DE102022119328A1 - Phantom of a human body part - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Phantom eines menschlichen Körperteils. Das Phantom weißt eine Anzahl Wirbelsäulensegmente auf, die jeweils aufweisen a) ein Wirbelbefestigungselement, und b) eine Wirbelnachbildung eines Wirbels der menschlichen Wirbelsäule und/oder eine Hautstützstruktur. Die Wirbelnachbildung und/oder die Hautstützstruktur sind mit dem Wirbelbefestigungselement des Wirbelsäulensegments der Anzahl Wirbelsäulensegmente verbunden. Das Phantom weist weiterhin ein Wirbelsäulengestell auf, das an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil der menschlichen Wirbelsäule angepasst ist, und eine Anzahl Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen aufweist, die jeweils lösbar mit dem Wirbelbefestigungselement eines Wirbelsäulensegments der Anzahl Wirbelsäulensegmente verbunden ist. Die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen des Wirbelsäulengestells sind so angeordnet und ausgebildet, dass die Wirbelnachbildungen der mit dem Wirbelsäulengestell verbundenen Wirbelsäulensegmente wenigstens einen Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule mit dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nachbilden, und/oder die Hautstützstrukturen der mit dem Wirbelsäulengestell verbundenen Wirbelsäulensegmente eine an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepasste Lage einer Hautoberfläche nachbilden. The invention relates to a phantom of a human body part. The phantom has a number of spinal segments, each comprising a) a vertebral attachment element, and b) a vertebral replica of a vertebra of the human spine and/or a skin support structure. The vertebral replica and/or the skin support structure are connected to the vertebral fastening element of the spinal segment of the number of spinal segments. The phantom further comprises a spinal frame that is adapted to a predetermined spinal profile of the human spine and has a number of spinal segment holding structures, each of which is releasably connected to the vertebral fastening element of a spinal segment of the number of spinal segments. The spinal segment holding structures of the spinal frame are arranged and designed in such a way that the vertebral replicas of the spinal segments connected to the spinal frame reproduce at least a section of the human spine with the predetermined spinal profile, and/or the skin support structures of the spinal segments connected to the spinal frame have a position adapted to the predetermined spinal profile Recreate the surface of the skin.
Description
Die Erfindung betrifft ein Phantom eines menschlichen Körperteils, insbesondere eines menschlichen Torsos. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Phantoms eines menschlichen Körperteils, insbesondere eines menschlichen Torsos. Das Phantom kann insbesondere zur Erzeugung von einer auf der Oberflächenvermessung basierenden Aufnahme, z.B. einer Rasterstereografie-Aufnahme oder einer Tiefenkamera-Aufnahme, einer Röntgenaufnahme und/oder einer computertomographischen Aufnahme verwendet werden.The invention relates to a phantom of a human body part, in particular a human torso. The invention further relates to a method for producing a phantom of a human body part, in particular a human torso. The phantom can in particular be used to generate an image based on the surface measurement, for example a raster stereography image or a depth camera image, an X-ray image and/or a computer tomography image.
Ein bekanntes Phantom für die Wirbelsäulenanalyse, auch Simulationsphantom oder Röntgenphantom genannt, ist typischerweise eine naturgetreue Nachbildung eines menschlichen Torsos aus einem Grundkörper, in den nachgebildete Körperteile (Knochen und/oder Organe) eingebettet sind. Die nachgebildeten Körperteile können mit einem Bildgebungsverfahren, insbesondere mittels Röntgenaufnahmen, sichtbar gemacht werden.A well-known phantom for spinal analysis, also called a simulation phantom or X-ray phantom, is typically a lifelike replica of a human torso made of a base body in which simulated body parts (bones and/or organs) are embedded. The simulated body parts can be made visible using an imaging method, in particular using x-rays.
In erster Linie werden Phantome in der experimentellen Dosimetrie dazu verwendet, um Strahlenbelastungen zu ermitteln. Zu den häufigsten Verwendungszwecken von Phantomen gehören zudem Schulungszwecke, etwa die Schulung im Umgang mit einem Röntgengerät und die Schulung in der Auswertung von Röntgenbildern. Weiterhin wird ein Phantom zur Justierung eines Röntgengeräts oder zur Kontrolle der Bildqualität erzeugter Röntgenaufnahmen verwendet. Ein Phantom wird insbesondere anstelle eines Probanden oder eines Patienten verwendet, um diesen keiner unnötigen Strahlenbelastung auszusetzen.Phantoms are primarily used in experimental dosimetry to determine radiation exposure. The most common uses of phantoms also include training purposes, such as training in the use of an X-ray machine and training in the evaluation of X-ray images. A phantom is also used to adjust an X-ray machine or to check the image quality of X-ray images generated. A phantom is used in particular instead of a test subject or a patient in order not to expose them to unnecessary radiation.
Die Knochenstruktur von derzeit verwendeten Röntgenphantome besteht oftmals entweder aus einem echten menschlichen Skelett oder aus einem Abguss eines echten menschlichen Skeletts. Der Grundkörper und somit dessen äußere Form entsteht in der Regel durch Eingießen der Skelettstruktur in ein Material, das dazu dient, die radiologischen Gewebeeigenschaften zu simulieren.The bone structure of currently used X-ray phantoms often consists of either a real human skeleton or a cast of a real human skeleton. The base body and thus its external shape are usually created by casting the skeletal structure in a material that serves to simulate the radiological tissue properties.
Dazu alternative Ansätze verfolgen eine Herstellung eines anwendungsspezifischen Röntgenphantoms insbesondere mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren. Beispielsweise beschreiben
Jedoch werden bekannte Phantome typischerweise auf eine bestimmte Pathologie festgelegt hergestellt, mit einem Fokus darauf, dass die radiologischen Gewebeeigenschaften in einer radiologischen Aufnahme korrekt dargestellt werden können. Für jede Pathologie muss dann jeweils ein eigenes vollständiges Phantom hergestellt werden. Darüber hinaus wird oftmals wenig Wert auf eine anatomisch korrekte Oberflächenstruktur der Haut gelegt, so dass sich bekannte Phantome in der Regel nicht für die Wirbelsäulen - und Haltungsanalyse aus Oberflächenvermessungen, wie beispielsweise der Rasterstereographie, eignen.However, known phantoms are typically manufactured for a specific pathology, with a focus on ensuring that the radiological tissue properties can be correctly represented in a radiological image. A separate complete phantom must then be created for each pathology. In addition, little emphasis is often placed on an anatomically correct surface structure of the skin, so that known phantoms are generally not suitable for spinal and posture analysis from surface measurements, such as raster stereography.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes oder zumindest alternatives Phantom bereitzustellen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes oder zumindest alternatives Verfahren zum Herstellen eines Phantoms eines menschlichen Körperteils anzugeben. Das Phantom sollte bevorzugt einen modularen Aufbau haben, so dass dessen Bestandteile ausgetauscht werden können. Das Phantom sollte vorzugsweise so gefertigt werden können, dass es an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil angepasst ist. Dabei sollte es bevorzugt mit dem Phantom auch möglich sein, neben einer an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepassten Wirbelsäule auch eine aus dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil resultierende Hautoberfläche darstellen zu können.The invention is based on the object of providing an improved or at least alternative phantom. Furthermore, the invention is based on the object of specifying an improved or at least alternative method for producing a phantom of a human body part. The phantom should preferably have a modular structure so that its components can be exchanged. The phantom should preferably be able to be manufactured in such a way that it is adapted to a given spinal profile. It should preferably also be possible with the phantom to be able to represent a skin surface resulting from the specified spine profile in addition to a spine adapted to the specified spine profile.
Hinsichtlich des Phantoms wird die Aufgabe durch ein Phantom mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Phantoms sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.With regard to the phantom, the task is solved by a phantom with the features defined in claim 1. Advantageous further developments of the phantom can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Phantom eines menschlichen Körperteils vorgeschlagen, das eine Anzahl Wirbelsäulensegmente und ein Wirbelsäulengestell aufweist.According to the invention, a phantom of a human body part is proposed which has a number of spinal segments and a spinal frame.
Ein Wirbelsäulensegment der Anzahl Wirbelsäulensegmente weist ein Wirbelbefestigungselement und ein an dem Wirbelbefestigungselement angeordnetes Körperteilelement auf. Das Wirbelsäulengestell ist an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil der menschlichen Wirbelsäule angepasst und weist eine Anzahl Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen auf, die jeweils lösbar mit dem Wirbelbefestigungselement eines Wirbelsäulensegments der Anzahl Wirbelsäulensegmente verbunden ist.A spinal segment of the number of spinal segments has a vertebral attachment element and a body part element arranged on the vertebral attachment element. The spine frame is adapted to a predetermined spine profile of the human spine and has a number of spine segment holding structures, each of which is releasably connected to the vertebral fastening element of a spine segment of the number of spine segments.
Die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen des Wirbelsäulengestells sind so angeordnet und ausgebildet, dass die Körperteilelemente der mit den Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen verbundenen Wirbelsäulensegmente an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepasst ausgerichtet sind.The spinal segment holding structures of the spinal frame are arranged and designed in such a way that the body part elements of the spinal segments connected to the spinal segment holding structures are aligned in a manner adapted to the predetermined spinal profile.
Das Wirbelsäulengestell und die Wirbelsäulensegmente sind separate Elemente, die insbesondere lösbar miteinander verbunden sind. Das Wirbelsäulengestell dient zur Befestigung und Ausrichtung der Wirbelsäulensegmente. Insbesondere gibt das Wirbelsäulengestell die Ausrichtung der Wirbelsäulensegmente zueinander zur Einstellung des vorgegebenen Wirbelsäulenprofils im Phantom vor. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Wirbelsäulengestell an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil der menschlichen Wirbelsäule angepasst ist und die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen in dem Wirbelsäulengestell so angeordnet sind, dass, wenn die Wirbelsäulensegmente mit dem Wirbelsäulengestell verbunden sind, sich die Wirbelsäulensegmente und insbesondere deren Körperteilelemente gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ausrichten. Die Wirbelsäulensegmente und insbesondere deren Körperteilelemente sind dann entsprechend dem für das Wirbelsäulengestell vorgegebenen Wirbelsäulenprofil angeordnet. Das für das Wirbelsäulengestell vorgegebene Wirbelsäulenprofil wird also von dem Wirbelsäulengestell auf die Wirbelsäulensegmente und deren Körperteilelemente übertragen. Dabei kann für das Wirbelsäulengestell ein beliebiges Wirbelsäulenprofil einer gesunden (physiologischen) oder kranken (pathologischen) Wirbelsäule vorgegeben werden, so dass die Wirbelsäulensegmente gemäß einer gesunden Wirbelsäule oder gemäß einer Wirbelsäule mit einem bestimmten Krankheitsbild angeordnet sind. Die Wirbelsäulensegmente können auch von dem Wirbelsäulengestell entfernt und an ein anderes Wirbelsäulengestell angebracht werden, das gemäß einem anderen vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ausgebildet ist.The spine frame and the spine segments are separate elements that are in particular detachably connected to one another. The spinal frame is used to attach and align the spinal segments. In particular, the spine frame specifies the alignment of the spine segments to one another in order to set the predetermined spine profile in the phantom. This is made possible by the fact that the spine frame is adapted to a predetermined spine profile of the human spine and the spine segment holding structures are arranged in the spine frame in such a way that when the spine segments are connected to the spine frame, the spine segments and in particular their body part elements align themselves according to the predetermined spine profile . The spine segments and in particular their body part elements are then arranged according to the spine profile specified for the spine frame. The spine profile specified for the spine frame is therefore transferred from the spine frame to the spine segments and their body part elements. Any spine profile of a healthy (physiological) or diseased (pathological) spine can be specified for the spine frame, so that the spine segments are arranged according to a healthy spine or according to a spine with a specific clinical picture. The spinal segments can also be removed from the spinal frame and attached to another spinal frame formed according to a different predetermined spinal profile.
Das Phantom beruht auf der grundlegenden Erkenntnis, dass es möglich ist, ein Wirbelsäulengestell bereitzustellen, das an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil angepasst ist. Das Wirbelsäulengestell weist Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen auf, die an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepasst ausgerichtet sind und dadurch das vorgegebene Wirbelsäulenprofil auf die Anzahl Wirbelsäulensegmente übertragen können. Das Körperteilelement eines Wirbelsäulensegments ist an der jeweiligen Position der verwendeten Wirbelsäulensegmenthaltestruktur auch gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ausgerichtet. Wenn nun die Anzahl Wirbelsäulensegmente des Phantoms mittels ihrer Wirbelbefestigungselemente mit den Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen verbunden sind, sind die Wirbelsäulensegmente jeweils gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ausgerichtet.The Phantom is based on the fundamental insight that it is possible to provide a spinal frame that is adapted to a given spinal profile. The spine frame has spine segment holding structures that are aligned to the predetermined spine profile and can thereby transfer the predetermined spine profile to the number of spine segments. The body part element of a spinal segment is also aligned in accordance with the predetermined spinal profile at the respective position of the spinal segment holding structure used. If the number of spinal segments of the phantom are now connected to the spinal segment holding structures by means of their vertebral fastening elements, the spinal segments are each aligned according to the predetermined spinal profile.
Das Körperteilelement kann insbesondere eine Wirbelnachbildung eines Wirbels der menschlichen Wirbelsäule und/oder eine Hautstützstruktur, die eine Lage einer Hautoberfläche vorgibt, aufweisen oder als eine Wirbelnachbildung und/oder eine Hautstützstruktur ausgebildet sein.The body part element can in particular have a vertebra replica of a vertebra of the human spine and/or a skin support structure that specifies a position of a skin surface, or can be designed as a vertebra replica and/or a skin support structure.
Entsprechend kann das Phantom so weitergebildet sein, dass das Körperteilelement eine Wirbelnachbildung eines Wirbels der menschlichen Wirbelsäule und/oder eine Hautstützstruktur, die eine Lage einer Hautoberfläche vorgibt, aufweist, wobei die Wirbelnachbildung und/oder die Hautstützstruktur mit dem Wirbelbefestigungselement des Wirbelsäulensegments der Anzahl Wirbelsäulensegmente verbunden sind.Accordingly, the phantom can be developed in such a way that the body part element has a vertebral replica of a vertebra of the human spine and/or a skin support structure that specifies a position of a skin surface, the vertebral replica and/or the skin support structure being connected to the vertebral fastening element of the spinal segment of the number of spinal segments are.
Es ist bevorzugt, dass die Körperteilelemente von mehreren Wirbelsäulensegmenten eine Wirbelnachbildung eines Wirbels der menschlichen Wirbelsäule und/oder eine Hautstützstruktur aufweisen oder als eine Wirbelnachbildung und/oder eine Hautstützstruktur ausgebildet sind, und die
- - die Wirbelnachbildungen der mit dem Wirbelsäulengestell verbundenen Wirbelsäulensegmente wenigstens einen Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule mit dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nachbilden, und/oder
- - die Hautstützstrukturen der mit dem Wirbelsäulengestell verbundenen Wirbelsäulensegmente eine an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepasste Lage einer Hautoberfläche nachbilden. Vorzugsweise bilden die Wirbelnachbildungen der Anzahl Wirbelsäulensegmente einen Abschnitt der Wirbelsäule gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nach und/oder die Hautstützstrukturen bilden eine Lage einer Hautoberfläche gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nach.
- - the vertebral replicas of the spinal segments connected to the spinal frame reproduce at least a section of the human spine with the predetermined spinal profile, and/or
- - the skin support structures of the spinal segments connected to the spinal frame reproduce a position of a skin surface that is adapted to the specified spinal profile. Preferably, the vertebral replicas of the number of spinal segments recreate a section of the spinal column according to the predetermined spinal profile and/or the skin support structures recreate a layer of a skin surface according to the predetermined spinal profile.
Für den Fall, dass die Anzahl Wirbelsäulensegmente des Phantoms Wirbelnachbildungen aufweisen, bilden die Wirbelnachbildungen ebenfalls das vorgegebene Wirbelsäulenprofil nach, da ihre Ausrichtung und Position durch die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen sowie durch die Form des Wirbelsäulengestells vorgegeben werden. Die Wirbelnachbildungen repräsentieren einen Abschnitt der nachgebildeten Wirbelsäule gemäß dem für das Wirbelsäulengestell vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nach. Wenn das Phantom Wirbelnachbildungen aufweist, eignet es sich insbesondere für radiologische Aufnahmen. Die radiologischen Aufnahmen können insbesondere auf einer korrekten Ausrichtung der Knochenstrukturen gemäß einem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil beruhen.In the event that the number of spinal segments of the phantom have vertebral replicas, the vertebral replicas also replicate the specified spinal profile, since their orientation and position are predetermined by the spinal segment holding structures and by the shape of the spinal frame. The vertebral replicas represent a section of the simulated spine according to the spinal profile specified for the spinal frame. If the phantom has vertebral replicas, it is particularly suitable for radiological images. The radiological images can in particular be based on a correct alignment of the bone structures according to a given spinal profile.
Alternativ oder zusätzlich zu Wirbelnachbildungen, kann ein Wirbelsäulensegment der Anzahl Wirbelsäulensegmente des Phantoms Hautstützstrukturen aufweisen. Die Hautstützstrukturen bilden die Lage einer Hautoberfläche nach, die sich aus dem vorgegeben Wirbelsäulenprofil ergibt. Durch die Anordnung der Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen wird das für das Wirbelsäulengestell vorgegebene Wirbelsäulenprofil auf die Ausrichtung der Hautstützstrukturen übertragen, so dass die Hautstützstrukturen ebenfalls eine sich aus dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ergebene Lage einer Hautoberfläche nachbilden.Alternatively or in addition to vertebral replicas, a spinal segment of the number of spinal segments of the phantom can have skin support structures. The skin support structures replicate the position of a skin surface, which results from the given spinal profile. Through The arrangement of the spine segment holding structures will transfer the spine profile specified for the spine frame to the alignment of the skin support structures, so that the skin support structures also reproduce a position of a skin surface resulting from the specified spine profile.
Die Lage der Hautstützstrukturen gibt somit eine Oberflächenstruktur der Haut wieder, wie sie sich aus dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ergibt. Ein solches Phantom eignet sich besonders für eine Erstellung einer dreidimensionalen Aufnahme der Rückenoberfläche, die eine korrekte Wiedergabe der Oberflächenstruktur der Haut abhängig von einem bestimmten Wirbelsäulenprofil erfordert. Eine dreidimensionale Aufnahme der Rückenoberfläche kann beispielweise mittels Rasterstereographie erfolgen. Alternativ könnte eine dreidimensionale Aufnahme der Rückenoberfläche beispielsweise mittels Tiefensensorik, z.B. mittels einer Tiefenkamera erzeugt werden.The position of the skin support structures thus reflects a surface structure of the skin as it results from the given spinal profile. Such a phantom is particularly suitable for creating a three-dimensional image of the back surface, which requires a correct reproduction of the surface structure of the skin depending on a specific spinal profile. A three-dimensional recording of the back surface can be done, for example, using raster stereography. Alternatively, a three-dimensional image of the back surface could be generated, for example, using depth sensors, for example using a depth camera.
Wenn das Phantom sowohl Wirbelnachbildungen als auch Hautstützstrukturen aufweist, kann dasselbe Phantom sowohl für radiologische Aufnahmen als auch für rasterstereographische Aufnahmen verwendet werden. Die radiologische Aufnahme und die rasterstereographische Aufnahme können besonders aussagekräftig miteinander verglichen werden, insbesondere dann, wenn die Position des Phantoms zwischen der radiologischen Aufnahme und der rasterstereographischen Aufnahme nicht verändert wird. Beispielsweise könnten die der radiologischen Aufnahme und die rasterstereographische Aufnahme auch zeitgleich erstellt werden.If the phantom has both vertebral replicas and skin support structures, the same phantom can be used for both radiological imaging and raster stereographic imaging. The radiological image and the raster stereographic image can be compared with one another in a particularly meaningful way, especially if the position of the phantom is not changed between the radiological image and the raster stereographic image. For example, the radiological image and the raster stereographic image could also be created at the same time.
Das Wirbelbefestigungselement kann entsprechend als Trägerstruktur für eine Wirbelnachbildung und/oder eine Hautstützstruktur verwendet werden. Gleichzeitig dient das Wirbelbefestigungselement der Befestigung des Wirbelsäulensegmentes an dem Wirbelsäulengestell.The vertebral fastening element can accordingly be used as a support structure for a vertebral replica and/or a skin support structure. At the same time, the vertebral fastening element serves to fasten the spinal segment to the spinal frame.
Ein Wirbelsäulensegment der Anzahl Wirbelsäulensegmente kann ein lösbarer Verbund aus einem Wirbelbefestigungselement, das auch als Verbinder oder Adapter bezeichnet werden kann, und einer Wirbelnachbildung und/oder einer Hautstützstruktur sein. Für rasterstereographische Aufnahmen umfasst ein Wirbelsäulensegment vorzugsweise Verstrebungen zum Halten der Hautstützstruktur, die in das Wirbelbefestigungselement integriert sind.A spinal segment of the number of spinal segments can be a releasable composite of a vertebral fastening element, which can also be referred to as a connector or adapter, and a vertebral replica and/or a skin support structure. For raster stereographic recordings, a spinal segment preferably includes struts for holding the skin support structure, which are integrated into the vertebral fastening element.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann ein Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule Teile der Halswirbelsäule, der Brustwirbelsäule, der Lendenwirbelsäule und/oder Sakralwirbelsäule oder auch eine vollständige Wirbelsäule umfassen. Es könnten z.B. alle Wirbel der menschlichen Wirbelsäule nachgebildet werden, mit Ausnahme des ersten Halswirbels, d.h. sechs Halswirbel, zwölf Brustwirbel, und fünf Lendenwirbel. Auch ein Übergang zwischen Wirbelgruppen, z.B. ein Übergang von den Brustwirbeln zu den Lendenwirbeln, könnte nachgebildet werden, so dass nicht alle Brustwirbel und nicht alle Lendenwirbel nachgebildet werden müssten.For the purposes of this description, a section of the human spine may include parts of the cervical spine, the thoracic spine, the lumbar spine and/or the sacral spine, or even a complete spine. For example, all vertebrae of the human spine could be replicated, with the exception of the first cervical vertebra, i.e. six cervical vertebrae, twelve thoracic vertebrae, and five lumbar vertebrae. A transition between vertebral groups, e.g. a transition from the thoracic vertebrae to the lumbar vertebrae, could also be recreated, so that not all thoracic vertebrae and not all lumbar vertebrae would have to be recreated.
Ein Körperteil, der durch das Phantom nachgebildet wird, kann insbesondere den Rumpf mit der Wirbelsäule sowie optional die Oberarmansätze und Hals- und Kopfansätze und das Becken umfassen. Ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil kann beispielsweise ein physiologisches, d.h. gesundes Wirbelsäulenprofil, oder ein pathologisches Wirbelsäulenprofil, z.B. ein skoliotisches Wirbelsäulenprofil, sein.A body part that is modeled by the phantom can in particular include the torso with the spine and optionally the upper arm attachments and neck and head attachments and the pelvis. A predetermined spine profile can be, for example, a physiological, i.e. healthy, spine profile, or a pathological spine profile, e.g. a scoliotic spine profile.
Eine Wirbelnachbildung ist bevorzugt eine Nachbildung eines Wirbels, die einen integrierten Adapter zur lösbaren Verbindung mit dem Wirbelbefestigungselement aufweist. Eine Nachbildung kann eine exakte, naturgetreue oder auch eine näherungsweise naturgetreue Nachbildung oder auch eine funktionale Nachbildung sein. Eine funktionale Nachbildung könnte z.B. dann ausreichen, wenn es nur um die Lage der Hautoberfläche geht. Die Wirbel könnten nur grob angenähert sein, solange sie sich so einstellen lassen, dass die Haut exakt naturgetreu oder näherungsweise naturgetreu für das entsprechende Wirbelsäulenprofil nachgebildet werden kann.A vertebra replica is preferably a replica of a vertebra that has an integrated adapter for releasably connecting to the vertebra fastening element. A replica can be an exact, lifelike replica or an approximately lifelike replica or even a functional replica. A functional replica could be sufficient, for example, if it only concerns the position of the skin surface. The vertebrae could only be roughly approximated as long as they can be adjusted so that the skin can be reproduced exactly true to life or approximately true to life for the corresponding spinal profile.
Die Erfindung beruht dabei insbesondere auf der Erkenntnis, dass die radiologische Diagnostik und Therapie von Wirbelsäulendeformitäten konventionell zweidimensional, auf der Basis einer frontalen und einer sagittalen Wirbelsäulenganzaufnahme erfolgt. Die Transversalebene wird in einem solchen bi-planaren Röntgenbild nicht erfasst.The invention is based in particular on the knowledge that the radiological diagnosis and therapy of spinal deformities is carried out conventionally in two dimensions, on the basis of a frontal and a sagittal complete spine image. The transverse plane is not captured in such a bi-planar X-ray image.
Da Behandlungen von Wirbelsäulendeformationen, wie z.B. die Skoliose, mit langjährigen Therapien einhergehen, werden die Patienten oftmals einer erheblichen Strahlenbelastung ausgesetzt. In Folge dessen, ist die Chance einer Krebserkrankung dieser Patientengruppe deutlich erhöht. Dabei existieren bereits strahlungsfreie Diagnostikmethoden, wie die Rasterstereographie. Jedoch ist die Rasterstereographie in der Regel noch nicht ausgereift genug, um einen vollständigen Ersatz für konventionelle Röntgenbilder zu bieten.Since treatments for spinal deformities, such as scoliosis, involve long-term therapies, patients are often exposed to considerable radiation. As a result, the chance of developing cancer in this patient group is significantly increased. There are already radiation-free diagnostic methods, such as raster stereography. However, raster stereography is generally not yet sophisticated enough to offer a complete replacement for conventional X-ray images.
Die bisherige Evaluierung und Optimierung von Messmethoden, wie der Rasterstereographie, die auf der Oberflächenvermessung basieren, basiert auf dem Vergleich der rasterstereographischen Aufnahmen zu radiologischen Referenzbildern derselben Wirbelsäule. Diese Bilddatensätze können für Wirbelsäulen mit unterschiedlichen Pathologien zurzeit typischerweise durch Probandenstudien generiert werden. Es werden für diese Datensätze jedoch nur medizinisch indizierte Wirbelsäulenganzaufnahmen erzeugt. Eine gezielte Variation der Wirbelsäulenprofile ist somit in Probandenstudien regelmäßig nicht möglich. Ferner ist eine simultane Aufnahme der Wirbelsäule durch das radiologische und das rasterstereographische Messsystem zurzeit ebenfalls regelmäßig nicht möglich. Folglich sind Veränderungen des Wirbelsäulenprofils zwischen den Aufnahmen, z.B. aufgrund von Haltungsunterschieden, unvermeidbar.The previous evaluation and optimization of measurement methods such as raster stereography, which are based on surface measurement, is based on the comparison of raster stereographic images to radiological reference images of the same spine. These image data sets can currently typically be used by Proban for spines with different pathologies studies are generated. However, only medically indicated full-length spinal images are generated for these data sets. A targeted variation of the spine profiles is therefore generally not possible in subject studies. Furthermore, simultaneous recording of the spine using the radiological and raster stereographic measuring systems is currently not possible. Consequently, changes in the spinal profile between images, for example due to differences in posture, are unavoidable.
Ein wesentlicher Schwachpunkt von bisherigen Phantomstudien ist es, dass die zurzeit etablierten Phantome kein individuell einstellbares Wirbelsäulenprofil bieten. Stattdessen haben die bekannten Phantome in der Regel ein festes Wirbelsäulenprofil, das weder vordefiniert noch verändert werden kann. Mit solchen Phantomen können folglich nur radiologische Bilder mit genau einem Profil der Wirbelsäule erzeugt werden. Zur Darstellung verschiedener Pathologien wäre jeweils ein eigenständiges Phantom notwendig. A major weakness of previous phantom studies is that the currently established phantoms do not offer an individually adjustable spinal profile. Instead, the well-known phantoms usually have a fixed spinal profile that can neither be predefined nor changed. With such phantoms, only radiological images with exactly one profile of the spine can be generated. A separate phantom would be necessary to display different pathologies.
Herkömmliche radiologische Phantome sind darüber hinaus so konzipiert, dass die Gewebeeigenschaften in einem radiologischen Bild korrekt dargestellt werden. Die anatomiegerechte Oberflächenstruktur der Haut ist dabei nachrangig, so dass die bekannten Phantome meist nur bedingt für Messverfahren, wie der Rasterstereographie geeignet sind, bei denen die Wirbelsäulen- und Haltungsanalyse auf der Erfassung der Hautoberfläche basiert.Conventional radiological phantoms are also designed to correctly represent tissue properties in a radiological image. The anatomically correct surface structure of the skin is of secondary importance, so that the known phantoms are usually only partially suitable for measuring methods such as raster stereography, in which the spine and posture analysis is based on the detection of the skin surface.
Die Erfindung schließt die weitere Erkenntnis ein, dass alternativ zur Probandenmessung Phantome zur Generierung der Datensätze verwendet werden könnten. Für die Rasterstereographie existieren jedoch regelmäßig keine anwendungsspezifischen Phantome. Stattdessen werden standardisierte radiologische Torso-Modelle verwendet, die in der Regel vergleichsweise hohe Anschaffungskosten haben, und nur bedingt zur Optimierung der Rasterstereografie geeignet sind.The invention includes the further finding that, as an alternative to measuring subjects, phantoms could be used to generate the data sets. However, there are generally no application-specific phantoms for raster stereography. Instead, standardized radiological torso models are used, which usually have comparatively high acquisition costs and are only partially suitable for optimizing raster stereography.
Aufgrund des bi-planaren Charakters eines als Referenz dienenden Röntgenbildes, können darüber hinaus transversale Parameter wie beispielsweise eine Wirbelrotation regelmäßig nur grob abgeschätzt werden. Die Erfassung der Wirbelrotation mittels der Rasterstereographie ist somit oftmals kaum optimierbar. Dabei ist die Wirbelrotation z.B. bei der Beurteilung einer Progression skoliotischer Deformationen, von entscheidender Bedeutung.Due to the bi-planar character of an X-ray image serving as a reference, transverse parameters such as vertebral rotation can only be roughly estimated. The detection of vertebral rotation using raster stereography is often difficult to optimize. Vertebral rotation is of crucial importance, for example when assessing the progression of scoliotic deformities.
Insgesamt lässt sich festhalten, dass eine systematische Erstellung von radiologischen und/oder rasterstereographischen Aufnahmen verschiedener pathologischer oder physiologischer Wirbelsäulenprofile derzeit weder durch Probandenstudien noch durch die Verwendung konventioneller Phantome möglich ist.Overall, it can be said that systematic creation of radiological and/or raster stereographic images of various pathological or physiological spinal profiles is currently not possible either through subject studies or through the use of conventional phantoms.
Die zuvor beschriebenen Nachteile können wenigstens teilweise mit dem hier beschriebenen Phantom überwunden werden. Das Phantom erlaubt dabei insbesondere eine systematische Erzeugung einer bestimmten Wirbelsäulendeformation. Dass an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil angepasste Wirbelsäulengestell ermöglicht es, zum einen, radiologische Aufnahme eines an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepassten Wirbelsäulenmodells zu erstellen. Aus dem vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepasste Wirbelsäulengestell ergibt sich zum anderen die Darstellung des Oberflächenprofils als Lage der Haut, sodass auch die Erstellung rasterstereographische Aufnahmen möglich ist. Auch eine Kombination von radiologischen Aufnahmen und rasterstereographischen Aufnahmen ist möglich. Vorteilhafterweise ist das Phantom auch in der Transversalebene parametrisiert und erlaubt es somit Werte für transversale Parameter zu bestimmen, beispielsweise für eine Wirbelrotation, was mit herkömmlichen Phantomen regelmäßig nicht möglich ist. Entsprechend eignet sich das Phantom auch zur Optimierung der Bestimmung von Wirbelrotationen mittels Röntgenaufnahmen und/oder auf der Oberflächenvermessung basierenden Verfahren wie der Rasterstereographie.The disadvantages described above can be at least partially overcome with the phantom described here. In particular, the phantom allows a specific spinal deformation to be systematically created. The fact that the spine frame is adapted to a given spinal profile makes it possible, on the one hand, to create a radiological image of a spinal model adapted to the given spine profile. On the other hand, the spine frame adapted to the specified spine profile results in the representation of the surface profile as the position of the skin, so that the creation of raster stereographic images is also possible. A combination of radiological images and raster stereographic images is also possible. Advantageously, the phantom is also parameterized in the transverse plane and thus allows values for transversal parameters to be determined, for example for vertebral rotation, which is generally not possible with conventional phantoms. Accordingly, the phantom is also suitable for optimizing the determination of vertebral rotations using X-ray images and/or methods based on surface measurement such as raster stereography.
Rasterstereografische und radiologische Aufnahmen können mit dem Phantom insbesondere auch zeitgleich erstellt werden, was diese besonders gut vergleichbar macht. Zudem stellt das vorgegebene und damit bekannte Wirbelsäulenprofil einen bisher nicht verfügbaren Referenzparameter dar. Dieser Referenzparameter bietet zusätzliche Möglichkeiten insbesondere bei der Optimierung der transversalen Parameter. Mit dem Phantom ist es insbesondere möglich, systematisch eine Datenbank aufzubauen, die Röntgenbilder und Rasterstereographie-Aufnahmen zu einem oder zu unterschiedlichen vorgegebenen Wirbelsäulenprofilen, optional inklusive ausgerichtetem Beckenelement, enthält. Eine solche Datenbank könnte als eine Grundlage beispielsweise für die weitere Optimierung der Rasterstereographie und Auswertung von Röntgenbildern dienen.Raster stereographic and radiological images can be created with the phantom at the same time, which makes them particularly comparable. In addition, the specified and therefore known spine profile represents a previously unavailable reference parameter. This reference parameter offers additional options, particularly when optimizing the transversal parameters. In particular, the phantom makes it possible to systematically build a database that contains X-ray images and raster stereography images of one or different predetermined spinal profiles, optionally including an aligned pelvic element. Such a database could serve as a basis, for example, for the further optimization of raster stereography and evaluation of X-ray images.
Das Phantom ermöglicht, im Gegensatz zu herkömmlichen Phantomen, somit eine systematische Erzeugung einer bestimmten Wirbelsäulendeformation insbesondere mit einer aus der Deformation resultierenden Beckenausrichtung. Zudem können mit dem Phantom sowohl radiologische als auch rasterstereographische Aufnahmen erstellt werden. Weiterhin sind das Wirbelsäulenprofil und optional auch die Beckenausrichtung vor den Aufnahmen definierbar. Dies begünstigt Vergleichsstudien beispielsweise zwischen Rasterstereographie-Bildern und Röntgenbildern, da durch das Phantom keine haltungsbedingten Unterschiede in den Vergleichsaufnahmen induziert werden.In contrast to conventional phantoms, the phantom enables a specific spinal deformation to be systematically created, in particular with a pelvic alignment resulting from the deformation. In addition, both radiological and raster stereographic images can be created with the phantom. Furthermore, the spine profile and optionally the pelvic alignment can be defined before the images are taken. This favors comparative studies, for example between raster stereography images and X-ray images, since the phantom does not induce any posture-related differences in the comparison images.
Bei dem Phantom ist es bevorzugt, dass die Wirbelsäulensegmente so mit dem Wirbelsäulengestell verbunden sind, dass die Wirbelnachbildung des jeweiligen Wirbelsegments entsprechend einer sich aus dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ergebenen lateralen Wirbelneigung, sagittalen Wirbelneigung, lateralen Seitabweichung, sagittalen Seitabweichung, Wirbelrotation, und Wirbelhöhe ausgerichtet sind. Beispielweise kann für jede Wirbelnachbildung ein lokales Wirbelkoordinatensystem definiert sein, in dem die Neigungen angegeben werden. Insbesondere kann durch eine durch das Wirbelsäulengestell vorgegebene Ausrichtung der Wirbelnachbildungen eine Skoliose nachgebildet werden, die durch eine Seitabweichung der Wirbelsäule von der Längsachse mit Rotation der Wirbel um die Längsachse und Torsion der Wirbelkörper teilweise begleitet von struktureller Verformung der Wirbelkörper gekennzeichnet ist. Es ist auch möglich eine physiologische Wirbelsäule nachzubilden, die entsprechend keine für die Skoliose typische Deformation in der Frontalebene aufweist. Die Wirbel weisen im Falle eines physiologischen Wirbelsäulenprofils weder laterale Seitabweichungen noch laterale Wirbelneigungen auf. Die Wirbelrotation beträgt ebenfalls null. Die Sagittalebene ist durch die charakteristischen, physiologischen Wirbelsäulenkrümmungen geprägt.In the case of the phantom, it is preferred that the spinal segments are connected to the spinal frame in such a way that the vertebral replica of the respective vertebral segment is aligned in accordance with a lateral vertebral inclination, sagittal vertebral inclination, lateral lateral deviation, sagittal lateral deviation, vertebral rotation, and vertebral height resulting from the specified spinal profile. For example, a local vortex coordinate system can be defined for each vertebra simulation, in which the inclinations are specified. In particular, by aligning the vertebral replicas predetermined by the spinal frame, a scoliosis can be simulated, which is characterized by a lateral deviation of the spine from the longitudinal axis with rotation of the vertebrae about the longitudinal axis and torsion of the vertebral bodies, sometimes accompanied by structural deformation of the vertebral bodies. It is also possible to recreate a physiological spine that does not show any deformation in the frontal plane that is typical of scoliosis. In the case of a physiological spinal profile, the vertebrae show neither lateral deviations nor lateral vertebral inclinations. The vertebral rotation is also zero. The sagittal plane is characterized by the characteristic, physiological spinal curvatures.
Das Phantom kann so weitergebildet werden, dass die Hautstützstrukturen mit einem Hautüberzug überspannt sind, so dass der Hautüberzug eine Lage der Hautoberfläche in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nachbildet. Das Phantom eignet sich dann besonders für einen Einsatz bei auf Oberflächenvermessung basierenden Verfahren, wie der Rasterstereographie. Insbesondere kann mit dem Hautüberzug ein sich aus dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ergebenes Oberflächenprofil des Rückens eines menschlichen Körpers nachgebildet werden. Durch den Hautüberzug können Landmarken nachgebildet werden, insbesondere der Vertebra prominens, das rechte Lendengrübchen, das linke Lendengrübchen und der Sakrum Punkt. Die Nachbildung von Landmarken ist insbesondere für die Erzeugung einer rasterstereographischen Aufnahme und einer darauf basierenden Rekonstruktion der Wirbelsäule von Bedeutung. Durch die Hautstützstrukturen und den Hautüberzug kann die Hautoberfläche in Höhe jeder Wirbelnachbildung individuell und entsprechend dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil approximiert werden.The phantom can be further developed in such a way that the skin support structures are covered with a skin cover, so that the skin cover reproduces a position of the skin surface depending on the given spinal profile. The phantom is then particularly suitable for use in methods based on surface measurement, such as raster stereography. In particular, the skin cover can be used to recreate a surface profile of the back of a human body resulting from the given spine profile. The skin cover allows landmarks to be recreated, particularly the vertebral prominens, the right lumbar pit, the left lumbar pit and the sacral point. The reproduction of landmarks is particularly important for the generation of a raster stereographic image and a reconstruction of the spine based on it. Thanks to the skin support structures and the skin cover, the skin surface at the level of each vertebral replica can be approximated individually and according to the specified spinal profile.
Es kann vorteilhaft sein, wenn an wenigstens einer Hautstützstruktur ein Hauthaltemittel angeordnet ist, das den Hautüberzug relativ zu der Hautstützstruktur fixiert. Beispielsweise kann das Hauthaltemittel Widerhaken aufweisen, die mit dem Hautüberzug lösbar verbunden sind. Es ist z.B. bevorzugt, wenn der Hautüberzug wenigstens teilweise aus einem natürlichen oder synthetischen Textil gebildet ist, z.B. aus einem T-Shirt-Stoff. Der Hautüberzug aus dem Textil und die Widerhaken des Hauthaltemittels lassen sich bevorzugt gemäß einem Klettverschluss miteinander verbinden. Durch das Hauthaltemittel kann der Hautüberzug insbesondere straff und ohne Falten an den Hautstützstrukturen befestigt werden, so dass es möglich ist, die Lage der Haut besonders vergleichsweise genau und abhängig von dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nachzubilden.It can be advantageous if a skin holding means is arranged on at least one skin support structure, which fixes the skin cover relative to the skin support structure. For example, the skin holding means can have barbs that are releasably connected to the skin cover. It is preferred, for example, if the skin cover is at least partially formed from a natural or synthetic textile, for example from a T-shirt fabric. The skin cover made of the textile and the barbs of the skin holding means can preferably be connected to one another using a Velcro fastener. Through the skin holding means, the skin cover can be attached to the skin support structures in particular tightly and without wrinkles, so that it is possible to reproduce the position of the skin particularly comparatively precisely and depending on the predetermined spinal profile.
Die Hautstützstruktur eines Wirbelsäulensegments des Phantoms kann mittels einer Anzahl Verstrebungen mit dem Wirbelbefestigungselement des Wirbelsäulensegments verbunden sein. Das Wirbelbefestigungselement dient als Trägerstruktur für die Hautstützstruktur, und hält die Hautstützstruktur mittels der Verstrebungen.The skin support structure of a spinal segment of the phantom may be connected to the vertebral attachment member of the spinal segment by a number of struts. The vertebral attachment element serves as a support structure for the skin support structure, and holds the skin support structure by means of the struts.
Das Phantom kann ein mit dem Wirbelsäulengestell verbundenes Beckenelement aufweisen, das ausgebildet ist, ein Becken des menschlichen Körpers nachzubilden. Das Beckenelement kann mittels eines Beckenadapters mit dem Wirbelsäulengestell verbunden sein. Vorzugsweise weist das Beckenelement eine Anzahl Gesäßformstrukturen auf, die ausgebildet und angeordnet sind, eine Lage einer Gesäßoberfläche relativ zu dem Beckenelement vorzugeben. Zusätzlich zu der durch die Wirbelnachbildungen vorgegebene Hautoberfläche des Torsos kann somit auch die Gesäßoberfläche nachgebildet werden. Für die Ausrichtung des Beckens entsprechend dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil kann ein eigenes Becken-Koordinatensystem verwendet werden. Durch das Beckenelement können weitere Landmarken bereitgestellt und in einer rasterstereographischen Aufnahme verwendet werden. Für die Modellierung der Gesäßoberfläche des Beckens ist insbesondere eine korrekte Rekonstruktion der Landmarken von Bedeutung, welche in einer rasterstereographischen Untersuchung erfasst werden. Dies sind zum einem das linke und rechten lumbale Grübchen und zum anderen der Ansatz der Analrinne (lat. rima ani). Die Grübchen dienen in einem Simulationsmodell als Landmarke für die Position der posterioren Knochenvorsprünge (PSIS) des Beckens.The phantom can have a pelvic element connected to the spinal frame, which is designed to simulate a pelvis of the human body. The pelvic element can be connected to the spinal frame by means of a pelvic adapter. Preferably, the pelvic element has a number of buttock shaping structures which are designed and arranged to prescribe a position of a buttock surface relative to the pelvic element. In addition to the skin surface of the torso specified by the vertebral replicas, the buttock surface can also be reproduced. A separate pelvic coordinate system can be used to align the pelvis according to the specified spinal profile. The basin element can provide additional landmarks and use them in a raster stereographic recording. For modeling the buttock surface of the pelvis, a correct reconstruction of the landmarks, which are recorded in a raster stereographic examination, is particularly important. These are, on the one hand, the left and right lumbar dimples and, on the other hand, the base of the anal groove (Latin rima ani). The dimples serve as a landmark for the position of the posterior bony prominences (PSIS) of the pelvis in a simulation model.
In dem Phantom sind sowohl das Beckenelement als auch das Wirbelsäulengestell bezügliches eines gemeinsamen Raumkoordinatensystems (RKS) orientiert und somit im Raum und zueinander ausgerichtet. Das Beckenelement wird anhand von positionsunabhängigen Beckenparameter (Inzidenzwinkel) und positionsabhängige Beckenparameter (sagittalen Beckenneigung, dem Beckenhochstand, der sagittalen Beckenabweichung, der lateralen Beckenabweichung, der transversalen Beckenabweichung und der Beckenrotation) ausgerichtet. Das Beckenelement bildet somit das Becken relativ zu dem von der Anzahl Wirbelsäulensegmente gebildeten Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule nach-In the phantom, both the pelvic element and the spinal frame are oriented with respect to a common spatial coordinate system (RKS) and are therefore aligned in space and with each other. The pelvic element is determined using position-independent pelvic parameters (incidence angle) and position-dependent pelvic parameters (sagittal pelvic tilt, pelvic elevation, sagittal pelvic deviation, lateral pelvic deviation, transverse pelvic deviation and pelvic rotation). The pelvic element thus forms the pelvis relative to the section of the human spine formed by the number of spinal segments.
Der Inzidenzwinkel ist definiert als Winkel zwischen einer Geraden vom Zentrum des Acetabulum zur Mitte der S1-Endplatte und einer weiteren Geraden senkrecht zur S1-Endplatte. Der Inzidenzwinkel ist ein morphologischer Parameter und unabhängig von der Beckenposition im ausgewachsenen Becken konstant. Da zwischen dem Inzidenzwinkel und den positionsabhängigen Beckenparametern ein geometrischer Zusammenhang besteht, ist der Inzidenzwinkel dennoch ein maßgebender Faktor für die Beckenorientierung.The incidence angle is defined as the angle between a line from the center of the acetabulum to the center of the S1 endplate and another line perpendicular to the S1 endplate. The incidence angle is a morphological parameter and is constant regardless of the pelvic position in the adult pelvis. Since there is a geometric connection between the incidence angle and the position-dependent pelvic parameters, the incidence angle is still a decisive factor for the pelvic orientation.
Das Beckenelement ist bevorzugt ausgebildet, dass es mit einem Beckenbefestigungselement an dem Wirbelsäulengestell lösbar z.B. mittels Adaptern befestigt werden kann. The pelvic element is preferably designed so that it can be releasably attached to the spinal frame with a pelvic fastening element, for example using adapters.
Das Beckenbefestigungselement kann ein Verbund aus einer oder mehreren Beckenstützstrukturen sein, mittels denen das Beckenelement am Wirbelsäulengestell befestigt und ausgerichtet werden kann. Zur Ausrichtung gemäß der definierten Beckenausrichtung kann ein eigenes Becken-Koordinatensystem verwendet werden. Am Phantom kann das Beckenelement mittels des Wirbelsäulengestells relativ zum nachgebildeten Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule ausgerichtet werden. Die Ausrichtung entspricht insbesondere den vordefinierten Beckenparametern.The pelvic attachment element can be a composite of one or more pelvic support structures by means of which the pelvic element can be attached and aligned to the spinal frame. A separate basin coordinate system can be used to align according to the defined basin orientation. On the phantom, the pelvic element can be aligned relative to the simulated section of the human spine using the spinal frame. The alignment corresponds in particular to the predefined pool parameters.
Das Phantom ermöglicht somit bevorzugt eine anatomisch korrekte Nachbildung der Wirbelsäule und der Hautoberfläche gemäß einem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil und optional eines Beckens. Die Definition des Wirbelsäulenprofils erfolgt vorzugsweise auf Basis von Wirbelsäulenparametern während die Beckenausrichtung anhand von Beckenparametern erfolgt. Die Wirbelsäulen- und Beckenparametern können als Input-Parameter für ein adaptives Computermodell dienen. Die vorgegebenen Wirbelsäulen- und Beckenparameter können in ein computerimplementiertes Wirbelsäulen-Becken-Modell übernommen werden. Die Orientierung der Wirbel und des Beckens in dem Wirbelsäulen-Becken-Modell entspricht damit den aktuell eingestellten Wirbelsäulen- und Beckenparametern, welche das vorgegebene Wirbelsäulenprofil - und die vorgegebene Beckenausrichtung definieren.The phantom thus preferably enables an anatomically correct simulation of the spine and the skin surface according to a given spine profile and optionally a pelvis. The definition of the spinal profile is preferably based on spinal parameters while the pelvic alignment is based on pelvic parameters. The spinal and pelvic parameters can serve as input parameters for an adaptive computer model. The specified spine and pelvis parameters can be incorporated into a computer-implemented spine-pelvis model. The orientation of the vertebrae and pelvis in the spine-pelvis model therefore corresponds to the currently set spine and pelvis parameters, which define the specified spine profile and the specified pelvic alignment.
Von dem Wirbelsäulenmodell kann automatisiert eine Modell-Datei für ein computerimplementiertes Wirbelsäulengestellmodell generiert und exportiert werden. Basierend auf der Wirbelsäulengestellmodell-Fertigungsdatei kann ein physisches Wirbelsäulengestell additiv gefertigt werden. Die Ausrichtung der Wirbel- und Beckennachbildungen und relativ dazu die Ausrichtung der Hautstützstrukturen erfolgt im physischen Phantom vorzugsweise anhand dieses Wirbelsäulengestells.From the spine model, a model file for a computer-implemented spine frame model can be automatically generated and exported. Based on the spine frame model manufacturing file, a physical spine frame can be additively manufactured. The alignment of the vertebral and pelvic replicas and, relative to this, the alignment of the skin support structures in the physical phantom are preferably carried out using this spinal frame.
Das Phantom kann so weitergebildet werden, dass es ein rechtes Schulterelement und ein linkes Schulterelement aufweist, die jeweils ein Schulterblatt und Teile der darüber liegenden Muskulatur der rechten oder linken Schulterpartie und vorzugsweise wenigstens einen Teil der jeweiligen Oberarmmuskulatur des menschlichen Körpers nachbilden. Auf diese Weise können neben dem Schulterblatt auch die darüber liegenden Muskelstränge, also der musculus supraspinatus, musculus infraspinatus, musculus teres major und der musculus teres minor miteinbezogen werden. Ferner kann die Oberarmmuskulatur über die Form des musculus deltoideus angenähert werden. Das Phantom wird dadurch noch naturgetreuer und realistischer.The phantom can be further developed in such a way that it has a right shoulder element and a left shoulder element, each of which simulates a shoulder blade and parts of the overlying muscles of the right or left shoulder area and preferably at least part of the respective upper arm muscles of the human body. In this way, in addition to the shoulder blade, the muscle strands above it, i.e. the supraspinatus muscle, infraspinatus muscle, teres major muscle and teres minor muscle, can also be included. Furthermore, the upper arm muscles can be approximated using the shape of the deltoid muscle. This makes the phantom even more lifelike and realistic.
Die rechten und linken Schulterelemente können mittels einem oder mehreren lösbaren Schulterverbindungsmitteln, beispielsweise einer Schraubverbindung, mit einem Wirbelsäulensegment der Anzahl Wirbelsäulensegmente verbunden sein und die Lage der rechten und linken Schulterelemente können mittels der einen oder den mehreren lösbaren Schulterverbindungsmitteln relativ zu dem Wirbelsäulensegment einstellbar sein. Beispielsweise könnte eine Fixierungsstruktur im sechsten Wirbelsäulensegment des Brustkorbs integriert sein. Die Fixierung der Schulter kann in dessen Zentrum durch die Schulterverbindungsmittel erfolgen. Über diese Schulterverbindungsmittel ist eine Einstellung der Lage der rechten und linken Schulterelemente relativ zu dem Wirbelsäulensegment möglich. Die rechten und linken Schulterelemente können beispielweise mittels einer Schraubverbindung mit einem Wirbelsäulensegment verbunden werden. Eine durch die Fixierungsstruktur vorgegebene Achse kann anhand des Schultermodells sowie auf Basis von anthropometrischen Messdaten konstruiert werden.The right and left shoulder elements can be connected to a spinal segment of the number of spinal segments by means of one or more releasable shoulder connecting means, for example a screw connection, and the position of the right and left shoulder elements can be adjustable relative to the spinal segment by means of the one or more releasable shoulder connecting means. For example, a fixation structure could be integrated in the sixth spinal segment of the thorax. The shoulder can be fixed in its center using the shoulder connecting means. These shoulder connecting means can be used to adjust the position of the right and left shoulder elements relative to the spinal segment. The right and left shoulder elements can be connected to a spinal segment using a screw connection, for example. An axis specified by the fixation structure can be constructed using the shoulder model and based on anthropometric measurement data.
Für die Radiologie wird die Schulterpartie in der Regel nicht benötigt. Allerdings kann das Schulterblatt inkl. Muskeln für auf der Oberflächenvermessung basierenden Verfahren, wie der Rasterstereographie, von Bedeutung sein, da dadurch indirekte Landmarken, wie z.B. Achselhöhle, Schulterblattlinien, Schulterpunkte etc. gesetzt werden können, die unter Umständen zur Rekonstruktion der Wirbelsäule benötigt werden.The shoulder area is generally not needed for radiology. However, the scapula, including muscles, can be important for methods based on surface measurement, such as raster stereography, as indirect landmarks such as the armpit, scapula lines, shoulder points, etc. can be set, which may be needed to reconstruct the spine.
Insbesondere zur radiologischen Differenzierbarkeit von Knochen und Gewebematerial kann vorgesehen sein, dass die Knochenstrukturen eine höhere Materialdichte als die Hautstützstrukturen und/oder Gesäßformstrukturen aufweisen. Die unterschiedlichen Materialdichten können dazu führen, dass in einer radiologischen Aufnahme im Wesentlichen die Knochenstrukturen sichtbar sind, während z.B. das Wirbelsäulengestell nicht oder nur kaum erkennbar ist. Dazu kann zum einen Material unterschiedlicher Dichte genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das gleiche Material mit unterschiedlicher Fülldichte zum Einsatz kommen.In particular for the radiological differentiation of bones and tissue material It can be provided that the bone structures have a higher material density than the skin support structures and / or buttocks shaping structures. The different material densities can mean that the bone structures are essentially visible in a radiological image, while the spinal structure, for example, is not or only barely visible. On the one hand, materials of different densities can be used for this purpose. Alternatively or additionally, the same material with different filling density can be used.
Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, wenn bei wenigstens einem Wirbelsäulensegment der Anzahl Wirbelsäulensegmente die Wirbelnachbildung und die Hautstützstruktur des Wirbelsäulensegments aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind und die Wirbelnachbildung eine höhere Materialdichte als die Hautstützstruktur hat. Beispielsweise könnten bei einer additive Fertigung Knochenstrukturen wie die Wirbelnachbildung z.B. eine Fülldichte von 100 % und Hautstützstrukturen z.B. eine Fülldichte von 15 % haben. Die unterschiedlichen Fülldichten können dazu führen, dass in einer radiologischen Aufnahme im Wesentlichen die Knochenstrukturen sichtbar sind.For example, it can be advantageous if, in the case of at least one spinal segment of the number of spinal segments, the vertebra replica and the skin support structure of the spinal segment are made of the same material or of different materials and the vertebra replica has a higher material density than the skin support structure. For example, in additive manufacturing, bone structures such as vertebral replicas could have a fill density of 100% and skin support structures could have a fill density of 15%. The different filling densities can result in essentially the bone structures being visible in a radiological image.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Wirbelnachbildung eines Wirbelsäulensegments der Anzahl Wirbelsäulensegmente und das Wirbelsäulengestell aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind und die Wirbelnachbildung eine höhere Materialdichte als das Wirbelsäulengestell hat. Die unterschiedlichen Materialdichten können auch in diesem Fall besonders gut in einem additiven Fertigungsverfahren erreicht werden. In einer radiologischen Aufnahme könnte auf diese Weise erreicht werden, dass das Wirbelsäulengestell nicht oder nur kaum erkennbar ist. Hingegen könnten die Wirbelnachbildungen, die Knochengewebe repräsentieren, vergleichsweise gut in der radiologischen Aufnahme sichtbar sein. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Materialdichte der Wirbelnachbildung mindestens um einen Faktor 2 insbesondere um einen Faktor zwischen 2 und 8 oder mehr höher ist, als die Materialdichte des Wirbelsäulengestells oder auch anderen Strukturen des Phantoms, die kein Knochengewebe repräsentieren.Alternatively or additionally, it can be provided that a vertebra replica of a spinal segment of the number of spinal segments and the spinal frame are made of the same material or of different materials and the vertebra replica has a higher material density than the spinal frame. In this case, too, the different material densities can be achieved particularly well using an additive manufacturing process. In this way, it could be achieved in a radiological image that the spinal structure is not or only barely visible. On the other hand, the vertebral replicas, which represent bone tissue, could be visible comparatively well in the radiological image. It can be advantageous if the material density of the vertebra replica is at least a factor of 2, in particular a factor between 2 and 8 or more, higher than the material density of the spinal frame or other structures of the phantom that do not represent bone tissue.
Die Erfindung betrifft auch eine Verwendung des vorstehend beschriebenen Phantoms zum Erzeugen einer auf der Oberflächenvermessung basierenden Aufnahme, z.B. einer Rasterstereografie-Aufnahme oder einer Tiefenkamera-Aufnahme, und/oder einer Röntgenaufnahme und/oder einer computertomographischen Aufnahme. Insbesondere kann das zuvor beschriebene Phantom dazu verwendet werden, gleichzeitig eine Rasterstereografie-Aufnahme und eine Röntgenaufnahme zu erzeugen. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Rasterstereografie-Aufnahme und die radiologische Aufnahme unter einer veränderten Körperhaltung aufgenommen werden. Zudem ermöglicht das Phantom eine systematische Erzeugung von vordefinierten Wirbelsäulenprofilen und Beckenausrichtungen sowohl für die Radiologie als auch für Verfahren, die auf der Oberflächenvermessung basieren, wie die Rasterstereographie.The invention also relates to a use of the phantom described above for generating an image based on the surface measurement, for example a raster stereography image or a depth camera image, and/or an X-ray image and/or a computed tomography image. In particular, the previously described phantom can be used to simultaneously generate a raster stereographic image and an X-ray image. In this way, it can be avoided that the raster stereographic image and the radiological image are recorded under a changed posture. In addition, the phantom enables systematic generation of predefined spinal profiles and pelvic alignments for both radiology and surface measurement-based procedures such as raster stereography.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Phantoms eines menschlichen Körperteils, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
- - computerimplementiertes Bereitstellen eines Wirbelsäulenmodells einer menschlichen Wirbelsäule, wobei das Wirbelsäulenmodell eine Anzahl Wirbelsäulensegmente aufweist, und ein Wirbelsäulensegment der Anzahl Wirbelsäulensegmente ein Wirbelbefestigungselement und ein an dem Wirbelbefestigungselement angeordnetes Körperteilelement aufweist,
- - computerimplementiertes Bereitstellen eines an das Wirbelsäulenmodell angepasstes Wirbelsäulengestellmodell, aufweisend eine Anzahl Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen, die zur lösbaren Verbindung mit einem Wirbelbefestigungselement eines Wirbelsäulensegments vorgesehen sind,
- - Vorgeben eines Wirbelsäulenprofils und Ausrichten der Körperteilelemente der Anzahl Wirbelsäulensegmente des Wirbelsäulenmodells gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil,
- - computerimplementiertes Anpassen des Wirbelsäulengestellmodells an das gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ausgerichteten Wirbelsäulenmodells, derart, dass die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen eine Position und Orientierung des Körperteilelements relativ zu dem Wirbelsäulengestellmodell definieren, so dass die Körperteilelemente gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil an dem Wirbelsäulengestellmodell ausgerichtet werden können,
- - Herstellen eines physischen Wirbelsäulengestells auf Basis des an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepassten Wirbelsäulengestellmodells, und
- - Verbinden einer Anzahl hergestellter physischer Wirbelsäulensegmente mit den Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen des Wirbelsäulengestells.
- - computer-implemented provision of a spine model of a human spine, wherein the spine model has a number of spine segments, and a spine segment of the number of spine segments has a vertebral fastening element and a body part element arranged on the vertebral fastening element,
- - computer-implemented provision of a spinal frame model adapted to the spinal model, comprising a number of spinal segment holding structures which are intended for releasable connection to a vertebral fastening element of a spinal segment,
- - Specifying a spine profile and aligning the body part elements of the number of spine segments of the spine model according to the specified spine profile,
- - computer-implemented adjustment of the spine frame model to the spine model aligned according to the predetermined spine profile, such that the spine segment holding structures define a position and orientation of the body part element relative to the spine frame model, so that the body part elements can be aligned on the spine frame model according to the predetermined spine profile,
- - Producing a physical spine frame based on the spine frame model adapted to the specified spine profile, and
- - Connecting a number of fabricated physical spinal segments to the spinal segment support structures of the spinal frame.
Mit dem Verfahren kann insbesondere das vorstehend beschriebene Phantom hergestellt werden.In particular, the method described above can be used to produce the phantom.
In dem Verfahren ist es bevorzugt, dass das Körperteilelement eines Wirbelsäulensegments eine Wirbelnachbildung eines Wirbels der menschlichen Wirbelsäule und/oder eine Hautstützstruktur, die eine Lage einer Hautoberfläche vorgibt, aufweist, und das Ausrichten der Wirbelsäulensegmente des Wirbelsäulenmodells gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil die weiteren Schritte umfasst:
- - computerimplementiertes Vorgeben eines Wirbelsäulenparameters für wenigstens eine Wirbelnachbildung des Wirbelsäulenmodells entsprechend einem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil, und
- - computerimplementiertes Anpassen des Wirbelsäulenmodells an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil unter Verwendung des vorgegebenen Wirbelsäulenparameters, so dass
- - computer-implemented specification of a spine parameter for at least one vertebra replica of the spine model according to a predetermined spine profile, and
- - computer-implemented adjustment of the spine model to the specified spine profile using the specified spine parameter, so that
Das Wirbelsäulenmodell kann beispielsweise ein Computer-Aided Design (CAD)-Modell der menschlichen Wirbelsäule sein, wobei die Wirbelsäule aus Wirbelsäulensegmenten besteht, die jeweils eine Wirbelnachbildung, ein Wirbelbefestigungselement und/oder eine Hautstützstruktur aufweisen können. Die durch das Wirbelsäulenmodell dargestellte Wirbelsäule kann durch Vorgeben eines Wirbelsäulenparameters wie z.B. eine laterale Wirbelneigung, eine sagittale Wirbelneigung, eine laterale Seitabweichung, eine sagittale Seitabweichung, eine Wirbelrotation, und/oder eine Wirbelhöhe an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil angepasst werden. Dadurch kann festgelegt werden, ob das Wirbelsäulenmodell eine physiologische Wirbelsäule oder eine Wirbelsäule gemäß einem Krankheitsbild, z.B. eine skoliotische Wirbelsäule darstellen soll. Das Wirbelsäulengestellmodell wird dann an das Wirbelsäulenmodell angepasst, so dass das Wirbelsäulengestellmodell ausgebildet ist ein Wirbelsäulenmodell gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil auszurichten. Das Wirbelsäulengestellmodell wird dabei derart verformt, dass die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen so ausgerichtet sind, dass, wenn diese mit Wirbelsäulensegmenten verbunden werden, die Wirbelsäulensegmente gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil ausgerichtet sind.The spine model can be, for example, a computer-aided design (CAD) model of the human spine, wherein the spine consists of spine segments, each of which can have a vertebra replica, a vertebra fastening element and/or a skin support structure. The spine represented by the spine model can be adapted to a predetermined spine profile by specifying a spine parameter such as a lateral vertebral inclination, a sagittal vertebral inclination, a lateral lateral deviation, a sagittal lateral deviation, a vertebral rotation, and/or a vertebral height. This makes it possible to determine whether the spine model should represent a physiological spine or a spine based on a clinical picture, e.g. a scoliotic spine. The spine frame model is then adapted to the spine model, so that the spine frame model is designed to align a spine model according to the predetermined spine profile. The spine frame model is deformed in such a way that the spine segment holding structures are aligned such that when they are connected to spine segments, the spine segments are aligned according to the predetermined spine profile.
Anschließend wird ein physisches Wirbelsäulengestell auf Basis des an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepassten Wirbelsäulengestellmodells hergestellt und die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen des Wirbelsäulengestells mit Wirbelsäulensegmenten verbunden. Dadurch bilden die Wirbelsäulensegmente einen Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule mit dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil nach. Außerdem geben die Hautstützstrukturen eine an das vorgegebene Wirbelsäulenprofil angepasste Lage einer Hautoberfläche relativ zu der Wirbelnachbildung des jeweiligen Wirbelsäulensegments vor.A physical spine frame is then manufactured based on the spine frame model adapted to the specified spine profile and the spine segment support structures of the spine frame are connected to spine segments. The spinal segments thereby reproduce a section of the human spine with the specified spinal profile. In addition, the skin support structures specify a position of a skin surface relative to the vertebral replica of the respective spinal segment that is adapted to the given spinal profile.
Unter den vorstehend definierten Verfahrensschritten können folgende Abläufe zusammengefasst sein:
- Das Wirbelsäulenprofil und/oder eine Beckenstellung kann durch eine computerimplementierte Definition von Wirbelsäulenparametern und/oder Beckenparametern angepasst werden. Dadurch kann festgelegt werden, ob das Wirbelsäulenmodell eine physiologische Wirbelsäule oder eine Wirbelsäule gemäß einem Krankheitsbild, z.B. eine skoliotische Wirbelsäule darstellen soll. Als Wirbelsäulenparameter werden vorzugsweise die laterale und sagittale Wirbelneigung, die Wirbelrotation und die laterale und sagittale Wirbelabweichung sowie die vertikale Wirbelhöhe gewählt. Die Implementation kann beispielsweise anhand eines lokalen Wirbelkoordinatensystems erfolgen. Die Beckenausrichtung erfolgt vorzugsweise anhand eines lokalen Beckenkoordinatensystems, mittels dem die definierte Beckenausrichtung im physischen Phantom umgesetzt werden. Als positionsunabhängiger Beckenparameter wird vorzugweise der Inzidenzwinkel und als positionsabhängige Beckenparameter werden vorzugsweise die sagittale Beckenneigung, der Beckenhochstand, die laterale Beckenabweichung, die sagittale Beckenabweichung, die transversale Beckenabweichung und die Beckenrotation gewählt.
- The spinal profile and/or a pelvic position can be adjusted through a computer-implemented definition of spinal parameters and/or pelvic parameters. This makes it possible to determine whether the spine model should represent a physiological spine or a spine based on a clinical picture, for example a scoliotic spine. The preferred spinal parameters chosen are the lateral and sagittal vertebral inclination, the vertebral rotation and the lateral and sagittal vertebral deviation as well as the vertical vertebral height. The implementation can be carried out, for example, using a local vortex coordinate system. The pelvic alignment is preferably carried out using a local pelvic coordinate system, by means of which the defined pelvic alignment is implemented in the physical phantom. The incidence angle is preferably selected as the position-independent pelvic parameter and the sagittal pelvic inclination, the pelvic elevation, the lateral pelvic deviation, the sagittal pelvic deviation, the transverse pelvic deviation and the pelvic rotation are preferably selected as the position-dependent pelvic parameters.
Das Verfahren kann ein computerimplementiertes Bereitstellen von Wirbelsäulensegment-Fertigungsdateien umfassen. Als Wirbelsäulensegment-Fertigungsdatei gelten sowohl die Modell-Dateien der Wirbelnachbildungen als auch die Modell-Dateien der Wirbelbefestigungen (ggf. mit Hautstützstruktur). Die Wirbelsäulensegment-Fertigungsdateien dienen der vorzugsweise additiven Fertigung der Bauteile des Wirbelsäulensegmentes.The method may include computer-implemented provision of spinal segment manufacturing files. The model files of the vertebral replicas as well as the model files of the vertebral attachments (if necessary with a skin support structure) are considered to be the spinal segment production file. The spinal segment manufacturing files are used for the preferably additive manufacturing of the components of the spinal segment.
Das Verfahren kann ein computerimplementiertes Bereitstellen von Beckensegment-Fertigungsdateien umfassen. Als Beckensegment-Fertigungsdatei gelten sowohl die Modell-Datei der Beckennachbildung als auch die Modell-Dateien der Beckenbefestigungen, optional mit Gesäßformstruktur. Die Beckensegment-Fertigungsdateien dienen der vorzugsweise additiven Fertigung der Bauteile des Beckensegmentes.The method may include computer-implemented provision of pelvic segment manufacturing files. Both the model file of the pelvic replica and the model files of the pelvic segment production file are considered to be the pelvic segment production file Pelvic attachments, optional with buttocks molding structure. The pelvic segment manufacturing files are used for the preferably additive manufacturing of the pelvic segment components.
Das computerimplementierte Bereitstellen eines Wirbelsäulenmodells kann beispielsweise als Computer-Aided Design (CAD)-Modell erfolgen, wobei die Wirbelsäule aus Wirbelsäulensegmenten besteht, die jeweils eine Wirbelnachbildung und ein Wirbelbefestigungselement optional mit Hautstützstruktur aufweisen. Außerdem kann in das Wirbelsäulenmodell ein Beckensegment integriert sein, das aus einem Beckenelement und Beckenbefestigungselementen, optional mit Gesäßformstruktur, besteht. Die Anzahl Wirbelsäulensegmente sowie das Beckensegment des Wirbelsäulenmodells können über die jeweiligen Wirbel- bzw. Beckenbefestigungselemente mit dem Wirbelsäulengestell verbunden sein, wodurch die definierte Position der Wirbelnachbildungen sowie der Beckennachbildung sichergestellt werden kann.The computer-implemented provision of a spine model can be done, for example, as a computer-aided design (CAD) model, where the spine consists of spine segments, each of which has a vertebra replica and a vertebra fastening element, optionally with a skin support structure. In addition, a pelvic segment can be integrated into the spine model, which consists of a pelvic element and pelvic fastening elements, optionally with a buttock shape structure. The number of spinal segments and the pelvic segment of the spinal model can be connected to the spinal frame via the respective vertebral or pelvic fastening elements, whereby the defined position of the vertebral replicas and the pelvic replica can be ensured.
Die Anzahl Wirbelsäulensegmente repräsentiert dabei bevorzugt wenigstens einen Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule. Für eine Nutzung bei Messmethoden wie der Rasterstereographie, die auf der Oberflächenvermessung basieren, ist es bevorzugt, wenn wenigstens eines der Wirbelsäulensegmente eine Hautstützstruktur aufweist, welche die Lage der Hautoberfläche beispielsweise relativ zu der Wirbelnachbildung des jeweiligen Wirbelsäulensegments gemäß dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil definiert.The number of spine segments preferably represents at least one section of the human spine. For use in measurement methods such as raster stereography, which are based on surface measurement, it is preferred if at least one of the spinal segments has a skin support structure, which defines the position of the skin surface, for example, relative to the vertebral replica of the respective spinal segment according to the predetermined spinal profile.
Nach Vorgabe des Wirbelsäulenprofils sowie der Beckenausrichtung erfolgt vorzugsweise die computerimplementierte Anpassung des Wirbelsäulenmodells. Die gewählten Werte für die Wirbelsäulen- und Beckenparameter können automatisch im Wirbelsäulenmodell übernommen und die entsprechende Ausrichtung der einzelnen Modellkomponenten, z.B. der Wirbelnachbildungen und/oder der Hautstützstrukturen, zueinander angepasst werden.After specifying the spine profile and the pelvic alignment, the computer-implemented adjustment of the spine model is preferably carried out. The selected values for the spine and pelvis parameters can be automatically adopted in the spine model and the corresponding alignment of the individual model components, e.g. the vertebral replicas and/or the skin support structures, can be adjusted to one another.
Basierend auf dem angepassten Wirbelsäulenmodell erfolgt bevorzugt anschließend das computerimplementierte Anpassen des Wirbelsäulengestellmodells. Nach der automatisierten Anpassung ist das Wirbelsäulengestellmodell vorzugsweise derart geformt und die integrierten Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen und Beckenadapter derart ausgeprägt, dass die Wirbelnachbildungen bzw. das Beckenelement mit dem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil bzw. der Beckenausrichtung positioniert sind. Das Modell dieses Wirbelsäulengestells kann in einer computergenerierten Wirbelsäulengestell-Fertigungsdatei gespeichert werden und dient der vorzugsweise additiven Fertigung eines physischen Wirbelsäulengestells.Based on the adapted spine model, the computer-implemented adjustment of the spine frame model is then preferably carried out. After the automated adjustment, the spinal frame model is preferably shaped in such a way and the integrated spinal segment holding structures and pelvic adapters are pronounced in such a way that the vertebral replicas or the pelvic element are positioned with the predetermined spinal profile or pelvic alignment. The model of this spinal frame can be saved in a computer-generated spinal frame manufacturing file and is used for the preferably additive manufacturing of a physical spinal frame.
Im Gegensatz zum physischen Wirbelsäulengestell ist es in der Regel ausreichend, wenn die Wirbelnachbildungen, die Wirbelbefestigungselemente, das Beckenelement und die Beckenbefestigungselemente einmalig hergestellt werden. Aufgrund der modularen Bauweise des Phantoms können diese Bauteile bei veränderten Wirbelsäulenprofilen oder Beckenausrichtungen wiederverwendet und am pathologiespezifischen Wirbelsäulengestell ausgerichtet werden. Die Fertigung einer Anzahl von Wirbelnachbildungen sowie die Fertigung einer Anzahl von Wirbelbefestigungselementen kann auf Basis der jeweiligen Wirbelsäulensegment-Fertigungsdatei vorzugsweise mittels additiver Fertigungsverfahren erfolgen. Ebenso kann die Fertigung des Beckenelements sowie die Fertigung einer Anzahl Beckenbefestigungselemente auf Basis der jeweiligen Beckensegment-Fertigungsdatei ebenfalls vorzugsweise mittels additiver Fertigungsverfahren erfolgen.In contrast to the physical spine frame, it is usually sufficient if the vertebral replicas, the vertebral fastening elements, the pelvic element and the pelvic fastening elements are manufactured once. Due to the modular design of the phantom, these components can be reused and aligned to the pathology-specific spine frame if the spinal profile or pelvic alignment changes. The production of a number of vertebral replicas and the production of a number of vertebral fastening elements can be carried out based on the respective spinal segment production file, preferably using additive manufacturing processes. Likewise, the production of the pelvic element and the production of a number of pelvic fastening elements based on the respective pelvic segment production file can also preferably be carried out using additive manufacturing processes.
Nach der Fertigung der einzelnen Bestandteile des Phantoms kann die modulare Montage der Wirbelsäulensegmente und optional des Beckenelements am Wirbelsäulengestell erfolgen. Über die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen des Wirbelsäulengestells kann eine Anzahl Wirbelsäulensegmente ausgerichtet und lösbar verbunden werden. Zudem kann optional das Beckenelement lösbar mit dem Wirbelsäulengestell verbunden werden. Optional ist zudem die Einbringung von Hautstützstrukturen, welche die angepasste Lage einer Hautoberfläche relativ zum Wirbelsäulengestell vorgeben. Wiederum optional können Gesäßformstrukturen verwendet werden, die eine angepasste Lage einer Gesäßoberfläche relativ zum Beckenelement vorgeben. Der Verbund aus Wirbelsäulengestell, Wirbelsäulensegmenten, optional mit Hautstützstrukturen, und optional einem Beckenelement, optional mit Gesäßformstrukturen, kann somit wenigstens einen Abschnitt der menschlichen Wirbelsäule und optional des Beckens mit einem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil und optional vorgegebener Beckenausrichtung darstellen.After the individual components of the phantom have been manufactured, the modular assembly of the spinal segments and optionally the pelvic element can be carried out on the spinal frame. A number of spinal segments can be aligned and releasably connected via the spinal segment holding structures of the spinal frame. In addition, the pelvic element can optionally be detachably connected to the spine frame. The introduction of skin support structures, which specify the adapted position of a skin surface relative to the spinal frame, is also optional. Again optionally, buttock shape structures can be used, which specify an adapted position of a buttock surface relative to the pelvic element. The composite of spine frame, spine segments, optionally with skin support structures, and optionally a pelvic element, optionally with buttock molding structures, can thus represent at least a section of the human spine and optionally of the pelvis with a predetermined spine profile and optionally predetermined pelvic alignment.
Die Wirbelsäulensegmente können mit einer Vielzahl unterschiedlicher Wirbelsäulengestelle verbunden werden, die jeweils an ein unterschiedliches vorgegebenes Wirbelsäulenprofil angepasst sind. Es reicht also aus, wenn die Wirbelsäulensegmente nur einmal hergestellt werden. Für jeweils unterschiedliche vorgegebene Wirbelsäulenprofile kann dann jeweils ein Wirbelsäulengestell individuell hergestellt werden. Die Wirbelsäulensegmente können dann je nach Anwendung mit einem unterschiedlichen der Wirbelsäulengestelle verbunden werden, um ein bestimmtes der vorgegebenen Wirbelsäulenprofile nachzubilden. Das nach dem Verfahren hergestellte Phantom hat also einen modularen Aufbau, der es erlaubt Material zu sparen, da nur die Wirbelsäulengestelle mehrfach hergestellt zu werden brauchen. Durch Umstecken der Wirbelsäulensegmente von einem Wirbelsäulengestell auf ein anderes Wirbelsäulengestell kann so auch vergleichsweise unkompliziert von einem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil zu einem anderen gewechselt werden. Das nach dem Verfahren hergestellte Phantom kann somit vielseitig eingesetzt werden und ist, wenn die Austauschbarkeit der Wirbelsäulengestelle mit einbezogen wird, nicht auf ein bestimmtes Wirbelsäulenprofil festgelegt.The spinal segments can be connected to a variety of different spinal frames, each of which is adapted to a different predetermined spinal profile. It is therefore sufficient if the spinal segments are only produced once. A spine frame can then be manufactured individually for each different predetermined spine profile. Depending on the application, the spinal segments can then be connected to a different spinal frame in order to replicate a specific one of the predetermined spinal profiles. The phantom produced using this process has a modular structure, which allows material to be saved because only the spines frames need to be manufactured several times. By repositioning the spine segments from one spine frame to another spine frame, it is also possible to change from one given spine profile to another in a relatively simple manner. The phantom produced using this method can therefore be used in a variety of ways and, if the interchangeability of the spinal frames is taken into account, it is not limited to a specific spinal profile.
Zum Herstellen des Wirbelsäulengestells und/oder der Anzahl Wirbelsäulensegmente und optional des Beckenelements kann besonders vorteilhaft ein additives Fertigungsverfahren verwendet werden. Die Fertigungsdaten des Wirbelsäulengestells und, falls gewünscht, die Daten der Wirbelsäulensegmente und des Beckenelements, können dabei als Eingangsdaten für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, wie z.B. dem Fused Deposition Modeling (FDM)-Verfahren, verwendet werden. Anhand des generierten Wirbelsäulengestellmodells, welches auf den vorgegebenen Wirbelsäulen- und Beckenparametern beruht, ließe sich zum Beispiel eine typische skoliotische Wirbelsäulendeformation mit vergleichsweise hoher Genauigkeit und vergleichsweise geringen Kosten in ein entsprechend deformiertes physisches Wirbelsäulengestell übersetzen. Ein additives Fertigungsverfahren ist auch deshalb besonders gut geeignet, da sich die einzelnen Komponenten des Phantoms mit unterschiedlichen Dichten herstellen lassen, und auf diese Weise die radiologische Sichtbarkeit verschiedener Strukturen simuliert werden kann.An additive manufacturing process can be used particularly advantageously to produce the spine frame and/or the number of spine segments and optionally the pelvic element. The manufacturing data of the spine frame and, if desired, the data of the spine segments and the pelvic element can be used as input data for an additive manufacturing device, such as the Fused Deposition Modeling (FDM) method. Using the generated spinal frame model, which is based on the specified spinal and pelvic parameters, a typical scoliotic spinal deformation could, for example, be translated into a correspondingly deformed physical spinal frame with comparatively high accuracy and comparatively low costs. An additive manufacturing process is also particularly suitable because the individual components of the phantom can be manufactured with different densities, and in this way the radiological visibility of different structures can be simulated.
Als Rohmaterial zur additiven Fertigung kann z.B. ein Filament aus Polylactid (PLA) verwendet werden. Auch eine Fertigung aus Metall oder Gips (im 3D-Druck) wäre denkbar. Die Sichtbarkeit in einer Röntgenaufnahme kann auch über die Fülldichte der Bauteile bestimmt werden. Die Nachbildungen der Wirbel, des Steißbeins sowie der Beckenpfannen, können beispielsweise mit einer Fülldichte von 100% gedruckt werden. Die additive Fertigung der restlichen Bauteile, kann hingegen mit einer Fülldichte von beispielsweise 15% erfolgen.A filament made of polylactide (PLA), for example, can be used as a raw material for additive manufacturing. Production from metal or plaster (using 3D printing) would also be conceivable. The visibility in an X-ray can also be determined by the filling density of the components. The replicas of the vertebrae, the coccyx and the pelvic sockets can, for example, be printed with a fill density of 100%. The additive manufacturing of the remaining components, however, can be carried out with a filling density of, for example, 15%.
Optional kann das Verfahren den Schritt aufweisen:
- - Herstellen einer Anzahl physischer Wirbelsäulensegmente auf Basis des Wirbelsäulenmodells einer menschlichen Wirbelsäule.
- - Creating a number of physical spinal segments based on the spinal model of a human spine.
Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt:
-
1 : eine graphische Darstellung von Computermodellen eines Wirbelsäulenmodells, eines Wirbelsäulengestellmodells und eines Phantommodells; -
2 : eine Abfolge der Schritte für die Herstellung eines Wirbelsäulengestells für ein Phantom mit einem vorgegebenen Wirbelsäulenprofil; -
3 : beispielhaft eine Anzahl Wirbelnachbildungen und deren Ausrichtung in einem Wirbelkoordinatensystem; -
4 : beispielhaft die Ausrichtung eines Beckenmodells in einem Becken-Koordinatensystem; -
5 : beispielhaft ein Modell eines lumbalen Wirbelsäulensegments; -
6 : beispielhaft drei pathologiespezifische Wirbelsäulengestellmodelle; -
7 : eine Übersicht additiv gefertigter Bauteile eines Phantoms; -
8 : beispielhaft einige Zwischenschritte bei der Montage eines Phantoms; -
9 : drei unterschiedliche Phantom für jeweils unterschiedliche Wirbelsäulenprofile; -
10 : mehrere radiologische Aufnahmen des Phantoms B aus9 ; -
11 : eine Darstellung von mittels Rasterstereographie erfassten Krümmungsprofile der Phantome A, B und C aus der9 ; -
12 : eine rasterstereographische Rekonstruktion der Hautoberfläche und der Wirbelsäule jedes vermessenen Wirbelsäulenprofiles der Phantome A, B und C aus11 ;
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1 : a graphical representation of computer models of a spine model, a spine frame model and a phantom model; -
2 : a sequence of steps for producing a spine frame for a phantom with a given spine profile; -
3 : an example of a number of vertebral replicas and their alignment in a vertebral coordinate system; -
4 : exemplarily the orientation of a basin model in a basin coordinate system; -
5 : an example of a model of a lumbar spinal segment; -
6 : three pathology-specific spinal frame models as an example; -
7 : an overview of additively manufactured components of a phantom; -
8th : some examples of intermediate steps when assembling a phantom; -
9 : three different phantoms for each different spine profile; -
10 : several radiological images of Phantom B9 ; -
11 : a representation of curvature profiles of phantoms A, B and C from the9 ; -
12 : a raster stereographic reconstruction of the skin surface and spine of each measured spine profile of phantoms A, B and C11 ;
Der Aufbau der Wirbelsäule des Wirbelsäulen-Becken-Modells 100 erfolgt vorzugsweise durch die Orientierung der einzelnen Wirbelnachbildungen 106 zueinander, vorzugsweise anhand von lokalen Wirbelkoordinatensystemen. Insbesondere kann jede Wirbelnachbildung 106 individuell anhand von sechs Wirbelparametern: Wirbelneigung lateral, Wirbelneigung sagittal, Wirbelrotation, Wirbelhöhe, sagittale Abweichung des Wirbels von der Schwerelinie und laterale Abweichung des Wirbels von der Schwerelinie ausgerichtet werden.The structure of the spine of the spine-pelvis model 100 is preferably carried out by orienting the individual vertebral replicas 106 to one another, preferably using local vertebral coordinate systems. In particular, each vertebra replica 106 can be individually based on six vertebral parameters: lateral vertebral inclination, sagittal vertebral inclination, vertebral rotation, vertebral height, sagittal deviation of the vertebra from the line of gravity and lateral deviation of the vertebra from the line of gravity.
Das Wirbelsäulen-Becken-Modell 100 weist weiterhin eine Beckenelement 108 auf, die anhand der positionsunabhängigen und positionsabhängigen Beckenparameter: Inzidenzwinkel, Beckenhochstand, sagittale Beckenneigung, Beckenrotation, sagittale Beckenabweichung, transversale Beckenabweichung und laterale Beckenabweichung ausgerichtet werden kann. Die skelettale Struktur der Wirbelsäule sowie des Beckens ist somit parametrisiert. Eine Einstellung verschiedenster Wirbelsäulenprofile mit unterschiedlicher Beckenausrichtungen ist somit möglich. Die Parametrisierung der skelettalen Struktur ermöglicht zudem, dass das eingestellte Wirbelsäulenprofil und die eingestellte Beckenausrichtung automatisch im Wirbelsäulen-Becken-Modell 100 sowie im Phantommodell 104 übernommen werden.The spine-pelvis model 100 further has a pelvic element 108, which can be aligned based on the position-independent and position-dependent pelvic parameters: incidence angle, pelvic elevation, sagittal pelvic inclination, pelvic rotation, sagittal pelvic deviation, transverse pelvic deviation and lateral pelvic deviation. The skeletal structure of the spine and pelvis is thus parameterized. It is therefore possible to adjust a wide range of spinal profiles with different pelvic alignments. The parameterization of the skeletal structure also enables the set spine profile and the set pelvic alignment to be automatically adopted in the spine-pelvis model 100 and the phantom model 104.
Wie in
Ist eine Darstellung der Rückentopografie gewünscht, etwa um Rasterstereographieaufnahmen zu erzeugen, wird die Hautoberfläche auf Höhe jeder Wirbelnachbildung approximiert. Dafür weist das Phantommodell 104 Hautstützstrukturen 112 auf, die der Befestigung eines Hautüberzugs dienen, welcher die Hautoberfläche relativ zur Wirbelnachbildung simuliert. Der Verbund aus Wirbelnachbildung 106, Hautstützstrukturen 112 und Wirbelbefestigungselement 110 bildet ein Wirbelsäulensegment. Alternativ könnte ein Wirbelsäulensegment des Phantoms auch entweder eine Wirbelnachbildung oder eine Hautstützstruktur aufweisen. Wenn ein Wirbelsäulensegment des Phantoms eine Wirbelnachbildung aber keine Hautstützstruktur aufweist, eignet sich das Phantom insbesondere für die Erzeugung radioalogischer Aufnahmen der Nachbildung der Wirbelsäule. Wenn ein Wirbelsäulensegment des Phantoms jedoch eine Hautstützstruktur aber keine Wirbelnachbildung aufweist, eignet sich das Phantom insbesondere für die Erzeugung von auf Oberflächenvermessung basierenden Aufnahmen wie rasterstereographischen Aufnahmen des Rückens des Phantoms.If a representation of the back topography is desired, for example to create raster stereography images, the skin surface is approximated at the level of each vertebra replica. For this purpose, the phantom model 104 has skin support structures 112, which serve to attach a skin cover that simulates the skin surface relative to the vertebra replica. The composite of vertebral replica 106, skin support structures 112 and vertebral fastening element 110 forms a spinal segment. Alternatively, a spinal segment of the phantom could also have either a replica vertebra or a skin support structure. If a spinal segment of the phantom has a vertebral replica but no skin support structure, the phantom is particularly suitable for producing radiological images of the replica of the spine. However, if a spinal segment of the phantom has a skin support structure but no vertebral replica, the phantom is particularly suitable for generating images based on surface measurements such as raster stereographic images of the phantom's back.
Analog bilden das Beckenelement 108 und die Gesäßformstrukturen 116 im Bereich des Gesäßes einen als Beckensegment bezeichneten Verbund. Im Computermodell erfolgt eine Anpassung der Hautoberfläche an ein vorgegebenes Wirbelsäulenprofil automatisch, da eine direkte Verbindung zur darunterliegenden parametrisierten Skelettstruktur besteht.Analogously, the pelvic element 108 and the buttock mold structures 116 form a composite called a pelvic segment in the area of the buttocks. In the computer model, the skin surface is automatically adapted to a given spinal profile because there is a direct connection to the underlying parameterized skeletal structure.
Das Wirbelsäulenprofil ist durch die Orientierung und Position jedes einzelnen Wirbels veränderbar. Die Beckenausrichtung lässt sich durch Variation der Beckenparameter einstellen. Das Wirbelsäulen-Becken-Modell 100 und das darauf aufbauende Phantommodell 104 können Änderungen aufgrund einer entsprechenden Parametrisierung automatisch übernehmen. Zur Anpassung des physischen Phantoms an ein verändertes Wirbelsäulenprofil und/oder Beckenausrichtung ist nur die erneute Fertigung des Wirbelsäulengestells nötig. Die Wirbelsäulensegmente sowie das Beckenelement sind aufgrund des modularen Aufbaus des physischen Phantoms wiederverwendbar. Dies ermöglicht eine vergleichsweise kostengünstige Fertigung bei gleichzeitiger hoher Variabilität des Wirbelsäulenprofils und der Beckenausrichtung.The spinal profile can be changed by the orientation and position of each individual vertebra. The pool alignment can be adjusted by varying the pool parameters. The spine-pelvis model 100 and the phantom model 104 based on it can automatically adopt changes based on appropriate parameterization. To adapt the physical phantom to a changed spinal profile and/or pelvic alignment, all that is necessary is to re-manufacture the spinal frame. The spinal segments and the pelvic element are reusable due to the modular structure of the physical phantom. This enables comparatively cost-effective production while at the same time offering a high degree of variability in the spine profile and pelvic alignment.
Das physische Phantom weist somit dasselbe definierte Wirbelsäulenprofil und Beckenausrichtung wie das computergenerierte Wirbelsäulen-Becken-Modell 100 und das darauf aufbauende computergenerierte Phantommodell 104 auf.The physical phantom thus has the same defined spine profile and pelvic alignment as the computer-generated spine-pelvis model 100 and the computer-generated phantom model 104 based on it.
Die Fertigung des Wirbelsäulengestells erfolgt anhand von automatisch generierten Fertigungs-Dateien auf Basis des angepassten Wirbelsäulengestellmodells 102. In das Wirbelsäulengestell sind Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen (siehe
Die Bauteile des computergenerierten Wirbelsäulen-Becken-Modells 100 und des darauf aufbauenden computergenerierten Phantommodells 104 sind vorzugsweise additiv zu fertigen. Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit, die Materialdichte prozentual einzustellen und somit die Sichtbarkeit der Komponenten in einer Röntgenaufnahme zu kontrollieren. Nach der Fertigung kann auf die Hautstützstrukturen vorzugsweise ein Hakenband mit Widerhaken aufgeklebt werden, so dass ein elastischer Hautüberzug aus Stoff an den Hautstützstrukturen haftet. Mittels des Hautüberzugs kann die geschlossene Hautoberfläche des Rückens beispielsweise für die Rasterstereographie-Aufnahmen simuliert werden.The components of the computer-generated spine-pelvis model 100 and the computer-generated phantom model 104 based on it are preferably to be manufactured additively. Additive manufacturing offers the possibility of adjusting the material density in percentage terms and thus the visibility ability of the components to be checked in an x-ray. After production, a hook tape with barbs can preferably be glued to the skin support structures, so that an elastic skin cover made of material adheres to the skin support structures. Using the skin cover, the closed skin surface of the back can be simulated, for example for raster stereography recordings.
Zunächst wird ein Wirbelsäulen-Becken-Modell 200 und ein Wirbelsäulengestellmodell 202 bereitgestellt. Anschließend werden die Wirbelsäulen- und Beckenparameter 204 definiert. Die Parametrisierung (Schritt S1) der Modelle ermöglicht die automatische Übernahme der veränderten Wirbelsäulen- und Beckenparameter 204 ins Wirbelsäulen-Becken-Modell 200 und in das darauf aufbauende Wirbelsäulengestellmodel 202.First, a spine-pelvis model 200 and a spine frame model 202 are provided. The spinal and pelvic parameters 204 are then defined. The parameterization (step S1) of the models enables the changed spine and pelvis parameters 204 to be automatically adopted into the spine-pelvis model 200 and the spine frame model 202 based on it.
Die Wirbelsäulensegmenthaltestrukturen werden im Computermodell durch Subtraktion der parametrisierten und ans Wirbelsäulenprofil angepassten Wirbelbefestigungselemente (siehe
Ferner dient das Wirbelsäulengestellmodell 202 der Ausrichtung des Beckens. Dies kann beispielsweise anhand von Beckenbefestigungselementen erfolgen, welche im physischen Modell direkt am Wirbelsäulengestell über Schraubverbindungen fixiert werden können. Auf diese Weise wird das vorgegebene Wirbelsäulenprofil mit der vorgegebenen Beckenausrichtung auf das physische Phantom übertragen.Furthermore, the spinal frame model 202 serves to align the pelvis. This can be done, for example, using pelvic fastening elements, which can be fixed directly to the spine frame in the physical model using screw connections. In this way, the specified spinal profile with the specified pelvic alignment is transferred to the physical phantom.
Das angepasste Wirbelsäulengestellmodell 202 kann als Fertigungsdatei exportiert (Schritt S3) und einer Vorrichtung zur additiven Fertigung 208, z.B. einem 3D-Drucker, als Eingangsdaten zur Verfügung gestellt werden.The customized spinal frame model 202 can be exported as a manufacturing file (step S3) and provided as input data to an additive manufacturing device 208, such as a 3D printer.
In der ersten Zeile 308 ist eine Basisausrichtung der Wirbelnachbildung 300 gezeigt. Die Basis-Wirbelkoordinatensysteme (WKS-B) basieren auf anatomischen Landmarken der Wirbelnachbildung. Der Ursprung des WKS-B liegt im Zentrum der Wirbelnachbildung 300. Vom Ursprung ausgehend, zeigt der x-Vektor nach posterior, der y-Vektor nach links und der z-Vektor nach kranial.A basic orientation of the vortex replica 300 is shown in the first line 308. The basic vertebral coordinate systems (WKS-B) are based on anatomical landmarks of the vertebral simulation. The origin of the WKS-B lies in the center of the vertebra replica 300. Starting from the origin, the x-vector points posteriorly, the y-vector points to the left and the z-vector points cranially.
Anhand dieses lokalen Basis-Wirbelkoordinatensystems sind die sagittale Seitabweichung, laterale Seitabweichung und vertikale Wirbelhöhe der Wirbelnachbildung bezogen auf ein festes Raumkoordinatensystem (RKS) parametrisierbar. Die sagittale Seitabweichung jedes Wirbels wird über die Distanz der YZ-Ebene des WKS-B zur YZ-Ebene des RKS festgelegt. Die laterale Seitabweichung jedes Wirbels ist analog als Distanz der XZ-Ebene des WKS-B zur XZ-Ebene des RKS definiert. Die vertikale Wirbelhöhe kann über den vertikalen Abstand des Ursprungs des WKS-B zur XY-Ebene des RKS eingestellt werden.Using this local basic vertebral coordinate system, the sagittal lateral deviation, lateral lateral deviation and vertical vertebral height of the vertebral simulation can be parameterized in relation to a fixed spatial coordinate system (RKS). The sagittal lateral deviation of each vertebra is determined by the distance from the YZ plane of the WKS-B to the YZ plane of the RKS. The lateral lateral deviation of each vertebra is defined analogously as the distance from the XZ plane of the WKS-B to the XZ plane of the RKS. The vertical vortex height can be adjusted via the vertical distance from the origin of the WKS-B to the XY plane of the RKS.
Die laterale Wirbelneigung im Wirbelkoordinatensystem-Neigung-Lateral (WKS-NL) 310 beschreibt die Rotation um die x-Achse des WKS-B. Die sagittale Wirbelneigung im Wirbelkoordinatensystem-Neigung-Sagittal (WKS-NS) 312 beschreibt die Rotation um die y-Achse des WKS-B. Die Wirbelrotation im Wirbelkoordinatensystem-Rotation (WKS-R) 314 ist als Rotation um die z-Achse des WKS-B einstellbar. Der Einsatz des WKS-B 308 und darauf aufbauen der WKS-NL 310, WKS-NS 312 und WKS-R 314 ermöglicht die Parametrisierbarkeit des Wirbels in sechs Dimensionen.The lateral vertebral inclination in the vertebral coordinate system-inclination-lateral (WKS-NL) 310 describes the rotation around the x-axis of the WKS-B. The sagittal vertebral inclination in the vertebral coordinate system-Inclination-Sagittal (WKS-NS) 312 describes the rotation about the y-axis of the WKS-B. The vertebral rotation in the vertebral coordinate system rotation (WKS-R) 314 can be set as a rotation about the z-axis of the WKS-B. The use of the WKS-B 308 and, based on it, the WKS-NL 310, WKS-NS 312 and WKS-R 314 enables the vortex to be parameterized in six dimensions.
Danach kann das Phantom 800 in eine Rahmenkonstruktion (nicht gezeigt) eingehängt und in der Frontalebene ausgerichtet und fixiert werden. Im letzten Schritt werden die Wirbelsäulensegmente mit dem Hautüberzug überspannt (Schritt T5). Dazu wird auf die Wirbelsäulensegmente ein Hakenband mit Widerhaken aufgeklebt. Beim Überspannen sollte darauf geachtet werden, dass es zu keiner Faltenbildung kommt und der Hautüberzug vollständig an den Hautstützstrukturen anliegt. Als Hautüberzug für die Hautoberfläche kann ein T-Shirt-Stoff verwendet werden, da dieser dehnbar ist und auf dem Hakenband haftet.The Phantom 800 can then be hung in a frame structure (not shown) and aligned and fixed in the frontal plane. In the last step, the spinal segments are covered with the skin cover (step T5). To do this, a hook band with barbs is glued to the spinal segments. When over-tightening, care should be taken to ensure that no wrinkles form and that the skin cover lies completely against the skin support structures. T-shirt fabric can be used as a skin cover for the skin surface as it is stretchy and adheres to the hook tape.
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- R. Tino, et al., in dem Artikel „A Systematic Review on 3D-Printed Imaging and Dosimetry Phantoms in Radiation Therapy“, Technology in cancer research & treatment 2019; 18: 1533033819870208 [0005]R. Tino, et al., in the article “A Systematic Review on 3D-Printed Imaging and Dosimetry Phantoms in Radiation Therapy”, Technology in cancer research & treatment 2019; 18:1533033819870208 [0005]
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