DE19512956C2

DE19512956C2 - Vorrichtung zur Lageerfassung mittels Röntgenstrahlen in einem therapeutischen Druckwellengerät

Info

Publication number: DE19512956C2
Application number: DE19512956A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hagelauer; Norbert Stoetzner
Original assignee: Storz Medical AG
Current assignee: Storz Medical AG
Priority date: 1995-04-10
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2015-04-11
Also published as: DE19512956A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Körperregionen, wie einem Konkrement etc. gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 41 12 148 A1 bekannt, bei der das Röntgensystem derart ausgebildet und angeordnet ist, daß der Zentralstrahl in zwei Positionen den Fokus der Stoßwellen durchsetzt.

Bei diesem Gerät wird Rönt gensystem und die therapeutische Energiequelle mecha nisch gekoppelt, um eine räumliche Zuordnung zu erhal ten. 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 röntgenschattengebende Kreuze definierte Mit telachse verschoben werden muß, um es auf das Isozen trum 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 Druckwellen quelle und die Komponenten des Röntgensystems auf grund ihrer gegenseitigen Bewegungsbehinderung nicht so frei bewegen lassen, wie es im Interesse einer freien Wahl der Durchleuchtungsrichtung und der Einkoppe lungsrichtung für die Druckwellen wünschenswert ist.

Eine weitgehend ähnliche Vorrichtung ist aus dem DE-GM 90 17 443.7 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist das Röntgensystem an einem C-Bogen angebracht, so daß es isozentrische Aufnahmen liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß weder eine Koppelung zwischen dem Röntgensystem und der Stoß- bzw. Druckwellenquelle erforderlich ist, noch be stimmte Bedingungen bei den Röntgenaufnahmen eingehalten werden müssen.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben, deren Abb. 1 bis 4 Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen:

Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß eine 3D- Positionserfassung erfolgt. 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. Viel mehr wird die Lage des Röntgenbildes auf dem Bildver stärker-Eingangsfenster (Bildlage), sowie die räumliche Lage des Bildverstärkers selbst oder eines mit ihm ver bundenen Teils einschließlich der Röntgenröhre (Posi tionsdaten), erfaßt. Ist weiter die Position des Brenn flecks im Bezug auf das Bildverstärker-Eingangsfenster bekannt, so läßt sich aus diesen Informationen die räum liche Lage der Behandlungsregion ermitteln (Abb. 1).

Der erfindungsgemäße Vorteil dieser Anordnung liegt einmal in der freien Wahl der Durchleuchtungs richtungen und damit einer verbesserten Darstellung der zu behandelnden Körperregion bei gleichzeitiger Reduktion der Strahlungsdosis, da der Patient nicht un ter Durchleuchtung verschoben werden muß. Zum an dern läßt sich die therapeutische Energiequelle frei be wegen und damit optimal auf die Behandlungsregion ausrichten. Hierzu wird die therapeutische Energiequel le an einem frei beweglichen und bremsbaren Haltearm aufgehängt. Nach erfolgter Ausrichtung wird die Auf hängung 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 Behand lungsregion und Druckwellenquelle erkennen und somit eine Positionierung vornehmen kann. Gelangt die Be handlungsregion 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 Aufhän gung zu arretieren.

Für die Datenverarbeitung wird vorzugsweise ein Kleinrechner (PC) verwendet, der über die entsprechen den 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-Bo gen gezeigt, wobei auch jede andere Röntgenanlage einsetzbar ist, sofern sie die erforderlichen Bewegungs freiheitsgrade aufweist.

Eine andere Möglichkeit der Anzeige besteht darin, das digital gespeicherte Röntgenbild auf dem Bild schirm relativ zu einer feststehenden Fokusmarke ent sprechend der gemessenen Position der Druckwellen quelle zu verschieben. Hierdurch wird der bekannte fluoroskopiegestützte Positioniervorgang simuliert und die Bedienung vereinfacht. Eine weitere Anzeigemög lichkeit besteht in einer stereoskopischen Darstellung der aus zwei oder mehreren Projektionsrichtungen er haltenen Röntgenbilder. Der dargestellte Bereich kann zusätzlich in der Anzeige räumlich hin- und hergedreht werden, um den stereoskopischen Bildeindruck zu un terstützten.

Falls die beiden Röntgenprojektionen in zeitlichem Abstand gewonnen werden, ist eine Verschiebung der Behandlungsregion, z. B. durch Atmung, zu berücksich tigen. Dabei ist es von Vorteil, wenn sich die Position kurz vor der Behandlung nochmals kontrollieren läßt. Für Lithotriptoren besitzt hierfür eine Druckwellen quelle, wie sie in der DE 38 35 318 beschrieben ist, Vor teile. Sie weist ein zentrales Durchtrittsfenster auf, durch das eine Kontrollaufnahme leicht möglich Ist. Vorteilhafterweise läßt sich diese Quelle mit einer rönt genschattengebenden Struktur kombinieren, die unab hängig von der Lage des Brennflecks eine Figur liefert, mit der sich die Position des Steins relativ zur Stoßwel lenachse kontrollieren läßt. Eine solche Anordnung ist in der Europäischen Anmeldung 92 908 737.7 beschrie ben.

Für eine Bestimmung der räumlichen Lage der Be handlungsregion werden zwei Röntgenprojektionen mit 20 bis 30 Grad Winkeldifferenz benötigt. Jede Pro jektion liefert einen "Peilstrahl" (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 Peilstrahlen 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 Bild verstärker oder an der Mechanik des Röntgensystems, jedenfalls innerhalb des Röntgen-Strahlengangs ange bracht, 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 An ordnung, ein Gitter oder jede andere Struktur als Ska lierungsmarke einsetzten, die in eindeutiger Weise die Lage der Behandlungsregion bzw. seines Röntgenschat tens in der Ebene der Marke angeben.

Behandlungsregion und Skalierungsmarke werden miteinander maßstäblich abgebildet (unter Vernachläs sigung der Wölbung des BV-Eingangsfensters, Verzeichnungen durch die W-Kette etc.), so daß sich die Lage der Behandlungsregion in der Ebene der Skalie rungsmarke im Röntgenbild ausmessen läßt. Hierzu wird die Position der Behandlungsregion am Monitor, z. B. mittels Maus-/Cursorsteuerung, mit einem Licht griffel oder mit einem auf Fingerberührung reagieren den Bildschirm (touch-screen) vom Benutzer festgelegt (Abstände dx und dy in Abb. 1).

Um dx und dy in absoluten Werten zu erhalten, müs sen 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 Lage größen zu ermitteln, wobei der Geber ortsfest ist und je ein Sensor an Druckwellenquelle und Röntgensystem befestigt werden (Abb. 2). Ebenfalls möglich ist eine An ordnung, 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 fe stem und bekanntem Abstand zum Geber befestigt wer den, um die Verfälschung des Meßergebnisses durch metallische Objekte zu erfassen, und um damit das Meß ergebnis zu korrigieren oder ein Fehlersignal auszulö sen.

Als weitere technische Lösung zur Positionsbestim mung sind optische Meßverfahren bekannt. Das Prinzip besteht darin, zur Erfassung der Position optische Sen soren zu verwenden, welche die Lage von Lichtquellen erfassen, die am Röntgensystem und an der Druckwel lenquelle befestigt sind. Die Lage der Lichtquellen wird mit elektro-optischen Zeilen- oder Flächendetektoren (CCD-Kameras) bestimmt, und aus der Lage und Ent fernung der Bildpunkte der Lichtquellen deren räumli che Lage errechnet.

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung von Körperregionen, wie einem Konkrement etc. mit therapeutischen Druckwellen, mit

- einer Quelle zur Druckwellenerzeugung, die extrakorporal angeordnet ist,
- einer flüssigkeitsgefüllten Koppelmembran zur Übertragung der Druck wellen,
- einem Röntgensystem, das eine mitprojizierte Marke aufweist, und
- einem Meßsystem, das berührungslos arbeitet, und das die räumliche Position der Druckwellenquelle und des Röntgensystems erfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwellenquelle an einem Haltearm frei beweglich und bremsbar aufgehängt und zur Positionierung auf die zu be handelnde Körperregion einstellbar ist,
daß das Röntgensystem derart ausgebildet ist, daß es unabhängig von der Druckwellenquelle positionierbar ist, so daß es die Aufnahme von zwei Rönt genbildern der zu behandelnden Körperregion des Konkrements mit zwei be liebigen Röntgenprojektionen ohne Positionierung des Körpers zwischen den Röntgenaufnahmen erlaubt,
daß eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, die die Markierung der zu be handelnden Körperregion auf jedem der beiden aufgenommenen Röntgen bilder erlaubt, und
daß ein Rechner vorgesehen ist, der aus der Lage der mit der Eingabeein richtung vorgenommenen Markierungen relativ zu den mitprojizierten Marken in den beiden Röntgenbildern, und den von dem Meßsystem gelieferten Po sitionsdaten der Röntgenquelle bei den beiden Aufnahmen die räumliche La ge des Konkrements berechnet, und an dem die von dem Meßsystem gelieferten Positionsdaten der Druckwellen quelle anliegen, so daß der Rechner ein Steuersignal oder eine graphi sche Anzeige zur Positionierung der Druckwellenquelle erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ein akustisches oder opti sches Signal für eine Bedienungsperson erzeugt, und/oder daß das Steuersignal auf eine Bremsvorrichtung für den Haltearm der Druckwellenquelle wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner die Positionsdaten und die Bild lage in Echtzeit verarbeitet, und eine graphische Anzeige steuert, die die La ge des Druckwellenfokus und der Behandlungsregion relativ zueinander an zeigt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das berührungslos arbeitende Meßsystem Magnetfeldsensoren zur Erfassung der relativen Lage von Druckwellenquelle und Röntgensystem zueinander aufweist, die das von einem ortsfesten Ge ber erzeugte Magnetfeld messen, um daraus die drei translatorischen und rotatorischen Lagegrößen zu ermitteln, wobei Sensoren an der Druck wellenquelle und dem Röntgensystem befestigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das berührungslos arbeitende Meßsystem Magnetfeldsensoren zur Erfassung der relativen Lage von Druckwellenquelle und Röntgensystem zueinander aufweist, die aus einem Geber und Sensoren bestehen, die an der Druckwellenquelle und am Röntgensystem be festigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Magnetfeldsensor in fixem Abstand zum Geber befestigt ist, um die Verfälschung des Meßergebnisses durch metallische Objekte zu erfassen, und um das Meßergebnis zu korrigie ren oder um ein Fehlersignal auszulösen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem optische Sensoren aufweist, die die Lage von Druckwellenquelle und Röntgensystem erfassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Sensoren die Lage von Licht quellen erfassen, die am Röntgensystem und an der Druckwellenquelle be festigt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mitprojizierte Marke ein die Röntgen strahlen schwächendes Muster ist, das innerhalb des Röntgenstrahlengangs derart befestigt ist, daß es gemeinsam mit der Behandlungsregion projiziert wird, so daß der Rechner Größe und Lage des Röntgenbildes in Bezug auf dieses Muster ermittelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ein Ring mit einer Umfangsmar ke, ein Vieleck oder ein Gitter ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeeinrichtung eine Maus/Cursor steuerung, einen Lichtgriffel oder einen auf Fingerberührung reagierenden Bildschirm (touch-screen) zur Markierung der zu behandelnden Region auf einem Bildschirm aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner beim Erreichen eines vorgege benen räumlichen Abstands zwischen Druckwellenfokus und Behandlungs region das Steuersignal erzeugt.