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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Planungsdaten, die mit einer Platzierung eines Implantats an einem Einsatzort in einem Patienten korreliert sind.
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Viele Patienten, die z.B. eine Fraktur an ihren Knochen erlitten haben, benötigen eine chirurgische Versorgung mit einem Implantat. Das Implantat ist hierbei an einem Einsatzort im Patienten, also z.B. zur Überbrückung und Fixierung der Fraktur, zu platzieren. Bei einer chirurgischen Versorgung mit einem Implantat wird eine 2D-Bildgebung gegenüber einer 3D-Bildgebung, in der Regel Röntgenbildgebung bevorzugt, da der Patient mit einer geringeren Strahlendosis belastet wird und eine 2D-Bildgebung - bzw. das entsprechende Bildgebungssystem - besser handhabbar ist. Mit einer 2D-Bildgebung ist jedoch in der räumlichen Tiefe in Blickrichtung der Bildaufnahme, also z.B. in Projektionsrichtung einer Röntgenanlage - eine Unsicherheit verbunden. Dies wirkt sich z.B. dahingehend aus, dass es schwer ist zu klären, ob ein Implantat richtig am Patienten, d.h. an dessen Knochen anliegt. Andere Unsicherheiten bestehen dahingehend, ob Befestigungsmittel für das Implantat, z.B. Schrauben, richtig im Knochen greifen oder ob sie gar über den Knochen hinausstehen oder sogar in Nachbarknochen eindringen. So kann z.B. ein Gelenk unabsichtlich blockiert werden. Frakturen sind hier lediglich beispielhaft genannt, auch andere Anwendungszwecke von Implantaten an Einsatzorten in Patienten sind hier erfasst.
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Bekannt ist es, eine sogenannte offene Chirurgie zu verwenden, um die Implantatpositionierung, einschließlich Auswahl und Einsatz entsprechender Befestigungsmittel, durchzuführen. Dies wirkt jedoch relativ stark traumatisierend auf den Patienten ein. Die Planungsdaten, z.B. Implantatposition am Knochen, Länge, Anzahl, Einschraubwinkel von Schrauben, werden mit anderen Worten visuell oder durch Anhalten direkt am Patienten abgeschätzt.
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Durch die Verwendung der o.g. 2D-Bildgebung wird das Vorgehen etwas schonender, wobei die Beurteilung der OP-Situation in der jeweiligen Tiefenrichtung der 2D-Bilddaten, wie oben erläutert, sehr stark von den Erfahrungen des Operateurs und seiner Fähigkeit zur räumlichen Bildinterpretation der 2D-Bilddaten abhängt. Planungsdaten können hier in Form der 2D-Bilddaten vorliegen bzw. aus diesen z.B. durch Bildbetrachtung oder -vermessung gewonnen werden.
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Die
DE 600 32 475 T2 betrifft Systeme und Verfahren zur Verwendung von einem oder mehreren Durchleuchtungsbildern zur Unterstützung der Instrumentennavigation während operativer Eingriffe. Dabei werden 3D- und 2D-Bilddaten vom Einsatzort erzeugt. Anschließend werden die 3D-Bilddaten sowie die 2D-Bilddaten mittels einer 2D-/3D-Registrierung zur Deckung gebracht. Aus der
US 2009/0 088 830 A1 ist ein Verfahren zum Platzieren eines Stents mittels eines Röntgen-C-Bogens bekannt. Zur Platzierung des Stents werden 3D-Bilder herangezogen, zusätzlich werden 2D-Fluoroskopiebilder verwendet, deren geometrische Lage bezüglich der 3D-Bilder anhand einer bildbasierten 3D-/2D-Bildregistrierung bekannt ist.
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Die
US 2008/0 089 566 A1 , die
US 2005/ 0 085 714 A1 und die
US 2008/0119724 A1 offenbaren Verfahren zur bildgestützten Durchführung von chirurgischen Maßnahmen. Aus der
DE 10 2009 037251 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen von Bilddaten eines Körpers mit einem darin befindlichen für die Durchleuchtung undurchlässigen Objekt bekannt.
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Aus dem Artikel von PENNEY, G.P.: Registration of Tomographie Images to X-ray Projections for Use in Image Guided Interventions, PhD Thesis, King's College London, 1999, S. 1-203, sind 2D-/3D-Bildregistrierungsverfahren, welche auf Bilderkennung basieren, bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen von Planungsdaten für die Platzierung eines Implantats anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Zunächst wird ein statistisches 3D-Modell einer am Einsatzort zu versorgenden Struktur des Patienten gewählt, das statistische 3D-Modell wird nach den tatsächlichen Gegebenheiten im Patienten individualisiert und das individualisierte 3D-Modell wird als 3D-Bilddaten verwendet. Erfindungsgemäß werden die 3D-Bilddaten künstlich, d.h. nicht durch eine tatsächliche Aufnahme am Patienten, generiert. Ausgegangen wird hier von einem statistischen 3D-Modell einer am Einsatzort zu versorgenden Struktur, z.B. eines Knochens des Patienten. Dieses wird dann je nach den tatsächlichen Gegebenheiten im Patienten individualisiert. Es wird also ein individualisiertes Modell der zunächst statistischen Struktur erzeugt. Dieses wird dann in Form der 3D-Bilddaten im Verfahren verwendet.
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Zusätzlich werden vom Einsatzort 2D-Bilddaten mit Hilfe eines Bildgebungssystems erzeugt. In einem weiteren Schritt werden die 3D-Bilddaten dem Koordinatensystem des Bildgebungssystems ortsrichtig zugeordnet. Hierzu finden die 2D-Bilddaten Verwendung, welche mit dem Bildgebungssystem erstellt wurden und somit mit dessen Koordinatensystem verknüpft sind. Mit anderen Worten werden die 3D-Bilddaten mit einer sogenannten bildbasierten Registrierung am Bildgebungssystem registriert.
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In einem weiteren Schritt wird ein Modell des Implantats in den 3D-Bilddaten am Einsatzort angepasst. Diese Anpassung erfolgt virtuell, d.h. alleine rechnerisch in den 3D-Bilddaten. In einem letzten Schritt werden dann Planungsdaten, die mit der Platzierung des Implantats am Einsatzort im Patienten korreliert sind, anhand der 3D-Bilddaten, welche inzwischen das platzierte Modell enthalten, erzeugt. Mit anderen Worten werden die Planungsdaten z.B. aus den 3D-Bilddaten erkannt oder ermittelt. Z.B. können virtuell verschiedene Modelle von Schrauben und -längen verwendet werden und verschieden platziert werden. Die optimal passenden Schrauben werden anhand dieser Planung dann real in der Operation verwendet.
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Da die 3D-Bilddaten inzwischen am Koordinatensystem des Bildgebungssystems registriert sind, werden auch die Planungsdaten im Koordinatensystem des Bildgebungssystems erzeugt. Die 2D-Bilddaten sind hier medizinische Bilddaten, z.B. Röntgenaufnahmen. Vor, im Verlauf oder nach Abschluss des Verfahrens ist es möglich, weitere 2D-Bilddaten mit demselben Bildgebungssystem zu erzeugen. Diese liegen dann im selben Koordinatensystem wie die Planungsdaten und können zusammen mit diesen für die Operation verwendet werden. Die entsprechenden Planungsdaten sind für diese 2D-Bilddaten dann ebenfalls gültig.
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Die Planungsdaten entstehen also auf Basis von 3D-Bilddaten und der Modelleinpassung vollständig in drei Dimensionen. Somit sind auch die Planungsdaten in allen drei Dimensionen überprüft bzw. gültig. Durch die Erfindung wird die Platzierung des Implantats, insbesondere also eine Implantat- und Schraubenpositionierung zur Frakturversorgung oder auch in der Prothetik aufgrund verbesserter Planungsdaten verbessert.
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Gemäß der Erfindung werden also insbesondere die 3D-Lagen des Implantats und von dessen Befestigungsmitteln am Einsatzort - z.B. am dafür bestimmten Knochen - mit 3D-Daten bzw. 3D-Informationen abgesichert.
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In der Regel intraoperativ, besonders zu Beginn oder aber auch im Verlauf der Behandlung muss dann eine aktuelle 2D-Aufnahme der Fraktur als bereitstehen. Es ist denkbar, dass ein 3D-Bilddatensatz angefertigt wird, wenn der Patienten bereits auf dem Behandlungstisch liegt. Zu dessen Erzeugung werden dann oft viele 2D-Bilder erzeugt. Bei der 3D-Bildgebung, speziell mit Flächendetektoren, wird nämlich eine Serie von Projektionen gewonnen, aus denen ein 3D-Volumendatensatz rekonstruiert wird. Eines dieser Bilder kann dann als erfindungsgemäße 2D-Bilddaten verwendet werden, z.B. ein 2D-Bild, das eine frontale Ansicht des Patienten zeigt. Vorteilhaft ist hier, dass die Registrierung zwischen 2D-Bilddaten und 3D-Volumendatensatz von vornherein bekannt ist. Ein weiteres Vorgehen mit weiteren 2D-Bildern wird dadurch erleichtert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden daher die 3D-Bilddaten präoperativ, d.h. vor dem Beginn der eigentlichen Platzierung des Implantats, und die 2D-Bilddaten intraoperativ erzeugt.
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In vielen Fällen von Frakturen bei Patienten ist die Dislokation der Frakturstücke nicht allzu groß, d.h. diese liegt in der Größenordnung von maximal ca. 1mm. Der vom Patienten erzeugte 3D-Bilddatensatz kann dann im Verfahren direkt verwendet werden, z.B. mit dem Ziel, einen guten Implantat- und Schraubensitz abzusichern, ohne dass eine Schraube z.B. über ein Fragment hinausragt, was z.B. eine Gelenkfunktion erheblich stören würde. Für Frakturen mit größerer Dislokation kann in einem einfachen Planungsschritt eine virtuelle Reponierung der Fragmente vorgenommen werden, wobei hier die Genauigkeitsanforderungen ebenfalls wieder in der Größenordnung von 1 mm liegen dürfen.
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Eine virtuelle Reponierung in den 3D-Bilddaten ist in vielen Fällen zumindest bei größeren, insbesondere bei für die Platzierung des Implantats bzw. die Wiederherstellung eines gebrochenen Knochens wesentlichen Fragmenten sinnvoll. Die Reponierung wird z.B. nach einer automatisierten Segmentierung der Fragmente durchgeführt. Hierbei würde auch eine Pseudosegmentierung mit Unterstützung des direkten Volumenrenderns genügen. Bei einer derartigen Pseudosegmentierung wird ähnlich wie beim Grauwertfenstern interaktiv eine Objektauswahl z.B. nach Dichtewerten vorgenommen, so dass z.B. nur Knochen dargestellt werden. Unter den dargestellten Knochen wird nun jeweils ein Teil ausgewählt, um ggf. in eine neue, die reponierte Lage gebracht zu werden.
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Die im Verfahren weiter zu verwendenden 3D-Bilddaten sind dann nach der virtuellen Reponierung aus den ursprünglichen 3D-Bilddaten hervorgegangen. Mit anderen Worten werden die virtuell reponierten Fragmente als neuer 3D-Datensatz gespeichert und dieser dann im Verfahren weiter verwendet.
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Die ortsrichtige Zuordnung im erfindungsgemäßen Verfahren entspricht einem 2D/3D-Matching zwischen den 2D-Bilddaten und den 3D-Bilddaten, wobei hier jeweils eine Ansicht des Volumendatensatzes als Referenz für die 2D-Bildaten dienen kann. Durch das Matching ergibt sich ein fester Koordinatenbezug der beiden Darstellungen, also der 3D-Bilddaten und der 2D-Bilddaten. Es ergibt sich ein Bezug des Koordinatensystems der 3D-Koordinaten des Volumendatensatzes, also der 3D-Bilddaten mit dem des Bildgebungssystems.
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Die virtuelle Anpassung des Modells des Implantats in den 3D-Bilddaten wird entweder in einer Planungsphase oder während der eigentlichen Operationsprozedur durchgeführt. Neben dem Implantat werden beispielsweise auch Schrauben virtuell im 3D-Volumendatensatz positioniert. Die Darstellung der 3D-Bilddaten erfolgt jetzt mit optimierter 3D-Bildqualität, d.h. z.B. für prägnante Oberflächendarstellung oder semitransparent mit guter Knochendarstellung und verlässlicher Tiefeninformation.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren wird im Behandlungsverlauf die Grobpositionierung des Implantats über der Fraktur virtuell durchgeführt, indem eine 3D-Modelldarstellung des vorgesehenen Implantats in den vorhandenen 3D-Bilddaten positioniert wird. Davon ausgehend kann nun virtuell automatisch eine Anpassung an die Knochenoberfläche vorgenommen werden, die sich beispielsweise durch das Volumenrendern des Volumendatensatzes ergibt. So werden auch die benötigten Schrauben eingebracht. In diesem Volumenrendern, welches z.B. auch semitransparent durchgeführt werden kann, ist dann die 3D-Lage von Implantat, Schrauben und 3D-Bilddaten relativ zueinander eindeutig klar. Auf diese Relativlagen kommt es besonders bei der Platzierung des Implantats im Patienten an, diese Informationen und/oder die sich ergebenden Bildinformationen stellen dann die Planungsdaten dar.
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In einer Variante des Verfahrens werden als Planungsdaten solche erzeugt, die eine Wechselbeziehung zwischen Implantat und Patient beschreiben. Mit anderen Worten werden als Planungsdaten z.B. die Passlage des Implantats im Patienten optimiert und/oder funktionale Wechselbeziehungen zwischen Implantat und Patient beschrieben. Durch die Planungsdaten kann virtuell beispielsweise die Beweglichkeit von Gelenken, deren funktionale Kontrolle, oder eine Interaktion des Implantats mit der Anatomie des Patienten geplant bzw. überprüft werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als Planungsdaten solche erzeugt, die das Implantat am Patienten fixierende Befestigungsmittel beschreiben. Die Planungsdaten betreffen dann z.B. die Auswahl der richtigen Längen und Durchmesser von Schrauben oder anderer Hilfsmitteln, die der Befestigung des Implantats am Patienten dienen. So können insbesondere Anzahl, Längen, Radien, Einschraubwinkel von Befestigungsmitteln als Planungsdaten erzeugt werden. Planungsdaten sind auch deren richtige Positionierung im Patienten, so dass diese z.B. vollständig und mit maximaler Tiefe und Eingriff im Knochen des Patienten platziert werden, ohne funktionale Einschränkungen an diesem zu erzeugen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Implantat am Patienten zumindest vorpositioniert und die 2D-Bilddaten so erzeugt, dass sie das am Patienten vorpositionierte reale Implantat abbilden bzw. einschließen. Die Vorpositionierung ist hierbei zumindest eine Grobpositionierung. Hier ergeben sich z.B. zwei Verfahrensvarianten.
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In einer ersten Variante werden zunächst erste 2D-Bilddaten vom Patienten ohne Implantat erzeugt. Es erfolgt dann eine reale Grobpositionierung des Implantats direkt am Patienten.
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Anschließend wird eine zweite 2D-Aufnahme mit demselben Röntgensystem im selben Koordinatensystem erstellt, wobei die Bildaufnahmerichtung parallel zu derjenigen der ersten 2D-Bilddaten liegt. Der Bereich, in welchem das Implantat in den 2D-Bilddaten abgebildet ist, wird in der zweiten 2D-Aufnahme ausgeblendet. Die verbleibenden Pixel der zweiten 2D-Aufnahme werden mit der ersten 2D-Aufnahme überlagert. Dann erfolgt das weitere Vorgehen wie oben beschrieben, um das Implantat virtuell am Knochen anzulegen, die Schrauben zu positionieren und die 3D-Gegebenheiten am Knochen zu überprüfen.
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In einer alternativen Variante werden bereits die ersten 2D-Bilddaten gleich mit dem vorpositionierten Implantat erzeugt. Auch hier folgt ein Ausblenden des Implantats aus der 2D-Aufnahme. Die ortsrichtige Zuordnung der 3D-Bilddaten zu den 2D-Bilddaten erfolgt nur mit den verbliebenen 2D-Pixeln aus der 2D-Aufnahme, also ohne die Abbildung des Implantats.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die ortsrichtige Zuordnung der 3D-Bilddaten zu den 2D-Bilddaten folgendermaßen: Aus den 3D-Bilddaten werden anhand von Projektionsparametern den 2D-Bilddaten entsprechende synthetische 2D-Projektionsdaten erzeugt. Anschließend wird ein Bildvergleich zwischen den 2D-Bilddaten und den 2D-Projektionsdaten durchgeführt. Die Projektionsparameter werden dann bei Bedarf solange iterativ angepasst und neue 2D-Projektionsdaten erzeugt, bis die 2D-Bilddaten und die 2D-Projektionsdaten ausreichend übereinstimmen.
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Mit anderen Worten erfolgt ein Bildvergleich der tatsächlichen 2D-Bilddaten mit den 2D-Projektionsdaten bei Variation der Projektionsparameter. Eine ausreichende Übereinstimmung ist z.B. erreicht, wenn die Abweichungen zwischen 2D-Bilddaten und 2D-Projektionsdaten kleiner als ein vorgebbares Toleranzmaß sind. Im Prinzip wird gemäß dieser Verfahrensvariante ein dynamisches Volumenrendern durchgeführt, bei welchem die Lage der Darstellung, also die Position des Projektionszentrums und die Orientierung des Zentralstrahls dynamisch variiert werden. Anstatt einer Darstellung wie sonst beim Volumenrendern z.B. mit prägnanter Oberflächenwiedergabe zu berechnen, wird hierbei jedoch eine Röntgenprojektion nachempfunden. Die Überlagerung des entstehenden virtuellen Röntgenbilds mit den 2D-Bilddaten wird durch relative Lagevariation so lange verändert, bis eine optimale Deckung der beiden Darstellungen erreicht ist.
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Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 einen Patienten, an dem ein Implantat zu platzieren ist, mit Röntgensystem,
- 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 3D-Bilddaten des gebrochenen Knochens des Patienten aus 1,
- 4 den Knochen aus 3 mit virtuellem Implantat,
- 5 den Knochen aus 4 mit virtuellen Schrauben,
- 6 ein Schnittbild durch die 3D-Bilddaten aus 5,
- 7 ein Ablaufdiagramm für den Matchingschritt aus 2.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines Patienten 2, nämlich dessen Bein 4 mit einem gebrochenen Knochen 6. Die Frakturstelle im Knochen 6 bildet einen Einsatzort 8 im Patienten 2, an welchem ein Implantat 10, hier eine Fünf-Loch-Platte mit Hilfe von Befestigungsmitteln 12, hier Schrauben, zu befestigen ist. 1 zeigt außerdem ein Bildgebungssystem 14, hier ein Röntgengerät mit flächenhaftem Detektor, welches in der Lage ist, 2D-Bilddaten 16, hier in Form von 2D-Röntgenbildern, vom Patienten 2, insbesondere vom Einsatzort 8 anzufertigen.
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Im Rahmen eines chirurgischen Eingriffs am Patienten 2 soll nun das Implantat 10 am Einsatzort 8 im Patienten 2 platziert werden. Hierzu sollen Planungsdaten 18 erzeugt werden, die mit der Platzierung des Implantats 10 im Patienten 2 korreliert sind.
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2 zeigt ein entsprechendes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Erzeugen der Planungsdaten 18. In einem Aufnahmeschritt 20 werden vom Patienten 2 bzw. vom Einsatzort 8 3D-Bilddaten 22 mit einem nicht dargestellten 3D-Bildgebungsgerät, z.B. einem Röntgencomputertomographen, erstellt. Der Aufnahmeschritt 20 kann präoperativ, d.h. vor Beginn des Schneidens am Patienten 2, oder auch später, also intraoperativ erfolgen.
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Ist die Dislokation der Fragmente des Knochens 6 genügend klein, hier kleiner als 1 mm, werden die 3D-Bilddaten 22 direkt weiter verarbeitet. Für den alternativen Fall einer größeren Dislokation wird in einem Reponierschritt 24 an den 3D-Bilddaten 22 eine virtuelle Reponierung der Fragmente des Knochens 6 durchgeführt, bis eine akzeptable Dislokation von wiederum kleiner 1 mm erreicht ist. Abschließend stehen jeweils die 3D-Bilddaten 22 - im Original oder reponiert - für das weitere Verfahren zur Verfügung.
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Erfindungsgemäß werden die 3D-Bilddaten 22 künstlich, d.h. nicht durch eine tatsächliche Aufnahme am Patienten 2, generiert. Ausgehend von einem statistischen 3D-Modell 26 des Knochens 6 wird dieses in einem Anpassungsschritt 28 - je nach den tatsächlichen Gegebenheiten im Patienten 2, also gemäß der 2D-Bilddaten 16 - individualisiert. Es wird also ein individuelles Modell des Knochens 6 angefertigt. Dieses wird dann in Form der 3D-Bilddaten 22 zur Verfügung gestellt, so dass schließlich modellbasierte, individualisierte statistische 3D-Bilddaten 22 erzeugt werden, um für das weitere Verfahren zu dienen.
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In einem weiteren Aufnahmeschritt 30 werden nun mit Hilfe des Bildgebungssystems 14 2D-Bilddaten 16 vom Patienten 2 erzeugt. Im o.g. Fall erfolgt dieser Schritt vorab, um die 2D-Bilddaten 16 im Anpassungsschritt 28 benutzen zu können, und so das 3D-Modell 26 auf den speziellen Patienten 2 bzw. Knochen 6 zu individualisieren.
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In einer ersten Verfahrensvariante werden die 2D-Bilddaten 16 nur vom Knochen 6, d.h. ohne Implantat 10 aufgenommen.
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In einem Matching-Schritt 32 erfolgt nun ein 2D/3D-Matching zwischen den 3D-Bilddaten 22 und den 2D-Bilddaten 16. Insbesondere werden hierbei die 3D-Bilddaten 22 einem Koordinatensystem 34 des Bildgebungssystems 14 ortsrichtig zugeordnet. So entstehen synthetische 3D-Daten 36, welche die zueinander ortsrichtig zugeordneten 3D-Bilddaten 22 und 2D-Bilddaten 16 beinhalten.
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Im Rahmen eines virtuellen Einpassschrittes 38 werden nun virtuelle Modelle des Implantats 10 bzw. der Befestigungsmittel 12 in die 3D-Bilddaten 22 und damit auch in die synthetischen 3D-Daten 36 und in die 2D-Bilddaten 16 eingepasst.
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Hieraus können dann die Planungsdaten 18 ermittelt werden. Z.B. sind die Planungsdaten 18 die synthetischen 3D-Daten 36 mit eingepassten Modellen von Implantat 10 und Befestigungsmitteln 12 in bildhafter Form. Die Planungsdaten 18 sind dann 3D-Planungsbilddaten. Sie zeigen die Implantatlage in der aktuellen Aufnahmeposition der 2D-Bilddaten 16 und in 3D zusammen mit den Anteilen aus den 3D-Bilddaten 22.
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Die Planungsdaten 18 können aber auch alternativ oder zusätzlich konkrete Daten, z.B. Typen, Längen, Positionen, Winkel, Einschraubwinkel, des Implantats 10 oder der Befestigungsmittel sein, die aus deren virtuellen Modellen und deren korrekten Einpassung ermittelt werden.
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Das Wichtige im Kern des Verfahrens ist hierbei die zuverlässige 3D-Information, die in Verbindung mit den 3D-Bilddaten 22 gewonnen wird, und die die relative Position des Implantats 10 bzw. der Befestigungsmittel 12 zum Knochen 6 beschreibt. So ist z.B. sicherstellt, dass keine Schraubenspitze unzulässig über den Knochen 6 hinausragt.
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3 zeigt die 3D-Bilddaten 22 mit den - gemäß obiger Beschreibung gegebenenfalls reponierten - Fragmenten des Knochens 6 als virtuelle 3D-Darstellung mit definierten Oberflächen und einer erkennbaren Frakturlinie.
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4 zeigt, wie im Einpassschritt 38 ein Modell des Implantats 10 virtuell am Knochen 6 platziert wird. Dies erfolgt automatisch bezüglich der 3D-Oberflächen, so dass virtuell die Implantatoberfläche auf Kontakt mit der Knochenoberfläche zu liegen kommt. Auch das 3D-Modell des Implantats 10 weist hierbei eine virtuelle Darstellung in 3D mit definierten Oberflächen auf.
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5 zeigt, wie im weiteren Verlauf des Einpassschritts 38 nun zusätzlich die Befestigungsmittel 12 virtuell im Implantat 10 bzw. Knochen 6 platziert werden. Da dies virtuell erfolgt, kann mit verschiedenen Schraubenlängen, Schraubenlage, Anzahl von Schrauben usw. experimentiert werden, bis ein befriedigendes Ergebnis erzielt ist. Dieses stellt dann im vorliegenden Fall die Planungsdaten 18 dar. Die Planungsdaten 18 beinhalten sowohl die gemäß 5 virtuell komplettierten 3D-Bilddaten 22 sowie z.B. die entsprechenden Typen, Längen, Durchmesser, Positionen, Platzierungswinkel der Befestigungsmittel 12 im Knochen 6.
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6 zeigt insbesondere, wie aufgrund der Planung in 3D die fertig beplanten 3D-Bilddaten 22 z.B. für einen Betrachter virtuell durchleuchtet oder geschnitten werden können, um so eine virtuelle Schnittdarstellung durch ein Befestigungsmittel 12 zu erzeugen. Anhand 6 kann beispielsweise kontrolliert werden, dass eine Schraube zwar ausreichend in den Knochen 6 eindringt, mit der Schraubenspitze aus diesem jedoch nicht herausragt.
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7 zeigt eine mögliche Ausführungsform des Matching-Schrittes 32. Im Matching-Schritt 32 wird ein Koordinatenbezug zwischen dem Koordinatensystem der 3D-Bilddaten 22 und dem Koordinatensystem 34 hergestellt. Ausgehend von Anfangswerten 40 werden Projektionsparameter 42 in Form von Rendering-Parametern gewählt. Aus den 3D-Bilddaten 22 werden in einem Abbildungsschritt 44 mit Hilfe der Projektionsparameter 42 synthetische 2D-Projektionsdaten 46 erzeugt. In einem Vergleichsschritt 48 werden die synthetischen 2D-Projektionsdaten 46 mit den 2D-Bilddaten 16 verglichen. Falls noch keine ausreichende Übereinstimmung erreicht ist, werden in einem Variationsschritt 50 die Projektionsparameter 42 verändert und erneut der Abbildungsschritt 44 usw. durchgeführt. Wird im Vergleichsschritt 48 dagegen eine ausreichende Übereinstimmung festgestellt, ergeben sich die 3D-Daten 36 mit den aktuellen Projektionsparametern 42.
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In verschiedenen alternativen Ausführungsformen liegen die Aufnahmezeitpunkte der 2D-Bilddaten 16 und der 3D-Bilddaten 22 präoperativ oder intraoperativ.
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In weiteren verschiedenen Ausführungsformen enthalten die 2D-Bilddaten 16 Abbildungen des Knochens 6 zusammen mit dem real bereits am Patienten 10 vorplatzierten Implantat 10 oder auch nur Abbildungen des Knochens 6 alleine, d.h. ohne eine Abbildung des Implantats 10.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform sind die 2D-Bilddaten 16 eines von mehreren 2D-Bildern, die zur Erzeugung der 3D-Bildaten 22 aufgenommen werden, also ein Teil des 3D-Bilddatensatzes.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Patient
- 4
- Bein
- 6
- Knochen
- 8
- Einsatzort
- 10
- Implantat
- 12
- Befestigungsmittel
- 14
- Bildgebungssystem
- 16
- 2D-Bilddaten
- 18
- Planungsdaten
- 20
- Aufnahmeschritt
- 22
- 3D-Bilddaten
- 24
- Reponierschritt
- 26
- 3D-Modell
- 28
- Anpassungsschritt
- 30
- Aufnahmeschritt
- 32
- Matchingschritt
- 34
- Koordinatensystem
- 36
- 3D-Daten
- 38
- Einpassschritt
- 40
- Anfangswerte
- 42
- Projektionsparameter
- 44
- Abbildungsschritt
- 46
- synthetische 2D-Projektionsdaten
- 48
- Vergleichsschritt
- 50
- Variationsschritt
