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Die Erfindung betrifft ein computertomographisches System zur kontrollierten Durchführung eines interventionellen Eingriffes mit einem Instrument an einem Patienten mit mindestens einer Röntgenröhre zur Erzeugung eines Strahlenbündels, die um den Patienten bewegt wird, und einem Detektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen zur Messung der Strahlungsintensität nach dem Durchtritt durch den Patienten, wobei das Strahlenbündel einen Scanbereich am Patienten abtastet, einer Vorrichtung zur variablen Lagerung und Positionierung des Patienten relativ zum Röhren-/Detektorsystem und einer Rechen- und Steuereinheit mit Computerprogrammen zur Steuerung des Systems und zur Rekonstruktion von tomographischen Aufnahmen aus Messdaten des Detektors.
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Grundsätzlich sind derartige computertompographische Systeme bekannt, insbesondere wird auf die Druckschriften
US 6,341,152 B1 ;
US 5,740,222 und
US 20040082849 A1 verwiesen. Solche CT-Systeme werden häufig dazu verwendet, interventionelle Eingriffe an einem Patienten unter gleichzeitiger Kontrolle vorzunehmen. Bei solchen interventionellen Eingriffen kann es sich beispielsweise um die Entnahme von Gewebe oder die Behandlung von ggf. krankhaftem Gewebe handeln. In der Regel wird hierfür eine starre Nadel verwendet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, biegsame Instrumente zu verwenden, wobei der Operateur bei der Vornahme der Intervention darauf achten muss, dass möglichst keine Organe oder andere empfindliche Gewebe bei der Intervention in Mitleidenschaft gezogen werden oder Knochen im Weg sind.
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Derzeit geschieht dies, indem der Scanbereich eines computertomographischen System von Hand so eingestellt wird, dass er im Bereich der eigentlichen Intervention liegt, wobei hierfür in der Regel der Patiententisch direkt manuell oder durch gesteuertes Hin- und Herfahren des Tisches bewegt wird. Bei den bekannten Patiententischen eines CT ist diese Steuerung des Patiententisches relativ unkomfortabel ausgeführt und erzeugt für den Operateur, insbesondere wenn er mit sterilen Händen agiert, relativ große Probleme. Zusätzlich besteht ein besonderes Problem dann, wenn das Instrument aus anatomischen Gründen schräg in den Körper des Patienten eingeführt werden muss. Hierbei ist es besonders schwierig, den Scanbereich auf den eigentlichen Bereich der Intervention einzustellen.
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In der o. g. Druckschrift
US 6,341,152 B1 wird beschrieben, dass bei einem interventionellen Eingriff unter CT-Kontrolle automatisch der Scanbereich entsprechend einer vorhandenen Vorgaben an das Instrument angepasst wird. Weiterhin ist aus der Druckschrift
US 5,740,222 bekannt, dass aus den aufgenommenen CT-Daten nicht nur die Position, sondern auch der Bewegungszustand des Instruments bestimmt wird. Allerdings gibt keine der Druckschriften einen Hinweis darauf, dass während des interventionellen Eingriffs die Neigung der rekonstruierten Schichten derart verändert werden kann, dass sich deren Lage an die Lage eines detektierten Instruments anpassen soll.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein computertomographisches System zur kontrollierten Durchführung eines interventionellen Eingriffes mit einem Instrument an einem Patienten zu finden, welches die Abstimmung zwischen dem Ort der Intervention am Patienten und dem Scanbereich des computertomographischen Systems verbessert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, die an sich zur Verfügung stehende automatische Detektion eines Gegenstandes in computertomographischen Aufnahmen dahingehend zu verwenden, dass der Computer automatisch einen Gegenstand aus einem bestimmten Material oder einen Gegenstand mit einer vorbekannten Form detektiert und nach Kenntnis der Position des benutzten Instrumentes für die Intervention den Scanbereich relativ zum Patienten so verschiebt, dass dieser optimal, entsprechend den zuvor gemachten Vorgaben, an die Position des Instrumentes auf automatische Weise durch ein entsprechendes Programm anpasst wird.
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Durch diese Erfindung wird erreicht, dass der Operateur sich nun tatsächlich auf die eigentliche Intervention konzentrieren kann und entsprechend der automatischen Anpassung des Scanbereiches jeweils einen besseren Überblick über das Gebiet der eigentlichen Intervention behält, so dass ein fehlerfreies Führen des für die Intervention genutzten Instrumentes erleichtert wird. Auch wird hierdurch eine mögliche Bewegung des Patienten durch Atmung oder eine aktive Reaktion des Patienten ausgeglichen, ohne dass der Operateur aktiv eingreifen muss.
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Entsprechend diesem grundsätzlichen Gedanken schlägt der Erfinder ein computertomographisches System zur kontrollierten Durchführung eines interventionellen Eingriffes mit einem Instrument an einem Patienten vor, welches mindestens eine Röntgenröhre zur Erzeugung eines Strahlenbündels, die um den Patienten bewegt wird und einen Detektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen zur Messung der Strahlungsintensität nach dem Durchtritt durch den Patienten aufweist, wobei das Strahlenbündel einen Scanbereich am Patienten abtastet. Weiterhin verfügt das System über eine Vorrichtung zur variablen Lagerung und Positionierung des Patienten relativ zum Röhren-/Detektorsystem und eine Rechen- und Steuereinheit mit Computerprogrammen zur Steuerung des Systems und zur Rekonstruktion von tomographischen Aufnahmen aus Messdaten des Detektors. Die Verbesserung des computertomographischen Systems liegt darin, dass Programme vorliegen, mit denen jeweils:
- – zumindest ein Teil des zur Intervention genutzten Instrumentes detektiert wird,
- – automatisch der Scanbereich entsprechend vorhandener Vorgaben an das detektierte Instrument angepasst wird,
- – die Position zumindest eines Teils des Instrumentes mit Hilfe von CT-Bildern detektiert wird,
- – die Lage zumindest eines Teils des Instrumentes detektiert wird, und
- – die Neigung der rekonstruierten Schichten derart verändert wird, dass sich deren Lage entsprechend der Vorgaben an die Lage des Instruments anpasst.
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Die Vorrichtung zur variablen Lagerung und Positionierung des Patienten relativ zum Röhren-/Detektorsystem kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Zur Verschiebung in Richtung der Systemachse kann ein verschiebbarer Patiententisch oder eine verschiebbare Gantry verwendet werden. Bezüglich der Orientierung der Längsachse des Patienten kann der Patiententisch senkrecht zur Systemachse kippbar, gegebenenfalls auch mit einer zusätzlichen Rotationsbewegung der Kippachse um die Systemachse, ausgestaltet werden. Andererseits kann die entsprechende Relativbewegung auch durch das Röhren-/Detektorsystem ausgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführung sind keine zusätzlichen besonderen Positionserkennungs-Vorrichtungen notwendig, sondern es kann die Position zumindest eines Teils des Instrumentes mit Hilfe von CT-Bildern oder direkt durch die Veränderung von Detektorausgangsdaten detektiert werden. Alternativ hierzu besteht jedoch die Möglichkeit, das Instrument mit entsprechenden Positionssensoren zu versehen, so dass diese, beispielsweise durch Funkwellen oder durch eine direkte optische Wahrnehmung, in ihrer Position bestimmt werden.
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Entsprechend dem Erfindungsgedanken können der Patiententisch und das Röntgenröhren-/Detektor-System relativ zueinander nun derart positioniert werden, dass sich der Scanbereich, entsprechend einer zuvor eingegebenen Vorgabe, mit dem Bereich, in dem sich das Instrument befindet, überlappen. Hierbei kann zum Beispiel auch eingestellt werden, dass der größere Teil des Scanbereiches im Zielbereich des Instrumentes liegt, während Bereiche die bereits vom Instrument durchdrungen sind unbeachtet bleiben können.
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Werden für das computertomographische System sehr breite Detektoren mit einer Vielzahl von Detektorzeilen verwendet, so kann auch der Scanbereich des CT-Systems durch Verschiebung von Kollimatoren in der Röhren-/Detektor-Anordnung an die Position des Instruments angepasst werden, ohne dass unbedingt eine Relativverschiebung von Patiententisch und Röntgenröhren-/Detektor-System notwendig ist. Dies ist insofern vorteilhaft, dass keine Bewegung am Patienten und/oder der sichtbaren Systemteile des CT stattfindet und der Operateur hierdurch nicht irritiert wird. Des Weiteren bewirkt die Verengung des Scanbereiches und gegebenenfalls eine Verschiebung des Scanbereiches eine Dosisreduktion gegenüber einer Aufnahme mit dem maximal möglichen Scanbereich eines breiten Detektors.
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Zusätzlich zur Positionsbestimmung besteht auch die Möglichkeit, dass die Lage zumindest eines Teils des Instrumentes detektiert wird, wodurch eine verbesserte Anpassung des Scanbereichs an die aktuellen Gegebenheiten und Wünsche des Operators möglich sind. So kann der Patiententisch in seiner Lage derart verändert werden, dass sich die Lage des Scanbereichs entsprechend einer Vorgabe an die Lage des Instruments anpasst. Entsprechend besteht auch die Möglichkeit, anstelle oder zusätzlich zur Lageveränderung des Patiententisches die Röhren-/Detektor-Anordnung in ihrer Neigung zu verändern, oder es besteht die Möglichkeit, bei entsprechend breitem Detektor die Neigung der jeweils rekonstruierten Schichten zu adaptieren.
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Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die rekonstruierten CT-Bilder zumindest teilweise oblique dargestellt werden, so dass der Operateur die räumliche Situation leichter erkennen kann. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn in der CT-Darstellung das Instrument hervorgehoben dargestellt wird, wobei es besonders günstig ist, wenn die Hervorhebung durch eine gesonderte Farbdarstellung des Instrumentes geschieht.
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Zur besseren Übersicht des Operateurs können die CT-Bilder sowohl in Scanrichtung als auch axial zur Patientenlängsachse dargestellt werden. Außerdem können in mindestens einer Übersichtsdarstellung des Patienten Schnittebenen der gezeigten und/oder zeigbaren CT-Bilder dargestellt werden. Hierdurch vereinfacht sich die Orientierung wesentlich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen computertomographischen Systems schlägt der Erfinder vor, dass der voraussichtliche Vorschubweg des Instrumentes im Gewebe auf der Basis der zuvor detektierten Lage des Instruments berechnet wird und gegebenenfalls auch in der CT-Darstellung angezeigt wird. Hierbei kann ein bevorzugter Vorschubweg des Instrumentes im Gewebe unter Berücksichtigung einer automatischen Gewebeerkennung und des zu umgehenden Gewebes und/oder des nicht durchdringbaren Gewebes berechnet und angezeigt werden. Hierbei können typische Absorptionswerte des Gewebes, beispielsweise von Knochen oder von bestimmten Organen, verwendet werden, um dem Operateur Vorschläge zu unterbreiten, wie das Instrument weiter vorgeschoben werden kann. Bei diesen Vorschlägen kann auch eine bereits dem computertomographischen System bekannte mögliche Biegeänderungen des Instruments berücksichtigt werden.
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Des weiteren besteht die Möglichkeit, dass das System über ein Programm verfügt, welches bei Erreichen eines vorgegebenen Sicherheitsabstandes von zuvor definiertem Gewebe eine, vorzugsweise akustische und/oder visuelle, Warnmeldung ausgibt, so dass der Operateur vor einer möglichen Verletzung, beispielsweise von Organen oder größeren Nervensträngen, die sich im Bereich des Vorschubweges befinden, gewarnt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des computertomographischen Systems kann auch ein Zielgebiet für die Intervention definiert werden, wobei das computertomographische System mit Hilfe eines Wegberechnungsprogramms den optimalen, nur unkritisches Gewebe durchdringenden Weg darstellt, den der Operateur mit seinem Instrument verfolgen soll. Auch kann hierbei die mögliche Biegung des Instrumentes oder eine mögliche sonstige Formveränderung des Instrumentes berücksichtigt werden.
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Weiterhin kann das CT-System so ausgerüstet sein, dass in einer Anzeige dem Operateur ein optimaler Winkel für die Intervention zu einem Zielgebiet dargestellt wird, wobei in einer Anzeige dem Operateur auch die Richtung einer notwendigen Positionsänderung und/oder Lageänderung des Instruments zum Erreichen eines optimalen Interventionsweges zu einem vorgegebenen Zielgebiet dargestellt werden kann. Außerdem kann die Darstellung der notwendigen Positionsänderung und/oder Lageänderung des Instruments zum Erreichen eines optimalen Interventionsweges zu einem vorgegebenen Zielgebiet durch mindestens ein Piktogramm angezeigt werden. Hierdurch müssen keine gesonderte Orientierung des Operateurs und ein Übertragen der dargestellten Bilder auf die reale Situation erfolgen, sondern es kann einfach den Richtungsanweisungen auf dem Bildschirm gefolgt werden. Möglich ist auch, derartige Anweisungen akustisch auszugeben, ähnlich einem Fahrzeugnavigationssystem. Dadurch wird der Operateur nicht durch den sonst notwendigen Blick auf das Display abgelenkt.
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Wird das interventionelle Instrument beispielsweise für eine Tumorbehandlung benutzt, so kann ein Zielgebiet definiert werden und alle Bereiche, die in einem bestimmten Abstand eines vorbestimmten Teils des Instruments liegen und erreicht wurden, optisch markiert dargestellt werden, so dass dem Operateur eine beständige Übersicht über bereits behandelte Bereiche optisch dargestellt werden.
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Zusätzlich besteht bei allen Darstellungen des Scanbereiches auch die Möglichkeit, den aktuellen Scanbereich durch zuvor rekonstruierte Volumendaten oder CT-Bildern außerhalb des aktuellen Scanbereiches zu ergänzen, so dass eine einfachere Orientierung für den Operateur möglich ist.
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Im Sinne der Erfindung werden die oben beschriebenen Verfahrensmerkmale im CT-System durch Programme oder Programm-Module abgebildet, in den Daten- und Ablaufspeichern der Steuer- und Recheneinheit abgelegt und bei Bedarf aufgerufen und durch Prozesseinheiten abgearbeitet.
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Es ist zusätzlich darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem beschriebenen CT-System und der darin verwendeten Software sowohl um C-Bogengeräte als auch um konventionelle CT-Geräte mit um 360° rotierender Gantry handeln kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind und folgende Bezugszeichen verwendet werden: 1: CT-System; 2: Röntgenröhre; 2.1: Fokus; 3: Detektor; 3.1 bis 3.n Detektorelemente; 4: Systemachse; 5: Gantrygehäuse; 6: verfahrbare Patientenliege; 7: Patient; 8: Öffnung im Gantrygehäuse; 9: Rechen- und Steuereinheit; 10: Daten- und Steuerleitung; 11: Instrument; 12: Strahlkegel; 13.1 bis 13.n: Rekonstruktionsebenen; 14.1 bis 14.n axiale Darstellungsebenen; 15, 16 und 17: Teilbild; 15.1, 16.1 und 17.1: Übersichtsdarstellung; 15.2, 16.2 und 17.2: Detaildarstellung eines Schnittes; 18: Kollimator; 19.1 bis 19.3: Interventionsachsen; 20.1 bis 20.2: verbotene Gebiete; 21: Piktogramm; 22: Zielgebiet; 23: Teilbild; 100 bis 115: Schritte im Flussschema wie folgt: 100: Scan-Topo; 101: Scan-Planung; 102: Start/Ziel markieren; 103 Pfad-Analyse; 104: Entscheidungspunkt; 105: optimierten Pfad visualisieren; 106: Startpunkt anpassen; 107: Tischposition, Gantryneigung, Kollimation und Rekonstruktion an Planung anpassen; 108: Interventionsscan; 109: Interventionsachse detektieren; 110: Pfad analysieren; 111: Entscheidungspunkt; 112: Warnung/Korrekturvorschlag; 113: Tischposition, Gantryneigung, Kollimation und Rekonstruktion an Interventionsachse anpassen; 114: Entscheidungspunkt; 115: Ziel; Prg1 bis Prgn: Programme; x: x-Achse/Kippachse der Gantry; α: Kippwinkel der Gantry; z: Rotationsachse von Detektor und Röntgenröhre.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1 Computertomographisches System,
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2 Längsschnitt durch ein CT-System mit schräggestellter Röntgenröhren-/Detektoranordnung,
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3 beispielhafte Displayanzeige der Situation aus 2,
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4 Längsschnitt durch einen Scan eines Patienten mit schräggestelltem Röntgenröhren-/Detektorsystem und asymmetrisch eingestellten Kollimatoren zu Beginn einer Intervention,
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5 Darstellung gemäß 4, jedoch am Ende einer Intervention mit verkleinertem Scanbereich,
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6 Übersichtsdarstellung eines Patienten im Längsschnitt mit Zielgebiet einer Intervention und zu vermeidenden Gebieten einer Intervention,
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7 Displaydarstellung verschiedener Schnitte mit Anweisung zur Interventionsrichtung, und
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8 Fließschema für die Durchführung einer CT-unterstützten Intervention.
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Die 1 zeigt in einer dreidimensionalen Darstellung ein erfindungsgemäßes CT-System 1 mit einem Gantrygehäuse 5, in dem sich die nicht näher dargestellte Gantry befindet. Auf der Gantry befestigt ist eine um eine Systemachse 4 rotierende Röntgenröhre 2 und ein gegenüberliegender Detektor 3. Ein Patient befindet sich auf einer in Systemachsenrichtung 4 verschiebbaren Patientenliege 6 und kann durch eine Öffnung 8 in der Gantry zum Scan in den Strahlengang verschoben werden, wo die eigentliche Intervention stattfindet. Zusätzlich ist eine Kippachse x dargestellt, die senkrecht zur Systemachse z angeordnet ist, um die die Gantry gekippt werden kann, so dass ein schräger Strahlengang, wie er von der Erfindung gefordert wird, ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der Erfindung liegt, wenn bei einem ausreichend breiten, also vielzeiligen, Detektor lediglich die Kollimatorblende so verschoben wird, dass ausschließlich schräge Strahlen zum Scan verwendet werden.
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Die Steuerung, Datensammlung und Datenauswertung der Rekonstruktion findet durch die Rechen- und Steuereinheit 9 statt, die über die Daten- und Steuerleitung 10 mit der Gantry und der verschiebbaren Patientenliege 6 verbunden ist. In dieser Rechen- und Steuereinheit 9 sind Programme Prg1 bis Prgn gespeichert, welche im Betrieb das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle der hier gezeigten Gantry mit 360°-Umlauf auch ein sogenanntes C-Bogen gerät als CT-System verwendet werden kann, welches zusätzlich den Vorteil aufweist, dass die Zugänglichkeit zum Patienten wesentlich verbessert ist und damit die Durchführung der Intervention erleichtert wird.
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Die 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Patienten 7 im Scanbereich mit dem Fokus 2.1 der Röntgenröhre, die ein Strahlenbündel 12 auf einen gegenüberliegenden Detektor 3 mit Detektorelementen 3.1 bis 3.n ausstrahlt. Im hier gezeigten Fall ist die Gantry um die x-Achse mit einem Winkel α gekippt, so dass die Systemachse 4 und die Rotationsachse der Gantry z nicht mehr zusammenfallen. Hieraus ergeben sich die Rekonstruktionsebenen 13.1 bis 13.n, die ebenfalls um den Winkel α zur Senkrechten geneigt sind. Die Rekonstruktionsebenen 13.1 bis 13.n weisen im dargestellten Beispiel den gleichen Schnittwinkel zum Patienten auf, wie das Instrument 11, welches in den Patienten eingeführt ist. Zur besseren Darstellung und leichteren Orientierung für den Operateur können zusätzlich zu den Rekonstruktionsebenen reformatierte Schnittebenen dargestellt werden, wie sie hier mit 14.1 bis 14.n angedeutet sind. Üblicherweise werden derartige Schnittebenen axial zur Patientenlängsachse, die hier der Systemachse entspricht, gezeigt.
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Eine solche Darstellung der Schnittebenen ist in der 3 mit der Wiedergabe eines Displays dargestellt. Diese Displaywiedergabe zeigt zwei Darstellungen 15 und 16, wobei die Darstellung 15 eine Übersichtsdarstellung 15.1 aufweist, in der der Patient 7 in einer Übersicht dargestellt ist und zusätzlich die axial reformatierten Schnittbilder 14.1 bis 14.3 zusammen mit dem zusätzlich dargestellten Interventionsinstrument 11 im Längsschnitt gezeigt werden.
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Im Bildanteil 15.2 ist der reformatierte Schnitt 14.3 dargestellt, der einen Teilausschnitt des Patienten 7 und den geschnitten Teil des Instrumentes 11 zeigt.
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Rechts daneben ist im Bildausschnitt 16 nochmals eine Übersichtsdarstellung 16.1 mit einem Längsschnitt des Patienten 7 gezeigt, wobei in dieser Übersicht die drei rekonstruierten Schnittebenen 13.1 bis 13.3 und das Instrument 11 in ihrer Lage relativ zum Patienten gesehen werden können. In dem darunter dargestellten Bildausschnitt 16.2 ist – entsprechend den Einstellungen des Operateurs – der zentrale Rekonstruktionsschnitt 13.2 gezeigt, der das originäre rekonstruierte Bild in der Schnittebene des mittleren Scans darstellt, wobei auch hier das Instrument 11, welches sich zentral in diesem Scan befindet, dargestellt wird. Selbstverständlich handelt es sich bei den gezeigten Darstellungen um stark vereinfachte Abbildungen von computertomographischen Querschnitten, die in Realität einen wesentlich höheren Detailreichtum aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird durch eine entsprechende Programmsteuerung und vorherige Auswertung der Detektor- und Rekonstruktionsdaten die Lage des Scanbereiches und dessen Breite so gesteuert, dass jeweils die optimale Sicht im Bereich der vorgenommenen Intervention für den Operateur zur Verfügung gestellt wird. Hierfür kann eine automatische Berechnung des optimal notwendigen Neigungswinkels α der Gantry relativ zum Patienten aus den vorhandenen Bilddaten entnommen werden und eine immer aktuelle Einstellung dieses Winkels und der notwendigen Strahlenbreite durchgeführt werden, so dass einerseits die dem Patienten applizierte Dosis minimiert wird und andererseits eine optimale Sicht und beste Orientierungsmöglichkeiten für den Operateur zur Verfügung stehen.
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Die Möglichkeit der angepassten Steuerung der Blende bei gleichzeitig schräg eingestelltem Scanbereich ist in den 4 und 5 dargestellt.
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Die 4 zeigt einen Scan zum Beginn der Intervention, wobei zusätzlich ein Zielgebiet 22 vom Operateur oder aufgrund einer zuvor durchgeführten Bilderkennung definiert wurde. Zu Beginn der Intervention ist der Kollimator 18 so eingestellt, dass der Bereich des Patienten 7, in dem die Intervention stattfindet, optimal ausgeleuchtet ist. Im vorliegenden Beispiel sind vier Rekonstruktionsebenen 13.1 bis 13.4 dargestellt. Entsprechend diesem aktuell rekonstruierten Anteil des Patienten 7 wurden drei reformatierte Bildebenen 14.1 bis 14.3 berechnet, wobei die zentrale Bildebene 14.2 durch die Längsachse des Instrumentes 11 verläuft und das Zielgebiet 22 schneidet.
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Mit voran schreitender Intervention, das heißt mit dem tieferen Eindringen des Interventionsinstrumentes 11 in den Patienten und Annäherung an das Zielgebiet 22, ist es nicht mehr nötig, Gebiete, die bereits durchdrungen sind, weiterhin abzutasten, so dass der Strahl 12 durch eine ggf. asymmetrische Steuerung der Kollimatoren 18 so eingeschränkt wird, dass er genau den kritischen Bereich des Interventionsinstrumentes 11 und des Zielgebietes 22 darstellt.
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In der 5 zeigt sich dieser Zustand durch eine starke Verengung des Strahlkegels 12, so dass hier lediglich die in diesem Strahlkegel liegenden Ebenen 13.1 und 13.2 rekonstruiert werden und entsprechend nur noch der verkleinerte Bildausschnitt dieses Rekonstruktionsvolumens durch axiale reformatierte Schnittdarstellungen 14.1 bis 14.3 dargestellt wird.
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Anzumerken ist hier noch, dass zusätzlich zu den dargestellten Varianten auch eine Verschiebung des Patienten relativ zum Röntgenröhren-/Detektor-System längs der Systemachse möglich ist, so dass durch die Verwendung von Randstrahlen des Detektors zusätzlich ein noch stärkerer Kippwinkel der einzelnen Strahlen gegenüber der Systemachse auftritt.
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Die 6 zeigt in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße automatisierte Optimierung des Interventionsweges am Patienten. Dargestellt ist der Längsschnitt durch einen Patienten, wie er beispielsweise durch einen vorhergehenden vollständigen Scan des Patienten erstellt werden kann, wobei im Patienten 7 zum einen das Zielgebiet 22 dargestellt ist, als auch Gebiete 20.1 und 20.2, die bei einer Intervention keinesfalls verletzt werden dürfen. Beispielsweise kann es sich hierbei um Organe, große Blutgefäße, Knochen oder große Nervenstränge handeln. Das dargestellte Bild zeigt hierbei eine sehr starke Vereinfachung gegenüber der tatsächlichen Problematik. Zusätzlich zur Darstellung des Zielgebietes und der verbotenen Bereiche sind Interventionsachsen 19.1 bis 19.3 dargestellt, die grundsätzlich möglich wären. Die Interventionsachse 19.1 stellt eine axiale Achse und die direkteste Verbindung von der Oberfläche des Patienten zum Zielgebiet 22 dar, tangiert allerdings das verbotene Gebiet 20.1 und kommt aus diesem Grunde nicht als nutzbare Interventionsachse in Frage. Die stark nach rechts gekippte Interventionsachse 19.3 tangiert ebenfalls ein verbotenes Gebiet 20.2 auf ihrem Weg von der Oberfläche des Patienten 7 zum Zielgebiet und stellt damit auch einen verbotenen Weg für die Intervention dar. Ein optimaler Interventionsweg ist mit der Interventionsachse 19.2 dargestellt. Es ist einerseits der kürzeste Interventionsweg von der Oberfläche des Patienten 7 ausgehend zum Zielgebiet 22 und tangiert auf seinem Weg keine verbotenen Gebiete. Eine solche Auswertung lässt sich problemlos mit im dem Stand der Technik vorhandenen Mitteln auf der Basis von Volumendarstellungen eines Patienten ermitteln. Durch entsprechende bildliche Darstellungen kann diese Optimierung des Weges für den Operateur bildlich dargestellt werden, ohne zu große Anforderungen an das räumliche Vorstellungsvermögen zu stellen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass dieses hier zweidimensional dargestellte Beispiel keinesfalls auf zwei Dimensionen beschränkt sein muss, sondern dass durch entsprechend zusätzlichen Angaben und zusätzlichen Darstellungen in einer zweiten Ebene dem Operateur letztendlich auch der optimale Interventionskanal oder die Interventionsachse im dreidimensionalen Raum dargestellt werden kann.
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Die 7 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Displays für eine automatische Navigation zur Durchführung einer Intervention. Das Display ist hier beispielhaft in vier Teile aufgeteilt, während die Anteile 15, 16 und 17 Übersichtsdarstellungen und einzelne Schnittbilder aus den Winkeln 0°, 20° und 35° darstellen, wird in der Teilansicht 23 die automatische Führung des Instrumentes durch Piktogramme verdeutlicht.
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Die Darstellung zeigt die Situation zu Beginn einer Intervention, wobei vom Patienten bereits ein Übersichtsscan vorliegt und das Zielgebiet 22 der Intervention räumlich markiert wurde. Der Start für die Intervention wird durch die Lage des Instrumentes 11 bestimmt. In der Teilabbildung 15 ist eine axiale Darstellung mit einem Kippwinkel von 0° gezeigt, in der das Instrument 11 in der mittleren Rekonstruktionsebene 13.2 geschnitten wird. Die Rekonstruktionsebene 13.2 schneidet außerdem auch noch das Zielgebiet 22. Die Teildarstellung 16 zeigt in der Übersicht simulierte Rekonstruktionsschnitte und auch eine Interventionsachse mit einem Winkel von 20°, während im Teilbild 17 sowohl die Rekonstruktionsebenen als auch die Interventionsachse mit einem Winkel von 35° eingetragen sind. Wie aus den Darstellungen offensichtlich wird, erscheint eine Interventionsachse, die um 20° gekippt ist, optimal, da – wie aus den zusätzlich zu den Übersichten dargestellten Schnittbildern erkennbar – hier kein verbotenes Gebiet durch die Intervention verletzt werden kann.
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Entsprechend wird im Anzeigenteil 23, in dem die axiale und aktuelle Interventionsachse 19.1 dargestellt ist, die optimale Interventionsachse 19.2 gezeigt und durch ein Piktogramm 21 die gewünschte Korrekturrichtung für die Bewegung des Instrumentes 11 dargestellt, damit die optimale Interventionsachse 19.2 erreicht wird.
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Durch diese Darstellung wird es dem Operateur ermöglicht, die optimale Interventionsstrecke zu finden, ohne dass zu große Anforderungen an die räumliche Vorstellungskraft benötigt werden.
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Es wird ergänzend noch darauf hingewiesen, dass das dargestellte Piktogramm 21, beispielhaft auch durch eine akustische Meldung oder durch eine entsprechende Sprachmeldung ergänzt oder ersetzt werden kann.
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Schließlich ist in der 8 ein beispielhaftes Flussdiagramm für eine erfindungsgemäße Durchführung der Intervention mit Hilfe des computertomographischen Systems mit den Schritten 100 bis 115 dargestellt. Demgemäß wird im ersten Schritt 100 zunächst ein Topogramm aufgenommen und anschließend im Schritt 101 eine Scan-Planung durchgeführt, bei der ein Übersichtsscan des Patienten erstellt wird. In diesem Übersichtsscan wird mit 102 Start und Ziel der Intervention markiert und im Schritt 103 eine Pfad-Analyse durchgeführt. Am Entscheidungspunkt 104 wird, falls der Pfad nur suboptimal eingestellt ist, eine Optimierung des Pfades im Schritt 105 dargestellt und der Startpunkt bei 106 entsprechend angepasst. Mit diesem neuen Startpunkt kann dann bei 102 fortgefahren werden. Ist der Interventionspfad – gemäß der Pfad-Analyse 103 optimal – so wird am Entscheidungspunkt 104 die eigentliche Intervention eingeleitet, wobei mit dem Schritt 107 die Tischposition, die Gantryneigung, die Kollimation und der Rekonstruktionsweg an die Planung angepasst werden. Es folgt danach mit Schritt 108 ein Interventionsscan, bei dem die Interventionsachse mit 109 detektiert wird und mit 110 der entsprechende Pfad analysiert wird. Ergibt sich am Entscheidungspunkt 111, dass der Pfad suboptimal ist, wird eine Warnung ausgegeben, beziehungsweise ein Korrekturvorschlag im Schritt 112 angezeigt, worauf nochmals die Tischposition, die Gantryneigung, die Kollimation um die Rekonstruktionsebene an die Interventionsachse mit dem Schritt 113 angepasst werden und eine Rückführung zum Schritt 108 stattfindet. Ist der Pfad am Entscheidungspunkt 111 ok, das heißt es liegen keine verbotenen Zonen im Bereich des Pfades, so wird beim Schritt 114 detektiert, ob das Ziel erreicht ist. Falls dies nicht der Fall ist, erfolgt eine Verzweigung zum Schritt 113, anderenfalls wird das Ziel als erreicht detektiert und das Ende der Intervention mit dem Schritt 115 angezeigt.
