DE102006022287B4

DE102006022287B4 - System und Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes

Info

Publication number: DE102006022287B4
Application number: DE102006022287.3A
Authority: DE
Inventors: Vernon Thomas Jensen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: US20060293592A1; FR2885510A1; JP2006314792A; CN1879574A; CN1879574B; DE102006022287A1; JP5137327B2; US8208988B2

Abstract

System zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes (202), wobei das System enthält: ein medizinisches Bildgebungsgerät (202), ein medizinisches Instrument (120), das wenigstens ein Trackingelement (114) aufweist, wobei das medizinische Instrument (120) wahlweise zwischen einer Navigationsfunktion und einer Steuerung einer Funktion umschaltbar ist, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgeräts (202) zusammenhängt, ein Navigationsteilsystem, das (i) einen Sender (208), der zum Senden eines Signals eingerichtet ist, das von dem Trackingelement (114) empfangen wird, und (ii) eine Navigationsverarbeitungseinheit (210) in Kommunikation mit dem Sender (208) und dem wenigstens einen Trackingelement (114) zum Verfolgung der Ausrichtung, der Position und/oder der Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) aufweist, und ein Steuerungsteilsystem (212) in Kommunikation mit dem Navigationsteilsystem (206), wobei das Steuerungsteilsystem (212) eine Steuerungsverarbeitungseinheit (214) aufweist, die dazu betreibbar ist, die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) mit der Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) zusammenhängt, in Wechselbeziehung zu setzen, wobei das Steuerungsteilsystem (212) auch dazu betreibbar ist, das medizinische Bildgebungsgerät (202) in Abhängigkeit von der Ausrichtung, der Position und/oder der Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) zur Durchführung der Funktion anzuweisen, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) zusammenhängt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich allgemein auf medizinische Bildgebungssysteme und spezieller auf Systeme und Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes.
Medizinische Bildgebungstechniken einschließlich Röntgen, axialer Computertomographie (CAT), Magnetresonanzbildgebung (MRI) und Ultraschall sind gut eingeführt. Mit diesen Techniken werden einem untersuchenden Arzt Bilder mit hoher Auflösung zur Verfügung gestellt, die dem untersuchenden Arzt helfen, eine anschließende detaillierte Studie durchzuführen und eine Diagnose zu stellen. In einem medizinischen Bildgebungsgerät, wie z. B. einem fluoroskopischen C-Bogen, weist der untersuchende Arzt einen Techniker bzw. Radiologieassistenten an, den C-Bogen zu bedienen und zu positionieren und anschließend die hochauflösenden Bilder zu akquirieren.
Die WO 2000047103 A2 beschreibt ein bildgeführtes Operationssystem mit einem Bildgebungsgerät, einem Operationswerkzeug sowie Mitteln, um die Position des Operationswerkzeugs simultan mit der Aufnahme eines Bildes des Operationswerkzeugs aufzunehmen und Mitteln, um ein Modell des Operationswerkzeugs an der gespeicherten Position relativ zu dem Bild des Operationswerkzeugs darzustellen. Damit soll einem Operateur genügend Zeit gegeben werden, um die Genauigkeit, mit der das Operationswerkzeug in dem Bild mit dem Modell des Werkzeugs bei der aufgenommenen Position übereinstimmt, zu prüfen. Dieses System kann außerdem einen Timer und ein Mittel zum Einschalten und Abschalten des Systems aufweisen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Knopfdruck, einem Tastaturbefehl und einer speziellen Werkzeugbewegung.
Die WO 1994023647 A1 beschreibt ein System, wobei eine zweidimensionale Querschnittsscheibe in ein auf einem Bildschirm dargestelltes Bild transformiert wird und ein Positionsanzeiger auf dem Bild positioniert wird, um die Position der Sondenspitze überlagert in dem Bild anzuzeigen.
Es sind Verfahren entwickelt worden, die dem untersuchenden Arzt Mittel zur Steuerung des Betriebs des medizinischen Bildgebungsgerätes zur Verfügung stellen. Zum Beispiel stellt der GE OEC 9800 MD dem untersuchenden Arzt eine Tischseitensteuerungseinheit zur Verfügung. Die Tischseitensteuerungseinheit enthält eine Positionierungssteuerung, die zur Positionierung eines C-Bogens des GE OEC 9800 MD verwendet wird. Beispiele für eine Positionierungssteuerung enthalten einen Schalter, einen Hebel, einen Joystick und dergleichen. Die Tischseitensteuerungseinheit ersetzt dadurch den Radiologieassisten, der das medizinische Bildgebungsgerät bedient, während der untersuchende Arzt das Operationsverfahren durchführt. Der untersuchende Arzt steuert den Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes durch die Bedienung der Tischseitensteuerungseinheit.
In bekannten medizinischen Geräten ist der untersuchende Arzt von dem Radiologieassistenten oder der Tischseitensteuerungseinheit abhängig, um den Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes zu steuern. Dies bewirkt eine Unterbrechung des Operationsvorgangs und kann die Ergebnisse der Operation beeinträchtigen.
Demnach besteht Bedarf an einem effizienteren System und Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines medizinischen Bildgebungsgerätes. Weiterhin besteht Bedarf an einem System und Verfahren zum kontinuierlichen und nahtlosen Betreiben eines medizinischen Gerätes ohne eine Unterbrechung eines Operationsverfahrens.
Zusammenfassung der Erfindung
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes geschaffen. Das System enthält ein medizinisches Bildgebungsgerät, ein medizinisches Instrument, ein Navigationsteilsystem, das zum Verfolgen des medizinischen Instrumentes eingerichtet ist, und ein Steuerungsteilsystem, das mit dem Navigationsteilsystem kommuniziert. Das medizinische Instrument weist wenigstens ein Trackingelement auf, wobei das medizinische Instrument wahlweise zwischen einer Navigationsfunktion und einer Steuerung einer Funktion umschaltbar ist, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgeräts zusammenhängt. Das Steuerungsteilsystem ist dazu eingerichtet, die Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes mit einer Funktion des medizinischen Bildgebungsgerätes zu korrelieren bzw. in eine Wechselbeziehung zu setzen. Das Steuerungsteilsystem ist weiterhin dazu eingerichtet, das medizinische Bildgebungsgerät in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung zur Durchführung der Funktion anzuweisen, die dem medizinischen Bildgebunsgerät zugewiesen ist.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes geschaffen. Das Verfahren enthält das Verfolgen eines medizinischen Instrumentes, das Verwenden einer Verarbeitungseinheit um die Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes zu korrelieren und das Steuern des medizinischen Bildgebungsgerätes in Abhängigkeit von dieser Korrelation, wobei das Steuern das Betreiben des medizinischen Instruments als einen Joystick aufweist, um eine Bewegung des medizinischen Bildgebungsgeräts zu lenken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein 2D-C-Bogen-Fluoroskopiesystem dar, in dem verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht werden können.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
4A und 4B sind Flussdiagramme, die ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die vorangegangene Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Zum Zwecke der Darstellung der Erfindung sind in den Zeichnungen bestimmte Ausführungsbeispiele gezeigt. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in den beigefügten Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Ausrüstungen beschränkt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen Systeme und Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes. Das medizinische Bildgebungsgerät kann von der Art eines Bildgebungsgerätes mit einer steuerbaren Gantry sein. Beispiele für solche Arten von Bildgebungsgeräten enthalten ein Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-System, ein 2D-C-Bogen-Fluoroskopiesystem, ein 3D-C-Bogen-Fluoroskopiesystem, ein Single-Photon-Emissions-Computertomographie(SPECT)-System, ein Computertomographie(CT)-System, ein Optische Kohärenztomographie(OCT)-System, ein Positronenemissionstomographie(PET)-Bildgebungssystem, ein Endoskop, ein Mikroskop usw..
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können z. B. mit einem Röntgen-C-Bogen verwendet werden, der eine an einem distalen Ende des Bogens angeordnete Röntgenquelle aufweist, wobei an dem anderen distalen Ende des Bogens ein Detektor angebracht ist, wie es z. B. in dem US-Patent Nr. 6 104 780 mit dem Titel „Mobile bi-planar fluoroscopic imaging apparatus”, dem US-Patent Nr. 5 802 719 mit dem Titel „One piece C-arm for x-ray diagnostic equipment” und dem US-Patent Nr. 5 627 873 mit dem Titel „Mini C-arm assembly for mobile x-ray imaging system” gezeigt und beschrieben ist, die alle durch die Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen werden. Wahlweise kann das Bildgebungssystem ein MR-System sein, wie es z. B. in dem US-Patent Nr. 6 462 544 mit dem Titel „Magnetic resonance imaging apparatus” beschrieben ist, das durch die Bezugnahme ebenfalls in seiner Gesamtheit hierin einbezogen wird.
Weiterhin können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch mit der Positronenemissionstomographie (PET), wie es z. B. in dem US-Patent Nr. 6 337 481 mit dem Titel „Data binning method and apparatus for PET tomography including remote services over a network” gezeigt und beschrieben worden ist, das durch die Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin einbezogen wird, mit der Single-Photon-Emissionstomographie (SPECT), wie es z. B. in dem US-Patent Nr. 6 194 725 mit dem Titel „SPECT system with reduced radius detectors” gezeigt und beschrieben worden ist, das durch die Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin einbezogen wird, mit der Elektronenstrahltomographie (EPT), wie es z. B. in dem US-Patent Nr. 5 442 673 mit dem Titel „Fixed septum collimator for electron beam tomography” gezeigt und beschrieben worden ist, das durch die Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin einbezogen wird, und mit vielfältigen anderen Bildgebungssystemen verwendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch mit solchen Navigations- und Verfolgungssystemen verwendet werden, wie sie in dem US-Patent Nr. 5 803 089 mit dem Titel „Position tracking and imaging system for use in medical applications” beschrieben sind, das durch die Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin einbezogen wird.
1 stellt ein 2D-C-Bogen-Fluoroskopiesystem 100 dar, in dem verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht werden können. Das 2D-C-Bogen-Fluoroskopiesystem 100 enthält einen C-Bogen 102. Der C-Bogen 102 weist einen Innen- und einen Außenumfang auf. Der C-Bogen hat eine gleichmäßige kreisförmige C-Form und kann alternativ ein beliebiges bogenförmiges Element enthalten. Der C-Bogen 102 wird von einem Trägerelement 104, wie z. B. einer einen Trägerarm 106 enthaltenden Struktur, in einer aufgehängten Stellung gehalten. Der Trägerarm 106 ist an einem mit Rädern ausgestatteten Grundelement 108 angebracht. Der Trägerarm 106 ermöglicht eine Drehbewegung des C-Bogens 102 z. B. mittels einer Lageranordnung. Die Lageranordnung ist zwischen dem Trägerarm 106 und dem C-Bogen 102 angeordnet. Der Trägerarm 106 kann bezogen auf das mit Rädern ausgestattete Grundelement 108 selbst drehbar befestigt sein. Das 2D-C-Bogen-Fluoroskopiesystem 100 enthält weiterhin eine Röntgenquelle 110 und einen Bildempfänger 112. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Bildempfänger 112 ein Bildverstärker sein. Der Bildempfänger 112 enthält eine Kameraanordnung. Die Röntgenquelle 110 und der Bildempfänger 112 sind an einander gegenüberliegenden Orten auf dem C-Bogen 102 angeordnet. Eine Hochspannungskabelanordnung versorgt die Röntgenquelle 110 und den Bildempfänger 112 mit Energie. Weiterhin enthält das 2D-C-Bogen-Fluoroskopie-System 100 ein Trackingelement 114, das als Tisch- oder Patientenbezugselement dient. Das Trackingelement 114 kann starr an dem Patienten oder dem Tisch 116 angebracht sein, auf dem ein Patient zur Untersuchung angeordnet ist. In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Trackingelement 114 z. B. unter Verwendung eines Klebe- bzw. Befestigungsbandes lose an dem Patienten oder dem Tisch 116 befestigt sein. Ferner ist ein Trackingelement 118 an der Spitze eines medizinischen Instrumentes 120 angeordnet. Das medizinische Instrument 120 kann ein orthopädischer Bohrer, ein Katheter, ein chirurgischer Bohrer, ein Schneidwerkzeug, eine Ahle, ein flexibles Endoskop, eine Reibahle, ein Skalpell, ein Spatel, ein Stent, eine Sonde, ein Schraubendreher usw. sein. In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Trackingelemente 114 und 118 ein Sender und ein Empfänger bzw. umgekehrt sein.
2 stellt ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Das System zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes enthält ein medizinisches Bildgebungsgerät 202, ein medizinisches Instrument 120, ein Navigationsteilsystem 206 und ein Steuerungsteilsystem 212. Das medizinische Bildgebungsgerät 202 ist zur Aufnahme von Bildern eines Objektes eingerichtet. Das Objekt kann ein Herz, ein Wirbel, eine Aorta, eine Leber, eine Lunge usw. sein. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das medizinische Bildgebungsgerät 202 ein fluoroskopischer C-Bogen sein, der eine Quelle und einen Detektor enthält.
Das medizinische Instrument 120 kann ein in der Hand gehaltenes Werkzeug sein, das zur Durchführung der operativen Verfahren an dem Objekt eingerichtet ist, wie es z. B. in 1 gezeigt ist. Das medizinische Instrument 120 ist separat und von dem medizinischen Bildgebungsgerät 202 verschieden. Das medizinische Instrument 120 kann ein orthopädischer Bohrer, ein Katheter, ein chirurgischer Bohrer, ein Schneidwerkzeug, eine Ahle, ein flexibles Endoskop, eine Reibahle, ein Skalpell, ein Spatel, ein Stent, eine Sonde, ein Schraubendreher usw. sein. In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das medizinische Instrument 120 auch ein nicht klinisches Gerät, wie z. B. ein Schreibgerät, ein Taststift und dergleichen sein. Das Trackingelement 118 ist an der Spitze des medizinischen Gerätes 120 angebracht. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mehr als ein Trackingelement 118 an dem medizinischen Gerät 120 angebracht. Das Trackingelement 118 kann ein kleines, ortsfestes Element sein, das in oder an der Spitze des medizinischen Instrumentes angeordnet sein kann. Das Trackingelement 118 kann ein starres oder ausgerichtetes Gehäuse aufweisen, so dass die verfolgten Koordinaten des Trackingelementes 118 bei lediglich einem feststehenden konstanten Versatz alle Koordinaten des medizinischen Instrumentes 120 liefern können, wenn das Trackingelement 118 an dem medizinischen Instrument 120 befestigt ist. Um ein Feld zu erzeugen oder zu erkennen, das in Phase, Frequenz oder Zeit moduliert ist, kann das Trackingelement 118 als ein Feldgenerator mit Energie versorgt oder als ein Feldsensor abgetastet werden und so weiter. Dadurch werden einige oder alle der x-, y-, z-, Roll-, Nick- und Gier-Koordinaten (Roll, Pitch und Yaw) des Trackingelements 118 und des medizinischen Instruments 120 schnell und genau bestimmt. Zur Bestimmung der x-, y-, z-, Roll-, Nick- und Gier-Koordinaten sind verschiedene Verfahren bekannt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Trackingelement 118 nicht an dem medizinischen Instrument befestigt sein und individuell dem Zweck der Navigation dienen.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung kann das Trackingelement 118 zu einem Tracking- bzw. Verfolgungssystem gehören. Beispiele für ein Verfolgungssystem enthalten ein Leuchtdioden(LED)-Verfolgungssystem, ein optisches Verfolgungssystem, ein ultraschallgestütztes Verfolgungssystem, ein Trägheitsverfolgungssystem und ein akustisch gestütztes Verfolgungssystem. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das medizinische Instrument 120 z. B. ein chirurgischer Bohrer sein, und die Trackingelemente 114 und 118 können eine Anordnung bzw. Ansammlung von Leuchtdioden sein, die an der Spitze des chirurgischen Bohrers angeordnet sind. Die Positionen der Leuchtdioden an dem chirurgischen Bohrer werden mittels eines Charge Coupled Device(CCD)-Stereo-Kamerasystems erkannt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Trackingelemente 114 und 118 ein magnetisches Feldelement verwenden, das anderenfalls hauptsächlich als ein Feldgenerator oder Feldsensor im Ursprung wirkt. Das magnetische Feldelement kann mit drei paarweise orthogonalen Spulen ausgestattet sein.
Das medizinische Instrument 120 enthält weiterhin ein Betätigungselement 204. Das Betätigungselement 204 ist dazu eingerichtet, das medizinische Instrument 120 wahlweise zwischen einer Navigationsfunktion des medizinischen Instrumentes 120 und der Steuerung einer Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 zusammenhängt, umzuschalten bzw. in diesen Funktionen einzusetzen. Die Navigationsfunktion kann die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes 120 bezogen auf ein Bild sein, das von dem medizinischen Bildgebungsgerät 202 gewonnen worden ist. Die Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 zusammenhängt, kann wenigstens eine Bewegungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 und wenigstens eine Bildgebungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 sein. Die Bewegungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 ist auf eine Anzahl bekannter Bewegungsmodi beschränkt, die von der Motorisierung des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 ausgeführt werden. Das Betätigungselement 204 steht mit wenigstens einem Navigationsteilsystem 206 und wenigstens einer Steuerungsverarbeitungseinheit 214 in Verbindung, um diese Funktionen auszuführen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das Betätigungselement 204 ein Knopf, ein Schalter, eine Wähleinrichtung usw. sein.
Das Navigationsteilsystem 206 ist dazu eingerichtet, die Navigationsfunktion des medizinischen Instrumentes 120 anzuzeigen. Beispiele für ein Navigationsteilsystem enthalten ein Leuchtdioden(LED)-Verfolgungssystem, ein optisches Verfolgungssystem, ein ultraschallgestütztes Verfolgungssystem, ein Trägheitsverfolgungssystem und ein akustisch gestütztes Verfolgungssystem. Das Navigationsteilsystem 206 enthält einen Sender 208 und eine Navigationsverarbeitungseinheit 210. Der Sender 208 ist zum Senden eines Signals eingerichtet, das von dem Trackingelement 120 empfangen wird. Die Navigationsverarbeitungseinheit 210 ist zum Verfolgen der Ausrichtung, der Position und der Bewegung des medizinischen Instrumentes 120 eingerichtet. Die Navigationsverarbeitungseinheit 210 steht mit dem Sender 208 und dem Trackingelement 118 in Verbindung, um die Ausrichtung, die Position und die Bewegung des medizinischen Instrumentes 120 zu verfolgen. Zwischen dem Navigationsteilsystem 206 und dem Steuerungsteilsystem 212 wird ein Befehlsprotokoll eingerichtet. Das Befehlsprotokoll kann ein Übertragungssteuerungsprotokoll mit Transmission Controll-Protokoll/Internetprotokoll (TCP/IP), ein ICQ(„I seek you”)-Protokoll, ein Internet Relay Chat (IRC), ein File Transfer-Protokoll (FTP) usw. sein.
Das Steuerungsteilsystem 212 enthält eine Steuerungsverarbeitungseinheit 214. Die Steuerungsverarbeitungseinheit 214 ist dazu eingerichtet, die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes 120 mit der Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 zusammenhängt, in eine Wechselbeziehung zu setzen. Das Steuerungsteilsystem 212 ist dazu eingerichtet, das medizinische Bildgebungsgerät 202 zur Durchführung der Funktion anzuweisen, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 zusammenhängt. Das Steuerungsteilsystem 212 steuert das medizinische Bildgebungsgerät 202 in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung, die von der Steuerungsverarbeitungseinheit 214 hergestellt worden ist. Das Steuerungsteilsystem 212 kommuniziert mit dem Navigationsteilsystem 206, um die oben beschriebenen Funktionen auszuführen.
Das System zur Steuerung des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 enthält weiterhin eine Anzeigeeinheit 216. Die Anzeigeeinheit 216 steht mit dem medizinischen Bildgebungsgerät 202 und dem Navigationsteilsystem 206 in Verbindung, um das von dem medizinischen Bildgebungsgerät 202 gewonnene Bild anzuzeigen.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dem Schritt 302 wird ein medizinisches Instrument verfolgt. Das medizinische Instrument enthält ein Trackingelement, das in oder an der Spitze des medizinischen Instrumentes angeordnet ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das medizinische Instrument mehr als ein Trackingelement enthalten. Die Trackingelemente senden ein oder mehrere Signale an einen Sender bzw. eine Übertragungseinrichtung. Der Sender empfängt das Signal und verfolgt das medizinische Instrument.
Bei 304 wird die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes in eine Wechselbeziehung gesetzt. Das medizinische Instrument weist ein Betätigungselement auf. Das Betätigungselement schaltet das medizinische Instrument wahlweise zwischen einer Navigationsfunktion und einer Steuerung einer Funktion um, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes zusammenhängt. Die Navigationsfunktion und die Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes zusammenhängt, sind in Verbindung mit 2 beschrieben worden.
Bei 306 wird das medizinische Bildgebungsgerät gesteuert. Die Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes zusammenhängt, wird in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung der Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Gerätes mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes gesteuert. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Bewegungsfunktion des Bildgebungsgerätes gesteuert. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Bildgebungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgerätes gesteuert.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das medizinische Bildgebungsgerät ein C-Bogen-Fluoroskopiesystem sein, das eine Quelle und einen Detektor enthält. Das medizinische Instrument kann ein orthopädischer Bohrer sein. Das Betätigungselement kann ein Druckknopf sein, der auf dem orthopädischen Bohrer angeordnet ist. Der Druckknopf steuert die Bewegungsfunktion des C-Bogen-Fluoroskopiesystems. Wenn der Druckknopf zweimal schnell gedrückt wird, wird z. B. ein Signal zur Steuerung der Bewegung des C-Bogen-Fluoroskopiesystems ausgesandt. Wenn der Druckknopf kontinuierlich gedrückt wird, arbeitet der orthopädische Bohrer weiterhin z. B. als ein Joystick zur Lenkung der Bewegung des C-Bogen-Fluoroskopiesystems. Die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des orthopädischen Bohrers steuern die Bewegung des C-Bogen-Fluoroskopiesystems. Wenn der orthopädische Bohrer um den Raum des orthopädischen Bohrers herum gedreht wird, wird z. B. ein Signal ausgesandt, das das C-Bogen-Fluoroskopiesystem anweist, der Richtung oder Orientierung des orthopädischen Bohrers zu folgen. Wenn der Druckknopf wieder gedrückt oder losgelassen wird, wird weiterhin ein Signal ausgesandt, um das C-Bogen-Fluoroskopiesystem zum Beenden der Bewegungsfunktion anzuweisen.
4A und 4B sind Flussdiagramme, die ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Bei 402 wird das medizinische Instrument durch wenigstens ein Trackingelement verfolgt, das in oder an der Spitze des medizinischen Instrumentes angeordnet ist. Bei 404 wird eine Auswahl zwischen der Bedienung bzw. dem Einsatz des medizinischen Instrumentes und der Anzeige der Ausrichtung, der Position und/oder der Bewegung des medizinischen Instrumentes im Bezug zu einem von dem medizinischen Bildgebungsgerät gewonnenen Bild vorgenommen. Die Bedienung des medizinischen Instrumentes bezieht sich auf einen Operationsvorgang, der mit dem medizinischen Instrument an dem Patienten durchgeführt wird. Beispiele für Operationsvorgänge enthalten Bohren, Schneiden, Explorieren von Kavitäten, Stanzen und so weiter. Die Auswahl wird durch ein Betätigungselement vorgenommen. Das medizinische Bildgebunsgerät ist z. B. ein C-Bogen-Fluoroskopiesystem, das medizinische Instrument z. B. ein orthopädischer Bohrer und das Betätigungselement z. B. ein Druckknopf. Wenn der untersuchende Arzt den Druckknopf zweimal schnell drückt, wird ein Signal ausgesandt. Das Signal zeigt an, dass der orthopädische Bohrer als ein Joystick arbeitet, um die Bewegung des C-Bogen Fluoroskopiesystems zu steuern. Eine geeignete Bewegung des fluoroskopischen C-Bogens führt zu der richtigen Anordnung des C-Bogens. Die richtige Positionierung des C-Bogens hilft bei der Anzeige der Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des orthopädischen Bohrers bezogen auf das Bild, das von dem C-Bogen-Fluoroskopiesystem gewonnen wird. Wenn der untersuchende Arzt den Knopf einmal drückt, wird ein anderes Signal ausgesandt, das anzeigt, dass der orthopädische Bohrer nicht als ein Joystick arbeitet, sondern als ein Werkzeug betrieben wird, um den Operationsvorgang durchzuführen.
Bei 406 wird eine Überprüfung durchgeführt, ob die Bedienung des medizinischen Instrumentes ausgewählt worden ist. Wenn die Bedienung des medizinischen Instrumentes ausgewählt worden ist, wird die Bedienung des medizinischen Instrumentes bei 408 durchgeführt, um die Operation durchzuführen. Wenn die Bedienung des medizinischen Instrumentes nicht gewählt worden ist, wird bei 410 die Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes bezogen auf das von dem medizinischen Bildgebungsgerät gewonnene Bild ausgewählt. Bei 412 wird die Bewegung des medizinischen Bildgebungsgerätes gesteuert. In einer Ausführungsform ist das medizinische Bildgebungsgerät ein C-Bogen-Fluoroskopiesystem, das medizinische Instrument ein orthopädischer Bohrer und das Betätigungselement ein Druckknopf. Wenn der orthopädische Bohrer um den Raum des orthopädischen Bohrers herum gedreht wird, wird z. B. ein Signal ausgesandt, das das C-Bogen-Fluoroskopiesystem anweist, der Richtung oder Orientierung des orthopädischen Bohrers zu folgen. Wenn der orthopädische Bohrer mit einer Spitze in eine Richtung ausgerichtet ist, wird in einem anderen Beispiel ein Signal ausgesandt, das das C-Bogen-Fluoroskopiesystem anweist, die Orbitalrotation des C-Bogens in die Richtung vorzunehmen, in der der orthopädische Bohrer mit der Spitze ausgerichtet ist.
Bei 414 wird die Bildgebung des medizinischen Bildgebungsgerätes gesteuert. Nachdem das medizinische Bildgebungsgerät an eine geeignete Position bewegt worden ist, um die Anatomie des Patienten zu untersuchen und den operativen Eingriff durchzuführen, akquiriert das medizinische Bildgebungsgerät das Bild des Patienten.
Bei 416 wird die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes in Bezug auf das von dem medizinischen Bildgebungsgerät gewonnene Bild angezeigt. In einer Ausführungsform ist das medizinische Bildgebungsgerät ein C-Bogen-Fluoroskopiesystem, und das medizinische Instrument ist ein orthopädischer Bohrer. Das von dem fluoroskopischen C-Bogen gewonnene Bild zeigt die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des orthopädischen Bohrers bezogen auf die Anatomie des Patienten an. Durch Betrachtung des Bildes ist der untersuchende Arzt zur Bestimmung der genauen Lage des orthopädischen Bohrers an dem Patienten und zur Fortsetzung des Operationsverfahrens in der Lage.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen ein medizinisches Bildgebungssystem, das den untersuchenden Arzt in die Lage versetzt, die Positionierung eines C-Bogens von innerhalb der sterilen Umgebung aus ohne Verwendung zusätzlicher Hardware bzw. Ausrüstung zu steuern. Weiterhin schaffen die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein medizinisches Bildgebungssystem, das die Verfolgung von medizinischen Instrumenten und anschließend die Steuerung des Betriebs der medizinischen Bildgebungsgeräte an Hand der Ausrichtung, der Position und/oder der Bewegung der medizinischen Instrumente ermöglicht.
Ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes 202 werden geschaffen. Das System enthält ein medizinisches Bildgebungsgerät 202. Das System enthält weiterhin ein medizinisches Instrument 120. Außerdem enthält das System ein Navigationsteilsystem 206, das zum Verfolgen des medizinischen Instrumentes 120 eingerichtet ist. Weiterhin enthält das System ein Steuerungsteilsystem 212, das mit dem Navigationsteilsystem 206 kommuniziert. Das Steuerungsteilsystem 212 ist dazu eingerichtet, die Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes 120 mit einer Funktion des medizinischen Bildgebungsgerätes 202 in Wechselbeziehung zu setzen. Das Steuerungsteilsystem 212 ist weiterhin dazu eingerichtet, das medizinische Bildgebungsgerät 202 in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung zur Durchführung der Funktion anzuweisen, die mit dem medizinischen Bildgebungsgerät 202 zusammenhängt.
Während die Erfindung unter Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, wird von Fachleuten erkannt, dass vielfältige Änderungen vorgenommen und Äquivalente eingesetzt werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Weiterhin können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem Bereich abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die einzelnen offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließt, die in den Bereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Bezugszeichenliste

100: C-Bogen-Fluoroskopiesystem
102: C-Bogen
104: Trägerelement
106: Trägerarm
108: Mit Rädern ausgestattetes Grundelement
110: Röntgenquelle
112: Bildempfänger
114: Trackingelement
116: Tisch
118: Trackingelement
120: Medizinisches Instrument
202: Medizinisches Bildgebungsgerät
204: Betätigungselement
206: Navigationsteilsystem
208: Sender
210: Navigationsverarbeitungseinheit
212: Steuerungsteilsystem
214: Steuerungsverarbeitungseinheit
216: Anzeigeeinheit
302: Ein Medizinisches Instrument wird verfolgt.
304: Die Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes werden mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes in Wechselbeziehung gesetzt.
306: Das medizinisches Bildgebungsgerät wird gesteuert.
402: Das medizinische Instrument wird durch wenigstens ein Trackingelement verfolgt, das in oder an der Spitze des medizinischen Instrumentes angeordnet ist.
404: Eine Auswahl wird zwischen der Bedienung des medizinischen Instrumentes und der Anzeige der Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes bezogen auf ein von dem medizinischen Bildgebungsgerät gewonnenes Bild vorgenommen.
406: Eine Überprüfung wird durchgeführt, ob die Bedienung des medizinischen Instrumentes ausgewählt worden ist.
408: Der Bedienung des medizinischen Instrumentes wird vorgenommen, um das Operationsverfahren durchzuführen.
410: Die Ausrichtung, Position und Bewegung des medizinischen Instrumentes bezogen auf das von dem medizinischen Bildgebungsgerät gewonnene Bild werden ausgewählt.
412: Die Bewegung des medizinischen Bildgebungsgerätes wird gesteuert.
414: Die Bildgebung des medizinischen Bildgebungsgerätes wird gesteuert. Nachdem das medizinische Bildgebungsgerät in eine geeignete Stellung zur Untersuchung der Anatomie des Patienten und zur Durchführung der Operation bewegt worden ist, akquiriert das medizinische Bildgebungsgerät das Bild des Patienten.
416: Die Ausrichtung, Position und/oder Bewegung des medizinischen Instrumentes bezogen auf das von dem medizinischen Bildgebungsgerät gewonnene Bild wird angezeigt.

Claims

System zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes (202), wobei das System enthält: ein medizinisches Bildgebungsgerät (202), ein medizinisches Instrument (120), das wenigstens ein Trackingelement (114) aufweist, wobei das medizinische Instrument (120) wahlweise zwischen einer Navigationsfunktion und einer Steuerung einer Funktion umschaltbar ist, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgeräts (202) zusammenhängt, ein Navigationsteilsystem, das (i) einen Sender (208), der zum Senden eines Signals eingerichtet ist, das von dem Trackingelement (114) empfangen wird, und (ii) eine Navigationsverarbeitungseinheit (210) in Kommunikation mit dem Sender (208) und dem wenigstens einen Trackingelement (114) zum Verfolgung der Ausrichtung, der Position und/oder der Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) aufweist, und ein Steuerungsteilsystem (212) in Kommunikation mit dem Navigationsteilsystem (206), wobei das Steuerungsteilsystem (212) eine Steuerungsverarbeitungseinheit (214) aufweist, die dazu betreibbar ist, die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) mit der Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) zusammenhängt, in Wechselbeziehung zu setzen, wobei das Steuerungsteilsystem (212) auch dazu betreibbar ist, das medizinische Bildgebungsgerät (202) in Abhängigkeit von der Ausrichtung, der Position und/oder der Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) zur Durchführung der Funktion anzuweisen, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) zusammenhängt.
System nach Anspruch 1, bei dem die Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) zusammenhängt, eine Bewegungsfunktion und/oder eine Bildgebungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) enthält.
System nach Anspruch 1, das weiterhin eine Anzeigeeinheit (216) in Kommunikation mit dem medizinischen Bildgebungsgerät (202) und dem Navigationsteilsystem (206) enthält, wobei das Navigationsteilsystem (206) dazu eingerichtet ist, die Navigationsfunktion des medizinischen Instrumentes (120) anzuzeigen, wobei die Navigationsfunktion die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) bezogen auf das von dem medizinischen Bildgebungsgerät (202) gewonnene Bild enthält.
System nach Anspruch 3, bei dem das medizinische Instrument (120) weiterhin ein Betätigungselement (204) enthält, das sich mit der Navigationsverarbeitungseinheit und/oder der Steuerungsverarbeitungseinheit (214) in Kommunikation befindet, wobei das Betätigungselement (204) dazu eingerichtet ist, das medizinische Instrument (120) wahlweise zwischen der Navigationsfunktion und der Steuerung der Funktion, die mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) zusammenhängt, zu schalten.
System nach Anspruch 4, bei dem das Betätigungselement (204) einen Knopf, einen Schalter und/oder eine Wähleinrichtung aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem das medizinische Bildgebungsgerät (202) ein fluoroskopischer C-Bogen (102) ist, der eine Quelle (110) und einen Detektor (112) aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem das medizinische Instrument (120) ein von Hand gehaltenes medizinisches Instrument (120) ist, das eine Sonde, einen chirurgischen Bohrer, ein Schneidwerkzeug und/oder einen Spatel aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem das Navigationsteilsystem (206) ein Ultraschall-, ein Trägheits-, ein optisches oder ein elektromagnetisches Navigationsteilsystem (206) ist.
Verfahren zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes (202), wobei das Verfahren enthält: Verfolgen (302) eines medizinischen Instrumentes (120), Verwenden einer Verarbeitungseinheit um die Ausrichtung, die Position und/oder die Bewegung des medizinischen Instrumentes (120) mit dem Betrieb des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) in Wechselbeziehung zu setzen, und Steuern (306) des medizinischen Bildgebungsgerätes (202) in Abhängigkeit von der Wechselbeziehung, wobei das Steuern (306) das Betreiben des medizinischen Instruments als einen Joystick aufweist, um eine Bewegung des medizinischen Bildgebungsgeräts zu lenken.
System zur Steuerung eines medizinischen Bildgebungsgerätes (202), wobei das System enthält: ein medizinisches Bildgebungsgerät (202), ein medizinisches Instrument (120), ein Navigationsteilsystem (206), das zum Verfolgen des medizinischen Instrumentes (120) für eine Navigationsfunktion eingerichtet ist, und ein Steuerungsteilsystem (212) in Kommunikation mit dem Navigationsteilsystem (206), wobei das Steuerungsteilsystem (212) dazu betreibbar ist, die wenigstens eine Bewegungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgeräts (202) und wenigstens eine Bildgebungsfunktion des medizinischen Bildgebungsgeräts (202) durch das medizinische Instrument (120) zu steuern.