DE102010015060A1

DE102010015060A1 - Vorrichtung zur Lagerung, Abtastung, tomographischen Darstellung eines Patienten und Durchführung einer Intervention und Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Relation zwischen optischen Aufnahmen und tomographischen Darstellungen

Info

Publication number: DE102010015060A1
Application number: DE102010015060A
Authority: DE
Inventors: Ute Feuerlein; Dr. Hannemann Thilo; Dr. Wittmann Georg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-10-20
Also published as: US20110257508A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung, Abtastung, tomographischen Darstellung eines Patienten (5) und Durchführung einer Intervention, wobei ein Computersystem (6) vorgesehen ist, welches die Berechnung der räumlichen Lage zumindest eines Interventionskanals in räumlicher Relation zur Patientenliege (3) und/oder zum Patienten (5) auf der Basis zuvor erhaltener Lageinformation auf der mindestens einen tomographischen Darstellung des Patienten (5), die Online-Ausgabe der jeweils aktuellen optischen Aufnahmen (11, 12) des Patienten (5) auf der Patientenliege (3) und Überlagerung der aktuellen optischen Aufnahmen des Patienten (3) mit einer räumlich angepassten Darstellung des Interventionskanals und/oder Interventionszielpunktes und/oder eines zum Interventionskanal ausgerichtetes Interventionsinstruments durchführt. Außerdem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Relation zwischen optischen Aufnahmen (11, 12) und tomographischen Darstellungen mit der o. g. Vorrichtung mit Hilfe eines Justage-Phantoms mit mindestens drei optisch erkennbaren und mindestens drei durch das tomographische Aufnahmesystem (1) erkennbaren Raumpunkten, deren räumliche Relativpositionen zueinander bekannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung, Abtastung, tomographischen Darstellung eines Patienten und Durchführung einer Intervention, aufweisend eine Patientenliege, ein Kamerasystem mit mindestens zwei Kameras zur optischen Aufnahme des Patienten in zwei voneinander unabhängigen Ebenen, ein tomographisches Aufnahmesystem zur dreidimensionalen Abtastung und Erzeugung mindestens einer tomographischen Darstellung zumindest eines Teils des Patienten, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Relativposition zwischen Patientenliege, Kamerasystem und tomographischem Aufnahmesystem, und mindestens ein Darstellungssystem zur Anzeige der optischen Aufnahmen und der tomographischen Darstellungen des Patienten. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Relation zwischen optischen Aufnahmen und tomographischen Darstellungen für die oben genannte Vorrichtung.
Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt. So wird heutzutage mit Hilfe von modernen bildgebenden Verfahren, beispielsweise durch Computertomographie oder Kernspin-Systeme, Interventionsplanungen durchgeführt, mit denen eine hohe räumliche Auflösung erreicht werden kann. Bei der Interventionsplanung wird das zu behandelnde Objekt zunächst im aktuell aufgenommenen tomographischen Bild lokalisiert und darauf ein Zielpunkt gesetzt. Anschließend wird vom Zielpunkt aus ein Interventionskanal zur Hautoberfläche geplant und somit die spätere Einstichstelle festgelegt. Diese Planung findet in der Regel am Computer statt.
Anschließend findet die eigentliche Intervention, also der Einstich mit einer Nadel oder einer Sonde oder ähnlichem, statt. Zur eigentlichen Intervention wird der Patient relativ zum tomographischen Aufnahmesystem so verfahren, dass die Einstichstelle für einen Arzt gut zugänglich ist. Das Problem liegt nun darin, dass der Arzt die Einstichstelle und den Einstichwinkel aus den tomographischen Bildern möglichst genau schätzen muss, um beim Vorschub des Interventionsinstrumentes das Untersuchungsobjekt millimetergenau zu treffen. Eine Fehleinschätzung führt zu wiederholten Korrekturen des Einstiches, verbunden mit zusätzlicher Strahlenbelastung und im ungünstigsten Fall dazu, dass der Zielpunkt nicht genau getroffen wird und damit die Behandlung unzureichend erfolgt. Die Durchführung der Intervention erfolgt in der Regel damit, dass zur Suche des Einstichpunktes, der Kontrolle des Nagelwinkels und der Vorschubtiefe immer wieder kurze tomographische oder projektive Aufnahmen gemacht werden, bis die Nadel den Zielpunkt erreicht hat. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist die Belastung des Patienten und des Arztes durch gegebenenfalls verwendete Röntgenstrahlung und die durch die erforderlichen Korrekturen verlängerte Eingriffsdauer.
Alternativ zu dem oben beschriebenen Vorgehen existieren auch Systeme, die durch unterschiedlichste Verfahren die aktuelle Position des Interventionsinstrumentes ermitteln und das Interventionsinstrument in die tomographischen Röntgen- oder Kernspinbilder einzeichnen. Diesen Verfahren ist gemein, dass das Interventionsinstrument spezielle Merkmale oder Markierungen aufweisen muss, damit seine Position von dem System ermittelt werden kann. Außerdem besteht der Nachteil, dass bei solchen Systemen die Atmung und Bewegung des Patienten nicht dargestellt wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Lagerung, Abtastung, tomographischen Darstellung eines Patienten und Durchführung einer Intervention zu finden, welche einerseits auf fortwährende Scans während der eigentlichen Intervention verzichten kann und andererseits die Intervention auch mit Interventionsinstrumenten durchführen lässt, welche keine speziellen Merkmale zur Detektion und Lagebestimmung aufweisen. Außerdem ist es Aufgabe für die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Relation zwischen optischen Aufnahmen und tomographischen Darstellungen zu finden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, sowohl auf zwischenzeitlich während der Intervention durchgeführte Abtastungen und auch spezielle Markierungen am Interventionsinstrument zu verzichten, wenn aufgrund bekannter räumlicher Verhältnisse ein zuvor in einer tomographischen Aufnahme festgelegter Interventionskanal beziehungsweise Interventionszielpunkt räumlich korrekt auf eine aktuelle optische Aufnahme übertragen wird, so dass der behandelnde Arzt lediglich das vom ihm geführte Interventionsinstrument mit der virtuellen Darstellung des Interventionskanals auf den optischen Aufnahmen in Deckung bringen muss. Hierzu ist es notwendig, dass das Kamerasystem Aufnahme in zwei voneinander unabhängigen Ebenen durchführt und diese nebeneinander angezeigt werden, damit der behandelnde Arzt das Interventionsinstrument räumlich eineindeutig in Relation zum auf den optischen Aufnahmen überlagerten Interventionskanal positionieren kann.
Hierzu werden erfindungsgemäß aus mindestens zwei unterschiedlichen Blickwinkeln optische Bilder des Patienten aufgenommen und auf einem Monitor angezeigt. Diesen optischen Kamerabildern werden nun der Einstichpunkt und die Richtung des Interventionskanals virtuell überlagert. Der Arzt führt dann die Interventionsnadel an die Einstichstelle. Dabei kann er das Interventionsinstrument auf der optischen Aufnahme, also in einem Monitor, in Echtzeit beobachten und das Interventionsinstrument mit dem virtuell angezeigten Interventionskanal zur Deckung bringen. Wird der Interventionskanal aus zwei verschiedenen Perspektiven gezeigt, so ist seine Position im Raum eindeutig definiert.
Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn nicht nur die Lage der Nadel, sondern auch deren Länge in der virtuellen Einblendung dargestellt wird. Dies erleichtert das Auffinden der vorgegebenen Position erheblich, da so bereits bei der Betrachtung nur einer Perspektive die Nadelposition aufgrund eines Größenvergleiches relativ genau getroffen werden kann. Dies erleichtert die Auge-Hand-Koordination beim Auffinden der Grobposition der Nadel. Auf der virtuellen Nadel kann die Vorschubtiefe angezeigt werden, um dem Arzt die Endposition beim Einstechen der Nadel anzuzeigen.
Um die Position der Nadel in den optischen Bildern darstellen zu können, muss die Relation zwischen einem Ort in der CT-Aufnahme und einem Bildpunkt des Kamerabildes bekannt sein. Diese Relation kann in mehreren Schritten aufgestellt werden und hängt von der Kameraperspektive und der Position der Patientenliege ab. Grundsätzlich lässt sich diese wir folgt bestimmen:
Die Relation zwischen Raumpunkten im Sichtfeld einer Kamera und dem dargestellten Bild der Kamera wird durch eine Kamera-Matrix definiert. In die Kamera-Matrix gehen im Wesentlichen die Brennweite und die Pixelgröße der Kamera ein. Anhand der Kamera-Matrix lässt sich bestimmen, auf welchen Pixel des Kamerabildes ein relativ zur Kameraposition gegebener Punkt im Objektraum abgebildet wird. Die Kamera-Matrix lässt sich bei fester Brennweite der Kamera einmalig bestimmen und ändert sich nicht.
Um die Relation zwischen dem Koordinatensystem der Kamera und dem Koordinatensystem des Patienten vorteilhaft zu bestimmen, lässt sich ein weiteres Koordinatensystem einführen, von dessen Achsen zwei in Richtung der Bewegungsrichtung des Patiententisches, also in Richtung Vorschub und Höhe, weisen. Der Nullpunkt dieses Koordinatensystems wird in den Sichtbereich der verwendeten Kameras gesetzt und bewegt sich mit den Tischbewegungen der Patientenliege nicht mit. Lediglich die Achsen des Koordinatensystems der Patientenliege zeigen in die Bewegungsrichtungen. Damit lässt sich später die Bewegung der Patientenliege einfacher berücksichtigen.
Die Relation zwischen dem Koordinatensystem der Kamera und dem Koordinatensystem der Patientenliege lässt sich zum Beispiel so bestimmen, dass ein Justage-Phantom mit einem mittels Bildverarbeitung einfach zu lokalisierenden Muster (zum Beispiel einem Schachbrettmuster) in dem Sichtbereich der Kameras auf dem Patiententisch angebracht wird. Die Auswertung der von den Kameras aufgenommenen Bilder erlaubt es dann, die relative Position des Justagemusters zu den Kameras zu bestimmen. Dabei handelt es sich um die, bei geeignet gewähltem Justagemuster eindeutige mögliche, Rückrechnung der oben beschriebenen Relation zwischen den Raumpunkten im Sichtfeld einer Kamera und dem dargestellten Bild der Kamera. Vorteilhaft lässt sich die Ausrichtung des Koordinatensystems der Patientenliege so bestimmen, dass der Tisch in seinen möglichen Achsen verfahren wird und die Verschiebung des auf dem Tisch angebrachten Justage-Phantoms ausgewertet wird. Dadurch ist es nicht nötig, dass das Justage-Phantom gezielt ausgerichtet werden muss, sondern eine Orientierung kann beliebig gewählt werden. Bei einer fest gewählten Perspektive der Kameras ist die Relation zwischen dem Koordinatensystem der Kamera und dem Koordinatensystem der Patientenliege fest und muss so nur einmalig ermittelt werden.
Offen ist nun noch die Beziehung zwischen dem Koordinatensystem der Patientenliege und dem Koordinatensystem des Aufnahmesystems, beispielsweise des CT-Scanners. Um diese zu ermitteln, kann das Justage-Phantom so ausgeführt werden, dass es im tomographischen Bild sichtbare Elemente enthält, deren relative Lage zu dem optischen Muster bekannt ist. Es wird nun eine tomographische Aufnahme des Justage-Phantoms durchgeführt und die Position der tomographisch sichtbaren Elemente im Koordinatensystem des Aufnahmesystems bestimmt.
Dadurch ist auch die Position des optischen Musters im Koordinatensystem des Aufnahmesystems bekannt. Gleichzeitig ist auch die Position des optischen Musters im Koordinatensystem der Patientenliege bekannt. Durch den ebenfalls bekannten Verfahrweg des Tisches lassen sich nun diese Koordinatensysteme in Beziehung bringen. Zu bemerken ist hier, dass die absolute Position des Justage-Phantoms nicht bekannt sein braucht, dass heißt das Justage-Phantom kann in einer beliebigen Orientierung und in einer beliebigen Position auf die Patientenliege gelegt werden.
Die in dem oben beschriebenen Verfahren bestimmte Beziehung der Koordinatensysteme zueinander ist so lange gültig, so lange die Perspektive der Kameras und die Position des Patiententisches relativ zum Aufnahmekoordinatensystem nicht verändert wird. Bei einer festen Montage der Kameras ändern sich diese Beziehungen nicht, so dass das beschriebene Verfahren lediglich einmal bei der Installation des Systems vorzunehmen ist.
Entsprechend diesem Erfindungsgedanken schlagen die Erfinder vor, die Vorrichtung zur Lagerung, Abtastung, tomographischen Darstellung eines Patienten und Durchführung einer Intervention, aufweisend:

– eine Patientenliege,
– ein Kamerasystem mit mindestens zwei Kameras zur optischen Aufnahme des Patienten in zwei voneinander linear unabhängigen Aufnahmerichtungen (Ebenen),
– ein tomographisches Aufnahmesystem zur dreidimensionalen Abtastung und Erzeugung mindestens einer tomographischen Darstellung zumindest eines Teils des Patienten,
– eine Vorrichtung zur Bestimmung der Relativposition zwischen Patientenliege, Kamerasystem und tomographischem Aufnahmesystem, und
– mindestens ein Darstellungssystem zur Anzeige der optischen Aufnahmen und der tomographischen Darstellungen des Patienten,

– Berechnung der räumlichen Lage zumindest eines Interventionskanals in räumlicher Relation zur Patientenliege und/oder zum Patienten auf der Basis zuvor erhaltener Lageinformation auf der mindestens einen tomographischen Darstellung des Patienten,
– Online-Ausgabe der jeweils aktuellen optischen Aufnahmen des Patienten auf der Patientenliege und
– Überlagerung der aktuellen optischen Aufnahmen des Patienten mit einer räumlich angepassten Darstellung des Interventionskanals und/oder Interventionszielpunktes und/oder eines zum Interventionskanal ausgerichteten Interventionsinstruments.

Durch die Verwendung einer solchen Vorrichtung während einer Intervention bei einem Patienten hat der Arzt nun die Möglichkeit ohne zwischenzeitlich mehrfach ausgeführte Scans einfach mit Blick auf die aktuellen optischen Aufnahmen und die darin eingeblendeten Positionierungen für das Interventionsinstrument, dieses auf einfache Weise relativ zum gezeigten Patienten in Stellung zu bringen und die Intervention durchzuführen. Besonders günstig ist hierbei, dass das Interventionsinstrument selbst keinerlei besondere Eigenschaften aufweisen muss, da es in der optischen Aufnahmen des Patienten oder auch in der tomographischen Darstellung des Patienten nicht bezüglich seiner aktuellen Position detektiert werden muss, sondern der Arzt einfach durch optischen Abgleich die richtige Position dieses Instrumentes findet.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der Erfindung unter ”voneinander linear unabhängigen Aufnahmerichtungen (Ebenen)” zwei Raumachsen (Ebenen) verstanden werden, die sich nicht durch lineare translatorische Transformationen ineinander überführen lassen.
In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung schlagen die Erfinder vor, dass der Programmcode Anweisungen aufweist, wodurch zusätzlich ein Interventionseinstichpunkt in der tomographischen Darstellung auf der Basis des bekannten Interventionskanals und seines Schnittpunktes mit der Oberfläche des Patienten bestimmt wird.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Programmcode auch Anweisungen aufweist, wodurch ein zuvor in der tomograpischen Darstellung angegebener oder berechneter Einstichpunkt der Intervention mit den aktuellen optischen Aufnahmen des Patienten überlagert wird.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn der Programmcode Anweisungen aufweist, wodurch eine Darstellung eines zur Intervention zu verwendenden Instrumentes maßstabsgerecht in den aktuellen optischen Aufnahmen positions- und lagerichtig am Einstichpunkt dargestellt wird. Durch diese Maßnahme fällt dem Arzt, der die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet, es besonders leicht, die Positionierung des Interventioninstruments auf der Basis der ihm zur Verfügung gestellten optischen Aufnahmen durchzuführen.
Die Arbeit des Arztes kann auch dadurch erleichtert werden, dass zusätzlich der Programmcode Anweisungen aufweist, wodurch eine vorberechnete Vor- oder Einschubtiefe der Intervention am Interventionskanal dargestellt wird. Beispielsweise kann dies dadurch geschehen, dass unterschiedliche Farben in der Darstellung des Interventionskanals verwendet werden oder dass das Interventionsinstrument virtuell einerseits mit seiner maßstabsgerechten Größe an der Einstichstelle und andererseits ebenfalls maßstabsgerecht am Interventionszielpunkt angelangt, gegebenenfalls mit unterschiedlicher Farbe, gezeigt wird.
Diese hier beschriebene Erfindung kann sowohl in Verbindung mit einem CT-System, einem C-Bogen-System oder einem NMR-System (Kernspin-System) verwendet werden.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die mindestens zwei optischen Kameras mit dem Abtastsystem verbunden, vorzugsweise fest verbunden sind. Beispielsweise können die beiden optischen Kameras in die Gantryverkleidung des CT-Systems integriert werden. Eine andere Alternative besteht darin, die optischen Kameras mit der Patientenliege selbst zu verbinden. Vorteilhaft ist es hierbei, dass der Patient weiter aus dem Bereich des Abtastsystems entfernt werden kann, ohne aus dem Bereich der optischen Kameras zu geraten. Auf diese Weise kann dem behandelten Arzt ein größerer Bewegungsspielraum für die Durchführung der Intervention zur Verfügung gestellt werden.
Eine noch flexiblere Variante kann dadurch erreicht werden, dass die Kamerasysteme separat, sowohl zum Abtastsystem als auch zur Patientenliege, bewegt werden können, wobei selbstverständlich deren Relativbewegung durch entsprechende Sensorik bei den Berechnungen der optischen Aufnahmen des Interventionskanals mit berücksichtigt werden muss.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführung der Vorrichtung besteht darin, dass der Programmcode Anweisungen aufweist, wodurch die tomographische Darstellung und die optische Aufnahmen miteinander registriert werden, so dass bei einer Bewegung des Patienten eine Korrektur der räumlichen Anordnung des Interventionskanals und dessen Darstellung auf den jeweils aktuellen optischen Aufnahmen erfolgen kann.
Entsprechend dem hier dargestellten Erfindungsgedanken schlagen die Erfinder zusätzlich auch ein Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Relation zwischen optischen Aufnahmen und tomographischen Darstellungen, insbesondere hergestellt mit einer Vorrichtung gemäß den oben beschriebenen Vorrichtungen, vor, welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

– Verwendung eines Justage-Phantoms mit mindestens drei optisch erkennbaren und mindestens drei durch das tomographische Aufnahmesystem erkennbaren Raumpunkten, deren räumliche Relativpositionen zueinander bekannt sind,
– Erzeugung mindestens einer optischen Aufnahme je Kamera und mindestens einer tomographischen Aufnahme in mindestens einer bekannten Relativposition und -lage zwischen den optischen Kameras, dem tomographischen Aufnahmesystem und der Patientenliege,
– Bestimmung der räumlichen Relationen mindestens dreier Raumpunkte im Justage-Phantom zwischen den mindestens zwei optischen Aufnahmen und der mindestens einen tomographischen Darstellung in mindestens einer bekannten Relativposition der Patientenliege,
– Bestimmung einer Transformationsvorschrift zwischen Raumpunkten aus der mindestens einen tomographischen Darstellung zu den mindestens zwei optischen Aufnahmen unter Berücksichtigung der aktuellen Relativverschiebung zwischen dem tomographischen Aufnahmesystem, der Patientenliege und den optischen Kameras, und
– Anzeige mindestens eines in der tomographischen Aufnahme angegebenen Punktes in einer aktuellen optischen Aufnahme.

Als Justage-Phantom kann beispielsweise ein Gegenstand verwendet werden, der als optisch und/oder tomographisch erkennbare Raumpunkte eine Vielzahl von geometrischen Mustern, beispielsweise Schachbrettmustern oder ähnliches, aufweist. Dabei ist es nicht notwendig, dass dasselbe Merkmal des Phantoms sowohl optisch als auch tomographisch nachweisbar ist, solange die räumliche Beziehung der tomographischen und der optischen Merkmale auf dem Phantom bekannt ist.
Vorteilhaft ist es zusätzlich, wenn ein Justage-Phantom verwendet wird, welches mindestens einen Raumpunkt aufweist, der in der optischen Aufnahme und/oder tomographischen Darstellung eindeutig identifizierbar ist. Hierdurch wird eine Zuordnung der optisch gezeigten und tomographisch dargestellten Raumpunkte zueinander wesentlich vereinfacht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System; 2: Gantrygehäuse; 3: verfahrbare Patientenliege; 4: Systemachse; 5: Patient; 6: Computersystem; 7: Bildschirm; 8: virtuell dargestellte Nadelposition; 9: Darstellung der realen Interventionsnadel; 10: Einstichpunkt; 11, 12: optische Aufnahmen; Prg₁ bis Prg_n: Programmcode; I: erste Kamera; II: zweite Kamera.
Es zeigen im Einzelnen:
1: Erfindungsgemäß ausgestaltetes CT-System;
2: Bildschirmansicht der aktuellen optischen Aufnahmen eines Patienten mit Überlagerung des gewünschten Interventionskanals und einer tatsächlich zu platzierenden Interventionsnadel.
Die 1 zeigt ein erfindungsgemäß ausgestaltetes CT-System 1 mit einem Gantrygehäuse 2, in dem sich ein oder mehrere hier nicht sichtbare Strahler-Detektor-Systeme zur Abtastung des Patienten 5 befinden. Der Patient 5 kann durch eine verfahrbare Patientenliege 3 entlang einer Systemachse 4 durch das Messfeld des CT-Systems zur Abtastung verschoben werden und nach einer Abtastung und Definition eines gewünschten Interventionskanals durch den Bediener wieder aus dem Messfeld so weit herausgefahren werden, dass er sich einerseits im Sichtbereich der beiden im Gantrygehäuse angeordneten optischen Kameras I und II befindet und dem Operateur ausreichend Raum zur Durchführung einer Intervention lässt. Die Durchführung dieses oben beschriebenen Verfahrens kann durch ein Computersystem 6 mit entsprechendem Programmcode Prg₁ bis Prg_n durchgeführt werden. Auf einem mit dem Computersystem 6 verbundenen Bildschirm 7 kann dann nach entsprechendem vorherigen Scan des Patienten 5 und Definition des Interventionskanals dieser auf den optischen Darstellungen der beiden Kameras I und II gezeigt werden.
Die 2 zeigt solche Aufnahmen 11 und 12 der beiden Kameras I und II, die in linear voneinander unabhängigen Projektionsrichtungen angebracht sind und damit eine räumlich eindeutige Darstellung des Patienten 5 mit dem eingeblendeten virtuellen Interventionskanal 8 erlauben. Auf diesen beiden zweidimensionalen perspektivischen Darstellungen der beiden Kameras I und II kann der Operateur dann die tatsächliche Position seines von Hand geführten Interventionsinstrumentes, hier eine Interventionsnadel 9, beobachten und die Spitze bezüglich des virtuell dargestellten Einstichpunktes 10 ausrichten oder besser dieses Interventionsinstrument in Deckung mit dem virtuellen Interventionskanal 8 bringen, so dass der Eingriff in der zuvor bestimmten Weise erfolgen kann.
Insgesamt wird also damit erreicht, dass ohne besondere technische Hilfsmittel seitens des Interventionsinstrumentes oder bezüglich irgendwelcher Navigationssysteme für das Interventionsinstrument der Arzt lediglich durch Betrachtung zweier optischer Aufnahmen mit eingeblendeten virtuellen Interventionskanälen die Intervention in der gewünschten Weise durchführen kann.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Vorrichtung zur Lagerung, Abtastung, tomographischen Darstellung eines Patienten (5) und Durchführung einer Intervention, aufweisend: 1.1. eine Patientenliege (3), 1.2. ein Kamerasystem mit mindestens zwei Kameras (I, II) zur optischen Aufnahme des Patienten (5) in zwei voneinander unabhängigen Ebenen, 1.3. ein tomographisches Aufnahmesystem (1) zur dreidimensionalen Abtastung und Erzeugung mindestens einer tomographischen Darstellung zumindest eines Teils des Patienten (5), 1.4. eine Vorrichtung zur Bestimmung der Relativposition zwischen Patientenliege (3), Kamerasystem (I, II) und tomographischem Aufnahmesystem, und 1.5. mindestens ein Darstellungssystem (7) zur Anzeige der optischen Aufnahmen (11, 12) und der tomographischen Darstellungen des Patienten, dadurch gekennzeichnet, dass 1.6. ein Computersystem (6) mit Prozessor und darauf gespeichertem und im Betrieb ausgeführtem Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) an das Darstellungssystem (7) angeschlossen ist, wobei der Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) die folgenden Arbeitsschritte bewirkt: 1.7. Berechnung der räumlichen Lage zumindest eines Interventionskanals in räumlicher Relation zur Patientenliege (3) und/oder zum Patienten (5) auf der Basis zuvor erhaltener Lageinformation auf der mindestens einen tomographischen Darstellung des Patienten (5), 1.8. Online-Ausgabe der jeweils aktuellen optischen Aufnahmen (11, 12) des Patienten (5) auf der Patientenliege (3) und 1.9. Überlagerung der aktuellen optischen Aufnahmen (11, 12) des Patienten (5) mit einer räumlich angepassten Darstellung des Interventionskanals und/oder Interventionszielpunktes und/oder eines zum Interventionskanal ausgerichtetes Interventionsinstrument.
Vorrichtung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) Anweisungen aufweist, wodurch zusätzlich ein Interventionseinstichpunkt (10) auf der Basis des bekannten Interventionskanales in der tomographischen Darstellung bestimmt wird.
Vorrichtung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) Anweisungen aufweist, wodurch zusätzlich der Einstichpunkt (10) der Intervention mit den optischen Aufnahmen des Patienten (5) überlagert gezeigt wird.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) Anweisungen aufweist, wodurch eine Darstellung eines zur Intervention zu verwendenden Instrumentes (8) maßstabsgerecht in den aktuellen optischen Aufnahmen positions- und lagerichtig am Einstichpunkt (10) dargestellt wird.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) Anweisungen aufweist, wodurch eine Vorschubtiefe der Intervention am Interventionskanal dargestellt wird.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur dreidimensionalen Abtastung ein CT-System (1) ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur dreidimensionalen Abtastung ein C-Bogen-Gerät ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur dreidimensionalen Abtastung ein NMR-System ist.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei optischen Kameras (I, II) mit dem Abtastsystem verbunden sind.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei optischen Kameras (I, II) mit der Patientenliege (3) verbunden sind.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Patientenliege (3) verschiebbar ist und Sensoren aufweist, die die Relativposition zum Abtastsystem detektieren und an das Computersystem (6) übertragen.
Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode (Prg₁ bis Prg_n) Anweisungen aufweist, wodurch die tomographische Darstellung und die optische Aufnahme miteinander registriert werden und bei einer Bewegung des Patienten (5) eine Korrektur der räumlichen Anordnung des Interventionskanals und dessen Darstellung auf den jeweils aktuellen optischen Aufnahmen erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung der räumlichen Relation zwischen optischen Aufnahmen und tomographischen Darstellungen, insbesondere hergestellt mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte: 13.1. Verwendung eines Justage-Phantoms mit mindestens drei optisch erkennbaren und mindestens drei durch das tomographische Aufnahmesystem erkennbaren Raumpunkten, deren räumliche Relativpositionen zueinander bekannt sind, 13.2. Erzeugung mindestens einer optischen Aufnahme (11, 12) je Kamera (I, II) und mindestens einer tomographischen Darstellung in mindestens einer bekannten Relativposition und -lage zwischen den optischen Kameras (I, II), dem tomographischen Aufnahmesystem (1) und der Patientenliege (3), 13.3. Bestimmung der räumlichen Relationen mindestens dreier Raumpunkte im Justage-Phantom zwischen den mindestens zwei optischen Aufnahmen und der mindestens einen tomographischen Darstellung in mindestens einer bekannten Relativposition der Patientenliege (3), 13.4. Bestimmung einer Transformationsvorschrift zwischen Raumpunkten aus der mindestens einen tomographischen Darstellung zu den mindestens zwei optischen Aufnahmen unter Berücksichtigung der aktuellen Relativverschiebung zwischen dem tomographischen Aufnahmesystem, der Patientenliege (3) und den optischen Kameras (I, II), und 13.5. Anzeige mindestens eines in der tomographischen Darstellung angegebenen Punktes in einer aktuellen optischen Aufnahme.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Justage-Phantom ein Gegenstand verwendet wird, der als optisch und/oder tomographisch erkennbare Raumpunkte eine Vielzahl von geometrischen Mustern aufweist.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Justage-Phantom verwendet wird, welches mindestens einen Raumpunkt aufweist, der in der optischen Aufnahme und/oder tomographischen Darstellung eindeutig identifizierbar ist.