DE69827517T2

DE69827517T2 - Führung für chirurgische instrumente

Info

Publication number: DE69827517T2
Application number: DE69827517T
Authority: DE
Inventors: L. Charles TRUWIT; Haiying Liu; F. Debra BAUER
Original assignee: University of Minnesota
Current assignee: University of Minnesota
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: WO1998051229A9; CA2289449C; JP2002502276A; US20020019641A1; US6206890B1; JP4053607B2; US6368329B1; US6267770B1; EP1018963B1; AU7686998A; CA2289449A1; DE69827517D1; US5993463A; EP1018963A1; WO1998051229A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument und ein System unter Verwendung desselben. Ausführungsformen der Erfindung können die Ausrichtung chirurgischer und von Beobachtungsinstrumenten in einem Patienten erleichtern.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Behandlung einiger Erkrankungen oder Mängel bei einem Patienten stellte es sich als erforderlich heraus, zu speziellen Zielen in ihm Zugang zu erlangen. Bei der Behandlung einiger Erkrankungen oder Mängel von Menschen hat es sich als erforderlich herausgestellt, zu speziellen Teilen des Gehirns Zugang zu erlangen. Derzeit existieren mehrere Verfahren zum Einführen chirurgischer und Beobachtungsinstrumenten in das Gehirn eines Patienten.
Das für McKinney et al. erteilte US-Patent Nr. 3,055,370 zeigt ein derzeit verwendetes Verfahren zum Platzieren eines chirurgischen Instruments, um Zugang zu einem speziellen Teil des Gehirns zu erlangen. Das chirurgische Instrument gemäß dem Patent '370 verfügt über eine Kugel mit einer Bohrung. Die Richtung der Bohrung kann geändert werden. Das Instrument verfügt über ein langgestrecktes Rohr spezieller Länge. In das Rohr wird ein Stilett eingeführt, um zum Globus pallidus Zugang zu erlangen und um eine Pallidotomie auszuführen. Im Schädel wird an einem speziellen Orientierungspunkt an diesem eine Öffnung oder ein Fräsloch hergestellt. Als Nächstes werden Röntgenaufnahmen an der vorderen und hinteren (AP) sowie seitlichen Positionen aufgenommen, und die Strichlinie wird durch ein Lineal sowohl an der vorderen und hinteren (AP) als auch den seitlichen Positionen nach unten projiziert, damit die Richtung der Nadel bestimmt werden kann, bevor sie eingeführt wird. Wenn die Richtung der Längsachse des Rohrelements als zu friedenstellend ermittelt wird, wird ferner ein Halter in ein Gewinde eingeschraubt, um eine Fläche gegen eine Kugel zu drücken und ein Rohrelement platziert festzuhalten. Die Ausrichtung der Trajektorie ist nicht entlang einer speziellen Linie messbar, die an der Schnittstelle zweier Ebenen vorliegt. Die Ausrichtung hängt von der Platzierung des Fräslochs an einer speziellen Stelle, um eine Ebene zu bestimmen, ab. Röntgenstrahlung wird dazu verwendet, eine andere, auf einer Ebene beruhende Verwendung üblicher Orientierungspunkte am Schädel zu bestimmen. Das Endergebnis besteht darin, dass ein Erfahrungs-Rateprozess dazu verwendet wird, das Stilett für die Pallidotomie am Globus pallidus zu platzieren. Ein Mangel beim Verfahren unter Verwendung einer Röntgenbilderzeugung zum Lenken eines chirurgischen oder Beobachtungsinstruments besteht darin, dass viele Ziele innerhalb eines Patienten nicht durch Röntgenstrahlung sichtbar sind. Ein anderer Mangel betrifft die geringfügige Verschiebung des Schädelinhalts, wenn einmal ein Fräsloch platziert ist und die Dura mater und die Rrachnoidea durchstoßen werden. Wenn einmal Zerebrospinalflüssigkeit durch das Fräsloch freigesetzt wird, kann sich der Schädelinhalt (d.h. das Gehirn) um einen oder mehrere Millimeter verschieben. In einem solchen Fall ist die berechnete Trajektorie nicht mehr genau. Demgemäß besteht bei der beschriebenen Vorgehensweise von Natur aus eine Ungenauigkeit.
Es werden auch einige andere Verfahren dazu verwendet, Instrumente, Katheter oder Beobachtungswerkzeuge in Patienten zu platzieren. Derzeit werden chirurgische Abläufe durch Lappen oder Bohrlöcher ausgeführt, die durch Kraniotomie erzeugt wurden. Im Schädel wird ein Fräsloch von ungefähr 14 mm hergestellt. Typischerweise werden unter Verwendung von Stereotaxie mit oder ohne Rahmen oder freihändig, ohne Stereotaxie, Nadeln oder Sonden durch das Fräsloch in das Gehirn geschoben.
Das Freihandverfahren hängt sehr stark von den Kenntnissen und der Beurteilung des Chirurgen ab. Beim Freihandverfahren bestimmt der Chirurg den Einführpunkt durch eine Anzahl von Maßnahmen ausgehend von einem bekannten Orientierungspunkt. Dann schaut der Chirurg nach dem gemessenen Punkt, er nimmt Beurteilungen vor, er bestimmt den Einführwinkel, und dann führt er das chirurgische Instrument oder Werkzeug ein.
Bei Stereotaxie mit Rahmen wird ein ringförmiger Rahmen durch mehrere (typischerweise drei oder vier) Stifte oder Schrauben am Schädel des Patienten angebracht. Dieser ringförmige Rahmen wird dazu verwendet, einen dreidimensionalen Datensatz zu ermitteln. Aus diesem Datensatz werden sowohl für die Läsion, den Ort der Stifte oder Schrauben sowie die Vergleichsmarkierungen am Rahmen kartesische Koordinaten berechnet. Der ringförmige Rahmen passt in einem großen Rahmen. Dann wird ein großer Rahmen am Operationsort am Patienten angebracht. Der große Rahmen sorgt für bekannte Positionierungen, und er führt die chirurgischen oder Beobachtungsinstrumente. Der große Rahmen wird dazu verwendet, das durch ein Fräsloch in den Patienten einzuführende chirurgische so zu positionieren, dass es das Ziel schneidet. Bei Stereotaxie ohne Rahmen wird der ringförmige Rahmen durch mehrere Markierungen am Schädel des Patienten ersetzt, die dazu verwendet werden können, mehrere bekannte Positionen zu bestimmen. Der große Rahmen wird durch eine Kamera ersetzt. Die Kamera ist im Allgemeinen ein Infrarot- oder ein anderes derartiges Gerät. Am Instrument werden mehrere durch die Kamera lesbare Sensoren platziert. Zum Beispiel wird das chirurgische Instrument oder Werkzeug mit einer oder mehreren Licht emittierenden Dioden ("LEDs") versehen, denen die Kamera folgt. Die Position des chirurgischen Instruments kann aus der Information von den LEDs an ihm oder am Beobachtungswerkzeug berechnet werden.
Das US-Patent Nr. 4,955,891 und das US-Patent Nr. 4,805,615, die beide für Carol erteilt wurden, erörtern jeweils die Verwendung stereotaktischer Chirurgie mit Computertomografie ("CT")-Abrasterung. CT-Abrasterung wird dazu verwendet, die exakte Position einer Läsion oder eines speziellen Teils des Gehirns zu bestimmen. Nachdem die exakte Position der Läsion oder des speziellen Teils des Gehirns bestimmt wurde, wird eine Phantombefestigung aufgesetzt. Die Phantombefestigung bildet die Position des ringförmigen Rahmens am Patienten nach. Es wird ein Phantomziel einstellt. Dann kann das Instrument so am Phantom positioniert werden, dass es das Ziel schneidet. Die Information vom Phantom kann dann dazu verwendet werden, das Instrument tatsächlich am Operationsort zu positionieren.
Das für Ghajar et al. erteilte US-Patent Nr. 4,998,938 zeigt ein anderes chirurgisches Gerät zum Erleichtern des Einführens eines Instruments in den Schädelraum eines Patienten durch ein Fräsloch. Das Gerät verfügt über eine Führung mit einem Ende, das so konfiguriert ist, dass es in das Fräsloch passt. Es ist ein separates Sperrelement vorhanden. Ein Körperelement verfügt über Ausrichtungsmarkierungen, um das Einführen eines Katheters oder Stiletts zu erleichtern. Abweichend vom Patent '370 existiert kein bewegliches Element zum Einstellen des Wegs der Führung.
Die aktuelle in Gebrauch befindlichen Verfahren zeigen alle eine Anzahl von Mängeln. Die meisten Techniken, wie sie derzeit zum Platzieren eines chirurgischen Instruments oder Beobachtungswerkzeugs in einem Patienten verwendet werden, nutzen einen begrenzten Genauigkeitsgrad. Insbesondere werden durch aktuelle Verfahren mit oder ohne Rahmen sowie Freihandverfahren Trajektorien auf Grundlage von Bildgebungsdaten oder anatomischen Orientierungspunkten berechnet oder vorhergesagt, die die geringe, jedoch reale Verschiebung des Gehirns beim Öffnen des Schädels und der Meningen bis auf das Niveau der Cavitas subarachnoidea nicht berücksichtigen. Diese von Natur aus vorhandene Ungenauigkeit beschränkt in charakteristischer Weise den Erfolg dieser verschiedenen Methoden. Anders gesagt, nutzen diese Systeme keinerlei Maßnahmen zum Aktualisieren der Dateien in solcher Weise, dass sie Daten enthalten, wie sie folgend auf die Platzierung eines chirurgischen Fräslochs und das Öffnen der Meningen erhalten werden. Außerdem benötigen alle Verfahren einen großen Anteil an Beurteilung seitens des Chirurgen, der das chirurgische Instrument oder Werkzeug platziert, und insbesondere liefern sie keine direkte Rückkopplung zum Erfolg oder Fehlschlag dahingehend, dass die Trajektorie das Ziel erreicht. Sehr wenige Techniken verwenden eine Bildgebungs- oder Scanvorrichtung zum Unterstützen der Platzierung des chirurgischen Instruments oder Beobachtungswerkzeugs. Die einzige, die dies tut, benötigt einen Phantomrahmen und ein Ziel, die so einzustellen sind, dass die echte Geometrie simuliert wird. Kurz gesagt, scheint keines der Geräte eine Bildgebungs- oder Scanvorrichtung so ausgiebig zu verwenden, dass sie dazu verwendet werden könnten, die Zeit und die Anstrengungen zu minimieren, die dazu erforderlich sind, ein chirurgisches Instrument genau in einem Patienten zu platzieren und unmittelbare Daten zum Erfolg oder Fehlschlag dahingehend, dass die Trajektorie das Ziel erreicht, zu liefern.
Noch ein anderer Nachteil besteht darin, dass die heutzutage verwendeten Geräte nicht ferngesteuert oder fernbetätigt werden. In einigen Arbeitsumgebungen hat der Chirurg keinen direkten Zugang zum Patienten. Daher ist es von Vorteil, über eine Fernsteuerung des Werkzeugs zu verfügen. Eine derartige Umgebung entspricht dem Inneren eines MR-Magnets im Zusammenhang mit einem MR-Operationsort. Wenn sich der Patient in einem offenen Magnet befindet, kann der Chirurg direkten Zugang zu ihm haben. Wenn er sich einem geschlossenen Magnet befindet, verfügt der Chirurg möglicherweise nicht über einen derartigen direkten Zugang zum Patienten.
In WO-A-95/22297 ist eine chirurgische Führungsvorrichtung vorgeschlagen, die auch als stereotaktische Zeigevorrichtung bezeichnet wird und über eine Basis mit drei Füßen verfügt, die eine erste Ebene definiert. An der Basis ist ein Radialarm montiert, der sowohl in der Längsrichtung verschiebbar als auch um eine Achse normal zur Ebene verschwenkbar ist. Der Radialarm hält über ein Kugelgelenk einen Schwenkkopf, und der Kopf kann entweder gelöst werden, um relativ zum Radialarm zu schwenken, oder er kann festgeklemmt und an der Position verriegelt werden. Am Schwenkkopf ist eine Führung zum Führen eines chirurgischen Objekts angebracht. Im Gebrauch wird der Patient dadurch vorbereitet, dass an seinem Kopf vier Klebescheiben platziert werden, die die vorgesehenen Positionen der drei Füße der Vorrichtung und den Eintrittspunkt für ein chirurgisches Instrument markieren, und im Zentrum jeder Scheibe wird eine für Strahlung undurchsichtige Stahlkugel platziert. Es werden CT-Scanvorgänge ausgeführt, um die Koordinaten jeder Stahlkugel zu bestimmen und die Koordinaten des Punkts im Gehirn des Patienten, von wo eine Biopsie zu entnehmen ist, zu bestimmen. Diese Positionsinformation wird dann dazu verwendet, die Vorrichtung vor dem Gebrauch einzustellen, um eine Biopsienadel an den Zielpunkt zu führen. Zum Beispiel wird ein Blatt Papier mit Positionen, die eine Markierung für jeden der drei Füße darstellen, und zwei Einstellmarkierungen bedruckt. Die Vorrichtung wird auf dem Blatt Papier so platziert, dass die Füße positioniert sind, und der Radialarm wird verstellt, bis die Führung im Schwenkkopf direkt über der ersten Einstellmarkierung liegt. Nun befindet sich der Schwenkkopf an der korrekten Position, und der Radialarm wird verriegelt, um ihn dort zu halten. Dann wird der Schwenkkopf verschwenkt, bis die durch ihn transportierte Führung direkt auf die zweite Einstellmarkierung zeigt. Nun befindet sich der Schwenkkopf unter dem korrekten Winkel, und er wird ebenfalls an der Position verriegelt. Nun ist die Vorrichtung zum Gebrauch bereit, und sie wird sterilisiert, bevor es in den Operationsraum geht. Während der Operation wird die Vorrichtung so am Kopf des Patienten fixiert, dass sich ihre Füße an den zuvor mit den Klebescheiben markierten Stellen befinden.
In WO-A-96/10368 ist eine stereotaktische Vorrichtung offenbart, bei der ein Gelenkarm und eine Sonde an einer chirurgischen Schädelklemme, die zum Halten des Kopfs des Patienten angebracht wird, montiert werden. An jedem Gelenk des Gelenkarms erfassten optische Codierer die Position jedes Armelements relativ zum Gelenk. Die Sonde kann in einem Rohr platziert werden, das ebenfalls an der Schädelklemme montiert wird und das für eine Bezugsposition sorgt. Das System wird mit der Sonde im Rohr initialisiert, und dann werden anschließende Bewegungen der Sonde durch die optischen Codierer an den Armgelenken verfolgt, so dass die Position der Sonde im Raum bekannt ist. Es ist eine festklemmbare Kugelgelenkanordnung vorhanden, die entweder mit einem Schädelring am Patienten angebracht wird oder an der Schädelklemme montiert wird, und die Sonde wird in die Kugel eingeführt und manipuliert, bis sie auf die gewünschte Stelle zeigt. Dann werden die Kugel und ihre Halterung am Ort verriegelt, und die Sonde wird entnommen.
In EP-A-0832611 (veröffentlicht am 1. April 1998 mit einer Priorität vom 30. September 1996) ist eine Biopsieplatte vorgeschlagen, die entlang einem Führungsarmbogen gleitet, der an einer Kopfklemme fixiert ist. Die Platte verfügt über eine verschiebbare Metallplatte, die über ein Kugelgelenk eine Hülse hält. Durch Verschieben und anschließendes Verriegeln der Metallplatte wird die Hülse an der gewünschten Biopsieposition platziert, und dann wird die Hülse unter Verwendung des Kugelgelenks verdreht, um sie auf der korrekten Trajektorie zu platzieren, bevor das Kugelgelenk verriegelt wird. Die Position und der Winkel der Hülse werden dadurch überwacht, dass Licht emittierende Dioden entweder an der Hülse oder einer in dieser platzierten Vorrichtung angebracht werden und ein optisches Positionserfassungssystem angebracht wird, das die Dioden verfolgt.
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung sind ein chirurgisches Instrument, wie es im Anspruch 1 dargelegt ist, ein das chirurgische Instrument enthaltendes System, wie es im Anspruch 47 dargelegt ist, und ein Speichermedium zum Speichern eines Computerprogramms, wie es im Anspruch 54 dargelegt ist, geschaffen. Optionale Merkmale sind in den restlichen Ansprüchen dargelegt.
Ausführungsformen des Instruments verfügen über eine Basis mit einem beweglichen Element, das verstellbar an ihr angebracht ist. Das bewegliche Element enthält einen Durchgang, der einen Teil des Trajektorien Pfads bildet. Das bewegliche Element enthält auch einen Führungsschaft mit einer Öffnung. Der Führungsschaft wird so am beweglichen Element angebracht, dass die Öffnung in ihm im Wesentlichen mit dem Durchgang im beweglichen Element fluchtet. Das bewegliche Element kann entweder einen integrierten Führungsschaft zum Halten des Positionierungsschafts oder einen abnehmbar angebrachten Führungsschaft enthalten. Im ersteren Fall wird ein Positionierungsschaft für eine Trajektorienausrichtung in die Öffnung des Führungsschafts eingeführt. Im letzteren Fall kann der abnehmbar angebrachte Führungsschaft abgenommen und durch einen Positionierungsschaft ersetzt werden.
Ein Positionierungsschaft verfügt ferner über einen ersten und einen zweiten Lokalisierer. Der erste und der zweite Lokalisierer sind zwei verschiedenen Teilen des Positionierungsschafts so zugeordnet, dass sie eine Linie definieren. Der erste und der zweite Lokalisierer sind auch durch ein Scan- oder Bildgabesystem lokalisierbar. Der Positionierungsschaft wird entweder in den einstückig mit dem beweglichen Element ausgebildeten Führungsschaft eingeführt, oder er wird abnehmbar am beweglichen Element angebracht und dazu verwendet, dasselbe zu positionieren. Durch Verstellen des Positionierungsschafts, während er sich entweder innerhalb des Führungsschafts befindet oder abnehmbar am beweglichen Element angebracht ist, wird auch der Durchgang in ihm auf verschiedene Trajektorien eingestellt. Wenn einmal der Durchgang innerhalb des beweglichen Elements mehr oder weniger zu einem Ziel innerhalb des Körpers ausgerichtet ist, verriegelt ein Schließelement das bewegliche Element an einer festen Position.
Bei einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Lokalisierer durch eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung lesbar. Der Lokalisierer kann ein durch eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung oder eine Funkfrequenzquelle, wie eine Spule, die durch eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung lesbar ist, lesbares Fluid enthalten. Bei der letzteren Ausführungsform können der erste und der zweite Lokalisierer kleine Hochfrequenz(HF)-Spulen sein, die ein elektromagnetisches Signal in einer Magnetresonanz-Bildgebungsumgebung erfassen. Das erfasste elektromagnetische Signal kann dazu verwendet werden, den ersten und den zweiten Lokalisierer zu lokalisieren. Die durch den ersten und den zweiten Lokalisierer gebildete Linie kann im Wesentlichen mit der Mittellinie des Durchgangs im beweglichen Element ausgerichtet sein oder gegenüber dieser versetzt sein. Bei anderen Ausführungsformen können der erste und der zweite Lokalisierer Licht emittierende Dioden sein, die durch eine Infrarotkamera lesbar sind.
Der erste und der zweite Lokalisierer können innerhalb eines im Wesentlichen massiven Kunststoff-Positionierungsschafts liegen, oder bei einer anderen Ausführungsform können der erste und der zweite Lokalisierer innerhalb einer bei MR sichtbaren Kammer innerhalb des Positionierungsschafts liegen. Bei der letzteren Ausführungsform kann die Kammer mit einem bei MR sichtbaren Fluid (z. B. paramagnetisch) gefüllt sein, das dazu verwendet werden kann, für eine erste Ausrichtungsnäherung zu sorgen. Der erste und der zweite Lokalisierer können entweder bei MR sichtbar (verschieben von der bei MR sichtbaren Kammer) oder bei MR unsichtbar sein, in welchem Fall sie ein Negativbild gegenüber dem Hintergrund des bei MR sichtbaren Fluids innerhalb der großen Kammer des Positionierungsschafts liefern. Vorteilhafterweise erzeugt das Fluid in der Kammer ein Bild, das leicht lokalisiert werden kann und dazu verwendet werden kann, den Positionierungsschaft grob auszurichten. Das bei MR sichtbare oder unsichtbare Fluid des ersten und des zweiten Lokalisierers kann dann für eine feine oder genaue Ausrichtung verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform, bei der der Führungsschaft und Positionierungsschäfte abnehmbar am beweglichen Element angebracht sind, kann das bewegliche Element über eine Gewindeöffnung verfügen, die entweder den Führungsschaft oder den Positionierungsschaft aufnimmt. Bei der Ausführungsform, bei der der Führungsschaft mit dem Positionierungsschaft austauschbar ist, ist ein Ende sowohl des Führungsschafts als auch des Positionierungsschafts mit einem Gewinde versehen. Ein Teil des Durchgangs im beweglichen Element verfügt über ein Innengewinde zum Aufnehmen des Gewindeendes entweder des Führungsschafts oder des Positionierungsschafts. Bei einer Ausführungsform, bei der der Führungsschaft als Teil des beweglichen Elements ausgebildet ist, passt der Positionierungsschaft in die Öffnung im Führungsschaft. Das bewegliche Element kann eine Kugel sein, die in Bezug auf die Basis verschwenken kann.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das bewegliche Element auch über ein Gestell verfügen, das eine ebene Bewegung in einer die Trajektorie schneidenden Richtung erlaubt. Ein chirurgisches Instrument, wie eine Nadel, eine Sonde (Cryotherapiesonde, Lasersonde, HF-Ablösungssonde, Mikrowellen-Interstitialtherapie-Sonde oder fokussierte Ultraschalltherapie-Sonde), ein Katheter, ein Endoskop oder eine Elektrode, kann dann durch das bewegliche Element und die Öffnung im Führungsschaft eingeführt werden, um das Instrument zur Zielposition innerhalb des Patienten zu führen. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das chirurgische Instrument neu zu positionieren, ohne die Trajektorie selbst zu ändern, wozu es als Erstes aus dem Zielgewebe herausgezogen wird und dann das Gestell in einer die Trajektorie schneidenden Richtung einstellt wird.
Es ist von Vorteil, über eine Trajektorienführung zu verfügen, die von einem entfernten Ort aus bedienbar ist. Unter den Vorteilen befindet sich derjenige, dass der Patient nicht in eine Umgebung hinein- und aus dieser heraus bewegt werden muss, um Einstellungen an der Trajektorienführung vorzunehmen. Einstellungen oder die Verwendung der Trajektorienführung müssen nicht unterbrochen werden, wenn diese in einer Umgebung verwendet wird, in der ein Chirurg oder Techniken keinen Zugang zur Trajektorienführung am Patienten hat. Dies verkürzt die für die chirurgische Prozedur aufgebrachte Zeit, was sowohl vom Chirurgen oder Techniker als auch vom Patienten geschätzt wird. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die Trajektorienführung auch an andere Umgebungen anpassbar ist, wie an den Gebrauch in einer CT-Scanumgebung. Bei einem CT-Scanvorgang wird Röntgenstrahlung zum Erzeugen der Bilder verwendet. Für Patienten, die Prozeduren unterzogen werden, ist es schädlich, übermäßig Röntgenstrahlung ausgesetzt zu werden. Bei Chirurgen oder Technikern, die diese Prozeduren ausführen, bestehen Bedenken hinsichtlich eines übermäßigen Aussetzens gegenüber Röntgenstrahlung. Daher ist es von Vorteil, über die Fähigkeit zu verfügen, die Trajektorienführung ausgehend von einem entfernten Ort zu handhaben, damit die Prozedur innerhalb einer kürzeren Zeitperiode ausgeführt werden kann, so dass die Ärzte und Techniker, die die Trajektorienführung benutzen, das Ausgesetztsein gegenüber verschiedenen Bildgebungsumgebungen minimal halten können.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer ferngesteuerten Trajektorienführung existiert eine tatsächliche Trajektorienführung und eine Fern-Trajektorienführung. Die Fern-Trajektorienführung ist ein Duplikat der tatsächlichen Trajektorienführung. Die Fern-Trajektorienführung verfügt über dasselbe Aussehen und Feeling wie die tatsächliche Trajektorienführung, so dass der Chirurg oder Techniker, der dann gewohnt ist, die tatsächliche Führung zu verwenden, die Fernführung so bewegen kann, als wäre es die tatsächlich am Patienten angebrachte Führung. Das Ziel besteht darin, dass sich die Verstellung der Fernführung so anfühlt, als sei es eine solche der tatsächlichen Führung. Auf diese Weise muss der ärztliche Chirurg oder Techniker, wenn er einmal gelernt hat, wie die tatsächliche Führung zu gebrauchen ist, nicht mehr lernen, wie die Fernführung zu gebrauchen ist. Bei der ersten Ausführungsform wird unter Verwendung einer mechanischen Vorrichtung mit einem Kabel oder einem Draht für die durch die Trajektorienführung definierte Kippung oder Trajektorie und die Vorwärtsbewegung und des chirurgischen Instruments gesorgt.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer ferngesteuerten Trajektorienführung steuern ein erster Hydraulikzylinder und ein zweiter Hydraulikzylinder Stellglieder, die dazu verwendet werden können, das Positionierelement zu positionieren. Nachdem die Steuerungsstellglieder in Form des ersten und des zweiten Hydraulikzylinders so positioniert wurden, und nachdem das bewegliche Element verriegelt wurde, wodurch auch die Trajektorie festgelegt wurde, können sie entfernt werden. Dann können ein dritter Hydraulikzylinder und ein Stellglied dazu verwendet werden, das Einführen oder Herausziehen eines Instruments zu kontrollieren. Die Hydraulikzylinder sind von besonderem Nutzen, um das bewegliche Element zu positionieren und das Instrument einzuführen oder herauszuziehen, wenn der Patient aus der Ferne vom Chirurgen positioniert wird. Obwohl viele Scanvorrichtungen Zugang zu einem Patienten ermöglichen, existiere viele Arten von Scanvorrichtungen, die während eines Scanvorgangs keinen Zugang zum Patienten ermöglichen. Zum Beispiel kann bei einer Scanvorrichtung vom MIR-Typ der das Magnetfeld erzeugende Magnet über eine von mehreren Formen verfügen. Einige der Magnete sind so geformt, dass ein Patient außerhalb der Reichweite des Chirurgen positioniert werden muss, damit er sich während eines Scanvorgangs im homogenen Bildaufnahmevolumen des Magnetfelds befindet.
Im Betrieb wird zunächst ein Ziel innerhalb eines Patienten ausgewählt. Es erfolgt eine chirurgische Öffnung im Körper, und die Basis wird in die Öffnung eingeführt und chirurgisch an dieser befestigt. Das bewegliche Element und der äußere Verriegelungsring werden ebenfalls abnehmbar an der Basis angebracht. Dann wird der Positionierungsschaft dazu verwendet, das bewegliche Element und den Durchgang in ihm zu verstellen, um eine Trajektorie zum Ziel hin zu erzeugen. Der erste Lokalisiererteil und der zweite Lokalisiererteil werden durch die Scanvorrichtung gelesen, um die durch die Linie des Positionierungsschafts repräsentierte Trajektorie zu bestimmen. Der Positionierungsschaft wird verstellt, bis die durch ihn repräsentierte Linie das ausgewählte Ziel schneidet. Der Positionierungsschaft kann von Hand oder unter Verwendung des ersten Hydraulikzylinders und Stellglieds sowie des zweiten Hydraulikzylinders und Stellglieds verstellt werden. Die Linie des Positionierungsschafts kann bei einer alternativen Ausführungsform auch gegenüber dem Ziel versetzt sein. Selbstverständlich wird die Bestimmung der Position des ersten und des zweiten Teils des Positionierungsschafts zumindest teilweise durch die zentrale Verarbeitungseinheit und den Speicher der Scanvorrichtung ausgeführt. Wenn einmal die Ausrichtung angezeigt wird, wird das bewegliche Element an seiner Position verriegelt, wodurch die durch den Positionierungsschaft repräsentierte Trajektorie festgelegt wird. Dann wird der Positionierungsschaft entweder vom einstückig mit dem beweglichen Element vorliegenden Führungsschaft abgenommen, oder er wird vom beweglichen Element selbst abgenommen, wenn der Führungsschaft nicht einstückig mit diesem ausgebildet ist. Im letzteren Fall wird dann ein Führungsschaft am beweglichen Element angebracht. Die Öffnung im Führungsschaft und der im Wesentlichen ausgerichtete Durchgang im beweglichen Element bilden eine Trajektorie, die in einer Linie mit dem ausgewählten Ziel liegt. Dort wird das Instrument durchgeschoben.
Der dritte Hydraulikzylinder und das zugehörige Stellglied können dazu verwendet werden, das Einführen oder Herausziehen des Instruments zu kontrollieren, wenn eine Fernbedienung wünschenswert ist. Das Einführen oder Herausziehen können auch von Hand erfolgen. In Situationen, in denen das Ziel ziemlich klein sein kann, kann, wenn das chirurgische Instrument, nachdem das ziemlich kleine Ziel erfolgreich erreicht wurde, zeigt, dass das ausgewählte Ziel, wegen einer anatomischen Abweichung tatsächlich nicht das wahre Ziel ist, eine Neupositionierung des chirurgischen Instruments durch einen geringen Versatz erfolgen. In einer derartigen Situation kann ein Gestell so verstellt werden, dass einer parallelen Trajektorie nachgefahren werden kann. In einer derartigen Situation kann es von Vorteil und sicherer sein, ein Gestell zu verwenden, um ein chirurgisches Trauma an den Geweben zu minieren.
Die Öffnungen innerhalb des beweglichen Elements und des Führungsschafts (sei es einstückig mit dem beweglichen Element ausgebildet oder abnehmbar angebracht) sind so konzipiert, dass sie chirurgische Instrumente und Beobachtungswerkzeuge aufnehmen. Da eine große Vielfalt verschiedener chirurgischer Instrumente und von Beobachtungswerkzeugen vorliegt, wird davon ausgegangen, dass mehrere bewegliche Elemente und Führungsschäfte mit Öffnungen verschiedener Durchmesser für eine derartige große Ansammlung chirurgischer Instrumente und von Beobachtungswerkzeugen verwendet werden. Außerdem werden, wenn ein Führungsschaft vorliegt, der einstückig mit dem beweglichen Element ausgebildet ist, zusätzliche Positionierungsschäfte ähnlicher Durchmesser, damit sie geeignet in die Führungsschäfte passen, verwendet.
Vorteilhafterweise kann die zu Diagnosezwecken verwendete Scanvorrichtung dazu verwendet werden, ein Instrument innerhalb eines Körpers eines Patienten zu platzieren. Es ist kein Stereotaxie mit oder ohne Rahmen erforderlich, also zwei Prozeduren, die für ihre Ausführung viel Zeit benötigen. Prozeduren, die bisher viele Stunden erforderten, können nun mit der Trajektorienführung innerhalb wesentlich kürzerer Zeitspannen ausgeführt werden. Gegenüber Stereotaxie mit oder ohne Rahmen wird Zeit eingespart, da es nicht erforderlich ist, Zeit für das Platzieren eines Rahmens am Patienten oder für das Berechnen des Orts mehrerer ausgewählter Punkte vor dem tatsächlichen Einführen eines chirurgischen Instruments auszubringen. Die Prozedur ist nicht nur schneller, sondern sie sorgt auch für eine Rückkopplung in Echtzeit, während das chirurgische Instrument in den Körper hinein be wegt wird. Der der Scanvorrichtung zugeordnete Computer berechnet auch die Trajektorie, um zu ermitteln, ob die durch den ersten und den zweiten Lokalisierer definierte Linie kollinear zur Trajektorie verläuft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein besseres Verständnis der Erfindung kann auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden.
1 ist ein Blockdiagramm eines Patienten-Scansystems.
2 ist eine Seitenansicht eines Patienten, an dem die Trajektorienführung verwendet wird.
3 ist eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung mit abnehmbar anbringbarem Führungselement, das installiert ist.
4 ist eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung mit einem abnehmbar anbringbaren Positionierelement, das installiert ist.
5a ist eine Draufsicht des beweglichen Elements oder der Kugel der Trajektorienführung.
5b ist eine Seitenansicht des beweglichen Elements oder der Kugel der Trajektorienführung.
6a ist eine Seitenansicht der Basis der Trajektorienführung.
6b ist eine Draufsicht der Basis der Trajektorienführung.
7a ist eine Draufsicht des Schließelements der Trajektorienführung.
7b ist eine geschnittene Seitenansicht des Schließelements der Trajektorienführung entlang einer Linie 7b-7b in der 7a.
8 ist eine Explosionsansicht, die ein Gestell zur Befestigung an der Basis der Trajektorienführung zeigt.
9 ist eine geschnittene Seitenansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform des beweglichen Elements der Trajektorienführung und eines Positionierungsschafts.
10 ist eine Seitenansicht eines Hydraulikstellglieds, das dazu verwendet wird, den Führungsschaft der Trajektorienführung zu verstellen.
11 ist eine Draufsicht eines Führungsschafts einer Trajektorienführung mit zwei an ihm angebrachten Hydraulikstellgliedern.
12 ist eine maßstabsgetreue Ansicht einer ersten Klemme zum Halten eines Hydraulikzylinders.
13 ist eine maßstabsgetreue Ansicht einer zweiten Klemme zum Halten eines Hydraulikzylinders.
14 ist eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der ersten und der zweiten Klemme zum Halten eines Hydraulikzylinders an einem chirurgischen Instrument und einer Trajektorienführung.
15 ist eine Befestigung mit einer HF-Spule für die Basis.
16 ist eine Kappe für die in der 15 dargestellte Befestigung.
17 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Führungsschafts für die Trajektorienführung.
18 ist eine Ansicht eines Bilds, wie es auf einem Display eines Kernspinresonanz-Bildgebungssystems zu sehen ist.
19 ist ein ferngesteuerter Stellgliedmechanismus, der dazu verwendet wird, eine Verstellung des dem Patienten zugeordneten beweglichen Elements zu steuern.
20 zeigt den Satz von Verbindungs-Hydraulikkolben, die dazu verwendet werden, das dem Patienten zugeordnete bewegliche Element und das der Fernsteuerung zugeordnete bewegliche Element zu verbinden.
21 ist ein Flussdiagramm des Softwareprogramms, das dazu verwendet wird, die Bewegung des beweglichen Elements zu steuern.
22 bis 29 wurden gelöscht.
30 zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus.
31 ist eine perspektivische Ansicht der ersten oder zweiten Trajektorienführung, die als Teil des in der 30 dargestellten mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus verwendet wird.
32 ist eine Draufsicht der Basis der Trajektorienführung, die als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus verwendet wird.
33 ist eine Seitenansicht des Führungsschafts der Trajektorienführung, der als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus verwendet wird.
34 ist eine Draufsicht des Schließelements der Trajektorienführung, das als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus verwendet wird.
35 ist eine Draufsicht des Führungsschaft-Kabelhalters der Trajektorienführung, der als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus verwendet wird.
36 ist eine perspektivische Explosionsansicht des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus mit einer Abstandshülse zum Schaffen eines Abstands des Vorschubmechanismus für das chirurgische Instrument über dem Führungsschaft.
37 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Vorschubmechanismus für das chirurgische Instrument zur Verwendung beim mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus.
38 ist eine Seitenansicht eines Patienten, an dem ein Außenhalter und eine Trajektorienführung angewandt sind.
39 ist eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung mit einem Außenhalter und einem abnehmbar anbringbaren Führungselement, das installiert ist.
40 ist eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung mit einem Außenhalter und einem abnehmbar angebrachten Positionierelement, das installiert ist.
41a ist eine Seitenansicht der Basis der Trajektorienführung.
41b ist eine Draufsicht der Basis der Trajektorienführung.
42 ist eine maßstabsgetreue Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Trajektorienführung.
43 ist ein Blockdiagramm eines Patientenscansystems vom Computertomographietyp.
44 ist eine maßstabsgetreue Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Trajektorienführung, die über bogenförmige Positionierbügel verfügt.
45 ist eine maßstabsgetreue Ansicht noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Trajektorienführung, die über bogenförmige Positionierbügel verfügt.
46 ist ein Flussdiagramm, das Schritte bei der Verwendung der Trajektorienführung in einer CT-Scanumgebung zeigt.
47 ist eine Seitenansicht des Positionierungsschafts der Trajektorienführung, die über Licht emittierende Dioden verfügt.
48 ist eine Draufsicht einer Fräsloch-Anbauvorrichtung.
49 ist eine Seitenansicht der in der 10 dargestellten Fräsloch-Anbauvorrichtung.
50 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Fräsloch-Anbauvorrichtung.
51 ist eine Stirnansicht eines Patienten, der innerhalb eines Magneten positioniert ist, an dem eine Trajektorienführung vom Körpertyp angebracht ist.
52 ist eine Seitenansicht eines Patienten, der innerhalb eines Magneten positioniert ist, an dem eine Trajektorienführung vom Körpertyp angebracht ist.
53 ist eine Seitenansicht einer Trajektorienführung vom Körpertyp.
54 ist eine geschnittene Seiteansicht der Trajektorienführung vom Körpertyp.
55 ist eine Draufsicht der Trajektorienführung vom Körpertyp.
Beschreibung der Ausführungsform
In der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in der, zur Veranschaulichung, speziell bevorzugte Ausführungsformen, gemäß denen die Erfindung realisiert werden kann, dargestellt sind. Diese Ausführungsformen werden ausreichend detailliert beschrieben, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuüben, und es ist zu beachten, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass konstruktionsmäßig, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher in beschränkendem Sinn zu verwenden.
Die Anmeldung beinhaltet durch Bezugnahme das US-Patent 6267769.
Die 1 ist ein Blockdiagramm eines Patientenscansystem 100. Das spezielle dargestellte Scansystem dient als Magnetresonanz-Bildgebungs("MRI" = magnetic resonance imaging)system. Ein MRI-Scansystem 100 verfügt über einen Computer 102. Der Computer 102 verfügt über eine zentrale Verarbeitungseinheit ("CPU") 104 und einen Speicher 106. Die CPU 104 und der Speicher 106 verfügen über die Fähigkeit, mehrere Berechnungen auszuführen, um Bilder und Positionen verschiedener Organe oder Abschnitte oder innerhalb eines Bildfelds zu bestimmen. Der Computer 102 steuert eine Bilddaten-Verarbeitungsabschnitt 110, einen Systemsteuerungs- und Signalverlaufsgenerator-Abschnitt 120 sowie eine XYZ-Gradientenerzeugungsabschnitt 130. Die XY-Gradienten werden verstärkt und dazu verwendet, ein Gradientenmagnetfeld in den Richtungen X, Y und Z als Teil eines Magnetsystems 140 zu erzeugen. Das Magnetsystem 140 verfügt über einen Magnet, der ein Magnetfeld erzeugt, durch das ein Patient geschoben werden kann. Die Form des Magnets variiert zwischen MRI-Systemen. Die Form des Magnets ist eine Beziehung zum Tisch, auf dem der Patient liegt, Bestimmen, ob der Chirurg Zugang zum Patienten hat, während eine MRI ausgeführt wird. Es existieren viele Typen von MRI-Vorrichtungen, die den Chirurgen nicht in ausreichende Nähe bringen, um einen Zugang zum Patienten während eines MRI-Scanvorgangs zu erlauben.
Das MRI-System 100 verfügt auch über einen Gradientenverstärker 150. Auch ist eine Gruppe von HF-Verstärkern 160 und HF-Spulen 162 vorhanden, die in Verbindung mit dem Magnetsystem 140 dazu verwendet werden, HF-Impulse im Magnetfeld zu erzeugen und zu übertragen. Zum Erfassen der MR-Signale aus den abgefragten Geweben wird entweder dieselbe HF-Spule oder eine andere verwendet. Dieses erfasste MR-Signal wird dann durch einen Vorverstärker 164 verstärkt und durch einen Empfänger 166 für Übertragung an das Datenerfassungssystem 170 empfangen und dann an das die Bilddaten verarbeitende Computersystem 110 übertragen. Das Datenerfassungssystem ist in den Systemsteuerungen- und Signalverlaufsgenerator-Abschnitt 120 des Computers 102 als Teil einer Rückkopplungsschleife eingebaut. Die Daten werden interpretiert und auf ein Display 180 gegegeben, das dem Computer des MRI-Systems 100 zugeordnet ist. Der Computer 102 sowie die CPU 104 und der Speicher 106 können vom MRI-System 100 erfasste Daten dazu verwenden, Bilder eines abgerasterten Teils des Patienten aufzubauen. Die Bilder werden typischerweise als Scheiben bezeichnet. Zum Beispiel kann dafür gesorgt werden, dass eine Horizontalscheibe und eine Vertikalscheiben des Teils des Körpers oder des Patienten als Bild aufgenommen wird. Der Computer kann auch andere Scheiben zur Verwendung durch Ärzte und Radiologen neu berechnen und aufbauen, die über jede beliebige ausgewählte Ausrichtung verfügen, die dazu erforderlich ist, die Untersuchung verschiedener Punkte in einem Patienten zu erleichtern. Zum Beispiel können Läsionen innerhalb des Körpers sowie bestimmte Organe aufgefunden werden. Es können verschiedene Scheiben abgefragt werden, um die Untersuchung dieser Ziele zu erleichtern. Aus den erfassten Daten kann die Position der Läsionen oder Organe ebenfalls sehr genau unter Verwendung eines kartesischen oder Polarkoordinatensystems ermittelt werden. Die obige Beschreibung des MR-Scanners dient einfach zu Demonstrationszwecken, und es können hier viele alternative MR-Scansysteme beschrieben werden.
Innerhalb einiger Teile eines Patienten ist es kritisch, ein chirurgisches Instrument sehr genau zu platzieren. Zum Beispiel ist bei der Neurochirurgie sehr kritisch, dass Instrumente, wie Katheter oder Nadeln, sehr genau innerhalb des Schädels oder Kopfs eines Patienten platziert werden. Die
2 zeigt eine Seitenansicht eines Patienten, bei dem eine Trajektorienführung 200 verwendet wird. Die Trajektorienführung 200 verfügt über eine Basiseinheit 210, ein bewegliches Element 220, ein Schließelement 230 und einen Führungsschaft 240. Die Basiseinheit 210 wird am Schädel des Patienten befestigt. Bei der dargestellten speziellen Ausführungsform erfolgt die Befestigung durch Knochenschrauben. Jedoch wird davon ausgegangen, dass eine beliebige Anzahl von Arten existiert, um die Basis 210 am Schädel zu befestigen. Zum Beispiel könnte die Basis 210 auch mit einem Gewinde versehen werden, um sie in ein Fräsloch 250 zu schrauben. Auch könnte ein Flansch zur Basis 210 hinzugefügt werden, um sie am Schädel zu befestigen.
Das bewegliche Element 220 enthält einen Durchgang 222, der in der 2 in Form gestrichelter Linien dargestellt ist. Auch der Führungsschaft 240 enthält eine längliche Öffnung 242. Die Öffnung 242 ist in der 2 ebenfalls mit gestrichelten Linien dargestellt. Der Durchgang 242 im Führungsschaft 240 sowie die Öffnung 222 im beweglichen Element oder der Kugel 220 bilden eine Linie oder Trajektorie 260, die ein Ziel 270 innerhalb des Patienten schneidet. Der Führungsschaft 240 und das bewegliche Element oder die Kugel 220 bilden den ersten Teil der Trajektorie 260. Ein chirurgisches Instrument oder ein Betrachtungswerkzeug kann in die Öffnung 242 des Führungsschafts 240 eingeführt und durch den Durchgang im beweglichen Element 220 geführt und dann weiter über ein ausgewähltes Stück zum Ziel 240 in den Patienten eingeführt werden. Die Öffnung 242 im Führungsschaft 240 sowie der Durchgang 222 im beweglichen Element 220 führen ein chirurgisches Instrument entlang der Trajektorie 260 zum Ziel 270. Selbstverständlich wird das bewegliche Element 220 durch das Schließelement 230 am Ort festgestellt, bevor ein chirurgisches Instrument 280 durch die Öffnung 242 im Führungselement 240 platziert wird.
Die 3 zeigt eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung 200 mit installiertem Führungselement. Wie es in der 3 dargestellt ist, besteht die Trajektorienführung 200 aus einer Basis 210, einem beweglichen Element 220, einem Schließelement 230 und einem Führungselement 240. Die Basis 210 verfügt über einen zylindrischen Teil 212 und einen Flansch 214. Der Flansch 214 verfügt über mehrere angesenkte Schraubenöffnungen 215, 216 und 217. Die angesenkten Schraubenöffnungen 215, 216 und 217 nehmen Knochenschrauben auf, die in den Schädelknochen oder den Knochen eines Patienten eingeschraubt werden. Der zylindrische Teil 212 passt in das Fräsloch 250 im Patienten. Die Basis enthält auch einen halbkugelförmigen Sitz 218. Obwohl es in der 30 dargestellt ist, existiert in der Basis 210 eine Öffnung mit einem ersten Ende, das am Sitz 218 endet, und einem anderen Ende, das am Boden der Basis 210 endet.
Wie es in der 3 dargestellt ist, ist das bewegliche Element 220 im Wesentlichen ein kugelförmiges Element oder eine Kugel. Das kugelförmige Element oder die Kugel passt in den Sitz 218. Das kugelförmige Element oder die Kugel bewegt sich frei innerhalb des Sitzes 218. Das kugelförmige bewegliche Element 220 enthält auch eine Öffnung 222. Die Öffnung durchdringt das kugelförmige bewegliche Element. Ein Ende der Öffnung kann über eine Gruppe von Innengewinden verfügen, die dazu verwendet werden können, passende Gewinde aufzunehmen, die sich am Führungsschaft oder Führungselement 240 oder am Positionierungsschaft (unter Bezugnahme auf die 4 erörtert) befinden.
Auch das Schließelement 230 enthält eine es durchsetzende Öffnung. Das Schließelement 230 verfügt über einen zylindrischen unteren Teil 232 und einen Flansch 234. Die Öffnung des Schließelement 230 verfügt über ausreichend Raum, um eine Bewegung des beweglichen Elements 220 zuzulassen, wenn sich das Schließelement an einer unverriegelten oder nicht angezogenen Position befindet. Obwohl es in der 3 nicht dargestellt ist, enthält der untere Teil des zylindrischen Teils 232 des Schließelements 230 eine Gruppe von Innengewinden. Die Gruppe der Innengewinde steht mit einer Gruppe von Außengewinden an der Basiseinheit 210 (in der 7B dargestellt) in Eingriff. Wie es später beschrieben wird, gelangt, wenn die Innengewinde des Schließelements 230 mit den Gewinden an der Basis 210 in Eingriff gebracht werden, ein Teil des Schließelements mit dem beweglichen Element 220 in Eingriff, um dieses und den es durchsetzenden Durchgang 222 an einer festen Position zu befestigen.
Ein Führungsschaft oder Führungselement 240 ist auch in der 3 dargestellt. Der Führungsschaft verfügt über eine in ihm ausgebildete längliche Öffnung 242. Die längliche Öffnung durchdringt die Länge des Führungsschafts 240. Ein Ende des Führungsschafts verfügt über einen Satz von Außengewinden, die in die Innengewinde des kugelförmigen, beweglichen Elements 220 eingreifen. Wenn die Außengewinde des Führungsschafts 240 in die Innengewinde des beweglichen Elements 220 eingreifen, ist die Öffnung 242 im Wesentlichen mit dem Durchgang 222 im beweglichen Element ausgerichtet. Die Öffnung 242 und der Durchgang 222 bilden den ersten Teil oder die Führung für die Trajektorie 260 zum Ziel 270 innerhalb des Patienten. Es sei darauf hingewiesen, dass das bewegliche Element 220 nicht notwendigerweise ein kugelförmiges Element sein muss, obwohl es die Kugelform ermöglicht, dass die Kugel über eine universelle Schwenkwirkung vom Gelenktyp verfügt, was bevorzugt ist. Es sei auch darauf hingewiesen, dass das bewegliche Element 220 und der Führungsschaft 240 einstückig ausgebildet sein können. Dies beseitigt das Erfordernis des Gewindeendes Führungsschafts 240 und des mit einem Gewinde versehenen Innendurchmessers 222 des beweglichen Elements 220.
Außerdem kann das Schließelement 230 in fast jeder beliebiger Form ausgebildet sein. Ein Flansch 234 ist dahingehend nützlich, dass er einen zusätzlichen Hebel zum Anziehen oder Lockern des Schließelements bildet. Es ist jede beliebige Form akzeptierbar, die in Bezug auf das bewegliche Element 220 in eine Verriegelungsposition gedreht oder in einer solchen platziert werden kann.
Positionierungselement
Es wird nun auf die 4 Bezug genommen, die eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung 200 mit einem Positionierungselement 400 ist. Viele der Teile der in der 4 dargestellten Trajektorienführung 200 sind dieselben, wie sie in der 3 dargestellt sind. Der Zeit halber wird eine Erörterung der gemeinsamen Elemente nicht wiederholt. Einige der Grundelemente werden zu den Zwecken dieser Erörterung nummeriert. Der Unterschied zwischen den 3 und 4 besteht darin, dass der Führungsschaft oder das Führungselement 240 durch einen Positionierungsschaft ersetzt ist. Der Positionierungsschaft 400 verfügt über ein Ende 410, das ein Gewinde für Eingriff mit einem innengewinde im Durchgang 220 des beweglichen Elements 220 trägt. Der Positionierungsschaft 400 verfügt auch über einen ersten Lokalisierer 420 und einen zweiten Lokalisierer 430. Der erste Lokalisierer 420 verfügt über eine kleine Öffnung 422, die an einem Ende des Positionierungsschafts 400 liegt. Die kleine Öffnung 422, die in der 4 gestrichelt dargestellt ist, ist mit einem Fluid oder einer Substanz gefüllt, die durch eine Scanvorrichtung wie die beschriebene und in der 1 dargestellte MRI-Scanvorrichtung 100 sichtbar ist. Nachdem ein Fluid oder eine Substanz in die Öffnung 422 eingebracht wurde, wird das Ende durch eine Kappe und einen Kleber dicht verschlossen. In ähnlicher Weise verfügt der zweite Lokalisierer 430 über eine Öffnung 432, die eine Substanz enthält, die durch einen Scanner wie den in der 1 dargestellten MRI-Scanner lesbar ist. Wie es in der 4 dargestellt ist, liegen der erste Lokalisierer 420 und der zweite Lokalisierer 430 koaxial zur Achse des durch den Positionierungsschaft 400 gebildeten Zylinders. Es wird davon ausgegangen, dass ein erster Lokalisierer 420 und ein zweiter Lokalisierer 430 auch einer Position versetzt gegenüber der durch den Positionierungsschaft 400 gebildeten Zylinder ausgebildet sein können.
Es wird nun auf die 17 Bezug genommen, in der eine Alternative der Ausführungsform des Positionierungsschafts 1700 dargestellt ist. Der Positionierungsschaft 1700 verfügt über eine Kammer 1710, die im Wesentlichen hohl ist und an ihren beiden Enden durch Endkappen 1712 und 1714 abgedichtet ist. Ein Fluid, das durch ein Kernmagnetresonanz-Bildgebungssystem lesbar ist, ist in der Kammer 1710 des Positionierungsschafts 1700 gemäß der alternativen Ausführungsform untergebracht oder aufbewahrt. Innerhalb der Kammer 1710 befinden sich ein erster Lokalisierer 1720 und ein zweiter Lokalisierer 1722. Der erste Lokalisierer 1720 und der zweite Lokalisierer 1722 können über ein Fluid verfügen, das mit einem anderen Material dotiert ist, das gegenüber dem Hauptanteil des Fluids innerhalb der Kammer 1710 durch ein Kernmagnetresonanz-Bildgebungssystem unterscheidbar ist. Die Kammer 1710 mit einem ersten dotierten Fluid kann leicht lokalisiert werden, und sie wird für eine Grobausrichtung des Positionierungsschafts verwendet. Der erste Lokalisierer 1720 und der zweite Lokalisierer 1722 werden dazu verwendet, den Positionierungsschaft 1700 in solcher Weise genauer auszurichten, dass sich die Öffnung 222 innerhalb des beweglichen Elements 220 in einer Trajektorie in Form einer geraden Linie zu einem Ziel innerhalb des Patienten befindet. Der Positionierungsschaft 1700 verfügt über ein Schaftende 1730, das so ausgebildet ist, dass es in die Öffnung 222 im beweglichen Element 220 der Trajektorienführung passt. Alternativ können der erste und der zweite Lokalisierer 1720 und 1722 aus einem massiven Material bestehen, das im MR-Bild nur dank seiner fehlenden MR-Sichtbarkeit erscheint.
Die 18 zeigt das Bild, wie es auf dem Display 180 eines Kernmagnetresonanz-Bildgebungssystems 100 dargestellt wird. Das Bild 1800 verfügt über zwei Rechtecke, die die Form der Kammer 1710 widerspiegeln. Jedes der Rechteckbilder 1800 verfügt über ein anderes Bild 1820 und 1822 in ihm. Das Bild 1820 und das Bild 1822 können dazu verwendet werden, den Positionierungsschaft und die Öffnung 222 innerhalb des beweglichen Elements 220 der Trajektorienführung genauso auszurichten, dass die Öffnung im beweglichen Element eine Trajektorie bildet, die ein Ziel, wie 270, innerhalb des menschlichen Körpers schneidet. Diese spezielle Ausführungsform des Positionierungsschafts 1700 ist dahingehend von Vorteil, dass der Flüssigkeits hauptkörper innerhalb des Hohlzylinders 1710 einfacher aufgefunden wird und für eine Grobausrichtung genutzt werden kann.
Die mit Fluid gefüllten Öffnungen könnten durch kleine Spulen ersetzt werden, die eine durch den Scanmechanismus 100 lesbare Funkfrequenz erzeugen. Für andere Scansysteme können andere Wandler verwendet werden. Die anderen Wandler oder Elemente könnten in einem anderen Scansystem als erster Lokalisierer 420 und zweiter Lokalisierer 430 dienen. Zum Beispiel werden bei rahmenloser Stereotaxie Infrarotkameras dazu verwendet, verschiedene Punkte im Raum zu lokalisieren. Es wird davon ausgegangen, dass der erste Lokalisierer 420 mindestens eine LED oder Licht emittierende Diode aufweisen könnte, die durch eine Infrarotkamera lesbar ist. In ähnlicher Weise könnte für den zweiten Lokalisierer 430 mindestens eine LED oder Licht emittierende Diode verwendet werden. Im Allgemeinen werden mehrere LEDs oder Licht emittierende Dioden in einem Array angeordnet. Innerhalb des Arrays werden die LEDs oder Licht emittierenden Dioden so positioniert, dass sie mindestens einige Grad voneinander entfernt werden, so dass die Infrarotkamera eine Ortsdifferenz erkennen kann. Bei einer Ausführungsform unter Verwendung von LEDs oder Licht emittierenden Dioden als Lokalisierer müssen die LEDs im Gesichtsfeld der Infrarotkamera positioniert werden.
Der erste Lokalisierer 420 und der zweite Lokalisierer 430 müssen nicht vom selben Typ einer lesbaren Wandlereinheit sein. Zum Beispiel könnte in einem MR-Bildgebungssystem der erste Lokalisierer 420 eine mit einer bei MR sichtbaren Substanz gefüllte Öffnung 422 sein, während der zweite Lokalisierer 430 eine Spule sein könnte, die Hochfrequenzen erfasst und/oder emittiert. Beides wäre in einem MR-Bildgebungssystem lesbar.
Bewegliches Element
Die 5a und 5b zeigen das bewegliche Element, das nun etwas detaillierter erörtert wird. Die 5a und 5b zeigen, dass das bewegliche Element 220 im Wesentlichen kugelförmig ist. Das bewegliche Element 220 enthält eine Öffnung 222. Die Öffnung 222 enthält einen Abschnitt 223 mit kleinerem Durchmesser sowie einen Abschnitt 224 mit größerem Durchmesser. Die Innenfläche des größeren Abschnitts 224 der Öffnung 222 ist mit einem Gewinde versehen, wie es durch die Bezugszahl 225 gekennzeichnet ist. Der Abschnitt 224 mit größerem Durchmesser und das Gewinde 225 nehmen den Außengewindeteil entweder des Positionierungsschafts 400 oder des Führungsschafts 240 auf. Der Abschnitt 223 mit kleinerem Durchmesser der Öffnung 222 ist von ausreichendem Durchmesser, um es zu ermöglichen, dass ein Instrument, wie eine Nadel, eine Sonde, ein Katheter, ein Endoskop oder eine Elektrode, durch die Öffnung passt. Das bewegliche Element 220 besteht aus einem biologisch verträglichen Material wie Delrin.
Die 6a und 6b zeigen eine Seitenansicht und eine Draufsicht der Basis 210 der Trajektorienführung 200. Die Basis 210 verfügt über den zylindrischen Teil 212 und den Flansch 214. Der Flansch 214 verfügt über eingesenkte Öffnungen 215, 216 und 217 sowie den Sitz 218, der das bewegliche Element 220 aufnimmt. Der Sitz 218 ist Teil einer Öffnung 600, die einen Innengewindeabschnitt 610 enthält. Der Innengewindeabschnitt 610 ist so bemessen, dass er das Gewinde entweder des Positionierungsschafts 400 oder des Führungsschafts 240 aufnimmt.
Unter Bezugnahme auf die 7a und 7b wird nun das Schließelement der Trajektorienführung 200 erörtert. Das Schließelement 230 verfügt über den zylindrischen Teil 232 und einen Flansch 234. Die Außenseite des Flanschs 232 ist mit einem Gewinde versehen, um eine Außengewindefläche 700 zu bilden. Das Gewinde der Außengewindefläche 700 ist so bemessen, dass es mit der Innengewindefläche 600 der Basis 210 in Eingriff treten kann. Das Schließelement 230 verfügt auch über eine es durchsetzende Öffnung 710. Das Schließelement verfügt auch über eine Verriegelungsfläche 720. Bei dieser speziellen Ausführungsform ist die Verriegelungsfläche 720 flach, so dass sie an einer flachen Fläche am beweglichen Element 220 anliegt. Die Flansche 234 sind so verlängert, dass das Gewinde der Gewindefläche 700 leicht in Eingriff mit dem Innengewinde 600 der Basis 210 treten kann. Es wird davon ausgegangen, dass für das Schließelement andere geometrische Formen verwendet werden könnten und dass andere Verriegelungsflächen verwendet werden könnten.
Im Betrieb erfährt ein Patient einen Scanvorgang mit einer Vorrichtung wie einem MRI-System oder Magnetresonanz-Bildgebungssystem 100 als Teil einer normalen diagnostichen, medizinischen Prozedur. Ein Scanvorgang kann dazu verwendet werden, ein spezielles Organ innerhalb eines Patienten oder Läsionen oder irgendein anderes Ziel 270 innerhalb desselben zu lokalisieren. Es sei darauf hingewiesen, dass Ziele nicht notwendigerweise dahingehend beschränkt sind, dass sie im Kopf eines Patienten befinden. Es können auch andere Gebiete eines Patienten sein, bei denen es kritisch ist, ein chirurgisches oder Beobachtungswerkzeuge genau zu platzieren. Außerdem sei auch darauf hingewiesen, dass der Patient nicht notwendigerweise ein Mensch sein muss. Ein Patient kann jedes beliebige lebende Lebewesen sein. Wenn einmal ein Ziel aufgefunden ist und unter Verwendung eines MRI- oder anderen Scansystems lokalisiert wurde, kann die Basis 210 der Trajektorienführung 200 am Patienten angebracht werden. Die Basis wird in einem Gebiet nahe dem Ziel 270 am Patienten befestigt. Der Computer 102 der Scanvorrichtung 100 wird dazu verwendet, den genauen Ort des Ziels 270 zu bestimmen. Der genaue Ort kann mit einem beliebigen Typ von Koordinatensystem aufgefunden werden, wo normalerweise ein kartesisches Koordinatensystem verwendet wird. Wenn einmal die Basis 210 am Patienten angebracht ist, werden die restlichen Teile der Trajektorienführung 200 an der Basis 210 angebracht. Anders gesagt, werden das bewegliche Element 220, die Schließführung, das Schließelement 230 und ein Positionierungsschaft 400 hinzugefügt, um eine vollständige Trajektorienführung 200 zu bilden.
Der erste Lokalisierer 420 und der zweite Lokalisierer 430 des Positionierungsschafts 400 werden durch das Scansystem 100 gelesen, und durch den Computer 102 wird eine Linie bereichnet, die durch den ersten Lokalisierer 420 und den zweiten Lokalisierer 430 definiert ist. Die berechnete Linie entspricht der Mittellinie des Durchgangs 222 und der Öffnung 242 des Führungsschafts. Wenn die Linie mit dem Ziel 270 ausgerichtet ist, wird das Schließelement dazu verwendet, das bewegliche Element 220 an seiner Position zu verriegeln. Wenn die Linie das Ziel 270 nicht schneidet, wird der Positionierungsschaft 400 verstellt, bis durch den ersten Lokalisierer 420 und den zweiten Lokalisierer 430 eine das Ziel 270 schneidende Linie gebildet ist. Wenn der Patient und der Positionierungsschaft 400 während eines Scanvorgangs leicht vom Chirurgen erreicht werden können, kann der Positionierungsschaft 400 von Hand verstellt oder neu eingestellt werden. Wenn der Patient vom Chirurgen entfernt ist oder er von diesem nicht erreicht werden kann, kann ein hydraulisches oder anderes Stellglied dazu verwendet werden, den Positionierungsschaft 400 zu verstellen. Wenn einmal eine derartige Linie gebildet ist, wird das Schließelement 230 festgezogen.
Nach dem Fixieren der Position des beweglichen Elements 220 wird der Positionierungsschaft 400 entfernt, und es wird der Führungsschaft 240 am beweglichen 220 angebracht. Wenn einmal der Führungsschaft 240 am beweglichen 220 angebracht ist, ist die Trajektorie 260 durch die Öffnung 242 und den Durchgang 222 gebildet. Die Führung wird dann so positioniert, dass ein Instrument oder ein Beobachtungswerkzeug durch die Führungsöffnung so platziert werden kann, dass das Ziel 270 geschnitten wird.
Fernbedienung und Steuerung – erste Ausführungsform
Die 30 bis 32 zeigen detailliert eine mechanische Fernbedienungs- und Fernsteuerungsvorrichtung 3000. Diese mechanische Fernbedienungs- und Fernsteuerungsvorrichtung 3000 verfügt über eine erste oder tatsächliche Trajektorienführung 3001, die an einem Patienten angebracht wird, und eine zweite Trajektorienführung 3002, die vom Patienten entfernt ist. Die zweite Trajektorienführung 3002 wird manchmal als Fern-Trajektorienführung 3002 bezeichnet. Die zweite Trajektorienführung 3002 ist ein Duplikat der ersten Trajektorienführung 3001. Die erste Trajektorienführung 3001 und die zweite Trajektorienführung 3002 haben dasselbe Aussehen und dasselbe Feeling. Auf diese Weise muss der ärztliche Chirurg oder Techniker, der eine Fernbedienungs-Steuerungsvorrichtung 300 verwendet, nur lernen, wie eine spezielle Trajektorienführung, wie die erste Fern-Betätigungs/Bedienungs-Vorrichtung 3000 oder die zweite Trajektorienführung 3002, arbeitet, anstatt dass er das Aussehen und Feeling sowohl der tatsächlichen Trajektorienführung 3001 als auch der zweiten oder Fern-Trajektorienführung 3002 erlernen müsste.
Typischerweise wird die erste Trajektorienführung 3001 an einem Patienten angebracht, der sich innerhalb einer Scanumgebung 3020 befindet. Die Scanumgebung 3020 kann ein MR-Bildgebungsort sein, wie oben beschrieben, oder es kann sich um eine CT-Scanumgebung handeln, wie dies unten detaillierter erörtert wird, oder sie kann eine beliebige andere Scan- oder Bildgebungsumgebung sein. Die zweite Trajektorienführung 3002 befindet sich außerhalb der Scanumgebung. Unter Verwendung der Fern-Betätigungs/Bedienungs-Vorrichtung 3000 kann dann ein Chirurg oder Arzt die erste Trajektorienführung 3001, die sich innerhalb der Scanumgebung befindet, durch Handhaben der zweiten Trajektorienführung 3002, die sich außerhalb der Scanumgebung befindet, handhaben. In vielen Fällen besteht kein Zugang zur ersten Trajektorienführung 3001, während sich diese und der Patient innerhalb der Scanumgebung befinden. Dadurch, dass der ärztliche Chirurg die erste Trajektorienführung 3001 dadurch handhaben kann, dass er die außerhalb der Scanumgebung positionierte zweite Trajektorienführung 3002 verstellt, kann er erforderliche Einstellungen an der ersten Trajektorienführung 3001 ausführen, ohne dass der Patient aus der Scanumgebung herausgenommen werden müsste. Dies spart Zeit für die chirurgische Prozedur, da das Bewegen eines Patienten in eine Scanumgebung und aus dieser heraus viel Zeit erfordert. Außerdem wird der Patient, da die Prozedur verkürzt ist, auch weniger irgendwelchen schädlichen Erscheinungsformen der Scanumgebung ausgesetzt. Außerdem wird der ärztliche Chirurg nicht der Scanumgebung ausgesetzt.
Überblicksmäßig werden MR- und Röntgenstrahlungs-kompatible Kabel 3030, 3032 und 3034 dazu verwendet, die Bewegung an der zweiten Trajektorienführung 3002 oder der Fern-Trajektorienführung an die erste Trajektorienführung 3001 zu übertragen, die am Patienten angebracht oder diesem auf andere Weise zugeordnet ist. Der Begriff Kabel bedeutet jeden Typ starter Drähte oder anderer Fasern, die die Bewegungen der ersten Trajektorienführung 3002 an die erste Trajektorienführung 3001 übertragen können. Die in der Vorrichtung verwendeten Fasern oder Drähte bestehen aus Materialien, die mit der Scanumgebung verträglich sind. Wenn z. B. die Fern-Betätigungs/Bedienungs-Vorrichtung 3000 in einer MR-Umgebung verwendet wird, muss das Material der Kabel aus einem unmagnetischen Material bestehen, da in einer MR-Umgebung starke Magnetfelder verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die 30 auch die Vorschubanordnung 3700 für das chirurgische Instrument zeigt, die unten bei der Beschreibung der 37 vollständiger erörtert wird.
Unter Bezugnahme auf die 31 werden nun Einzelheiten der ersten Trajektorienführung 3001 und der zweiten Trajektorienführung 3002 erörtert. Die erste Trajektorienführung 3001 und die zweite Trajektorienführung 3002 sind einander gleich, so dass, anstatt dass dieselben Punkte doppelt beschrieben würde, zur Platzeinsparung nur eine detailliert beschrieben wird. Die 31 ist eine perspektivische Ansicht der ersten oder der zweiten Trajektorienführung, 3001 oder 3002, die als Teil des in der 30 dargestellten mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus verwendet wird. Die Trajektorienführung 3001 verfügt über eine Basis 3200, ein auch als Führungsschaft bezeichnetes bewegliches Element 3300, ein Schließelement 3400 und einen Führungsschaft-Kabelhalter 3500. Der Führungsschaft 3300 verfügt über ein Kugel- oder gerundetes Ende 3310, das in einer Öffnung 3210 in der Basis 3200 aufgenommen wird. Das Schließelement 3400 passt über das Kugelende 3310 des Führungsschafts 3300. Das Schließelement verfügt über einen Außengewindeabschnitt 3410, der mit einem Innengewinde 3212 in der Öffnung 3210 der Basis 3200 in Eingriff tritt. Das Kugelende 3310 des Führungsschafts 3300 bewegt oder dreht sich frei innerhalb der Öffnung 3210 der Basis 3200, bis das Schließelement 3400 in Eingriff mit dem Kugelende 3310 und der Basis 3200 geschraubt ist. Der Führungsschaft-Kabelhalter 3500 passt über den Führungsschaft 3300, und er sitzt über dem Schließelement 3400. Die Basis 3200 verfügt über mehrere Ausnehmungen 3220, 3222 und 3224, die die Kabel 3030, 3032 und 3024 aufnehmen. Wenn das Schließelement 3400 mit der Basis 3200 in Kontakt steht, sind die Aussparungen teilweise durch das Schließelement 3400 abgedeckt, um Führungspfade für die Kabel 3030, 3032 und 3024 zu bilden.
Die 32 ist eine Draufsicht der Basis 3200 der Trajektorienführung 3001, die als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus 3000 verwendet wird.
Wie es in der 32 dargestellt ist, verfügt die Basis 3200 über eine Öffnung 3210. Die Öffnung 3210 verläuft nicht vollständig durch die Basis 3200, sondern sie bildet vielmehr eine Tasche zum Aufnehmen des Kugelendes 3310 des Führungsschafts 3300. Der Boden der Öffnung 3210 ist so abgeschrägt, dass das Kugelende 3310 entlang einer Linie um das Kugelende mit der Öffnung in Kontakt steht. Die Öffnung 3210 verfügt auch über einen durch die gestrichelten Linien 3212 dargestellten Innengewindeabschnitt. Außerdem verfügt die Basis 3200 über die Aussparungen 3220, 3222 und 3224 zum Aufnehmen von Kabel. Es sind drei Aussparungen dargestellt. Es ist zu beachten, dass zusätzliche Aussparungen vorhanden sein könnten, wenn das spezielle Design mehr Kabel erfordert. Außerdem ist zu beachten, dass eine kleinere Anzahl von Aussparungen vorhanden sein könnte, wenn eine kleinere Anzahl von Kabeln verwendet würde. Es ist auch denkbar, dass die Aussparungen insgesamt weggelassen werden könnten und an anderer Stelle als der Basis 3200 angebracht werden könnten. Die Basis 3200 verfügt auch über Öffnungen 3230, 3232 und 3234, die Montageschrauben aufnehmen könnten oder dazu verwendet werden könnten, die Basis 3200 an irgendeinem anderen Haltertyp am Körper eines Patienten zu montieren.
Die 33 ist eine Seitenansicht des Führungsschafts 3300 der Trajektorienführung 3001, die als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus 3000 verwendet wird. Der Führungsschaft 3300 verfügt über ein kugelförmiges Ende 3310 und ein freies Ende 3320. Nahe dem freien Ende 3320 befindet sich ein Rastpunkt oder eine Nut 3330. Der Führungsschaft 3300 enthält eine Öffnung 3340, die entlang seiner Länge verläuft. Die Öffnung 3340 ist so bemessen, dass ein chirurgisches Instrument im Führungsschaft 3300 aufgenommen und durch diesen geführt werden kann. Die Öffnung 3340 ist so positioniert, dass sie koaxial zur Trajektorie zum Ziel 270 innerhalb des Patienten verläuft. Der Führungsschaft 3300 der Trajektorienführung 3001 ist das bewegliche Element, das so verstellt wird, dass die Öffnung koaxial oder gezielt zum Ziel 270 innerhalb des Patienten verläuft.
Die 34 ist eine Draufsicht des Schließelements 3400 der Trajektorien führung 3001, die als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus 3000 verwendet wird. Das Schließelement enthält eine Öffnung 3420, die ganz durch es verläuft. Die Öffnung 3420 ist so bemessen, dass sie eine solche Bewegung des Führungsschafts 3300 ermöglicht, dass dieser so neu positioniert werden kann, dass die Öffnung 3340 in ihm mit der Trajektorie zum Ziel innerhalb des Patienten ausgerichtet wird. Die Öffnung befindet sich innerhalb des rohrförmigen Teils 3422, der über einen Außengewindeabschnitt 3410 verfügt. Das Schließelement 3400 verfügt über einen scheibenförmigen Teil 3450 mit größerem Durchmesser als dem des rohrförmigen Teils 3422. Der größere Durchmesser des scheibenförmigen Teils 3450 vereinfacht es dem Chirurgen oder Techniker, das Schließelement 3400 anzuziehen. Der Außendurchmesser des scheibenförmigen Teils kann mit einer Reibkante, wie einer gerändelten Kante, versehen sein, um die Fähigkeit, das Schließelement 3400 in Bezug auf die Basis 3200 anzuziehen, weiter zu verbessern. Der scheibenförmige Teil 3450 verfügt auch über mehrere große Öffnungen 3451, 3452 und 3453 in ihm. Die Öffnungen 3451, 3452 und 3453 sorgen für Toleranz für die Kabel 3030, 3032 und 3034, die durch sie laufen und die am Führungsschaft-Kabelhalter 3500 angebracht sind, der benachbart zum Schließelement 3400 ruht oder sitzt.
Die 35 ist eine Draufsicht des Führungsschaft-Kabelhalters 3500 der Trajektorienführung 3001, die als Teil des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus 3000 verwendet wird. Der Führungsschaft-Kabelhalter 3500 verfügt über eine zentrale Öffnung 3510, die so bemessen ist, dass sie mit angemessener Toleranz über den Führungsschaft 3300 passt, so dass dieser hindurchlaufen kann, jedoch mit ausreichend kleiner Toleranz, dass eine Kraft auf den Führungsschaft 3300 ausgeübt wird, wenn die Kabel 3030, 3032 und 3034 durch Verstellen des anderen Führungsschafts in Zug versetzt werden. Der Führungsschaft-Kabelhalter 3500 verfügt über mehrere andere Öffnungen 3520, 3522 und 3524 zum Aufnehmen der Enden der Kabel 3030, 3032 und 3034. Jede Öffnung 3520, 3522 und 3524 ist einen eingestellten Abstand vom Zentrum des Führungsschaft-Kabelhalters 3500 entfernt. Jede Öffnung verfügt über einen Abschnitt größeren Durchmessers, um auf haltende Weise das Ende des Kabels aufzunehmen. Jedes Kabel 3030, 3032 und 3034 verfügt über ein vergrößertes Ende, die in die Öffnungen 3520, 3522 und 3524 passen.
Die 36 ist eine perspektivische Explosionsansicht des mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus 3000 mit der Führungsabstandshülse 3600 zum Beabstanden des Vorschubmechanismus 3700 für ein chirurgi sches Instrument über dem Führungsschaft 3300. Die Kabel, Fasern oder Drähte 3030, 3032 und 3034 laufen innerhalb von Kabelhülsen 3630, 3632 und 3634. Jede der Kabelhülsen 3630, 3632 und 3634 verfügt über ein erstes verdrehtes Ende, das in die Aussparungen 3220, 3222, 3224 der ersten Basis 3200 der ersten Trajektorienführung 3001 passt, und ein zweites verdrehtes Ende, das in die Aussparungen 3220, 3222, 3224 der zweiten Basis 3200 der zweiten Trajektorienführung 3002 passt. Nachdem der Führungsschaft 3300 der ersten Trajektorienführung 3001 unter Verwendung des Führungsschafts 3300 der zweiten Trajektorienführung 3002 so positioniert wurde, dass die Öffnung 3340 koaxial zur Trajektorie zum Ziel im Patienten verläuft, wird der Patient aus der Scanumgebung 3020 herausgenommen. Während sich das Schließelement 3400 außerhalb der Scanumgebung befindet, wird es angezogen, um das Führungselement 3300 an seinem Ort zu befestigen. Der nächste Schritt, während sich der Patient außerhalb der Scanumgebung 3020 befindet, besteht darin, das chirurgische Instrument und den Vorschubmechanismus 3400 (detailliert in der 37 erörtert) für dasselbe hinzuzufügen. Zunächst werden mehrere Abstandshalter hinzugefügt, um den Vorschubmechanismus 3700 für das chirurgische Instrument korrekt zu platzieren. Der Vorschubmechanismus für das chirurgische Instrument verfügt über einen Teil, der am Rastpunkt oder der Nut 3320 im Führungsschaft 3300 verriegelt oder dort einschnappt. Auf dem Schließelement 3400 wird eine erste Führungsmarkierungskappe 3602 platziert. Dann wird auf der ersten Führungsmarkierungskappe 3602 und dem Führungsschaft 3300 die Führungsabstandshülse 3600 platziert. Der abschließende Abstandshalter ist eine zweite Führungsmarkierungskappe 3604. Wenn einmal diese Abstandshalter platziert sind, wird der Vorschubmechanismus 3700 für das chirurgische Instrument auf dem Führungsschaft und dem chirurgischen Instrument platziert. Das chirurgische Instrument, die Trajektorienführung 3001 und ein Teil des Vorschubmechanismus 3700 für das chirurgische Instrument werden dann zurück in der Scanumgebung 3020 platziert.
Die 37 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Vorschubmechanismus 3700 für ein chirurgisches Instrument zur Verwendung bei mechanisch ferngesteuerten Trajektorienführungsmechanismus 3000. Der Vorschubmechanismus 3700 für ein chirurgisches Instrument verfügt über einen Vorschub-Führungshalter 3710, der in den Rastpunkt oder die Nut 3320 im Führungsschaft 3300 einrastet, einen Instrument-Führungshalter 3720, einen Instrument-Verriegelungsmechanismus 3730, eine Vorschubhülse 3740, ein Kabel 3750 und einen Mechanismus 3760 zum Verstellen desselben.
Der Instrument-Verriegelungsmechanismus 3730 verfügt über eine obere In strumentenverriegelung 3732, eine untere Instrumentenverriegelung 3734 und ein Verriegelungsrohr 3736. Das Verriegelungsrohr 3736 ist zwischen der oberen Instrumentenverriegelung 3732 und der unteren Instrumentenverriegelung 3734 platziert. Das Äußere des Verriegelungsrohrs 3736 wird durch die obere Instrumentenverriegelung 3732 und die untere Instrumentenverriegelung 3734 umgeben und eingegrenzt. Die obere Instrumentenverriegelung 3732 und die untere Instrumentenverriegelung 3734 stehen über Gewindeeingriff miteinander in Verbindung. Im Betrieb wird der Instrument-Verriegelungsmechanismus 3730 über dem Instrument platziert. Die obere Instrumentenverriegelung 3732 und die untere Instrumentenverriegelung 3734 werden dadurch aufeinander zu bewegt, dass sie ineinander geschraubt werden. Das Verriegelungsrohr 3736 besteht aus einem Elastomer, das sich aufwölbt, wenn das obere und das untere Ende näher aneinander gebracht werden, wodurch ein Erfassen oder Verriegeln am chirurgischen Instrument erfolgt. Dadurch wird auch das chirurgische Instrument in einer Öffnung 3722 im Instrument-Führungshalter 3720 verriegelt.
Die äußere Vorschubhülse 3740 wird am Instrument-Führungshalter 3720 angebracht. Der Instrument-Führungshalter verfügt über eine zweite Öffnung 3724, die der Öffnung in der Vorschubhülse 3740 entspricht. Es existiert auch eine innere Vorschubhülse 3742, die am Vorschub-Führungshalter 3710 angebracht wird, der in den Rastpunkt oder die Nut 3320 im Führungsschaft 3300 einrastet. Die innere Vorschubhülse 3742 passt in die äußere Vorschubhülse 3740. Das Kabel 3750 ist an einem Ende der inneren Vorschubhülse 3742 angebracht. Wenn an der Faser oder am Kabel 3750 gezogen oder darauf gedrückt wird, kann sich die Innenhülse 3742 im Bezug auf die äußere Vorschubhülse 3740 bewegen.
Der Vorschub-Führungshalter 3710 verfügt über eine Vorschubsperre 3712 und einen Sperrstift 3714. Die Vorschubsperre 3712 verfügt über ein Ende, das in den Rastpunkt oder die Nut 3320 im Führungsschaft 3300 passt. Der Sperrstift 3714 hält die Vorschubsperre 3712 am Ort. Nachdem der Vorschub-Führungshalter 3710 am Ort eingerastet wurde, bewegt er sich nicht mehr in Bezug auf den Führungsschaft 3300.
Der Mechanismus zum Verstellen des Kabels 3760 verfügt über einen Innenhülse 3762, eine Außenhülse 3764, einen Spritzenring 3766 und einen Daumenring 3768. Das Kabel wird an einem Ende der Innenhülse 3762 angebracht. Durch Verstellen des Daumenrings 3768 in Bezug auf den Spritzenring 3766 bewegt sich die Innenhülse 3762 in Bezug auf die Außenhülse 3762, und dies wiede rum verstellt das Kabel 3750 am anderen Ende. Wenn der Daumenring 3768 vom Spritzenring 3766 weg bewegt wird, sorgt dies dafür, dass sich der Instrument-Führungshalter 3720 zum Vorschub-Führungshalter 3710 hin bewegt. Da das chirurgische Instrument am Instrument-Führungshalter 3720 befestigt ist, wird es in den Patienten vorgeschoben. Wenn der Daumenring 3768 zum Spritzenring 3766 hin verstellt wird, wird das chirurgische Instrument aus dem Körper des Patienten herausgezogen. Der Daumenring 3768 und der Spritzenring 3766 sind außerhalb der Scanumgebung 3020 positioniert, so dass der Chirurg oder Techniker das Vorschieben oder Herausziehen des Instruments in die Trajektorienführung in der Scanumgebung und aus dieser heraus steuern kann. In der ersten oder tatsächlichen Trajektorienführung 3001 verfügt die äußere Vorschubhülse 3740 über Markierungen auf ihr, die Maßeinheiten wie Zentimeter, Millimeter oder Zoll angeben. Auf der zweiten Trajektorienführung 3002 verfügt die Außenhülse 3762 über Markierungen, die Maßeinheiten wie Zentimeter, Millimeter oder Zoll anzeigen. Auf diese Weise kann der Chirurg das chirurgische Instrument von außerhalb der Umgebung dadurch vorschieben, dass er den Daumenring 3768 um eine bestimmte Anzahl von Maßeinheiten zum Spritzenring 3766 hin bewegt, um das chirurgische Instrument relativ dicht an das Ziel zu bringen. Der Chirurg kann das Instrument zum Ziel vorschieben, während er dasselbe von außerhalb der Umgebung unter Verwendung einer Verfügbaren Scanvorrichtung beobachtet. Die Nadel kann genau an die exakte Position des Körperorgans vorgeschoben werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Vorschubmechanismus zur Verwendung mit jeder beliebigen Basis oder zur Verwendung mit jeder beliebigen Schließelement angepasst werden kann. Zum Beispiel könnte ein Hydraulikmechanismus zum Verstellen des Führungsschafts 3300 von einer Seite zur anderen, was unten erörtert wird, bei diesem Vorschubmechanismus verwendet werden. Außerdem kann dieser Vorschubmechanismus mit jeder beliebigen Basis oder bei jeder beliebigen Variation der Trajektorienführung verwendet werden.
Hydraulikstellglied zur Fernbetätigung und Fernsteuerung – zweite Ausführungsform
Es wird nun auf die 10 Bezug genommen, in der ein Hydraulikstellglied 1000 dargestellt ist. Das Hydraulikstellglied 1000 verfügt über einen Zylinder 1010, einen Plunger 1020, eine Hydraulikleitung 1030 und einen Befestigungsmechanismus 1040. Der Plunger 1020 verfügt über eine Abdichtung 1022 an seinem einen Ende. Die Abdichtung 1022 verhindert den Fluss einer Flüssigkeit vom Zylinder an eine Position jenseits des Plungers 1020. Wenn auf ein Fluid gedrückt wird oder das Fluid in der Hydraulikleitung 1030 einem Fluiddruck ausgesetzt wird, läuft das Fluid in den Zylinder 1010. Wenn mehr Fluid in den Zylinder 1010 läuft, bewegt sich der Plunger 1020 in einer Richtung, die zwischen der Abdichtung 1022 und seinem Boden ein vergrößertes Volumen ermöglicht. Wenn das Fluid in der Hydraulikleitung 1030 aus dem Zylinder abgezogen wird, bewegen sich der Plunger und das Ende mit der Abdichtung 1022 näher an den Boden des Zylinders 1010, so dass innerhalb desselben ein kleineres Volumen gebildet wird. Im Ergebnis bewegt sich der Plunger 1020 abhängig vom Fluid, das in den Zylinder 1010 gedrückt wird oder aus diesem entfernt wird. Der Befestigungsmechanismus 1040 wird dazu verwendet, den Plunger am Führungsschaft oder einem anderen chirurgischen Instrument, das verstellt oder eingestellt werden muss, zu befestigen. Der Befestigungsmechanismus 1040 ist am Plunger 1020 angebracht. In diesem Fall ist der Befestigungsmechanismus 1040 ein Reif, der dazu verwendet werden kann, den Führungsschaft 240 zu umschließen. Es könnten auch andere Befestigungsmechanismen verwendet werden, wie Haken oder Klammern. Die dargestellte Reifanordnung ermöglicht es, den Führungsschaft zu verstellen oder einzustellen, wenn sich der Plunger 1020 in den Zylinder 1010 und aus diesem heraus bewegt. Alle Teile des Hydraulikstellglieds 1000 können aus einem Material bestehen, das durch ein Magnetfeld nicht beeinflusst wird. Dann kann ein Hydraulikzylinder wie der dargestellte in einer MRI-Scanumgebung verwendet werden. Es wird davon ausgegangen, dass andere Stellglieder hergestellt werden könnten und aus unmagnetischen Teilen gebildet werden könnten, so dass sie in einer MRI-Umgebung arbeiten könnten.
Die 11 ist eine Draufsicht eines Führungsschafts 240 einer Trajektorienführung 100, an der zwei Hydraulikstellglieder 1000 und 1000' angebracht sind. Die Hydraulikstellglieder 1000 und 1000' werden dazu verwendet, den Führungsschaft zu verstellen, wenn er sich entfernt vom Chirurgen befindet. Der vom Stellglied 1000 ausgehende Befestigungsmechanismus 1040 läuft um den Führungsschaft der Trajektorienführung 100. In ähnlicher Weise ist auch der Befestigungsmechanismus 1040' um den Führungsschaft 240 herum angebracht. Der Plunger 1020 und der Plunger 1020' stehen mit ungefähr 90° zueinander. Jeder der Plunger kann dann den Führungsschaft 240 so bewegen, dass seine Trajektorie zu einem Ziel innerhalb des menschlichen Körpers eingestellt wird. Jeder der Hydraulikzylinder 1010 und 1010' ist an einem massiven Träger 1100 angebracht oder befestigt. Wie es in der 11 dargestellt ist, sind beide Zylinder 1010 und 1010' an einer Basis 1100, die schematisch dargestellt ist, befestigt. Es kann jede beliebige Anzahl von Anordnungen verwendet werden, um die Zylinder an einer Basis 1100 anzubringen. Zum Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Basis 1100 die Basis 210 der Trajektorienführung 100 sein könnte. Es wird auch davon ausgegangen, dass die Basis 1100 eine Ringkonfiguration sein könnte, die die Zylinder 1010 und 1010' einstückig mit dem Führungsschaft 240 hält.
Im Betrieb werden die Hydraulikzylinder 1000 und 1000' durch den Befestigungsmechanismus 1040 und den Befestigungsmechanismus 1040' am Führungsschaft 240 angebracht. Dann kann der Führungsschaft 240 durch Verstellen des Plungers 1020 oder 1020' verstellt werden. Durch Verstellen dieser Plunger können die Stellung oder die Trajektorie des Führungsschafts geändert werden, bevor das Schließelement dazu verwendet wird, das bewegliche Element an der Position festzustellen. Wenn einmal die Hydraulikzylinder 1000 und 1000' den Führungsschaft 240 in eine Position in einer Linie mit dem Ziel verstellt haben, wird der Patient an einen Punkt bewegt, an dem das Schließelement dazu verwendet werden kann, das bewegliche Element unbeweglich zu machen. Das insoweit beschriebene Hydrauliksystem wird dazu verwendet, den Führungsschaft so zu positionieren, dass eine Trajektorie ausgewählt werden kann.
Fernbetätigung und Fernbedienung – zweite bevorzugte Ausführungsform
Die 19 zeigt einen ferngesteuerten Stellgliedmechanismus, der dazu verwendet wird, die Bewegung des beweglichen Elements 220 zu steuern, das dem Trajektorienführungssystem 200 zugeordnet ist. Um das bewegliche Element 220 fernzusteuern, ist ein bewegliches Duplikat- oder Fernelement 1920 mit einer Öffnung 1922 in ihm vorhanden. Das bewegliche Element 220 verfügt über eine Reihe von Nebenstellgliedern 1950, 1952, 1954 und 1956, die am beweglichen Element 220 angebracht sind und über ein Ende verfügen, das in eine Basis einer Trajektorienführung eingebettet ist. Die in der 19 dargestellte Basis 210 ist schematisch als Ring dargestellt, an dem die Nebenstellglieder 1950, 1952, 1954 und 1956 befestigt sind. An jedem Nebenstellglied ist eine Hydraulikleitung angebracht. Am Hydraulikleitung 1950 ist eine Trajektorie 1960 angebracht, am Nebenstellglied 1952 ist eine Trajektorie 1962 angebracht, am Nebenstellglied 1954 ist eine Trajektorie 1964 angebracht, und am Nebenstellglied 1956 ist eine Trajektorie 1966 angebracht. Die Nebenstellglieder 1950, 1952, 1954 und 1956 werden so positioniert, dass das bewegliche Element 220 in oder um mindestens zwei orthogonale Achsen eingestellt werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass tatsäch lich nur zwei Nebenstellglieder dazu erforderlich sind, eine Bewegung um zwei orthogonale Achsen zu erzeugen. In der 19 sind vier dargestellt. Vier werden verwendet, da viele der Bewegungen sehr kleine und präzise sind. Daher ist es von Vorteil, über ein Nebenstellglied zu verfügen, das gegenüber einem anderen versetzt ist, um die genauen, kleinen Bewegungen des beweglichen Elements 220 zu bewerkstelligen. Das bewegliche Element 220 wird dem Patienten zugeordnet.
Am beweglichen Element 220 und der Basis 210 ist ein Duplikat- oder Fernstellglied 1970 angebracht. Das Fernstellglied 1970 verfügt über ein bewegliches Element 1920 und einen Ring 1910 oder eine Basis, in der sich das bewegliche Element 1920 drehen kann. Am beweglichen Element 1920 ist eine Reihe von vier Nebenstellgliedern 1980, 1982, 1984 und 1986 angebracht. Am Nebenstellglied 1980 ist eine Trajektorie 1990 angebracht. In ähnlicher Weise ist eine Trajektorie 1992 am Nebenstellglied 1982 angebracht, eine Trajektorie 1994 ist am Nebenstellglied 1984 angebracht, und eine Hydraulikleitung 1996 ist am Nebenstellglied 1986 angebracht. Die Hydraulikleitungen 1960, 1962, 1964 und 1966 sind an einer Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 angebracht. An der Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 sind auch Hydraulikleitungen 1990, 1992, 1994 und 1996 angebracht. Innerhalb der Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 ist die einem Nebenstellglied an einem Patienten zugeordnete Trajektorie an einem entgegengesetzten Hydraulik-Nebenstellglied am Fernstellglied 1970 angebracht. Anders gesagt, ist die dem Nebenstellglied 1950 zugeordnete Hydraulikleitung 1960 an der Hydraulikleitung 1994 angebracht, die dem Nebenstellglied 1984 zugeordnet ist. In ähnlicher Weise ist die Hydraulikleitung 1964 an der Hydraulikleitung 1990 angebracht, und die Hydraulikleitung 1966 ist an er Hydraulikleitung 1992 angebracht. Durch Anbringen der Hydraulikleitungen an Nebenstellgliedern, die am Fernstellglied im Vergleich zum beweglichen Element 220 entgegengesetzt liegen, spiegelt eine Bewegung des beweglichen Elements 1920 diejenige des beweglichen Elements 220. Anders gesagt, besteht zwischen der Bewegung des beweglichen Elements 1920 an der Fernvorrichtung und einer Bewegung des beweglichen Elements 220, das dem Patienten zugeordnet ist, eine direkte Beziehung.
Die 20 zeigt die Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000. Diese Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 verfügt über eine Gruppe doppelter Zwischen-Hydraulikkolben, die dazu verwendet werden, das bewegliche Element 1920 und das bewegliche Element 220 miteinander zu verbinden. Wie es in der 20 dargestellt ist, ist der Hydraulikkolben 2010 wegnehmbar an einem anderen, identischen Hydraulikkolben 2010', mit identischen Untereinheiten 2012' und 2014', angebracht. So sind vier Hydraulikkolben 2010, 2020, 2030 und 2040 wegnehmbar an identischen, spiegelbildlichen Hydraulikkolben 2010', 2020', 2030' und 2030' angebracht, so dass demgemäß vier Doppel-Hydraulikkolben vorliegen. Ein derartiger Doppel-Hydraulikkolben wird nun beschrieben. Die restlichen Doppel-Hydraulikkolben sind dieselben. Die Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000, mit vier Doppel-Hydraulikkolben, von denen jeder über doppelte, spiegelbildliche Hydraulikkolben verfügt, verfügt über die Hydraulikkolben 2010 und 2010' mit Schäften 2012 bzw. 2012'. An jedem Ende der Schäfte 2012 und 2012' befinden sich jeweilige Dichtungen 2014 und 2014'. Die Dichtungen 2014 und 2014' können auch als Plunger gedacht werden. Die Dichtungen 2014 und 2014' halten Hydraulikfluide von den Schäften 2012 und 2012' entfernt und außerhalb der Plunger 2014 und 2014'. Zum Beispiel mangelt es den Hydraulikkolben 2010 und 2010' im Gebiet angrenzend an die Zylinder 2012 und 2012' an Fluid. Die Dichtungen 2014 und 2014' halten das Fluid an der Außenseite der Zylinder 2012 und 2012'. Fluid ist durch die grauen Gebiete an der Außenseite der Dichtungen 2014 und 2014' dargestellt.
Wenn im Betrieb Fluid auf Grund einer Bewegung eines Mikrostellglieds 1982 (19) in der Hydraulikleitung 1992 zum Hydraulikkolben 2010 gedrückt wird, bewegen sich die Zylinder 2012' und 2012 sowie die Dichtungen 2014' und 2014 in der Richtung des Fluiddrucks. Anders gesagt, wird, wenn das Fluid in der durch den benachbart zur Hydraulikleitung 1992 dargestellten Pfeil bewegt wird, zusätzliches Fluid in den Hydraulikkolben 2010' nahe der Dichtung 2014', wo die Hydraulikleitung 1992 angesetzt ist, gedrückt, und dies drückt die Zylinder 2012' und 2012 sowie die Dichtungen 2014' und 2014 in derselben Richtung wie der des Pfeils. Die anderen Doppel-Hydraulikkolben 2020/2020', 2030/2030' und 2040/2040' arbeiten auf dieselbe Weise.
Vorteilhafterweise sorgt die Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 für eine Unterbrechung der verschiedenen Hydraulikleitungen, damit das bewegliche Element 220 und die Basis 210 wegwerfbar sind, während das bewegliche Element 1920 und die Basis 1910, die zum Steuern der dem Patienten zugeordneten Trajektorienführung verwendet werden, wiederverwendet werden können. Auch die Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 ist Teil des wiederverwendbaren Abschnitts. Anders gesagt, können an einem Patienten ein neues steriles bewegliches Element 220 und eine Basis 210 sowie sterile Hydraulikleitungen 1960, 1962, 1964 und 1966 sowie Hydraulikkolben 2010, 2020, 2030 und 2040 verwendet werden. Nach dem Gebrauch können das bewegliche Element 2020 und die Basis 210 sowie die Hydraulikleitungen 1960, 1962, 1964 und 1966 weggeworden werden. Für den nächsten Gebrauch kann eine neue Anordnung mit einem beweglichen Element 220 und einer Basis 210 sowie den zugehörigen Hydraulikleitungen und Hydraulikkolben an den entsprechenden spiegelbildlichen Hydraulikkolben 2010', 2020', 2030' und 2040' der Zwischen-Stellgliedvorrichtung 2000 angebracht werden.
Selbstverständlich ist es nicht erforderlich, Hydraulik zu verwenden. Es kann eine kleine mechanische Vorrichtung entsprechend genügen. Bei einer derartigen Konstruktion würde die Hydraulik durch Drähte oder andere Fasern ersetzt werden, die die Bewegung am entfernten Ende zur Vorrichtung im, die den Patienten zugeordnet sind, übertragen würden. Es könnte auch eine MR-verträgliche Auslenkvorrichtung verwendet werden. Die Auslenkvorrichtung ist ein Laminat-Verbundmaterial mit mindestens einer piezoelektrischen Schicht.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 12, 13 und 14 ein Hydrauliksystem zum Einleiten oder Einführen eines chirurgischen Instruments durch die Öffnung 242 im Führungsschaft 240 und durch die Öffnung 222 im beweglichen Element 220 erörtert.
Die 12 zeigt eine Klemme 1200, die dazu verwendet wird, entweder auf das chirurgische Instrument 1400 oder die Führungseinrichtung 240 geklemmt zu werden. In der 14 ist die Klemme 1200 am chirurgischen Instrument 1400 angebracht. Die Klemme 1200 verfügt über einen ersten Flügel 1210 und einen zweiten Flügel 1220. Der erste Flügel 1210 und der zweite Flügel 1220 verfügen über eine Bogenform, die entweder zum chirurgischen Instrument 1400 oder zum Außenkörper der Führungseinrichtung 240 passt. Die Flügel 1210 und 1220 sind in solcher Weise federbelastet, dass sie die Tendenz haben, aufeinander zu drücken. Ein Flügel 1210 verfügt über einen C-förmigen Halter 1212 und eine P-förmige Nase 1214. Der C-förmige Halter 1212 hält einen Teil eines Plungers 1020 eines Hydraulikstellglieds 1000. Die Nase 1214 sorgt für einen Endanschlag des Plungers 1220. Der C-förmige Halter 1212 dient auch zum Begrenzen des Bewegungsbereichs des Endes des Plungers 1220. Das Ende des Plungers verfügt über ein scheibenförmiges Ende 1025.
Es wird nun auf die 13 Bezug genommen, in der eine zweite Klemme 1300 dargestellt ist. Die zweite Klemme 1300 verfügt über einen ersten Flügel 1310 und einen zweiten Flügel 1320. Der erste Flügel 1310 und der zweite Flügel 1320 sind so zusammengebaut, dass sie gegeneinander drücken. Die Form der Flügel 1310 und 1320 passt die Klemme an den Außenkörper der Führungseinrichtung 240 an. Die Klemme 1300 verfügt auch über einen Halter 1312, der dazu verwendet wird, den zylindrischen Körper 1010 des Hydraulikzylinders 1000 zu halten.
Im Betrieb wird das Hydrauliksystem zum Einführen oder Einleiten eines chirurgischen Instruments 1400 in die Trajektorienführung 100 so verwendet, wie es unten beschrieben wird. Die Klemme 1200 wird auf das chirurgische Instrument 1400 oder die Führungseinrichtung 240 aufgesetzt. Die andere Klemme 1300 wird auf das andere dieser beiden Teile aufgesetzt. Wie es in der 14 dargestellt ist, ist die Klemme 1200 am chirurgischen Instrument 1400 angebracht, während die Klemme 1300 an der Führungseinrichtung 240 der Trajektorienführung 100 angebracht ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Klemmen 1200 und 1300 aus einem leichten Material bestehen, sowie ferner aus einem Material, das in einer MR- oder magnetischen Umgebung verwendbar ist. Wenn einmal die Klemmen platziert sind, wird der Hydraulikzylinder am Halter 1212 der Klemme 1200 und am Halter 1312 der Klemme 1300 angebracht. Der Halter 1212 ergreift oder hält den Plunger 1220, während der Halter 1312 den Zylinder 1010 des Hydraulikstellglieds 1000 hält. Wenn die Klemmen 1200 und 1300 einmal platziert sind und das Hydraulikstellglied 1000 an ihnen platziert wurde, kann Fluid in den Hydraulikzylinder 1010 eingeleitet oder aus ihm entnommen werden, um die Klemmen 1200 und 1300 im Bezug zueinander zu verstellen. Wie es in der 14 dargestellt ist, wird Fluid über die Hydraulikleitung 1030 aus dem Zylinder 1010 gezogen, wodurch die am chirurgischen Instrument 1400 angebrachte Klemme 1200 zur Klemme 1300 am Führungsschaft 240 gezogen wird. Dies führt zu einer Einführung des chirurgischen Instruments 1400 in die Führungseinrichtung und den Körper eines Patienten. Es sei darauf hingewiesen, dass die Klemmen leicht sein müssen, um kein übermäßiges Drehmoment an der Führungseinrichtung 240 oder dem chirurgischen Instrument 1400 zu erzeugen. Wenn ein zu großes Drehmoment auf die Führungseinrichtung oder das chirurgische Instrument 1400 einwirkt, kann die Führungseinrichtung auf Grund desselben aus dem Ausrichtungszustand heraus umpositioniert werden. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es nicht erforderlich ist, Klemmen 1200 und 1300 zu verwenden. Die Halter 1212 und 1312 sowie die Nase 1214 könnten einstückig mit dem chirurgischen Instrument 1400 und dem Führungsschaft 240 ausgebildet werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass ein Paar von Klemmen dazu verwendet werden könnte, ein Drehmoment in einem Seitwärtsmodus oder Biegemodus zu verhindern. Anders gesagt, wäre es, wenn zwei Hydraulikstellglieder 1000 nebeneinander verwendet würden, weniger wahrscheinlich, dass sich das chirurgische Instrument 1400 in Bezug auf den Führungsschaft 240 verbiegt.
Bei einem tatsächlichen Vorgang unter Verwendung der hydraulisch gesteuerten Führung wird die Position der Spitze des chirurgischen Instruments in Bezug auf das Ziel in Echtzeit unter Verwendung schneller MR-Bildgebungstechniken, sogenannter MR-Fluoroskopie, überwacht oder nachgefahren. Die Postion des Plungers und damit des chirurgischen Instruments kann durch eine genaue Fluidpumpe an einem entfernten Ort innerhalb oder außerhalb des MR-Magnets kontrolliert werden. Dieser Kontrollmechanismus kann auch eine Handsteuerung 1420, wie in der 14 dargestellt, sein, oder er kann über eine Schnittstelle mit einem Computer verbunden sein, der auch das Vorschieben oder Herausziehen der Hydraulikanordnung, die bidirektional sein kann, steuern kann, um sowohl das Einführen als auch das Herausziehen eines chirurgischen Instruments innerhalb eines Zielgewebes im MR-Bildaufnahmevolumen zu steuern. Es sei darauf hingewiesen, dass eine manuelle Steuerung über eine oder mehrere hydraulische Stellglieder verfügen kann. Anders gesagt, kann das eine zur Feineinstellung eine kleine Menge an Hydraulikfluid bewegen, während das andere für eine Grobeinstellung eine grobe Menge an Hydraulikfluid bewegen kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass zwei Ausführungsformen einer Fernbetätigung von Trajektorienführungen erörtert wurden. Die Erfindung deckt viele andere Typen einer Fernbetätigung ab, die jede der insoweit erörterten zwei Ausführungsformen ersetzen könnten. Anders gesagt, könnten Variationen an den zwei erörterten Fernbetätigungsvorrichtungen vorgenommen werden, insoweit sie innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
Gestell
Die Basis 210 der Trajektorienführung 200 kann auch mit einem Gestell 800 zusammengebaut werden, wie es in der 8 dargestellt ist. Das Gestell 800 wird dazu verwendet, die Führungsöffnung innerhalb einer Ebene zu bewegen, die die Mittellinie der Trajektorienlinie 260 schneidet, die durchdie Öffnung 242 im Führungselement oder Führungsschaft 240 und die Öffnung 222 im beweglichen Element 220 definiert ist. Die 8 zeigt eine Explosionsansicht eines Gestells 800 zur Befestigung an der Basis 210 der Trajektorienführung (in der 2 dargestellt). Das Gestell 800 verfügt über ein Aufhängungsrohr 810, eine erste oder untere aufgehängte Platte 820, eine mittlere oder zweite aufgehängte Platte 830 und eine obere oder dritte aufgehängte Platte 840. Das Aufhängungsrohr 810 verfügt über ein Außengewinde, das zum Innengewinde der Basis 210 passt. Das Außengewinde liegt nahe einem Ende 812 des Aufhängungsrohrs. Am anderen Ende des Aufhängungsrohrs befindet sich ein anderer Außengewindeabschnitt 814, der zu einem in der ersten oder unteren aufgehängten Platte 820 ausgebildeten Gewinde passt. Das Aufhängungsrohr 810 verfügt über einen Flanschkörper, der es ermöglicht, dass das bewegliche Element und der angebrachte Führungsschaft 240 über Bewegungsfreiheit innerhalb des Aufhängungsrohrs 810 verfügen. Die erste aufgehängte Platte 810 ist durch ein Gewinde am Gewindeende 814 des Aufhängungsrohrs 810 angebracht. Die erste aufgehängte Platte verfügt über mit Zähnen versehen Gebiete 822 und 824. Die Zahngebiete 822 und 824 kämmen mit Zahngebieten 832 und 834 der zweiten oder mittleren aufgehängten Platte 830. Die zweite oder mittlere aufgehängte Platte 830 ist über die Zahngebiete 822, 824, 832 und 834 an der ersten oder unteren aufgehängten Platte 820 angebracht. Das Ergebnis besteht darin, dass sich die mittlere oder zweite aufgehängte Platte in einer Ebene, die die Zahngebiete 822, 824, 832 und 834 enthält, in Bezug auf die erste aufgehängte Platte 820 bewegen kann. Die zweite aufgehängte oder mittlere Platte 830 verfügt auch über Zahngebiete 836 und 838, die mit Zahngebieten 846 und 848 der dritten oder oberen aufgehängten Platte 840 kämmen. Die Zahngebiete 836, 838, 846 und 848 ermöglichen es, dass sich die dritte aufgehängte Platte 840 in Bezug auf die zweite aufgehängte Platte 830 bewegen kann. Die Bewegung der dritten aufgehängten Platte 840 in Bezug auf die erste aufgehängte Platte 830 verläuft quer in einer Richtung quer zur Bewegung der zweiten aufgehängten Platte 830 in Bezug zur ersten aufgehängten Platte 820. Das Gestell ist von Nutzen, um kleine Einstellungen zu ermöglichen, wenn die Trajektorienführungseinrichtung 100 verwendet wird. Manchmal wird, wenn die Trajektorienführungseinrichtung verwendet wird, das Instrument 1400 nur am Ziel innerhalb des Körpers platziert, um zu erkennen, dass das Ziel auf Grund von Gewebeänderungen, wie eines Ödems oder einer Schwellung, geringfügig verschoben ist, oder dass das aus MR- oder anderen Bildern ausgewählte anatomische Ziel tatsächlich nicht das physiologische Ziel ist. In derartigen Situationen kann die Trajektorie korrekt sein, jedoch ist sie linear geringfügig verschoben. Durch Verstellen der Trajektorienführungseinrichtung auf lineare Weise unter Verwendung des Gestells 800 wird die Trajektorie beibehalten. So wird eine Paralleltrajektorie gebildet, so dass das chirurgische Instrument erneut in den menschlichen Körper eingeführt werden kann und ein Ziel trifft. Es existieren zahlreiche Typen von Zahnradmechanismen, die es ermöglichen, dass das Gestell mit linearen, gekrümmten oder anderen Bewe gungen arbeitet, um die Trajektorie auf parallele Weise neu zu positionieren.
Die 9 zeigt eine Schnittansicht eines beweglichen Elements 920 mit einem Kugelende 910 und einem Führungsschaftende 930. Das bewegliche Element 920 passt in die Basis 210 und das Schließelement 230. Wie dargestellt, enthält das bewegliche Element 920 einen Kanal 922, der seine Länge durchsetzt. Die 9 zeigt auch einen Positionierungsschaft 400. Der Positionierungsschaft 400 ist so bemessen, dass er eng in den Kanal 922 passt. Der Positionierungsschaft verfügt über den ersten Lokalisierer 420 und den zweiten Lokalisierer 430, jedoch kein Gewindeende. Um das bewegliche Element 920 korrekt zu positionieren, wird der Positionierungsschaft 400 im Kanal 922 platziert. Das bewegliche Element 920 wird mit dem Positionierungsschaft 400 verstellt, bis der Computer 102 ermittelt, dass die durch den ersten Lokalisierer 420 und den zweiten Lokalisierer 430 gebildete Linie mit dem Ziel 270 fluchtet. Wenn einmal Ausrichtung erzielt ist, wird das Schließelement 230 dazu verwendet, das bewegliche Element 920 am Ort zu verriegeln. Wenn einmal der Verriegelungszustand vorliegt, wird der Positionierungsschaft 400 entfernt. Dann entspricht der Kanal 922 der Trajektorie 260 zum Ziel 270 innerhalb des Patienten, oder verläuft kollinear zu dieser.
Computersteuerung
Die Fernstellglieder können durch ein Computerprogramm gesteuert werden, das, wenn es einmal kalibriert ist, dazu verwendet werden kann, die Ausrichtung und selbst die Einführung einer Vorrichtung durch den Führungsschaft auszuführen. Es stehen mehrere Methoden zur Verfügung, um dies zu ermöglichen. Unter Verwendung der MR-Bildaufnahmekoordinaten eines Ziels sowie der MR-Bildaufnahmekoordinaten der zwei oder mehr Mikrospulen am Ausrichtungs- oder Führungsschaft kann ein Computerprogramm geschrieben werden, um die ferngesteuerte Trajektorienführung in Ausrichtung zum Ziel zu lenken. Eine wesentliche Komponente eines derartigen Softwareprogramms ist die Fähigkeit des Systems, sowohl die MR-Position in den Bildern als auch die körperliche Position in der Bohrung des MR-Scanners genau und effizient zu messen. Es sind verschiedene lineare Transformationen erforderlich, um eine korrekte Bezugnahme auf alle Positions-Referenzpunkte auszuführen und eine genaue räumliche Übereinstimmung zu erzielen. Außerdem müssen geometrische Verzerrungen, wie sie für MR-Bilder charakteristisch sind, quantifiziert und korrigiert werden.
Die 21 zeigt ein Flussdiagramm einer Computesoftware, die zum Implementieren einer Computersteuerung für die Ausrichtung der Öffnung 222 innerhalb des beweglichen Elements 220 zu einem ausgewählten Ziel 270 im Körper verwendet wird. Der erste Schritt besteht im Auffinden der Position des ausgewählten Ziels innerhalb des Patienten, wie es durch die Bezugszahl 2110 gekennzeichnet ist. Die Position des Ziels 270 innerhalb des Patienten kann in einem für das Kernmagnetresonanz-System spezifischen Koordinatensystem angegeben werden, und es kann eine Wandlung in ein anderes Koordinatensystem erforderlich sein. Zum Beispiel ist es möglich, dass ein einem speziellen Kernmagnetresonanz-Bildgebungssystem zugeordnetes Koordinatensystem in Polarkoordinaten und kartesische Koordinaten mit "x", "y" und "z" zu wandeln ist. Der nächste Schritt besteht im Auffinden der Position eines Endes des Kanals in Bezug auf den ersten oder zweiten Lokalisierer, der näher am ausgewählten Ziel liegt, wie es durch die Bezugszahl 2112 gekennzeichnet ist. Häufig ist der erste oder zweite Lokalisierer einem Ende der Öffnung 222 im beweglichen Element 220 zugeordnet oder kolinear zu diesem. In anderen Fällen ist der erste oder zweite Lokalisierer gegenüber der Öffnung versetzt. Daher muss die Position des ersten oder zweiten Lokalisierers mathematisch so verstellt oder korrigiert werden, dass sie der Position eines Endes an der Öffnung 222 und des beweglichen Elements 220 entspricht. Der nächste Schritt besteht im Bestimmen der Formel für eine Linie, die durch das ausgewählte Ziel innerhalb des Patienten und das Ende der Öffnung 222 und das bewegliche Element 220 definiert ist. Wenn einmal die Formel der Linie bekannt ist und der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Lokalisierer bekannt ist, kann die genaue Position des ersten oder zweiten Lokalisierers, der am weitesten vom ausgewählten Ziel entfernt ist, berechnet werden. Wenn der am weitesten entfernte erste oder zweite Lokalisierer gegenüber der öffnung oder eine mit dem Kanal durch das bewegliche Element kolineare Linie versetzt ist, kann auch dies mathematisch korrigiert werden. Der nächste Schritt besteht im Verstellen des beweglichen Elements in solcher Weise, dass sich der zweite Lokalisierer an der berechneten oder bestimmten Position befindet, wie es durch die Bezugszahl 2116 gekennzeichnet ist. Nachdem der zweite Lokalisierer seine bestimmte Position eingenommen hat, prüft das System, ob die Öffnung mit dem Ziel ausgerichtet ist, wie es durch den die Bezugszahl 2118 tragenden Entscheidungskasten dargestellt ist. Wenn der Kanal nicht mit dem Ziel ausgerichtet ist, wird das bewegliche Element neu positioniert, oder es wird der mit des Bezugszahl 2112 gekennzeichnete Schritt wiederholt, und es werden die Schritte 2114 und 2116 wiederholt. Wenn der Kanal mit dem Ziel ausgerichtet ist, endet das Programm, wie es durch die Bezugszahl 2120 gekennzeichnet ist. Nachdem die Einstellung des beweglichen Elements 220 abgeschlossen ist, wird eine Klemme oder eine andere Einrichtung dazu verwendet, das bewegliche Element fest anzubringen, damit das chirurgische Instrument durch die Öffnung 222 in ihm hindurch geschoben werden kann.
Basis mit HF-Spule
Die 15 zeigt eine Befestigung 1500 an der Basis. Die Befestigung ist flach, sie kann starr oder flexibel sein, sie kann rund oder von anderer geometrischer oder nicht-geometrischer Form sein. Die Befestigung ist so konzipiert, dass sie stark wie die Schließkomponente in die Basis geschraubt wird. Die Befestigung 1500 verfügt über ein Gewindeende 1510, das mit dem Basiselement 210 in Eingriff tritt. Innerhalb der Befestigung 1500 befindet sich eine Hochfrequenzspule 1520 zur Abbildung tieferliegender Gewebe unter Verwendung eines MR-Scanners. Leitungen 1522 und 1524 von der Spule 1520 sind am MR-Scansystem angebracht. In der Figur ist die Spule 1520 kreisförmig, jedoch ist sie nicht dieses Design eingeschränkt. Es existieren zahlreiche verschiedene Spulendesigns, die dazu verwendet werden könnten, die Erfassung von Signalen von tieferliegenden Geweben zu ermöglichen. In den Figuren sind kein typischer Vorverstärker und andere elektrische Komponenten dargestellt, die erforderlich sind, damit die Spule 1520 funktioniert. Bei einer Ausführungsform könnten diese Komponente auf einem Siliciumchip entworfen sein, so dass sie ziemlich klein sind und nur zwei Drähte dazu erforderlich sind, aus der Befestigung für Anschluss an den MR-Scanner auszutreten. Bei einer anderen Ausführungsform könnten die elektrischen Komponenten körperlich innerhalb der Befestigung auf eher traditionelle Weise enthalten sein. Bei jeder Ausführungsform können sowohl eine Bilderzeugung als auch Spektroskopie des tieferliegenden Gewebes ermöglicht werden, um die Verabreichung einer Therapie, wie einer Medikamenten- oder Wärmetherapie, zu überwachen. Außerdem könnten die Spule oder die Spulen in der Befestigung in Verbindung mit einer Spule oder Spulen an einer in das tieferliegende Gewebe implantierten Verabreichungsvorrichtung, wie oben beschrieben, enthalten sein, wenn der Führungsschaft und das bewegliche Element verwendet werden.
Gemäß der 16 kann eine Kappe 1600 mit einem Stopfen 1610 dazu verwendet werden, die Basis 210 abzudichten, wenn es wünschenswert ist, sie am Ort zu belassen. Typischerweise verfügt die Kappe 1600 über einen Stopfen 1610, um den Raum der chirurgischen Öffnung auszufüllen, um ein Austreten von Gewebe oder Körperfluiden zu verhindern. Die Kappe 1600 und der Stopfen 1610 können durch eine Anzahl von Maßnahmen an der Basis angebracht werden, wie durch eine Gewindeverbindung oder eine Presssitzverbindung. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Kappe und der Stopfen in Zusammenhang mit einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung, wie einer Medikamentenverabreichungsvorrichtung, verwendet werden könnten, in welchem Fall die Kappe 1600 und der Stopfen 1610 einen Reservoir- und Pumpmechanismus enthalten könnten. Bei einer anderen Ausführungsform könnten die Kappe 1600 und der Stopfen 1610 als Verbinder zur Drainageleitung eines Zerebrospinal-Fluidehunts dienen, in welchem Fall die Trajektorienführung dazu verwendet würde, die Platzierung eines Shuntkatheters in den Hirnkammern zu ermöglichen.
Innerhalb einiger Teile eines Patienten ist es sehr kritisch, ein chirurgisches Instrument sehr genau zu platzieren. Zum Beispiel ist es bei der Neurochirurgie sehr kritisch, dass Instrumente, wie Katheter oder Nadeln, sehr genau im Schädel oder Kopf eines Patienten platziert werden. Die 38 zeigt eine Seitenansicht eines Patienten, an dem eine Trajektorienführung 3800 verwendet wird. Die Trajektorienführung 3800 verfügt über eine Basiseinheit 3810, ein beweglichen Element 220, ein Schließelement 230 und einen Führungsschaft 240. Die Basiseinheit 3810 wird am Schädel des Patienten angebracht. Bei der dargestellten speziellen Ausführungsform erfolgt die Anbringung über Knochenschrauben. Es ist kein Fräsloch im Patienten erforderlich. Bei dieser speziellen Ausführungsform wird das bewegliche Element 220 so vom Körper des Patienten weg gehalten, dass kein Fräsloch erforderlich ist.
Das bewegliche Element 220 verfügt über einen Durchgang 222, der in der 2 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Auch der Führungsschaft 240 enthält eine längliche Öffnung 242. Die Öffnung 242 ist in der 38 ebenfalls mit gestrichelten Linien dargestellt. Der Durchgang 242 im Führungsschaft 240 sowie die Öffnung 222 im beweglichen Element oder der Kugel 220 bilden eine Linie oder Trajektorie 260, die, wenn der Führungsschaft 240 und das bewegliche Element 220 korrekt positioniert sind, ein Ziel 270 innerhalb des Patienten schneidet. Der Führungsschaft 240 und das bewegliche Element oder die Kugel 220 bilden den ersten Teil der Trajektorie 260. Die Basiseinheit 3810 verfügt über einen Sitz 3818 oder eine Muffe, die es dem beweglichen Element 220 ermöglicht, sich frei zu bewegen. Der Sitz 3818 ist entfernt von einem Flansch 3814 an der Basis 3810 positioniert. Der Sitz 3818 ist in Bezug auf den Flansch 3814 erhöht. Unter dem Sitz befindet sich eine Öffnung, durch die Instrumente hindurch treten können. Der erhöhte Sitz 3818 und die Öffnung darunter dienen als Ersatz für ein Fräsloch im Schädel.
Nach dem Ausrichten der Öffnung 242 und der Öffnung 222 zum Bilden der Trajektorie 260 wird ein Drillbohrer dazu verwendet, im Patienten eine kleine Öffnung auszubilden. Der Drillbohrer wird durch die Öffnung 242 und die Öffnung 222 entlang der Trajektorie 260 geführt. Nachdem im Patienten ein Bohrloch erzeugt wurde, kann ein chirurgisches Instrument oder ein Beobachtungswerkzeug in die Öffnung 252 des Führungsschafts 250 eingeführt werden und durch den Durchgang im beweglichen Element 220 und durch das entlang der Trajektorie 260 ausgebildete Bohrloch hindurch geführt werden. Ein weiteres Einführen des chirurgischen Instruments oder des Beobachtungswerkzeugs in den Patienten um einen ausgewählten Weg bringt das Werkzeug nahe zum Ziel 270 oder an diesen, oder platziert es dort. Die Öffnung 242 im Führungsschaft 240 und der Durchgang 222 im beweglichen Element 220 führen ein chirurgisches Instrument entlang der Trajektorie 260 zum Ziel 270. Selbstverständlich wird das bewegliche Element 220 durch das Schließelement 230 am Ort verriegelt, bevor ein chirurgisches Instrument 280 durch die Öffnung 242 im Führungselement 240 platziert wird.
Die 39 zeigt eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführungen mit installiertem Führungselement. Wie es in der 3 dargestellt ist, besteht die Trajektorienführung 3800 aus einer Basis 3810, einem beweglichen Element 220, einem Schließelement 230 und dem Führungselement 240. Das Führungselement 240 kann mittels eines Gewindes am beweglichen Element 220 angebracht sein, oder es kann einstückig mit diesem ausgebildet sein. Die Basis 3810 verfügt über einen zylindrischen Teil 3812 und einen Flansch 3814. Der Flansch sieht wie eine Reihe von Ohren aus. Jedes der Ohren des Flanschs 3814 verfügt über mehrere eingesenkte Schraubenöffnungen 3815, 3816 und 3817. Die eingesenkten Schrauböffnungen 3815, 3816 und 3817 nehmen Knochenschrauben auf, die in den Schädelknochen oder den Knochen eines Patienten eingeschraubt werden. Der Flansch 3814 kann auch über Markierungen 219 verfügen, die dazu verwendet werden, das Führungselement 240 zu positionieren. Die Basis verfügt auch über einen halbkugelförmigen Sitz 3818 am vom Flansch 3814 abgewandten Ende der Basis. Der Flansch 3814 liegt in einer Ebene entfernt vom Sitz 3818. Obwohl es in der 3 nicht dargestellt ist, existiert in der Basis 3810 eine Öffnung mit einem ersten Ende, das am Sitz 3818 endet, und einem anderen Ende, das am Boden der Basis 3810 endet. Diese Öffnung ist im Wesentlichen ein Ersatz-Fräs loch.
Wie es in der 39 dargestellt ist, ist das bewegliche Element 220 im Wesentlichen ein kugelförmiges Element oder eine Kugel. Das kugelförmige Element oder die Kugel passt in den Sitz 3818. Das kugelförmige Element oder die Kugel bewegt sich frei innerhalb des Sitzes 3818. Das kugelförmige bewegliche Element 220 enthält auch eine Öffnung 222. Die Öffnung durchläuft das kugelförmige bewegliche Element. Ein Ende der Öffnung kann über einen Satz von Innengewinden verfügen, die dazu verwendet werden können, passende Gewinde aufzunehmen, die am Führungsschaft oder Führungselement 240 oder am Positionierungsschaft (in Bezug auf die 40 erörtert) platziert sind.
Auch das Schließelement 230 enthält eine Öffnung durch es hindurch. Das Schließelement 230 verfügt über einen zylindrischen unteren Teil 232 und einen Flansch 234. Die Öffnung des Schließelements 230 schafft ausreichend Raum, um eine Bewegung des beweglichen Element 220 zu ermöglichen, wenn sich das Schließelement in einer unverriegelten oder nicht angezogenen Stellung befindet. Obwohl es in der 4 nicht dargestellt ist, verfügt die Unterseite des zylindrischen Teils 232 des Schließelements 230 über einen Satz von Innengewinden. Dieser Satz von Innengewinden tritt mit einem Satz von Außengewinden an der Basiseinheit 3810 (in der 7B dargestellt) in Eingriff. Wie es später detailliert angegeben wird, tritt, wenn das Innengewinde des Schließelements 230 mit dem Gewinde am Basisabschnitt 3810 in Eingriff tritt, ein Teil des Schließelements mit dem beweglichen Element 220 in Eingriff, um dieses und den Durchgang 222 durch dasselbe an einer festen Position zu fixieren.
In der 39 ist auch ein Führungsschaft oder Führungselement 240 dargestellt. Der Führungsschaft enthält eine längliche Öffnung 242. Die längliche Öffnung durchläuft die Länge des Führungsschafts 240. Ein Ende des Führungsschafts verfügt über einen Satz von Außengewinden, die mit den Innengewinden des kugelförmigen beweglichen Elements 220 in Eingriff treten. Wenn das Außengewinde des Führungsschafts 240 mit dem Innengewinde des beweglichen Elements 220 in Eingriff tritt, wird die Öffnung 242 im Wesentlichen mit dem Durchgang 222 im beweglichen Element ausgerichtet. Die Öffnung 242 und der Durchgang 222 bilden den ersten Teil oder die Führung für die Trajektorie 260 zum Ziel 270 im Patienten. Es sei darauf hingewiesen, dass das bewegliche Element 220 nicht notwendigerweise ein kugelförmiges Element sein muss, obwohl es die Kugelform ermöglicht, dass die Kugel eine Schwenk bewegung vom Universalgelenktyp ausführt, was bevorzugt ist. Wie bereits angegeben, können das bewegliche Element 220 und der Führungsschaft 250 einstückig ausgebildet sein. Dies beseitigt das Erfordernis eines Gewindeendes des Führungsschafts 240 und eines mit einem Gewinde versehenen Innendurchmessers 222 des beweglichen Elements 220.
Außerdem kann das Schließelement mit beinahe jeder beliebigen Form ausgebildet werden. Ein Flansch 234 ist dahingehend nützlich, dass er eine zusätzliche Hebelbildung zum Anziehen oder Lockern des Schließelements ermöglicht. Es ist jede Form akzeptierbar, die in Bezug auf das bewegliche Element 220 in eine Sperrposition gedreht oder in einer solchen platziert werden kann.
Positionierungselement
Es wird nun auf die 40 Bezug genommen, in der eine maßstabsgetreue Explosionsansicht der Trajektorienführung 3800 mit einem Positionierungselement 400 dargestellt ist. Das Positionierungselement 400 kann auch als Positionierungsschaft bezeichnet werden. Viele Teile der in der 4 dargestellten Trajektorienführung 3800 sind dieselben, wie sie in der 39 dargestellt sind. Aus Zeitgründen wird eine Erörterung der gemeinsamen Elemente nicht wiederholt. Mehrere der Grundelemente werden zu Zwecken dieser Erörterung nummeriert. Der Unterschied zwischen den 39 und 40 besteht darin, dass der Führungsschaft oder das Führungselement 240 durch den Positionierungsschaft 400 ersetzt ist. Der Positionierungsschaft 400 verfügt über ein Ende 410, das ein Gewinde für Eingriff mit einem Innengewinde im Durchgang 222 im beweglichen Element 220 trägt.
Bewegliches Element
Die 5a und 5b zeigen das bewegliche Element, das als bewegliches Element in der Trajektorienführung 3800 verwendet ist.
Die 41a und 41b zeigen eine Seitenansicht und eine Draufsicht der Basis 3810 der Trajektorienführung 3800. Die Basis 3810 verfügt über den zylindrischen Teil 3812 und den Flansch 3814. Der Flansch 3814 verfügt über Ohren mit eingesenkten Öffnungen 3815, 3816 und 3817 sowie den Sitz 3818, der das bewegliche Element 220 aufnimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Flansch 3814 von beliebiger Form sein kann. Wie dargestellt, befindet sich der Sitz 3818 in einer Ebene im Wesentlichen parallel zur Ebene des Flanschs 3814. Der Sitz 3818 ist in Bezug auf den Flansch 3814 erhöht. Der Sitz 3818 befindet sich an einem Ende der Basis 3810, und der Flansch 3814 befindet sich am entgegengesetzten Ende derselben. Zwischen dem Sitz und dem Flansch befindet sich eine Öffnung 4100, die einen Innengewindeabschnitt 4110 aufweist. Der Innengewindeabschnitt 4110 ist so bemessen, dass er das Gewinde entweder des Positionierungsschafts 400 oder des Führungsschafts 240 aufnimmt. Der Flansch 3814 kann über einen ersten gebogenen Bügel 4410 und einen zweiten gebogenen Bügel 4420 (die gebogenen Bügel sind in den 44 und 45 dargestellt) verfügen, die dazu verwendet werden, den Positionierungsschaft 400 so auszurichten, dass er eine Trajektorie 260 bildet, die das Ziel 270 im Patienten schneidet. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar der Flansch 214 mit Dreiecksform dargestellt ist, dass er jedoch beinahe jede beliebige Form aufweisen kann.
Die 7a und 7b zeigen das Schließelement 230 bei seiner Verwendung in der Trajektorienführung 3800.
Einstückiger Führungsschaft und bewegliches Element
Die 42 zeigt eine maßstabsgetreue Ansicht eines beweglichen Elements 4220 mit einem Kugelende 5210 und einem Führungsschaftende 4230. Das bewegliche Element 220 passt in die Basis 3810 und das Schließelement 230. Wie dargestellt, enthält das bewegliche Element 4220 einen Kanal 4220, der seine Länge durchsetzt. Anders gesagt, läuft der Kanal 4222 durch das Führungsschaftende 4230 und das Kugelende 4210. Die 42 zeigt auch einen Positionierungsschaft 400. Der Positionierungsschaft 400 ist so bemessen, dass er eng in den Kanal 4222 passt.
Die in den 1 – 42 dargestellten verschiedenen Führungsschäfte und Positionierungsschäfte können bei jedem beliebigen Typ eines Körperscanners verwendet werden. Die Positionierungsschäfte können mit bei MR sichtbaren Abschnitten versehen sein, und sie können mittels einer MR-Bildgebungsvorrichtung positioniert werden. Die in den 1 – 42 dargestellten Führungsschäfte können auch zur Verwendung bei einem CT-Scanner angepasst sein. CT-Scanner sind auf der Welt in weitem Umfang verfügbar.
CT-Scanner
Die 43 ist ein Blockdiagramm eines Patientenscansystems 4300. Das dargestellte spezielle Scansystem ist ein Computertomografie("CT")-System. Ein CT-Scansystem 4300 verfügt über einem Computer 4302. Der Computer 4302 verfügt über eine zentrale Verarbeitungseinheit ("CPU") 4304 sowie einen Speicher 4306. Die CPU 4304 und der Speicher 4306 verfügen über die Fähigkeit, mehrere Rechengänge auszuführen, um Bilder sowie Positionen verschiedener Organe oder Teile oder innerhalb eines Bildfelds zu bestimmen. Der Computer 4302 steuert einen Bilddaten-Verarbeitungsabschnitt 4310. Der Computer 4302 rekonstruiert auch ein Bild in einer gewünschten Ebene. Eine Röntgenröhre 4320 wird vielmals pro Sekunde gepulst. Der Röntgenröhre gegenüber befindet sich eine Anzahl von Detektoren 4330. Am üblichsten sind die Detektoren 4330 Fotodioden.
Die Daten werden interpretiert und auf einem Display 4340 dargestellt, das dem Computer des CT-Systems 4300 zugeordnet ist. Der Computer 4302 und die CPU 4304 sowie der Speicher 4306 können vom CT-System 4300 erfasste Daten dazu verwenden, Bilder eines Teils des Patienten aufzubauen, der einer Röntgenbestrahlung unterzogen wird. Die Bilder werden typischerweise als Scheiben bezeichnet. Zum Beispiel können eine Horizontalscheibe und eine Vertikalscheibe vom Teil des Körpers oder des Patienten, von dem ein Bild aufgenommen wird, erstellt werden. Der Computer kann auch andere Scheiben zur Verwendung durch Ärzte oder Radiologen neu berechnen und aufbauen, die irgendeine ausgewählte Orientierung aufweisen, die dazu erforderlich ist, die Untersuchung verschiedener Punkte innerhalb eines Patienten zu erleichtern. Zum Beispiel können Läsionen innerhalb des Körpers sowie bestimmte Organe aufgefunden werden. Es können verschiedene Scheiben erforderlich sein, um die Untersuchung dieser Ziele zu erleichtern. Aus den erfassten Daten kann auch die Position der Läsionen oder Organe sehr genau unter Verwendung eines kartesischen oder Polarkoordinatensystems ermittelt werden.
Im Betrieb laufen Röntgenstrahlen eines Computertomografie-Scanners durch einen menschlichen Körper oder ein Objekt, und sie werden durch ein Array von Detektoren gesammelt; der Strahl wird gedreht, um das Äquivalent einer "Scheibe" durch das interessierende Gebiet zu erzeugen. Die während der Rotation gesammelte Röntgeninformation wird dann von einem Computer dazu verwendet, die "internen Strukturen" zu rekonstruieren, und das sich ergebende Bild wird auf einem Fernsehschirm angezeigt. Diese Technik repräsentiert eine eingriffsfreie Art des Erkennens interner Strukturen, und sie hat auf viele Arten diagnostische Vorgehensweisen revolutioniert.
Im Gehirn können z. B. durch Computertomografie leicht Tumore und Blutungen erkannt werden, um dadurch unmittelbare Information zum Bewerten neurologi scher Notfälle zu liefern.
Dem Grunde nach besteht der Scannergalgen aus einer Röntgenröhre, einem Array von der Röhre gegenüberstehenden Detektoren sowie einer zentralen Öffnung, in der die Person (oder das Objekt) platziert wird. Röntgenstrahlen werden in kurzen Bündeln, die im Allgemeinen 2–3 ms dauern, erzeugt; der Röntgenstrahl enthält ein "unsichtbares Bild" der internen Strukturen. Die Rolle der Detektoren besteht im Sammeln dieser Information, die dann in einen Computer eingespeist wird. Der Computer rekonstruiert das Bild aus der durch die Detektoren gesammelten Information. Um ausreichend Information zum Berechnen eines Bilds zu erhalten, kann ein neuerer Scanner 90000 Lesevorgänge (300 Pulse und 300 Detektoren) ausführen. CT-Scanvorrichtungen sind in der Welt in weitem Umfang verfügbar. Die obige Beschreibung der CT-Scanvorrichtung 4300 dient einfach zu Demonstrationszwecken.
Zur Verwendung mit dem CT-Scansystem 4300 ist der Positionierungsschaft 400 der 40 dadurch modifiziert, dass ein Dotierstoff eindotiert ist, der durch Röntgenstrahlung erfassbar ist. Der Dotierstoff kann eine Barium enthaltende Flüssigkeit sein, die in einem rohrförmigen Hohlraum des Positionierungsschafts enthalten ist. Das Dotiermittel kann auch in das Material des Positionierungsschafts eingebracht werden. Da der Positionierungsschaft 400 erfassbar ist, ist er als Ergebnis eines CT-Scanvorgangs erkennbar. Ein verwendbares Dotiermittel ist Barium. Der gesamte Positionierungsschaft 400 oder ausgewählte Teile desselben können dotiert werden, um auf dem Display 4380 der CT-Scanvorrichtung 4300 ein erfassbares Bild zu erzeugen. Zum Beispiel können, anstatt dass der gesamte Positionierungsschaft 400 dotiert wird, die Enden 420 und 430 desselben dotiert werden. Die zwei Enden des Positionierungsschafts könnten durch die CT-Scanvorrichtung 4300 erfasst werden und dazu verwendet werden, eine Linie zu definieren, die der aktuellen Trajektorie durch die Öffnung 222 im beweglichen Element 220 entspricht.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 44 die weitere Modifizierung der in der 40 dargestellten Vorrichtung erörtert. Die Modifizierungen sorgen für ein Ausrichtungsinstrument, das dann verwendet werden kann, wenn nur Ct-Scanner verfügbar sind. Alternativ besteht Verwendung, wenn eine CT-Scananlage verfügbar ist, als Alternative zu teureren Verfahren, wie einem MR-Scanverfahren. Der Positionierungsschaft 400 wird auf die oben erörterte Weise dotiert. Am zylindrischen Teil 3812 der Basis 3810 wird ein Ring 4450 angebracht. Der Ring 4450 bewegt sich in Bezug auf den zylindrischen Teil 3812. Am Ring 4450 werden ein erster bogenförmiger Bügel 4410 und ein zweiter bogenförmiger Bügel 4420 angebracht. Die bogenförmigen Bügel 4410 tragen körperliche Markierungen 4412. Der bogenförmige Bügel 4420 trägt körperliche Markierungen 4422. Mindestens einer der Bügel 4410 oder 4420 ist auch an mindestens drei Punkten dotiert, so dass diese drei Punkte eine auf einem CT-Scanbild erkennbare Ebene bestimmen. Die bogenförmigen Bügel 4410 und 4420 sind mit einer Befestigungseinrichtung, die sicher angezogen werden kann, um eine Bewegung der Bügel 4410 und 4420 zu vermeiden, am Flansch 3814 befestigt. Die Bügel 4410 und 4420 sind auch so ausgebildet, dass sie sich ein Stück über dem beweglichen Element 220 erstrecken, so dass Toleranz für das Schließelement 230 vorliegt.
Auch ist, zur Verwendung bei einem CT-Scansystem 100, der Positionierungsschaft 400' der in der 42 dargestellten Trajektorienführung 200' mit einem Dotiermittel dotiert, das durch Röntgenstrahlung erfassbar ist. Da der Positionierungsschaft 400' erfassbar ist, ist er als Ergebnis eines CT-Scanvorgangs erkennbar. Ein verwendbares Dotiermittel ist Barium. Der gesamte Positionierungsschaft 400' oder ausgewählte Teile desselben können dotiert werden, um auf dem Display 4380 der CT-Scanvorrichtung 4300 ein erkennbares Bild zu erzeugen. Zum Beispiel können, anstatt dass der gesamte Positionierungsschaft 400' dotiert wird, die Enden 420' und 430' desselben dotiert werden. Die zwei Enden des Positionierungsschafts könnten durch die CT-Scanvorrichtung 4300 erfasst werden und dazu verwendet werden, eine Linie zu definieren, die der aktuellen Trajektorie durch das Öffnungsende 4230 im Führungselement und der Öffnung 4222 im Kugelende 4210 entspricht.
Das erste Ende 420' und das zweite Ende 430' des Positionierungsschafts 400' müssen nicht mit demselben Material dotiert sein. Dies kann es dem der CT-Scanvorrichtung zugeordneten Computer 4302 ermöglichen, das Ende 420' leichter vom Ende 430' zu unterscheiden. Bei dieser Ausführungsform ist der Positionierungsschaft 400' in das Führungsschaftende 4230 eingeführt. Das bewegliche Element 4220, und genauer gesagt, die Öffnung 4222 in demselben, wird verstellt, bis sie mit der gewünschten Trajektorie 260 zum Ziel 270 ausgerichtet ist. Wenn einmal die Ausrichtung vorliegt, verriegelt ein Schließelement 230 (in der 42 nicht dargestellt, um diese Ausführungsform deutlicher zu zeigen) das Kugelende 4210 am Ort. Der Positionierungsschaft 400' wird entfernt, und das chirurgische Instrument wird in das Führungselementende eingeführt.
Bei noch einer anderen Ausführungform sind Teile des beweglichen Elements 4220 mit einem Dotiermittel dotiert, das Röntgenstrahlung lesbar und erkennbar macht. Das bewegliche Element 4220 verfügt über eine Kugel sowie ein verlängertes Führungsschaftende 4230. Das gesamte Führungsschaftende 4230 oder ein Teil desselben kann dotiert sein. Es können auch die Enden der Öffnung 4222 im beweglichen Element 4220 dotiert sein. Dann könnten die Enden dazu verwendet werden, die durch die Öffnung 4222 definierte Linie oder Trajektorie 260 zu lokalisieren. Bei dieser Ausführungsform ist der Positionierungsschaft 400' nicht tatsächlich erforderlich. Wenn ermittelt wird, dass das bewegliche Element 4220 korrekt ausgerichtet ist, könnte es am Ort verriegelt werden, und das chirurgische Instrument oder Werkzeug würde direkt in die Öffnung 4222 eingeführt werden.
Die 45 zeigt die Trajektorienführung 200' mit einer Basis 3810 mit einem Ring 4450. Der gebogene Bügel 4410 und der gebogene Bügel 4420 sind am Ring 4450 angebracht. Die gebogenen Bügel sind so am Ring 4450 angebracht, dass sie drehbar in Bezug auf die Basis 3810 verstellt werden können. Die Bügel 4410 und 4420 können dann in Bezug auf den Ring 4450 verdreht werden. Die Anbringung ermöglicht es auch, die Bügel 4410 und 4420 so festzuziehen, dass sie in einer Stellung verbleiben. Die Bügel 4410 und 4420 werden so positioniert, dass ein Freiraum besteht, so dass das Schließelement 230 gelockert werden kann, um die Position mindestens eines der Bügel 4410 oder 4420 einzustellen. Mindestens einer der Bügel 4410 oder 4420 verfügt über einen CT-lesbaren Abschnitt, der eine Ebene definiert. Vorzugsweise ist ein Rand des Bügels, 410 oder 420, durch einen CT-Scanvorgang lesbar. Der Rand des Bügels 4410 oder 4420 bildet eine Bogenlinie, die eine Ebene definiert. Der Bügel 4410 trägt Markierungen 4412, und der Bügel 4420 trägt Markierungen 4422. Die Bügel 4410 und 4412 ermöglichen es einer Person, das bewegliche Element 2220 neu zu positionieren, um Einstellungen an der Trajektorienführung vorzunehmen, so dass die Öffnung 4222 im beweglichen Element mit der Trajektorie 260 ausgerichtet ist.
Verfahren zur Verwendung von CT-Scanvorgängen und einer Trajektorienführung
Im Betrieb erfährt ein Patient einen CT-Scanvorgang mit einer CT-Scanvorrichtung 4300 zum Lokalisieren eines speziellen Organs in ihm oder zum Lokalisieren von Läsionen oder irgendeines anderen Ziels 270 in ihm. Es sei darauf hingewiesen, dass für Ziele keine notwendige Einschränkung dahingehend besteht, dass sie im Kopf eines Patienten liegen müssten. Es können auch andere Gebiete eines Patienten sein, in denen es kritisch ist, ein chirurgisches oder Beobachtungswerkzeug genau zu platzieren. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass der Patient nicht notwendigerweise ein Mensch sein muss. Der Patient kann jedes beliebige lebende Lebewesen sein.
Wenn inmal das Ziel 270 aufgefunden ist und unter Verwendung des CT-Scansystems 4300 lokalisiert wurde, kann die Basis 3810 der Trajektorienführung 3800 am Patienten angebracht werden. Die Basis wird in einem Gebiet nahe dem Ziel 270 am Patienten befestigt. Der Computer 4302 der Scanvorrichtung 4300 wird dazu verwendet, den exakten Ort des Ziels 270 zu bestimmen. Der exakte Ort kann mit jedem beliebigen Typ eines Koordinatensystems aufgefunden werden, wobei jedoch normalerweise ein kartesisches Koordinatensystem verwendet wird. Wenn einmal die Basis 3810 am Patienten angebracht ist, werden die restlichen Teile der Trajektorienführung 3800 an der Basis 3810 angebracht. Anders gesagt, werden das bewegliche Element 3820, die Schließführung, das Schließelement 3830 und ein Positionierungsschaft 400 hinzugefügt, um eine vollständige Trajektorienführung 3800 zu bilden.
Es wird nun auf die 46 Bezug genommen, gemäß der, wie es durch einen Schritt 4600 dargestellt ist, der Positionierungsschaft 400 oder 400' zunächst positioniert wird. Wie es durch einen Schritt 4602 dargestellt ist, wird ein CT-Scanvorgang ausgeführt, um den Positionierungsschaft 400 oder 400' und das Ziel 270 zunächst zu lokalisieren. Die durch den Positionierungsschaft 400 oder 400' gebildete Linie oder Trajektorie wird durch das CT-Scansystem 4300 gelesen. Die Trajektorie 260 wird dadurch bestimmt, dass eine Linie zwischen dem Ende 430 oder 430' des Positionierungsschafts 400 oder 400', das dem Patienten am nächsten liegt, und dem Ziel 270 bestimmt wird. Der Computer 4302 bestimmt die Differenz zwischen der Trajektorie 260 und der durch den dotierten Positionierungsschaft 400, 400' gebildeten Linie. Der Computer 4302 bestimmt die Einstellung, die der Chirurg vornehmen muss, um den Positionierungsschaft 400 oder 400' in solcher Weise neu zu positionieren, dass er der Trajektorie 260 entspricht. Die Einstellung entspricht Inkrementen 4412, 4422 an den an der Basis 3810 angebrachten bogenförmigen Bügeln 4410, 4420.
Der Computer 4302 bestimmt auch die Ebene, die dem Rand eines der Bügel 4410 oder 3320 entspricht. Dann kann der Computer eine Einstellung ausgeben, die vom Chirurgen oder einer die Prozedur ausführenden Person vorzunehmen ist. Wenn die durch den Rand eines der bogenförmigen Bügel 4410 oder 4420 definierte Ebene vorliegt, kann die Position des anderen Bügels 4420 oder 4410 bestimmt werden.
Der Arzt wird dazu angewiesen, einen Bügel 4410 an einer festen Position zu belassen. Tatsächlich könnte ein Bügel 4410 an einer festen Position verbleiben. Der Rand des anderen Bügels 4410 wird an eine Markierung 4412 am festen Bügel 4410 verstellt. Der Rand mit den Markierungen 4422 wird zu einer Markierung 4412 verstellt. Dann wird der Bügel 4420 an der Position festgestellt. Dann verstellt der Chirurg den Positionierungsschaft 400 oder 400' zu einer Markierung 4422 am zweiten Bügel 4420, um den Positionierungsschaft 400 oder 400' in solcher Weise neu zu positionieren, dass er der Trajektorie 260 entspricht. Diese Reihe von Schritten entspricht dem Schritt 4602 des Einstellens der Position des Positionierungsschafts in solcher Weise, dass die Trajektorie mit dem Ziel ausgerichtet ist.
Dann wird das Instrument unter Verwendung des Führungsschafts eingeführt. Im Fall der Trajektorienführung 3800 wird der Positionierungsschaft durch den Führungsschaft ersetzt. Im Fall der Positionierungsschaft 3800' wird der Positionierungsschaft 400' entfernt, und dann wird das Instrument im beweglichen Element platziert. Das Instrument wird um einen ausgewählten Weg in den Patienten eingeführt, wie es durch einen Schritt 4605 dargestellt ist. Der ausgewählte Weg ist der Weg zum Ziel 270 entlang der Trajektorie 260.
Dann erfolgt ein anderer CT-Scanvorgang, wie es durch einen Schritt 4606 dargestellt ist, um zu klären, ob sich das Instrument am Ziel 270 befindet. Wenn das Instrument das Ziel 270 nicht erreicht hat, wird die Nadel um einen anderen ausgewählten Weg eingeführt (Schritt 4605).
Die Prozedur zum Neupositionieren des Positionierungsschafts 400 oder 400' kann abhängig von der Größe des Ziels 270 sowie abhängig davon, ob eine Fräslochöffnung hergestellt wird, geringfügig modifiziert werden. Die Trajektorienführungen 3800 und 3800' benötigen kein freies Loch, jedoch können sie mit Fräslöchern verwendet werden. Wenn ein Fräsloch hergestellt wird, kann sich der Inhalt im Schädel als Ergebnis eines Fluidverlusts durch das Fräsloch geringfügig verschieben. Wenn das Ziel 270 groß ist, wie ein Tumor, muss es nicht erforderlich sein, die Trajektorie 260 neu zu überprüfen. Wenn das Ziel klein ist, kann es erforderlich sein, die Trajektorie selbst dann neu zu überprüfen, wenn nur eine Drillbohreröffnung im Schädel hergestellt wird.
Umgebung einer rahmenlosen Stereotaxie
Bei einer Umgebung, in der Detektoren für Licht emittierende Dioden ("LEDs") vorliegen, kann die in der 40 dargestellte Trajektorienführung 3800 oder die in der 42 dargestellte Trajektorienführung 200' dazu verwendet werden, diese Prozedur zu bewerkstelligen. Die 47 zeigt die Trajektorienführung 400 der Trajektorienführung 3800, die mit zwei oder mehr LEDs 4710 und 4720 versehen ist, die entlang der Länge des Positionierungsschafts 400 positioniert sind. Anstatt einer Verwendung der bogenförmigen Bügel 4410 und 4420 zum Neupositionieren des Positionierungsschafts 400 werden ein oder mehrere LED-Detektoren 4730 und 4740 dazu verwendet, die LEDs 4710 und 4720 zu lokalisieren. Der Schritt des Einstellens der Position des Positionierungsschafts 4604 in solcher Weise, dass sie mit der Trajektorie 260 zum Ziel 270 übereinstimmt, erfolgt durch manuelles Verstellen des Positionierungsschaft 400, bis die LEDs 4710 und 4720 eine Linie bilden, die kollinear zur Trajektorie 260 verläuft. Der Computer 4302 bestimmt die Trajektorie 260 durch Bestimmen der Formel einer Linie zwischen dem Ziel 270 und demjenigen Ende des Positionierungsschafts 400, das dem Patienten am nächsten liegt. Der Positionierungsschaft 400 wird verstellt, bis die LED 4710 und 4720 mit der Trajektorie 260 ausgerichtet sind. Der Positionierungsschaft kann von Hand (direkt oder entfernt) oder durch automatische Steuerung, wie unter Steuerung durch einen Computer, verstellt werden. Die Position der LED kann durch die Detektoren 4730 und 4740 mit relativ hochfrequenter Rate ermittelt werden, so dass die Bewegung des Positionierungsschafts 400 in Echtzeit überwacht werden kann. Wenn einmal die LED 4710 und 4720 mit der Trajektorie 260 ausgerichtet sind, gibt der Computer 4302 ein Signal aus, das anzeigt, dass der Positionierungsschaft 400 korrekt positioniert ist. Derselben Prozedur wird bei einer Trajektorienführung 200' gefolgt. Der Positionierungsschaft 400' würde ebenfalls mit dem LEDs 4710 und 4720 versehen werden. Wenn einmal der Positionierungsschaft 400' korrekt positioniert ist, zeigt ein Signal vom Computer 4302 den korrekt positionierten Positionierungsschaft 400' an. Dann wird das bewegliche Element 4220 an der Position verriegelt. Der Positionierungsschaft 400' wird entnommen, und das Instrument wird in die Öffnung 4222 im beweglichen Element 4220 eingeführt.
Selbstverständlich kann diese Prozedur abhängig von Einzelheiten derselben geringfügig modifiziert werden. Die Trajektorienführungen 200 und 200' benötigen kein Fräsloch, jedoch können sie mit Fräslöchern verwendet werden. Wenn ein Fräsloch während der Prozedur hergestellt wird, kann sich der In halt des Schädels als Ergebnis eines Fluidverlusts durch das Fräsloch geringfügig verschieben. Wenn das Ziel 270 groß ist, wie ein Tumor, kann es überflüssig sein, die Trajektorie 260 neu zu überprüfen. Wenn das Ziel klein ist, wie dann, wenn es ein Globus pallidus interna ist, kann es erforderlich sein, die Trajektorie neu zu überprüfen, bevor ein Werkzeug oder ein Instrument zum Ziel 270 eingeführt wird. Wenn die Trajektorie 260 einmal bestimmt ist, wird das Instrument oder Werkzeug um einen ausgewählten Weg in die Trajektorienführung 200 oder 200' eingeführt. Der ausgewählte Weg entspricht dem Abstand zwischen der Trajektorienführung und dem Ziel 270. Dann kann die Position des Instruments oder Werkzeugs unter Verwendung von Röntgenstrahlung überprüft werden, um zu ermitteln, ob das Werkzeug oder Instrument das Ziel 270 erreicht hat.
Magnetresonanz-Bildgebungsprozedur
Die Trajektorienführung 3800 oder 3800' kann auch in einer NR-Bildgebungsumgebung verwendet werden. In einer derartigen Umgebung ist der Positionierungsschaft 400 oder 400' mit einem Dotiermittel versehen, das durch eine MR-Bildgebungsvorrichtung gelesen werden kann. Die oben für eine Umgebung mit rahmenloser Stereotaxie dargelegte Prozedur ist der hier verwendeten Prozedur ähnlich. Die MR-Bildgebungsvorrichtung wird dazu verwendet, die Position dese Positionierungsschafts 400 zu bestimmen und die Trajektorie zwischen demjenigen Teil des Positionierungsschafts, der dem Patienten am nächsten liegt, und dem tatsächlichen Ziel 270 zu bestimmen. Der Positionierungsschaft 400 wird entweder von Hand oder mittels einer Fernsteuerung verstellt. Der Positionierungsschaft 400 wird verstellt, bis er so positioniert ist, dass er kollinear zur Trajektorie 260 zwischen dem Ziel 270 und demjenigen Ende des Positionierungsschafts 400, das dem Patienten am nächsten liegt, verläuft.
In der 46 dargelegte Grundprozedur variiert in einem Schritt 4604, der dazu dient, die Position des Positionierungsschafts einzustellen. Wenn nur eine CT-Scanvorrichtung verwendet wird, wird der Positionierungsschaft 400 unter Verwendung der bogenförmigen Bügel 4410 und 4420 eingestellt. Wenn die Trajektorienführung in einer MR-Umgebung verwendet wird, wird die MR-Scanvorrichtung dazu verwendet, die Position des Positionierungsschafts 400 zu lokalisieren. In jeder Umgebung kann der Positionierungsschaft 400 in Verbindung mit rahmenloser Stereotaxie verwendet werden, in welchem Fall LED-Detektoren dazu verwendet werden, die Position des Positionierungsschafts aufzufinden. Wenn der Positionierungsschaft einmal korrekt kolinear zur Trajektorie 260 lokalisiert ist, wird das Instrument durch die Trajektorienführung 200 oder 200' um einen spezifischen Weg zum Ziel 270 eingeführt. Dann wird ein anderer Scanvorgang ausgeführt, um zu klären, ob sich das Instrument am Ziel befindet. Dies sind die Schritte, wie sie bereits dargestellt und beschrieben wurden, und sie entsprechen den Schritten 4606 und 4607 in der 46.
Die 10–14, 19–21 und 30–37 zeigen und beschreiben ferngesteuerte Versionen von Trajektorienführungen 200', die bei MR-Führung verwendet werden könnten.
Adapter, für andere Werkzeuge, einer Fräsloch-Externalisierungseinrichtung
Unter Bezugnahme auf die 48–50 wird nun die Fräsloch-Externalisiereinrichtung detailliert beschrieben. Die 48 ist eine Draufsicht einer Fräsloch-Anbauvorrichtung 4800. Die 49 ist eine Seitenansicht der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800. Die Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 besteht aus einem rohrförmigen Körper 4810 mit einem daran angebrachten Satz von Flanschen 4820, 4822 und 4824. Der rohrförmige Körper 4810 verfügt über eine Höhe von ungefähr 1 cm. Der rohrförmige Körper 4810 verfügt über eine Höhe, die einen Zwischenraum zwischen ihm und dem Werkzeug ermöglicht, um ein Einführen des Werkzeugs in dem Körper des Patienten zu ermöglichen. Der rohrförmige Körper 4810 verfügt über ein Flanschende 4810 und ein Fräslochende 4814. Die Flansche 4820, 4822 und 4824 werden dazu verwendet, die Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 an einem Patienten anzubringen. Das Flanschende 4812 ist dasjenige Ende der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800, das mit dem Patienten in Kontakt steht. Das Fräslochende 4810 wird ein Stück entfernt vom Körper des Patienten positioniert. Die Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 sorgt dem Grunde nach für eine Ersatzöffnung eines Fräslochs, das üblicherweise im Patienten hergestellt werden musste. Das Fräslochende 4810 des rohrförmigen Körpers ist so bemessen, dass ein Fräsloch nachbildet. Der Innendurchmesser des Fräslochendes 4810 ist derselbe wie der eines Standard-Fräslochs. Es sei darauf hingewiesen, dass die Europäer über einen Standarddurchmesser verfügen und die restliche Welt über einen anderen Standarddurchmesser verfügt. Das Fräslochende 4814 kann auch ein Innengewinde 4816 aufweisen, so dass in ein Fräsloch geschraubte Werkzeuge auch in das Fräslochende 4814 der Externalisiereinrichtung 4800 geschraubt werden können. Es sei darauf hingewiesen, dass das Innengewinde nicht erforderlich ist. So kann die Externalisierein richtung 4800 auch als Universaladapter für Werkzeuge gedacht werden, die normalerweise an einem Fräsloch angebracht werden.
Im Betrieb positioniert ein Arzt/Chirurg zunächst die Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 am Körper des Patienten. Beispielsweise positioniert der ärztliche Chirurg zunächst die Externalisiereinrichtung am Kopf des Patienten. Die Fräsloch-Externalisiereinrichtung wird unter Verwendung mehrerer Knochenschrauben am Ort gehalten. Die Knochenschrauben gehen durch Öffnungen in jeden der Flansche 4820, 4822 und 4824. Dann wird ein ausgewähltes Werkzeug am Fräslochende 4815 der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 angebracht. Das angebrachte Werkzeug kann eine Trajektorienführung sein, wie sie oben beschrieben ist. Das Werkzeug kann ein beliebiges Werkzeug sein, für das bisher eine Anbringung an einem Fräsloch im Körper des Patienten erforderlich war. Die Vorteile in Zusammenhang mit der Verwendung der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 rühren aus der Tatsache her, dass der Chirurg kein Fräsloch mehr im Patienten herstellen muss. Kein Fräsloch herstellen zu müssen, bedeutet, dass die Prozedur weniger Zeit benötigt. Es führt auch zu weniger Fluidverlust aus der Wirbelsäule und dem Schädel, was zu einer kleineren Verschiebung des Ziels oder des Inhalts des Kopfs führt. Zusätzlich zu mehreren kleinen Knochenschrauben ist die einzige Öffnung, die im Körper des Patienten herzustellen ist, ein kleines Drillbohrerloch. Ein Drillbohrerloch verfügt über einen Durchmesser von ungefähr 2 mm. Dies ist viel kleiner als das bereits oben erörterte Fräsloch von 12 – 15 mm. Ein Bohrloch dieser geringen Größe kann mit einem kleineren Einschnitt in der Kopfhaut oder einem oberen Körpergebiet und mit minimalem Trauma hergestellt werden. So existieren weniger Trauma und weniger Unbequemlichkeit für den Patienten, wenn die Fräsloch-Externalisiereinrichtung verwendet wird.
Die 50 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800. Die meisten Komponenten sind dieselben, und sie sind gleich nummeriert, wie bei der in der 48 dargestellten Externalisiereinrichtung. Der Unterschied besteht darin, dass die Flansche durch ein erstes Kopfband 5010 und ein zweites Kopfband 5012 ersetzt sind. Dies erzeugt im Vergleich zur in der 48 dargestellten Externalisiereinrichtung 4 lange Beine. Es könnten auch drei langgestreckte Beine verwendet werden, um für eine angemessene Anbringung der Externalisiereinrichtung am Körper des Patienten zu sorgen. In den Endes jedes Kopfbands finden sich Öffnungen für Körperschrauben. Die Körperschrauben müssen nicht dazu verwendet werden, die Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 am Patienten zu befestigen. Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellten Ausführungsformen nur zwei Beispiele für Anbringungsarten der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800 am Patienten sind. Es existieren viele Arten zum stabilen Anbringen der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4800. Außerdem wird zwar ein Fräsloch normalerweise zum Eindringen in den Schädelraum verwendet, jedoch könnte diese Externalisiereinrichtung 4800 in einfacher Weise für ähnliche Vorgänge an anderen Teilen des Körpers des Patienten verwendet werden. Prozeduren, die bisher viele Stunden benötigten, können nun in wesentlich kürzeren Zeiträumen mit der Fräsloch-Externalisiereinrichtung und der Trajektorienführung 3800 ausgeführt werden.
Für diese neue Trajektorienführung 4800 werden viele Anwendungen in Betracht gezogen. Zum Beispiel kann ein chirurgisches Instrument dazu verwendet werden, Zugang zu bestimmten Teilen des Körpers des Patienten zu erlangen. Unter Verwendung des Kopfs eines menschlichen Patienten als Beispiel kann die Trajektorienführung 3800 dazu verwendet werden, ein Instrument in ein Gebiet des Gehirns zu Biopsiezwecken zu führen. Ein Instrument kann auch dazu verwendet werden, Zugang zum Kammerbereich des Hirns und zum Zerebrospinalfluid zu erlangen, um einen Kammershunt oder eine Drainage zu platzieren. Die Trajektorienführung kann auch dazu verwendet werden, es einem Neurochirurgen zu ermöglichen, eine Kammerendoskopie auszuführen. Das Instrument bei einer derartigen Endoskopie enthält typischerweise eine Faseroptik zum Betrachten eines Teils des Gehirns. Das Instrument kann starr oder flexibel sein. Die Trajektorienführung 3800 kann auch bei der Behandlung oder Erforschung verschiedener anderer Störungen oder Krankheiten des Gehirns verwendet werden, wie bei Alzheimer, Multipler Sklerose, Chorea Huntington, Parkinson und anderen neurodegenerativen Erkrankungen. Der Globus pallidus ist eine Schlüsselstelle zum Steuern der Tremorerscheinungen, wie sie bei Patienten mit Parkinson auftreten. Bei einigen Behandlungen werden Elektroden dazu verwendet, elektrische Signale an dieses Organ auszugeben, um den Effekt der Parkinsonschen Krankheit zu verringern oder zu beseitigen. Außerdem kann ein chirurgisches Instrument dazu verwendet werden, eine Pallidotomie (d.h. Läsion des Globus pallidus) auszuführen. In ähnlicher Weise gehören zu anderen Zielen der Thalamus und der Nucleus subthalamicus. Abhängig vom Chirurgen könnten zusätzliche Ziele in Betracht gezogen werden, einschließlich nuklearer und nicht-nuklearer Bereiche des Hirnstamms. Eine andere chirurgische Prozedur ist die Entfernung von Tumormaterial im Gehirn. Der Tumor kann unter Verwendung eines Mittels der Trajektorienführung 3800 zugeführten Instruments lokalisiert und beseitigt werden. Noch andere Prozeduren sind die Entfernung von Läsionen, die sich im Gehirn durch Schläge oder andere medizinische Bedingungen gebildet haben.
Andere Verwendungen der Trajektorienführung
Oben sind Prozeduren in Zusammenhang mit dem Kopf und dem Gehirn beschrieben. Es existieren zahlreiche andere chirurgische Prozeduren, die ebenfalls ausgeführt werden können, und die abweichend vom Gehirn Nutzen aus einer genauen Platzierung eines chirurgischen Werkzeugs haben könnten. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass Herz- und Lungenzustände durch minimalinvasive Therapien gelindert werden, die durch die Trajektorienführung ermöglicht werden. Bei derartigen Prozeduren dient die Trajektorienführung mehr als Körperportal, und sie kann dazu verwendet werden, auf eine spezielle Trajektorie zu einem Ziel hin zu verriegeln, was jedoch nicht der Fall sein muss. Darüber hinaus können derartige Prozeduren die Verwendung von mehr als einer Trajektorienführung erfordern, oder sie können eine Konfiguration mit mehreren Körperportalen erfordern, wobei jedes der Portale über eine oder mehrere Trajektorienführungen verfügt. Bei derartigen Therapien können chirurgische Instrumente oder Beobachtungswerkzeuge eingeführt werden, um es dem Chirurgen zu ermöglichen, chirurgische Prozeduren auszuführen. Ähnlicherweise könnten Sonden durch die Trajektorienführung an spezielle oder allgemeine Ziele geliefert werden, um Cryotherapie, Lasertherapie, Hochfrequenzablation, Mikrowellen-Interstitialtherapie, fokussierte Ultraschalltherapie und andere Therapien auszuführen. Diese Therapien erfolgen derzeit alle an verschiedenen Teilen des Körpers in Verbindung mit einer Bildgebungsvorrichtung, wie der CT-Scanvorrichtung 4300 oder einer MR-Scanvorrichtung. Die Trajektorienführung 3800 erleichtert bei allen diesen Therapien die Zufuhr der Instrumente zu den verschiedenen Zielen. Außerdem beschleunigt die Verwendung der Fräsloch-Externalisiereinrichtung 4500 Prozeduren weiter, die Einführung von Werkzeugen in den Körper des Patienten erfordern.
Die 51–55 zeigen eine Trajektorienführung 5110, die als Körperportal verwendbar ist. Die 51 ist eine Endansicht eines Patienten, der innerhalb eines MR-Scanners 5100 positioniert ist. Am Körper des Patienten ist eine Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp angebracht und positioniert. Die 52 ist eine Seitenansicht eines Patienten, der in einem herkömmlichen MR-Scanner 5100 positioniert ist. Wie es in der 52 dargestellt ist, wird die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp unter einem Winkel in Bezug auf den Körper des Patienten so positioniert, dass ihre Gesamthöhe in den herkömmlichen MR-Scanner 5100 passt. Das bewegliche Element 4220 kann, wenn es orthogonal zum Körper positioniert wird, am MR-Scanner 5100 hängen bleiben. Es ist ziemlich sicher, dass dann, wenn das bewegliche Element 4220 orthogonal zum Körper positioniert würde, ein chirurgisches Instrument nicht innerhalb desselben platziert werden könnte. Ein chirurgisches Instrument, wie ein Katheter, erstreckt sich durch eine Längsöffnung oder einen Kanal 4222 im beweglichen Element 4220. Wenn Orthogonalität zum Patienten bestünde, wäre nicht ausreichend Raum zwischen dem MR-Scanner 5100 und dem innerhalb des Kanals 4222 des beweglichen Elements 4220 platzierten chirurgischen Instruments. Es sei darauf hingewiesen, dass die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp mit einem beweglichen Element 4220 oder einem Führungselement 240 oder einem Positionierungselement 400 versehen sein kann. Das bewegliche Element 4220 ist in Bezug auf den Patienten verdrehbar, so dass ein chirurgisches Instrument aus jeder beliebigen Person, die der Chirurg in Bezug auf den Patienten einnimmt, innerhalb des beweglichen Elements 4220 platziert werden kann. Bei einer Scanumgebung mit einem offenen Magnet ist keine abgewinkelte Basis erforderlich. Die Basis für die Positioniereinrichtung vom Körperportaltyp könnte mit einer vertikalen Fläche oder einer Fläche im Wesentlichen parallel zum Körper des Patienten versehen sein.
Die 53–55 zeigen die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp detaillierter. Die 53 ist eine Seitenansicht der Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp, und die 54 ist eine geschnittene Seitenansicht der Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp. Das bewegliche Element 4220 verfügt über den Kanal 4222. Das bewegliche Element 4220 verfügt auch über ein Führungsschaftende 4230 und ein Basisende 4210. Das Basisende 4210 ist kugelförmig. Die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp verfügt über eine Basis 5120, die eine Öffnung oder einen Kanal 5122 enthält. Der Kanal 5122 ermöglicht es, dass das chirurgische Instrument in den Körper des Patienten und zu einem Ziel 270 innerhalb des Patienten läuft. An einem Ende des Kanals 5122 befindet sich ein Becher 5124. Der Becher 5124 ist so bemessen, dass er das Kugelende 4210 des Positionierungselements 4220 ergreift. Der Becher 5124 kann auch über Teile verfügen, die sich über den größten Durchmesser des Kugelendes 4210 hinaus erstrecken, um dieses Kugelende 4210 des beweglichen Elements 4220 weiter zu ergreifen. Die Basis 5120 verfügt auch über einen abgewinkelten Teil 5126 und einen flachen Basisteil 5128. Der flache Basisteil 5128 ist kreisförmig, und er verfügt über einen ersten Flansch 5130 und einen zweiten Flansch 5132. Ein Kunststoffring 5140 verfügt über einen Finger 5142, der in den Schlitz zwischen dem ersten Flansch 5130 und dem zweiten Flansch 5132 der flachen Basis eingreift. Der Kunststofffinger 5152 steht mit dem Schlitz zwischen dem ersten Flansch 5130 und dem zweiten Flansch 5132 in Eingriff, so dass sich die Basis 5120 in Bezug auf den Kunststoffring 5140 verdrehen oder um diesen schwenken kann. Der Kunststoffring 5140 ist mit einem flexiblen Klebekissen 5150 verschmolzen oder an diesem angebracht. Das flexible Klebekissen besteht aus einem flexiblen Material, das sich an verschiedene Körperabschnitte oder Teile eines Patienten anpassen kann. Auf einer Seite des flexiblen Klebekissens ist ein Klebematerial platziert. Der Kleber ist auf die Fläche 5152 aufgebracht, die abgewandt von der Seite des flexiblen Klebekissens 5150 ist, die am nächsten beim abgewinkelten Basisteil 5126 liegt. Das flexible Klebekissen 5150 besteht aus einem biologisch verträglichen Material, so dass es dazu verwendet werden könnte, einen Colostomiebeutel an einem Patienten oder einem ähnlichen Material anzubringen. Die 54 zeigt eine Ausführungsform mit einem Schnellverriegelungsmechanismus 5400. Die Basis ist mit einem Gewinde mit großer Ganghöhe versehen. Der Verriegelungsmechanismus 5400 ist mit einem passenden Gewinde mit großer Ganghöhe versehen. Der Verriegelungsmechanismus 5400 ist auch mit einem einzelnen Arm oder Knopf 5410 versehen, um ihn in Bezug auf den mit Gewinde versehenen Basisteil zu verdrehen. Der Knopf 5410 ist vom Patienten weg positioniert, so dass der Chirurg einfachen Zugriff auf diesen Knopf 5410 hat. Da ein Gewindestück mit großer Ganghöhe verwendet wird, muss der Knopf nur leicht verdreht werden, um das bewegliche Element 4220 an seiner Position in Bezug auf die Basis zu verriegeln.
Die 55 ist eine Draufsicht der Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp. Das bewegliche Element 4220 verfügt über ein Führungsschaftende 5230 und das Kugelende 4210, das innerhalb des Bechers 5124 positioniert ist. Die Basis ist über den abgewinkelten Basisteil 5126 abgewinkelt und am flachen Basisteil 5128 angebracht. Der flache Basisteil ist am Kunststoffringteil 5140 angebracht, das seinerseits mit einem flexiblen Körperkissen 5150 verschmolzen ist.
Im Betrieb wird die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp wie folgt verwendet. Zunächst bestimmt der Chirurg ein ungefähren Ort des Ziels 270 innerhalb des Körpers des Patienten. Nahe dem Ziel 270 erfolgt ein Einschnitt in den Patienten. Dann wird die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp über dem Einschnitt so platziert, dass der Kanal 5122 in der Basis 5120 über dem im Patienten ausgeführten Schnitt positioniert ist. Der Kanal 5122 wird grob mit einer Linie zwischen dem Ziel und dem Einschnitt im Patienten ausgerichtet. Das flexible Klebekissen 5150 wird am Patienten angebracht, um den Einschnitt abzudichten und um auch für einen stabilen Anbringungspunkt für die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp zu sorgen. Das bewegliche Element 4220 kann in Bezug auf den Becher 5124 innerhalb der Basis 5120 der Trajektorienführung 5110 neu positioniert werden. Die gesamte Basis 5120 kann in Bezug auf den Kunststoffring 5140 und das flexible Klebekissen 5150 verstellt werden. Durch Verstellen der Basis in Bezug auf das flexible Klebekissen wird für den Chirurgen die Flexibilität geschaffen, aus einer Anzahl von Positionen in Bezug auf den Patienten und in Bezug auf den um diesen herum positionierten MR-Scanner zu arbeiten. Zunächst führt der Arzt eine Grobpositionierung der Basis 5120 in Bezug auf das Ziel aus. Die Basis 5120 kann in Bezug auf den Kunststoffring und das flexible Klebekissen verdreht werden, um es dem Chirurgen zu ermöglichen, jede beliebige Position in Bezug auf den Einschnitt und den Patienten einzunehmen. Das bewegliche Element 4222 kann dann verstellt werden, um zu gewährleisten, dass das chirurgische Instrument, das innerhalb der Öffnung oder des Kanals 4222 im beweglichen Element 4220 platziert wird, das Ziel 270 schneidet. Das bewegliche Element kann mit HF-Mikrospulen versehen sein, um seine Positionierung zu unterstützen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp dann verwendet wird, wenn die Ziele 270 relativ groß sind. Anders gesagt, kann eine Trajektorienführung 5110 dazu verwendet werden, eine Biopsie einer Leber, die ein relativ großes Organ ist, zu nehmen. Demgemäß kommt, wenn das Führungselement 4220 geringfügig depositioniert ist, die Probe aus einem nur geringfügig verschiedenen Teil der Leber her, ist aber immer noch gültig.
Wie oben ausgeführt, wird die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp nur bei relativ großen Zielen 270 verwendet, und daher beeinflusst eine geringfügige Bewegung des beweglichen Elements auf Grund einer Atmungsauslenkung die Platzierung des chirurgischen Instruments innerhalb des großen Ziels 270 nicht. Wenn einmal das chirurgische Instrument durch den Kanal 4222 und den Kanal 5122 und zum Ziel 270 eingeführt ist und der Vorgang ausgeführt wurde, wird das chirurgische Instrument entnommen. Dann kann auch das Körperkissen 5150 entfernt werden. Durch Entfernen des Körperkissens 5150 wird auch die gesamte Trajektorienführung 5110 entfernt. Dann wird der Einschnitt vom Chirurgen vernäht oder bandagiert, um die Operation zu beenden. Der Hauptvorteil der Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp besteht darin, dass die Operation sowohl in einer CT- als auch einer MR-Umgebung relativ schnell erfolgen kann. Das Körperkissen 5150 hält auch das Gebiet sauber und rein. Operationen, die bisher schwierig oder unmöglich waren oder viel Zeit erforderten, können nun einfach und effizient ausgeführt werden.
Es existieren viele andere Verwendungen, die für die Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp in Betracht gezogen werden. Die Trajektorienführung 5110 kann für Biopsie oder für eine Therapie an Organen im Bauch oder Becken oder der Nähe hiervon verwendet werden. Zu den Verwendungen gehören Leberbiopsien, Nierenbiopsien, Pankreasbiopsien, Nebennierenbiopsien. Außerdem benötigen eingige Prozeduren sowohl Biopsie als auch Therapie. Die Biopsienadel wird als Erste verwendet, und dann ersetzt ein bei der Therapie verwendetes Instrument dieselbe. Zu Instrumenten zum Ausführen von Therapien gehören Instrumente für thermische Ablation sowie Instrumente zum Anbringen von Shunts an verschiedenen Organen, wie TIPS (transjugular interhepatic portal systemic shunts). Die Trajektorienführung 5110 kann auch dazu verwendet werden, Gallenwegsdrainagen auszuführen, und sie kann zum Ausführen anderer Biopsien und Behandlungen am Bauchteil des Beckens oder dessen Nähe verwendet werden. Die Trajektorienführung 5110 kann auch für Prozeduren an der Rückseite des Rückgrats eines Patienten oder dessen Nähe verwendet werden. Nervenblockaden, Epiduralinjektionen, Facetteninjektionen, Ileosakralgelenksinjektionen sowie Rückenmarkscordotomie sind nur einige weniger der Prozeduren, die mit der Trajektorienführung 5110 möglich sind. Unter Verwendung der Trajektorienführung 5110 können auch nicht hirnbezogene Behandlungen und Biopsien im Kopf und Hals bewerkstelligt werden. Unter Verwendung der Trajektorienführung 5110 können Trigeminalneuralgien behandelt werden. Unter Verwendung der Trajektorienführung können Perkutanbiopsien der Pleura, der Lunge und des Mediastinalraums sowie das Entfernen eines Emphysems, um das Lungenvolumen zu verringern, erfolgen. Die Trajektorienführung 5110 kann auch für Fötuschirurgie verwendet werden, wie zur Ableitung aus einem fetalen Wasser, und zur Behandlung einer fetalen Wassersackniere. Dies sind nur Beispiele für mögliche Prozeduren, die unter Verwendung der Trajektorienführung 5110 vom Körperportaltyp vorgenommen werden können. Zahlreiche andere Prozeduren werden unter Verwendung dieser Vorrichtung bewerkstelligt. Außerdem führt die Vorrichtung zu anderen, zukünftigen chirurgischen Prozeduren.
Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht beschränkend sein soll. Dem Fachmann sind nach dem Durchsehen der obigen Beschreibung viele andere Ausführungsformen ersichtlich.

Claims

Chirurgisches Instrument umfassend eine direkt am Körper eines Patienten befestigbare Basiseinheit (210), ein bewegliches Element (220, 910) mit einem Durchgang (222), wobei das bewegliche Element an der Basiseinheit befestigt ist und rotierbar ist, so daß der Winkel des Durchgangs (222) relativ zur Basiseinheit (210) variiert werden kann, ein Schaft (240, 930, 400), der an dem beweglichen Element so fixiert ist, daß Bewegungen des Schafts das bewegliche Element rotieren lassen, und ein Schließelement (230) zum Fixieren der Position des beweglichen Elements, wobei der Schaft einen Führungsschaft (240, 930) umfaßt oder durch einen solchen austauschbar ist, wobei der Führungsschaft einen Durchgang (242, 922) hat, der im wesentlichen mit dem Durchgang (222) durch das bewegliche Element fluchtet, gekennzeichnet dadurch, daß der Schaft einen ersten und einen zweiten Lokalisierer (420, 430) aufweist, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils von einer Bildgebungsvorrichtung vom Material des überwiegenden Teils des Schafts unterschieden werden können, so daß es möglich ist, den Schaft mittels einer solchen Bildgebungsvorrichtung zu lokalisieren.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Schaft einen besagten Führungsschaft (240) umfaßt, der vom beweglichen Element (220) gelöst werden kann.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Schaft einen besagten Führungsschaft (930) umfaßt, der einstückig mit dem beweglichen Element (910) ausgebildet ist.
Instrument nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schaft einen an dem Führungsschaft befestigten Positionierungsschaft (400) umfaßt, der davon gelöst werden kann, wenn die Position des beweglichen Elements durch das Schließelement fixiert ist.
Instrument nach Anspruch 4, wobei der Positionierungsschaft (400) in dem Durchgang durch den Führungsschaft befestigt ist.
Instrument nach Anspruch 5, wobei ein Gewindeabschnitt des Positionierungsschafts in einen Gewindeabschnitt des Durchgangs durch den Führungsschaft greift.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Schaft einen am beweglichen Element befestigten und davon lösbaren Positionierungsschaft (400) aufweist, der durch den Führungsschaft ausgetauscht werden kann, wenn die Position des beweglichen Elements durch das Schließelement fixiert ist.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend ein Gestell (800) zum Bewegen des beweglichen Elements und des Schafts relativ zur Basiseinheit in einer quer zum Durchgang durch das bewegliche Element liegenden Ebene.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der zweite Lokalisierer (420, 430) jeweils im wesentlichen mit der Mittellinie des Durchgangs (222) durch das bewegliche Element fluchten.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste und der zweite Lokalisierer (420, 430) jeweils relativ zur Mittellinie des Durchgangs (222) durch das bewegliche Element versetzt sind.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basiseinheit (210) ein Loch hat, das Durchgangslinien (222) durch das bewegliche Element mit mehreren Winkeln für den Durchgang relativ zur Basiseinheit ermöglicht.
Instrument nach Anspruch 11 umfassend eine Kappe (1600) und einen Stecker (1610) zum Verschließen des Lochs durch die Basiseinheit.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend einen ersten und einen zweiten Bügel (4410, 4420), die an der Basiseinheit befestigt sind und bezüglich derer eine Position für den Schaft definiert werden kann.
Instrument nach Anspruch 13, wobei der erste oder der zweite Bügel (4410, 4420) rotierbar an der Basiseinheit befestigt ist.
Instrument nach Anspruch 13 oder 14, wobei der erste und der zweite Bügel (4410, 4420) jeweils Markierungen (4412, 4422) darauf aufweisen.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend ein Stellglied (1000) zum Bewegen des Schafts.
Instrument nach Anspruch 16, wobei das Stellglied aus einem mit einer Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung verträglichem Material hergestellt ist.
Instrument nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Stellglied eine Stellgliedanordnung umfaßt, wobei die Stellgliedanordnung aufweist: eine zweite Basiseinheit (1910), und ein zweites bewegliches Element (1920), das an der zweiten Basiseinheit zur Rotation relativ zu diesem befestigt ist, wobei das Stellglied so angeordnet ist, daß Bewegungen des zweiten beweglichen Elements (1920) entsprechende Bewegungen beim ersten beweglichen Element (220) verursachen.
Instrument nach Anspruch 18, wobei die Stellgliedanordnung entfernt von der ersten Basiseinheit (210) und dem ersten beweglichen Element (220) angeordnet ist.
Instrument nach Anspruch 18 oder 19 umfassend mindestens eine hydraulische Leitung (1990), die die Stellgliedanordnung mit der Anordnung der ersten Basiseinheit (210) und des ersten beweglichen Elements (220) verbindet, wobei die Anordnungen durch eine dazwischenliegende Hydraulikpresse voneinander getrennt sind.
Instrument nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Stellglied umfaßt: ein erstes Nebenstellglied zum Bewegen des Schafts um eine erste Achse, und ein zweites Nebenstellglied zum Bewegen des Schafts um eine zweite Achse.
Instrument nach Anspruch 21, wobei das erste und das zweite Nebenstellglied hydraulisch sind.
Instrument nach Anspruch 21, wobei das erste und das zweite Nebenstellglied jeweils Drähte enthalten.
Instrument nach Anspruch 21, wobei das erste und das zweite Nebenstellglied jeweils Fäden enthalten.
Instrument nach Anspruch 16, wobei das Stellglied zur Bewegung des Schafts von einer entfernten Position aus ausgelegt ist.
Instrument nach Anspruch 25, wobei das Stellglied hydraulisch ist.
Instrument nach Anspruch 26, umfassend einen Hydraulikkolben.
Instrument nach Anspruch 25, wobei das Stellglied kabelbetrieben ist.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basiseinheit (210) einen Flansch (3814, 4214) zur Befestigung am Körper eines Patienten aufweist.
Instrument nach Anspruch 29, wobei der Flansch mehrere Öffnungen (3815, 3816, 3817) darin aufweist, deren jede zum Empfang eines Befestigungselements vorgesehen ist.
Instrument nach Anspruch 30, wobei sich jede Öffnung zum Empfangen einer Knochenschraube als Befestigungselement eignet.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Basiseinheit einen an dem beweglichen Element befestigten starren Abschnitt (5120) und einen biegsamen Abschnitt (5150) zur Befestigung am Körper eines Patienten aufweist.
Instrument nach Anspruch 32, wobei der starre Abschnitt (5120) der Basiseinheit relativ zum biegsamen Abschnitt (5150) rotierbar ist.
Instrument nach Anspruch 33, wobei die Basiseinheit einen Ring (5140) aufweist, dessen Innendurchmesser und der starre Abschnitt (5120) ineinandergreifen und dessen Außendurchmesser und der biegsame Abschnitt (5150) ineinandergreifen, wodurch die zum biegsamen Abschnitt relative Bewegbarkeit des starren Abschnitts ermöglicht wird.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Stellglied (3700) zum Bewegen eines chirurgischen Instruments durch die jeweiligen Durchgänge im Führungsschaft und im beweglichen Element.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der erste oder der zweite Lokalisierer eine LED umfaßt.
Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der erste und der zweite Lokalisierer mittels einer Vorrichtung für rahmenlose Stereotaxie voneinander unterscheidbar sind.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 35, wobei der erste und der zweite Lokalisierer vom Material des überwiegenden Teils des Schafts mittels eines Computertomographie- oder NMR-Bildgebungsverfahrens unterscheidbar sind.
Instrument nach Anspruch 38, wobei der Schaft ein Material aufweist, das von dem Bildgebungsverfahren detektiert werden kann, und der erste und der zweite Lokalisierer jeweils Materialvolumina aufweisen, die nicht von dem Bildgebungsverfahren detektiert werden können.
Instrument nach Anspruch 38, wobei der Schaft ein Material aufweist, das von dem Bildgebungsverfahren detektiert werden kann, und der erste und der zweite Lokalisierer jeweils Mittel umfassen, die von dem Bildgebungsverfahren detektiert und vom Material unterschieden werden können.
Instrument nach Anspruch 39 oder 40, wobei das Material eine in einer Aushöhlung des Schafts enthaltene Flüssigkeit ist.
Instrument nach Anspruch 38, wobei der erste und der zweite Lokalisierer jeweils Mittel umfassen, die vom Bildgebungsverfahren detektiert werden können.
Instrument nach Anspruch 42, wobei die Mittel des ersten oder die des zweiten Lokalisierers ein detektierbares Material aufweisen.
Instrument nach Anspruch 42 oder 43, wobei der erste oder der zweite Lokalisierer eine Hochfrequenzspule umfaßt.
Instrument nach einem der Ansprüche 38 bis 44, wobei das Bildgebungsverfahren nukleare Magnetresonanz aufweist.
Instrument nach einem der Ansprüche 38 bis 43, wobei das Bildgebungsverfahren Computertomographie umfaßt.
System umfassend ein chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Bildgebungsvorrichtung zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Lokalisierers vom Material des überwiegenden Teils des Führungsschafts.
System umfassend ein chirurgisches Instrument nach Anspruch 37 und eine Vorrichtung für rahmenlose Stereotaxie mit Mitteln zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Lokalisierers vom Material des überwiegenden Teils des Schafts.
System nach Anspruch 48, wobei die Unterscheidungsmittel mindestens zwei Detektoren für Licht aus LEDs umfassen.
System umfassend ein chirurgisches Instrument nach Anspruch 45 und eine NMR-Bildgebungsvorrichtung zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Lokalisierers vom Material des überwiegenden Teils des Schafts.
System umfassend ein chirurgisches Instrument nach Anspruch 46 und eine Computertomographievorrichtung zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Lokalisierers vom Material des überwiegenden Teils des Schafts.
System nach einem der Ansprüche 47 bis 51 umfassend einen Computer (102, 4302), der zum Empfangen von Informationen bezüglich der Positionen des ersten und des zweiten Lokalisierers und zur Bestimmung der Position des Schafts daraus ausgelegt ist, und der weiterhin dazu ausgelegt ist, die Position des Schafts zu bestimmen, die erforderlich ist, um das bewegliche Element an einer Trajektorie zu einem vorgegebenen Ziel auszurichten.
System nach Anspruch 52, wobei das chirurgische Instrument eines nach einem der Ansprüche 16 bis 28 ist und wobei der Computer dazu ausgelegt ist, das Stellglied zu betreiben und die folgenden Schritte durchzuführen: Erhalten von Informationen bezüglich der Positionen des ersten und des zweiten Lokalisierers und Bestimmen der Position des Schafts daraus, Bestimmen eines gewünschten Weges für den Durchgang (222) im beweglichen Element mittels der Positionen des ersten Lokalisierers und des vorgegebenen Ziels, und Bewegen des Schafts, bis der Durchgang im beweglichen Element mit einer Trajektorie zum Ziel fluchtet.
Speichermedium, welches ein Computerprogramm zum Steuern des Computers in einem System nach Anspruch 53 speichert, um diesen die besagten Schritte durchführen zu lassen.