DE102012209350A1

DE102012209350A1 - Verfahren zur Berücksichtigung einer Patientenbewegung während eines Eingriffs

Info

Publication number: DE102012209350A1
Application number: DE201210209350
Authority: DE
Inventors: Stefan Britzen; Marcus Pfister
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: DE102012209350B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berücksichtung einer Patientenbewegung während eines chirurgischen und/oder strahlentherapeutischen Eingriffs, wobei aktuelle Informationen über einen Eingriffsbereich des Patienten (6) liefernde Fluoroskopiebilder einer Röntgeneinrichtung (2) zur Informationsfusion mit wenigstens einem vor dem Eingriff aufgenommenen, insbesondere dreidimensionalen Bilddatensatz (21) registriert sind oder werden, wobei eine wenigstens einen Teil der Oberfläche (14) des Patienten (6), insbesondere in dem Eingriffsgebiet, beschreibende Oberflächeninformation (19, 23, 36) aus Messdaten einer Terahertz-Messeinrichtung (16) mit einem Terahertz-Sender (11) und einem Terahertz-Empfänger (12) ermittelt werden und aus dem Vergleich von Oberflächeninformationen (19, 23, 36) wenigstens eines früheren Zeitpunkts mit einem aktuellen Zeitpunkt die Patientenbewegung beschreibende Bewegungsinformationen (25) ermittelt werden, welche im Hinblick auf die Registrierung ausgewertet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berücksichtigung einer Patientenbewegung während eines chirurgischen und/oder strahlentherapeutischen Eingriffs, wobei aktuelle Informationen über einen Eingriffsbereich des Patienten liefernde Fluoroskopiebilder einer Röntgeneinrichtung zur Informationsfusion mit wenigstens einem vor dem Eingriff aufgenommenen insbesondere dreidimensionalen Bilddatensatz registriert sind oder werden. Daneben betrifft die Erfindung eine medizinische Einrichtung zur Verwendung während eines chirurgischen und/oder strahlentherapeutischen Eingriffs.
Während medizinischen Eingriffen, insbesondere chirurgischen Eingriffen, beispielsweise minimalinvasiven Eingriffen, ist es heutzutage bekannt, die konkrete Lage anatomischer Merkmale oder von Instrumenten und sonstigen medizinischem Gerät innerhalb des Patienten durch Fluoroskopiebilder einer Röntgeneinrichtung zu überwachen. Beispielsweise können derartige Echtzeitbilder durch fluoroskopische Durchleuchtung zur Navigation von Instrumenten im Kopf oder im Herzen eines Patienten genutzt werden. Verglichen mit dreidimensionalen Bilddatensätzen anderer Modalitäten, beispielsweise der Computertomographie oder der Magnetresonanz, zeigen diese Fluoroskopiebilder zwar keine räumlichen, dreidimensionalen Details, sie sind jedoch schneller verfügbar, hochaufgelöster, minimieren die Strahlenbelastung für den Patienten und die behandelnden Personen und bilden zumindest einen Teil der Anatomie und interventionelle Instrumente, beispielsweise auch Katheter oder Führungsdrähte, in Quasi-Echtzeit ab.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die räumliche, dreidimensionale Information dadurch zurückzugewinnen, dass vor dem Eingriff, also insbesondere präoperativ, aufgenommene, dreidimensionale Bilddatensätze, beispielsweise CT-Bilddatensätze, dreidimensionale Angiographie-Datensätze, Magnetresonanz-Datensätze, 3D-Ultraschalldatensätze und dergleichen, mit den zweidimensionalen Echtzeit-Fluoroskopiebildern registriert werden und eine Informationsfusion stattfindet. Beispielsweise ist es bekannt, nach einer derartigen 2D-3D-Registrierung die zweidimensionalen Fluoroskopiebilder Darstellungen des dreidimensionalen Bilddatensatzes zu überlagern. Denkbar ist es jedoch auch, eine Darstellung zu erzeugen, die nur wesentliche, beispielsweise segmentierte, Bildmerkmale aus dem Fluoroskopiebild und/oder dem Bilddatensatz übernimmt und dergleichen. Eine derart vorgenommene Kombination von registrierten zweidimensionalen und dreidimensionalen Aufnahmen erlaubt den Eingriff durchführenden Personen eine bessere Orientierung im dreidimensionalen Raum.
Ein großes Problem bei dieser Art von Bildüberwachen während eines Eingriffs ist die Patientenbewegung. Bewegt sich der Patient, beispielsweise im Rahmen einer periodischen Bewegung wie der Atembewegung oder gar einer aktiven Bewegung, beispielsweise im Sinne eines Verrutschens auf einer Patientenliege der Röntgeneinrichtung, gilt die Registrierung für aktuell aufgenommene Fluoroskopiebilder nicht fort. In derzeit genutzten klinischen Einrichtungen werden Patientenbewegungen nicht automatisch erkannt, so dass auch keine Nachregistrierung stattfinden kann. Mithin muss bei erkannter Bewegung, beispielsweise über eine Nichtübereinstimmung zwischen dem Fluoroskopiebild und dem überlagerten Volumen, manuell die Registrierung korrigiert werden, was zu Ungenauigkeiten und Verzögerungen im Arbeitsverlauf führt.
Besonders störend sind die zyklisch bzw. periodisch verlaufenden bzw. wiederkehrenden Bewegungen, beispielsweise die Atembewegungen. Dies verursacht eine fast ständige Fehlerhaftigkeit der Registrierung und Ungenauigkeit, vor allem, wenn im Bereich des Thorax oder des Abdomen gearbeitet wird. Dies kann einen negativen Einfluss auf die Qualität eines Eingriffs haben, wobei auch die Qualität einer Strahlentherapie bei Lungen- bzw. Bronchialkarzinomen durch Atembewegungen verschlechtert werden kann. Gerade im Bereich der Strahlentherapie wurden bereits Ansätze zur Kompensation der Patientenbewegung bekannt, die allerdings noch nicht die gewünschte Qualität herstellen, so dass es zur Schädigung von gesundem Gewebe bei der Strahlentherapie kommen kann.
Die DE 10 2005 036 322 A1 betrifft die Registrierung intraoperativer Bilddatensätze mit präoperativen 3D-Bilddatensätzen auf Basis optischer Oberflächenextraktion. Dort wird vorgeschlagen, während einer Operation, also einem Eingriff, die Oberfläche eines interessierenden Untersuchungsgebietes mit einem optischen Sensorsystem zu erfassen. Nun ist es möglich, die intraoperative und die präoperative Oberfläche miteinander zu registrieren, so dass eine Abbildungsvorschrift zwischen dem präoperativen 3D-Bilddatensatz und dem intraoperativen Bilddatensatz ermittelt werden kann. Erfolgt eine Erfassung von Daten des optischen 3D-Sensorsystems periodisch während der Intervention, so kann ein Bewegungsfeld des Untersuchungsgebietes berechnet werden, welches dazu verwendet wird, Bewegungsartefakte in intraoperativen Aufnahmen zu reduzieren bzw. deren Auflösung zu verbessern. Eine optische Oberflächenerkennung ist jedoch im Rahmen von medizinischen Eingriffen meist bereits deswegen nicht möglich, da der Patient unter eine sterilen Abdeckung bzw. Kleidung verborgen ist und mithin seine Oberfläche nicht sichtbar bleibt.
In einem weiteren Ansatz zur Lösung des Problems wurde vorgeschlagen, die Atembewegung durch Dehnungsdetektoren, die um die Brust gespannt werden, zu erfassen. Probleme hierbei sind nicht nur der große Aufwand bei der Anbringung der Dehnungsdetektoren, sondern auch die eingeschränkte Art der eindimensionalen Bewegungserfassung, die die eigentliche Komplexität der Atmung nicht adäquat erfassen kann. Zudem werden andere Bewegungen, beispielsweise ein Verrutschen des Patienten, nicht berücksichtigt.
Im Bereich der Strahlentherapie wurde vorgeschlagen, invasiv gesetzte Marker (sogenannte „Fiducials“) zu verwenden, die in der Nähe des Tumors oder im Tumor angeordnet werden. Diese Marker können dann durch fluoroskopische Durchleuchtungsbildgebung nachverfolgt werden. Vorgeschlagen wurde jedoch auch, eine ständige kV-Fluoroskopiebildgebung zur Verfolgung des Tumors an sich durchzuführen. Beide Techniken bergen Gefahren und Einschränkungen, die ein erhöhtes Risiko für den Patienten bedeuten können, beispielsweise das eines Pneumothorax beim Setzen der Marker oder die Nicht-Sichtbarkeit des Tumors unter kV-Bildgebung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst aufwandarme, demgegenüber verbesserte Möglichkeit zur Berücksichtigung der Patientenbewegung im Rahmen der Unterstützung einer an einem Eingriff beteiligten Person, insbesondere im Rahmen der Bildunterstützung, anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine wenigstens einen Teil der Oberfläche des Patienten, insbesondere in dem Eingriffsgebiet, beschreibende Oberflächeninformation aus Messdaten einer Terahertz-Messeinrichtung mit einem Terahertz-Sender und einem Terahertz-Empfänger ermittelt werden und aus dem Vergleich von Oberflächeninformationen wenigstens eines früheren Zeitpunkts mit einem aktuellen Zeitpunkt die Patientenbewegung beschreibende Bewegungsinformationen ermittelt werden, welche im Hinblick auf die Registrierung ausgewertet werden.
Es wird mithin vorgeschlagen, zur Berücksichtigung der Bewegung im Hinblick auf die Registrierung eine Terahertz-Messeinrichtung (Terahertz-Sensor) zu verwenden, deren Blickfeld auf die Oberfläche des Patienten im Bereich des Eingriffs gerichtet ist. Dabei werden elektromagnetische Wellen im Terahertz-Bereich, die auch als Submillimeterwellen bezeichnet werden können, genutzt. Die Terahertz-Strahlung liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarot- und der Mikrowellenstrahlung. Elektromagnetische Strahlung im Terahertz-Bereich durchdringt viele Materialien, insbesondere auch die im Rahmen der Sterilisierung genutzten Abdeckungen, so dass die Patientenoberfläche trotz des Vorliegens einer sterilen Abdeckung vermessen werden kann. Von dem Terahertz-Sender ausgesandte Terahertz-Strahlung durchdringt die Abdeckung und wird auf der Patientenoberfläche zumindest teilweise reflektiert, so dass sie mit dem Terahertz-Empfänger wieder empfangen und ausgewertet werden kann, wobei sich anhand der Laufzeit, ähnlich wie bei einer 3D-Kamera bzw. Time-of-Flight-Kamera, eine Entfernungsinformation ergibt, im Falle einer dreidimensionalen Aufnahme von Messdaten mithin eine Art dreidimensionales Terahertz-Bild. Hieraus ergibt sich der Oberflächenverlauf des Patienten, mithin die die Oberfläche des Patienten beschreibende Oberflächeninformation. Ändert sich diese Oberflächeninformation mit der Zeit, so folgt, dass eine Bewegung im Eingriffsgebiet stattgefunden hat.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es also, ohne großen zusätzlichen Aufwand bzw. weitere Tätigkeiten am Patienten, insbesondere das Anbringen von Markern oder Dehnungsdetektoren, eine Bewegungsinformation zu ermitteln, anhand derer insbesondere die Qualität der Registrierung zum aktuellen Zeitpunkt beurteilt und mitgeteilt werden kann und/oder sogar eine Korrektur, mithin also Nachführung, der Registrierung erreicht werden kann, was im Folgenden noch näher dargelegt werden soll.
Grundsätzlich ist es dabei denkbar, dass eine nur eindimensional messende Terahertz-Messeinrichtung eingesetzt wird, es wird erfindungsgemäß jedoch bevorzugt, dass eine die Oberfläche des Patienten in drei Dimensionen vermessende Terahertz-Messeinrichtung eingesetzt wird. Auf diese Weise bietet sich also die Möglichkeit einer Oberflächenextraktion, das bedeutet, der Verlauf der Oberfläche kann in der Oberflächeninformation abgebildet werden. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Tracking der Patientenoberfläche weiter verbessern.
Konkret kann vorgesehen sein, dass eine Frequenz zwischen 0,1 THz und 10 THz, insbesondere zwischen 0,3 THz und 3 THz, verwendende Terahertz-Messeinrichtung verwendet wird. Dies entspricht zwei üblichen Definitionen des Terahertz-Bereiches, die mithin auch auf die erfindungsgemäß vorgesehene Terahertz-Messeinrichtung anwendbar sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger als getrennte Baueinheiten vorzusehen, deren relative Position und Geometrie selbstverständlich bekannt sein sollte. Bevorzugt ist es erfindungsgemäß jedoch, wenn eine als eine 3D-Terahertz-Kamera ausgebildete Terahertz-Messeinrichtung verwendet wird, die den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger in einer Baueinheit enthält. Es ist mithin vorgesehen, nach Art einer optischen TOF-Kamera (Time-of-Flight-Kamera) die aktive Terahertz-Vermessung über eine Terahertz-Kamera zu realisieren, die den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger in Form einer geeigneten Baueinheit enthält, wobei es insbesondere auch denkbar ist, den Terahertz-Sender und den Terahertz-Empfänger als eine integrierte Sende-Empfangs-Vorrichtung für Terahertz-Strahlung zu realisieren. Geeignete Messköpfe für solche Terahertz-Kameras sind beispielsweise von der Fa. Syn-View, Bad Homburg, Deutschland, unter dem Namen „SynViewHead“ verfügbar.
Ferner ist es denkbar, dass eine ein veränderliches Blickfeld aufweisende, insbesondere bewegbare, Terahertz-Messeinrichtung und/oder mehrere Terahertz-Messeinrichtungen verwendet werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn ein größerer Anteil der Oberfläche des Patienten „abgescannt“ werden soll, mithin im Hinblick auf Bewegungen nachverfolgt werden soll. So lässt sich letztlich das Blickfeld über das Blickfeld einer einzigen Terahertz-Kamera hinaus erweitern. Eine Bewegbarkeit der Terahertz-Messeinrichtung an sich ermöglicht eine Einstellung auf letztlich beliebige Teile der Oberfläche des Patienten, insbesondere solche, die im Eingriffsgebiet liegen bzw. an das Eingriffsgebiet angrenzen.
Um Bewegungen des Patienten möglichst über die gesamte Dauer des Eingriffs nachverfolgen zu können, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass eine kontinuierliche oder intermittierende Ermittlung der Bewegungsinformation während des Eingriffs erfolgt. Dabei kann folglich in bestimmten, insbesondere bei Atembewegungen entsprechend kurz gewählten, Zeitabständen eine Aufnahme von Messdaten, mithin die Ermittlung von Bewegungsinformationen erfolgen. Auch eine letztlich kontinuierliche Überwachung ist denkbar, wobei die Terahertz-Messeinrichtung dann letztlich ständig Daten aufnimmt. Dies ermöglicht es, die Registrierung während des gesamten Eingriffs überwachen und gegebenenfalls nachzuführen, so dass die einem Benutzer zur Anzeige gebrachten Informationen, die um Informationen des präoperativen Bilddatensatzes ergänzt sind, korrekt dargestellt werden können oder der Benutzer über eine Abweichung geeignet informiert wird.
So kann in Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass bei einer eine zu starke räumliche Abweichung zu einem Bewegungszustand, auf den sich die Registrierung bezieht, beschreibenden Bewegungsinformation ein Hinweis und/oder eine Warnung an eine den Eingriff durchführende Person ausgegeben wird. Die Registrierung bezieht sich mithin auf einen bestimmten Bewegungszustand des Patienten, insbesondere also den Zeitpunkt, zu dem die Fluoroskopiebilder oder sonstigen Daten aufgenommen wurden, die die Grundlage der Registrierung mit dem Koordinatensystem des Bilddatensatzes bilden. Dabei kann es sich beispielsweise um eine bestimmte Lage des Patienten auf einer Patientenliege bzw. einem Operationstisch handeln, aber insbesondere bei periodischen Bewegungen des Patienten, wie beispielsweise einer Atembewegung, auch um eine bestimmte Phase eines Atemzyklus. Immer dann, wenn also der Bewegungszustand vorliegt, auf den sich die Registrierung bezieht, ist eine korrekte Informationsfusion und Darstellung möglich. Dabei kann sich die zu dem früheren Zeitpunkt aufgenommene Oberflächeninformation beispielsweise auf diesen Bewegungszustand beziehen. Die Bewegungsinformation gibt mithin an, inwieweit dieser Bewegungszustand noch vorliegt oder ob sich der Patient so stark bewegt hat, dass die Registrierung deutlich von den aktuellen Verhältnissen abweicht. Um dies zu ermitteln, können beispielsweise geeignete Schwellwerte definiert und überwacht werden. Tritt also beispielsweise eine unerwartete Patientenbewegung auf, so kann nach deren Detektion einer den Eingriff durchführenden Person eine Rückmeldung oder Warnung gegeben werden, so dass dieser bewusst ist, dass die der angezeigten Information zugrundeliegende Registrierung nicht mehr korrekt ist. Denkbar ist es in einem solchen Fall, dass der Benutzer die Registrierung manuell korrigiert, wobei dann dieser neue Bewegungszustand, auf den sich die korrigierte Registrierung bezieht, entsprechend gespeichert werden sollte, insbesondere auch durch Speicherung der Oberflächeninformation zu diesem Zeitpunkt als neuem früheren Zeitpunkt.
Insbesondere dann, wenn eine periodische Patientenbewegung vorliegt, ist es vorteilhaft, wenn die Abweichung zum Bewegungszustand, auf den sich die Registrierung bezieht, durch eine farbcodierte Anzeige dargestellt wird, insbesondere eine grüne Anzeige bei keiner oder einer geringen Abweichung und eine rote Anzeige bei einer größeren Abweichung. Auf diese Weise kann eine Art „Ampel“ realisiert werden, die dann beispielsweise angibt, wann sich der Patient wieder in der gleichen Atemphase wie bei der Registrierung befindet, die Registrierung mithin wieder korrekt ist. Zur Definition der verschiedenen anzuzeigenden Farben werden dann letztlich zugeordnete Bereiche der Abweichungen verwendet, wobei für eine mittlere Abweichung beispielsweise auch eine „Gelbphase“ vorgesehen sein kann. Mit einem Blick auf die farbige Anzeige ist der den Eingriff durchführenden Person also bewusst, ob die ihm dargestellten Informationen aufgrund der Registrierung verlässlich sind.
In einer Weiterbildung kann auch vorgesehen sein, dass bei einer auf einen Atemprozess bezogenen Patientenbewegung eine die Atemphase anzeigende Skala verwendet wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich eine Einfärbung erfolgt, das bedeutet, Abschnitte des Atemzyklus, in denen die Registrierung hinreichend korrekt ist, werden auf der Skala in grün dargestellt, Bereiche mittlerer Abweichung in gelb und Bereiche großer Abweichung in rot. Beispielsweise können nacheinander in entsprechender Farbe Lichtquellen aktiviert werden, die die aktuelle Atemphase anzeigen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Registrierung in Abhängigkeit von der Bewegungsinformation aktualisiert wird. Es wird also in Abhängigkeit von der Bewegungsinformation, welche sich dann vorzugsweise auf den vorhergegangenen Zeitpunkt als früheren Zeitpunkt oder aber den letzten Anpassungszeitpunkt als früheren Zeitpunkt zurückbeziehen kann, die Registrierung ständig so angepasst, dass sie für den aktuellen Bewegungszustand angewendet werden kann, sie wird mithin nachgeführt. So werden sowohl die Registrierung als auch die Anzeige als Ergebnis der Informationsfusion, die den Benutzer mit Echtzeit-Informationen versorgen soll, immer möglichst korrekt gehalten. Dabei muss eine Anpassung nicht in jedem Zeitschritt, also bei jeder Ermittlung einer Bewegungsinformation erfolgen, sondern es kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass nur bei Überschreitung einer bestimmten Abweichung von dem Bewegungszustand der letzten Aktualisierung, welche als Referenzoberflächeninformation gespeichert ist, auf die sich die Bewegungsinformation bezieht, eine Aktualisierung erfolgt. Bei einer periodischen Bewegung, beispielsweise der Atembewegung, kann zudem vorgesehen sein, dass für bestimmte Bewegungszustände Anpassungen bzw. passende Registrierungen gespeichert werden, nachdem sich diese Bewegungszustände erwartungsgemäß wiederholen.
Um die komplette Registrierung, die sich ja auch auf das Innere des Körpers des Patienten bezieht, korrekt anpassen zu können, muss von der auf die Oberfläche bezogenen Bewegungsinformation auf die Bewegung innerhalb des Körpers des Patienten gefolgert werden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Aktualisierung der Registrierung anhand einer Ermittlung einer im Inneren des Patienten stattfindenden Bewegung aus der auf die Oberfläche bezogenen Bewegungsinformation gemäß einer Abbildungsvorschrift erfolgt. Konkret kann beispielsweise die Oberflächenbewegung zum Inneren des Patienten hin interpoliert oder extrapoliert werden. Ist beispielsweise bekannt, dass der Rücken des auf dem Rücken positionierten Patienten aufgrund seines Kontaktes mit einer Patientenliege bzw. einem Operationstisch unbewegt ist, kann eine lineare bzw. nichtlineare Interpolation als Abbildungsvorschrift auf das Innere des Körpers vorgesehen werden, welche sich beispielsweise aus Referenzmessungen, vorliegenden wissenschaftlichen Daten und dergleichen ableiten kann. Jedoch sind auch komplexere Abbildungsvorschriften denkbar. Ist die Bewegung im Inneren des Körpers erst bekannt, so kann die Registrierung entsprechend aktualisiert werden.
Zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn die Aktualisierung der Registrierung in Abhängigkeit eines auf das Eingriffsgebiet bezogenen Bewegungsmodells erfolgt. Auch der Einsatz komplexer Modelle ist mithin denkbar, um die Bewegungszusammenhänge im Körper eines Patienten abbilden zu können. Auch Bewegungsmodelle können beispielsweise aus sich mit der Thematik beschäftigenden wissenschaftlichen Veröffentlichungen hergeleitet werden und dergleichen.
In einer weiteren Möglichkeit zur Nutzung der Bewegungsinformation kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass bei einer periodischen Bewegung, insbesondere einer Atembewegung, wenigstens eine Aufnahme eines Fluoroskopiebildes anhand der Bewegungsinformation getriggert wird. Es ist also denkbar, dann, wenn bekannt ist, in welcher Atemphase der vor dem Eingriff aufgenommene Bilddatensatz ermittelt wurde bzw. auf welche Atemphase sich die Registrierung bezieht, auch im Folgenden nur Fluoroskopiebilder in dieser Atemphase aufzunehmen, so dass, wenn keinerlei sonstige Bewegungen detektiert werden, die Registrierung korrekt und anwendbar ist. So ist eine Anpassung der Registrierung für den Atemzyklus nicht mehr notwendig, es können jedoch selbstverständlich noch immer Anpassungen bei sonstigen Bewegungen erfolgen. Allerdings können bei dieser Vorgehensweise gegebenenfalls seltener Fluoroskopiebilder aufgenommen werden. Insbesondere kann also vorgesehen sein, dass Fluoroskopiebilder nur zu einem der Aufnahme des Bilddatensatzes entsprechenden Zeitpunkt der Periode, insbesondere also einer der Aufnahme des Bilddatensatzes entsprechenden Atemphase, aufgenommen werden.
Grundsätzlich sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Möglichkeiten denkbar, wie konkret die Bewegungsüberwachung anhand der Bewegungsinformation vorgenommen wird, insbesondere was den Bezug auf den früheren Zeitpunkt angeht, wie bereits hinsichtlich der Aktualisierung der Registrierung zwischen dem Bilddatensatz und den Fluoroskopiebildern, letztlich also dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung, angedeutet wurde. Dabei kann die Oberflächeninformation selbst eine verschieden große Rolle spielen.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Kenntnis der räumlichen Beziehung zwischen der Terahertz-Messeinrichtung und der Röntgeneinrichtung nicht notwendig ist, kann vorgesehen sein, dass zur Registrierung des Bilddatensatzes mit einem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung ein zwei- oder dreidimensionales Registrierungsbild in einem insbesondere der Aufnahme des Bilddatensatzes entsprechenden Bewegungszustand aufgenommen wird und der Bilddatensatz mit dem Registrierungsbild registriert wird, wobei mit der Aufnahme des Registrierungsbildes eine dem früheren Zeitpunkt zugeordnete Referenzoberflächeninformation aufgenommen wird. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird mithin ein bevorzugt dreidimensionales Registrierungsbild aufgenommen, bei Verwendung einer Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen beispielsweise durch Rotation des C-Bogens um den Patienten und die Aufnahme einer Mehrzahl von Projektionsbildern unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen, aus denen das dreidimensionale Registrierungsbild rekonstruiert werden kann. Hierbei ist üblicherweise vorgesehen, dass der Patient den Atem anhält, insbesondere auf wenigstens ähnliche Art wie bei der Aufnahme des Bilddatensatzes. Während der Anfertigung des Registrierungsbildes werden auch mit der Terahertz-Messeinrichtung während der beschriebenen Atemanhaltephase Oberflächeninformationen aufgenommen, das bedeutet, es wird letztlich der Atemstatus zum Zeitpunkt der Aufnahme des Registrierungsbildes festgehalten und gespeichert. Nach dieser Aufnahme kann der Patient frei weiter atmen, während die Terahertz-Messeinrichtung permanent die Patientenoberfläche überwacht, mithin den Atemstatus und auch sonstige Bewegungen zu jedem späteren Zeitpunkt überwacht.
In einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung und dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung ermittelt wird, welche im Rahmen der Registrierung des Bilddatensatzes mit den Fluoroskopiebildern, mithin dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung, eingesetzt wird. Die Idee hierbei ist es letztlich, zunächst eine Registrierung zwischen dem insbesondere dreidimensionalen vor dem Eingriff aufgenommenen Bilddatensatz und dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung herzustellen, so dass sich hieraus aufgrund der bekannten Beziehung des Koordinatensystems der Terahertz-Messeinrichtung zu dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung auch die Beziehung zwischen dem Koordinatensystem des Bilddatensatzes und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung, mithin den Fluoroskopiebildern, ermitteln lässt. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten und Konstellationen, um die Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung zu bestimmen, was im Folgenden näher dargelegt werden soll.
So ist es zum einen denkbar, dass die Terahertz-Messeinrichtung und eine Aufnahmeanordnung der Röntgeneinrichtung in einer festen räumlichen oder einer bestimmbaren räumlichen Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei die Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung und dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung aufgrund der bekannten räumlichen Beziehung und/oder anhand einer insbesondere einmaligen Kalibrierungsmessung ermittelt wird. In diesem Fall ist die räumliche Beziehung zwischen den Komponenten also ohnehin bereits fest oder zumindest aufgrund ohnehin vorgesehener Mittel, beispielsweise Bewegungsnachverfolgungsmittel, bestimmbar, nachdem sich beispielsweise wenigstens Halterungen der Komponenten in einer festen räumlichen Beziehung befinden. Dann sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, um die Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung und dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung herzustellen.
Um eine bestimmbare räumliche Beziehung zu ermitteln, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine relative Bewegung zwischen der Aufnahmeanordnung und der Terahertz-Messeinrichtung von wenigstens einem Sensor vermessen wird und/oder aufgrund eines Ansteuerungsbefehls eines Stellmittels ermittelt wird. Beispielsweise weisen C-Bögen einer Röntgenreinrichtung meist ohnehin einige Bewegungsfreiheitsgrade auf, die jedoch, damit die aktuelle Stellung des C-Bogens immer bekannt ist, nachverfolgt werden, sei es durch Ansteuerungsbefehle und/oder durch entsprechende Sensoren. Dies kann auch bei einer verstellbaren Terahertz-Messeinrichtung realisiert werden, indem beispielsweise bei einer in verschiedene Richtung drehbaren Terahertz-Messeinrichtung Drehsensoren oder dergleichen verwendet werden.
Dabei sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass es auch allgemein, also unabhängig von der Bestimmung einer Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung zweckmäßig ist, wenn eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen verwendet wird, die insbesondere als Terahertz-Kamera ausgebildete Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen anzuordnen, insbesondere benachbart zu einem Röntgenstrahler oder einem Röntgendetektor. Bei einem C-Bogen ist vorgesehen, dass an ihm sich gegenüberliegend der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor angeordnet sind, welche die Aufnahmeanordnung bilden. Ist nun in fester Beziehung zu dem Röntgendetektor und/oder dem Röntgenstrahler auch die Terahertz-Messeinrichtung angeordnet, ergibt sich nicht nur eine leicht bestimmbare, feste räumliche Beziehung, sondern das Blickfeld der Terahertz-Messeinrichtung entspricht dann im Wesentlichen dem Blickfeld der Aufnahmeanordnung, welche ja ohnehin auf das Eingriffsgebiet gerichtet ist. So ergibt sich eine besonders vorteilhafte Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung.
Möglich ist es aber durchaus auch, beispielsweise dann, wenn eine stationäre Röntgeneinrichtung verwendet wird, die Terahertz-Messeinrichtung an einem festen Ort in einem Operationsraum bzw. Strahlenbunker bei Strahlentherapieanwendungen zu positionieren, beispielsweise durch Montage an der Decke.
Ergibt sich die feste bzw. bestimmbare räumliche Beziehung nicht bereits aus der geometrischen Anordnung unmittelbar an sich, kann auch eine Kalibrierungsmessung vorgenommen werden, beispielsweise unter Verwendung eines Phantoms, indem die Oberfläche des Phantoms und ein dreidimensionales Kalibrierungsbild des Phantoms ermittelt werden und miteinander registriert werden. Derartige Kalibrierungsmessungen können auch regelmäßig wiederholt werden, beispielsweise, wenn sich eine Veränderung ergibt.
Alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Terahertz-Messeinrichtung und die Röntgeneinrichtung flexibel zueinander anordenbar sind, mithin eine frei wählbare räumliche Beziehung zwischen der Terahertz-Messeinrichtung und der Röntgeneinrichtung besteht. Dann kann vorgesehen sein, dass die Registrierung aufgrund der Messdaten von an der Terahertz-Messeinrichtung und der Röntgeneinrichtung vorgesehenen Positionssensoren erfolgt. Es kann also vorgesehen sein, dass die Terahertz-Messeinrichtung und/oder die Röntgeneinrichtung mobil sind, beispielsweise, indem die Terahertz-Messeinrichtung auf einem innerhalb des Operationsraums bzw. Strahlenbunkers frei bewegbaren Stativ, ähnlich einem Infusionsständer, angeordnet ist. Mobile Röntgeneinrichtungen, insbesondere mobile Röntgeneinrichtungen mit C-Bogen sind im Stand der Technik ebenso bereits bekannt. Dann kann vorgesehen sein, dass die räumliche Beziehung der beiden Koordinatensysteme mittels Positions- oder Orientierungssensoren vorgenommen wird, die sowohl an der Terahertz-Messeinrichtung als auch an der Röntgeneinrichtung montiert sind, um so die Lage der beiden Komponenten zueinander zu bestimmen.
Es sei angemerkt, dass es in dieser flexiblen Konstellation grundsätzlich auch denkbar ist, Kalibrierungsmessungen durchzuführen, dies ist jedoch weniger bevorzugt, nachdem dann gegebenenfalls der Patient einer Strahlung ausgesetzt werden muss.
Liegt eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung vor, ist es möglich, die Registrierung des vor dem Eingriff aufgenommenen Bilddatensatzes mit dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung anhand von Messdaten bzw. einer Oberflächeninformation der Terahertz-Messeinrichtung zu ermöglichen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung und dem Bilddatensatz durch einen Abgleich einer aus der Oberflächeninformation der Terahertz-Messeinrichtung ermittelten Oberfläche und einer aus dem Bilddatensatz extrahierten Oberfläche durchgeführt wird. Auf diese Weise sind keine zusätzlichen, mit der Röntgeneinrichtung aufzunehmenden Registrierungsbilder erforderlich, um die Registrierung zwischen dem Bilddatensatz und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung, also den Fluoroskopiebildern, herzustellen. Der Patient wird mithin weniger Strahlung ausgesetzt, und es sind auch sonst keinerlei komplexe Maßnahmen außer dem Betrieb der Terahertz-Messeinrichtung erforderlich. In diesem Fall definiert die Messung der Oberflächeninformation, die dann der Registrierung zugrunde liegt, mithin auch die Referenzoberflächeninformation zum früheren Zeitpunkt, die dann der Bewegungsinformation zugrunde gelegt wird. Bei einer periodischen Bewegung kann es zudem zweckmäßig sein, den früheren Zeitpunkt so zu wählen, dass er einem Zeitpunkt in der Periode bei der Aufnahme des Bilddatensatzes, beispielsweise also einer bestimmten Atemphase, entspricht. Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens also denkbar, zunächst in einem Offline-Schritt die Oberfläche des präoperativen bzw. prätherapeutischen dreidimensionalen Bilddatensatzes zu extrahieren und beispielsweise als Dreiecksmodell zu speichern. Zu Beginn des Eingriffs, wenn der Patient geeignet positioniert wurde, wird das gleiche Eingriffsgebiet mit der Terahertz-Messeinrichtung vermessen. Anschließend werden die beiden ermittelten Oberflächen, also die Oberfläche des Eingriffsgebiets im dreidimensionalen Bilddatensatz und die durch die Oberflächeninformation beschriebene Oberfläche, beispielsweise im Rahmen einer oberflächenbasierten 3D-3D-Registrierung, aneinander angepasst.
Alternativ sind selbstverständlich auch andere Möglichkeiten denkbar, die Registrierung zwischen dem Bilddatensatz und den Fluoroskopiebildern herzustellen. So kann vorgesehen sein, dass die Registrierung zwischen dem Bilddatensatz und den Fluoroskopiebildern aufgrund einer bekannten räumlichen Beziehung der Röntgeneinrichtung und der zur Aufnahme des Bilddatensatzes verwendeten Bildaufnahmeeinrichtung erfolgt. Im Stand der Technik sind bereits Systeme bekannt, in denen die Lage der während dem Eingriff genutzten Röntgeneinrichtung zu der vor dem Eingriff genutzten Bildaufnahmeeinrichtung bekannt ist. Beispielsweise kann ein kombiniertes System vorgesehen werden, in dem ein Patient aus einer Bildaufnahmeeinrichtung heraus in den Operationsbereich mit der Röntgeneinrichtung geschwenkt oder verschoben werden kann. Dann lässt sich die entsprechende Information nutzen, um eine Registrierung herzustellen.
Weiterhin ist es möglich, dass die Registrierung zwischen dem Bilddatensatz und den Fluoroskopiebildern aufgrund verwendeter externer und/oder interner Marker erfolgt. Derartige Registrierungstechniken sind grundsätzlich bekannt, im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch weniger bevorzugt, nachdem auf aufwändige Weise möglichst exakt Marker in oder an dem Patienten befestigt werden müssen, die zudem anatomische Merkmale verdecken können.
Dabei sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch die bereits bezüglich der ersten Ausführungsform angedeutete Möglichkeit besteht, ein zwei- oder dreidimensionales Registrierungsbild mit der Röntgeneinrichtung aufzunehmen, welches die Grundlage für die Registrierung zwischen dem Bilddatensatz und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung, mithin den Fluoroskopiebildern, bildet. Hierbei können übliche, bekannte Registrierungsverfahren zur 2D-3D-Registrierung, 3D-3D-Regitrierung und dergleichen eingesetzt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens der zu vermessende Teil der Oberfläche des Patienten mit wenigstens einem für Terahertz-Strahlung sichtbaren Marker und/oder einem für Terahertz-Strahlung sichtbaren Gitter versehen wird. Es ist also auch möglich, besonders gut durch Terahertz-Strahlung erkennbare Strukturen zu verwenden, um die Oberfläche des Patienten hervorzuheben. Denkbar sind hier beispielsweise Metallstrukturen oder sonstige Materialien umfassende Strukturen, die von Terahertz-Strahlung nicht oder nur in sehr geringem Maße durchdrungen werden. Die Marker und/oder das Gitter können dabei beispielsweise als steriles Einwegprodukt ausgeführt werden. So kann die Lokalisierung der Oberfläche und das Tracking der Patientenbewegung weiter verbessert werden.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine medizinische Einrichtung zur Verwendung während eines chirurgischen und/oder strahlentherapeutischen Eingriffs, umfassend eine Terahertz-Messeinrichtung zur Vermessung wenigstens eines Teils der Oberfläche eines Patienten, eine Röntgeneinrichtung zur Aufnahme von Fluoroskopiebildern während des Eingriffs und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße medizinische Einrichtung übertragen.
Diese kann insbesondere auch aus der Röntgeneinrichtung bestehen, an der die Terahertz-Messeinrichtung fest angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich um eine Röntgeneinrichtung mit einem C-Bogen, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler und ein Röntgendetektor angeordnet sind. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Terahertz-Messeinrichtung an dem C-Bogen angeordnet wird, insbesondere benachbart dem Röntgenstrahler bzw. dem Röntgendetektor, so dass ein im Wesentlichen dem Blickfeld der Röntgeneinrichtung entsprechendes Blickfeld der Terahertz-Messeinrichtung auf den Patienten gegeben ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße medizinische Einrichtung,
2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens einer ersten Ausführungsform, und
3 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform.
1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen medizinischen Einrichtung 1. Die medizinische Einrichtung 1 umfasst eine Röntgeneinrichtung 2, welche einen C-Bogen 3 aufweist, an dem sich gegenüberliegend ein Röntgenstrahler 4 und ein Röntgendetektor 5 angeordnet sind. Der Röntgenstrahler 4 und der Röntgendetektor 5 bilden eine Aufnahmeanordnung, die aufgrund mehrerer vorhandener Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens 3, insbesondere auch eine Rotation um einen Patienten 6 ermöglichend, bezüglich des Patienten 6 auf einer Patientenliege 7 der Röntgeneinrichtung 2 positioniert werden kann. Ein Erfassungsbereich 8 der Aufnahmeanordnung umfasst dabei einen Teil des Patienten 6. Der C-Bogen 3 wird dabei so positioniert, dass ein Eingriffsgebiet für einen chirurgischen Eingriff, mithin eine Operation, aufgenommen werden kann.
Der C-Bogen 3 wird von einer geeigneten Halterung 9, beispielsweise einem Stativ oder einem Roboterarm, der einen Teil der Bewegungsfreiheitsgrade des C-Bogens realisiert, getragen. Der Betrieb der Röntgeneinrichtung 2 wird über eine Steuereinrichtung 10 gesteuert, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, was im Folgenden noch näher dargelegt werden wird.
Ersichtlich sind detektorseitig an dem C-Bogen 3, hier nur sehr schematisch dargestellt, ein Terahertz-Sender 11 und ein Terahertz-Empfänger 12 vorgesehen, die mithin mit der Aufnahmeanordnung aus dem Röntgenstrahler 4 und dem Röntgendetektor 5 und dem C-Bogen 3 bewegt werden, während eine feste geometrische Beziehung zwischen dem Röntgendetektor 4 und der aus dem Terahertz-Sender 11 und dem Terahertz-Empfänger 12 gebildeten Terahertz-Messeinrichtung 16, die einen weiteren Bestandteil der medizinischen Einrichtung 1 bildet, besteht. Die Terahertz-Messeinrichtung 16 ist hier als eine Terahertz-Kamera ausgebildet, das bedeutet, der Terahertz-Sender 11 und der Terahertz-Empfänger 12 sind in einer gemeinsamen Baueinheit verbaut, konkret hier sogar als eine gemeinsame Sende-Empfangs-Vorrichtung ausgebildet.
Über von dem Terahertz-Sender 11 ausgesandte Terahertz-Strahlung 13 kann ersichtlich die Oberfläche 14 des Patienten 6 trotz einer hier nur angedeuteten sterilen Abdeckung 15 abgetastet werden, da die sterile Abdeckung 15 für die Terahertz-Strahlung 13 kein Hindernis darstellt. Die von der Oberfläche 14 des Patienten 6 reflektierte Terahertz-Strahlung 13 wird von dem Terahertz-Empfänger 12 wieder empfangen und bezüglich der Laufzeit ausgewertet. So lässt sich aus den Messdaten eine Abstandsinformation ermitteln, mithin lässt sich im vorliegenden Fall durch mehrdimensionale Abtastung ein dreidimensionales Abbild des abgetasteten Teils der Oberfläche 14 des Patienten 6 als Oberflächeninformation bestimmen.
Dabei wird vorliegend, insbesondere aufgrund der geschickten Anordnung der Terahertz-Messeinrichtung 16, auch wenigstens ein Teil der Oberfläche im Eingriffsgebiet abgetastet, nachdem sich eine entsprechende Ausrichtung der Aufnahmeanordnung auf das Eingriffsgebiet ergibt.
Oberflächeninformationen zu verschiedenen Zeitpunkten werden nun durch die Steuereinrichtung 10 ausgewertet, um eine Bewegungsinformation zu bestimmen, letztlich also festzustellen, ob eine Bewegung des Patienten im Vergleich zu einem früheren Zeitpunkt stattgefunden hat. Eine derart ermittelte Bewegungsinformation kann ausgewertet werden, indem Hinweise und/oder Warnungen ausgegeben werden, eine Nachführung einer Registrierung erfolgt oder die Aufnahme von Fluoroskopiebildern mit der Röntgeneinrichtung 2 getriggert wird.
Denn im Rahmen des hier vorzunehmenden Eingriffs soll eine Überwachung desselben durch Aufnahme von Fluoroskopiebildern mit der Röntgeneinrichtung 2, konkret also der Aufnahmeanordnung, erfolgen. Derartige Fluoroskopiebilder liefern Informationen in Echtzeit über bei dem Eingriff verwendete Instrumente, Implantate und dergleichen sowie Teile der Anatomie des Patienten 6. Um an den Eingriff beteiligten Personen auch weitere, insbesondere dreidimensionale Information zur Verfügung stellen zu können, werden die zweidimensionalen Fluoroskopiebilder mit einem dreidimensionalen, vor dem Eingriff mit einer anderen Bildaufnahmeeinrichtung aufgenommenen dreidimensionalen Bilddatensatz, beispielsweise einem CT-Bilddatensatz oder einem Magnetresonanz-Bilddatensatz, registriert. Dadurch ist eine Informationsfusion möglich, das bedeutet, Informationen aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz und den Fluoroskopiebildern können in einer gemeinsamen Darstellung, beispielsweise einer Überlagerung der Fluoroskopiebilder auf eine Ansicht des dreidimensionalen Bilddatensatzes, dargestellt werden. Bewegt sich nun der Patient, ist diese Registrierung grundsätzlich nicht mehr gültig, so dass auch Abweichungen in der Darstellung auftreten können. Hiermit beschäftigt sich das erfindungsgemäße Verfahren, welches die Bewegung des Patienten 6 mittels der Oberflächeninformationen der Terahertz-Messeinrichtung 16 nachverfolgt.
Hierzu seien nun zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf die 2 und 3 näher erläutert.
2 zeigt einen Ablaufplan einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird in einem Schritt 17, nachdem der Patient 6 auf der Patientenliege 7 positioniert wurde, zunächst, während der Patient den Atem anhält, eine Mehrzahl von Projektionsbildern unter unterschiedlichen Projektionsrichtungen mit der Röntgeneinrichtung 2 aufgenommen, beispielsweise unter Rotation des C-Bogens 3 um den Patienten 6. Aus diesen Projektionsbildern kann ein dreidimensionales Registrierungsbild 18 ermittelt werden. Gleichzeitig wird jedoch, in einer Stellung des C-Bogens 3, die später auch zur Aufnahme der Fluoroskopiebilder genutzt wird, im Schritt 17 mit der Terahertz-Messeinrichtung 16 eine Referenzoberflächeninformation 19 aufgenommen. Denn der Bewegungszustand bei angehaltenem Atem, für den das Registrierungsbild 18 aufgenommen wird, entspricht einem Referenzbewegungszustand, mit dem zu einem späteren Zeitpunkt verglichen werden soll, ob sich der Patient noch im selben Bewegungszustand befindet.
Entsprechend wird das Registrierungsbild 18 in einem Schritt 20 nun auch genutzt, um eine Registrierung des Koordinatensystems der Röntgeneinrichtung 2 mit dem präoperativen dreidimensionalen Bilddatensatz 21 herzustellen. Die in dem Schritt 20 ermittelte Registrierung ermöglicht die Informationsfusion des dreidimensionalen Bilddatensatzes 21 mit später aufgenommenen Fluoroskopiebildern der Röntgeneinrichtung 2, die entsprechend im selben Koordinatensystem entstehen. Die entsprechenden Schritte, um eine Darstellung aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz 21 und den Fluoroskopiebildern zu erzeugen, sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt und daher hier nicht näher dargestellt.
Sobald der Patient weiter atmet und der Eingriff durchgeführt werden kann, werden in einem Schritt 22 kontinuierlich oder intermittierend mit der Terahertz-Messeinrichtung 16 den aktuellen Bewegungszustand des Patienten 6 beschreibende Oberflächeninformationen 23 bestimmt. Diese Oberflächeninformationen 23 werden nun mit der Oberflächeninformation 19 verglichen, Schritt 24, um eine Bewegungsinformation 25 zu ermitteln, die letztlich angibt, wie stark die zum späteren Zeitpunkt vermessene Oberfläche 23 des Patienten 6 von der zu dem früheren Zeitpunkt, also dem Referenzzeitpunkt, vermessenen, durch die Referenzoberflächeninformation 19 beschriebenen Oberfläche abweicht. Dies gibt einen Hinweis darauf, wie stark sich der Patient 6 bewegt hat, sei es durch Umlagerung des Körpers oder durch den periodischen Atemvorgang selber.
In einem Schritt 26 wird nun überprüft, ob eine so starke Patientenbewegung im Vergleich zum durch die Referenzoberflächeninformation 19 beschriebenen Referenzzeitpunkt vorliegt, dass eine Maßnahme erforderlich ist, bzw., in einem Spezialfall, ob der Bewegungszustand sogar (wieder) völlig mit dem Bewegungszustand zum Referenzzeitpunkt übereinstimmt. Mit anderen Worten besteht generell die Auswertung im Schritt 26 darin, die Bewegungsinformation 25 gegenüber wenigstens einem, insbesondere durch wenigstens einen Schwellwert charakterisierten Kriterium zu überprüfen. Trifft kein Kriterium zu, Pfeil 27, wird mit der kontinuierlichen bzw. intermittierenden Überwachung des Bewegungszustands des Patienten 6 fortgefahren.
Es existieren nun verschiedene Möglichkeiten, anhand von Kriterien im Hinblick auf die Registrierung des Schritts 20 weiter zu verfahren. Diese sind weitgehend alternativ, wobei jedoch auch für Bewegungsarten unterschieden werden kann, so dass beispielsweise bei den periodisch auftretenden Patientenbewegungen, wie der Atembewegung, andere Maßnahmen vorgesehen sein können als bei einer Umlagerung des Patienten, wie sie beispielsweise bei einer Bronchoskopie auftreten kann, wenn der Patient selbst eine Bewegung vornimmt.
Zum einen ist es möglich, Schritt 28, abhängig von der Abweichung einen Hinweis und/oder eine Warnung auszugeben. So kann beispielsweise dann, wenn eine große Abweichung vom Bewegungszustand, auf den sich die Registrierung bezieht, vorliegt, eine Warnung ausgegeben werden, so dass einer an dem Eingriff beteiligten Person die Information zuteil wird, dass die Registrierung nicht verlässlich ist. Die Person kann dann, wenn es sich beispielsweise um eine Umlagerung des Patienten 6 gehandelt hat, die Registrierung manuell nachführen oder dergleichen. Es ist jedoch auch eine hinweisartige Ausgabe denkbar, insbesondere bezogen auf periodische Bewegungen. So ist es beispielsweise im Fall der Atembewegung möglich, durch eine farbige Anzeige, insbesondere eine ampelartige Anzeige, anzugeben, ob gerade wieder (insbesondere unter Beachtung eines Toleranzbereichs) dieselbe Atemphase wie beim Referenzzeitpunkt vorliegt. Dann kann beispielsweise eine grüne Anzeige gegeben werden. Gelbe Anzeigen können mittlere Abweichungen bedeuten, rote Anzeigen deuten eine deutliche Abweichung an. So ist einer am Eingriff beteiligte Person immer bewusst, wann die Registrierung wieder zutrifft. Bezüglich der Atembewegung kann auch eine Art Skala verwendet werden, die deren periodischen Ablauf nachempfunden ist und gegebenenfalls entsprechend farbcodiert ist.
Gemäß einem Schritt 29 kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme von Fluoroskopiebildern mit der Röntgeneinrichtung 2 anhand der Bewegungsinformation 25 getriggert wird. Das bedeutet, immer dann, wenn die Bewegungsinformation 25 anzeigt, dass sich der Patient 6 – gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines Toleranzbereichs – wieder im selben Bewegungszustand befindet, auf den sich die Registrierung bezieht, werden Fluoroskopiebilder aufgenommen, für welche dann die in Schritt 20 ermittelte Registrierung zutreffend ist. So kann beispielsweise immer in derselben Atemphase, die dem Atemanhalten in Schritt 17 entspricht, ein Fluoroskopiebild aufgenommen werden.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn gemäß Schritt 30 eine Aktualisierung der im Schritt 20 ermittelten Registrierung bei einer Abweichung erfolgt. Das bedeutet, die Registrierung wird letztlich der tatsächlichen, vermessenen Bewegung des Patienten 6 nachgeführt. Hierzu kann aus einem Bewegungsmodell, das die Bewegung im Inneren des Patienten 6 in Abhängigkeit von der Bewegung der Oberfläche des Patienten 6 beschreibt, eine Abbildungsvorschrift abgeleitet werden, die es ermöglicht, die Oberflächenbewegung auf eine Bewegung im Inneren des Patienten 6 abzubilden, so dass eine Aktualisierung der Registrierung zwischen dem dreidimensionalen Bilddatensatz 21 und den Fluoroskopiebildern möglich ist.
Selbstverständlich wird bei einer derartigen Aktualisierung der Registrierung die Referenzoberflächeninformation 19 immer auf die der letzten Aktualisierung der Registrierung zugrundeliegende Oberflächeninformation gesetzt, denn es muss ja überwacht werden, ob eine Abweichung von der aktuell gültigen Registrierung vorliegt. Selbstverständlich wird auch nach einer Aktualisierung der Registrierung 30 die kontinuierliche oder intermittierende Überwachung der Patientenbewegung fortgesetzt.
Wie bereits dargelegt, handelt es sich bei den Schritten 28, 29 und 30 nicht um zwangsläufige Alternativen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nur für die Atembewegung eine Triggerung bzw. Aktualisierung der Registrierung erfolgt, wobei Registrierungsparameter dann auch für verschiedene Atemphasen gespeichert und wieder verwertet werden können. Zusätzlich kann eine Anzeige des Atemstatus vorgesehen werden und es kann dann, wenn eine andere Bewegung, beispielsweise eine Patientenumlagerung, auftritt, eine Warnung ausgegeben werden. Verschiedenste Ausgestaltungen sind mithin denkbar.
Für die gemäß 2 dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Kenntnis einer Registrierung des Koordinatensystems der Röntgeneinrichtung 2 zu dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung 16 nicht zwangsläufig notwendig. Liegt eine solche vor, kann sie jedoch sinnvoll eingesetzt werden, um die Registrierung im Schritt 20 ohne Aufnahme eines Registrierungsbildes im Schritt 17 durchzuführen, was durch 3, die einen teilweisen Ablaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt, näher dargelegt werden soll. Dabei sei bereits an dieser Stelle angemerkt, dass bezüglich der Schritte 22, 24, 26 und 28 bis 30 keine Änderung vorliegt, so dass diese Schritte als Block 31 in 3 zusammengefasst sind.
Im zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Schritt 32 zunächst eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung 16 und der Röntgeneinrichtung 2 hergestellt. Dies kann aufgrund einer festen oder zumindest bestimmbaren räumlichen Beziehung zwischen der Terahertz-Messeinrichtung 16 und der Röntgeneinrichtung 2, insbesondere der Aufnahmeanordnung, und/oder aufgrund einer Kalibrierungsmessung geschehen. Wird eine medizinische Einrichtung 1 gemäß 1 verwendet, liegt ganz offensichtlich immer eine feste oder zumindest bestimmbare räumliche Beziehung zwischen der Terahertz-Messeinrichtung 16 und der Röntgeneinrichtung 2 vor. Die bestimmbare Beziehung verweist dabei auf einen Fall, in dem beispielsweise die Ausrichtung des Röntgendetektors 5 und/oder der Terahertz-Messeinrichtung 16 veränderbar ist. Eine solche Veränderung der Ausrichtung und somit der räumlichen Beziehung kann über entsprechende Sensoren oder die verwendeten Ansteuerungsbefehle nachvollzogen werden, so dass die räumliche Beziehung bestimmbar bleibt. Denkbar ist es bei einer festen oder bestimmbaren räumlichen Beziehung aber auch, dass eine insbesondere einmalige Kalibrierungsmessung vorgenommen wird, wobei vorzugsweise ein Phantom eingesetzt werden kann.
Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass aber auch Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung denkbar sind, bei denen die Röntgeneinrichtung 2, insbesondere der C-Bogen 3 und/oder die Terahertz-Messeinrichtung 16, mobil sind, mithin bezüglich einander beliebig positionierbar. Dann kann vorgesehen sein, wenn eine Kalibrierungsmessung unter Verabreichung von Röntgenstrahlung vermieden werden soll, die Röntgeneinrichtung 2 und die Terahertz-Messeinrichtung 16 mit Positionssensoren zu versehen, so dass sich ihre räumliche Beziehung feststellen lässt und auf dieser Basis eine Registrierung ihrer Koordinatensysteme erfolgen kann.
Schritt 32 kann also, je nach verwendeter medizinischer Einrichtung 1, einmalig, zur Nachführung von mechanischen Abweichungen in großen Abständen mehrmals, oder aber unmittelbar vor dem entsprechenden Eingriff durchgeführt werden.
In einem Schritt 33, welcher auch bereits vor dem Eingriff erfolgen kann und unabhängig von der medizinischen Einrichtung 1 selber ist, wird aus dem dreidimensionalen Bilddatensatz 21 eine Oberfläche des Patienten 6 im Zielgebiet extrahiert. Dies ist beispielsweise über einfache Kantendetektions- oder Segmentierungsverfahren möglich. Hierdurch kann also eine Oberflächeninformation 34 über die Oberfläche des Patienten 6 zum Zeitpunkt der Aufnahme des präoperativen Bilddatensatzes 21 ermittelt werden, welche gespeichert wird.
Ist der Patient 6 auf der Patientenliege 7 positioniert und alles für den Eingriff vorbereitet, wird in einem Schritt 35 eine Referenzmessung mit der der Terahertz-Messeinrichtung 16 durchgeführt, so dass eine Referenzoberflächeninformation 36 ermittelt werden kann.
Die durch die Oberflächeninformation 34 und die Referenzoberflächeninformation 36 beschriebenen Oberflächen können nun in einem Schritt 37 miteinander in Einklang gebracht werden (Oberflächen-Matching), so dass eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung 16 und dem Koordinatensystem des Bilddatensatzes 21 resultiert. Nachdem aber, vgl. Schritt 32, auch eine Abbildungsvorschrift zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung 16 und der Röntgeneinrichtung 2 bekannt ist, lässt sich in Schritt 37 auch eine Registrierung zwischen dem Bilddatensatz 21 und dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung 2, mithin den Fluoroskopiebildern, ermitteln.
Sobald diese Registrierung wiederum bekannt ist, wird im Block 31 wie bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben kontinuierlich der Bewegungszustand des Patienten 6 überwacht.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es im erfindungsgemäßen Verfahren durchaus auch möglich ist, die Registrierung zwischen dem Bilddatensatz 21 und den Fluoroskopiebildern anhand von externen und/oder internen Markern, die auf und/oder in dem Patienten 6 angeordnet werden, vorzunehmen. Dies ist jedoch weniger bevorzugt, nachdem wie hier beschrieben weniger aufwändige Methoden zur Verfügung stehen. Eine andere denkbare Möglichkeit ist es auch, dass die relative räumliche Anordnung zwischen der zur Aufnahme des dreidimensionalen Bilddatensatzes 21 verwendeten Bildaufnahmeeinrichtung und der Röntgeneinrichtung 2 grundsätzlich bekannt ist und hierdurch bereits eine Registrierung hergeleitet werden kann.
Schließlich sei noch angemerkt, dass, um die Erkennung der Oberfläche 14 des Patienten 6 noch weiter verbessern zu können, auch Marker und/oder Gitter, die für die Terahertz-Strahlung 13 besonders deutlich sichtbar sind, verwendet werden können. Der im Zielgebiet liegende, zu vermessende Teil der Oberfläche 14 des Patienten 6 wird dann mit diesen Hilfsmitteln versehen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005036322 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Berücksichtung einer Patientenbewegung während eines chirurgischen und/oder strahlentherapeutischen Eingriffs, wobei aktuelle Informationen über einen Eingriffsbereich des Patienten (6) liefernde Fluoroskopie-Bilder einer Röntgeneinrichtung (2) zur Informationsfusion mit wenigstens einem vor dem Eingriff aufgenommenen, insbesondere dreidimensionalen Bilddatensatz (21) registriert sind oder werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens einen Teil der Oberfläche (14) des Patienten (6), insbesondere in dem Eingriffsgebiet, beschreibende Oberflächeninformation (19, 23, 36) aus Messdaten einer Terahertz-Messeinrichtung (16) mit einem Terahertz-Sender (11) und einem Terahertz-Empfänger (12) ermittelt werden und aus dem Vergleich von Oberflächeninformationen (19, 23, 36) wenigstens eines früheren Zeitpunkts mit einem aktuellen Zeitpunkt die Patientenbewegung beschreibende Bewegungsinformationen (25) ermittelt werden, welche im Hinblick auf die Registrierung ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eine zu starke räumliche Abweichung zu einem Bewegungszustand, auf den sich die Registrierung bezieht, beschreibenden Bewegungsinformation (25) ein Hinweis und/oder eine Warnung an eine den Eingriff durchführende Person ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Registrierung in Abhängigkeit von der Bewegungsinformation (25) aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung der Registrierung anhand einer Ermittlung einer im Inneren des Patienten (6) stattfindenden Bewegung aus der auf die Oberfläche (14) bezogenen Bewegungsinformation (25) gemäß einer Abbildungsvorschrift erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbewegung zum Inneren des Patienten (6) hin interpoliert oder extrapoliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktualisierung der Registrierung in Abhängigkeit eines auf das Eingriffsgebiet bezogenen Bewegungsmodells erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer periodischen Bewegung, insbesondere einer Atembewegung, wenigstens eine Aufnahme eines Fluoroskopiebildes anhand der Bewegungsinformation (25) getriggert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , dass Fluoroskopiebilder nur zu einem der Aufnahme des Bilddatensatzes (21) entsprechenden Zeitpunkt der Periode aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Registrierung des Bilddatensatzes (21) mit einem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung (2) ein zwei- oder dreidimensionales Registrierungsbild (18) in einem insbesondere der Aufnahme des Bilddatensatzes (21) entsprechenden Bewegungszustand aufgenommen wird und der Bilddatensatz (21) mit dem Registrierungsbild (18) registriert wird, wobei mit der Aufnahme des Registrierungsbildes (18) eine dem früheren Zeitpunkt zugeordnete Referenzoberflächeninformation (19) aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung (2) und dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung (16) ermittelt wird, welche im Rahmen der Registrierung des Bilddatensatzes (21) mit den Fluoroskopiebildern eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Messeinrichtung (16) und eine Aufnahmeanordnung der Röntgeneinrichtung (2) in einer festen räumlichen oder einer bestimmbaren Beziehung zueinander angeordnet sind, wobei die Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Röntgeneinrichtung (2) und dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung (16) aufgrund der bekannten räumlichen Beziehung und/oder anhand einer insbesondere einmaligen Kalibrierungsmessung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer frei wählbaren räumlichen Beziehung zwischen der Terahertz-Messeinrichtung (16) und der Röntgeneinrichtung (2) die Registrierung aufgrund der Messdaten von an der Terahertz-Messeinrichtung (16) und der Röntgeneinrichtung (2) vorgesehenen Positionssensoren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Registrierung zwischen dem Koordinatensystem der Terahertz-Messeinrichtung (16) und dem Bilddatensatz (21) durch einen Abgleich einer aus der Oberflächeninformation (36) der Terahertz-Messeinrichtung (16) und einer aus dem Bilddatensatz (21) extrahierten Oberfläche durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der zu vermessende Teil der Oberfläche (14) des Patienten (6) mit wenigstens einem für Terahertz-Strahlung (13) sichtbaren Marker und/oder einem für Terahertz-Strahlung (13) sichtbaren Gitter versehen wird.
Medizinische Einrichtung (1) zur Verwendung während eines chirurgischen und/oder strahlentherapeutischen Eingriffs, umfassend eine Terahertz-Messeinrichtung (16) zur Vermessung wenigstens eines Teils der Oberfläche (14) eines Patienten (6), eine Röntgeneinrichtung (2) zur Aufnahme von Fluoroskopiebildern während des Eingriffs und eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (10).