DE19512956A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Lageerfassung mittels Röntgenstrahlen in einem therapeutischen Druckwellengerät - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Lageerfassung mittels Röntgenstrahlen in einem therapeutischen DruckwellengerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Gerät, bei dem die
Behandlungsregion im menschlichen Körper oder einem anderen
biologischen Organismus mit Hilfe von Röntgenstrahlung in seiner
räumlichen Lage festgelegt wird, um eine physikalische Energie, wie
z. B. akustische Druckwellen, auf die zu behandelnde Körperregion zu
lenken. Bei den meisten Geräten wird das Röntgensystem und die
therapeutische Energiequelle mechanisch gekoppelt, um eine räumliche
Zuordnung zu erhalten. So sind bei Lithotriptoren Anordnungen
bekannt, bei denen das Röntgensystem eine isozentrische Dreh
bewegung durchführt, und bei denen das Konkrement in zwei
Durchleuchtungsrichtungen jeweils auf eine durch röntgenschatten
gebende Kreuze definierte Mittelachse verschoben werden muß, um es
auf das Isozentrum zu positionieren. Die therapeutische Energiequelle
wird so angeordnet, daß sich ihr Wirkungsmaximum und das Isozentrum
decken.
Aufwand und Kosten für diese Kopplung steigen mit der Anzahl von
Freiheitsgraden für die Röntgenachsen, sowie der geforderten
Genauigkeit. Für die Behandlung ergeben sich Einschränkungen, da
sich die Druckwellenquelle und die Komponenten des Röntgensystems
aufgrund ihrer gegenseitigen Bewegungsbehinderung nicht so frei
bewegen lassen, wie es im Interesse einer freien Wahl der Durchleuch
tungsrichtung und der Einkoppelungsrichtung für die Druckwellen
wünschenswert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische Kopplung
aufzuheben und durch eine 3D-Positionserfassung zu ersetzen. Hierbei
wird die räumliche Lage des Konkrements mit Hilfe von zwei beliebigen
Röntgenprojektionen erfaßt. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen
Vorgehensweise erfolgt in den beiden Projektionen keine Positionierung
des Patienten. Vielmehr wird die Lage des Röntgenbildes auf dem
Bildverstärker-Eingangsfenster (Bildlage), sowie die räumliche Lage des
Bildverstärkers selbst oder eines mit ihm verbundenen Teils
einschließlich der Röntgenröhre (Positionsdaten), erfaßt. Ist weiter die
Position des Brennflecks im Bezug auf das Bildverstärker-
Eingangsfenster bekannt, so läßt sich aus diesen Informationen die
räumliche Lage der Behandlungsregion ermitteln (Abb. 1).
Der erfindungsgemäße Vorteil dieser Anordnung liegt einmal in der
freien Wahl der Durchleuchtungsrichtungen und damit einer
verbesserten Darstellung der zu behandelnden Körperregion bei
gleichzeitiger Reduktion der Strahlungsdosis, da der Patient nicht unter
Durchleuchtung verschoben werden muß. Zum andern läßt sich die
therapeutische Energiequelle frei bewegen und damit optimal auf die
Behandlungsregion ausrichten. Hierzu wird die therapeutische
Energiequelle an einem frei beweglichen und bremsbaren Haltearm
aufgehängt. Nach erfolgter Ausrichtung wird die Aufhängung durch
Bremsen arretiert und die Behandlung eingeleitet (Abb. 2).
Die Positionierung des Druckwellensystems kann z. B. mit Hilfe einer
Bildschirmanzeige erfolgen, auf der Behandlungsregion und Fokus
symbolisch dargestellt werden (Positionierdisplay, s. Abb. 4). Die
Bildlage- und Positionsdaten werden in Echtzeit verarbeitet, so daß der
Benutzer ständig die Relativposition von Behandlungsregion und
Druckwellenquelle erkennen und somit eine Positionierung vornehmen
kann. Gelangt die Behandlungsregion in einen vordefinierten Abstand
vom Fokus der Druckwellenquelle, so wird ein optisches oder
akustisches Signal ausgelöst. Ebenso kann dieses Signal dazu benutzt
werden, die Bremsen der Aufhängung zu arretieren.
Für die Datenverarbeitung wird vorzugsweise ein Kleinrechner (PC)
verwendet, der über die entsprechenden Anschlüsse für das Einlesen
der Bilddaten (frame grabber) und das Erfassen der Positionsdaten
verfügt. In der Abb. 4 ist die Anordnung mit einem Röntgen C-Bogen
gezeigt, wobei auch jede andere Röntgenanlage einsetzbar ist, sofern
sie die erforderlichen Bewegungsfreiheitsgrade aufweist.
Eine andere Möglichkeit der Anzeige besteht darin, das digital
gespeicherte Röntgenbild auf dem Bildschirm relativ zu einer
feststehenden Fokusmarke entsprechend der gemessenen Position der
Druckwellenquelle zu verschieben. Hierdurch wird der bekannte
fluoroskopiegestützte Positioniervorgang simuliert und die Bedienung
vereinfacht. Eine weitere Anzeigemöglichkeit besteht in einer
stereoskopischen Darstellung der aus zwei oder mehreren
Projektionsrichtungen erhaltenen Röntgenbilder. Der dargestellte
Bereich kann zusätzlich in der Anzeige räumlich hin- und hergedreht
werden, um den stereoskopischen Bildeindruck zu unterstützten.
Falls die beiden Röntgenprojektionen in zeitlichem Abstand gewonnen
werden, ist eine Verschiebung der Behandlungsregion, z. B. durch
Atmung, zu berücksichtigen. Dabei ist es von Vorteil, wenn sich die
Position kurz vor der Behandlung nochmals kontrollieren läßt. Für
Lithotriptoren besitzt hierfür eine Druckwellenquelle, wie sie in der DE
38 35 318 beschrieben ist, Vorteile. Sie weist ein zentrales
Durchtrittsfenster auf, durch das eine Kontrollaufnahme leicht möglich
Ist. Vorteilhafterweise läßt sich diese Quelle mit einer
röntgenschattengebenden Struktur kombinieren, die unabhängig von
der Lage des Brennflecks eine Figur liefert, mit der sich die Position des
Steins relativ zur Stoßwellenachse kontrollieren läßt. Eine solche
Anordnung ist in der Europäischen Anmeldung 92 908 737.7
beschrieben.
Für eine Bestimmung der räumlichen Lage der Behandlungsregion
werden zwei Röntgenprojektionen mit 20 bis 30 Grad Winkeldifferenz
benötigt. Jede Projektion liefert einen "Peilsfrahl" (PS1 und PS2 in
Abb. 1), der die gedachte Verbindungslinie zwischen Brennfleck und
dem Bildort der Behandlungsregion auf dem BV-Eingangsfenster
darstellt. Der räumliche Schnittpunkt K der zwei Pellstrahlen legt die
räumliche Lage der Behandlungsregion fest (Abb. 1).
Zur Ermittlung der Bildlage auf dem Bildverstärker-Eingangsfenster wird
eine röntgenschattengebende Marke in den Strahlengang gebracht, die
einen Größen- und Winkelmaßstab darstellt. Eine Möglichkeit hierfür
ist ein Ring mit Durchmesser S und einer 0-Grad-Marke
(Skalierungsring, s. Abb. 3). Der Ring wird vor dem Bildverstärker oder
an der Mechanik der Röntgensystems, jedenfalls innerhalb des
Röntgen-Strahlengangs angebracht, z. B. so, daß die Mittelsenkrechte
durch den Brennfleck verläuft. Für die spätere Berechnung der
Peilstrahlen wird der bekannte Abstand des Rings vom Brennfleck der
Röntgenröhre eingesetzt.
Anstelle des Rings läßt sich auch eine vieleckige Anordnung, ein Gitter
oder jede andere Struktur als Skalierungsmarke einsetzten, die in
eindeutiger Weise die Lage der Behandlungsregion bzw. seines
Röntgenschattens in der Ebene der Marke angeben.
Behandlungsregion und Skalierungsmarke werden miteinander
maßstäblich abgebildet (unter Vernachlässigung der Wölbung des BV-
Eingangsfensters, Verzeichnungen durch die W-Kette etc.), so daß sich
die Lage der Behandlungsregion in der Ebene der Skalierungsmarke im
Röntgenbild ausmessen läßt. Hierzu wird die Position der
Behandlungsregion am Monitor, z. B. mittels Maus-/Cursorsteuerung, mit
einem Lichtgriffel oder mit einem auf Fingerberührung reagierenden
Bildschirm (touch-screen) vom Benutzer festgelegt (Abstände dx und
dy in Abb. 1).
Um dx und dy in absoluten Werten zu erhalten, müssen der
Ringdurchmesser S und die Rotationslage der Umfangsmarke bekannt
sein. Die beiden Werte lassen sich manuell eingeben oder mit Mitteln
der digitalen Bildverarbeitung automatisch erfassen.
Die räumliche Position des Rings wird über ein an ihm befestigtes
Sensorsystem ermittelt. Hierzu lassen sich verschiedene in der Technik
bekannte Meßverfahren einsetzen. Z. B. werden Magnetfeldsensoren
benutzt, die das von einem Geber erzeugte Magnetfeld messen, um
daraus die drei translatorischen und rotatorischen Lagegrößen zu
ermitteln, wobei der Geber ortsfest ist und je ein Sensor an
Druckwellenquelle und Röntgensystem befestigt werden (Abb. 2).
Ebenfalls möglich ist eine Anordnung, bei der ein Meßsystem aus einem
Geber und nur einem Sensor verwendet wird, die jeweils an der
Druckwellenquelle und am Röntgensystem befestigt werden. Zur
Erhöhung der Funktionssicherheit kann ein zusätzlicher
Magnetfeldsensor (Referenzsensor) In festem und bekanntem Abstand
zum Geber befestigt werden, um die Verfälschung des Meßergebnisses
durch metallische Objekte zu erfassen, und um damit das Meßergebnis
zu korrigieren oder ein Fehlersignal auszulösen.
Als weitere technische Lösung zur Positionsbestimmung sind optische
Meßverfahren bekannt. Das Prinzip besteht darin, zur Erfassung der
Position optische Sensoren zu verwenden, welche die Lage von
Lichtquellen erfassen, die am Röntgensystem und an der
Druckwellenquelle befestigt sind. Die Lage der Lichtquellen wird mit
elektro-optischen Zeilen- oder Flächendetektoren (CCD-Kameras)
bestimmt, und aus der Lage und Entfernung der Bildpunkte der
Lichtquellen deren räumliche Lage errechnet.
Claims (13)
1. Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung mit therapeutischen
Druckwellen, bestehend aus einer Quelle zur Druckwellenerzeugung, mit
einer zentralen Öffnung zum Durchtritt von Röntgenstrahlung für die
Darstellung der Behandlungsregion, mit einer flüssigkeltsgefüllten
Koppelmembran zur Obertragung der Druckwellen
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Druckwellenquelle an einem Haltearm frei beweglich und bremsbar aufgehängt und zur Positionierung auf die zu behandelnde Körperregion einstellbar ist,
- - und daß die räumliche Position der Druckwellenquelle relativ zum bildgebenden Röntgensystem mit einem berührungslos arbeitenden Meßsystem erfaßt wird
- - und daß die zu behandelnde Region auf dem Röntgenbild markiert werden kann und damit deren Lage relativ zu einer mit projizierten Marke erfaßbar ist,
- - und daß die Positionsdaten und die Bildlage in einem Rechner verarbeitet werden, um die räumliche Lage der Behandlungsregion zu ermitteln,
- - und daß die Positionsdaten und die Bildlage in Echtzeit verarbeitet werden, um damit eine graphische Anzeige zu steuern, welche dem Anwender die Lage des Druckwellenfokus und der Behandlungsregion relativ zueinander anzeigt,
- - und/oder daß aus diesen Daten nach einem vorgegebenen Kriterium berechnet wird, ob Druckwellenfokus und Behandlungsregion übereinstimmen, um daraus ein Steuersignal zu erzeugen, welches ein akustisches oder optisches Signal auslöst oder auf eine Bremsvorrichtung für den Haltearm der Druckwellenquelle wirkt.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung der relativen Lage von Druckwellenquelle und
Röntgensystem zueinander Magnetfeldsensoren benutzt werden, die
das von einem Geber erzeugte Magnetfeld messen, um daraus die drei
translatorischen und rotatorischen Lagegrößen zu ermitteln, wobei der
Geber ortsfest ist und je ein Sensor an Druckwellenquelle und
Röntgensystem befestigt werden.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung der relativen Lage von Druckwellenquelle und
Röntgensystem zueinander ein Meßsystem aus einem Geber und einem
Sensor verwendet wird, die an der Druckwellenquelle und am
Röntgensystem befestigt werden.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet,
daß ein zusätzlicher Magnetfeldsensor in fixem Abstand zum Geber
befestigt wird, um die Verfälschung des Meßergebnisses durch
metallische Objekte zu erfassen, und um damit das Meßergebnis zu
korrigieren oder ein Fehlersignal auszulösen.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung der relativen Lage von Druckwellenquelle und
Röntgensystem zueinander optische Sensoren verwendet werden,
welche die Lage von Lichtquellen erfassen, die am Röntgensystem und
an der Druckwellenquelle befestigt sind.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein die Röntgenstrahlen schwächender Ring mit einer
Umfangsmarke vor dem Bildverstärker, vor der Röntgenröhre oder an
anderer geeigneter Stelle, jedenfalls innerhalb des
Röntgenstrahlengangs befestigt und dadurch gemeinsam mit der
Behandlungsregion projiziert wird, so daß sich Größe und Lage des
Röntgenbiides in Bezug auf diesen Ring festlegen lassen.
7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß an Stelle des Rings ein Vieleck oder ein Gitter verwendet wird, auf
das sich Größe und Lage des Röntgenbildes beziehen lassen.
8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zu behandelnde Region auf einem Bildschirm mit Hilfe einer
Maus-/Cursorsteuerung, eines Lichtgriffels oder eines auf
Fingerberührung reagierenden Bildschirms (touch-screen)
markierbar ist.
9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Position von Druckwellenquelle und Röntgensystem und die
Lagedaten der Behandlungsregion im Röntgenbild in Digitalwerte
umgewandelt und in einem Rechner die räumliche Lage der
Behandlungsregion ermittelt werden.
10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lage des Druckwellenfokus und der Behandlungsregion relativ
zueinander mit Hilfe einer graphischen Bildschirmanzeige dargestellt
werden, wobei die Verarbeitung der Daten in Echtzeit erfolgt und
Druckwellenfokus und Behandlungsregion durch graphische Symbole
repräsentiert werden.
11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1-10, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Lagedaten in Echtzeit verarbeitet werden, um damit das
Druckfokus-Symbol im Röntgenbild lagerichtig zu verschieben, oder das
Röntgenbild relativ zum Druckfokus-Symbol lagerichtig zu verschieben,
und damit die räumliche Lage des Druckwellenfokus relativ zur
Behandlungsregion anzuzeigen.
12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Erreichen eines vorgegebenen räumlichen Abstands zwischen
Druckwellenfokus und Behandlungsregion ein Steuersignal erzeugt
wird, welches ein akustisches oder optisches Signal auslöst.
13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim Erreichen eines vorgegebenen räumlichen Abstands zwischen
Druckwellenfokus und Behandlungsregion ein Steuersignal erzeugt
wird, welches auf eine Bremsvorrichtung für die Aufhängung der
Druckwellenquelle wirkt und damit deren Bewegung bremst.
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