DE19842239A1

DE19842239A1 - Medizintechnische Einrichtung

Info

Publication number: DE19842239A1
Application number: DE19842239A
Authority: DE
Inventors: Lutz Guendel; Gerd Wessels
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-03-16
Also published as: JP2000189441A; US6380958B1

Abstract

Es ist eine Recheneinheit zum Berechnen eines mehrdimensionalen Bilddatensatzes aufgrund der Untersuchung eines Objektes (2) mittels zumindest eines präoperativ bildgebenden Verfahrens erhaltenen, der Recheneinheit zugeführten Objektsignalen vorgesehen. Auf einer Anzeigeeinrichtung (4, 11) ist ein über die Recheneinheit (1) aus dem mehrdimensionalen Bilddatensatz berechenbares, virtuelles, mehrdimensionales Bild darstellbar. Über einen der Recheneinheit (1) zugeordneten Fenstergenerator (5) ist ein steuerbares Fenster (6) an der Anzeigeeinrichtung (4) darstellbar. Über eine der Recheneinheit (1) zugeordnete Steuereinrichtung (9) ist die Bildausgabe entsprechend eines über die Steuereinrichtung (9) steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters an der Anzeigeeinrichtung (4) möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizintechnische Einrichtung mit zumindest einer Recheneinheit zum Berechnen eines mehrdimen sionalen Bilddatensatzes aufgrund der Untersuchung eines Ob jektes mittels zumindest eines präoperativ bildgebenden Ver fahrens erhaltenen, der Recheneinheit zugeführten Objektsi gnalen. An einer der Recheneinheit nachgeschalteten Anzeige einrichtung ist ein über die Recheneinheit berechenbares vir tuelles mehrdimensionales Bild aus dem mehrdimensionalen Bilddatensatz darstellbar. Solche medizintechnischen Einrich tungen können als Röntgen-, Ultraschall-, Magnetresonanz- oder sonstige bildgebende Einrichtungen ausgeführt sein, und sind dahingehend bekannt. Bei insbesondere Computertomogra phie- und Magnetresonanzgeräten sind Fenstergeneratoren zum Erzeugen eines steuerbaren, mittels der Anzeigeeinrichtung darstellbaren Fensters bekannt. Diese Fenster dienen zur Kennzeichnung eines interessierenden Bereiches hinsichtlich der Vergrößerung oder Untersuchung der Voxelwerte in diesem Fenster. Es kann somit beispielsweise die Dichte von Knochen oder sonstigem Gewebe bestimmt werden.

Es sind ferner endo- und laparoskopische bildgebende Verfah ren bekannt, die intrakorporal oder intraoperativ eingesetzt werden, um reale Bilder zu erhalten, die entweder direkt und/oder auch über eine Anzeigeeinrichtung darstellbar sind. Ferner können Untersuchungsobjekte mittels Endo- und/oder La paroskope behandelt und/oder untersucht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine medizintechnische Einrich tung der eingangs genannten Art so auszuführen, daß dem An wender möglichst viele, insbesondere bildtechnische Informa tionen für die Untersuchung bzw. Behandlung eines Untersu chungsobjektes zur Verfügung gestellt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Pa tentanspruches 1 gelöst.

Vorteil des Gegenstandes der Erfindung ist, daß der Rechen einheit eine Steuereinrichtung zum Steuern der Bildausgabe aufgrund des mehrdimensionalen Bilddatensatzes entsprechend eines über die Steuereinrichtung steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters an der Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist. Es können somit neben den, dem virtuellen mehrdimensio nalen Bild entnehmbaren Informationen auch noch die Informa tionen entnommen werden, die sich aus der Steuerung des Fen sters in Abhängigkeit vom virtuellen Ort ergeben. Gemäß der Erfindung ist es folglich möglich, ein beispielsweise zweidi mensionales Bild an der Anzeigeeinrichtung darzustellen und bei Vorhandensein eines z. B. dreidimensionalen Bilddatensat zes das Fenster beispielsweise in die "Tiefe" des Bildes zu verstellen, so daß sich auch Bildinformationen ergeben, die außerhalb der Ebene des zweidimensionalen Bildes liegen.

Besonders vorteilhaft kann die Recheneinheit einen mehrdimen sionalen Bilddatensatz aufgrund der Untersuchung eines Objek tes mittels zumindest eines präoperativ und eines weiteren bildgebenden Verfahrens erhaltenen, der Recheneinheit zuge führten Objektsignalen berechnen und die Bildausgabe aufgrund des mittels des präoperativ oder des weiteren bildgebenden Verfahrens erhaltenen Objektsignalen im Fenster entsprechend eines über die Steuereinrichtung steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters an der Anzeigeeinrichtung bewirkt werden. Es ist somit z. B. möglich, neben den Informationen aus dem präoperativ gewonnenen Objektsignalen zusätzlich die Informationen in das Fenster einzublenden, die durch das wei tere bildgebende Verfahren erhalten wurden. Es können somit beispielsweise in ein Röntgenbild als präoperativ bildgeben des Verfahren die aus einem Magnetresonanz-, Ultraschall-, endo- oder laparoskopisch gewonnenen Verfahren erhaltenen Bildinformationen im Fenster dargestellt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn zumindest zwei sich unterscheidende präoperativ bildgebende Verfahren zur Erzeugung eines mehrdi mensionalen Bilddatensatzes bei der Untersuchung des Objektes herangezogen werden, da somit sich unterscheidende Bildinfor mationen dem Untersucher zur Verfügung gestellt werden kön nen.

Vorteilhaft ist es, wenn für jedes präoperativ bildgebende Verfahren über die Recheneinheit jeweils ein mehrdimensiona ler Bilddatensatz erstellbar ist und/oder wenn die mehrdimen sionalen Bilddatensätze über die Recheneinheit zu einem wei teren mehrdimensionalen Bilddatensatz verknüpfbar sind und/oder wenn aufgrund der mehrdimensionalen Bilddatensätze jeweils ein virtuelles mehrdimensionales Bild oder ein ver knüpftes virtuelles mehrdimensionales Bild an der Anzeigeein richtung darstellbar ist. Die dem Untersucher potentiell zur Verfügung stehende Information ist gegenüber einem einzigen bildgebenden Verfahren erhöht. Besonders vorteilhaft sind die mehrdimensionalen Bilddatensätze und die Bilder dreidimensio nal, so daß insbesondere auch eine räumliche Tiefen- und/oder Lagebestimmung von z. B. Organen oder Gefäßen möglich ist.

Sind mehrere Fenster über die Steuereinrichtung steuerbar und erfolgt eine einen jeden virtuellen Ortes des jeweiligen Fen sters entsprechende Bildausgabe aufgrund des mehrdimensiona len Bilddatensatzes, so kann ein interessierender Bereich oder eine interessierende Stelle im virtuellen Bild aus un terschiedlichen Richtungen betrachtet werden.

Eine vergrößerte Darstellung der Information im steuerbaren Fenster ist vorteilhaft dann möglich, wenn die Bildausgabe entsprechend des über die Steuereinrichtung steuerbaren vir tuellen Ortes des steuerbaren Fensters an einem weiteren An zeigebereich bewirkbar ist.

Erfolgt eine virtuelle dreidimensionale Bildausgabe entspre chend der Steuerung des Fensters gemäß eines virtuellen Kana les oder mehrerer virtueller Kanäle, so kann nicht nur die Information an der Stirnseite des Kanals im Fenster, sondern auch an dessen Randbereich dem Untersucher sichtbar zur Ver fügung gestellt werden.

Um die räumliche Orientierung des steuerbaren Fensters für den Untersucher besser darstellbar zu machen, ist es vorteil haft, wenn über die Recheneinheit aufgrund des mehrdimensio nalen Bilddatensatzes ein virtuelles dreidimensionales Bild des untersuchten Objektes erstellt wird und wenn der virtuel le Ort des steuerbaren Fensters im virtuellen dreidimensiona len Bild an der Anzeigeeinrichtung darstellbar ist. Dies trifft insbesondere auch dann zu, wenn der virtuelle Kanal des steuerbaren Fensters im virtuellen dreidimensionalen Bild des untersuchten Objektes dargestellt wird, weil somit der Verlauf des Kanals für den Untersucher sichtbar wird.

Ist der Recheneinheit eine Instrumentengenerierungseinheit zum Erzeugen einer Darstellung zumindest eines virtuellen In strumentes an der Anzeigeeinrichtung zugeordnet und ist über die Steuereinrichtung auf die Instrumentengenerierungseinheit zur Steuerung der Darstellung des virtuellen Instrumentes hinsichtlich eines virtuellen Ortes im virtuellen dreidimen sionalen Bild einwirkbar, so kann beispielsweise die Instru mentenführung bei einer geplanten Untersuchung oder Behand lung des Objektes vorgeplant werden.

Sind der Steuerung des virtuellen Instrumentes entsprechende Signale erzeugbar, die einem der Recheneinheit zugeordneten steuerbaren Roboterarm zuführbar sind, und ist eine der Steuerung des virtuellen Instrumentes entsprechende Steuerung des Roboterarmes bewirkbar, so kann über die erfindungsgemäße medizintechnische Einrichtung eine Roboterarm unterstützte Behandlung bzw. Untersuchung des Objektes durchgeführt wer den.

Sind der Recheneinheit mittels zumindest eines intraoperativ bildgebenden Verfahrens erzeugbare Objektsignale zuführbar und an der Anzeigeeinrichtung als reales Bild darstellbar, so erhält der Untersucher oder Behandler nicht nur die Informa tionen des zumindest einen präoperativ bildgebenden Verfah rens sondern auch die Bildinformationen, die direkt und un mittelbar an Ort und Stelle der Behandlung oder Untersuchung erzeugbar sind. Es ist somit beispielsweise vorteilhaft mög lich, aktuelle, mittels des intraoperativ bildgebenden Ver fahrens aufgrund z. B. der elektrischen Umsetzung physikali scher, insbesondere optischer und/oder akustischer Signale und/oder Strahlung erhaltenen, ergänzenden Informationen dem Untersucher oder Behandler an der Anzeigeeinrichtung zur Ver fügung zu stellen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn En doskope oder Laparoskope hierzu Anwendung finden.

Werden Endoskope und/oder Laparoskope als intraoperativ bild gebende Verfahren und/oder Untersuchungs- und/oder Behand lungsinstrumente angewendet, so ist es vorteilhaft, diese mit Mitteln zur realen Ortsdetektion auszuführen und einen Orts generator zum Erzeugen einer Ortsmarkierung an der Anzeige einrichtung im virtuellen Bild entsprechend des realen Ortes des Endoskopes, des Laparoskopes und/oder des Instrumentes vorzusehen, da somit immer die aktuelle Position im virtuel len, vorzugsweise dreidimensionalen Bild an der Anzeigeein richtung darstellbar ist. In Ergänzung hierzu ist es vorteil haft, wenn der Verstellweg des Endoskopes, des Laparoskopes und/oder des Instrumentes als vom Ortsgenerator erzeugbarer Kanal im virtuellen dreidimensionalen Bild darstellbar ist.

Zur Diagnoseerstellung und insbesondere der Behandlungspla nung ist es vorteilhaft, wenn Mittel zum Bestimmen der Raum koordinaten und/oder der Abstände zweier im virtuellen und/ oder realen Bild gekennzeichneter Stellen bestimmbar sind. Es kann somit beispielsweise der Abstand zwischen einem Instru ment und einem Gefäß oder der Abstand zwischen dem zu suchen den Objekt und einem benachbarten Gewebe oder Organ bestimmt oder die räumliche Lage definiert werden.

Ist der Steuereinrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Aus werten zumindest eines Voxels im Fenster hinsichtlich des Wertes zugeordnet und erzeugt die Auswerteeinrichtung ein Si gnal, wenn der Voxelwert in oder außerhalb eines vorgebbaren Bereiches und/oder unter und/oder über einem vorgebbaren Vo xelwert liegt, so kann beispielsweise bei der Behandlungspla nung ein Behandlungskanal definiert werden, der so geführt ist, daß er nicht durch ein Gefäß oder ein Organ, dessen Vo xelwerte z. B. den vorgebbaren Bereich definieren, führt. Vor zugsweise können hierzu mehrere Voxel im Fenster herangezogen werden, wodurch insbesondere auch der Durchmesser des Behand lungskanals definiert werden kann. Vorteilhaft ist es, wenn hierbei aufgrund des Signales der Auswerteeinrichtung eine richtungsgebundene Steuerung des Fensters zugelassen oder un terbunden wird. Das Fenster kann somit nur in Objektbereichen geführt werden, in denen nicht die Gefahr besteht, daß der Kanal unbeabsichtigterweise durch ein Gefäß oder ein Organ führt.

Sind Mittel zum Erzeugen einer Verbindungslinie zwischen ei ner ersten und einer zweiten Stelle im virtuellen mehrdimen sionalen Bild vorgesehen, so kann beispielsweise eine Verbin dungslinie zwischen einer geplanten Eingangsöffnung für die Einführung eines Instrumentes in den Körper des Objektes als erste Stelle und den zu untersuchenden oder behandelnden Be reich als zweite Stelle gezogen werden, die beispielsweise dann denn Kanal zur Einführung des Instrumentes darstellt. Besonders vorteilhaft ist es in Verbindung hiermit, wenn die Verbindungslinie ausgehend von einer ersten Stelle unter Be rücksichtigung zumindest eines vorgebbaren Voxelwertes zur zweiten Stelle berechnet wird, da somit wiederum nicht die Gefahr besteht, daß der Kanal unbeabsichtigt durch ein Organ oder ein Gefäß führt. Ist die zweite Stelle von den Mitteln zur realen Ortsdetektion definierbar, so kann beispielsweise ausgehend von der Stelle an der sich das Endoskop oder das Laparoskop befindet ein Kanal zur äußeren Oberfläche des Un tersuchungsobjektes berechnet werden, der durch die Verbin dungslinie definiert wird und als Einführungshilfe für ein weiteres Instrument dienen kann.

Im Rahmen der Erfindung kann die Recheneinheit aber auch un ter Berücksichtigung des zumindest einen Voxelwertes eine dritte Stelle derart berechnen, daß diese der ersten Stelle möglichst nahe ist. Durch Darstellung der Verbindungslinie an der Anzeigeeinrichtung kann somit ausgehend von einer ge wünschten Eintrittsstelle in das Objekt, die der ersten Stel le entspricht, in dessen Nähe die dritte Stelle definiert werden, die in Hinsicht auf die Nichtbeschädigung und/oder Verletzung von Organen oder Gefäßen besser geeignet ist.

Ist einem Untersuchungs- und/oder Behandlungsinstrument ein Instrumentenortungsmittel zum Erzeugen eines Instrumente nortssignals zugeordnet und wird das Instrumentenortssignal der Recheneinheit zugeführt, die ein Signal erzeugt, wenn das Instrument auf/oder von der Verbindungslinie abweichend ver stellt wird, so kann durch dieses Signal verfolgt werden, ob das Untersuchungs- und/oder Behandlungsinstrument auf dem vorher berechneten optimalen Behandlungskanal zu der zu be handelten oder zu untersuchenden Stelle im Objekt geführt wird. Sollen mehrere Untersuchungs- und/oder Behandlungsin strumente Anwendung finden, so ist es vorteilhaft, wenn meh rere erste und/oder zweite und/oder dritte Stellen vorgebbar oder berechenbar sind.

Ist dem Endoskop oder dem Laparoskop ein bildgebendes Verfah ren zugeordnet, das beispielsweise als Ultraschallverfahren ausgeführt ist, so können neben den realen optischen Bildsi gnalen auch die bildgebenden Signale des Ultraschallverfah rens bei der Untersuchung oder Behandlung weitere Informatio nen für den Untersucher oder Behandler liefern.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispie les anhand der Zeichnungen in Verbindung mit den Unteransprü chen. Es zeigen:

Fig. 1 eine medizintechnische Einrichtung nach der Erfindung in prinzipieller Darstel lung,

Fig. 2 bis 9 und 11 bildliche Darstellungen an einer Anzei geeinrichtung der medizintechnischen Einrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 10 eine Auswerteeinrichtung der medizin technischen Einrichtung nach Fig. 1.

In der Fig. 1 ist in prinzipieller Weise ein Ausführungsbei spiel einer medizintechnischen Einrichtung nach der Erfindung dargestellt. Diese medizintechnische Einrichtung weist hier nach eine Recheneinheit 1 zum Berechnen eines Bilddatensat zes, vorzugsweise eines mehrdimensionalen Bilddatensatzes aufgrund der Untersuchung eines Objektes 2 mittels zumindest eines präoperativ bildgebenden Verfahrens erhaltenen, der Re cheneinheit 1 zugeführten Objektsignalen auf. Die Objektsi gnale des präoperativ bildgebenden Verfahrens können durch eine bildgebende Einrichtung 3 erhalten werden, die bei spielsweise als Computertomograph, als Röntgengerät, als Ul traschallgerät und/oder als Magnetresonanzgerät ausgeführt sein kann. Der Recheneinheit 1 ist eine Anzeigeeinrichtung 4 nachgeschaltet, so daß eine bildliche Darstellung eines über die Recheneinheit 1 berechenbaren virtuellen mehrdimensiona len Bildes aus dem Bilddatensatz möglich ist. Der Rechenein heit 1 ist ferner ein Fenstergenerator 5 zugeordnet, der zum Erzeugen eines steuerbaren, mittels der Anzeigeeinrichtung 4 darstellbaren Fensters 6 dient (Fig. 2). Das Fenster 6 kann beispielsweise über einen Joystick 7 oder über eine Eingabe einrichtung 8 gesteuert werden, die beispielsweise als Tasta tur ausgeführt ist. Der Recheneinheit 1 ist ferner eine Steu ereinrichtung 9 zugeordnet, die auf den in einem Speicher 10 gespeicherten Bilddatensatz greift und über die Recheneinheit 1 eine Bildausgabe entsprechend eines über die Steuereinrich tung 9 steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters 6 an der Anzeigeeinrichtung 4 bewirkt.

Im Rahmen der Erfindung können die Objektsignale von zumin dest einem präoperativ und zumindest einem weiteren bildge benden Verfahren erhalten werden, wobei vorzugsweise die mit tels des weiteren bildgebenden Verfahrens erhaltenen Objekt signale im Fenster 6 entsprechend eines über die Steuerein richtung 9 steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fen sters 6 an der Anzeigeeinrichtung 4 als Bild ausgebbar sind. Besonders bevorzugt kann eine Bildausgabe durch Umschaltung auf die durch das präoperativ- oder durch das weitere bildge bende Verfahren erhaltenen Objektsignal erfolgen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Objekt 2 mittels zumin dest zweier sich unterscheidender präoperativ bildgebender Verfahren oder eines weiteren sich davon unterscheidenden bildgebenden Verfahrens untersucht wird.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, für jedes präoperativ und jedes weitere bildgebende Verfahren jeweils einen mehrdi mensionalen Bilddatensatz im Speicher 10 zu speichern und/ oder die durch die Verfahren erhaltenen Objektsignale zu ei nem weiteren mehrdimensionalen Bilddatensatz über die Rechen einheit 1 zu verknüpfen. Es ist somit möglich, aufgrund der mehrdimensionalen Bilddatensätze jeweils ein virtuelles mehr dimensionales Bild oder ein verknüpftes virtuelles mehrdimen sionales Bild an der Anzeigeeinrichtung 4 darzustellen (Fig. 3).

Um die räumlichen Gegebenheiten der Organe des Objektes 2 möglichst gut in ihrer Anordnung zueinander darstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die mehrdimensionalen Bild datensätze und zumindest das eine virtuelle mehrdimensionale Bild dreidimensional sind bzw. dargestellt werden (Fig. 4).

Aus den Figuren geht hervor, daß mehrere Fenster 6 über die Steuereinrichtung 9 steuerbar sind, wobei eine einen jeden virtuellen Ortes des jeweiligen Fensters 6 entsprechende Bildausgabe aufgrund des mehrdimensionalen Bilddatensatzes erfolgt. Es kann somit ein zu untersuchender oder zu behan delnder Bereich des Objektes 2 aus unterschiedlichen Richtun gen im virtuellen dreidimensionalen Bild betrachtet werden. Im Rahmen der Erfindung kann der Recheneinheit 1 eine weitere Anzeigeeinrichtung 11 zugeordnet sein, an der beispielsweise eine Bildausgabe entsprechend der Steuerung des Fensters 6 erzeugbar ist. Der Anzeigeeinrichtung 4 kann hierzu aber auch ein entsprechender Anzeigebereich zugeordnet werden. Das Vor sehen einer weiteren Anzeigeeinrichtung 11 hat den Vorteil, daß die Bildinformation des Fensters 6 auf einer größeren Fläche dargestellt werden kann. Zudem ist es vorteilhaft, die Bildausgabe entsprechend der Steuerung des Fensters 6 gemäß eines virtuellen Kanales 12 im virtuellen dreidimensionalen Bild zu bewirken, da somit auch noch Strukturen an der "Wand" des Kanales 12 darstellbar und für den Untersucher erkennbar sind. Selbstverständlich können auch mehrere virtuelle Kanäle 12 entsprechend der Steuerung jeweils eines Fensters 6 an der Anzeigeeinrichtung 4 bzw. der weiteren Anzeigeeinrichtung 11 dargestellt werden.

Aus der Fig. 1 geht ferner hervor, daß der Recheneinheit 1 eine Instrumentengenerierungseinheit 13 zugeordnet ist, auf grund der in Verbindung mit der Recheneinheit 1 eine Darstel lung zumindest eines virtuellen Instrumentes (Fig. 5) an der Anzeigeeinrichtung 4 bewirkbar ist. Vorzugsweise ist das vir tuelle Instrument an der Anzeigeeinrichtung 4 durch die Steu ereinrichtung 9 steuerbar, was beispielsweise über den Joy stick 7, die Eingabeeinrichtung 8, einen Touchscreen 21 und/ oder eine Spracheingabeeinrichtung 22 bewirkt werden kann. Das virtuelle Instrument kann somit an eine Stelle im virtu ellen dreidimensionalen Bild verbracht werden, an der bei spielsweise eine Behandlung oder Untersuchung erfolgen soll. Werden der Steuerung des virtuellen Instrumentes entsprechen de Signale erzeugt und werden diese über die Recheneinheit 1 einem steuerbaren Roboterarm 14 zugeführt, so kann eine Be handlung oder Untersuchung des Objektes 2 an einem räumlich entfernten Ort vorgenommen werden. Es ist also eine Ferndia gnose oder Behandlung möglich. Insbesondere in der Mikrochir urgie aber auch in der Prothetik können solche Roboterarme 14 günstig eingesetzt werden, da sie eine hohe Präzision der Be handlung ermöglichen, zudem wird der Behandler oder Untersu cher körperlich weniger belastet. Der Roboterarm 14 kann aber auch als Instrumentenhaltearm ausgeführt werden, wobei die Steuerparameter über die an der Recheneinheit 1 angeschlosse ne Anzeigeneinrichtung 4 entnommen werden.

Der Recheneinheit 1 können auch noch die durch ein intraope rativ bildgebendes Verfahren erzeugbaren Objektsignale zuge führt werden, die ebenfalls an der Anzeigeeinrichtung 4 oder der weiteren Anzeigeeinrichtung 11 darstellbar sind und dem Untersucher oder Behandler zusätzliche, reale bildliche In formationen liefern. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines intraoperativ bildgebenden Verfahrens, das aufgrund der elektrischen Umsetzung physikalischer, insbesondere optischer und/oder akustischer Signale und/oder Strahlung basiert. Als intraoperativ bildgebendes Verfahren eignet sich besonders die Endo- und/oder Laparoskopie und/oder ein Ultraschallver fahren insbesondere dann, wenn das somit erzeugbare reale Bild und das virtuelle mehrdimensionale Bild über die Rechen einheit 1 an der Anzeigeeinrichtung 4 bzw. der weiteren An zeigeeinrichtung 11 dargestellt und/oder kombiniert werden. Im Rahmen der Erfindung kann das reale Bild beispielsweise auch auf einer nicht dargestellten, zusätzlichen Anzeigeein richtung dargestellt werden.

Damit der Behandler oder Untersucher auch eine Information über die örtliche Anordnung des Endo- und/oder Laparoskopes und/oder der Ultraschalleinrichtung und/oder eines Instrumen tes 23 im Objekt 2 hat oder bekommen kann, sind der Rechen einheit 1 Mittel zur realen Ortsdetektion 24 zugeordnet, die das Endo- und/oder Laparoskop und/oder das Instrument 23 auf grund Strahlungsschwächung, Ultraschall, optischen magnetischen und/oder elektrischen Einflüssen hinsichtlich des Ortes de tektieren. Über einen Ortsgenerator 15 wird vorzugsweise eine Ortsmarkierung OM im virtuellen Bild entsprechend des realen Ortes des Endo- und/oder Laparoskopes und/oder der Ultra schalleinrichtung und/oder des Instrumentes 23 an der Anzei geeinrichtung 4 erzeugt (Fig. 6). Über den Ortsgenerator 15 kann nicht nur der Ort, sondern zusammen mit Mitteln 16 zur Erzeugung einer Verbindungslinie VL vorzugsweise auch der Verstellweg VW des Endo- und/oder des Laparoskopes und/oder der Ultraschalleinrichtung und/oder des Instrumentes 23 als vom Ortsgenerator 15 erzeugbarer Kanal oder Linie im virtuel len dreidimensionalen Bild dargestellt werden, so daß prak tisch der Einführungskanal des Endo- und/oder des Laparosko pes und/oder des Instrumentes 23 im virtuellen mehrdimensio nalen Bild verfolgt werden kann (Fig. 6). Wird die Ortsmar kierung OM als Ortsfenster an der Anzeigeeinrichtung 4 oder an der weiteren Anzeigeeinrichtung 11 dargestellt und wird in diesem Ortsfenster das entsprechend reale Bild des Endo- und/oder Laparoskopes dargestellt, so erhält der Behandler oder Untersucher neben der räumlichen Anordnung des Endo- und/oder Laparoskopes aus dem virtuellen dreidimensionalen Bild nicht nur die Ortsinformation, sondern auch noch ein reales Bild des Ortes dargestellt (Fig. 7).

Des weiteren ist es vorteilhaft (Fig. 8), wenn der Rechenein heit 1 Mittel zum Bestimmen der Raumkoordinaten 20 (X, Y, Z) und/oder des Abstandes A zweier im virtuellen und/oder realen Bild kennzeichenbarer Stellen oder Orte zugeordnet sind, so daß auch eine datenmäßige Bestimmung der Raumverhältnisse und/oder der Objektverhältnisse möglich ist. Zum Beispiel kann somit der Eintrittskanal des Endo- und/oder Laparoskopes und/oder der Ultraschalleinrichtung hinsichtlich der Länge vorbestimmt oder aktuell gemessen werden. Ebenso kann die Größe eines interessierenden Bereiches ermittelt und der Ab stand eines Instrumentes 23 zu einem Organ oder Gefäß be stimmt werden.

Zur Planung eines Eingriffs mittels eines Endo- und/oder La paroskopes und/oder der Ultraschalleinrichtung und/oder eines sonstigen Instrumentes 23 ist es vorteilhaft, wenn der Steu ereinrichtung 9 eine Auswerteeinrichtung 17 zum Auswerten zu mindest eines Voxels V1-VN im Fenster 6 hinsichtlich des Wer tes zugeordnet ist, die ein Signal erzeugt, wenn der Voxel wert W in oder außerhalb eines vorgebbaren Bereiches und/oder unter und/oder über und/oder gleich einem vorgebbaren Voxel- Schwellwert Wsw liegt (Fig. 9, 10). Es kann somit beispiels weise eine Verstellung des Fensters 6 nur in einer Richtung zugelassen werden, wenn kein Voxelwert W der Voxel Vx im Fen ster 6 in dem vorgebbaren Bereich Wy-z liegt. Ebenso ist es möglich, diese Verstellung nur dann zuzulassen, wenn die Vo xelwerte W der Voxel Vx im Fenster 6 unter bzw. und/oder über bzw. und/oder gleich einem vorgebbaren Voxel-Schwellwert Wsw liegen. Im Rahmen der Erfindung kann nur ein vorbestimmter Voxelwert W im Fenster 6 Berücksichtigung finden. Es ist aber auch möglich, eine Auswahl oder alle Voxel V1-VN im Fenster 6 zu berücksichtigen. Aufgrund dieser Ausführung der erfin dungsgemäßen medizintechnischen Einrichtung ist eine Steue rung des Fensters 6 und damit die Anzeige oder Planung eines Eingriffskanals möglich, ohne daß beispielsweise ein Gefäß durchtrennt oder ein Organ durchdrungen werden muß. Zumindest kann aber eine hierfür günstige Stelle gewählt oder berechnet werden. Sind beispielsweise die Voxelwerte W eines Organes oder eines Gefäßes bekannt, so wird der Voxelwertebereich des Organes oder des Gefäßes als vorgebbarer Bereich Wy-z der Re cheneinheit 1 über die Eingabeeinrichtung 8 eingegeben. Fer ner wird angegeben, daß eine Verstellung des Fensters 6 in diesem vorgebbaren Wertebereich nicht erfolgen darf. Ebenso ist es möglich, einen unteren Voxelwert und einen oberen Vo xelwert einzugeben und eine Verstellung des Fensters 6 nur im Voxelbereich unter- bzw. oberhalb dieser Werte zu erlauben. Alternativ kann auch der Voxelwertebereich vorgegeben werden, der außerhalb des Voxelwertebereiches des Organes und/oder des Gefäßes liegt, wobei dann eine Verstellung des Fensters 6 nur in diesem Bereich oder diesen Bereichen erlaubt oder mög lich ist. Bei einer Verstellung des Fensters 6 in einen nicht erlaubten Bereich kann zudem ein Warnsignal WS über die Re cheneinheit 1 zum Beispiel an der Anzeigeeinrichtung 4 er zeugt oder auch ein akustisches Signal generiert werden.

Für die Eingriffsplanung ist es vorteilhaft, wenn der Rechen einheit 1 Mittel 16 zum Erzeugen einer Verbindungslinie VL zwischen einer ersten und einer zweiten Stelle S1, S2 oder einem ersten und einem zweiten Ort im virtuellen mehrdimen sionalen Bild zugeordnet sind (Fig. 11). Die Verbindungslinie VL kann somit einen möglichen Eingriffskanal darstellen. In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird über die Rechenein heit 1 die Verbindungslinie VL ausgehend von einer ersten Stelle S1, die beispielsweise eine geplante Eintrittsstelle für die Einführung des Endo- und/oder Laparoskopes und/oder der Ultraschalleinrichtung und/oder eines Instrumentes 23 in das Objekt 2 definiert, unter Berücksichtigung zumindest ei nes vorgebbaren Voxelwertes W zur zweiten Stelle S2 berech net, die einen interessierenden Bereich oder eine interessie rende Stelle definiert, so daß, wie bereits erläutert, der Eingriffskanal so vorgegeben werden kann, daß möglichst kein Gefäß oder Organ beschädigt und/oder durchdrungen werden muß. Die erste Stelle S1 kann beispielsweise durch Setzen einer Markierung im virtuellen mehrdimensionalen Bild definiert werden. Ebenso ist die zweite Stelle S2 durch Setzen einer weiteren Markierung oder von den Mitteln zur realen Ortsde tektion 24 definierbar. Über die Recheneinheit 1 wird nunmehr unter Berücksichtigung des zumindest einen Voxelwertes W die Verbindungslinie VL berechenbar und im virtuellen mehrdimen sionalen Bild an der Anzeigeeinrichtung 4 darstellbar. Vor zugsweise ist durch die Recheneinheit 1 aber auch eine dritte Stelle S3 unter Berücksichtigung des zumindest einen Voxel wertes W und ausgehend von der zweiten Stelle S2, die bei spielsweise den zu untersuchenden Bereich oder das zu unter suchende Objekt kennzeichnet, berechenbar, die der ersten Stelle S1, die den gewünschten Eingriffsort kennzeichnet, möglichst nahe ist. Auch die somit berechnete Verbindungsli nie VL wird vorzugsweise ebenfalls an der Anzeigeeinrichtung 4 dargestellt. Aufgrund organ- oder gefäßbezogener Gegeben heiten ist somit die beste Eingriffsstelle oder der beste Eingriffsort vorbestimmbar. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich, daß mehrere erste und/oder zweite und/oder dritte Stellen bzw. Orte vorgebbar und/oder bere chenbar sind. Somit kann aufgrund der durch die Recheneinheit 1 berechneten Stelle S3 über den Joystick 7 und/oder die Ein gabeeinrichtung 8 und/oder den Touchscreen 21 und/oder die Spracheingabeeinrichtung 22 ein erster Ort gewählt und der Optimierungsalgorithmus erneut gestartet werden.

Ist dem Endo- und/oder Laparoskop ein bildgebendes Verfahren zugeordnet, so können nicht nur die hiervon ausgehenden opti schen realen Bilder, sondern auch noch die vom bildgebenden Verfahren generierten Bildsignale zur Anzeige gebracht wer den. Besonders vorteilhaft ist hier die Verwendung eines Ul traschallverfahrens.

Im Rahmen der Erfindung kann der Recheneinheit 1 ein Daten speicher 18 zugeordnet sein, in dem objektbezogene Daten ge speichert sind, die an der Anzeigeeinrichtung 4, 11 darstell bar sind. Damit der Behandler oder der Untersucher auch In formationen über den physiologischen Zustand des zu untersu chenden Objektes 2 erhalten kann, sind Mittel zum Erfassen der physiologischen Signale 19 vorgesehen. Als physiologische Signale können insbesondere EKG-Signale, Atmungssignale, Blutdrucksignale, Temperatursignale etc. als Daten oder auch optisch an einer separaten oder auch über die Recheneinheit 1 an der Anzeigeeinrichtung 4 oder der weiteren Anzeigeeinrich tung 11 dargestellt werden.

Claims

1. Medizintechnische Einrichtung
mit zumindest einer Recheneinheit (1) zum Berechnen eines mehrdimensionalen Bilddatensatzes aufgrund der Untersuchung eines Objektes (2) mittels zumindest eines präoperativ bild gebenden Verfahrens erhaltenen, der Recheneinheit (1) zuge führten Objektsignalen,
mit einer der Recheneinheit (1) nachgeschalteten Anzeigeein richtung (4) zur bildlichen Darstellung eines über die Re cheneinheit (1) berechenbaren virtuellen mehrdimensionalen Bildes aus dem mehrdimensionalen Bilddatensatz,
mit einem der Recheneinheit (1) zugeordneten Fenstergenerator (5) zum Erzeugen eines steuerbaren, mittels der Anzeigeein richtung (4) darstellbaren Fensters (6) und
mit einer der Recheneinheit (1) zugeordneten Steuereinrich tung (9) zum Steuern der Bildausgabe aufgrund des mehrdimen sionalen Bilddatensatzes entsprechend eines über die Steuer einrichtung (9) steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters (6) an der Anzeigeeinrichtung (4).

2. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Recheneinheit (1) einen mehrdimensionalen Bild datensatz aufgrund der Untersuchung des Objektes (2) mittels zumindest des präoperativ und eines weiteren bildgebenden Verfahrens erhaltenen, der Recheneinheit (1) zugeführten Ob jektsignalen berechnet und
wobei die Bildausgabe aufgrund der mittels des präoperativ oder des weiteren bildgebenden Verfahrens erhaltenen Objekt signale im Fenster (6) entsprechend eines über die Steuerein richtung (9) steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters (6) an der Anzeigeeinrichtung (4) bewirkbar ist.

3. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein mehrdimensionaler Bilddatensatz aufgrund der Untersuchung des Objektes (2) mittels zumindest zweier sich unterscheidender, präoperativ bildgebender Verfahren er zeugbar ist.

4. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 3, wobei für jedes präoperativ bildgebende Verfahren über die Recheneinheit (1) jeweils ein mehrdimensionaler Bilddatensatz erstellbar ist.

5. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die mehrdimensionalen Bilddatensätze über die Rechen einheit (1) zu einem weiteren mehrdimensionalen Bilddatensatz verknüpfbar sind.

6. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei aufgrund der mehrdimensionalen Bilddatensätze jeweils ein virtuelles mehrdimensionales Bild oder ein verknüpftes virtuelles mehrdimensionales Bild an der Anzeigeeinrichtung (4) darstellbar ist.

7. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehrdimensionalen Bilddatensätze und Bilder dreidi mensional sind.

8. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei mehrere Fenster (6) über die Steuereinrichtung (9) steuerbar sind und
wobei eine jeden virtuellen Ortes des jeweiligen Fensters (6) entsprechende Bildausgabe aufgrund des mehrdimensionalen Bilddatensatzes erfolgt.

9. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bildausgabe entsprechend eines über die Steuerein richtung (9) steuerbaren virtuellen Ortes des steuerbaren Fensters (6) an einem weiteren Anzeigebereich (11) bewirkbar ist.

10. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine virtuelle dreidimensionale Bildausgabe entspre chend der Steuerung des Fensters (6) gemäß eines virtuellen Kanales (12) erfolgt.

11. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine virtuelle dreidimensionale Bildausgabe entspre chend der Steuerung jedes Fensters (6) gemäß jeweils eines virtuellen Kanales (12) erfolgt.

12. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Form des Fensters (6) und/oder des virtuellen Kana les (12) über die Steuereinrichtung (9) veränderbar ist.

13. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
wobei über die Recheneinheit (1) aufgrund des mehrdimensiona len Bilddatensatzes ein virtuelles dreidimensionales Bild des untersuchten Objektes (2) und
der virtuelle Ort des steuerbaren Fensters (6) im virtuellen dreidimensionalen Bild an der Anzeigeeinrichtung (4) dar stellbar sind.

14. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei über die Recheneinheit (1) aufgrund des mehrdimensiona len Bilddatensatzes ein virtuelles dreidimensionales Bild des untersuchten Objektes (2) und der virtuelle Kanal (12) des steuerbaren Fensters (6) im virtuellen dreidimensionalen Bild an der Anzeigeeinrichtung (4) darstellbar sind.

15. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
wobei der Recheneinheit (1) eine Instrumentengenerierungsein heit (13) zum Erzeugen einer Darstellung zumindest eines vir tuellen Instrumentes an der Anzeigeeinrichtung (9) zugeordnet ist und
wobei über die Steuereinrichtung (9) auf die Instrumentengene rierungseinheit (13) zur Steuerung der Darstellung des virtu ellen Instrumentes hinsichtlich eines virtuellen Ortes im virtuellen dreidimensionalen Bild einwirkbar ist.

16. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 15,
wobei der Steuerung des virtuellen Instrumentes entsprechende Signale erzeugbar sind, die einem der Recheneinheit (1) zuge ordneten steuerbaren Roboterarm (14) zuführbar sind, und
wobei eine der Steuerung des virtuellen Instrumentes entspre chende Steuerung des Roboterarmes (14) bewirkbar ist.

17. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Recheneinheit (1) mittels zumindest eines intraope rativ bildgebenden Verfahrens erzeugbare Objektsignale zu führbar und an der Anzeigeeinrichtung (4, 11) als reales Bild darstellbar sind.

18. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 17, wobei das intraoperativ bildgebende Verfahren aufgrund der elektrischen Umsetzung physikalischer, insbesondere optischer und/oder akustischer Signale und/oder Strahlung erfolgt.

19. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, wobei zumindest ein aufgrund des mehrdimensionalen Bilddaten satzes erzeugbares virtuelles mehrdimensionales Bild und zu mindest ein reales Bild über die Recheneinheit (1) an der An zeigeeinrichtung (4, 11) kombinierbar sind.

20. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Anzeigeeinrichtung (4, 11) mehrere Anzeigebereiche zur Darstellung der virtuellen und/oder realen Bilder zuge ordnet werden können.

21. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 20, wobei zumindest ein virtuelles Bild an einem Anzeigebereich und ein reales Bild an einem weiteren Anzeigebereich der An zeigeeinrichtung (4, 11) darstellbar sind.

22. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei das intraoperativ bildgebende Verfahren aufgrund eines endo- und/oder laparoskopisch bildgebenden Verfahrens und/ oder eines Ultraschallverfahrens beruht.

23. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 22
mit Mitteln zur realen Ortsdetektion 24 des Endoskopes und/oder des Laparoskopes und/oder der Ultraschalleinrichtung und
mit einem Ortsgenerator (15) zum Erzeugen einer Ortsmarkie rung (OM) im virtuellen dreidimensionalen Bild entsprechend des realen Ortes des Endo- und/oder Laparoskopes an der An zeigeeinrichtung (4, 11).

24. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 23, wobei die Ortsmarkierung (OM) im virtuellen dreidimensionalen Bild darstellbar ist.

25. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Verstellweg (VW) des Endo- und/oder des Laparosko pes als vom Ortsgenerator (15) erzeugbarer Kanal im virtuel len dreidimensionalen Bild darstellbar ist.

26. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25,
wobei die Ortsmarkierung (OM) als Ortsfenster anzeigbar ist und
wobei das entsprechende reale Bild darstellbar ist.

27. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26
mit Mitteln zur realen Ortsdetektion (24) eines Instrumentes (23) und
mit einem Ortsgenerator (15) zum Erzeugen einer Ortsmarkie rung (OM) im virtuellen dreidimensionalen Bild entsprechend des realen Ortes des Instrumentes (23) an der Anzeigeeinrich tung (4, 11).

28. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27,
wobei der Recheneinheit (1) ein Datenspeicher (18) zugeordnet ist, in dem objektbezogene Daten gespeichert sind und
wobei die objektbezogenen Daten an der Anzeigeeinrichtung (4, 11) darstellbar sind.

29. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28,
wobei Mittel zum Erfassen physiologischer Signale (15) insbe sondere eines lebenden Objektes (2) vorgesehen sind, und
wobei die Signale oder davon abgeleitete Daten oder Signale an einer Anzeigeeinrichtung darstellbar sind.

30. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, mit Mitteln zum Bestimmen der Raumkoordinaten (x,y,z) und/oder des Abstandes (A) zumindest zweier im virtuellen und/oder realen Bild gekennzeichneter Stellen (S1, S2).

31. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 30, wobei die Stellen (S1, S2) virtuelle und/oder reale Orte oder Bereiche sind.

32. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, wobei der Steuereinrichtung (9) eine Auswerteeinrichtung (17) zum Auswerten zumindest eines Voxels im Fenster (6) hinsicht lich des Wertes (W) zugeordnet ist, die ein Signal erzeugt, wenn der Voxelwert (W) in oder außerhalb eines vorgebbaren Bereiches (Wy-z) und/oder unter und/oder über einem vorgebba ren Wert (W) liegt.

33. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 32, wobei aufgrund des Signales eine richtungsgebundene Steuerung des Fensters (6) zugelassen oder unterbunden wird.

34. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, mit Mitteln zum Erzeugen einer Verbindungslinie (VL) zwischen einer ersten und einer zweiten Stelle (S1, S2) bzw. Ort im realen und/oder im virtuellen mehrdimensionalen Bild.

35. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 34, wobei die Verbindungslinie (VL) ausgehend von einer ersten Stelle (S1) bzw. Ort.

36. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei die zweite Stelle (S2) bzw. Ort von den Mitteln zur realen Ortsdetektion (24) definierbar ist.

37. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 36, wobei die erste Stelle (S1) bzw. Ort von der Recheneinheit (1) unter Berücksichtigung des zumindest einen Voxelwertes (W) berechnet und die Verbindungslinie (VL) angezeigt wird.

38. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 37,
wobei die Recheneinheit (1) unter Berücksichtigung des zumin dest einen Voxelwertes (W) eine dritte Stelle (S3) bzw. Ort derart berechnet, daß diese der ersten Stelle (S1) bzw. Ort möglichst nahe ist und
wobei die Verbindungslinie (VL) darstellbar ist.

39. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 38, wobei mehrere erste und/oder zweite und/oder dritte Stellen bzw. Orte vorgebbar oder berechenbar sind.

40. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 39,
wobei einem Untersuchungs- und/oder Behandlungsinstrument ein Instrumentenortungsmittel zum Erzeugen eines Instrumente nortssignales zugeordnet ist,
wobei das Instrumentenortssignal der Recheneinheit (1) zu führbar ist, und
wobei über die Recheneinheit (1) ein Signal (WS) erzeugbar ist, wenn das Instrument (23) auf oder von der Verbindungsli nie (VL) abweichend verstellt wird.

41. Medizintechnische Einrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 40, wobei dem Endo- und/oder Laparoskop ein bildgebendes Verfah ren zugeordnet ist.

42. Medizintechnische Einrichtung nach Anspruch 41, wobei das bildgebende Verfahren als Ultraschall-Verfahren ausgeführt ist.