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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines minimalinvasiven Eingriffs zur Einbringung eines im menschlichen Körper einzusetzenden Befestigungsmittels, insbesondere einer in einen Knochen eines Patienten eingreifenden Schraube, wobei zur Planung des Eingriffs wenigstens eine Röntgenaufnahme des Eingriffsgebiets, insbesondere mittels einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, aufgenommen wird, sowie eine zugehörige Vorrichtung.
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Bei vielen chirurgischen Eingriffen ist es bekannt, Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, im Inneren des Körpers eines Patienten einzusetzen, die dabei in wenigstens einen Knochen eingreifen. Beispielsweise müssen beim Einsetzen einer Hüftprothese die eingebrachten Implantate/Prothesen, beispielsweise ein künstlicher Hüftknochen, verankert werden. Dies geschieht üblicherweise durch die Verschraubung des Implantats/der Prothese mit Knochen, die weiterhin im Körper des Patienten verbleiben. Jedoch ist der Einsatz von Schrauben auch beispielsweise zur Versorgung von Frakturen bekannt, beispielsweise beim Bruch eines Oberschenkelknochens (pertrochantäre Fraktur) mit einer sogenannten dynamischen Hüftschraube.
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Dabei werden in der Chirurgie immer häufiger minimalinvasive Eingriffe bevorzugt, wobei bei dieser Operationstechnik der Knochen, an dem der Eingriff stattfinden soll, nicht zum Operieren freigelegt wird, sondern durch eine relativ kleine Öffnung die Instrumente und gegebenenfalls eine kleine Videokamera eingeführt werden. Es ist also möglich, wesentlich kleinere Schnitte zu verwenden, weniger Muskeln zu durchschneiden und dadurch weniger Blutungen zu verursachen. Dies reduziert die Schmerzen für den Patienten nach dem Eingriff und verkürzt die Rehabilitationszeit, so dass beispielsweise ein operiertes Hüftgelenk früher belastungsfähig und der Patient damit früher mobil ist.
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Trotz der genannten Vorteile muss bei minimalinvasiven Eingriffen ebenso genau gearbeitet werden wie bei offenen Operationen, auch wenn die Übersicht für den behandelnden Arzt deutlich schwieriger ist. Das bedeutet, dass die Planung des Eingriffs einen deutlich höheren Stellenwert einnimmt, um eine exakte Durchführung realisieren zu können.
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Daher wurde, um eine ausreichende Genauigkeit realisieren zu können, vorgeschlagen, die Schnitte trotz des Einsatzes minimalinvasiver Methoden großzügig zu setzen, um einen guten Überblick zu bekommen und somit die Befestigungsmittel, beispielsweise die Schrauben, sehr exakt zu platzieren. Jedoch werden auf diese Art die Vorteile des minimalinvasiven Vorgehens nur sehr unzureichend realisiert.
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Zur Verbesserung dieses Vorgehens wurde vorgeschlagen, mobile Röntgeneinrichtungen, insbesondere solche mit einem C-Bogen, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor vorgesehen sind, einzusetzen. Möglich ist allerdings auch der Einsatz von fest installierten Röntgeneinrichtungen an Eingriffsarbeitsplätzen. Dabei werden während des Eingriffs und gegebenenfalls dem Setzen der Befestigungsmittel zweidimensionale Röntgenaufnahmen angefertigt, um beispielsweise die notwendige Länge einer Schraube bestimmen zu können. Dieses Vorgehen ist zwar im Stande, im Rahmen der Planung die Frage nach der notwendigen Länge der Schraube zu beantworten, es ist jedoch nicht oder nur sehr unzureichend im Stande, eine umfassende Planung durchzuführen. So bleibt auch bei diesem Vorgehen ungeklärt, wo der Bohrer bzw. die Schraube angesetzt werden muss, sich also der sogenannte Hauteintrittspunkt befindet, und in welche Richtung/entlang welcher Trajektorie die Bohreinrichtung bzw. die Schraube geführt werden muss. Weiterhin steht dem Arzt keine ausreichende Führung während des Eingriffs zur Verfügung.
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Selbst minimalste Abweichungen beim Setzen der Befestigungsmittel können zu schlechten Ergebnissen führen, die den Erfolg des Eingriffs schmälern oder gar unmöglich machen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Unterstützung eines minimalinvasiven Eingriffs zur Einbringung eines im menschlichen Körper einzusetzenden Befestigungsmittels, insbesondere einer in einem Knochen eines Patienten eingreifenden Schraube, anzugeben, das eine verbesserte Planung und insbesondere auch eine verbesserte Unterstützung der den Eingriff durchführenden Person erlaubt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der Eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine wenigstens eine geometrische Information über unterschiedliche medizinische Befestigungsmittel enthaltende Datenbank verwendet wird, wobei ein aus der Datenbank ausgewähltes Befestigungsmittel unter Berücksichtigung der geometrischen Information in einem dreidimensionalen, aus mehreren zweidimensionalen Röntgenaufnahmen rekonstruierten Bilddatensatz durch einen Benutzer manipulierbar, insbesondere verschiebbar und/oder rotierbar, maßstabsgetreu dargestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung kombiniert mithin zwei Grundideen, nämlich zum einen die Verwendung einer Datenbank, in der eine Mehrzahl, insbesondere alle für derartige Eingriffe zugelassenen medizintechnischen Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, derart gespeichert sind, dass sie in der zweiten Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich einem bei bereits zum Eingriffs positionierten Patienten aufgenommenen dreidimensionalen Bilddatensatz des Eingriffgebiets, möglichst problemlos und unmittelbar dargestellt werden können. Mithin ist es möglich, ein zu verwendendes Befestigungsmittel aus der Datenbank, die als eine Art „Bibliothek” bezeichnet werden kann, auszuwählen, welches dann aufgrund der geometrischen Information unmittelbar als ein manipulierbares Objekt in den als Planungsdatensatz fungierenden dreidimensionalen Bilddatensatz eingefügt werden kann, wo der Benutzer leicht erkennen kann, ob das ausgewählte Befestigungsmittel für den Eingriff geeignet ist und wie es am besten positioniert, insbesondere auch orientiert, werden kann. Durch das in den korrekten Abmessungen einblendbare Befestigungsmittel wird es der den Eingriff durchführenden Person erst ermöglicht, den aufgenommenen dreidimensionalen Bilddatensatz korrekt auszuwerten.
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Es ergibt sich somit ein verbesserter klinischer Nutzen, da durch die perfekte, integrierte Planung der Bohrung/Verschraubung sowohl die Verschraubung als auch gegebenenfalls die Bohrung optimal ausgeführt werden können. Das bedeutet, sowohl die richtige Länge als auch die exakte Positionierung des Befestigungsmittels kann optimal geplant werden, woraus sich im Übrigen zwangsläufig bei einem vorzunehmenden Bohrvorgang auch die Richtung und der Ort der Bohrung ergeben. Insbesondere wird es durch die verbesserte Planung ermöglicht, den klinischen Outcome des Patienten zu erhöhen, da eine echte minimalinvasive Methode realisiert werden kann, welche die Komplikation- und Wiedervorstellungsrate, hervorgerufen durch nicht optimal gesetzte Befestigungsmittel, deutlich reduziert.
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Der dreidimensionale Bilddatensatz wird erfindungsgemäß aus zweidimensionalen Röntgenaufnahmen rekonstruiert, die aufgenommen werden, wenn sich der Patient bereits in der für den Eingriff vorgesehenen Position befindet, so dass eine unmittelbare Übertragung der an einer Darstellungseinrichtung vorgenommenen Planung auf den tatsächlichen Eingriff stattfinden kann, der durch eine entsprechende weitere Nutzung der Daten zur Ansteuerung von Unterstützungsmitteln, worauf später noch näher eingegangen werden wird, noch verbessert wird. Eine derartige dreidimensionale Röntgenaufnahme kann besonders vorteilhaft mit mobilen oder stationären Röntgeneinrichtungen mit einem C-Bogen durchgeführt werden, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgendetektor und ein Röntgenstrahler angeordnet sind. Durch Rotation des C-Bogens ist es möglich, den Eingriffsbereich unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufzunehmen, um hieraus einen dreidimensionalen Bilddatensatz zu rekonstruieren. Ein derartiges Vorgehen ist beispielsweise unter dem Namen „DynaCT” bekannt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die geometrische Information über die Befestigungsmittel, insbesondere die Schrauben, in einem dem DICOM-Standard für Segmentierungsobjekte entsprechenden Format gespeichert werden. Der DICOM-Standard wird in der medizinischen Bildgebung äußerst häufig verwendet, so dass eine Integration von ohnehin im DICOM-Standard vorliegenden Objekten in den dreidimensionalen Bilddatensatz nochmals deutlich vereinfacht wird, nachdem keine komplexen Umrechnungen erforderlich sind. Beispielsweise kann hier das STL-Format (standard triangulation language) verwendet werden, um dem DICOM-Standard für Meshes/Segmentierungsobjekte zu entsprechen.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass für eine Schraube als geometrische Information eine Gesamtlänge der Schraube und/oder ein Durchmesser der Schraube und/oder eine Länge eines kegelförmigen Anteils der Schraube verwendet werden. Der medizinisch relevante Teil einer Schraube wird beispielsweise als aus einem Zylinder mit einem vorne auf den Zylinder aufgesetzten Kegel bestehend beschrieben, so dass mit der Dicke der Schraube als Durchmesser des Zylinders, der Gesamtlänge der Schraube sowie der Länge des kegelförmigen Anteils bereits eine vollständige Beschreibung gegeben ist, die die medizinisch relevanten Dimensionen der Schraube wiedergibt. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, andere geometrische Informationen zu verwenden, um erfindungsgemäß eine Schraube oder ein sonstiges Befestigungsmittel zu beschreiben.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass über eine Datenverbindung, insbesondere das Internet oder ein Intranet, auf die Datenbank zugegriffen wird. Ist die Datenbank zentral gespeichert, kann von mehr als einem Eingriffsort auf die darin gespeicherten Informationen zugegriffen werden. So kann beispielsweise eine Datenbank über ein Intranet in einer gesamten medizinischen Einrichtung, beispielsweise ein Krankenhaus übergreifend, genutzt werden. Ein Vorsehen der Datenbank zum Zugriff beispielsweise über einen Internetserver ermöglicht es ferner, dass auch mehrere medizinische Einrichtungen, beispielsweise Krankenhäuser, Zugriff auf die Informationen erhalten, die zentral an einem Ort vorgehalten und aktualisiert werden können.
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Dabei wird im Übrigen besonders bevorzugt, wenn die Datenbank an Befestigungsmitteln von dem bzw. den Herstellern der Befestigungsmittel gepflegt und ständig aktuell gehalten wird, nachdem diese den einfachsten Zugang zu dem geometrisch erforderlichen Befestigungsmitteldaten haben und die Vermarktung ihres Produktes durch Einbindung in ein entsprechendes System weiter verbessern können.
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In diesem Zusammenhang, also bei einer einrichtungsunabhängigen, beispielsweise über das Internet, verfügbaren Datenbank ist es sinnvoll, wenn die Informationen der Datenbank mit Informationen einer Verfügbarkeitsdatenbank einer medizinischen Einrichtung, beispielsweise eines Krankenhauses, bzw. des Eingriffsortes kombiniert werden, welche Verfügbarkeitsdatenbank eine Information über die Verfügbarkeit eines Befestigungsmittels an dem Eingriffsort enthält. Ein Befestigungsmittel ist dann nur auswählbar, wenn sie am Eingriffsort auch verfügbar ist, so dass vermieden wird, dass beispielsweise mit einer gar nicht einsetzbaren Schraube geplant wird.
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Alternativ ist es selbstverständlich auch denkbar, insbesondere dann, wenn die Datenbank am Eingriffsort selber und/oder für eine medizinische Einrichtung, beispielsweise ein Krankenhaus, spezifisch geführt wird, dass die Datenbank neben der geometrischen Information auch eine Information über die Verfügbarkeit eines Befestigungsmittels an dem Eingriffsort enthält, wobei nur Befestigungsmittel auswählbar sind, die verfügbar sind. Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es selbstverständlich auch in einem solchen Fall einer orts- bzw. einrichtungsspezifischen Datenbank möglich ist, vom Hersteller aus aktuelle geometrische Informationen für die Datenbank zu erhalten, nachdem beispielsweise jeder Lieferung von Befestigungsmitteln für die unterschiedlichen Befestigungsmittel die Datenbankinformationen bzw. eine aktualisierte Datenbank beigefügt sind.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Auswahl eines Befestigungsmittels nach der benutzerseitigen Markierung einer geplanten Position der Spitze des Befestigungsmittels und des Endes des Befestigungsmittels eine geometrische Information, insbesondere Gesamtlänge, des benötigten Befestigungsmittels ermittelt wird und aus der Datenbank alle in der geometrischen Information wenigstens innerhalb eines Toleranzbereichs übereinstimmenden Befestigungsmittel ermittelt und zur benutzerseitigen Auswahl dargestellt werden. Das bedeutet, das Verfahren bietet über geeignete Markierungswerkzeuge die Möglichkeit, innerhalb des dreidimensionalen Bilddatensatzes diejenigen Punkte zu markieren, die der Spitze und dem Ende des Befestigungsmittels entsprechen, die im nachfolgenden Schritt eingesetzt werden soll. Gemäß dem Verfahren wird dann automatisch die Gesamtlänge eines geeigneten Befestigungsmittels ermittelt und es werden der den Eingriff durchführende Person diejenigen Befestigungsmittel aus der Datenbank als gefilterte Auswahl angeboten, die aufgrund deren Gesamtlänge einsetzbar wären. Die den Eingriff durchführende Person wählt sodann ein Befestigungsmittel aus dieser gefilterten Auswahl aus, welche dann gemäß dem Verfahren in dem dreidimensionalen Bilddatensatz dargestellt wird.
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Dabei kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das Befestigungsmittel unter Berücksichtigung der Position der Spitze und des Endes in dem dreidimensionalen Bilddatensatz dargestellt wird. Das bedeutet, das Befestigungsmittel wird unmittelbar an der den Markierungen der den Eingriff durchführenden Person entsprechenden Stelle im dreidimensionalen Volumen angezeigt, so dass relativ schnell ersichtlich ist, ob eine sinnvolle Auswahl getroffen wurde. Der Benutzer hat nun, wie bereits beschrieben, die Möglichkeit, das Befestigungsmittel innerhalb der Gesamtdarstellung zu verschieben und/oder zu drehen, um die tatsächlich optimale Stellung des Befestigungsmittels bezüglich der Anatomie zu planen. Dabei kann ein Benutzer zu einem späteren Zeitpunkt auch das Befestigungsmittel wechseln, also beispielsweise eine andere Schraube auswählen, die dann in dem dreidimensionalen Datensatz dargestellt wird. Insgesamt sind also weitere Modifikationen, insbesondere auch bezüglich der Länge des Befestigungsmittels, der Art des Befestigungsmittels, des Durchmessers des Befestigungsmittels und dergleichen, möglich, was zu einer Aktualisierung der Visualisierung in dem dreidimensionalen Bilddatensatz führt.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass nach einer benutzerseitigen endgültigen Auswahl und Platzierung eines Befestigungsmittels als Planungsparameter zum Abschluss der Planung wenigstens ein Betriebsparameter zur Ansteuerung einer den Eingriff unterstützenden Vorrichtung unter Berücksichtigung der Planungsparameter ermittelt und die Vorrichtung entsprechend angesteuert wird. Betrachtet mithin der Benutzer die Planung als abgeschlossen, hat er sich also beispielsweise für eine Schraube und deren endgültige Position entschieden, so kann er, beispielsweise über ein geeignetes Bedienelement, dies dem System mitteilen, welches die ausgewählte Schraube und deren Position als Planungsparameter speichert und verwendet, um wenigstens einen Betriebsparameter zur Ansteuerung einer den Eingriff unterstützenden Vorrichtung zu ermitteln. Auf diese Weise folgt eine weitere Erhöhung der Sicherheit und des klinischen Outcome, nachdem eine weitere, unmittelbar an der hochgenauen Planung orientierte Unterstützung der den Eingriff durchführenden Person erfolgt.
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So kann beispielsweise konkret vorgesehen sein, dass eine Positionierung einer Laservorrichtung zur Markierung eines Hauteintrittspunktes und/oder einer Eintrittsrichtung der Schraube und/oder einer Bohrvorrichtung zum Erstellen einer Bohrung für das Befestigungsmittel in Abhängigkeit der Planungsparameter erfolgt. Es kann also eine Laservorrichtung verwendet werden, die beim Einführen einer Bohrvorrichtung bzw. des Befestigungsmittels unterstützt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass durch die Laservorrichtung zunächst ein Punkt auf die Haut des Patienten projiziert wird, mithin der Hauteintrittspunkt, wonach dann das Befestigungsmittel bzw. die Bohrvorrichtung oder auch ein das Befestigungsmittel führendes Instrument so orientiert wird, dass der Punkt auch auf der Rückseite des Befestigungsmittel/der Bohrvorrichtung/des Instruments zu sehen ist, so dass auch die Eintrittsrichtung vorgegeben werden kann. Der Hauteintrittspunkt kann aus der Position des Befestigungsmittels leicht ermittelt werden, indem die Mittellinie des Befestigungsmittels letztlich einfach durch die Haut des Patienten fortgesetzt wird; die Mittellinie des Befestigungsmittels gibt auch die Eintrittsrichtung vor. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es selbstverständlich auch andere Möglichkeiten gibt, Laservorrichtungen zur Führung von medizinischen Instrumenten zu realisieren und zu nutzen.
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Vorzugsweise kann eine in oder an einem Detektor des C-Bogens vorgesehene Laservorrichtung verwendet werden. Die Laservorrichtung ist dann bereits in die Röntgeneinrichtung integriert, welche ohnehin gezielt in verschiedene Positionen bewegt werden kann. Konkret kann gesagt werden, dass eine sogenannte „bull's eye view” als optimale Projektion des C-Bogens berechnet wird, in der sozusagen eine optimale Blickrichtung entlang des geplanten Pfads gewährleistet ist, so dass der im Detektorgehäuse integrierte Laser sowohl den Hauteintrittspunkt als auch die Eintrittsrichtung vorgeben kann. Der Arzt kann so eine optimale Bohrung bzw. einen optimalen Eintritt und damit ein exaktes Einsetzen eines Befestigungsmittels erreichen. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, dass in der „bull's eye view” Röntgenaufnahmen getätigt werden, wobei letztlich der minimale Querschnitt des entsprechenden medizinischen Instruments in dem resultierenden Röntgenbild gegeben sein muss, um festzustellen, dass die korrekte Eintrittsrichtung gewählt wurde.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass als Betriebsparameter eine eine zur geplanten Orientierung des Befestigungsmittels senkrechte Strahlrichtung definierende Position des C-Bogens ermittelt und der C-Bogen in die Position oder möglichst nahe an diese Position verfahren wird, wobei während des Eingriffs wenigstens ein zweidimensionales Röntgenbild des Eingriffsgebiets in der Position aufgenommen und dargestellt wird. Eine solche Projektionsrichtung kann beispielsweise als sogenannte „progression view” vorgeschlagen werden. Derartige Projektionsrichtungen ermöglichen eine möglichst orthogonale Ansicht auf den geplanten Pfad des Befestigungsmittels. Wird der C-Bogen an die entsprechende Position anguliert, so kann der aktuelle Fortschritt der Bohrung bzw. des Befestigungsmittels in Echtzeit unter Röntgenstrahlung beobachtet werden. Dabei kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass die geplante Position des Befestigungsmittels und/oder der geplante Pfad des Befestigungsmittels gemäß der Planungsparameter dem Röntgenbild überlagert dargestellt wird. Eine derartige Überlagerung des geplanten Pfades bzw. der geplanten Endposition des Befestigungsmittels hilft der den Eingriff durchführenden Person, eventuelle Abweichungen von geplanter und tatsächlicher Bohrung bzw. Bewegung des Befestigungsmittels sofort zu erkennen, um, wenn notwendig, Anpassungen vornehmen zu können. Die Genauigkeit und Verlässigkeit des Eingriffs wird dadurch weiter erhöht.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Beurteilung der Abweichung selbst zu automatisieren, indem beispielsweise das Befestigungsmittel in dem Röntgenbild automatisch segmentiert wird und eine Abweichung von der Position gemäß den Planungsparametern ermittelt und in dem Bild dargestellt wird. Beispielsweise ist es hier denkbar, bei einer Feststellung einer Abweichung eine Warnung und/oder eine Korrekturanweisung an eine den Eingriff durchführende Person auszugeben oder dergleichen.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass verschiedenste Maßnahmen der vorliegenden Erfindung auch eine Beschleunigung des gesamten Eingriffs ermöglichen, nachdem ja beispielsweise eine gefilterte Auswahl möglicher Befestigungsmittel angezeigt wird und eine Unterstützung durch weitere Vorrichtungen auf der Grundlage der Planung erfolgt. Es wird also nicht nur die Qualität des Eingriffs erhöht, sondern der gesamte Eingriff wird beschleunigt, so dass der Patientendurchsatz erhöht werden kann und einer medizinischen Einrichtung, beispielsweise einem Krankenhaus, ein entsprechendes Sparpotential eröffnet wird.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Unterstützung eines minimalinvasiven Eingriffs zur Einbringung eines im menschlichen Körper einzusetzenden Befestigungsmittels, insbesondere einer in einen Knochen eines Patienten eingreifenden Schraube, umfassend eine insbesondere einen C-Bogen mit sich gegenüberliegend angeordnetem Röntgendetektor und Röntgenstrahler aufweisende Röntgeneinrichtung, eine Darstellungseinrichtung, eine Bedieneinrichtung und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung hat also insbesondere Zugriff auf die geometrische Informationen für unterschiedliche Befestigungsmittel enthaltende Datenbank, die auf der Steuereinrichtung selber abgelegt sein kann oder über eine Kommunikationsverbindung abrufbar. Die Steuereinrichtung ist nun ferner dazu ausgebildet, aufgrund der geometrischen Information ein Befestigungsmittel e in einem mittels der Röntgeneinrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Datensatz manipulierbar darzustellen. Hierfür werden die Darstellungseinrichtung und die Bedieneinrichtung genutzt.
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Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen, so dass mithin auch die bereits genannten Vorteile erreicht werden können. Insbesondere kann die Vorrichtung zusätzlich eine Laservorrichtung umfassen, die zweckmäßigerweise wie die Röntgeneinrichtung selber über die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Planungsparametern ansteuerbar ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 eine mögliche Planungsdarstellung und
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4 eine mögliche „progression view”.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Sie umfasst zunächst eine Röntgeneinrichtung 2, die einen C-Bogen 3 umfasst, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgendetektor 4 und ein Röntgenstrahler 5 vorgesehen sind. In das Gehäuse des Röntgendetektors 4 ist eine Laservorrichtung 6 integriert. Der C-Bogen 3 ist relativ zu einer Patientenliege 7, auf der ein Patient für einen Eingriff gelagert werden kann, bewegbar. Somit können Röntgenaufnahmen unter verschiedenen Projektionswinkeln vorgenommen werden.
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Eine Steuereinrichtung 8, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, steuert den Betrieb der Röntgeneinrichtung 2 nebst der integrierten Laservorrichtung 6. Ferner ist die Steuereinrichtung 8 mit einer Darstellungseinrichtung 9, hier einem Monitor, und einer Bedieneinrichtung 10, beispielsweise umfassend eine Tastatur und eine Maus, verbunden.
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Über eine Datenverbindung 11 hat die Steuereinrichtung 8 ferner Zugriff auf eine Datenbank 12, in der geometrische Informationen für verschiedene in der Medizintechnik zugelassene Schrauben als Befestigungsmittel abgespeichert sind. In der Datenbank 12, die von den Herstellern der Schrauben aktuell gehalten wird, sind konkret eine Gesamtlänge der Schraube, ein Durchmesser der Schraube und eine Länge eines kegelförmigen Anteils der Schraube gespeichert, wobei ein dem DICOM-Standard entsprechendes Format gewählt wurde. Auch die Röntgeneinrichtung 2 arbeitet mit dem DICOM-Standard.
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Die Datenbank 12 oder eine weitere Datenbank, auf die die Steuereinrichtung 8 zugreifen kann, umfasst ferner eine Information über die Verfügbarkeit der Schraube an dem Eingriffsort, an dem sich die Vorrichtung 1 befindet. Diese Informationen der Datenbank 12 werden erfindungsgemäß genutzt, um im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Einsetzen der Schraube als minimalinvasiven Eingriff zu planen und zu unterstützen.
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2 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nachdem der zu behandelnde Patient auf dem Patiententisch 7 so platziert wurde, dass in dieser Stellung auch der Eingriff stattfinden kann, werden zunächst in einem Schritt 13 zweidimensionale Röntgenaufnahmen unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen, woraufhin aus diesen zweidimensionalen Röntgenaufnahmen auf bekannte Art und Weise ein dreidimensionaler Bilddatensatz des Eingriffsbereichs rekonstruiert und auf der Darstellungseinrichtung 9 dargestellt wird. In einem Schritt 14 interagiert ein Benutzer mit dem dargestellten dreidimensionalen Bilddatensatz, indem er, vgl. auch 3, die eine beispielhafte Darstellung 15 des dreidimensionalen Bilddatensatzes zeigt, eine Position 16 für die Spitze der noch einzusetzenden Schraube genauso wie eine Position 17 für das Ende der einzusetzenden Schraube definiert.
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In einem Schritt 18 wird dann durch die Steuereinrichtung 8 automatisch eine erforderliche Gesamtlänge der einzusetzenden Schraube anhand des Abstandes zwischen den Positionen 16 und 17 ermittelt. Sodann wird Zugriff auf die Datenbank 12 genommen und es werden alle dort gespeicherten Schrauben ausgefiltert, die zum einen am Eingriffsort verfügbar sind, zum anderen aber eine Gesamtlänge aufweisen, die innerhalb eines Toleranzbereichs der ermittelten Gesamtlänge als Abstand zwischen den Positionen 16 und 17 entspricht. Diese Liste wird dem Benutzer zur Anzeige gebracht, konkret über die Darstellungseinrichtung 9.
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Nach einer Auswahl einer dieser Schrauben durch den Benutzer wird diese in einem Schritt 19 in dem dreidimensionalen Bilddatensatz dargestellt, was aufgrund des verwendeten DICOM-Standards leicht möglich ist. Eine mögliche Darstellung einer Schraube 20, aus der alle relevanten geometrischen Parameter erkannt werden können, ist in 3 bereits ebenso gezeigt. Der Benutzer hat nun die Möglichkeit, zur genaueren Anpassung die Schraube zu verschieben und zu rotieren, bis sie in der von ihm gewollten Art und Weise in einen Knochen 21 eingreift. Wie der gestrichelte Pfeil 22 andeutet, ist es ferner möglich, auch eine gänzlich andere Schraube auszuwählen oder gar die Positionen 16 und 17 wieder zu verändern.
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Ist der Benutzer zum Abschluss des Schrittes 19 schließlich mit seiner Planung zufrieden, kann er über ein geeignetes Bedienelement die Auswahl und Positionierung der Schraube 20 als endgültig akzeptieren und die Steuereinrichtung 8 nutzt den Typ der ausgewählten Schraube und deren Position in einem Schritt 23 ferner als Planungsparameter, aus denen nun Betriebsparameter für die Röntgeneinrichtung 2 und die Laservorrichtung 6 ermittelt werden. Die Röntgeneinrichtung 2 und die Laservorrichtung 8 sollen während des nun folgenden Eingriffs zur Unterstützung der den Eingriff durchführenden Person genutzt werden, Schritt 26.
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Konkret wird zunächst eine Stellung des C-Bogens 3 ermittelt, in der die den Eingriff durchführende Person durch die Laservorrichtung 6 beim Auffinden des Hauteintrittspunktes und der Eintrittsrichtung für ein Instrument oder die Schraube selber unterstützt werden kann. Hierzu wird die Laservorrichtung 6 so orientiert, dass ihre Strahlen exakt entlang der Eintrittsrichtung (die der Orientierung der Schraube 20 in der letztendlich geplanten Position entspricht) emittiert werden und ihr Auftreffpunkt auf der Haut des Patienten der Hauteintrittspunkt, der sich aus der Verlängerung der Eintrittsrichtung bis auf die Haut ergibt, ist.
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Der C-Bogen 3 wird dann automatisch in diese Position verfahren. Durch den Laser der Laservorrichtung 6 entsteht nun eine Markierung, beispielsweise ein Kreuz, auf der Haut des Patienten. Dort kann das entsprechende Instrument angesetzt werden, woraufhin es beispielsweise soweit bewegt wird, bis das Kreuz auch zentral auf einer hinteren Fläche des Instruments zu sehen ist. So werden der Hauteintrittspunkt und die Eintrittsrichtung durch die den Eingriff durchführende Person korrekt gewählt.
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Als weitere Betriebsparameter wurde noch eine weitere Stellung für den C-Bogen 3 bestimmt, in der eine möglichst orthogonale Ansicht auf den geplanten Pfad der Schraube, mithin also die Eintrittsrichtung, gegeben ist. In diese Stellung wird der C-Bogen 3 nun verfahren und es werden zweidimensionale Röntgenbilder aufgenommen, um möglichst in Echtzeit den Eingriffsfortschritt beobachten zu können. Ein derartiges Röntgenbild 24 ist beispielhaft in 4 dargestellt. Eine aktuelle Position der tatsächlichen Schraube 20 ist deutlich zu erkennen. Dem Röntgenbild 24 überlagert werden nun zusätzlich die Eintrittsrichtung 25 sowie der Zielpunkt 16 für die Spitze der Schraube 20 dargestellt, so dass leicht ersichtlich ist, ob eine Abweichung vorliegt.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es in einer anderen Ausgestaltung auch denkbar ist, die Schraube 20 in dem Röntgenbild 24 zu segmentieren und automatisch zu ermitteln, ob eine Abweichung vorliegt, worauf dann eine Warnung und/oder eine Korrekturanweisung ausgegeben werden kann.
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Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren folglich eine schnellere, präzisere und sicherere Durchführung eines minimalinvasiven Eingriffs zur Einbringung einer in einen Knochen eines Patienten eingreifenden Schraube.
