DE102011075435A1

DE102011075435A1 - Anzeigeeinheit

Info

Publication number: DE102011075435A1
Application number: DE102011075435A
Authority: DE
Inventors: Rainer Graumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US20120281809A1

Abstract

Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden dem Chirurgen manuell vorgebare und/oder über optische/elektromagnetische Navigationssysteme detektierbare Markierungsorte in Röntgenbildern mit einem von einem optischen Mittel abgegebenen Lichtstrahl am Objekt angezeigt.

Description

In der bildgestützten Chirurgie bzw. Therapie werden Röntgen-C-Bögen zur Aufnahme von Röntgenbildern verwendet, um chirurgische Eingriffe auszuführen sowie intra-operativ Therapiepläne auszuarbeiten oder zu modifizieren. Mit Hilfe von Röntgenbildern im Vorfeld einer Implantatintegration kann der Chirurg Bruchverläufe im Knochen erkennen und Implantate entsprechend auswählen und gegebenenfalls anpassen. Darüber hinaus werden während einer Implantatplatzierung Röntgenaufnahmen zur fortlaufenden Kontrolle angelegt. Röntgenaufnahmen zur Planung und Kontrolle sowie während eines chirurgischen Eingriffs bringen jedoch den Nachteil mit sich, dass der Patient bei jeder Röntgenaufnahme einer Röntgenstrahlung ausgesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anzeigeeinheit zur Platzierung von Instrumenten anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 oder 11 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden dem Chirurgen manuell vorgebare und/oder über optische/elektromagnetische Navigationssysteme detektierbare Markierungsorte in Röntgenbildern mit einem von einem optischen Mittel abgegebenen Lichtstrahl am Objekt angezeigt.
Die Vorrichtung zur Ausrichtung eines mit einer Röntgeneinheit RQ in Verbindung stehenden optischen Mittels L weist dazu eine Koordinaten-Transformationseinheit KTE auf. Nach Vorgabe eines Markierungsortes MP werden die Koordinaten des auszurichtenden optischen Mittels L derart ermittelt, dass ein Lichtstrahl LS des optischen Mittels L einem durch den Markierungsort MP laufenden Röntgenstrahl entspricht.
In einer Ausführungsvariante ist ein Umlenkmittel S vorgesehen, wobei das optische Mittel L und/oder das im Röntgenkegel RK angeordnete Umlenkmittel S derart durch eine Steuereinheit SM gesteuert werden, dass die Ausrichtung des Lichtstrahls LS dem durch den Markierungsort MP laufenden Röntgenstrahl entspricht. Das optische Mittel L kann als eine einen Laserstrahl LS abgebende Lasereinheit ausgebildet sein.
Beim Verfahren zur Ausrichtung eines mit einer Röntgeneinheit RQ in Verbindung stehenden optischen Mittels L erfolgt nach Vorgabe eines Markierungsortes MP die Ausrichtung des Licht- oder Laserstrahls LS des optischen Mittels L in der Art, dass dieser einem durch den Markierungsort MP laufenden Röntgenstrahl entspricht.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit dieser ein Chirurg zielgenau Implantatpositionierungen und Implantatfixierungen durchführen kann und somit wiederholte Röntgenaufnahmen während der Positionierung entfallen.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass zum Einbringen von Implantaten lediglich kleinste Schnittinzisionen im Eingriffsbereich am Patienten vorzunehmen sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass dem Chirurgen zielgenaue Ausrichtvorgaben für chirurgische Werkzeuge zur Fixierung des Implantats angezeigt bzw. vorgegeben werden.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die während einer präoperativen Phase festgelegten Befestigungspunkte für ein Implantat direkt auf den Patienten übertragbar sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass ein Schnittverlauf am Gewebe des Patienten entsprechend präoperativer Planung anzeigbar ist.
Nachfolgend wird mittels eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.
Die Zeichnung gibt schematisch eine Anordnung einer Ausgestaltung einer Röntgeneinheit wieder. Ein Umlenkmittel S der Anordnung ist in eine Röntgenstrahlen abgebende Röntgenquelle RQ der Röntgeneinheit derart integriert, dass das Umlenkmittel S einen von einem optischen Mittel L abgegebenen Licht- oder Laserstrahl LS auf eine Ablagefläche PL umlenkt. Die Röntgenquelle RQ kann Teil eines Röntgen C-Bogens sein. In den Röntgenstrahlkegel RK der Röntgenquelle RQ ist ein für die Röntgenstrahlen durchlässiges Umlenkmittel, beispielsweise ein Spiegel S angeordnet. Sichtbares und/oder infrarotes Licht wird vollständig durch den Spiegel S umgelenkt. Das optische Mittel L, insbesondere eine Power LED oder ein Laser, wird in unmittelbarer Nähe des Umlenkmittels S und der Röntgenquelle RQ angeordnet. Das optische Mittel L ist in der Art auf das Umlenkmittel S ausgerichtet, dass ein von diesem ausgehender Lichtstrahl oder infrarotes Licht LS exakt zu einem von der Röntgenquelle RQ ausgehenden Röntgenstrahl RS verläuft. Der Ablagefläche bzw. Patentenliege PL ist ein erstes Koordinatensystem K1 zugeordnet. Dem in unmittelbarer Nähe des Ablenkspiegels S angeordneten Laser L ist ein zweites Koordinatensystem K2 zugeordnet.
An dem Röntgen C-Bogen wird ausgangsseitig zur Röntgenquelle RQ das Umlenkmittel S, ein röntgentransparentes Umlenkmittel, in den Strahlengang der Röntgenquelle RQ eingebracht. Dieses Umlenkmittel der als Spiegel S ausgebildet ist, reflektiert die vom optischen Mittel L ausgehenden Lichtstrahlen LS. Der Umlenkspiegel S wird in der Art in dem von der Röntgenquelle RQ abgegebenen Röntgenkegel RK eingebracht, dass dieser in etwa unter 45 Grad zum Zentralstrahl ZR des Röntgenkegels RK angeordnet ist. Entspricht die Entfernung zwischen Lichtaustritt und Spiegeloberfläche SO des Spiegels S dem Abstand des Röntgenfokus der Röntgenquelle RQ zur Spiegeloberfläche SO, so verläuft der Lichtstrahl LS analog des jeweiligen Röntgenstrahls von der Röntgenquelle. Mit dieser Ausrichtung des Spiegels S zum Röntgenfokuspunkt kann das optische Mittel, beispielsweise ein Laser, virtuell verwendet werden. Der Laser kann in wenigstens einer ersten und zweiten Ebene E1, E2 innerhalb des zweiten Koordinatensystems K2 verkippt werden, wobei die Position des Fokuspunktes bei Drehung des Lasers nicht verändert wird. Der Laser L kann bzgl. der beschriebenen Anordnung derart ausgerichtet werden, dass er jeden Punkt des Röntgenbildes entsprechend dem von der Röntgenquelle abgegebenen Röntgenstrahl RS erreicht. In einer Ausgestaltung kann anstatt einer Ausrichtung des optischen Mittels L der Spiegel S gedreht und gekippt werden.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil einer signifikanten Arbeitserleichterung für den Chirurgen, beispielsweise für die Einbringung eines Verriegelungselementes in einen Marknagel, mit sich. Bei der Verwendung der beschriebenen Anordnung richtet der Chirurg die Röntgeneinrichtung derart aus, dass mit der Röntgenaufnahme u. a. ein bestimmter Durchgang des Marknagels für ein Verriegelungselement zu sehen ist. In einer fortführenden Ausgestaltung wird die Röntgeneinrichtung derart ausgerichtet, dass der Verriegelungsdurchgang im Marknagel ohne Wandungsanteile des Durchgangs auf dem Röntgenbild abgebildet ist. Den exakten Durchbruch eines Verriegelungsdurchgangs kann auf dem Röntgenbild auch durch die Erfassung des Eintritts und des Ausgangs des Verriegelungselementsdurchgangs ermittelt werden. Durch Einbindung der Konstruktionsdaten und der Ausrichtung des Marknagels kann ebenfalls die Ausrichtung eines Durchbruchs angezeigt werden. In beispielsweise einem digital vorliegenden Röntgenbild DR markiert der Chirurg den Markierungsort MP, insbesondere den Mittelpunkt, des Durchgangs. Bei einer weiteren Ausgestaltung könnte der Mittelpunkt MP über ein optisches Navigationssystem ONS mit optischen Markern oder über das vorliegende Röntgenbild mit Röntgenmarkern mittels dazugehöriger Auswerteeinheiten ermittelt werden. In einer hier nur schematisch wiedergegebenen Recheneinheit RE können auch der oder die Markierungspunkte MPB auf einer der Recheneinheit RE zugeordneten Bildschirmeinheit auf der gleichzeitig das Röntgenbild wiedergegeben wird bestimmt werden. Die mit dem Markierungspunkt MP vorgegebenen Positionsdaten für einen Durchgang im Marknagel werden mittels einer Koordinaten-Transformationseinheit KTE über die markierten Koordinaten im Röntgenbild auf das Koordinatensystem des optischen Mittels L übertragen und die Daten für die Lage und Orientierung des optischen Mittels L mittels der Steuereinheit SM bewirkt. Entsprechend der Transformationsdaten wird das optische Mittel L auf das Umlenkmittel S ausgerichtet. In einer Ausführungsvariante kann eine kombinierte Ausrichtung des optischen Mittels L mit dem Umlenkmittel S oder nur eine Ausrichtung des Umlenkmittels S erfolgen. Ein präoperativ in dem digitalen/analogen Röntgenbild DR, AR oder 3D Röntgenbild markierter Punkt oder markierte Linie wird durch den Lichtstrahl oder dem infrarotem Licht LS des optischen Mittels L auf dem Patienten abgebildet. Eine zentrisch liegende Bohrachse eines Verriegelungsdurchgangs des Marknagels liegt auf dem Lichtstrahl LS der optischen Quelle L. Nach einer vom Chirurgen durchgeführten kleinen Schnittinzision wird der Punkt auf dem Knochen markiert. Mit der Bohrung durch den Knochen erhält man einen Zugang zu dem Verriegelungsdurchgang des Marknagels. Zur Durchführung der Bohrung wird die Spitze des Bohrers auf den durch den Lichtstrahl LS gekennzeichneten Punkt am Knochen angesetzt und die Bohrmaschine derart ausgerichtet, dass der Lichtstrahl LS jetzt auf einen Punkt der Halterung der Bohrmaschine fällt der genau auf der fortgeführten Achse des Bohrers der Bohrmaschine liegt. Die Bohrmaschine ist dann so ausgerichtet, dass die Achse des Bohrers exakt auf der zentrisch liegenden Achse des Verriegelungsloches liegt.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass dem Chirurgen zeitoptimiert die Position des Bohrloches sowie die Ausrichtung der durchzuführenden Bohrung visuell ohne zusätzliche Röntgenstrahlung für den Patienten angezeigt werden. Der Bohrer ist dann exakt dem Lichtstrahl ausgerichtet wenn der Lichtstrahl LS auf die vom Bohrer fortgeführte Achse trifft.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das an dem C-Bogen angeordnete optische Mittel L ein Laserzielsystem bei einer intraoperativen 3D-Bilddgebung derart verwendet werden, dass anatomische Punkte oder Bereiche im 3D-Datensatz markiert werden und in die dem 3D-Datensatz zugrundeliegenden 2D-Röntgenbild übertragen werden. In einem Röntgenbilddatenspeicher RBS können die digitalen Röntgenbilder DR, digitalisierte analoge Röntgenbilder AR und die 3D Röntgenbilder hinterlegt werden. Die Markierungen im 2D-Röntgenbild werden dann entsprechend der oben angegebenen Beschreibung über die Koordinaten-Transformationseinheit KTE für die Einstellung des Laserzielsystems entsprechen umgesetzt. Zu diesem Vorgang wird die aktuelle Position des Röntgengerätes in Relation zum 3D-Datensatz bestimmt werden. Die Bestimmung der relativen Position kann beispielsweise mittels Winkelgebereinheiten WG die an der Röntgenquelle des C-Bogens angeordnet ist ermittelt werden. Mit der Vorrichtung können nicht nur Punkte, sondern auch Linien auf dem Eingriffsort am Patienten O übertragen werden. Diese Ausgestaltung ist für den Chirurgen ebenfalls eine Hilfestellung in dem in einer intraoperativen Bildgebung die Inzisionslinien festlegbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Laser des optischen Mittels L therapeutisch in der Art verwendet werden, dass mit dem Laser L Laserschnitte durchgeführt werden. Für diese Verwendung würde der Schnittverlauf im 2D- oder 3D-Bild eingezeichnet und auf dem Patienten projiziert werden. Für die Durchführung des Schnittverlaufes sind mindestens 2 orthogonale Röntgenaufnahmen erforderlich.
Bezugszeichenliste

RQ: Röntgenquelle
RK: Röntgenkegel
RS: Röntgenstrahl
S: Spiegel/Umlenkspiegel/Umlenkmittel
SO: Spiegeloberfläche
L: optisches Mittel/Laser
LS: Laserstrahl
ZR: Zentralstrahl
K1: erstes Koordinatensystem
K2: zweites Koordinatensystem
MP: Markierungsort
O: Objekt
PL: Patientenliege
E1: erste Ebene
E2: zweite Ebene
RBS: Röntgenbilddatenspeicher
DR: digitales Röntgenbild
AR: analoges Röntgenbild
3D: 3D Röntgenbild
RE: Recheneinheit
KTE: Koordinaten-Transformationseinheit
ONS: Optisches Navigationssystem
SM: Steuereinheit
MPB: Markierungspunkt Bildschirm
WG: Winkelgebereinheit
SIP: Steuerimpulse

Claims

Vorrichtung zur Ausrichtung eines mit einer Röntgeneinheit (RQ) in Verbindung stehenden optischen Mittels (L), dadurch gekennzeichnet, dass eine Koordinaten-Transformationseinheit (KTE) vorgesehen ist, wobei nach Vorgabe eines Markierungsortes (MP) die Koordinaten des auszurichtenden optischen Mittels (L) ermittelt werden, sodass ein Lichtstrahl (LS) des optischen Mittels (L) einem durch den Markierungsort (MP) laufenden Röntgenstrahl entspricht.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlenkmittel (S) vorgesehen ist, wobei das optische Mittel (L) und/oder das im Röntgenkegel (RK) angeordnete Umlenkmittel (S) derart durch eine Steuereinheit (SM) gesteuert werden, dass die Ausrichtung des Lichtstrahls (LS) dem durch den Markierungsort (MP) laufenden Röntgenstrahl entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel (L) eine einen Laserstrahl (LS) abgebende Lasereinheit ist.
Patentanspruch nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Winkelgebereinheit (WG) zur Ermittlung eines Neigungswinkels der Röntgenquelle (RQ) vorgesehen ist.
Patentanspruch nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Röntgenbilddatenspeicher (RBS) vorgesehen ist, wobei digitale Röntgenbilder (DR), digitalisierte analoge Röntgenbilder (AR) sowie 3D Röntgenbilder hinterleg- und abrufbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit (RE) vorgesehen ist, wobei diese auf Röntgenbilddaten (DR, AR, 3D) in einem Röntgenbilddatenspeicher (RBS) zugreift und ein Markierungsort (MP, MPB) in diesen festlegbar ist, dass die Koordinaten der Markierungsorte ermittelbar sind, wobei Steuerimpulse (SIP) für eine Steuereinheit (SM) zur Ausrichtung von dem optischen Mittel (L) und/oder dem Umlenkmittel (S) ermittelt werden.
Patentanspruch nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Markierungsorte (MPB, MP) neben einer manuellen Vorgabe über Eingabemittel der Recheneinheit (RE) und/oder eines optischen Navigationssystems erfasst werden.
Patentanspruch nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsorte (MP) mittels Röntgenmarker in den Röntgenbildern abgeleitet werden.
Patentanspruch nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierungsorte (MP) mit einem elektromagnetischen Navigationssystem erfasst werden.
Patentanspruch nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Mittel (L) derart ausgeprägt ist, dass dieses einen sichtbaren und/oder infraroten Lichtstrahl (LS) abgibt.
Verfahren zur Ausrichtung eines mit einer Röntgeneinheit (RQ) in Verbindung stehenden optischen Mittels (L), dadurch gekennzeichnet, dass nach Vorgabe eines Markierungsortes (MP) die Ausrichtung des Lichtstrahls (LS) des optischen Mittels (L) einem durch den Markierungsort (MP) laufenden Röntgenstrahl entspricht.