DE10117751A1 - Modellierung von Momentanzuständen medizinischer Objekte in Abhängigkeit von zumindest einer Messgröße - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung (200) und einem Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizinischer Objekte in Abhängigkeit von zumindest einer zeitlich veränderlichen Körperfunktion wird auf der Basis der Geometrien der medizinischen Objekte, die aus Daten von medizinischen bildgebenden Verfahren für zumindest einen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion gewonnen werden, wenigstens eine weitere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion berechnet und die Geometrien der medizinischen Objekte werden näherungsweise synchron zum aktuell gemessenen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion verfügbar gemacht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der medizinischen Datenverarbeitung zur Berech­ nung der Geometrien medizinischer Objekte aus Daten medizini­ scher bildgebender Verfahren, das eine Anpassung statischer Geometrien an dynamische Vorgänge vornimmt. Insbesondere be­ trifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Anpassung präoperativ gemessener statischer Da­ ten an intraoperative dynamische Vorgänge.

Bildgebende medizinische Analyseeinrichtungen bilden einen unverzichtbaren Bestandteil der medizinischen Diagnostik und sind eine wesentliche Grundlage für die sorgfältige Planung von Operationen. Vor allem tomographische Methoden liefern dreidimensionale Daten des Körperinneren, die mit modernen Methoden der medizinischen Bildverarbeitung in räumliche Ein­ drücke des Körperinneren umgewandelt werden. Das Planen chi­ rurgischer Eingriffe wie auch therapeutischer Maßnahmen wird erleichtert indem relevante anatomische Strukturen, wie z. B. Nerven oder Fettgewebe, Knochen oder muskeläquivalentes Gewe­ be als auch nicht anatomische Strukturen, wie z. B. Fremdkör­ per oder Implantate entweder von der Umgebung mit nur sekun­ därem Informationsgehalt isoliert oder deutlich davon abgeho­ ben dargestellt werden.

Gegenwärtig können mit medizinischen bildgebenden Analyseein­ richtungen keine Messungen am Patienten in Echtzeit vorgenom­ men werden. Man erhält daher aus den Messungen gegenwärtig nur statische Aufnahmen medizinischer Objekte, also starre Aufnahmen anatomischer wie nicht anatomischer Strukturen. Die davon abgeleiteten geometrischen Strukturen sind folglich starre Objekte. Diese Objekte stehen jedoch im Widerspruch zu den von ihnen beschriebenen realen medizinischen Objekten, von denen ein Großteil wie z. B. Organe, seine Form abhängig von der Körperlage und vor allem von Körperfunktionen wie z. B. der Herzaktivität, der Atmung oder der Darmperistaltik verändert. Die präoperativ gemessenen starren Daten befinden sich daher nur kurzzeitig und selten in geometrischer Über­ einstimmung mit der tatsächlichen Geometrie der dynamisch verformten medizinischen Objekte welche sie vorstellen. Folg­ lich wird ein Überlagern präoperativ gemessener Daten mit intraoperativ erhaltenen Bilddaten wie z. B. bei einer Bildfu­ sion mit Endoskopie- oder Ultraschallbildern, stets zu einer mehr oder weniger störenden Fehlanpassung führen. Auch für die Verwendung in Navigationssystemen oder für eine Roboter­ steuerung sind präoperativ gemessene starre Geometrien nicht verwendbar, da sie die Veränderung der Objekte in Abhängig­ keit der ihrer Veränderung zugrunde liegenden Körperfunktio­ nen nicht nachzeichnen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung anzugeben, das präoperativ gemes­ sene medizinische Bilddaten mit intraoperativen Situationen zur Übereinstimmung bringt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Vor­ richtung und ein Software-Produkt zur Modellierung von Momen­ tanzuständen medizinischer Objekte in Abhängigkeit zumindest einer zeitlich veränderlichen Körperfunktion, wobei ausgehend von aus medizinischen bildgebenden Verfahren gewonnenen Daten über die Geometrien der medizinischen Objekte für zumindest einen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion wenigstens eine weitere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandwert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion berechnet wird und die Geometrien der medizi­ nischen Objekte näherungsweise synchron ("in Echtzeit") zum aktuell gemessenen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion verfügbar gemacht werden.

Damit lassen sich vorteilhaft die von den medizinischen Ver­ fahren erhaltenen statischen Geometrien medizinischer Objekte dynamisieren, d. h. die sich analog zu einer oder mehreren zeitlich veränderlichen Körperfunktionen verändernde Geomet­ rie eines medizinischen Objektes wird abhängig vom zeitlichen Verlauf dieser Körperfunktionen verfügbar und zwar synchron zur aktuellen Veränderung der Geometrie des medizinischen Objektes selbst. Damit können weiter vorteilhaft die präope­ rativen Messdaten in Übereinstimmung mit intraoperativ erhal­ tenen Daten z. B. für eine Bildfusion mit Endoskopie- oder Ultraschallbildern gebracht werden. Ebenso vorteilhaft können aus den veränderten Geometrien nun mit der realen Situation übereinstimmende Koordinaten an Navigationssystemen und Robo­ tersteuerungen übertragen werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfin­ dung wird die Geometrie der medizinischen Objekte aus Daten dreidimensionalen Charakters berechnet, die aus medizinischen bildgebenden Verfahren gewonnen werden. Weiter vorteilhaft kann die Geometrie medizinischer Objekte auch aus Daten medi­ zinisch bildgebender Verfahren zweidimensionalen Charakters berechnet werden, so dass eine breite Palette präoperativer Untersuchungsmethoden für die Gewinnung der Objektgeometrien herangezogen werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird durch Interpolation aus zwei vorhandenen Geometrien der medi­ zinischen Objekte eine weitere Geometrie für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion be­ rechnet. Damit ist eine Anpassung der Geometrien an interope­ rative Verhältnisse mit geringem Rechenaufwand bei einer für viele Anwendungszwecke ausreichenden Genauigkeit möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung wird eine weitere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion unter Anwendung eines Berechnungsmodells über das Verhalten der Objekte ermittelt. So können vorteilhaft Kenntnisse über die Funktionsweisen von z. B. Implantaten, beispielsweise Herzklappen, oder Kenntnisse über den Ablauf von Organveränderungen wie beispielsweise das Schlagen des Herzens vorteilhaft für eine genaue Berechnung der Verände­ rung von Geometrien medizinischer Objekte herangezogen wer­ den.

In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der vor­ liegenden Erfindung wird eine weitere Geometrie der medi­ zinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeit­ lich veränderlichen Körperfunktion aus vorhandenen Geometrien der medizinischen Objekte durch Morphing berechnet. Damit können vorteilhaft die charakteristischen Merkmale für die Geometrieveränderung ausgewählt und als Vorgabe der geometri­ schen Transformation zugrunde gelegt werden.

Vorteilhaft wird die Herzaktivität und/oder die Atmung als zeitlich veränderliche Körperfunktion der Veränderung der Geometrie der medizinischen Objekte zugrunde gelegt, da diese einen bestimmenden Einfluss auf die Veränderung der Geometrie vieler anatomischer und nicht anatomischer Strukturen aus­ üben.

Im Folgenden wird eine vorteilhafte Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung näher beschrieben, wobei auf folgende Figuren verwiesen wird:

Fig. 1 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf einer Kör­ perfunktion mit in erster Näherung periodisch wieder­ kehrenden Werten für verschiedene Frequenzen und Amp­ lituden dieser Körperfunktion, wobei die markierten Punkte gleichwertige Zustände der Körperfunktion an­ geben,

Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung zur Modellierung von Momentanzu­ ständen medizinischer Objekte,

Fig. 3a zeigt schematisch die Bildung einer Zwischenform aus zwei Ausgangsformen mittels Interpolation,

Fig. 3b zeigt schematisch die Bildung beliebiger Zwischen­ formen aus zwei Ausgangsformen mittels Morphing,

Fig. 4 zeigt schematisch die Bedingungen um aus mehreren 2-D Beschreibungen eines medizinischen Objektes eine 3-D Geometrie zu erstellen, und

Fig. 5 gibt an, wie die aktuelle Geometrie eines medi­ zinischen Objektes entsprechend dem aktuellen Funkti­ onswert zur Verfügung gestellt wird.

Viele Körperfunktionen wie z. B. die Atmung oder die Herz­ aktivität zeigen einen in erster Näherung periodischen Ver­ lauf. Das bedeutet, dass bestimmte Werte der Körperfunktion in gewisser Regelmäßigkeit wiederkehren. Im Gegensatz zur mathematischen Auffassung von periodisch ist im Falle der hier besprochenen periodischen Körperfunktionen nicht ge­ meint, dass sich der Verlauf der Körperfunktion exakt in gleichen Zeitintervallen wiederholt, vielmehr soll dadurch das Verhalten einer Körperfunktion beschrieben werden, deren Zustände sich in mehr oder weniger gleichmäßigen zeitlichen Abständen wiederholen, wobei jedoch die Zeitdauer eines sol­ chen Zeitintervalls sich selbst wiederum im Verlauf der Zeit verkürzen oder verlängern kann, wie es beispielsweise bei einer beschleunigten bzw. verlangsamten Atmung der Fall ist. Im Allgemeinen ist nicht nur die Zeitdauer zwischen zwei ä­ quivalenten Werten einer Körperfunktion variabel, sondern auch die Absolutwerte derselben sind Schwankungen unterwor­ fen.

In der Fig. 1 ist dies schematisch für die Atmung darge­ stellt. Ist davon auszugehen, dass ein medizinisches Objekt wie z. B. ein Organ durch die Atmung verformt wird, so wird dieses Objekt an den markierten Punkten eine sehr ähnliche Form haben. Denn zum Einen markieren die Punkte Zustände i­ dentischen Lungenvolumens, zum Anderen wird zwischen Ein- und Ausatmung unterschieden, so dass auch die dynamischen Ein­ flüsse auf die Objektform die gleichen sind. Dies trifft nicht nur auf die normale Atmung, wie sie durch das obere Diagramm 1 der Fig. 1 repräsentiert wird zu, sondern lässt sich auch auf eine beschleunigte Atmung - repräsentiert durch das mittlere Diagramm 2 der Fig. 1 - übertragen, so dass auch in diesem Falle das oben erwähnte medizinische Objekt an den markierten Punkten die gleiche geometrische Form aufweist wie bei Normalatmung. Bei flacher Atmung wie im unteren Dia­ gramm 3 der Fig. 1 dargestellt verringert sich die ein­ geatmete Luftmenge, und somit wird auch das davon beeinfluss­ te medizinische Objekt weniger stark verformt. Auch wenn die Atemfrequenz bei flacher Atmung der bei normaler Atmung ent­ sprechen sollte wird dennoch die der Markierung entsprechende Verformung zu einem anderen, früheren Zeitpunkt t₃ erreicht.

Hierbei ist zu beachten, dass nicht nur das für die Körper­ funktion bestimmende Organ seine Form entsprechend verändert, sondern auch andere anatomische wie auch nicht anatomische Strukturen werden in ihrer Geometrie von diesen Körperfunkti­ onen beeinflusst. Beispielsweise hat die nicht nur einen Ein­ fluss auf die momentane Gestaltung der sie bewirkenden Lunge, sondern beeinflusst darüber hinaus Lage und Form der Gefäß­ systeme und der Organe im Bauchraum. Ebenso verändert sich nicht nur die Form des Herzens im Rhythmus des Pulses, son­ dern auch die Form der Arterien und ggf. der Zustand einer künstlichen Herzklappe.

Besteht eine funktionelle Abhängigkeit zwischen einer oder mehreren Körperfunktionen und der Geometrie eines medi­ zinischen Objekts, so kann für jeden Wert einer oder einer Kombination von Körperfunktionen die entsprechende Geometrie dieses Objekts aus vorhandenen Geometrien für bestimmte Werte dieser Körperfunktion oder Kombination von Körperfunktionen berechnet werden.

Fig. 2 gibt einen Überblick über die Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung 200 zur Modellierung von Momentanzuständen medizinischer Objekte weist eine Datenanalyseeinrichtung 201 auf, welche von einer Datenspeichereinheit 250 die aus medizinischen bildgebenden Verfahren erhaltenen Daten über die Geometrien medizinischer Objekte so aufbereitet, dass die Geometrie zumindest eines medizinischen Objekts für zumindest einen Zustandswert der das medizinische Objekt beeinflussenden zeitlich veränderli­ chen Körperfunktion extrahiert wird. Da die Objekte medizini­ schen Interesses körperlicher Natur sind, besitzen die be­ rechneten Geometrien dreidimensionalen Charakter. Vorteilhaft besitzen daher auch die von der Datenspeichereinheit 250 be­ zogenen Daten dreidimensionalen Charakter, doch ist dies kei­ ne notwendige Voraussetzung. Wie weiter unten beschrieben wird, lässt sich auch aus zweidimensionalen Ansichten eines Objektes im selben Zustand aber aus unterschiedlichen Blick­ richtungen mit der Datenanalyseeinrichtung 201 eine dreidi­ mensionale Geometrie des Objektes erstellen.

Im Weiteren sei unterstellt, dass die Geometrien eines medi­ zinischen Objekts nicht nur von einer einzelnen, sondern von mehreren Körperfunktionen beeinflusst werden können. Im Hin­ blick auf eine klarere Darstellung der Erfindung wird im wei­ teren Verlauf nunmehr von einer Körperfunktion oder einem Zustandswert einer Körperfunktion gesprochen, auch wenn es sich dabei sich um Werte mehrerer Körperfunktionen oder einen Wert einer Kombination von Körperfunktionen handelt.

In der Modellierungseinrichtung 202 der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden auf Basis der in der Datenanalyseeinrich­ tung berechneten Objektgeometrien neue Geometrien errechnet, die für definierte Zustände bzw. Werte der das Objekt beein­ flussenden Körperfunktion gültig sind. Zur Berechnung dieser Zwischenformen sind mehrere Verfahren anwendbar.

Stellen die berechneten Ausgangsgeometrien beispielsweise die Form des medizinischen Objekts für Extremzustände der Körper­ funktionen vor, so können weitere Zwischenformen auf Basis einer einfachen linearen Interpolation zwischen diesen Aus­ gangsgeometrien erhalten werden. Bei Verwendung einer gewich­ teten Interpolation, also einer Interpolation die sich am zeitlichen Verlauf der Zustandswerte der Körperfunktion ori­ entiert, wird eine höhere Genauigkeit in der Nachbildung der Objektverformung erreicht. Darüber hinaus kann eine höhere Präzision erreicht werden, indem auf den Geometrien Stütz­ punkte herangezogen werden und zwischen diesen per Morphing genauer interpoliert wird. Die besten Ergebnisse zur Berech­ nung der Zwischenformen werden durch Verwendung von Berech­ nungsmodellen über das Verhalten des medizinischen Objekts bzw. dessen Verformungsdynamik erzielt. Diese Modelle können beispielsweise Federmodelle sein, anhand deren sich die De­ formation der Oberfläche in Abhängigkeit von Verschiebungen eines oder einiger Punkte der Oberfläche gut berechnen lässt. Welche Methode im Einzelfall zur Anwendung kommt, hängt von der Genauigkeit ab, die für den jeweiligen Anwendungsfall gefordert ist. Für eine reine Visualisierung der Daten ist meist eine geringere Genauigkeitsanforderung gegeben als für die Verwendung der Daten zur Steuerung eines Operationsrobo­ ters oder für die Verwertung der Daten in einem Navigations­ system.

Die berechneten neuen Geometrien werden in der Übertragungs­ einrichtung 203 koordiniert mit dem aktuellen Zustandwert der zugrunde gelegten Körperfunktion an die Weiterverarbeitungs­ einrichtung bzw. Anwendung 251 weitergeleitet. Die Über­ wachung der relevanten Körperfunktionen erfolgt mit geeigne­ ten Sensoren 221, 222, 223 am Patienten 220 wobei die Mess­ signale von einem Messaufnehmer 224 an die Empfangseinrichtung 204 der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitergeleitet werden, von wo sie der Übertragungseinrichtung 203 zur Syn­ chronisation der Datenausgabe zur Verfügung gestellt werden.

Als Messgeber können beispielsweise Instrumente zur Kontrolle der Atmung oder der Herzaktivität verwendet werden, wie z. B. ein Atemgürtel, ein Navigatorstab oder ein Instrument zur Messung der eingeatmeten Luftmenge, ein Pulsmessgerät oder ein Elektrokardiograph.

Die Fig. 3a illustriert das Interpolationsverfahren zur Be­ rechnung von Zwischengeometrien medizinischer Objekte am Bei­ spiel einer stark schematisiert wiedergegebenen Angiographie eines Gefäßbaums des Bauchraumes. Die der Interpolation zugrunde gelegte erste Aufnahme 31 erfolgte bei vollständiger Einatmung, also im Zustand der Endinspiration 310 während die zweite der Interpolation zugrunde gelegte Aufnahme bei völli­ ger Ausatmung, also im Zustand der Endexpiration 320 erfolg­ te. Zur Verdeutlichung sind die Zustände in der als Diagramm schematisch dargestellten Atembewegung 300 markiert. Die Zwi­ schenformen werden berechnet indem der Weg der einzelnen Punkte der Oberfläche zwischen den beiden Zuständen interpo­ liert wird. Durch lineare Interpolation ist es möglich, eine für viele Anwendungszwecke ausreichend genaue und mit wenig Rechenaufwand verwirklichbare Anpassung der Objektgeometrien zu erreichen. Insbesondere wenn die Geometrien in Echtzeit, also synchron zum aktuell gemessenen Wert der Körperfunktion berechnet werden sollen, empfiehlt sich ein solches Verfah­ ren. Wird eine höhere Genauigkeit verlangt, ist eine gewich­ tete Interpolation welche den zeitlichen Verlauf der Zustände der Körperfunktion berücksichtigt, vorzuziehen.

Bessere und dennoch mit vertretbarem Rechenaufwand erzielbare Ergebnisse lassen sich mit einem als Morphing bekannten In­ terpolationsverfahren erzielen. Dies ist in Fig. 3b schema­ tisch skizziert. Unter Morphing versteht man die gleichförmi­ ge Transformation einer gegebenen Quellgeometrie 341 in eine gegebene Zielgeometrie 349. Hierzu werden in der Quell- 341 und Zielgeometrie 349 korrespondierende Punkte und Kanten platziert, die als Vorgabe für die geometrische Transformati­ on dienen. Im Kräftefeld der hierbei definierten charakteris­ tischen Strukturen der Geometrie wandert jeder Punkt des geo­ metrischen Modells beim Übergang vom Quellzustand 341 in den Zielzustand 349 entsprechend diesem Kräftefeld von seinem Quellpunkt zu seinem korrespondierenden Zielpunkt. Damit kann für jeden Zustandswert der Körperfunktion im Diagramm 302 der Fig. 3b die zugehörige Zwischengeometrie (342, 343, 344, 345, 346, 347, 348) berechnet und dargestellt werden.

Eine alternative Methode zu den verschiedenen Interpolations­ verfahren bietet die rechnerische Simulation der Formverände­ rung von medizinischen Objekten in Abhängigkeit der sie be­ einflussenden Körperfunktionen. Vorteilhaft muss hierbei die Geometrie des Objektes nur für einem definierten Zustandswert der Körperfunktion bekannt sein. Denn basierend auf der indi­ viduellen Ausgestaltung des Objekts lassen sich mit der Kenntnis dessen Veränderungsdynamik alle weiteren Zustände des Objekts berechnen. Als Berechnungsmodelle können bei­ spielsweise sogenannte Federmodelle verwendet werden, die modulieren wie sich zu bestimmten Stützpunkten benachbarte Punkte verschieben, wenn diese Stützpunkte ihre Lage ändern. Damit lässt sich die resultierende Deformation der Oberfläche realitätsnah nachbilden.

Um die Geometrie eines medizinischen Objektes in einem defi­ nierten Zustandswert zu bestimmen, muss kein medizinisches Messverfahren verwendet werden, das dreidimensionale Daten über das medizinische Objekt liefert. Die dreidimensionale Form eines Objektes kann von der Datenanalyseeinrichtung 201 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 auch aus zweidimensio­ nalen Bilddaten berechnet werden. Um eine vollständige drei­ dimensionale Beschreibung des medizinischen Objektes zu er­ halten ist es ausreichend, das Objekt von verschiedenen Sei­ ten mit einem zweidimensionalen bildgebenden Verfahren aufzuzeichnen, wie in Fig. 4 dargestellt. Die verschiedenen An­ sichten 43, 44 und 45 des medizinischen Objektes, hier zur vereinfachten Illustration ein Parallelepiped, reichen aus um alle notwendigen Daten zur Rekonstruktion der dreidimen­ sionalen Geometrie des Objekts zu erhalten. Voraussetzung hierfür ist wie im Diagramm 40 der zugrunde gelegten Körper­ funktion 41 dargestellt, dass diese Aufnahmen immer bei einem identischen Zustandswert 42 der Körperfunktion erfolgen, wenn auch zu unterschiedlichen Zeiten. Beispielsweise können an den definierten Zustandswerten 42 der Körperfunktion mehrere Ultraschallaufnahmen unterschiedlicher Orientierungen gemacht und aus den von jeder Aufnahme erhaltenen Schnittbildern die Umrisse des Objektes segmentiert werden. Aus mehreren auf diese Art segmentierten Umrissen unterschiedlicher Orientie­ rung kann dann eine dreidimensionale Objektgeometrie erzeugt werden, die exakt das dreidimensionale medizinische Objekt im definierten Zustandswert 42 der Körperfunktion wiedergibt.

Im menschlichen Körper gibt es viele Körperfunktionen mit zeitlich wiederkehrenden Zustandswerten, welche eine Verände­ rung der Geometrie medizinischer Objekte bewirken. Viele die­ ser Körperfunktionen lassen sich einfach messen. Beispiels­ weise lässt sich anhand des Frequenz- und Druckverlaufes des Pulses die Aktivität des Herzens überwachen. Die Atmung, mit ihrem elementaren Einfluss auf die Form der Lunge und die benachbarten Organe, lässt sich beispielsweise durch die Mes­ sung der eingeatmeten Luftmenge oder durch Messung des Brust­ umfangs verfolgen. Alternativ hierzu kann auch eine stiftför­ mige Anregung senkrecht zum Diaphragma oder Zwerchfell er­ zeugt werden, wobei über die Bewegung dieses Navigatorstabs der Atmungsverlauf erfasst wird.

Um sicherzustellen, dass die von der erfindungsgemäßen Vor­ richtung 200 zur Verfügung gestellte Geometrie der aktuellen Form des durch sie repräsentierten medizinischen Objektes entspricht, wird die Körperfunktion oder falls mehrere Kör­ perfunktionen die Form des Objekts beeinflussen werden diese Körperfunktionen über geeignete Messgeber 221, 222, 223 auf­ genommen und die gemessenen Signale von einem Messaufnehmer 224 an die Empfangseinrichtung 204 der erfindungsgemäßen Vor­ richtung 200 weitergeleitet. Die Empfangseinrichtung 204 triggert die Ausgabe der, den aktuellen Zustandswerten ent­ sprechenden Geometrie durch die Übertragungseinheit 203 ent­ sprechend der Darstellung im Diagramm 50 der Fig. 5.

Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in vielen Situationen anwenden. Beispielsweise kann die ange­ passte Form eines präoperativ gemessenen Organs während einer Operation in ein Livebild eines Endoskops eingeblendet und damit eine exzellente geometrische Übereinstimmung präopera­ tiver und intraoperativer Daten erzielt werden. Dieses Ver­ fahren wird als Bildfusion bezeichnet und lässt sich auch auf Ultraschallaufnahmen anwenden.

Auch bei navigationsgestützten Eingriffen kann das erfin­ dungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Hierbei wird bei­ spielsweise die aktuelle Position eines Instrumentes im Pati­ enten gemessen und in einem präoperativ gemessenen Datensatz dargestellt. Um die Position in diesem Datensatz exakt dar­ stellen zu können, muss die auf diesem Datensatz beruhende Geometrie entsprechend dem Momentanzustand des ihr zugrunde liegenden medizinischen Objektes deformiert werden, insbeson­ dere wenn der Bereich einer starken dynamischen Deformation unterworfen ist wie dies z. B. im Bauchraum oder am Herzen der Fall ist. Würde die Nachführung der auf präoperativ gemesse­ nen Daten basierenden Geometrien an die aktuelle Situation nicht erfolgen, würde die Position des Instruments fehlerhaft im Abbild des medizinischen Objekts dargestellt werden. Eine fehlerhafte Darstellung einer Interventionsvorrichtung wie z. B. eines Katheters in einem präoperativ gemessenen Blutge­ fäßbaum kann beispielsweise eine gefährliche Perforation der Gefäßwand vorspiegeln, ohne dass eine reale Entsprechung da­ für vorliegt.

Ähnlich wie bei navigationsgestützten Eingriffen ist eine exakte Bestimmung von Positionen auch bei Robotersteuerungen unabdingbar. Auch hier bietet die vorliegende Erfindung die unabdingbare Voraussetzung, dass die vom Roboter angesteuerte Position beständig an die aktuelle Situation angepasst werden kann.

Claims (17)

1. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte in Abhängigkeit zumindest einer zeitlich verän­ derlichen Körperfunktion, wobei ausgehend von aus medizini­ schen bildgebenden Verfahren gewonnenen Daten über die Geo­ metrien der medizinischen Objekte für zumindest einen Zu­ standswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion wenigs­ tens eine weitere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Kör­ perfunktion berechnet wird und die Geometrien der medizini­ schen Objekte näherungsweise synchron zum aktuell gemessenen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion ver­ fügbar gemacht werden.

2. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus medizinischen bildgebenden Verfahren gewonnenen Daten zur Berechnung der Geometrie der medizinischen Objekte dreidimensionalen Charakter besitzen.

3. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus medizinischen bildgebenden Verfahren gewonnenen Daten zur Berechnung der Geometrie der medizinischen Objekte zweidimensionalen Charakter besitzen.

4. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Geometrie der medizinischen Ob­ jekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränder­ lichen Körperfunktion aus zwei vorhandenen Geometrien der medizinischen Objekte durch Interpolation berechnet wird.

5. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Geometrie der medizinischen Ob­ jekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränder­ lichen Körperfunktion mittels eines Berechnungsmodells über das Verhalten der Objekte berechnet wird.

6. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Geometrie der medizinischen Ob­ jekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränder­ lichen Körperfunktion aus vorhandenen Geometrien der medizi­ nischen Objekte durch Morphing berechnet wird.

7. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich veränderliche Körperfunktion die Herzakti­ vität ist.

8. Verfahren zur Modellierung von Momentanzuständen medizini­ scher Objekte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitlich veränderliche Körperfunktion die Atmung ist.

9. Vorrichtung (100) zur Modellierung von Momentanzuständen medizinischer Objekte in Abhängigkeit zumindest einer zeit­ lich veränderlichen Körperfunktion, aufweisend eine Datenana­ lyse-Einrichtung (101) zur Berechnung der Geometrie medizini­ scher Objekte für zumindest einen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion aus Daten medizinischer bildge­ bender Verfahren, eine Modellierungs-Einrichtung (102) zur Berechnung wenigstens einer weiteren Geometrie der medizini­ schen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktionen, eine Empfangs-Einrichtung (104) zur Registrierung zumindest eines, den aktuellen Zu­ standswert wenigstens einer zeitlich veränderlichen Körper­ funktion kennzeichnenden Meßwerts und eine Übertragungs- Einrichtung (103) zum Übertragen der Geometrien der medizini­ schen Objekte näherungsweise synchron zum aktuell gemessenen Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion

10. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenanalyse-Einrichtung (101) ausgehend von aus medizinischen bildgebenden Verfahren gewonnenen Daten dreidi­ mensionalen Charakters die Berechnung der Geometrie der medi­ zinischen Objekte vornimmt.

11. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenanalyse-Einrichtung (101) ausgehend von aus medizinischen bildgebenden Verfahren gewonnenen Daten zweidi­ mensionalen Charakters die Berechnung der Geometrie der medi­ zinischen Objekte vornimmt.

12. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellierungs-Einrichtung (102) zumindest eine wei­ tere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion aus zwei vorhandenen Geometrien der medizinischen Objekte durch Interpolation berechnet.

13. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellierungs-Einrichtung (102) zumindest eine weitere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion mit­ tels eines Berechnungsmodells über das Verhalten der Objekte berechnet.

14. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellierungs-Einrichtung (102) zumindest eine wei­ tere Geometrie der medizinischen Objekte für einen weiteren Zustandswert der zeitlich veränderlichen Körperfunktion aus vorhandenen Geometrien der medizinischen Objekte durch Morphing berechnet.

15. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungs-Einrichtung (103) das Übertragen der Geometrien der medizinischen Objekte näherungsweise synchron zum aktuell gemessenen Zustand der Herzaktivität vornimmt.

16. Vorrichtung zur Modellierung von Momentanzuständen medi­ zinischer Objekte nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungs-Einrichtung (103) das Übertragen der Geometrien der medizinischen Objekte näherungsweise synchron zum aktuell gemessenen Zustand der Atmung vornimmt.

17. Computersoftwareprodukt zur Anwendung auf einem Rechner das Programmanweisungen zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.