DE102013109057A1 - Verfahren zur Planung und Vorbereitung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper, Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Eingriffs und Verwendung der Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Planung und Vorbereitung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper, Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Eingriffs und Verwendung der Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere zum Einsatz wenigstens eines Implantats, bei dem mit Hilfe einer Bildassistenzeinrichtung mindestens zwei jeweils mehrdimensionale Darstellungen zumindest eines Abschnitts des Körpers gezeigt werden, von denen sich wenigstens zwei Darstellungen in Bezug auf die Anzahl der Dimensionen der Darstellung unterscheiden, sowie eine Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Eingriffs nach einem Ergebnis oder Teilergebnis der Planung und die Verwendung der Vorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere zum Einsatz wenigstens eines Implantats, bei dem mit Hilfe einer Bildassistenzeinrichtung mindestens zwei jeweils mehrdimensionale Darstellungen zumindest eines Abschnitts des Körpers gezeigt werden, von denen sich wenigstens zwei Darstellungen in Bezug auf die Anzahl der Dimensionen der Darstellung unterscheiden, sowie eine Vorrichtung zum Ausführen eines solchen Eingriffs nach einem Ergebnis oder Teilergebnis der Planung und die Verwendung der Vorrichtung.
  • Ein Implantat ist ein in den Körper einzusetzendes insbesondere künstliches Material bzw. Teil, das permanent oder zumindest für einen längeren Zeitraum im Körper verbleibt.
  • Implantate werden z. B. nach medizinischen, funktionellen oder plastischen Implantaten unterschieden. Im Gegensatz zum Implantat wird z. B. eine Exoprothese außen am Körper angebracht.
  • Medizinische Implantate können z. B. Herzschrittmacher, Stents und Gefäßprothesen, Kunstherzen oder Portkatheter sein. Es sind darüber hinaus Cochlea-Implantate sowie Retina-Implantate bekannt.
  • In der Zahnmedizin ersetzen Zahnimplantate mit Befestigungsankern die natürlichen Zähne.
  • Des Weiteren sind Implantate bekannt, die dazu dienen, ein Depot eines Arzneistoffs zu bilden. Nach Verbrauch des Arzneistoffs werden die Implantate ersetzt.
  • Eine weitere wichtige Gruppe sind Implantate, die z. B. beschädigte Gelenke ersetzen. Die Unfallchirugie setzt Implantate zur operativen Behandlung von Knochenbrüchen ein. Bei Schädeldefekten nach einer Trepanation oder nach einer Resektion werden Implantate aus Titan zur individuellen Schädelrekonstruktion als Knochenersatz eingesetzt.
  • Funktionelle Implantate dienen z. B. der Überwachung von Tieren oder Menschen. Hierbei können RFD-Chips unter der Haut des Patienten eingepflanzt werden.
  • Plastische Implantate werden in der plastischen Chirurgie z. B. als Ersatz für zerstörte Körperteile oder auch zur Vergrößerung von vorhandenen Körperteilen verwendet.
  • Heutzutage werden die meisten operativen Eingriffe zur Einbringung eines Implantats durch ein rechnergestütztes Verfahren zum Abgleich von Patientendaten, insbesondere Patientenbildern, und möglichen Implantaten geplant, beispielsweise in Form von insbesondere digitalen Bildern, die unter Verwendung einer Computer-Modellerstellungs-Software interaktiv geprüft werden können.
  • Patientenbilder sind beispielweise Röntgenaufnahmen, bei denen es sich um 2D-Aufnahmen bzw. -Bilder handelt, sowie volumenbasierte Aufnahmen, wie beispielsweise CT oder MRT, bei denen es sich um 3D-Aufnahmen bzw. -Bilder handelt.
  • Volumenbasierte Aufnahmen, also 3D-Aufnahmen bzw. Bilder, bestehen in der Regel aus mehreren Ursprungsschichten von 2D-Bildern (sog. 2D-Schichten). Volumenbasierte Aufnahmen können in einzelne 2D-(Bild-)schichten unterteilt werden.
  • Volumenbasierte Bilder werden im Gegensatz zu 2D-Aufnahmen bzw. Bildern bereits bei der Aufnahme skaliert. Dies bedeutet, dass Größe des aufgenommenen Gegenstands und Maßstab der Aufnahme bekannt sind. Die jeweiligen Datenangaben zur jeweiligen Skalierung des Bildes werden gemeinsam mit der jeweiligen volumenbasierten Aufnahme als Datensatz gespeichert.
  • Demgegenüber müssen 2D-Bilder in der Regel von dem Planer/Operateur zur Planung eines operativen Eingriffs im Vorfeld der Planung skaliert werden, um Maßstab und mögliche Verzerrungen in der Tiefe des dargestellten Abschnitts eines Patientenkörpers festlegen zu können.
  • Soweit im Folgenden von 2D- und/oder 3D-Patientenbildern die Rede ist, wird hierunter neben der eigentlichen Abbildung auch der zugrundeliegende Datensatz verstanden.
  • Gegenstand der präoperativen Planung können beispielsweise operative Eingriffe wie Knochenresektionen, Einsetzen von Implantaten sowie Auswahl von deren Größe und Typ und verschiedene geometrische Erfordernisse, einschließlich relevanter Bemessungen, wie zum Beispiel Höhe, Breite, Umfang, Ausrichtung bestimmter Skelettteile, Knochen, Weichteile, Gewebe und Organen sein.
  • Bei einer chirurgischen Versorgung durch Einbringen eines Implantats werden bei der präoperativen Planung 2D-Patientenbilder, in der Regel Röntgenbildgebung, gegenüber 3D-Patientenbildern bevorzugt, da der Patient mit einer geringeren Strahlendosis belastet wird und ein 2D-Patientenbild bzw. das entsprechende Aufnahmesystem einfacher zu handhaben ist. Mit einem 2D-Patientenbild ist jedoch unter anderem in der Skalierung sowie in der räumlichen Tiefe in Blickrichtung der Aufnahme, also beispielsweise in Projektionsrichtung einer Röntgenanlage, eine Unsicherheit verbunden. Dies wirkt sich beispielsweise dahingehend aus, dass es schwer ist zu klären, ob ein Implantat beispielsweise richtig an einem Knochen des Patienten anliegt oder anliegen würde. Weitere Unsicherheiten bestehen dahingehend, ob Befestigungsmittel für das Implantat, z. B. Schrauben, richtig in einem Knochen greifen oder ob sie über einen Knochen hinausstehen oder in angrenzende Knochen und/oder anliegendes Gewebe und/oder Weichteile eindringen oder eindringen würden.
  • Planungsdaten können hier in Form der 2D-Bilddaten vorliegen bzw. aus diesen z. B. durch Bildbetrachtung oder -vermessung gewonnen werden.
  • Bekannte rechnergestützte Systeme zur präoperativen Planung können dem Planer/Operateur zusätzlich zur Darstellung von Patientenbildern und von möglichen Implantaten auch eine Auswahl eines bestimmten Implantats und dazugehöriger Instrumente, die bei dem chirurgischen Eingriff zu verwenden sind, vorschlagen. Gleiches gilt für Gattungen derartiger Implantate oder Instrumente.
  • Ferner ist bekannt, zum Beispiel eine individuell angepasste oder patientenspezifische Lager-Gelenkverbindung eines Kniegelenks auf der Basis des Bewegungsprofils und der Weichgewebe-/Bänderinformationen auszulegen, die für einen bestimmten Patienten zur Verfügung stehen. Ferner können Bewegungsinformationen für den Patienten durch eine reale Ganganalyse des Patienten oder durch eine Computer-Modellerstellungs-Software erhalten werden, die die 3D-Patientenbilder der Gelenke des Patienten und der dazugehörigen Bänder, Muskel- und anderen Weichgewebe zum Ableiten einer Bewegungsanalyse des Patienten und entsprechender Empfehlungen für eine Weichgewebe-Modifizierung, wie zum Beispiel Lösen eines Bandes, verwendet.
  • Die Beurteilung der Operations-Situation und der Anpassung von Implantaten an den individuellen Patienten hängt wegen der oben erläuterten Nachteile der 2D-Patientenbilder jedoch sehr stark von den Erfahrungen des Operateurs und seiner Fähigkeit zur räumlichen Bildinterpretation der 2D-Bilddaten ab.
  • Bekannte rechnergestützte Systeme zur präoperativen Planung ermöglichen beispielsweise auch, dreidimensionale Bilder der Anatomie eines Patienten auf einer Computeranzeige oder einem anderen elektronischen Bildschirm zu betrachten und als Hardcopy auf einem Film oder einem anderen Medium zu reproduzieren und durch direkte oder indirekte Beleuchtung oder Hintergrundbeleuchtung zu betrachten. Ein Bild kann für eine Betrachtung auf jeder geeigneten Bildschirmgröße bemessen sein und kann beschnitten, gedreht etc. werden, wie von der Person (z. B. Planer/Operateur), die den Bildschirm anschaut, gewählt.
  • Während des Planungsprozesses kann zudem simuliert werden, zu der betroffenen Anatomie gehöriges Weichgewebe zu modifizieren oder zu entfernen oder zu reparieren, um zum Beispiel die Ausrichtung eines Gelenks wiederherzustellen oder gerissenes oder krankes Gewebe zu entfernen oder Bänder zu schneiden oder zu reparieren oder natürliche oder künstliche Bändertransplantate vorzusehen. Informationen über Weichgewebe können wahlweise als zusätzliche Auslegungsparameter für die Auswahl eines geeigneten Implantats verwendet werden.
  • Aus der DE 11 2011 100 810 T5 sind ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zum Herstellen eines Implantats bekannt. Hierbei wird ein dreidimensionales Bild eines Gelenks des Patienten erstellt und ein Implantat ausgewählt, das nicht individuell an das Gelenk des Patienten angepasst ist. Das Implantat wird nunmehr derart modifiziert, dass es patientenspezifisch ist. Hierbei werden mindestens sechs Winkel des Implantats modifiziert. Dabei werden anatomische und medizinische Informationen eines Patienten unter interaktiver Beteiligung eines Chirurgen integriert, um ein Implantat und wahlweise damit in Zusammenhang stehende chirurgische Instrumente für einen bestimmten Patienten aus im Wesentlichen drei Optionen auszuwählen und herzustellen: Sämtliche Implantatkomponenten, Ausrichtungsführungen und anderen Einweg-Instrumente können in einem Paket enthalten sein, das einem Chirurgen für einen spezifischen Patienten zur Verfügung gestellt wird.
  • Bei der bekannten Verwendung nur von 2D-Patientenbildern oder nur von 3D-Patientenbildern zur Planung eines operativen Eingriffs besteht jedoch der Nachteil, dass beispielsweise Verschiebungen von Gelenken, Belastungs- und Entlastungen von Knochen und Gelenken, insbesondere pathologische Verformungen der Wirbelsäule wie beispielsweise Kyphose oder Lordose, oder unterschiedliche Belastungsprofile nicht in allen Aufnahmesystemen abbildbar sind.
  • So können beispielsweise Volumenpatientenbilder nur beim liegenden Patienten aufgenommen werden; hier erfolgt also eine Aufnahme des Patienten häufig in einem entlasteten zustand.
  • 2D-Patientebilder, z. B. Röntgenaufnahmen, der Wirbelsäule, werden hingegen häufig bei stehenden Patienten aufgenommen, weil die Aufnahmesysteme diese Lage einfacher darstellen können und der betreffende Körperteil in seinem normalen Belastungszustand wiedergegeben werden kann.
  • Insbesondere bei der Planung von Eingriffen an der menschlichen oder tierischen Wirbelsäule, aber auch an deren Gelenken oder Skelettteilen, ist es jedoch von Vorteil, unterschiedliche Aufnahmesituationen und Lagen des Patienten, insbesondere stehende und liegende Situationen, beispielsweise zur Bestimmung der sagittalen Balance, einbeziehen zu können, zumal der operative Eingriff am liegenden Patienten vorgenommen wird.
  • Wünschenswert wäre es, die sich demgemäß aus 2D- und 3D-Patientenbildern ergebenden Informationen – insbesondere was den Belastungs- und Entlastungszustand insbesondere von Skelettteilen, Kochen, Gelenken, Wirbeln, Gewebe, Weichteilen anbelangt – dem Planer des operativen Eingriffs/Operateur auf einfache Weise zur Verfügung zu stellen, so dass er sie vorzugsweise gleichzeitig betrachten und weiterverarbeiten kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes insbesondere rechnergestütztes Verfahren zur präoperativen Planung, insbesondere zur Positionierung eines Implantats im menschlichen oder tierischen Körper, durch die mögliche gleichzeitige Darstellung und Bearbeitung mehrerer mehrdimensionaler Patientenbilder, ein Verfahren zur Weitergabe der Planungsdaten an ein externes Navigationsgerät zur Steuerung eines operativen Eingriffs sowie eine Vorrichtung zur Ausführung es Eingriffs nach den Ergebnissen der verfahrensgemäßen Planung und die Verwendung derselben zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Planung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausführung es Eingriffs nach den Ergebnissen der verfahrensgemäßen Planung und die Verwendung derselben gelöst und dient insbesondere dem Einsatz wenigstens eines orthopädischen Implantats.
  • Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die den 2D-Patientenbildern oder den 3D-Patientenbildern jeweils zu Grunde liegenden Informationen so zusammenzuführen oder zusammen berücksichtigen zu können, dass sie für die Visualisierung und/oder Bearbeitung des jeweils anderen Patientenbildes zur Verfügung stehen; insbesondere soll es möglich sein, die sich aus dem unbelasteten Zustand des Körpers in einem 3D-Patientenbild ergebenden Informationen für die Visualisierung und/oder Bearbeitung des 2D-Patientenbildes übertragen zu können, also die Informationen und Darstellung des 2D-Patientenbildes durch die Informationen und Darstellung des 3D-Patientenbildes zu ergänzen, zu ändern oder sonstwie zu modifizieren, bzw. umgekehrt.
  • Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, eine Skalierung der Informationen bei den Patientenbildern vornehmen zu können.
  • Soweit nicht anders ausgeführt werden die Begriffe Information und Daten im Folgenden synonym verwendet.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, durch die mögliche gleichzeitige Darstellung und Bearbeitung mehrerer mehrdimensionaler Patientenbilder Maßnahmen der Planung, insbesondere der Simulation, eines operativen Eingriffs an unterschiedliche Anatomiemodalitäten des Patienten in unterschiedlichen Aufnahmen, insbesondere 2D-Patientenbildern und 3D-Patientenbildern, anzupassen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Verfahren ungünstige biomechanische Ergebnisse vermeiden und durch eine optimierte Implantationsgeometrie ersetzen kann.
  • Erfindungsgemäß kann die präoperative Situation unter anderem durch eine automatische, halbautomatische oder manuelle Berechnung aller relevanten Winkel und sonstiger anatomischer oder operativer Parameter, etwa der Materialbeschaffenheit, der Größe etc. eines möglichen einzusetzenden Implantats, und der Patientendaten analysiert und dem Verfahren zu Grunde gelegt werden.
  • Das Verfahren zur Planung eines operativen Eingriffs wird an einer Bildassistenzeinrichtung durchgeführt, die dem Planer/Operateur eine archivierbare, speicherbare und reproduzierbare präoperative Planung ermöglicht und hierdurch seine Arbeit erleichtert.
  • Bildassistenzeinrichtung im Sinne dieser Erfindung ist jeglicher dem Planer/Operateur zugänglicher Datenträger mit dessen Hilfe mindestens zwei mehrdimensionale Darstellungen zumindest eines Abschnitts des Patientenkörpers zugänglich gemacht und gezeigt werden können, von denen sich wenigstens zwei Darstellungen wenigstens in Bezug auf die Anzahl der Dimensionen unterscheiden.
  • Ein Datenträger in diesem Sinne kann integraler oder externer Bestandteil der Verfahrensanordnung sein, wie zum Beispiel beispielsweise ein Personal Computer, ein Notebook, ein Tablet-Computer, ein Smartphone, ein Daten-Stick, eine CD, eine DVD, ein Cloud-System oder sonstige mobile und/oder feststehende bearbeitbare Speichermedien.
  • Erfindungsgemäß kann der Planer/Operateur der Bildassistenzeinrichtung gleichzeitig oder nacheinander mehrere auswählbare mehrdimensionale Patientenbilder, insbesondere in Form von 2D-Patientenbildern und 3D-Patientenbildern, zugänglich machen, abrufen, einspielen bzw. herunterladen und zeigen.
  • Die Bildassistenzeinrichtung erkennt die zugänglich gemachten Patientenbilder unter anderem in Bezug auf ihr Format z. B. als 3D-Bild und/oder 3D-Bilddaten bzw. als 2D-Bild und/oder 2D-Bilddaten.
  • Die zugänglich machbarenden Patientenbilder und/oder weitere Patienteninformationen können in einer medizinischen Einrichtung oder in einer Arztpraxis, beispielweise einem PACS-System oder einem anderen Datenspeicher, erhalten werden und können in elektronischer und/oder digitaler Form abgespeichert sein, wie beispielsweise in einer Festplatte, einer CD, einer DVD, einer Flash-Speichervorrichtung (z. B. Speicherstift, Compact-Flash, sichere Digitalkarte), einem sog. Cloud-System oder einer anderen mobilen oder feststehenden Speichervorrichtung.
  • Die Patientenbilder und Patienteninformationen können beispielsweise zu verschiedenen Zeitpunkten entstanden sein, 2D- und/oder 3D-Bild-Datensätze des Patienten und/oder, weitere Daten umfassen, insbesondere zu Körpergröße, Gewicht, Alter des Patienten, und etwa Daten aus vorangegangenen Eingriffen, Daten aus vorherigen Untersuchungen und/oder solche Daten umfassen, die in unmittelbaren Zusammenhang mit einer Operation erstellt wurden.
  • Die Informationen können der Bildassistenzeinrichtung beispielsweise elektronisch, über das Internet, unter Verwendung geeigneter Übertragungsprotokolle und/oder auf anderem Wege, insbesondere für den Abruf, zum Einspielen bzw. Herunterladen und Abbilden, zugänglich gemacht werden.
  • Die Datenübertragung kann direkt von der Festplatte eines Computers erfolgen oder mittels eines anderen mobilen oder feststehenden Datenträgers, etwa einer Festplatte, einer CD, einer DVD, einer Flash-Speichervorrichtung (z. B. Speicherstift, Compact-Flash, sichere Digitalkarte), einem sog. Cloud-System.
  • Darüber hinaus ist es vorstellbar, Patientenbilder aus einem PACS-System herunterzuladen. Ferner sind Übermittlungen per E-Mail oder andere digitale Übermittlungen zu jedem geeigneten Typ von Computervorrichtung, Smartphone, PDA oder anderen Vorrichtungen, über die elektronische Informationen übermittelt werden können, möglich.
  • Es ist auch denkbar, der Bildassistenzeinrichtung 2D-Schichten, aus denen ein 3D-Patientenbild berechnet und/oder erstellt wird, und/oder 2D-Schichten, die aus den Ursprungsschichten eines 3D-Patiendenbildes gewonnen werden, zugänglich und/oder anzeigbar zu machen und für die weitere Bearbeitung und/oder Planung des operativen Eingriffs sowie des Einsatzes eines orthopädischen Implantats zur Verfügung zu stellen. Gleiches gilt entsprechend für aus 2D-Patientenbildern und/oder 2D-Bilddaten gewonnenen 3D-Bilder.
  • Zur Darstellung eines 3D-Patientenbildes kann mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung in den dreidimensionalen Körper, beispielsweise Knochen, Gewebe, Gelenke oder Weichteile, insbesondere den Wirbeln der Wirbelsäule, eine Ebene gelegt werden, die horizontal oder vertikal oder in einem Winkel zur Achse des Körpers, beispielsweise Knochens, Gewebes, Gelenks oder Weichteils, insbesondere den Wirbeln der Wirbelsäule, der Wirbelsäule, verlaufen kann. Die Koordinaten der Ebene bestimmen die Koordinaten der 2D-Schicht und/oder des 3D-Patientenbildes und ermöglichen es, die Perspektive einer bestimmten zweidimensionalen Schicht des dreidimensionalen Körpers darzustellen. Die Berechnung der 3D-Bilddaten und/oder der 2D-Bilddaten kann automatisch erfolgen.
  • Ferner sind die 2D- und die 3D-Patientenbilder, die dem Verfahren zur Verfügung stehen, mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung in einer hochauflösenden MIP- bzw. einer MPR-Darstellung anzeigbar.
  • Darüber hinaus können der Bildassistenzeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weitere Informationen, wie z. B. Patientenbilder, Bemaßungsdaten, Funktionsdaten und/oder sonstige Referenzdaten, Soll-Werte, Standard-Werte und/oder allgemeine patientenunspezifische Daten und/oder Informationen zu Implantaten, wie beispielsweise 2D- und 3D-Modelle von Implantaten, Herstellerinformationen, Artikelnummer, Bemaßung, Material, Verwendungsanweisungen etc., der Implantate, und/oder Skizzen zugänglich gemacht werden.
  • Unter Skizze werden nachfolgend insbesondere allgemeingültige Darstellungen des operationsrelevanten Abschnitts eines Patientenkörpers verstanden, wie sie etwa in allgemeinen biologischen oder anatomischen Darstellungen verwendet werden.
  • Skizzen in diesem Sinne dienen insbesondere als Hilfsmittel zur besseren Visualisierung, Lokalisierung, etc. des dargestellten Abschnitts des Patientenköpers in 2D- und/oder 3D-Patientenbildern. Skizzen, insbesondere Wirbelsäulenskizzen, können insbesondere den operationsrelevanten Abschnitt des Patientenkörpers, insbesondere Skelettteil, Knochen, Gelenke, Gewebe, Weichteile etc. insbesondere in seitlicher Darstellung, insbesondere als 3D-Modell, zeigen.
  • Die vorgenannten Daten und Informationen können beispielsweise in einem Personal Computer, einem Notebook, einem Tablet-Computer, einem Smartphone, einem Daten-Stick, einer CD, einer DVD, einem Cloud-System, einem Datenarchiv oder einem sonstigen mobilen und/oder feststehenden bearbeitbaren Speichermedium gespeichert sein und der Bildassistenzeinrichtung in der oben dargestellten Weise verfügbar gemacht werden.
  • Patientenspezifische und allgemeine Informationen können insbesondere mit den patientenspezifischen Daten dargestellt, abgebildet und/oder abgespeichert werden.
  • Ferner können erfindungsgemäß mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 2D-Patientenbilder vor während oder nach deren Zugänglichmachung jeweils bearbeitet, insbesondere skaliert werden. Dabei werden automatisch, halb-automatisch oder manuell Abmessungen des abgebildeten Körperabschnitts des Patienten, insbesondere der Wirbelsäule, und/oder der Maßstab der Aufnahme mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung ermittelt, beispielweise durch Verwenden eines bekannten Referenzobjekts, etwa einer Kugel aus einem nicht-strahlendurchlässigen Material.
  • Der Skalierungsvorgang ist für jedes einzelne überspielte 2D-Patientenbild gesondert durchführbar und wiederholbar.
  • Die Bildassistenzeinrichtung ermöglicht es dem Planer/Operateur ferner, die zugänglich gemachten 3D-Patientenbilder zu segmentieren.
  • Die Segmentierung ermöglicht beispielsweise die Erkennung und medzinische/anatomische Bezeichnung und/oder Bezifferung einzelner Knochen, Wirbel, Gelenke, Weichteile, Gewebe etc., insbesondere der Wirbel der Wirbelsäule, anhand von Referenzmodellen, Soll-Werten etc., die der Bildassistenzeinrichtung wie oben dargestellt zugänglich gemacht werden können.
  • Die Segmentierung mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung, also Erkennung und Bezeichnung insbesondere einzelner Knochen und/oder Skelettteile, kann insbesondere automatisch erfolgen und beispielsweise manuell überprüft werden.
  • Dies kann insbesondere bei Wirbeln, anhand von zugänglich gemachten Skizzen, insbesondere Wirbelskizzen, dargestellt, verdeutlicht und/oder überprüft werden.
  • Erfindungsgemäß können mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung an einem Bildschirm wenigstens ein Bildschirmfenster mit unterschiedlichen Darstellungen, beispielsweise unterschiedliche Patientenbilder, Skizzen des operationsrelevanten Körperabschnitts, z. B. einer Wirbelsäule oder eines Wirbels, zeitgleich dargestellt werden.
  • Die Bildassistenzeinrichtung steuert den Aufbau des Bildschirms in der Form, dass der Bildschirm ein einzelnes Bildschirmfenster aufweist oder in mehrere Bildschirmfenster unterteilbar ist. Der Bildschirm kann horizontal, vertikal, diagonal oder in jeder anderen Form, insbesondere zeitgleich in wenigstens zwei insbesondere gleich oder unterschiedlich große Bildschirmfenster unterteilt werden.
  • In dem wenigstens einen Bildschirmfenster kann jeweils eine Darstellung gezeigt werden. Die Darstellungen können insbesondere Patientenbilder, Skizzen, insbesondere Wirbelsäulenskizzen, sonstige Abbildungen oder Daten, beispielsweise zu Implantaten umfassen. Darüber hinaus können Patientenbilder eines größeren Körperabschnitts aber auch einzelne Knochen, Gelenke, Weichteile und/oder Gewebe, insbesondere einzelne Wirbel, in einem Bildschirmfenster dargestellt werden.
  • Die Darstellungen wenigstens zweier Bildschirmfenster können zeitgleich gezeigt werden.
  • Die Die Darstellungen wenigstens zweier Bildschirmfenster können sich insbesondere in Bezug auf die Anzahl der Dimensionen der Darstellungen unterscheiden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können in einer Bildassistenzeinrichtung insbesondere in wenigsten einem Bildschirmfenster zeitgleich wenigstens eine mehrdimensionale Darstellung zumindest eines Abschnitts des Patientenkörpers dargestellt werden, wobei operationsrelevante Daten zusammengeführt und miteinander kombiniert werden können.
  • Diese operationsrelevanten Daten können 2D- und/oder 3D-Bild-Datensätze des Patienten und/oder weitere Daten, insbesondere zu Körpergröße, Gewicht, Alter des Patienten, vorangegangenen Eingriffen, sowie Daten aus vorherigen Untersuchungen umfassen und/oder solche Daten, die in unmittelbarem Zusammenhang mit einer Operation erstellt wurden.
  • Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitgleich unterschiedliche 3D-Patientenbilder und/oder als 2D-Patientenbilder in Bildschirmfenstern dargestellt werden können, insbesondere wenigstens eine Darstellung eines 2D-Patientenbildes und wenigstens eine Darstellung eines 3D-Patientenbildes in wenigstens zwei Bildschirmfenstern des Bildschirms.
  • Dabei ist es mit einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung möglich, mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung einen räumlichen Koordinatenbezug zwischen 2D-Patientenbildern und 3D-Patientenbildern herzustellen, insbesondere eine Korrelation zwischen den insbesondere räumlichen Informationen und/oder Daten in 2D-Patientenbildern und 3D-Patientenbildern herzustellen und umgekehrt. Auf diese Weise sind Informationen aus einer Darstellung in eine andere Darstellung insbesondere übertragbar, anzeigbar und bearbeitbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht des Weiteren die Möglichkeit vor, dass der Planer/Operateur mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung Patientenbilder, die in wenigstens einem Bildschirmfenster dargestellt werden, bearbeiten kann.
  • Insbesondere kann der Planer/Operateur beispielsweise durch Anklicken etwa mit einem Cursor, eine Darstellungen in wenigstens einem Bildschirmfenster zu Bearbeitung aktivieren.
  • Unter Cursor in diesem Sinne ist jede Anzeige-, Eingabe-, Befehlsgebe- und/oder Bearbeitungsvorrichtung zu verstehen, wie beispielsweise eine Maus, ein Trackball, eine Tastatur oder die Anzeige eines Touchscreen oder eines Grafiktabletts, insbesondere mit einem Zeiger.
  • Dabei kann mindestens eine der mehrdimensionalen Darstellungen, insbesondere wenigstens eine 2D-Darstellung oder eine 3D-Darstellung, mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung als Arbeitsdarstellung aktiviert werden, wobei ein räumlicher Koordinatenbezug zwischen den einzelnen Darstellungen herstellbar ist.
  • Insbesondere kann die Übertragung des Koordinatenbezugs automatisch von einer 2D-Darstellung auf eine 3D-Darstellung und umgekehrt erfolgen.
  • Dies erfolgt insbesondere unabhängig von dem Format des dargestellten Patientenbildes (insbesondere 3D- oder 2D-Patientenbild), von dem Blickwinkel, von dem die jeweilige Darstellung gezeigt wird, oder davon, welchen axialen, sagittalen, koronalen oder sonstigen Schnitt des Patientenbildes die Arbeitsdarstellung und/oder weiteren Bildschirmfenster zeigen.
  • Es ist auch möglich, neben einem 3D-Patientenbild wenigstens eine 2D-Schicht dieses 3D-Patientenbildes darzustellen.
  • Es ist insbesondere möglich, wenigstens eine 2D-Schicht so darzustellen, dass eine 2D-Schicht einen axialen Schnitt, eine andere 2D-Schicht einen sagittalen und eine dritte 2D-Schicht einen koronalen Schnitt durch einen in dem 3D-Patientenbild dargestellten Abschnitt des Patientenkörpers, etwa der Wirbelsäule, zeigt.
  • Denkbar ist insbesondere, in einem Bildschirmfenster ein 3D-Patientenbild und im anderen Bildschirmfenster eine 2D-Schicht eines 3D-Patientenbildes zu zeigen, wobei die 2D-Schicht insbesondere einen axialen Schnitt etwa durch eine Wirbelsäule oder einen Wirbel darstellen kann.
  • Ferner kann beispielsweise in einem Bildschirmfenster eine Skizze, beispielsweise eine Wirbelsäulenskizze, dargestellt werden während in wenigstens einem weiteren Bildschirmfenster vergrößert und/oder umfassender detailliert ein Ausschnitt eines Patientenbildes dargestellt werden kann, der einer Skizze, insbesondere einem von dem Planer/Operateur etwa mit einem Cursor markierten Bereich einer Skizze, entspricht. Der markierte Bereich kann insbesondere einen oder mehrere Wirbel der Wirbelsäule mit und ohne Bandscheiben umfassen, wobei in der Skizze die markierten Elemente, beispielsweise Wirbel und/oder Bandscheiben, farblich abgesetzt darstellbar sind.
  • In der Arbeitsdarstellung können insbesondere operationsrelevante Abschnitte eines Patientenkörpers aus unterschiedlichen mehrdimensionalen Patientenbildern zur Durchführung der präoperativen Planung insbesondere dargestellt, vermessen und/oder bearbeitet werden.
  • Die Darstellung und/oder Bearbeitung von Patientenbildern, insbesondere die Auswahl einer Arbeitsdarstellung, in den einzelnen Darstellungen kann insbesondere mit Hilfe eines Cursors erfolgen.
  • Die jeweilige Arbeitsdarstellung dient insbesondere der Bearbeitung und/oder Simulation eines operativen Eingriffs durch den Planer/Operateur.
  • Insbesondere rechnergesteuert, beispielsweise mit Hilfe eines Cursors oder mit einer anderen Zeigevorrichtungen, können mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung, insbesondere in Korrelation mit einer Skizze, bestimmte Bereiche von Patientenbildern, wie beispielsweise Knochen, Gelenke, Weichteile und/oder Gewebe, dargestellt, vermessen und/oder bearbeitet werden, insbesondere können beispielsweise einzelne Wirbel, ausgewählt und markiert werden. Der ausgewählte Wirbel ist vorzugsweise gegenüber den anderen Wirbeln farblich hervorgehoben.
  • Die Bearbeitungs- und/oder Simulationsschritte des Planers/Operateurs in einer Arbeitsdarstellung können insbesondere rechnergesteuert etwa mit Hilfe eines Cursors erfolgen.
  • Durch Markieren mit Hilfe eines Cursors oder mit einer anderen Zeigevorrichtung, beispielsweise durch Anklicken, eines Knochens, Gelenks, Weichteils oder Gewebes in der Arbeitsdarstellung, insbesondere eines oder mehrerer Wirbel der Wirbelsäule, kann der Planer/Operateur insbesondere an einem Bereich der Wirbelsäule, in einem 2D-Patientenbild und/oder einem 3D-Patientenbild Planungsschritte durchführen und einzelne Operationsschritte simulieren.
  • Aufgrund des erfindungsgemäßen Koordinatenbezuges zwischen den 2D-Patientenbildern und den 3D-Patientenbildern können die jeweiligen Bearbeitungsschritte des Planers/Operateurs koordinatenbezogen in den anderen Darstellungen dargestellt werden, so dass alle Bearbeitungsschritte in allen ausgewählten Darstellungen, insbesondere für alle Belastungs- und Entlastungslagen des jeweiligen Körperabschnitts, und in allen ausgewählten Dimensionen, darstellbar, planbar und prüfbar sind.
  • Ferner kann zur präoperativen Planung, insbesondere zur Simulation eines operativen Eingriffs, in einer oder mehreren der Darstellungen des Körperabschnitts des Patienten, an dem der Eingriff erfolgt, die als Arbeitsdarstellung/en ausgebildet ist/sind, wenigstens ein bewegbares und im Verhältnis zum Körperabschnitt bewegbares Modell eines Implantats angeordnet werden.
  • Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Arbeiten und Planungsschritte, die der Planer/Operateur in der Arbeitsdarstellung, insbesondere im Zusammenhang mit einem ermittelten möglichen Implantat, durchführt – beispielsweise die Positionierung des möglichen Implantats anhand eines dargestellten Implantat-Modells, insbesondere an einem Wirbel der Wirbelsäule, die Veränderung der Form und/oder der Größe des Implantat-Modells, die Verdrehung oder Verschiebung des Implantat-Modells, die Veränderung des Anstellwinkels eines Implantat-Modells beispielsweise zu einem Wirbel, und/oder Bemaßungen oder Messergebnisse – zeitgleich und in den jeweils entsprechenden räumlichen Koordinaten vorzugsweise durch Herstellung eines Koordinatenbezugs auf wenigstens einem oder auf mehreren oder auf allen weiteren Bildschirmfenstern dargestellt werden können.
  • Die Bildassistenzeinrichtung ermöglicht dabei insbesondere eine Rundumansicht des operationsrelevanten Abschnitts des Patientenkörpers anhand der Patientenbilder und möglicher Implantat-Modelle in der jeweiligen Arbeitsdarstellung. Dabei können insbesondere Darstellungen von Körperregionen und Implantat-Modellen etwa mit Hilfe des Cursors durch den Planer/Operateur ein- und ausgeblendet, fokussiert oder bemessen werden.
  • Mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung werden die zugänglich gemachten Daten, insbesondere Bemaßungen, Messergebnisse etc. innerhalb eines Soll/Ist-Vergleiches bewertet und/oder auf Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Werten untersucht.
  • Mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung, insbesondere mit Hilfe der Arbeitsdarstellung, können insbesondere fachspezifische Bemaßungen, wie etwa Länge, Tiefe, Umfang, Höhe und Breite und/oder Dichte, beispielsweise eines Knochens und/oder Skelettteils, eines Gewebes, eines Weichteils oder Organs, in Form von Referenzpunkten dargestellt werden anhand derer Referenzpunkte an Implantat-Modellen, die beispielsweise in einer Datenbank gespeichert sind, abgeglichen werden und so automatisch oder manuell passende Implantate, beispielweise Cages (Implantat-Käfige), Bauteile, künstliche Gelenke, Schrauben, Platten, Fixateure, Implantatkomponenten, Ausrichtungsführungen, Einweg-Instrumente, Befestigungsmittel, Pfanne und Schaft für ein Hüftimplantat etc., automatisch ausgewählt vorgeschlagen werden können.
  • In einem vorzugsweise automatischen Auswahlverfahren zur Planung eines operativen Eingriffs werden anhand des Abgleichs von bekannten und/oder ermittelten Referenzpunkten zwischen Implantat-Informationen und den Patientenbildern wenigstens ein am besten passendes Implantat ermittelt, vorgeschlagen und automatisch mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung in eine der Darstellungen, z. B. in das 3D-Patientenbild, eingeblendet.
  • Erfindungsgemäß wird zum Zweck der genauen Auswahl und/oder Einpassung eines möglichen Implantats beispielsweise die innere Kortikalis automatisch erkannt. Dabei kann mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung durch optische, insbesondere farbliche, Markierungen dargestellt werden, ob sich Messergebnisse innerhalb- oder außerhalb eines festgelegten Normbereichs befinden.
  • Der Planer/Operateur kann darüber hinaus nach eigenen Entscheidungskriterien manuelle Änderungen bei der Auswahl des Implantats vornehmen.
  • Insbesondere ist es dem Planer/Operateur in einer Arbeitsdarstellung möglich, bei der Planung und/oder Simulation eines operativen Eingriffs an der Wirbelsäule durch Markieren, insbesondere Anklicken, etwa mit einem Cursor wenigstens ein Teil beispielsweise eines Wirbels auf einem Patientenbild zu entfernen. Ferner ist es möglich, durch Markieren, insbesondere Anklicken, etwa mit einem Cursor andere Teile am Wirbel anzuordnen oder z. B. ein Implantat am Wirbel zu befestigen. Je nach der benötigten Perspektive kann in einer Arbeitsdarstellung eine 3D-Darstellung mit Hilfe etwa eines Cursors durch den Planer/Operateur gedreht, geschwenkt und/oder geneigt werden.
  • Es ist insbesondere auch vorstellbar, Schnitte durch einen dargestellten Körperteil, etwa durch Wirbel, zu simulieren, um nachvollziehen zu können, welche Auswirkung eine bestimmte Anordnung eines Implantats in Bezug auf den inneren Bereich des Wirbels hat.
  • Eine mit der 3D-Darstellung korrespondierende 2D-Darstellung kann ebenfalls etwa mit Hilfe des Cursors bearbeitet werden.
  • Dabei können 2D-Darstellungen und/oder 2D-Schichten z. B. mit Hilfe des Scrollrades einer Maus oder eines ähnlichen rechnerverbundenen Zeigemechanismus durchlaufen werden, wobei diese nur beispielhaft und nicht abschließend genannt werden. Die jeweilige Position, die beispielsweise mit einem Cursor markiert wurde und/oder die jeweilige Arbeitsposition wird zeitgleich und in den entsprechenden räumlichen Koordinaten auf der jeweiligen Darstellung in jedes andere Bildschirmfenster übertragen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine genaue Orientierung und Übertragung von Koordinaten sowohl in 2D-Darstellungen als auch in korrespondierenden 3D-Darstellungen eines dargestellten Abschnitts des Patientenkörpers. Der Cursor verdeutlicht, welchen Bereich einer 3D-Darstellung und/oder einer 2D-Darstellung der Planer/Operateur zum jeweiligen Zeitpunkt markiert und/oder beplant und/oder bearbeitet.
  • Derartige Bearbeitungsmaßnahmen etwa in 3D-Patientenbildern können vorzugsweise automatisch in ihren Auswirkungen auch in 2D-Patientenbildern, vorzugsweise unter Herstellung eines Koordinatenbezuges, wiedergegeben werden. Gleiches gilt umgekehrt, wenn die Bearbeitungsmaßnahmen in 2D-Patientenbildern vorgenommen werden.
  • Erfindungsgemäß ist es insbesondere zur präoperativen Planung von Wirbelsäulenoperationen beispielsweise möglich, auf Basis der Patientenbilder die sagittale Balance rechnergestützt zu vermessen. Hierzu werden auf wenigstens einer der Darstellungen in den Bildschirmfenstern von dem Planer/Operateur Bestimmungspunkte durch etwa mit Hilfe des Cursors markiert, wie insbesondere ventraler Endpunkt der Sakrumbasis, ventral-cranialer Endpunkt der Sakrumbasis und/oder beide Femurkopfmittelpunkte. Die Messergebnisse können rechnergestützt darüber hinaus einem Soll-/Ist-Vergleich unterworfen und in einer Ergebnisliste aufgeführt und bewertet werden. Auf diese Weise kann insbesondere ein mögliches einzusetzendes Implantat nach bestimmten Parametern ausgewählt und positioniert werden.
  • Für die weitere Bearbeitung an der jeweiligen Position auf einem 3D- bzw. 2D-Patientenbild wird ein Implantat-Modell etwa mit Hilfe des Cursors durch den Planer/Operateur in die 3D- bzw. 2D-Darstellung eingefügt.
  • Im Weiteren ist das Implantat beispielsweise eine Schraube an einem Wirbelkörper der Wirbelsäule, wobei dies nur als Beispiel und in keiner Weise ausschließlich gemeint ist.
  • Für die Auswahl der Schraube steht eine Vielzahl von möglichen Parametern zur Verfügung. Auswahlkriterien sind z. B. der gewünschte Hersteller der Schraube, der Schraubentyp, die Ausführung der Schraube, das Schraubenmaterial, die Größe und/oder die Länge der Schraube.
  • Dabei können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst die Parameter der Schraube mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung festgelegt werden. In einem nächsten Schritt erfolgt die Auswahl des operationsrelevanten Knochens, insbesondere eines Wirbelkörpers, z. B. in einer Skizze und/oder auf einem Patientenbild in einer der Darstellungen in den Bildschirmfenstern. In wenigstens einer Darstellung in wenigstens einem weiteren Bildschirmfenster sind ausgewählte Ausschnitte von Patientenbildern darstellbar.
  • Das an Hand vorgegebener Parameter ausgewählte Implantat-Modell, beispielsweise eine Schraube, kann rechnergestützt in der Arbeitsdarstellung vorplatziert werden. Zeitgleich wird das Implantat-Modell in der ausgewählten Form in weiteren Darstellungen in den Bildschirmfenstern an den entsprechenden räumlichen Koordinaten des jeweils in den Darstellungen abgebildeten Patientenkörpers angezeigt. Die Positionierung der Schraube an einem Wirbel in den übrigen Bildschirmfenstern entspricht dabei der Anordnung und Ausrichtung der Schraube an einem Wirbel in der Arbeitsdarstellung.
  • Dabei kann in der Arbeitsdarstellung die Positionierung eines Implantat-Modells, beispielsweise einer Schraube, ohne Abänderung der Neigung, der Richtung sowie des Winkels etwa mit Hilfe des Cursors, beispielsweise durch Ziehen mit dem Cursor auf oder entlang der X-, Y- und/oder der Z-Achse, verschoben und/oder auf oder entlang von Kreisen, die jeweils die Drehachse bzw. die mögliche Drehrichtung wiedergeben, gedreht werden.
  • Es besteht ferner die Möglichkeit, für ein Implantat-Modell, beispielsweise eine Schraube, in der Arbeitsdarstellung eine Bohrung in einem Knochen, beispielsweise einem Wirbel, zu simulieren, wobei die Tiefe der Bohrung durch den Planer/Operateur verlängert oder verkürzt werden kann.
  • Es ist ferner möglich, in der Arbeitsdarstellung mit Hilfe des Cursors die Veränderung des Neigungswinkels, Drehwinkels sowie des Schwenkwinkels des Implantat-Modells, beispielsweise einer Schraube, in einem Knochen, beispielsweise einem Wirbel, zu simulieren, wobei die Simulation auf andere, benachbarte Knochen, insbesondere Wirbel, unter Beibehaltung der simulierten Form und Güte sowie unter Beibehaltung der simulierten Ausrichtung gegenüber dem dargestellten Knochen, insbesondere Wirbel, übertragen werden kann.
  • Auf die dargestellte Weise können unterschiedliche Implantate und deren räumliche Anordnung am Patientenbild simuliert und im Hinblick auf ihre Auswirkung und Verträglichkeit gegenüber benachbarten Knochen, Gewebe, Weichteilen, Organen, etc. geplant werden. Der Operateur hat somit die Möglichkeit, für jeden Patienten das optimale Implantat sowie die optimale Ausrichtung des Implantats zu planen und/oder zu simulieren.
  • Die Erfindung erweist sich auch deshalb als vorteilhaft, da die Ergebnisse des operativen Eingriffs, insbesondere des Einsatzes wenigstens eines orthopädischen Implantats durch die zeitgleiche Darstellung in wenigstens zwei Bildschirmfenstern und aus unterschiedlichen Blickwinkeln bzw. Perspektiven der Darstellungen weiterer Bildschirmfenster kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert werden können. Dies erfolgt unabhängig davon, ob die simulierte Handlung in einer 3D- oder einer 2D-Arbeitsdarstellung erfolgt ist, oder ob wenigstens ein weiteres Bildschirmfenster neben der Arbeitsdarstellung geöffnet ist.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bei der Vielzahl der durchführbaren Messungen zur Planung des Einsatzes des Implantats eine vollautomatische Erkennung der Knochen, Gewebe, Weichteile, Gelenke, Wirbel etc., die in den Patientenbildern dargestellt sind, und deren Bezeichnung möglich ist.
  • Das Verfahren ermöglicht insbesondere, zur Planung von Wirbelsäulenoperationen die Berücksichtigung von Nash-Moe-Rotation, von innerem Pedikel-Abstand, von Spinalkanalweitenindex, von Lordose, von Kyphose, von atlantodentalen Distanzen, des Durchmesser des Wirbelkanals, von Wirbellinien, der Mc Gregor's-Linie, von Spondilolysthese, der Bandscheibenhöhe, der Bandscheibenwinkel, der Instabilität nach van Akkerveeken, des sakralen Winkels, von Funktionsanalysen, von Stabilitätskriterien bei der Spondiloretrolysthese, der Anordnung von Grund- oder Deckplatten, der Anordnung eines Lots zum Wirbelkörper-Schwerpunkt, der zervikalen Schwerelinie, von Rissergrad, von Skoliose nach Cobb oder nach Ferguson, von Pelvic Tilt PT und/oder von Pelvic Incidence PI, von Pelvic Angulation PA, von Pelvic Lordosis Angle, von Pelisacral Angle PSA und/oder von Sacral Slope, von C7 Plumb Line, von Pelvic Thickness CS, von Pelvic Thickness SPT, etc., mit denen einzelne Schritte eines operativen Eingriffs an der Wirbelsäule in einer Arbeitsdarstellung simuliert werden können. Insbesondere aus der Anterior/Posterior- und der Sagittal-Ansicht der Wirbelsäule können zudem beispielsweise Apex-Winkel und tatsächlicher Winkel bestimmt und dem Verfahren zu Grunde gelegt werden.
  • Das Verfahren kann beispielsweise auch bei der Planung von Hüftimplantaten verwendet werden. Das Verfahren erleichtert dem Operateur die Auswahl und Einpassung der geeigneten Pfannen- und Schaftkombinationen. Darüber hinaus kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Adduktion und/oder Abduktion der Gliedmaßen gegenüber der Hüfte korrigiert werden. Weiter ist es möglich, präoperativ sowie postoperativ den Beinlängenausgleich zu ermitteln und darzustellen.
  • Ferner kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine biometrische Analyse erstellt und ein Vorschlag für die optimierte Lage des Gelenkmittelpunktes erstellt werden. Körpergröße, das Gewicht und die biomechanische Ausgangsanalyse des Patienten können automatisch berücksichtigt werden. Bei der Durchführung einer biometrischen Analyse kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise der Drehpunkt für eine optimierte Gelenkgeometrie simuliert werden, wobei die Belastungssituation eines gesunden Gelenkes zu Grunde gelegt werden kann. Dergleichen Bemaßungen und Messergebnisse können rechnerisch ermittelt und angezeigt werden.
  • Bei der Planung eines operativen Eingriffs in eine kindliche Hüfte (Coxometrie) können dem operativen Eingriff erfindungsgemäß klinisch relevante Bemaßungen zur Beurteilung von Hüftgelenken zu Grunde gelegt werden. Zur Berücksichtigung national unterschiedlicher Kriterien bei der Planung eines operativen Eingriffs an der kindlichen Hüfte kann für das erfindungsgemäße Verfahren auf Graduierungstabellen zurückgegriffen werden, die diese national verschiedenen Kriterien berücksichtigen, so dass das Verfahren international eingesetzt werden kann.
  • Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Knie-Endoprothetik eingesetzt werden. Insbesondere können Achsfehlstellungen einer Knieprothese noch während der präoperativen Planung ermittelt und korrigiert werden.
  • Mit Hilfe des Verfahrens kann eine Korrektur der Fehlstellung beispielsweise des Beins abhängig von der jeweiligen Zielsetzung automatisch und/oder manuell vorgenommen werden. Hierzu werden die postoperativ zu erwartenden mechanischen Achsen, die Traglinie sowie alle relevanten Winkel ermittelt.
  • Erfindungsgemäß kann das Verfahren zudem zur Planung einer Osteotomie verwendet werden.
  • Hierzu kann die gezielte Durchtrennung einzelner oder mehrere Knochen, beispielsweise um Fehlstellungen der Beinachsen oder eine Hüftfehlstellung zu korrigieren, geplant werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es weiter, eine oder mehrere Osteotomien nach der Art, der Anzahl, der Größe und der Lokalisierung festzulegen. Insbesondere femorale oder tibiale Umstellungs-Osteotomien können mit Hilfe des Verfahrens ebenso geplant werden, wie einfache oder mehrfache Osteotomien nach dem Open-Wedge-Verfahren oder nach dem Closed-Wedge-Verfahren.
  • Nach einer durchgeführten Korrektur können alle gelenkbezogenen, mechanischen Belastungsachsen und Gelenktangenten erfindungsgemäß einem Soll/Ist-Vergleich unterzogen werden.
  • Zur Planung einer Osteotomie können mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung Teilbilder zu einer einzigen Darstellung, beispielweise zur Simulation der Verbindung von Knochenenteilen, zusammengefügt werden. Darüber hinaus kann der Planer/Operateur mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung einfache Bildbearbeitungen für eine Rekonstruktion von Skelettelementen durchführen.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Planung der Osteotomie Knochensegmente freigestellt, verschoben und erforderliche Osteosynthese-Implantate platziert werden können. Fehlstellungswinkel können z. B. nach Dror Paley berechnet werden.
  • Zur Osteosynthese geeignete und/oder erforderliche Komponenten wie Nägel, Platten, Schrauben etc. können erfindungsgemäß ausgewählt werden.
  • Mit Hilfe des Verfahrens kann des Weiteren ein operativer Eingriff an Schultern, Ellenbogen, Händen und Fingern geplant und die Auswahl und die Position von Implantaten optimal vorbereitet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch eine Verbesserung der Krafteinleitung und der Wiederherstellung des physiologischen Muskelspiels an der Hand eines Patienten anhand von biomechanisch ermittelten Normbereichen, nach denen ein oder mehrere Implantate verankert werden, ermöglichen.
  • Gleiches gilt auch für die Planung eines operativen Eingriffs am menschlichen und/oder tierischen Fuß, am Sprunggelenk oder am Zeh, beispielsweise der nach außen gerichteten Schiefstellung der Großzehe im Grundgelenk (Hallux Valgus).
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es dem Planer/Operateur darüber hinaus, Achsfehlstellungen zu ermitteln und automatisch und/oder manuell zu korrigieren.
  • Prä- und auch postoperative Messergebnisse können verfahrensgemäß angezeigt werden.
  • Erfindungsgemäß können das endgültige Planungsergebnis eines möglichen zu planenden operativen Eingriffs und/oder Planungsschritte der Planung, also Teilergebnisse der Planung, jeweils als Datensätze kabellos, beispielsweise über Internet, Bluetooth oder sonstige mobile Übermittlungssysteme, oder kabelgebunden gespeichert und/oder übertragen werden, insbesondere in der Bildassistenzeinrichtung, aber auch in jedem anderen Speichermedium, wie beispielsweise einem externen Rechner, etc., oder in Archivsystemen.
  • Ferner ist es denkbar, das endgültige Planungsergebnis eines möglichen zu planenden operativen Eingriffs und/oder Teilergebnisse der Planung beispielsweise über Internet, Bluetooth oder sonstige mobile Übermittlungssysteme, oder kabelgebunden, auch auf mobile Endgeräte, wie beispielsweise Smartphones, Tabletcomputer, Notebooks, zu übertragen und dort darzustellen, zu bearbeiten und/oder zu speichern.
  • Erfindungsgemäß können die das endgültige Planungsergebnis eines möglichen zu planenden operativen Eingriffs und/oder Teilergebnisse der Planung über eine Schnittstelle an ein mobiles oder stationäres (Operations-)Navigationssystem, insbesondere ein Navigationsgerät, zur Steuerung eines operativen Eingriffs, insbesondere zur Bestimmung der örtlichen Position und/oder Koordinaten des Eingriffs und Einleitung von operativen Maßnahmen, der Planungsdaten, beispielsweise elektrisch, kabellos oder kabelgebunden, über geeignete Protokolle übermittelt werden.
  • Dabei ist es unter anderem möglich, sog. elektronische Zäune, beispielsweise zur Begrenzung des Operationsbereichs und/oder zur Markierung von bestimmten Bereichen im Körper des Patienten, zur genauen Positionierung eines Implantats in der mehrdimensionalen, vorzugsweise dreidimensionalen Planung, festzulegen und zur Ein- und/oder Ausgrenzung dieser Bereiche sowie zur örtlichen Koordination des Eingriffs und/oder des Implantats vorzunehmen und die zugrundeliegenden Koordinaten an ein mobiles oder stationäres Operationsnavigationssystem kabellos oder kabelgebunden zu überspielen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Ausführung eines operativen Eingriffs nach dem erfindungsgemäß erlangten Planungsergebnis eines operativen Eingriffs und/oder nach Teilergebnissen der Planung zur Verfügung gestellt und zur Ausführung eines erfindungsgemäß geplanten operativen Eingriffs verwendet.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
  • Hierbei zeigen:
  • 1 einen schematisierten Ablaufplan,
  • 2 einen Bildschirm mit zwei Bildschirmfenstern,
  • 3 ein Bildschirmfenster mit einer Skizzendarstellung sowie ein Bildschirmfenster mit einer 3D-Darstellung,
  • 4 eine Wirbelsäulenskizze mit einem Wirbelbereich und eine zugehörige 3D-Darstellung,
  • 5 ein Bildschirmfenster mit einer 3D-Darstellung sowie ein Bildschirmfenster mit einer 2D-Darstellung,
  • 6 einen Bildschirm mit vier Bildschirmfenstern, und
  • 7 zwei Bildschirmfenster mit einem Implantat.
  • Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Planung eines operativen Eingriffs an einem Wirbel der Wirbelsäule eines Menschen beschrieben. Dies ist jedoch in keiner Weise einschränkend oder ausschließlich gemeint, da das Verfahren zur Planung des operativen Eingriffs auch an anderen Stellen des menschlichen oder tierischen Körpers eingesetzt werden kann.
  • 1 zeigt die Schritte des erfindungsgemäßen Planungsverfahrens auf.
  • In einem ersten Schritt – wobei die jeweiligen Schritte nicht notwendig zeitlich nacheinander und in direkter Abfolge vorgenommen werden müssen – wählt der Planer/Operateur mehrere verschiedene mehrdimensionale Patientenbilder, insbesondere 2D und/oder 3D-Patientenbilder 41, 42, aus einer externen Bildquelle, dem Speichermedium 11 (beispielsweise eine Festplatte eines externen Rechners, einen USB-Stick, eine CD oder eine DVD oder ein Bildarchiv-Datenprogramm, ein PACS-System eines Krankenhauses, ein medizinisches Bildarchiv oder ein ähnliche feststehendes und/oder mobiles Speichermedium) aus, die der Bildassistenzeinrichtung 3 zugänglich gemacht, beispielsweise in diese überspielt, werden.
  • Dabei sind mehrere, verschiedene mehrdimensionale Patientenbilder, die der präoperativen Planung zugänglich gemacht werden sollen, gleichzeitig auswählbar.
  • Für die Planung können insbesondere mehrere Patientenbilder 12, 13, die beispielsweise zu verschiedenen Zeitpunkten entstanden sind und/oder verschiedene Dimensionen darstellen, in die Bildassistenzeinrichtung 3 überspielt werden.
  • Der Bildassistenzeinrichtung 3 können über das externe Speichermedium 11 zusätzlich weitere Patientendaten 10, wie beispielsweise Körpergröße, das Gewicht, das Alter des Patienten oder Daten zur bisherigen Krankengeschichte zugänglich gemacht werden.
  • In einem ersten Zwischenschritt werden die ausgewählten 2D-Patientenbilder, vor, während oder nachdem sie in der Bildassistenzeinrichtung zugänglich gemacht wurden, jeweils bearbeitet, insbesondere skaliert, so dass Abmessungen des abgebildeten Körperabschnitts des Patienten, insbesondere der Wirbelsäule, und/oder der Maßstab der Aufnahme mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 3 zugänglich gemacht werden.
  • Die Skalierung kann bei der Aufnahme des 2D-Patientenbildes manuell, beispielweise durch Verwenden eines Referenzobjekts, beispielsweise einer Kugel aus einem nicht-strahlendurchlässigen Material, oder halbautomatisch oder automatisch, also rechnergestützt, erfolgen.
  • Der Skalierungsvorgang ist für jedes einzelne überspielte 2D-Patientenbild gesondert durchführbar und wiederholbar.
  • Vor, während oder nach der Skalierung der einzelnen ausgewählten 2D-Patientenbilder werden der Bildassistenzeinrichtung in einem zweiten Zwischenschritt ausgewählte volumenbasierte Patientenbilder, also 3D-Patientenbilder zugänglich gemacht, beispielsweise überspielt. Dabei werden insbesondere auch Informationen zu der Skalierung der 3D-Patientenbilder und/oder das Format (beispielsweise CT, MRT, etc.) der 3D-Patientenbilder aus dem Speichermedium 11 in Bildassistenzeinrichtung 3 überspielt.
  • In einem dritten Zwischenschritt kann die Bildassistenzeinrichtung 3 zur Übernahme von Patienteninformationen, wie z. B. Patientenbilder, Bemaßungsdaten, Funktionsdaten und/oder sonstiger Referenzdaten 10, und/oder von Informationen zu Implantaten 46, beispielsweise von 2D- und 3D-Modellen von Implantaten, Herstellerinformationen, Artikelnummer, Bemaßung, Material, Verwendungsanweisungen etc., zusätzlich mit einem externen Rechner 7 in Verbindung stehen.
  • Dabei können der Bildassistenzeinrichtung 3 in einem externen Rechner 7 hinterlegte Referenzdaten und/oder weitere vordefinierte Werte 10, insbesondere Ideal- und/oder Referenzmodelle und/oder eine Sammlung von Patientenbildern unterschiedlicher Patienten zu operationsrelevanten Körperabschnitten, beispielsweise der Wirbelsäule, zugänglich gemacht, beispielsweise in diese überspielt, werden. Bei dem externen Rechner 7 kann es sich beispielsweise auch um eine Festplatte eines externen Rechners, einen USB-Stick, eine CD oder eine DVD oder ein Archiv-Datenprogramm oder ein ähnliches feststehendes und/oder mobiles Speichermedium handeln.
  • In einem zweiten Schritt können Volumenpatientenbildern bzw. 3D-Patientenbildern mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 3 jeweils segmentiert werden, d. h. das jeweilige 3D-Patientenbild wird in einer beispielsweise rechnergestützten, automatischen, halb-automatischen oder manuellen Analyse nach beispielsweise Knochen, insbesondere Wirbelkörpern, abgesucht.
  • Das abgesuchte Körperteil wird erkannt und mit der medizinisch/anatomisch korrekten Bezeichnung und/oder Bezifferung versehen.
  • Bei dieser Segmentierung werden beispielsweise Wirbelkörper und Bandscheiben durch eine rechnergestützte Analyse erkannt und hervorgehoben. Dabei werden verschiedene Punkte von Knochen durch Vergleich mit Referenzmodellen 10 abgeglichen und mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung insbesondere auf einem Bildschirm optisch markiert und/oder hervorgehoben. Der Vergleich kann auch rechnergestützt durchgeführt werden.
  • Auf diese Weise kann in einem ersten Zwischenschritt auf den zugänglich gemachten Patientenbildern festgestellt werden, welche Skelettteile, Knochen, Gewebe, Weichteile etc., bei dem jeweiligen Patienten vorhanden sind, wie diese räumlich angeordnet sind, wie die einzelnen Körperteile medizinisch bezeichnet werden und/oder ggf. ob und welche pathologischen Veränderungen gegenüber den Referenzmodellen 10 vorliegen. Es ist auch möglich, die Lage, Bezeichnung etc. von Skelettteilen, Knochen, Gewebe, Weichteile etc. in dem jeweiligen Patientenbild mit Hilfe der Darstellung einer Skizze 16 in einem weiteren Bildschirmfenster zu visulaliseren.
  • Die Segmentierung ist für jedes einzelne überspielte 3D-Patientenbild gesondert durchführbar und wiederholbar.
  • Dies wird beispielhaft in 2 dargestellt.
  • 2 zeigt einen Bildschirm 18 mit zwei Bildschirmfenstern 19 und 20. Das eine Bildschirmfenster 19 zeigt eine Wirbelsäulenskizze 16 mit Wirbeln 21. Im unteren Bereich der Wirbel 21 ist ein Bereich 22 der Wirbel 21 dargestellt. Der Bereich 22 der Wirbel 21 ist durch einen nicht dargestellten Cursor markiert.
  • Im zweiten Bildschirmfenster 20 ist ein Segment 14 des Körpers 1 (Wirbelsäule) gezeigt, in dem nur die im Bildschirmfenster 19 markierten Wirbel 21 dargestellt sind.
  • Das Bildschirmfenster 20 zeigt den Körper 1 mit seinen Wirbeln 21 in einer 3D-Darstellung 13. Im oberen Bereich des Bildschirmfensters 20 ist ansatzweise der Brustkorb 24 dargestellt. Der Brustkorb 24 mit seinen Wirbeln 21 wird über die Wirbelsäule 25 mit dem Becken 26 verbunden.
  • Eine beispielsweise rechnergestützte, automatische, halbautomatische und/oder manuelle Segmentierung ermöglicht dem Planer/Operateur in einem zweiten Zwischenschritt mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 3 die in einer rechnerbasierten Segmentierung aufgefundenen Ergebnisse, beispielsweise Positionierung von Knochen, insbesondere Wirbeln, Gewebe, Weichteilen etc., deren räumliche Anordnung in den Patientenbilden und/oder deren medizinische Bezeichnung, zu überprüfen.
  • Es wird dem Planer/Operateur auch ermöglicht, die Segmentierung zu korrigieren, d. h. wenn ein Knochen, insbesondere ein Wirbelkörper, nicht an den im 3D-Patientenbild abgebildeten Konturen rechnergestützt erkannt wurde, die Segmentierung und Bezeichnung manuell in einem zweiten Zwischenschritt etwa mit Hilfe des Cursors 23 nachzubearbeiten.
  • 3 zeigt hierzu ebenfalls einen Bildschirm 18 mit zwei Bildschirmfenstern 19 und 20, von denen das Bildschirmfenster 19 eine 2D-Darstellung 12 ist und das benachbarte Bildschirmfenster 20 des Bildschirms 18 einen segmentierten Wirbel 21, 14 zeigt. Der segmentierte Wirbel ist dabei als 3D-Darstellung 13 gezeigt.
  • In der Wirbelsäulenskizze 16 ist der Wirbelbereich 21, 22 des Körpers 1 markiert. Der Cursor 23 markiert einen bestimmten Wirbel 21. Der markierte Wirbel 21 ist nun hervorgehoben und farblich anders markiert als die benachbarten Bereiche 22 des Wirbels 21.
  • Im Bildschirmfenster 20 des Bildschirms 18 ist der in der Wirbelsäulenskizze 16 markierte Wirbel 21 als 3D-Darstellung 13 dargestellt. Der Wirbel 21 umfasst einen Wirbelkörper 27 und Querfortsätze 28.
  • Die Überprüfung der Segmentierung ist durch Markierung von Bereichen der Darstellung von Knochen, Gewebe und Weichteilen, wie in 4 dargestellt, durchführbar.
  • Anhand des Vergleichs mit einem Referenzmodell 10 kann der Planer/Operateur, insbesondere durch farbliche optische Hervorhebung Knochen, insbesondere Wirbel, und Gewebe etc. mit Hilfe des Cursors 23 hervorheben.
  • 4 zeigt ein Bildschirmfenster 19 sowie ein Bildschirmfenster 20 des Bildschirms 18 vergleichbar mit der Darstellung aus 2, 3.
  • Im linken Bildschirmfenster 19 ist die Wirbelsäulenskizze 16 dargestellt, die Wirbel 21 aufweist. Von den Wirbeln 21 ist ein Bereich 22 markiert und vergleichbar mit der 3 mit einer Bezeichnung 15 „L1” versehen. Der Cursor 23 liegt an der Position der Bandscheibe 29, die mit der Bezeichnung 15 „T12” versehen ist.
  • Das zweite Bildschirmfenster 20 ist als Arbeitsdarstellung 6 ausgebildet und zeigt den Wirbel 21 mit Wirbelkörpern 27 und Querfortsätzen 28.
  • Entsprechend der Markierung mit Hilfe des Cursors 23 in der Wirbelsäulenskizze 16 ist die Bandscheibe 29 markiert hervorgehoben. Links und rechts der Wirbelkörper 21 sind im Bildschirmfenster 20 Rippen des Brustkorbs 24 dargestellt.
  • In einem dritten Schritt wird ermöglicht, Knochen, insbesondere Wirbel, Gewebe, Weichteile etc., die in den 2D- bzw. 3D-Patientenbildern dargestellt sind, ortsrichtig durch einen festen Koordinatenbezug zwischen den 2D-Bilddaten und den 3D-Bilddaten jeweils den 2D- bzw. 3D-Patientenbildern zuzuordnen. Es ergibt sich ein Bezug des jeweiligen Koordinatensystems, so dass zeitgleiche Darstellungen derselben Koordinate in den 2D- bzw. 3D-Patientenbildern in unterschiedlichen Bildschirmfenstern ermöglicht werden.
  • Der Koordinatenbezug ist rechnergestützt oder manuell herstellbar.
  • Bei der manuellen Herstellung des Koordinatenbezuges werden mit beispielsweise mit Hilfe des Cursors 23 Konturlinien von Knochen, insbesondere von Wirbeln wie beispielsweise Grund- und Deckplatten von Wirbelkörpern der Wirbelsäule, auf den 2D- bzw. 3D-Patientenbildern mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 3 optisch hervorgehoben und beispielsweise farbig markiert. Eine beispielhafte Umreißung von Grund- und Deckplatten von Wirbelkörpern der Wirbelsäule ist in 4 erkennbar. Dabei werden mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 3 an jedem Knochenkörper, insbesondere Wirbelkörper, zwei mit Hilfe des Cursors 23 Begrenzungslinien gezeichnet und diese Linien werden jeweils zur Herstellung des Koordinatenbezugs zugeordnet mit einer Bezeichnung des betreffenden Wirbelkörpers.
  • In einem vierten Schritt wählt der Planer/Operateur 43 wenigstens ein 2D- und/oder 3D-Patientenbild 12, 13 als Darstellung in wenigstens einem Bildschirmfenster des Bildschirms 18 der Bildassistenzeinrichtung 3 als Arbeitsdarstellung zur Fortsetzung der präoperativen Planung aus.
  • Die Auswahl wenigstens einer der Darstellungen 4 eines Bildschirmfensters 19, 20, 30, 31 als Arbeitsdarstellung 6 durch den Planer/Operateur ermöglicht, in dieser Darstellung weitere Planungsmaßnahmen, insbesondere Bearbeitungen und/oder Simulationen, durchzuführen.
  • Das ausgewählte wenigstens eine 2D- und/oder 3D-Patientenbild 12, 13 ist jeweils als Darstellung in verschiedenen Bildschirmfenstern 19, 20, 30, 31 auf einem Bildschirm 18 der Bildschirmassistenzeinrichtung 3 anzeigbar.
  • Vorzugsweise wählt der Planer/Operateur 43 wenigstens jeweils ein 2D- und 3D-Patientenbild aus, zwischen denen ein räumlicher Koordinatenbezug hergestellt wurde. Dies ermöglicht, beispielsweise unterschiedliche Belastungssituationen, insbesondere von Wirbeln und Gelenken, unterschiedliche Haltungen des Patienten, unterschiedle Aufnahmewinkel und/oder -flächen etc. gleichzeitig darzustellen und so in eine umfassende präoperative Planung einzubeziehen.
  • Eine beispielhafte Darstellung findet sich in 5.
  • 5 zeigt ein Bildschirmfenster 19 sowie ein Bildschirmfenster 20 des Bildschirms 18 vergleichbar mit der Darstellung aus 2, 3, 4. Im linken Bildschirmfenster 19 ist ein 3D-Patientenbild 13 der Wirbelsäule 25 dargestellt, die Wirbel 21 aufweist. Das zweite Bildschirmfenster 20 zeigt ein 2D-Patientenbild 12 der Wirbelsäule 25 den Wirbeln 21.
  • Durch den Koordinatenbezug ist beispielsweise eine Messung, Markierung, oder Simulation des Einbringens eines Implantats auf einem 2D- bzw. 3D-Patientenbild, in ein anderes 2D- bzw. 3D-Patientenbild, das mit Hilfe des Cursors 23 ausgeführt wird, rechnergestützt übertragbar, d. h. wird in wenigstens einer Darstellung in wenigstens einem Bildschirmfenster 19, 20, 30, 31 eine Markierung etc. vorgenommen, wird diese in einer anderen Darstellung und/oder einem Bildschirmfenster koordinatenbezogen übertragen und dargestellt.
  • Vorzugsweise kann diese Übertragung bei der Planung von Operationen der Wirbelsäule beispielsweise in sagittaler und axialer Balance, zur Bestimmung von Bandscheibenwinkeln, beispielsweise bei Lordose und Kyphose, vorgenommen werden, wie in 5 dargestellt.
  • Eine präoperative Planung ist jedoch auch bei gleichzeitiger Darstellung von unterschiedlichen mehrdimensionalen Patientenbildern ohne Koordinationsbezug in verschiedenen Bildschirmfenstern 19, 20, 30, 31 möglich.
  • 6 zeigt hierzu einen Bildschirm 18 mit einem Bildschirmfenster 19 und weiteren Bildschirmfenstern 19, 20, 30 und 31.
  • Das Bildschirmfenster 19 zeigt eine dreidimensionale Darstellung 13 des Körpers 1 mit Brustkorb 24, Wirbelsäule 25 mit Wirbeln 21 sowie dem Becken 26. Die Darstellung im Bildschirmfenster 19 des Bildschirms 18 ist die Arbeitsdarstellung 6.
  • Die Bildschirmfenster 20, 30 und 31 sind jeweils ebenfalls dreidimensionale Darstellungen 13, die je einen axialen Schnitt 32, einen sagittalen Schnitt 33 und einen koronalen Schnitt 34 durch die Wirbelsäule 25 zeigen.
  • Mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung 3 kann in den Darstellungen 4 der Bildschirmfenster 19, 20, 30, 31 ein Navigationskreuz 35 angezeigt werden. Das Navigationskreuz 35 umfasst drei Achsen, von denen die eine Achse von oben nach unten verläuft, die zweite Achse von links nach rechts verläuft, sowie eine dritte Achse, die von vorne nach hinten durch den Körper 1 des Patienten verläuft.
  • Das Bildschirmfenster 20 zeigt die ursprüngliche 3D-Darstellung 13, aus der die übrigen Darstellungen 4, 9 der anderen Bildschirmfenster 19, 30, 31 errechenbar sind.
  • Die Darstellung 4, 9 des Bildschirmfensters 20 zeigt die axiale Darstellung der Wirbelsäule 25 von oben nach unten. An der Rückseite der Wirbelsäule 25 ist ein Dornfortsatz 36 eines Wirbelkörpers 27 gezeigt. Gegenüber dem Dornfortsatz 36 auf der Vorderseite der Wirbelsäule 25 ist die Aorta 27 des Patienten dargestellt. Links und rechts neben der Wirbelsäule 25 sind in dem Bildschirmfenster 20 die Nieren 38 abgebildet.
  • Die Darstellung 4, 9 des Bildschirmfensters 30 zeigt den Patienten im Bereich des Navigationskreuzes 35 von vorne ausgesehen. Links und rechts unterhalb des Navigationskreuzes 35 sind die Knochen des Beckens 26 dargestellt. Im Zentrum der Darstellung 4, 9 des Bildschirmfensters 30 verläuft von oben nach unten die Wirbelsäule 25.
  • Etwa achsparallel zur Wirbelsäule auf einer Linie aus Körpergewebe sind die Ansatzpunkte der Rippen 39 zu erkennen. Zwischen den Rippen 39 sind die Lungen 40 dargestellt.
  • Im Bildschirmfenster 31 des Bildschirms 18 ist ein sagittaler Schnitt 33 durch die Wirbelsäule 25 gezeigt. Zur Orientierung des Operateurs ist auch im Bildschirmfenster 31 das Navigationskreuz 35 abgebildet. In etwa parallel zu der von oben nach unten verlaufenden Achse des Navigationskreuzes 35 erstreckt sich die Wirbelsäule 25. Auf der Rückseite der Wirbelsäule 25 sind die Dornfortsätze 36 der Wirbelkörper 27 erkennbar.
  • In einem fünften Schritt des Verfahrens führt der Planer/Operateur 43 mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung in wenigstens einer Arbeitsdarstellung 6 weitere Planungsmaßnahmen, insbesondere zur Simulation eines zu planenden operativen Eingriffs durch.
  • Alle Schritte wenigstens eines möglichen zu planenden operativen Eingriffs, insbesondere zum Einsetzen eines Implantas, können in jeder der Darstellungen 4, 6, der Bildschirmfenster 19, 20, 30, 31 und/oder der 3D- bzw. 2D-Darstellung 12, 13 simuliert werden, beispielsweise komplettes Ersetzen einer Bandscheibe, Einsetzen eines Cages und/oder Stents, aufzementieren von Knochen, insbesondere von Wirbeln, Behandlung von Rissen in einer Bandscheibe, Behandlung von arthritischen Situationen, Behandlung von Knochenbrüchen, Einsetzen von Schrauben, insbesondere Pedikelschrauben, Einsetzen von Platten, Stegen, etc., Abschleifen von Knochen, also die Einzelschritte der operativen Methode oder Vorgehensweise.
  • Die Simulation erfolgt insbesondere durch Auswählen, Abbilden und Bewegen eines 2D- und 3D-Modells eines Implantats 46 mit Hilfe des Cursors 23 in wenigstens einer Arbeitsdarstellungen 6.
  • Zur Simulation des Eingriffs kann der Planer/Operateur 43 mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung zugänglich gemachte 2D- und 3D-Modelle von Implantaten 2, 46, beispielweise Cages (Implantat-Käfige), Bauteile, künstliche Gelenke, Schrauben, Platten, Fixateure, Implantatkomponenten, Ausrichtungsführungen, Einweg-Instrumente etc., sowie Informationen 46 zu den jeweiligen Implantaten und/oder Befestigungsmitteln für Implantate 2, 46, beispielsweise Herstellerinformationen, Artikelnummer, Größe, Beschaffenheit, Bebilderung, Bemaßung, Größe, Länge, Durchmesser, Form, Material, Verwendungsanweisungen etc., auswählen.
  • Die 2D- und 3D-Modelle von Implantaten 2, 46 und/oder Informationen 46 zu den jeweiligen Implantaten und/oder Befestigungsmitteln für Implantate können in einer Datenbank, vorzugsweise in dem Rechner 7 oder einem anderen externen Datenspeicher 44, beispielsweise einer Festplatte eines externen Rechners, einem USB-Stick, einer CD, einer DVD, einem Archiv-Datenprogramm, einem Cloud-System oder einem ähnlichen feststehenden und/oder mobilen Speichermedium gespeichert sein.
  • Die 2D- und 3D-Modellen von Implantaten 2, 46, Informationen 46 zu den jeweiligen Implantaten und/oder Befestigungsmitteln für Implantate sind in den Darstellungen 4, 6, der Bildschirmfenster 19, 20, 30, 31 und/oder der 3D- bzw. 2D-Darstellung 12, 13 anzeigbar und bewegbar.
  • Mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung können insbesondere Bemaßungen, wie etwa Länge, Tiefe, Umfang, Höhe und Breite und/oder Dichte, beispielsweise eines Knochens und/oder Skelettteils, eines Gewebes, eines Weichteils oder Organs, in Form von Referenzpunkten dargestellt werden anhand der Referenzpunkte an Implantat-Modellen 2, 46, abgeglichen werden und so automatisch oder manuell passende Implantate, beispielweise Cages (Implantat-Käfige), Bauteile, künstliche Gelenke, Schrauben, Platten, Fixateure, Implantatkomponenten, Ausrichtungsführungen, Einweg-Instrumente, Befestigungsmittel, Pfanne und Schaft für ein Hüftimplantat etc., automatisch ausgewählt und/oder vorgeschlagen werden.
  • In einem vorzugsweise automatischen Auswahlverfahren zur Planung eines operativen Eingriffs werden anhand des Abgleichs von bekannten und/oder ermittelten Referenzpunkten zwischen Implantat-Informationen 46 und den Patientenbildern 12, 13 wenigstens ein am besten passendes Implantat ermittelt, vorgeschlagen und automatisch mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung in eine der Darstellungen, z. B. in das 3D-Patientenbild 13, eingeblendet.
  • Die einzelnen Schritte des operativen Eingriffs können so simuliert und/oder dargestellt werden.
  • Dabei ist unter anderem möglich, ein Implantat für den Eingriff auszuwählen, die Position des Implantats im Körper des Patienten, die räumlichen Koordinaten für die Einbringung des Implantats und den Beginn des Eingriffs sowie die Hilfsmittel zur Befestigung des Implantats und deren räumliche Anordnung festzulegen.
  • Dabei ist es unter insbesondere möglich, sog. elektronische Zäune, beispielsweise zur Begrenzung des Operationsbereichs und/oder zur Markierung von bestimmten Bereichen im Körper des Patienten, zur genauen Positionierung eines Implantats in der mehrdimensionalen, vorzugsweise dreidimensionalen Planung, festzulegen.
  • 7 zeigt hierzu die gleichzeitige Darstellung eines Implantat-Modells, eines Patientenbildes und einer Arbeitsdarstellung bei der Simulation, wie eine Schraube 2, 46 in einen Wirbel einzusetzen werden kann.
  • 7 zeigt den Bildschirm 18 mit Bildschirmfenstern 19 und 20.
  • Im Fall der 7 ist die Darstellung 4, 16 eine Wirbelkörperskizze. Die Arbeitsdarstellung 4, 6 ist als dreidimensionale Darstellung 13 im Bildschirmfenster 20 abgebildet.
  • Die Wirbelskizze 16 zeigt den Wirbel 21 mit einem Wirbelkörper 27 und den Querfortsätzen 28 sowie einem Dornfortsatz 36. Im Bereich des linken Querfortsatzes 21 ist ein Implantat-Modell 2, 46 in Form einer Schraube dargestellt.
  • Die Positionierung 8 des Implantat-Modells 2 ist in Bezug auf die Ausrichtung, den Anstellwinkel gegenüber dem Wirbelkörper 27 sowie in Bezug auf die Ausbildung der Schraube 2 identisch mit der Positionierung 8 und der Ausbildung der Schraube in der Skizze 16 des Bildschirmfensters 19.
  • In den Wirbelkörper 27 ist eine koronale Schnittebene 34 eingezeichnet, an dem die Querfortsätze 28 sowie eine Bandscheibe 29 erkennbar sind.
  • In einem weiteren optionalen Schritt sind die Planungsschritte eines möglichen zu planenden operativen Eingriffs und/oder das endgültige Planungsergebnis eines operativen Eingriffs jeweils als Datensätze kabellos, beispielsweise über Bluetooth oder sonstige mobile Übermittlungssysteme, oder kabelgebunden speicherbar, insbesondere in dem externen Rechner 7 und/oder in Archivsystemen wie dem Datenträger 11.
  • In einer weiteren optionalen Ausgestaltung des Verfahrens können alle Daten kabellos, beispielsweise über Bluetooth oder sonstige mobile Übermittlungssysteme, oder kabelgebunden, auch auf mobile Endgeräte 45, wie beispielsweise Smartphones, Tabletcomputer, Notebooks, übertragen und dort dargestellt werden.
  • In einer weiteren vorzugsweisen Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die gewonnen Planungsdaten, insbesondere Planungsergebnis und/oder Teilergebnisse der Planung, über eine Schnittstelle an ein mobiles oder stationäres Operationsnavigationssystem 47, zur Bestimmung der örtlichen Position und/oder Koordinaten des Eingriffs und Einleitung von operativen Maßnahmen entsprechend der Planungsdaten, kabellos oder kabelgebunden übermittelt werden.
  • Dabei ist es insbesondere möglich, die räumliche Anordnung sog. elektronische Zäune und die zugrundeliegenden Koordinaten an ein mobiles oder stationäres Operationsnavigationssystem 47 kabellos oder kabelgebunden zu überspielen.
  • Bei einem solchen Operationsnavigationssystem handelt es sich um eine Vorrichtung zur Ausführung eines operativen Eingriffs, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geplant wurde.
  • Ein solches Operationsnavigationssystem kann insbesondere für die Ausführung eines operativen Eingriffs, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geplant wurde, verwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Körper
    2
    Implantat
    3
    Bildassistenzeinrichtung
    4
    Darstellung
    5
    Abschnitt
    6
    Arbeitsdarstellung
    7
    Rechner
    8
    Positionierung
    9
    übrige Darstellung
    10
    Referenzdaten und/oder weitere vordefinierte Werte
    11
    Speichermedium
    12
    2D-Darstellung
    13
    3D-Darstellung
    14
    segmentierter Wirbel
    15
    Bezeichnung
    16
    Wirbelsäulenskizze
    17
    benachbarter Körperbereich
    18
    Bildschirm
    19
    Bildschirmfenster
    20
    Bildschirmfenster
    21
    Wirbel
    22
    Bereich
    23
    Cursor
    24
    Brustkorb
    25
    Wirbelsäule
    26
    Becken
    27
    Wirbelkörper
    28
    Querfortsatz
    29
    Bandscheibe
    30
    Bildschirmfenster
    31
    Bildschirmfenster
    32
    axialer Schnitt
    33
    sagittaler Schnitt
    34
    koronaler Schnitt
    35
    Navigationskreuz
    36
    Dornfortsatz
    37
    Aorta
    38
    Niere
    39
    Rippe
    40
    Lunge
    41
    2D-Bild (extern)
    42
    3D-Bild (extern)
    43
    Operateur
    44
    externer Datenspeicher
    45
    mobiles Endgerät
    46
    Implantat-Modelle und Informationen zu Implantat-Modellen
    47
    mobiles oder stationäres Operationsnavigationssystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112011100810 T5 [0024]

Claims (22)

  1. Verfahren zur Planung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper (1), insbesondere zum Einsatz wenigstens eines Implantats (2), bei dem mit Hilfe einer Bildassistenzeinrichtung (3) mindestens zwei jeweils mehrdimensionale Darstellungen (4) zumindest eines Abschnitts (5) des Körpers (1) gezeigt werden, von denen sich wenigstens zwei Darstellungen (4) in Bezug auf die Anzahl der Dimensionen der Darstellung (4) unterscheiden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mehrdimensionalen Darstellungen 2D- und 3D-Darstellungen (12, 13) sind.
  3. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bildassistenzeinrichtung weitere Patientendaten und/oder Referenzmodelle (10) zugänglich gemacht werden.
  4. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bildassistenzeinrichtung Informationen und/oder Daten zu Implantaten (2, 46) und/oder 2D- und/oder 3D-Darstellungen (12, 13) von Implantaten zugänglich gemacht werden.
  5. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein 2D-Patientenbild (12) vor, während oder nach seiner Darstellung mit Hilfe einer Bildassistenzeinrichtung (3) bearbeitet wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abschnitt (5) des Körpers (1) und/oder ein Teil des Abschnittes (5) des Körpers (1) aus wenigstens einem 3D-Patientenbild erkannt wird.
  7. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das wenigstens eine 2D-Patientenbild (12) und/oder das wenigstens eine 3D-Patientenbild (13) mit einem Referenzmodell (10) verglichen werden kann/können.
  8. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Darstellung (4, 9) des wenigstens einen 2D-Patientenbildes (12) und/oder des wenigstens einen 3D-Patientenbildes (13) in wenigstens einem Fenster eines Bildschirms erfolgt.
  9. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens die Darstellung (4, 9) eines 2D-Patientenbildes (12) und/oder das wenigstens die Darstellung (4, 9) eines 3D-Patientenbild (13) als Arbeitsdarstellung (6) dient.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Abschnitt (5) des Körpers (1) und/oder ein Teil des Abschnittes (5) des Körpers (1) aus wenigstens einem 3D-Patientenbild nachbearbeitet werden kann.
  11. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Zuordnung der 2D- und 3D-Patientenbilder (12, 13) zueinander erfolgt.
  12. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung (3) an einer oder mehreren Darstellungen (4, 9) des Körperabschnitts (5) wenigstens ein im Verhältnis zu diesem bearbeitbares Implantat-Modell (2, 46) positionierbar ist,
  13. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mit Hilfe der Bildassistenzeinrichtung (3) die Positionierung (8) und/oder Bearbeitung des wenigstens einen Implantat-Modells (2, 46) in Bezug zum Körperabschnitt (5) auf alle oder auf wenigstens eine Darstellungen (4, 9) übertragen und an diesem(n) (4, 9) angezeigt wird.
  14. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Planungsschritte und/oder Planungsergebnis in der Bildassistenzeinrichtung (3) und/oder in einem sonstigen Speicher (7, 11, 44) gespeichert werden.
  15. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Implantat (2, 46) nach vorgegebenen Parametern ausgewählt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem der Körperabschnitt (5) zumindest ein Teil des Skeletts und/oder ein Organ und/oder ein Gefäß und/oder ein Zahn ist.
  17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens eine Darstellung (4) eine Skizze (16) umfasst, die den Körperabschnitt (5) und die zu diesem benachbarten Körperbereiche (17) umfasst.
  18. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Daten zur Begrenzung des Operationsbereichs und/oder zur Markierung von bestimmten Bereichen im Körper (1) des Patienten und/oder zur genauen Positionierung eines Implantats eingebbar und/oder abrufbar sind.
  19. Verfahren nach einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ergebnis und/oder ein Teilergebnis der Planung des operativen Eingriffs an ein externes Navigationsgerät (47) zur Steuerung eines operativen Eingriffs übermittelt wird.
  20. Verfahren zur Ausführung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper (1), nach einer Planung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Ergebnis und/oder ein Teilergebnis der Planung des operativen Eingriffs an ein externes Navigationsgerät (47) zur Steuerung eines operativen Eingriffs übermittelt wird.
  21. Vorrichtung zur Ausführung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper nach dem Ergebnis und/oder Teilergebnis einer Planung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
  22. Verwendung einer Vorrichtung zur Ausführung eines operativen Eingriffs in den menschlichen oder tierischen Körper nach dem Ergebnis und/oder Teilergebnis einer Planung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
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