DE102009025247A1

DE102009025247A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes eines in einem Patienten platzierten Implantats und Medizinsystem

Info

Publication number: DE102009025247A1
Application number: DE102009025247A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr. Bulitta; Tim Dr. Dannemann; Rainer Dr. Graumann; Markus Dr. Nagel; Martin Ringholz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes eines in einem Patienten platzierten Implantats (10) entlang einer in einer fest gewählten Relativlage zum Implantat (10) verlaufenden Projektionsachse (22) in einem Medizinsystem, umfassend ein elektromagnetisch arbeitendes Navigationssystem (18), ein mit einem Positionsgeber (14) versehenes, Röntgenbilder entlang einer Abbildungsachse (20) aufnehmendes Röntgengerät (2) und das mit einem Positionsmarker (16) versehene Implantat (10) mit folgenden Schritten: - die Lage des Implantats (10) im Medizinsystem wird mit Hilfe des Navigationssystems (18) anhand des Positionsmarkers (16) ermittelt, - aus der Lage des Implantats (10) wird die Lage der Projektionsachse (22) im Medizinsystem ermittelt, - die Lage der Abbildungsachse (20) im Medizinsystem wird anhand des Positionsgebers (14) ermittelt, - das Röntgengerät (2) wird derart platziert, dass dessen Abbildungsachse (20) mit der Projektionsachse (22) fluchtet. Außerdem betrifft die Erfindung ein Medizinsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes eines in einem Patienten platzierten Implantats und ein Medizinsystem.
In der Medizin werden zur Diagnostik und Therapie Röntgenbilder von in Patienten platzierten Implantaten angefertigt. Ein dazu eingesetztes Medizinsystem umfasst ein Röntgengerät, das eine Abbildungsachse aufweist, entlang der ein Röntgenbild aufgenommen wird. Diese Achse wird üblicherweise durch den Zentralstrahl des Röntgengerätes gebildet. In bestimmten Fällen ist es nun erforderlich, dass Röntgenbilder aus einer relativ zum Implantat gewählten Projektionsachse, also aus einer bestimmten Richtung anzufertigen sind, damit auf einem Projektionsbild die betrachteten Implantate in gewünschter Weise erscheinen. Diese Relativlage der Projektionsachse zum Implantat kann vor der Aufnahme unter medizinischen Gesichtspunkten gewählt werden, ist jedoch nach der Auswahl fest an die Lage des Implantats gebunden. Um ein entsprechendes Röntgenbild anzufertigen, muss also die Abbildungsachse des Röntgengerätes mit der Projektionsachse fluchtend übereinstimmen. Es ist daher eine korrekte Positionierung des Röntgengerätes relativ zum Implantat erforderlich.
Bisher wurde dazu zunächst ein Projektionsbild der das Implantat aufweisenden Körperregion eines Patienten aus einer ersten Position des Röntgengerätes angefertigt, aus dem der Bediener des Gerätes ungefähr schließen konnte, wie er das Gerät bewegen muss, um eine Zielposition mit der gewünschten Projektionsachse zu erreichen. Jedoch war es unwahrscheinlich, bereits nach einer einzigen entsprechenden Bewegung die Zielposition genau erreicht zu haben. Nach dieser Bewegung war es daher zur Positionskontrolle notwendig, ein weiteres Röntgenbild anzufertigen, um sich so iterativ der gewünschten Zielposition annähern zu können. Dabei wird jedoch der Patient und das Personal einer hohen Strahlendosis ausgesetzt und das Verfahren erfordert einen hohen Zeitaufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes eines in einem Patienten platzierten Implantates anzugeben, das hinsichtlich des Aufwandes und der Strahlenbelastung des Patienten und des Personals verbessert ist. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Medizinsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst mit einem Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes eines in einem Patienten platzierten Implantats gemäß Patentanspruch 1. Danach umfasst ein Medizinsystem ein elektromagnetisch arbeitendes Navigationssystem, ein mit einem Positionsgeber versehenes, Röntgenbilder entlang einer Abbildungsachse aufnehmendes Röntgengerät und das mit einem Positionsmarker versehene Implantat.
In einem ersten Schritt wird mit Hilfe des Navigationssystems die Lage des Positionsmarkers innerhalb des Medizinsystems ermittelt. Da der Positionsmarker in einer bekannten Relativposition am Implantat angebracht ist, ist auch hierdurch die Lage des Implantats im Medizinsystem ermittelbar.
In einem zweiten Schritt wird aus der Lage des Implantats die Lage der Projektionsachse, also der Richtung, aus der das Implantat aufgenommen werden soll, im Medizinsystem ermittelt. Die Projektionsachse ist generell frei wählbar, jedoch fest an die Lage des Implantats im Medizinsystem geknüpft. Bei einer Bewegung des Implantates im Medizinsystem bewegt sich somit auch die gewählte Projektionsachse entsprechend mit.
In einem nächsten Schritt wird nun die Lage der Abbildungsachse im Medizinsystem anhand des Positionsgebers ermittelt. Ein derartiger Positionsgeber kann beispielsweise ein Winkel gebe sein über den die Lage des Röntgengerätes und somit der Abbildungsachse im Medizinsystem verfügbar ist.
In einem letzten Schritt wird nun das Röntgengerät derart platziert, dass dessen Abbildungsachse mit der Projektionsachse fluchtet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass das Röntgengerät mit Hilfe der Lageinformationen des Navigationssystems bezüglich des Implantats, also ohne die eingangs beschriebenen erforderlichen Röntgenbilder korrekt positioniert werden kann. Es wird dadurch die Anfertigung von unnötigen Röntgenbildern des Patienten vermieden. Dadurch werden sowohl Patient als auch medizinisches Personal vor einer erhöhten Strahlenexposition geschützt und es kann Zeit eingespart werden, da das Verfahren gegenüber einem iterativen Verfahren, bei dem mehrere Aufnahmen angefertigt werden müssen, verkürzt wird. Weiterhin bietet das Verfahren ein hohes Maß an Flexibilität, da die Relativlage der zum Implantat verlaufenden Projektionsachse vor Durchführung des Verfahrens frei gewählt werden kann und daher eine korrekte Positionierung bezüglich mehrerer Projektionsachsen erlaubt. Außerdem ist es mit den Lageinformationen von Röntgengerät und Implantat möglich, eine Zentrierung des Implantats im Röntgenbild zu garantieren.
Die Relativlage der Projektionsachse zum Implantat kann beispielsweise im Navigationssystem in einer Bibliothek hinterlegt sein. Vorzugsweise wird jedoch die Relativlage der Projektionsachse bezüglich des Implantates anhand einer im Implantat gespeicherten Projektionsinformation gewählt. Im Implantat können dabei Projektionsinformationen bezüglich mehrerer Relativlagen gespeichert sein, wobei die entsprechende Relativlage im Medizinsystem durch den Bediener ausgewählt werden kann und diese dann für die weiteren Schritte des Verfahrens maßgeblich ist. Daher kann beispielsweise sowohl eine Relativlage der Projektionsachse quer oder längs zu einem betrachteten Implantat in diesem gespeichert sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Lage der Abbildungsachse anhand eines ersten Positionsmarkers des Navigationssystems als Positionsgeber ermittelt und der dem Implantat zugeordnete Positionsmarker ist ein zweiter Positionsmarker. Der erste Positionsmarker ist am Röntgengerät an einer definierten Relativposition angebracht, so dass aus dieser Beziehung und der Lage des Positionsmarkers auch die Lage des Röntgengerätes und somit wiederum die fest an die Geometrie des jeweiligen Röntgengerätes gebundene Abbildungsachse im Medizinsystem ermittelt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Röntgengerät mehrere Freiheitsgrade zur Verstellung der Lage der Abbildungsachse. Dies kann beispielsweise durch einen Träger, insbesondere einem konventionellen C-Bogen erreicht werden, der entlang mehrerer Achsen bewegbar ist. Des Weiteren umfasst das Medizinsystem ein Ausgabegerät, das einem Bediener für jeden Freiheitsgrad eine Richtungsinformation anzeigt, anhand derer er das Röntgengerät platzieren kann, so dass dessen Abbildungsachse mit der Projektionsachse fluchtet. Bei Erreichen der gewünschten Position wird dem Bediener ferner eine Meldung angezeigt, dass die Einstellprozedur erfolgreich abgeschlossen wurde.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Röntgengerät automatisch platziert, so dass dessen Abbildungsachse mit der Projektionsachse fluchtet. Dazu umfasst das Röntgengerät einen Antrieb zur Verstellung der Abbildungsachse, der von einer Steuereinheit entsprechend der im Medizinsystem ermittelten Lagen der Projektionsachse und Abbildungsachse angesteuert wird.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, mit einem Medizinsystem gemäß Anspruch 6. Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die erfindungsgemäßen Vorteile wurden bereits anhand des Verfahrens erläutert.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
1 einen C-Bogen mit einem Röntgengerät in einer ersten Position,
2 einen C-Bogen in einer zweiten Position, in der dessen Abbildungsachse mit der Projektionsachse fluchtet.
Gemäß 1 weist ein Röntgengerät 2 eine Röntgenquelle 4 und einen Röntgendetektor 6 auf, die beide wiederum an den entgegengesetzten Enden eines Trägers 8, der hier als C-Bogen ausgestaltet ist, fixiert sind. Zwischen Röntgenquelle 4 und Röntgendetektor 6 befindet sich ein nicht dargestellter Patient mit einem Implantat 10, wobei es sich hierbei als Beispiel um einen Nagel oder eine Platte handelt, die zur Fixierung von Knochenfragmenten in den Patienten eingebracht wurde. Das Implantat 10 weist ein Loch 12 auf, welches zur Aufnahme einer Schraube dient. Diese muss zur Fixierung des Implantates 10 mit dem Knochen durch diesen hindurch in das Loch 12 eingeschraubt werden.
Das Röntgengerät 2 ist an einer bekannten Relativposition mit einem als Positionsgeber 14 fungierenden ersten Positionsmarker 15 versehen. Auch das Implantat 10 weist an einer bekannten Relativposition einen zweiten Positionsmarker 16 auf. Das dargestellte Medizinsystem umfasst ferner ein elektromagnetisch arbeitendes Navigationssystem 18 welches die Lage der Positionsmarker 15, 16 detektieren kann. Das Röntgengerät 2 nimmt Bilder entlang einer Abbildungsachse 20 auf, wobei diese Abbildungsachse 20 dem von der Röntgenquelle 4 zum Röntgendetektor 6 verlaufenden Zentralstrahl des Röntgengerätes 2 entspricht.
In dem vorliegenden Beispiel ist aus medizinischen Gründen die Projektionsachse 22 derart gewählt, dass diese senkrecht durch das Loch 12 führt, das Loch 12 in einer entsprechenden Projektionsaufnahme, also nicht als Ellipse sondern als Kreis erscheint. Das Röntgengerät 2 muss zu diesem Zweck so positioniert werden, dass dessen Abbildungsachse 20 mit der Projektionsachse 22 fluchtet. Zu einer derartig korrekten Positionierung des Röntgengerätes 2 wird nun das erfindungsgemäße Verfahren angewandt.
In 1 ist nun eine Situation dargestellt, in der sich das Röntgengerät 2 in einer ersten Position befindet. Dabei unterscheidet sich die Lage der Abbildungsachse 20 des Röntgengerätes 2 von der Projektionsachse 22 dadurch, dass die Abbildungsachse 20 um einen Winkel α gegenüber der Projektionsachse 22 geneigt ist. Die erste Position des Röntgengerätes 2 weicht daher von einer gewünschten Position, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abbildungsachse 20 mit der Projektionsachse 22 zusammen fällt, ab.
Bei Durchführung des Verfahrens wird zunächst die Lage des zweiten Positionsmarkers 16 mit Hilfe des Navigationssystems 18 ermittelt. Aufgrund der bekannten Relativlage zwischen Implantat 10 und dem daran angebrachten zweiten Positionsmarker 16 wird schließlich die Lage des Implantats 10 im Medizinsystem ermittelt. Danach wird aus der Lage des Implantats 10 die Lage der Projektionsachse 22 ermittelt, die in einer fest gewählten Relativlage zum Implantat 10 verläuft – in diesem Fall senkrecht durch das im Implantat 10 vorhandene Loch 12.
In einem nächsten Schritt wird die Lage der Abbildungsachse 20 im Medizinsystem mit Hilfe des Navigationssystems 18 anhand des ersten Positionsmarkers 15 ermittelt. Auch die Abbildungsachse 20 ist fest mit der Geometrie des Röntgengerätes 2 verbunden, so dass über die Ortung des ersten Positionsmarkers 15 die Lage der Abbildungsachse 22, die im gezeigten Beispiel dem Zentralstrahl des Röntgengerätes 2 entspricht, ermittelt werden kann.
Nach Ermittlung der Lagen von Abbildungsachse 20 und Projektionsachse 22, die miteinander um den Winkel α verdreht sind, wird nun das Röntgengerät 2 derart platziert, dass dessen Abbildungsachse 20 mit der Projektionsachse 22 fluchtet. Diese Platzierung kann einerseits dadurch geschehen, dass einem Bediener Informationen auf einem Monitor angezeigt werden, die ihm signalisieren, in welche Richtung und um welchen Weg er das Röntgengerät 2 zu bewegen hat, um dieses in die gewünschte Position zu bringen. Die jeweilige Position ist dabei mit Hilfe des ersten Positionsmarkers 15 ermittelbar. Eine weitere Möglichkeit, das Röntgengerät 2 in die gewünschte Position zu bewegen besteht darin, dass anhand der gewonnenen Lageinformationen mittels einer Steuereinheit 30 im Röntgengerät befindliche Motoren angesteuert werden die das Röntgengerät 2 automatisch bewegen, ohne dass ein Bediener in diesen Prozess eingreifen muss.
In 4 ist nun eine Situation dargestellt, in der sich das Röntgengerät 2 in der gewünschten Position befindet, in der die Abbildungsachse 20 und die Projektionsachse 22 miteinander fluchten, so dass der Winkel α zwischen den beiden Achsen 0° beträgt und der Zentralstrahl des Röntgengerätes 2 senkrecht von oben auf das Loch 12 trifft.

2: Röntgengerät
4: Röntgenquelle
6: Röntgendetektor
8: Träger
10: Implantat
12: Loch
14: Positionsgeber
15: erster Positionsmarker
16: zweiter Positionsmarker
18: Navigationssystem
20: Abbildungsachse
22: Projektionsachse
30: Steuer- und Auswerteeinheit
α: Winkel

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbildes eines in einem Patienten platzierten Implantats (10) entlang einer in einer fest gewählten Relativlage zum Implantat (10) verlaufenden Projektionsachse (22) in einem Medizinsystem, umfassend ein elektromagnetisch arbeitendes Navigationssystem (18), ein mit einem Positionsgeber (14) versehenes, Röntgenbilder entlang einer Abbildungsachse (20) aufnehmendes Röntgengerät (2) und das mit einem Positionsmarker (16) versehene Implantat (10) mit folgenden Schritten: – die Lage des Implantats (10) im Medizinsystem wird mit Hilfe des Navigationssystems (18) anhand des Positionsmarkers (16) ermittelt, – aus der Lage des Implantats (10) wird die Lage der Projektionsachse (22) im Medizinsystem ermittelt, – die Lage der Abbildungsachse (20) im Medizinsystem wird anhand des Positionsgebers (14) ermittelt, – das Röntgengerät (2) wird derart platziert, dass dessen Abbildungsachse (20) mit der Projektionsachse (22) fluchtet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Lage der Abbildungsachse (20) anhand eines ersten Positionsmarkers (15) des Navigationssystems (18) als Positionsgeber (14) ermittelt wird und der dem Implantat (10) zugeordnete Positionsmarker (16) ein zweiter Positionsmarker ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Relativlage der Projektionsachse (22) bezüglich des Implantats (10) anhand einer im Implantat (10) gespeicherten Projektionsinformation gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Röntgengerät (2) mehrere Freiheitsgrade zur Verstellung der Lage der Abbildungsachse (20) aufweist und das Medizinsystem ein Ausgabegerät umfasst, bei dem einem Bediener auf dem Ausgabegerät für jeden Freiheitsgrad eine Richtungsinformation angezeigt wird, anhand derer er das Röntgengerät (2) platzieren kann, dass dessen Abbildungsachse (20) mit der Projektionsachse (22) fluchtet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Röntgengerät (2) automatisch platziert wird, dass dessen Abbildungsachse (20) mit der Projektionsachse (22) fluchtet.
Medizinsystem mit einem elektromagnetisch arbeitenden Navigationssystem (18), einem Röntgengerät (2) und einem Implantat (10), wobei ein Positionsmarker (16) in einer bekannten Relativposition am Implantat (10) angebracht ist und ein Positionsgeber (14) am Röntgengerät (2) angebracht ist, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (30), in der eine Steuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 implementiert ist.
Medizinsystem nach Anspruch 6, bei dem als Positionsgeber (14) ein erster Positionsmarker (15) in einer bekannten Relativposition am Röntgengerät (2) angebracht ist und der dem Implantat (10) zugeordnete Positionsmarker (16) ein zweiter Positionsmarker ist.
Medizinsystem nach Anspruch 6 oder 7, bei dem im Implantat (10) eine mit der Relativlage korrelierte Projektionsinformation gespeichert ist.
Medizinsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einem Ausgabegerät zur Anzeige von Richtungsinformationen für einen Bediener, und bei dem das Röntgengerät (2) mehrere Freiheitsgrade zur Verstellung der Lage der Abbildungsachse (20) aufweist.
Medizinsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Röntgengerät einen Antrieb zur Verstellung der Abbildungsachse (20) aufweist, der von der Steuereinheit (30) ansteuerbar ist.