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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Lage – in einem Koordinatensystem – einer Zielposition für eine invasive medizinische Maßnahme an einem Patienten.
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An Patienten werden invasive medizinische Maßnahmen durchgeführt. Hierbei dringt ein medizinisches Instrument an einer Eintrittsposition, z. B. einer bestimmten Position der Bauchoberfläche des Patienten, durch die Haut des Patienten ein. Von dort soll es zu einer innerhalb des Patienten liegenden Zielposition gelangen. Die Zielposition ist dann eine bestimmte Stelle im Inneren des Patienten, z. B. dessen Gallenblase.
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Um das Instrument möglichst zielgenau zur Zielposition zu bringen, ist beispielsweise ein Verfahren der Firma Acti-Views, Haifa, Israel bekannt. Dieses Verfahren basiert auf einer kleinen Videokamera, die an nadelförmige Instrumente, z. B. Biopsienadeln oder K-Drähte, angeklippt wird. Die Eintrittsposition für das Instrument ist die Einstichstelle auf der Körperoberfläche. An der Einstichstelle wird eine Markerfolie an den Patienten geklebt, die sowohl über visuelle Marker als auch über Röntgenmarker verfugt. Die Position und Orientierung der Videokamera und damit des Instruments wird mittels der Abbildung der optischen Marker der Markerfolie im von der Kamera aufgenommenen Bild in Echtzeit ermittelt. Da die Markerfolie an der geplanten Einstichstelle positioniert ist, können über die Videokamera beispielsweise auch Nadelverbiegungen, so sie global und gleichförmig sind, gemessen und für die Führung des Instruments zur Zielposition im Patienten berücksichtigt werden. Die Kamera zusammen mit den optischen Markern bildet hierbei also ein optisch arbeitendes Navigationssystem für die Bewegung des Instruments.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird in einem ersten Schritt eine 3D-CT-Aufnahme des Patienten akquiriert und darauf aufbauend eine Eingriffsplanung am Patienten durchgeführt. Mit anderen Worten wird anhand der 3D-CT-Aufnahme sowohl die Zielposition als auch die Eintrittsposition in Relation zum Patienten, d. h. zu dessen Anatomie, festgelegt. In einem zweiten Schritt wird anschließen die Markerfolie in definierter Weise an der geplanten Eintrittsstelle am Patienten positioniert.
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Vom Patienten mit fixierter Markerfolie wird dann ein weiterer 3D-CT-Datensatz erstellt, welcher in seinem Rekonstruktionsvolumen sowohl die Markerfolie beziehungsweise die Röntgenmarker als auch die Zielposition abbildet. Die auf der Markerfolie vorhandenen Röntgenmarker werden im 3D-CT-Datensatz identifiziert und einem entsprechenden Koordinatensystem bzw. Bezugssystem zugeordnet, welches durch die Markerfolie definiert ist. Mit anderen Worten erfolgt so die Zuordnung der Koordinatensysteme der optischen Marker und der Röntgenmarker. So ist auch die Zuordnung der im 3D-CT-Datensatz sichtbaren Zielposition zu den Koordinaten des optischen Navigationssystems möglich. Mit dieser Methode wird also eine Transformation zwischen dem Patienten, den Röntgenmarkern, den optischen Markern und dem Instrument berechnet. Die Ziellage oder Zielposition ist dann im Koordinatensystem der optischen Marker bekannt, welche auch der navigierten Führung des Instruments zur Zielposition dient.
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Nachteilig bei dem Verfahren ist, dass zwei präoperative 3D-CT-Datensätze erzeugt werden müssen. Zumindest für den zweiten 3D-Datensatz ist ein Röntgenverfahren mit ausreichend großem Rekonstruktionsvolumen nötig, da die Marker an der Markerfolie an der Körperoberfläche und die Zielposition im Patienten im selben 3D-CT-Datensatz abgebildet werden müssen. Nachteilig ist weiterhin, dass der Patient die Markerfolie vom Zeitpunkt zwischen den beiden präoperativen CT-Aufnahmen bis zur Operation auf der Haut trägt. Eventuelle Hautverschiebungen können damit durch das Verfahren nicht gemessen oder korrigiert werden. Eine einfache und kostengünstige intraoperative 2D-Bildgebung kann in das Verfahren nicht einbezogen werden, da deren Rekonstruktionsvolumen oft zu klein ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Lage einer o. g. Zielposition in einem Koordinatensystem anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelost durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, dass die Eintrittsposition und die Zielposition im Patienten in Relation zu dessen Anatomie bereits ermittelt beziehungsweise präoperativ festgelegt wurden oder intraoperativ – z. B. per Röntgen – festlegbar sind. Dies kann auf beliebige Weise geschehen, z. B. durch vorhergehende MR- oder Ultraschalluntersuchungen oder den o. g. ersten 3D-CT-Bilddatensatz.
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Wie oben erläutert, wird am Patienten zunächst eine Eintrittsmarke fixiert. Diese definiert ein Koordinatensystem und zeigt außerdem eindeutig die Eintrittsposition für die invasive medizinische Maßnahme am Patienten an. Die Lage der Eintrittsposition im Koordinatensystem ist durch die Eintrittsmarke definiert und somit – da diese das Koordinatensystem definiert – auch die Relativlage der Eintrittsposition im Koordinatensystem bekannt.
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In einem nächsten Schritt wird ein in einem Durchleuchtungsbild identifizierbarer Ortsmarker in einer bekannten Relativlage im Koordinatensystem fixiert. Anschließend werden erfindungsgemäß mindestens zwei, jeweils den Ortsmarker und die Zielposition gemeinsam abbildende 2D-Durchleuchtungsbilder des Patienten aus verschiedenen Aufnahmerichtungen aufgenommen. Die Lage der Zielposition im Koordinatensystem wird dann aus dem Abbild der Zielposition und des Ortsmarkers in den zwei Durchleuchtungsbildern und der bekannten Relativlage des Ortsmarkers im Koordinatensystem ermittelt.
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Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß das oben genannte bekannte Verfahren so erweitert, dass dieses ausschließlich auf Basis intraoperativer 2D-Röntgenbilder angewendet werden kann. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es für die Verwendung von 2D-Röntgenbildern anstelle eines 3D-CT-Datensatzes erforderlich ist, dass für beide Aufnahmen die Aufnahmegeometrie des Durchleuchtungsgerätes, welches die 2D-Durchleuchtungsbilder erzeugt, bekannt ist. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Ortsmarker – zu einem beliebigen Zeitpunkt, auch ohne Patient – provisorisch im Strahlengang der Durchleuchtungseinrichtung angebracht werden und aus diesen die Projektionsmatrizen der Durchleuchtungsanlage berechnet werden. Die Markergeometrie muss lediglich für eine solche Bestimmung geeignet sein.
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Gemäß der Erfindung bietet sich dann der Vorteil, dass intraoperativ eine ausschließliche Nutzung von 2D-Bildgebungsverfahren beziehungsweise Durchleuchtungsverfahren ausreicht, um die Lage der Zielposition für eine Maßnahme an einem Patienten in einem Koordinatensystem zu ermitteln.
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Der Ortsmarker enthält erfindungsgemäß eindeutig in 2D-Durchleuchtungsbildern identifizierbare, d. h. jeweils individuell unterscheidbare, Markerstrukturen wie Kreise, Sterne oder Dreiecke. Einzelne Markerstrukturen des Ortsmarkers sind damit im Durchleuchtungsbild eindeutig identifizierbar oder z. B. automatisch durch Bildauswertung segmentierbar.
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Die zwei verschiedenen Aufnahmerichtungen für die 2D-Durchleuchtungsbilder müssen lediglich so gewählt werden, dass aus der Gesamtheit beider Bilder eine Ortszuordnung der jeweiligen Bildinhalte in einem dreidimensionalen Koordinatensystem möglich ist. Idealerweise werden z. B. Durchleuchtungsbilder aus zueinander orthogonalen Projektionsrichtungen aufgenommen. Hierbei muss nur sichergestellt sein, dass nicht eine orthogonale Aufnahme z. B. eine Markerplatte direkt von der Seite aufnimmt. Daher sind die Projektionsrichtungen so orthogonal wie möglich, mit der Randbedingung der Markererkennbarkeit, zu wählen.
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Im einfachsten und üblichsten Fall sind die 2D-Durchleuchtungsbilder Röntgenbilder, die Ortsmarker sind dann Röntgenmarker. Das Durchleuchtungsgerät ist ein Röntgengerät, z. B. ein in einem Operationssaal ohnehin in der Regel zur Verfügung stehender Röntgen-C-Bogen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Durchleuchtungsgerät in einer 3D-Aufnahmeposition fixiert. Diese definiert eine fixierte Grundposition. Beispielsweise wird im Falle eines Röntgen-C-Bogens dessen Grundträger zunächst in einer bestimmten Position zum Patienten ausgerichtet. Mit Hilfe des Durchleuchtungsgerätes wird aus dieser Position heraus ein Satz von 2D-Projektionsbildern vom Patienten angefertigt. Hierzu wird in ein und derselben 3D-Aufnahmeposition das Durchleuchtungsgerät in verschiedenen Aufnahmerichtungen ausgerichtet. Im Beispiel des Röntgen-C-Bogens geschieht dies durch Orbitalverschwenkung des C-Arms bei ortsfestem Grundträger. Die 2D-Projektionsbilder werden so aufgenommen, dass diese zur Rekonstruktion von 3D-Bilddaten dienen. Die 3D-Bilddaten enthalten aber im Gegensatz zu oben zwar die Zielposition, nicht jedoch den Ortsmarker. In dieser Ausführungsform der Erfindung werden dann die 2D-Durchleuchtungsbilder mit demselben Durchleuchtungsgerät in unveränderter 3D-Aufnahmeposition aufgenommen.
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Mit anderen Worten werden also vom Patienten intraoperativ 3D-Bilddaten erzeugt, welche ein vergleichsweise kleines Rekonstruktionsvolumen aufweisen. Dies reicht in der Regel nur zur Darstellung der Zielposition, jedoch nicht auch zur gleichzeitigen Darstellung des Ortsmarkers aus. Für das bekannte Verfahren der Lageermittlung eignen sich derartige 3D-Bilddaten also nicht. Gemäß der Erfindung werden jedoch mit ein und demselben Durchleuchtungsgerät auch die 2D-Durchleuchtungsbilder aufgenommen, welche dann (im Gegensatz zum Rekonstruktionsvolumen) so gewählt werden, dass sie aus zwei verschiedenen Aufnahmerichtungen sowohl den Ortsmarker als auch die Zielposition in 2D-Durchleuchtungsbildern abbilden.
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In einer Variante dieses Verfahrens werden als 2D-Durchleuchtungsbilder zwei der 2D-Projektionsbilder verwendet. Mit anderen Worten werden zwei der Bilder des zur 3D-Rekonstruktion verwendeten Bilddatensatzes, also ein Teil der 2D-Projektionsbilder doppelt verwendet, nämlich sowohl zur Rekonstruktion des 3D-Volumens als auch für das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Lage der Zielposition.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Eintrittsmarke eine Folie am Patienten fixiert. Diese trägt dann beispielsweise, wie auch im bekannten Verfahren, den Ortsmarker.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Koordinatensystem einem Navigationssystem zugeordnet. Das Navigationssystem dient zur Navigation, also gezielten Führung, eines Instruments, mit welchem die invasive medizinische Maßnahme am Patienten durchgeführt werden soll. Ein Navigationsmarker des Navigationssystems ist dann in bekannter Relativlage zur Eintrittsmarke angeordnet. Ein den Navigationsmarker erfassendes Navigationsgerät ist in bekannter Relativlage zum Instrument angeordnet und der Ortsmarker ist in bekannter Relativlage zum Navigationsgerät angeordnet. Das Instrument kann hier an Hand des Navigationssystems durch die Eintrittsposition zur Zielposition im Patienten geführt werden.
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In dieser Ausführungsform des Verfahrens wird also die Relativlage des Ortsmarkers im Koordinatensystem durch das Navigationssystem ermittelt und ist dadurch im Verfahren bekannt.
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Um die oben genannten bekannten Relativlagen möglichst einfach zu gestalten ist in einer bevorzugten Ausführungsform dann der Navigationsmarker an der Eintrittsmarke fest angebracht, der Ortsmarker fest am Navigationsgerät angebracht und das Navigationsgerät fest am Instrument angebracht. So sind die jeweiligen Relativlagen eindeutig festgelegt und einfach bestimmbar.
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Im Falle eines optisch arbeitenden Navigationssystems sind die Navigationsmarker optische Marker und das Navigationsgerät ist eine Kamera.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Festlegung der Zielposition und der Eintrittsposition relativ zum Patienten vorab, das heißt vor Beginn des ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes, zusätzlich Durchleuchtungsbilddaten des Patienten aufgenommen. Auch hier können alleine 2D-Bilder aus verschiedenen Aufnahmerichtungen genügen. Alternativ können jedoch auch mehrere 2D-Projektions- beziehungsweise Röntgenbilder oder auch ein präoperativer 3D-Bilddatensatz gemäß Stand der Technik, angefertigt werden.
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Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
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1 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem Patienten,
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2 den Patienten aus 1 mit einem Röntgen-C-Bogen,
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3 den Patienten aus 1 bei einer 3D-Röntgenbildgebung.
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1 zeigt einen Patienten 2, an dem eine invasive medizinische Maßnahme durchzuführen ist. Hierzu soll ein Instrument 4 durch eine Eintrittsposition 6 an der Körperoberfläche des Patienten 2 zu einer Zielposition 8 im Inneren des Patienten 2 gebracht werden. Zunächst wird in einem präoperativen Schritt sowohl die Eintrittsposition 6 als auch die Zielposition 8 in ihrer Relativlage zum Patienten 2 beziehungsweise zu dessen Anatomie festgelegt. Dies geschieht beispielsweise durch die Aufnahme eines präoperativen, hochauflösenden MR-Bilddatensatzes, die Aufnahme von Röntgenbildern, Ultraschalluntersuchungen o. ä. Die medizinische Maßnahme am Patienten soll mit Hilfe eines in 1 nur angedeuteten Navigationssystems 10 erfolgen. Dem Navigationssystem 10 ist daher ein Koordinatensystem 12 zugeordnet.
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Zunächst eine Eintrittsmarke 14 in Form einer auf den Patienten 2 beziehungsweise dessen Körperoberfläche aufklebbaren Folie am Patienten 2 fixiert. Die Eintrittsmarke 14 definiert das Koordinatensystem 12, z. B. durch in bekannter Relativposition zu ihr angebrachte, dem Navigationssystem 10 zugehörende optisch detektierbare Navigationsmarker 16. In einfachster Weise sind diese direkt an der Folie angeordnet.
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Die Eintrittsmarke 14 zeigt außerdem die Eintrittsposition 6 an, ist z. B. in einem bekannten Abstand und Ausrichtung zu dieser am Patienten 2 platziert. Die Relativlage E der Eintrittsposition 6 zur Eintrittsmarke 14 und damit im Koordinatensystem 12 ist damit bekannt und in 1 durch einen Pfeil symbolisch dargestellt.
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In einem nächsten Schritt wird ein Ortsmarker 18, ebenfalls in einer bekannten Relativlage R – symbolisiert durch einen Pfeil – zum Koordinatensystem 12 beziehungsweise der Eintrittsmarke 14 platziert. Auch dessen Position im Koordinatensystem 12 ist damit bekannt.
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Vom Patienten 2 werden nun in zwei verschiedenen Aufnahmerichtungen 20a, b zwei 2D-Durchleuchtungsbilder 22a, b aufgenommen. Im Beispiel handelt es sich um Röntgenbilder, die Aufnahmerichtungen 20a, b symbolisieren die Raumrichtung des Zentralstrahls einer nicht dargestellten Röntgenanlage. Die Aufnahmerichtungen 20a, b sind hierbei so gewählt, dass in beiden 2D-Durchleuchtungsbildern 22a, b jeweils die Zielposition 8 sowie auch die Eintrittsposition 6 erfasst wird. Die Ortsmarke 18 ist derart ausgestaltet, dass diese in den Durchleuchtungsbildern 22a, b abbildbar ist, diese also Abbilder 24a, b der Zielposition 8 sowie Abbilder 26a, b des Ortsmarkers 18 enthalten.
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Aus den Abbildern 24a, b der Zielposition 8 und den Abbildern 26a, b des Ortsmarkers 18 sowie der Relativlage R des Ortsmarkers 18 im Koordinatensystem 12 wird erfindungsgemäß die Lage L, in 1 wieder durch einen Pfeil angedeutet, der Zielposition 8 im Koordinatensystem 12 ermittelt. Voraussetzung hierfür ist die Kenntnis der Aufnahmegeometrie der jeweiligen 2D-Durchleuchtungsbilder 22a, b, d. h. die Kenntnis der Raumlage der Aufnahmerichtungen 20a, b und die jeweiligen Projektionsmatrizen der Abbildungen im Koordinatensystem 12.
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Wird das Instrument 4 nun ebenfalls im Navigationssystem 10 erfasst, so kann – aufgrund der Kenntnis sämtlicher Positionsdaten im Koordinatensystem 12 – das Instrument 4 zielgenau durch die Eintrittsposition 6 zur Zielposition 8 geführt werden.
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Zur Ermittlung der Relativlage R des Ortsmarkers 18 im Koordinatensystem 12 kann insbesondere der Navigationsmarker 16 benutzt werden, wenn dieser in einer bekannten Relativlage N1 – in 1 dargestellt durch einen Pfeil – zur Eintrittsmarke 14 platziert wird. Ein den Navigationsmarker 16 erfassendes Navigationsgerät 28 des Navigationssystems 10, z. B. im Falle einer optischen Marke als Navigationsmarker 16 eine Kamera, wird dann ebenfalls in bekannter Relativlage N2 zum Instrument 4 angeordnet, in 1 angedeutet durch einen Pfeil. In diesem Fall wird dann der Ortsmarker 18 in einer bekannten Relativlage N3 zum Navigationsgerät 28 angebracht. Die Relativlage R im Koordinatensystem 12 kann dann durch das Navigationssystem 10 an Hand der bekannten Relativlagen N1–3 ermittelt werden. Mit anderen Worten ist die Relativlage R im Koordinatensystem 12 nicht a priori bekannt, sondern wird durch das Navigationssystem 10 erst ermittelt.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens werden vor dessen Beginn zusätzlich Durchleuchtungsbilddaten 30 des Patienten 2 aufgenommen, um die jeweilige Lage der Zielposition 8 und der Eintrittsposition 6 im Patienten 2 relativ zu diesem beziehungsweise zu dessen Anatomie festzulegen.
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2 zeigt nochmals den Patienten 2 mit aufgebrachter Eintrittsmarke 14 und platziertem Instrument 4. Hier gibt die Eintrittsmarke 14 die Eintrittsposition 6 direkt vor, indem letztere direkt im Bereich der Eintrittsmarke 14 liegt, das Instrument 4 also die Eintrittsmarke 14 an einer definierten durchsticht. Außerdem sind im Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Navigationsmarker 16 als optische Marker direkt auf die Eintrittsmarke 14 aufgedruckt. Das Navigationsgerät 28 in Form einer Kamera ist direkt am Instrument 4 befestigt. Außerdem trägt das Navigationsgerät 28 die an diesem fest installierten Ortsmarker 18 in Form von Rontgenmarkern. Die beiden 2D-Durchleuchtungsbilder 22a, b werden hier mit Hilfe eines Durchleuchtungsgerätes 32, im Beispiel ein Röntgen-C-Bogen aufgenommen. Hierzu wird der C-Bogen aus der gezeigten Stellung der Aufnahmerichtung 20a in Richtung des Pfeils 34 in eine gestrichelt angedeutete zweite Aufnahmerichtung 20b verschwenkt. In dieser Ausführungsform werden also an der Videokamera in Form des Navigationsgerätes 28 Röntgenmarker in Form der Ortsmarker 18 angebracht, die eine Bestimmung der Koordinatentransformation zwischen den vom Durchleuchtungsgerät 32 gelieferten 2D-Durchleuchtungsbildern 22a, b und dem von Navigationsgerät 28 gelieferten Videobild, und damit dem chirurgischen Instrument 4 ermöglichen.
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In diesem Fall ist es ausreichend, dass die Markerfolie in Form der Eintrittsmarke 14 nur optische Marker in Form der Navigationsmarker 16 enthält. Alternativ kann die Transformation auch über die Markerfolie, also Eintrittsmarke 14 erfolgen, wenn dort zusätzlich die Ortsmarker 18 angeordnet sind. Am Navigationsgerät 28 sind dann keine Ortsmarker 18 mehr erforderlich.
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In den beiden möglichst orthogonal aufgenommenen Durchleuchtungsbildern 22a, b, d. h. bei möglichst orthogonalen Aufnahmerichtungen 20a, b werden die jeweiligen Abbilder von Zielposition 8 und Eintrittsposition 6, wie im Zusammenhang mit 1 erläutert, erkannt. Dafür ist es erforderlich, dass für beide 2D-Durchleuchtungsbilder 22a, b die Röntgengeometrie bekannt ist, dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Eintrittsmarke 14 zu einem beliebigen Zeitpunkt provisorisch an einem beliebigen Objekt angebracht wird und aus deren Röntgenaufnahmen die Projektionsmatrizen berechnet werden.
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Anschließend wird nach Festlegung der Eintrittsposition 6 dort die Eintrittsmarke 14 angeklebt und – wie oben beschrieben – die beiden Röntgenaufnahmen 22a, b akquiriert und die Lage L der Zielposition 8 im Koordinatensystem 12 der Eintrittsmarke 14 bestimmt. Das Instrument 14 in Form der Nadel kann jetzt ausschließlich auf Basis der vom Navigationsgerät 28 erzeugten optischen Bilder der Markerfolie beziehungsweise Navigationsmarker 16 zu Zielposition 8 geführt werden, wobei Nadelverbiegungen wie im bekannten Verfahren bestimmt und korrigiert werden können.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher im Gegensatz zu 2 die Ortsmarker 18 in Form der Röntgenmarker direkt auf der Eintrittsmarke 14 angeordnet sind. Das Navigationsgerät 28 trägt daher keine Ortsmarker 18. Die Relativposition R der Ortsmarker 18 im Koordinatensystem 12 der Eintrittsmarke 14 ist bekannt, da diese in bekannter Position fest angeordnet sind.
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In 3 ist das Durchleuchtungsgerät 32 mit seinem Grundträger 36 in einer 3D-Aufnahmeposition P fest positioniert. Der Grundträger 36 wird zunächst nicht mehr bewegt. Bewegt wird lediglich der eigentliche C-Arm des Durchleuchtungsgerätes 32 in oder entgegen der Richtung des Pfeils 34, um einen Satz 38 von 2D-Projektionsbildern 40 aufzunehmen. Aus dem Satz 38 werden 3D-Bilddaten 42 rekonstruiert.
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Da es sich hier um eine intraoperative 3D-Bildgebung handelt, ist das Rekonstruktionsvolumen der 3D-Bilddaten 42 vergleichsweise klein, so dass dieses nur die Zielposition 8 und deren unmittelbare Umgebung, jedoch nicht die Eintrittsposition 6 beziehungsweise die Eintrittsmarke 14 enthält. Jedoch wird nun gemäß einer Variante der Erfindung in der unveränderten 3D-Aufnahmeposition P das Durchleuchtungsgerät 32 derart zwischen den beiden gezeigten Positionen nochmals verschwenkt, um die beiden 2D-Durchleuchtungsbilder 22a, b aufzunehmen. Diese sind in 3 durch die jeweilige Abbildung einer der Ortsmarken 18 an der Stelle des Röntgendetektors symbolisiert.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die 2D-Durchleuchtungsbilder 22a, b nun nicht separat aufgenommen, sondern es werden hierfür zwei bereits aus zwei verschiedenen Aufnahmerichtungen erstellte, 2D-Projektionsbilder 40 aus dem Satz 38 verwendet, die insofern geeignet sind, als sie jeweils sowohl die Zielposition 8 als auch die Ortsmarker 18 abbilden.
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Die Intraoperative 3D-C-Bogen-Bildgebung verfügt nur über kleine rekonstruierte Volumina, so dass im Normalfall die außerhalb des Patienten 2 angebrachten Ortsmarker 18 nicht im Rekonstruierten Volumen enthalten sind und damit eine Registrierung zwischen Instrument und Bilddatensatz nicht möglich ist. In 3 enthält die Markerfolie daher voneinander unterscheidbare Ortsmarker 18, z. B. Elipsen, Kreise, Dreiecke oder sternförmige Objekte. Diese Objekte sind daher in den 2D-Durchleuchtungsbildern 22a, b automatisch segmentierbar, z. B. mittels modellbasierter Segmentierung. Aus den 2D-Positionen der projizierten Röntgenmarker bzw. Ortsmarker 18 in den wenigsten zwei Projektionsaufnahmen 22a, b werden unter Zuhilfenahme der entsprechenden bekannten Projektionsmatrizen wieder die 3D-Positionen der Röntgenmarker bestimmt. Aus der Kenntnis der 3D-Positionen der Röntgenmarker kann dann die Registrierung der Videokamera und damit des Instrumentes erfolgen.
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Gemäß 3 werden also zunächst z. B. mehrere 2D-Röntgenbilder oder ein 3D-Datensatz des Patienten erzeugt. Hieraus erfolgt die Bestimmung von Eintrittsposition 6 und Zielposition B. Es folgt das Aufkleben der Markerfolie auf den Patienten und die Bestimmung der 3D-Positionen oder der Röntgenmarker der Markerfolie entweder wie beschrieben aus einer 3D-Datenakquisition oder aus mehreren 2D-Projektionsaufnahmen, so die entsprechenden Projektionsmatrizen bekannt sind. Abschließend erfolgt die Registrierung mit der optischen Videokamera und dann die Führung des Instruments 4 an Hand des Navigationssystems 10.
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In dieser Verfahrensvariante genügt die ausschließliche Verwendung von intraoperativer Bildgebung, eine präoperative Bildgebung wie CT oder MR, welche den ganzen Patienten und nicht nur ein entsprechend kleines Volumen erzeugt, ist nicht mehr erforderlich. Falls entsprechend hochqualitative und großvolumige CT- oder MR-Bilder des Patienten vorliegen, können diese beispielsweise via Bildfusion auf die intraoperative 3D-C-Bogen-Bildgebung übertragen werden.
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Eine intraoperative 3D-C-Bogen-Bildgebung ist in der Regel für Diagnosezwecke nicht zugelassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Patient
- 4
- Instrument
- 6
- Eintrittsposition
- 8
- Zielposition
- 10
- Navigationssystem
- 12
- Koordinatensystem
- 14
- Eintrittsmarke
- 16
- Navigationsmarker
- 18
- Ortsmarker
- 20a, b
- Aufnahmerichtung
- 22a, b
- 2D-Durchleuchtungsbilder
- 24a, b
- Abbild der Zielposition
- 26a, b
- Abbild des Ortsmarkers
- 28
- Navigationsgerät
- 30
- Durchleuchtungsbilddaten
- 32
- Durchleuchtungsgerät
- 34
- Pfeil
- 36
- Grundträger
- 38
- Satz
- 40
- 2D-Projektionsbild
- 42
- 3D-Bilddaten
- E, R
- Relativlage
- L
- Lage
- N1, 2, 3
- Relativlage
- P
- 3D-Aufnahmeposition
