DE102016005437B4 - Operative assistance system for a magnetic resonance tomograph and method for this - Google Patents
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Abstract
Operatives Assistenzsystem (1) für einen Magnetresonanztomographen (I) zur Anzeige eines Eintrittspunktes (IX) für ein Instrument auf der Oberfläche eines Patienten (VIII), zumindest umfassend: – eine beweglich gelagerte Einrichtung (3a, 3b, 3c), umfassend zumindest – eine erste Halterung (IV) zur Aufnahme von zumindest einer Leiterschleife (III) und – eine zweite Halterung (V) zur Aufnahme von zumindest einem Leuchtmittel (II), – ein Leuchtmittel (II) zur Markierung von vorgebbaren Koordinaten des Eintrittspunktes (IX), wobei die Einrichtung (3a, 3b, 3c) unmittelbar vor der Öffnung des Magnetresonanztomographen (I) angeordnet ist, – eine Lagerung (VI) und – eine Steuereinheit (SE) zur Veränderung der Position (Ausrichtung) des Leuchtmittels (II), wobei die Steuereinheit (SE) elektrisch mit der Leiterschleife (III) und dem Leuchtmittel (II) verbunden ist und in der Leiterschleife (III) mittels eines elektrischen Stroms ein Magnetfeld erzeugbar ist, derart, dass auf die Leiterschleife (III) aufgrund bewegter Ladungsträger eine vom Magnetfeld abhängige Kraft wirkt, wobei die Krafterzeugung zu einer Beschleunigung dieser Leiterschleife entlang der positiven Feldänderung des magnetischen Feldes vor der Öffnung des MRT führt und die erste Halterung (IV) derart mit der zweiten Halterung (V) mittels Kraftübertragung zusammenwirkt, dass die Position des Leuchtmittels (II) veränderbar ist.An operative assistance system (1) for a magnetic resonance tomograph (I) for displaying an entry point (IX) for an instrument on the surface of a patient (VIII), comprising at least: - a movably mounted device (3a, 3b, 3c) comprising at least - one first holder (IV) for receiving at least one conductor loop (III) and - a second holder (V) for receiving at least one light source (II), - a light source (II) for marking of predeterminable coordinates of the entry point (IX), wherein the device (3a, 3b, 3c) is arranged directly in front of the opening of the magnetic resonance tomograph (I), - a bearing (VI) and - a control unit (SE) for changing the position (orientation) of the luminous means (II), wherein the control unit (SE) is electrically connected to the conductor loop (III) and the lamp (II) and in the conductor loop (III) by means of an electric current, a magnetic field is generated, such that on the Conductor loop (III) acts as a force dependent on the magnetic field due to moving charge carriers, wherein the force generation leads to an acceleration of this conductor loop along the positive field change of the magnetic field before the opening of the MRT and the first holder (IV) with the second holder (V) cooperates by means of power transmission, that the position of the illuminant (II) is variable.
Description
Die Erfindung betrifft ein operatives Assistenzsystem für einen Magnetresonanztomographen zur Anzeige eines Eintrittspunktes für ein Instrument auf der Oberfläche eines Patienten und ein Verfahren hierzu.The invention relates to an operative assistance system for a magnetic resonance tomograph for displaying an entry point for an instrument on the surface of a patient and a method for this purpose.
Minimal-invasive Behandlungsmethoden versuchen die Belastung für den Patienten unter anderem dadurch zu reduzieren, dass der Patient möglichst wenig verletzt wird. Dadurch entfällt aber auch die direkte visuelle Kontrolle während einer Behandlung. Deshalb ist es nötig eine solche Behandlung durch ein bildgebendes Verfahren zu begleiten. Die Magnetresonanztomographie ist hierfür besonders gut geeignet, da sie einen guten Weichteilkontrast liefert und die darzustellenden Schichten beliebig orientiert werden können.Minimally invasive treatment methods try to reduce the burden on the patient, among other things, that the patient is injured as little as possible. This eliminates the need for direct visual control during a treatment. Therefore, it is necessary to accompany such treatment by an imaging method. Magnetic resonance tomography is particularly well suited for this, since it provides a good soft tissue contrast and the layers to be displayed can be oriented arbitrarily.
Grundlage für die Bildgenerierung ist der Wasserstoff im menschlichen Körper. Stoffe, die keinen Wasserstoff in geeigneter Form enthalten, können mit dieser Methode nicht dargestellt werden. Dies betrifft vor allem die Instrumente, die während der Behandlung nur durch ihre Wirkung im Patienten visualisiert werden können, üblicherweise die Verschiebung von Gewebe.The basis for the image generation is the hydrogen in the human body. Substances that do not contain hydrogen in suitable form can not be prepared by this method. This concerns especially the instruments, which can be visualized during the treatment only by their effect in the patient, usually the displacement of tissue.
Für einen optimalen Behandlungsverlauf ist es auch notwendig, dass ein bestimmter Eintrittspunkt für das Instrument gewählt wird. Dieser kann von einer Vielzahl von Kriterien abhängen und wird vorher vom Arzt anhand diagnostischer Bilddaten geplant. Den vorher geplanten Eintrittspunkt auf dem Patienten zu finden erfordert ein hohes Maß an Vorstellungsvermögen seitens des Arztes. Dieser muss sich anhand der zweidimensionalen Schichtbilder des Inneren, auf der Oberfläche des Patienten orientieren. Es wäre also wünschenswert, den Arzt in dieser Aufgabe durch die Bereitstellung einer geeigneten Vorrichtung zu unterstützen, damit die Einstichstelle schneller lokalisiert werden kann.For optimal treatment, it is also necessary to choose a specific entry point for the instrument. This can depend on a variety of criteria and is previously planned by the doctor based on diagnostic image data. Finding the previously planned entry point on the patient requires a high level of imagination on the part of the physician. This must be based on the two-dimensional layer images of the interior, on the surface of the patient. It would therefore be desirable to assist the physician in this task by providing a suitable device so that the puncture site can be located more quickly.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Methoden vorgestellt, um die Einstichstelle für ein Instrument auf dem Patienten zu finden.Various methods have been presented in the past to find the site for an instrument on the patient.
Fingertip-MethodeFingertip method
Bei dieser Methode wird kontinuierlich die Ebene mit der Einstichstelle aufgenommen und der Arzt fährt mit dem Finger über den Patienten. Dabei wird dieser von einer MTA im Scannervorraum unterstützt, die die Bildgebung kontrolliert. Vorteil dieser Methode ist ihre simple und effiziente Umsetzung. Es sind keine zusätzlichen Werkzeuge zur Durchführung nötig. Jedoch benötigt der Arzt viel Erfahrung sich in den beliebigen Schichtorientierungen zu orientieren. Außerdem hängt die Effizienz der Methode stark vom Zusammenspiel der MTA mit dem Arzt ab. Kurzfristige Veränderungen im Team können hierbei beträchtliche Effizienzverluste verursachen.In this method, the level with the puncture site is continuously recorded and the doctor runs his finger over the patient. This is supported by an MTA in the scanner front room, which controls the imaging. The advantage of this method is its simple and efficient implementation. There are no additional tools necessary for implementation. However, the doctor needs a lot of experience to orient himself in the arbitrary slice orientations. In addition, the efficiency of the method depends heavily on the interaction of the MTA with the doctor. Short-term changes in the team can cause considerable efficiency losses.
Trackingsystemetracking systems
Trackingsysteme können verwendet werden, um ein Instrument unabhängig von der Bildgebung zu verfolgen. Diese können dann als „unabhängige” Kontrollinstanz wichtige Aufgaben übernehmen. Aktuelle- und Zielkoordinate können problemlos miteinander abgeglichen werden, jedoch ist eine dem Arzt zugängliche Visualisierung nur schwer möglich.Tracking systems can be used to track an instrument independently of the imaging. These can then take on important tasks as an "independent" supervisory body. Current and target co-ordinates can be easily compared with each other, but a visualization accessible to the physician is difficult to achieve.
Auch ist ein solches Trackingsystem nicht überall verfügbar und kann immer nur ein kleines Volumen überwachen. Außerhalb dessen kann das Instrument nicht verfolgt werden und somit keine Korrektur geliefert werden, wie weit dieses von der Einstichstelle entfernt ist.Also, such a tracking system is not widely available and can only monitor a small volume at a time. Outside of this, the instrument can not be tracked and thus no correction can be provided as to how far away it is from the puncture site.
Markermarker
Instrumente können bildbasiert überwacht werden, indem deren Eigenschaften im Bild manipuliert werden. Diese Methode kann sehr effizient sein. Jedoch muss dafür dessen grobe Orientierung und Position bekannt sein, damit die aufzunehmenden Schichten entsprechend ausgerichtet werden können.Instruments can be monitored image-based by manipulating their properties in the image. This method can be very efficient. However, it must be known for its rough orientation and position so that the recorded layers can be aligned accordingly.
Planungssoftwareplanning software
Anhand einer detaillierten Planung werden eindeutig bestimmbare Landmarken genutzt, um die Einstichstelle zu markieren. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Lage auf der z-Achse bekannt ist und die entsprechende Bogenlänge auf dem Patienten abgemessen wird. Nachteil dieser Methode ist, dass das Behandlungsszenario nicht von der Planung abweichen darf.On the basis of a detailed planning clearly identifiable landmarks are used to mark the puncture site. This can be z. B. done by the situation on the z-axis is known and the corresponding arc length is measured on the patient. Disadvantage of this method is that the treatment scenario must not deviate from the planning.
Bekannt aus
Aus
Die bekannten Verfahren weisen jeweils Fremdantriebe zur Steuerung der Positioniereinrichtung auf.The known methods each have third-party drives for controlling the positioning device.
Vor diesem Hintergrund wäre es wünschenswert, ein operatives Assistenzsystem für einen Magnetresonanztomographen zur Anzeige eines Eintrittspunktes für ein Instrument auf der Oberfläche eines Patienten zu haben, welches leicht handhabbar ist, ohne dabei den Patienten drastisch zu beanspruchen bzw. gar zu verletzen.Against this background, it would be desirable to have an operative assistance system for a magnetic resonance tomograph for displaying an entry point for an instrument on the surface of a patient, which is easy to handle without drastically stressing or even injuring the patient.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved with a device according to
Vorgeschlagen wird ein Operatives Assistenzsystem (
- – eine beweglich gelagerte Einrichtung (
3a ,3b ,3c ), umfassend zumindest - – eine erste Halterung (IV) zur Aufnahme von zumindest einer Leiterschleife (III) und
- – eine zweite Halterung (V) zur Aufnahme von zumindest einem Leuchtmittel (II),
- – ein Leuchtmittel (II) zur Markierung oder Anzeige von vorgebbaren Koordinaten des Eintrittspunktes (IX), wobei die Einrichtung (
3a ,3b ,3c ) unmittelbar vor der (Öffnung des Magnetresonanztomographen (1 ) angeordnet ist, - – eine Lagerung (VI) und
- – eine Steuereinheit (SE) zur Veränderung der Position des Leuchtmittels (II),
- - a moveable device (
3a .3b .3c ), comprising at least - - A first holder (IV) for receiving at least one conductor loop (III) and
- A second holder (V) for receiving at least one light source (II),
- - A light source (II) for marking or displaying predefinable coordinates of the entry point (IX), wherein the device (
3a .3b .3c ) immediately before (opening of the magnetic resonance tomograph (1 ) is arranged - - storage (VI) and
- A control unit (SE) for changing the position of the light source (II),
Die Erfindung beruht auf der Kraftwirkung stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld. In einem inhomogenen Streufeld erfahren diese Leiter eine Beschleunigung entlang des Gradienten des Feldes. Durch entsprechende Planung und Lagerung der Leiterschleifen kann die Kraftwirkung zur Auslenkung anderer Vorrichtungen oder Einrichtungen verwendet werden.The invention is based on the force effect of current-carrying conductors in a magnetic field. In an inhomogeneous stray field, these conductors experience acceleration along the gradient of the field. By appropriate planning and storage of the conductor loops, the force effect can be used for the deflection of other devices or devices.
Die beweglich gelagerte Einrichtung (
Neben einer elektrischen Verbindung oder Übertragung von Signalen zwischen der Steuereinheit (SE), der Leiterschleife (III) und dem Leuchtmittel (II) ist auch eine optische Übertragung der Signale möglich.In addition to an electrical connection or transmission of signals between the control unit (SE), the conductor loop (III) and the light source (II) and an optical transmission of the signals is possible.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Halterung (IV) in der Einrichtung (
Vorteilhafterweise ist das Leuchtmittel (II) über die Halterung (V) starr mit der ersten Halterung (IV) verbunden. Advantageously, the lighting means (II) via the holder (V) is rigidly connected to the first holder (IV).
Weiterhin ist vorgesehen, dass die erste Halterung (IV) in der Einrichtung (
Vorteilhafterweise ist die erste Halterung (IV) als eine Zahnstange ausgebildet.Advantageously, the first holder (IV) is designed as a rack.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Assistenzsystem einen Seilzug aufweist, der mit der ersten Halterung (IV) und der zweiten Halterung (V) mittels Kraftübertragung derart zusammenwirkt, dass die Ausrichtung der zweiten Halterung (V) in Pfeilrichtung (T) oder (R) veränderbar ist und mittels der Leuchtmittel (II) Koordinaten des Eintrittspunktes (IX) auf der Oberfläche eines Patienten (VIII) markierbar sind.In a further embodiment of the invention, it is provided that the assistance system has a cable pull which cooperates with the first holder (IV) and the second holder (V) by means of force transmission such that the alignment of the second holder (V) in the direction of the arrow (T) or (R) is variable and by means of the illuminant (II) coordinates of the entry point (IX) on the surface of a patient (VIII) are markable.
Die Leuchtmittel (II) des Assistenzsystems (
Es sind auch andere Ausführungsformen denkbar, die aber alle mindestens eine Spule oder Leiterschleife (III) umfassen. Weitere Spulen sind vorzugsweise unterschiedlich bestromt. Bei geeigneter Lagerung (VI) und Umlenkung der Kraft durch ein Getriebe (X) kann das Leuchtmittel (II) in einer Art und Weise ausgerichtet werden, dass der Zielpunkt (IX) auf der Patientenoberfläche (XII) markiert wird.Other embodiments are also conceivable, but they all comprise at least one coil or conductor loop (III). Further coils are preferably energized differently. With suitable bearing (VI) and deflection of the force by a gear (X), the light source (II) can be aligned in such a way that the target point (IX) on the patient surface (XII) is marked.
Verfahrensgemäß kann das operative Assistenzsystem (
- – einer beweglich gelagerten Einrichtung (
3a ,3b ,3c ), umfassend zumindest - – einer ersten Halterung (IV) zur Aufnahme von zumindest einer Leiterschleife (III) und
- – einer zweiten Halterung (V) zur Aufnahme von zumindest einem Leuchtmittel (II),
- – einem Leuchtmittel (II) zur Markierung von vorgebbaren Koordinaten des Eintrittspunktes (IX), wobei die Einrichtung (
3a ,3b ,3c ) unmittelbar vor der Öffnung des Magnetresonanztomographen (I) angeordnet wird, - – einer Lagerung (VI) und
- – einer Steuereinheit (SE) zur Veränderung der Position (Ausrichtung) des Leuchtmittels (II),
- - a moveable device (
3a .3b .3c ), comprising at least - - A first holder (IV) for receiving at least one conductor loop (III) and
- A second holder (V) for receiving at least one light source (II),
- - a light source (II) for marking preselectable coordinates of the entry point (IX), wherein the device (
3a .3b .3c ) is placed immediately before the opening of the magnetic resonance tomograph (I), - - storage (VI) and
- A control unit (SE) for changing the position (orientation) of the light source (II),
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, ist jedoch hierauf nicht beschränkt.The invention will be explained in more detail with reference to figures, but is not limited thereto.
Es zeigen:Show it:
In
Dabei ist eine drehbar gelagerte Einrichtung (
Diese Anordnung befindet sich in unmittelbarer Nähe vor einem Magnetresonanztomographen (I). Die Halterung (IV) für die Leiterschleifen (III) in
Die beweglich gelagerte Einrichtung (
Die erste Halterung (IV) in der Einrichtung (
Dabei ist das Leuchtmittel (II) über die Halterung (V) starr mit der ersten Halterung (IV) verbunden.In this case, the lighting means (II) via the holder (V) is rigidly connected to the first holder (IV).
Die Leiterschleife (III) kann beispielsweise aus einem Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 0,15 mm gefertigt sein und ca. 100 Windungen aufweisen. Die Leiterschleifen können seitens ihrer Polarität und Stromstärke separat bestromt werden, beispielsweise mit einem Strom von 100 mA. Das operative Assistenzsystem ist vorzugsweise aus MR-kompatiblen Materialien gefertigt.The conductor loop (III) can be made, for example, from a copper enamel wire with a diameter of 0.15 mm and have about 100 turns. The conductor loops can be energized separately due to their polarity and current, for example with a current of 100 mA. The operative assistance system is preferably made of MR-compatible materials.
Wird eine Leiterschleife oder Spule im inhomogenen Magnetfeld des MRT bestromt, so wirkt auf diese aufgrund der bewegten Ladungsträger eine vom Magnetfeld abhängige Kraft. Diese führt zu einer Änderung der Ausrichtung durch ein Drehmoment und zu einer Beschleunigung des Objektes. Für den ersten Effekt ist die Feldstärke maßgeblich, während der zweite Effekt vom Gradienten des Feldes abhängt. Vor dem MRT im Bereich des magnetischen Streufeldes ist also davon auszugehen, dass die Beschleunigungswirkung dominiert, während das Objekt im homogenen Feld im Inneren des MRT seine Ausrichtung ändert. Im inhomogenen Feld erfolgt die Beschleunigung entlang der positiven Feldänderung d. h. zur größer werdenden Feldstärke hin.If a conductor loop or coil is energized in the inhomogeneous magnetic field of the MRT, then this acts on the basis of the moving charge carrier dependent on the magnetic field force. This leads to a change of the orientation by a torque and to an acceleration of the object. For the first effect, the field strength is decisive, while the second effect depends on the gradient of the field. Before the MRI in the area of the magnetic stray field, it can therefore be assumed that the acceleration effect dominates while the object in the homogeneous field inside the MRT changes its orientation. In the inhomogeneous field, the acceleration takes place along the positive field change d. H. towards increasing field strength.
Die Leuchtmittel (II) des Assistenzsystem (
In
Hierbei ist die erste Halterung (IV) in der Einrichtung (
Vorteilhafterweise ist die erste Halterung (IV) als eine Zahnstange ausgebildet.Advantageously, the first holder (IV) is designed as a rack.
In dieser Ausführung gemäß
Durch die Einzelheit (A) gemäß
In den
In dieser Ausführungsform der Erfindung in
Dabei kann das Leuchtmittel (II) auch an einer anderen Stelle platziert werden.In this case, the light source (II) can also be placed at a different location.
Die Kraftübertragung zwischen der Halterung der Leiterschleife (IV) und der Halterung des Leuchtmittels (V), erfolgt hier durch ein Getriebe (X), das in den
Es ist auch denkbar, die Leiterschleife (III) an einer anderen Stelle des Tomographen (I) zu platzieren. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass sich dadurch die Kraftwirkung ändert. Im Streufeld wird eine Beschleunigung und im homogenen Magnetfeld des Inneren eine Rotation des Objektes auftreten. Wichtig ist die richtige Wahl des Getriebes (X), dass für eine geeignete Kraftübertragung zwischen der Halterung (IV) der Leiterschleife (III) und der Halterung (V) des Leuchtmittels (II) sorgt.It is also conceivable to place the conductor loop (III) at another point on the tomograph (I). However, care must be taken that this changes the force effect. In the stray field an acceleration and in the homogeneous magnetic field of the interior a rotation of the object will occur. Important is the correct choice of the transmission (X) that ensures a suitable power transmission between the holder (IV) of the conductor loop (III) and the holder (V) of the bulb (II).
Die beweglich gelagerte Einrichtung (
Indem das Magnetfeld des Magnetresonanztomographen durch bestromte Leiterschleifen (III) genutzt wird, sind keine Fremdantriebe, wie beispielsweise Piezo-Antriebe oder pneumatische Antriebe nötig, um die Position des Leuchtmittels (II) zu verändern. Die erste Halterung (IV) ist in Kombination mit dem Getriebe (X) über die zweite Halterung (V) geeignet rotatorische bzw. translatorische Bewegungen auszuführen und das Leuchtmittel (II) in Rotationsrichtung (R) oder Translationsrichtung (T) auszurichten.By the magnetic field of the magnetic resonance tomograph is used by powered conductor loops (III), no third-party drives, such as piezo drives or pneumatic drives are required to change the position of the light source (II). The first holder (IV) in combination with the gearbox (X) via the second holder (V) to perform suitable rotatory or translational movements and to align the light source (II) in the direction of rotation (R) or translation direction (T).
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