TR2022015108A2 - Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇ - Google Patents

Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇ Download PDF

Info

Publication number
TR2022015108A2
TR2022015108A2 TR2022/015108A TR2022015108A TR2022015108A2 TR 2022015108 A2 TR2022015108 A2 TR 2022015108A2 TR 2022/015108 A TR2022/015108 A TR 2022/015108A TR 2022015108 A TR2022015108 A TR 2022015108A TR 2022015108 A2 TR2022015108 A2 TR 2022015108A2
Authority
TR
Turkey
Prior art keywords
skull
robot
brain
entry
vascular tree
Prior art date
Application number
TR2022/015108A
Other languages
English (en)
Inventor
Aydoğmuş Ömür
Fati̇h Talu Muhammed
Original Assignee
Firat Ueniversitesi Rektoerluegue
Inoenue Ueniversitesi Rektoerluegue
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Firat Ueniversitesi Rektoerluegue, Inoenue Ueniversitesi Rektoerluegue filed Critical Firat Ueniversitesi Rektoerluegue
Priority to TR2022/015108A priority Critical patent/TR2022015108A2/tr
Publication of TR2022015108A2 publication Critical patent/TR2022015108A2/tr
Priority to PCT/TR2023/051054 priority patent/WO2024076327A1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00Instruments for taking body samples for diagnostic purposes; Other methods or instruments for diagnosis, e.g. for vaccination diagnosis, sex determination or ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B10/0233Pointed or sharp biopsy instruments
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30Surgical robots
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00Instruments for taking body samples for diagnostic purposes; Other methods or instruments for diagnosis, e.g. for vaccination diagnosis, sex determination or ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B2010/0208Biopsy devices with actuators, e.g. with triggered spring mechanisms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/101Computer-aided simulation of surgical operations
    • A61B2034/105Modelling of the patient, e.g. for ligaments or bones
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/10Computer-aided planning, simulation or modelling of surgical operations
    • A61B2034/107Visualisation of planned trajectories or target regions

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

Buluş, robot destekli çerçevesiz stereotaktik beyin biyopsi sistemi ile ilgilidir. Bu sistemde, kafa sabitleyiciyle ameliyat masasına sabitlenen hastadan sırayla Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) ve Manyetik Rezonans Anjiografi (MRA) çekimleri alınmakta ve hasta direk ameliyathaneye sevk edilerek robotik biyopsisi yapılabilmektedir.

Description

TARIFNAME ROBOT DESTEKLI ÇERÇEVESIZ STEREOTAKTIK BEYIN BIYOPSI SISTEMI TEKNIK ALAN Bulus, robot destekli çerçevesiz stereotaktik beyin biyopsi sistemi ile ilgilidir. Bu sistemde, kafa sabitleyiciyle ameliyat masasina sabitlenen hastadan sirayla Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRl) ve Manyetik Rezonans Anjiografi (MRA) çekimleri alinmakta ve hasta direk ameliyathaneye sevk edilerek robotik biyopsisi yapilabilmektedir. ÖNCEKI TEKNIK Beyin biyopsisi oldukça önemli ve kritik bir islemdir. Stereotaktik çerçeve tabanli beyin biyopsisi, tümörlü/lezyonlu dokuyu elde etmede uzun yillardir tercih edilen bir yöntem olmustur. Burada çerçeve, genellikle hasta tiras yapilmadan ve dik pozisyondayken kafaya yerlestirilir ve sabitleme ignelerinin kafaya temas eden bölgelerine lokal anestezi uygulanir. Çerçeve yerlestirildikten sonra Bilgisayarli Tomografi (CT) veya Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRl) bilgisi elde edilerek yörünge planlama asamasina geçilir. Bu asamada, tümörlü bölgenin alani ve giris noktasi belirlenir. Tümör hedefini belirlemede, yüksek dereceli gliomlarda genellikle yüksek kontrastli CT yeterli olurken, düsük dereceli gliomlarda, T2 agirlikli bir MRl daha iyi hedeflemeye izin verebilir. Giris noktasi belirlenirken, dural kan damari, kortikal kan damari veya sulkusa girilmesini önleyecek sekilde planlama yapilir. Genellikle pial veya ependimal yüzeyleri dikkate alan ve anlamli korteksten kaçinan en kisa mesafeli yörünge tercih edilir. Yörünge planlama safhasi tamamlandiktan sonra hasta ameliyathaneye yönlendirilir. Beyindeki bölgelere rahat erisim için genellikle hasta ameliyat masasina sirt üsttü yatirilir, çerçeve, ameliyat masasina sabitlenir ve biyopsiye baslanir. Giris noktasinin açilmasinda döner matkap veya frez deligi yöntemleri kullanilir. Döner matkap yönteminde, 11 veya 15 numarali nesterlerle maksimum 2,7 mm çapli dairesel bir giris açilir. Yüksek hizli frez deligi yaklasiminda, daha büyük çaplarda bir bölge açilir, ancak damar yapilarina girilme riski azalir. Delik açildiktan sonra biyopsi ignesi uygun derinlige kadar ilerletilir. Planlanan derinlikte igne yan kesme portu açik bir sekilde 180 derece döndürülür ve parça igne içerisine alinir. Tek operasyonda birden çok parça alinabilir. Alinan parçalar patolojik incelemeye gönderilir. Kafa derisi sütür ile kapatilir ve çerçeve çikarilir. Dolayisiyla, bilinen teknikteki sistemlerin dezavantajlar asagida listelenmistir; - Hasta kafasina çerçeve takilmasi, - Harici bir algilayici (kizil ötesi kamera) veya isaretleyici (kafa derisine yapistirilan veya ignelenen marker) kullanimina gerek duyulmasi, - Giris-Hedef ekseni boyunca damar girisi olmayacagini garanti etmemesi, - Giris kemik noktasinin dairesel kesi alaninin çapinin 2-3 cm olmasi, - Nihai ayarlamalarinin operatör tarafindan manuel olarak yapilmasi bu nedenle hedef noktaya (tümör merkezi) yüksek dogrulukta ulasilamamasi, - Geleneksel beyin biyopsi sistemi 1. gün MRl/CT çekimi ve inceleme süreci, 2. gün ise ameliyat sürecinin olmasi. BULUSUN KISA AÇIKLAMASI Bulus; kafa sabitleyiciyle ameliyat masasina sabitlenen hastadan sirayla MRl ve MRA çekimleri alinarak ve hasta direk ameliyathaneye sevk edilerek robot destekli çerçevesiz stereotaktik beyin biyopsi sistemi ile ilgilidir. MRl/MRA inceleme ve isaretleme süreçlerinin geleneksel yöntemlere göre hizli (yaklasik 20 dakika) oldugu bu sistemde, kafatasi kalinlik haritasi, beyin damar agaci segmentasyon birimi, giris noktasi bulma birimi ve robotik operasyon birimi karar destek sistemini "Robotik Biyopsi" adli tek bir çati altinda birlikte çalismasi saglanmaktadir. Böylece operatör hekimin karar almasi ve uygulamasina yardimci olmaktadir. Bu sistemle hasta kafatasina çerçeve takilmamakta, MRl-CT örtüstürmesi gibi kayipli operasyonlara gerek duyulmamakta, tek asamali ardisik bir sekilde devam etmekte, cerraha yardimci yazilimlar sayesinde Giris-Hedef ekseni kisa ve damar girisi içermemekte, Giris kemik kalinligi ince olmakta, dairesel kesi alani çapi 2-3 cm'den igne çapina (2 mm) düsürülmekte ve Robotik sistemle hedef noktaya (tümör merkezi) milimetre alti hassasiyetle ulasilmaktadir. Ayrica bu sistem diger birçok organ biyopsi uygulamalari için kullanilabilir bir yaklasim saglamaktadir. SEKIL LISTESI Sekil 1. Robot Destekli Çerçevesiz Stereotaktik Beyin Biyopsi Sistem Görünümü Sekil 2.Robot Destekli Çerçevesiz Stereotaktik Beyin Biyopsi Koordinat Sistem Görünümü Sekillerde Gösterilen Numaralarin Karsiliklari 1. Karar Destek Sistemi 1.1. Kafatasi kalinlik haritasi 1.2. Beyin damar agaci segmentasyon birimi 1.3. Giris noktasi bulma birimi 1.4. Robotik operasyon birim Robot kontrol ünitesi Biyopsi ignesi Kafa sabitleyici Ek acil buton NFDFT'PWN Koordinat sistemleri 7.1. Robot koordinat sistemi 7.2. Kafa giris noktasi koordinat sistemi 7.3. Tümör merkez koordinat sistemi 7.4. Kafa sabitleyici koordinat sistemi BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Bulus, karar destek sistemi (1) [kafatasi kalinlik haritasi (1 .1), beyin damar agaci segmentasyon birimi (1.2), giris noktasi bulma birimi (1.3), robotik operasyon birimi (1.4)], robot kontrol ünitesi (2), robot (3) biyopsi ignesi (4), kafa sabitleyici (5), ek acil buton (6) ve koordinat sistemleri (7) [robot koordinat sistemi (7.1) kafa giris noktasi koordinat sistemi (7.2), tümör merkez koordinat sistemi (7.3), kafa sabitleyici koordinat sistemi (74)] bilesenlerinden olusmaktadir. Kafatasi kalinlik haritasinin (1.1) olusturulmasi; MRl verisinin filtrelenmesini, kafatasi yapisinin çikarilmasi ve kafatasi üzerindeki her bir noktanin kalinlik degerlerinin hesaplanmasini içermektedir. Bu sayede kafatasi kemiginin nerelerde kalin nerelerde ince oldugu net bir sekilde anlasilabilmektedir Böylece delme islemi kafatasinin en ince kismindan gerçeklestirilebilmektedir. Kafatasi kalinlik haritasinin (1.1) belirlenmesi için algoritma bes asamali bir islem içermektedir. Bu asamalar MRl verisi bölütlenerek kafatasinin çikarilmasi, bölütlenmis kafatasindan LabelMap ve Model elde edilmesi, LabelMap verisi BinaryThinninglmageFilter kullanilarak medial yüzey elde edilmesi, DanielssonDistanceMaplmageFilter araciligiyla medial yüzeyden uzaklik haritasi (distance map) ve uzaklik haritasi "Probe Volume with Model" kullanilarak kafatasi kalinlik haritasinin (1.1) elde edilmesidir. Giris noktasinin belirlenmesinde, Giris-Hedef ekseninde damar yapisina girilip girilmemesinin belirlenmesi büyük bir önem olusturmaktadir. Bunun belirlenmesi için beyin damar agacinin tespit edilmesi gerekmektedir. Arteriyel beyin damarlarinin segmentasyonu için MRA verisi kullanilmaktadir. MRA çekimlerini girdi olarak ve çikti olarak beyin damar agacini üretecek beyin damar agaci segmentasyon birimi (1.2), robotik operasyon birimi (1.4) içerisine entegre edilebilmektedir. Bu beyin damar agaci segmentasyon birimi (1.2) MRA yogunluk degerlerini cerrahin alt ve üst kesme degerleriyle filtreleyebilmesini ve damar agaci modelinin üretilmesini içermektedir. Ayrica, MRA kullanilarak üretilecek beyin damar agaci modelinin MRl verisi içerisine aktarilmasi saglanmaktadir. Tümör merkezi, beyin damar agaci ve kafatasi kalinlik harita bilgilerini içeren tek bir model üretildikten sonra giris noktasinin model üzerinde nerede olacagina karar verilmis ve böylece Giris-Hedef ekseni net bir sekilde belirlenmistir. Giris-Hedef ekseni kisa ve damar girisi içermemekte, giris kemik kalinligi ince olmakta, dairesel kesi alani igne çapina (en az 1 mm) düsürülmekte ve robotik sistemle hedef noktaya (tümör merkezi) milimetre alti hassasiyetle ulasilmaktadir. Bu hassasiyet kullanilan robot kolun donanimina bagli olarak en az 0,05 mm'dir. Bunun için yapilan Giris Noktasi Bulma birimi (1.3) cerraha yardimci olmaktadir. Giris Noktasi Bulma birimi (1.3) ilk olarak cerrahtan girmeyi planladigi noktaya kabaca bir isaretçi koymasini istemektedir. Daha sonra sirasiyla isaretçi merkezli daire içerisindeki (yariçapi önceden en az 1 cm olarak belirlenen) modelin yüzey noktalari tespit edilmis ve bu noktalarin olusturdugu eksenlerin damara girip girmedigi belirlenmistir. Damar girisi olmayan noktalarin eksen uzunluk ve kafatasi kalinlik degerlerine göre uygunluk degerleri hesaplanmis ve cerrahin incelemesine sunulmustur. Bu uygunluk degeri, daire içeresindeki noktalarin hedefe olan uzakligi ve kafatasi kalinlik degerlerinin toplami ile hesaplanir. Daha sonra bu degerler siralanarak en küçük uygunluk degerine sahip nokta cerrahin incelemesine sunulmaktadir. Cerrah, uygunluk degerine veya tercihine göre nihai giris noktasini belirlemektedir. Tüm bu noktalar robotun (3) 3 boyutlu uzayi ile eslestirilerek robotun (3) otomatik olarak belirlenen noktalara operasyon yapmasini saglamaktadir. Böylece yari otonom ve tam kontrollü bir giris noktasi bulma yaklasimi saglanmistir. Kafatasi kalinlik haritasinin (1.1) olusturulmasi, beyin damar agaci segmentasyon biriminin (1.2) tespit edilmesi ve giris noktasi bulma birimi (1.3) asamalarindan sonra hesaplanan kafatasi giris noktasi ve tümör merkezi referans noktalari robotun (3) çalisma uzayi koordinat sistemine (7) dönüstürülür. Bu dönüstürme islemi hesaplanan kalibrasyon matrisi kullanilarak gerçeklestirilir. Böylece robotun (3) kendi çalisma uzayina göre giris noktasindan tümörün merkez noktasina dogru lineer bir çizgide hatasiz olarak ilerlemesi saglanir. Robot (3) "Basla" komutunu aldiktan sonra otomatik olarak referans giris noktasina hareket eder. Daha sonra cerrahin "Onay" komutunu aldiktan sonra giris islemini baslatir. Dolayisiyla, kafatasi kalinlik haritasinin (1.1) olusturulmasi ve tam kontrollü karar destek sistemi (1) ile robot kolunun entegre çalistigi bir sistem saglanmistir. Robotun (3) acil stop butonuna basildiginda tüm eksenler frenlenerek kilitlenir. Ancak bu durumda biyopsi ignesi (4) kafatasi içerisinde kalacagindan dolayi operasyon dogasina uygun degildir. Bu nedenle bulusumuzda ek bir acil buton (6) bulunmaktadir. Ek acil butona (6) basildiginda giris-hedef ekseninin tersi yönünde biyopsi ignesinin (4) kafatasindan çikmasi saglanmistir. TR TR TR TR

Claims (1)

ISTEMLER
1. Robot destekli çerçevesiz stereotaktik beyin biyopsi karar destek sistemi (1) olup, özelligi; kafatasi kemiginin kalinliginin ve inceliginin net bir sekilde anlasilabilmesi için delme islemi kafatasinin en ince kismindan gerçeklestirilerek; MRl verisinin filtrelenmesini, kafatasi yapisinin çikarilmasi ve kafatasi üzerindeki her bir noktanin kalinlik degerlerinin hesaplanmasini saglayan kafatasi kalinlik haritasi (1.1), robotik operasyon birimi (1.4) içerisine entegre edilebilen, MRA çekimlerini girdi ve beyin damar agacini çikti olarak üreten ve beyin damar agaci modelinin MRl verisi içerisine aktarilmasi saglayan beyin damar agaci segmentasyon birimi (1.2), cerrahin manuel girmeyi planladigi noktayi merkeze alarak, yariçapi en az 1 cm olarak belirlenen modelin yüzey noktalari tespit edilerek ve bu noktalarin olusturdugu eksenlerin damara girip girmedigi belirlenerek cerraha yardimci olan yari otonom ve tam kontrollü giris noktasi bulma robotun (3) acil stop butonuna basildiginda tüm eksenlerin frenlenerek kilitlenmesi biyopsi ignesini (4) kafatasi içerisinde biraktigindan, giris- hedef ekseninin tersi yönünde biyopsi ignesini (4) kafatasindan çikmasini saglayan ek acil buton (6) içermesiyle karakterizedir.
TR2022/015108A 2022-10-03 2022-10-03 Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇ TR2022015108A2 (tr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2022/015108A TR2022015108A2 (tr) 2022-10-03 2022-10-03 Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇
PCT/TR2023/051054 WO2024076327A1 (en) 2022-10-03 2023-10-02 Robot-assisted frameless stereotactic brain biopsy system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TR2022/015108A TR2022015108A2 (tr) 2022-10-03 2022-10-03 Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TR2022015108A2 true TR2022015108A2 (tr) 2022-10-21

Family

ID=85162396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TR2022/015108A TR2022015108A2 (tr) 2022-10-03 2022-10-03 Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇

Country Status (2)

Country Link
TR (1) TR2022015108A2 (tr)
WO (1) WO2024076327A1 (tr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118694057B (zh) * 2024-08-22 2024-11-29 深圳市盛泰奇科技有限公司 一种用于人形机器人的大功率无框电机的固定结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201006971D0 (en) * 2010-04-26 2010-06-09 Renishaw Ireland Ltd Apparatus and method for implanting a medical device
KR102201828B1 (ko) * 2020-02-24 2021-01-26 (주)서한케어 정위가이드기구
CA3215548A1 (en) * 2021-04-20 2022-10-27 Samuel G. RODRIQUES Automated drilling device and method
CN113349925A (zh) * 2021-06-01 2021-09-07 浙江工业大学 基于全自动三维成像的听神经瘤手术路径自动规划方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024076327A1 (en) 2024-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12114933B2 (en) System and method for interventional procedure using medical images
US11883244B2 (en) Systems, methods, and devices for assisting or performing guided interventional procedures using custom templates
US9681919B2 (en) Systems, methods, and devices for assisting or performing guided interventional procedures using custom templates
JP6568478B2 (ja) 低侵襲治療のための計画、誘導およびシミュレーションシステムおよび方法
US11559290B2 (en) Navigable endobronchial tool to access tissue outside a bronchus
EP2720636B1 (en) System for guided injection during endoscopic surgery
US7734326B2 (en) Method and device for preparing a drainage
EP3973896B1 (en) Puncture needle positioning system and computer program
US20150011866A1 (en) Probe for Surgical Navigation
JP2002526152A (ja) 身体内にデバイスを位置決めする方法及び装置
JP2020096796A (ja) 最適化されたデバイス対画像の位置合わせのための構造マスキングまたはアンマスキング
CN115462885B (zh) 一种经皮穿刺方法及系统
CN116236280B (zh) 一种基于多模态图像融合的介入治疗引导方法及系统
US20050228251A1 (en) System and method for displaying a three-dimensional image of an organ or structure inside the body
TR2022015108A2 (tr) Robot destekli̇ çerçevesi̇z stereotakti̇k beyi̇n bi̇yopsi̇ si̇stemi̇
Fayed et al. Robot-assisted minimally invasive asleep single-stage deep brain stimulation surgery: operative technique and systematic review
US10682184B2 (en) Tissue sampling system
CN113876420B (zh) 用于规划手术路径的路径规划方法、系统、设备和介质
CN114617635B (zh) 微创手术装置及其控制方法、以及微创手术系统
GB2591093A (en) In vitro multi-modal tissue imaging method and system
CN117084786A (zh) 一种穿刺导航系统、定位托和定位穿刺针
Alexander et al. Comparison of a patient-mounted needle-driving robotic system vs. manual CT fluoroscopy to perform percutaneous CT-guided lung biopsies
CN117045318A (zh) 一种穿刺手术引导系统、方法及手术机器人
Şahin et al. AI-Guided Optimal Trajectory Selection in Stereotactic Brain Biopsy
US12383337B2 (en) Positioning and orientation of a hand-guided modality