, bei der das räumliche Vermessungsgerät 5 ein optisches Ortungssystem umfasst, die Kameras 8 und 9 des optischen Ortungssystems auch als Detektor 49 für das Strahlungserfassungsgerät 48 verwendet werden, falls die Kameras 8 und 9 die Art von Strahlung, die von dem anatomischen Körper 6 reflektiert wird, detektieren können.
Ferner könnte, wie es in 4 gezeigt ist, zusätzlich zu dem Bildprojektionsgerät 16 eine zweite separate Strahlquelle 44, welche einen Strahl 45 aussendet, zusätzlich zu oder als Ersatz für das Bildprojektionsgerät 16 und den Strahl 22 benutzt werden. Natürlich wird es dann, wenn die Strahlquelle 44 ein Bild 18D projizieren soll, welches den auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18M entspricht, für die Strahlquelle 44 notwendig sein, Signale zu empfangen, welche den Abbildungssignalen M_S entsprechen, wie es von dem Bildprojektionsgerät 16 ausgeführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das System 10 dazu benutzt werden, den Patienten 6 zu behandeln. Dies kann auf eine erste Art und Weise geschehen, indem eine Substanz auf den anatomischen Körper 6 aufgebracht wird, welche auf eine spezielle Art von Strahlung reagiert. Vorzugsweise würde die Reaktion Zellen des anatomischen Körpers 6, welche mit der Substanz und mit Strahlung beaufschlagt worden sind, dazu veranlassen, sich zu verändern. Zum Beispiel kann die Substanz zytotoxisch werden und die Zellen in ihrer Umgebung in Reaktion auf bestimmte Arten von Strahlung töten. Zum Beispiel kann die Substanz einen photodynamischen Wirkstoff umfassen, welcher entweder auf die Oberfläche des Behandlungsgebiets 42 intravenös aufgebracht wird, oder dem Patienten 6 oral verabreicht wird. Der photodynamische Wirkstoff kann nichtbevorzugt von dem gesunden Gewebe ebenso wie von irgendwelchen Tumoren in dem Patienten 6 aufgenommen werden. Der photodynamische Wirkstoff kann dann auf die Strahlung des Laserstrahls 22 reagieren um die Zellen des anatomischen Körpers 6 zu verändern, indem er zytotoxisch wird und die Zellen in der Umgebung tötet.
Da die Bilder 18D präzise projiziert werden können, um Objekte in dem Behandlungsgebiet 42 zu bestrahlen, welche Markierungen 18M auf dem Datenbankkörper 13 entsprechen, kann eine genauere Bestrahlung des Behandlungsgebietes 42 erreicht werden. Auf diese Weise können nur die Tumore innerhalb des Behandlungsgebietes 42 bestrahlt werden, wodurch eine präzisere photodynamische Therapie erzielt werden kann. Wegen der Genauigkeit der Beaufschlagung mit Strahlung mit Hilfe das Projektionsgeräts 16 können außerdem gewöhnlichere photodynamische Wirkstoffe benutzt werden, die teilweise durch das gesunde Gewebe ebenso wie durch den Tumor absorbiert werden können, weil der Laserstrahl 22 nur auf ein Bild gerichtet sein wird, welches den Markierungen 18M auf dem Tumor in dem Datenbankkörper 13 entspricht. Aus den gleichen Gründen könnte auch ein intensiverer Laserstrahl 22 benutzt werden.
In ähnlicher Weise kann ein intensiver Laserstrahl 22 ohne eine Substanz wie einen photodynamischen Wirkstoff benutzt werden, um den Patienten 6 zu behandeln. Zum Beispiel kann dann, wenn ein Tumorbett auf dem Datenbankkörper 13 markiert worden ist, ein intensiver Strahl, wie von einem CO₂-Laser, benutzt werden, um das Tumorbett auszubrennen. Auf diese Weise kann das Tumorbett oder ein anderer Teil des anatomischen Körpers 6 schnell und präzise ausgebrannt werden.
Es versteht sich, dass das Bilderfassungsgerät 48 einen Detektor 49 umfasst, der reflektierte oder ausgesendete Strahlung mittels einer photonischen Interaktion von dem anatomischen Körper 6 oder von einer Trümmerfahne 47 kommend detektiert. Die zweite Strahlquelle 44 und, falls gewünscht eine (nicht gezeigte) dritte Strahlquelle, könnte dazu verwendet werden, eine photonische Reaktion in der Fahne 47 auszulösen, einschließlich nichtlinearer optischer Effekte, Raman- oder Floureszenzstreuung oder ähnlicher Effekte, um die Zusammensetzung der Fahne 47 oder ihrer Komponenten teilweise oder vollständig zu ermitteln. Nach dem bekannten Prinzip der "Differentialabsorption" ist es möglich, die chemische Zusammensetzung der Fahne 47 zu bestimmen, indem die relative Absorption zweier eng aufeinander abgestimmter Laserstrahlen 22 und 45 verglichen wird.
Ferner kann das System 10 bei anderen Eingriffen dazu benutzt werden, den Patienten 6 zu behandeln. Zum Beispiel können Tätowierungen oder andere Oberflächenfehler auf vorab aufgenommenen Bildern 11 erscheinen. Die Tätowierungen können durch Markierungen 18M auf dem durch die vorab aufgenommenen Bilder 11 gebildeten Datenbankkörper 13 markiert werden. Das Bildprojektionsgerät 16 kann dann Strahlung aussenden, welche die Tätowierungen oder andere Oberflächenfehler entsprechend den auf dem Datenbankkörper 13 angebrachten Markierungen 18 schnell und präzise ausbleichen wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem anatomischen Körper des Menschen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass das System 10 und das Verfahren zur Benutzung des Systems 10 nicht auf die Anwendung auf Menschen beschränkt ist. Vielmehr kann das System 10 und das Verfahren zur Benutzung des Systems 10 auch in der Veterinärmedizin und bei anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen ein Bild von auf vorab aufgenommenen Bildern angebrachten Markierungen auf die entsprechenden Orte der Objekte, von denen die Bilder aufgenommen wurden, projiziert werden muss.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem chirurgischen Eingriff am Schädel des Patienten 6 beschrieben und veranschaulicht worden ist, versteht es sich ferner, dass die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung bei jeder Art von chirurgischem Eingriff verwendet werden, bei dem die Projektion von Bildern, die den Markierungen 18 auf vorab aufgenommenen Bildern 11 entsprechen, bildgesteuerte Chirurgie ermöglichen wird.
Obwohl diese Offenbarung bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und veranschaulicht hat, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr umfasst die Erfindung alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Ein System (10) zum Projizieren von auf einem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) angebrachten Markierungen (18M) auf einen anatomischen Körper (6), wobei besagtes System (10) folgendes beinhaltet: ein räumliches Vermessungsgerät (5) zum Ermitteln räumlicher Positionsinformation des anatomischen Körpers (6) durch Orten des anatomischen Körpers (6) in einem Bezugssystem (2) und zum Erzeugen erster Positionssignale (P_S1), welche die räumliche Positionsinformation des anatomischen Körpers (6) in dem Bezugssystem (2) anzeigen; eine Speichereinheit (14) zum Speichern der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M); eine Abbildungseinheit (12M) zum Empfangen erster Positionssignale (P_S1), welche die räumliche Positionsinformation des anatomischen Körpers (6) in dem Bezugssystem (2) anzeigen, zum Abbilden der in der Speichereinheit (14) gespeicherten Markierungen (18M) auf entsprechende Orte auf dem anatomischen Körper (6) und zum Erzeugen eines Abbildungssignals (M_S), welches die entsprechenden Orte der Markierungen (18M) auf dem Datenbankkörper (13) in dem Bezugssystem (2) angibt; und ein Bildprojektionsgerät (16) zum Empfangen des Abbildungssignals (M_S) und zum Projizieren eines Bildes (18I) der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) auf die entsprechenden Orte des anatomischen Körpers (6); wobei das räumliche Vermessungsgerät (5) ein optisches Ortungssystem zum Orten von Objekten in dem Bezugssystem (2) beinhaltet; wobei besagtes optisches Ortungssystem den anatomischen Körper (6) in dem Bezugssystem (2) ortet und die ersten Positionssignale (P_S1) erzeugt, welche die räumliche Positionsinformation des anatomischen Körpers (6) in dem Bezugssystem (2) anzeigen; und wobei besagtes optisches Ortungssystem ferner das von dem Bildprojektionsgerät (16) projizierte Bild (18I) ortet und zweite Positionssignale (P_S2) erzeugt, welche die räumliche Positionsinformation des Bildes (18I) in dem Bezugssystem (2) anzeigen; wobei die Abbildungseinheit (12M) die ersten Positionssignale (P_S1) und die zweiten Positionssignale (P_S2) empfängt und ermittelt, ob das Bild (18I), welches von den Bildprojektionsgerät (16) projiziert wird, den auf dem Datenbankkörper (13) vorab aufgenommener Bilder (11) angebrachten Markierungen (18M) entspricht; und wobei dann, wenn die Abbildungseinheit (12M) feststellt, dass das von dem Bildprojektionsgerät (16) projizierte Bild (18I) nicht den auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) entspricht, die Abbildungseinheit (12M) das Abbildungssignal (M_S) neu erzeugt, um das Projektionsgerät dazu zu veranlassen, ein genaueres Bild (18I) der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) zu projizieren.
Das System (10) nach Anspruch 1, wobei das Bildprojektionsgerät (16) einen kohärenten Lichtstrahl aussendet, welcher den anatomischen Körper (6) so markieren kann, dass das Bild (18I) der von den Bildprojektionsgerät (16) projizierten Markierungen (18M) auf dem anatomischen Körper (6) erscheinen wird, nachdem das Bildprojektionsgerät (16) aufhört, das Bild (18I) zu projizieren.
Das System (10) nach Anspruch 1, welches ferner beinhaltet: eine Substanz, die auf eine spezielle Art von Strahlung reagiert, indem sie sich in einer wahrnehmbaren Weise verändert; wobei das Bildprojektionsgerät (16) diejenige Art von Strahlung aussendet, auf welche die Substanz reagiert; und wobei die Substanz auf den anatomischen Körper (6) aufgebracht werden kann, so dass das Projizieren des Bildes (18I) mit der Art von Strahlung, auf welche die Substanz auf dem anatomischen Körper (6) reagiert, den anatomischen Körper (6) mit dem von dem Bildprojektionsgerät (16) projizierten Bild (18I) markieren wird.
Das System (10) nach Anspruch 1, welches ferner beinhaltet: eine Substanz, die auf eine spezielle Art von Strahlung reagiert, indem sie Zellen des anatomischen Körpers (6), auf welche die Substanz aufgebracht worden ist, verändert; und wobei das Projizieren des Bildes (18I) mit der Art von Strahlung, auf welche die Substanz auf dem anatomischen Körper (6) reagiert, die Zellen eines Teils des anatomischen Körpers (6), auf den die Substanz aufgebracht ist und die Art von Strahlung projiziert wird, verändert.
Das System (10) nach Anspruch 1, wobei sich das optische Ortungssystem benachbart zu dem Bildprojektionsgerät (16) in dem Bezugssystem (2) befindet.
Das System (10) nach Anspruch 1, welches ferner beinhaltet: ein Strahlungserfassungsgerät zum Erfassen von Strahlung von dem anatomischen Körper (6); wobei das Bildprojektionsgerät (16) das Bild (18I) der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) auf die entsprechenden Orte des anatomischen Körpers (6) unter Verwendung von Arten von Strahlung, die von dem anatomischen Körper (6) zu dem Strahlungserfassungsgerät reflektiert werden können, projiziert; und wobei das Strahlungserfassungsgerät die von den anatomischen Körper (6) her detektierte Strahlung analysiert, um eine Eigenschaft des anatomischen Körpers (6), der von dem Bildprojektionsgerät (16) bestrahlt wird, zu ermitteln.
Das System (10) nach Anspruch 6, wobei das räumliche Vermessungsgerät (5) ein optisches Ortungssystem zum Orten von Objekten in dem Bezugssystem (2) beinhaltet; wobei das optische Ortungssystem den anatomischen Körper (6) in dem Bezugssystem (2) ortet und die ersten Positionssignale (P_S1) erzeugt, welche die räumliche Positionsinformation des anatomischen Körpers (6) in dem Bezugssystem (2) anzeigen; und wobei das optische Ortungssystem und das Strahlungserfassungsgerät sich einen gemeinsamen Strahlungsdetektor teilen.
Das System (10) nach Anspruch 1, welches ferner beinhaltet: eine Speichereinheit (14) zum Speichern besagten Datenbankkörpers (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11), wobei besagte Speichereinheit (14) mit der Abbildungseinheit (12M) verbunden ist; eine Eingabeeinheit, die mit besagter Speichereinheit (14) verbunden ist, zum Eingeben von Information, wobei besagte Information Markierungen (18M) umfasst, die auf dem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) angebracht wurden; wobei Information, die auf dem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) angebrachten Markierungen (18M) entspricht, jederzeit eingegeben werden kann; und wobei das von dem Bildprojektionsgerät (16) projizierte Bild (18I) die Markierungen (18M) umfassen kann, die auf dem Datenbankkörper (13) durch mittels der Eingabeeinheit eingegebene Information angebracht wurden.
Das System (10) nach Anspruch 8, wobei das Bildprojektionsgerät (16) einen ersten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts aussendet; und wobei in die Eingabeeinheit eingegebene Information bestimmt, welche der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) durch das Bildprojektionsgerät (16) projiziert werden.
Das System (10) nach Anspruch 9, wobei das Bildprojektionsgerät (16) einen zweiten kohärenten Strahls sichtbaren Lichts mit einer von dem ersten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts abweichenden Wellenlänge aussendet; und wobei die in die Eingabeeinheit eingegebene Information auswählt, welche der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) mit dem ersten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts und mit dem zweiten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts projiziert werden.
Das System (10) nach Anspruch 1, wobei das Bildprojektionsgerät (16) einen kohärenten Strahl sichtbaren Lichts aussendet; und wobei das auf den anatomischen Körper (6) projizierte Bild (18I) einen sichtbaren Strahl kohärenten Lichts beinhaltet, der eine Position und Orientierung hat, die den auf dem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) angebrachten Markierungen (18M) entspricht.
Ein Verfahren zum Projizieren von Markierungen (18M) auf einen anatomischen Körper (6), die auf einem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) des anatomischen Körpers (6) angebracht wurden, wobei besagtes Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Beschaffen räumlicher Positionsinformation des anatomischen Körpers (6) durch Orten des anatomischen Körpers (6) in einem Bezugssystem (2); Abbilden der auf dem Datenbankkörper (13) vorab aufgenommener Bilder (11) angebrachten Markierungen (18M) auf entsprechende Orte auf dem anatomischen Körper (6); Projizieren eines Bildes (18I) der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) auf entsprechende Orte auf dem anatomischen Körper (6) in dem Bezugssystem (2); Beschaffen räumlicher Positionsinformation des durch das Bildprojektionsgerät projizierten Bildes (18I); Ermitteln aus der räumlichen Positionsinformation des anatomischen Körpers und des Bildes (18I), ob das durch das Bildprojektionsgerät (16) projizierte Bild (18I) den auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) entspricht; und falls ermittelt wird, dass das Bild (18I) den Markierungen (18M) nicht entspricht, Projizieren eines genaueren Bildes (18I) der auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M).
Das Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner folgenden Schritt beinhaltet: Vorübergehendes Markieren des anatomischen Körpers (6) mit dem von einem Bildprojektionsgerät (16) projizierten Bild (18I).
Das Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner folgende Schritte beinhaltet: Aufbringen einer Substanz auf den anatomischen Körper (6), welche auf eine spezielle Art von Strahlung reagiert, indem sie sich in einer wahrnehmbaren Weise verändert; und Projizieren der Art von Strahlung, auf welche die Substanz reagiert, auf den anatomischen Körper (6) entsprechend den auf dem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) angebrachten Markierungen (18M), so dass der anatomische Körper (6) vorübergehend mit dem von dem Bildprojektionsgerät (16) projizierten Bild (18I) markiert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Projizierens eines Bildes (18I) der Markierungen (18M) auf den anatomischen Körper (6) den Schritt des Projizierens eines sichtbaren Bildes (18I) der Markierungen (18M) auf den anatomischen Körper (6) beinhaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 12, welches ferner ein Bildprojektionsgerät (16), das einen ersten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts aussendet, beinhaltet; und wobei der Schritt des Projizierens eines Bildes (18I) der Markierungen (18M) auf den anatomischen Körper (6) den Schritt des Projizierens eines sichtbaren Lichtstrahls beinhaltet, der eine Position und Orientierung entsprechend den auf dem Datenbankkörper (13) angebrachten Markierungen (18M) hat.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Bildprojektionsgerät (16) einen zweiten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts bei einer von dem ersten kohärenten Strahl sichtbaren Lichts abweichenden Wellenlänge aussendet; und wobei der erste und der zweite kohärente Strahl sichtbaren Lichts Bilder (18I) verschiedener Markierungen (18M) entsprechend den auf dem Datenbankkörper (13) von vorab aufgenommenen Bildern (11) angebrachten Markierungen (18M) auf den anatomischen Körper projizieren.