DE102010023345B4

DE102010023345B4 - Medizinisches Biplan-Röntgensystem und Verfahren zur Ansteuerung des Biplan-Röntgensystems

Info

Publication number: DE102010023345B4
Application number: DE102010023345.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hoheisel Martin; Dr. Ostermeier Martin; Simone Prummer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: DE102010023345A1

Abstract

Medizinisches Biplan-Röntgensystem, aufweisend zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete verstellbare C-Bogen-Halterungen, wobei an dem ersten C-Bogen (2) ein Röntgenaufnahmesystem (6; 7) mit einer Röntgenquelle (6) und einem Röntgendetektor (7) und an dem zweiten C-Bogen (3) eine Endoskopierobotervorrichtung (4; 5) angeordnet ist, wobei die Ebenen der beiden C-Bögen (2; 3) in einem ersten Modus des Röntgensystems gemeinsam in einem festen Relativwinkel relativ zueinander verstellbar sind, so dass eine Kollisionsfreiheit der beiden C-Bögen gewährleistet ist, und in einem zweiten Modus des Röntgensystems unabhängig voneinander verstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Biplan-Röntgensystem gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Biplan-Röntgensystems gemäß dem Patentanspruch 9.
Bei in der minimal-invasiven Chirurgie eingesetzten Endoskopen werden in zunehmendem Maße Roboter verwendet. Derartige Endoskope weisen im Allgemeinen neben einer optischen Messvorrichtung auch ein oder mehrere Instrumente auf, zum Beispiel zur Probenentnahme oder Manipulation. Bei bekannten minimal-invasiven Eingriffen wird im Allgemeinen mit mehreren Zugängen in den Körper eines Patienten gearbeitet (sogenannte multi-port-Technik). Eine vielversprechende Neuerung ist die Nutzung nur eines einzigen Zugangs (sogenannte single-port-Technik). Hierbei ist es bekannt, einen Roboter einzusetzen, der das jeweilige Endoskop führt und dabei eine Bewegung ausführt, bei der sich das Iso-Zentrum im Eintrittspunkt des Endoskops in den Körper befindet.
Endoskope nach dem Stand der Technik arbeiten rein optisch mit Lichtquellen und Kameras. Endoskopieroboter werden bislang nur in speziellen Fällen eingesetzt, wie z.B. das sogenannte DaVinci®-System für die Prostatektomie (siehe z.B: auf der Seite http://www.ddvz.de/). Für viele Eingriffe wäre es wünschenswert, Röntgenbilder des Interventionsgebietes dem Sichtfeld zu überlagern, um spezifische Strukturen sichtbar zu machen (z.B. Gefäße anhand von Kontrastmittel oder Tumore). Die gleichzeitige Verwendung eines Endoskopieroboters mit bekannten Röntgensystemen ist jedoch aufgrund von gegenseitiger räumlicher Behinderung und dadurch Gefährdung eines Patienten nicht möglich.
Aus der DE 10 2007 033 716 A1 ist ein Biplan-Röntgensystem mit zwei C-Bögen, an denen jeweils ein Aufnahmesystem mit Röntgenquelle und Röntgendetektor angeordnet ist, bekannt.
Aus der DE 10 2007 034 217 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Geräteeinheiten bekannt, welche eine komplexe Bewegung von verschiedenen Geräteeinheiten koordiniert.
Aus der DE 101 08 547 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von chirurgischen Instrumenten bei einem operativen Eingriff bekannt.
Aus der US 2003/0120283 A1 ist ein System zur Ansteuerung eines von einem Roboter gehalterten Instruments unter Fluoroskopieüberwachung bekannt.
Aus der US 6 198 794 B1 ist ein Verfahren zur Planung eines stereotaktischen chirurgischen Eingriffes bei Fluoroskopieüberwachung bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein medizinisches Röntgensystem bereitzustellen, welches einen endoskopischen Eingriff mittels eines Roboters bei gleichzeitiger Röntgenbildaufnahme ermöglicht sowie ein zur Ansteuerung des Röntgensystems geeignetes Verfahren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein medizinisches Biplan-Röntgensystem gemäß dem Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Biplan-Röntgensystems gemäß dem Patentanspruch 9; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße medizinische Biplan-Röntgensystem aufweisend zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete verstellbare C-Bogen-Halterungen, wobei an dem ersten C-Bogen ein Röntgenaufnahmesystem mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor und an dem zweiten C-Bogen eine Endoskopierobotervorrichtung angeordnet ist, gewährleistet durch die Verwendung der bekannten Biplan-Technologie eine einschränkungsfreie gleichzeitige Nutzung des Röntgenaufnahmesystems während einer Nutzung der Endoskopierobotervorrichtung z.B. bei einem minimal-invasiven Eingriff. Dadurch werden Kollisionen und eine Gefährdung eines Patienten vermieden und durch die gleichzeitige Röntgenbildaufnahme während des Eingriffs ist eine genauere Überwachung und Kontrolle des Eingriffs möglich.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung haltert der zweite C-Bogen einen Roboter, der wiederum ein Endoskop haltert. Derartige Endoskopieroboter, bei denen eine Bedienperson von einer Konsole aus das am Roboter angeordnete Endoskop fernsteuert, sind bekannt, zum Beispiel das DaVinci®-System. Bei dem DaVinci®-System steuert ein Arzt von seiner Konsole aus mehrere Instrumente sowie eine Kamera, die über kleine Schnitte in das Innere des Körpers eingebracht werden. Die Instrumente haben eine 360° Beweglichkeit und sind wie eine Hand in mehreren Freiheitsgraden lenkbar.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Endoskop eine optische Messvorrichtung und zumindest ein Instrument auf. Die optische Messvorrichtung kann zum Beispiel eine Kamera oder einen Lichtleiter umfassen und das Instrument kann von einer Punktionskanüle oder einer Probenentnahmevorrichtung oder einer Greifvorrichtung gebildet sein. Es können auch mehrere Instrumente vorgesehen sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist einer der beiden C-Bögen unmittelbar oder mittelbar an einer Decke eines Untersuchungsraumes und der andere C-Bogen unmittelbar oder mittelbar auf dem Boden des Untersuchungsraumes montiert. So kann einerseits der das Röntgenaufnahmesystem haltende C-Bogen an der Decke und der die Endoskopierobotervorrichtung haltende C-Bogen auf dem Boden montiert sein oder umgekehrt. Zwischen den C-Bögen und der Decke bzw. dem Boden können Schienen oder Träger oder Trägersysteme oder z. B. ein Roboterarm für eine verbesserte Verstellbarkeit angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden C-Bögen an einem gemeinsamen Träger angeordnet. Ein solcher Träger kann zum Beispiel von einem Roboterarm, insbesondere einem Knickarmroboter, gebildet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgensystem eine Systemsteuerung auf, welche zur koordinierten gemeinsamen Ansteuerung des Röntgenaufnahmesystems und der Endoskopierobotervorrichtung ausgebildet ist. Die Systemsteuerung steuert die beiden C-Bögen dabei in der Art an, in der üblicherweise bekannte Biplan-Röntgensysteme mit zwei jeweils Röntgenaufnahmesysteme halternden C-Bögen angesteuert werden. Der Systemsteuerung sind dafür Positionen, Lage und Orientierungen der C-Bögen bzw. des Röntgenaufnahmesystem und der Endoskopierobotervorrichtung untereinander und bevorzugt auch in Relation zu einem Patiententisch bekannt. Zum Beispiel wird eine Relativstellung der beiden C-Bogen-Ebenen zueinander definiert und diese Relativstellung wird dann aufrecht erhalten, so dass das Röntgenaufnahmesystem und die Endoskopierobotervorrichtung koordiniert verfahren werden. Auf diese Weise kann vorteilhaft für das erfindungsgemäße Röntgensystem die bekannte Biplan-Technologie mit der Modifizierung in Bezug auf die Montage einer Endoskopierobotervorrichtung an einer Halterung genutzt werden. Wird z.B. der Patiententisch verschoben, gedreht oder geneigt, wird die Endoskopierobotervorrichtung derart angesteuert dass sie den entsprechenden Bewegungen folgt, ebenso das Röntgenaufnahmesystem. Kollisionen können so auf einfache Weise vermieden werden. Mittels der Systemsteuerung können zudem Informationen wie beispielsweise Pfadplanungen für einen minimal-invasiven Eingriff durchgeführt und Live-Röntgenbildern der Intervention, die durch das Röntgenaufnahesystem aufgenommen werden, überlagert werden.
Unter einer Ebene eines C-Bogens ist jeweils die Ebene, die die C-Bögen mittels ihrer Krümmung aufspannen, zu verstehen. Gemäß der Erfindung sind die Ebenen der beiden C-Bögen in einem ersten Modus des Röntgensystems gemeinsam in einem festen Relativwinkel relativ zueinander verstellbar und in einem zweiten Modus des Röntgensystems unabhängig voneinander relativ zueinander verstellbar. Im ersten Modus ist eine Kollisionsfreiheit der beiden C-Bögen gewährleistet während zum Beispiel der zweite Modus verwendet werden kann, um einen der C-Bögen in eine Parkposition zu bewegen, um nur Röntgenaufnahmen oder nur endoskopische Eingriffe ohne Röntgenbildgebung durchzuführen.
Zweckmäßigerweise beträgt der feste Relativwinkel mindestens 10°, insbesondere im Wesentlichen 90°.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgensystem eine Anzeigevorrichtung auf, welche zur gemeinsamen Anzeige von Daten des Röntgenaufnahmesystems und von Daten der Endoskopierobotervorrichtung ausgebildet ist.
Ein zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Biplan-Röntgensystems geeignetes Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Festlegung eines festen Relativwinkels zwischen den Ebenen der beiden C-Bögen, und Bewegung der C-Bögen unter Beibehaltung des festen Relativwinkels.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen medizinischen Röntgensystems mit zwei C-Bogen-Ebenen und einem Endoskop; und
2 eine Ansicht eines bekannten mobilen Endoskopieroboters.

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Biplan-Röntgensystem 1 gezeigt, welches einen ersten C-Bogen 2 mit einem Röntgenaufnahmesystem und einen zweiten C-Bogen 3 mit einer Endoskopievorrichtung aufweist. An dem ersten C-Bogen 2 sind eine Röntgenquelle 6 und ein Röntgendetektor 7 angeordnet, an dem zweiten C-Bogen 3 ein Roboter 4 und ein Endoskop 5, wobei das Endoskop 5 zum Beispiel eine optische Kamera und ein oder mehrere Instrumente (Punktionskanüle, Probenentnahmevorrichtung o.ä.) aufweist. Das Röntgensystem ist dabei in der Art bekannter Biplan-Röntgensysteme, wie zum Beispiel dem System Artis zee biplane von der Siemens AG oder wie in der Offenlegungsschrift DE 10 2007 033 716 A1 beschrieben, aufgebaut, mit dem Unterschied, dass das übliche zweite Röntgenaufnahmesystem durch eine Endoskopierobotervorrichtung ersetzt ist.
Der erste C-Bogen 2 ist mittels Deckenschienen 9 an einer Decke eines Untersuchungsraumes angeordnet, wobei der erste C-Bogen 2 zum Beispiel in verschiedene Richtungen drehbar und an den Deckenschienen 9 verfahrbar angeordnet ist. Der zweite C-Bogen 3 mit dem Endoskop 5 ist an einem Boden des Untersuchungsraumes mittels eines Bodenstativs 10 angeordnet und ebenfalls in mehrere Richtungen drehbar und verfahrbar. Alternativ können die Anordnungen an Decke und Boden auch umgekehrt vorgesehen sein oder ein oder beide C-Bögen können jeweils an einem Knickarmroboter angeordnet sein. Das Biplan-Röntgensystem 1 weist außerdem eine Patientenliege 8 auf, welche zum Beispiel in mehrere Richtungen kippbar und horizontal bzw. vertikal verstellbar ist. Die beiden C-Bögen, das Röntgenaufnahmesystem und die Endoskopierobotervorrichtung sowie optional auch die Patientenliege sind mittels einer Systemsteuerung 14 und eines dazugehörigen Steuer-PC 15 mit Anzeigevorrichtung 16 ansteuerbar. Dabei kann das Biplan-Röntgensystem 1 von einem von dem Untersuchungsraum abgetrennten Steuer- oder Kontrollraum aus ansteuerbar sein, so dass eine Bedienperson sich nicht in der unmittelbaren Nähe eines Patienten aufhält. Beispielsweise können die Systemsteuerung 14, der Steuer-PC 15 und der Bildschirm 16 in dem Steuer- oder Kontrollraum angeordnet sein.
Das Biplan-Röntgensystem 1 kann mittels der Systemsteuerung 14 zum Beispiel während der Durchführung eines minimal-invasiven Eingriffs an einem Patienten derart angesteuert werden, dass ein fester Relativwinkel zwischen den Ebenen der beiden C-Bögen festgelegt und im weiteren Verlauf z.B. einer Untersuchung oder eines Eingriffs beibehalten wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass die C-Bögen bzw. die Endoskopierobotervorrichtung und die Röntgenaufnahmevorrichtung sich gegenseitig räumlich behindern, alle Bewegungen sind besonders gut aufeinander abgestimmt und werden koordiniert durchgeführt. Außerdem kann vorgesehen sein dass neben einem ersten Modus, der einen festen Relativwinkel zwischen den beiden C-Bogen-Ebenen gewährleistet, das Biplan-Röntgensystem in einen zweiten Modus umgeschaltet werden kann. In dem zweiten Modus sind die beiden C-Bögen unabhängig voneinander bewegbar. Der zweite Modus kann zum Beispiel dann verwendet werden, wenn lediglich eine Röntgenaufnahme oder nur ein Endoskopieeingriff durchgeführt werden sollen. In einem solchen Fall kann der jeweils andere nicht benutzte C-Bogen in einer Ruheposition möglichst weit entfernt von der Röntgenaufnahme oder dem Eingriff verbleiben.
Mittel eines derartigen Biplan-Röntgensystems ist es möglich, in einem Interventionsraum sowohl endoskopische Eingriffe auf herkömmliche Weise ohne Einsatz eines Röntgensystems mittels der Endoskopierobotervorrichtung als auch Untersuchungen und Interventionen ausschließlich unter Röntgenkontrolle (auch 3D mit DynaCT) als auch kombinierte Eingriffe mit der Endoskopierobotervorrichtung unter gleichzeitiger Röntgen-Bildgebung durchzuführen.
Ein Vorteil der Verwendung bekannter Biplan-Technologie in Bezug auf C-Bogen-Mechanik und Ansteuerung besteht in der bereits vorhandenen Systemintegration, so dass die Position, Lage und Orientierung der C-Bögen, Träger und weiteren Aufbauten untereinander sowie der C-Bögen in Relation zum Patiententisch bekannt sind. Wird der Patiententisch z.B. verschoben, gedreht oder geneigt, kann die Endoskopierobotervorrichtung angesteuert werden, den entsprechenden Bewegungen zu folgen, Kollisionen sind ausgeschlossen. Zusätzlich können Informationen wie beispielsweise Pfadplanungen für einen minimal-invasiven Eingriff ohne die Notwendigkeit aufwändiger Registrierungen den Live-Röntgenbildern der Intervention überlagert werden, wenn die Pfadplanung mittels Datensätzen erfolgt, die vom selben System akquiriert wurden, und damit demselben Koordinatensystem unterliegen.
So kann zum Beispiel ein 3D-Volumendatensatz (z.B. Siemens DynaCT) vor Beginn einer Intervention mittels des Röntgenaufnahmesystems an dem ersten C-Bogen 2 aufgenommen werden, gleichzeitig befindet sich die Endoskopierobotervorrichtung in ihrer Parkposition. Anhand des 3D- Volumendatensatzes wird eine Pfadplanung für das Endoskop durchgeführt, da sämtliche Koordinatensysteme bereits bekannt sind. Anschließend wird während der Durchführung der Intervention bei gleichzeitiger Röntgenüberwachung eine Überlagerung von Pfadplanung mit den 2D-Live-Röntgenbildern durchgeführt. Die Pfadplanung kann bei Änderungen von Angulation und Rotation um dasselbe Isozentrum mitgeführt werden. Dasselbe gilt für Änderungen der Blickrichtung z.B. der Kamera des Endoskops, z.B. im Falle von Bildüberlagerungen oder der Side-by-Side-Darstellung von Röntgen- und optischen Bilddaten. Die Daten aus der optischen Bildgebung (Endoskopie) können auf einer Anzeigevorrichtung, z.B. auf einer Bildschirm-Ampel oder Monitoren in einem von dem Untersuchungsraum abgetrennten Kontrollraum, dargestellt werden. Auf diese Weise soll der Endoskopie-Roboter voll in das Angiographie-System integriert werden (durch gemeinsames Koordinatensystem inklusive darauf aufgesetzter Bewegungsplanung, gemeinsame Anzeige etc.).
In einer weiteren Ausgestaltung eines Biplan-Röntgensystems können die beiden C-Bögen gemeinsam an einem Träger angeordnet sein. Der Träger wird hier zum Beispiel von einem 6-achsigen Knickarmroboter gebildet und die beiden C-Bögen sind mittels eines Drehgelenkes an dem Knickarmroboter angeordnet. Der Knickarmroboter kann ebenfalls an der Decke des Untersuchungsraumes mittels einer Deckenschiene angeordnet und entlang dieser beweglich sein. Durch den Knickarmrroboter sind die beiden C-Bögen gemeinsam frei im Raum verstellbar.
In der 2 ist ein bekannter mobiler Endoskopieroboter im Detail gezeigt. Auf einem Wagen ist eine kreissektorförmige Schiene 17 befestigt, an welcher wiederum ein Roboter 4 mit einem Endoskop 5 angeordnet ist. Das Endoskop 5 weist in dem gezeigten Beispiel eine Kamera und zwei Instrumente auf. Mittels der Endoskopierobotervorrichtung können minimal-invasive Eingriffe an einem Patienten durchgeführt werden.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine gefahrlose Nutzung von Röntgenaufnahmen während minimal-invasiver Eingriffe mittels Endoskopie ist ein medizinisches Biplan-Röntgensystem aufweisend zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete verstellbare C-Bogen-Halterungen, wobei an dem ersten C-Bogen ein Röntgenaufnahmesystem mit einer Röntgenquelle und einem Röntgendetektor und an dem zweiten C-Bogen eine Endoskopierobotervorrichtung angeordnet ist, vorgesehen.

Claims

Medizinisches Biplan-Röntgensystem, aufweisend zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete verstellbare C-Bogen-Halterungen, wobei an dem ersten C-Bogen (2) ein Röntgenaufnahmesystem (6; 7) mit einer Röntgenquelle (6) und einem Röntgendetektor (7) und an dem zweiten C-Bogen (3) eine Endoskopierobotervorrichtung (4; 5) angeordnet ist, wobei die Ebenen der beiden C-Bögen (2; 3) in einem ersten Modus des Röntgensystems gemeinsam in einem festen Relativwinkel relativ zueinander verstellbar sind, so dass eine Kollisionsfreiheit der beiden C-Bögen gewährleistet ist, und in einem zweiten Modus des Röntgensystems unabhängig voneinander verstellbar sind.
Biplan-Röntgensystem nach Anspruch 1, wobei der zweite C-Bogen (3) einen Roboter (4) haltert, der wiederum ein Endoskop (5) haltert.
Biplan-Röntgensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei einer der beiden C-Bögen (2; 3) an einer Decke eines Untersuchungsraumes und der andere C-Bogen (2; 3) auf dem Boden des Untersuchungsraumes montiert ist.
Biplan-Röntgensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden C-Bögen (2; 3) an einem gemeinsamen Träger, insbesondere einem Roboterarm, angeordnet sind.
Biplan-Röntgensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Endoskop (5) eine optische Messvorrichtung und zumindest ein Instrument aufweist.
Biplan-Röntgensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Röntgensystem eine Systemsteuerung (14) aufweist, welche zur koordinierten gemeinsamen Ansteuerung des Röntgenaufnahmesystems (6; 7) und der Endoskopierobotervorrichtung (4; 5) ausgebildet ist.
Biplan-Röntgensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der feste Relativwinkel mindestens 10°, insbesondere im Wesentlichen 90°, beträgt.
Biplan-Röntgensystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Röntgensystem eine Anzeigevorrichtung (16) aufweist, welche zur gemeinsamen Anzeige von Daten des Röntgenaufnahmesystems (6; 7) und von Daten der Endoskopierobotervorrichtung (4; 5) ausgebildet ist.
Verfahren zur Ansteuerung eines Biplan-Röntgensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend zwei in verschiedenen Ebenen angeordnete verstellbare C-Bogen-Halterungen, wobei an dem ersten C-Bogen (2) ein Röntgenaufnahmesystem (6; 7) mit einer Röntgenquelle (6) und einem Röntgendetektor (7) und an dem zweiten C-Bogen (3) eine Endoskopierobotervorrichtung (4; 5) angeordnet ist, und eine Systemsteuerung (14) mit folgenden Schritten: - Festlegung eines festen Relativwinkels zwischen den Ebenen der beiden C-Bögen (2; 3), und - Bewegung der C-Bögen (2; 3) unter Beibehaltung des festen Relativwinkels.