DE4412164A1 - Positionsanzeiger für medizinische Tomographen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsanzeiger für medizini­ sche Tomographen, mit einem Leuchtzeiger, der an einer Posi­ tioniervorrichtung angebracht ist, wobei die Positioniervor­ richtung an dem Tomographen im Bereich der Patientenaufnah­ meöffnung angeordnet ist.

Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche tomographi­ sche, d. h. Schnittbild-erzeugende, bildgebende Diagnosegeräte bekannt. Je nach Art des zugrundeliegenden physikalischen Meßprinzips unterscheidet man Kernspin-, Röntgen-(Computer-), Laser- oder Schalltomographen. Leistungsfähige Tomographen erzeugen detailgetreue Schnittbilder eines Patienten inner­ halb kurzer Zeit. Dadurch ist es inzwischen möglich, tomogra­ phische Diagnosemethoden operationsbegleitend einzusetzen.

Ein Problem ergibt sich daraus, daß der Patient zur Aufnahme einer Tomographie in eine relativ enge Aufnahmeröhre in dem Tomographen eingeschoben werden muß, die lediglich über eine an der Vorderseite des Tomographen befindliche Aufnahmeöff­ nung (Gantry) zugänglich ist. Innerhalb der Aufnahmeröhre ist der Patient einem chirurgischem Eingriff in der Regel nicht zugänglich. Außerdem sind die verwendeten Röntgenstrahlen oder starken Magnetfelder ein Problem.

Um diese Probleme zu lösen und einen operationsbegleitenden Einsatz zu ermöglichen, wird beispielsweise in der DE 42 02 302 A1 vorgeschlagen, daß die in den Tomographen einfahrbare Patientenliege zugleich als Operationstisch ausgebildet ist. Dabei wird der Patient zur Diagnose auf der Patientenliege liegend in den Tomographen eingeschoben, wo anhand der ge­ wonnenen Tomographien die Operationsstrategie festlegbar ist. Die derart ermittelten Operationskoordinaten sind in einen Rechner eingebbar, der unter anderem an einen allseitig beweglichen, oberhalb der Patientenaufnahmeöffnung ange­ brachten Roboterarm angeschlossen ist. An diesem ist bei­ spielsweise ein Lichtzeiger montiert. Mit Hilfe des Roboter­ arms und des Lichtzeigers können die ermittelten Operations­ koordinaten auf den Körper des auf der Patientenliege aus dem Tomographen herausgeschobenen Patienten projiziert werden. Nunmehr lassen sich entsprechend der tomographisch ermittel­ ten Daten anhand der Lichtmarke des Lichtzeigers, Ge­ webeproben entnehmen oder andere endoskopische Eingriffe durchführen. Durch wiederholtes Einschieben in den Tomogra­ phen wird eine durchgehende, operationsbegleitende Diagnose ermöglicht.

Der Positionsanzeiger ist als allseitig verschwenkbarer, mehrachsiger Roboterarm ausgeführt. Dessen universelle Beweg­ barkeit hat den Vorteil, daß nahezu jeder beliebige Punkt auf dem Körper des Patienten mit dem Lichtzeiger unter beliebigen Winkeln markierbar ist. Somit sind Ort und Richtung, bei­ spielsweise für den Einstich eines endoskopischen Instru­ ments, exakt vorgebbar.

Nachteilig an dem bekannten Roboterarm ist jedoch, daß er aufgrund seines universellen, mehrachsigen Aufbaus mechanisch relativ komplex ist. Die geforderte genaue Positionierbarkeit erfordert einen schwingungsarmen, stabilen mechanischen Auf­ bau und hochgenaue, leistungsstarke mechanische Antriebe. Zur Ansteuerung, d. h. zur genauen Positionierung auf die anhand der Tomographie ermittelten Koordinaten, wird eine präzise und schnelle Ansteuerung vorausgesetzt. Deren rechnerge­ stützte Realisierung ist dementsprechend aufwendig und setzt die Installation leistungsstarker und teurer Rechner voraus.

Der relativ weit ausladende Roboterarm führt unter Umständen auch zu Behinderungen im Arbeitsbereich der Chirurgen beim Einsatz komplexer Instrumente, beispielsweise multifunktiona­ ler Endoskope und/oder Operationsmikroskope.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, einen Positi­ onsanzeiger für medizinische Tomographen zu schaffen, der technisch weniger aufwendig ist und einfacher genau positio­ nierbar ist.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung dadurch gelöst, daß die Positioniervorrichtung eine langgezogene Führungsschiene auf­ weist, auf der ein Schlitten verfahrbar ist, wobei der Leuchtzeiger verschwenkbar auf dem Schlitten angebracht ist.

Ein erfindungsgemäßer Positionsanzeiger zeichnet sich in vor­ teilhafter Weise durch seinen einfachen mechanischen Aufbau aus. Dadurch wird auch die Positionierung auf vorgebbare Ko­ ordinaten wesentlich vereinfacht, da lediglich die Position des Schlittens auf der Führungsschiene sowie die Winkelkoor­ dinaten des Leuchtzeigers auf dem Schlitten eingestellt wer­ den müssen.

Zur technischen Realisierung kann als Führungsschiene bei­ spielsweise eine lineare Verschiebeeinheit eingesetzt werden. Derartige Linearführungen sind als hochgenaue, stabile aber dennoch kostengünstige Baueinheiten in unterschiedlichen Längen am Markt erhältlich. Das gleiche gilt für die Winkel-Posi­ tioniereinheit, die auf dem Schlitten montiert ist. Auch hierfür sind handelsübliche, Baueinheiten einsetzbar, die bei geringem technischen Aufwand eine hohe Präzision gewähr­ leisten und relativ kostengünstig sind.

Die Führungsschiene wird quer zur Längsachse der Gantry des Tomographen oberhalb der Patientenaufnahmeöffnung an dem To­ mographen installiert. Durch die Linearbewegung des Schlit­ tens und die beliebige Einstellbarkeit der Neigungswinkel des Lichtzeigers auf dem Schlitten ist bei einer entsprechenden Verschiebung der Patientenliege jeder Punkt auf der Körper­ oberfläche des Patienten unter einem nahezu beliebigem Winkel markierbar. Dabei wird das Arbeitsfeld der Chirurgen durch die kompakte Bauform des Positionsanzeigers nicht beeinträch­ tigt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Schlitten auf der Führungsschiene motorisch verfahrbar ist und der Leuchtzeiger motorisch verschwenkbar ist. Dadurch läßt sich mit geringem Aufwand eine Fernbedienung des Positionsanzeigers realisieren. Die Fernbedienung kann beispielsweise in ein handliches Gehäuse eingebaut werden, in dem die Steuerelemente zur Ansteuerung der Motoren enthalten sind. Schließlich wird durch die Verwendung geeigneter Antriebsmodule die Anbindung des Positionsanzeigers an einen Rechner ermöglicht.

Als Führungsschiene ist ein handelsüblicher Linearantrieb einsetzbar; Rotationsantriebe für die Schwenkbewegung des Leuchtzeigers sind ebenfalls als fertige Baueinheiten erhältlich. Derartige Bauelemente sind relativ kostengünstig und zeichnen sich durch hohe mechanische Präzision und exakte Positioniermöglichkeiten aus.

Vorzugsweise weist die Positioniervorrichtung ortsauflösende Meßwertgeber auf, die mit einem Display verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung ist jederzeit die aktuelle Position des Schlittens und der Winkel des Leuchtanzeigers leicht ablesbar. Dadurch wird gewährleistet, daß das therapeutische Personal jederzeit zuverlässige Kontrollinformationen erhält. Außerdem lassen sich die angezeigten Daten einfach protokollieren.

Dadurch, daß der Positionszeiger selbst maximal drei Frei­ heitsgrade hat und zusätzlich lediglich die Linearposition der Patientenliege vorgegeben werden muß, ist die Rechneran­ bindung der gesamten Positioniereinheit mit geringem Aufwand umsetzbar. Dementsprechend ist in einer besonders vorteilhaf­ ten Ausführungsform die Positioniervorrichtung mit dem Steu­ ercomputer des Tomographen verbunden und die Position des Schlittens auf der Führungsschiene sowie die Neigung des Leuchtzeigers auf dem Schlitten über interaktive Eingabemit­ tel einstellbar.

Die Arbeit der Chirurgen wird dabei wesentlich erleichtert, indem über ein interaktives Eingabemittel, beispielsweise Lichtgriffel, Joy-Stick oder Maus auf dem üblicherweise vor­ handenen Anzeigebildschirm des Tomographen die gewünschte Po­ sition des Eingriffs exakt festlegbar ist.

Der optimale Operationskanal des therapeutischen Eingriffs, beispielsweise der Einstichkanal für eine Biopsie-Nadel oder ein Endoskop wird interaktiv am Bildschirm ermittelt. Auf diese Weise kann von vornherein ausgeschlossen werden, daß Schlagadern, Nervenstränge oder andere Organe verletzt wer­ den. Durch den Einsatz entsprechender Algorithmen oder die Verwendung eines Expertensystems ist eine weitergehende Un­ terstützung der Therapeuten ebenfalls denkbar.

Gemäß der interaktiv eingegebenen bzw. automatisch ermittel­ ten Koordinaten wird die Patientenliege rechnergesteuert aus mal im Bereich des Positionsanzeigers liegt. Dieser wird ebenfalls rechnergestützt angesteuert, so daß die Lichtmarke im ermittelten Winkel auf die Körperoberfläche des Patienten weist.

In bestimmten Einsatzbereichen ist es vorteilhaft, daß die Positioniervorrichtung manuell verstellbar ist und ortsauflö­ sende Meßvorrichtungen aufweist. Dadurch ergibt sich eine be­ sonders unkomplizierte und kostengünstige Konstruktion. Des weiteren ist es vorteilhaft, daß der Positionsanzeiger vom Therapeuten manuell justierbar ist. Zwar werden in der Regel die tomographisch ermittelten Koordinaten eingestellt, mitunter erfordern anatomische Besonderheiten jedoch eine Veränderung der Koordinaten. Sowohl die Einstellung von tomo­ graphisch ermittelten Koordinaten als auch deren manuelle Korrektur aufgrund von Erfahrungswissen lassen sich problem­ los manuell vornehmen und anhand der ortsauflösenden Meßvor­ richtungen überwachen. Diese können Skalen oder alternativ elektronische Meßmittel und Displays aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Leuchtzeiger Laser auf. Laser emittieren besonders intensives Licht, so daß die Leuchtmarken auf dem Körper des Patienten besonders gut erkennbar sind. Außerdem sind Laserdioden besonders klein und leicht, so daß die Positioniereinrichtung nur geringe Kräfte aufnehmen muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In Fig. 1 ist schematisch ausschnittweise die Vorderansicht eines mit dem Bezugszeichen 1 versehenen Kernspin-Tomographen dargestellt. Dieser weist an seiner Vorderseite eine Patienten-Aufnahmeöffnung 2 auf. In Längsrichtung der sich an die Aufnahmeöffnung 2 anschlie­ ßenden Aufnahmeröhre ist eine Operationsliege 3 motorisch verfahrbar. Diese ist teilweise aus dem Kernspin-Tomographen 1 herausgefahren dargestellt.

Auf der Operationsliege 3 liegt ein Patient 4.

Oberhalb der Aufnahmeöffnung 2 ist ein erfindungsgemäßer Po­ sitionsanzeiger 5 angebracht. Er besteht im wesentlichen aus einer geraden Führungsschiene 6, auf der ein motorisch an­ treibbarer Schlitten 7 in Längsrichtung verfahrbar ist. Die Führungsschiene 6 verläuft quer zur Längsrichtung der Aufnah­ meröhre.

In den Schlitten 7 ist ein Leuchtzeiger 8 eingebaut. Dieser kann mittels eines Schrittmotors 9 gegenüber der Führungs­ schiene 6 geneigt werden. Die jeweiligen Koordinaten des Schlittens 7 bzw. die Winkeleinstellung des Leuchtzeigers 8 werden mittels nicht dargestellter Meßwertgeber gemessen und auf einem Display 10 dargestellt.

In der dargestellten Situation projiziert der Leuchtzeiger 8 eine Leuchtmarke 11 auf den Patienten 4, die die Form eines Fadenkreuzes hat.

Der Kernspin-Tomograph 1 und der Positionsanzeiger 5 sind an einen Steuercomputer 12 angeschlossen. Dieser weist einen An­ zeigebildschirm 13 sowie einen interaktiven Lichtgriffel 14 auf.

Zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Positionsanzeigers 5 muß zunächst eine Tomographie des Patienten 4 angefertigt werden. Hierzu wird er auf der Operationsliege 3 durch die Patienten­ aufnahmeöffnung 2 in die Aufnahmeröhre des Kernspin-Tomogra­ phen 1 eingefahren. Mittels des Steuercomputers 12 werden Schnitte durch den Patienten 4 gemessen und auf dem Anzeige­ bildschirm 13 dargestellt. Dabei ist beispielsweise ein Tumor oder eine andere pathologische Änderung einwandfrei identifi­ zierbar und lokalisierbar.

Ein behandelnder Therapeut wählt mittels des Lichtgriffels 14 auf dem Anzeigebildschirm 13 den gewünschten Eingriffsort, beispielsweise innerhalb eines Tumors, aus.

Anhand der mit dem Lichtgriffel 14 festgelegten Koordinaten wird nun die Operationsliege 3 so weit aus der Patientenauf­ nahmeöffnung 2 herausgefahren, bis der gewählte Eingriffsort in etwa unterhalb der Führungsschiene 6 des Positionsanzei­ gers 5 liegt. Ebenfalls anhand der eingegebenen Koordinaten wird der Schlitten 7 mittels nicht dargestellter Schrittmoto­ ren auf der Führungsschiene 6 verfahren und der Neigungswin­ kel des Leuchtzeigers 8 mittels des Schrittmotors 9 einge­ stellt. Der Leuchtzeiger 8 projiziert nunmehr eine Leucht­ marke 11 auf den Körper des Patienten, und zwar genau an der Stelle, die mit dem Lichtgriffel 14 zuvor ausgewählt worden ist.

Die Position des Schlittens 7 auf der Führungsschiene 6 sowie die mittels des Schrittmotors 9 eingestellten Neigungswinkel des Leuchtzeigers 8 werden unter Berücksichtigung der anato­ mischen Gegebenheiten ebenfalls am Anzeigebildschirm 13 er­ mittelt. Dadurch wird vermieden, daß beispielsweise eine Schlagader, ein Nervenstrang oder andere Organe verletzt wer­ den bzw. daß ein Knochen unter Umständen den Weg zum Operati­ onsort versperrt.

Die Leuchtmarke 11 auf dem Körper des Patienten 4 gibt dem behandelnden Chirurgen millimetergenau die Position und den Winkel an, so daß problemlos beispielsweise ein endoskopi­ sches Instrument in den Patienten 4 eingeführt werden kann.

Während des Eingriffs ist jederzeit eine Kontrolle, bei­ spielsweise hinsichtlich der Position der chirurgischen In­ strumente in dem Patienten 4, möglich, indem dieser mit der Operationsliege 3 wiederholte Male in den Kernspin-Tomogra­ phen 1 in der beschriebenen Weise hineingefahren, tomogra­ phiert und wieder herausgefahren wird. Ebenfalls in der vor­ beschriebenen Weise werden die optimalen Einstichstellen, beispielsweise für weitere endoskopische Instrumente, mar­ kiert.

Der Positionsanzeiger 5 arbeitet schnell und zuverlässig und versperrt dabei dem Chirurgen nicht das Arbeitsgebiet. Insge­ samt ergibt sich eine spürbare Entlastung des Personals.

Claims (6)

1. Positionsanzeiger für medizinische Tomographen, mit einem Leuchtzeiger, der an einer Positioniervorrichtung ange­ bracht ist, wobei die Positioniervorrichtung an dem Tomogra­ phen im Bereich der Patientenaufnahmeöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung (5) eine langgezogene Füh­ rungsschiene (6) aufweist, auf der ein Schlitten (7) verfahr­ bar ist, wobei der Leuchtzeiger (8) verschwenkbar auf dem Schlitten (7) angebracht ist.

2. Positionsanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitten (7) auf der Führungsschiene (6) motorisch verfahrbar ist und der Leuchtzeiger (8) motorisch verschwenkbar ist.

3. Positionsanzeiger nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung (5) ortsauflö­ sende Meßwertgeber aufweist, die mit einem Display (10) ver­ bunden sind.

4. Positionsanzeiger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung (5) mit dem Steuercomputer (12) des Tomographen (1) verbunden ist und die Position des Schlittens (7) auf der Führungsschiene (6) sowie die Neigung des Leuchtzeigers (8) auf dem Schlitten (7) über interaktive Eingabemittel (13, 14) einstellbar ist.

5. Positionsanzeiger nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung (5) manuell verstellbar ist und ortsauflösende Meßvorrichtungen aufweist.

6. Positionsanzeiger nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtzeiger (8) Laser aufweist.