DE10108633A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von einander unabhängig aufgenommenen Röntgendatensätzen (2D oder 3D) - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von einander unabhängig aufgenommenen Röntgendatensätzen (2D oder 3D)Info
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgensystem zum Aufnehmen von Röntgendatensätzen eines Patienten (1), mit einem Röntgengerät (2) zum Aufnehmen von dreidimensionalen Röntgendatensätzen eines Patienten (1) und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten, wobei die Positionsdaten zur Ermittlung der räumlichen Beziehung zwischen mindestens zwei Röntgendatensätzen, die von unterschiedlichen Körperpartien des Patienten (1) aufgenommen wurden, dienen. DOLLAR A Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein in diesem Rötgensystem angewendetes Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von einander unabhängig gemessenen Rötgendatensätzen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgensystem zum Auf
nehmen von Röntgendatensätzen von Patienten sowie ein Verfah
ren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von einander un
abhängig gemessenen Röntgendatensätzen an einem Patienten.
Bei medizinischen bzw. chirurgischen Eingriffen an einem Pa
tienten werden u. a. mobile C-Bogen-Röntgengeräte eingesetzt,
mittels derer Bereiche des Patienten röntgenbildlich erfasst
werden können. Durch diese Erfassung können dreidimensionale
Röntgenaufnahmen gewonnen und auf einem Bildschirm darge
stellt werden. Das rekonstruierte Volumen, das mit solchen
dreidimensionalen Röntgendatensätzen dargestellt werden kann,
beträgt zur Zeit etwa (12 cm)3.
In vielen Fällen müssen jedoch mehrere Bereiche des Patienten
erfasst werden, die räumlich auseinander liegen. Da die so
gewonnenen Röntgendatensätze für bestimmte chirurgische Ein
griffe in eine räumliche Beziehung zueinander gesetzt werden
müssen, ist eine exakte Kenntnis der räumlichen Positionen
der einzelnen Röntgendatensätze erforderlich.
Ein Beispiel hierfür ist ein operativer Eingriff am Knie ei
nes Patienten beim sog. Total Knee Replacement. Hier werden
dreidimensionale Röntgenaufnahmen (Röntgendatensätze) vom
Knie, vom Fußgelenk und von der Hüfte benötigt, deren räum
liche Beziehung zueinander bekannt sein muss, um die richtige
Lage- und Winkelposition des Kniegelenks zu erfassen.
Mit C-Bogen-Röntgengeräten ist es möglich, dreidimensionale
Röntgendatensätze intra-operativ, d. h. während eines chirur
gischen Eingriffes, aufzunehmen. Kann man dabei nicht auf
pre-operative Röntgendatensätze zurückgreifen, wird bisher
intra-operativ die räumliche Beziehung anhand von einander
unabhängigen Röntgendatensätzen wenigstens grob ermittelt.
Bei der Verwendung eines C-Bogen-Röntgengerätes ist zur Auf
nahme von dreidimensionalen Röntgendatensätzen beim Stand der
Technik jedoch kein Verfahren bekannt, das die exakte Bestim
mung der räumlichen Beziehung zwischen mindestens zwei aufge
nommenen dreidimensionalen Röntgendatensätzen eines Patienten
erlaubt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, ein mobiles
Röntgensystem und ein in diesem Röntgensystem angewendetes
Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch die eine genaue
Bestimmung der räumlichen Beziehung von verschiedenen Rönt
gendatensätzen eines Patienten ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Röntgensystem zum Aufnehmen von
Röntgendatensätzen eines Patienten gemäß dem beigefügten An
spruch 1 und ein in diesem Röntgensystem angewendetes Verfah
ren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von einander un
abhängig gemessenen Röntgendatensätzen gemäß dem beigefügten
Anspruch 8 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht das Röntgensystem
aus einem Röntgengerät, beispielsweise einem C-Bogen Röntgen
gerät, zum Aufnehmen von dreidimensionalen Röntgendatensätzen
eines Patienten, und eine Vorrichtung zum Bereitstellen von
Positionsdaten. Die Positionsdaten dienen dabei zur Ermitt
lung der räumlichen Beziehung zwischen mindestens zwei Rönt
gendatensätzen, die von unterschiedlichen Körperpartien des
Patienten (1) aufgenommen wurden.
Die durch die Vorrichtung zum Bereitstellen von Positions
daten gewonnenen Informationen können dann beispielsweise dem
Chirurgen, der einen operativen Eingriff an einem Patienten
durchführt, als Anzeige auf einem Bildschirm zur Verfügung
gestellt werden.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die 3D C-Bogenbildgebung auch dann eingesetzt werden kann,
wenn mehrere Röntgendatensätze intra-operativ benötigt wer
den, deren räumliche Beziehung zueinander bekannt sein muss.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind
in den jeweiligen Unteransprüchen wiedergegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besteht
die Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten aus ei
nem Maßstab. Der Maßstab wird in dem Bereich, in dem die
Röntgendatensätze aufgenommen werden, angebracht und ist in
den aufgenommenen Röntgendatensätzen sichtbar ist. Der Maß
stab ist dabei in Relation zu dem Patienten fest angebracht
und in allen aufgenommenen Röntgendatensätzen sichtbar.
Der Maßstab kann dabei beispielsweise am Patienten selbst
angebracht werden oder in dem Operationstisch, auf dem der
Patient während des Eingriffes liegt, integriert sein. In
jedem Fall muss der Maßstab so angebracht sein, dass er in
Relation zum Patienten fest ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
beinhaltet die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bereitstellen
von Positionsdaten einen an dem Röntgengerät angebrachten
Positionssensor. Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten ein Positi
onserfassungssystem zum Ermitteln einer relativen räumlichen
Position des Positionssensors. Die räumliche Beziehung zwi
schen dem Positionssensor und den aufgenommenen Röntgendaten
sätzen muss dabei bekannt sein.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
registriert die Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten,
die in diesem Ausführungsbeispiel als Einrichtung zum
Erfassen der Bewegung des Operationstisches ausgebildet ist,
eine Bewegung des Operationstisches quantitativ, wobei das
Röntgengerät fest installiert ist.
Vorteilhafterweise wird die erfasste räumliche Beziehung der
aufgenommenen Röntgendatensätze zueinander durch eine Verar
beitungsvorrichtung automatisch berechnet und/oder verarbei
tet.
Bei dem erfindungsgemäßen Maßstab kann dies beispielsweise
durch eine Bildverarbeitungssoftware geschehen, die in der
Verarbeitungsvorrichtung implementiert ist und die jeweiligen
Markierungen des Maßstabs erkennt und zuordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung eines Positionserfas
sungssystems zum Erfassen der räumlichen Beziehung werden die
gewonnenen Informationen ebenfalls durch die Verarbeitungs
vorrichtung weiterverarbeitet und in eine relative Beziehung
der Röntgendatensätze zueinander umgerechnet; das gleiche
gilt für eine Erfassung des Tischvorschubs.
Die automatische Verarbeitung der räumlich erfassten Bezie
hung durch die Verarbeitungsvorrichtung hat den Vorteil, dass
diese Beziehung nicht nur für den Chirurg als Informationen
dargestellt werden kann, sondern als Grundlage für weitere
Berechnungen dienen kann. So kann auf diese Weise eine Ver
größerung des Volumens der aufgenommenen dreidimensionalen
Röntgendatensätze erreicht werden. Dazu werden mehrere drei
dimensionale Röntgendatensätze aufgenommen, die räumlich an
einander grenzen oder sich räumlich ein wenig überlappen,
durch die Verarbeitungsvorrichtung zusammengefügt und auf dem
Bildschirm dargestellt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Zeich
nungen näher erläutert, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgensystems
gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 2 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgensystems
gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung, und
Fig. 3 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgensystems
gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung.
Anhand von Fig. 1 wird nachfolgend die Funktionsweise eines
C-Bogen-Röntgengerätes 2 (nachfolgend Röntgengerät 2 genannt)
und eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung de
tailliert beschrieben.
Die dreidimensionalen Röntgendatensätze werden gewonnen, in
dem zuerst durch das Röntgengerät 2 eine Vielzahl von zwei
dimensionalen Röntgenbildern von einem bestimmten Bereich des
Patienten 1, der auf einem Operationstisch 4 liegt, aufgenom
men werden. Dabei werden durch den C-Bogen des Röntgengeräts
2 von dem bestimmten Bereich (z. B. Knie) eine Vielzahl von
zweidimensionalen Röntgenbildern unter verschiedenen Winkeln
aufgenommen. Die so gewonnenen zweidimensionalen Röntgenda
tensätze werden durch einen Computer unter Anwendung bekann
ter Projektionsmatrizen in mindestens einen dreidimensionalen
Röntgendatensatz projiziert. Der dreidimensionale Bereich
(Volumen), der auf diese Weise aufgenommen und dargestellt
werden kann, wird z. B. als Würfel mit dem Bezugszeichen 3
dargestellt.
Der dreidimensionale Röntgendatensatz wird nun auf einer An
zeigevorrichtung 9 (Bildschirm) angezeigt, wobei sich ein
Benutzer (i. d. R. der Chirurg, der den operativen Eingriff an
dem Patienten 1 durchführt) sich den aufgenommenen Bereich
des Patienten beispielsweise aus verschiedenen Blickwinkeln
und/oder in verschiedenen Ebenen ansehen kann.
Gemäß dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird
ein in Röntgenbildern (Röntgendatensätzen) sichtbarer Maßstab
5 in den Bereich eingebracht, der mittels der Röntgenbildern
sichtbar gemacht werden soll. Dabei muss der Maßstab nicht
unbedingt in dem projizierten dreidimensionalen Röntgendaten
sätzen für den Chirurgen sichtbar sein. Es genügt auch, wenn
der Maßstab 5 bei der Aufnahme der zweidimensionalen Röntgen
datensätze in einem oder wenigen Röntgendatensätzen enthalten
ist.
Der Maßstab 5 wird in diesem Fall nicht im projizierten drei
dimensionalen Röntgendatensatz angezeigt, jedoch kann auf
diese Weise der Maßstab 5 von der Verarbeitungsvorrichtung 8
automatisch erkannt und verarbeitet werden. Sichtbar im Sinne
der vorliegenden Erfindung bedeutet also, dass der Maßstab
für das Röntgengerät 2 "sichtbar" ist, d. h. dass der Maßstab
in mindestens einem zweidimensionalen Röntgendatensatz ent
halten ist, und somit die daraus gewonnene Information wei
terverarbeitet werden kann.
Unter einem Maßstab 5 wird im Sinne der vorliegenden Erfin
dung Markierungen verstanden, die eine genau definierte räum
liche Beziehung zueinander haben. Das können einzelne Markie
rungen sein, die in bestimmten, festgelegten Abständen am
Patienten 1 oder am Operationstisch 4 angebracht werden. Das
kann aber auch, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Art Meßlatte
mit entsprechenden, in den Röntgendatensätzen sichtbaren,
Markierungen sein. Der Maßstab 5 kann dabei beispielsweise in
einer Linie oder in einem zweidimensionalen Raster abgebildet
sein.
Werden jetzt an unterschiedlichen Positionen des Körpers des
Patienten 1 Röntgendatensätze aufgenommen, so muss der durch
gängige Maßstab in allen Positionen (für den Chirurgen
und/oder für die Verarbeitungsvorrichtung 8) erkennbar sein.
Durch die räumliche Lage des Maßstabs 5 in den einzelnen 3D-
Volumina 3, 3' in Verbindung mit einer erkennbaren Eintei
lung, beispielsweise in Zentimeter (cm), auf dem Maßstab sind
die räumlichen Beziehungen der einzelnen dreidimensionalen
Aufnahmen (Röntgendatensätze) einfach bestimmbar. Die ver
schobene Position des Röntgengeräts 2 und somit des aufgenom
menen (bzw. aus den zweidimensionalen Röntgendatensätzen re
konstruierten) Volumens 3 sind in der Figur mit 2' und 3'
gekennzeichnet.
Vorteilhafterweise ist der Maßstab 5 weitgehend durchlässig
für Röntgenstrahlen, damit das Ergebnis der aufgenommenen
Röntgendatensätze und somit der daraus resultierende drei
dimensionale Röntgendatensatz möglichst wenig verfälscht
wird.
Die Vorrichtung, die die Berechnung der zweidimensionalen
Röntgendatensätze in einen (oder auch mehrere) dreidimen
sionalen Röntgendatensatz durchführt, und die Verarbeitungs
vorrichtung 8 gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorteil
hafter Weise in einem Gerät (Computer) kombiniert.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgen
systems gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung.
Die Bezugszeichen wurden aus der Fig. 1 übernommen, mit dem
Unterschied, dass anstatt mit einem Maßstab nach einer zwei
ten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die räumliche
Beziehung von verschiedenen dreidimensionalen Röntgendaten
sätzen von einem Positionserfassungssystem 7 erfasst werden.
Das Positionserfassungssystem 7 erfasst dabei die räumliche
Position von einem oder mehreren Positionssensoren 8, die
fest an dem Röntgengerät 2 angebracht sind. Dazu ist die
Kenntnis der räumlichen Position und Orientierung des C-Bogens
des Röntgengeräts 2, sowie die Beziehung zwischen C-Bo
gen bzw. Positionssensor 8 und dem jeweils aufgenommenen
Röntgendatensatz erforderlich.
Bei dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ge
genüber der ersten Ausgestaltung, wo nur eine räumliche Be
stimmung in der Ebene möglich ist, eine dreidimensionale Be
stimmung der räumlichen Beziehung der dreidimensionalen Rönt
gendatensätze zueinander möglich.
Wie in der ersten Ausgestaltung ist auch hier Vorteilhafte
weise die Vorrichtung, die die Berechnung der
zweidimensionalen Röntgendatensätze in einen (oder auch
mehrere) dreidimensionalen Röntgendatensatz durchführt, und
die Verarbeitungsvorrichtung 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Gerät (Computer) kombiniert.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen Röntgen
systems gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung.
Die Bezugszeichen in Fig. 3 sind wiederum mit den Bezugszei
chen der vorangegangenen Figuren identisch. In dieser Ausges
taltung der vorliegenden Erfindung besteht jedoch die erfin
dungsgemäße Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten
aus einer in einem verfahrbaren/verschiebbaren Operations
tisch 4 integrierten Einrichtung zum Erfassen der Bewegung
des Operationstisches 10, die eine Bewegung des Tisches quan
titativ registriert; die verschobene Position des Operations
tisches 4 wird mit dem Bezugszeichen 4' symbolisiert.
Das Röntgengerät 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel fest
installiert.
Die Relativbewegung vom C-Bogen zum Patienten kann wiederum
durch einen beispielsweise im Operationstisch 4 integrierten
Maßstab erfolgen und/oder durch Messung der Tischbewegung.
Nachdem die Aufnahme des dreidimensionalen Röntgendatensatzes
an einer ersten Position erfolgt ist, z. B. Knie, erfolgt ist
fährt der Tisch den Patienten an eine zweite Position, so
dass zum Beispiel die Hüfte im Isozentrum des C-Bogens liegt;
der C-Bogen steht dabei fest. Dann stoppt die Tischbewegung,
die zurückgelegte Strecke des Operationstisches 4 wird gemes
sen und es erfolgt eine weitere Aufnahme eines dreidimen
sionalen Röntgendatensatzes (im Beispiel von der Hüfte).
Claims (12)
1. Röntgensystem zum Aufnehmen von Röntgendatensätzen eines
Patienten (1), mit
einem Röntgengerät (2) zum Aufnehmen von Röntgendatensätzen eines Patienten (1),
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten, wobei die Positionsdaten zur Ermittlung der räumlichen Beziehung zwischen mindestens zwei Röntgendatensätzen, die von unter schiedlichen Körperpartien des Patienten (1) aufgenommen wur den, dienen.
einem Röntgengerät (2) zum Aufnehmen von Röntgendatensätzen eines Patienten (1),
gekennzeichnet durch
eine Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten, wobei die Positionsdaten zur Ermittlung der räumlichen Beziehung zwischen mindestens zwei Röntgendatensätzen, die von unter schiedlichen Körperpartien des Patienten (1) aufgenommen wur den, dienen.
2. Röntgensystem gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten aus
einem in den Röntgendatensätzen sichtbaren Maßstab (5) be
steht.
3. Röntgensystem gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Maßstab (5) fest an dem Patienten (1) angebracht
ist.
4. Röntgensystem gemäß Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Maßstab (5) an dem Operationstisch (4) angebracht
ist, wobei der Maßstab in Relation zu dem Patienten (1) fest
angebracht ist.
5. Röntgensystem gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten
mindestens einen an dem Röntgengerät angebrachten Positions
sensor (6) und ein Positionserfassungssystem (7) zum Ermit
teln einer relativen räumlichen Position des Positionssensors
(6) enthält, wobei die räumliche Beziehung zwischen dem
Positionssensor (6) und den aufgenommenen Röntgendatensätzen
bekannt ist.
6. Röntgensystem gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zum Bereitstellen von Positionsdaten aus
einer Einrichtung (10) zum Erfassen der Bewegung des Operati
onstisches (4, 4') besteht, der eine Bewegung des Operations
tisches (4, 4') quantitativ in Relation zu dem Röntgengerät
(2) registriert.
7. Röntgensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch
eine Verarbeitungsvorrichtung (8) zum automatischen Verarbei
ten der bereitgestellten Positionsdaten.
8. Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Beziehung von ein
ander unabhängig gemessenen Röntgendatensätzen, wobei
Röntgendatensätze eines Patienten (1) aufgenommen werden,
gekennzeichnet durch
das Bereitstellen von Positionsdaten, wobei die Positions
daten zur Ermittlung der räumlichen Beziehung zwischen min
destens zwei Röntgendatensätzen, die von unterschiedlichen
Körperpartien des Patienten (1) aufgenommen wurden, dienen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionsdaten in den aufgenommenen Röntgendatensät
zen als Maßstab (5) sichtbar sind.
10. Verfahren gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionsdaten von mindestens einen an dem Röntgen
gerät angebrachten Positionssensor (6) und einem Positionser
fassungssystem (7) bereitgestellt werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Positionsdaten bereitgestellt werden, indem eine
Bewegung des Operationstisches (4, 4') quantitativ in Rela
tion zu dem Röntgengerät (2) registriert wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11,
gekennzeichnet durch
eine automatische Weiterverarbeitung der bereitgestellten
Positionsdaten.
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