DE4029590A1 - Referenzsystem fuer radiologische schichtbildverfahren mit lokalisationsstaeben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Referenzsystem soll einem Arzt erlauben, in einem Tomogramm, wie z. B. einem Computertomogramm oder einem Kernresonanztomogramm, in der Querschnittsdarstellung von drei Lokalisationsstäben die Z-Koordinate des jeweiligen Lokalisationsstabes aus dem Bild abzulesen. Diese Z- Koordinatenwerte erlauben dem Arzt einerseits sich rasch einen Überblick von den Höhenverhältnissen eines Organs über mehrere Schichten hinweg verschaffen kann. Das Referenzsystem erlaubt ferner, unter Einbeziehung der X- und Y-Koordinaten des jeweiligen Tomogrammes, die Beschreibung jedes Bildpunktes in einem XYZ- Koordinatensystem. Somit kann mit wenigen Tomogrammen in verschiedenen Höhen z. B. am Anfang und am Ende eines Oberschenkelknochens dessen Länge und sein Torsionswinkel bestimmt werden. Ferner kann der Arzt mit einem verschiebbaren Führungsrahmen, der auf der Vorrichtung angebracht ist, durch einen Nadelhalter eine Nadel auf Zielkoordinaten für einen stereotaktischen Eingriff ausrichten ohne Computer zur Berechnung zu benötigen.

Die dreidimensionale radiologische Topographie, d. h. die Vermessung von anatomischen Strukturen zwischen verschiedenen Schichten mittels Schichtbildverfahren, ist momentan entweder eine Sache des Augenmaßes oder eine Frage aufwendiger Bildrekonstruktionen von seriellen Tomogrammen. Ebenso sind sterotaktische Eingriffe auf der Grundlage von schichtbildgebenden Verfahren entweder sehr teure computerisierte Verfahren, die nur in wenigen Zentren besonders in der Neurochirurgie mit guter Präzision unternommen werden können. Oder man geht nach einem verbreiteten, relativ zeitaufwendigen stereotaktischen Verfahren mit geringerer Präzision vor. Dabei wird eine Nadel in den Patienten gestochen. Die Lage der Nadel wird mit Hilfe von wiederholten Aufnahmen solange korrigiert, bis die Nadelspitze an die gewünschten Stellen gelangt ist.

Die Erfindung dient der dreidimensionalen radiologischen Topographie und der schnellen und präzisen Positionierung stereotaktischer Instrumente.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen gelöst:

Lokalisationsstäbe werden durch zwei Rahmen fest auf der Tischunterlage des Tomographen angebracht. Die Lokalisationsstäbe stehen zueinander parallel sowie senkrecht zu der Ebene, der anzufertigenden Schichtbilder. Sie beschreiben dabei die Kanten eines gedachten dreiseitigen Prismas, in dessen Mitte der Patient liegt.

Ein Lokalisationsstab besteht aus zwei Materialien, die keine Bildstörung hervorrufen, die sich aber im Tomogramm durch unterschiedliche Helligkeit voneinander abgrenzen lassen. Für die Computertomographie eignet sich ein wenig röntgenstrahlenabsorbierender Kunststoff z. B. Acrylglas und eine Hohlräume ausfüllende Kontrastsubstanz z. B. Parafinöl. Für die Kernresonanztomografie eignet sich ein nicht magnetischer und nicht paramagnetischer Kunststoff z. B. Acryl und als flüssige paramagnetische Kontrastsubstanz z. B. Gadolinium DTPA oder eine Eisensalzlösung.

Die Lokalisationsstäbe haben drei Funktionen:
Erstens: Bestimmung der Z-Koordinaten des Schnittpunktes der Mittellängsachse des Lokalisationsstabes und der Mittelebene des Tomogrammes. Die Mittellängsachse eines Lokalisationsstabes ist eine Parallele der Z-Achse des Referenzsystems. In der Darstellung eines Lokalisationsstabs in einem Tomogramm wird der Wert der Z- Koordinaten sichtbar.
Zweitens: Bestimmung der X- und Y-Koordinaten des Schnittpunktes der Mittellängsachse des Lokalisationsstabes und der Mittelebene des Tomogramms.
Drittens: Die Lokalisationsstäbe dienen zur Befestigung und, durch eine außen lesbare Skala, der exakten Positionierung von Nadelführungsvorrichtungen zur Stereotaxis.

Zum besseren Verständnis sei angemerkt, daß in einem Schichtbild eigentlich ein Volumen dargestellt wird. So kann sich eine Kugel im Tomogramm als Scheibe, ein Rohr als Kreis, eine Spirale als Kreis und diese Spirale sich bei geringer Schichtdicke als Halbkreis oder sogar als kurze Linie darstellen. Diese projezierte Darstellung eines Volumens macht sich die Erfindung für die Darstellung des Z- Koordinatenwertes zunutze.

Im Zentrum eines Lokalisationsstabes ein Stapel von Scheiben (3, 4, 5) mit einer vorgegebenen Dicke, durch die hindurch als Längenmaßsymbole (7) Zahlen eingraviert sind, und die ferner eine zentrale Bohrung aufweisen (6). Dabei wechselt sich die Position an der eine Scheibe ein Längenmaßsymbol hat ab: so hat z. B. eine Scheibe (4) eine halbe Zahl unter der zentralen Bohrung (6) und die darauffolgende (5) und vorhergehende Scheibe (3) hat eine ganze Zahl über der zentralen Bohrung (6).

Die Scheiben (3, 4, 5) werden von einem inneren Rohr (8) umgeben, in das Löcher (9) in Form einer Spirale hineingebohrt sind. Die Höhe einer Windung und die Anzahl der Löcher (9) einer Windung stehen in einem ganzzahligen Verhältnis zu der Anzahl und der Dicke der Scheiben (3, 4, 5). In diesem Beispiel soll der Wert der Z-Koordinaten in Millimetern angegeben werden, dann eignet sich eine Scheibendicke von 5 Millimetern und eine Windungshöhe von 10 Millimetern und zehn Löchern je Windung. Die Höhe einer Windung entspricht dann der Höhe zweier Scheiben. Wird ein Lokalisationsstab in einem Tomogramm mit einer Schichtdicke, die geringer als die Höhe zweier Scheiben (3, 4, 5) und geringer als die Höhe einer Windung (9) sein muß, dargestellt, so werden je nach Schichtdicke die Zahlen von ein oder zwei aufeinanderfolgender Scheiben (3, 4, 5) und eine der Schichtdicke proportionale Anzahl von Löchern einer Windung im Querschnitt des jeweiligen Lokalisationsstabes sichtbar. Die Zahlen dienen zur Bestimmung des Z-Koordinatenwertes in Zentimetern. Die Löcher sollen den Millimeterwert der Z-Koordinaten angeben.

Im Tomogramm stellen sich die Löcher der Spirale in einem Halbkreis wie eine Perlenschnur dar. Jeder Lochposition wird ein numerischer Wert zwischen 0 und 9 zugeordnet. Jede Lochposition entspricht ferner einer bestimmten Höhe in einer Scheibe. So ist der Stapel von Scheiben (3, 4, 5) so in dem inneren Rohr (8) justiert, daß das Loch in der Position 0 mit der Unterkante der Scheiben mit einer geraden Zahl übereinstimmt.

Beispiel: Im Zentrum des Lokalisationsstabes sei oben die Zahl 20 und unten die Zahl 20,5 lesbar. Ferner sei ein Loch in der Position 0 über der Zahl 20,0 sichtbar. Da das Loch in der Position 0 mit der Unterkante der Scheibe mit dem Wert 20,0 übereinsteht und da sowohl die Zahl 20,0 als auch das Loch in Position 0 im Tomogramm sichtbar sind, steht fest, daß der Z-Koordinatenwert 20,0 Millimeter innerhalb der Schichtebene des Tomogrammes liegt. Rechts neben dem Loch mit der definierten Lochposition 0 seien noch sechs weitere Löcher in den Positionen 1-6 sichtbar. Da es sich ferner um eine linksdrehende Spirale mit zehn Löchern je Windung handelt, liegen die Löcher rechts neben dem Loch an der Lochposition 0 höher als das Loch an der Lochposition 0, wobei jedes nachfolgende Loch genau einen Millimeter höher als das vorhergehende liegt. Die Lochposition dieser Löcher entsprechen den Z-Koordinatenwerten 20,1-20,6 mm. Die Mittelebene des 7 mm dicken Tomogrammes läßt sich als Mittelwert der äußeren Lochpositionen 20,0 und 20,6 als 20,3 mm beschreiben.

Die Z-Koordinaten der Mittelebene des Tomogramms von allen drei Lokalisationsstäben werden auf diese Weise ermittelt. Anschließend bestimmt man die X- und Y-Koordinaten der zentralen Bohrungen der drei Lokalisationsstäbe an der Konsole des Tomographen. Die Bildebene kann mit den bekannten X-, Y- und Z-Koordinaten von drei Schnittpunkten hinreichend geometrisch beschrieben werden. Von allen anderen Bildpunkten des Tomogrammes wird angenommen, daß sie in derselben Ebene liegen. Nach dem Komplanaritätssatz kann, da die X-, die Y- und die Z-Koordinaten von drei verschiedenen Punkten, und da der vierte Punkt zusammen mit diesen Punkten in der selben Ebene liegt, bei bekannter X- und Y-Koordinate des vierten Punktes, dessen Z-Koordinate berechnet werden. Damit lassen sich auch einzelne Punkte von Organen in einer Ebene beschreiben und mit anderen Punkten in anderen Ebenen vergleichen.

Die Aufgabe der Vorrichtung, stereotaktische Eingriffe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung es gestattet, Zielkoordinaten in einem Tomogramm in der obenbeschriebenen Weise zu bestimmen. Dann kann durch Läufer (13), durch ein Kugelgelenk (15) und durch zwei Steckverbindungen (16) ein Führungsrahmen (12) auf den Lokalisationsstäben so verschoben werden, daß erstens der Führungsrahmen in einer Ebene liegt, die zu der Zielebene, d. h. der Tomogrammebene, in der die Zielkoordinaten bestimmt wurden, parallel ist, und daß zweitens die Nadel in dieser Zielebene liegt. Ferner gestattet der Nadelhalter (14), durch Rotation des Aufsatzes (18) und durch seitliche Verschiebung des Nadelhalters auf dem Führungsrahmen, die Veränderung der Lage der Nadel innerhalb der Zielebene. Eine Skala (11) auf dem Lokalisationsstab, die den Wert der Z-Koordinate zeigt, und Skalen, die auf dem Führungsrahmen (12), die X- und Y-Koordinatenwerte der Tomogrammebene gestatten anzeigen, gestatten eine exakte Positionierung der durchsichtigen, beweglichen Läufer (13), Nadelhalter (14) und den Aufsatz (18) des Nadelhalters.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Referenzsystem ohne weitere Störungen der Bildqualität anwendbar ist, daß es sowohl in der Computertomographie als auch der Kernresonanztomographie einsetzbar ist, daß die Z-Koordinate im Querschnitt eines Lokalisationsstabes schnell ablesbar ist, daß sie präzise dreidimensionale topographische Ausmessungen erlaubt, und daß ein stereotaktischer Eingriff im einfachsten Fall auch ohne Computerberechnung möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in zwei Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Lokalisationsstab (2) bestehend aus zentralen Scheiben (3, 4, 5), dem inneren Rohr (8) mit einer Spirale beschreibenden Löchern (9) und dem äußeren Rohr (10). Durch die Scheiben (3, 4, 5) sind Längenmaßsymbole (7) und eine zentrale Bohrung (6) eingezeichnet, wobei das Längenmaßsymbol in Scheibe (3) über der zentralen Bohrung (6), und in Scheibe (4) unter der zentralen Bohrung gelegen sein soll. Ein Längenmaßsymbol (7) soll durch die Scheibe ganz hindurchgehen. Am äußeren Rohr (10) ist eine Skala (11) in der Größenordnung von Zentimetern angebracht.

Fig. 2 zeigt drei Lokalisationsstäbe, die an einem äußeren Rahmen (1) angebracht sind. Der zweite äußere Rahmen ist nicht dargestellt. Die gesamte Vorrichtung wird so auf dem Untersuchungstisch montiert, daß der links hinten dargestellte Lokalisationsstab (2) dem Untersuchungstisch am nächsten ist, daß die beiden vorn dargestellten Lokalisationsstäbe (2) weiter vom Untersuchungstisch entfernt sind, und daß der Patient unter dem waagerecht dargestellten Arm des Rahmens liegt. Der Führungsrahmen (12) ist durch Läufer (13) mit den Lokalisationsstäben (2) verbunden. Einmal besteht die Verbindung aus einem Kugelgelenk (15) und zweimal, und zwar am rechts und am hinten dargestellten Ende des Führungsrahmens (12), aus einer Steckverbindung (16). Der Nadelhalter (14) ist auf dem Führungsrahmen (12) dargestellt. Die Nadel (17) verläuft durch einen Aufsatz (18) des Nadelhalters (14).

Claims (9)

1. Das Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationssätzen (2) ist eine Vorrichtung, insbesondere auf Grundlage von Tomogrammen der Computertomographie und der Kernresonanztomographie, zur Konstruktion eines X-Y-Z- Koordinatensystems, zur dreidimensionalen Beschreibung und Vermessung von Organen in einem Patienten, zur Bestimmung von Zielkoordinaten im Tomogramm eines Patienten und zur Positionierung stereotaktischer Instrumente, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei Lokalisationsstäben (2), zwei Grundrahmen (1), und gegebenenfalls einem Führungsrahmen (12), drei Läufern (13), einem Nadelhalter (14), und einem Aufsatz (18) zum Nadelhalter, wobei ein Lokalisationsstab (2) aus Scheiben (3, 4, 5), einem inneren Rohr (8) und einem Außenrohr (10) besteht,
wobei mindestens drei Lokalisationsstäbe (2) zueinander parallel, als Kanten eines gedachten dreiseitigen Prismas um einen Patienten, senkrecht zur Bildebene und durch einen Rahmen (1) verbunden, auf dem Untersuchungstisch angebracht sind,
wobei die Lokalisationsstäbe (2) im Tomogramm in Querschnittansicht zusammen mit dem Patienten dargestellt sind,
wobei im Zentraum des Lokalisationsstabes (2) Scheiben (3, 4, 5) mit einer zentralen Bohrung (6) und Längenmaßsymbolen (7) gestapelt sind,
wobei das Material der Lokalisationsstäbe (2) so beschaffen ist, daß es sich im Tomogramm gegen die Kontrastflüssigkeit, die Hohlräume in Form von Längenmaßsymbolen (7), Bohrungen (6) und Löcher (9) des Lokalisationsstabes (2) ausfüllt, sichtbar abhebt,
wobei die Längenmaßsymbole (7) von aufeinanderfolgenden Scheiben (3, 4, 5) an unterschiedlichen Orten auf den Scheiben angeordnet sind,
wobei Löcher (9) eines, die Scheiben (3, 4, 5) umschließenden inneren Rohres (8), in Form einer Spirale angeordnet sind,
wobei die Höhe einer Spiralwindung und die Höhe der Scheiben (3, 4, 5) zueinander in einem bestimmten ganzzahligen Verhältnis stehen,
wobei der gemeinsame Schnittpunkt eines Lokalisationsstabes (2) und einer Tomogrammebene einerseits durch die Längenmaßsymbole (7) und Löcher (9) als Ausdruck der Z-Koordinate und andererseits durch die X-Y-Koordinaten jenes Bildpunktes der Tomogrammebene, der die zentrale Bohrung (6) darstellt, beschrieben wird, besteht.

2. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisationsstäbe für die Computertomographie aus einem wenig röntgenstrahlenabsorbierenden Kunststoff z. B. Acrylglas und einer Hohlräume ausfüllenden Kontrastsubstanz z. B. Parafinöl, besteht.

3. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kernresonanztomographie die Lokalisationsstäbe (2) aus einem nicht magnetischen und nicht paramagnetischen Kunststoff z. B. Acryl und einer geeigneten paramagnetischen Kontrastsubstanz z. B. Gadolinium DTPA oder einer Eisensalzlösung, besteht.

4. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß gegebenenfalls automatisch lesbare Codes verwendet werden.

5. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längeneinheiten der Lokalisationsstäbe (2) in Zentimeter und Millimeter, und daß Längenmaßsymbole als Zahlen, wobei die Höhe einer Windung mit zehn Löchern zehn Millimeter beträgt,
wobei die Höhe einer Scheibe (3, 4, 5) fünf Millimeter beträgt,
wobei abwechselnd eine Scheibe (3) eine ganze Zahl (7), über der zentralen Bohrung und die vor- oder nachfolgende Scheibe (4) eine halbe Zahl, unter der zentralen Bohrung hat (6),
wobei Zahlen (7) und die Löcher (9) so groß sind, daß sie im Schichtbildverfahren sichtbar sind, angeordnet sind.

6. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenwerte in Form von Längenmaßskalen außen sichtbar an Bauteilen,
wobei die Längenmaßskala (11) der Z-Koordinate des Außenrohres (10) mit der Skaleneinteilung der Scheiben (3, 4, 5) und Löcher (9) übereinstimmt,
wobei die Skaleneinteilung des Führungsrahmens (12) mit dem X-Y- Koordinatensystem des Tomogrammes übereinstimmt, angebracht sind.

7. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrastflüssigkeit durch einen geeigneten Schraubverschluß nicht aus dem äußeren Rohr (10) entweicht.

8. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bauteile verschiebbar und arretierbar,
wobei die Läufer (13) auf den Lokalisationsstäben (2) und der Nadelhalter (14) auf dem Führungsrahmen (12) verschieblich und arretierbar,
wobei der Aufsatz (18) des Nadelhalters auf dem Nadelhalter rotierbar und arretierbar sind.

9. Referenzsystem für radiologische Schichtbildverfahren mit Lokalisationsstäben (2) nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsrahmen (12) mit den Läufern (13) mit einer geeigneten Verbindung,
wobei diese Verbindung am eingeschlossenen, mittständigen Läufer (13) aus einem Kugelgelenk (15) besteht,
wobei diese Verbindung an den beiden äußeren endständigen Läufern (13) aus einer Steckverbindung (16) besteht,
wobei die Steckverbindung (16) in ihrer Längsachse verschiebbar und rotierbar, sowie arretierbar ist, verbunden ist.