DE19914455A1

DE19914455A1 - Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Organs oder Therapiegebiets eines Patienten sowie hierfür geeignetes System

Info

Publication number: DE19914455A1
Application number: DE19914455A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: DE19914455B4; JP2000308646A; US6314312B1

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

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.