DE102008032508B4

DE102008032508B4 - Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung zur Planung und Durchführung einer Punktion eines Patienten sowie zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102008032508B4
Application number: DE102008032508.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Pfister Marcus; Dr. Strobel Norbert
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: DE102008032508A1

Abstract

Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung (2) zur Planung und Durchführung einer Punktion eines Patienten (6), umfassend – ein C-Bogen-Angiographiesystem (22), das 2D-Röntgenprojektionsbilder, anhand derer der Ablauf der Punktion in Echtzeit überwacht wird, bereitstellt, – ein eine Ultraschallsonde (8) aufweisendes Ultraschallsystem, das Ultraschallbilder bereitstellt, anhand derer im Rahmen einer Voruntersuchung ein geradliniger Punktionsweg durch den Körper des Patienten (6) geplant wird, – ein Positionserfassungssystem, das die aktuelle räumliche Lage und Ausrichtung der Ultraschallsonde (8) erfasst, und dem eine Speichereinheit (20) zugeordnet ist, so dass auf ein Auslöseereignis hin ein 2D- oder 3D-Datensatz eines der jeweiligen räumlichen Lage und Ausrichtung der Ultraschallsonde (8) entsprechenden geradlinigen Punktionsweges in der Speichereinheit (20) gespeichert wird, wobei der Datensatz des Punktionsweges die räumlichen Koordinaten des geplanten Einstichpunktes (E) in den Körper des Patienten (6) und die Stichrichtung (d) umfasst, wobei der Einstichpunkt (E) durch den Auflagepunkt der Ultraschallsonde (8) am Körper des Patienten (6) und die Stichrichtung (d) durch die Abstrahlungsrichtung der Ultraschallsonde (8) festgelegt ist, sowie – ein Bildverarbeitungssystem (30) mit Mitteln zur Registrierung des abgespeicherten 2D- oder 3D-Datensatzes mit den 2D-Röntgenprojektionsbildern und zur Einblendung oder Projektion des vorab während der Ultraschalluntersuchung ausgewählten Punktionsweges in die 2D-Röntgenprojektionsbilder, wodurch den 2D-Röntgenprojektionsbildern während der Punktion in Echtzeit eine Darstellung des Punktionswegs überlagert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung zur Planung und Durchführung einer Punktion eines Patienten. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur technischen Unterstützung eines Arztes bei der Planung einer Punktion sowie bei der Zielführung eines Punktionswerkzeuges.
Perkutane Punktionen von Organen eines Patienten, beispielsweise zur Entnahme von Gewebeproben oder von Körperflüssigkeiten, werden heutzutage häufig anhand von präoperativ aufgenommenen dreidimensionalen Bildern des betroffenen Organs und gegebenenfalls der zu- und ableitenden Gefäße geplant. Dabei kommen als bildgebende Verfahren vor allem die Computertomographie (CT) und die Magnetresonanztomographie (MRT) zum Einsatz, neuerdings auch die so genannte DynaCT. Dabei werden mit einem modernen C-Arm-Angiographiesystem durch Rotation des C-Armes um den Patienten dreidimensionale, CT-ähnliche Bilder erzeugt. Die eigentliche Punktion erfolgt dann vielfach unter zusätzlicher Röntgen-Durchleuchtungskontrolle. Dennoch ist der Vorschub des Punktionswerkzeuges, etwa einer Punktionsnadel, für den ausführenden Arzt oder Mediziner vielfach schwierig und für den Patienten risikoreich. Insbesondere muss der Punktionspfad frei von „Hindernissen” sein. Es dürfen also z. B. weder Rippen noch zu vermeidende Gefäße im Punktionspfad liegen. Dies ist in den fluoroskopischen Bildern der Röntgendurchleuchtung nicht immer gut zu erkennen.
Aus der US 2008/0118103 A1 ist eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung mit einem C-Bogen-Angiographiesystem bekannt, die eine Ultraschallsonde und ein Positionserfassungssystem zu deren Verfolgung aufweisen kann.
Aus der DE 10 2005 032 523 A1 ist Verfahren zur präinterventionellen Planung von Durchleuchtungsprojektionen während eines interventionellen Eingriffs mit einem Instrument bekannt, wobei ein 3D-Datensatz aufgenommen und mit einem Navigationssystem registriert wird, um die Position des Instrumentes zu verfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung anzugeben, mit der sich eine Punktion eines Patienten besonders risikolos planen und durchführen lässt. Des Weiteren soll ein entsprechendes Verfahren zur technischen Unterstützung eines Arztes bei der Planung einer Punktion sowie bei der Zielführung und Handhabung eins Punktionswerkzeuges angegeben werden.
In Bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Es ist demnach eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung vorgesehen, die ein C-Bogen-Angiographiesystem zur Bereitstellung von 2D-Röntgenprojektionsbildern umfasst, anhand derer sich der Ablauf der Punktion in Echtzeit („live”) überwachen lässt. Die Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung umfasst weiterhin ein eine Ultraschallsonde aufweisendes Ultraschallsystem zur Bereitstellung von Ultraschallbildern, anhand derer im Rahmen einer Voruntersuchung ein geradliniger Punktionsweg durch den Körper des Patienten geplant wird. Darüber hinaus ist ein Positionserfassungssystem vorgesehen, das die aktuelle räumliche Lage und Ausrichtung der Ultraschallsonde erfasst und auf ein geeignetes Auslöseereignis hin, beispielsweise eine entsprechende Bedienaufforderung, einen 2D- oder 3D-Datensatz eines der jeweiligen räumlichen Lage und Ausrichtung der Ultraschallsonde entsprechenden geradlinigen Punktionsweges in einer zugeordneten Speichereinheit speichert. Zweckmäßigerweise wird dabei das zum ausgewählten Punktionsweg gehörige Ultraschallbild ebenfalls in der Speichereinheit gespeichert. Schließlich umfasst die Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung ein Bildverarbeitungssystem mit Mitteln zur Registrierung des abgespeicherten 2D- oder 3D-Datensatzes mit den 2D-Röntgenprojektionsbildern und zur Einblendung oder Projektion des vorab während der Ultraschalluntersuchung ausgewählten Punktionsweges in die 2D-Röntgenprojektionsbilder, wodurch den 2D-Röntgenprojektionsbildern während der Punktion in Echtzeit eine Darstellung des Punktionsweges überlagert wird. Es ist auch denkbar, dass man die Ultraschalldaten mit einem auf 3D-Dyna-CT, CT oder MR beruhenden 2D- oder 3D-Datensatz zusammen visualisiert.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass gerade die Ultraschallbildgebung in ihrer vergleichsweise guten Weichteilauflösung dem Arzt einen nützlichen Überblick über das Punktionsobjekt verschaffen kann. Darüber hinaus erweist sich die gerichtete, im Wesentlichen geradlinige Ultraschall-Abstrahlungscharakteristik herkömmlicher Ultraschallsonden als nützlich für die Festlegung eines geradlinigen Punktionsweges durch den Körper des Patienten.
Zur Planung der Stichrichtung richtet der behandelnde Arzt die den Schallkopf (Transducer) tragende Ultraschallsonde so lange durch Verschieben des Auflagepunktes am Patientenkörper und durch Verändern des Neigungswinkels aus, bis einerseits das Punktionsziel, etwa die zu punktierende Läsion, im Blickfeld bzw. im Zentrum des Ultraschallbildes liegt, und bis andererseits das Blickfeld bzw. der spätere Funktionsweg frei von „Hindernissen” ist. Da bei fest in das Sondengehäuse eingebautem oder integriertem Schallkopf die (Haupt-)Abstrahlungsrichtung der Ultraschallwellen, d. h. die „Blickrichtung”, eindeutig an die äußere Ausrichtung der Sonde gekoppelt ist, kann anhand der so gewählten Ausrichtung der Ultraschallsonde leicht die geplante Punktionsrichtung abgeleitet werden. Weist beispielsweise die Ultraschallsonde eine längliche, im Wesentliche zylindrische Gestalt auf, wobei die Ultraschallabstrahlung an der vorderen Stirnfläche in Längsrichtung erfolgt, so ist die zugehörige Punktionsrichtung einfach durch die – in Gedanken in den Patientenkörper hinein verlängerte – Längsachse der Ultraschallsonde gegeben.
Die Ausrichtung und Lage der Ultraschallsonde im Raum wird zweckmäßigerweise fortwährend mit Hilfe geeigneter Positionssensoren oder Positionssignalgeber, die dem Fachmann hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind, elektronisch überwacht. In dem Moment, in dem der Arzt eine möglichst optimale Ausrichtung der Ultraschallsonde anhand der Echtzeit-Ultraschallbilder feststellt, veranlasst er beispielsweise durch Betätigen einer Taste oder dergleichen oder auch durch eine akustische Spracheingabe, dass die zugehörigen Positionsdaten in einer zugeordneten Speichereinheit abgespeichert werden, vorteilhafterweise zusammen mit dem aktuellen Ultraschallbild. Aus den (rohen) Positionsdaten wird dann in einer Auswerteeinheit – wie oben bereits angedeutet – der Punktionsweg bestimmt und in Form eines 3D-Datensatzes oder 3D-Objektes ebenfalls gespeichert. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die (aufbereiteten) 3D-Daten des Punktionsweges vom Positionserfassungssystem selber berechnet und direkt abgespeichert werden. Alternativ kann eine geeignete Projektion als 2D-Datensatz gespeichert werden.
Dabei umfasst der Datensatz des Punktionsweges die räumlichen Koordinaten des geplanten Einstichpunktes in den Körper des Patienten und die Stichrichtung (als (3D-)Richtungsvektor), wobei der Einstichpunkt durch den Auflagepunkt der Ultraschallsonde am Körper des Patienten und die Stichrichtung durch die Abstrahlungsrichtung der Ultraschallsonde festgelegt ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Datensatz des Punktionsweges zusätzlich die räumlichen Koordinaten des Punktionszieles und/oder die für die Punktion erforderliche Stichtiefe. Dabei sind zweckmäßigerweise Mittel vorgesehen, um das Punktionsziel in dem zum ausgewählten Punktionsweg gehörigen Ultraschallbild automatisch (mittels Bild- bzw. Mustererkennung) oder manuell-interaktiv (z. B. über Mauszeiger- oder Touchscreen-Auswahl auf einem Display oder dergleichen) zu identifizieren und um anhand der zugehörigen Positionsdaten der Ultraschallsonde die räumlichen Koordinaten des Punktionszieles und gegebenenfalls den Abstand zum Einstichpunkt zu ermitteln.
Der eigentliche Punktionseingriff erfolgt nach der Planungsphase dann unter angiographischer Röntgenkontrolle (Echtzeit-Bildgebung). Zur Unterstützung des Arztes bei der Führung des Punktionswerkzeuges wird dabei der zuvor geplante Punktionsweg – Einstichpunkt, Stichrichtung und optional auch der Targetpunkt bzw. die Stichtiefe – lagerichtig in die Röntgenprojektionsbilder eingeblendet und beispielsweise farblich markiert. Der dazu erforderliche Abgleich der jeweiligen Koordinatensysteme erfolgt mit Hilfe von an sich bekannten Methoden der Bildregistrierung und Bildfusion, hier speziell mit Methoden der 2D-/3D-Registrierung.
Anhand des in das Durchleuchtungsgebiet projizierten Punktionsweges kann der Arzt nun jederzeit die Stellung der in der Durchleuchtung üblicherweise gut sichtbaren Spitze des Punktionswerkzeuges korrigieren und dem markierten „Sollweg” nachführen. Da die Bildregistrierung und -überlagerung in Echtzeit erfolgt, kann auch bedarfsweise während des Punktionseingriffes die Winkelstellung (Angulation) des C-Armes des Angiographiesystems verändert werden; die genannten 3D-Objekte des Punktionsweges bleiben trotzdem lagerichtig in die Röntgenbilder eingeblendet. Darüber hinaus können bei Bedarf auch andere 3D-Objekte eingeblendet bzw. überlagert werden, z. B. 3D-Darstellungen der Punktionsregion, die im Rahmen von Voruntersuchungen mit anderen Bildgebungsverfahren (z. B. CT oder MRT) aufgenommen wurden. Weiterhin ist auch eine zusätzliche Beobachtung des Eingriffs mit dem Ultraschallsystem, parallel zur Röntgendurchleuchtung, denkbar („biplane” Darstellung).
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Ultraschallsonde des Ultraschallsystems herausnehmbar in einer schwenkbaren und/oder verschiebbaren Geräteaufnahme einer zugehörigen Haltevorrichtung gelagert. Die Geräteaufnahme ist derart beschaffen, dass nach der Herausnahme der Ultraschallsonde ein Punktionswerkzeug darin fixierbar ist, so dass eine mit der Ultraschallsonde im Hinblick auf den geplanten Punktionsweg vorgenommene Orts- und Richtungsausrichtung für das Punktionswerkzeug erhalten bleibt. Beispielsweise wird die Ultraschallsonde nach erfolgter Ausrichtung aus der Geräteaufnahme entfernt. Stattdessen wird dann eine Nadelführung angebracht, die einer einzuführenden Punktionsnadel die zuvor ermittelte Richtung vorgibt. Bei der Nadelführung kann es sich z. B. auch um einen Justierlaser handeln.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung mit einem Nachführungssystem für den um zumindest eine Achse rotierbaren und gegebenenfalls lateral verschiebbaren C-Bogen des C-Bogen-Angiographiesystems ausgestattet, welches derart konfiguriert ist, dass der C-Bogen der Ultraschallsonde anhand der vom Positionsbestimmungssystem ermittelten Positionsdaten nachgeführt wird. Dies geschieht zweckmäßigerweise so, dass zum einen das ausgewählte Beobachtungsobjekt im Blickfeld der 2D-Röntgenprojektionsbilder bleibt, und dass zum anderen die Bildebene des aktuellen 2D-Röntgenprojektionsbildes nach Möglichkeit eine vorgegebene Winkelrelation in Bezug zur aktuellen Ausrichtung der Ultraschallsonde einnimmt.
Mit anderen Worten: Bei der „Parallelbeobachtung” mit den beiden koordinatenmäßig miteinander registrierten Echtzeitmodalitäten Ultraschallsystem und Angiographiesystem ändert sich die Lage und Orientierung des C-Bogens vorteilhafterweise automatisch mit der Position und Ausrichtung des Schallkopfes der (handgeführten) Ultraschallsonde, so dass der Arzt ohne eigenes Hinzutun bzw. ohne manuelle Interaktion eine optimale (Röntgen-)Sicht – z. B. orthogonal zu der gerade mit Ultraschall in Augenschein genommenen geplanten Punktionsrichtung – auf den Behandlungsbereich erhält.
Vorteilhafterweise weist das Nachführungssystem Mittel auf, die derart beschaffen sind, dass durch eine vorzugsweise situationsabhängige Einschränkung der Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens eine Kollision des C-Bogens mit anwesendem Bedienpersonal oder mit umliegenden Gegenständen vermieden wird.
Die oben geschilderte Idee einer Nachführung des C-Bogens gemäß der aktuellen Ausrichtung eines anderen medizinischen Instrumentes, hier einer Ultraschallsonde, ist übrigens verallgemeinerbar: Beispielsweise kann irgendein Instrument aus der Gruppe umfassend Punktionsnadel, Punktionshilfe („Röhrchen”, Hilfslaser etc.), Biopsiekanone, Ultraschallsonde und Katheter mit einem Positionssensor versehen sein, der sowohl die Lage (Raumkoordinate eines Referenzpunktes am Instrument) als auch die Orientierung (Richtungsvektor) des Instruments im Raum bestimmen kann. Der Positionssensor kann z. B. auf einem elektromagnetischen oder optischen Funktionsprinzip beruhen. in Abhängigkeit von den so ermittelten Positionsdaten wird dann ein zur Kontrolle des jeweiligen Eingriffs vorgesehenes C-Bogen-Angiographiesystem oder auch eine andere bildgebende Modalität derart ausgerichtet und dem Instrument nachgeführt, dass beispielsweise eine bestimmte Winkelrelation zwischen einer Instrumentenachse und der C-Bogen-Achse bzw. zwischen einer Instrumentenachse und der Normalen auf der Bildebene des Röntgensystems eingehalten wird. Voraussetzung ist auch hier wieder die (mechanische und/oder elektronische bzw. softwaremäßige) Registrierung der Positionsdaten des Instrumentes mit dem Koordinatensystem der bildgebenden Modalität.
Die vorzugsweise motorgetriebene Nachführung kann kontinuierlich oder auf eine entsprechende Anfrage hin, nach vorheriger Freigabe einer Verstellsicherung, erfolgen.
Beispielsweise kann eine elektronische Nachführeinheit so konfiguriert sein, dass die optische Achse des C-Bogens, d. h. die Richtung des Zentralstrahls des Röntgenkegels, nach Möglichkeit einen vordefinierten Winkel (z. B. senkrecht) relativ zur Ausrichtung des „getrackten” Instruments einnimmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine aktive Bewegung des Patiententisches vorgesehen sein.
Im Sinne einer einzuhaltenden Randbedingung stellt der Nachführalgorithmus dabei zweckmäßigerweise sicher, dass der vorgesehene Bewegungsablauf überhaupt möglich ist, und dass das Instrument bei der Bewegung des C-Bogens oder der Tischposition stets im Blickfeld bleibt. Darüber hinaus ist es sinnvoll, wenn gewisse Randbedingungen eingehalten werden, um eine Kollision des C-Bogens mit dem Bedienpersonal oder mit umliegenden Gegenständen auszuschließen. Zur Kollisionsvermeidung mit dem Bedienpersonal oder dem Arzt kann z. B. eine Raumzone definiert sein, die für den C-Arm des Angiographiesystems tabu ist („No-Go-Area”), von ihm also nicht berührt oder durchdrungen werden darf. Diese Zone kann statisch fixiert oder vorteilhafterweise dynamisch aktualisierbar sein, etwa in Abhängigkeit vom aktuellen Standort des Arztes, der beispielsweise optisch oder durch im Fußboden integrierte Drucksensoren oder dergleichen überwacht wird.
In Bezug auf das Verfahren wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst, indem

– die räumliche Lage und Ausrichtung einer auf ein Funktionsziel ausgerichteten Ultraschallsonde mit Hilfe von an der Ultraschallsonde angebrachten Positionssensoren oder Positionssignalgebern erfasst wird,
– anhand der so ermittelten Positions- und Richtungsdaten ein 3D-Datensatzes eines der Ausrichtung der Ultraschallsonde entsprechenden geradlinigen Punktionsweges erzeugt wird,
– anschließend das Punktionsziel mit Hilfe von Röntgendurchleuchtung in 2D-Röntgenprojektionsbildern abgebildet wird,
– der 3D-Datensatz des Punktionsweges in Echtzeit mit den 2D-Röntgenprojektionsbildern registriert wird, und
– der Punktionsweg in die 2D-Röntgenprojektionsbilder projiziert und darin visuell markiert wird.

Bei einer damit kombinierbaren oder gegebenenfalls auch für sich alleine ausführbaren Verfahrensvariante wird die aktuelle räumliche Ausrichtung eines medizinischen Instrumentes aus der Gruppe umfassend Punktionsnadel, Punktionshilfe, Biopsiekanone, Ultraschallsonde und Katheter mit Hilfe von Positionssensoren erfasst. Die so ermittelten Positionsdaten werden mit den Bilddaten eines C-Bogen-Angiographiesystems mit einem mindestens um eine Schwenkachse schwenkbaren C-Bogen in Echtzeit registriert. Der C-Bogen wird dann der Ausrichtung des Instruments derart nachgeführt, dass die Bildebene der angiographischen Bilder eine vorgegebene Winkelrelation zur aktuellen Instrumentenausrichtung einhält.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich mit einem kombinierten Ultraschall- und Angiographiesystem der beschriebenen Art ein Punktionseingriff an einem Patienten besonders zuverlässig planen und ein bevorzugter Punktionsweg festlegen lässt. Bei der anschließenden Durchführung der Punktion wird der so ermittelte Punktionsweg dem Arzt in der Art eines Leit- oder Richtstrahls in die zur Überwachung des Eingriffs vorgesehenen Röntgendurchleuchtungsbilder eingeblendet und erleichtert ihm die manuelle Navigation des Punktionswerkzeuges.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in jeweils grob vereinfachter und stark schematisierter Darstellung:
1 eine medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung mit einem Ultraschallsystem und mit einem C-Bogen-Angiographiesystem,
2 eine auf ein Punktionsziel in einem Patientenkörper ausgerichtete Ultraschallsonde,
3 ein von der Ultraschallsonde aufgenommenes Ultraschallbild des Patientenkörpers mit einem darin markierten Punktionsweg,
4 ein mit dem C-Bogen-Angiographiesystem aufgenommenes Röntgendurchleuchtungsbild des Patientenkörpers, in dem der mit Hilfe der Ultraschallsonde ermittelte Punktionsweg markiert ist, und
5 eine Haltevorrichtung für die Ultraschallsonde bzw. für ein Punktionsinstrument.
Die in 1 dargestellte medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 2 dient zur Planung und Durchführung einer Punktion, etwa einer perkutanen Leber- oder Gallengangspunktion, eines auf einem Patiententisch 4 fixierten Patienten 6.
Zur Planung der Stichrichtung bei der Punktion schallt der Arzt zunächst den Oberbauch des Patienten 6 mit Hilfe einer Ultraschallsonde 8, wie schematisch in 2 dargestellt (abweichend von der Darstellung in 2 würde in der Praxis der Schallkopf 10 der Ultraschallsonde 8 am Patientenkörper anliegen). Die daraus abgeleiteten Ultraschallbilder werden auf einem Display 12 der Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 2 dargestellt. Der Arzt richtet die Ultraschallsonde 8 so lange aus, bis einerseits das Punktionsziel T, etwa die zu punktierende Läsion, im „Blickfeld” des Ultraschallbildes liegt. Andererseits muss der Punktionspfad frei von „Hindernissen” H sein. Es dürfen also weder Rippen noch andere zu vermeidende Gefäße oder Organe im Punktionspfad liegen. Dies alles ist im Ultraschallbild üblicherweise ausgezeichnet zu sehen. In 3 ist ein derartiges Ultraschallbild exemplarisch dargestellt.
Da die Ausbreitung der vom Schallkopf 10 der Ultraschallsonde 8 ausgesandten Ultraschallwellen im Wesentlichen geradlinig in Richtung der Längsachse 14 der Ultraschallsonde 8 erfolgt, liegt durch die gewählte Ausrichtung der Ultraschallsonde 8 der zugehörige Punktionsweg fest. Die aktuelle Ausrichtung und Lage der Ultraschallsonde 8 im Raum wird durch an ihr angebrachte Positionssensoren 16 ermittelt. Aus den so erfassten Positionssignaldaten wird in einer zugeordneten Auswerteeinheit, die hier im Ausführungsbeispiel in die ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnete elektronische Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung integriert ist, ein 3D-Datensatz des Punktionsweges ermittelt. Dieser 3D-Datensatz umfasst zumindest die Raumkoordinaten des Einstichpunktes E, gegeben durch den Auflagepunkt des Schallkopfes 10 am Körper des Patienten 6, und die Stichrichtung d, gegeben durch den Richtungsvektor der Längsachse 14 der Ultraschallsonde 8. Die entsprechende Berechnung erfolgt beispielsweise in Echtzeit, indem der 3D-Datensatz des Punktionsweges fortwährend gemäß der momentanen Ausrichtung der Ultraschallsonde 8 aktualisiert wird. Auf eine entsprechende Bedienaufforderung hin wird dann der „optimale” Punktionsweg elektronisch fixiert, indem der entsprechende Datensatz mit dem zugehörigen Ultraschallbild in einer Speichereinheit 20 – hier ebenfalls Bestandteil der Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 18 – abgespeichert wird.
Im Ultraschallbild, das auf dem Display 12 der Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 2 angezeigt wird, können optional der gerade ausgewählte oder für die Speicherung fixierte Einstichpunkt E und die Punktions- bzw. Stichrichtung d markiert sein, etwa durch eine farbige Hervorhebung. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, das Punktionsziel T im Ultraschallbild manuell-interaktiv oder automatisch zu markieren, um so bei bekanntem Bildmaßstab über den Abstand zum Schallkopf 10 (bzw. zum Einstichpunkt E) die Stichtiefe s rechnergestützt zu ermitteln. Die Koordinaten des Einstichpunktes E, die Stichrichtung d und die Stichtiefe s ergeben dann die 3D-Koordinaten des Punktionszieles T. Diese Angaben ergänzen dann gegebenenfalls den 3D-Datensatz des Punktionsweges.
Die eigentliche Punktion erfolgt dann unter angiographischer Röntgenkontrolle. Dazu ist ein angiographisches Röntgensystem oder C-Bogen-Angiographiesystem 22 mit einer Strahlenquelle 24 und mit einem Detektor 26 vorgesehen, die einander gegenüberliegend und um den Patienten 6 herum rotierbar an einem C-Bogen 28 befestigt sind. Aus den vom Detektor 26 erfassten Signalen werden in einem zugeordneten Bildverarbeitungssystem 30, das ebenfalls Teil der hier nur ganz schematisch dargestellten Steuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 18 ist, Röntgenprojektionsbilder der Punktionsregion erzeugt, die – zusätzlich oder alternativ zu den Ultraschallbildern – auf dem Display 12 darstellbar sind.
Zur Unterstützung des Arztes bei der Durchführung des Punktionseingriffes wird in dem Bildverarbeitungssystem 30 mit Hilfe computerimplementierter Algorithmen der 3D-Datensatz des zuvor ermittelten und fixierten Punktionsweges in Echtzeit mit den aktuellen Röntgendurchleuchtungsbildern registriert. Das heißt, die jeweiligen Koordinatensysteme werden mittels geeigneter Transformationen dimensions- und lagerichtig ineinander überführt bzw. aufeinander abgebildet. Dabei wird, wie in 4 schematisch angedeutet ist, der ausgewählte Punktionsweg, dem die Spitze des Funktionswerkzeuges folgen soll, in die Röntgendurchleuchtungsbilder projiziert und z. B. durch farbliche Hervorhebung des Einstichpunktes E, des Punktionspfades (Stichrichtung d) und (optional) des Punktionszieles T markiert. Diese Darstellung wird in Echtzeit für die gerade angewählte Stellung des C-Bogens 28, welche gegebenenfalls im Verlauf des Eingriffs variieren kann, aktualisiert.
Gegebenenfalls wird der Eingriff parallel zur Röntgenkontrolle mit dem Ultraschallsystem überwacht, wobei die Ultraschallsonde 8 eine von der ausgewählten Punktionsrichtung d abweichende Beobachtungsausrichtung einnimmt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der C-Bogen 28 des Angiographiesystems 22 in Abhängigkeit von der momentanen Ausrichtung der Ultraschallsonde 8, welche durch die integrierten Positionssensoren 16 bekannt ist, ausgerichtet bzw. der Ultraschallsonde 8 nachgeführt wird, etwa in der Weise, dass die Bildebene der Röntgendurchleuchtungsbilder stets senkrecht auf der aktuellen Ultraschall-Beobachtungsrichtung steht. Alternativ ist es denkbar, das Punktionsinstrument selber mit Positionssensoren auszustatten, und den C-Bogen 28 (automatisch-kontinuierlich oder auf Anfrage bzw. Bedienaufforderung) gemäß der aktuellen Instrumentenausrichtung zu positionieren, etwa senkrecht zur momentanen Vorschub- oder Stichrichtung, um so eine günstige, reproduzierbare Sicht auf das Punktionsinstrument zu gewährleisten („Progression View”).
5 zeigt schließlich einen mit einer Haltevorrichtung 34, für die Ultraschallsonde 8 ausgestatteten Patiententisch 4, der bevorzugt bei der Durchführung der oben beschriebenen Planungs- und Behandlungsschritte zum Einsatz kommt. Die Haltevorrichtung 34 umfasst einen am Patiententisch 4 fixierten Querträger 36, an dem wiederum ein C-förmiger Führungsbogen 38 befestigt ist. Das untere Ende des Führungsbogens 38 ist mit Hilfe eines Drehgelenks 40 in einer Raumrichtung drehverstellbar gegenüber dem Querträger 36 gelagert, so dass das obere Ende des Führungsbogens 38 innerhalb einer Ebene entlang einer durch den Doppelpfeil 42 gekennzeichneten Wegstrecke verstellbar ist. Der Querträger 36 selber kann in Längsrichtung des Patiententisches 4 gemäß Doppelpfeil 44 verschiebbar sein, so dass sich die Ebene, in der der Führungsbogen 38 liegt, bei Bedarf vom fuß- zum kopfseitigen Ende des Patiententisches 4 oder umgekehrt verschieben lässt. An dem Führungsbogen 38 ist eine Gerätehalterung oder Geräteaufnahme 46 angebracht. Die Geräteaufnahme 46 ist entlang dem Führungsbogen 38 verschiebbar. Sie umfasst eine hier im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen hohlzylindrische Aufnahmeröhre 48, die über ein Drehgelenk 50 in zwei unabhängigen Raumrichtungen gegenüber dem Führungsbogen 38 schwenkbar ist, wie durch die beiden Doppelpfeile 52, 54 angedeutet ist.
Somit kann die Aufnahmeröhre 48 bei geeigneter Positionierung bzw. Einstellung der beweglichen Komponenten jede beliebige Lage und Ausrichtung im Raum einnehmen, in der sie dann fixierbar ist, bzw. aus der sie bei entsprechender Schwergängigkeit der Gelenke und Lager nur mit erhöhtem Krafteinsatz, nicht aber zufällig oder ungewollt herausgebracht werden kann.
Während der Ultraschall-unterstützten Punktionsplanung ist die Ultraschallsonde 8 der in 1 dargestellten Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung 2 in der Geräteaufnahme 46 (genauer: in der Aufnahmeröhre 48) gelagert. Sie muss also nicht freihändig gehalten und ausgerichtet werden, sondern ist durch die Haltevorrichtung 34 gestützt. Nach der Ausrichtung und Festlegung des bevorzugten Punktionsweges – wie oben beschrieben – wird die Ultraschallsonde 8 aus der fixierten bzw. gesicherten Geräteaufnahme 46 herausgenommen und beispielsweise gegen eine Nadelführung für eine Punktionsnadel ausgetauscht. Zur Kompensation unterschiedlicher Gerätedurchmesser können dabei gegebenenfalls geeignete Adapterstücke oder dergleichen zum Einsatz kommen. Die zuvor bei der Ultraschall-Planung eingestellte Ausrichtung bleibt für die Nadelführung bzw. die Punktionsnadel erhalten; es ist keine aufwändige Neuausrichtung erforderlich.

Claims

Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung (2) zur Planung und Durchführung einer Punktion eines Patienten (6), umfassend – ein C-Bogen-Angiographiesystem (22), das 2D-Röntgenprojektionsbilder, anhand derer der Ablauf der Punktion in Echtzeit überwacht wird, bereitstellt, – ein eine Ultraschallsonde (8) aufweisendes Ultraschallsystem, das Ultraschallbilder bereitstellt, anhand derer im Rahmen einer Voruntersuchung ein geradliniger Punktionsweg durch den Körper des Patienten (6) geplant wird, – ein Positionserfassungssystem, das die aktuelle räumliche Lage und Ausrichtung der Ultraschallsonde (8) erfasst, und dem eine Speichereinheit (20) zugeordnet ist, so dass auf ein Auslöseereignis hin ein 2D- oder 3D-Datensatz eines der jeweiligen räumlichen Lage und Ausrichtung der Ultraschallsonde (8) entsprechenden geradlinigen Punktionsweges in der Speichereinheit (20) gespeichert wird, wobei der Datensatz des Punktionsweges die räumlichen Koordinaten des geplanten Einstichpunktes (E) in den Körper des Patienten (6) und die Stichrichtung (d) umfasst, wobei der Einstichpunkt (E) durch den Auflagepunkt der Ultraschallsonde (8) am Körper des Patienten (6) und die Stichrichtung (d) durch die Abstrahlungsrichtung der Ultraschallsonde (8) festgelegt ist, sowie – ein Bildverarbeitungssystem (30) mit Mitteln zur Registrierung des abgespeicherten 2D- oder 3D-Datensatzes mit den 2D-Röntgenprojektionsbildern und zur Einblendung oder Projektion des vorab während der Ultraschalluntersuchung ausgewählten Punktionsweges in die 2D-Röntgenprojektionsbilder, wodurch den 2D-Röntgenprojektionsbildern während der Punktion in Echtzeit eine Darstellung des Punktionswegs überlagert wird.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung (2) nach Anspruch 1, bei der der Datensatz des Punktionsweges zusätzlich die räumlichen Koordinaten des Punktionszieles (T) und/oder die für die Punktion erforderliche Stichtiefe (s) umfasst, wobei Mittel vorgesehen sind, um das Punktionsziel (T) in dem zum ausgewählten Punktionsweg gehörigen Ultraschallbild automatisch oder manuellinteraktiv zu identifizieren und um anhand der zugehörigen Positionsdaten der Ultraschallsonde (8) die räumlichen Koordinaten des Punktionszieles (T) und gegebenenfalls den Abstand zum Einstichpunkt (E) zu ermitteln.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ultraschallsonde (8) herausnehmbar in einer schwenk- und/oder verschiebbaren Geräteaufnahme (46) einer zugehörigen Haltevorrichtung (34) gelagert ist, wobei die Geräteaufnahme (46) derart beschaffen ist, dass nach der Herausnahme der Ultraschallsonde (8) ein Punktionswerkzeug darin fixierbar ist, so dass eine mit der Ultraschallsonde (8) im Hinblick auf den geplanten Punktionsweg vorgenommene Orts- und Richtungsausrichtung für das Funktionswerkzeug erhalten bleibt.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Nachführungssystem für den um zumindest eine Achse rotierbaren und gegebenenfalls lateral verschiebbaren C-Bogen (28) des C-Bogen-Angiographiesystems (22), welches derart konfiguriert ist, dass der C-Bogen (28) der Ultraschallsonde (8) anhand der vom Positionsbestimmungssystem ermittelten Positionsdaten nachgeführt wird, so dass zum einen das ausgewählte Beobachtungsobjekt im Blickfeld der 2D-Röntgenprojektionsbilder bleibt und dass zum anderen die Bildebene des aktuellen 2D-Röntgenprojektionsbildes nach Möglichkeit eine vorgegebene Winkelrelation in Bezug zur aktuellen Ausrichtung der Ultraschallsonde (8) einnimmt.
Medizinische Untersuchungs- und Behandlungseinrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei das Nachführungssystem Mittel aufweist, die derart beschaffen sind, dass durch eine vorzugsweise situationsabhängige Einschränkung der Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens (28) eine Kollision des C-Bogens (28) mit anwesendem Bedienpersonal oder mit umliegenden Gegenständen vermieden wird.
Verfahren zur technischen Unterstützung eines Arztes bei der Planung einer Punktion sowie bei der Zielführung eines Punktionswerkzeuges, bei dem – die räumliche Lage und Ausrichtung einer auf ein Punktionsziel (T) ausgerichteten Ultraschallsonde (8) mit Hilfe von an der Ultraschallsonde (8) angebrachten Positionssensoren (16) oder Positionssignalgebern erfasst wird, – anhand der so ermittelten Positions- und Richtungsdaten ein 3D-Datensatzes eines der Ausrichtung der Ultraschallsonde (8) entsprechenden geradlinigen Punktionsweges erzeugt wird, wobei der Datensatz des Punktionsweges die räumlichen Koordinaten des geplanten Einstichpunktes (E) in den Körper des Patienten (6) und die Stichrichtung (d) umfasst, wobei der Einstichpunkt (E) durch den Auflagepunkt der Ultraschallsonde (8) am Körper des Patienten (6) und die Stichrichtung (d) durch die Abstrahlungsrichtung der Ultraschallsonde (8) festgelegt ist, – anschließend das Punktionsziel (T) mit Hilfe von Röntgendurchleuchtung in 2D-Röntgenprojektionsbildern abgebildet wird, – der 3D-Datensatz des Punktionsweges in Echtzeit mit den 2D-Röntgenprojektionsbildern registriert wird, und – der Punktionsweg in die 2D-Röntgenprojektionsbilder projiziert und darin visuell markiert wird.