DE102010020285B4

DE102010020285B4 - Kombinierte Referenzierung für eine medizinische Navigation

Info

Publication number: DE102010020285B4
Application number: DE102010020285.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bulitta Clemens; Per Anselm Mahr; Martin Ringholz
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: DE102010020285A1

Abstract

Optisches Referenzierungsverfahren zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten, die mit einem Bilddatenakquisitionsgerät (10) erfasst werden, wobei vor oder während einer Bildakquisition eine räumliche Position des Bildakquisitionsgerätes (10) und eine räumliche Position von navigations-relevanten Strukturen (14) mit einem Kamerasystem (12) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, das s das Kamerasystem (12) mit einem Hybrid-Marker-Systems, umfassend zumindest einen aktiven Marker (M), zumindest einen passiven Marker (M) und weiter umfassend zumindest einen Lichtsignalgeber für den zumindest einen passiven Marker (M), derart in Wechselwirkung steht, dass die akquirierten Bilddaten in Bezug auf die räumliche Position des Bildakquisitionsgerätes (10) referenziert werden und weiterhin gekennzeichnet dadurch, dass das optische Referenzierungsverfahren in einem Aktiv- Modus, in einem Passiv-Modus und in einem Hybrid-Modus betrieben werden kann, wobei in dem Aktiv-Modus alle aktiven Marker aktiviert und zusätzlich alle passiven Marker deaktiviert werden, wobei in dem Passiv-Modus alle passiven Marker aktiviert und alle aktiven Marker deaktiviert werden und im Hybrid-Modus eine Kombination von aktiven und passiven Markern zugelassen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf den Gebieten der Medizintechnik und der Informationstechnik und betrifft insbesondere einen Ansatz für ein optisches Referenzierungsverfahren, ein optisches Referenzierungssystem sowie einen Aufsatz zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten, die mit einem Bildakquisitionsgerät, insbesondere mit einem C-Bogen-Röntgengerät akquiriert werden.
Bei medizinischen Eingriffen und zur Behandlungsvorbereitung und -planung für medizinische Prozeduren, die bildunterstützt sind, ist es notwendig, die erfassten Bilder zu referenzieren bzw. zu registrieren. Um eine eineindeutige Zuordnung der akquirierten Bilder bzw. der Bilddatensäte zu dem realen Objekt bzw. zu der realen anatomischen Struktur des Patienten herstellen zu können, ist es erforderlich, die akquirierten Bilddatensäte in ein einheitliches Koordinatensystem zu transferieren. Üblicherweise wird hierfür das Koordinatensystem des C-Bogens und des Patienten verwendet. Sollen im Rahmen der medizinischen Prozedur noch weitere Strukturen verwendet werden, wie beispielsweise weitere medizinische Werkzeuge oder chirurgische Instrumente, so müssen auch diese hinsichtlich ihrer räumlichen Position referenziert werden.
Im Stand der Technik sind für diese Aufgabe sogenannte Trackingsysteme bekannt. Dabei werden Bilddaten z.B. von einem C-Bogen-Röntgengerät bei der Bildaufnahme in dessen Koordinatensystem erfasst (Registrierung) und einer Patientenposition in dessen aktueller Lage nachgeführt (Tracking) . Das Prinzip basiert darauf, dass alle relevanten Objekte und Strukturen für die medizinische Prozedur, wie beispielsweise die anatomische Struktur des Patienten, verwendete Werkzeuge und Instrumente in einer virtuellen Darstellung abgebildet werden. Dabei sollen in der virtuellen Darstellung alle relevanten räumlichen Informationen, wie z.B. Relativabstände zwischen dem Werkzeug und der anatomischen Struktur oder die Beziehung zwischen den chirurgischen Objekten und den akquirierten Bildern, umfassend Abstandsangaben und Orientierungs- bzw. Winkelangaben, dargestellt werden. Dies ermöglicht es, dass Arbeitsschritte bei einer chirurgischen Prozedur auf der virtuellen Abbildung navigiert werden können.
Für ein solches Navigationssystem ist es also erforderlich, die genaue Position aller relevanten Objekte, Strukturen unter Berücksichtigung der jeweils akquirierten Bilddaten zu erfassen. Hierfür werden Trackingsysteme eingesetzt, die üblicherweise drei Positionskoordinaten als auch drei Raumwinkel für die Position eines Objektes bzw. einer Struktur liefern.
Je nach Einsatzbereich können unterschiedliche Arten von Trackingverfahren zur Anwendung kommen, wie z.B. elektromagnetische, akustische, mechanische und/oder optische Trackingverfahren. Die Erfindung betrifft die optischen Trackingverfahren.
Bei den optischen Trackingverfahren wird zwischen marker-basierten und marker-losen Verfahren unterschieden. Markerlose Trackingverfahren basieren auf der Verarbeitung der Form und Farbe oder von sonstigen optischen Merkmalen von realen Objekten. Es liegt jedoch auf der Hand, dass diese Verfahren in der Regel hohe Fehlerraten aufweisen und für medizinische Prozeduren, insbesondere navigationsgeführte Prozeduren, kaum anwendbar sind.
Marker-basierte Verfahren basieren auf der Verwendung von separaten Markern, die zusätzlich und speziell zum Zweck des optischen Trackings bereitgestellt und angebracht werden. In der Medizin werden üblicherweise infrarot-basierte Marker-Systeme eingesetzt.
Im Stand der Technik wird zwischen zwei unterschiedlichen Konzepten für die marker-basierten Verfahren unterschieden:

1. aktive Marker bzw. Marker-Systeme und
2. passive Marker bzw. Marker-Systeme.

Der Unterschied liegt darin, dass die aktiven Marker Licht emittieren, während die passiven Marker lediglich empfangene Lichtimpulse reflektieren.
Die meisten Hersteller von marker-basierten Navigationssystemen bieten im Stand der Technik entweder reine aktive Trackingsysteme oder reine passive Trackingsysteme an. Falls unterschiedliche Markertypen verwendet werden, so wird der eine Markertyp (z.B. aktiv) an einer Referenz (z.B. C-Bogen) und der jeweils andere Markertyp (passiv) an einer anderen Referenz (z.B. Patientenreferenz) angebracht. Diese Systeme sind jedoch alle herstellerspezifisch. Sie liefern dabei herstellerspezifische Module, wie ein Kamerasystem, entsprechende Markerringe und Aufsätze oder Zusätze für medizinische Instrumente, sowie ein computerbasiertes Berechnungsmodul, das zur Berechnung der relevanten Positionsdaten mit Relativangaben bestimmt ist.
Dies führte bisher im Stand der Technik in der Praxis dazu, dass vor Beginn einer medizinischen Prozedur aufwendige Vorbereitungsmaßnahmen erforderlich waren. So war es beispielsweise notwendig, je nach Hersteller, unterschiedliche Trackinginstrumente zu installieren. Falls ein andres System zum Einsatz kommen sollte, musste z.B. ein aktiver Markerring manuell durch einen passiven Markerring ausgetauscht werden, was entsprechende Änderungen an den zugeordneten Instrumenten und Modulen notwendig machte.
Die US 2004/0087852 A1 beschreibt eine Registrierungsprozedur für sogenannte Landmarks im Rahmen eines operativen Eingriffs unter Verwendung einer Kamera und aktiven und passiven Markern.
Die DE 199 17 867 B4 offenbart die Verwendung von aktiven oder passiven Markern zur Referenzierung von Bilddaten.
Die DE 197 46 096 A1 zeigt eine ringförmig ausgebildete Markerstruktur, die um den im C-Bogen liegenden Patienten angeordnet ist und aktive und passive Marker umfassen kann.
Die EP 2 119397 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Kalibrierinformationen, bei dem aktive oder passive Marker Anwendung finden können.
Die US 2005/0117708 A1 zeigt eine Marker-Baugruppe in einem medizinischen bildgebenden System in einer bestimmten Geometrie zur Erfassung von Koordinatendaten.
Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, einen Ansatz bereitzustellen, mit dem ein marker-basiertes optisches Tracking zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten verbessert und vereinfacht wird. Darüber hinaus sollen die Kosten für das operative Zubehör verringert werden, indem nunmehr mit einem einheitlichen und herstellerunabhängigen Markerring gearbeitet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden Patentansprüche gelöst, insbesondere durch ein Referenzierungsverfahren, durch ein optisches Referenzierungssystem und durch einen Aufsatz.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand der verfahrensgemäßen Lösung beschrieben. Hierbei erwähnte Vorteile, Merkmale oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auf die anderen Lösungen der Aufgabe bzw. auf die anderen Anspruchskategorien (wie das System, oder den Aufsatz) zu übertragen und umgekehrt. Dabei werden die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens durch entsprechende Hardwaremodule gelöst, die dazu ausgebildet sind, die Funktion (des funktionalen Merkmals) auszuführen. Die einzelnen Hardwaremodule können separat oder in einer Baueinheit integriert sein.
Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein optisches Referenzierungsverfahren zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten, die mit einem Bilddatenakquisitionsgerät erfasst werden. Je nach Einsatzfeld können hier unterschiedliche Referenzierungen notwendig werden. Auf jeden Fall sind eine Patientenreferenz und eine Referenz für das Bilddatenakquisitionsgerät, insbesondere ein C-Bogen, notwendig.
Die Erfindung basiert auf einem marker-basierten Trackingverfahren, bei dem vor oder während einer Bildakquisition ein Kamerasystem aktiviert wird zur Erfassung des Bildakquisitionsgerätes und von navigations-relevanten Strukturen.
Erfindungsgemäß ist das Kamerasystem nun so ausgebildet, dass es mit einem Hybrid-Marker-System derart in Wechselwirkung steht, dass die akquirierten Bilddaten in dem Bezug auf die dreidimensionale Position des Bildakquisitionsgerätes referenziert werden. Dabei umfasst das Hybrid-Marker-System zumindest einen aktiven und zumindest einen passiven Marker, vorzugsweise drei aktive und drei passive Marker, und zumindest einen Lichtsignalgeber für die passiven Marker. Das Hybrid-Marker-System umfasst vorzugsweise mehrere, separate Marker-Elemente, die jeweils hybrid ausgebildet sind und die an den zu referenzierenden Strukturen angeordnet sind (also z.B. am C-Bogen und am Patienten).
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass im Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik, bei der Erfindung ein Hybrid-Marker-System zur Anwendung kommt, das aktive und passive Marker in sich räumlich bzw. in einem Bauteil und an einer Referenz kombiniert. Die Erfindung bezieht sich somit auf ein (in ein Bauteil) integriertes hybrides Marker-Element, also umfassend aktive und passive Marker, wobei das hybride Markerbauteil bzw. Markersystem einer Referenz zugeordnet ist. Während im Stand der Technik die Marker-Elemente an einer Referenz (z.B. Patient oder C-Bogen) einheitlich waren, sieht es die Erfindung vor, hier ein Hybrid-Bauteil mit aktiven und passiven Markern, integriert in ein Modul, das einer Referenz zugeordnet ist, bereitzustellen. Dementsprechend ist auch das Kamerasystem so ausgebildet, dass es Signale von allen Markern, umfassend aktive und passive Marker, des Hybrid-Marker-Systems empfangen und verarbeiten kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kamerasystem zusätzlich mit dem Lichtsignalgeber ausgebildet, um die passiven Marker mit einem Lichtsignal zu versorgen, das von den passiven Markern an eine Kamera des Kamerasystems zurückreflektiert wird.
Im Folgenden sollen die im Rahmen dieser Patentanmeldung verwendeten Begrifflichkeiten näher spezifiziert werden.
Das Referenzierungsverfahren dient zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten, also zur Zuordnung von den akquirierten Bilddaten zu einer eineindeutigen Position im dreidimensionalen Raum. Das Referenzierungsverfahren kann im Zusammenhang mit zweidimensionalen oder dreidimensionalen Registrierungsverfahren ausgeführt werden oder auf diesen basieren oder diese umfassen.
Das Bilddatenakquisitionsgerät, das zur Akquisition der medizinischen Bilddaten bestimmt ist, kann neben einem C-Bogen-Röntgengerät auch eine andere Modalität sein, wie z.B. ein CT (Computertomograph), ein MR (Kernspintomograph) ein AX-Gerät (Angiographiegerät), ein Ultraschallgerät oder ein sonstiges Gerät zur Aufnahme von medizinischen Bilddaten, die eine Registration von Bilddaten erfordern. Bei den Bilddaten kann es sich um zwei- oder dreidimensionale Bilddaten handeln.
Das Kamerasystem umfasst vorzugsweise zumindest zwei voneinander beabstandet angeordnete Kameras, z.B. CCDs Kameras, die in einer separaten, mobilen Kameraeinheit angeordnet sein können. Üblicherweise ist die Kameraeinheit auf einem verfahrbaren Wagen mit einem höhenverstellbaren Gestell angeordnet. Üblicherweise sind die beiden Kameras an einem schwenkbar gelagerten Arm angeordnet, sodass eine schnelle und einfache Ausrichtung der Kamera möglich ist. Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung, mehr als zwei Kameras zu verwenden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die Kameras (insbesondere, falls es mehr als zwei sind) unabhängig voneinander bewegt und positioniert werden. Die beiden Kameras sind zum Empfang von Signalen bestimmt, die von den Markern gesendet werden. Im Fall der passiven Marker umfasst die Kamera bzw. das Kamerasystem zusätzlich noch einen Lichtsignalgeber, der zum Senden von Lichtimpulsen an die passiven Marker bestimmt ist. Die beiden Kameras empfangen dann entweder das Signal der aktiven Marker und/oder das Signal als Reflexionssignal der passiven Marker.
Als Marker können die im Stand der Technik bekannten aktiven und passiven Marker eingesetzt werden. In der Regel sind dies sogenannte Referenzsterne, die eine eindeutige sternförmige Geometrie aufweisen und an deren Endpunkten drei separate Marker-Elemente angeordnet sind, die möglichst weit voneinander beabstandet sind. Die Marker sind in der Regel kugelförmig. Aktive Marker können als LEDs (light emitting diodes) oder als Ansammlung oder Kombination solcher Dioden verwendet werden. Passive Marker haben eine reflektierende Oberfläche, um die von dem Lichtsignalgeber gesendeten Lichtimpulse zu empfangen und an das Kamerasystem zurück zu reflektieren. Üblicherweise handelt es sich bei den passiven Marker um Einwegprodukte, die regelmäßig erneuert werden können und müssen. Als passiver Marker kann beispielsweise der Marker der Firma NDI, der unter dem Produktname Radix^® (registrierte Marke)vertrieben wird, oder aber beliebige andere Marker verwendet werden.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf der Wechselwirkung zwischen dem Kamerasystem und dem Hybrid-Marker-System. Im Falle der aktiven Marker werden die Lichtsignale von dem aktiven Marker ausgesendet und vom Kamerasystem empfangen und im Falle der passiven Marker werden Lichtsignale von einem Lichtsignalgeber ausgesendet und von dem passiven Marker an das Kamerasystem reflektiert. Die vom Kamerasystem empfangenen Lichtsignale dienen zur Registrierung der akquirierten Bilddaten, sodass eine eineindeutige Zuordnung im 3D-Raum möglich ist.
Grundsätzlich können unterschiedliche und mehrere Referenzen für die Bilddaten vorgesehen sein:

- C-Bogen-Referenz,
- Patienten-Referenz und/oder
- Referenz von einer oder mehreren navigations-relevanten Strukturen, wie beispielsweis einem chirurgischen Werkzeug, einem chirurgischen Instrument und/oder anderen Apparaturen und Geräten.

Je nach medizinischer Prozedur kann es erforderlich sein, gleichzeitig mehrere Werkzeuge bzw. Instrumente zu bedienen, die alle im Hinblick auf die akquirierten Bilddaten registriert / kalibriert werden müssen. In diesem Fall werden alle unterschiedlichen Werkzeuge oder Instrumente mit jeweils eineindeutigen Markern versehen. Die eineindeutige Zuordnung zwischen einem Marker und dem jeweiligen Gerät erfolgt aufgrund der Geometrie der Marker. Je nach Länge der Arme und/oder der Winkel zwischen den Armen und/oder Anzahl der Arme und/oder anderer Eigenschaften der Marker ist eine Identifizierung / Kalibrierung möglich.
Die eigentliche Positionsbestimmung erfolgt dann, indem die beiden Kameras dasselbe Objekt erfassen und mittels Triangulierung und aufgrund der bekannten Geometrie zwischen den beiden Kameras eine eindeutige Position des Objektes berechnet werden kann.
Hierfür ist es notwendig, dass - zumindest für den Zeitraum der Erfassung der benötigten Positionen (in der Regel des C-Bogens und des Patienten) - der C-Bogen und das Kamerasystem mit dem Hybrid-Marker-System gleichzeitig aktiviert werden. Zumindest für den Zeitraum der Erfassung durch die beiden Kameras ist es wichtig, dass zwischen den beiden Kameras und den zu erfassenden Objekten (z.B. C-Bogen mit Markerring, Patient mit Marker, Werkzeug bzw. Instrument mit Marker) keine Verdeckung von Objekten entstehen kann. Deshalb sind sowohl der C-Bogen als auch das Kamerasystem und alle weiteren Einheiten mobil gelagert und leicht verfahrbar.
Das Hybrid-Marker-System ist vorzugsweise als Aufsatz, insbesondere als Ring oder Spange, ausgebildet, der zum Eingriff mit einem Bildverstärker eines C-Bogen-Röntgengerätes bestimmt ist. Der Markerring / -spange ist formstabil und in der Regel aus Metall gefertigt und umfasst eine Anordnung von aktiven und passiven Markern. Der Markerring/ -spange wird lösbar an einem Bauteil des C-Bogen-Gerätes angebracht. In der Regel wird er lösbar befestigt, z.B. verschraubt. Es ist jedoch auch denkbar, den Markerring/ -spange fest in den C-Bogen an geeigneter Position zu integrieren.
Das Hybrid-Marker-System kann darüber hinaus noch an weiteren navigations-relevanten Strukturen befestigt sein. Üblicherweise wird ein Navigationsstern bereitgestellt, der zum Eingriff mit dem Patienten bestimmt ist. Darüber hinaus können die Navigationssterne auch an Werkzeugen und/oder Instrumenten und/oder weiteren navigations-relevanten Objekten und Strukturen befestigt werden, um die jeweiligen Bilder, in denen die Strukturen und Objekte dargestellt sind, zu registrieren. Das Verfahren erfüllt demnach zwei Funktionen: Zum Einen werden chirurgische Instrumente und Objekte anhand der Markerdaten lokalisiert und zum Anderen können die bereitgestellten Bildinformationen für eine Navigation verwendet werden.
Das optische Referenzierungsverfahren kann auch im Rahmen einer navigationsgeführten medizinischen Prozedur eingesetzt werden, in dem eine Navigation über die akquirierten Bilder möglich ist. Beispielsweise kann der Arzt in dem abgebildeten Bild das Werkzeug und/oder Instrument an exakt die korrekte Position am Patienten positionieren, indem er sich ausschließlich auf den erfassten Bilddatensatz bezieht.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht in einem optischen Referenzierungssystem zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten, das auch im Rahmen einer navigationsgeführten Prozedur eingesetzt werden kann, mit:

- einem Kamerasystem, umfassend zumindest zwei Kameras, zur Positionsbestimmung,
- einem Bilddatenakquisitionsgerät, insbesondere einem C-Bogen-Röntgengerät, zur Akquisition von medizinischen Bilddaten,
- einem Hybrid-Marker-System, umfassend zumindest einen aktiven und zumindest einen passiven Marker, umfassend einen Lichtsignalgeber für die passiven Marker, wobei das Hybrid-Marker-System an dem Bildakquisitionsgerät und an navigations-relevanten Strukturen befestigt ist, wobei das Kamerasystem und das Hybrid-Marker-System derart zusammenwirken, dass die akquirierten Bilddaten in Bezug zu einer Position des Bilddatenakquisitionsgerätes und/oder in Bezug zu einer Position der navigations-relevanten Strukturen referenziert werden, sodass anhand der mittels dem Bilddatenakquisitionsgerät akquirierten Bilddaten eine Navigation ermöglicht wird.

Wie vorstehend bereits erwähnt, umfasst das Hybrid-Marker-System gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Markerring, umfassend aktive und passive Marker. Üblicherweise umfasst der Ring mindestens drei aktive und mindestens drei passive Marker. Darüber hinaus umfasst das Hybrid-Marker-System einen Lichtsignalgeber zur Versorgung der passiven Marker. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtsignalgeber ebenfalls an dem Kamerasystem angeordnet und möglicherweise als Teil einer Kamera als weiteres Bauteil in diese integriert. Alternativ kann der Lichtsignalgeber auch in einer separaten Instanz angeordnet sein.
Sollen neben der C-Bogen Referenz und der Patientenreferenz noch weitere Referenzen berücksichtigt werden, so kann das erfindungsgemäße System jederzeit erweitert werden, indem das Hybrid-Marker-System mit den aktiven und passiven Markern noch an weiteren Strukturen und Objekten (z.B. weiteren Werkzeugen) bereitgestellt wird.
Gemäß einem üblichen Ablauf ist es vorgesehen, dass als vorbereitende Maßnahme und somit prä-operativ eine Bildakquisition (zur Bildreferenzierung) durchgeführt wird, wobei bereits das Hybrid-Marker-System zum Einsatz kommt. Alle Referenzen bzw. die ortsfesten Schnittstellen zu diesen, die berücksichtigt werden sollen, müssen somit während dieser Bildakquisition eingerichtet und installiert sein. Üblicherweise ist die C-Bogen Referenz und die Patientenreferenz während der Registrierungsaufnahme installiert, um eine eineindeutige Zuordnung zwischen C-Bogen und Patient auch in den abgebildeten Bildern ermöglichen zu können. Vorzugsweise wird das Kamerasystem zeitgleich mit dem C-Bogen zur Bildakquisition aktiviert. Anschließend an diese Vorbereitungsmaßnahme kann die Registrierung der Bilddaten erfolgen. Dies wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durch ein Berechnungsmodul ausgeführt, das zur Berechnung einer räumlichen (Relativ-) Position zwischen den Markern (aktiven und passiven) an den jeweiligen Strukturen und Objekten (C-Bogen-Röntgengerät und navigations-relevante Strukturen) bestimmt ist. Das Berechnungsmodul kann als Software- und/oder Hardwaremodul ausgebildet sein und ist üblicherweise in einem Computer des Referenzierungssystems integriert. Alternativ kann es als separate externe Instanz über eine entsprechende Schnittstelle angeschlossen sein.
Anschließend an diese Vorbereitungsmaßnahmen können dann die Schritte des operativen Eingriffs ausgeführt werden. Dabei ist eine navigationsgeführte Prozedur möglich, die auf dem akquirierten Bilddatensatz basiert. Vorzugsweise handelt es sich um eine dreidimensionale Navigation. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt und umfasst auch zweidimensionale Navigationsarten.
Sollte es zu einer Relativbewegung zwischen den relevanten Strukturen und Objekten kommen, so muss eine erneute Bildakquisition zur Registrierung durchgeführt werden, um die Registrierung bzw. Referenzierung zu aktualisieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, hier eine Monitoring-Einheit bereitzustellen, die automatisch eine relative Positionsveränderung zwischen C-Bogen, Patient bzw. anatomischer Struktur des Patienten, Werkzeug und/oder Instrument erfasst. Falls die Monitoring-Einheit eine solche Relativbewegung erfasst, wird automatisch ein Warnhinweis ausgegeben. Aufgrund dessen kann automatisch eine neue Bildregistrierung angestoßen werden oder es kann ein Hinweise ausgegeben werden, aufgrund dessen der Anwender nach einer Benutzereingabe gefragt wird, ob eine solche erneute Bildregistrierung ausgeführt werden soll oder nicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das optische Referenzierungssystem zusätzlich ein Steuermodul, das zur Steuerung der optischen Signale in zeitlicher, physikalischer und/oder sonstiger Hinsicht bestimmt ist, die zwischen dem Kamerasystem und dem Hybrid-Marker-System ausgetauscht werden. Insbesondere ist das Steuermodul zur Steuerung des Sende- und Empfangsvorgangs für den Lichtimpuls ausgebildet, der zwischen Kamera und Markern ausgetauscht wird. Bei dem Lichtimpuls handelt es sich vorzugsweise um ein Infrarot-Licht-Signal. Es können hier jedoch auch andere optische Verfahren zum Einsatz kommen. In einer weiteren, komplexen Ausführungsform übernimmt das Steuermodul noch zusätzliche Steuerungsaufgaben, wie z.B. die Ausgabe von Warnhinweisen, falls erfasste Positionen sich nicht innerhalb eines vorbestimmbaren Sollbereichs befinden. Darüber hinaus kann das Steuermodul ausgebildet sein, bestimmte Marker bzw. Marker-Gruppen in den jeweiligen Strukturen/Objekten (Patient, Werkzeug, Instrument etc.) hinzu zuschalten oder abzuschalten. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, falls im Rahmen einer komplexen medizinischen Prozedur der Patient mit unterschiedlichen Patientenreferenzen, also mit mehreren Markern versehen ist, von denen jedoch zunächst nur ein bestimmter Marker oder nur eine Gruppe von bestimmten Markern zur Anwendung kommen soll. Dann kann automatisch oder semiautomatisch eine Auswahl von relevanten Markern ausgeführt werden. Dies wird über das Steuermodul ausgeführt. Das Steuermodul kann, ebenso wie das Berechnungsmodul, als Software- und/oder Hardwaremodul ausgebildet sein und als integraler Bestandteil des Referenzierungssystems oder als externes Modul zugeschaltet werden. Darüber hinaus können das Berechnungsmodul und das Steuermodul auch in einem gemeinsamen Modul integriert werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist der Lichtsignalgeber für die passiven Marker des Hybrid-Marker-Systems dem Kamerasystem zugeordnet. Üblicherweise wird der Lichtsignalgeber in das Kamerasystem integriert sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, hier ein separates Bauteil für den Lichtsignalgeber vorzusehen, der vorzugsweise mobil ausgebildet ist.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Aufsatz für ein Bilddatenakquisitionsgerät, der üblicherweise in Form eines Marker-Ringes, einer Marker-Spange oder eines anderen Marker-Aufsatzes ausgebildet ist und zur Referenzierung der akquirierten Bilddaten bestimmt ist, wobei der Aufsatz ein Hybrid-Marker-System umfasst mit mindestens einer aktiven und mindestens einem passiven Markergeometrie aus Einzelmarkern, wobei die Marker zur Wechselwirkung mit dem Kamerasystem bestimmt sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Hybrid-Marker-System jedoch mindestens drei aktive und mindestens drei passive Einzel-Marker. Der Markerring oder die -Spange sind üblicherweise für ein C-Bogen-Röntgengerät ausgelegt und wird auf einen Bildverstärker des C-Bogen-Röntgengerätes aufgesetzt und an diesem gegebenenfalls lösbar befestigt.
Erfindungsgemäß sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen für den Aufsatz vorgesehen.
In einer ersten Ausführungsform umfasst der Aufsatz einzelne Marker-Bauteile, wobei jeweils ein Marker-Bauteil hybrid ausgebildet ist und aus einer Kombination von zumindest einem aktiven und zumindest einem passiven Marker, insbesondere jedoch drei passiven und drei aktiven Markern, besteht.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante des Aufsatzes umfasst der Aufsatz zwei Klassen von Marker-Elementen, nämlich aktive Marker und passive Marker, wie sie an sich im Stand der Technik bekannt sind, wobei sie in der hier vorgeschlagenen Lösung nach einem anderen System betrieben werden und anders kombiniert und integriert sind, nämlich zwar jeweils als separates Bauteil, aber zusammen und in Kombination wirkend an vorbestimmten Positionen innerhalb des Aufsatzes angeordnet sind.
In beiden Ausführungsvarianten ergibt sich der Vorteil, dass bei Ausfall nur eines Marker-Elementes in dem Aufsatz, dieses einzelne Marker-Element ausgetauscht werden kann, ohne dass es erforderlich ist, den gesamten Aufsatz auszutauschen. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass weder Aufsatz noch die einzelnen Marker-Elemente für den operativen Einsatz sterilisiert zu werden brauchen, da der Aufsatz zusammen mit dem Bildverstärker mit einer sterilen Abdeckung versehen werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante sind die passiven Marker mit einer reflektierenden Oberfläche ausgebildet, die zum Zwecke der Modularität insbesondere mit einem lösbaren Reflexionselement (z.B. einer Schicht) ausgeführt sein kann, welche an einem Grundelement befestigt ist, wobei das Grundelement in dem passiven Marker oder in dem Marker-Element integriert ist.
Mit der Erfindung ergibt sich eine Reihe von Vorteilen.
Durch die Kombination aus aktiven und passiven Markern in einer Baueinheit wird es möglich, einen herstellerunabhängigen Markerring bereitzustellen, was die Handhabung im medizinischen Einsatz deutlich vereinfacht, da weiterhin die Handhabung von sterilen Bezügen vereinfacht wird. Darüber hinaus sind auch unterschiedliche Kalibrierungen nicht mehr notwendig, wie es im Stand der Technik der Fall war. Weiterhin ist es möglich, vollständig auf externe Schnittstellen zu verzichten. Auch die bisher notwendigen Kalibrierungsprozeduren können vereinfacht werden oder teilweise entfallen. Insgesamt wird somit die Kompatibilität des Marker-Ringes mit weiteren externen Modulen und Instanzen deutlich verbessert. Insbesondere ist der Informationsaustausch zwischen den Navigationsherstellern deshalb vereinfacht, da der Hersteller keine Angaben über spezifische Geometrien und Spezifikationen zu den Markerringen mehr bereitstellen muss. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die erfindungsgemäße Referenzierung und Registrierung deutlich flexibler ist, da im Vorfeld keine Festlegung auf eine bestimmte Marker-Art (aktive oder passiv) getroffen werden muss.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es vorgesehen, dass wahlweise bestimmte Gruppen von Markern zu- oder abgeschaltet werden können. Das Referenzierungssystem kann somit wahlweise in einem Aktiv-Modus, in einem Passiv-Modus oder in einem Hybrid-Modus betrieben werden. In dem Aktiv-Modus werden demnach alle aktiven Marker aktiviert und zusätzlich alle passiven Marker deaktiviert. Entsprechend werden in dem Passiv-Modus alle passiven Marker aktiviert und alle aktiven Marker deaktiviert. Im kombinierten oder Hybrid-Modus wird eine Kombination von aktiven und passiven Markern zugelassen. Dies kann erforderlich sein, um in Einzelfällen eine gezielte Übereinstimmung mit bisherigen Systemen aus dem Stand der Technik generieren zu können.
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen mit Vorteilen und deren Merkmalen näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Referenzierungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Marker-Elementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes eines Aufsatzes, der zum Eingriff mit einem Bauteil eines C-Bogens eines Bildakquisitionsgerätes bestimmt ist und Marker-Elemente umfasst und
4 eine andere Ausführungsform des bereits in 3 dargestellten Aufsatzes mit unterschiedlichen Markern.

Der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Referenzierungssystems wird nachfolgend im Zusammenhang mit 1 näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Referenzierungssystem ist ein optisches, marker-basiertes System und dient zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten zum Zwecke einer Navigation. Die Navigation kann zur Vorbereitung einer medizinischen Prozedur, die an einem Patienten ausgeführt werden soll, oder intraoperativ verwendet werden. Die Bilddaten werden über ein Bildakquisitionsgerät erfasst. In 1 ist beispielhaft ein sogenanntes C-Bogen-Röntgengerät zur Akquisition von dreidimensionalen Bilddaten dargestellt. Andere Ausführungsformen sehen hier andere Akquisitionsgeräte, wie z.B. ein Ultraschallgerät, einen Magnetresonanztomographen oder ein AngiographieGerät oder ein Röntgengerät zur zweidimensionalen Bildakquisition vor. Der C-Bogen 10 ist vorzugsweise als mobiles Gerät mit einem fahrbaren Unterteil ausgebildet.
Der C-Bogen umfasst einen Bildverstärker, der in 1 im oberen Bereich des C-Bogens 10 dargestellt ist. Sozusagen als Gegenstück ist im unteren Bereich eine Röntgenstrahlquelle in dem C-Bogen 10 angeordnet. Eine Patientenliege ist in 1 nur schematisch dargestellt und dient zur Aufnahme eines Patienten.
Um einen navigationsgeführten chirurgischen Eingriff an dem Patienten ausführen zu können, ist es in der Chirurgie bekannt, sogenannte Marker M zu verwenden.
Im Unterschied zu den Systemen aus dem Stand der Technik, die entweder aktive Marker-Systeme oder passive Marker-Systeme verwendet haben, sieht es die Erfindung vor, ein Hybrid-Marker-System zu verwenden, das zumindest einen aktiven Marker M_A und zumindest einen passiven Marker M_P umfasst. Je nach Einsatzzweck kann das Hybrid-Marker-System von aktiven Markern M_A und passiven Markern M_P an unterschiedlichen Modulen und Strukturen eingesetzt werden, je nachdem, welche Referenzierung erwünscht ist.
In einer hauptsächlichen Ausführungsform wird ein Aufsatz A bereitgestellt, der üblicherweise in Form eines Marker-Ringes ausgebildet ist und auf dem Bildverstärker des C-Bogens 10 angeordnet ist. Als weitere marker-tragende navigations-relevante Struktur 14 wird ein sogenannter Navigationsstern verwendet. In dem Vergrößerungsausschnitt in 1 ist ein üblicher Navigationsstern dargestellt, umfassend drei unabhängige Marker-Kugeln, die in einer bestimmten Geometrie voneinander beabstandet sind und Marker M umfassen. Erfindungsgemäß ist der Navigationsstern ebenfalls ein Hybridstern und umfasst aktive Marker M_A und passive Marker M_P , die in 1 mit dem allgemeinen Bezugszeichen 20 für das Marker-Element bezeichnet ist.
Das Referenzierungssystem umfasst darüber hinaus ein Kamerasystem 12. Das Kamerasystem 12 ist in 1 auf der rechten Seite schematisch dargestellt und ebenfalls als mobiles Bauteil verfahrbar. Es umfasst üblicherweise zwei separate Kameras 12-1, 12-2, die in einem festgelegten Abstand voneinander in einem Bauteil angeordnet sind. Alternative Ausführungsformen sehen hier eine andere Anzahl und/oder eine andere Anordnung von Kameras 12-1, 12-2 vor. Vorzugsweise kann das Kamerasystem 12 unabhängig von dem C-Bogen 10 und einer weiteren Recheneinheit verfahren werden.
Wie in 1 ebenfalls dargestellt, umfasst das spezifische Referenzierungssystem gemäß der Erfindung üblicherweise noch einen computergestützten Arbeitsplatz mit einem Monitor zur Darstellung der akquirierten Bilddaten, der erfassten Bilddaten des Kamerasystems und einer virtuellen Darstellung von navigations-relevanten Strukturen 14, die zur Navigation verwendet werden. Die virtuelle Darstellung basiert auf dem optischen Referenzierungsverfahren gemäß der Erfindung und ist sozusagen ein Resultat einer Datenverarbeitung.
Das Referenzierungssystem umfasst deshalb vorzugsweise ein Berechnungsmodul 16, in dem das optische Referenzierungsverfahren ausgeführt wird. Alternativ ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Referenzierungsverfahren in einer anderen Bildverarbeitungsstation ausgeführt wird, die in Datenaustausch mit den Einheiten des Referenzierungssystems steht. Dies könnte beispielsweise ein Rekonstruktionsrechner sein, der über die notwendige Rechenleistung verfügt.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Referenzierungssystem zusätzlich noch ein Steuermodul 18. Das Steuermodul 18 dient zur Steuerung der optischen Signale. Darüber hinaus kann es in alternativen Ausführungsformen noch für weitere Steueraufgaben eingesetzt werden (z.B. für eine bestimmte Auswahl von Markern oder für ein Deaktivieren von passiven Markern M_P und/oder aktiven Markern M_A und/oder zur Auslösung der Bildakquisition oder für weitere Ereignisse.
Ein typischer Workflow für das erfindungsgemäße Verfahren sieht es vor, dass in einem Vorbereitungsschritt zunächst eine Bildregistrierung erfolgt. Dafür wird ein Bilddatensatz von dem C-Bogen 10 akquiriert. Zur Vorbereitung wurden alle navigations-relevanten Strukturen 14 mit entsprechenden Markern M des Hybrid-Marker-Systems versehen und an dem C-Bogen 10 ist der Aufsatz A mit dem Hybrid-Marker-System bereitgestellt.
Gleichzeitig mit der Aufnahme des C-Bogens wird eine Aufnahme des Kamerasystems 12 ausgelöst (Bild-Akquisition). Das Kamerasystem nimmt alle optischen Marker M_A , M_P des Hybrid-Marker-Systems zum Zeitpunkt der Bildakquisition auf. Damit wird eine Bildregistrierung möglich.
Im weiteren Verlauf der medizinischen Prozedur kann aus diesen Registrierungsdaten ein virtueller Bilddatensatz abgeleitet werden, der zur Navigation dient. Weitere Röntgenaufnahmen können somit vermieden werden. Eine Positionierung bzw. Lokalisierung von Strukturen und Objekten im Rahmen der medizinischen Prozedur wird allein aufgrund der virtuellen Abbildung möglich, ohne dass weitere Röntgenaufnahmen des Patienten ausgeführt werden müssen. Eine Folgeröntgenaufnahme wird erst dann erforderlich, falls sich eine relative Positionsveränderung zwischen den beteiligten navigations-relevanten Strukturen 14 ergibt, insbesondere zwischen den Markern des C-Bogens 10 und den Markern des Patienten.
In 2 ist ein Marker-Element gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Das Marker-Element 20 ist annähernd kreisförmig und umfasst zumindest einen passiven Markern M_P , der vorzugsweise ebenfalls kreisförmig ist und konzentrisch mit dem Mittelpunkt des Marker-Elementes 20 übereinstimmt und somit zentral und mittig angeordnet ist. In dem äußeren Kreissegment des Marker-Elementes 20, das nicht von dem passiven Marker M_P bedeckt ist, ist zumindest ein aktives Marker-Element M_A angeordnet. Wie in 2 dargestellt, sind hier vorzugsweise zumindest oder genau drei aktive Marker-Elemente M_A vorgesehen. Diese Ausführung ist jedoch lediglich beispielhaft und es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung hier eine andere Anzahl, eine andere Anordnung und eine andere Form der aktiven und passiven Marker M_A , M_P bereitzustellen.
Wie in 3 schematisch dargestellt, werden die Marker-Elemente 20 an den unterschiedlichen navigations-relevanten Strukturen 14 befestigt. Insbesondere werden die Marker-Elemente 20 an dem Aufsatz A des C-Bogens 10 befestigt und an den Navigationssternen, die in Eingriff mit den navigations-relevanten Strukturen 14 gebracht werden sollen. Dies soll in 3 schematisch durch einen Ausschnitt eines Gehäuses bzw. eines Aufsatzes A dargestellt werden. In Aufsatz A in 3 sind die Marker-Elemente 20 integriert, die bereits näher in Zusammenhang mit 2 beschrieben worden sind.
Eine alternative Ausführungsform sieht hier ein anderes Hybrid-Marker-System vor, bei dem das System aus einer Kombination von zumindest einem aktiven Marker M_A und zumindest einem passiven Marker M_P besteht. Dabei sind die aktiven und passiven Marker M_A , M_P als separate Module in das jeweilige Gehäuse A integriert. Diese Ausführungsform ist in 4 näher beschrieben. Bei der in 4 gezeichneten Ausführungsform gibt es also zwei Klassen von Marker-Elementen 20, nämlich aktive Marker-Elemente M_A (diese sind in 4 mit einem Punkt in der Mitte gekennzeichnet) und passive Marker-Elemente M_P (diese sind in 4 mit einem Kreuz in der Mitte gekennzeichnet). Die Marker-Elemente sind als jeweils separate Bauteile in den Aufsatz A oder in den jeweiligen Navigationsstern integriert. Sie sind unabhängig voneinander austauschbar. Dies trifft jedoch auch auf die Marker-Elemente 20 gemäß der ersten, in den 2 und 3 näher beschriebenen Ausführungsform zu.
Wie vorstehend bereits erwähnt, können die Marker-Elemente jedoch auch eine rechteckförmige, quadratische oder andere Form in der Draufsicht aufweisen.
Bei der Ausführungsform, die näher in den 2 und 3 dargestellt ist, mit den hybriden bzw. Kombinations-Markern werden in der bevorzugten Ausführungsform zumindest drei aktive Marker M_A und ein passiver Marker M_P verwendet.
Die Infrarot-Schnittstelle zwischen dem Kamerasystem und dem Hybrid-Marker-System sollte möglichst nicht verdeckt werden, sodass es hilfreich ist, dass sowohl der C-Bogen 10, als auch das Kamerasystem 12 verfahrbar gelagert sind.
Das optische Tracking- bzw. Referenzierungssystem gemäß der Erfindung umfasst folgende Schnittstellen:
Eine optische Kamera-Marker-Schnittstelle zur Übertragung von optischen Signalen.
Sie dient insbesondere zur Übertragung eines passiven Sendesignals, das an den passiven Marker M_P gesendet wird und ein dem passiven Sendesignal zugehörigen passivem Empfangssignal, das vom passiven Marker M_P als Reflexion des passiven Sendesignals von dem Kamerasystem 12 empfangen wird.
Darüber hinaus wird über die optische Kamera-Marker-Schnittstelle ein aktives Sendesignal transferiert, das von einem aktiven Marker M_A gesendet wird und von dem Kamerasystem 12 empfangen wird.
Das optische Trackingsystem kann zusätzlich bzw. optional noch eine Kamera-Berechnungs-Schnittstelle zwischen dem Kamerasystem 12 und dem Berechnungsmodul 16 zur Positionsberechnung umfassen.
Bei Verwendung der aktiven Marker M_A des Hybrid-Marker-Systems sind die aktiven Marker M_A noch mit einer Spannungsversorgungsschnittstelle ausgebildet.
Der C-Bogen 10, der zugehörige Rechner und das Kamerasystem 12 sind über ein Netzwerk miteinander verbunden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass das grundlegende Konzept der Erfindung in der kombinierten Verwendung von aktiven Markern M_A und passiven Markern M_P innerhalb eines Registrierungs- oder Trackingsystems und insbesondere innerhalb eines Marker-Ringes ist. Deshalb kann das Hybrid-Marker-System gemäß der Erfindung auch auf unterschiedliche Bauteile bzw. unterschiedliche medizinische Strukturen und/oder Objekte verteilt sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Ebenso liegen andere Mengen-, Größen- und/oder Formangaben im Bereich der Erfindung.
Bezugszeichenliste

10: C-Bogen Akquisitionsgerät
A: Aufsatz bzw. Markerring
M: Marker
M_P: passiver Marker
M_A: aktiver Marker
12: Kamerasystem
12-1: erste Kamera
12-2: zweite Kamera
14: navigations-relevante Struktur
16: Berechnungsmodul
18: Steuermodul
20: Marker-Element

Claims

Optisches Referenzierungsverfahren zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten, die mit einem Bilddatenakquisitionsgerät (10) erfasst werden, wobei vor oder während einer Bildakquisition eine räumliche Position des Bildakquisitionsgerätes (10) und eine räumliche Position von navigations-relevanten Strukturen (14) mit einem Kamerasystem (12) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, das s das Kamerasystem (12) mit einem Hybrid-Marker-Systems, umfassend zumindest einen aktiven Marker (M_A), zumindest einen passiven Marker (M_P) und weiter umfassend zumindest einen Lichtsignalgeber für den zumindest einen passiven Marker (M_P), derart in Wechselwirkung steht, dass die akquirierten Bilddaten in Bezug auf die räumliche Position des Bildakquisitionsgerätes (10) referenziert werden und weiterhin gekennzeichnet dadurch, dass das optische Referenzierungsverfahren in einem Aktiv- Modus, in einem Passiv-Modus und in einem Hybrid-Modus betrieben werden kann, wobei in dem Aktiv-Modus alle aktiven Marker aktiviert und zusätzlich alle passiven Marker deaktiviert werden, wobei in dem Passiv-Modus alle passiven Marker aktiviert und alle aktiven Marker deaktiviert werden und im Hybrid-Modus eine Kombination von aktiven und passiven Markern zugelassen wird.
Optisches Referenzierungsverfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die akquirierten Bilddaten in Bezug auf die räumliche Position des Bildakquisitionsgerätes (10) und/oder in Bezug auf die räumliche Position von navigations-relevanten Strukturen (14) referenziert werden, so dass ein virtuelles Abbild aus den erfassten Bilddaten und einer Abbildung der navigations-relevanten Strukturen (14) erzeugt wird und darstellbar ist, wobei in dem virtuellen Abbild eine Navigation in realen navigations-relevanten Strukturen (14) ermöglicht wird.
Optisches Referenzierungsverfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die navigations-relevante Struktur (14) ein Navigationsstern ist, der zum Eingriff mit einem Patienten oder einer anatomischen Struktur eines Patienten, mit einem chirurgischen Werkzeug und/oder mit einem chirurgischen Instrument bestimmt ist.
Optisches Referenzierungssystem zur Referenzierung von medizinischen Bilddaten zum Zwecke einer Navigation, mit: - einem Kamerasystem (12) zur Positionsbestimmung, - einem Bilddatenakquisitionsgerät (10) zur Akquisition der medizinischen Bilddaten, - einem Hybrid-Marker-System, umfassend zumindest einen aktiven Marker (M_A), zumindest einen passiven Marker (Mp) und ferner umfassend zumindest einen Lichtsignalgeber für den zumindest einen passiven Marker (M_P), wobei das Hybrid-Marker-System an dem Bilddatenakquisitionsgerät (10) und/oder an navigations-relevanten Strukturen (14) angeordnet ist, wobei das Kamerasystem (12) und die Marker (M_A, M_P) des Hybrid-Marker-Systems derart zusammenwirken, dass in den mittels dem Bilddatenakquisitionsgerät (10) akquirierten Bilddaten eine Navigation ermöglicht wird, indem die akquirierten Bilddaten in Bezug zu einer Position des Bilddatenakquisitionsgerätes (10) und/oder in Bezug zu einer Position der navigations-relevanten Strukturen (14) referenziert werden, und wobei das optische Referenzierungssystem in einem Aktiv-Modus, in einem Passiv-Modus und in einem Hybrid-Modus betrieben werden kann, wobei in dem Aktiv-Modus alle aktiven Marker aktiviert und zusätzlich alle passiven Marker deaktiviert werden, wobei in dem Passiv-Modus alle passiven Marker aktiviert und alle aktiven Marker deaktiviert werden und im Hybrid-Modus eine Kombination von aktiven und passiven Markern zugelassen wird.
Optisches Referenzierungssystem gemäß Patentanspruch 4, wobei das Kamerasystem (12) zumindest zwei Kameras (12-1, 12-2) umfasst.
Optisches Referenzierungssystem gemäß Patentanspruch 4 oder 5, weiterhin umfassend: - zumindest ein Berechnungsmodul (16), das mittels des Hybrid-Marker-Systems alle realen navigations-relevanten Strukturen (14) jeweils den in den erfassten Bilddaten virtuellen Strukturen eindeutig zuordnet, um eine Navigationsmöglichkeit in dem virtuellen Abbild bereitzustellen, indem Positionen und relative Positionsveränderungen zwischen den navigations-relevanten Strukturen (14) in Echtzeit in dem virtuellen Abbild dargestellt werden.
Optisches Referenzierungssystem gemäß einem der Patentansprüche 4 bis 6, weiterhin umfassend: - zumindest ein Steuermodul (18), das zur Steuerung der optischen Signale in zeitlicher und/oder physikalischer Hinsicht bestimmt ist, die zwischen dem Kamerasystem (12) und dem Hybrid-Marker-System ausgetauscht werden.
Optisches Referenzierungssystem gemäß Patentanspruch 6 und 7, wobei das Berechnungsmodul (16) und ein Steuermodul (18) in einer Baueinheit integriert sind.
Aufsatz (A) für ein Bilddatenakquisitionsgerät (10) zur Referenzierung von akquirierten Bilddaten, wobei der Aufsatz (A) in das Bilddatenakquisitionsgerät (10) integriert oder an demselben lösbar befestigt ist und ein Hybrid-Marker-System umfasst mit zumindest einem aktiven Marker (M_A), zumindest einem passiven Marker (Mp) und ferner mit zumindest einem Lichtsignalgeber für den zumindest einen passiven Marker (M_P), wobei die Marker (M_A, M_P) zur Wechselwirkung mit einem Kamerasystem (12) bestimmt sind, und wobei der Aufsatz (A) zur optischen Referenzierung dient und in einem Aktiv- Modus, in einem Passiv-Modus und in einem Hybrid-Modus betrieben werden kann, wobei in dem Aktiv-Modus alle aktiven Marker aktiviert und zusätzlich alle passiven Marker deaktiviert werden, wobei in dem Passiv-Modus alle passiven Marker aktiviert und alle aktiven Marker deaktiviert werden und im Hybrid-Modus eine Kombination von aktiven und passiven Markern zugelassen wird.
Aufsatz (A) nach Patentanspruch 9, wobei das Hybrid-Marker-System mehrere Marker-Elemente (20) umfasst, wobei ein Marker-Element (20) jeweils hybrid ist und zumindest einen aktiven Marker (M_A) und zumindest einen passiven Marker (Mp) umfasst.
Aufsatz (A) nach Patentanspruch 9, wobei das Hybrid-Marker-System aus einer Kombination von aktiven Markern (M_A) und passiven Markern (Mp) besteht.
Aufsatz (A) nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, wobei die passiven Marker (Mp) eine reflektierende Oberfläche umfassen, die lösbar auf einem Grundelement befestigt ist, wobei das Grundelement in dem passiven Marker (Mp) oder in dem Marker-Element (20) integriert ist.
Aufsatz (A) nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, wobei der Aufsatz (A) zum Eingriff mit einem Bauteil des Bilddatenakquisitionsgerätes (10) bestimmt ist, insbesondere mit einem Bildverstärker.