用于配准实况和扫描图像的装置和方法制造方法及图纸

用于配准实况和扫描图像的装置和方法。本发明专利技术的系统对患者的非刚性组织结构使用医学成像和实况成像，并通过在手术期间对患者的身体18进行塑形，使得手术期间患者的身体的外部形状与成像期间身体的外部形状相同，来提高精确度和可靠性。处理单元将精确地重叠扫描图像（或从几个扫描图像获得的图像或图形表示）和手术期间获取的实况图像，以用于增强外科医生在手术期间的理解和取向。在手术期间的理解和取向。在手术期间的理解和取向。

【技术实现步骤摘要】
用于配准实况和扫描图像的装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种用于对患者的身体进行手术的布置和一种用于图像配准的方法。
[0002]美国专利第US9,433,387B2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的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的头部的面罩。传感器被放置在模具或面罩内，以用于获得压力读数，该压力读数可以指示患者的移动，诸如吞咽动作。传感器的信号可以用于避免扫描期间由于患者的移动而导致的不准确性。为此，传感器被耦合到扫描系统。
[0003]此外，US 2019/0105423 A1公开了一种用于患者的肢体的支撑件，该支撑件包括形成网格结构的柔性多腔管交错网络。通过使该多腔管膨胀（inflat），可以固定放置在支撑件内的肢体。
[0004]文章V. Edward、C. Windishburger等人的Quantification of fMRI Artefact Reduction by a Novel Plaster Cast Head Holder（2000年9月在线出版，Wiley
‑
Liz公司）公开了一种石膏铸件头部保持器，用于在fMRI扫描期间固定和重新定位患者的头部。石膏铸件头部保持器将减少无意的头部移动的幅度并减少移动伪影。石膏铸件头部保持器包括具有可延展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以用于在手术前从患者的身体获取图像，如超声成像放射检查、计算机断层摄影（CT）或磁共振成像（MRI），但外科医生关于标识在手术期间用相机观察的对象和组织可能仍然有问题。因此，强烈期望避免该问题，并帮助外科医生在手术期间取向。
[0006]该目的通过根据权利要求1的布置以及也通过根据权利要求15的方法来解决。
[0007]本专利技术的布置包括适应于患者的身体的形状的患者支撑设备。在医学成像期间（优选术前）以及也在外科手术期间，可以使用作为整体的支撑设备或至少适于患者的身体的（一个或多个）部分。在第一实施例中，患者支撑设备可以例如通过根据患者的身体部分的形状的扫描的三维打印（3D打印）被生产为刚性身体塑形元件（shaping element）。形状扫描可以在执行任何医学扫描或实况扫描之前执行，并获取患者的身体的至少一部分的外部形状。替代地，可以从医学扫描中直接获得患者的身体部分的形状，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的身体部分的形状可以降低在形状扫描和医学扫描之间患者的身体部分的位置的进一步改变的风险。可以使用机械扫描仪、激光扫描仪、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。如此获取的表征患者的身体的形状的数据可以用于产生在医学扫描期间以及也在外科手术期间应用于患者的刚性身体塑形元件。
[0008]在第二实施例中，患者支撑设备本身适于在术前扫描期间捕获患者的至少一个区域的轮廓，并且之后保持该轮廓。患者支撑设备或至少该设备的轮廓捕获部分可以具有两种状态：初始（柔软）状态，其中它可以适于身体的形状，以及最终（硬化）状态，其中一旦在患者的身体处或在患者的身体上获取它就保持该形状。患者支撑设备将用于在外科手术期间以与医学成像期间（扫描期间）相同的形状定位患者。连接到支撑设备的至少一个跟踪器元件适于指示支撑设备的位置和取向。换言之，跟踪器元件适于结合三个取向（围绕轴X、Y
和Z的角度取向）来指示支撑件的空间中至少一个点的位置（X，Y，Z）。替代地，可以提供两个或更多个跟踪器元件来指示支撑设备的空间位置和取向。
[0009]此外，该布置包括用于捕获指示跟踪器元件中的任何跟踪器元件的位置和/或取向的数据的构件，例如相机、CT扫描仪、X射线装置或任何其他布置或医学成像设备。该医学成像设备适于获取患者的感兴趣的区域的至少一个至少二维扫描图像。医学成像设备适于获取与至少一个跟踪器元件的位置相关的那些图像。图像可以在术前扫描中或者甚至在手术期间获取。附接到支撑设备的跟踪器可以与其一起定位。医学成像设备可以包括处理单元，该处理单元用位于相同坐标系中的跟踪器元件在该坐标系中生成扫描图像。
[0010]在手术部位（operation site）处提供定位系统，以用于在手术期间捕获指示跟踪器的位置（和/或取向）的数据。关于跟踪器的位置的数据可以由至少一个跟踪相机捕获。相机可能不靠近外科手术部位，而是保持在一定距离处。然而，应确保视线能见度。
[0011]替代地，可以使用主动跟踪方法，其中支撑设备可以发射至少一个信号，诸如射频（RF）、光或超声波信号。支撑设备的信号可以被接收并用于在手术期间捕获/获得支撑设备的位置（和/或取向）。例如，RF跟踪器可以被嵌入支撑设备中。在该情况下，数据是从放置跟踪器的部位捕获/传输的。
[0012]由于患者被放置在与他或她在医学成像过程期间的支撑设备的相同的单独塑形部分内，因此患者的身体在手术期间将呈现（assume）与其在医学扫描期间具有的相同的形状。因此，由定位系统捕获的数据精确地指示了患者支撑设备的位置，并因此指示了患者的组织结构的位置。形状自适应支撑设备现在将重塑患者的身体，并确保患者的所有组织都在与它们在医学扫描期间已经处于的相同位置中。这对于在具有高灵活性并且没有特定的天然或人造界标（land marks）的软组织上或软组织中进行外科手术特别重要。
[0013]处理单元可以配准并混合扫描图像和实况图像，并为外科医生提供完美的取向。特别地，本专利技术的系统提供了以下优点：1.不需要用于在患者的身体内植入跟踪标记或记号的术前干预。
[0014]2.不需要在骨骼或目标结构中使用螺钉、销钉或诸如此类。因此，可以避免附加的外科手术和并发症。
[0015]3.在外科手术期间减少或者甚至不需要使用附加的医学成像设备。
[0016]4.本专利技术的方法和系统不依赖于刚性的解剖结构（如骨骼）或具有低变形的器官。
[0017]本专利技术避免了由于由改变患者的轮廓或位置而引起的重量的重新分布而导致的患者的躯干的轮廓中的变化。因此，本专利技术允许获取医学图像并在之后执行外科手术。可以在与医学成像期间的位置不同的患者的位置中执行外科手术。
[0018]将患者放置在适应于患者的身体的形状的患者支撑设备中或患者支撑设备上，将把患者身体的形状转移到支撑设备。支撑设备将在术前扫描期间捕获并保持患者的轮廓。支撑设备可以包括至少一个元件，该元件包括铸造材料，例如石膏铸件、玻璃纤维、树脂基铸件或其他任何事物，当患者第一次被放置在其上或其中时，该材料是可延展的。在变得坚硬之后，塑形的支撑设备（铸件）将在外科手术期间重新定位患者时被再次使用。在固化可延展可固化材料之前或之后，至少一个跟踪器元件将被放置在支撑设备上或支撑设备中。比如螺钉、基准、球、销钉或诸如此类的嵌入式元件可以用作跟踪器，并且将充当位置标记以将患者配准到导航系统。导航系统可以包括处理单元，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在患者的身体（18）上成像（10）和手术（34）的布置，包括：患者支撑设备（11），其适应于患者的身体的形状，至少一个跟踪器元件（21），其连接到支撑设备（11）并适于指示支撑设备（11）的位置和取向，用于捕获指示至少一个跟踪器元件（21）的位置和/或取向的数据的构件（33），医学成像系统（13），其适于获取与至少一个跟踪器元件（21）的位置相关的患者的感兴趣的区域的至少一个至少2维扫描图像（29），定位系统（35），用于在手术期间捕获指示至少一个跟踪器的位置的数据（36），实况成像设备（39），用于获取手术部位的实况图像（42），处理单元（28，28a），其适于根据在医学成像和实况成像期间捕获的数据配准和混合扫描和实况图像（29，42，52）。2.根据权利要求1所述的布置，其中，患者支撑设备（11）包括可移动工作台（14，14a）。3.根据前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，通过根据对患者的身体的外部形状的至少一部分的扫描来3D打印至少一个元件（15），患者支撑设备（11）适应于患者的身体的形状。4.根据权利要求1或2中的任一项所述的布置，其中，患者支撑设备（11）包括可变形元件（15），所述可变形元件（15）包括可延展材料（15a）或由可延展材料（15a）组成，并且其中，所述可延展材料是可固化材料（15a）。5.根据权利要求3所述的布置，其中至少一个跟踪器元件（21）被直接连接到至少一个可变形元件（15）。6.根据权利要求3所述的布置，其中至少一个可变形元件（15）在一侧处是敞开的，使得能够从可变形元件（15）中移除患者和将患者重新插入到可变形元件（15）中。7.根据前述权利要求中的任一项所述的...

【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：