-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Unterstützung von landmarkengestützten Interventionen.
-
In der Medizin sind verschiedenste Eingriffe bekannt, bei denen einem Patienten mittels spezieller Instrumente wie beispielsweise Spritzen, Kanülen oder Nadeln Flüssigkeiten oder Gewebeproben entnommen oder Stoffe dem Körper zugeführt werden. Zu solchen Eingriffen gehören beispielsweise Punktionen, Injektionen oder Biopsien.
-
Die genannten Eingriffe erfordern in vielen Fällen eine hohe Präzision und Geschicklichkeit des Behandelnden, damit das Setzen des jeweiligen Instrumentes so genau geschieht, dass die Entnahmen oder Injektionen an den gewünschten Orten stattfinden, also beispielsweise die gewünschten Gewebe entnommen oder die gewünschten Strukturen mit einem Wirkstoff versorgt werden. Ebenso ist es entscheidend, bei dem Eingriff keine empfindlichen Gewebe, Organe, Gefäße oder Nerven zu beschädigen.
-
Wesentlich für das Gelingen eines solches Eingriffs sind insbesondere die richtige Auswahl der Einstichstelle, des Einstichwinkels und der Einstichtiefe. Diese Parameter bestimmt der Behandelnde vor der Durchführung des Eingriffs in der Regel anhand von Bildern, die mithilfe bildgebender Verfahren erstellt wurden, also beispielsweise anhand von Röntgenbildern, Computertomographiebildern (CT), Magnetresonanzbildern (MRT) oder auch Ultraschallbildern (US).
-
Um bei dem Setzen des Instruments die richtige Einstichstelle zu bestimmen, kann sich der Behandelnde dann an sogenannten Landmarken des Körpers des Patienten orientieren. Man spricht in diesem Zusammenhang von landmarkengestützten Interventionen.
-
Unter landmarkengestützten Interventionen versteht man demnach solche Eingriffe, bei denen sich der Behandelnde während des Eingriffs an palpatorisch-anatomischen Punkten des Körpers des Patienten orientiert und keine zusätzlichen bildgebenden Verfahren zur Kontrolle der Einstichstelle, des Einstichwinkels und der Einstichtiefe nutzt.
-
Am Beispiel der interventionellen Injektionstherapie an der Wirbelsäule bedeutet dies, dass das Setzen und Vorschieben der Kanüle allein anhand anatomischer Landmarken und der Erfahrung des Behandelnden erfolgt. Der Behandelnde orientiert sich beim Setzen und Einführen der Injektionsnadel beispielsweise an den Dornfortsätzen der Wirbel oder an der Lage der Beckenknochen, um so die ideale Einstichposition für die jeweilige Behandlung zu bestimmen.
-
Nachteilig an diesem bekannten Verfahren der landmarkengestützten Intervention ist, dass der Behandelnde über eine große Erfahrung verfügen muss, um allein anhand der anatomischen Landmarken auch tatsächlich die bestmögliche Intervention durchführen zu können.
-
Entsprechend wird bei einer Vielzahl solcher Interventionen ganz oder teilweise auf bildgebende Verfahren zurückgegriffen. Bevorzugte bildgebende Verfahren sind hierbei Röntgenbildwandler und die Computertomographie (CT). Beide Verfahren sind mit einer - zumindest kumulativ über die erforderliche Behandlungsdauer, die wiederholte Behandlungen erfordert - hohen Strahlenbelastung für den Patienten verbunden, die ein Vielfaches der Strahlung beträgt, die allein für die fachgerechte Diagnose benötigt wird.
-
Im Einzelfall kann die zusätzliche Strahlenbelastung während der Therapie je nach Wiederholung und Häufigkeit der Behandlungen das 10- bis 100-fache der Strahlenbelastung der Diagnose betragen. Solch hohe Strahlenbelastungen gilt es aufgrund der hohen Gesundheitsrisiken für den Patienten wo immer möglich zu vermeiden, ohne dadurch jedoch die Patientensicherheit bei der durchzuführenden Intervention zu gefährden.
-
Strahlungsarme Alternativen zu landmarkengestützten Interventionen gibt es kaum. Zwar stehen zwischenzeitlich verschiedene computerbasierte Vorrichtungen zur Verfügung, die aus einem vorhandenen Bilddatensatz die Einstichstelle, den Einstichwinkel und die Einstichtiefe für eine entsprechende Intervention optimiert berechnen und dem Behandelnden beispielsweise durch eine Lasertrajektorie in Echtzeit während der Intervention anzeigen können, solche Vorrichtungen sind jedoch sowohl teuer als auch raumgreifend und somit für den großflächigen Einsatz außerhalb von Kliniken nicht geeignet.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die eine visuelle Unterstützung bei landmarkenunterstützten Interventionen ermöglichen ohne zu einer erhöhten Strahlenbelastung des Patienten zu führen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
-
Unter der interessierenden Region (Region Of Interest, ROI) wird erfindungsgemäß die Körperstelle verstanden, die die zu behandelnde Struktur umfasst und an der entsprechend die Intervention durchgeführt werden soll.
-
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass ein mittels bildgebender Verfahren, insbesondere durch Röntgen, Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT) oder Ultraschall (US), gewonnenes Bild der ROI während der Intervention auf die entsprechende Körperstelle des Patienten projiziert wird. Die Projektion des Bildes unterstützt den Behandelnden bei der landmarkenunterstützten Intervention.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung können die genannten Bilddaten auch um zusätzliche Lichtbilddaten ergänzt werden. Die Lichtbilddaten betreffen ebenfalls die ROI und erleichtern die Positionierung der Bildprojektion. Dabei werden die mittels bildgebender Verfahren gewonnenen Bilddaten mit den Lichtbilddaten deckungsgleich überlagert, um somit eine verbesserte Anpassung der Projektion an die Anatomie der ROI zu ermöglichen.
-
Das projizierte Bild umfasst zusätzliche Informationen, die dem Behandelnden die Intervention vereinfachen. Hierzu gehören beispielsweise Informationen zur Einstichstelle, zum Einstichwinkel und zur Einstichtiefe.
-
Um eine maßstabsgetreue Projektion des Bildes auf den Patienten zu erzielen, ist auf dem Bild vorzugsweise ein Maßstab abgebildet, anhand dessen sich die Projektion des Bildes auf die reale Größe anpassen lässt. Ist also auf dem Bild ein Maßstab von beispielsweise 10 cm angegeben, so muss dieser Maßstab auch bei der Projektion 10 cm messen.
-
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Projektionsvorrichtung zur Projektion des Bildes auf den Körper des Patienten benötigt.
-
Eine erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung umfasst eine Projektionseinheit zur Lichtprojektion von Bilddateien und einen Datenspeicher zur Speicherung von insbesondere Bilddateien. Der Austausch beziehungsweise die Übertragung von Daten zwischen einem externen Gerät, beispielsweise einem Computer, einem Tablett oder einer sonstigen Speichereinheit zur Bereitstellung von Daten, und der Projektionsvorrichtung kann durch entsprechende Mittel kabellos oder kabelgebunden erfolgen.
-
Vorzugsweise umfasst die Projektionsvorrichtung weiterhin einen Abstandssensor, der geeignet ist, den Abstand beziehungsweise den Weg zwischen der Projektionsvorrichtung und der Projektionsoberfläche zu messen. Unter der Projektionsoberfläche ist dabei der Teil des Körpers des Patienten zu verstehen, auf den die Bilddaten projiziert werden. Die Abstandsdaten können zur Berechnung einer maßstabsgetreuen Projektion der Bilddaten auf den Patienten hilfreich sein.
-
Weiterhin umfasst die Projektionsvorrichtung vorzugsweise einen Mikroprozessor, der geeignet ist, aus den Informationen zur Größe und Auflösung der Bilddaten und dem durch den Abstandsensor ermittelten Abstand zwischen Projektionsvorrichtung und Projektionsoberfläche eine realitätsgenaue Projektion der Bilddaten auf die Projektionsfläche zu berechnen. Unter einer realitätsgenauen Projektion der Bilddaten ist zu verstehen, dass die Bilddaten in der maßstabsgetreuen Größe auf den Patienten projiziert werden, sodass die Projektion und die reale Anatomie des Patienten zumindest insoweit deckungsgleich sind, dass sie sich in ihrer Größe entsprechen. Eine entsprechende Größenanpassung führt die Projektionsvorrichtung dann automatisiert beispielsweise durch einen digitalen Zoom oder einen Objektivzoom durch.
-
Die Projektionsvorrichtung entspricht in ihrem Aufbau ansonsten im Wesentlichen bekannten Projektoren. Vorzugsweise umfasst die Projektionsvorrichtung Möglichkeiten zur schrägen Projektion durch entsprechend implementierte Vorrichtungen zur Berichtigung einer auftretenden Trapezverzerrung wie Linsenverschiebung oder digitale Keystone-Korrektur. Eine schräge Projektion der Bilder ist vorteilhaft, damit der Behandelnde das projizierte Bild während der Intervention möglichst wenig abdeckt.
-
Vorzugsweise umfasst die Projektionseinheit weiterhin die Möglichkeit einer Kurzdistanzprojektion durch die Implementierung spezieller Linsen- und/oder Spiegelsysteme wie beispielsweise von asphärischen Linsen. Eine solche Kurzdistanzprojektion ist vorteilhaft, damit die Vorrichtung auch in kleineren Behandlungsräumen platzsparend eingesetzt werden kann.
-
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur bildgestützten Intervention mit Landmarken.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur bildgestützten Intervention mit Landmarken umfasst zumindest folgende Schritte:
- (A) Bereitstellen von Bilddaten der interessierenden Region gewonnen mittels bildgebender Verfahren;
- (B) Bestimmen der für die Intervention wesentlichen Daten;
- (C) Implementieren der für die Intervention wesentlichen Daten in den Bilddaten zur Projektion;
- (D) maßstabsgetreues Projizieren der Bilddaten auf die interessierende Region.
-
Die Bilddaten sind vorzugsweise Röntgenbilddaten, CT-Bilddaten, MRT-Bilddaten oder auch US-Bilddaten. Die Bilddaten können zwei- oder dreidimensional vorliegen.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung können die genannten Bilddaten auch um zusätzliche Lichtbilddaten ergänzt werden. Die Lichtbilddaten betreffen ebenfalls die interessierende Region und dienen zur Erleichterung der Ausrichtung der späteren Projektion. Hierzu werden die Bilddaten mit den Lichtbilddaten deckungsgleich überlagert, um somit eine verbesserte Anpassung der Projektion an die Anatomie der interessierenden Region zu ermöglichen.
-
Vorzugsweise sind die Lichtbilddaten nach erfolgreicher Ausrichtung aus der Projektion ausblendbar, um so eine Ablenkung durch diese für die eigentliche Intervention unwesentlichen Bilddaten zu verhindern. Ebenso können nach erfolgreicher Ausrichtung vorzugsweise auch weitere Daten, die nicht wesentlich sind für die Intervention, ausgeblendet werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass nach erfolgreicher Ausrichtung und zufriedenstellender Projektion letztendlich nur noch die Daten zu Einstichstelle, Einstichwinkel und Einstichtiefe projiziert werden.
-
Entsprechend kann das Verfahren zur Bildunterstützung von landmarkengestützten Interventionen weiterhin folgende Schritte umfassen:
- (A1) Bereitstellen von Lichtbilddaten der interessierenden Region und Überlagern dieser Lichtbilddaten mit den Bilddaten der interessierenden Region; und
- (D1) Ausblenden der Lichtbilddaten und gegebenenfalls weiterer Daten aus der Projektion,
wobei vorzugsweise Schritt (A1) nach Schritt (A) und Schritt (D1) nach Schritt (D) erfolgen.
-
In den Bilddateien beziehungsweise in den Bilddaten werden die für die Intervention wesentlichen Daten so vermerkt, dass diese bei einer späteren Projektion für den Behandelnden lesbar sind. Die für die Intervention wesentlichen Daten umfassen beispielsweise einen Maßstab zur maßstabsgetreuen Projektion der Bilddaten, eine Markierung der Einstichstelle sowie Informationen zum Einstichwinkel, der Einstichrichtung und der Einstichtiefe.
-
Mithilfe des Maßstabs ist es bei der Projektion der Bilddaten auf einfachste Weise möglich, die Bilddatei an die interessierende Region anzupassen, indem die Projektion der Bilddaten so vergrößert oder verkleinert wird, dass der Maßstab die korrekte Größe aufweist. Die Größe bzw. die Länge des Maßstabs kann einfach manuell an der Projektion abgemessen werden.
-
Alternativ umfasst die Projektionsvorrichtung wie zuvor beschrieben eine entsprechende automatisierte Möglichkeit der Bildgrößenkorrektur und führt diese Größenkalibrierung automatisiert durch.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass sie äußerst platzsparend und kostengünstig ist. Sie ist einfach zu bedienen und in praktisch jeder Arztpraxis auch außerhalb eines größeren Klinikbetriebs einsetzbar.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass es im Gegensatz zu bekannten bildunterstützten Interventionen, die bildgebende Verfahren mit einer hohen Strahlenbelastung verwenden, keine zusätzliche Strahlenbelastung mit sich bringt. Das gilt auch für den Fall, dass im Rahmen einer Therapie eine Vielzahl von Interventionen durchzuführen ist, denn das Verfahren an sich ist nicht mit einer zusätzlichen Strahlenbelastung verbunden, da die notwendigen Bilder jeweils bereits im Rahmen der Diagnose beziehungsweise einer Kontrolle gefertigt worden sind.
-
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber der bekannten landmarkengestützten Intervention den Vorteil auf, dass durch die unterstützende Projektion der Bild- und Interventionsdaten entsprechende Interventionen auch durch verhältnismäßig unerfahrenere Behandler sicher durchgeführt werden können. Dies führt in der Folge dazu, dass eine Vielzahl von Patienten ohne zusätzliche Strahlenbelastungen behandelt werden können.
-
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
-
Es zeigen:
- 1 eine bearbeitete Bilddatei;
- 2 die bearbeitete Bilddatei gemäß 1 ergänzt um einen Maßstab und Informationen zur Bildauflösung;
- 3 eine beispielhafte Anordnung der Projektionsvorrichtung zur Projektion der Bilddatei auf den Patienten;
- 4 die auf einen Patienten projizierte Bilddatei gemäß 2.
-
1 zeigt ein gemäß der Erfindung aufbereitetes Röntgenbild 1 einer ROI im Bereich der Lendenwirbelsäule mit den markierten Wirbeln L3 bis L5. Als zusätzliche Daten zur Orientierung für den Behandelnden bei der Durchführung der Intervention sind die Einstichstelle sowie der Einstichwinkel und die Einstichtiefe markiert. Als zusätzliche Orientierungshilfe zur späteren Ausrichtung der Projektion auf dem Körper des Patienten sind anatomische Daten 2 wie der Verlauf des Beckenkamms, die Medianlinie und die Lendenwirbel L3 bis L5 markiert. Diese Linien helfen bei der Ausrichtung zur deckungsgleichen Projektion des Röntgenbildes 1 auf den Körper des Patienten.
-
2 zeigt das Röntgenbild 1 gemäß 1 ergänzt um Daten zur Auflösung des Bildes 4 und um einen Maßstab 5. Der Maßstab 5 hilft bei der korrekten Größenanpassung der Projektion auf dem Körper des Patienten. Sobald der Maßstab 5 maßstabsgetreu auf dem Körper des Patienten abgebildet ist, also im vorliegenden Fall in der Projektion eine tatsächliche Länge von 10 cm aufweist, entspricht die Projektion dem tatsächlichen Maßstab der Röntgenaufnahme. Zur deckungsgleichen Ausrichtung kann sich der Behandelnde beispielsweise an den anatomischen Daten 2, 1), wie beispielsweise an der Verlaufslinie des Beckenkamms oder der Lage der Lendenwirbel, orientieren, die er beim Patienten sehen oder ertasten kann.
-
3 zeigt eine mögliche Anordnung der Projektionsvorrichtung 6 zur Projektion einer Bilddatei auf den Körper eines Patienten P, vorliegend auf den Rücken des Patienten P. Die Projektion 7 erfolgt maßstabsgetreu. Anhand spezifischer Markierungen auf der Bilddatei richtet die behandelnde Person A die Projektion 7 auf dem Körper aus. Die Projektionsvorrichtung 6 kann mobil vorgesehen sein, beispielsweise als Tischgerät oder an einem Ständer montiert. Eine stationäre Anbringung ist ebenso denkbar, um beispielsweise verschiedene Behandlungsräume dauerhaft mit einer solchen Projektionsvorrichtung 6 auszustatten.
-
4 zeigt die Projektion 7 der Bilddatei 1 gemäß 2 auf die interessierende Region, vorliegend den Rücken des Patienten P. Gut erkennbar ist, wie hilfreich die Projektion 7 des erfindungsgemäß aufbereiteten Bildes mithilfe der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung für den Behandelnden A ist. Neben den bekannten Landmarken erhält der Behandelnde A einen umfassenden Einblick in die innere Anatomie des Patienten (2, 1). Dies ermöglicht dem Behandelnden A zusammen mit den zusätzlichen Daten zur Intervention (3, 1) wie Einstichstelle, Einstichwinkel und Einstichtiefe eine wesentlich präzisere Behandlung mit einem besseren Behandlungserfolg und weniger Risiken für den Patienten.
-
Sobald die maßstabsgetreue und anatomisch korrekte Ausrichtung der Projektion 7 erfolgt ist, können wahlweise auch die für die weitere Intervention nicht benötigten Daten, beispielsweise die anatomischen Daten (2, 1) aus der Projektion 7 ausgeblendet werden, sodass beispielsweise nur noch die Daten für die Intervention (3, 1) wie Einstichstelle, Einstichwinkel und Einstichtiefe projiziert werden. Hier entscheidet der Behandelnde A selbst, welche Daten für die Intervention benötigt werden und Teil dieser reduzierten Projektion 7 sein sollen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Röntgenbild (digitalisierte Bilddatei)
- 2
- anatomische Daten (Lage des Beckenkamms, der Lendenwirbel)
- 3
- Daten zur Intervention (Einstichstelle, Einstichwinkel und Einstichtiefe)
- 4
- Bilddaten
- 5
- Maßstab
- 6
- Projektionsvorrichtung
- 7
- Projektion
- A
- behandelnde Person
- B
- Patient
