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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 Funktionsnadel 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 Funktionsnadel 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 Punktionsnadel 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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In der
EP 1 323 380 B1 ist eine Vorrichtung zum Beobachten einer Biopsiekanüle und zum Führen derselben in Richtung eines Zielobjektes innerhalb eines menschlichen Körpers in einem 3D-Ultraschalldiagnosesystem beschrieben, welches ein interventionelles Ultraschallsystem verwendet. Dabei wird eine numerische Information hinsichtlich eines Fehlers zwischen dem idealen Pfad und dem tatsächlichen Pfad der Biopsiekanüle zusammen mit Graphiken angezeigt.
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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, wobei 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, wobei das Korrekturbild ein Korrekturdiagramm lokalisiert in einer Ebene in der Perspektive der aktuellen Führungsrichtung des Instrumentes aufweist. 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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Im Hinblick auf das Korrekturdiagramm ist die aktuelle Führungsrichtung des Instruments 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 tatsachlich 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 Fuhrungsrichtung 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 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 gewünschten 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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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 Langsachse 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 Instruments 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 Funktionsnadel 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 Bedingungen 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 gewannen. 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-Rantgenprojektionsbild 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 Narmalenvektor 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.
