DE102006048451A1

DE102006048451A1 - Object e.g. implant, virtual adjustment method for e.g. leg, of patient, involves automatically adjusting object relative to body part in smooth manner for long time, until tolerance dimension achieves desired threshold value

Info

Publication number: DE102006048451A1
Application number: DE102006048451A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Barth; Gerd Dr. Wessels
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2008-04-17

Abstract

The method involves determining characteristic parameters of an object e.g. implant, and automatically, approximately adjusting the object to a body part e.g. leg (8) of a patient (6), by using the characteristic parameters. A tolerance dimension is determined for adjustment between the body part and the object. The object is automatically adjusted relative to the body part in a smooth manner for a long time by using a spatial section of the body part, until the tolerance dimension achieves a desired threshold value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur virtuellen Anpassung eines Objekts an ein Körperteil eines Patienten.The The invention relates to a method for virtual adaptation of a Object to a body part a patient.

In der Chirurgie, vor allem auch der orthopädischen Chirurgie, hat ein Arzt beispielsweise die Aufgabe, ein Implantat oder eine Prothese bei einem Patienten einzusetzen. Bei einer Prothese handelt es sich um einen Ersatz bzw. eine Ergänzung für ein Körperteil eines Patienten, bei einem Implantat um ein eher abstraktes Bauteil, z.B. eine Platte, Schraube oder ähnliches. Bei traumatischen Verletzungen ist es außerdem oft notwendig, fragmentierte Körperteile, z.B. Knochenstrukturen, zu rekonstruieren bzw. reponieren und anschließend u.U. mit den oben genannten Implantaten oder Prothesen zu verbinden bzw. zu stabilisieren.In Surgery, especially orthopedic surgery, has one Doctor, for example, the task of an implant or a prosthesis to use in a patient. A prosthesis is to a replacement or a supplement for a body part of a patient, in the case of an implant, to a rather abstract component, e.g. a plate, screw or similar. In addition, traumatic injuries often require fragmented ones Body Parts, e.g. Bone structures, to reconstruct or reposition and then u.U. with the above-mentioned implants or prostheses to connect or to stabilize.

Vor der eigentlichen Behandlung des Patienten obliegt es dem Arzt, vorab geeignete Implantate oder Prothesen auszuwählen bzw. anzupassen oder bei der Repositionierung bzw. Reponierung von Körperteilen des Patienten eine geeignete Reihenfolge der Behandlungsschritte zu planen. Daher werden Techniken benötigt und verwendet, die z.B. aus dem „Computer Aided Design" (CAD) abgeleitet sind, um möglichst passgenau die Einsetzung von Prothesen oder Implantaten zu planen bzw. für den Einsatz auszuwählen.In front The actual treatment of the patient is up to the doctor in advance to select or adapt suitable implants or prostheses the repositioning or repositioning of body parts of the patient to plan appropriate sequence of treatment steps. Therefore, techniques become needed and used, e.g. derived from the "Computer Aided Design" (CAD) are as possible fit the exact placement of prostheses or implants or for to select the insert.

In der ganz überwiegenden Anzahl der Fälle stellen konventionelle, auch noch filmbasierte Röntgenaufnahmen sowie Blaupausen von Implantaten/Prothesen, so genannte Schablonen, die Basis einer chirurgischen Planung dar. Quasi mit Bleistift und Zentimetermaß wird händisch konstruiert bzw. angepasst, um eine optimale Passform zu finden. Einen Fortschritt stellen bereits Systeme dar, bei denen das Röntgenbild und/oder die Maßzeichnung des Implantats/der Prothese bereits digital vorliegen. Dieser Fall beschränkt sich jedoch ganz überwiegend auf zweidimensionale Darstellungen.In the most prevalent Number of cases conventional, even film-based x-rays and blueprints of implants / prostheses, called templates, the basis of a surgical planning. Quasi with pencil and centimeter measure is constructed by hand or adjusted to find the perfect fit. An advance already represent systems in which the X-ray image and / or the dimensional drawing already present digitally of the implant / prosthesis. This case limited but mostly on two-dimensional representations.

Nahezu ausschließlich liegen die Geometrien der Implantate/Prothesen nur in 2D-Koordinaten vor. Die medizinische Bildgebung, z.B. auf Basis der Computertomographie oder der 3D-C-Bogentechnik erfolgt jedoch zunehmend in 3D. Dafür gibt es neuere Ansätze, die Konzepte beschreiben, die auch die Planung im Dreidimensionalen unterstützen. Bei diesen Ansätzen ist jedoch festzustellen, dass sie sehr stark im zweidimensionalen Vorgehen verhaftet sind und dass sie keinen automatisierten Ansatz verfolgen, erst recht nicht für die Repositionierung.Nearly exclusively the geometries of the implants / prostheses are only available in 2D coordinates. Medical imaging, e.g. based on computed tomography or the 3D-C-arc technique is increasingly in 3D. Therefore there is newer approaches, Describe the concepts that are also planning in three-dimensional support. With these approaches However, it should be noted that they are very strong in the two-dimensional Are arrested and that they do not use an automated approach pursue, certainly not for the repositioning.

Beispielsweise ist in der US 5,769,092 offenbart, wie man computergestützt Knochenzement entfernen kann, um eine alte Prothese durch eine neue zu ersetzen. Es sind hier jedoch nur Standarddarstellungen parallel bzw. orthogonal zum DICOM-Koordinatensystem beschrieben, und das Verfahren ist rein interaktiv, d.h. es erfolgt keine automatische, auf Mustererkennung basierende Anpassung z.B. eines Implantats im Knochen.For example, in the US 5,769,092 discloses how to remove computer-aided bone cement to replace an old prosthesis with a new one. However, only standard representations are described here parallel or orthogonal to the DICOM coordinate system, and the method is purely interactive, ie there is no automatic pattern recognition based adaptation, for example, of an implant in the bone.

Ähnliches ist aus der DE 43 41 367 C1 bekannt, gemäß der ebenfalls die interaktive Anpassung unterstützt wird.Similar is from the DE 43 41 367 C1 according to which the interactive adaptation is also supported.

„ K. Verstreken et al: An Image-Guided Planning System for Endosseous Oral Implants, IEEE Tran. Med. Im. Vo1.17, No.5, Oct. 1998 " befasst sich mit Verbesserungen der 2D-Planung durch 3D-Information. Der nutzbare Schwerpunkt ist hier jedoch die automatische 3D-Kontur- und Oberflächenermittlung (Segmentierung), die letztlich wieder nur in der im Grunde 2D-orientierten, interaktiven Planung verwendet wird, an die sich 3D-Visualisierung und -Kontrolle anschließen." K. Verstreken et al: An Image-Guided Planning System for Endosseous Oral Implants, IEEE Tran. Med. Im. Vo1.17, No.5, Oct. 1998 "is concerned with improvements in 2D planning through 3D information, but the usable focus here is on automatic 3D contour and surface determination (segmentation), which is ultimately only used in basically 2D-oriented, interactive planning which connect to 3D visualization and control.

Die EP 0 093 869 A1 beschreibt relativ oberflächlich, wie mit einem ausschließlich schichtorientierten Verfahren individuelle Prothesen und Implantate angefertigt werden können.The EP 0 093 869 A1 describes relatively superficially how individual prostheses and implants can be made with an exclusively layer-oriented procedure.

Dazu wird vorgeschlagen, ohne die technische Realisierung näher zu beschreiben, eben die Schichten zu verbinden. Dies ist aus heutiger Sicht trivial und ist auf ein Vorgehen parallel zum Tischvorschub des Computertomographen beschränkt. Es wird nicht beschrieben, wie man in freier Orientierung 3D-Objektanpassung mit hoher Auflösung durchführen kann und es wird erst recht nicht angedacht, wie man das automatisch durchführen kann bzw. wie man das durch sich ergänzende, frei im Raum orientierte Simultandarstellungen unterstützen kann.To is proposed without describing the technical realization in more detail, just to join the layers. This is trivial from today's perspective and is on a procedure parallel to the table feed of the computer tomograph limited. It does not describe how to 3D-object customization in free orientation with high resolution carry out can and it is certainly not considered how to do it automatically carry out can or how to do that by complementary, freely oriented in space Support simultaneous presentations can.

Die WO 98/14128 beschreibt ebenfalls ein Verfahren auf dem Gebiet der computergestützten Prothesenplanung. Es ist erneut ein überwiegend zweidimensionaler Ansatz: Es liegen zwar (3D-)CT-Eingangsdaten vor, die Anpassung erfolgt jedoch in zweidimensionalen Schnitten (cross sections). Es wird nichts darüber gesagt, wie man eine Positionierung im isotropen 3D-Raum automatisiert durchführen kann.The WO 98/14128 also describes a method in the field of computer-aided prosthetic planning. Again, it is a predominantly two-dimensional approach: Although there are (3-D) CT input data, the adaptation is done in two-dimensional sections (cross sections). Nothing is said about how to automate positioning in isotropic 3D space.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes virtuelles Verfahren vorzuschlagen, das eine verbesserte Anpassung von Implantaten oder Prothesen bzw. eine Reponierung von Körperteilen des Patienten virtuell in mehr als zwei Dimensionen erlaubt.task The present invention is an improved virtual method to propose an improved adaptation of implants or Prostheses or a repositioning of body parts of the patient virtually allowed in more than two dimensions.

Die Erfindung benutzt die Erkenntnis, dass eine virtuelle Planung durch den Arzt umso vollständiger und genauer auch in drei Dimensionen erfolgen kann, je mehr 3D-Information über Patient oder Implantat bzw. Prothese verfügbar ist. Da das Verfahren virtuell arbeitet, ist es vom realen Patienten bzw. der realen Behandlung vollständig gelöst. Die Anpassung ist abhängig von den Möglichkeiten der zur Verfügung stehenden Ausgangsbilddaten von Patient bzw. Implantat oder Prothese und den Beschreibungsdaten für Implantate bzw. Prothesen, die hierbei in der Regel „CAD"-ähnlich vorliegen.The invention makes use of the knowledge that a virtual planning by the doctor can be all the more complete and accurate also in three dimensions, the more 3D information about the patient or the impact lantat or prosthesis is available. Since the procedure works virtually, it is completely solved by the real patient or the real treatment. The adaptation is dependent on the possibilities of the available output image data of the patient or implant or prosthesis and the description data for implants or prostheses, which as a rule are "CAD" -like.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein rein virtuelles Verfahren, d.h. ohne jegliche Auswirkung auf den Patienten, welches also rein der theoretischen bzw. hypothetischen Anpassung des Objekts an das Körperteil des Patienten entspricht. Sämtliche verwendeten medizinischen Begriffe wie Körperteil, Reponierung etc. sind also rein virtuell und nicht als real zu einem medizinischen Vorgehen gehörig zu verstehen.The Task is solved by a method according to claim 1. In the method according to the invention it is a purely virtual process, i. without any Effect on the patient, which is therefore purely theoretical or hypothetical adaptation of the object to the body part corresponds to the patient. All used medical terms like body part, repositioning etc. are therefore purely virtual and not as real to a medical one Procedure belongs to understand.

Erfindungsgemäß wird als Grundlage der Implantat- oder Prothesenplanung nicht mehr nur ein einzelnes Bild herangezogen, sondern es wird eine räumliche Ansicht des Körperteils an einen Bildschirm dargestellt. Bereits hierdurch erhält der Bediener des Verfahrens, z.B. der planende Arzt, deutlich mehr Informationen über das Körperteil als bisher. Da außerdem ein digitales Abbild des Objekts am Bildschirm dargestellt wird, hat der Arzt virtuell beide aneinander anzupassenden Teile, nämlich das Objekt und das Körperteil, am Bildschirm dargestellt und kann virtuell die Anpassung durchführen.According to the invention as Basis of implant or prosthesis planning no longer just a single one Image, but it becomes a spatial view of the body part displayed on a screen. This already gives the operator of the method, e.g. the planning doctor, much more information about that body part as before. There as well a digital image of the object is displayed on the screen, The doctor has virtually both parts to be adapted to each other, namely the Object and the body part, displayed on the screen and can virtually perform the adjustment.

Die eine oder mehrere ermittelte charakteristische Größe des Objekts ist z.B. eine charakteristische Achse, Länge, Krümmung, Durchmesser oder jedes sonstige geeignete Maß bzw. Eigenschaft des Objekts, welche zur Anpassung an das Körperteil hilfreich ist. Vom Bediener des Verfahrens wird sodann weiterhin ein Bereich des Körperteils ausgewählt, an welchem das Objekt angepasst werden soll. Hierdurch wird die Position des Objekts am Körperteil mit anderen Worten grob bezeichnet bzw. vorgegeben, um eine Ausgangssituation für die genaue Anpassung des Objekts zu schaffen.The one or more determined characteristic size of the object is e.g. a characteristic axis, length, curvature, diameter or any other suitable measure or Property of the object, which is adapted to the body part helpful. The operator of the process then continues an area of the body part selected, to which the object is to be adapted. This will be the Position of the object on the body part in other words roughly designated or given to a starting situation for the to create exact adaptation of the object.

Anschließend wird das Objekt unter Nutzung der charakteristischen Größe am Körperteil automatisch grob justiert. So kann z.B. eine Schraube als Objekt an einem länglichen Röhrenknochen derart grob justiert werden, indem die Mittellängsachse des Röhrenknochens als Körperteil mit der Mittellängsachse der Schraube in Deckung gebracht wird, und zwar in dem axialen Bereich es Körperteils, der vorab ausgewählt wurde, z.B. in der Mitte des Knochens. Die Mittellängsachse wird dabei z.B. jeweils als eine der Hauptträgheitsachsen, in diesem Fall die mit dem minimalen Trägheitsmoment, bestimmt.Subsequently, will the object using the characteristic size on the body part automatically adjusted roughly. Thus, e.g. a screw as an object on an oblong bones be roughly adjusted by the central longitudinal axis of the long bone as a body part with the central longitudinal axis the screw is brought into coincidence, in the axial region it body part, the pre-selected was, e.g. in the middle of the bone. The central longitudinal axis is e.g. each as one of the main axes of inertia, in this case those with the minimum moment of inertia, certainly.

Fortan wird ein Passmaß für die Güte der Anpassung zwischen Körperteil und Objekt ermittelt. Dies kann auf verschiedenste Arten erfolgen, z.B. durch Oberflächenmatching, quadratische Abstandsmaße zwischen Objekt und Körperteil oder sonstige geeignete objektive Passmaße, welche die Anpassung z.B. in Zahlen widerspiegeln. Unter Nutzung der räumlichen Ansicht bzw. Darstellung des Körperteils wird sodann das Objekt automatisch solange relativ zum Körperteil fein justiert, bis das Passmaß einen gewünschten Schwellwert erreicht. Erfindungsgemäß findet also eine iterative Verschiebung des Objekts bzw. Körperteils und ständige Neuberechnung des Passmaßes statt, wobei die Verschiebung solange durchgeführt wird, bis das Passmaß eine gewünschte Anpassung widerspiegelt, also einen gewünschten Schwellwert erreicht hat. In der Regel wird das Verfahren so lange durchgeführt werden, bis das Passmaß minimiert ist.henceforth becomes a fit for the quality of the adjustment between body part and object determined. This can be done in a variety of ways, e.g. through surface matching, square distance dimensions between object and body part or any other suitable objective fit, which may include fitting e.g. reflected in numbers. Using the spatial view or presentation of the body part becomes then the object automatically as long as relative to the body part finely adjusted until the fit is a desired Threshold reached. According to the invention thus finds an iterative Displacement of the object or body part and constant Recalculation of the passport measure instead, the displacement being performed until the fit is a desired match reflects, so a desired Threshold has reached. In general, the procedure will take so long carried out until the fit is minimized is.

Die Anpassung des Objekts wird durch korrespondierende Ansichten des Objekts bzw. des Körperteils und eine entsprechende Berechnung der Güte der Anpassung, also des Passmaßes, automatisch durchgeführt.The The object is adjusted by corresponding views of the object Object or body part and a corresponding calculation of the quality of the adjustment, ie the Pass measure, automatically performed.

Für die Ansicht des Körperteils kann die räumliche Ansicht insbesondere aus einem 3D-Bilddatensatz des Körperteils erzeugt werden. 3D-Bilddatensätze des Körperteils liegen in der Regel heute bei einer entsprechenden Planungssituation vor, da der Patient in der Regel bereits mit einem 3D-bildgebenden Verfahren untersucht wurde.For the view of the body part can the spatial View, in particular, of a 3D image data set of the body part be generated. 3D image data sets of the body part usually lie today in a corresponding planning situation before, as the patient usually already with a 3D imaging Procedure was examined.

Das Körperteil kann im 3D-Bilddatensatz segmentiert werden. Die erste Verarbeitungsstufe ist dann z.B. eine Segmentierung von Knochenfragmenten als Körperteil bzw. Objekt, die es bei einem späteren Eingriff z.B. mit einem Implantat zusammenzufügen gilt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die virtuelle Planung somit vorab durchgeführt werden, was die spätere eigentliche Behandlungszeit deutlich reduziert und Probleme dabei minimiert. Die Segmentierung wird z.B. mit einem bekannten Verfahren, wie den Marching-Cubes durchgeführt.The body part can be segmented in the 3D image data set. The first processing stage is then e.g. a segmentation of bone fragments as a body part or object that it at a later Intervention e.g. to assemble with an implant. In the method according to the invention The virtual planning can thus be carried out in advance, what the later actual Treatment time significantly reduced and thereby minimized problems. The segmentation is e.g. with a known method, such as Marching cubes performed.

Alternativ oder zusätzlich zu tatsächlichen 3D-Bilddaten kann die räumliche Ansicht des Körperteils oder Objekts auch durch mindestens zwei verschiedene Ansichten des Körperteils oder Objekts am Bildschirm dargestellt werden. Im Falle von klassischen Röntgenbildern werden so mindestens zwei Aufnahmen verwendet. In diesem einfachsten Fall zeigen die beiden Aufnahmen Ansichten in verschiedenen Perspektiven, so dass damit neu eine räumliche Anpassung bzw. Einpassung des Objekts am Körperteil möglich wird. Ein Grenzfall von zwei Ansichten sind hierbei Stereoansichten. Bezüglich Messgenauigkeit bzw. Tiefenauflösung optimal sind hierbei orthogonale bzw. nahezu orthogonal aufeinander stehende Aufnahmen.alternative or additionally to actual 3D image data can the spatial View of the body part or object also by at least two different views of the body part or object on the screen. In the case of classic X-ray images So at least two shots are used. In this simplest Case, the two shots show views in different perspectives, so that new with it a spatial Adjustment or fitting of the object on the body part is possible. A borderline case of two views are stereo views. Regarding measurement accuracy or depth resolution optimal here are orthogonal or almost orthogonal to each other standing pictures.

Zunehmend werden heute bzw. in Zukunft komplette, nahezu isotrope Volumendatensätze z.B. auf Basis der Computertomographie (CT) verwendet. Insbesondere hieran orientiert sich das erfindungsgemäße Verfahren überwiegend. Ein derartiger, mit anderen Worten kompletter dreidimensionaler Datensatz bietet die Vorteile, dass man datentechnisch beliebig in den Bilddaten navigieren kann, und dass in jeder Position, also jeder Ansicht, die Körperstrukturen, wie z.B. Knochen, ohne Überlagerung mit voller Schärfe dargestellt werden. Die Skalierung ist hierbei überall eindeutig und zuverlässig, konstant über das ganze Volumen aus den DICOM-Beschreibungszusätzen des Datensatzes zu gewinnen.Increasingly For example, complete or near-isotropic volume data sets will be used today and in the future, e.g. on Based on computed tomography (CT). In particular, hereby the inventive method is predominantly oriented. Such, in other words complete three-dimensional Dataset offers the benefits of being data-technically arbitrary can navigate in the image data, and that in any position, so every view, the body structures, such as. Bones, without overlay with full sharpness being represented. The scaling is everywhere unique and reliable, constant over the whole volumes from the DICOM descriptors of the Record to win.

Aus dem Objekt und/oder dem Körperteil kann ein Gesamtobjekt bzw. erkranktes Organ reponiert werden. Das Implantat oder die Prothese kann dann an die Kontur dieses reponierten Gesamtobjekts angeschmiegt werden. Hierzu wird es entweder entsprechend hergestellt oder vor dem Anschmiegen an das Gesamtobjekt, also der Einbringung in den Patienten, entsprechend verformt, falls ein anpassbares Implantat bzw. Prothese vorliegt.Out the object and / or the body part can a total object or diseased organ be reduced. The implant or the prosthesis can then be attached to the contour of this reduced total object be nestled. For this purpose it is either produced accordingly or before clinging to the entire object, so the contribution in the patient, appropriately deformed, if an adaptable implant or prosthesis is present.

Wie bereits erwähnt, kann das Objekt insbesondere also ein Implantat oder eine Prothese sein. Das Körperteil kann aber auch fragmentiert sein, und als Objekt ein Fragment des Körperteils an das Körperteil selbst bzw. dessen Rest anzupassen sein. Das Körperteil ist dann z.B. zu reponieren oder zu rekonstruieren.As already mentioned, In particular, the object can therefore be an implant or a prosthesis be. The body part but can also be fragmented, and as an object a fragment of body part to the body part to adapt itself or its rest. The body part is then e.g. to reduce or to reconstruct.

Insbesondere wenn mehrere Frakturtrümmer vorhanden sind, kann die Reponierung eines entsprechenden Gesamtobjekts sehr schwierig sein. Es kann dann eine virtuelle Frakturumgebung bzw. ein Strukturrahmen für die Reponierung von Frakturtrümmer. geschaffen werden. Hierdurch wird die ansonsten schwierige Reponierung der Frakturtrümmer vereinfacht, da eine Art Vorlage geschaffen wird bzw. der Prozess stufenweise gegliedert wird, indem zuerst einfachere Fragmente korrekt zu einer zusammengesetzten Teilstruktur angeordnet werden, in die ein oder mehrere weitere Frakturtrümmer einfacher und zuverlässiger eingesetzt werden können. Das kann auch ein in dieser Art mehrfach gestufter Prozess sein.Especially if several fracture fragments may exist, the repositioning of a corresponding overall object be very difficult. It can then be a virtual fracture environment or a structural framework for the repositioning of fracture fragments. be created. This will be the otherwise difficult repositioning the fracture of the fracture simplified, as a kind of template is created or the process gradually is structured by first simpler fragments correctly to a be arranged in a composite substructure, in the one or several more fracture fragments easier and more reliable can be used. This can also be a multi-tiered process in this way.

Ist das Fragment des Körperteils insbesondere zu reponieren, also am restlichen Körperteil anzupassen, so kann ein Muster des Körperteils erzeugt werden. Dieses Muster wird organspezifisch in der Regel als 3D-Muster ermittelt. Das Muster gibt somit vor, wie die Gesamtgestalt des reponierten Organs aussehen soll. Dem Bediener des Verfahrens steht somit eine Vorlage für die Reponierung zur Verfügung, so dass das Körperteil anhand des Musters z.B. grob justiert werden kann.is the fragment of the body part in particular to reduce, so adapt to the rest of the body part, so can a pattern of the body part be generated. This pattern is organ specific in general determined as a 3D pattern. The pattern thus provides, like the overall shape of the reduced organ should look like. The operator of the process stands thus a template for the repositioning available, so that the body part from the pattern e.g. can be roughly adjusted.

Das Objekt kann auch bei existierendem zweiten Körperteil zunächst an diesem angepasst werden, also das virtuelle Verfahren am gesunden zweiten Körperteil durchgeführt werden, um anschließend das Objekt virtuell mit gleicher Anpassung am ersten, also teilzerstörten bzw. zu behandelnden Körperteil anzulegen und anschließend die Fragmente des ersten Körperteils am restlichen Körperteil bzw. dem Implantat bzw. der Prothese endgültig zu reponieren. Mit anderen Worten wird hierbei die Anpassung eines Implantats bzw. einer Implantatkontaktfläche an einer (gesunden) Seite vorgeschlagen, so dass die weiteren Fragmente sowohl an die bestehenden gesunden Teile als auch den Implantatverlauf angeschmiegt werden.The Object can also start with an existing second part of the body adapted to this, so the virtual procedure at the healthy second body part carried out to be followed the object virtually with the same adaptation to the first, ie partially destroyed or to be treated body part create and then the fragments of the first body part on the remaining part of the body or to permanently reposition the implant or the prosthesis. With others Words here is the adaptation of an implant or an implant contact surface on a (healthy) side suggested so that the other fragments both to the existing healthy parts as well as the implant course be nestled.

Alternativ oder zusätzlich kann das Muster oder ein Teil dessen als Körperteil aus einer Musterdatenbank entnommen werden. Dies ist vor allem bei einer Extrapolation, wie auch bei ganz komplizierten Fällen mit beidseitigen Traumata hilfreich. Besonders hilfreich ist hierbei die Benutzung einer Normdatenbank mit 3D-Organen.alternative or additionally can the pattern or part of it as a body part from a sample database be removed. This is especially when extrapolating how even in very complicated cases helpful with bilateral traumas. Especially helpful here the use of a standard database with 3D organs.

Bei jeglicher Verwendung von Mustern können diese durch Spiegelung, Skalierung, Inter- oder Extrapolation erstellt oder modifiziert werden. Existiert im Patienten ein dem ersten Körperteil ähnliches zweites Körperteil, so kann als Muster das zweite Körperteil verwendet werden. Bei symmetrischen Organen, z.B. der rechten oder linken Hälfte des Schädelknochens, Armen, Beinen oder dem Becken kann die Mustererzeugung durch Spiegelung auf Basis der jeweils gesunden Hälfte bzw. Seite erfolgen. Durch Spiegelung bzw. Rückgriff auf das Normorgan ist hierbei das Ziel definiert, wie zunächst die Repositionierung aussehen soll. Beispielsweise werden die Fragmente eines Bruchs zunächst dahingehend vorpositioniert, was wieder unter Nutzung der charakteristischen Größe am Körperteil automatisch erfolgt.at any use of patterns, these can be done by mirroring, Scaling, interpolation or extrapolation created or modified become. Does a second body part similar to the first body part exist in the patient, so may as a pattern the second body part be used. For symmetrical organs, e.g. the right or left half of the skull, Arms, legs or the pelvis can pattern creation by mirroring based on the respective healthy half or side. Reflection or recourse to the standard organ is hereby defines the goal as first the repositioning should look like. For example, the fragments become a break first prepositioned to what again using the characteristic Size on the body part automatically done.

Auch der Grenzfall einer Planungssituation mit klassischen Röntgenbildern kann mit dem vorliegenden Verfahren bearbeitet werden, in dem eben bei nur einer Ansicht eine konstante Tiefenkoordinate in der Bildebene angenommen wird und so ein Quasi-3D-Objekt erzeugt wird, mit der 3D-Prothesen-, Implantat oder sonstige Musterdaten verrechnet werden. Musterdaten sind hierbei z.B. Normvolumendaten aus einer Datenbank, die aus größeren Patientenkollektiven erstellt wurde. Deutlich besser stellt sich die Situation natürlich dar, wenn orthogonale Ansichten vorliegen oder Stereoansichten verfügbar sind. Bezüglich Messgenauigkeit bzw. Tiefenauflösung sind orthogo nale bzw. nahezu orthogonal aufeinander stehenden Aufnahmen vorzuziehen. Bei orthogonalen Ansichten ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass die automatische Berechnung des Passmaßes in den korrespondierenden Ansichten durchgeführt wird. Vor allem in gegeneinander orthogonalen Ansichten können so die iterativen Teilberechnungen zur Optimierung des Passmaßes für die geforderten Translationen und Rotationen zur jeweiligen Anpassung jeweils nur in eingeschränkten Dimensionen und damit deutlich schneller durchgeführt werden.The borderline case of a planning situation with classical X-ray images can also be processed with the present method, in which just one view assumes a constant depth coordinate in the image plane and thus a quasi-3D object is generated, with the 3D prosthesis implant or other sample data are charged. Sample data here are, for example, standard volume data from a database that was created from larger patient collectives. Of course, the situation is much better if there are orthogonal views or if stereo views are available. With regard to measurement accuracy or depth resolution orthogonal or almost orthogonal successive images are preferable. In the case of orthogonal views, there is additionally the advantage that the automatic calculation of the fitting dimension is carried out in the corresponding views. Especially in mutually orthogonal Views can thus be carried out only in limited dimensions and thus much faster the iterative part calculations to optimize the fit for the required translations and rotations for each adjustment.

Zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens ist es dem Bediener möglich, die entsprechenden Ansichten zu variieren oder zu verändern und damit eine Überprüfung im Dreidimensionalen durchzuführen und grundsätzlich eine Verbesserung der Visualisierung der Anpassung zu erzielen. Bei echten 3D-Darstellungen ist es hierbei erforderlich, dass über eine transparente Darstellung, über ein Clipping zum Betrachter hin oder über eine sonstige Technik des virtuellen Eintauchens die korrekte Anpassung bzw. Darstellung des Objekts durchgeführt werden kann.To At any stage of the procedure, the operator is able to do the vary or change views and thus a review in the Perform three-dimensional and in principle to achieve an improvement of the visualization of the adaptation. In true 3D representations, it is necessary to have a transparent Representation, about a clipping towards the viewer or another technique of the virtual immersion the correct adaptation or representation of the Object performed can be.

Bezüglich einer geeigneten Visualisierung also Bildschirmdarstellung während des Verfahrens kann das Abbild des Objekts als 2D-Bild bildschirmparallel angeordnet werden und die Anpassung durch räumliche Drehung und Verschiebung der Ansicht des Körperteils erfolgen.Regarding one appropriate visualization so screen presentation during the Method, the image of the object as a 2D image screen parallel be arranged and the adjustment by spatial rotation and displacement the view of the body part respectively.

Die Feinjustierung des Objekts kann nur anhand von mit der aktuellen Ansicht des Körperteils gekoppelten Freiheitsgraden durchgeführt werden. Während der Anpassung im erfindungsgemäßen Verfahren kann das Objekt alternierend um eine seiner charakteristischen Achsen gedreht werden. Dies schränkt ebenfalls die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade für den Bediener des Verfahrens ein, weshalb dieser klarer strukturiert durch das Verfahren geführt wird.The Fine adjustment of the object can only be based on using the current Body part coupled view Degrees of freedom performed become. While the adaptation in the process according to the invention The object can alternate around one of its characteristic axes to be turned around. This restricts also the available standing degrees of freedom for the operator of the process, which is why this structured more clearly guided through the process becomes.

Liegen die bildgebenden Daten, also z.B. Konturlinien, oder das Abbild selbst eines Objekts nur zweidimensional vor, e ventuell mit entsprechenden Ergänzungen, so können diese entweder lediglich als 3D-Daten interpretiert werden, oder auf Grund von Vorwissen zu 3D-Daten umgewandelt werden. Vorwissen ist z.B. als Abmessung die bekannte z-Dicke einer Platte, bei der lediglich die Form der xy-Ausdehnung vorgegeben ist, das Wissen über die Rotationssymmetrie eines Objekts, beispielsweise des Querschnitts einer Hüftprothese, oder ähnliches. Mit entsprechenden 3D-Daten des Objekts kann so eine räumliche Ansicht des Objekts am Bildschirm dargestellt werden.Lie the imaging data, e.g. Contour lines, or the image even of an object only two-dimensionally before, e ventuell with appropriate additions, so can These are either interpreted as 3D data only, or be converted to 3D data based on prior knowledge. foreknowledge is e.g. as a dimension, the known z-thickness of a plate, in the only the form of xy expansion is given, the knowledge of the Rotational symmetry of an object, such as the cross section a hip prosthesis, or similar. With corresponding 3D data of the object can be a spatial View of the object can be displayed on the screen.

Als Passmaß kann der 2D- oder 3D-Kreuzkorrelationskoeffizient von Körperteil und Objekt berechnet werden, wobei sowohl die Daten des Körperteils als auch die Daten des Objekts als Signale interpretiert werden [de.wikipedia.org/wiki/Korrelation, August 2006].When Passport size can the 2D or 3D cross-correlation coefficient of body part and object are calculated using both the data of the body part as well as the data of the object are interpreted as signals [de.wikipedia.org/wiki/Correlation, August 2006].

Zur Darstellung von Körperteil und Objekt am Bildschirm können 3D gerenderte Darstellungen angezeigt werden. Dies ergibt eine besonders plastische Darstellung von Körperteil und Objekt, insbesondere nach erfolgter Anpassung.to Representation of body part and object on screen can 3D rendered renderings are displayed. This makes a special plastic representation of body part and object, especially after adaptation.

Gemäß einem Messwertkriterium können aus dem jeweiligen 3D-Bilddatensatz ausgewählte Ansichten von Körperteil und Objekt am Bildschirm angezeigt werden, z.B. durch Beschränkung auf einen bestimmten Bereich der Hounsfield-Skala kann ausschließlich die Darstellung von Knochen erfolgen, alternativ oder kombiniert mit Knochen durch eine zweite Hounsfield-Bereichswahl die Darstellung eines Implantats.According to one Measurement criterion can be off the respective 3D image data set selected views of body part and object displayed on the screen, e.g. by restriction A specific area of the Hounsfield scale can only use the Representation of bone done, alternatively or combined with Bone through a second Hounsfield range selection representing an implant.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:to further explanation The invention is based on the embodiments directed the invention. It show, each in a schematic Schematic diagram:

1 einen gebrochenen und gesunden Oberschenkel eines Patienten, visualisiert aus 3D-Daten, 1 a broken and healthy thigh of a patient, visualized from 3D data,

2 die Darstellung aus 1 mit einer Kopie des Abbildes des gesunden Oberschenkelknochens und dessen Spiegelbild, welches als Muster dient, 2 the presentation 1 with a copy of the image of the healthy thighbone and its mirror image, which serves as a pattern

3 die Darstellung aus 2 mit der Überblendung von Muster und gebrochenem Knochen, 3 the presentation 2 with the blending of pattern and broken bone,

4 die Darstellung aus 3 mit einem grob positio vierten Bruchfragment, 4 the presentation 3 with a roughly positio fourth fraction,

5 die Darstellung aus 4 mit fein positioniertem ersten und grob positioniertem zweiten Bruchfragment, 5 the presentation 4 with finely positioned first and coarsely positioned second fracture fragment,

6 den repositionierten Knochen aus 1, 6 from the repositioned bone 1 .

7 einen alternativen Bruch gemäß 1 mit Muster, fein positionierten ersten und zweiten Bruchfragmenten und drittem Bruchstück, 7 an alternative break according to 1 with pattern, finely positioned first and second fragments of fracture and third fragment,

8 den repositionierten Bruch aus 7 8th the repositioned break 7

9 den repositionierten Bruch aus 7 ohne Muster und mit zu positionierender Metallplatte als Implantat, und 9 the repositioned break 7 without pattern and with metal plate to be positioned as implant, and

10 den Bruch aus 9 mit positionierter Metallplatte. 10 the break out 9 with positioned metal plate.

Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt unter anderem eine Fraktur-/Fragment-Repositionierung kombiniert mit Platzierung und Anpassung einer Metallplatte an einem gebrochenem Knochen 4, nämlich dem Oberschenkelknochen eines Patienten 6, von dem in 1 lediglich der Ausschnitt eines Beins 8 (rechter Oberschenkel) dargestellt ist.The following embodiment describes inter alia fracture / fragment repositioning combined with placement and fitting of a metal plate to a fractured bone 4 , namely the thighbone of a patients 6 of which in 1 only the part of a leg 8th (right thigh) is shown.

Vom Patienten 6 wurde mit einem bildgebenden Verfahren, nämlich im Rahmen einer Computertomographie nicht nur eine ein zelne Ansicht, also z.B. ein Röntgenbild, sondern ein kompletter, maßstabsgerechter 3D-Volumendatensatz 10 erzeugt. Da dieser zur Verfügung steht, wird dieser im Verfahren auch benutzt.From the patient 6 was with an imaging method, namely in the context of a computed tomography not just a single view, so for example an X-ray image, but a complete, true-to-scale 3D volume data set 10 generated. Since this is available, this is also used in the process.

Als erster Schritt wird also der Volumendatensatz 10 für das folgende Planungsverfahren ausgewählt und visualisiert, z.B. als Volumendarstellung mittels Volumenrendering und Visualisierung desselben. Die Darstellungsparameter können dabei variiert werden, beispielsweise der Bereich auf der Hounsfield-Skala, der dargestellt wird, so dass bereits überwiegende Teile des Femurknochens, also des Knochens 4, heraussegmentiert sind.The first step is the volume data set 10 selected and visualized for the following planning process, eg as volume rendering by means of volume rendering and visualization thereof. The presentation parameters can be varied, for example the area on the Hounsfield scale that is displayed, so that already predominant parts of the femur bone, ie the bone 4 , are out-segmented.

In vielen Fällen wie auch im vorliegenden Beispiel ergibt eine Fraktur überwiegend zwei Teile, abgesehen von Splittern in der Nähe der Bruchstelle. Diese beiden Teile sind im Ausführungsbeispiel die Fragmente 12a, b des Knochens 4. Im Ausführungsbeispiel sind also die Fragmente 12a, b zu reponieren, was in 1-6 dargestellt ist. Für diese Teilaufgabe wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet.In many cases, as in the present example, a fracture results in predominantly two parts, apart from splinters near the fracture site. These two parts are the fragments in the exemplary embodiment 12a , b of the bone 4 , In the exemplary embodiment, therefore, the fragments 12a b to reposition what is in 1 - 6 is shown. For this sub-task, the inventive method is used.

In 1 ist zusätzlich als Knochen 14 der andere, also gegenüber dem Knochen 4 gesunde Femurknochen des anderen Beins des Patienten 6 dargestellt. Auch dieser bzw. dessen Abbildung ist im Volumendatensatz 10 erfasst. Auch der gesunde Knochen 14 wird aus dem Volumendatensatz 10 dargestellt.In 1 is in addition as bone 14 the other, ie opposite the bone 4 healthy femur bones of the other leg of the patient 6 shown. Also this or its illustration is in the volume data set 10 detected. Also the healthy bone 14 is taken from the volume data set 10 shown.

2 zeigt, wie der Knochen 14 dreidimensional an seiner vertikalen Achse 16 gespiegelt wird, und somit ein Spiegelbild 18 entsteht. In einer alternativen Ausführungsform wird der Knochen 14 an der Körpermittelachse 20 des Patienten 6 gespiegelt und ergibt das Spiegelbild 22. 2 shows how the bone 14 three-dimensional on its vertical axis 16 is mirrored, and thus a mirror image 18 arises. In an alternative embodiment, the bone becomes 14 at the body center axis 20 of the patient 6 mirrored and gives the mirror image 22 ,

Die alternativen Spiegelbilder 18 bzw. 22 stellen somit ein Muster für die Repositionierung des gebrochenen Knochens 4 dar.The alternative mirror images 18 respectively. 22 thus provide a pattern for the repositioning of the fractured bone 4 represents.

In einer weiteren Variante des Verfahrens, z.B. für einen Patienten 6 mit zwei gebrochenen Beinen oder für einen singulären Knochen, für den also im Patienten 6 kein entsprechendes Muster 24 erzeugt werden kann, kann alternativ ein Muster 24, also eine Vorlage für den Knochen 4, also in repositionierter Form, folgendermaßen erzeugt werden:
Am gebrochenen Femur, also dem Knochen 4 bzw. den Fragmenten 12a, b wird jeweils deren mittlere Länge L_a, L_b bestimmt. Im Ausführungsbeispiel, nämlich bei einer schrägen Frakturlinie 26 bezüglich der Achse 16 ist dies z.B. die Summe der mittleren Segmentlängen, wobei sich die mittleren Segmentlängen aus dem Mittel aus maximaler und minimaler Länge der Fragmente 12a, b ergeben. Diese Längen werden parallel zur in diesem Fall zweigeteilten Achse 16 des Knochens 4, also der Röhrenachse, bestimmt. Aus einer Datenbank 28, welche Normknochen 30a-c enthält, wird, angedeutet durch den Pfeil 32 gemäß der Längen L_a, L_b das passende Muster 24, also ein Femur selektiert, der die gleiche Länge L_a + L_b aufweist.In a further variant of the method, eg for a patient 6 with two broken legs or for a singular bone, ie for the patient 6 no corresponding pattern 24 can be generated, alternatively, a pattern 24 So a template for the bone 4 , ie in repositioned form, are generated as follows:
On the broken femur, so the bone 4 or the fragments 12a , b is determined in each case their average length L _a , L _b . In the embodiment, namely at an oblique fracture line 26 with respect to the axis 16 For example, this is the sum of the average segment lengths, with the average segment lengths being the mean of the maximum and minimum lengths of the fragments 12a , b result. These lengths become parallel to the axis divided into two in this case 16 of the bone 4 , ie the tube axis, determined. From a database 28 , which standard bones 30a -c is indicated by the arrow 32 according to the lengths L _a , L _b the matching pattern 24 , ie a femur selected that has the same length L _a + L _b .

In 3 wird zu Beginn der virtuellen Planungsarbeit an einem Bildschirm 34, der von einem Arzt 36 als Bediener des Verfahrens betrachtet wird, die gesamte Visualisierung des Volumendatensatzes 10, z.B. durch virtuelles Eintauchen oder durch Clipping so eingestellt, dass sich der Mittelpunkt 38 der normalen, also reponierten Lage des zu fixierenden Organs, also des Knochens 4, in der Bildebene des Bildschirms 34 befindet. Das Muster 24 wird mit gleichem Mittelpunkt 38 auf der entsprechenden Patientensymmetrieseite, also in 3 der rechten Seite des Patienten bzw. der linken Seite des Bildschirms 34, als 3D-Objekt dargestellt, bzw. der Fraktursituation, also dem Knochen 4 bzw. den Fragmente 12a, b überlagert, bezogen auf die Tiefe in Blickrichtung.In 3 is at the beginning of the virtual planning work on a screen 34 by a doctor 36 is considered as the operator of the process, the entire visualization of the volume data set 10 , for example, by virtual immersion or by clipping adjusted so that the center point 38 the normal, ie reduced position of the organ to be fixed, ie the bone 4 , in the image plane of the screen 34 located. The pattern 24 becomes the same center 38 on the corresponding patient symmetry side, ie in 3 the right side of the patient or the left side of the screen 34 , shown as a 3D object, or the fracture situation, ie the bone 4 or the fragments 12a , b superimposed, relative to the depth in view.

Der Arzt 36 entscheidet sich nun zunächst für eines der beiden Fragmente 12a, b im Beispiel für das Fragment 12a, um dieses zu positionieren. Hierzu klickt er dieses am Bildschirm 34 mit einer Computermaus bzw. einem entsprechend dieser zugeordneten Cursor 50 an.The doctor 36 first decides for one of the two fragments 12a , b in the example for the fragment 12a to position this. To do this, he clicks this on the screen 34 with a computer mouse or a corresponding to this associated cursor 50 at.

Sodann wird als charakteristische Größe jeweils das minimale Trägheitsmoment 40 des Musters 24 des Fragments 12a und des Fragments 12b bestimmt mit den zugehörigen Hauptträgheitslängsachsen 42, 52a und 52b. Diese Ermittlung geschieht in einem Rechner 54 zur Bildbearbeitung bzw. Implementierung des gesamten Verfahrens. Durch Rotation um seinen Schwerpunkt um seinen Schwerpunkt, bis die Achsen 42 und 52a parallel stehen und Verschiebung des Schwerpunktes senkrecht zur Achse 42, bis dieser auf der Achse 42 zu liegen kommt, ergibt sich die Überlagerung der Hauptträgheitsachsen 42 und 52a, wie in Bild 4 dargestellt. Durch die Rotation des Fragments 12b um seinen Schwerpunkt, bis seine Hauptträgheitsachse parallel zur Achse 42 steht und anschließende Parallelverschiebung, bis der Schwerpunkt des Fragments 12b auf der Achse 42 liegt, erreicht man die zusätzliche Überlagerung der Hauptträgheitsachsen 42 und 52b, wie in Bild 5 dargestellt. Für den Arzt 36 ist durch Betrachtung des Bildes 34 somit eine visuelle Kontrolle auf Übereinstimmung des Fragments 12a mit dem Muster 24 möglich. Nun erfolgt noch eine Verschiebung des Fragments 12a entlang der Trägheitslängsachse 42, um das intakte Ende des Fragments 12a, also den Gelenkkopf 58 deckungsgleich mit dem des Musters 24 zu überlagern.Then, the characteristic quantity is the minimum moment of inertia 40 of the pattern 24 of the fragment 12a and the fragment 12b determined with the associated principal inertia longitudinal axes 42 . 52a and 52b , This determination is done in a computer 54 for image processing or implementation of the entire process. By rotating around its center of gravity around its center of gravity until the axes 42 and 52a parallel and shift the center of gravity perpendicular to the axis 42 until this on the axis 42 comes to lie, results in the superposition of the principal axes of inertia 42 and 52a as in picture 4 shown. By the rotation of the fragment 12b around its center of gravity until its principal axis of inertia is parallel to the axis 42 stands and subsequent parallel shift until the focus of the fragment 12b on the axis 42 is reached, one reaches the additional superposition of the principal axes of inertia 42 and 52b as in picture 5 shown. For the doctor 36 is by looking at the picture 34 thus a visual check for match of the fragment 12a with the pattern 24 possible. Now there is a shift of the Fragments 12a along the inertial longitudinal axis 42 to the intact end of the fragment 12a So the condyle 58 congruent with that of the pattern 24 to overlay.

4 zeigt das Ergebnis der 3D-Repositionierung des Fragments 12a am Muster 24. Anschließend wird für das Fragment 12b in gleicher Weise verfahren wie für das Fragment 12a oben beschrieben. 4 shows the result of the 3D repositioning of the fragment 12a on the pattern 24 , Subsequently, for the fragment 12b proceed in the same way as for the fragment 12a described above.

Für eines oder beide der Fragmente 12a und 12b besteht nun auf Grund einer Stauchung oder, wie in 5, Auseinanderdehnung eine verbleibende Fehlpositionierung in Richtung der überlagerten Achsen. Durch eine automatisch erfolgende, iterierte Verschiebung des verschobenen Fragments, im Beispiel 12b, und Ermittlung eines Passmaßes in jeder Verschiebeposition wird die optimale, d.h. korrekte Lage in Achsenrichtung automatisch erreicht.For one or both of the fragments 12a and 12b is now due to a compression or, as in 5 , Distraction a remaining mispositioning in the direction of the superimposed axes. By an automatic, iterated displacement of the shifted fragment, in the example 12b , And determination of a fit in each displacement position, the optimal, ie correct position in the axis direction is automatically achieved.

5 zeigt hierbei nochmals den in 3 für das Segment 12a nicht dargestellten Zwischenschritt, nachdem die Trägheitslängsachse 52b des Fragments 12b mit der Trägheitslängsachse 42 gefluchtet wurde, jedoch noch keine axiale Verschiebung zur Anpassung des Gelenkkopfes 62 erfolgt ist. Nach erfolgter Verschiebung des Fragments 12b entlang der Trägheitslängsachse 42 stimmt auch der Gelenkkopf 62 des Fragments 12b mit dem des Musters 24 überein, was in 6 dargestellt ist. 5 shows again the in 3 for the segment 12a not shown intermediate step, after the inertial longitudinal axis 52b of the fragment 12b with the inertia longitudinal axis 42 was aligned, but still no axial displacement for adaptation of the condyle 62 is done. After the shift of the fragment 12b along the inertial longitudinal axis 42 agrees also the condyle 62 of the fragment 12b with that of the pattern 24 match what's in 6 is shown.

Da diese Optimierung unter Fixierung der anderen Freiheitsgrade erfolgt, also seitliche und Tiefenverschiebung sowie die drei möglichen Rotationen um die Hauptträgheitsachsen, muss noch eine „Iteration von Iterationen" über alle sechs Freiheitsgrade für die Feinpositionierung durchgeführt werden.There this optimization takes place while fixing the other degrees of freedom, So lateral and depth shift and the three possible Rotations around the main axes of inertia, still has an "iteration of iterations "over all six degrees of freedom for the fine positioning performed become.

Nach der translatorischen Feinpositionierung in Richtung des Pfeils 60 wird also iterativ eine rotatorische Feinpositionierung in entsprechender Weise durchgeführt. Als Drehachsen dienen z.B. die Trägheitsachsen 52a, c und d des Fragments 12a. Wie oben beschrieben, werden sowohl für die Ausgangsposition und jede weitere durch Verdrehung um die Trägheitslängsachsen 52a, c, d erreichte Position die Korrelationskoeffizienten wie oben berechnet und deren Änderung z.B. entlang dem steilsten Gradienten verfolgt, bis ein Optimum erreicht ist.After translational fine positioning in the direction of the arrow 60 Therefore, a rotational fine positioning is carried out iteratively in a corresponding manner. As axes of rotation, for example, serve the inertia axes 52a , c and d of the fragment 12a , As described above, both for the home position and each other by twisting about the inertial longitudinal axes 52a , c, d reaches the correlation coefficients as calculated above and tracks their change along the steepest gradient, for example, until an optimum is reached.

Als Passmaß kann z.B. die CT-Knochendichte in jedem dem Segment 12a in den Bilddaten 10 entsprechenden Bildvoxel mit der aktuell in der gleichen Raumposition befindlichen Voxel des Musters 24 verglichen werden. Der dabei berechnete Korrelationskoeffizient als Passmaß 55 wird mit den Korrelationskoeffizienten der Nachbarpositionen, also bei entsprechender Verschiebung entlang des Pfeils 60, verglichen und die Lageveränderung des Fragments 12a in die Position des Maximums der Korrelationskoeffizienten vorgenommen. Dieser Kreuzkorrelati onskoeffizient ist normiert zwischen –1.0 und +1.0, beinhaltet also den Vorteil eines definierten Wertebereichs zur schnelleren Entscheidung über die erfolgreiche Beendigung des Verfahrens wegen guter Übereinstimmung z.B. mit einem Koeffizienten 0.95 („1.0” bedeutet perfekte Übereinstimmung). Zur Beschleunigung des Verfahrens empfiehlt sich hierbei z.B., während der Iteration in Richtung des stärksten Gradienten der Korrelationskoeffizienten fortzuschreiten.As a fit, for example, the CT bone density in each of the segment 12a in the image data 10 corresponding image voxels with the currently in the same spatial position voxels of the pattern 24 be compared. The calculated correlation coefficient as passport measure 55 becomes with the correlation coefficients of the neighboring positions, thus with appropriate displacement along the arrow 60 , compared and the change in the position of the fragment 12a made in the position of the maximum of the correlation coefficients. This cross-correlation coefficient is normalized between -1.0 and +1.0, and therefore has the advantage of a defined range of values for a faster decision on the successful termination of the method for good agreement, for example with a coefficient 0.95 ("1.0" means perfect match). In order to accelerate the method, it is advisable, for example, to proceed in the direction of the strongest gradient of the correlation coefficients during the iteration.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, neben der Korrelationsrechnung auch die Summenbestimmung der Differenzbeträge der quadratischen Abweichungen von Fragment 12a zu Muster 24 oder den Venot-Algorithmus zu benutzen, welche ebenfalls geeignete Maßgröße für die automatisch iterative Anpassung darstellen.In an alternative embodiment of the method, in addition to the correlation calculation, it is also possible to determine the sum of the difference amounts of the quadratic deviations of fragment 12a to pattern 24 or to use the Venot algorithm, which is also a suitable measure for automatically iterative fitting.

In einer Variante des Verfahrens kann grundsätzlich eine wirkungsvolle Beschleunigung der gesamten Positionsoptimierung dadurch erreicht werden, dass zunächst durch Mittelung der Voxel in den Bilddaten 10 z.B. in 4×4×4-Kuben die Auflösung reduziert, mit reduzierter Auflösung die oben beschriebene Positionsoptimierung des Fragments 12a durchgeführt und dann die Auflösung stufenweise erhöht, also z.B. zunächst für 2×2×2-Kuben optimiert wird, bevor man die Feinoptimierung in der Originalauflösung durchführt.In one variant of the method, in principle, an effective acceleration of the overall position optimization can be achieved by first averaging the voxels in the image data 10 For example, in 4 × 4 × 4 cubes the resolution is reduced, with reduced resolution the position optimization of the fragment described above 12a and then gradually increasing the resolution, eg, first optimized for 2 × 2 × 2 cubes, before performing the fine optimization in the original resolution.

Alternativ zur oben beschriebenen Orientierung an den Hauptträgheitsachsen 42 und 52a zur Grobpositionierung kann zum wesentlichen Einstieg in die Repositionierung als Variante auch eine röntgenähnliche Projektion, z.B. in frontaler und lateraler Richtung für die Fragmente 12a, b und das Muster 24 verwendet werden. Zur Optimierung kann hierbei anstelle einer Kegelstrahlprojektion aber eine orthographische Projektion eingesetzt werden. Die Repositionierung, also Verschiebung des Fragments 12a in Richtung der Pfeile 60 bzw. Rotation um die Trägheitslängsachsen 52a, c, d wird dann abwechselnd in der frontalen und lateralen Ebene bzw. Ansicht am Bildschirm 34 durchgeführt.Alternatively to the orientation on the main axes of inertia described above 42 and 52a For coarse positioning, an X-ray-like projection, for example in the frontal and lateral direction for the fragments, can be used as an essential starting point for the repositioning as a variant 12a , b and the pattern 24 be used. To optimize this, however, instead of a cone beam projection, an orthographic projection can be used. The repositioning, ie displacement of the fragment 12a in the direction of the arrows 60 or rotation about the longitudinal axes of inertia 52a , c, d is then alternately in the frontal and lateral plane or view on the screen 34 carried out.

Trotz der erfolgten optimalen Positionierung der Fragmente 12a, b in 6 anhand des Musters 24 ist nochmals erkennbar angedeutet, dass Muster und realer Knochen 4 niemals exakt deckungsgleich sein werden, aber für die Praxis damit doch einen Fortschritt an Genauigkeit und Effizienz bewirken.Despite the optimal positioning of the fragments 12a , b in 6 based on the pattern 24 is again clearly indicated that patterns and real bones 4 will never be exactly congruent, but will bring about progress in accuracy and efficiency in practice.

7 zeigt einen Fall einer Knochenfraktur, bei dem neben den Fragmenten 12a, b des Knochens 4 noch ein weiteres kleineres Fraktursegment 64 aus dem Knochen 4 gebrochen ist. Das Fraktursegment 64 kann nach der virtuellen Rekonstruktion der Frakturumgebung bzw. eines Struktur-Rahmens nun manuell wesentlich leichter mittels des Cursors 50 entlang des Pfeils 66 manuell reponiert werden, in dem es in die noch freie Lücke 68 zwischen den Fragmenten 12a, b derart eingepasst wird, dass es den Knochen 4 entsprechend dem Muster 24 ergänzt. 7 shows a case of a bone fracture in which, in addition to the fragments 12a , b of the bone 4 yet another smaller fracture segment 64 out of the bone 4 is broken. The fracture segment 64 After the virtual reconstruction of the fracture environment or of a structure frame, it is now much easier to manually use the cursor 50 along the arrow 66 manually repositioned, in which it is in the still free space 68 between the fragments 12a , b is fitted so that it is the bone 4 according to the pattern 24 added.

8 zeigt das Ergebnis der fertigen Reponierung sämtlicher Teile des Knochens 4, also der Fragmente 12a, b und des Fraktursegments 64. Die entsprechend repositionierten Teile des Knochens 4 werden im Folgenden als Gesamtobjekt bezeichnet, die Reposition ist damit abgeschlossen und das Muster 24 wird aus dem Bildschirmbild ausgeblendet. Das Gesamtobjekt bleibt alleine stehen bzw. verbleibt im Rechner 54 im Arbeitsspeicher. 8th shows the result of the completed repositioning of all parts of the bone 4 So the fragments 12a , b and the fracture segment 64 , The correspondingly repositioned parts of the bone 4 are hereafter referred to as the total object, the reduction is complete and the pattern 24 is hidden from the screen. The entire object remains alone or remains in the computer 54 in memory.

9 zeigt das Gesamtobjekt ohne das Muster 24, jedoch mit einer zusätzlich am Bildschirm 34 eingeblendeten Metallplatte 2, die als Implantat am Gesamtobjekt, also dem im Wesentlichen wiederhergestellten Knochen anzupassen ist. Der Operationsplaner, also der Arzt 36 (in 9 nicht dargestellt) markiert mit zwei Mausklicks mit dem Cursor 50 (in 9 für beide Endpositionen dargestellt), den Bereich 70 am Knochen 4, an dem die Metallplatte angepasst werden soll. Damit ist die gewünschte Lage der Platte 2 im dreidimensionalem System der Bilddaten bekannt. Auf dieser bekannten 3D-Position setzt der Algorithmus auf, um, wie oben beschrieben, bei der automatischen Positionsfindung des Fragments 12a, b gegenüber dem Muster 24 hier eine optimale Positionierung des Implantats über dem Knochen 4 als Muster durchzuführen. 9 shows the whole object without the pattern 24 , but with an additional screen 34 inserted metal plate 2 which is to be adapted as an implant on the overall object, ie the bone substantially restored. The operation planner, so the doctor 36 (in 9 not shown) marked with two mouse clicks with the cursor 50 (in 9 shown for both end positions), the area 70 on the bone 4 to which the metal plate is to be adjusted. This is the desired position of the plate 2 known in the three-dimensional system of image data. In this known 3D position, the algorithm sets to, as described above, in the automatic position finding of the fragment 12a , b over the pattern 24 Here an optimal positioning of the implant over the bone 4 as a sample.

10 zeigt das Ergebnis der entsprechend angepassten Teilplatte 2 am Knochen 4, um diesen im Bereich der Fraktur, also des Fraktursegments 64, zu stabilisieren. 10 shows the result of the appropriately adapted sub-plate 2 on the bone 4 to this in the area of the fracture, so the fracture segment 64 to stabilize.

Um genau die oben genannte Korrelation bzw. Differenzensumme wie oben erwähnt, verwenden zu können, kann alternativ oder zusätzlich eine Kantenfilterung in den Bilddaten 10 am gesamten Objekt, also dem segmentierten Knochen 45 bzw. den Fragmenten 12a, b oder dem Fraktursegment 64 vorgenommen werden. Als Ergebnis resultieren die Oberflächenvoxel der entsprechend segmentierten Objekte. Die dem Knochen 4 zugewandten Oberflächenvoxel der Metallplatte 2 an der Fläche 72 werden dann mit den Voxeln aus der Kantenfilterung des Gesamtobjekts, also des nahezu reponierten Knochens 4 korreliert, wobei eine iterierte Translation und Rotation der Metallplatte 2, wie oben beschrieben durchgeführt wird.In order to be able to use exactly the above-mentioned correlation or difference sum as mentioned above, alternatively or additionally, an edge filtering in the image data 10 on the entire object, ie the segmented bone 45 or the fragments 12a , b or the fracture segment 64 be made. The result is the surface voxels of the correspondingly segmented objects. The bone 4 facing surface voxel of the metal plate 2 on the surface 72 then with the voxels from the edge filtering of the total object, that is, the almost repositioned bone 4 correlates, with an iterated translation and rotation of the metal plate 2 as described above.

Nach Erreichen der optimalen Lage wird die Metallplatte 2 soweit parallel bzw. in Richtung ihrer Flächennormalen der Fläche 73 nach außen, also vom Knochen 4 weg versetzt, dass sich keine Überschneidung mit den Oberflächenvoxeln des Knochens 4 ergibt, d.h. kein Eindringen in den virtuellen Musterknochen 4 vorliegt.After reaching the optimum position, the metal plate 2 as far as parallel or in the direction of their surface normal of the surface 73 to the outside, so from the bone 4 away, that does not overlap with the surface voxels of the bone 4 results, ie no penetration into the virtual pattern bones 4 is present.

In einer alternativen Variante des Verfahrens kann, ausgehend von der nun gefundenen optimalen Position vom zentralen Auflagepunkt der Fläche 72 am Knochen 4 aus, die Form des Implantats, also der Metallplatte 2 an die Oberfläche des Knochens 4 angepasst werden. Diese Ausführungsform bezieht sich auf verfügbare, biegbare Implantate anstelle der Metallplatte 2. Für die Anpassung werden dann mathematische Funktionen verwendet, wie z.B. Polynome oder Splines, die durch die Parametereinstellung ihrer Krümmungsparameter in ihren Krümmungen so begrenzt sind, die es der Materialeigenschaft des Imp lantats anstelle der Metallplatte 2 und den Möglichkeiten der Biegewerkzeuge bei der späteren realen Operation entspricht.In an alternative variant of the method, starting from the now found optimal position of the central support point of the surface 72 on the bone 4 out, the shape of the implant, so the metal plate 2 to the surface of the bone 4 be adjusted. This embodiment relates to available, bendable implants instead of the metal plate 2 , Mathematical functions are then used for the adaptation, such as polynomials or splines, which are so limited in their curvatures by the parameter setting of their curvature parameters that the material property of the implant is used instead of the metal plate 2 and the possibilities of the bending tools in the later real operation corresponds.

Somit ist die Positionierung eines Implantats in Form der Metallplatte 2 auf dem Knochen 4 beschrieben. Für eine alternative Platzierung beispielsweise einer Hüftgelenksprothese im Femurschaft des Knochens 4 ist eine iterierte achsenorientierte Positionierung genau wie bei der eben beschriebenen Positionierung möglich, wobei hier die Hüftgelenksprothese dem Fragment 12a und der Femurschaft dem Muster 24 entsprechen.Thus, the positioning of an implant in the form of the metal plate 2 on the bone 4 described. For an alternative placement of, for example, a hip joint prosthesis in the femoral shaft of the bone 4 an iterated axis-oriented positioning is possible exactly as in the positioning just described, in which case the hip joint prosthesis the fragment 12a and the femur shaft the pattern 24 correspond.

Claims

Method for virtual adaptation of an object ( 12b . 2 ) to a body part ( 12a . 4 ) of a patient, comprising the following steps: - a spatial view of the body part ( 12a . 4 ) is displayed on a screen ( 34 ), - a digital image of the object ( 12b . 2 ) is displayed on the screen ( 34 ), - a characteristic size ( 16 ) of the object ( 12b . 2 ) is determined, - an area ( 70 ) of the body part ( 12a . 4 ) on which the object ( 12b . 2 ), is selected, - a characteristic variable ( 16 ) of the body part ( 12a . 4 ) is determined, - the object ( 12b . 2 ) is using the characteristic size 16 on the body part ( 12a . 4 ) automatically roughly adjusted, - 55 ) for the adaptation between body part ( 12a . 4 ) and object ( 12b . 2 ) is determined, - using the spatial view of the body part ( 12a . 4 ) the object ( 12b . 2 ) automatically so long relative to the body part ( 12a . 4 ) Fine adjusted until the fit 55 reaches a desired threshold.

The method of claim 1, wherein the spatial view is from a 3D image data set ( 10 ) of the body part ( 12a . 4 ) is produced.

Method according to Claim 2, in which the body part ( 12a . 4 ) in the 3D image data set ( 10 ) is segmented.

Method according to one of the preceding claims, in which as a spatial view at least two different views of the body part ( 12a . 4 ) on the screen ( 34 ) being represented.

Method according to one of the preceding claims, in which the object ( 12b . 2 ) is an implant or a prosthesis.

Method according to Claim 5, in which the implant or the prosthesis is attached to the contour of an object ( 12b . 2 ) and / or body part ( 12a . 4 ) is nestled, in which it is either produced accordingly or deformed accordingly before the Anschmiegung.

Method according to one of the preceding claims, wherein the body part ( 12a . 4 ) is fragmented, where the object ( 12b . 2 ) a fragment of the body part ( 12a . 4 ).

Method according to claim 7, wherein a virtual Fracture environment or a structural framework for the repositioning of fracture debris is created.

A method according to claim 7 or 8, wherein the fragment ( 12a b) to be reduced, where a sample ( 24 ) of the body part ( 12a . 4 ) is produced.

The method of claim 7 or 8, wherein in the patient a first body part ( 4 ) similar second body part ( 14 ) exists as a pattern ( 24 ) the second body part ( 14 ) is used.

Method according to claim 10, in which - the object ( 12b . 2 ) on the second body part ( 14 ), - the object ( 12b . 2 ) with the same adaptation to the first body part ( 12a . 4 ), - the first body part ( 12a . 4 ) on the object ( 12b . 2 ) is reduced.

Method according to Claim 7 or 8, in which the pattern ( 24 ) a body part ( 30a -c) from a sample database ( 28 ) is taken.

Method according to one of Claims 7 to 12, in which the pattern ( 24 ) is created or modified by mirroring, scaling, interpolation or extrapolation.

Method according to one of the preceding claims, in which the spatial view of the body part ( 12a . 4 ) or object ( 12b . 2 ) is varied on the screen.

Method according to Claim 14, in which - the image of the object ( 12b . 2 ) is arranged as a 2D image parallel to the screen, - the adaptation by spatial rotation of the view of the body part ( 12a . 4 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, in which the fine adjustment of the object ( 12b . 2 ) only on the basis of the current view of the body part ( 12a . 4 ) Coupled degrees of freedom is performed.

Method according to one of the preceding claims, in which the object ( 12b . 2 ) for adaptation alternately about one of its characteristic axes ( 52a -d) is rotated.

Method according to one of the preceding claims, wherein 2D data of the object ( 12b . 2 ) in which 3D data (from the 2D data through prior knowledge of the object 10 ) be generated.

Method according to one of the preceding claims, in which, as a passport measure ( 55 ) the correlation of body part ( 12a . 4 ) and object ( 12b . 2 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, in which 3D rendered representations of body part ( 12a . 4 ) and object ( 12b . 2 ) on the screen ( 34 ) are displayed.

Method according to one of the preceding claims, in which according to a measured value criterion from the respective 3D image data set ( 10 ) selected views of body part ( 12a . 4 ) and object ( 12b . 2 ) on the screen ( 34 ) are displayed.