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Die
Erfindung betrifft ein Medizinisches Navigations- und Ortungssystems,
enthaltend ein Bediensystem, zur Zuordnung zu einer bildgebenden
medizinischen Einrichtung und ein Verfahren zur Bedienung des medizinischen
Navigations- und Ortungssystems oder der bildgebenden medizinischen
Einrichtung.
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Bei
medizinischen Eingriffen und Interventionen werden häufig Navigationssysteme
eingesetzt, um dem Arzt die bildgestützte Handhabung seiner Instrumente,
zum Beispiel Punktionsnadeln oder Katheter, zu ermöglichen.
Ein Beispiel für
ein derartiges, für
medizinische Anwendungen vorgesehenes Navigations- und Ortungssystem
ist das System CAPPA der Firma CAS Innovations AG (http://www.cas-innovations.de/).
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Im
Allgemeinen besteht ein medizinisches Navigations- und Ortungssystem
aus einem Ortungssystem, einem Steuerrechner und einer Anzeigeeinheit.
Das Ortungssystem arbeitet bei der Bestimmung der Position eines
Objektes zum Beispiel optisch oder elektromagnetisch; Beispiele
für derartige Ortungssysteme
sind die Systeme Aurora oder Polaris der Firma Northern Digital
Inc. (NDI, http://www.ndigital.com/). Der Steuerrechner setzt die
Position der georteten Instrumente zu einem dreidimensionalen Bilddatensatz,
der zum Beispiel von einer bildgebenden Einrichtung geliefert werden kann,
räumlich
in Beziehung, so dass eine überlagerte
Abbildung an der Anzeigeeinheit dargestellt werden kann.
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Die
Bedienung erfolgt im Allgemeinen mittels einer üblichen Tastatur oder Maus
oder mittels einer speziellen Bedienkonsole. Das System CAPPA verfügt beispielsweise über einen
Sensorbildschirm (Touch screen), bei dem verschiedene Funktionen durch
das Berühren
markierter Felder auf dem Bildschirm ausgelöst werden. Der Nachteil der
existierenden Bediensysteme besteht darin, dass ein einen Patienten
operierender Arzt zur gleichzeitigen Bedienung des Navigationssystems
seinen Blick vom Operationsfeld oder der Anzeigeeinheit abwenden
muss und mit seiner Hand den sterilen Operationsbereich zum Berühren von
Bildschirm oder Tastatur verlassen muss.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, für
interventionelle Eingriffe ein Bediensystem zur Bedienung eines medizinischen
Navigations- und Ortungssystems oder einer weiteren medizinischen
Einrichtung zu schaffen, das eine flexible und hygienische Bedienung
erlaubt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst bei einem
Medizinischen Navigations- und Ortungssystem enthaltend ein Bediensystem
gemäß Anspruch
1 und bei einem Verfahren zur Bedienung gemäß dem Patentanspruch 11; vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung ermöglicht
eine einfache und flexible Bedienung des medizinischen Navigations- und
Ortungssystems oder einer weiteren medizinischen Einrichtung durch
eine Zuordnung von Funktionen des Bediensystems oder der medizinischen Einrichtung
zu vorgegebenen Positionen eines Bedieninstruments. Durch die Erfindung
ist insbesondere gewährleistet,
dass eine in einem sterilen Operationsbereich tätige Bedienperson mit ihrer
Hand den sterilen Operationsbereich nicht verlassen muss: Die Bedienung
ist problemlos innerhalb des sterilen Operationsbereichs möglich, da
die Funktionen des Bediensystems (oder der weiteren medizinischen
Einrichtung) durch eine manuelle Positionierung des beispielsweise
ebenfalls im sterilen Operationsbereich befindlichen Bedieninstruments
auf die vorgegebenen Positionen ausgelöst werden können. Auf diese Weise kann
ein mit einer medizinischen Intervention befasster Arzt aufwandsarm
hygienische Standards erfüllen
ohne zum Beispiel auf die Hilfe einer zusätzlichen Bedienperson angewiesen
zu sein.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Bediensystem eine Anzeigeeinheit
auf und ist die Anzeigeeinheit zur Anzeige des Bedieninstruments
und zur Anzeige der vorgegebenen Positionen ausgebildet. Dies ermöglicht der
Bedienperson eine besonders schnelle und flexible Bedienung, da
die Bedienperson während
der Bedienung ihren Blick nicht von ihrem Sichtbereich abwenden
muss.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die vorgegebenen
Positionen durch reale Markierungen oder Elemente anzeigbar. Dies
gibt eine zusätzliche
Orientierungshilfe für
die Bedienperson und erleichtert die Bedienung des medizinischen Navigations-
und Ortungssystems oder der weiteren medizinischen Einrichtung.
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In
vorteilhafter Weise für
eine besonders einfache und übersichtliche
Bedienung sind die vorgegebenen Positionen durch virtuelle Markierungen oder
Elemente auf der Anzeigeeinheit anzeigbar.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die vorgegebenen
Positionen durch eine Abbildung der realen Markierungen oder Elemente auf
der Anzeigeeinheit anzeigbar. Dies ermöglicht ebenfalls eine verbesserte Übersichtlichkeit
bei der Bedienung.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das medizinische
Navigations- und Ortungssystem baulich in die bildgebende medizinische
Einrichtung integriert. Dadurch können in der bildgebenden medizinischen
Einrichtung vorhandene Komponenten wie Anzeigeeinheit oder Recheneinheit
von dem medizinischen Navigations- und Ortungssystem mitgenutzt
werden und besonders einfach eine Bedienung der bildgebenden medizinischen
Einrichtung durch das Bediensystem vorgesehen werden.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die bildgebende medizinische
Einrichtung zur 3D-Bildgebung ausgebildet.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen
der Unteransprüche werden
im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
in der Zeichnung näher erläutert, ohne
dass dadurch eine Beschränkung
der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele
erfolgt; es zeigen:
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1 eine
medizinische Röntgeneinrichtung mit
einem externen zugeordneten medizinischen Navigations- und Ortungssystem;
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2 eine
Anzeigeeinheit mit einem eingeblendeten Bedieninstrument in einer
ersten Position und eingeblendeten virtuellen Zielmarken;
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3 eine
Anzeigeeinheit mit einem eingeblendeten Bedieninstrument in einer
zweiten Position und eingeblendeten virtuellen Zielmarken;
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4 eine
Draufsicht auf einen Patienten mit darauf angeordneten Röntgenmarkern;
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5 eine
Anzeigeeinheit mit mittels der Röntgenmarker
definierten eingeblendeten Zielmarken;
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6 eine
weitere medizinische Röntgeneinrichtung
mit einem integrierten medizinischen Navigations- und Ortungssystem.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes medizinisches
Navigations- und
Ortungssystems 15, welches extern zu einer bildgebenden
medizinischen Einrichtung in Form eines 3D-Röntgengerätes 7 angeordnet und
dieser zugeordnet ist. Das 3D-Röntgengerät 7 weist
neben einer Steuerungseinheit 9 und einer Monitoreinheit 1.2 einen
um mindestens eine Achse 14 drehbaren C-Bogen 19 mit
einer Röntgenquelle 11 und
einem Röntgendetektor 12 auf.
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Mittels
des 3D-Röntgengeräts 7 können dreidimensionale
Röntgenbilder
eines Patienten 6 bzw. von Körperteilen des Patienten 6 aufgenommen
werden. Dazu wird der Patient 6 durch von der Röntgenquelle 11 emittierte
Röntgenstrahlung
bestrahlt und es werden zum Beispiel mittels des Röntgendetektors 12 mehrere
2D-Röntgenbilder
bei unterschiedlichen Drehwinkeln des C-Bogens 19 aufgenommen. Anschließend erfolgt
mittels der Steuerungseinheit 9 bzw. mittels einer darin
angeordneten Bildverarbeitungseinheit eine 3D-Rekonstruktion der
2D-Röntgenbilder
zu einem 3D-Röntgenbild 3,
welches an der Monitoreinheit 1.2 angezeigt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße medizinische
Navigations- und Ortungssystems 15 umfasst ein Ortungssystem 18,
einen Steuerrechner 13, einen zugehörigen Monitor 1.1 und
ein Bedieninstrument 5. Das Bedieninstrument 5 wird
von einem speziellen Zeigeinstrument oder kann auch von einem üblicherweise
von einem Arzt 8 für
einen Eingriff am Körper des
Patienten 6 verwendeten Instrument wie einem Katheter oder
einer Punktionsnadel gebildet werden.
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Das
Bedieninstrument 5 muss derartig ausgebildet sein, dass
es von dem Ortungssystem 18 ortbar ist. Handelt es sich
bei dem Ortungssystem 18 um ein elektromagnetisch arbeitendes
Ortungssystem 18, so muss das Bedieninstrument 5 zum
Beispiel eine Spule aufweisen, mittels der seine Position feststellbar
ist. Als Bedieninstrument 5 kann zum Beispiel auch ein
Sensorhandschuh ausgeprägt
sein, den der Arzt 8 über
seine Hand streift und durch den er das medizinische Navigations-
und Ortungssystems 15 erfindungsgemäß bedienen kann.
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Im
Allgemeinen wird bei von einem bekannten Navigations- und Ortungssystem
nach dem Stand der Technik unterstützten medizinischen Interventionen
vor dem Eingriff am Körper
des Patienten 6 zumindest ein 3D-Röntgenbild aufgenommen. Dieses
3D-Röntgenbild
wird an das Navigations- und Ortungssystem übertragen und auf dessen Monitor
dargestellt. Üblicherweise
wird anschließend
während des
Eingriffs am Körper
des Patienten 6 ein Instrument des Arztes 8 mittels
eines bekannten Ortungssystems geortet und mittels eines Steuerrechners des
bekannten Navigations- und Ortungssystems mit dem 3D-Röntgenbild
in räumliche
Beziehung gesetzt und ebenfalls auf der Monitoreinheit dargestellt.
Der Arzt 8, welcher den Eingriff durchführt, kann anschließend auf
der Monitoreinheit die jeweilige Position seines Instruments beobachten.
Die Bedienung erfolgt üblicherweise
mittels zum Beispiel an der Monitoreinheit angeordneter Knöpfe oder
mittels eines als Touchscreen ausgebildeten Monitors.
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Das
erfindungsgemäße Navigations-
und Ortungssystem 15 ermöglicht nun eine Bedienung derart,
dass der Arzt 8 mit seiner Hand den sterilen Bereich 10 nicht
verlassen muss. Zusätzlich
kann der Arzt tätig
sein ohne seinen Blick von dem Monitor 1.1/der Monitoreinheit 1.2 abwenden
zu müssen.
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In 2 ist
der Monitor 1.1 des erfindungsgemäßen Navigations- und Ortungssystem 15 gezeigt,
auf welchem neben dem 3D-Röntgenbild 3 und der
Bedieninstrument-Abbildung 5.1 virtuelle Elemente 4.1 eingeblendet
sind. Das Bedieninstrument 5 wird dabei in bekannter Weise
von dem Ortungssystem 18 geortet, von dem Steuerrechner 13 des
erfindungsgemäßen Navigations-
und Ortungssystem 15 zu dem Patienten und dem 3D-Röntgenbild 3 in Beziehung
gesetzt und lagerichtig angezeigt. Die virtuellen Elemente 4.1 sind
dabei bevorzugt am Bildrand des 3D-Röntgenbildes 3 am Monitor 1.1 eingeblendet,
um keine wichtigen Teile des 3D-Röntgenbildes zu überdecken.
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Mit
jedem der virtuellen Elemente 4.1 ist die Auslösung einer
Funktion des erfindungsgemäßen Navigations-
und Ortungssystems 15 verknüpft; solche Funktionen können zum
Beispiel das Drehen oder das Einzoomen oder das Verschieben der
Abbildung auf dem Monitor 1.1 oder die Einstellung von Helligkeit
und/oder Kontrast oder andere Arten der Bildverarbeitung sein; es
können
auch Zusatzfunktionen wie z.B. das Vermessen von Abständen zwischen
verschiedenen Punkten des Bildes oder die Definition von Einstich-
und Zielpunkten ausgelöst wer den.
Bei dem 3D-Röntgengerät können zum
Beispiel ebenfalls Anzeigefunktionen wie Zoomen und Verschieben
oder Betriebsfunktionen wie der Einsatz von Röntgenstrahlung oder die Bewegung
des C-Bogens 19 ausgelöst
werden.
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Während des
Eingriffes wird ständig
die Position des Bedieninstrumentes 5 mittels des Ortungssystems 18 geortet
und an dem Monitor 1.1 angezeigt, so dass der Arzt 8 jede
seiner Handlungen am Monitor 1.1 verfolgen kann. In 2 ist
die Bedieninstrument-Abbildung 5.1 in einer ersten Position
P1 dargestellt. Bewegt der Arzt 8 das Bedieninstrument 5 manuell,
so dass die Bedieninstrument-Abbildung 5.1 eine zweite
Position P2 einnimmt – dargestellt
in 3 -, in der die Bedieninstrument-Abbildung 5.1 eines
der virtuellen Elemente 4.1 berührt, so wird dadurch die mit
dem virtuellen Element 4.1 verknüpfte Betriebsfunktion ausgelöst.
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Dies
wird dadurch bewirkt, dass der Steuerrechner 13 des erfindungsgemäßen Navigations- und
Ortungssystem 15 aufgrund der Informationen des Ortungssystems 18 die
Position des Bedieninstruments 5 überprüft und bei einer Übereinstimmung der
aktuellen Position des Bedieninstruments 5 mit einer vorgegebenen
Position wie der zweiten Position P2 die Auslösung der entsprechenden, mit
der Position verknüpften
Betriebsfunktion initiiert.
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Idealerweise
sind auch die virtuellen Elemente 4.1 dreidimensional eingeblendet,
so dass eine dreidimensionale Positionierung des Bedieninstrumentes 5 erfolgen
muss, um eine Funktion auszulösen.
Dadurch wird die Gefahr einer versehentlichen Auslösung einer
Funktion minimiert. Zusätzlich
zur Bedienung des medizinischen Navigations- und Ortungssystems 15 mittels
der virtuellen Elemente 4.1 und des Bedieninstrumentes 5 ist
eine Bedienung mittels bekannter Bedienknöpfe 2 oder einer Tastatur möglich.
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Nach
einer alternativen Ausführung
der Erfindung werden reelle Markierungen oder Elemente verwendet,
um Funktionen des Navigations- und Ortungssystems 15 auszulösen. Diese
reellen Markierungen oder Elemente sind derart angeordnet, dass ihre
Lage in Bezug auf den Patienten 6 bzw. in Bezug auf die
Bilddaten des 3D-Röntgenbildes 3 bekannt ist.
So können
die reellen Markierungen oder Elemente zum Beispiel vor Beginn des
Eingriffs auf der Patientenliege oder sogar auf dem Patienten 6 selbst angeordnet,
in ihrer Lage erfasst und mit Funktionen verknüpft werden. Derartige reelle
Markierungen oder Elemente können
zum Beispiel von Knöpfen, farbigen
Markierungen oder farbigen Klebestreifen gebildet werden. Der Arzt 8 berührt eines
der reellen Markierungen oder Elemente mit dem Bedieninstrument 5;
die Position des Bedieninstruments 5 wird durch das Ortungssystem 18 geortet,
eine Überprüfung der
Position in Bezug auf das reelle Element oder die Markierung findet
statt und bei Übereinstimmung
wird anschließend
die mit dem reellen Element oder der reellen Markierung verknüpfte Funktion
ausgelöst.
Die reellen Elemente oder Markierungen können außerdem in die Darstellung auf
dem Monitor 1.1 eingeblendet werden.
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In 4 ist
ein Patient gezeigt, auf dem Röntgenmarker 17 zur
räumlichen
Zuordnung des 3D-Röntgenbildes
angeordnet sind. Die Röntgenmarker 17 werden
als reelle Elemente verwendet und sind – wie in 5 gezeigt – als Element-Abbildungen 4.2 auf
dem Monitor 1.1 abgebildet. Wird nun das Bedieninstrument 5 in
eine Position gebracht, in der seine Bedieninstrument-Abbildung 5.1 mit
einer Element-Abbildung 4.2 zur Deckung kommt, wird die
mit den Element-Abbildungen 4.2 verknüpfte Funktion ausgelöst.
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Neben
den Funktionen des medizinischen Navigations- und Ortungssystems 15 kann
auch vorgesehen sein, Funktionen des 3D-Röntgengerätes 7 mittels
der virtuellen Zielmarken 4.1 oder der Element-Abbildungen 4.2 auszulösen.
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6 zeigt
das 3D-Röntgengerät 7 mit
einem baulich integrierten erfindungsgemäßen medizinischen Navigations-
und Ortungssystem. Das integrierte medizinische Navigations- und Ortungssystem
weist das Ortungssystem 18 und das Bedieninstrument 5 auf
und nutzt einen in der Steuerungseinheit 9 vorhandenen
Steuerrechner 20 des 3D-Röntgengeräts 7, um die Position
des Bedieninstruments 5 mit dem 3D-Röntgenbild 3 in räumliche
Beziehung zu setzen; außerdem
nutzt das integrierte medizinische Navigations- und Ortungssystem
die Monitoreinheit 1.2 des 3D-Röntgengerätes 7, um das 3D-Röntgenbild 3,
das Bedieninstrument 5 und die virtuellen Elemente 4.1 bzw.
die Element-Abbildungen 4.2 darzustellen.
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Virtuelle
Elemente 4.1 und damit Auslöse-Positionen des Bedieninstruments 5 können zum Beispiel
vor einem Einsatz des medizinischen Navigations- und Ortungssystems
und des 3D-Röntgengerätes nach
Bedarf per Software in beliebiger Anzahl definiert und mit gewünschten
Funktionen verknüpft
werden. Es können
auch bereits vorgegebene Sätze
von virtuellen Elementen 4.1 analog zu einer vorgegebenen
Tastatur verwendet werden. Reelle Zielmarken können vor einem Einsatz des
medizinischen Navigations- und Ortungssystems und des 3D-Röntgengerätes nach
Bedarf beliebig angeordnet und mit gewünschten Funktionen verknüpft werden.
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Die
virtuellen Elemente 4.1 können außerdem vom jeweiligen Zustand
des Navigations- und Ortungssystems abhängig eingeblendet werden, so dass
zu einem bestimmten Zeitpunkt nur bestimmte Funktionen ausgelöst werden
können.
Dies ist zum Beispiel sinnvoll, um eine hierarchische Menü-Struktur
darzustellen oder um zu einem Zeitpunkt kritische Funktionen wie
eine Applikation von Röntgenstrahlung
auszublenden.
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Erfindungsgemäße medizinische
Navigations- und Ortungssysteme können besonders geeignet mit
bildgebenden medizinischen Einrichtungen zur 3D-Darstellung eingesetzt
werden, wie zum Beispiel mit 3D-Computertomographiegeräten, 3D-Magnetresonanzgeräten oder
Positronen-Emissions-Tomographiegeräten.
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Die
Erfindung lässt
sich wie folgt zusammenfassen: Für
eine flexible und hygienische Bedienung ist ein medizinisches Na vigations-
und Ortungssystems mit einem Bediensystem, zur Zuordnung zu einer
bildgebenden medizinischen Einrichtung, vorgesehen, wobei das Navigations-
und Ortungssystems eine Ortungseinrichtung, eine Verarbeitungseinheit und
ein Bedieninstrument aufweist, wobei das Bedieninstrument mittels
der Ortungseinrichtung ortbar ist, wobei die Verarbeitungseinheit
zur Überprüfung der
aktuellen Position des Bedieninstruments in Bezug auf vorgegebene
Positionen ausgebildet ist und wobei bei Übereinstimmung der Position
des Bedieninstruments mit einer vorgegebenen Position mindestens
eine der entsprechenden vorgegebenen Position zugeordnete Betriebsfunktion
des Bediensystems oder der medizinischen Einrichtung auslösbar ist.