DE102007034221A1 - Bone/body part method for virtual adapting of an object to a patient's body part, e.g. during surgical implants, displays a three-dimensional view of body parts on a screen to allow fine adjustment - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zur virtuellen Anpassung eines Objekts an ein Körperteil eines Patienten.method for virtual adaptation of an object to a body part of a patient.
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. from the "computer Aided Design "(CAD) are derived as much 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, sogenannte 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, so-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 is limited but quite predominantly 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.
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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 is more complete and more precisely in three dimensions, the more 3D information about the patient or implant 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 grobjustiert 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 wiederspiegeln. Unter Nutzung der räumlichen Ansicht bzw. Darstellung des Körperteils wird sodann das Objekt automatisch solange relativ zum Körperteil feinjustiert, 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 wiederspiegelt, 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. in numbers. Using the spatial view or presentation of the body part then the object is automatically relative to the body part fine-tuned until the fit one 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 aufeinanderstehende Aufnahmen.Alternatively or in addition to actual 3D image data, the spatial view of the body part or object can also be represented 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 images show views in different perspectives, so that a new spatial adaptation or fitting of the object on the body part is possible. A limiting case of two views are stereo views. With regard to measuring accuracy or depth resolution, orthogonal or almost orthogonal are optimal other 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 to extract whole volumes from the DICOM descriptors of the record.
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. grobjustiert 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 orthogonale bzw. nahezu orthogonal aufeinanderstehenden 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 nearly orthogonal successive images are to be preferred. In orthogonal views, there is the additional advantage that the automatic calculation of the Passma This is done in the corresponding views. Especially in mutually orthogonal views so the iterative part calculations to optimize the fit for the required translations and rotations for each adjustment only in limited dimensions and thus can be performed much faster.
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, eventuell 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 an object only two-dimensional before, possibly 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
[
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 aus schließlich 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 may eventually be the one 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:
Das
folgende Ausführungsbeispiel
beschreibt unter anderem eine Fraktur-/Fragment-Repositionierung
kombiniert mit Platzierung und Anpassung einer Metallplatte an einem
gebrochenem Knochen
Vom
Patienten
Als
erster Schritt wird also der Volumendatensatz
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
In
Die
alternativen Spiegelbilder
In
einer weiteren Variante des Verfahrens, z.B. für einen Patienten
Am gebrochenen Femur, also dem Knochen
On the broken femur, so the bone
In
Der
Arzt
Sodann
wird als charakteristische Größe jeweils
das minimale Trägheitsmoment
Für eines
oder beide der Fragmente
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
Als
Passmaß kann
z.B. die CT-Knochendichte in jedem dem Segment
In
einer alternativen Ausführungsform
des Verfahrens ist es möglich,
neben der Korrelationsrechnung auch die Summenbestimmung der Differenzbeträge der quadratischen
Abweichungen von Fragment
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
Alternativ
zur oben beschriebenen Orientierung an den Hauptträgheitsachsen
Trotz
der erfolgten optimalen Positionierung der Fragmente
Um
genau die oben genannte Korrelation bzw. Differenzensumme wie oben
erwähnt,
verwenden zu können,
kann alternativ oder zusätzlich
eine Kantenfilterung in den Bilddaten
Nach
Erreichen der optimalen Lage wird die Metallplatte
In
einer alternativen Variante des Verfahrens kann, ausgehend von der
nun gefundenen optimalen Position vom zentralen Auflagepunkt der
Fläche
Somit
ist die Positionierung eines Implantats in Form der Metallplatte
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