借助参考标记在手术中进行图像记录的制作方法
【专利说明】借助参考标记在手术中进行图像记录
[0001]本发明涉及一种用于将借助成像方法、尤其是断层成像方法获得的图像数据结合到用于手术规划和/或用于手术期间导航的系统中的方法，其中图像数据首先或事先借助成像方法、如X射线和/或计算机断层成像获得或已经获得。本发明还涉及分别尤其用于在这样的方法中使用的一种参考体、一种电磁场发生器以及一种医学系统。
[0002]对于介入式外科手术的规划和执行，原则上公知使用手术前获得的患者的、通常是按照数字形式呈现的图像数据、例如X射线或计算机或核自旋断层成像拍摄。这样的方法提供器官或身体部位的“内部视图”。在一些方法中这些图像数据也在手术期间被建立或者说更新，以便将不能或只能很难由电影或视频摄像机检测的、在拍摄的对象上的可能变化，例如手术进程或身体对外科手术的反应，进行可视化。从断层成像获得的图像数据中可以计算一个或多个身体部位和/或器官的三维模型。
[0003]此外通常的是，在手术期间例如利用内窥镜拍摄视觉照片，诸如患者的照片或视频图像，并且与手术前建立的断层成像图像数据一起在监视器上作为单个图像或叠加地显示。以这种方式例如可以使得要去除的组织或在手术区域中呈现的并且通过外科手术威胁的神经路径或血管被外科手术医生更好看见。图像数据的该显示使得外科医生可以尽可能有效和在最小患者的危害周围组织的情况下采用在手术时使用的医学设备。
[0004]计算机断层成像获得的图像数据(以下称为断层成像图像数据)或X射线技术获得的图像数据使得可以可视化人身体中的区域，所述区域为了建立拍照或视频技术获得的图像数据(以下称为F/V图像数据)会要求介入方法。为此断层成像图像数据相对于F/V图像数据具有的缺陷是，其通常不是忠于比例而是失真地显示拍摄的区域。断层成像图像数据的失真是由系统引起的并且没有任何可预测的规律性，按照该规律性可以通过预定的矫正算法矫正所述断层成像图像数据。断层成像图像数据到用于手术规划和/或手术期间导航的系统、例如位置检测系统中的结合，由此要求断层成像图像数据的尽可能无错矫正，以便实现期望的精度。
[0005]公知的矫正方法将失真的断层成像图像数据与对同一个区域，优选从同一个透视成像的相应的F/V图像数据比较，并且基于断层成像图像数据与F/V图像数据的确定的偏差执行断层成像图像数据的矫正。然后可以将图像数据例如叠加地在显示器上显示。
[0006]用于矫正断层成像图像数据的这样的公知方法具有的缺陷是，其通常产生具有错误的结果。为此的一个原因是，在建立断层成像图像数据和F/V图像数据时不能精确实现相同的透视并且由此根据透视上不同F/V图像数据进行矫正。此外不同的图像数据通常在不同的时刻被建立，从而例如肿大、血肿等会导致在矫正断层造影图像数据时的误差。
[0007]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于将断层成像图像数据结合到用于手术规划或用于手术中导航的系统中的可靠方法。本发明所要解决的技术问题同样在于，提供分别适合于在这样的方法中使用的一种参考体、一种电磁场发生器以及一种医学系统。
[0008]所述技术问题按照本发明通过用于将计算机断层成像和/或X射线技术获得的图像数据结合到用于手术规划和/或用于手术间导航的系统中的方法解决，所述方法具有以下步骤:
[0009]-借助至少一个适合于此的第一拍摄设备拍摄患者的至少一个定义的身体区域的断层成像图像数据或X射线技术获得的图像数据，其中具有至少一个表面的第一参考体布置在患者上并且由第一拍摄设备一起拍摄；
[0010]-将所拍摄的代表第一参考体的图像数据与第一参考体的已知几何数据比较以获得失真?目息;
[0011]-通过计算单元基于失真信息矫正拍摄的图像数据以获得矫正的图像数据；
[0012]-将矫正的图像数据与患者的同一个身体区域的其它图像数据叠加以获得叠加的图像数据；和
[0013]-在显示器上显示叠加的图像数据。
[0014]所述方法包括如下思路，手术前完成计算机断层成像并且手术中利用C形臂完成X射线图像(X光检查图像)。通过具有已知几何形状的体可以矫正手术中拍摄的X射线图像(X光检查图像)并且由此与虚拟的、由手术前拍摄的、例如由计算机断层成像产生的X射线图像进行比较。这具有如下优点，即，医生在手术规划时和在执行手术时可以根据X射线图像定向，并且具体来说是在手术前拍摄的以及在手术中拍摄的X射线图像。替代X射线技术拍摄的图像数据，图像数据也可以以其它成像方法，例如基于超声波的方法拍摄。断层成像图像数据也可以借助计算机断层成像、磁共振断层成像、超声波断层成像等获得。
[0015]优选地，第一参考体的几何数据作为对第一参考体的实际几何形状无失真地成像的图像数据呈现。
[0016]优选地，患者的同一个身体区域的其它图像数据包括第一参考体的几何数据作为图像数据。
[0017]此外优选的是，第一参考体在拍摄其它图像数据时相对于拍摄设备和/或患者的位置与在拍摄断层成像图像数据时相同，以便在矫正图像数据时不必考虑不同的位置。
[0018]也有利的是，第一参考体在拍摄其它图像数据时相对于拍摄设备的距离与在拍摄断层成像图像数据时相同，从而不可能出现不同的失真。
[0019]也有利的是，第一参考体在建立断层成像图像数据期间这样定向，使得第一参考体的表面的尽可能大的部分面向拍摄设备，以便能够以这种方式拍摄参考体的尽可能重要的图像数据。
[0020]优选的是，第一参考体布置在患者的身体部位上，因此身体部位和第一参考体可以以尽可能详细的拍摄被检测。
[0021]患者的同一个身体区域的其它图像数据可以由第二拍摄设备、优选X射线设备建立并且包括X射线图像或者说X光检查图像。
[0022]优选地，参考体具有定位器，例如传感器线圈或光学定位器。这允许了在矫正过程中不仅互相比较所拍摄的具有已知几何数据的图像数据，而且还比较用于手术中导航的参考场。这在本身公知的电磁导航情况下可以是由场发生器产生的交变场，其由传感器线圈检测。所拍摄的具有已知几何数据的图像数据与用于手术间导航的参考场的这种比较允许进行配准，该配准不仅在手术前，而且在手术中都可以进行。
[0023]第一参考体优选是环形或圆形的和/或具有环形的和/或圆形的区域和/或元件。
[0024]优选地，其它图像数据在手术中被拍摄并且因此是最新的。
[0025]显示器优选包括监视器。
[0026]患者的定义的身体区域优选地包括脊柱，S卩，该方法尤其对于在脊柱区域的检查或治疗的支持是有利的。
[0027]断层成像图像数据的至少一部分可以在检查或手术之前被拍摄，例如在断层成像仪中，例如核磁共振断层成像仪，其否则会妨碍检查或手术。
[0028]特别优选地，第二或另一个参考体布置在患者身体中的手术位置上，其中手术位置布置在患者的定义的身体区域中。第一参考体和第二参考体在用于规划和执行手术的导航系统中配准，其中第一参考体和第二参考体的相对于参考点的位置数据通过导航系统确定。为了配准，有利的是，第一参考体和第二参考体具有定位器，例如传感器线圈或光学定位器。传感器线圈在这种导航系统中的使用原则上是公知的。借助第一参考体和第二参考体的确定的位置数据可以将断层成像图像数据和其它图像数据在导航系统中叠加地显示在显示器上。由此借助手术中获得的以及矫正的X射线图像实现了精确导航。图像数据的叠加精度通过第一参考体和第二参考体在导航系统中的配准被优化。
[0029]两个参考体互相组合的使用(其中第一个是具有已知几何形状的体并且第二个是在手术位置处的更小的局部定位器)允许了在手术中获得空间信息并且逐渐显示到在手术中产生的X射线图像中。
[0030]也可以两个参考体都是具有已知几何形状的体。这实现了，例如尤其当没有深度信息的多个二维图像(例如X射线技术获得的图像)从不同的角度被拍摄并且互相关联时，从例如X射线技术获得的X光检查图像中获得空间信息。
[0031]有利的是，第一参考体和/或第二参考体借助电磁的和/或光学的位置检测系统进行检测位置。优选地，位置检测与图像数据的拍摄同时地和/或与其它图像数据的拍摄同时地进行。
[0032]电磁的以及光学的位置检测系统原则上都是由现有技术公知的。例如公知具有场发生器的电磁位置检测系统。场发生器在手术区域中产生通常是交变的电磁交变场。在需要在该手术区域中导航的医学仪器处布置了具有线圈的定位元件。电磁交变场在所述线圈中根据各自线圈相对于电磁交变场的定向而感应产生特征性的电流，从所述电流中可以确定线圈的位置信息。
[0033]第一参考体和/或第二参考体可以具有传感器线圈作