WO2009109552A1 - Medizinsystem und verfahren zur ortsrichtigen zuordnung eines bilddatensatzes zu einem elektromagnetischen navigationssystem - Google Patents

Medizinsystem und verfahren zur ortsrichtigen zuordnung eines bilddatensatzes zu einem elektromagnetischen navigationssystem Download PDF

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Siemens AG
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Definitions

  • the invention relates to a medical system and a method for the correct assignment of an image data set to an electromagnetic navigation system.
  • An imaging system used for this purpose is e.g. a mobile X-ray C-arm for 2D or 3D imaging.
  • the image data set is hereby made in the B-coordinate system of the imaging system.
  • the navigation of surgical instruments takes place in the N coordinate system of the navigation system, which thus represents another frame of reference. For spatially correct assignment of the image data set created with the imaging system during the operation to the N coordinate system of the electromagnetic navigation system, time-consuming and error-prone registration procedures must be used.
  • At least three landmarks are identified in the image data records taken by the patient preoperatively and assigned to the corresponding anatomical points on the body during the medical procedure.
  • the corresponding the points or landmarks on the body of the patient for example, by means of a detectable by the navigation system pointer, so a navigated pointer approached.
  • X-ray markers When using X-ray markers, they must first be connected in a defined manner to the electromagnetic navigation system, i. whose spatial position in the N-coordinate system of the navigation system to be known. Of these x-ray markers, at least two 2D projection exposures are then taken during the medical procedure with the imaging geometry of the imaging system in which the x-ray markers must be visible. The registration is performed based on the 2D image data and the known position. In an alternative variant, 3D image data are generated by the patient. Here, the X-ray markers must be in the reconstructed volume of the 3-D image data set.
  • the object of the present invention is to provide an improved medical system and an improved method for the correct assignment of an image data set to an electromagnetic navigation system.
  • the object is achieved by a method in which an image data record which is created by a patient during a medical procedure is assigned in the correct position to an N coordinate system of an electromagnetic navigation system.
  • the imaging system has a B-coordinate system which describes the spatial coordinates of the image data set.
  • at least one sensor coil of the navigation system is mounted in a known relative position relative to its B-coordinate system on the imaging system before the actual medical procedure, ie before its beginning. The sensor coil then has in the B-coordinate system, which also serves for the later imaging by the imaging system, known location coordinates.
  • this B-coordinate system eg in the case of a mobile X-ray C-arm device, is fixed to its basic structure, which is why the Sensor coil is attached to the actual C-arm or the base support stationary, for example.
  • the relative positional position between the sensor coil and the B coordinate system is required as required, even if movable machine parts are involved. This is the case, for example, when a plurality of sensor coils are distributed to a base body and a relative to this movable part of the imaging system.
  • a transformation matrix between the sensor coil and the image data set is furthermore determined in a calibration procedure.
  • a transformation matrix between the navigation system and the image data record is thereby determined.
  • all relevant metallic bodies in the area of the navigation system are taken into consideration.
  • the imaging system usually metallic parts that interfere with the tracking accuracy of the navigation system with respect to the sensor coil. For the given configuration of a medical system, this results in a location-correct assignment possibility between the sensor coil, that is to say the B-coordinate system and the navigation system or its N-coordinate system, taking metallic disruptive bodies into account.
  • multiple sensor coils are attached to the imaging system, e.g. at the C-arm, x-ray head and detector and at the backbone, e.g. be able to detect a measurement of 5 to 6 degrees of freedom of the imaging system with the help of the navigation system redundant.
  • the intraoperative image data record of the patient to be assigned is created with the imaging system, the current one Determined position of the sensor coil in the N coordinate system, and assigned based on the previously determined transformation matrix, the image data set the N coordinate system in the correct location.
  • the method according to the invention thus represents a markerless registration method for the correct assignment of the image data set in the navigation system.
  • the decisive step here is the integration of a sensor coil into the imaging system instead of positioning it on the patient, combined with a suitable calibration and assignment procedure.
  • the registration procedure to be carried out for a medical procedure to be carried out is thereby significantly simplified and thus made faster and more secure.
  • An integration of navigation-supported procedures in conjunction with an electromagnetic navigation system can be integrated into the surgical workflow more easily. The acceptance of the entire method is thereby improved.
  • the said calibration procedure usually only has to be performed once for a given imaging system or medical system, e.g. done after its completion or attachment of the sensor coil. However, such a calibration is usually done once a year.
  • the creation of the image data set and the position detection of the sensor coil in the N-coordinate system simultaneously. Because the position determination thus, during image acquisition, this speeds up the entire process.
  • the imaging system is removed from the patient during the procedure and after creation of the image data set by the patient.
  • the image data set can be registered in the correct position after its acquisition and the detection of the position of the sensor coil in the N-coordinate system of the navigation system.
  • the navigation-assisted execution of the measure then does not require the imaging system and the sensor coil. Access to the patient is thereby facilitated or improved.
  • the sensor coil attached to the imaging system requires a jerk channel to the navigation system during operation of the navigation system.
  • the sensor coil is a wirelessly readable sensor coil.
  • the jerk channel is then carried out wirelessly, which is supplied for example by the imaging system with this necessary energy.
  • a plug contact may also be present on the imaging system, with which the sensor coil is connected.
  • the plug contact is also connectable to the navigation system.
  • the sensor coil is thus finally connected to the navigation system via the plug contact.
  • the connection between sensor coil and navigation system can be easily made and solved via the plug contact. This is of particular interest when a large number of sensor coils are permanently attached to the imaging system and this is to be removed immediately after imaging.
  • disturbing metal parts are detected and taken into account in the navigation system to restore a high spatial accuracy of the navigation system.
  • the consideration of metallic bodies in the area of the navigation system can take place in various ways: For example, it is possible to carry out a reference measurement in the presence of the interfering measurement. talle, in order to detect these metrologically with installed navigation system and sensor coils and store them in a suitably corrected first transformation matrix. Also conceivable is a theoretical consideration of the corresponding metal body, eg by simulating the navigation system based on FEM.
  • the sensor coil is mounted on a pivot arm in an advantageous embodiment of the invention, wherein the pivot arm is mounted on the imaging system and has a predetermined pivot position.
  • the sensor coil is then brought to the usually non-metallic arm before locating the sensor coil in the predetermined pivot position.
  • This is usually chosen so that the sensor coil has a sufficient distance from the metallic parts of the imaging system.
  • the spatial position of the sensor coil to the imaging system and thus to its B coordinate system is then again known or specifiable.
  • the calibration procedure determines the positional relationship and positional relationship between the image data set created by the imaging system and the sensor coil. If the at least one sensor coil mentioned above on the imaging system is referred to as a first sensor coil, then in an advantageous embodiment during the calibration procedure a second sensor coil of the navigation system is attached to a calibration body. An image data set of the calibration body is then generated and the current position of the first and second sensor coils in the N coordinate system is detected. The place- ser charged of the calibration in space or in the N coordinate system is then carried out via the second sensor coil, the detection of the B coordinate system on the first sensor coil. After preparation of the calibration image data set, the second transformation matrix can then be created.
  • the object is achieved by such, comprising an imaging system, which has a B-coordinate system and is used to create an image data set of a patient during a medical procedure.
  • the medical system further comprises an electromagnetic navigation system having an N-coordinate system and at least one sensor coil attached to the imaging system.
  • the sensor coil is mounted here in a known relative position to the B-coordinate system on the imaging system.
  • FIG. 1 shows a medical system according to the invention before carrying out a medical procedure
  • Fig. 2 shows the medical system of Fig. 1 during the implementation of a medical procedure.
  • the X-ray machine 4 comprises a base carrier 10 that can be moved in a treatment room 8 and an electromagnetic system this fixed C-arm 12 with Rontgenetti 14a and - detector 14b.
  • the navigation system 6 comprises a field generator 16, which is held fixed in space relative to the treatment chamber 8 in a manner not shown, and a plurality of sensor coils 18a as first sensor coils.
  • Some of the sensor coils 18a are attached to the C-arm 12 because a so-called B-coordinate system 20 is fixed fixedly on the C-arm 12 as an imaging coordinate system. In the B-coordinate system 20 thus rest the just mentioned sensor coils 18a.
  • Velvet sensor coils 18a are connected via connecting lines 22 to a plug-in contact 24 mounted on the base carrier 10.
  • the sensor coils 18a can be connected to the field generator 16 via the plug contact 24 and a connecting line 26.
  • a wireless connection is provided here.
  • a 3-D calibration element 28 is introduced into the x-ray device 4, to which a sensor coil 18b is likewise fastened as the second sensor coil.
  • the calibration body is mounted on a patient couch 38.
  • the X-ray apparatus 4 records an image data record in the form of a reconstructed 3-D volume 30, which contains the 3-D calibration body 28. It thus also includes the sensor coil 18b.
  • the position of position Pi-io of the sensor coils 18a, b in the field generator 16 or treatment chamber 8 fixed N-coordinate system 32 are determined by the field generator 16 or a navigation unit, not shown. From the knowledge of the location position Pi_io and the position of the sensor coil 18b in the 3D volume 30, a
  • Transformation matrix T BC between the 3D volume 30 and the C-arm 12 and the sensor coils 18a are determined in a known manner not explained here in more detail.
  • T BC T BN * T NC from the transformation matrix T NC between the C-arm 12 and the field generator 16 and the transformation matrix T BN between the field generator 16 and the 3D volume 30.
  • FIG. 1 shows not only fixed, ie sensor coils 18a arranged directly on the C-arm 12 but also alternatively one which is fastened to a pivotable arm 34, which in turn is attached to the C-arm 12. Because of the non-metallic design of the arm 34, this sensor coil 18a with the position P 5 is thus located away from the metallic body of the X-ray apparatus 4. The position P 5 can therefore be determined exactly by the field generator 16 without further outlay. In order to determine the positions P 2 -4 and P ⁇ -io, whose associated sensor coils 18a each rest directly on a metallic part of the C-arm 12, in FIG.
  • Fig. 2 shows the X-ray machine 4 in medical use, namely in the fluoroscopy of a patient 36.
  • the X-ray machine 4 has been this moved in the treatment room 8, ie with respect to the N-coordinate system 32, which is why it to this or the still stationary field generator 16 now takes up a new position.
  • a 3D volume 30 is recorded by the patient 36 and at the same time the new position P12-20 of the sensor coils 18a displaced with the device in the N-coordinate system 32 is determined.
  • the 3D volume 30 can now also be correctly arranged in the coordinate system 32 with a constant transformation matrix T BC between the 3D volume 30 and the X-ray machine 4 an unillustrated, also on the N-coordinate system 32 oriented medical instrument for an intervention on the patient 36 can be accurately guided on the basis of the 3D volume 30 to the desired location in the patient 36.
  • the named method can also be carried out for 2D imaging in a variant which is not shown.
  • the arm 34 is folded in Fig. 2 from the position shown in Fig.l - after the intraoperative determination of the position of the C-arm 12 - folded and no longer visible to the interior of the C-arm 12 completely free for the patient 36 do .

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Abstract

Bei einem Verfahren zur ortsrichtigen Zuordnung eines Bilddatensatzes (30) eines Patienten (36) zu einem N-Koordinatensystem (32) eines elektromagnetischen Navigationssystems (6), wird vor der medizinischen Maßnahme am Bildgebungssystem (4) mindestens eine Sensorspule (18b) angebracht, eine Transformationsmatrix (TBC) zwischen Bilddatensatz (30) und Sensorspule (18a) ermittelt, und während der Maßnahme der Bilddatensatz (30) erstellt, die aktuelle Position (P12-20) der Sensorspule (18a) ermittelt, und der Bilddatensatz (30) ortsrichtig zugeordnet. Ein Medizinsystem (2) umfasst ein, ein B-Koordinatensystem (20) aufweisendes Bildgebungssystem (4) zur Erstellung eines Bilddatensatzes (30) eines Patienten (36) während einer medizinische Maßnahme, und ein ein N-Koordinatensystem (32) aufweisendes elektromagnetisches Navigationssystem (6), wobei am Bildgebungssystem (4) mindestens eine Sensorspule (18a) des Navigationssystems (6) in bekannter Relativposition zu dessen B-Koordinatensystem (20) angebracht ist.

Description

Beschreibung
Medizinsystem und Verfahren zur ortsrichtigen Zuordnung eines Bilddatensatzes zu einem elektromagnetischen Navigationssys- tem
Die Erfindung betrifft ein Medizinsystem und ein Verfahren zur ortsrichtigen Zuordnung eines Bilddatensatzes zu einem elektromagnetischen NavigationsSystem.
Im Rahmen einer medizinischen Maßnahme, z.B. einer Endoskopie, Biopsie oder Operation, ist es heute bekannt, diese mit Hilfe einer chirurgischen Navigation, gestützt auf ein elektromagnetisches Navigationssystem und intraoperative Bildge- bung, durchzuführen. Ein hierfür verwendetes Bildgebungssys- tem ist z.B. ein mobiler Röntgen-C-Bogen für 2D- oder 3D- Bildgebung. Der Bilddatensatz wird hierbei im B-Koordinatensystem des Bildgebungssystems angefertigt. Die Navigation von chirurgischen Instrumenten findet jedoch im N-Koordinaten- System des Navigationssystems statt, welches somit ein anderes Bezugssystem darstellt. Zur ortsrichtigen Zuordnung des mit dem Bildgebungssystems während der Operation erstellten Bilddatensatzes zum N-Koordinatensystem des elektromagnetischen Navigationssystems müssen gegenwärtig aufwändige und fehleranfällige Registrierungsprozeduren eingesetzt werden.
Diese müssen z.B. mittels anatomischer Landmarken des bzw. am zu behandelnden Patienten durchgeführt werden. Derartige zeitaufwändige Registrierungsprozeduren führen zu einer Reduktion der Akzeptanz navigierter Maßnahmen bzw. navigations- gestützter Medizinsysteme. Gegenwärtig sind hauptsächlich zwei Registrierungsprozeduren, nämlich mit anatomischen oder röntgenologischen Landmarken, bekannt:
Bei einer Registrierung mittels anatomischer Landmarken wer- den mindestens drei Landmarken in den präoperativ vom Patienten aufgenommenen Bilddatensätzen identifiziert und den entsprechenden anatomischen Punkten am Körper während der medizinischen Maßnahme zugeordnet. Hierzu werden die entsprechen- den Punkte bzw. Landmarken am Körper des Patienten z.B. mittels eines vom Navigationssystem erfassbaren Zeigers, also eines navigierten Pointers, angefahren.
Bei der Verwendung von Röntgenmarkern müssen diese zunächst definiert mit dem elektromagnetischen Navigationssystem verbunden sein, d.h. deren Ortsposition im N-Koordinatensystem des Navigationssystem bekannt sein. Von diesen Röntgenmarkern werden dann während der medizinischen Maßnahme wenigstens zwei 2D-Proj ektionsaufnahmen bei bekannter Aufnahmegeometrie des Bildgebungssystems angefertigt, in welchen die Röntgen- marker sichtbar sein müssen. Aufgrund der 2D-Bilddaten und der bekannten Position wird die Registrierung durchgeführt. In einer alternativen Variante werden 3D-Bilddaten vom Pati- enten erzeugt. Hierbei müssen sich die Röntgenmarker im rekonstruierten Volumen des 3-D-Bildatensatzes befinden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Medizinsystem und ein verbessertes Verfahren zur ortsrichti- gen Zuordnung eines Bilddatensatzes zu einem elektromagnetischen Navigationssystem anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, bei welchem ein Bilddatensatz, der während einer medizinischen Maßnahme von einem Patienten erstellt wird, ortsrichtig einem N-Koordinatensystem eines elektromagnetischen Navigationssystems zugeordnet wird. Das Bildgebungssys- tem weist hierbei ein B-Koordinatensystem auf, welches die Ortskoordinaten des Bilddatensatzes beschreibt. Erfindungsge- maß wird vor der eigentlichen medizinischen Maßnahme, also z.B. vor deren Beginn, am Bildgebungssystem mindestens eine Sensorspule des Navigationssystems in bekannter Relativposition zu dessen B-Koordinatensystem angebracht. Die Sensorspule besitzt dann im B-Koordinatensystem, welches auch für die spätere Bilderzeugung durch das Bildgebungssystem dient, bekannte Ortskoordinaten. In der Regel ist dieses B-Koordinatensystem, z.B. im Falle eines mobilen Röntgen-C-Bogen- Gerätes, fix zu dessen Grundgerüst gewählt, weshalb dann die Sensorspule beispielsweise am eigentlichen C-Bogen oder dem Grundträger ortsfest angebracht wird. Hierdurch ist die relative Ortsposition zwischen Sensorspule und B-Koordinatensystem wie gefordert, bekannt, auch wenn hierbei bewegliche Maschinenteile involviert sind. Dies ist z.B. der Fall, wenn mehrere Sensorspulen auf einen Grundkörper und ein relativ zu diesem bewegliches Teil des Bildgebungssystems verteilt sind.
Vor der medizinischen Maßnahme wird weiterhin in einer Kalib- rierprozedur eine Transformationsmatrix zwischen Sensorspule und dem Bilddatensatz, also dem B-Koordinatensystem, ermittelt. Mit anderen Worten wird hierdurch eine Transformationsmatrix zwischen Navigationssystem und Bilddatensatz ermittelt. Hierdurch wird eine ortsrichtige Zuordnung zwischen je- dem vom Bildgebungssystem erstellbaren Bilddatensatz und der Sensorspule und damit dem aktuellen B-Koordinatensystem sichergestellt. Erfindungsgemäß erfolgt hierbei eine Berücksichtigung sämtlicher relevanter metallischer Körper im Bereich des Navigationssystems. Insbesondere weist z.B. das Bildgebungssystem in der Regel metallische Teile auf, welche die Ortungsgenauigkeit des Navigationssystems bezüglich der Sensorspule stören. Für die gegebene Konfiguration eines Medizinsystems ergibt sich so eine ortsrichtige Zuordnungsmöglichkeit zwischen Sensorspule, also dem B-Koordinatensystem und dem Navigationssystem bzw. dessen N-Koordinatensystem unter Berücksichtigung metallischer Störkörper.
In der Regel werden am Bildgebungssystem mehrere Sensorspulen angebracht, z.B. am C-Bogen, Röntgenkopf und -Detektor und am Grundgerüst, um z.B. eine Messung von jeweils 5 bis 6 Freiheitsgraden des Bildgebungssystems mit Hilfe des Navigationssystems redundant erfassen zu können.
Erfindungsgemäß wird dann während der medizinischen Maßnahme, d.h. während der Patient bezüglich des N-Koordinatensystems z.B. auf einer Patientenliege im Behandlungsraum ortsfest fixiert ruht, mit dem Bildgebungssystem der zuzuordnende intraoperative Bilddatensatz des Patienten erstellt, die aktuelle Position der Sensorspule im N- Koordinatensystem ermittelt, und anhand der vorab ermittelten Transformationsmatrix der Bilddatensatz dem N- Koordinatensystems ortsrichtig zugeordnet .
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein markerloses Registrierungsverfahren zur ortsrichtigen Zuordnung des Bilddatensatzes im Navigationssystem dar. Der entscheidende Schritt ist hierbei die Integration einer Sensorspule in das Bildgebungssystem anstelle diese am Patienten zu positionieren, verbunden mit einer geeigneten Kalibrier- und Zuordnungsprozedur. Die für eine durchzuführende medizinische Maßnahme vorzunehmende Registrierungsprozedur wird hierdurch signifikant vereinfacht und damit schneller und sicherere gestaltet. Eine Integration navigationsgestützter Vorgehensweise in Verbindung mit einem elektromagnetischen Navigationssystem lässt sich hierdurch einfacher in den chirurgischen Workflow integrieren. Die Akzeptanz der gesamten Methode wird hierdurch verbessert.
Bei der Anfertigung des Bilddatensatzes während der Maßnahme am Patienten muss nicht, wie in vorherigen bekannten Methoden, die Position etwaiger Marker beachtet werden. So kann sofort ein für die medizinische Maßnahme optimal platzierter und relevanter Bilddatensatz des Patienten erstellt werden kann. Die medizinische Maßnahme wird so beschleunigt und die Dosisbelastung des Patienten gesenkt.
Die genannte Kalibrierprozedur muss in der Regel für ein ge- gebenes Bildgebungssystem bzw. Medizinsystem nur ein einziges mal, z.B. nach dessen Fertigstellung bzw. Anbringung der Sensorspule erfolgen. In der Regel wird eine derartige Kalibrierung jedoch einmal pro Jahr durchgeführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt während der medizinischen Maßnahme die Erstellung des Bilddatensatzes und die Positionsermittlung der Sensorspule im N- Koordinatensystem gleichzeitig. Da die Positionsermittlung somit wahrend der Bilderfassung erfolgt, wird hierdurch das gesamte Verfahren beschleunigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird wahrend der Maßnahme und nach Erstellung des Bilddatensatzes vom Patienten das Bildgebungssystem vom Patienten entfernt. Der Bilddatensatz kann nach dessen Aufnahme und der Erfassung der Position der Sensorspule im N- Koordinatensystem des Navigationssystems ortsrichtig registriert werden. Die navigationsgestutzte Durchfuhrung der Maßnahme benotigt dann das Bildgebungssystem und die Sensorspule nicht weiter. Der Zugang zum Patienten wird dadurch erleichtert bzw. verbessert .
Die am Bildgebungssystem befestigte Sensorspule benotigt bei Betrieb des Navigationssystems einen Ruckkanal zum Navigationssystem. In einer alternativen Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Sensorspule eine kabellos auslesbare Sensorspule. Der Ruckkanal ist dann drahtlos ausgeführt, wobei die beispielsweise vom Bildgebungssystem mit hierfür notwendiger Energie versorgt wird. In einer alternativen Ausfuhrungsform kann jedoch auch am Bildgebungssystem ein Steckkontakt vorhanden sein, mit welchem die Sensorspule verbunden ist. Der Steckkontakt ist außerdem mit dem Navigationssystem verbind- bar. Über den Steckkontakt wird die Sensorspule also schließlich mit dem Navigationssystem verbunden. Die Verbindung zwischen Sensorspule und Navigationssystem kann so über den Steckkontakt einfach hergestellt und gelost werden. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn eine Vielzahl von Sen- sorspulen fest am Bildgebungssystem dauerhaft angebracht sind und dieses gleich nach der Bildgebung entfernt werden soll.
Gemäß der Erfindung werden störende Metallteile erfasst und im Navigationssystem berücksichtigt, um wieder eine hohe Ortsgenauigkeit des Navigationssystems herzustellen. Die Berücksichtigung metallischer Korper im Bereich des Navigationssystems kann auf verschiedene Arten erfolgen: Möglich ist z.B. eine Referenzmessung bei Vorhandensein der störenden Me- talle, um diese messtechnisch bei installiertem Navigationssystem und Sensorspulen mit zu erfassen und diese in einer entsprechend korrigierten ersten Transformationsmatrix abzuspeichern. Denkbar ist auch eine theoretische Berücksichti- gung der entsprechenden Metallkörper, z.B. durch Simulation des Navigationssystems auf FEM-Basis.
Um den Einfluss ferromagnetischer Teile des Bildgebungssystem auf die Sensorspule bzw. deren Ortungsgenauigkeit jedoch im Voraus zu reduzieren, ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Sensorspule an einem Schwenkarm angebracht, wobei der Schwenkarm am Bildgebungssystem angebracht ist und eine vorgebbare Schwenkposition aufweist. Die Sensorspule wird dann an dem in der Regel nichtmetallischen Schwenkarm vor der Ortung der Sensorspule in die vorgebbare Schwenkposition gebracht. Diese ist in der Regel so gewählt, dass die Sensorspule einen ausreichenden Abstand von den metallischen Teilen des Bildgebungssystems aufweist. In dieser Schwenkposition ist dann die Ortsposition der Sensorspule zum Bildgebungssystem und damit zu dessen B- Koordinatensystem wieder bekannt bzw. vorgebbar. Durch das Wegschwenken der Sensorspule vom Bildgebungssystem wird der die Ortungsgenauigkeit störende Einfluss dessen Eisenmasse reduziert. Auch hier ist eine Kombination mit einem Registrierverfahren mög- lieh, das auch im weggeschwenkten Zustand die immer noch, wenn auch wenig wirksame Eisenmasse in der o.g. Kalibrierprozedur berücksichtigt.
Bei der Kalibrierprozedur wird die Ortsbeziehung und Lagebe- ziehung zwischen dem vom Bildgebungssystem erstellten Bilddatensatz und der Sensorspule ermittelt. Wird die mindestens eine bisher erwähnte Sensorspule am Bildgebungssystem als eine erste Sensorspule bezeichnet, dann wird in einer vorteilhaften Ausführungsform bei der Kalibrierprozedur an einem Ka- librierkörper eine zweite Sensorspule des Navigationssystems angebracht. Daraufhin wird ein Bilddatensatz des Kalibrierkörpers erzeugt und die aktuelle Position von erster und zweiter Sensorspule im N- Koordinatensystem erfasst. Die Ort- serfassung des Kalibrierkörpers im Raum bzw. im N- Koordinatensystem erfolgt dann über die zweite Sensorspule, die Erfassung des B- Koordinatensystems über die erste Sensorspule. Nach Anfertigung des Kalibrier-Bilddatensatzes kann dann die zweite Transformationsmatrix erstellt werden.
Hinsichtlich des Medizinsystems wird die Aufgabe gelöst, durch eine solches, umfassend ein Bildgebungssystem, welches ein B- Koordinatensystem aufweist und zur Erstellung eines Bilddatensatzes eines Patienten während einer medizinischen Maßnahme dient. Das Medizinsystem umfasst weiterhin ein elektromagnetisches Navigationssystem, welches ein N- Koordinatensystem aufweist und mindestens eine, am Bildgebungssystem angebrachte Sensorspule. Die Sensorspule ist hierbei in bekannter Relativposition zum B- Koordinatensystem am Bildgebungssystem angebracht.
Das erfindungsgemäße Medizinsystem wurde bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammen mit seinen Vorteilen erläutert.
Vorteilhafte Ausgestaltung des Medizinsystems zusammen mit sich hieraus ergebenden Vorteilen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Medizinsystem vor Durchführung einer medizinischen Maßnahme,
Fig. 2 das Medizinsystem aus Fig. 1 während der Durchführung einer medizinischen Maßnahme.
Fig. 1 zeigt ein Medizinsystem 2, umfassend ein Röntgengerät 4 als Bildgebungssystem und ein elektromagnetisches Navigationssystem 6. Das Röntgengerät 4 umfasst einen in einem Behandlungsraum 8 verfahrbaren Grundträger 10 und einen an diesem befestigten C-Bogen 12 mit Rontgenquelle 14a und - Detektor 14b.
Das Navigationssystem 6 umfasst einen Feldgenerator 16, wel- eher raumfest bezuglich des Behandlungsraumes 8 in nicht dargestellter Weise gehalten ist, und mehrere Sensorspulen 18a als erste Sensorspulen.
Einige der Sensorspulen 18a sind am C-Bogen 12 befestigt, da ortsfest am C-Bogen 12 als Bildgebungskoordinatensystem ein sogenanntes B-Koordinatensystems 20 fixiert ist. Im B- Koordinatensystem 20 ruhen damit die eben angesprochenen Sensorspulen 18a.
Samtliche Sensorspulen 18a sind über Verbindungsleitungen 22 mit einem am Grundtrager 10 montierten Steckkontakt 24 verbunden. Über den Steckkontakt 24 und eine Steckleitung 26 wiederum sind die Sensorspulen 18a mit dem Feldgenerator 16 verbindbar. In einer nicht dargestellten Variante der Erfin- düng ist hier eine kabellose Verbindung vorgesehen.
In der in Fig. 1 gezeigten praoperativen Situation ist in das Röntgengerät 4 ein 3-D-Kalibrierkorper 28 eingebracht, an welchem ebenfalls als zweite Sensorspule eine Sensorspule 18b befestigt ist. Der Kalibrierkorper ist auf einer Patientenliege 38 gelagert. In der gezeigten Situation wird vom Röntgengerät 4 ein Bilddatensatz in Form eines rekonstruierten 3- D-Volumens 30 aufgenommen, welches den 3-D-Kalibrierkorper 28 beinhaltet. Es beinhaltet damit außerdem die Sensorspule 18b. Gleichzeitig werden vom Feldgenerator 16 bzw. einer nicht dargestellten darin enthaltenen Navigationsrecheneinheit die Ortsposition Pi-io der Sensorspulen 18a, b im zum Feldgenerator 16 bzw. Behandlungsraum 8 ortsfesten N- Koordinatensystem 32 ermittelt. Aus der Kenntnis der Ortsposition Pi_io und der Lage der Sensorspule 18b im 3D-Volumen 30 kann eine
Transformationsmatrix TBC zwischen dem 3D-Volumen 30 und dem C-Bogen 12 bzw. den Sensorspulen 18a in bekannter, hier nicht naher erläuterter Weise ermittelt werden. Die Transformati- onsmatrix TBC stellt hierbei ein Produkt TBC=TBN*TNC aus der Transformationsmatrix TNC zwischen dem C-Bogen 12 und dem Feldgenerator 16 und der Transformationsmatrix TBN zwischen dem Feldgenerator 16 und dem 3D-Volumen 30 dar. Durch die Transformationsmatrizen sind mit anderen Worten die geometrischen Verhältnisse zwischen B- 20 und N-Koordinatensystem 32 ausgedrückt .
Fig. 1 zeigt neben fest, also direkt am C-Bogen 12 angeordne- ten Sensorspulen 18a auch alternativ eine derartige, welche an einem schwenkbaren Arm 34 befestigt ist, der wiederum am C-Bogen 12 angebracht ist. Diese Sensorspule 18a mit der Position P5 liegt damit wegen der nichtmetallischen Ausführung des Arms 34 entfernt vom metallischen Körper des Röntgengerä- tes 4. Die Position P5 kann daher ohne weiteren Aufwand exakt vom Feldgenerator 16 bestimmt werden. Zur Bestimmung der Positionen P2-4 und Pδ-io, deren zugehörige Sensorspulen 18a jeweils direkt auf einem metallischen Teil des C-Bogens 12 ruhen, ist in Fig. 1 eine weitere Kalibrierprozedur notwendig, um zunächst die exakten Transformationsmatrizen TNC und TBN zu ermitteln, welche zunächst durch den Einfluss der metallischen Teile des C-Bogens 12 in Reichweite des Fehlgenerators 16 beeinflusst sind. Auch die Patientenliege 38 beein- flusst die Sensorspulen 18a.
Fig. 2 zeigt das Röntgengerät 4 im medizinischen Einsatz, nämlich bei der Durchleuchtung eines Patienten 36. Das Röntgengerät 4 wurde hierzu im Behandlungsraum 8, also bezüglich des N-Koordinatensystems 32 verschoben, weshalb es zu diesem bzw. zum weiterhin ortsfesten Feldgenerator 16 nun eine neue Position einnimmt. In Fig.2 wird vom Patienten 36 ein 3D- Volumen 30 aufgenommen und gleichzeitig die neue Position P12-20 der mit dem Gerät verschobenen Sensorsspulen 18a im N-Koordinatensystem 32 ermittelt. Anhand der Transformations- matrix TNC zwischen Röntgengerät 4 und Feldgenerator 16 kann nun bei gleichbleibender Transformationsmatrix TBC zwischen 3D-Volumen 30 und Röntgengerät 4 das 3D-Volumen 30 auch korrekt im Koordinatensystem 32 eingeordnet werden, weshalb sich ein nicht dargestelltes, ebenfalls am N-Koordinatensystem 32 orientiertes medizinisches Instrument für einen Eingriff am Patienten 36 zielgenau anhand des 3D-Volumens 30 zur gewünschten Stelle im Patienten 36 führen lässt. Das genannte Verfahren lässt sich in einer nicht dargestellten Variante auch für 2D-Bildgebung durchführen.
Der Arm 34 ist in Fig. 2 aus der in Fig.l gezeigten Position - nach der intraoperativen Bestimmung der Position des C- Bogens 12 - abgeklappt und nicht mehr sichtbar, um den Innenraum des C-Bogens 12 komplett für den Patienten 36 frei zu machen .
Bezugs zeichenliste
2 Medizinsystem
4 Röntgengerät 6 Navigationssystem
8 Behandlungsraum
10 Grundträger
12 C-Bogen
14a Röntgenquelle 14b Röntgendetektor
16 Feldgenerator
18a, b Sensorspule
20 B-Koordinatensystem
22 Verbindungsleitung 24 Steckkontakt
26 Steckkleitung
28 3D-Kalibrierkörper
30 3D-Volumen
32 N-Koordinatensystem 34 Arm
36 Patient
38 Patientenliege
Pi-ii Ortsposition TBC,NC,BN Transformationsmatrix

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur ortsrichtigen Zuordnung eines mit einem Bildgebungssystem (4) in dessen B-Koordinatensystem (20) wäh- rend einer medizinische Maßnahme erstellten Bilddatensatzes (30) eines Patienten (36) zu einem N-Koordinatensystem (32) eines elektromagnetischen Navigationssystems (6), bei dem vor der medizinischen Maßnahme:
- am Bildgebungssystem (4) mindestens eine Sensorspule (18b) des Navigationssystems (4) in bekannter Relativposition zu dessen B-Koordinatensystem (20) angebracht wird,
- in einer Kalibrierprozedur unter Berücksichtigung metallischer Körper (10,20,38) im Bereich des Navigationssystems (6) eine Transformationsmatrix (TBc) zwischen Bilddatensatz (30) und Sensorspule (18a) ermittelt wird, und während der medizinischen Maßnahme bei bezüglich des N- Koordinatensystems (32) ruhendem Patienten (36) :
- mit dem Bildgebungssystem (4) der Bilddatensatz (30) des Patienten (36) erstellt wird, - die aktuelle Position (P12-20) der Sensorspule (18a) im N- Koordinatensystem (32) ermittelt wird,
- der Bilddatensatz (30) anhand der Transformationsmatrix (TBC) dem N-Koordinatensystem (32) ortsrichtig zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während der Maßnahme die Erstellung des Bilddatensatzes (30) und die Ermittlung der Position (P12-20) der Sensorspule (18a) gleichzeitig er¬ folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem während der Maßnahme nach Erstellung des Bilddatensatzes (30) das Bildgebungssystem (4) vom Patienten (36) entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sensorspule (18a) mit dem Navigationssystem (6) über einen Steckkontakt (24) am Bildgebungssystem (4) verbunden wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor der Maßnahme die Sensorspule (18a) an einem Schwenkarm (34) und mit diesem am Bildgebungssystem (4) angebracht und der Schwenkarm (34) in eine vorgebbare Schwenkposition (P5) gebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die am Bildgebungssystem (4) angebrachte Sensorspule (18a) eine erste Sensorspule ist, bei dem bei der Kalibrierprozedur an einem Kalibrierkörper (28) eine zweite Sensorspule (18b) des Navigationssystems (6) angebracht, ein Bilddatensatz (30) des Kalibrierkörpers (28) erzeugt und die aktuelle Position (Pi-io) der ersten (18a) und zweiten Sensorspule (18b) im N-Koordinatensystem (32) erfasst wird.
7. Medizinsystem (2), mit einem ein B-Koordinatensystem (20) aufweisenden Bildgebungssystem (4) zur Erstellung eines Bilddatensatzes (30) eines Patienten (36) während einer medizini- sehe Maßnahme und einem ein N-Koordinatensystem (32) aufweisenden elektromagnetischen Navigationssystem (6), bei dem am Bildgebungssystem (4) mindestens eine Sensorspule (18a) des Navigationssystems (6) in bekannter Relativposition zu dessen B-Koordinatensystem (20) angebracht ist.
8. Medizinsystem (2) nach Anspruch 7, bei dem das Bildgebungssystem (4) einen mit der Sensorspule (18a) verbundenen, und mit dem Navigationssystem (6) verbindbaren Steckkontakt (24) aufweist.
9. Medizinsystem (2) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Sensorspule (18a) eine kabellos auslesbare Sensorspule ist.
10. Medizinsystem (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Sensorspule (18a) an einem Schwenkarm (34) angebracht ist, wobei der Schwenkarm (34) am Bildgebungssystem (4) angebracht ist und eine vorgebbare Schwenkposition (P5) aufweist.
11. Medizinsystem (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Sensorspule (18a) eine erste Sensorspule ist, mit einem Kalibrierkörper (28) für das Bildgebungssystem (4), und einer in bekannter Relativposition zum Kalibrierkörper (28) an diesem angebrachten zweiten Sensorspule (18b) .
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