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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung
einer Korrekturinformation zur Korrektur einer Führungsrichtung
eines Instruments beim Führen des Instruments in einem Objekt,
welches Instrument ausgehend von einem Startpunkt am Objekt an einen
Zielpunkt im Objekt geführt werden soll.
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In
einigen Bereichen der Technik ist es erforderlich, ein Instrument
an einen Zielpunkt in einem Objekt zu führen, wobei nach
der zumindest teilweisen Einführung des Instruments in
das Objekt zumindest die Spitze und ein Teil des Instruments nicht mehr
visuell mit dem Auge verfolgt werden können, so dass eine
gewisse Unsicherheit verbleibt, wo sich das Instrument, insbesondere
die Spitze des Instrumentes aktuell im Objekt befindet und ob die
aktuelle Führungsrichtung des Instruments der gewünschten Führungsrichtung
des Instruments in Bezug auf den mit dem Instrument zu erreichenden
Zielpunkt im Objekt entspricht.
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Ein
derartiges Problemfeld besteht auch in der Medizintechnik beispielsweise
bei Punktionen wie perkutanen Gallengangspunktionen oder Biopsien,
bei denen eine Punktionsnadel in der Regel mit Hilfe von Durchleuchtungsbildern
bzw. der so genannten Fluoroskopie zu einem Zielgewebe geführt wird.
Anhand von Durchleuchtungsbildern aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen
kann ein Arzt die Lage und Orientierung der Punktionsnadel relativ
zu dem Zielgebiet kontrollieren und die Punktionsnadel zu dem Zielgebiet
bzw. dem Zielgeweben im Körper eines Patienten führen.
Die zielgenaue Führung der Punktionsnadel gestaltet sich
zuweilen jedoch schwierig, da der Arzt nur die unter verschiedenen Projektionsrichtungen
gewonnenen Projektionsbilder zur Kontrolle und Führung
der Punkti onsnadel zur Verfügung hat, in denen häufig
das Punktionsziel nur schlecht oder gar nicht zu erkennen ist.
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Es
wurde daher vorgeschlagen, zur besseren Kenntnis der Anatomie des
Patienten und des Punktionsziels präoperativ einen 3D-Bilddatensatz von
dem Punktionsgebiet aufzuzeichnen und die intraoperativ aufgenommenen
Durchleuchtungsbilder mit dem 3D-Bilddatensatz zu registrieren.
Dies eröffnet die Möglichkeit, Bilddaten des 3D-Bilddatensatzes
und Bilddaten der Durchleuchtungsbilder einander zu überlagern,
so dass zur besseren Kontrolle der Punktion beispielsweise das Punktionsgewebe bzw.
das Punktionsziel in die Durchleuchtungsbilder eingeblendet werden
kann.
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Aber
selbst bei einer Überlagerung von Durchleuchtungsbildern
mit Bilddaten eines präoperativ gewonnenen 3D-Bildes, was
durch eine 2D-3D-Registrierung möglich ist, bleiben Unsicherheiten
bei der Punktion. Aus einem um 3D-Bilddaten ergänzten Durchleuchtungsbild
sind zwar zugleich Zielgewebe und Punktionsnadel sichtbar, allerdings nur
bedingt die genaue Lage des Zielgewebes und der Punktionsnadel relativ
zueinander, da in dem 2D-Durchleuchtungsbild in der Regel Ziel-
und Abstandsinformationen sowie vor allem Tiefeninformationen fehlen.
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In
der
DE 10 2005
012 985 A1 ist ein Verfahren zur Kontrolle der Führung
einer Punktionsnadel bei einem medizinischer Eingriff an einem Patienten beschrieben,
bei dem ein 3D-Bild zumindest des Gewebebereiches bereitgestellt
wird, in dem der Eingriff erfolgt. In dem 3D-Bild markiert ein Anwender
die Position des Startpunktes und zumindest des Zielpunktes des
Eingriffs. Auf Basis dieser Markierungen erfolgt eine automatische
Berechnung eines Führungsweges für das Instrument
im Raum. In während des Eingriffs gewonnene Durchleuchtungsbilder
des Gewebebereichs wird der berechnete Führungsweg unter
Berücksichtigung der Projektionsgeometrien der gewonnenen
Durchleuchtungsbilder projiziert und graphisch visualisiert. Zusätzlich
kann in ein derartiges Durchleuchtungsbild eine visuelle Information eingeblendet
werden, wie die Richtung der Punktionsnadel zu korrigieren ist.
Zur Durchführung des in der
DE 10 2005 012 985 A1 beschriebenen
Verfahrens werden das 3D-Bild und die 2D-Durchleuchtungsbilder miteinander
registriert, wie dies beispielsweise in der
DE 102 10 646 A1 beschrieben
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Korrektur
einer Führungsrichtung eines Instruments vereinfacht ist.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Korrekturinformation
zur Korrektur einer Führungsrichtung eines Instruments
beim Führen des Instruments an einen Zielpunkt in einem
Objekt, bei dem ausgehend von einer aktuellen Position der Spitze
des Instruments, der aktuellen Führungsrichtung des Instruments
und der Position des Zielpunktes im Objekt eine erste die aktuelle
Führungsrichtung des Instruments kennzeichnende Gerade
im Raum und eine durch die Spitze des Instrumentes und den Zielpunkt
im Objekt festgelegte, die erste Gerade schneidende und die gewünschte
Führungsrichtung kennzeichnende zweite Gerade im Raum ermittelt
werden, wobei basierend auf der Lage der ersten und der zweiten
Geraden relativ zueinander in wenigstens einem Korrekturbild wenigstens
eine numerische Korrekturangabe zur Korrektur der aktuellen Führungsrichtung
des Instruments angegeben wird. Erfindungsgemäß wird
also einem Anwender zur Führung des Instruments konkret
eine numerische Korrekturangabe in einem Korrekturbild zur Verfügung
gestellt, die auch die Angabe einer Korrekturrichtung umfassen kann,
um dem Anwender des Instruments die Korrektur der aktuellen Führungsrichtung
auf die gewünschte Führungsrichtung des Instruments
zu erleichtern.
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Nach
einer Variante der Erfindung ist die numerische Korrekturangabe
ein auf die Spitze des Instruments bezogener Korrekturwinkel, um
den der Anwender das Instrument schwenken muss, um von der aktuellen
Führungsrichtung zu der gewünsch ten Führungsrichtung
des Instrumentes zu gelangen. Da die Lagen der ersten und zweiten
Geraden im Raum bekannt sind, lassen sich der oder die Korrekturwinkel
zwischen den Geraden bezüglich verschiedener Koordinatensysteme
im Raum berechnen.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist das dem Anwender
zur Verfügung gestellte Korrekturbild ein Abbild des Instrumentes
und wenigstens die Veranschaulichung des Verlaufs der zweiten Geraden,
vorzugsweise auch der ersten Geraden, welche wenigstens im Wesentlichen
mit dem Abbild des Instruments korrespondiert, auf.
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Bei
dem Korrekturbild handelt es sich nach einer anderen Ausführungsform
der Erfindung um ein Projektionsbild von dem Objekt oder um ein
3D-Bilddaten aufweisendes Projektionsbild von dem Objekt, d. h.
Bilddaten des Projektionsbildes und aus einem von dem Objekt erzeugten
3D-Bilddatensatz bzw. Volumendatensatz stammende Bilddaten sind
miteinander fusioniert oder einander überlagert. Im medizinischen
Umfeld wird das Projektionsbild vorzugsweise mit einem Röntgengerät,
insbesondere einem C-Bogen-Röntgengerät, gewonnen,
mit dem verhältnismäßig einfach 2D-Projektionsbilder
aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen von einem Objekt, insbesondere
von einem Patienten, gewonnen werden können. Auch die Gewinnung
von 3D-Bilddaten ist mit dem C-Bogen-Röntgengerät
möglich, wobei der C-Bogen um ca. 190° um das
Objekt bzw. den Patienten verstellt wird. Dabei wird eine Serie
von 2D-Röntgenprojektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen
aufgenommen, aus denen der 3D-Bilddatensatz rekonstruiert wird.
Die 3D-Bilddaten von dem Objekt können jedoch auch mit
anderen bildgebenden Geräten, beispielsweise mit einem Computertomographiegerät,
einem MR-Gerät oder einem Ultraschallgerät gewonnen
und für die Fusion oder Überlagerung mit Bilddaten
von Projektionsbildern zur Verfügung gestellt werden.
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Nach
Varianten der Erfindung erfolgt die numerische Korrekturangabe,
insbesondere die Angabe des Korrekturwinkels, hinsichtlich einer
Bezugsebene, insbesondere in Bezug auf die Bildebene des Korrekturbildes
bzw. des Projektionsbildes, was der Anwender des Instruments bei
der Korrektur der Führungsrichtung entsprechend berücksichtigen
muss. Insofern ist auch eine gewisse Vorstellungskraft von dem Anwender
gefordert, beispielsweise wie sich Instrument und Röntgenstrahlendetektor
relativ zueinander verhalten. Es ist jedoch auch möglich,
ein Korrekturbild zur Verfügung zu stellen, welches hinsichtlich
der numerischen Korrekturangabe eine andere Bezugsebene, beispielsweise
die Ebene eines Patientenlagerungstisches, hat. In diesem Fall erfolgt
die numerische Korrekturangabe, insbesondere die Angabe des Korrekturwinkels,
in Bezug auf die Tischebene.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung werden mehrere Korrekturbilder
in Form von Projektionsbildern unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen
erzeugt, so dass der Anwender des Instrumentes das Instrument basierend
auf zwei oder mehr Korrekturbildern und den dazugehörigen numerischen
Korrekturangaben entsprechend im Raum auf die gewünschte
Führungsrichtung ausrichten kann.
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Nach
einer Variante der Erfindung wird das Korrekturbild in Form des
Projektionsbildes derart erzeugt, dass die Projektionsrichtung des
Korrekturbildes im Wesentlichen senkrecht zu der durch die erste und
zweite Gerade aufgespannten Ebene ist. Im Falle der Verwendung eines
C-Bogen-Röntgengerätes zur Aufnahme des Projektions-
bzw. Korrekturbildes wird der C-Bogen demnach derart ausgerichtet,
dass die Projektionsrichtung des Projektionsbildes bzw. der Zentralstrahl
des von der Röntgenstrahlenquelle des C-Bogens ausgehenden
Röntgenstrahlenbündels senkrecht auf der durch
die erste und zweite Gerade aufgespannten Ebene steht, die dann
im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Röntgenstrahlenempfängers
ist. In diesem Fall kann ein einziges in dieser Projektionsrichtung
aufgenommenes Korrekturbild ausreichend sein, um das Instrument
auf die gewünschte Führungsrichtung einzuschwenken.
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Eine
Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Korrekturbild
ein Korrekturdiagramm lokalisiert in einer Ebene in der Perspektive
der aktuellen Führungsrichtung des Instruments aufweist.
Die aktuelle Führungsrichtung des Instruments ist demnach
senkrecht zu der Ebene des Korrekturdiagramms. Für die
nach der oder den Angaben des Korrekturdiagramms vorzunehmende Korrektur
an dem Instrument muss sich demnach der Anwender tatsächlich
hinter das Instrument begeben oder gedanklich in die Position hinter
dem Instrument versetzen, um basierend auf der oder den im Korrekturdiagramm
angegebenen numerischen Korrekturangaben die Führungsrichtung
des Instruments zu korrigieren. Es wird also mit dem Korrekturdiagramm
eine Art virtuelles bzw. imaginäres auf dem Ende des Instrumentes
angeordnetes Einstelldiagramm bereitgestellt, bei dem es sich um
eine Art „Joystick-" oder „Steuerknüppel-Visualisierung"
handelt.
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Nach
Varianten der Erfindung weist das Korrekturdiagramm wenigstens eine
Korrekturrichtung und wenigstens eine auf die Korrekturrichtung
bezogene numerische Korrekturangabe zur Korrektur des Instruments
auf. Vorzugsweise weist das Korrekturdiagramm eine Art Korrekturscheibe
auf, der die Korrekturrichtungen und die numerischen Korrekturangaben
in Richtung der Korrekturrichtung zugeordnet sind.
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Entsprechend
der „Joystick- bzw. Steuerknüppel-Visualisierung"
weist das Korrekturdiagramm nach einer Ausführungsform
der Erfindung einen ersten, die aktuelle Führungsrichtung
des Instruments kennzeichnenden Punkt und einen zweiten, die von
dem Instrument einzunehmende gewünschte Führungsrichtung
kennzeichnenden Punkt auf. Unter Heranziehung des Korrekturdiagramms
ist das Instrument gemäß den numerischen Korrekturangaben,
insbesondere den Korrekturwinkelangaben, im Korrekturdiagramm demnach
derart zu verschwenken, dass der erste, die aktuelle Führungsrichtung des
Instruments kennzeichnende Punkt, welcher punktuell quasi die Längsachse
des Instruments veranschaulicht, in den zweiten Punkt überführt
wird, der quasi die gewünschte Endlage der Längsachse des Instruments
und damit die gewünschte Führungsrichtung des
Instruments kennzeichnet.
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Nach
einer Ausführungsform der Erfindung weist das Korrekturdiagramm
eindeutige, in der Ebene des Korrekturdiagramms auf einander senkrecht stehende
Korrekturrichtungsachsen auf, welche sich derart ergeben, dass zunächst
ein Punkt auf der ersten Geraden gewählt wird und eine
Ebene durch den gewählten Punkt, welche Ebene die Ebene
des Korrekturdiagramms ist, derart festgelegt wird, dass die erste
Gerade auf der Ebene senkrecht steht. Auf der ersten Gerade liegt
also der Normalenvektor der Ebene des Korrekturdiagramms. Die Ebene
des Korrekturdiagramms und eine Positionierungsebene des Objektes,
beispielsweise die Tischebene bei einem Patienten, weisen eine Schnittgerade
auf, wobei die Parallele zu der Schnittgeraden durch den gewählten Punkt
auf der ersten Gerade und in der Ebene des Korrekturdiagramms die
erste Korrekturrichtungsachse in der Ebene des Korrekturdiagramms
ergibt. Die zweite Korrekturrichtungsachse in der Ebene des Korrekturdiagramms
ergibt sich durch die Senkrechte auf der Schnittgeraden durch den
gewählten Punkt auf der ersten Gerade in der Ebene des
Korrekturdiagramms. Insofern erhält man in der Ebene des
Korrekturdiagramms eine Art zweidimensionales Koordinatensystem,
wobei vorzugsweise jeder Korrekturrichtungsachse bzw. Korrekturrichtung
eine numerische Korrekturangabe zugeordnet ist.
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Nach
Varianten der Erfindung werden wenigstens zwei Projektionsbilder
von dem mit dem Instrument versehenen Objekt unter voneinander verschiedenen
Projektionsrichtungen aufgenommen, wobei anhand der wenigstens zwei
Projektionsbildern die aktuelle Position der Spitze des Instruments im
Raum und/oder die aktuelle Position eines weiteren definierten Punktes
des Instruments im Raum und/oder die Position des Zielpunkts im
Raum ermittelt werden können. Durch die Ermittlung der
aktuellen Position der Spitze des Instruments im Raum und der aktuellen
Position eines weiteren definierten Punktes des Instruments im Raum
kann die aktuelle Führungsrichtung des In struments im Raum
und die erste die aktuelle Führungsrichtung des Instruments kennzeichnende
Gerade im Raum berechnet werden. Die zweite Gerade ergibt sich,
wie bereits erwähnt, durch die aktuelle Position der Spitze
des Instruments im Raum und die Position des Zielpunktes im Raum.
Die Lokalisierung der Spitze des Instrumentes und/oder des weiteren
definierten Punktes des Instrumentes und/oder des Zielpunktes des
Objektes kann in den wenigstens zwei Projektionsbildern manuell
oder mit einem Verfahren der Mustererkennung erfolgen. Die Koordinaten
der identifizierten bzw. lokalisierten Punkte im Raum werden mit
Hilfe von Triangulierung zurückberechnet, was möglich
ist, da beispielsweise die Projektionsgeometrien der mit dem Röntgengerät,
insbesondere dem C-Bogen-Röntgengerät aufgenommenen
Projektionsbilder bekannt sind.
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Des
Weiteren besteht die Möglichkeit, die aktuelle Position
der Spitze des Instrumentes im Raum und/oder die aktuelle Führungsrichtung
des Instruments im Raum mit einem Positionserfassungssystem zu ermitteln.
Bei dem Positionserfassungssystem kann es sich um ein optisches,
ein elektromagnetisches oder auch ein anderes geeignetes Positionserfassungssystem
handeln. Im Falle der Verwendung eines optischen Positionserfassungssystems können
beispielsweise mehrere Marker des Positionserfassungssystems derart
definiert an dem Instrument angeordnet werden, dass diese mit einem Kamerasystem
des Positionserfassungssystems aufnehmbar sind, so dass sowohl die
Führungsrichtung des Instrumentes als auch die Position
der Spitze des Instrumentes im Raum mit dem Positionserfassungssystem
erfassbar und ermittelbar sind.
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Der
Zielpunkt im Objekt wird bevorzugt aber nicht notwendigerweise mit
Hilfe eines Volumendatensatzes identifiziert, wozu nach einer Variante
der Erfindung präoperativ oder auch intraoperativ ein Volumendatensatz
von dem Objekt bzw. von dem mit dem Instrument versehenen Objekt
aufgenommen wird. Bilddaten des Volumendatensatzes und Bilddaten
von wenigstens zwei unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommenen
Projektionsbildern von dem Objekt können dabei auch miteinander
fusioniert oder einander überlagert werden.
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Nach
Varianten der Erfindung können die Spitze des Instrumentes
und/oder der weitere definierte Punkt des Instrumentes und/oder
der Zielpunkt des Objekts in dem Volumendatensatz oder in den miteinander
fusionierten oder einander überlagerten Bilddaten des Volumendatensatzes
und der wenigstens zwei Projektionsbilder manuell oder mit einem Verfahren
der Mustererkennung lokalisiert werden.
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Die
Ermittlung der Koordinaten im Raum der identifizierten Punkte kann
im Falle der Verwendung eines C-Bogen-Röntgengerätes
durch Rückprojektion aufgrund der bekannten Projektionsgeometrien erfolgen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
C-Bogen-Röntgengerät zur Aufnahme von 2D-Projektionen
von einem Patienten,
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2, 3 zwei
2D-Projektionen von einem mit einer Punktionsnadel versehenen Patienten gewonnen
unter voneinander verschiedenen Projektionsrichtung,
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4 die
Einblendung der aktuellen Führungsrichtung der Punktionsnadel
in ein von dem Patienten gewonnenes 3D-Bild,
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5 die
Einblendung der aktuellen Führungsrichtung und der gewünschten
Führungsrichtung der Punktionsnadel in ein von dem Patienten
gewonnenes 3D-Bild,
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6 ein
Korrekturbild in Form eines 2D-Projektionsbildes zur Korrektur der
Führungsrichtung,
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7 die
Veranschaulichung eines der Punktionsnadel zugeordneten Korrekturdiagramms erzeugt
in der Perspektive der aktuellen Führungsrichtung,
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8 eine
Ansicht des Korrekturdiagramms aus 7,
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9 ein
das Korrektdiagramm aus 8 aufweisendes Korrekturbild
und
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10 eine
Skizze zur Erläuterung der Ermittlung der Korrekturrichtungachsen
des Korrekturdiagramms aus 8.
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1 zeigt
eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Korrekturinformation zur
Korrektur einer Führungsrichtung eines Instrumentes beim
Führen des Instrumentes an einen Zielort in einem Objekt, welche
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels für
den Einsatz in der Medizintechnik vorgesehen ist.
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Die
Vorrichtung umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ein schematisch dargestelltes C-Bogen-Röntgengerät 1 mit
einem C-Bogen 2, an dem einander gegenüber liegend
eine Röntgenstrahlenquelle 3 und ein Röntgenstrahlenempfänger 4 in
Form eines Flachbilddetektors angeordnet sind. Der C-Bogen 2 kann
in an sich bekannter Weise in die Richtungen des Doppelpfeils a
um seine Orbitalachse O oder in die Richtungen des Doppelpfeils
b um seine Angulationsachse A verstellt werden, um aus unterschiedlichen
Projektionsrichtungen Röntgenprojektionen von einem Objekt,
beispielsweise einem Patienten aufnehmen zu können. Des Weiteren
können mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 Volumendatensätze
von einem Objekt erzeugt werden, wozu der C-Bogen 2 zur
Gewinnung einer Serie von 2D-Röntgenaufnahmen von dem Objekt
aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen beispielsweise um seine
Orbitalachse O in einem Winkelbereich von ca. 190° verstellt
wird. Aus der Serie von Röntgenaufnahmen, deren Projektionsgeometrien
bekannt sind, wird anschließend in an sich bekannter Weise
ein Volumendatensatz rekonstruiert. Für die Gewinnung, Erzeugung,
Aufbereitung und Darstellung von Bildinformationen, sei es von 2D-Röntgenprojektionen oder
von auf dem erzeugten Volumendatensatz basierenden 3D-Bildern von
dem Objekt, weist das C-Bogen-Röntgengerät 1 einen
Rechner 5 auf. Die Darstellung der Bildinformationen erfolgt
auf einem Sichtgerät 6.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels soll mit Hilfe
des den Rechner 5 aufweisenden C-Bogen-Röntgengerätes 1 und
einer Punktionsnadel 7 eine Punktion eines Gewebes eines
Patienten P durchgeführt werden. Der Patient P ist hierzu
in in 1 schematisch dargestellter Weise auf einem Patiententisch 8 gelagert.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels erfolgt
die Punktion mit der Punktionsnadel 7 fluoroskopie-gesteuert,
wobei die Lage der Punktionsnadel 7 im Patienten P, insbesondere
die Lage der Spitze der Punktionsnadel 7 relativ zu dem
zu punktierenden Gewebe des Patienten P mit Hilfe von 2D-Projektionsbildern
bzw. Durchleuchtungsbildern kontrolliert wird.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird vor der
eigentlichen Punktion ein Volumendatensatz von dem Patienten P,
insbesondere von dem Bereich des Patienten P gewonnen, in dem das
zu punktierende Gewebe liegt. Der Volumendatensatz kann mit einem
Computertomographiegerät, einem MR-Gerät oder
auch dem C-Bogen-Röntgengerät 1 präoperativ
erzeugt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit,
den Volumendatensatz intraoperativ, also während der Punktion,
vorzugsweise mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 vor
oder auch bereits nach der Einführung der Punktionsnadel 7 in den
Patienten P zu erzeugen. Die intraoperative Erzeugung des Volumendatensatzes
mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 hat – sofern
sich der Patient P nicht bewegt – den Vorteil, dass der
Volumendatensatz nicht extra mit während der Punktion mit
dem C-Bogen-Röntgengerät 1 aufgenommenen
2D-Röntgenprojektionen registriert werden muss, da sowohl die
Volumendaten als auch die 2D-Röntgenprojektionen im Wesentlichen
unter den gleichen Bedin gungen mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnen werden
und bereits miteinander registriert sind.
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Anhand
des Volumendatensatzes bzw. anhand eines auf dem Volumendatensatz
basierenden, auf dem Sichtgerät 6 darstellbaren
3D-Bildes von dem interessierenden Bereich des Patienten P können
die Einstichstelle der Punktionsnadel 7 an der Körperoberfläche
des Patienten P sowie der Zielpunkt bzw. das Punktionsziel P3 oder
das Zielgewebe im Patienten P festgelegt werden. Das Punktionsziel
P3 (vgl. 5) kann manuell mittels händischer Eingabe über
eine graphische Benutzerschnittstelle des Rechners 5 oder
auch unter Verwendung von Verfahren zur Musterkennung in dem 3D-Bild
lokalisiert werden. Die Position bzw. die Koordinaten des Punktionszieles
P3 in einem Raumkoordinatensystem KR können durch Rückprojektion
ermittelt werden.
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Zur
Kontrolle der Position und Orientierung der Punktionsnadel 7 nach
deren Einführung an der Einstichstelle in den Patienten
P werden nach einer bestimmten Zeit wenigstens zwei Röntgenprojektionen
aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnen.
In 2 ist die zu der Projektionsrichtung X1 aus 1 gezeigte
2D-Röntgenprojektion von dem mit der Punktionsnadel 7 versehenen
Patienten P und in 3 die zu der Projektionsrichtung
X2 aus 1 gehörige 2D-Röntgenprojektion
gezeigt. Um feststellen zu können, ob die aktuelle Führungsrichtung
der Punktionsnadel 7 der gewünschten Führungsrichtung
in Bezug auf das zu punktierende Gewebe des Patienten P entspricht
und um einem die Punktion durchführenden Arzt gegebenenfalls
entsprechende Korrekturangaben zur Verfügung stellen zu
können, werden in den beiden in den 2 und 3 gezeigten Röntgenprojektionen,
welche jeweils ein Abbild 17 der Punktionsnadel 7 und
eine Darstellung D von dem Gewebe des Patienten P aufweisen, die
Spitze P2 der Punktionsnadel 7 sowie ein weiterer charakteristischer
Punkt P1 auf der Punktionsnadel 7 lokalisiert, bei dem
es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
um den Einstichpunkt in den Patienten P handelt. Die Lokalisierung
bzw. Identifizierung der Punkte P1 und P2 erfolgt vorliegend manuell.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Spitze P2 der
Punktionsnadel 7 sowie den Punkt P1 der Punktionsnadel 7 mit
einem Verfahren der Mustererkennung zu identifizieren. Sind die
Punkte P1 und P2 in den zwei Röntgenprojektionsbildern
identifiziert, so können die 3D-Koordinaten dieser Punkte
im Raumkoordinatensystem KR mit Hilfe von Triangulierung zurückberechnet
werden, wenn – was vorliegend der Fall ist – die
Projektionsgeometrien der mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 gewonnenen
Röntgenprojektionen bekannt sind. Demnach können
mit dem Rechner 5 die zu den Punkten P2 und P1 gehörigen Koordinaten
im Raumkoordinatensystem KR ermittelt werden und eine eindeutige
Gerade G1 im Raumkoordinatensystem KR aufgestellt werden, die die
aktuelle Führungsrichtung der Punktionsnadel 7 im Raum
kennzeichnet. In 4 ist die Einblendung der Geraden
G1 mit den Punkten P1 und P2 in ein 3D-Bild von dem Patienten P
dargestellt.
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Des
Weiteren kann basierend auf den Raumkoordinaten des Punktes P2 (Spitze
der Punktionsnadel 7) und des Punktionsziels P3 eine Gerade
G2 im Raumkoordinatensystem KR berechnet werden, die die gewünschte
Führungsrichtung der Punktionsnadel 7 kennzeichnet
und die Gerade G1 in der Spitze P2 der Punktionsnadel 7 schneidet.
Da die Geraden G1 und G2 im Raum bekannt sind, kann der Winkel α zwischen
den Geraden G1 und G2 berechnet werden, um den die Punktionsnadel 7 in
Bezug auf ihre Spitze P2 zu schwenken ist, um von der aktuellen
Führungsrichtung auf die gewünschte Führungsrichtung
zu gelangen. 5 zeigt die Einblendung der
Geraden G1 und G2 in ein 3D-Bild von dem Patient P, in dem auch
das Punktionsziel P3 bzw. das Zielgewebe markiert ist.
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Basierend
auf der Kenntnis der Lage der ersten und zweiten Geraden G1 und
G2 relativ zueinander im Raum wird nach einer ersten Variante der
Erfindung wenigstens ein Korrekturbild mit wenigstens einem Korrekturwert
bzw. wenigstens einer numerischen Korrekturangabe zur Korrektur
der aktuellen Führungsrichtung der Punktionsnadel 7 bereitgestellt.
In 6 ist ein derartiges Korrekturbild dargestellt,
wobei es sich bei dem Korrekturbild um ein 2D-Röntgenprojektionsbild
handelt, dem gegebenenfalls zur besseren Erkennbarkeit des Punktionsgewebes
3D-Bilddaten überlagert sein können. Das Korrekturbild
weist ein Abbild 17 der Punktionsnadel 7, eine
Darstellung D des Gewebes des Patienten P sowie eine der Projektionsrichtung
entsprechende Veranschaulichung des Verlaufs der Geraden G1 und des
Verlaufs der Geraden G2 auf. Außerdem weist das Korrekturbild
die numerische Korrekturangabe 18 auf, wonach die Punktionsnadel 7 um
den Korrekturwinkel von +15° in Bezug auf die Bildebene
um die Spitze P2 der Punktionsnadel 7 zu schwenken ist. Das
Korrektur- bzw. Projektionsbild der 6 hat als Bezugsebene
also die Bildebene der 2D-Röntgenprojektion, welche dem
die Punktionsnadel 7 handhabenden Arzt aufgrund der Stellung
des C-Bogens 2 relativ zum Patienten P bekannt ist.
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Demnach
kann der Arzt zur Korrektur der Führungsrichtung der Punktionsnadel 7 basierend auf
dem Korrekturbild unter Berücksichtigung der Bildebene
als Bezugsebene die Punktionsnadel 7 entsprechend um +15° in
Richtung der in 6 eingetragenen Korrekturrichtung
verschwenkt. Da die Korrektur hier nur hinsichtlich einer Bezugsebene
angegeben wird, sind gegebenenfalls mehrere Korrekturbilder unter
voneinander verschiedenen Projektionsrichtungen erforderlich, damit
die tatsächliche Führungsrichtung schließlich
mit der gewünschten Führungsrichtung der Punktionsnadel 7 im
Raum übereinstimmt. Ist jedoch die Projektionsrichtung
des Korrekturbildes im Wesentlichen senkrecht zu der durch die erste
und zweite Gerade aufgespannten Ebene im Raum, was dadurch erreicht
werden kann, dass der C-Bogen 2 derart verstellt wird,
dass ein von der Röntgenstrahlenquelle 3 ausgehender
Zentralstrahl eines Röntgenstrahlenbündels im
Wesentlichen senkrecht auf der durch die Geraden G1 und G2 aufgespannten
Ebene steht, so kann ein Korrekturbild ausreichen, um die Punktionsnadel 7 von
der aktuellen Führungsrichtung in die gewünschte
Führungsrichtung im Raum zu überführen.
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Nach
einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Korrekturbild
ein in den 7 bis 9 gezeigtes
Korrekturdiagramm 20 aufweisen. Das Korrekturdiagramm 20 ist
in einer Ebene E2 in der Perspektive der aktuellen Führungsrichtung
der Punktionsnadel 7 lokalisiert. Das heißt, die
aktuelle Führungsrichtung der Punktionsnadel 7 bzw.
die Gerade G1 steht senkrecht zu der Ebene E2 des Korrekturdiagramms 20.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist das Korrekturdiagramm 20 eine
Korrekturscheibe 21 und zwei Korrekturrichtungsachsen K1 und
K2 mit Korrekturrichtungen und mit auf die Korrekturrichtungen bezogene
numerische Korrekturangaben auf. Das Korrekturdiagramm 20 weist
außerdem einen ersten, die aktuelle Führungsrichtung
der Punktionsnadel 7 veranschaulichenden Punkt U1 und einen
zweiten, die von der Punktionsnadel 7 einzunehmende gewünschte
Führungsrichtung veranschaulichenden Punkt U2 auf. Das
Korrekturdiagramm 20 ist eine Art „Joystick- oder
Steuerknüppel-Visualisierung", welche einem sich gedanklich
in die Punktionsnadel 7 bzw. das Ende der Punktionsnadel 7 versetzenden
Arzt angibt, wie und um welche Korrekturwinkel die Punktionsnadel 7 in
die Korrekturrichtungen der Korrekturrichtungsachsen K1 und K2 zu
verschwenken ist, damit die Punktionsnadel 7 die gewünschte
Führungsrichtung einnimmt. Das Korrekturdiagramm 20 kann
dabei für sich alleine ein Korrekturbild darstellen, oder
aber – wie in 9 veranschaulicht – in
ein Korrekturbild, beispielsweise eine Projektionsbild eingeblendet
werden.
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Die
Angabe der Korrekturrichtungen bzw. der Korrekturrichtungsachsen
K1 und K2 ist im Übrigen eindeutig, was in 10 veranschaulicht
ist. 10 zeigt die Gerade G1 sowie eine Ebene E1, bei
der es sich um die Tischebene des Patiententisches 8 handelt,
auf dem der Patient P gelagert ist. Zur Ermittlung der Korrekturrichtungsachsen
wird ein Punkt N0 auf der Geraden G1 gewählt, der beispielsweise
das Ende der Punktionsnadel 7 sein kann. Es kann jedoch
auch ein anderer Punkt auf der Geraden G1 ausgewählt werden.
Festgelegt wird die Ebene E2 durch den gewählten Punkt
P0 mit dem Normalenvektor N1 auf der Geraden G1, welche Ebene E2 die
Ebene des Korrekturdiagramms 20 ist. Die Ebenen E1 und
E2 schneiden sich in der Schnittgeraden S, wobei die Parallele PS
zu der Schnittgeraden S durch den Punkt N0 in der Ebene E2 die erste
eindeutige Korrekturrichtungsachse K1 in der Ebene des Korrekturdiagramms 20 festlegt.
Die zweite eindeutige Korrekturrichtungsachse K2 ergibt sich durch die
Senkrecht SP auf die Schnittgerade S durch den gewählten
Punkt No in der Ebene E2.
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Aus
dem Schnittpunkt der Geraden G2 mit der Ebene E2 lassen sich schließlich
die auf die Korrekturrichtungsachsen K1 und K2 bezogenen Korrekturwinkel
berechnen, so dass ein Arzt, wenn er sich gedanklich in das Ende
der Punktionsnadel 7 versetzt, eindeutig die in dem Korrekturdiagramm 20 angegebenen
Korrekturwinkel von vorliegend 60° einstellen und somit
die Punktionsnadel 7 in die gewünschte Führungsrichtung
der Punktionsnadel 7 bringen kann.
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Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel einer Punktion mit einer
Punktionsnadel beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die
Anwendung bei Punktionen beschränkt. Vielmehr können auch
für andere Instrumente, sei es im medizinischen Bereich
oder auch im außermedizinischen Bereich, erfindungsgemäß Korrekturinformationen
zur Korrektur ihrer Führungsrichtung bereitgestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005012985
A1 [0006, 0006]
- - DE 10210646 A1 [0006]