DE102018105834A1 - Medical technology system and method for non-invasive tracking of an object - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein medizintechnisches System zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines in einem Körperteil eines Patienten angeordneten und von außen nicht sichtbaren Objektes. Das System umfasst ein Navigationssystem zum Erstellen von Aufnahmen der Oberfläche des Körperteils, eine Datenverarbeitungseinheit, die ausgebildet und programmiert ist, dass sie anhand der Aufnahmen einen Messdatensatz des Körperteils bereitstellt, der eine räumliche Information über die Oberfläche des Körperteils umfasst, eine Speichereinheit, in der ein dem Körperteil zugeordneter oder zuordenbarer Musterdatensatz gespeichert ist, wobei der Musterdatensatz räumliche Informationen über die Oberfläche des Körperteils, über das Objekt und über die Beziehung der Oberfläche zum Objekt umfasst, wobei die Datenverarbeitungseinheit weiter so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den Musterdatensatz und den Messdatensatz so rechnerisch aneinander anpasst, dass die jeweiligen Oberflächen innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz übereinstimmen, um die Position des Objektes relativ zur Oberfläche im Messdatensatz zu bestimmen, im Hinblick auf ein nichtinvasives Tracken des Objektes bei einer Bewegung des Körperteils im Raum. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren.The invention relates to a medical-technical system for the non-invasive determination of a position of an object arranged in a body part of a patient and not visible from the outside. The system comprises a navigation system for taking pictures of the surface of the body part, a data processing unit that is designed and programmed to provide, based on the recordings, a measurement data set of the body part that contains spatial information about the surface of the body part, a memory unit in which a pattern data set associated with or assignable to the body part is stored, the pattern data set comprising spatial information about the surface of the body part, the object and the relationship of the surface to the object, the data processing unit being further configured and programmed to store the pattern data set and the The measurement data set is so computationally adapted to one another that the respective surfaces coincide within a predetermined or predefinable tolerance in order to determine the position of the object relative to the surface in the measurement data set with regard to a non-invasive ives Tracking of the object during a movement of the body part in the room. Moreover, the invention relates to a method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizintechnisches System zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines in einem Körperteil eines Patienten angeordneten und von außen nicht sichtbaren Objektes.The present invention relates to a medical-technical system for the non-invasive determination of a position of an object arranged in a body part of a patient and not visible from the outside.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren.Moreover, the present invention relates to a corresponding method.

Im Bereich der medizintechnischen Navigation ist es bekannt, zu trackende Objekte mit einer medizinischen Markiereinrichtung zu versehen, deren Lageänderung im Raum von einem Navigationssystem erkannt werden kann. Handelt es sich bei dem zu trackenden Objekt um einen Knochen, beispielsweise im Rahmen der Knie- oder Hüftendoprothetik, wird dabei üblicherweise eine Aufnahme für die Markiereinrichtung mittels mindestens einer Knochenschraube mit dem Knochen verschraubt. Die Markiereinrichtung mit passiven oder aktiven Markierelementen kann mit der Aufnahme verbunden werden. Durch den Einsatz von Knochenschrauben kann zwar eine stabile Fixierung der Markiereinrichtung und dadurch eine valide Referenz erzielt werden. Jedoch weist die invasive Anbringung der Markiereinrichtung den Nachteil auf, dass unerwünscht zusätzliches Trauma entsteht und deswegen bei Patienten und Operateuren Vorbehalte gegen den Einsatz von Knochenschrauben bestehen. Bei schlechter Knochenqualität kann die Knochenschraube ausbrechen, was zu einem Verlust der Referenz führt, wodurch die Vorteile der medizintechnischen Navigation nicht verwendet werden können. Bereits der Einsatz von Knochenschrauben führt zur Knochenschwächung und kann im schlimmsten Fall später zum Bruch des Knochens führen.In the field of medical technology navigation, it is known to provide objects to be tracked with a medical marking device whose positional change in space can be recognized by a navigation system. If the object to be tracked is a bone, for example in the context of knee or hip arthroplasty, a receptacle for the marking device is usually screwed to the bone by means of at least one bone screw. The marking device with passive or active marking elements can be connected to the recording. Through the use of bone screws, a stable fixation of the marking device and thereby a valid reference can be achieved. However, the invasive attachment of the marking device has the disadvantage that undesired additional trauma arises and therefore there are reservations about the use of bone screws in patients and surgeons. If the bone quality is poor, the bone screw may break, leading to a loss of the reference, which means that the benefits of medical navigation can not be used. Even the use of bone screws leads to bone weakening and in the worst case may later lead to fracture of the bone.

Es sind ferner weniger invasive Techniken zum Fixieren der Markiereinrichtung bekannt, beispielsweise eine Kirschner-Draht-Fixierung. Hierbei besteht jedoch das Risiko, dass sich die Aufnahme für die Markiereinrichtung lockert und die Referenz verloren geht.There are also less invasive techniques for fixing the marking device known, for example, a Kirschner wire fixation. However, there is the risk that the recording loosens for the marking and the reference is lost.

Bei Markiereinrichtungen besteht im Allgemeinen die Schwierigkeit, dass diese sich aus Gründen der Sichtbarkeit außerhalb des eigentlich interessanten Bereichs des Körperteils befinden muss (ROI, Region Of Interest). Außerdem ist eine gewisse Größe der Markiereinrichtung im Hinblick auf die Genauigkeit des Systems erforderlich. Beide Eigenschaften können negativ für die Verankerung beispielsweise an einem Knochen sein, da aufgrund der Größe ein zusätzlicher Hebel und eine Krafteinwirkung infolge der erforderlichen robusteren Verankerung auf den Knochen besteht.For markers, there is generally the difficulty that, for reasons of visibility, it must be outside the actually interesting area of the body part (ROI, Region Of Interest). In addition, a certain size of the marking device is required with regard to the accuracy of the system. Both properties may be negative for anchorage to, for example, a bone, because of the size there is additional leverage and force due to the required more robust anchorage to the bone.

Nicht-invasive Verfahren zum Verfolgen der Position eines Körperteils im Raum unter Einsatz eines Navigationssystems sind beispielsweise in der DE 10 2013 112 375 A1 , der DE 10 2014 104 800 A1 und der DE 10 2014 104 802 A1 beschrieben.Non-invasive methods for tracking the position of a body part in space using a navigation system are, for example, in DE 10 2013 112 375 A1 , of the DE 10 2014 104 800 A1 and the DE 10 2014 104 802 A1 described.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein medizintechnisches System und ein Verfahren zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines Objektes bereitzustellen, mit dem das Objekt mit hinreichender Genauigkeit getrackt werden kann.The object of the present invention is to provide a medical-technical system and a method for the non-invasive determination of a position of an object with which the object can be tracked with sufficient accuracy.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes medizintechnisches System zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines in einem Körperteil eines Patienten angeordneten und von außen nicht sichtbaren Objektes gelöst, umfassend:

  • - ein Navigationssystem zum Erstellen von Aufnahmen der Oberfläche des Körperteils;
  • - eine Datenverarbeitungseinheit, die ausgebildet und programmiert ist, dass sie anhand der Aufnahmen einen Messdatensatz des Körperteils bereitstellt, der eine räumliche Information über die Oberfläche des Körperteils umfasst;
  • - eine Speichereinheit, in der ein dem Körperteil zugeordneter oder zuordenbarer Musterdatensatz gespeichert ist, wobei der Musterdatensatz räumliche Informationen über die Oberfläche des Körperteils, über das Objekt und über die Beziehung der Oberfläche zum Objekt umfasst;
  • - wobei die Datenverarbeitungseinheit weiter so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den Musterdatensatz und den Messdatensatz so rechnerisch aneinander anpasst, dass die jeweiligen Oberflächen innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz übereinstimmen, um die Position des Objektes relativ zur Oberfläche im Messdatensatz zu bestimmen, im Hinblick auf ein nichtinvasives Tracken des Objektes bei einer Bewegung des Körperteils im Raum.
This object is achieved by a medical-technical system according to the invention for the noninvasive determination of a position of an object arranged in a body part of a patient and not visible from the outside, comprising:
  • a navigation system for taking pictures of the surface of the body part;
  • a data processing unit which is designed and programmed to provide, based on the recordings, a measurement data set of the body part which comprises spatial information about the surface of the body part;
  • a storage unit in which a pattern record associated with or assignable to the body part is stored, the pattern record comprising spatial information about the surface of the body part, about the object, and about the relationship of the surface to the object;
  • wherein the data processing unit is further configured and programmed to computationally match the pattern data set and the measurement data set such that the respective surfaces match within a predetermined or predeterminable tolerance to determine the position of the object relative to the surface in the measurement data set on a non-invasive tracking of the object during a movement of the body part in space.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines in einem Körperteil eines Patienten angeordneten und von außen nicht sichtbaren Objektes löst obige Aufgabe dadurch, dass:

  • - mit einem medizintechnischen Navigationssystem Aufnahmen der Oberfläche des Körperteils erstellt werden;
  • - mit einer Datenverarbeitungseinheit anhand der Aufnahmen ein Messdatensatz des Körperteils bereitgestellt wird, der eine räumliche Information über die Oberfläche des Körperteils umfasst;
  • - ein dem Körperteil zugeordneter oder zuordenbarer Musterdatensatz, der räumliche Informationen über die Oberfläche des Körperteils, über das Objekt und über die räumliche Beziehung der Oberfläche zum Objekt umfasst, bereitgestellt wird;
  • - mit der Datenverarbeitungseinheit der Musterdatensatz und der Messdatensatz so rechnerisch aneinander angepasst werden, dass die jeweiligen Oberflächen innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz übereinstimmen, und die Position des Objektes relativ zur Oberfläche im Messdatensatz bestimmt wird; und
  • - das Objekt bei einer Bewegung des Körperteils im Raum nichtinvasiv getrackt wird.
A method according to the invention for noninvasively determining a position of an object arranged in a body part of a patient and not visible from outside solves the above object in that:
  • - be made with a medical navigation system recordings of the surface of the body part;
  • - With a data processing unit from the recordings a measurement data set of the body part is provided which comprises spatial information about the surface of the body part;
  • a pattern data record assigned or assignable to the body part, which contains spatial information about the surface of the body part, about the object and about the spatial relationship of the surface to the object, is provided;
  • - With the data processing unit, the pattern data set and the measurement data set are so computationally adapted to each other that the respective surfaces within a predetermined or predetermined tolerance match, and the position of the object is determined relative to the surface in the measurement data set; and
  • - The object is non-invasively tracked in a movement of the body part in space.

Die Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen System erzielt werden können, können bei einer Ausübung des Verfahrens ebenfalls erzielt werden, so dass nachfolgend im Wesentlichen nur auf das System eingegangen wird.The advantages which can be achieved with the system according to the invention can also be achieved when the method is carried out, so that subsequently essentially only the system is discussed.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich durch vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems. Die diesbezüglichen nachfolgenden Äußerungen können daher in entsprechender Weise auf das System und auf das Verfahren bezogen sein.Advantageous embodiments of the method according to the invention result from advantageous embodiments of the system according to the invention. The related comments below may therefore be correspondingly related to the system and method.

Beim erfindungsgemäßen System wird mit dem Navigationssystem, das beispielsweise eine Stereokamera oder eine Monokamera umfasst, eine Folge von Aufnahmen des Körperteils des Patienten nichtinvasiv erstellt. Eine invasiv angebrachte Markiereinrichtung kann eingespart werden und ist nicht erforderlich. Die Datenverarbeitungseinheit erstellt aus den Aufnahmen einen Messdatensatz mittels Algorithmen der Photogrammmetrie. Der Messdatensatz liegt beispielsweise in Form einer sogenannten „Punktewolke“ vor, einer Vielzahl die räumliche Beschaffenheit der Oberfläche definierenden Messwerten. Da das an sich interessante Objekt in den Aufnahmen nicht sichtbar ist (hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Knochen, zum Beispiel den Femur oder die Tibia), zieht die Datenverarbeitungseinheit zusätzlich die im Musterdatensatz enthaltene Information heran. Der Musterdatensatz umfasst eine räumliche Information über die Oberfläche eines Körperteils, das in seiner Art demjenigen des Patienten entspricht und diesem zugeordnet ist oder zugeordnet werden kann. Der Musterdatensatz umfasst insbesondere eine Information über die räumliche Verknüpfung des Objektes und der Oberfläche. Mittels der Datenverarbeitungseinheit können der Musterdatensatz und der Messdatensatz so rechnerisch aneinander angepasst werden, dass die Position des nicht sichtbaren Objektes des Patienten in seiner räumlichen Beziehung zur Oberfläche im Messdatensatz bestimmt werden kann. Es kann über den Musterdatensatz ein körpereigenes Koordinatensystem erzeugt werden. Bei einer Bewegung des Körperteils im Raum kann die Datenverarbeitungseinheit das nicht sichtbare Objekt nichtinvasiv tracken.In the system according to the invention, a sequence of shots of the body part of the patient is created noninvasively with the navigation system, which comprises, for example, a stereo camera or a monocamera. An invasively attached marking device can be saved and is not required. The data processing unit creates a measurement data record from the recordings using algorithms of photogrammetry. The measurement data set is present, for example, in the form of a so-called "point cloud", a multiplicity of the spatial characteristics of the surface defining measured values. Since the intrinsically interesting object is not visible in the images (this is, for example, a bone, for example the femur or the tibia), the data processing unit additionally uses the information contained in the sample data set. The pattern data set comprises spatial information about the surface of a body part, which corresponds in its type to that of the patient and is associated or can be assigned to it. The pattern data set comprises, in particular, information about the spatial association of the object and the surface. By means of the data processing unit, the pattern data record and the measurement data record can be so computationally adapted to each other that the position of the invisible object of the patient in its spatial relationship to the surface in the measurement data set can be determined. It can be generated via the pattern data set an endogenous coordinate system. Upon movement of the body part in space, the data processing unit may non-invasively track the invisible object.

Beispielsweise kann die Datenverarbeitungseinheit so ausgebildet und programmiert sein, dass sie den Musterdatensatz an den Messdatensatz anpasst.For example, the data processing unit may be configured and programmed to adapt the pattern data set to the measurement data set.

Günstig ist es, wenn die Datenverarbeitungseinheit so ausgebildet und programmiert ist, dass sie zur Anpassung des Messdatensatzes und des Musterdatensatzes aneinander zumindest eines der Folgenden durchführt:

  • - Skalieren der räumlichen Information zumindest eines der Datensätze bzw. Anpassen der Skalierungen. Zumindest ein Datensatz kann derart skaliert werden, dass die im Datensatz enthaltene Information mit der im jeweils anderen Datensatz enthaltenen Information übereinstimmt, was beispielsweise die Abmessung(en) des Körperteils betrifft.
  • - Translation und/oder Rotation der räumlichen Information zumindest eines der Datensätze. Beispielsweise wird die Information des Musterdatensatzes derart verschoben und/oder rotiert, dass in den Datensätzen enthaltene Orientierungsinformationen (beispielsweise Hauptachsen) rechnerisch übereinandergelegt werden.
  • - Analyse der Datensätze im Hinblick auf übereinstimmende Bildpunkte. Beispielsweise werden von der Datenverarbeitungseinheit homologe Bildpunkte identifiziert und bei der Anpassung der Datensätze aneinander berücksichtigt. In den Datensätzen können beispielsweise jeweils Bildpunkte charakteristischer Merkmale des Körperteils erkennbar oder gekennzeichnet sein, die von der Datenverarbeitungseinheit bei der Analyse der Datensätze auf einfache Weise aufgefunden und identifiziert werden können.
  • - Verzerren der räumlichen Information in zumindest einem der Datensätze zur Angleichung an den jeweils anderen Datensatz. Beispielsweise wird iterativ die Information eines Datensatzes derart variiert und verzerrt, bis innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz eine Übereinstimmung der Oberflächeninformation zwischen den Datensätzen besteht, beispielsweise dem Messdatensatz und dem rechnerisch bearbeiteten Musterdatensatz.
It is favorable if the data processing unit is designed and programmed in such a way that it carries out at least one of the following to adapt the measurement data set and the pattern data set to one another:
  • Scaling the spatial information of at least one of the data sets or adapting the scalings. At least one data record can be scaled in such a way that the information contained in the data record matches the information contained in the respective other data record, which relates, for example, to the dimension (s) of the body part.
  • Translation and / or rotation of the spatial information of at least one of the data sets. For example, the information of the pattern data set is shifted and / or rotated in such a way that orientation information (for example, main axes) contained in the data records is superimposed computationally.
  • - Analysis of the data sets with regard to matching pixels. For example, homologous pixels are identified by the data processing unit and taken into account when adapting the data records to one another. In the data sets, for example, in each case pixels of characteristic features of the body part can be recognizable or identified, which can be easily found and identified by the data processing unit in the analysis of the data records.
  • - Distort the spatial information in at least one of the records to approximate the other record. For example, the information of a data record is iteratively varied and distorted until within a predetermined or predefinable tolerance there is a match of the surface information between the data records, for example the measurement data record and the computationally processed sample data record.

Obige Analysen kann die Datenverarbeitungseinheit beispielsweise mittels parametrisierbarer Algorithmen durchführen, die dem Fachmann bekannt sind.The above analyzes can be carried out by the data processing unit, for example by means of parameterizable algorithms, which are known to the person skilled in the art.

Von Vorteil ist es, wenn die Datenverarbeitungseinheit so ausgebildet und programmiert ist, dass die Anpassung der Datensätze aneinander und die Bestimmung der Position des Objektes im Wesentlichen in Echtzeit durchführbar ist. Dies erweist sich als vorteilhaft für die Nutzung des Systems, bei der der Operateur eine umgehende Rückmeldung über die Position des Objektes im Raum ohne erkennbare Verzögerungen wünscht. It is advantageous if the data processing unit is designed and programmed such that the adaptation of the data records to one another and the determination of the position of the object can be carried out essentially in real time. This proves to be advantageous for the use of the system in which the operator desires an immediate feedback on the position of the object in the room without recognizable delays.

Es kann vorgesehen sein, dass der Musterdatensatz ein generischer Datensatz ist, der keine patientenindividuelle Information über das Körperteil des Patienten umfasst. Hierunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass der Musterdatensatz nicht durch Analyse des Körperteils des Patienten selbst gewonnen wurde. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in der Speichereinheit eine Vielzahl von Musterdatensätzen hinterlegt ist, die keinem bestimmten, individualisierbaren Patienten zugeordnet sind.It can be provided that the pattern data record is a generic data record that does not include patient-specific information about the body part of the patient. In the present case, this may mean, in particular, that the pattern data record was not obtained by analysis of the body part of the patient himself. It can be provided, for example, that in the memory unit a plurality of pattern data sets is stored, which are not assigned to a specific, individualizable patient.

In der Speichereinheit ist beispielsweise eine Mehrzahl von Musterdatensätzen gespeichert, wobei dem Patienten ein Musterdatensatz abhängig von zumindest einem der Folgenden zur Anpassung an den Messdatensatz zuordenbar ist:

  • - Geschlecht des Patienten;
  • - Alter des Patienten;
  • - Ethnizität des Patienten;
  • - Anamnese mit einer Information über Vorerkrankungen des Patienten;
  • - soziokultureller Hintergrund des Patienten mit Informationen beispielsweise über Mobilität, Gesundhaltung, Lebensführung etc.
For example, a plurality of pattern data records are stored in the memory unit, wherein a pattern data record can be assigned to the patient as a function of at least one of the following for adaptation to the measurement data record:
  • - sex of the patient;
  • - age of the patient;
  • - ethnicity of the patient;
  • - Anamnesis with information about pre-existing conditions of the patient;
  • - sociocultural background of the patient with information about mobility, health, lifestyle etc.

Der nicht-patientenindividuelle Musterdatensatz kann von der Datenverarbeitungseinheit beispielsweise automatisch ausgewählt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Möglichkeit bestehen, dass der Operateur einen geeigneten Musterdatensatz auswählt.The non-patient-specific sample data record can be selected automatically by the data processing unit, for example. Alternatively or additionally, it may be possible for the surgeon to select a suitable pattern data record.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Systems ist es günstig, wenn der Musterdatensatz ein patientenindividueller Musterdatensatz ist, der beispielsweise bei einer früheren Untersuchung des Patienten erstellt wurde, insbesondere einer präoperativen Untersuchung zur Planung des Eingriffes.In an advantageous embodiment of the system, it is expedient for the pattern data record to be a patient-specific sample data record which has been created, for example, in a previous examination of the patient, in particular a preoperative examination for planning the procedure.

Es kann vorgesehen sein, dass der Musterdatensatz auf Informationen aus zumindest einem der Folgenden basiert oder zumindest eines der Folgenden umfasst:

  • - CT-Bilddaten;
  • - MR-Bilddaten;
  • - Schichtbilddarstellungen des Körperteils einschließlich des Objektes; und
  • - Verhältnis von Weichteilgewebe zu einem Knochen des Körperteils.
It can be provided that the pattern data record is based on information from at least one of the following or at least includes one of the following:
  • - CT image data;
  • - MR image data;
  • - slice images of the body part including the object; and
  • - Ratio of soft tissue to a bone of the body part.

Diese Informationen können zum Beispiel von Vorteil sein, um im Messdatensatz das Verhältnis von Weichteilgewebe und Knochen zu ermitteln. Da der Patient möglicherweise Muskelrelaxanzien verabreicht bekommen hat und Weichteilgewebe intraoperativ am Körperteil anders verteilt sein kann als im normalen Zustand, kann zum Beispiel über den Musterdatensatz der Schwerkrafteinfluss auf das Weichteilgewebe eliminiert und die Lage des Knochens basierend auf Oberflächentracking abgeleitet werden.For example, this information may be advantageous for determining the ratio of soft tissue and bone in the measurement data set. For example, since the patient may have been given muscle relaxants and soft tissue may be differently distributed on the body part than in the normal state, the pattern data set may eliminate the influence of gravity on the soft tissue and the location of the bone may be derived based on surface tracking.

Das erfindungsgemäße System ist vorteilhafterweise zum Tracken eines Objektes in Gestalt eines Knochens oder eines Organs des Patienten ausgebildet.The system according to the invention is advantageously designed for tracking an object in the form of a bone or an organ of the patient.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn das System eine Kompressionseinrichtung umfasst, die an das Körperteil insbesondere lösbar anbringbar ist, zum Komprimieren des Körperteils. Die Aufnahmen des Navigationssystems können vorzugsweise bei angelegter Kompressionseinrichtung erstellt werden. Diese bietet zum Beispiel den Vorteil, das Weichteilgewebe intraoperativ zu komprimieren, um dadurch etwaige Verschiebungen von Weichteilgewebe und Objekt (insbesondere Knochen) zu reduzieren oder zu vermeiden, welche Verschiebungen beispielsweise bei der Verabreichung von Muskelrelaxantien verstärkt auftreten können.It proves to be advantageous if the system comprises a compression device, which is in particular releasably attachable to the body part, for compressing the body part. The recordings of the navigation system can preferably be created when the compression device is applied. This offers, for example, the advantage of compressing the soft tissue intraoperatively, thereby reducing any shifts in soft tissue and the object (especially bone) or to avoid which shifts can occur, for example, when administering muscle relaxants.

Die Kompressionseinrichtung ist beispielsweise hülsenförmig ausgestaltet und ausgebildet, das Körperteil in einer Umfangsrichtung zu umgeben.The compression device is designed, for example, sleeve-shaped and designed to surround the body part in a circumferential direction.

Beispielsweise ist die Kompressionseinrichtung zum Komprimieren des Oberschenkels des Patienten vorgesehen und ausgestaltet.For example, the compression device is provided and configured to compress the thigh of the patient.

Von Vorteil ist es, wenn die Kompressionseinrichtung zum Einstellen des Kompressionsgrades an das Körperteil anpassbar ist. Insbesondere ist die Kompressionseinrichtung zur Verwendung mit einer Vielzahl von Patienten geeignet und individuell an jeden Patienten anpassbar.It is advantageous if the compression device for adjusting the degree of compression is adaptable to the body part. In particular, the compression device is suitable for use with a variety of patients and individually adaptable to each patient.

Es kann vorgesehen sein, dass die Kompressionseinrichtung eine Bandage, ein Schlauchkörper, ein Strumpf oder eine Folie (beispielsweise eine Klebefolie) ist oder umfasst.It can be provided that the compression device is or comprises a bandage, a tubular body, a stocking or a film (for example an adhesive film).

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Systems kann vorgesehen sein, dass die Datenverarbeitungseinheit so ausgebildet und programmiert ist, anhand der Aufnahmen des Körperteils allein den Messdatensatz zu erstellen. Etwaige zusätzliche Komponenten oder Merkmale können nicht erforderlich sein.In an advantageous embodiment of the system can be provided that the Data processing unit is designed and programmed to create based on the images of the body part alone the measurement data set. Any additional components or features may not be required.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Systems ist es günstig, wenn das System eine Markiereinrichtung umfasst oder ausbildet zum Bereitstellen mindestens einer an der Oberfläche des Körperteils angeordneten oder direkt oder indirekt festgelegten oder festlegbaren Markierung. Die Datenverarbeitungseinheit ist günstigerweise so ausgebildet und programmiert, dass sie die Markierung zum Erstellen des Messdatensatzes heranzieht. Die Markierung gibt zum Beispiel die Möglichkeit, die weitgehend vorhandene Homogenität der Oberfläche eines Körperteils zu durchbrechen, um auf diese Weise einen Messdatensatz von höherer Güte zu erzeugen. Dabei besteht nicht nur die Möglichkeit, das Körperteil aufgrund der Markierung mit dem Navigationssystem besser zu erkennen, sondern günstigerweise auch die Möglichkeit, die Analyse der Aufnahmen durch die Datenverarbeitungseinheit zu vereinfachen. Beispielsweise erleichtert es die Markierung der Datenverarbeitungseinheit, Veränderungen in der Lage und/oder Form des Körperteils zu erfassen.In an advantageous embodiment of the system, it is favorable if the system comprises or forms a marking device for providing at least one marking arranged on the surface of the body part or directly or indirectly fixed or definable marking. Conveniently, the data processing unit is configured and programmed to use the tag to create the measurement data set. The marking, for example, gives the opportunity to break through the largely existing homogeneity of the surface of a body part in order in this way to produce a measurement dataset of higher quality. It is not only possible to better recognize the body part due to the marking with the navigation system, but also conveniently the possibility to simplify the analysis of the recordings by the data processing unit. For example, it makes it easier for the data processing unit to mark changes in the position and / or shape of the body part.

Es kann vorgesehen sein, dass die Markierung direkt an der Oberfläche des Körperteils, insbesondere der Haut, angeordnet oder auf diese aufgebracht ist.It can be provided that the marking is arranged directly on the surface of the body part, in particular of the skin, or applied thereto.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Systems ist es günstig, wenn die Markierung an der Kompressionseinrichtung angeordnet ist oder wenn die Kompressionseinrichtung die Markierung umfasst. Die Kompressionseinrichtung weist auf diese Weise zusätzlich zu der bereits vorstehend beschriebenen Wirkung die Funktion der Markiereinrichtung auf.In an advantageous embodiment of the system, it is favorable if the marking is arranged on the compression device or if the compression device comprises the marking. In this way, the compression device has the function of the marking device in addition to the effect already described above.

Die Markierung kann zumindest eines der Folgenden sein oder umfassen:

  • - eine Farbe oder einen Farbverlauf, einschließlich der Information, in welcher Weise die Farbe oder der Farbverlauf konturiert ist;
  • - ein Muster;
  • - eine Textur;
  • - eine regelmäßige Ausgestaltung oder eine unregelmäßige Ausgestaltung.
The marking may be at least one of the following:
  • - a color or gradient, including information on how the color or gradient is contoured;
  • - a pattern;
  • a texture;
  • - a regular design or an irregular design.

Streifen, Punkte, Kleckse, Flecken oder dergleichen können zum Beispiel zur Bildung der Markierung eingesetzt werden.For example, streaks, spots, blots, stains or the like may be used to form the mark.

Günstig ist es, wenn die Datenverarbeitungseinheit so ausgebildet und programmiert ist, dass sie Veränderungen der Markierung in den Aufnahmen erkennt, um Weichteilbewegungen des Körperteils zu erfassen, und dass sie die Weichteilbewegungen bei der Erstellung des Messdatensatzes berücksichtigt. It is advantageous if the data processing unit is designed and programmed to recognize changes in the marking in the recordings in order to detect soft-tissue movements of the body part and to take into account the soft-tissue movements during the generation of the measurement data record.

Auf diese Weise kann ein Messdatensatz höherer Güte bereitgestellt und das Trackingergebnis verbessert werden.In this way, a higher quality measurement data set can be provided and the tracking result can be improved.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Die beschriebene vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems kann zur Durchführung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden. Es zeigen:

  • 1: ein erfindungsgemäßes System und einen auf einer Patientenliege positionierten Patienten in schematischer Darstellung;
  • 2: eine graphische Repräsentation von in einem Messdatensatz (schraffiert) und einem Musterdatensatz (durchgezogene Linien) enthaltenen Informationen;
  • 3: eine Repräsentation entsprechend 2 nach einem ersten Schritt der rechnerischen Anpassung des Musterdatensatzes an den Messdatensatz;
  • 4: eine Darstellung entsprechend 3 nach einem zweiten Schritt der rechnerischen Anpassung des Musterdatensatzes an den Messdatensatz;
  • 5: ein Bein des Patienten als Beispiel für ein Körperteil;
  • 6: das Bein mit einer Kompressionseinrichtung in Gestalt einer Schlauchbandage;
  • 7: das Bein mit einer Kompressionseinrichtung in Gestalt eines Strumpfes, sowie eine graphische Repräsentation eines Messdatensatzes; und
  • 8: das Bein mit einer Markierung, aufgebracht auf die Haut des Beines, sowie eine graphische Repräsentation eines Messdatensatzes.
The following description of a preferred embodiment of the invention serves in conjunction with the drawings, the detailed explanation of the invention. The described advantageous embodiment of the system according to the invention can be used to carry out an advantageous embodiment of the method according to the invention. Show it:
  • 1 a system according to the invention and a patient positioned on a patient bed in a schematic representation;
  • 2 : a graphical representation of information contained in a measurement data set (hatched) and a pattern data set (solid lines);
  • 3 : a representation accordingly 2 after a first step of the mathematical adaptation of the pattern data record to the measurement data record;
  • 4 : a representation accordingly 3 after a second step of the mathematical adaptation of the pattern data record to the measurement data record;
  • 5 : a leg of the patient as an example of a body part;
  • 6 : the leg with a compression device in the form of a hose bandage;
  • 7 : the leg with a compression device in the form of a stocking, as well as a graphical representation of a measurement data set; and
  • 8th : the leg with a mark applied to the skin of the leg, as well as a graphical representation of a measurement data set.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes medizintechnisches System, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegt ist. Das System 10 umfasst ein Navigationssystem 12, das eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Szene im OP-Raum aufweist. Die Erfassungseinrichtung weist zum Beispiel eine Stereokamera 14 auf, deren Sichtfeld 16 auf einen zu untersuchenden Patienten 18 gerichtet ist. 1 shows a schematic representation of an inventive medical technical system, in total with the reference numeral 10 is occupied. The system 10 includes a navigation system 12 comprising detection means for detecting a scene in the operating room. The detection device has, for example, a stereo camera 14 on, whose field of vision 16 to a patient to be examined 18 is directed.

Das System 10 umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinheit 20. Die Datenverarbeitungseinheit 20 weist zum Beispiel eine Recheneinheit 22 auf, die einen Mikroprozessor umfasst oder als solcher ausgebildet ist. In der Datenverarbeitungseinheit 20 sind von der Recheneinheit 22 ausführbare Computerprogramme gespeichert, mit denen insbesondere Informationen des Navigationssystems 12 verarbeitet werden können. The system 10 further comprises a data processing unit 20 , The data processing unit 20 has, for example, a computing unit 22 on, which includes a microprocessor or is designed as such. In the data processing unit 20 are from the arithmetic unit 22 executable computer programs stored, with which in particular information of the navigation system 12 can be processed.

Die Computerprogramme sind beispielsweise in einer Speichereinheit 24 des Systems 10 gespeichert, die vorzugsweise in der Datenverarbeitungseinheit 20 angeordnet oder von dieser umfasst ist.The computer programs are for example in a storage unit 24 of the system 10 stored, preferably in the data processing unit 20 is arranged or covered by this.

Das System 10 kommt zum Einsatz, um nichtinvasiv die Position (Lage und/oder Orientierung) eines in einem Körperteil 26 des Patienten 18 angeordneten Objektes 28 zu ermitteln. Das Körperteil 26 ist im vorliegenden Fall zum Beispiel das Bein 30 des Patienten 18. Das Objekt 28 kann zum Beispiel der Femur 32 oder die Tibia 34 sein.The system 10 is used to noninvasively the position (orientation and / or orientation) of a body part 26 of the patient 18 arranged object 28 to investigate. The body part 26 is in the present case, for example, the leg 30 of the patient 18 , The object 28 For example, the femur 32 or the tibia 34 be.

Mit dem Navigationssystem 12 können Aufnahmen der Oberfläche des Körperteils 26 erstellt werden. Die Oberfläche ist jedoch für die vom Navigationssystem 12 detektierbare Strahlung nicht transparent, so dass anhand der Aufnahmen der Stereokamera 14 alleine keine Information über die Position des Objektes 28 gewonnen werden kann.With the navigation system 12 can take pictures of the surface of the body part 26 to be created. The surface, however, is for those of the navigation system 12 detectable radiation is not transparent, so based on the images of the stereo camera 14 alone no information about the position of the object 28 can be won.

Wünschenswert ist allerdings, die Lage des Objektes 28 nichtinvasiv zu bestimmen, ohne dass zu diesem Zweck wie in herkömmlicher Weise invasiv eine Markiereinrichtung am Objekt 28 angebracht werden muss. Mit dem erfindungsgemäßen System besteht die Möglichkeit, das Objekt 28 zu tracken, während dieses zum Beispiel während der Operation durch den Operateur infolge einer Bewegung des Körperteils 26 im Raum bewegt wird.Desirable, however, is the location of the object 28 non-invasively without, for this purpose, as in a conventional manner invasive, a marking device on the object 28 must be attached. With the system according to the invention, there is the possibility of the object 28 during this operation, for example, during operation by the surgeon as a result of movement of the body part 26 is moved in the room.

Das Navigationssystem 12 nutzt beispielsweise sichtbares Licht zum Erstellen der Aufnahmen des Körperteils 26.The navigation system 12 For example, it uses visible light to take pictures of the body part 26 ,

Mit dem Navigationssystem 12 werden Aufnahmen des Körperteils 26 erstellt und diesbezügliche Informationen an die Datenverarbeitungseinheit 20 weitergegeben. Die Datenverarbeitungseinheit 20 erstellt aus den Aufnahmen einen Messdatensatz, der eine räumliche Information der Oberfläche des Körperteils umfasst. Dies geschieht vorzugsweise in Echtzeit.With the navigation system 12 become shots of the body part 26 created and related information to the data processing unit 20 passed. The data processing unit 20 creates from the recordings a measurement data set that includes a spatial information of the surface of the body part. This is preferably done in real time.

Das System und das Verfahren bieten die Möglichkeit, die Position des Objektes 28 relativ zu dieser Oberfläche im Messdatensatz im Hinblick auf das nicht-invasive Tracken des Objektes 28 zu bestimmen.The system and the method offer the possibility of the position of the object 28 relative to this surface in the measurement data set with respect to the non-invasive tracking of the object 28 to determine.

Zu diesem Zweck ist in der Speichereinheit 24 mindestens ein Musterdatensatz gespeichert, wobei eine Vielzahl von Musterdatensätzen vorgesehen sein kann. Beispielsweise ist ein patientenindividueller Musterdatensatz vorgesehen, der präoperativ am Patienten 18 gewonnen wurde. Hierzu können zum Beispiel CT-Bilddaten, MR-Bilddaten, Schichtbilddarstellungen des Körperteils 26 einschließlich des Objektes 28 o. ä. herangezogen worden sein oder Bestandteil des Musterdatensatzes sein. Auch das Verhältnis beispielsweise von Weichteilgewebe zu einem Knochen des Körperteils 26 kann Bestandteil des Musterdatensatzes sein und zum Beispiel anhand der Schichtbilddarstellungen ermittelt werden.For this purpose is in the storage unit 24 stored at least one pattern data set, wherein a plurality of pattern data sets may be provided. For example, a patient-specific sample data record is provided, the preoperative on the patient 18 was won. For example, CT image data, MR image data, slice image representations of the body part can be used for this purpose 26 including the object 28 o. Ä. Be used or be part of the pattern data set. Also the ratio, for example, of soft tissue to a bone of the body part 26 may be part of the pattern data set and determined, for example, based on the slice images.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass ein generischer, nicht-patientenindividueller Musterdatensatz in der Speichereinheit 24 gespeichert ist. Der Operateur oder die Datenverarbeitungseinheit 20 kann einen geeigneten Musterdatensatz heranziehen, der zum Beispiel unter Berücksichtigung des Geschlechtes, des Alters, der Ethnizität, Anamneseinformationen und/oder Informationen über den soziokulturellen Hintergrund des Patienten 18 ausgewählt wird.Alternatively, it can be provided that a generic, non-patient-specific sample data record in the memory unit 24 is stored. The surgeon or the data processing unit 20 may use a suitable sample data set, for example, considering sex, age, ethnicity, history information, and / or information about the patient's sociocultural background 18 is selected.

Der Musterdatensatz umfasst eine räumliche Information über die Oberfläche des Körperteils 26, das Objekt 28 sowie die räumliche Beziehung der Oberfläche zum Objekt 28.The pattern data set comprises spatial information about the surface of the body part 26 , the object 28 as well as the spatial relationship of the surface to the object 28 ,

Der Ablauf des Verfahrens, ausgeführt vom System 10, wird nachfolgend unter Verweis auf die 2 bis 4 erläutert. Die Bezugszeichen, die auf den Messdatensatz verweisen, sind durch ein Hochkomma (') gekennzeichnet. Die Bezugszeichen, die auf den Musterdatensatz verweisen, sind durch zwei Hochkommata (") gekennzeichnet.The procedure of the procedure, carried out by the system 10 , is referred to below with reference to 2 to 4 explained. The reference numbers that refer to the measurement data record are indicated by an apostrophe ('). Reference numerals that refer to the pattern record are indicated by two quotes (").

2 zeigt in schraffierter Darstellung eine Repräsentation der Information, die im Messdatensatz enthalten ist. Dabei handelt es sich um eine Darstellung der Oberfläche des Beines 30. Da weder Femur 32 noch Tibia 34 vom Navigationssystem 12 gesehen werden können, weist der Messdatensatz keine Information über diese Knochen auf. 2 shows in hatched representation a representation of the information contained in the measurement data record. It is a representation of the surface of the leg 30 , Because neither femur 32 still tibia 34 from the navigation system 12 can be seen, the measurement data set has no information about these bones.

Die Darstellung mit durchgezogenen Linien entspricht der graphischen Repräsentation des Musterdatensatzes. Dieser enthält die Information über die Oberfläche des Objektes 28 sowie eine räumliche Information des gesuchten Objektes 28, insbesondere des Femurs 32 und der Tibia 34. Im Messdatensatz ist auch die räumliche Beziehung zwischen der Oberfläche und diesen Knochen gespeichert.The solid line representation corresponds to the graphical representation of the pattern data set. This contains the information about the surface of the object 28 as well as a spatial information of the searched object 28 , especially the femur 32 and the tibia 34 , The measurement data set also stores the spatial relationship between the surface and these bones.

Die Datenverarbeitungseinheit 20 ist so ausgebildet und programmiert, dass sie, vorzugsweise in Echtzeit, den Musterdatensatz rechnerisch an den Messdatensatz anpasst.The data processing unit 20 is designed and programmed to mathematically adapt the pattern data set to the measured data record, preferably in real time.

Dabei wird, siehe 3, beispielsweise zunächst die räumliche Information des Musterdatensatzes in seiner Skalierung an die räumliche Information des Messdatensatzes angepasst. Zusätzlich erfolgt erforderlichenfalls eine Translation und/oder Rotation der räumlichen Information des Musterdatensatzes. Dabei werden zum Beispiel die strichpunktiert dargestellten Hauptachsen in den Datensätzen zueinander ausgerichtet und übereinander gelegt (3). It will, see 3 , For example, first adapted the spatial information of the pattern data set in its scaling to the spatial information of the measurement data record. In addition, if necessary, a translation and / or rotation of the spatial information of the pattern data set. In this case, for example, the dash-dotted main axes are aligned in the data records and superimposed ( 3 ).

Iterativ erfolgt anschließend eine weitere Anpassung der räumlichen Information des Musterdatensatzes zur Angleichung an den Messdatensatz. Dabei werden beispielsweise beide Datensätze im Hinblick auf übereinstimmende (homologe) Bildpunkte analysiert und deren relative Position zur Anpassung der Datensätze aneinander herangezogen.Iteratively, a further adaptation of the spatial information of the pattern data set to the alignment to the measurement data set then takes place. For example, both data sets are analyzed with regard to matching (homologous) pixels and their relative position used to adapt the data sets to one another.

Wenn die jeweiligen Oberflächen des Körperteils 26, die durch die räumliche Information im Messdatensatz (26') und Musterdatensatz (26") definiert werden, innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz übereinstimmen, weiß die Datenverarbeitungseinheit 20, dass eine hinreichend genaue Anpassung des Musterdatensatzes an den Messdatensatz erfolgt ist (4).If the respective surfaces of the body part 26 determined by the spatial information in the measurement data set ( 26 ' ) and pattern data set ( 26 " ), within a predetermined or predeterminable tolerance, the data processing unit knows 20 in that a sufficiently exact adaptation of the pattern data record to the measured data record has taken place ( 4 ).

Daraufhin kann die Datenverarbeitungseinheit 20 unter Berücksichtigung der im Messdatensatz enthaltenen Information die Position des Objektes 28 relativ zur Oberfläche im Messdatensatz bestimmen. Obwohl dieser originär keine Information über die Lage des Femurs 32 und der Tibia 34 enthält, kann die relative Lage dieser Knochen und der Oberfläche von der Datenverarbeitungseinheit 20 bestimmt werden. Anhand dieser Information kann die Datenverarbeitungseinheit 20 das Objekt 28 bei einer Bewegung des Körperteils 26 im Raum nichtinvasiv tracken.Then the data processing unit 20 taking into account the information contained in the measurement data set the position of the object 28 relative to the surface in the measurement data set. Although this originally no information about the position of the femur 32 and the tibia 34 contains, the relative position of these bones and the surface of the data processing unit 20 be determined. Based on this information, the data processing unit 20 the object 28 during a movement of the body part 26 non-invasively in the room.

Die Datenverarbeitungseinheit 20 kann so ausgebildet sein, dass sie allein anhand der Aufnahmen des Körperteils 26 den Messdatensatz erstellt. 5 zeigt beispielsweise das buchstäblich nackte Bein 30 als zu erfassendes Körperteil 26.The data processing unit 20 may be designed to be solely based on the images of the body part 26 created the measurement data set. 5 shows, for example, the literally bare leg 30 as part of the body to be detected 26 ,

Bei Körperteilen 26, die ein verhältnismäßig großes Verhältnis von Weichteilgewebe zum Knochen aufweisen, wird die Güte des Messdatensatzes beispielsweise dadurch verbessert, dass eine Kompressionseinrichtung 36 des Systems 10 zum Einsatz kommt. Eine derartige Kompressionseinrichtung 36, ausgestaltet als Schlauchbandage 38 in 6, kommt zum Beispiel zur Kompression des Oberschenkels des Patienten 18 zum Einsatz. Durch die Schlauchbandage 38 werden Relativbewegungen des Weichteilgewebes zum Femur 32 deutlich verringert oder sogar weitgehend vermieden. Derartige Weichteilbewegungen können zum Beispiel auch unter dem Einfluss von Muskelrelaxanzien hervorgerufen werden, die dem Patienten 18 vor oder während der Operation verabreicht werden.For body parts 26 , which have a relatively large ratio of soft tissue to bone, the quality of the measurement data set is improved, for example, by a compression device 36 of the system 10 is used. Such a compression device 36 , designed as a hose bandage 38 in 6 , for example, comes to compression of the thigh of the patient 18 for use. Through the hose bandage 38 Relative movements of the soft tissue to the femur 32 significantly reduced or even largely avoided. Such soft tissue movements may also be caused, for example, under the influence of muscle relaxants that are beneficial to the patient 18 be administered before or during the operation.

Durch die Vermeidung von Relativbewegungen von Weichteilgewebe und Femur 32 ist gewährleistet, dass die Anpassung des Musterdatensatzes an den Messdatensatz zu einer Bestimmung der Relativposition des Femurs 32 zur Oberfläche des Oberschenkels führt, die mit den tatsächlichen Gegebenheiten weitgehend übereinstimmt.By avoiding relative movements of soft tissue and femur 32 it is ensured that the adaptation of the pattern data set to the measured data set leads to a determination of the relative position of the femur 32 leads to the surface of the thigh, which largely matches the actual conditions.

7 zeigt eine weitere Kompressionseinrichtung 36, ausgestaltet als Kompressionsstrumpf 40, der im Wesentlichen das gesamte Bein 30 bedeckt. Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Wirkung bietet der Kompressionsstrumpf 40 darüber hinaus den Vorteil, dass eine Markiereinrichtung 42 mit einer Markierung 44 für das Körperteil 26 bildet. 7 shows another compression device 36 , designed as a compression stocking 40 that is essentially the entire leg 30 covered. In addition to the effect described above, the compression stocking offers 40 In addition, the advantage of having a marking device 42 with a marker 44 for the body part 26 forms.

Im vorliegenden Fall ist die Markierung 44 durch das Bein 30 umlaufende und im Abstand zueinander angeordnete Ringe gebildet. Die Markierung 44 erleichtert es der Datenverarbeitungseinheit 20, den Messdatensatz zu erstellen, da die Sichtbarkeit des Körperteils 26 unter Durchbrechung der Homogenität der Oberfläche des Beins 30 verbessert ist. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass etwaige Weichteilverschiebungen anhand der Markierung 44 von der Datenverarbeitungseinheit 20 einfacher erkannt und bei der Bestimmung des Messdatensatzes und/oder dem Tracken des Objektes 28 berücksichtigt werden können.In the present case the mark is 44 through the leg 30 circumferential and spaced apart rings formed. The mark 44 makes it easier for the data processing unit 20 to create the measurement record, given the visibility of the body part 26 breaking through the homogeneity of the surface of the leg 30 is improved. There is also the possibility that any soft tissue shifts based on the mark 44 from the data processing unit 20 easier to recognize and in the determination of the measurement data set and / or the tracking of the object 28 can be considered.

7 zeigt ferner schematisch eine graphische Repräsentation des Messdatensatzes für das Bein 30. 7 also schematically shows a graphical representation of the measurement data set for the leg 30 ,

Ähnlich verhält es sich mit der in 8 dargestellten Markiereinrichtung 42, die eine Markierung 46 am Bein 30 aufweist, wobei auch in diesem Fall eine graphische Repräsentation des Messdatensatzes gezeigt ist.The situation is similar with that in 8th illustrated marking device 42 that a mark 46 On the leg 30 , wherein also in this case, a graphical representation of the measurement data set is shown.

Die Markierung 46 ist beim Beispiel der 8 direkt auf die Oberfläche des Körperteils 26 aufgebracht und durch Streifen gebildet. Beispielsweise sind Klebestreifen auf die Haut geklebt.The mark 46 is the example of 8th directly on the surface of the body part 26 applied and formed by stripes. For example, adhesive strips are glued to the skin.

Es versteht sich, dass Markierungen unterschiedlicher Art zum Einsatz kommen können, deren eine durch eine Kompressionseinrichtung 36 gebildet ist oder an dieser angeordnet ist und deren andere direkt auf die Haut aufgebracht ist.It is understood that markers of different types can be used, one of them by a compression device 36 is formed or arranged on this and the other is applied directly to the skin.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Systemsystem
1212
Navigationssystemnavigation system
1414
Stereokamerastereo camera
16 16
Sichtfeldfield of view
1818
Patientpatient
2020
DatenverarbeitungseinheitData processing unit
2222
Recheneinheitcomputer unit
2424
Speichereinheitstorage unit
2626
Körperteilbody part
2828
Objektobject
3030
Beinleg
3232
Femurfemur
3434
Tibiatibia
3636
Kompressionseinrichtungcompression device
3838
Schlauchbandagehose bandage
4040
Kompressionsstrumpfcompression stocking
4242
Markiereinrichtungmarking
4444
Markierungmark
4646
Markierungmark

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013112375 A1 [0006]DE 102013112375 A1 [0006]
  • DE 102014104800 A1 [0006]DE 102014104800 A1 [0006]
  • DE 102014104802 A1 [0006]DE 102014104802 A1 [0006]

Claims (19)

Medizintechnisches System zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines in einem Körperteil (26) eines Patienten (18) angeordneten und von außen nicht sichtbaren Objektes, umfassend: - ein Navigationssystem (12) zum Erstellen von Aufnahmen der Oberfläche des Körperteils (26); - eine Datenverarbeitungseinheit (20), die ausgebildet und programmiert ist, dass sie anhand der Aufnahmen einen Messdatensatz des Körperteils (26) bereitstellt, der eine räumliche Information über die Oberfläche des Körperteils (26) umfasst; - eine Speichereinheit (24), in der ein dem Körperteil (26) zugeordneter oder zuordenbarer Musterdatensatz gespeichert ist, wobei der Musterdatensatz räumliche Informationen über die Oberfläche des Körperteils (26), über das Objekt (28) und über die Beziehung der Oberfläche zum Objekt (28) umfasst; - wobei die Datenverarbeitungseinheit (20) weiter so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den Musterdatensatz und den Messdatensatz so rechnerisch aneinander anpasst, dass die jeweiligen Oberflächen innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz übereinstimmen, um die Position des Objektes (28) relativ zur Oberfläche im Messdatensatz zu bestimmen, im Hinblick auf ein nichtinvasives Tracken des Objektes (28) bei einer Bewegung des Körperteils (26) im Raum.Medical-technical system for the non-invasive determination of a position of an object arranged in a body part (26) of a patient (18) and not visible from the outside, comprising: - A navigation system (12) for taking pictures of the surface of the body part (26); - A data processing unit (20), which is designed and programmed to provide from the recordings a measurement data set of the body part (26) comprising spatial information about the surface of the body part (26); a memory unit (24) in which a pattern data set associated with the body part (26) is stored, the pattern data set containing spatial information about the surface of the body part (26), the object (28) and the relationship of the surface to the object (28); wherein the data processing unit (20) is further configured and programmed to mathematically match the pattern data set and the measurement data set such that the respective surfaces match within a predetermined or predeterminable tolerance to determine the position of the object (28) relative to the surface in FIG To determine a measurement data set with regard to a non-invasive tracking of the object (28) during a movement of the body part (26) in space. Medizintechnisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie den Musterdatensatz an den Messdatensatz anpasst.Medical technology system Claim 1 , characterized in that the data processing unit (20) is adapted and programmed to adapt the pattern data set to the measurement data set. Medizintechnisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie zur Anpassung des Messdatensatzes und des Musterdatensatzes aneinander zumindest eines der Folgenden durchführt: - Skalieren der räumlichen Information zumindest eines der Datensätze bzw. Anpassen der Skalierungen; - Translation und/oder Rotation der räumlichen Information zumindest eines der Datensätze; - Analyse der Datensätze im Hinblick auf übereinstimmende Bildpunkte; - Verzerren der räumlichen Information in zumindest einem der Datensätze zur Angleichung an den jeweils anderen Datensatz.Medical technology system Claim 1 or 2 , characterized in that the data processing unit (20) is designed and programmed such that it performs at least one of the following to adapt the measurement data set and the pattern data set to one another: scaling the spatial information of at least one of the data sets or adapting the scalings; - translation and / or rotation of the spatial information of at least one of the data sets; - analysis of the data sets with regard to matching pixels; - Distort the spatial information in at least one of the records to approximate the other record. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) so ausgebildet und programmiert ist, dass die Anpassung der Datensätze aneinander und die Bestimmung der Position des Objektes (28) im Wesentlichen in Echtzeit durchführbar ist.Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the data processing unit (20) is designed and programmed such that the adaptation of the data sets to one another and the determination of the position of the object (28) can be carried out essentially in real time. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Musterdatensatz ein generischer Datensatz ist, der keine patientenindividuelle Information über das Körperteil (26) des Patienten (18) umfasst.Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern data set is a generic data record which does not include patient-specific information about the body part (26) of the patient (18). Medizintechnisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinheit (24) eine Mehrzahl von Musterdatensätzen gespeichert ist, wobei dem Patienten (18) ein Musterdatensatz abhängig von zumindest einem der Folgenden zur Anpassung an den Messdatensatz zuordenbar ist: - Geschlecht; - Alter; - Ethnizität; - Anamnese; - soziokultureller Hintergrund.Medical technology system Claim 5 characterized in that a plurality of pattern data sets are stored in the memory unit (24), wherein the patient (18) can be assigned a pattern data set as a function of at least one of the following for adaptation to the measurement data set: - gender; - Age; - ethnicity; - Anamnese; - sociocultural background. Medizintechnisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Musterdatensatz ein patientenindividueller Musterdatensatz ist.Medical technology system according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the pattern data set is a patient-individual sample data record. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Musterdatensatz auf Informationen aus zumindest einem der Folgenden basiert oder zumindest eines der Folgenden umfasst: - CT-Bilddaten; - MR-Bilddaten; - Schichtbilddarstellungen des Körperteils einschließlich des Objektes; - Verhältnis von Weichteilgewebe zu einem Knochen des Körperteils.Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the pattern data set is based on information from at least one of the following or comprises at least one of the following: - CT image data; - MR image data; - slice images of the body part including the object; - Ratio of soft tissue to a bone of the body part. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) zum Tracken eines Objektes (28) in Gestalt eines Knochens (32, 34) oder eines Organs des Patienten (18) ausgebildet ist.Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the system (10) for tracking an object (28) in the form of a bone (32, 34) or an organ of the patient (18) is formed. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Kompressionseinrichtung (36) umfasst, die an das Körperteil (26) insbesondere lösbar anbringbar ist, zum Komprimieren des Körperteils (26).Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the system (10) comprises a compression device (36) which is in particular releasably attachable to the body part (26) for compressing the body part (26). Medizintechnisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionseinrichtung hülsenförmig ausgestaltet ist und ausgebildet ist, das Körperteil in einer Umfangsrichtung zu umgeben.Medical technology system Claim 10 , characterized in that the compression device is designed sleeve-shaped and is designed to surround the body part in a circumferential direction. Medizintechnisches System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionseinrichtung (36) zum Einstellen des Kompressionsgrades an das Körperteil (26) anpassbar ist.Medical technology system Claim 10 or 11 , characterized in that the compression means (36) for adjusting the degree of compression to the body part (26) is adaptable. Medizintechnisches System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionseinrichtung (36) eine Bandage (38), ein Schlauchkörper, ein Strumpf (40) oder eine Folie ist oder umfasst. Medical technology system according to one of Claims 10 to 12 , characterized in that the compression device (36) is or comprises a bandage (38), a tubular body, a stocking (40) or a film. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) so ausgebildet und programmiert ist, anhand der Aufnahmen des Körperteils (26) allein den Messdatensatz zu erstellen.Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the data processing unit (20) is designed and programmed to use the recordings of the body part (26) to create the measurement data record alone. Medizintechnisches System nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Markiereinrichtung (42) umfasst oder ausbildet zum Bereitstellen mindestens einer an der Oberfläche des Körperteils (26) angeordneten oder direkt oder indirekt festgelegten oder festlegbaren Markierung (44, 46), und dass die Datenverarbeitungseinheit (20) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie die Markierung (44, 46) zum Erstellen des Messdatensatzes heranzieht.Medical-technical system according to one of the preceding claims, characterized in that the system (10) comprises or forms a marking device (42) for providing at least one marking (44, 46) arranged directly or indirectly or fixable on the surface of the body part (26) ), and in that the data processing unit (20) is adapted and programmed to use the tag (44, 46) to create the measurement data set. Medizintechnisches System nach Anspruch 15 in Verbindung mit einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (44, 46) an der Kompressionseinrichtung (36) angeordnet ist oder dass die Kompressionseinrichtung (36) die Markierung (44, 46) umfasst.Medical technology system Claim 15 in conjunction with one of Claims 10 to 14 , characterized in that the marking (44, 46) is arranged on the compression device (36) or that the compression device (36) comprises the marking (44, 46). Medizintechnisches System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (44, 46) zumindest eines der Folgenden ist oder umfasst: - eine Farbe oder einen Farbverlauf; - ein Muster; - eine Textur; - eine regelmäßige Ausgestaltung oder eine unregelmäßige Ausgestaltung.Medical technology system Claim 15 or 16 , characterized in that the marking (44, 46) is at least one of the following: or comprises a color or a color gradient; - a pattern; a texture; - a regular design or an irregular design. Medizintechnisches System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (20) so ausgebildet und programmiert ist, dass sie Veränderungen der Markierung (44, 46) in den Aufnahmen erkennt, um Weichteilbewegungen des Körperteils (26) zu erfassen, und dass sie die Weichteilbewegungen bei der Erstellung des Messdatensatzes berücksichtigt.Medical technology system according to one of Claims 14 to 17 characterized in that the data processing unit (20) is arranged and programmed to detect changes in the mark (44, 46) in the images to detect soft tissue movement of the body part (26), and to control soft tissue movement in the preparation of the soft tissue Taken into account measurement data record. Verfahren zum nichtinvasiven Ermitteln einer Position eines in einem Körperteil eines Patienten angeordneten und von außen nicht sichtbaren Objektes, bei welchem Verfahren: - mit einem Navigationssystem Aufnahmen der Oberfläche des Körperteils erstellt werden; - mit einer Datenverarbeitungseinheit anhand der Aufnahmen ein Messdatensatz des Körperteils bereitgestellt wird, der eine räumliche Information über die Oberfläche des Körperteils umfasst; - ein dem Körperteil zugeordneter oder zuordenbarer Musterdatensatz, der räumliche Informationen über die Oberfläche des Körperteils, über das Objekt und über die räumliche Beziehung der Oberfläche zum Objekt umfasst, bereitgestellt wird; - mit der Datenverarbeitungseinheit der Musterdatensatz und der Messdatensatz so rechnerisch aneinander angepasst werden, dass die jeweiligen Oberflächen innerhalb einer vorgegebenen oder vorgebbaren Toleranz übereinstimmen, und die Position des Objektes relativ zur Oberfläche im Messdatensatz bestimmt wird; und - das Objekt bei einer Bewegung des Körperteils im Raum nichtinvasiv getrackt wird.Method for noninvasively determining a position of an object arranged in a body part of a patient and not visible from the outside, in which method: - be created with a navigation system recordings of the surface of the body part; - With a data processing unit from the recordings a measurement data set of the body part is provided which comprises spatial information about the surface of the body part; a pattern data record assigned or assignable to the body part, which contains spatial information about the surface of the body part, about the object and about the spatial relationship of the surface to the object, is provided; - With the data processing unit, the pattern data set and the measurement data set are so computationally adapted to each other that the respective surfaces within a predetermined or predetermined tolerance match, and the position of the object is determined relative to the surface in the measurement data set; and - The object is non-invasively tracked in a movement of the body part in space.
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