用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法。本发明专利技术的系统使用身体形状捕获设备来获取患者的身体形状，并使用3D形状生成设备来增材地制造患者容纳设备，其至少部分地适应于患者的身体形状或者至少部分地偏离患者的身体形状，从而将患者的身体带入期望的形状，使得患者的身体在手术期间的外部形状与身体在形状捕获期间的外部形状相同。患者容纳设备包括可被定位系统检测到的至少一个跟踪器元件。定位系统适于捕获指示至少一个跟踪器元件在手术期间的位置和/或定向的数据，这对于在软组织上或软组织中高度灵活地且没有特定的自然或人工标志进行外科手术尤其重要，外科医生能够在来自手术部位的实时图像中进行定向/导航。中进行定向/导航。中进行定向/导航。

【技术实现步骤摘要】
用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置。

技术介绍

[0002]美国专利第9,433,387 B2号公开了一种用于从患者获得颅骨或其他扫描的系统。该系统包括诊断扫描工作台和符合患者身体轮廓的一部分的模具。在一个实施例中，提供了用于包围患者头部的面罩。传感器放置在模具或面罩内，用于获得压力读数，该压力读数可以指示患者的运动，例如吞咽动作。传感器的信号可用于避免在扫描期间由于患者运动而导致的不准确性。为此，传感器耦合到扫描系统。
[0003]此外，US 2019/0105423 A1公开了用于患者肢体的支撑物。这种支持物包括形成格子结构的柔性多腔管交错面的网状物。通过给多腔管充气，可以使支撑物内的跛行者固定不动。
[0004]Wiley
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Liz，Inc.的V. Edward，C. Windishburger等人的文章“Quantification of fMRI Artifact Reduction by a Novel Plaster Cast Head Holder（通过新颖石膏模型头部固定器减少fMRI伪影的量化）”( 2000年9月在线发表)公开了一种用于在fMRI扫描期间固定和重新定位患者头部的石膏模型头部固定器。石膏模型头部固定器将减少无意的头部运动幅度，并减少运动伪影。石膏模型头部固定器包括具有延展性固定材料的头部面罩，该固定材料在其完全硬化状态下是坚硬的。
[0005]虽然有各种各样的技术用于在手术前从患者身体获取图像，例如超声成像放射检查、计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)，但是外科医生在手术期间识别用照相机观察的对象和组织方面仍然存在问题。
[0006]在US 2016/0249987 A1中，在手术前将传感器附着到患者的解剖结构，而在手术期间，计算单元与传感器通信，使得能够在手术期间配准（register）患者的解剖结构。用于附着传感器的患者解剖结构例如是骨骼或相对刚性的器官。然而，这种方法需要在实际手术之前进行额外的侵入性手术干预，这意味着额外的费用以及患者额外的身体负担。此外，患者的软组织，例如肌肉、肌腱、韧带、脂肪、纤维组织、淋巴和血管，在患者身体的重新定位期间会变形，即患者身体或患者身体部分的位置和/或定向的改变。重新定位会导致重量的重分布，这进而会导致患者身体的变形。因此，非常希望避免上述问题并帮助外科医生在手术期间定向。

技术实现思路

[0007]这个目的通过根据权利要求1的装置以及也根据权利要求14的方法来解决。
[0008]本专利技术的装置包括身体形状捕获设备、处理单元、3D形状生成设备和定位系统。身体形状捕获设备适于获取患者身体的至少一部分的(外部轮廓)形状。处理单元适于生成适于至少部分容纳患者身体的患者容纳设备的数据表示。基于患者的形状生成容纳设备的数据表示。术语“患者的形状”可以理解为他或她的身体的外部轮廓。3D形状生成设备适于基
于数据表示增材地制造患者容纳设备的至少一部分。例如，形状生成设备可以是3D打印设备。患者容纳设备包括至少一个跟踪器元件，其连接到(患者容纳)设备并适于指示患者容纳设备的位置和定向。定位系统适于在手术期间捕获指示至少一个跟踪器元件的位置和/或定向的数据。可以在采集患者身体的至少一部分的(外部轮廓)形状的任何医学扫描或实时扫描执行之前执行患者的身体形状扫描。
[0009]可替换地，可以从医学扫描中直接获得患者身体部分的形状，而不需要预先执行形状扫描，例如，在医学扫描中利用身体部分的自动皮肤分割。直接从医学扫描获得患者身体部分的形状可以降低从医学扫描到手术进一步改变患者身体部分的位置的风险。可以使用机械扫描仪、激光扫描仪、结构光照明和照相机系统、立体或多照相机系统或任何其他合适的形状获取设备来扫描身体或其至少一部分的形状。如此获得的表征患者身体形状的数据可以在处理单元中使用，以生成患者容纳设备的数据表示。患者容纳设备的内部形状可以适应患者身体的(外部相对)形状。可替换地或附加地，患者容纳设备的内部形状的至少部分可以偏离患者身体的精确外部轮廓形状，使得能够例如通过改造患者软组织的一部分来重新定位患者身体的至少部分和/或重新分配患者身体的重量。
[0010]3D形状生成设备尤其可以打印石膏、玻璃纤维或基于树脂的铸件，从而创建三维结构。通过移除设计患者容纳设备时的结构限制，该过程能够使患者容纳设备更好地适合患者身体。本专利技术的概念还能够包括可移动连接的结构/部件，例如用于手术窗口和/或关节的覆盖结构，从而能够容易地将患者容纳设备附接到患者身体和从患者身体移除患者容纳设备。
[0011]患者容纳设备将用于在外科手术过程期间定位和/或成形患者，使其具有与在医学成像期间相同的形状或校正的形状。
[0012]至少一个跟踪器元件连接到患者容纳设备，并适于指示患者容纳设备的位置和定向。换句话说，至少一个跟踪器元件适于指示容纳设备的空间中的至少一个点的位置(X，Y，Z)以及自由定向(围绕轴X，Y，Z的角度定向)。可替换地，可以提供两个或更多个跟踪器元件来指示患者容纳设备的空间位置和定向。
[0013]此外，该装置包括定位系统，用于捕获指示示例照相机、CT扫描仪、x射线装置或任何其他装置或医学成像设备中的任何跟踪器元件的位置和定向的数据。
[0014]在第二实施例中，该装置还包括:医学成像系统、实时成像设备和计算单元。医学成像系统适于获得与至少一个跟踪器元件相关的患者感兴趣区域的至少一个至少二维医学图像。这些图像可以在手术前扫描中或者甚至在手术期间获得。跟踪器与患者容纳设备的附着可以随之定位。医学成像设备可以包括处理单元，该处理单元在坐标系中生成扫描图像，其中跟踪器元件位于相同的坐标系中。
[0015]在手术现场，定位系统被提供用于捕获指示手术期间跟踪器的位置和/或定向的数据。关于跟踪器的位置和/或定向的数据可以由至少一个跟踪照相机捕获。照相机可能靠近或也可能不靠近手术部位，而是保持一定距离。但是，应确保视线能见度。
[0016]可替换地，可以使用主动跟踪方法，其中患者容纳设备可以发射至少一个信号，例如射频(RF)信号、光信号或超声波信号。患者容纳设备的信号可以被接收并用于在手术期间捕获/获得患者容纳设备的位置和/或定向。例如，RF跟踪器可以在制造期间或之后嵌入
到患者容纳设备中。在这种情况下，从放置跟踪器的地点捕获/传输数据。
[0017]由于患者被放置在患者容纳设备的单独成形部分内（该单独成形部分与他或她在医学成像过程期间所具有的患者容纳设备的成形部分相同），患者的身体将进行与它在医学扫描期间相同的成形手术。因此，由定位系统捕获的数据精确地指示了患者容纳设备的位置和定向，并因此指示了患者组织结构的位置。形状自适应容纳设备现在将对患者的身体进行再成形，并确保患者的所有组织都处于与它们在医疗扫描期间相同的位置。这对于在软组织上或软组织中高度灵活且没有特定自然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在手术期间定位患者身体并跟踪患者位置的装置，包括：
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适于获取患者身体(13)的至少一部分的外部轮廓形状（S）的身体形状捕获设备(11)；
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处理单元(12)，适于基于患者身体的形状(S)生成数据表示(M)，该数据表示(M)用于适于至少部分容纳患者身体(13)的患者容纳设备(14)；
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3D形状生成设备(15)，适于基于数据表示(M)增材地制造患者容纳设备(14)的至少一部分，该患者容纳设备包括至少一个跟踪器元件(16)，该跟踪器元件连接到患者容纳设备(14)并且适于指示患者容纳设备(14)的位置和定向；和
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定位系统(29)，用于在手术期间捕获指示至少一个跟踪器元件的位置的数据。2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
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医学成像系统(21), 其适于获取与所述至少一个跟踪器元件相关的患者感兴趣区域的至少一个至少二维的医学图像；
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用于获取手术部位的实时图像的实时成像设备(33)；和
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计算单元(24)，其适于根据手术期间跟踪器元件的位置的捕获数据来配准和混合医学图像和实时图像。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述处理单元(12)还适于使用所述至少一个医学图像(25)计算所述至少一个形状（S）。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述患者容纳设备(14)涉及可移动工作台(23)和增材制造的结构(31)，所述增材制造的结构可放置在所述可移动工作台(23)上。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述3D形状生成设备(15)适于增材地构建增材制造的结构(31)作为一个部件。6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，所述增材制造的结构(21)的内部形状至少部分地被调整到患者身体(13)的外部轮廓形状（S）。7.根据权利要求4至6中任一项所述的装置，其中，所述增材制造的结构(21)的内部形状至少部分偏离所述外部轮廓形状(S ),从而将所述患者的身体带入期望的位置、定向和/或形状(D)。8.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：爱尔博卓见有限责任公司，
类型：发明
国别省市：