DE102008034306A1

DE102008034306A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Registrierung von einem mobilen Objekt mit einem bildgebenden System

Info

Publication number: DE102008034306A1
Application number: DE102008034306A
Authority: DE
Inventors: Hayo Dr. Knoop
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2008-07-23
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Registrierung von einem mobilen Objekt mit einem bildgebenden System. Die Erfindung wird insbesondere vor bzw. während einer medizinischen Intervention bzw. Operation angewendet. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf: a) Positionieren des mobilen Objekts in Relation zum bildgebenden System, b) Anordnen mindestens einer Registriervorrichtung (5) nahe am mobilen Objekt und c) Durchführen der Registrierung vom positionierten mobilen Objekt mit dem bildgebenden System mit Hilfe der mindestens einen angeordneten Registriervorrichtung (5). Weitere Aspekte der Erfindung sind Vorrichtungen, die geeignet für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Registrierung von einem mobilen Objekt mit einem bildgebenden System. Die Erfindung wird insbesondere vor bzw. während einer medizinischen Intervention bzw. Operation angewendet.
Hintergrund der Erfindung
Derzeit ist bei bildgestützten Eingriffen ein Patiententisch bzw. Operationstisch im Untersuchungsraum/Operationssaal fest im Boden des Operationssaales verankert. Nur so kann sichergestellt werden, dass die relative Zuordnung eines bildgebenden Gerätes und des Operationstisches erhalten bleibt. Anwendungen mit mobilen Objekten, vorzugsweise Operationstischen, wie sie z. B. in den Vereinigten Staaten weit verbreitet sind, werden somit für die Verwendung mit einer intraoperativen Bildgebung nahezu unmöglich.
5a beschreibt exemplarisch eine mögliche Anwendung mit einem mobilen Objekt. Dargestellt ist in 5a ein mobiler Operationstisch, der auf einer Bewegungseinrichtung 2 – üblicherweise durch am Boden 4 entlanggleitbarer Rollen realisiert – mit und ohne eines Patienten 7 gemäß 5b flexibel positioniert werden kann. Der Tisch verfügt über zusätzliche Gelenke 3, mit denen die Lagerfläche 1 den Operationsbedingungen angepasst werden kann. Am Operationstisch sind häufig weitere Möglichkeiten zur Anbringung weiterer Lagerungsvorrichtungen vorgesehen. 5b zeigt denselben Operationstisch in der Operationsposition mit abgesenkter Bewegungseinrichtung.
Die Anwendung des mobilen Operationstisches findet gewöhnlicherweise zusammen mit einer intraoperativen Bildgebung statt. Hierbei werden während der Operation Aufnahmen ver schiedener Körperregionen des Patienten erstellt, um z. B. das weitere Vorgehen zu planen oder das Operationsergebnis zu kontrollieren.
Da im Algorithmus des bildgebenden Gerätes die Geometrie des Operationstisches bekannt sein muss, wird die Anwendung verschiedener Tische erschwert. Wenn im Algorithmus des Bildgebenden Gerätes die Position des Operationstisches bekannt ist und die Konstruktion des Operationstisches nicht wesentlich von bekannten Tischen abweicht, kann eine Operation mit Bildgebung auch bei unbekannten Tischen durchgeführt werden. Jedoch können dann zahlreiche Verstellmöglichkeiten bzw. Höheneinstellungen des Tisches nicht genutzt werden.
Daher können mobile Operationstische derzeit nicht mit zuverlässiger Sicherheit zusammen mit intraoperativer Bildgebung genutzt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Anwendungen im Zusammenhang mit einer intraoperative Bildgebung und Verwendung von mobilen Objekten zu ermöglichen bzw. zu verbessern.
Darstellung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Registrierung von einem mobilen Objekt mit einem bildgebenden System aufweisend folgende Schritte:

a) Positionieren des mobilen Objekts in Relation zum bildgebenden System,
b) Anordnen mindestens einer Registriervorrichtung nahe am mobilen Objekt und
c) Durchführen der Registrierung vom positionierten mobilen Objekt mit dem bildgebenden System mit Hilfe der mindestens einen angeordneten Registriervorrichtung.

Dabei wird mindestens eine Registriervorrichtung am mobilen Objekt oder in einem zuvor bestimmten Abstand (z. B. durch Messung des Abstands oder vorgegebenen Abstand mit Unterstützung von optischen Markierungen) zum mobilen Objekt angebracht.
Danach wird die mindestens eine Registriervorrichtung gegebenenfalls vom mobilen Objekt entfernt.
Es ist günstig, wenn die Positionierung des mobilen Objektes nach Schritt a) durch Einstellen des bildgebenden Systems gegenüber der mindestens einen angeordneten Registriervorrichtung (5) nach Schritt b) verfeinert angepasst wird.
Die Positionierung des mobilen Objekts kann dabei durch eine akustische Anweisung und/oder akustische Signale bzw. durch eine optische Markierung und/oder optische Signale unterstützt werden.
Zweckmäßigerweise wird das mobile Objekt durch einen mobilen Patiententisch repräsentiert wird. Die Einstellungspositionen des Patiententisches durch eine seitliche und/oder Höhen-Verstellung desselben sollten dabei mit dem bildgebenden System registriert werden.
Die Erfindung wird insbesondere vor und/oder während einer medizinischen Intervention angewendet.
Weitere Aspekte der Erfindung sind Vorrichtungen und Anordnungen wie z. B. ein mobiles Objekt, insbesondere ein mobiler Patiententisch, eine Registriervorrichtung und ein bildgebendes System sowie eine Anordnung derselben für eine medizinische Intervention, die geeignet für die Durchführung des oben genannten erfindungsgemäßen Vorgehens sind. Diese Anordnung ist vorzugsweise in einem Untersuchungsraum bzw. in einem Operationssaal vorzufinden.
Mit der vorstehend beschriebenen Erfindung ist es möglich, mobile Objekte bzw. Patiententische im Zusammenhang mit einer intraoperativen Bildgebung einzusetzen.
Beschreibung eines oder mehrerer Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
1 einen mobilen Operationstisch ohne Patient, welcher eine mit Halterung für eine Registriervorrichtung aufweist,
2 einen mobilen Operationstisch mit Patient, welcher sich in Operationsposition mit abgesenkter Bewegungseinrichtung befindet,
3 eine möglich Konfiguration vor einer Operation mit einer Bildgebung, Patient und Registriervorrichtung (exemplarisch aus der Vogelperspektive),
4 eine mögliche Konfiguration während einer Operation mit Bildgebung und Patient und
5a und 5b einen mobilen Operationstisch gemäß der eingangs erwähnten Art.
1 zeigt einen mobilen Operationstisch ähnlich wie bereits zu 5a erläutert. Am Operationstisch sind häufig weitere Möglichkeiten zur Anbringung weiterer Lagerungsvorrichtungen vorgesehen – diese können in einer exemplarischen Anwendung für eine Befestigung einer Halterung für eine Registriervorrichtung verwendet werden. Alternativ für ein Mittel z. B. Halterungsvorrichtung zur Anordnung der Registrier vorrichtung 5 am Operationstisch könnte ein Sensor am Operationstisch angebracht sein, der den Abstand zu einer nahe am Operationstisch angeordneten Registriervorrichtung misst (nicht in den Figuren dargestellt). Alternativ kann der Abstand zwischen Operationstisch und einer nahe diesem angeordneten Registriervorrichtung vorgegeben sein, wobei die Geometrie und Position des Operationstisch und der Registriervorrichtung dem bildgebenden System bekannt sind.
2 zeigt den Operationstisch entsprechend in der Operationsposition mit abgesenkter Bewegungseinrichtung.
In 3 wird eine möglich Konfiguration vor einer Operation mit einer Bildgebung, Patient und Registriervorrichtung dargestellt. Dabei ist das bildgebende Gerät 8, das zumindest ein Teil eines in der Figur nicht vollständig dargestellten, vor bzw. während der Operation verwendeten bildgebenden Systems ist, fest im Boden des Operationssaales installiert. In 3 ist angedeutet, dass das bildgebende Gerät 8 nahe der Registriervorrichtung 5 mit Hilfe der Positioniereinrichtung 9 angeordnet ist, um eine – im folgenden noch zu erläuternd – durchzuführende Registrierung des Operationstisches mit dem bildgebenden System zu unterstützen.
4 gibt eine mögliche Konfiguration während einer Operation mit Bildgebung und Patient wieder. Dabei ist das bildgebende Gerät 8 nahe am Patienten 7 positioniert.
Im folgenden wird eine mögliche Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert:

1.) Patientenpositionierung auf dem Operationstisch
2.) Bewegen des Patienten mit mobilem Operationstisch zur Operationsposition
3.) Absenken der Operationstisches
4.) Anbringen der Registriervorrichtung
5.) Durchführen der Registrierung (Positioniereinrichtung – Operationstisch)
6.) Entfernen der Registriervorrichtung
7.) Durchführen der Operation mit intraoperativer Bildgebung
8.) Entfernen des Operationstisches aus dem Operationssaal

Zur Durchführung von Schritt 7 ist die Registrierung der Positioniereinrichtung für das bildgebende Gerät zum Operationstisch erforderlich, um z. B. Kollisionen des Gerätes mit dem Operationstisch zu vermeiden, da die Positioniereinrichtung typischerweise als ”Manipulator” (z. B. mittels eines Joysticks) oder semiautomatisch (Anfahren von Systempositionen, Fahren von 3D-Rotationen) eingesetzt wird. Diese Registrierung ist bei einem mobilen Operationstisch zunächst nicht oder nur ungenau bekannt.
Folgende Voraussetzungen sind von Vorteil für das erfindungsgemäße Verfahren:

a) Die relative Position und Orientierung der Registriervorrichtung zum Operationstisch, welche in Schritt 4 am Operationstisch befestigt wurde, ist für das bildgebende Verfahren erforderlich. Im Algorithmus der Positioniervorrichtung ist diese relative Transformation zu hinterlegen.
b) Die Positioniervorrichtung für das bildgebende Gerät sollte so ausgestaltet sein, dass sowohl eine Bildgebung des Patienten für die geplante Operation, als auch eine Bildgebung der Registriervorrichtung in derselben Position des Operationstisches durchführbar ist.
c) Es ist möglich, dass das bildgebende Gerät selbständig die Registriervorrichtung erkennt und somit die Transformation ohne Benutzereingriff berechnen kann.
d) Für eine semiautomatische Durchführung von Schritt 5 ist der mobile Operationstisch zunächst in eine bekannte Operationsposition zu bewegen (z. B. mit Hilfe von Markierungen auf dem Boden des Operationssaales). Dann kann die Positionier einrichtung automatisch zur Position – wie z. B. in 3 gezeigt – bewegt werden.
e) Die Registriereinrichtung ist derart gestaltet, dass sie eine Erkennung durch das bildgebende Verfahren in allen drei Raumachsen und -orientierungen ermöglicht.

Folgende Ausprägungen der Erfindung sind denkbar:

– Wird bei dem bildgebenden Verfahren ein Röntgenverfahren eingesetzt, kann die Registriervorrichtung um eine Schutzvorrichtung für den Patienten erweitert werden.
– Der Patient kann auch erst nach der Registrierung auf dem Tisch positioniert werden. Dies ermöglicht eine Anbringung der Registriervorrichtung an der Patientenposition. Damit ist obigen Voraussetzung b) nicht mehr notwendig.
– Ist es möglich, den Tisch derart zu positionieren, dass eine bekannte Operationsposition exakt wiederhergestellt wird, kann der Algorithmus dahingehend unterstützen, dass Anweisungen bzw. akustische oder optische Signale zur Position und Orientierung des Tisches im Raum vorgegeben werden. Dies ist auch von Vorteil, wenn bestimmte Positionen der Positioniereinrichtung bereits kalibriert sind und die Abweichung nicht hinreichend exakt berechnet werden kann.
– Wird nicht nur eine Position und Orientierung der Registriervorrichtung verwendet, sondern werden noch zusätzliche Positionen durch Verstellung des Operationstisches registriert, können auch diese dem Algorithmus der Positioniereinrichtung bekannt gemacht werden. Diese können dann während der Operation gemeinsam mit der Bildgebung genutzt werden. So kann ein vorher ”unbekannter” Operationstisch „angelernt” werden.

Die Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Es sind weitere Variationen der Erfindung denkbar. Im Rahmen der Erfindung kann es sich bei einem bildgebenden System beispielsweise um Röntgen-C-Bogen-Systeme, Röntgen-Biplan-Geräte, Computertomographen, Magnetresonanz- oder PET-Geräte handeln. Bei C-Bogen-Geräten kann der C-Bogen auch durch einen so genannten elektronischen C-Bogen ersetzt werden, bei dem eine elektronische Kopplung von Röntgenstrahler und Röntgenbilddetektor erfolgt. Der C-Bogen kann auch an Roboterarmen geführt sein, die an Decke oder Boden angebracht sind. Auch lässt sich das Verfahren mit Röntgengeräten durchführen, bei denen bildgebende Geräte jeweils von einem Roboterarm gehalten sind, die an Decke und/oder Boden des Untersuchungsraums bzw. Operationssaales angeordnet sind.

Claims

Verfahren zur Registrierung von einem mobilen Objekt mit einem bildgebenden System aufweisend folgende Schritte: a) Positionieren des mobilen Objekts in Relation zum bildgebenden System, b) Anordnen mindestens einer Registriervorrichtung (5) nahe am mobilen Objekt und c) Durchführen der Registrierung vom positionierten mobilen Objekt mit dem bildgebenden System mit Hilfe der mindestens einen angeordneten Registriervorrichtung (5).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Registriervorrichtung (5) am mobilen Objekt angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Registriervorrichtung (5) in einem zuvor bestimmten Abstand zum mobilen Objekt angebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Registriervorrichtung vom mobilen Objekt entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des mobilen Objektes nach Schritt a) des Anspruchs 1 durch Einstellen des bildgebenden Systems gegenüber der mindestens einen angeordneten Registriervorrichtung (5) nach Schritt b) des Anspruchs 1 verfeinert angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des mobilen Objekts durch eine akustische Anweisung und/oder akustische Signale unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des mobilen Objekts durch eine optische Markierung und/oder optische Signale unterstützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Objekt durch einen mobilen Patiententisch repräsentiert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellungspositionen des Patiententisches durch eine seitliche und/oder Höhen-Verstellung desselben mit dem bildgebenden System registriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es vor und/oder während einer medizinischen Intervention angewendet wird.
Mobiles Objekt, insbesondere mobiler Patiententisch, geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – Mittel zum Positionieren und/oder Einstellen desselben und – Mittel zum Anordnen mindestens einer Registriervorrichtung (5), mit Hilfe derer eine Registrierung mit einem bildgebenden System durchführbar ist.
Registriervorrichtung (5) geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Mittel zum Anordnen nahe an einem mobilen Objekt, insbesondere einem mobilen Patiententisch, welcher mit einem bildgebenden System registrierbar ist.
Registriervorrichtung nach Anspruch 12, aufweisend eine Schutzvorrichtung für einen Patienten.
Bildgebendes System geeignet für die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, aufweisend zumindest eine Positioniereinrichtung (9), mit Hilfe derer eine Registrierung mit einem mobilen Objekt und/oder mit einer Registriervorrichtung (5) durchführbar ist.
Anordnung für eine medizinische Intervention aufweisend: – ein bildgebendes System und – ein in Relation zum bildgebenden System positioniertes mobiles Objekt, insbesondere ein mobiler Patiententisch, nahe dem oder an dem mindestens eine Registriervorrichtung (5) angeordnet ist, mit Hilfe derer eine Registrierung mit dem bildgebenden System durchführbar ist.