DE102005051102B4

DE102005051102B4 - System zur medizinischen Navigation

Info

Publication number: DE102005051102B4
Application number: DE102005051102A
Authority: DE
Inventors: Will A. Prof. Dr. Kalender; Ralf Dr. Petzold
Original assignee: CAS Innovations GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: US20080285707A1; DE102005051102A1; WO2007048550A1

Abstract

System (1) zur medizinischen Navigation, mit
a) einem System (2, 6) zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes (5) innerhalb eines Objektes (4), aufweisend:
– Mittel (2) zum Erstellen eines räumlichen Strukturbildes (11) eines Objektes (4),
– Mittel (2) zum Erstellen wenigstens zweier Projektionsbilder (13, 14) eines medizinischen Instrumentes (5) innerhalb des Objektes (4) aus unterschiedlichen Winkeln (α₁, α₂), umfassend ein Röntgengerät (2', 2''), das wenigstens zwei Röntgenstrahlenquellen (8) aufweist und in einem Simultanbetrieb zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer Projektionsbilder betreibbar ist, Röntgengerät (2', 2'') welche entweder ein C-Bogen-Röntgengerät (2') oder ein CT-Röntgengerät (2'') ist,
– eine Vorrichtung (6) zum Darstellen der durch die Projektionsbilder (13, 14) definierten Position des medizinischen Instrumentes (5) in dem räumlichen Strukturbild (11) in Echtzeit und zum Feststellen einer Bewegung des Objektes (4) durch Vergleich von zwei oder mehr der Projektionsbilder (13, 14),
und
b) einer Vorrichtung zur automatischen...

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Navigation von Instrumenten in der Medizin (medizinische Navigation). Die Erfindung ist insbesondere bei perkutanen Interventionen anwendbar.
Bildgeführte Interventionen, insbesondere CT-geführte Interventionen, sind heute Teil der klinischen Routine. Im Gegensatz zu einer invasiven chirurgischen Behandlung ermöglichen dabei minimal-invasive bildgeführte Interventionen dem Arzt eine Arbeit mit minimalen Verletzungen des Patienten. Dies verringert nicht nur die klinischen Kosten. Es verringert auch die Gefahr von Komplikationen und besitzt einen positiven kosmetischen Effekt.
Die Genauigkeit und Schnelligkeit, mit der ein medizinisches Instrument, wie beispielsweise eine Punktionsnadel oder eine Fräse, im Körper des Patienten plaziert wird, hängt in hohem Maße von dem Können des Radiologen ab. Insbesondere erfordert ein solcher Vorgang ein hohes Maß an Erfahrung. Oft ist eine Vielzahl von Kontrollscans erforderlich, um die exakte Position des Instrumentes zu bestimmen und gegebenenfalls zu korrigieren, bis sich das Instrument an dem gewünschten Zielpunkt befindet. Dies ist insbesondere bei solchen Anwendungen erforderlich, bei denen eine falsche Position des Instrumentes zu lebensbedrohlichen Zuständen beim Patienten führen kann. Die häufigen Kontrollscans verlängern nicht nur die Dauer des Eingriffs, sondern erhöhen auch die Strahlungsdosis für den Patienten.
Aus DE 102 10 647 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein in einen Untersuchungsbereich eines Patienten eingebrachtes medizinisches Instrument bildhaft dargestellt wird. Die dort beschriebene Erfindung betrifft die Feststellung des richtigen Zeitpunktes der Bildaufnahmen. Es wird vorgeschlagen, die Bildaufnahmen durch ein EKG zu steuern. Mit Hilfe des EKG wird hierzu die Objektbewegung ermittelt, um anschließend in Abhängigkeit von einer Bewegungsfeststellung die Bildaufnahmen auszulösen. Dabei wird stets eine einzige Strahlungsquelle und ein einziger Strahlungsdetektor verwendet.
Aus US 2004/0136490 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein sich bewegendes inneres Organ eines Patienten abgebildet wird. Hierfür wird jedoch ebenfalls nur eine einzige Strahlungsquelle verwendet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den für eine medizinische Navigation bei perkutanen Interventionen erforderlichen Zeitaufwand zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch ein System zur medizinischen Navigation nach Anspruch 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in dem Unteranspruch angegeben.
Das erfindungsgemäße System zur medizinischen Navigation umfaßt zum einen ein System zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Objektes. Das System zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines Objektes weist auf:

– Mittel zum Erstellen eines räumlichen Strukturbildes eines Objektes,
– Mittel zum Erstellen wenigstens zweier Projektionsbilder eines medizinischen Instrumentes innerhalb des Objektes aus unterschiedlichen Winkeln, umfassend ein Röntgengerät, das wenigstens zwei Röntgenstrahlenquellen aufweist und in einem Simultanbetrieb zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer Projektionsbilder betreibbar ist, wobei das Röntgengerät entweder ein C-Bogen-Röntgengerät oder ein CT-Röntgengerät ist,
– eine Vorrichtung zum Darstellen der durch die Projektionsbilder definierten Position des medizinischen Instrumentes in dem räumlichen Strukturbild in Echtzeit und zum Feststellen einer Bewegung des Objektes durch Vergleich von zwei oder mehr der Projektionsbilder.

Das erfindungsgemäße System zur medizinischen Navigation umfaßt zum anderen eine Vorrichtung zur automatischen Führung des medizinischen Instrumentes unter Verwendung der bereitgestellten Echtzeit-Lageinformation unter Verwendung eines geplanten Zugangsweges zu einem Zielpunkt.
Unter einem räumlichen Strukturbild wird ein dreidimensionales Bild (3D-Bild) verstanden, welches die räumliche Struktur eines zu untersuchenden Objektes abbildet. Dies kann beispielsweise durch ein tomographisches Verfahren, wie Computertomographie (CT), erfolgen, bei dem das Objekt in einer Serie paralleler Schnittbilder dargestellt wird. Dabei entspricht jeder Bildpunkt eindeutig einem Punkt im aufgenommenen Objekt. Die Darstellung ist mit anderen Worten überlagerungsfrei.
Unter einem Projektionsbild wird ein Schattenbild verstanden, wie es in einem Projektionsverfahren, beispielsweise bei einer klassischen Röntgenuntersuchung, angewendet wird. Dabei überlagern sich die Strukturen des Objektes, wenn sie im Strahlengang hintereinander liegen (2D-Bild).
Unter einem medizinischen Instrument wird jede für eine Intervention geeignete Vorrichtung verstanden. Dazu zählen insbesondere Instrumente im engeren Sinne, wie beispielsweise Punktionsnadeln oder dergleichen, und Instrumente im weiteren Sinne, wie beispielsweise Implantate, Hilfsmittel und dergleichen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zur Positionsbestimmung eines medizinischen Instrumentes in dem Objekt keine (weiteren) aufwendigen dreidimensionalen Strukturbilder, sondern schnell und einfach erstellbare Projektionsbilder zu verwenden. Um die Position des Instrumentes einfach anzuzeigen, wird darüber hinaus das bereits vorhandene dreidimensionale Strukturbild herangezogen. Eine grundlegende Idee der Erfindung besteht mit anderen Worten in der Kombination eines zuvor aufgenommenen dreidimensionalen Strukturbildes mit einer Information über die aktuelle Lage des medizinischen Instrumentes, die durch Projektionsbilder definiert ist. Die Position des Instrumentes wird also in dem räumlichen Strukturbild angezeigt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine einfache Navigation bei perkutanen Interventionen möglich. Fehler beim Führen und Positionieren von medizinischen Instrumenten können verhindert bzw. frühzeitig erkannt werden. Gegenüber anderen Lösungen zeichnet sich die Erfindung insbesondere dadurch aus, daß zeitaufwendige Kontrollaufnahmen von 3D-Strukturbildern vermieden werden. Von Vorteil ist weiterhin, daß, wenn Röntgenverfahren eingesetzt werden, sich die Strahlenbelastung des Objektes vermindert.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, daß keinerlei Positionsmarkierungen (Marker) oder dergleichen an dem medizinischen Instrument angebracht werden müssen. Dies vereinfacht die Handhabung des Instrumentes. Das Verfahren kann mit allen herkömmlichen Instrumenten verwendet werden. Selbstverständlich ist es jedoch möglich, derartige Marker zu verwenden, etwa wenn die Erfindung in Kombination mit anderen Navigationsverfahren eingesetzt werden soll.
Grundsätzlich können bei der Erfindung verschiedene bildgebende Verfahren eingesetzt werden. Auch eine Kombination unterschiedlicher bildgebender Verfahren ist möglich. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Mittel zum Erstellen des räumlichen Strukturbildes des Objektes und/oder die Mittel zum Erstellen der wenigstens zwei Projektionsbilder ein Röntgengerät umfassen, so daß ein Röntgenverfahren zur Bildgebung verwendet wird. Damit wird ein bildgebendes Verfahren eingesetzt, daß besonders leistungsfähig und universell einsetzbar ist. Vorzugsweise wird das Röntgengerät für die Erstellung beider Bilderarten (Strukturbild und Projektionsbild) verwendet. Jedoch kann insbesondere das räumliche Strukturbild auch durch ein anderes bildgebendes Verfahren erstellt werden, bspw. durch Magnetresonanztomographie oder dergleichen.
Als Röntgengerät wird dabei in einer Ausführungsform der Erfindung ein C-Bogen-Röntgengerät verwendet. Derartige Röntgengeräte zeichnen sich u. a. durch ihre im Vergleich zu herkömmlichen CT-Röntgengeräten niedrigeren Kosten und die einfache Handhabung aus. Neben herkömmlichen C-Bogen-Röntgengeräten, die mit einer Röntgenstrahlenquelle ausgestattet sind, und mit denen die Aufnahme der wenigstens zwei Projektionsbilder in einem rotierenden Betriebsverfahren erfolgt, ist die Verwendung eines C-Bogen-Röntgengerätes mit wenigstens zwei Röntgenstrahlenquellen (biplanare Anordnung) von Vorteil. Denn dadurch ist ein Simultanbetrieb, also die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Projektionsbilder, möglich, wodurch sich der für die Lagebestimmung des medizinischen Instrumentes erforderliche Zeit verringert. Die Lagebestimmungen des Instruments (Kontrollscans) können somit auch in Echtzeit und kontinuierlich durchgeführt werden. Unter kontinuierlichen Kontrollscans werden dabei insbesondere in regelmäßigen Abständen durchgeführte Aufnahmen mit gepulster Strahlung (und damit geringer Strahlungsbelastung) oder kontinuierliche Aufnahmen mit konstanter Strahlung verstanden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Röntgengerät ein CT-Röntgengerät verwendet. Neben herkömmlichen CT-Röntgengeräten, die mit einer Röntgenstrahlenquelle ausgestattet sind, und mit denen die Aufnahme der wenigstens zwei Projektionsbilder in einem rotierenden Betriebsverfahren erfolgt, ist auch hier die Verwendung eines CT-Röntgengerätes mit wenigstens zwei Röntgenstrahlenquellen besonders vorteilhaft. Mit einer solchen biplanaren Anordnung ist auch das CT-Röntgengerät in einem Simultanbetrieb betreibbar. Mit anderen Worten kann durch das Zusammenschalten mehrerer Röntgenstrahlenquellen eine Untersuchung gleichzeitig in mehreren Ebenen erfolgen. Von Vorteil hierbei ist, daß die für die Lagebestimmung des medizinischen Instrumentes erforderliche Zeit noch einmal deutlich verringert wird und Echtzeit-Kontrollscans sowie eine kontinuierliche Kontrolle durchgeführt werden können.
Sowohl bei der Verwendung eines C-Bogen-Röntgengerätes als auch bei der Verwendung eines CT-Röntgengerätes sind die Röntgengeräte, wenn lediglich eine einzige Röntgenstrahlenquelle vorhanden ist (rotierender Betrieb), vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Abstand zwischen zwei Einzelaufnahmen unter einer Sekunde liegt. Damit ist eine sehr schnelle Durchführung der Projektionsaufnahmen und damit eine sehr schnelle Lagebestimmung des medizinischen Instrumentes möglich. Dies führt zu einer verringerten Untersuchungsbelastung für das zu untersuchende Objekt.
Es ist grundsätzlich möglich, daß beispielsweise das räumliche Strukturbild des Objektes unter Verwendung eines CT-Röntgengerätes und die Projektionsbilder unter Verwendung eines C-Bogen-Röntgengerätes erstellt werden. Vorzugsweise wird jedoch für beide Bilderarten (Strukturbild und Projektionsbild) ein und dasselbe Röntgengerät verwendet. So kann ein Patiententransport zwischen verschiedenen Geräten vermieden werden. Dies ist möglich, da zum einen CT-Röntgengeräte neben dreidimensionalen Strukturbildern auch herkömmliche Projektionsbilder (2D-Aufnahmen) erstellen können und zum anderen auch C-Bogen-Röntgengeräte derart ausgestaltet sein können, daß sie neben Projektionsbildern auch CT-Aufnahmen (3D-Aufnahmen) erstellen können.
Das erfindungsgemäße System zur medizinischen Navigation ist ausgebildet zur Ausführung eines Verfahrens zur medizinischen Navigation mit folgenden Schritte: Erstellen eines räumlichen Strukturbildes eines Objektes, Erstellen wenigstens zweier Projektionsbilder eines medizinischen Instrumentes innerhalb des Objektes aus unterschiedlichen Winkeln, und Darstellen der durch die Projektionsbilder definierten Position des medizinischen Instrumentes in dem räumlichen Strukturbild.
Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System zur medizinischen Navigation kommt ein Computerprogramm zur medizinischen Navigation zum Einsatz. Dieses Computerprogramm weist Computerprogrammanweisungen zum Darstellen einer Position eines medizinischen Instrumentes in einem räumlichen Strukturbild eines Objektes auf, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird, wobei die Position des medizinischen Instrumentes durch wenigstens zwei aus unterschiedlichen Winkeln erstellte Projektionsbilder definiert ist.
Das erfindungsgemäße System umfaßt in einer Ausführungsform der Erfindung eine Datenverarbeitungseinheit mit einer Anzahl von Funktionsmodulen, wobei jedes Funktionsmodul ausgebildet ist zur Durchführung einer bestimmten Funktion oder einer Anzahl bestimmter Funktionen gemäß dem beschriebenen Verfahren. Insbesondere ist die Vorrichtung zum Darstellen der durch die Projektionsbilder definierten Position des medizinischen Instrumentes in dem räumlichen Strukturbild als ein solches Funktionsmodul ausgebildet.
Bei den Funktionsmodulen kann es sich um Hardwaremodule oder Softwaremodule handeln. Mit anderen Worten kann die Erfindung, soweit es die Datenverarbeitungseinheit betrifft, entweder in Form von Computerhardware oder in Form von Computersoftware oder in einer Kombination aus Hardware und Software verwirklicht werden. Soweit die Erfindung in Form von Software verwirklicht ist, wird die hier beschriebene Funktionalität des Systems durch Computerprogrammanweisungen realisiert, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner ausgeführt wird.
Die Computerprogrammanweisungen sind dabei auf an sich bekannte Art und Weise in einer beliebigen Programmiersprache verwirklicht und können der Datenverarbeitungseinheit in beliebiger Form bereitgestellt werden, beispielsweise in Form von Datenpaketen, die über ein Rechnernetz übertragen werden, oder in Form eines auf einer Diskette, einer CD-ROM oder einem anderen Datenträger gespeicherten Computerprogrammprodukts.
Unter dem Darstellen der durch die Projektionsbilder definierten Position des medizinischen Instrumentes in dem räumlichen Strukturbild wird in einer Ausführungsform der Erfindung kein Darstellen im Sinne einer optischen Anzeige, sondern ein Bereitstellen der Lageposition in dem Datensatz des räumlichen Strukturbildes verstanden. Das Bereitstellen der Lageinformationen kann dabei unmittelbar erfolgen oder aber die Lageinformationen werden zunächst in einem Datenspeicher abgelegt, aus dem sie anschließend wieder ausgelesen werden können.
Die so bereitgestellte Information zur Lage des medizinischen Instrumentes dient zur automatischen Führung des medizinischen Instrumentes unter Verwendung eines geplanten Zugangsweges zu einem Zielpunkt. Damit ist eine automatische Positionskontrolle und ggf. eine automatische Korrektur der Instrumentenführung möglich. Selbstverständlich ist zugleich auch eine Anzeige der Lageposition auf einem Bildschirm oder dergleichen möglich. Eine entsprechende Vorrichtung umfaßt neben einer Datenübertragungseinheit zum Empfang der Lageinformationen von der Datenverarbeitungseinheit u. a. Steuermodule zur Steuerung von Roboterelementen oder dergleichen und Antriebsmodule zum Antrieb der Roboterelemente.
Zum Feststellen einer Bewegung des Objektes werden Projektionsbilder verwendet. Dabei können unmittelbar aufeinander folgende Projektionsaufnahmen, also insbesondere zwei oder mehr während eines Kontrollscans zur einmaligen Positionsbestimmung des medizinischen Instrumentes durchgeführte Projektionsaufnahmen, ebenso verwendet werden wie zeitlich weiter auseinander liegende Projektionsaufnahmen, beispielsweise Projektionsbilder eines ersten Kontrollscans und Projektionsaufnahmen eines zweiten, späteren Kontrollscans. Eine Kontrolle, ob das Objekt sich bewegt hat, erfolgt dabei vorzugsweise durch ein Vergleichsverfahren, insbesondere durch Subtraktion der verwendeten Projektionsaufnahmen.
Die Bewegungsfeststellung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe entsprechender Computerprogrammanweisungen eines Computerprogramms, das zur Ausführung auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist. Mit Hilfe der Bewegungsfeststellung können, wenn es sich bei dem Objekt um einen Patienten handelt, beispielsweise Verschiebung von Hochkontraststrukturen (Rippen, Wirbelsäule, Instrument etc.) sowie Verschiebungen der Außenkontur des Patienten auf einfache Art und Weise erkannt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Bewegungsfeststellung mit anderen System- bzw. Verfahrenskomponenten, wie beispielsweise einer Bild-zu-Patient-Registrierung oder einer automatischen Führung des medizinischen Instrumentes, zu koppeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Röntgengerät ausgebildet zum Anpassen der Röntgenstrahlung während des Erstellens der Projektionsbilder. Insbesondere erfolgt in diesem eine Anpassung des Strahlenfeldes derart, daß die an das Objekt abgegebene Strahlungsdosis während der Projektionsaufnahmen minimal ist. Hierzu weist das Röntgengerät vorzugsweise eine Ansteuereinrichtung zur strahlungsdosis-minimierten Ansteuerung der Röntgenstrahlungsquellen während der Projektionsaufnahmen auf.
Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung mit einer Vielzahl weiterer Verbesserungen kombiniert werden. Insbesondere ist es möglich, die vorliegende Erfindung mit rechnergestützten Navigationssystemen zu koppeln derart, daß das Navigationssystem die Positionsdaten des medizinischen Instrumentes als Eingangsdaten aufnimmt und für die Navigation verwendet.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, daß das Darstellen der Position des medizinischen Instrumentes in dem räumlichen Strukturbild in Echtzeit erfolgt. Die Erfindung betrifft somit ein System zur Echtzeitverfolgung eines sich in einem Objekt bewegenden medizinischen Instrumentes.
Unter einer solchen Echtzeit-Verfolgung wird ein System bzw. ein Verfahren verstanden, bei dem die Lageposition des Instrumentes innerhalb eines vorher fest definierten Zeitintervalls, also vor dem Erreichen einer bestimmte Zeitschranke, angegeben wird. Dabei müssen jedoch nicht zwingend „harte” Echtzeitanforderungen, d. h. strikte Zeitvorgaben, eingehalten werden. Auch eine verzögert bereitgestellte Lageinformation kann von dem Anwender noch verwertet werden. Es handelt sich also mit anderen Worten vorzugsweise um ein Echtzeit-Verfahren mit „weichen” Echtzeitanforderungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Systems,
2 eine Darstellung eines C-Bogen-Röntgengerätes zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen System,
3 eine Darstellung eines CT-Röntgengerätes zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen System, und
4 eine Darstellung der verschiedenen Bilderarten (Strukturbild, Projektionsbilder, Ergebnisbild).
Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Beispielsweise sind Stromversorgungseinheiten, Antriebssysteme, Ständer und dergleichen nicht im einzelnen abgebildet.
In 1 ist die Struktur eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur röntgenbildunterstützten medizinischen Navigation verdeutlicht. Das System 1 umfaßt ein Röntgengerät 2 zum Erstellen eines räumlichen Strukturbildes eines Objektes, insbesondere eines auf einem Patiententisch 3 liegenden Patienten 4 und zum Erstellen wenigstens zweier Projektionsbilder eines medizinischen Instrumentes 5innerhalb des Objektes 3 aus unterschiedlichen Winkeln. Darüber hinaus umfaßt das System 1 eine mit dem Röntgengerät 2 über eine Datenleitung verbundene Datenverarbeitungseinheit 6, an die ein Anzeigegerät 7 angeschlossen ist. Bei der Datenverarbeitungseinheit 6 handelt es sich um die durch ein entsprechendes Computerprogramm 12 ergänzte und damit modifizierte Standard-Steuereinheit des Röntgengerätes 2. Als Anzeigeeinheit 7 dient ein berührungssensitiver Bildschirm (touch screen), welcher zugleich als Benutzerschnittstelle zur Bedienung der Steuereinheit dient.
Datenverarbeitungseinheit 6 und Anzeigeeinheit 7 dienen zum Darstellen der durch die Projektionsbilder definierten Position des medizinischen Instrumentes 5 in dem räumlichen Strukturbild.
In einem Ausführungsbeispiel wird als Röntgengerät 2 ein C-Bogen-Röntgengerät 2' mit zwei Röntgenröhren 8 sowie zwei Röntgendetektoren 9 in einer biplanaren Anordnung verwendet, siehe 2. Die Art der Röntgenröhren 8 und -detektoren 9 spielen dabei für die Erfindung nur eine untergeordnete Rolle.
Der Arbeitsablauf ist wie folgt: Zunächst wird mit Hilfe des C-Bogen-Röntgengerätes 2' in an sich bekannter Art und Weise ein räumliches Strukturbild des Patienten 4 erstellt. Hierzu führen die Röntgenröhren 8 und -detektoren 9 entsprechend dem Aufbau des C-Bogens Bewegungen um die Rotationsachse, im Regelfall um die Längsachse des Patiententisches 3 aus. Alternativ hierzu können selbstverständlich auch schräge Schichten aufgenommen werden. Das Strukturbild 11 zeigt die Anatomie des Patienten 4, beispielsweise dessen innere Organe, vgl. 4. Die Ansteuerung des C-Bogen-Röntgengerätes 2' erfolgt entsprechend der beschriebenen Arbeitsweise durch die in der Datenverarbeitungseinheit 6 realisierte Steuereinheit mit Hilfe eines Computerprogramms in an sich bekannter Art und Weise.
Während der sich anschließenden perkutanen Intervention, die ein Arzt anhand des Strukturbildes 11 durchführt, werden je nach Bedarf zu Kontrollzwecken weitere Röntgenbildaufnahmen mit Hilfe des C-Bogen-Röntgengerätes 2' erstellt. Hierzu werden jeweils zwei Projektionsbilder 13, 14 aus verschiedenen Winkeln α₁, α₂ aufgenommen, wobei der Patient 4 vorzugsweise in seiner Position verbleibt. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine anterior-posteriore und eine laterale Aufnahme. Die Winkel α₁, α₂ sind in den Figuren relativ zu einer Ausgangsposition 10 vereinfacht dargestellt. Die Aufnahme der beiden Projektionsbilder 13, 14 erfolgt automatisch und jeweils simultan mit Hilfe der beiden Röntgenröhren 8 und -detektoren 9. Jede Röntgenröhre 8 erzeugt hierbei jeweils ein Röntgenstrahlenbündel 14, das den Patienten 4 durchdringt. Auf der Detektorebene 16 des Röntgendetektors 9 entsteht jeweils ein Schattenbild als Ergebnis der Absorption der Röntgenstrahlen durch den Körper des Patienten 4.
Alternativ können die beiden oder mehr Projektionsaufnahmen an einem C-Bogen-Röntgengerät mit nur einer einzelnen Röntgenröhre (hier nicht dargestellt) während der Rotation in sehr geringem zeitlichen Abstand aufgenommen werden. Ein solches Ein-Röhren-C-Bogen-Röntgengerät ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, daß der Abstand zwischen zwei Einzelaufnahmen unter einer Sekunde liegt.
Die Projektionsbilder 13, 14 zeigen jeweils nur einen Ausschnitt des Patienten 4. Dabei wird durch den Arzt oder automatisch durch die Steuereinheit ein Patientenbereich ausgewählt, in dem sich das zu ortende medizinische Instrument 5 befindet. Die Ansteuerung des C-Bogen-Röntgengerätes 2', insbesondere die Auswahl der Winkel, aus denen die Projektionsbilder 13, 14 aufgenommen werden, erfolgt wiederum durch die in der Datenverarbeitungseinheit 6 realisierte Steuereinheit mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Software-Funktionsmoduls des Computerprogramms 12.
In jedem Projektionsbild 13, 14 ist das auf die Detektorebene 16 des Röntgendetektors 9 projizierte Abbild 17 des Instrumentes 5 abgebildet, vgl. 4. Aus den beiden aus unterschiedlichen Winkeln aufgenommenen Projektionsbildern 13, 14, genauer gesagt, aus den durch den Röntgendetektor 9 entsprechend dem Projektionsbild 13, 14 erzeugten und der Datenverarbeitungseinheit 6 zugeführten elektrischen Bildsignalen, wird durch die Datenverarbeitungseinheit 6 in Kenntnis und unter Verwendung der Winkelangaben α₁, α₂ automatisch die tatsächlich Position und Lage des medizinischen Instrumentes 5 im Körper des Patienten 4 bestimmt. Hierzu umfaßt die Datenverarbeitungseinheit 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Software-Funktionsmodul des Computerprogramms 12, in dem entsprechende Algorithmen zur Bilddatenverarbeitung und Positionsberechnung implementiert sind.
Anschließend wird das medizinische Instrument 5 in das von der Anzeigeeinheit 7 angezeigte räumliche Strukturbild orts- und lagegenau automatisch eingeblendet, wodurch sich ein Ergebnisbild 18 ergibt, vgl. 4. Die durch die Projektionsbilder 13, 14 definierte Position des medizinischen Instrumentes 5 wird mit dem räumlichen Strukturbild 11 überlagert. Dieser Vorgang ist in 4durch die Pfeile 19 symbolisiert. Der den Patienten 4 behandelnde Arzt kann diese unmittelbare Positionsangabe zur Kontrolle der Intervention und ggf. zur Korrektur der Instrumentenlage nutzen. Die Einblendung erfolgt automatisch und unmittelbar nach der Erstellung und Auswertung der Projektionsbilder 13, 14 (in Echtzeit), wobei das Instrument 5 vorzugsweise in Form eines Instrumentensymbols angezeigt wird. Auch hierzu umfaßt die Datenverarbeitungseinheit 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Software-Funktionsmodul. Dieses Funktionsmodul führt insbesondere die Bild-zu-Patient-Registrierung durch. Hierzu werden Informationen verwendet, die durch die Röntgenaufnahmen und ggf. durch weitere vorhergehende Verfahrensschritte (bspw. optische Lokalisierung des Patienten etc.) bereitgestellt werden. Für eine einfache Registrierung ist die Lage des Patienten 4 während des Verfahrens vorzugsweise fix. Insbesondere befindet sich der Patient 4 auf einem Patiententisch 3, mit welcher der Patient 4 auf eine definierte Art und Weise von einer ersten Position (Interventionsposition) in eine zweite Position (Röntgenposition) und zurück überführt werden kann. Die Bewegung des Patienten ist in 1 durch den Pfeil 21 symbolisiert.
Sämtliche Bild- und sonstige Informationen, die während der erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden, können unmittelbar verarbeitet (und optional anschließend gespeichert) oder aber zunächst in einem Datenspeicher der Datenverarbeitungseinheit 6 gespeichert und in einem weiteren Schritt wieder ausgelesen und weiterverarbeitet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird als Röntgengerät ein CT-Röntgengerät 2'' mit zwei Röntgenröhren 8 sowie zwei Röntgendetektoren 9 in einer biplanaren Anordnung verwendet, siehe 3. Der Arbeitsablauf ist mit dem Arbeitsablauf des in 2 beschriebenen C-Bogen-Röntgengerätes im wesentlichen identisch. Handelt es sich bei dem CT-Röntgengerät um ein rotierendes Ein-Röhren-CT-Röntgengerät (nicht abgebildet), so ist dieser vorzugsweise ebenfalls derart ausgebildet, daß der Abstand zwischen zwei Einzelaufnahmen unter einer Sekunde liegt.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Röntgengerät
3: Patiententisch
4: Patient
5: medizinisches Instrument
6: Datenverarbeitungseinheit
7: Anzeigegerät
8: Röntgenröhre
9: Röntgendetektor
10: Ausgangsposition
11: Strukturbild
12: Computerprogramm
13: Projektionsbild
14: Projektionsbild
15: Röntgenstrahlenbündel
16: Detektorebene
17: Abbild
18: Ergebnisbild
19: Überlagerungsvorgang
20: (frei)
21: Positioniervorgang

Claims

System (1) zur medizinischen Navigation, mit a) einem System (2, 6) zur Bestimmung der Position eines medizinischen Instrumentes (5) innerhalb eines Objektes (4), aufweisend: – Mittel (2) zum Erstellen eines räumlichen Strukturbildes (11) eines Objektes (4), – Mittel (2) zum Erstellen wenigstens zweier Projektionsbilder (13, 14) eines medizinischen Instrumentes (5) innerhalb des Objektes (4) aus unterschiedlichen Winkeln (α₁, α₂), umfassend ein Röntgengerät (2', 2''), das wenigstens zwei Röntgenstrahlenquellen (8) aufweist und in einem Simultanbetrieb zur gleichzeitigen Aufnahme mehrerer Projektionsbilder betreibbar ist, Röntgengerät (2', 2'') welche entweder ein C-Bogen-Röntgengerät (2') oder ein CT-Röntgengerät (2'') ist, – eine Vorrichtung (6) zum Darstellen der durch die Projektionsbilder (13, 14) definierten Position des medizinischen Instrumentes (5) in dem räumlichen Strukturbild (11) in Echtzeit und zum Feststellen einer Bewegung des Objektes (4) durch Vergleich von zwei oder mehr der Projektionsbilder (13, 14), und b) einer Vorrichtung zur automatischen Führung des medizinischen Instrumentes (5) unter Verwendung bereitgestellter Echtzeit-Lageinformation sowie unter Verwendung eines geplanten Zugangsweges zu einem Zielpunkt.
System (1) nach Anspruch 1, bei dem das Röntgengerät (2', 2'') ausgebildet ist zum Anpassen der Röntgenstrahlung während des Erstellens der Projektionsbilder (13, 14).