DE19914455A1 - Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder Therapiegebiets eines Patienten sowie hierfür geeignetes System - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder Therapiegebiets eines Patienten sowie hierfür geeignetes SystemInfo
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Abstract
Zur Erfassung der Bewegung eines Organs dient ein Navigationssystem, womit ein Koordinatensystem definierende Sensoren an ortsinvarianten Punkten erfasst werden. Parallel kann ein Bild des Organs aufgenommen werden in dem ein Punkt gewählt wird, dessen Weg im Koordinatensystem bestimmt und angezeigt wird, wozu auch die Bildebenenlage durch Erfassung eines weiteren Sensors bestimmt und angezeigt wird. Alternativ kann auf dem Organ ein Sensor angebracht werden, der erfasst und daraus der Bewegungsweg bestimmt wird. Parallel wird ein an einem Instrument befindlicher Sensor erfasst, die Position des Instruments im Koordinatensystem bestimmt und angezeigt. Das Instrument kann manuell oder automatisch bewegt werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Bewe
gung eines Körperorgans oder Therapiegebiets eines Patienten.
Minimal-invasive Therapien erlangen zunehmend an Bedeutung.
Hierbei wird versucht, den Eingriff in den Körper und damit
die Belastung des Patienten so gering wie möglich zu halten.
Sind minimal-invasive Therapien für ortsinvariante Körperbe
reiche oder Organe, z. B. im Bereich der Neurochirurgie oder
der Orthopädie bereits weitverbreitet im Einsatz, so bereitet
die Anwendung derselben beispielsweise für gezielte Manipula
tionen (z. B. Biopsie) an bewegten Organen Probleme. Im Gegen
satz zur Manipulation an nichtbewegten Körperbereichen hat
der minimal-invasive arbeitende Therapeut es z. B. im abdomi
nellen Bereich mit bewegten Therapiegebieten zu tun, wobei
die Bewegung beispielsweise durch die Atembewegung und Pulsa
tion bzw. Perestaltik hervorgerufen wird. Um beispielsweise
ein oder mehrere Instrumente (z. B. Laparoskop oder Nadeln)
exakt auf ein gewünschtes Zielgebiet, z. B. eine Metastase in
der Leber, auszurichten und diese Situation auch während der
Bewegung des Organs zu gewährleisten, ist eine kontinuierli
che Erfassung der Organbewegung erforderlich.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren anzu
geben, dass eine hinreichend genaue Erfassung der Organ- oder
Gebietsbewegung ermöglicht, damit der Therapeut oder Opera
teur eine genaue Kenntnis bezüglich des interessierenden Or
gans oder Therapiegebiets erhält.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß ein Verfahren
zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder Therapiegebiets
eines Patienten vorgesehen,
- - bei dem ein Navigationssystem umfassend mehrere Sensoren verwendet wird, dessen patientenindividuelles Koordinaten system mittels eines oder mehrerer am Patienten an oder im Bereich ortsinvarianter Körperteile angeordneter Sensoren de finiert wird,
- - wobei die Lage wenigstens eines bezüglich des sich bewegen den Organs oder Therapiegebiets im wesentlichen ruhenden Sen sors innerhalb des Koordinatensystems bestimmt wird, dessen Positionsdaten zur Ermittlung der Lage der Bildebene eines zeitlich aufgenommenen, an einem Monitor wiedergegebenen Bil des des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets im Koor dinatensystem verwendet werden, oder bei dem die Lage der Bildebene anhand der räumlichen Position des Bildaufnahmesy stems bezüglich des Patienten bestimmt wird,
- - wobei innerhalb des Bildes wenigstens ein Punkt oder Ab schnitt des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets defi niert wird, dessen bewegungsbedingter Weg bestimmt und basie rend hierauf wenigstens ein für den Bewegungsweg charakteri stischer Punkt ermittelt und an einem gegebenenfalls weiteren Monitor innerhalb des dort dargestellten Koordinatensystems zusammen mit der Lage der Bildebene angezeigt wird.
Als Grundlage für das erfindungsgemäße Verfahren dient ein
Navigationssystem zum Erfassen verschiedener Sensoren. Das
Koordinatensystem des Navigationssystem, innerhalb welchem
die Lage der Sensoren ermittelt wird, wird für jeden Patien
ten individuell anhand eines oder mehrerer ortsinvarianter
Körperteile definiert. Hierzu dienen bevorzugt knochennahe
Bereiche wie beispielsweise das Sternum, die oberen Darmbein
stachel oder aber der obere Rand der Symphyse. Innerhalb die
ses Koordinatensystems wird die Lage eines im wesentlichen
ruhenden Sensors erfasst, über welchen die Lage einer Bilde
bene eines zeitgleich Mittels eines Bildaufnahmeverfahrens
aufgenommenen Bildes des sich bewegenden Organs oder Thera
piegebiets ermittelt wird. Alternativ kann die Ebenenbestim
mung auch anhand der räumlichen Position des Bildaufnahmesy
stems erfolgen. Das Koordinatensystem wie auch die Lage der
Bildebene werden an einem Monitor ausgegeben, parallel dazu
an einem gegebenenfalls weiteren Monitor das aufgenommene
Bild. Auf diese Weise wird dem Arzt angezeigt, wo die Bilde
bene in Bezug auf das patientenindividuelle Koordinatensystem
liegt, gleichzeitig erhält er durch das aufgenommene medizi
nische Bild Kenntnis von der zu behandelnden Struktur. Um nun
Kenntnis über die Organ- oder Gebietsbewegung zu erhalten und
eine bewegungsbezogene Information im Koordinatensystem wie
dergeben zu können kann der Arzt mit besonderem Vorteil einen
Punkt oder einen Bereich an dem Organ, z. B. den Leberrand,
oder in dem Gebiet wählen, wobei dies beispielsweise direkt
am Bildmonitor, der z. B. als Touchscreen ausgebildet sein
kann, möglich ist. Auch eine Definition des Punktes oder der
region of interest (ROI) mittels eines am Monitor anzeigbaren
Cursors über einen Joystick ist denkbar. Hiernach wird rech
nerisch die Position dieses ausgewählten Punktes im Koordina
tensystem ermittelt und die Bewegung dieses ausgewählten
Punktes ebenfalls erfasst. Im Monitor, an dem das Koordina
tensystem gezeigt ist, wird dann beispielsweise entweder der
gesamte Bewegungsweg kontinuierlich dargestellt, oder aber
z. B. im Falle der Leber die jeweiligen Bewegungsumkehrpunkte.
Der Arzt erhält damit eine bewegungsbezogene Information, an
hand welcher er in Korrelation mit der tatsächlichen Bewegung
des Organs oder des Gebiets, wie er sie dem aufgenommenen
Bild entnehmen kann, exakt bestimmen kann, zu welchem Zeit
punkt das Organ oder das Gebiet in der im Koordinatensystem
angezeigten Position ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird neben der Bewe
gung des Körperorgans oder des Therapiegebiets auch die Bewe
gung wenigstens eines bezüglich des Organs oder Therapiege
biets zu führenden medizinischen Instruments erfasst, wobei
an dem Monitor ebenfalls die Position des medizinischen In
struments, an dem wenigstens ein mittels des Navigationssy
stem erfassbarer Sensor angeordnet ist, im Koordinatensystem
angezeigt wird.
Hiernach wird auch die Lage bzw. räumliche Stellung wenig
stens eines medizinischen Instruments, z. B. einer Nadel mit
tels des Navigationssystems erfasst. Am Instrument befindet
sich ebenfalls ein Sensor, der die Detektion innerhalb des
Koordinatensystems ermöglicht. Auch diese Position wird dem
Arzt am Monitor angezeigt. Er erhält hierüber Kenntnis hin
sichtlich der Position und Stellung des Instruments innerhalb
des Koordinatensystems sowie bezüglich der Bildebene und da
mit auch bezüglich der ihm am anderen Monitor visuell angege
benen Struktur, an der er z. B. die Metastase sieht. Aus der
Kenntnis der Lage der Metastase oder dergleichen sowie dert
Position des medizinischen Instruments kann dieses dann trotz
der Organ- oder Gebietsbewegung exakt in den gewünschten Be
reich geführt werden.
Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, wenn als
Bild ein Ultraschallbild oder ein Röntgenbild aufgenommen
wird, wobei im ersten Fall der im wesentlichen ruhende Sensor
an dem zur Bildaufnahme verwendeten Ultraschallapplikator an
geordnet ist. Die Position des Ultraschallapplikators defi
niert die Lage der Bildebene, was mit dem am Applikator be
findlichen Sensor problemlos erfasst werden kann. Dabei kann
erfindungsgemäß der Ultraschallapplikator außen am Patienten
angesetzt werden, alternativ hierzu kann er auch über eine
kleine Körperöffnung in den Patienten eingeführt und am sich
bewegenden Organ oder dem sich bewegenden Gebiet angesetzt
werden. Bei der Positionierung muss darauf geachtet werden,
dass der ausgewählte Organpunkt oder -bereich (entsprechendes
gilt betreffend das Therapiegebiet) nicht aus dem Bild wan
dert. Im Falle einer Röntgenbildaufnahme bestimmt sich die
Lage der Bildebene im Koordinatensystem anhand der räumlichen
Position der Systemkomponenten bzw. des Zentralstrahls. Die
Bildebene sollte bevorzugt im wesentlichen in Richtung der
Längsachse des sich bewegenden Organs oder Gebiets verlaufen,
sofern eine solche definierbar ist.
Wie beschrieben kann der Punkt oder der Abschnitt des sich
bewegenden Organs oder Gebiets am Monitor definiert werden,
beispielsweise mittels eines Lichtgriffels oder dergleichen,
der Monitor kann auch als Touchscreen-Monitor ausgebildet
sein. Ein entsprechender Algorithmus errechnet dann bei
Kenntnis der Bildgrößenverhältnisse den Ist-Weg, den der aus
gewählte Punkt oder Abschnitt im Koordinatensystem zurück
legt, so dass dieser dargestellt werden kann.
Neben dem beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung fer
ner ein hierzu alternatives Verfahren zur Bestimmung von Be
wegungen eines Organs oder Therapiegebiets eines Patienten,
- - bei dem ein Navigationssystem umfassend mehrere Sensoren verwendet wird, dessen Patienten individuelles Koordinaten system mittels eines oder mehrerer am Patienten an oder im Bereich ortsinvarianter Körperteile angeordneter Sensoren de finiert wird,
- - wobei am sich bewegenden Organ oder Therapiegebiet wenig stens ein Sensor platziert wird, der vom Navigationssystem erfasst und dessen Position kontinuierlich an einem Monitor innerhalb des dort dargestellten Koordinatensystems angezeigt wird, oder dessen Positionsdaten zur Ermittlung wenigstens eines für den Bewegungsweg charakteristischen Punkt verwendet werden, der an dem Monitor innerhalb des dort dargestellten Koordinatensystems angezeigt wird.
Auch hier kann in Weiterbildung ferner die Bewegung wenig
stens eines bezüglich des sich bewegenden Körperorgans oder
des Therapiegebiets zu führenden medizinischen Instruments
erfasst werden, wobei am Monitor ebenfalls die Position des
medizinischen Instruments, an dem wenigstens ein mittels des
Navigationssystems erfasster Sensor angeordnet ist, im Koor
dinatensystem angezeigt wird.
Diese erfindungsgemäße Verfahrensvariante nutzt zur Ermitt
lung des Bewegungsweges einen unmittelbar an dem sich bewe
genden Organ oder in dem Therapiebereich angebrachten Sensor,
der also operativ eingebracht wird. Dessen kompletter Weg
kann angezeigt werden, alternativ können auch hier aus dem
Bewegungsweg ein oder mehrere charakteristische Wegpunkte er
rechnet werden, die dann angezeigt werden, z. B. die beiden
Umkehrpunkte eines sich bewegenden Organs. Primär kann in
diesem Fall auf die gleichzeitige Aufnahme eines Bildes des
Organs oder des Therapiebereichs verzichtet werden, da ent
sprechende Bilder in der Regel aufgrund von Voruntersuchungen
des Organs oder des Bereichs vorliegen. Sofern der Arzt an
hand dieser Bilder, die ihm zeitgleich visualisiert werden
können, eine Korrelation des im visualisierten Bild gezeigten
Behandlungsgebiets, z. B. einer Metastase oder dergleichen und
der im Koordinatensystem gezeigten Lage des Organs sowie des
sen Bewegung erstellen kann, ist es ihm möglich, trotz feh
lender in situ-Darstellung des sich bewegenden Organs oder
Gebiets das medizinische Instrument zielgenau zu führen. Je
doch ist es selbstverständlich möglich, zusätzlich ein Bild
des sich bewegenden Organs oder des Therapiegebiets aufzuneh
men und an einem gegebenenfalls weiteren Monitor auszugeben,
wobei auch hier zweckmäßigerweise ein Ultraschallbild aufge
nommen werden kann. Hierdurch kann der Arzt eine noch bessere
Abstimmung der Instrumentenbewegung auf den Bewegungszyklus
erreichen. Die genaue Kontrolle, ob er das Instrument exakt
in den relevanten Bereich geführt hat, erhält er in jedem
Fall dann anhand des aufgenommenen Bildes, nämlich dann, wenn
die Spitze des Instruments in die Bildebene eindringt, da sie
dann dort sichtbar wird.
Wie bereits beschrieben sollte als ortsinvarianter Punkt ein
knochennaher Punkt auf der Haut des Patienten gewählt werden.
Um für spätere Untersuchungen die Möglichkeit zu schaffen,
das Koordinatensystem wieder gemäß dem System im Rahmen der
vorherigen Untersuchung einrichten zu können kann erfindungs
gemäß vorgesehen sein, dass der oder die ausgewählten Punkte
zunächst mittels einer Punktionskanüle markiert werden und
anschließend ein die Lage der Punktionskanülen dokumentieren
des Bild, insbesondere ein Röntgenbild aufgenommen wird, wo
nach die Punkte durch Einbringen einer Markierungslösung in
die Kanülen und anschließend das Entfernen derselben dauer
haft markiert werden.
Der Operateur oder Therapeut kann, infolge der ihm aufgrund
der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten gegebenen Informa
tionen, das oder die Instrumente manuell selbst führen. Die
verfahrensgemäß ermittelten Informationen ermöglichen es mit
besonderem Vorteil jedoch auch, dass basierend auf der im Ko
ordinatensystem erfassten Bewegung des Organs oder des Thera
piegebiets ein das oder die medizinischen Instrumente führen
der Roboter oder dergleichen und damit die Bewegung des oder
der Instrumente gesteuert wird, wobei seitens des Navigati
onssystems die räumliche Stellung des oder der medizinischen
Instrumente bestimmt wird. Die ermittelten räumlichen Lage-
oder Positionsdaten können gemäß dieser Erfindungsausgestal
tung zur Steuerung eines Roboters oder dergleichen verwendet
werden, der dann das oder die Instrumente exakt ins Ziel
führt. Die Größen der einzelnen Instrumente, z. B. die Länge
der Nadeln sind bekannt, so dass abhängig von der Lage des
jeweiligen Sensors am Instrument exakt die Lage des Nadelkop
fes berechnet werden kann, so dass die räumliche Nadelstel
lung genauestens bestimmt und angezeigt werden kann. Entspre
chend erfolgt natürlich auch die Bestimmung und Darstellung
der Instrumentenstellung im Falle der manuellen Führung. Als
Sensoren können erfindungsgemäß elektro-magnetische, optische
oder akustische Sensoren verwendet werden. Schliesslich be
steht noch die Möglichkeit, das aufgenommene Organ oder das
Therapiegebiet segmentiert am Monitor darzustellen.
Neben den erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung
ferner ein System zur Bestimmung der Bewegung eines Organs
oder Therapiegebiets eines Patienten, umfassend:
- - ein Navigationssystem umfassend mehrere Sensoren, dessen patientenindividuelles Koordinatensystem mittels eines oder mehrerer am Patienten an oder im Bereich ortsinvarianter Kör perteile angeordneter Sensoren definierbar ist,
- - ein Bildaufnahmesystem zum Aufnehmen eines Bildes des sich bewegenden Organs oder des Therapiegebiets,
- - eine Recheneinrichtung zum Ermitteln der Lage der Bildebene des Zeitgleichmittels des Bildaufnahmesystems aufgenommenen, an einem Monitor wiedergegebenen Bildes des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets im Koordinatensystem anhand der Positionsdaten eines im wesentlichen ruhenden Sensors, dessen Lage innerhalb des Koordinatensystems mittels des Navigati onssystems bestimmbar ist, oder anhand der räumlichen Positi on des Bildaufnahmesystems bezüglich des Patienten, sowie
- - Mittel zum Auswählen wenigstens eines Punktes oder Ab schnitts des sich bewegenden Organs oder des Therapiegebiets innerhalb des Bildes, dessen bewegungsbedingter Weg seitens der oder einer Recheneinrichtung bestimmbar und basierend hierauf wenigstens ein für den Bewegungsweg charakteristi scher Punkt ermittelbar und an einem gegebenenfalls weiteren Monitor innerhalb des dort dargestellten Koordinatensystems zusammen mit der Lage der Bildebene anzeigbar ist.
Es kann ferner wenigstens ein mit wenigstens einem vom Navi
gationssystem erfassbaren Sensor versehenes, bezüglich des
sich bewegenden Organs oder des Therapiegebiets zu führendes
medizinisches Instrument umfassen, dessen Position seitens
des Navigationssystems bestimmbar und an dem Monitor im Koor
dinatensystem anzeigbar ist.
Ein erfindungsgemäßes, zum beschriebenen System alternatives
System umfasst folgende Komponenten:
- - ein Navigationssystem umfassend mehrere Sensoren, dessen patientenindividuelles Koordinatensystem mittels eines oder mehrerer, am Patienten an oder im Bereich ortsinvarianter Körperteile angeordneter Sensoren definierbar ist, sowie
- - wenigstens einen direkt am sich bewegenden Organ oder dem Therapiegebiet platzierbaren Sensor, dessen Lage innerhalb des Koordinatensystems seitens des Navigationssystems be stimmbar und an einem Monitor anzeigbar ist,
wobei auch dieses System wenigstens ein mit wenigstens einem
vom Navigationssystem erfassbaren Sensor versehenes, bezüg
lich des sich bewegenden Organs oder des Therapiegebiets zu
führendes medizinisches Instrument umfasst, dessen Position
seitens des Navigationssystems bestimmbar und an dem Monitor
im Koordinatensystem anzeigbar ist. Dieses System dient zur
Durchführung der vorbeschriebenen zweiten Verfahrensvariante,
während das beschriebene System gemäß der ersten Erfindungs
ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der er
sten Erfindungsalternative dient.
Neben weiteren, den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbaren
vorteilhaften Erfindungsausgestaltungen sieht eine besonders
zweckmäßige Weiterbildung vor, dass das jeweilige System we
nigstens einen Roboter oder dergleichen umfasst, der wenig
stens ein medizinisches Instrument führt, und der in Abhän
gigkeit der im Koordinatensystem erfassten Bewegung des Or
gans steuerbar ist, wobei seitens des Navigationssystems die
räumliche Stellung des oder der medizinischen Instrumente be
stimmbar ist. Wenngleich zur Durchführung der jeweiligen Re
chen- oder Bestimmungsprozeduren sowie auch zur Steuerung des
Roboters jeweils unterschiedliche Recheneinrichtungen verwen
det werden können, kann für diese Aufgaben auch lediglich ei
ne zentrale Recheneinrichtung vorgesehen sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er
geben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbei
spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Bewegungs
erfassung eines Organs,
Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Instrumen
tenführung basierend auf der Bewegungserfassung des
Organs,
Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Darstellung einer zweiten
Möglichkeit zur Bewegungserfassung eines Organs,
und
Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Darstellung einer dritten
Möglichkeit zur Bewegungserfassung eines Organs.
Fig. 1 zeigt einen auf einer nicht dargestellten Liege be
findlichen Patienten 1, dessen Leber 2 eine zu therapierende
Metastase 3 besitzt. Am Patienten 1 sind mehrere Sensoren 4
oberflächlich angebracht, im gezeigten Ausführungsbeispiel
befindet sich ein erster im Bereich des Unterrandes des
Brustbeins, ein zweiter befindet sich im Bereich des oberen
Darmbeinstachels, wobei natürlich auch gegenüberliegend am
anderen Darmbeinstachel ein weiterer Sensor sein kann. Diese
beiden Sensoren werden mittels eines Navigationssystems 5 in
ihrer Lage erfasst. Sie dienen zum Aufspannen eines patien
tenindividuellen Koordinatensystems, innerhalb welchem die
Bewegung des sich atmungs- oder pulsationsbedingt bewegenden
inneren Organs des Patienten, welches zu therapieren ist
(hier der Leber 2) erfasst und bestimmt wird. Die Lage der x-,
y- und z-Achse des Koordinatensystems bestimmt sich anhand
der Lage der Sensoren 4. Zum Aufspannen des Koordinatensy
stems ist mindestens ein Sensor 4 erforderlich, mehrere Sen
soren 4 sind der Genauigkeit dienlich. Die Sensoren 4 sind an
ortsinvarianten Körperbereichen angeordnet, wozu sich kno
chennahe Bereiche anbieten. Mittels eines Ultraschallapplika
tors 6, der Teil eines Ultraschallbildsystems 7 ist, wird ein
Ultraschallbild der Leber aufgenommen, wobei die Bildebene im
wesentlichen in Richtung der Längsachse der Leber 2 verlaufen
sollte. Die mittels des Ultraschallbildsystems aufgenommenen
Bilddaten werden an eine zentrale Recheneinrichtung 8 gege
ben, schließlich werden sie an einem Monitor 9 in Form des
Ultraschallbildes ausgegeben. In diesem ist deutlich die Be
wegung der Leber 2 zu sehen, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Um nun die Bewegung der Leber 2 innerhalb des Koordinatensys
tems erfassen und darstellen zu können wird am Monitor 9 vom
Operateur oder Therapeuten zunächst ein Punkt P am Organ ge
wählt, im gezeigten Beispiel der untere Leberrand. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Monitor 9 als
Touchscreen-Monitor ausgebildet ist. Dieser Punkt P wird nun
hinsichtlich seiner Bewegung verfolgt und mittels der Rech
nereinrichtung 8 der Bewegungsweg bestimmt. Die Darstellung
dieses Weges erfolgt an einem weiteren Monitor 10, an dem
ebenfalls das Koordinatensystem, innerhalb welchem der Bewe
gungsweg bestimmt wird, dargestellt wird, was hier exempla
risch durch die drei Raumachsen "x, y, z" dargestellt ist.
Neben den Koordinatenachsen sind ferner die beiden Positionen
der Sensoren 4 dargestellt, welche als ortsinvariante Bezugs
punkte für die Bewegung des Organs bzw. des charakteristi
schen Bewegungspunktes dienen. Um die Raumrichtung des Bewe
gungsweges des ausgewählten Punktes innerhalb des Koordina
tensystems erkennen zu können ist ferner am Ultraschallappli
kator 6 ein weiterer Sensor 11 vorgesehen, über welchen die
Lage der Bildebene E des aufgenommenen Ultraschallbildes be
stimmt wird. Auch die Bildebene E wird am Monitor 10 ausgege
ben, wie dort exemplarisch angedeutet ist. Innerhalb des Ko
ordinatensystems und innerhalb der Bildebene E wird dann der
ausgewählte charakteristische Punkt P dargestellt, wobei im
gezeigten Beispiel die jeweiligen bewegungsbedingten Endla
gen, also die Bewegungsumkehrpunkte gezeigt sind. Zwischen
diesen beiden Punkten bewegt sich also das Organ, hier die
Leber. Der Operateur oder Therapeut kann anhand dieser Dar
stellung in Verbindung mit dem ihm gezeigten Ultraschallbild
zweifelsfrei auf die jeweilige Momentanlage der Leber schlie
ßen, ferner dahingehend, wie die Position derselben im
patientenindividuellen Koordinatensystem ist.
Damit nun ein Operateur oder Therapeut ein medizinisches In
strument zum Behandeln des Organs exakt zu diesem und im ge
zeigten Beispiel zur Metastase 3 führen kann, ist einerseits
die exakte Kenntnis der Organbewegung erforderlich, wie er
sie nach dem Verfahren wie bezüglich Fig. 1 beschrieben er
hält. Zum anderen ist ferner die räumliche Lage des medizini
schen Instruments im patientenindividuellen Koordinatensystem
zu bestimmen, damit der Operateur oder Therapeut erkennen
kann, welche räumliche Position das Instrument bezüglich des
sich bewegenden Organs gerade einnimmt, und in welcher Rich
tung er selbiges führen muss. Zu diesem Zweck ist an dem me
dizinischen Instrument 12, im gezeigten Beispiel eine Nadel,
ein Sensor 13 vorgesehen, welche ebenfalls mittels des Navi
gationssystems 5 erfasst wird. Die Rechnereinrichtung 8 ist
nun in der Lage, die räumliche Stellung des Instruments 12 im
Koordinatensystem zu ermitteln und am Monitor 10 auszugeben.
Für den Operateur ist dabei die Lage der Instrumentenspitze,
die er zur Metastase 3 führen möchte, relevant, weshalb die
Rechnereinrichtung 8 z. B. das Instrument 12 über seine gesam
te Länge abbildet, wobei der Rechnereinrichtung 8 diese be
kannt ist. Der Operateur kann nun anhand der Darstellung am
Monitor 10 exakt die räumliche Stellung des Instruments 12
innerhalb des Koordinatensystems und in Bezug auf die Bild
ebene E erkennen, so dass es ihm in Verbindung mit der Dar
stellung am Monitor 9 möglich ist, die Spitze des Instruments
12 exakt in den Zielbereich zu führen. Die Endkontrolle er
folgt letztlich darüber, dass die Spitze 12, wenn sie im Be
reich der Metastase 3 angekommen ist, in der Regel im Ultra
schallbild am Monitor 9 sichtbar ist, da sie sich dann in der
Bildebene E befindet. Auf diese Weise kann der Operateur oder
Therapeut manuell das Instrument 12 führen.
Aus der Kenntnis der Bewegung des Organs und der Erfassung
derselben innerhalb des Koordinatensystems ist es daneben
aber auch möglich, einen Roboter 14 oder dergleichen, an dem
ein medizinisches Instrument, z. B. eine Nadel, angeordnet
ist, in seiner Bewegung zu steuern, d. h., in diesem Fall wird
das Instrument 15 nicht manuell, sondern automatisch mittels
des Roboters 14 geführt. Die Steuerung des Roboters 14 er
folgt im gezeigten Beispiel über die Recheneinrichtung 8,
über welche der Roboter 14 die entsprechenden Steuerinforma
tionen hinsichtlich der jeweiligen Bewegungen in x-, y- und
z-Richtung sowie der Raumwinkel α, β und γ bezüglich der Raum
achsen erhält. Auch in diesem Fall ist es denkbar, die räum
liche Stellung des Instruments 15 am Monitor 10 in das Bild
einzublenden, wenngleich dies hier nicht unbedingt erforder
lich ist, da die Instrumentenführung automatisch gesteuert
wird. Am Roboter 14 können auch mehrere in ihrer Bewegung se
parat steuerbare Instrumente angeordnet sein.
Fig. 3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Erfassung der Or
ganbewegung. Neben den auch hier verwendeten Sensoren 4 kommt
hier ein direkt auf die Leber 2 außenseitig aufgebrachter
Sensor 16, welcher im Rahmen eines kleinen operativen Ein
griffs dort angesetzt wurde, zum Einsatz. Da sich dieser un
mittelbar mit der Leber bewegt, ist eine Erfassung eines Ul
traschallbildes der Leber 2 primär nicht erforderlich. Denn
die Erfassung der Bewegung des Sensors 16 mittels des Naviga
tionssystems 5 ermöglicht es der Recheneinrichtung 8 unmit
telbar, den Bewegungsweg des Sensors 16 innerhalb des Koordi
natensystems am Monitor 10 darzustellen. Der Operateur oder
Therapeut kann bereits anhand dieser Kenntnis ein hier nicht
näher dargestelltes Instrument bezüglich der Leber 2 führen,
sofern ihm aufgrund von Voruntersuchungen entsprechende Bild
aufnahmen der Leber und damit der Metastasenlage vorliegen.
Sofern er mittels dieser früheren Bildaufnahmen eine Korrela
tion der Metastasenlage mit der Lage und Bewegung des Sensors
16 vornehmen kann, ist es ihm möglich, das Instrument in das
Zielgebiet zu führen, wie Fig. 3 zeigt, ist es dennoch mög
lich und sinnvoll, mittels des Ultraschallsystems 7 eine in
situ-Bildaufnahme vorzunehmen. Wenngleich in Fig. 3 nicht
dargestellt ist es möglich, die durch die Erfassung des Sen
sors 11 bestimmbare Lage der Bildebene am Monitor 10 auszuge
ben. Da die Erfassung des medizinischen Instruments sowohl im
manuellen als auch im automatischen Fall entsprechend dem be
züglich Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt, ist
ein näheres Eingehen hierauf an dieser Stelle nicht erforder
lich.
Schließlich zeigt Fig. 4 eine dritte Möglichkeit der Erfas
sung der Organbewegung. Diese Möglichkeit entspricht vom
Prinzip her der Ausgestaltung gemäß Fig. 1, jedoch wird bei
diesem Ausführungsbeispiel der Ultraschallapplikator 17 des
Ultraschallsystems 7 unmittelbar auf der Leber 2 aufgesetzt
und nicht wie im Beispiel nach Fig. 1 auf der Oberfläche der
Bauchdecke. Hierzu wird der Ultraschallapplikator 17 über ei
ne kleine Körperöffnung in den Bauchraum geschoben. Er bewegt
sich jedoch ebenfalls nicht mit der Leber, sondern ist bezüg
lich dieser unbewegt, d. h., auch der Sensor 18 (wie auch der
Sensor 11 in Fig. 1) ruhen bezüglich der sich bewegenden Le
ber. Die Bestimmung des Bewegungsweges erfolgt in gleicher
Weise wie bezüglich Fig. 1 beschrieben. Dies gilt auch be
treffend die Erfassung der hier ebenfalls nicht dargestell
ten, manuell oder maschinell zu führenden Instrumente, dies
erfolgt in gleicher Weise wie bezüglich Fig. 2 beschrieben.
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass das beschriebene
Bildaufnahmesystem auch ein Röntgensystem sein kann. In die
sem Fall erfolgt die Bestimmung der Bildebene anhand der Aus
richtung des Zentralstrahls zwischen Röntgenröhre und Rönt
genempfänger bezüglich des Patienten in Bezug auf das auch in
diesem Fall mittels entsprechender Sensoren definierte pati
entenindividuelle Koordinatensystem. Ferner ist darauf hinzu
weisen, dass die jeweilige Bestimmung der räumlichen Lage der
Sensoren jeweils mittels des Navigationssystems erfolgt, wo
bei die diesbezüglichen Rechenoperationen in der zentralen
Recheneinrichtung 8, die zur Durchführung dieser Rechenopera
tionen einen entsprechenden Rechnermodul besitzt. Selbstver
ständlich ist es auch möglich, anstelle einer zentralen Re
cheneinrichtung auch separate, dem Navigationssystem und dem
Bildaufnahmesystem zugeordnete Rechnereinrichtungen zu ver
wenden.
Claims (30)
1. Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder
Therapiegebiets eines Patienten,
- - bei dem ein Navigationssystem umfassend mehrere Sensoren verwendet wird, dessen patientenindividuelles Koordinatensy stem mittels eines oder mehrerer am Patienten an oder im Be reich ortsinvarianter Körperteile angeordneter Sensoren defi niert wird,
- - wobei die Lage wenigstens eines bezüglich des sich bewegen den Organs oder Therapiegebiets im wesentlichen ruhenden Sen sors innerhalb des Koordinatensystems bestimmt wird, dessen Positionsdaten zum Ermitteln der Lage der Bildebene eines zeitgleich aufgenommenen, an einem Monitor wiedergegebenen Bildes des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets im Ko ordinatensystem verwendet werden, oder bei dem die Lage der Bildebene anhand der räumlichen Position des Bildaufnahmesy stems bezüglich des Patienten bestimmt wird,
- - wobei innerhalb des Bildes wenigstens ein Punkt oder Ab schnitt des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets defi niert wird, dessen bewegungsbedingter Weg bestimmt und basie rend hierauf wenigstens ein für den Bewegungsweg charakteri stischer Punkt ermittelt und an einem gegebenenfalls weiteren Monitor innerhalb des dort dargestellten Koordinatensystems zusammen mit der Lage der Bildebene angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass zusätzlich zur Bewegung des
Organs oder des Therapiegebiets die Bewegung wenigstens eines
bezüglich des Organs oder des Therapiegebiets zu führenden
medizinischen Instruments erfasst wird, wobei an dem Monitor
ebenfalls die Position des medizinischen Instruments, an dem
wenigstens ein mittels des Navigationssystems erfasster Sen
sor angeordnet ist, im Koordinatensystem angezeigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass als Bild ein Ultra
schallbild oder ein Röntgenbild aufgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, dass der im wesentlichen ruhende
Sensor an dem zur Bildaufnahme verwendeten Ultraschallappli
kator angeordnet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Ultraschallapplikator
außen am Patienten angesetzt wird, oder dass der Ultra
schallapplikator in den Patienten eingeführt und am sich be
wegenden Organ oder Therapiegebiet angesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Bildebene im wesentlichen in Richtung der Längsachse des sich
bewegenden Organs oder Therapiegebiet verläuft.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
Punkt oder der Abschnitt des sich bewegenden Organs oder The
rapiegebiet am Monitor definiert wird.
8. Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder
Therapiegebiets eines Patienten,
- - bei dem ein Navigationssystem umfassend mehrere Sensoren verwendet wird, dessen patientenindividuelles Koordinatensy stem mittels eines oder mehrerer am Patienten an oder im Be reich ortsinvarianter Körperteile angeordneter Sensoren defi niert wird,
- - wobei am sich bewegenden Organ oder Therapiegebiet wenig stens ein Sensor plaziert wird, der vom Navigationssystem er fasst und dessen Position kontinuierlich an einem Monitor in nerhalb des dort dargestellten Koordinatensystems angezeigt wird, oder dessen Positionsdaten zur Ermittlung wenigstens eines für den Bewegungsweg charakteristischen Punktes verwen det werden, der an dem Monitor innerhalb des dort dargestell ten Koordinatensystems angezeigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass zusätzlich zur Bewegung des
Organs oder des Therapiegebiets die Bewegung wenigstens eines
bezüglich des Organs oder des Therapiegebiets zu führenden
medizinischen Instruments erfasst wird, wobei an dem Monitor
ebenfalls die Position des medizinischen Instruments, an dem
wenigstens ein mittels des Navigationssystems erfasster Sen
sor angeordnet ist, im Koordinatensystem angezeigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Bild des
sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets aufgenommen und
an einem gegebenenfalls weiteren Monitor ausgegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge
kennzeichnet, dass als Bild ein Ultraschall
bild aufgenommen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bildebene im we
sentlichen in Richtung der Längsachse des sich bewegenden Or
gans oder Therapiegebiets verläuft.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als
ortsinvarianter Punkt ein knochennaher Punkt auf der Haut des
Patienten gewählt wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der
oder die ausgewählten Punkte zunächst mittels einer Punkti
onskanüle markiert werden und anschliessend ein die Lage der
Punktionskanülen dokumentierendes Bild, insbesondere ein
Röntgenbild aufgenommen wird, wonach die Punkte durch Ein
bringen einer Markierungslösung in die Kanülen und anschlie
ssendes Entfernen derselben dauerhaft markiert werden.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ba
sierend auf der im Koordinatensystem erfassten Bewegung des
Organs oder Therapiegebiets ein das oder die medizinischen
Instrumente führender Roboter od. dgl. und damit die Bewegung
des oder der Instrumente gesteuert wird, wobei seitens des
Navigationssystems die räumliche Stellung des oder der medi
zinischen Instrumente bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass als
Sensoren elektro-magnetische, optische oder akustische Senso
ren verwendet werden.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass am
Monitor das Organ oder das Therapiegebiet segmentiert dar
stellbar ist.
18. System zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder
Therapiegebiets eines Patienten, umfassend:
- - ein Navigationssystem (5) umfassend mehrere Sensoren, des sen patientenindividuelles Koordinatensystem mittels eines oder mehrerer am Patienten (1) an oder im Bereich ortsinvari anter Körperteile angeordneter Sensoren (4) definierbar ist, wobei seitens des Navigationssystems (5) die Lage wenigstens eines bezüglich des sich bewegenden Organs oder Therapiege biets im wesentlichen ruhenden Sensors (11, 17) innerhalb des Koordinatensystems bestimmbar ist, .ein Bildaufnahmesystem (7) zum Aufnehmen eines Bildes des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets,
- - eine Recheneinrichtung (8) zum Ermitteln der Lage der Bil debene (E) des zeitgleich mittels des Bildaufnahmesystems (7) aufgenommenen, an einem Monitor (9) wiedergegebenen Bildes des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets im Koordina tensystem anhand der Positionsdaten des im wesentlichen ru henden Sensors (11, 17) oder der räumlichen Position des Bildaufnahmesystems bezüglich des Patienten,
- - Mittel zum Auswählen wenigstens eines Punktes (P) oder Ab schnitts des sich bewegenden Organs oder Therapiegebiets in nerhalb des Bildes, dessen bewegungsbedingter Weg seitens der oder einer Recheneinrichtung (8) bestimmbar und basierend hierauf wenigstens ein für den Bewegungsweg charakteristi scher Punkt ermittelbar und an einem gegebenenfalls weiteren Monitor (10) innerhalb des dort dargestellten Koordinatensy stems zusammen mit der Lage der Bildebene (E) anzeigbar ist.
19. System nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, dass es ferner wenigstens ein
mit wenigstens einem vom Navigationssystem (5) erfassbaren
Sensor (13) versehenes, bezüglich des sich bewegenden Organs
oder Therapiegebiets zu führendes medizinisches Instrument
(12, 15) umfasst, dessen Position seitens des Navigationssy
stems (5) bestimmbar und an dem Monitor (10) im Koordinaten
system anzeigbar ist.
20. System nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, dass das Bildaufnahmesystem
(7) ein Ultraschallbildsystem oder ein Röntgensbildsystem
ist.
21. System nach Anspruch 20, dadurch ge
kennzeichnet, dass der im wesentlichen ruhende
Sensor (11, 17) an dem Ultraschallapplikator (6) des Ultra
schallbildsystems (7) angeordnet ist.
22. System nach Anspruch 21, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Ultraschallapplikator
(6) ein außen am Patienten ansetzbarer oder ein in den Pati
enten einführbarer und am sich bewegenden Organ oder Thera
piegebiet ansetzbarer Ultraschallapplikator ist.
23. System nach einem der Ansprüche 18 bis 22, da
durch gekennzeichnet, dass der
Punkt (P) oder der Abschnitt des sich bewegenden Organs oder
Therapiegebiets am Monitor (9) definierbar ist.
24. System nach Anspruch 23, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Monitor (9) ein Touch
screen-Monitor ist.
25. System zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder
Therapiegebiets eines Patienten, umfassend:
- - ein Navigationssystem (5) zum Erfassen von Sensoren, dessen patientenindividuelles Koordinatensystem mittels eines oder mehrerer am Patienten (1) an oder im Bereich ortsinvarianter Körperteile angeordneter Sensoren (4) definierbar ist,
- - wenigstens einen direkt am sich bewegenden Organ oder The rapiegebiet plazierbaren Sensor (16), dessen Lage innerhalb des Koordinatensystems seitens des Navigationssystems (5) be stimmbar und an einem Monitor (10) anzeigbar ist.
26. System nach Anspruch 25, dadurch ge
kennzeichnet, dass es ferner wenigstens ein
mit wenigstens einem vom Navigationssystem (5) erfassbaren
Sensor (13) versehenes, bezüglich des sich bewegenden Organs
oder Therapiegebiets zu führendes medizinisches Instrument
(12, 15) umfasst, dessen Position seitens des Navigationssy
stems (5) bestimmbar und an dem Monitor (10) im Koordinaten
system anzeigbar ist.
27. System nach Anspruch 25 oder 26, dadurch
gekennzeichnet, dass es ein Bildaufnahmesy
stem (7) zum Aufnehmen eines an dem oder einem Monitor aus
gebbaren Bildes des sich bewegenden Organs oder Therapiege
biets umfasst.
28. System nach Anspruch 27, dadurch ge
kennzeichnet, dass das Bildaufnahmesystem (7)
ein Ultraschallbildsystem oder ein Röntgenbildsystem ist.
29. System nach einem der Ansprüche 18 bis 28, da
durch gekennzeichnet, dass es we
nigstens einen Roboter (14) od. dgl. umfasst, der wenigstens
ein medizinisches Instrument (15) führt, und der in Abhängig
keit der im Koordinatensystem erfassten Bewegung des Organs
oder Therapiegebiets steuerbar ist, wobei seitens des Naviga
tionssystems (5) die räumliche Stellung des oder der medizi
nischen Instrumente (15) bestimmbar ist.
30. System nach einem der Ansprüche 18 bis 29, da
durch gekennzeichnet, dass die Sen
soren (4, 11, 13, 16, 17) elektro-magnetische, optische oder
akustische Sensoren sind.
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