DE102008022924A1

DE102008022924A1 - Vorrichtung und Verfahren für einen medizinischen Eingriff

Info

Publication number: DE102008022924A1
Application number: DE102008022924A
Authority: DE
Inventors: Michael Maschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-12
Also published as: US8795188B2; US20100063514A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen medizinischen Eingriff an einem Patienten (P). Die zur Ausführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung umfasst ein in einen bewegten Körperbereich des Patienten (P) einzuführendes medizinisches Instrument (2), einen mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter (22), an dem das medizinische Instrument (2) zur Führung anordenbar ist, und Mittel (9, 11, 16 bis 21) zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches, wobei das medizinische Instrument (2) unter Berücksichtigung der Bewegung des Körperbereiches mit dem Roboter (22) in den Körperbereich des Patienten (P) einführbar und in Richtung eines Zielgewebes (T) im Körper des Patienten (P) führbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für einen medizinischen Eingriff an bzw. in einem bewegten Körperbereich eines Patienten, bei dem ein medizinisches Instrument in den bewegten Körperbereich des Patienten eingeführt und geführt wird.
Minimal-invasive medizinische Eingriffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. So sind beispielsweise bei der Behandlung von koronaren Herzerkrankung die chirurgischen Bypass-Operationen am Herzen deutlich zu Gunsten der Ballon-Dilatation (PTCA = Perkutane Transluminale Koronare Angioplastie) und dem Einsetzen eines Stents zurückgegangen. Auch im Bereich der Biopsien, Wirbelsäulentherapien und Tumorablationen nehmen minimal-invasive Eingriffe zu.
Bei einem minimal-invasiven Eingriff werden z. B. ein oder mehrere medizinische Instrumente in den Körper eines Patienten zur Therapie oder Diagnostik eingeführt. Nach der Einführung eines medizinischen Instrumentes in den Körper des Patienten ist zumindest die Spitze des medizinischen Instrumentes für einen den Eingriff durchführen Arzt nicht mehr sichtbar. Zur Navigation des Instrumentes im Körper des Patienten muss dieses daher in geeigneter Weise für den Arzt in Bildinformationen visualisiert werden. Zur Positionsbestimmung des Instrumentes im Körper des Patienten bei minimal-invasiven medizinischen Eingriffen, welche für die Visualisierung des Instrumentes, insbesondere der Spitze des Instrumentes, in Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten erforderlich ist, stehen heutzutage verschiedenartige Systeme und Verfahren zur Verfügung.
Eine Herausforderung bleibt insbesondere bei minimal-invasiven Eingriffen, beispielsweise Biopsien oder Tumorablationen, an bzw. in z. B. durch die Atembewegung des Patienten bewegten Körperbereichen des Patienten das exakte Einbringen des medizinischen Instrumentes in den Körperbereich und die exakte Führung des medizinischen Instrumentes zu einem zu behandelnden oder zu untersuchenden Zielgewebe. So kann sich beispielsweise ein zu behandelnder oder zu untersuchender Lungentumor zwischen 1 und 2 cm während eines Atemzyklus bewegen, was einen minimal-invasiven medizinischen Eingriff erschwert.
Damit ein Arzt bei einer Biopsie oder einer Tumorablation die Therapienadel von Hand in den zu behandelnden Gewebe- oder Organbereich einbringen kann, wird der Patienten daher zumeist aufgefordert den Atem anzuhalten. Alternativ kann der Arzt versuchen, die Therapienadel unter Abschätzung des Atemzyklus in den zu behandelnden Gewebe- oder Organbereich einzuführen. Der Erfolg dieses Vorgehens ist dabei in der Regel von der Kooperation des Patienten und dem handwerklichen bzw. chirurgischen Geschick des Arztes abhängig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart anzugeben, das ein medizinischer Eingriff an einem bewegten Körperbereich eines Patienten vereinfacht wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 20. Die Vorrichtung umfasst ein in einen bewegten Körperbereich eines Patienten einführbares, vorzugsweise starres medizinisches Instrument, einen mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter, an dem das medizinische Instrument zur Führung anordenbar ist, und Mittel zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches, wobei das medizinische Instrument unter Berücksichtigung der Bewegung des Körperbereiches mit dem Roboter in den Körperbereich des Patienten einführbar und in Richtung eines Zielgewebes im Körper des Patienten führbar ist. Das medizinische Instrument wird dabei automatisch von dem Roboter ein- und zu dem Zielgewebe geführt, wobei die an sich vorhandene Relativbewegung zwischen dem Körperbereich und dem medizinischen Instrument berücksichtigt, d. h. kompensiert wird. Bei der zu kompensierenden Bewegung des Körperbereiches kann es sich um willkürliche Bewegungen des Patienten handeln. Bevorzugt handelt es sich bei der zu kompensierenden Bewegung des Körperbereiches aber um eine durch die Herz- oder Atembewegung bedingte im Wesentlichen periodische Bewegung des Körperbereiches.
Nach einer Variante der Erfindung weist die Vorrichtung eine Einheit, z. B. eine Workstation oder einen Rechner, zur Planung des Eingriffs auf, wobei basierend auf Bildinformationen von dem bewegten Körperbereich des Patienten der Start- und der Zielpunkt für die Führung des medizinischen Instrumentes mit dem mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter festgelegt werden. Die Bildinformationen von dem bewegten Körperbereich können präoperativ oder intraoperativ mit einem Computertomographen, einem Magnetresonanzgerät oder einem C-Bogen-Röntgengerät als 2D-Bilder, bevorzugt als 3D-Bild gewonnen werden. Um insbesondere ein bewegungsartefaktfreies 3D-Bild von dem bewegten Körperbereich zu erhalten, wird die Bewegung des bewegten Körperbereiches bereits bei der Aufzeichnung der Bildinformationen erfasst und bei der Rekonstruktion des 3D-Bildes berücksichtigt. Anhand des 3D-Bildes kann dann die Planung des Eingriffs mit der Festlegung des Start- und Zielpunktes erfolgen. Unter anderem basierend auf dieser Planung erfolgt die automatische Führung des medizinischen Instrumentes durch den Roboter.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zur Erfassung der Bewegung des bewegten Körperbereiches ein beispielsweise elektromagnetisches Positionserfassungssystem mit wenigstens einem an der Körperoberfläche, insbesondere an dem relevanten bewegten Körperbereich des Patienten anbringbaren und erfassbaren elektromagnetischen Sensor, ein Positionserfassungssystem mit wenigstens einer Kamera zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches und/oder wenigstens eine Einheit zur Laserstrahlabtastung des Körperbereiches auf. Alternativ oder zusätzlich können Mittel zur Berechnung der Be wegung des Körperbereiches basierend auf erfassten anatomischen Bildern des Körperbereiches vorgesehen sein. Insbesondere können mittels Röntgenstrahlung oder Ultraschall insbesondere kontinuierlich anatomische Bilder gewonnen werden, aus denen sich die Bewegung des Körperbereiches ableiten lässt. Insbesondere wenn die Bewegung des bewegten Körperbereiches durch die Atmung des Patienten verursacht ist bieten sich als Mittel zur Erfassung der Bewegung des bewegten Körperbereiches ein Atemgürtel, ein Beatmungsgerät und/oder ein Narkoseventilator an, die letzten beiden insbesondere dann, wenn der Patient während des Eingriffs mit dem Beatmungsgerät beatmet bzw. mit dem Narkoseventilator narkotisiert wird. In diesem Fall kann das ohnehin vorhandene Taktsignal des Beatmungsgerätes bzw. des Narkoseventilators nicht nur als Triggersignal für die präoperative oder intraoperative Bildgebung, sondern auch für die atemgesteuerte Führung des medizinischen Instrumentes durch den Roboter verwendet werden. Geeignete Mittel zur simultanen Erfassung von Atembewegungen, Herzbewegungen und Körperbewegungen sind beispielsweise in der DE 10 2005 059 211 A1 beschrieben. Ein in Frage kommendes Beatmungsgerät ist z. B. in der US 2006/0180150 A1 offenbart.
Eine Variante der Erfindung sieht Mittel zur Erzeugung einer Bewegungskurve des Körperbereiches basierend auf der erfassten Bewegung des Körperbereiches vor. Vorzugsweise ist die Bewegungskurve eine periodische Bewegungskurve.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der das medizinische Instrument führende Roboter basierend auf der Bewegungskurve derart relativ zum Körperbereich des Patienten kontinuierlich bewegt bzw. eingestellt wird, dass sich das medizinische Instrument synchron mit dem Körperbereich des Patienten bewegt. Durch die kontinuierliche Stellbewegung bzw. Einstellung des Roboters bleibt das medizinische Instrument vor dem medizinischen Eingriff relativ zu dem relevanten Körperbereich bzw. dem Startpunkt des Eingriffs zunächst in Ruhe, d. h. die kontinuierliche, periodische Bewegung des Körperbereiches wird kompensiert. Ist dies der Fall, kann der eigentliche medizinische Eingriff mit der Einführung und der Führung des medizinischen Instrumentes durch den Roboter erfolgen. Die Führungsbewegung des Roboters wird dabei der Synchronbewegung bzw. der periodischen Stellbewegung des Roboters überlagert.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine verstellbare Patientenlagerungsplatte auf, auf der der Patient gelagert ist, wobei die Patientenlagerungsplatte basierend auf der Bewegungskurve derart relativ zu dem medizinischen Instrument kontinuierlich verstellt bzw. eingestellt wird, dass das medizinische Instrument und der Körperbereich des Patienten im Wesentlichen relativ zueinander in Ruhe sind. In diesem Fall wird die kontinuierliche, periodische Bewegung des Köperbereiches also durch eine entsprechende kontinuierliche, periodische Gegenbewegung der Patientenlagerungsplatte kompensiert. Die Patientenlagerungsplatte kann hierzu an einer entsprechend verstellbaren Säule, z. B. einer Hubsäule angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Patientenlagerungsplatte aber an einem Roboterarm eines zweiten mehrachsigen Roboters angeordnet, welcher die kontinuierliche, periodische Stellbewegung der Patientenlagerungsplatte vollzieht.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung ein bildgebendes Gerät aufweist, mit dem während des Eingriffs Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten zur Visualisierung und Kontrolle des Fortgangs des medizinischen Eingriffs erzeugbar sind. Vorzugsweise ist das bildgebende Gerät ein Röntgengerät, mit dem zu bestimmten Zeitpunkten Durchleuchtungsaufnahmen mit niedriger Röntgendosis gewonnen werden können.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist das medizinische Instrument eine Biopsienadel.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das medizinische Instrument mit wenigstens einem Sensor versehen, mit dem die Position zumindest des distalen Endes des medizinischen Instrumentes im Körper des Patienten bestimmbar ist. Ist der Sensor beispielsweise ein elektromagnetischer Sensor eines elektromagnetischen Positionserfassungssystems, kann nach einer Registrierung des elektromagnetischen Positionserfassungssystems mit einem Bild des bewegten Körperbereiches ein Abbild des medizinischen Instrumentes in das Bild von dem bewegten Körperbereich des Patienten eingeblendet werden. In "Needle and catheter navigation using electromagnetic tracking for computer-assisted C-arm CT interventions", Markus Nagel, Martin Hoheisel, Ralf Petzold, Willi A. Kalender and Ulrich H. W. Krause, Medical Imaging 2007: Visualization and Image-Guided Procedures, edited by Kevin R. Cleary, Michael I. Miga, Proc. of SPIE Volume 6509, 65090J, (2007) · 1605–7422/07/$18 · doi: 10.1117/12.709435 ist ein derartiges elektromagnetisches Positionserfassungssystem AURORA der Firma NDI, Waterloo, Ontario, Kanada beschrieben. Das elektromagnetische Positionserfassungssystem umfasst einen Feldgenerator zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, um Positionen und Orientierungen von medizinischen Instrumenten zu ermitteln, welche in ihrer Spitze jeweils kleine Induktionsspulen aufweisen. Anhand der induzierten Spannungen kann das AURORA System die Position und Orientierung des jeweiligen Instrumentes ermitteln.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter ein Knickarmroboter mit mindestens vier, vorzugsweise sechs Bewegungsfreiheitsgraden. Ein derartiger Roboter ist in der DE 10 2005 012 700 A1 beschrieben.
Der Roboter kann ein eigenes Stativ zur Anordnung auf einem Boden, an einer Decke oder an einer Wand umfassen. Der Roboter kann aber auch an einer den Patienten aufnehmenden Patientenlagerungsplatte angeordnet sein. Eine weitere Alternative stellt die Anordnung des mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboters an dem bildgebenden Gerät dar.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter wenigstens einen Sensor zur Ermittlung der Vorschubkraft des medizinischen Instrumentes bei dem Eingriff aufweist. Der Sensor kann in einer Aufnahme oder Halterung des Roboters für das medizinische Instrument angeordnet sein.
Nach einer Variante der Erfindung wird als Sicherheitsmaßnahme nach Überschreitung eines ersten Grenzwertes der Vorschubkraft ein optisches und/oder ein akustisches Warnsignal abgegeben. Hierzu können ein entsprechendes Warnlicht und ein Lautsprecher vorgesehen sein. Durch das optische und/oder das akustische Warnsignal wird signalisiert, dass möglicherweise Komplikationen bei dem medizinischen Eingriff aufgetreten sind.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist in einer zweiten Eskalationsstufe vorgesehen, dass nach Überschreitung eines zweiten, höheren Grenzwertes der Vorschubkraft der weitere Vorschub des medizinischen Instrumentes unterbunden wird, d. h. der automatisch ablaufende medizinische Eingriff gestoppt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines medizinischen Eingriffs an einem Patienten,
2 die mit der Atmung eines Patienten synchronisierte Stellbewegung eines ein medizinisches Instrument führenden Roboters und
3 die mit der Atmung eines Patienten synchronisierte Stellbewegung einer von einem Roboter geführten Patientenlagerungsplatte.
In 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines medizinischen Eingriffs an einem auf einer schematisch dargestellten Patientenlagerungsplatte 1 gelagerten Patienten P darge stellt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels handelt es sich bei dem Eingriff um eine Biopsie im Brustbereich des Patienten P, bei der ein medizinisches Instrument in Form einer Biopsienadel 2 in den Brustbereich des Patienten P eingeführt wird, um aus einem Zielgewebe in Form eines Tumors T eine Gewebeprobe zu entnehmen.
Die Biopsie im Brustbereich gestaltet sich insofern schwierig, dass sich der Brustbereich mit dem Tumor T infolge der Atmung des Patienten bewegt, der Tumor T also ein bewegtes Ziel darstellt, das es mit der Biopsienadel zielgenau zu treffen gilt.
Um die Biopsie erfolgreich durchführen zu können, wird diese zunächst mit einer Recheneinheit 3 zur Planung des Eingriffs vorbereitet. Im Zuge der Vorbereitung des Eingriffs werden zunächst Bildinformationen vom Brustbereich des Patienten P im vorliegenden Fall mit einer C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 gewonnen. Der C-Bogen 5 der C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 ist an einem mehrachsigen Roboter 6 angeordnet und trägt einander gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 7 und ein Röntgenstrahlenempfänger 8. Der C-Bogen 5 ist in an sich bekannter Weise um seine Angulationsachse A in die Richtungen des Doppelpfeils a verstellbar. Außerdem ist der C-Bogen 5 mit dem Roboter 6 derart verstellbar, dass der C-Bogen 5 so relativ zu dem Patienten P angeordnet werden kann, dass unter Drehung des C-Bogens 5 um die Angulationsachse A eine Serie von 2D-Projektionen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen vom Brustbereich des Patienten P ohne Anwesenheit der Biopsienadel 2 aufgenommen werden kann.
Parallel zur Aufnahme der 2D-Projektionen wird auch die Bewegung des Brustbereiches des Patienten P erfasst. Hierzu sind verschiedene Vorrichtungen geeignet. Eine erste Möglichkeit besteht in der Verwendung eines elektromagnetischen Positionserfassungssystems 11, indem ein elektromagnetischer Sensor 12 des Positionserfassungssystems 11 im Brustbereich des Patienten P angeordnet wird. Ein Feldgenerator 13 des Positi onserfassungssystems 11 erzeugt ein elektromagnetisches Feld, in dem sich der Sensor 12 befindet, um die Positionen des mit kleinen Induktionsspulen versehenen Sensors 12 ermitteln zu können. Anhand der in den Spulen des Sensors 12 induzierten Spannungen, kann eine Recheneinrichtung 14 des Positionserfassungssystems 11, welche in nicht dargestellter Weise mit dem Sensor 12 verbunden ist, die Positionen des Sensors 12 und somit eine Bewegungskurve oder im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Atemkurve des Brustbereiches des Patienten P über der Zeit kontinuierlich ermitteln.
Da die Recheneinrichtung 14 des Positionserfassungssystems 11 an einem gemeinsamen Datenbus 15 angeschlossen ist, steht die Bewegungskurve auch einem Bildrechner 9 der C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 zur Verfügung. Anhand der Bewegungskurve kann eine bestimmte Bewegungsphase des Brustbereiches, beispielsweise die Phase der maximalen Einatmung des Patienten, ausgewählt werden. Der Bildrechner verwendet für die Rekonstruktion eines Volumendatensatz vom Brustbereich des Patienten P dann nur die 2D-Projektionen die im Wesentlichen zu diesem Zeitpunkt aufgenommen wurden. Auf diese Weise erhält man einen bewegungsartefaktfreien Volumendatensatz von Brustbereich des Patienten P, aus dem wiederum ein 3D-Bild vom Brustbereich erzeugt und auf einem Sichtgerät 10 dargestellt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegungskurve auch mit Hilfe eines wenigstens eine Kamera 16 aufweisenden optischen Positionserfassungssystem ermittelt werden. Ein Rechner 17 wertet dabei die vorzugsweise kontinuierlich aufgezeichneten Kamerabilder vom Brustbereich des Patienten P aus und ermittelt die Bewegungskurve des Brustbereiches. Eine weitere Möglichkeit die Bewegungskurve zu ermitteln, besteht in der Verwendung einer Einheit 18 zur kontinuierlichen Laserstrahlabtastung des Brustbereiches des Patienten P. Des Weiteren kann ein Atemgürtel 19 mit Auswerteeinheit 20 zur Ermittlung der Bewegungskurve verwendet werden. Wird der Patient P bei der Biopsie mit einem Beatmungsgerät 21 beatmet bzw. mit einem Narkoseventilator narkotisiert, kann die Bewegungskurve des Brustbereiches auch direkt basierend auf dem Gatingsignal für das Atemgating des Beatmungsgerätes 21 bzw. basierend auf dem Gatingsignal des Narkoseventilators 21 abgeleitet werden. Nach einer weiteren Variante können mit der C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 kontinuierlich Röntgenbilder von dem Brustbereich des Patienten P gewonnen werden, welche der Bildrechner 9 hinsichtlich der Bewegung des Brustbereiches auswertet. Basierend auf der Auswertung kann der Bildrechner eine Bewegungskurve des Brustbereiches ermitteln bzw. berechnen.
Im Folgenden wird davon ausgegangen das zur fortwährenden Ermittlung der Bewegungskurve des Brustbereiches des Patienten P das elektromagnetische Positionserfassungssystem 11 verwendet wird.
Vorstehend ist beschrieben, dass die Auswahl der für die bewegungsartefaktfreie Rekonstruktion verwendeten 2D-Projektionen retrospektive erfolgt. Da alle erwähnten Mittel zur Ermittlung der Bewegungskurve des Brustbereiches an den Datenbus 15 angeschlossen sind, kann die C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 bei der Gewinnung der 2D-Projektionen jedoch auch derart betrieben werden, dass immer nur dann eine 2D-Projektion aufgenommen wird, wenn sich der Brustbereich in einer bestimmten Bewegungsphase befindet. In diesem Fall wird die C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 bei der Aufnahme der 2D-Projektionen basierend auf der Bewegungskurve also entsprechend getriggert. Die so gewonnenen 2D-Projektionen werden dann zur bewegungsartefaktfreien Rekonstruktion eines Volumendatensatzes bzw. eines 3D-Bildes verwendet.
Ist ein 3D-Bild vom Brustbereich des Patienten P erzeugt, kann basierend hierauf die Planung des Eingriffs erfolgen, indem unter anderem der Startpunkt und der Zielpunkt für die Führung der Biopsienadel 2 festgelegt werden. Die Bewegungskurve kann dabei kontinuierlich auf dem an die Recheneinheit 3 zur Planung angeschlossenen Sichtgerät 10 angezeigt werden.
Nach der Erfindung wird die Biopsienadel 2 bei dem medizinischen Eingriff jedoch nicht von Hand, sondern von einem mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von einem Knickarmroboter 22 geführt. Die Biopsienadel 2 ist hierzu in einer Halterung 23 des Knickarmroboters 22 angeordnet. Der Knickarmroboter 22 ist im vorliegenden Fall an der Patientenlagerungsplatte 1 angeordnet und mit seiner Robotersteuerung 24 mit dem Datenbus 15 verbunden.
Der mit der Biopsienadel 2 in definierter Weise versehene Knickarmroboter 22 wird in an sich bekannter Weise beispielsweise landmarkenbasiert mit dem 3D-Bild des Brustbereiches registriert, worunter unter anderem die Ermittlung einer Koordinatentransformation zwischen einem dem 3D-Bild und einem dem Knickarmroboter 22 zugeordneten Koordinatensystem verstanden wird. Danach kann der Knickarmroboter 22 die Biopsienadel 2, wie bei der Planung festgelegt, vom Startpunkt zum Zielpunkt im Brustbereich des Patienten P führen.
Da sich der Brustbereich bewegt, erfolgt auch die Einführung der Biopsienadel 2 und die Führung der Biopsienadel 2 unter Berücksichtigung der Bewegung des Brustbereiches.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung führt der Knickarmroboter 22 die Biopsienadel 2 basierend auf der kontinuierlich mit dem Positionserfassungssystem 11 ermittelten Bewegungskurve, die der Robotersteuerung 24 über den Datenbus 15 zur Verfügung steht. Der Knickarmroboter 22 und das Positionserfassungssystem 11 sind dabei ebenfalls miteinander registriert. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung erfolgt die Registrierung mittels eines elektromagnetischen Sensors 30 des elektromagnetischen Positionserfassungssystems 11, welcher in definierter Weise in bzw. an der Biopsienadel 2 angeordnet ist, die selbst in definierter Weise in der Halterung 23 des Knickarmroboters 22 aufgenommen ist. Auf diese Weise ist es, wie in 2 schematisch darge stellt, möglich, dass der Knickarmroboter 22 basierend auf der Bewegungskurve 25 derart relativ zum Brustbereich bzw. zum Tumor T des Patient P durch Verstellungen um seine Achsen bewegt bzw. eingestellt wird, dass sich die Biopsienadel 2 synchron mit dem Brustbereich bzw. dem Tumor T des Patienten P bewegt (in 2 ist nur der Tumor T dargestellt). Dadurch wird die Bewegung des Brustbereiches bzw. des Tumors T in Bezug auf die Biopsienadel 2 kompensiert und die Biopsienadel 2 kann mittels einer der Kompensationsbewegung des Knickarmroboters 22 überlagerten Führungsbewegung des Knickarmroboters 22 in den Brustbereich eingeführt und zum Tumor T geführt werden.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vollzieht nicht der Knickarmroboter 22 die Kompensationsbewegung, sondern die Patientenlagerungsplatte 1, welche an einer verstellbaren Säule 26 mit zugeordneter Steuerung 27 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Knickarmroboter 22 jedoch nicht an der Patientenlagerungsplatte 1, sondern in nicht explizit dargestellter Weise am Boden, an der Decke oder einer Wand eines Raums angeordnet und bis auf die Führungsbewegung in Ruhe. Die Steuerung 27 verstellt die den Patienten P tragende Patientenlagerungsplatte 1 basierend auf der kontinuierlich mit dem Positionserfassungssystem 11 ermittelten Bewegungskurve derart relativ zu der Biopsienadel 2, dass die Biopsienadel 2 und der Brustbereich des Patienten P bzw. der Tumor T im Wesentlichen relativ zueinander in Ruhe sind. Die Patientenlagerungsplatte 1 vollzieht hierzu eine der Bewegung des Brustbereiches bzw. des Tumors T entgegen gesetzte Bewegung. Dabei sind das Positionserfassungssystem 11 und die mit der Steuerung 27 verstellbare Patientenlagerungsplatte 1 miteinander registriert, wozu beispielsweise in nicht dargestellter Weise ein oder mehrere Sensoren des Positionserfassungssystems 11 an der Patientenlagerungsplatte 1 definiert angeordnet sein können. Während andere Körperbereiche des Patienten, beispielsweise die Füße, dabei in Bewegung sind, wird die Bewegung des Brustbereiches bzw. des Tumors T relativ zu der Biopsienadel 2 kompensiert. Die Biopsienadel 2 kann demnach exakt mit dem Knickarmroboter 22 in den Brustbereich eingeführt und zielgenau zu dem Tumor T geführt werden.
Alternativ kann die Patientenlagerungsplatte 1 anstatt an der Säule 26 auch an einem mehrachsigen Roboter 28 mit Robotersteuerung 29 angeordnet sein und von diesem entsprechend bewegt werden. In diesem Fall verstellt der Roboter 28 die Patientenlagerungsplatte 1 basierend auf der Bewegungskurve 25, wie dies in 3 veranschaulicht ist.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Biopsienadel 2, wie bereits erwähnt, im Bereich ihrer Spitze mit einem elektromagnetischen Sensor 30 des elektromagnetischen Positionserfassungssystems 11 versehen, so dass die Position insbesondere der Spitze der Biopsienadel ermittelt und nach einer Registrierung des Positionserfassungssystems 11 mit dem schon für die Planung des Eingriffs verwendeten 3D-Bild vom Brustbereich des Patienten P in das 3D-Bild eingeblendet werden kann. Auf diese Weise kann der Fortgang der Biopsie verfolgt, insbesondere die jeweils aktuelle Position der Biopsienadel 2 relativ zum Tumor T visualisiert werden.
Des Weiteren können mit der C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 zu bestimmten Zeitpunkten während der Biopsie 2D-Röntgenprojektionen oder Durchleuchtungsbilder vom Brustbereich des Patienten P mit möglichst niedriger Röntgendosis aufgenommen werden, um den Fortgang der Biopsie zu verfolgen. Dabei besteht auch die Möglichkeit die aktuell aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen oder Durchleuchtungsbilder dem 3D-Bild vom Brustbereich des Patienten zu überlagern.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung weist der Knickarmroboter 22, insbesondere die Halterung 23 des Knickarmroboters 22 außerdem einen Sensor 31 zur Ermittlung der Vorschubkraft der Biopsienadel 22 auf. Der Sensor 31 kann beispielsweise ein piezoelektrischer Sensor sein. Auf diese Weise kann die Vorschubkraft während der Biopsie über wacht werden und bei Auftreten einer erhöhten Vorschubkraft, was auf ein Problem, beispielsweise einen sich im Biopsieweg befindlichen Knochen, schließen lässt, zum Schutz des Patienten P während der Biopsie eingegriffen werden.
Die Sensorsignale des Sensors 31 werden im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von der Robotersteuerung 24 ausgewertet. Überschreitet die ermittelte Vorschubkraft einen ersten vorgebbaren Grenzwert, der auf Erfahrungswerten beruhen kann, wird ein optisches und ein akustisches Warnsignal abgegeben, welche dem den automatischen Ablauf der Biopsie überwachenden Arzt ein Problem signalisieren. Hierzu sind an die Robotersteuerung eine Warnlampe 32 und ein Lautsprecher 33 angeschlossen, welche von der Robotersteuerung 24 angesteuert werden. Steigt die Vorschubkraft bei der Biopsie weiter an und reagiert der Arzt nicht entsprechend wird nach Überschreitung eines zweiten vorgebbaren Grenzwertes, der ebenfalls auf Erfahrungen beruhen kann, der weitere automatisierte Vorschub der Biopsienadel 2 mit dem Knickarmroboter 22 gestoppt. Andernfalls wird die Biopsie bis zur Gewebeentnahme aus dem Tumor T fortgesetzt.
Im Unterschied zu den vorstehend beschrieben Ausführungsbeispielen kann der Knickarmroboter 22 auch an der C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4 angeordnet sein, wenn diese während der Biopsie neben der Patientenlagerungsplatte 1 bzw. neben dem Patienten P angeordnet ist.
Der C-Bogen 5 wie auch die Patientenlagerungsplatte 1 müssen im Übrigen nicht notwendigerweise an einem Roboter angeordnet sein.
Des Weiteren kann eine patientennahe Bedieneinheit 34 an der Patientenlagerungsplatte 1 für die C-Bogen-Röntgeneinrichtung 4, den Knickarmroboter 22, die Säule 26, den Roboter 28 und/oder das Positionserfassungssystem 11 vorgesehen sein.
Bei dem medizinischen Instrument muss es sich nicht um eine Biopsienadel 2 handeln. Vielmehr können auch andere, insbesondere starre medizinische Instrumente mit dem Knickarmroboter geführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005059211 A1 [0009]
- US 2006/0180150 A1 [0009]
- DE 102005012700 A1 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ”Needle and catheter navigation using electromagnetic tracking for computer-assisted C-arm CT interventions”, Markus Nagel, Martin Hoheisel, Ralf Petzold, Willi A. Kalender [0015]
- Ulrich H. W. Krause, Medical Imaging 2007: Visualization and Image-Guided Procedures, edited by Kevin R. Cleary, Michael I. Miga, Proc. of SPIE Volume 6509, 65090J, (2007) · 1605–7422/07/$18 · doi: 10.1117/12.709435 [0015]

Claims

Vorrichtung für einen medizinischen Eingriff umfassend – ein in einen bewegten Körperbereich eines Patienten (P) einzuführendes medizinisches Instrument (2), – einen mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter (22), an dem das medizinische Instrument (2) zur Führung anordenbar ist, und – Mittel (9, 11, 16 bis 21) zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches, wobei das medizinische Instrument (2) unter Berücksichtigung der Bewegung des Körperbereiches mit dem Roboter (22) in den Körperbereich des Patienten (P) einführbar und in Richtung eines Zielgewebes (T) im Körper des Patienten (P) führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend eine Einheit (3) zur Planung des Eingriffs, wobei basierend auf Bildinformationen von dem bewegten Körperbereich des Patienten (P) der Start- und der Zielpunkt für die Führung des medizinischen Instrumentes (2) mit dem mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter (22) festlegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Mittel zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches – ein Positionserfassungssystem (11) mit wenigstens einem an der Körperoberfläche des Patienten (P) anbringbaren, erfassbaren Sensor (12), – ein Positionserfassungssystem mit wenigstens einer Kamera (16) zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches, – wenigstens eine Einheit (18) zur Laserstrahlabtastung des Körperbereiches, – Mittel (9) zur Berechnung einer Bewegung des Körperbereiches basierend auf erfassten anatomischen Bildern des Körperbereiches, – einen Atemgürtel (19), – ein Beatmungsgerät (21) und/oder – einen Narkoseventilator (21) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend Mittel (9, 11, 16 bis 21) zur Erzeugung einer Bewegungskurve (25) des Körperbereiches basierend auf der erfassten Bewegung des Körperbereiches.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der das medizinische Instrument (2) führende Roboter (22) basierend auf der Bewegungskurve (25) derart relativ zum Körperbereich des Patienten (P) bewegbar ist, dass sich das medizinische Instrument (2) synchron mit dem Körperbereich des Patienten (P) bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, aufweisend eine verstellbare Patientenlagerungsplatte (1), auf der der Patient (P) lagerbar ist, wobei die Patientenlagerungsplatte (1) basierend auf der Bewegungskurve (25) derart relativ zu dem medizinischen Instrument (2) verstellbar ist, dass das medizinische Instrument (2) und der Körperbereich des Patienten (P) im Wesentlichen relativ zueinander in Ruhe sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Patientenlagerungsplatte (1) an einem Roboterarm eines zweiten Roboters (28) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend ein bildgebendes Gerät (4), mit dem während des Eingriffs Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten (P) zur Visualisierung des Fortgangs des Eingriffs erzeugbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das bildgebende Gerät ein Röntgengerät (4) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das medizinische Instrument eine Biopsienadel (2) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das medizinische Instrument (2) wenigstens einen Sensor (30) aufweist, mit dem die Position zumindest des distalen Endes des medizinischen Instrumentes (2) im Körper des Patienten (P) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei dem der Sensor ein elektromagnetischer Sensor (30) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter ein Knickarmroboter (22) mit mindestens vier Bewegungsfreiheitsgraden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter (22) ein eigenes Stativ zur Anordnung auf einem Boden, an einer Decke oder an einer Wand umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 8 bis 13, aufweisend eine Patientenlagerungsplatte (1), wobei der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter (22) an der Patientenlagerungspatte (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter an dem bildgebenden Gerät angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter wenigstens einen Sensor (31) zur Ermittlung der Vorschubkraft des medizinischen Instrumentes (2) bei dem Eingriff aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der nach Überschreitung eines ersten Grenzwertes der Vorschubkraft ein optisches und/oder ein akustisches Warnsignal abgebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der nach Überschreitung eines zweiten Grenzwertes der Vorschubkraft der weitere Vorschub des medizinischen Instrumentes (2) unterbindbar ist.
Verfahren für einen medizinischen Eingriff, bei dem ein medizinisches Instrument (2) automatisch von einem mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter (22), an dem das medizinische Instrument (2) zur Führung angeordnet ist, in einen bewegten Körperbereich eines Patienten (P) eingeführt wird, wobei die Bewegung des Körperbereiches mit Mitteln (9, 11, 16 bis 21) zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches erfasst und das medizinische Instrument (2) unter Berücksichtigung der Bewegung des Körperbereiches mit dem Roboter (22) in den Körperbereich des Patienten (P) eingeführt und in Richtung eines Zielgewebes (T) im Körper des Patienten (P) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem basierend auf Bildinformationen von dem bewegten Körperbereich des Patienten (P) der Start- und der Zielpunkt für die Führung des medizinischen Instrumentes (2) mit dem mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisenden Roboter (22) festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem die Mittel zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches – ein Positionserfassungssystem (11) mit wenigstens einem an der Körperoberfläche des Patienten (P) anbringbaren, erfassbaren Sensor (12), – ein Positionserfassungssystem mit wenigstens einer Kamera (16) zur Erfassung der Bewegung des Körperbereiches, – wenigstens eine Einheit (18) zur Laserstrahlabtastung des Körperbereiches, – Mittel (9) zur Berechnung einer Bewegung des Körperbereiches basierend auf erfassten anatomischen Bildern des Körperbereiches, – einen Atemgürtel (19), – ein Beatmungsgerät (21) und/oder – einen Narkoseventilator (21) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem eine Bewegungskurve (25) des Körperbereiches ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der das medizinische Instrument (2) führende Roboter (22) basierend auf der Bewegungskurve (25) derart relativ zu dem Körperbereich des Patienten (P) bewegt wird, dass sich das medizinische Instrument (2) synchron mit dem Körperbereich des Patienten (P) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem eine verstellbare Patientenlagerungsplatte (1), auf der der Patient (P) gelagert ist, basierend auf der Bewegungskurve (25) derart relativ zu dem medizinischen Instrument (2) verstellt wird, dass das medizinische Instrument (2) und der Körperbereich des Patienten (P) im Wesentlichen relativ zueinander in Ruhe sind.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Patientenlagerungsplatte (1) an einem Roboterarm eines zweiten Roboters (28) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem mit einem bildgebenden Gerät (4) während des Eingriffs Bildinformationen aus dem Körperinneren des Patienten (P) zur Visualisierung des Fortgangs des Eingriffs erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das bildgebende Gerät ein Röntgengerät (4) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, bei dem das medizinische Instrument eine Biopsienadel (2) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, bei dem das medizinische Instrument (2) wenigstens einen Sensor (30) aufweist, mit dem die Position zumindest des distalen Endes des medizinischen Instrumentes (2) im Körper des Patienten (P) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Sensor ein elektromagnetischer Sensor (30) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, bei dem der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter ein Knickarmroboter (22) mit mindestens vier Bewegungsfreiheitsgraden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 32, bei dem der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter (22) ein eigenes Stativ zur Anordnung auf einem Boden, an einer Decke oder an einer Wand umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24 oder 27 bis 33, bei dem der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter an einer Patientenlagerungsplatte angeordnet ist, auf der der Patient gelagert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, bei der der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter an dem bildgebenden Gerät angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 35, bei dem der mehrere Bewegungsfreiheitsgrade aufweisende Roboter (22) wenigstens einen Sensor (31) aufweist, mit dem die Vorschubkraft des medizinischen Instrumentes (2) bei dem Eingriff ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem nach Überschreitung eines ersten Grenzwertes der Vorschubkraft ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, bei dem nach Überschreitung eines zweiten Grenzwertes der Vorschubkraft der weitere Vorschub des medizinischen Instrumentes unterbunden wird.