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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der computergestützten Chirurgie
oder der bildgeführten Chirurgie.
Insbesondere bezieht sie sich auf die Rekonstruktion der Oberfläche eines
Knochens während
einer Operation.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Da
uns die Technik erlaubt, auf dem Gebiet der computergestützten Chirurgie
Fortschritte zu erzielen, werden solche Systeme weiter spezialisiert und
verfeinert. Die Fortschritte, die für die orthopädische Chirurgie
erzielt werden, sind besonders beeindruckend. Diese Systeme erlauben
Chirurgen, sich für
die Operation vorzubereiten, indem sie 3D-Modelle der Anatomie des
Patienten betrachten, die unter Verwendung von präoperativen
Bildern, wie z. B. Abtastungen und Röntgenbildern, rekonstruiert
wurden. In die dreidimensionalen Bilder können an beliebigen interessierenden
Stellen virtuelle Planungsmarkierungen eingesetzt werden, wobei
das ideale Implantat oder die ideale Prothese für einen spezifischen Patienten
entworfen werden können,
indem virtuelle Implantatmodelle konstruiert werden und die Ergebnisse
mit dem rekonstruierten Modell simuliert werden.
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Ferner
werden während
der Operation viele chirurgische Instrumente nun verfolgt und können auf den
rekonstruierten 3D-Modellen angezeigt werden, um Chirurgen eine
Referenz zur Verfügung
zu stellen, wo sie sich innerhalb eines Patientenkörpers befinden.
Dies ist ein wertvoller Gewinn in der Chirurgie, die schwierige
Prozeduren verwendet, die dem Chirurgen sehr wenig Raum zum Manövrieren
lassen. Leider kann dieses Merkmal nur vorteilhaft genutzt werden,
wenn eine 3D-Rekonstruktion
der Patientenstruktur erstellt wurde. Dies wird präoperativ
unter Verwendung verschiedener Abbildungstechniken bewerkstelligt
und kann für
einen Chirurgen recht zeitaufwendig werden.
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Es
ist jedoch wünschenswert,
die präoperative
Zeit, die ein Chirurg zur Vorbereitung einer Operation aufwenden
muss, einzuschränken.
Es ist ferner wünschenswert,
eine Anwendung zu entwickeln, die andere Medien als Computertomographie-(CT)-Abtastungen
verwenden kann, wenn diese nicht verfügbar sind.
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Da
es außerdem
vorteilhaft ist, einem Chirurgen eine visuelle Bestätigung der
Aufgaben zur Verfügung
zu stellen, die er während
der Operation ausführt,
besteht ein Bedarf an der Entwicklung eines CT-losen interoperativen
Knochenrekonstruktionssystems.
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EP 0919203 beschreibt einen
rahmenlosen, stereotaktischen, tomographischen Abtaster, der eine
Abbildungsvorrichtung enthält,
die ein Koordinatensystem im Abtasterraum definiert. Eine Lokalisierervorrichtung
enthält
einen Basisabschnitt, der in einer festen Beziehung zur Abbildungsvorrichtung montiert
ist, und ein freies Ende, das für
eine selektive Bewegung in verschiedene Positionen nahe einem auf
der Abbildungsvorrichtung befindlichen Patientenkörper ausgelegt
ist. Ein Positionswandler, der der Lokalisierervorrichtung zugeordnet
ist, erzeugt in einem Lokalisiererraum Lokalisierervorrichtungsspitze-Ortsinformationen,
wenn die Lokalisierervorrichtung nahe dem Patientenkörper bewegt
wird. Ein Prozessor konvertiert die Lokalisiererspitze-Ortsinformationen
zu konvertierten Lokalisiererspitze-Ortsinformationen in einem Bildraum.
Die Abbildungsvorrichtung ist dafür ausgelegt, Patientenkörper-Bildinformationen
in dem Bildraum bezüglich
des auf der Vorrichtung befindlichen Patientenkörpers zu erzeugen. Eine Anzeigeeinheit
ist enthalten, um die Patientenkörper-Bildinformationen
zusammen mit den Lokalisiererspitze-Positionsinformationen auf einem von
einem Menschen lesbaren Anzeigemonitor anzuzeigen. Der Basisabschnitt
der Lokalisierervorrichtung ist für eine Montage auf der Abbildungsvorrichtung
an mehreren festen Positionen ausgelegt.
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US-6.006.126 beschreibt
ein System für
eine Computergraphikbestimmung und Anzeige der Anatomie eines Patienten,
wie aus einer CT- oder MR-Abtastung, die zusammen mit der zugehörigen Ausrüstung in
einem Objektfeld, das die Patientenanatomie enthält, gespeichert wird. Eine
erste Digitalisierungskamerastruktur erzeugt ein Signal, das deren
Sichtfeld repräsentiert
und Koordinaten der Indexpunkte in diesem Sichtfeld definiert. Eine
zweite Digitalisierungskamerastruktur erzeugt eine ähnliche Ausgabe
für ein
versetztes Sichtfeld. Die zwei Kamerapositionen sind bezüglich der
Patientenanatomie so definiert, dass die Sichtfelder der Kameras
sowohl die Patientenanatomie als auch die Ausrüstung enthalten, jedoch aus
verschiedenen Richtungen aufgenommen werden. Indexmarkierungen sind
zum Fixieren von Punkten in den Sichtfeldern und lokalisieren entsprechend
die Ausrüstung
relativ zur Patientenanatomie. Die Indexmarkierungen werden durch eine Vielfalt
von Strukturen bereitgestellt, einschließlich Lichtquellen in verschiedenen
Formen, wie Reflektoren, Dioden und Laserabtasterstrukturen, um
ein sichtbares Gitter, Netz oder eine Wolke von Punkten bereitzustellen.
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US 6.033.415 beschreibt
ein Verfahren zum Transformieren eines Knochenbilddatensatzes, der wenigstens
ein Teilbild eines langen Knochens repräsentiert, in ein Roboterkoordinatensystem,
das die Erzeugung des Knochenbilddatensatzes aus einem Knochenbild,
die Registrierung eines Knochendigitalisiererarms zum Roboterkoordinatensystem,
die Erzeugung eines digitalisierten Knochendatensatzes durch Aufnehmen
von Knochenoberflächenpositionsmessungen
mit dem Digitalisiererarm, und das Transformieren des Knochenbilddatensatzes
in das Roboterkoordinatensystem durch Ausführen einer Ausgleichsberechnung
zwischen Koordinaten des Knochenbilddatensatzes und entsprechenden
Koordinaten des digitalisierten Knochendatensatzes umfasst.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die präoperative
Zeit in chirurgischen Prozeduren zu reduzieren.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Zeit der Instrumentenkalibrierung
in chirurgischen Prozeduren zu reduzieren.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein einfaches CT-loses
System zu schaffen, das für
einfache chirurgische Fälle
verwendet wird, und das in Kombination mit einem CT-basierten System
für schwierige
chirurgische Fälle
verwendet werden kann.
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Gemäß einem
ersten weitreichenden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum intraoperativen Darstellen eines Näherungsmodells einer anatomischen
Struktur, die kein Teil eines lebenden menschlichen oder tierischen
Körpers
ist, geschaffen, wobei das Verfahren umfasst: Anbringen eines Aufzeichnungswerkzeugs,
das an einem ersten Ende eine flache Scheibenoberfläche besitzt
und ein ihm zugeordnetes Positionserfassungssystem besitzt, an mehreren
Orten an der anatomischen Struktur; Erfassen von Eingangsdaten unter
Verwendung des Aufzeichnungswerkzeugs, derart, dass für jeden
der Orte ein Punkt aufgezeichnet wird; Verarbeiten der Eingangsdaten
zu einem Näherungsmodell
der anatomi schen Struktur; und Anzeigen des Näherungsmodells auf einer Ausgabevorrichtung.
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Das
Aufzeichnungswerkzeug ist mit einer Spitze versehen, die eine flache
Oberfläche
aufweist und dafür
ausgelegt ist, mit der Oberfläche
einer anatomischen Struktur Kontakt herzustellen und die Normale
am Kontaktpunkt aufzuzeichnen. Vorzugsweise wird eine Punktwolke
als Mosaik auf der Ausgabevorrichtung angezeigt. Alternativ wird
die Punktwolke geglättet
und auf der Ausgabevorrichtung wird eine geglättete Oberfläche angezeigt.
Die Punkte, an denen die Daten aufgenommen wurden, können ebenfalls
auf der geglätteten
Oberfläche
angezeigt werden. Ferner wird alternativ eine dreidimensionale Rekonstruktion
auf der Grundlage der erfassten Eingangsdaten durchgeführt.
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Außerdem kann
eine Datenbank bekannter Modelle der anatomischen Oberfläche verwendet werden,
um den Abschnitt der anatomischen Oberfläche, der durch die Punktwolke,
die geglättete Oberfläche oder
die dreidimensionale Rekonstruktion repräsentiert wird, anzufügen.
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Gemäß einem
zweiten weitreichenden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
System zum Anzeigen eines Näherungsmodells
einer Oberfläche einer
anatomischen Struktur geschaffen, wie in Anspruch 22 definiert ist.
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Das
Verarbeitungsmodul kann vorzugsweise auch entweder eine Glättung einer
Oberfläche
oder eine Rekonstruktion eines dreidimensionalen Modells durchführen. Ferner
kann eine Datenbank bekannter Modelle vorhanden sein, um irgendeinen
Abschnitt der anatomischen Oberfläche, die durch die erfassten
Eingangsdaten repräsentiert
wird, anzulegen, um ein gesamtes Modell der anatomischen Oberfläche anzuzeigen.
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Ferner
weist das Aufzeichnungswerkzeug vorzugsweise eine Spitze auf, die
dafür ausgelegt
ist, Kontakt mit der Oberfläche
einer anatomischen Struktur herzustellen und die Normale am Kontaktpunkt
aufzuzeichnen. Die Normale für
jeden Kontaktpunkt ist in den Eingangsdaten enthalten und wird in der
Darstellung der anatomischen Oberfläche verwendet.
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Gemäß einem
dritten weitreichenden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Aufzeichnungswerkzeug geschaffen, wie in Anspruch 19 definiert ist.
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Das
Werkzeug ist ein zweiendiges Werkzeug mit einer ersten flachen Oberfläche am ersten
Ende und einer zweiten flachen Oberfläche am zweiten Ende, die ferner
dafür ausgelegt
ist, die Normale an einem Kontaktpunkte zu bestimmen. Die erste
flache Oberfläche
und die zweite flache Oberfläche
weisen unterschiedliche Abmessungen auf.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen
besser verstanden, in welchen:
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1 ein
Flussdiagramm des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist;
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2 die
Mosaikrekonstruktion eines Knochens zeigt;
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3 den
rekonstruierten Knochen nach einer Glättung zeigt;
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4 ein
Diagramm eines Aufzeichnungswerkzeugs mit einer adaptiven Spitze
ist;
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5 ein
Blockdiagramm des Systems gemäß der Erfindung
ist; und
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6 ein
Blockdiagramm eines Abschnitts des Systems der 5 ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zum
Zweck dieser Beschreibung wird eine Knie-Totalersatzoperation verwendet,
um die Erfindung zu demonstrieren. Es ist jedoch hervorzuheben,
dass die Erfindung verwendet werden kann, um die Oberfläche einer
beliebigen anatomischen Struktur in einem Körper zu rekonstruieren.
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1 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte beschreibt, die verwendet werden,
um interoperativ ein Näherungsmodell
einer anatomischen Struktur auf einer Ausgabevorrichtung anzuzeigen.
Der erste Schritt besteht darin, ein Aufzeichnungswerkzeug an die
anatomische Oberfläche 20 zu
bringen. Dieses Werkzeug kann ein standardisierter Digitalisierungszeiger,
ein Laserzeiger oder irgendein anderes Aufzeichnungswerkzeug sein,
das Fachleuten bekannt ist. Ein Positionserfassungssystem muss dem
Werkzeug zugeordnet sein, um die Position und Ausrichtung des Erfassungswerkzeuges
zu verfolgen, wenn es sich über
die Oberfläche
der anatomischen Struktur bewegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird
ein infrarotlicht reflektierendes Verfolgungssystem mit wenigstens
drei Reflektoren verwendet. Alternativ kann irgendein mechanisches,
elektromagnetisches oder optisches Positionserfassungssystem verwendet
werden. Der nächste
Schritt besteht aus der Erfassung von Eingangsdaten an jedem Kontaktpunkt 22.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Normale an jedem Kontaktpunkt bestimmt und in die Eingangsdaten
eingegliedert. Ein Werkzeug mit einer kleinen flachen Oberfläche, wie
z. B. einer kleinen Scheibe, wird verwendet, um die Daten zu erfassen,
so dass anstelle nur der Aufzeichnung eines Punktes an jedem Kontaktpunkt
eine kleine Oberfläche
aufgezeichnet wird. Die Eingangsdaten werden anschließend zu
einem Näherungsmodell
der anatomischen Oberfläche 23 verarbeitet
und dann auf der Ausgabevorrichtung 24 angezeigt.
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Die
Verarbeitung kann einfach das Transformieren der Eingangsdaten in
eine Punktwolke umfassen, die ein Mosaik bildet, das einen Abschnitt
der anatomischen Oberfläche
repräsentiert,
die digitalisiert wurde. Ein Beispiel eines Abschnitts eines Oberschenkelknochens
ist in 2 durch eine Punktwolke dargestellt gezeigt. Alternativ
können
die Eingangsdaten geglättet
werden, um als geglättete Oberfläche anzeigt
zu werden, die eine genauere Oberflächentopologie des Abschnitts
der anatomischen Struktur repräsentiert,
die digitalisiert wurde. Ein Beispiel desselben Oberschenkelabschnitts,
der geglättet
wurde, ist in 3 zu sehen. Aus dieser Figur
wird deutlich, dass die Normale jedes Kontaktpunkts berücksichtigt
wurde, als die Punkte aufgezeichnet wurden. Eine Oberflächentopologie
ist anhand der angezeigten Oberfläche offensichtlich.
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Die
Eingangsdaten können
auch verwendet werden, um ein dreidimensionales Modell des Abschnitts
der anatomischen Struktur zu rekonstruieren, die digitalisiert wurde.
Dies erfordert eine komplexere Verarbeitung der Eingangsdaten als
eine einfache Glättung.
Alternativ können
die aufgezeichneten Punkte mit einem bekannten Modell derselben anatomischen
Struktur abgeglichen werden, wobei das Modell auf der Ausgabevorrichtung
mit den auf dem Modell angezeigten digitalisierten Punkten angezeigt
wird. Auf diese Weise kann der gesamte Kno chen während der Operation visualisiert
werden. Alternativ können
die Eingangsdaten verwendet werden, um ein ganzes Modell der anatomischen
Oberfläche
unter Verwendung einer Extrapolation der Eingangsdaten zu rekonstruieren.
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Eine
weitere Möglichkeit
zum Anzeigen einer gesamten anatomischen Struktur besteht darin,
einen Abschnitt eines bekannten Modells an den unter Verwendung
des Aufzeichnungswerkzeugs digitalisierten Abschnitt anzulegen.
Wenn z. B. der Abschnitt eines Oberschenkelknochens, der digitalisiert ist,
aus dem vorderen Kortex, der Kondylenoberfläche und der Interkondylenkerbe
besteht, können Schaftabschnitt
und ein Oberschenkelkopf von einem bekannten Modell mit kleineren
Abmessungen an den digitalisierten Abschnitt angelegt und als gesamter
Oberschenkelknochen angezeigt werden. Das bekannte Modell kann an
eine Punktwolke angelegt werden, die ein Mosaik, eine geglättet Oberfläche oder
eine dreidimensionale Rekonstruktion bildet.
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Optional
kann das Modell der auf der Ausgabevorrichtung angezeigten anatomischen
Struktur durch Erfassen von mehr Punkten angepasst werden, so dass
es die wirkliche Topologie der anatomischen Struktur besser repräsentiert.
Wenn mehr Daten erfasst werden, wird das angezeigte Modell aktualisiert,
um die neuen Informationen wiederzugeben.
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Sobald
ein Modell, das die Anatomie repräsentiert, auf der Ausgabevorrichtung
angezeigt wird, können
die für
die Operation verwendeten Werkzeuge bezüglich dieses Modells verfolgt
werden, um somit dem Chirurgen zu erlauben, mit dem Werkzeugen zu
navigieren und einen Bezugspunkt im Körper zu haben.
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Die
Oberflächenmodellrekonstruktion
ist ein Prozess, der dem Benutzer erlaubt, kleine Oberflächen zu
digitalisieren, anstelle von lediglich Punkten. Diese Oberflächen können kleine
Kreise sein, wie in 2 gezeigt ist. Der kleine Kreis
ist physikalisch an der Spitze des Aufzeichnungswerkzeugs als kleine flache
Scheibe vorhanden. Die Größe der Scheibe (Radius)
wird als Kompromiss zwischen Genauigkeit und Zeitaufwand gewählt. Es
ist kontraproduktiv, einen Chirurgen aufzufordern, Hunderte von
Punkten aufzunehmen, wenn die Oberfläche eines Knochens digitalisiert
wird. Je mehr Punkte jedoch aufgenommen werden, desto besser ist
die Darstellung des Knochens und desto genauer ist das Modell. Die
Größe kann
ebenfalls in Abhängigkeit
von der Morphologie der Knochenoberfläche variieren, die die Genauigkeit
des Werkzeugs beeinflusst. Zum Beispiel kann die Scheibe eine Fläche von
1 cm2 abdecken. Die Scheibe muss an der
Oberfläche
flach sein, um möglichst
viel Oberfläche
aufzeichnen. Das Werkzeug zeichnet ferner die Normale am Kontaktpunkt
zwischen der flachen Scheibenoberfläche und dem Knochen auf. Die
Rekonstruktion wird in Echtzeit bewerkstelligt.
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4 zeigt
die bevorzugte Ausführungsform des
Aufzeichnungswerkzeugs, das im Digitalisierungsprozess zu verwenden
ist. Das Werkzeug ist mit einer Positionserfassungsvorrichtung 30 ausgestattet,
wie z. B. jenen, die auf dem Gebiet der Verfolgung bekannt sind,
und weist drei Positionsidentifizierungsvorrichtungen auf. In dieser
Ausführungsform
können
beide Enden des Werkzeugs als Digitalisierungsspitze dienen, wobei
jedes Ende einen anderen Radius aufweist. Das kleinere Ende 32 kann auf
anatomischen Oberflächen
verwendet werden, die die flache Oberfläche des Werkzeugs nicht leicht aufnehmen.
Das größere Ende 34 kann
auf flachen anatomischen Oberflächen
verwendet werden. Der Benutzer wählt
auf dem Computer aus, welches Ende verwendet wird. Alternativ kann
eine automatische Erfassung des verwendeten Endes vorhanden sein,
wie z. B. eine Computererkennung des Radius der Scheibenoberfläche, wenn
diese auf der Knochenoberfläche
platziert ist. Für
die wirkliche Aufzeichnung der kleinen Oberflächen kann dies auf verschiedene
Weise erreicht werden. Zum Beispiel kann ein Knopf am Werkzeug vorhanden
sein, der die Digitalisierung steuert. Alternativ kann dies durch
Drücken
einer Taste auf einer Tastatur zum Auswählen eines zu digitalisierenden
Punktes bewerkstelligt werden. Ebenfalls alternativ kann eine Digitalisierung durch
einen Rotationsvorgang des Werkzeugs um eine Vierteldrehung ausgelöst werden.
Es ist hervorzuheben, das alternative Ausführungsformen für das Aufzeichnungswerkzeug
möglich
sind. Zum Beispiel können
andere Mehrzweckkombinationen verwendet werden. Ein Ende kann eine
Ahle, ein Schraubendreher oder eine Prüfspitze sein, während das
andere Ende ein Digitalisierer ist. In ähnlicher Weise kann das Werkzeug
auch ein einendiger Digitalisierer sein.
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5 zeigt
das System zum Anzeigen eines Näherungsmodells
einer Oberfläche
einer anatomischen Struktur gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Aufzeichnungswerkzeug 40 sendet Daten zu
einem Positionserfassungssystem 42, entsprechend seiner
Position und Orientierung relativ zu einer anatomischen Struktur.
Das Werkzeug 40 wird vom Positionserfassungssystem 42 in
einer dreidimensionalen Umgebung verfolgt. Die Orientierung und
die Position des Werkzeugs 40 wird vom Positionserfassungssystem
erfasst und zu einem Speichermodul 44 übertragen. Die Daten werden
anschließend
zu einer Ausgabevorrichtung 46, wie z. B. einem Monitor,
gesendet, um sie dem Benutzer anzuzeigen.
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6 ist
ein Blockdiagramm des Speichermoduls 44 in einer bevorzugten
Ausführungsform. Wenn
die Daten, die die Position und die Orientierung des Werkzeugs 40 angeben,
vom Speichermodul 44 empfangen werden, können sie
auf verschiedene Weise verarbeitet werden. Ein Verarbeitungsmodul 48 wird
verwendet, um die Mosaikoberfläche zu
glätten,
die von den mittels des Werkzeuges 40 aufgezeichneten Daten
gebildet wird. Die anfängliche
Knochenaufzeichnungsprozedur wird bewerkstelligt durch Sammeln von
Informationen über
die Oberfläche
des Knochens. Die gesammelten Informationen sind die Position und
die Orientierung der Knochenoberfläche an jedem Kontaktpunkt.
Die Normale der digitalisierten Oberfläche wird unter Verwendung eines
Mittelwertes der Orientierung des Aufzeichnungswerkzeugs 40 berechnet,
der vom Erfassungssystem 42 gesammelt wird. Das Verarbeitungsmodul 48 empfängt die
Orientierungs- und Positionsinformationen und verwendet einen Oberflächenmodellierungsalgorithmus,
wie z. B. den Marching-Cubes-Algorithmus, um eine geglättete Oberfläche der
Knochentopologie bereitzustellen. Es ist hervorzuheben, dass ein
beliebiger Oberflächenmodellierungsalgorithmus,
der im Stand der Technik bekannt ist, verwendet werden kann, um
die Glättungsprozedur
durchzuführen.
Optional können
auch die Punkte, an denen die ursprünglichen Daten gesammelt wurden,
auf der geglätteten
Oberfläche
angezeigt werden.
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Alternativ
kann das Verarbeitungsmodul 48 eine dreidimensionale Rekonstruktion
eines Knochens unter Verwendung der vom Aufzeichnungswerkzeug 40 gesammelten
Positions- und Orientierungsdaten durchführen. Diese Rekonstruktion
ist einer dreidimensionalen Rekonstruktion eines Knochens, die präoperativ
unter Verwendung anderer Typen von Datensammelvorrichtungen, wie
z. B. CT-Abtastungen und anderen Abtastungsvorrichtungen durchgeführt wird, ähnlich.
In einer Ausführungsform
wird die dreidimensionale Rekonstruktion unabhängig von irgendeinem Standard
oder einer bekannten Form und Größe des Knochens
durchgeführt.
In einer abweichenden Ausführungsform
steht eine Datenbank bekannter Modelle 50 dem Verarbeitungsmodul 48 zur
Verfügung.
In diesem Fall beruht die Rekonstruktion auf bekannten Modellen.
Die aufgezeichneten Punkte werden unter Verwendung eines Ausgleichsalgorithmus
an ein bekanntes Modell ähnlicher
Größe und Form
wie die untersuchte anatomische Struktur angeglichen. Die rekonstruierte Form
wird anschließend
auf der Ausgabevorrichtung 46 angezeigt.
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Die
angeglichen Punkte können
auf der dreidimensionalen Form angezeigt werden. In einer weiteren
Ausführungsform
werden die bekannten Modelle einfach als Referenz für die dreidimensionale Rekonstruktion
verwendet. Der Rekonstruktionsalgorithmus verwendet einfach die
bekannten Modelle als Führung
bei der Rekonstruktion eines vollständigen dreidimensionalen Modells.
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Die
Bekannte-Modelle-Datenbank 50 umfasst eine Vielzahl anatomischer
Strukturen unterschiedlicher Größen und
Formen. Das Verarbeitungsmodul 48 greift auf die Datenbank 50 zu
und wählt
ein Modell ähnlicher
Größe und Form
wie die anatomische Struktur, die der Operation unterzogen wird,
aus. Die Datenbank 50 kann ferner Abschnitte oder Teile
vollständiger
anatomischer Strukturen umfassen. Zum Beispiel kann im Fall eines
Oberschenkelknochens die Datenbank Oberschenkelknochenköpfe unterschiedlicher
Größen und
Formen, oder Oberschenkelknochenschäfte unterschiedlicher Größen und
Formen umfassen. Diese Teile anatomischer Strukturen werden verwendet,
um dreidimensionale Rekonstruktionen, geglättete Oberflächen oder Punktwolken,
die einen Abschnitt einer anatomischen Struktur bilden, anzulegen.
Der angelegte Abschnitt bietet ein vollständigeres visuelles Werkzeug für den Chirurgen
während
der Operation. Durch Begrenzen der Digitalisierungsmenge, die erforderlich ist,
um eine getreue Darstellung der interessierenden Bereiche auf der
anatomischen Struktur zu erhalten, wird intraoperative Zeit eingespart.
Ein besseres visuelles Werkzeug wird für die Führung während der chirurgischen Navigation
mit einem computergestützten
chirurgischen Navigationssystem zur Verfügung gestellt.
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Das
oberbeschriebene System kann unabhängig verwendet werden, oder
mit einem vollständigen
computergestützten
chirurgischen Navigationssystem. Sobald die intraoperative Aufzeichnung
abgeschlossen ist und eine Darstellung der anatomischen Struktur
auf der Ausgabevorrichtung angezeigt wird, kann eine Vielzahl chirurgischer
Werkzeuge verfolgt und bezüglich
der intraoperativen Darstellung angezeigt werden. Schnittführungen
und Positionierungsblöcke
können
verfolgt und in Verbindung mit der angezeigten Darstellung verwendet
werden.
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Das
Verfahren und das System, die oben beschrieben worden sind, können an
Leichen oder Puppen verwendet werden, um ein computergestütztes Chirurgiesystem
zu testen. Das Testen einer neuen Ausrüstung, wie z. B. eines neuen
Verfolgungssystems, eines Positionierungsblocks, einer Schnittführung oder
dergleichen, kann ebenfalls in Verbindung mit dem Verfahren und
dem System der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Das Verfahren und das
System, die beschrieben worden sind, können auch an Leichen oder Puppen
als Lehrwerkzeug für Medizinstudenten
verwendet werden. Situationen des realen Lebens können unter
Verwendung des Systems simuliert werden, um verschiedene chirurgische
Prozeduren zu üben,
ohne einen Patienten Risiken auszusetzen.
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Es
ist klar, dass zahlreiche Modifikationen für Fachleute offensichtlich
sind. Dementsprechend sollen die obige Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen
als die Erfindung erläuternd
und nicht in einem einschränkenden
Sinn aufgefasst werden. Ferner ist klar, dass irgendwelche Variationen,
Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung, die im Wesentlichen
den Prinzipien der Erfindung folgen und solche Abweichungen von
der vorliegenden Offenbarung enthalten, wie innerhalb bekannter
gewöhnlicher
Praxis innerhalb des Standes der Technik, auf dem sich die Erfindung
bezieht, und wie sie auf die Wesentlichen Merkmale hier vor der
Weiterführung
angewendet werden können,
abgedeckt sein sollen, wie im Umfang der beigefügten Ansprüche folgt.