способ наведения стереотаксического инструмента на целевую точку головного мозга

Формула изобретения

Способ наведения стереотаксического инструмента на целевую точку головного мозга, включающий компьютерную или магнитно-резонансную томографию с использованием контрастных меток, определение координат этих меток и целевой точки в системе координат томографа, построение модели внутримозгового пространства с включением в нее точек модели, соответствующих этим меткам, определение координат целевой точки модели при совмещении координат меток с координатами соответствующих точек модели, наведение стереотаксического инструмента на модель целевой точки с последующим переносом его на голову пациента и наведением на целевую точку внутримозгового пространства, отличающийся тем, что не менее 3 рентгеноконтрастных или МР-контрастных меток размещают на коже лобной и височных областей головы пациента в аксиальной плоскости относительно системы координат томографа, в которой находится целевая точка головного мозга.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, и может найти применение при стереотаксических операциях на головном мозге человека.

Стереотаксическая нейрохирургия - малотравматичный, наукоемкий прецизионный метод локального воздействия на патологические или здоровые ткани мозга с целью получения планируемого клинического эффекта. Во многих случаях открытые нейрохирургические операции удается заменить намного более щадящими стереотаксическими. Важнейшим этапом в стереотаксическом процессе является локализация внутримозговых мишеней-целевых точек.

В известных стереотаксических системах применяются различные способы наведения стереотаксического инструмента на целевую точку. В таких распространенных в мире стереотаксических системах, как LSS (Leksell stereotactic sistem) (Leksell stereotactic sistem Elekta Instrument INC рекламный проспект 20 стр.S-114 52 Stocgolm, Sweden) и BRW, CRW (рекламные проспекты Radionics medical instruments INC) применяют для локализации целевых точек современные интроскопические методы - рентгеновскую и магнитно-резонансную томографию. Используя эти системы, уже в самом начале стереотаксического процесса на голову пациента травматичным способом крепят стереотаксическую раму, после чего проводят томографические исследования с целью локализации целевой точки и в дальнейшем наведение на нее инструмента. Для локализации внутримозговых мишеней используются диагональные локализаторы. В результате использование этого способа подразумевает излишнюю травматизацию пациентов и обязательное нахождение в одной клинике операционной и дорогостоящих томографов, что экономически нецелесообразно.

Наиболее близким к предлагаемому является способ наведения стереотаксического инструмента на целевую точку, описанный в изобретении Аничкова А.Д. и др. [Патент 2130759 от 27 мая 1999 г.]. Способ заключается в том, что в специальном лотке изготавливают оттиск зубов и альвеолярного отростка пациента. Этот лоток закрепляют на КТ или МРТ-локализаторе, имеющем в своей конструкции контрастные метки, после чего проводят томографическое исследование головного мозга, в результате которого получают изображения меток и целевой точки. Определяют их координаты в системе координат томографа. Полученные координаты целевой точки и меток путем компьютерных расчетов переводят в систему координат устройства, которое крепят на зубах пациента посредством того же оттиска. Это устройство крепится относительно головы пациента одновременно со стереотаксической рамой и содержит в своей конструкции три точки, которые используют для построения модели внутримозгового пространства по их координатам на стереотаксическом фантоме. Аналогично реализуют целевую точку. Вместе с этими точками в модели внутримозгового пространства располагают направляющее устройство, с помощью которого наводят стереотаксический инструмент на модель целевой точки. Затем направляющее устройство переносят на голову пациента и через фрезевое отверстие наводят стереотаксический инструмент на целевую точку внутримозгового пространства.

Этот способ дает возможность проводить исследования пациентов в головной катушке любого МР-томографа, максимально используя при этом его разрешающую способность и получая высококачественные томограммы, чего не допускают конструкции большинства применяемых стереотаксических систем. Благодаря использованию фиксируемого на зубах КТ или МРТ-локализатора время и место проведения операции не зависит от времени и места проведения стереотаксической подготовки, что позволяет пользоваться одним томографом нескольким нейрохирургическим учреждениям, не имеющим своего томографа.

Однако такой способ может быть использован на ограниченном контингенте пациентов, так как фиксацию меток на альвеолярном отростке верхней челюсти путем оттиска зубов на термопластике невозможно осуществить пациентам, находящимся в бессознательном состоянии или со вставными челюстями. Использование локализатора, закрепленного на лотке с оттиском зубов, исключает возможность интубирования пациентов для подключения к аппарату искусственного дыхания, а также применение его у детей. Кроме того, на компьютерные расчеты требуется довольно большое время, что, в свою очередь, делает невозможным проведение срочных стереотаксических операций. Все эти недостатки способа-прототипа вызваны тем, что в нем для наведения стереотаксического инструмента на целевую точку используется фиксация контрастных меток на альвеолярном отростке верхней челюсти, при этом метки локализаторов располагаются относительно головы пациента произвольно и для использования их в качестве внешних ориентиров требуются компьютерные расчеты.

Технический результат настоящего изобретения состоит в расширении возможности использования наведения стереотаксического инструмента на целевую точку головного мозга за счет расположения контрастных меток на коже головы пациента.

Этот результат достигается тем, что в известном способе наведения стереотаксического инструмента на целевую точку головного мозга, включающем компьютерную или магнитно-резонансную томографию с использованием контрастных меток, определение координат этих меток и целевой точки в системе координат томографа, построение модели внутримозгового пространства с включением в нее точек модели, соответствующих этим меткам, определение координат целевой точки модели при совмещении координат меток с координатами соответствующих точек модели, наведение стереотаксического инструмента на модель целевой точки с последующим переносом его на голову пациента и наведением на целевую точку внутримозгового пространства, согласно изобретению не менее 3 рентгеноконтрастных или МР-контрастных меток размещают на коже лобной и височных областях головы пациента в аксиальной плоскости относительно системы координат томографа, в которой находится целевая точка головного мозга.

Использование меток с фиксацией их на коже головы пациента и ориентацией относительно системы координат томографа позволяет провести исследование на томографе, получить координаты целевых точек и этих меток в одной системе координат - системе координат томографа, что позволяет исключить компьютерные расчеты по преобразованию координат, использовать их в дальнейшем для построения модели внутримозгового пространства и последующего наведения стереотаксического инструмента на искомую целевую точку.

Такая совокупность действий позволяет проводить срочные стереотаксические операции у пациентов, находящихся в бессознательном состоянии, а также у детей.

Для лучшего понимания способа приводим Фиг.1-5.

На Фиг.1 изображен пациент, расположенный в томографе со световым ориентирующим перекрестием на лице X(L-R), Y(H-F) и закрепленными на нем контрастными для томографа метками (Т0, Т1, Т2), расположенными вдоль линии Х на лобной и височных областях, в аксиальной плоскости томографа XZ.

На Фиг.2 изображена томограмма аксиального среза головы пациента, в которой видны изображения внутримозговой мишени Тm и контрастных меток Т0, Т1, Т2.

На Фиг.3 изображен стереотаксический фантом (7) с моделью стереотаксической рамы (1*), с перенесенными на фантом моделями меток Т0*, T1*, Т2* (6) и точки-мишени Тm*, наводящим устройством (3) и стереотаксическим инструментом (4).

На Фиг.4 - пациент с закрепленной на голове стереотаксической рамой (1) и ориентирующим устройством (2), с закрепленными на голове метками Т0, T1, Т2 и расположенной в мозге точкой-мишенью Тm.

На Фиг.5 - наведение стереотаксического инструмента (4) на внутримозговую точку-мишень Тm.

Сущность способа заключается в следующем.

В случае использования рентгеновского компьютерного томографа (КТ) голову пациента произвольно помещают в гентри и проводят стандартное исследование. По серии томограм определяют наиболее информативную для внутримозговой мишени плоскость сканирования. В положении этой плоскости стол томографа останавливают и включают подсветку щели рентгеновского излучателя, которая обозначает в пространстве аксиальную плоскость. По подсвеченной линии на кожу пациента закрепляют рентгенконтрастные метки, Т0 в лобной области, а T1 и Т2 на висках. Затем эту плоскость еще раз сканируют, получают томограмму, где хорошо видна точка-мишень и три рентгенконтрастных метки (Фиг.2). По этому изображению с помощью программного обеспечения КТ определяют координаты меток и целевой точки-мишени, которые лежат в одной аксиальной плоскости XZ. Соответственно координаты этих точек равны: Tm (Xm, Ym, Zm); Т0 (X0, Y0, Z0); Т1 (X1, Y1, Z1); T2 (X2, Y2, Z2). При этом Ym, Y0, Y1, Y2 равны между собой, т.к. все эти точки располагаются в одной аксиальной плоскости XZ.

По полученным данным на фантоме строят модель внутримозгового пространства, принимая точку Т0* за начало координат. Тогда координаты Y у точек T1*, T2* и Tm* равны нулю, так как они расположены в одной плоскости с Т0*-XZ, и соответственно координаты точек на фантоме T1* - (Xf1, Zf1), T2* - (Xf2, Zf2) и Tm* (Xmf, Zmf) будут равны:

Xf1=X1-X0; Zf1=Z1-Z0

Xt2=X2-X0; Zf2=Z2-Z0

Xmf=Xm-X0; Zmf=Zm-Z0

По полученным таким образом координатам устанавливают на фантоме модели точек Т0*, T1*, Т2* и Tm* (Фиг.3).

В ходе операции на голову пациента укрепляют стереотаксическую раму (1) Фиг.4, с ориентирующим устройством (2). Стержни ориентирующего устройства (5) совмещают с метками на коже головы пациента и в таком виде ориентирующее устройство закрепляют на модели стереотаксической рамы (1*) (Фиг.3). Концы стержней совмещают с моделями точек Т0*, T1*, Т2*, ориентируя таким образом в пространстве модель рамы относительно модели внутримозгового пространства пациента аналогично положению стереотаксической рамы относительно его головы. Затем на модель стереотаксической рамы устанавливают наводящее устройство (3) (Фиг.3) и с его помощью наводят стереотаксический инструмент (4) на модель точки-мишени (Tm*).

Следующим этапом наводящее устройство (3) (Фиг.5) переносится на стереотаксическую раму, на голове пациента накладывается фрезевое отверстие и через него стереотаксический инструмент наводят на точку-мишень, оказывая затем планируемое воздействие.

В случае использования для локализации внутримозговой мишени МРТ пациента укладывают на стол томографа с произвольным расположением головы относительно ориентирующего светового перекрестия XY (Фиг.1). Световой луч Y обозначает в пространстве плоскость томографа YZ, а световой луч Х обозначает в пространстве плоскость томографа XZ. Закрепляют на коже головы пациента метки Т0, Т1, Т2 таким образом, чтобы они располагались в световом луче X, при этом они располагаются в аксиальной плоскости XZ. Если точка Т0 расположена в центре светового перекрестия, то после установки стола томографа в рабочее положение она будет иметь координаты X, Y, равные 0. Голову пациента располагают в головную катушку, стол устанавливается в рабочее положение и проводят стандартное исследование в аксиальном, сагитальном и корональном направлениях. На полученных томограммах в одной аксиальной плоскости находят изображения меток Т0, T1, Т2. Остальные действия такие же, как при подготовке на КТ.

При использовании такого метода отпадает необходимость в компьютерных расчетах по преобразованию координат при переходах в разные координатные системы, и, в результате, все расчеты сводятся к простым арифметическим действиям.

Сущность способа поясняется примером.

Пациенту с диагнозом инсульт-внутримозговая гематома осуществлена срочная стереотаксическая операция по эвакуации гематомы.

Пациент без сознания, интубирован с целью проведения искусственной вентиляции легких. Пациента расположили на столе рентгеновского томографа произвольным образом и провели стандартное КТ исследование. По серии томограмм было диагносцировано внутримозговое новообразование, которое, исходя из специфических неврологических симптомов, было идентифицировано как внутримозговая гематома. Из серии томограмм была выбрана одна аксиальная томограмма, наиболее информативная относительно внутримозговой мишени. Стол томографа был выведен в положение, в котором была получена эта томограмма. В этом положении была включена подсветка щели рентгеновского излучателя и вдоль световой линии Х на лоб и на два виска прикрепили рентгенконтрастные метки из алюминия. После этого было проведено сканирование этой плоскости и получена томограмма, на которой хорошо были видны гематома и метки (Фиг.2). С помощью програмного обеспечения томографа определили координаты меток и центра гематомы в системе координат томографа. Таким образом получили пространственно-геометрическую информацию о взаимном расположении точки-мишени Тm и внешних ориентиров-меток Т0, T1, Т2.

Полученные координаты меток и точки-мишени перенесли на фантом и расположили на нем модели этих точек T0*, T1*, Т2* и Тm* (Фиг.3).

На операционном столе на голову пациента закрепили стереотаксическую раму (1) (Фиг.4) с ориентирующим устройством (2). Совместили стержни ориентирующего устройства (5) с метками на голове пациента, и затем перенесли ориентирующее устройство на модель стереотаксической рамы на фантоме, совместив стержни с моделями меток. Таким образом, модель стереотаксической рамы расположили относительно модели внутримозгового пространства головы пациента аналогично расположению рамы относительно его головы. После этого на модель рамы установили направляющее устройство (3) (Фиг.3) со стереотаксическим инструментом (4) - эвакуатором гематом, который навели на точку Тm*, моделирующую точку-мишень. Найденное положение стереотаксического инструмента зафиксировали и направляющее устройство перенесли на стереотаксическую раму, закрепленную на голове пациента. Затем в черепе пациента было сделано фрезевое отверстие, в него ввели эвакуатор до совмещения с запланированной точкой мишенью и извлекли около 40% объема гематомы. После операции состояние пациента улучшилось, томографическое исследование показало уменьшение размера гематомы и уменьшение дислокации внутримозговых структур.

Предлагаемый способ по сравнению с известным имеет следующие преимущества:

1. Расположение меток на коже пациента исключает необходимость использования локализаторов с фиксацией их на зубах. Это, в свою очередь, дает возможность проводить стереотаксические операции на пациентах, у которых невозможно изготовить оттиски зубов (пациенты без сознания или с искусственными челюстями);

2. Пациентов, находящихся в бессознательном состоянии, можно интубировать, т.к. у них не занята полость рта, и подключать аппарат искусственного дыхания;

3. Расположение меток в одной (аксиальной) плоскости значительно упрощает процесс локализации внутримозговой мишени, исключает компьютерные расчеты, что сокращает время подготовки пациента к операции.

Способ разработан авторами на основе многолетних исследований в области стереотаксиса. В настоящее время он опробован в клинике и получил высокую оценку.