WO2011076163A1 - Vorrichtung zur gewinnung von bilddaten von knöchernen strukturen, insbesondere zur diagnose von knochenfrakturen - Google Patents

Vorrichtung zur gewinnung von bilddaten von knöchernen strukturen, insbesondere zur diagnose von knochenfrakturen Download PDF

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WO2011076163A1
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ultrasound
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extremity
image data
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PCT/DE2010/001397
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Aleh Kryvanos
Markus Schwarz
Udo Obertacke
Dieter Schleich
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Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
Ultraosteon Gmbh
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Publication date
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    • G01S15/8995—Combining images from different aspect angles, e.g. spatial compounding

Definitions

  • the present invention relates to a device for obtaining ultrasound-based image data of bony structures, in particular for the 3D reconstruction of bone surfaces.
  • the diagnosis of a bone fracture is generally secured by imaging techniques, with the X-ray diagnostics in addition to the computed tomography and the nuclear spin method plays the essential role. This is due to the long history, the availability and the extensive experience with the X-ray method.
  • the disadvantage of the X-ray method is that ionizing radiation is used, which subjects the use in children and adolescents in particular restrictions.
  • the use of ionizing radiation is restricted by law, whereby the operation of X-ray equipment involves a great deal of technical and administrative effort.
  • a magnetic resonance examination does not involve the use of ionizing radiation, but is very laborious and is poorly tolerated by many patients, in particular due to the volume and the tightness of the examination tube.
  • the method offers a reduced image resolution and a poorer bone imaging compared to computed tomography.
  • the object of the present invention is therefore to provide a device for obtaining image data from bony structures, which allows the use of an ultrasound device for the acquisition of image data, at the same time enabling the quality of the retrievable image data to provide a reliable three-dimensional reconstruction of the bone surface.
  • the device according to the invention for obtaining ultrasound-based image data of bony structures, in particular for the 3D reconstruction of bone surfaces, a liquid container into which the limb to be examined is submerged, and has at least one arranged in the liquid container and Ultrasonic head aligned on the limb, wherein the liquid container together with the ultrasonic head is pivotable about the immersed limb.
  • an ultrasound examination of the body part is made possible if the body part to be examined is immersed in a liquid which does not cause significant attenuation of ultrasonic waves.
  • the ultrasound head is thereby removed from the body part, which in particular on an injured limb no pressure pain can be exercised.
  • the liquid container can be filled in a particularly suitable manner with water, gel or another liquid having the aforementioned properties.
  • the position and the position of the ultrasound head with respect to the extremity to be examined are always exactly known or determinable.
  • the highest possible accuracy of the position determination (tracking) of the ultrasound head is thus achieved.
  • the bone surface recognition is enabled with sequences of B-mode ultrasound images.
  • different scans with one or more ultrasound heads can be picked up from the limb immersed in the fluid at specific time and / or spatially coordinated steps.
  • the exact position data of the transducer are known according to the invention for each individual scan.
  • the diagnosis of a bone fracture is z. B. at distal areas of the extremities valid and reproducible. However, you can also scan proximal areas with good results. Ionizing radiation is no longer needed.
  • the anatomical three-dimensional measurement of the axes of extremities is possible. These can also be detected and measured in the extremities without previous fracture. Since a fracture can also be accompanied by axial misalignments, a fracture of a limb may also be indirectly detected and measured.
  • a commercial ultrasonic head can be used, whereby the device is inexpensive to provide.
  • the device according to the invention can be designed to be very compact and therefore used everywhere (including mobile).
  • the device according to the invention can also be used in pregnant women, so that a further device diagnostics is possible here, if the suspicion the presence of a fracture exists.
  • the device can be used as often as human, because it eliminates the use of ionizing radiation. Therefore, it can also be used, for example, for repeated therapy control of reduction maneuvers in dislocated fractures.
  • a device for obtaining image data of bony structures which allows the use of an ultrasound device for the acquisition of image data, while at the same time the quality of the image data obtainable with the device enables a reliable three-dimensional reconstruction of the bone surface.
  • the axis of rotation of the liquid container coincides with the central axis of the extremity.
  • the distance of the arranged in the liquid container ultrasonic head of the limb to be examined during the pivoting movement remains substantially constant.
  • the liquid container may be pivotable around the extremity up to a complete circular path.
  • image data of the entire bone surface can be obtained.
  • the ultrasound head can be moved to any conceivable position and can assume any desired angle of acceptance with respect to the extremity, so that optimum image data can be obtained.
  • the ultrasound head can be positioned and / or adjusted within the liquid container. In this case, in particular, the height of the ultrasound head and / or the distance of the ultrasound head and / or its rotationVWinkellage be adjustable to the extremity to be examined.
  • the ultrasound head can be moved closer to or removable from the body part, so that the acquisition of optimal image data is also possible in this regard.
  • a plurality of ultrasound heads can be provided within the liquid container.
  • the simultaneous use of multiple ultrasound heads is particularly preferred.
  • image data of the bone structure can be obtained simultaneously from several positions or recording angles.
  • an ultrasonic head can be positioned in the longitudinal direction and an ultrasonic head in the transverse direction.
  • the use of multiple ultrasonic heads improves speed, accuracy, robustness and portability.
  • the ultrasound head can be positioned and adjusted with respect to the extremity together with the superposed pivotability of the fluid container with a total of six degrees of freedom.
  • the ultrasonic head or more ultrasonic heads any applicability of the ultrasound head achieved, both in terms of the position and the RotationsVWinkellage the ultrasound head.
  • This comprehensive positioning capability takes into account the fact that only the translational positioning of the ultrasound head in the region of the body segment of interest is often insufficient to obtain image data of suitable quality, but that this regularly the angular position of the ultrasound head with respect to the extremity must be varied.
  • the device can be designed such that the ultrasonic head can be manually positioned and / or adjusted within the liquid container. It is possible that the ultrasound head may follow the bone surface normal.
  • means for automatic positioning and / or adjustment are provided.
  • This may in particular be an electric, servo or servo motor, a correspondingly driven cable or such a linkage.
  • a plurality of independent actuators may be provided for this purpose. These can be controlled by a control unit and their current position can be queried.
  • the ultrasound head is arranged inside the liquid container on an adjusting yoke, possibly where the adjusting yoke has mounting positions for further ultrasound heads.
  • the adjustment bar can surround the limb to be examined substantially in the form of a circular arc.
  • the length of the bracket may, for example, have approximately 1/4 of the circumference.
  • all already described positioning and adjustment possibilities for the ultrasound head can be realized on an adjustment bar.
  • the device may have a linear sound head, in particular a linear sound head operating in the range of 5-9 MHz. Such a linear sound head can detect an echo intensity as image data which can be converted into a brightness of an image signal in B-mode.
  • one or more sector-array or phased-array ultrasound heads or other ultrasound heads may be provided.
  • the device additionally has a control unit for the positioning and / or adjustment of the ultrasound head and / or for the pivoting of the liquid container.
  • a control unit in a suitable and already described manner on operator inputs or fully automatically make a positioning and adjustment of an ultrasound head or more ultrasonic heads.
  • This makes it possible to position or adjust the ultrasonic head or the ultrasonic heads with up to six degrees of freedom (or, depending on the definition, with more than six degrees of freedom) without manual intervention in the liquid container or even perform them fully automatically.
  • the control unit can perform an alignment of the ultrasound head based on the quality of the image data currently obtained, possibly in conjunction with an image processing unit described below.
  • control unit can autonomously determine the currently optimal position of the ultrasound head and to transfer this into the appropriate position. If multiple ultrasound heads are provided, a control unit can automatically select that transducer that currently provides the best image data so that this data can be used to reconstruct the bone surface.
  • the coordinate system can be defined in the tracking navigation system.
  • a connection to various other measuring systems is also produced.
  • an adaptive expert system can be implemented, which can map newly acquired knowledge to a knowledge base.
  • the device can thus be designed to be able to learn.
  • the device additionally has an image processing unit.
  • the image data may be preprocessed (image restoration) so that the edges of regions are highlighted, for example, by using edge enhancement in combination with connectivity analysis.
  • a suitable model adaptation can be made.
  • a data suppression and a transparency representation of fixed objects can be implemented by means of interaction modality.
  • segmentation and classification may be feasible to suppress artifacts.
  • Such segmentation and classification methods can use statistical information about the geometry of the edges to be reconstructed, their local contextual components, and the physics of ultrasound imaging.
  • the recorded images can be so workable that a complete image of the bone surface can be generated and analyzed. Furthermore, within the image processing unit, 3D fragments can be reconstructed in 3D surfaces. For this purpose, records must be interpolatable (reconstructable) to restore lost information. The 3D data can then be modified with certain algorithms (surfaces are generated) and displayed for further analysis.
  • image analysis for automatic fracture detection may also be implemented.
  • a calibration of the device by means of suitable calibration, essentially z. B. cylindrical calibration, be given.
  • the analysis be supportable by the operator (physician) and / or by the system (eg, matching with other modalities, comparison of geometric measurements, etc.).
  • the assessment of an axle deviation can thus be made possible automatically and / or interactively.
  • matching methods may be used in the image processing unit to allow comparison with the far site or with other data sets from other modalities.
  • control unit and an aforementioned image processing unit can also be implemented within a common functional environment without departing from the inventive idea.
  • an embodiment which has an output unit for image signals, and possibly a display unit for displaying image signals.
  • An output unit for image signals can be set up in such a way that processed image data can be forwarded to a display unit in an optically displayable format in a suitable manner, in particular in an image processing unit.
  • An optional display unit can have a screen, in particular a flat screen, in order to be able to visually represent the reconstruction of the bone structure.
  • a terminal for the head of the ultrasonic head, a control unit, an image processing unit, an image signal output unit, and a display unit for displaying image signals may be integrated in a single compact case.
  • the single figure shows in a perspective, partially cut and schematic front view of a preferred embodiment of the device according to the invention for obtaining ultrasound-based image data of bony structures, in particular for the 3D reconstruction of bone surfaces.
  • the device according to the invention consists of a liquid container 1 for receiving the extremity 2 to be examined.
  • the liquid container 1 is, for example, filled with water in order to prevent a strong attenuation of ultrasonic waves.
  • the device comprises at least one ultrasound head 3 arranged in the fluid container 1 and aligned with the extremity 2.
  • the liquid container 1 together with the ultrasound head 3 can be pivoted about the immersed limb 2.
  • the axis of rotation 4 of the liquid container 1 coincides with the central axis of the extremity 2.
  • the pivotability of the liquid container 1 is illustrated by the circular arc double arrow below the liquid container 1. In this case, a pivoting can be realized in a complete circular path around the extremity 2 around.
  • the turntable 5 can be designed as an electrically controllable actuator. Furthermore, an automated queryability of the instantaneous angular position of the turntable 5 can be implemented.
  • the ultrasonic head 3 is arranged on an adjusting bracket 6.
  • the adjusting yoke 6 essentially assumes the form of a circular arc, which in this example describes approximately 1/4 of the circumference of a circle.
  • the adjusting yoke 6 has a plurality of mounting positions 7 for changing the arrangement of the ultrasound head 3, but in particular for mounting further ultrasound heads 3.
  • the ultrasound head 3 can be positioned and adjusted within the liquid container 1. For height adjustment while a linear guide 8 is realized, on which the adjusting bracket 6 is arranged. In addition, a distance adjustment 9 of the ultrasound head 3 in relation to the extremity 2 to be examined is set up on the adjusting bar 6.
  • the ultrasound head 3 can also be provided with up to three rotational degrees of freedom in order to be able to assume any conceivable angular or rotational position relative to the extremity 2 to be examined.
  • the ultrasound head 3 can be positioned and adjusted with respect to the extremity 2 together with the superposable pivotability of the liquid container 1 with a total of six degrees of freedom (three translational and three rotational degrees of freedom).
  • means for automatically positioning and / or adjusting the ultrasound head 3 are preferably provided. Such means (eg., Electric servomotors, actuators) are not shown here. Alternatively, the positioning / adjustment of the ultrasonic head 3 can be performed manually.
  • the ultrasound head 3 may comprise a linear, a sector-array or a phased-array transducer or other suitable ultrasound heads.
  • the ultrasound head 3 is connected to a control unit 10, which on the one hand ensures the function of the ultrasound head 3.
  • the control unit 10 can take over the positioning and / or adjustment of the ultrasonic head 3 and / or the pivoting of the liquid container 1 or the interrogation of the instantaneous angular position data.
  • the control unit 10 in the present embodiment in particular on the turntable 5, the linear guide 8, the distance adjustment 9 and any other means for positioning / adjustment of the transducer 3 access. These data control connections are not shown here.
  • an image processing unit 11 is provided to prepare the acquired image data into an image signal with a three-dimensional reconstruction of the bone surface.
  • various software architectures relating to image restoration, model matching, segmentation and classification, image analysis, etc. may be implemented, for which reference should be made to the above detailed embodiments.
  • the device may have an output unit for image signals and / or a display unit for displaying image signals, which are not shown here.

Abstract

Eine Vorrichtung zur Gewinnung von ultraschallbasierten Bilddaten von knöchernen Strukturen, insbesondere zur 3D-Rekonstruktion von Knochenoberflächen, weist einen Flüssigkeitsbehälter (1) auf, in den die zu untersuchende Extremität (2) eintauchbar ist. In dem Flüssigkeitsbehälter (1) ist ein Ultraschallkopf (3) angeordnet und auf die Extremität (2) ausgerichtet, wobei der Flüssigkeitsbehälter (1) mitsamt dem Ultraschallkopf (3) um die eingetauchte Extremität (2) verschwenkbar ist. Damit ist eine Vorrichtung geschaffen worden, welche den Einsatz eines Ultraschallgeräts und gleichzeitig die Gewinnung von Bilddaten zur zuverlässigen dreidimensionalen Rekonstruktion der Knochenoberfläche erlaubt. Damit kann auch zur Diagnose von Knochenfrakturen in den meisten Fällen auf den Einsatz von Röntgengeräten verzichtet werden.

Description

VORRICHTUNG ZUR GEWINNUNG VON BILDDATEN VON KNÖCHERNEN STRUKTUREN, INSBESONDERE ZUR DIAGNOSE
VON KNOCHENFRAKTUREN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von ultraschallbasierten Bilddaten von knöchernen Strukturen, insbesondere zur 3D-Rekonstruktion von Knochenoberflächen.
Vorrichtungen zur Akquisition von Bilddaten zur Darstellung knöcherner Strukturen und dementsprechende Verfahren sind seit langem aus der Praxis bekannt.
So wird die Diagnose einer Knochenfraktur im Allgemeinen durch bildgebende Verfahren gesichert, wobei die Röntgendiagnostik neben dem Computertomograph und dem Kernspin-Verfahren die wesentliche Rolle spielt. Dies ist begründet in der langen Historie, der Verfügbarkeit und der weitreichenden Erfahrung mit dem Röntgenverfahren.
Der Nachteil des Röntgenverfahrens besteht darin, dass ionisierende Strahlen zur Anwendung kommen, welche den Einsatz insbesondere bei Kindern und Jugendlichen Restriktionen unterwirft. Der Gebrauch von ionisierenden Strahlen ist vom Gesetzgeber eingeschränkt, wodurch das Betreiben von Röntgengeräten einen großen technischen und verwaltungstechnischen Aufwand mit sich bringt.
Andererseits besteht auch von Seiten der Patienten eine ernst zu nehmende Abneigung gegen den Gebrauch von ionisierenden Strahlen. Besteht der Verdacht auf eine Knochenfraktur, steht der behandelnde Arzt stets vor der Frage, ob eine Röntgendiagnostik gerechtfertig ist oder nicht. Stellt sich heraus, dass keine Knochenfraktur vorliegt, wird von Patientenseite oft geargwöhnt, dass leichtfertig die Indikation zur Anwendung von ionisierenden Strahlen gestellt wurde.
Da die Computertomographie sich ebenfalls ionisierender Strahlen bedient, gilt hier dasselbe.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Eine Kernspinuntersuchung verläuft hingegen ohne den Einsatz ionisierender Strahlen, ist jedoch sehr aufwändig und wird von vielen Patienten schlecht toleriert, insbesondere aufgrund der Lautstärke und des Engegefühls in der Untersuchungsröhre. Zusätzlich bietet die Methode im Vergleich zu der Computertomographie eine reduzierte Bildauflösung und eine schlechtere Knochendarstellung.
Es ist bereits bekannt, Ultraschallverfahren anzuwenden, um Frakturen zu diagnostizieren, nämlich insbesondere bei Kindern. Konventioneller B-Mode-Ultraschall zeigt die Oberflächen von Knochen als helle Regionen oder Kanten im Bild. Allerdings wird der Schallkopf direkt oder mit einem zwischen Haut und Schallkopf positionierten Gelkissen auf die betroffene Stelle aufgesetzt (angekoppelt), was zu einer Schmerzverstärkung beim Vorliegen einer Verletzung führen kann. Der Schallkopf wird bei diesem Vorgehen vom Untersucher geführt („Freehand Ultrasound"), dabei können nur kaum standardisierte„Schnitte" (d.h. Aufnahmen) erzeugt werden.
Um eine genaue Knochenbruchdiagnose und eine genaue Knochenachsenbestimmung realisieren zu können, ist eine 3D-Rekonstruktion der Knochenoberfläche nötig. Hierzu kann eine Bildverarbeitung mit hohem Approximationsanteil genutzt werden, was aber unsicher und auch sehr zeitaufwändig, wenn nicht sogar praktisch undurchführbar ist.
Es gibt Untersuchungen, bei denen der Schallkopf (optisch) getrackt (verfolgt) wird (Ultraschall-Tracking), so dass eine weiterführende Bildverarbeitung (s.o., Darstellung der Knochenoberfläche) möglich wäre. Um Weltkoordinaten zu erhalten, werden dabei auf dem Schallkopf optische oder magnetische Marker aufgebracht, die über ein entsprechendes optisches/magnetisches Trackingsystem mit einer Stereokamera- oder Strahlenempfänger-Konfiguration detektiert werden. Dadurch können ihre Lagekoordination errechnet werden. Eine solche Kombination von einem 2D-Ultraschall mit einem optischen/magnetischen Tracking mit sechs Freiheitsgraden (6DOF) wird 2,5D-Ultraschall genannt. Achs- bzw. Längenvermessungen von Extremitäten werden mittels Ultraschall bereits durchgeführt. Allerdings verlangt dieser Ansatz einen erfahrenen Arzt, der den Ultraschallkopf geeignet zu führen vermag. Eine auf diesem Weg versuchte Rekonstruktion der Knochenoberfläche wäre aber technisch sehr aufwändig, weil ein zusätzliches computerunterstütztes System zur Bearbeitung der unstrukturierten und spärlichen Datensätze vorgehalten werden müsste.
Ultraschalluntersuchungen, die auf der„Freihand-Ultraschall"- (Freehand Ultrasound) Methode basieren, führen zu einem benutzerspezifischen Fehler. Ohne standardisiertes und mehrfaches Scannen des betroffenen Skelettabschnitts ist eine valide Darstellung der Oberfläche des betroffenen knöchernen Abschnitts nicht möglich. Damit kann z. B. ein Frakturspalt nicht reproduzierbar dargestellt werden.
Es gibt auch weitere technische Probleme bei der Verwendung von 2,5D-Ultraschall- Verfahren. Die Verwendung eines magnetischen Trackingsystems ist stark begrenzt, weil es Artefakte bei anderen medizinischen Geräten, die in der Nähe stehen, produzieren könnte. Das optische Trackingsystem wird seit mehreren Jahren im orthopädischen Bereich zum Tracken von chirurgischen Instrumenten angewandt, allerdings braucht es einen direkten optischen Kontakt zu dem Marker auf dem Schallkopf, was während der Bildakquisition für die komplette SD-Knochenoberflächen-Rekonstruktion sehr schwierig bzw. nicht möglich ist. Diese Scanning- Methode bedeutet eine große Belastung für das medizinische Personal und ist wegen der fehlenden Automatisierung sehr zeitaufwändig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Bilddaten von knöchernen Strukturen bereitzustellen, welche den Einsatz einer Ultraschallvorrichtung zur Akquisition von Bilddaten erlaubt, wobei gleichzeitig die Qualität der gewinnbaren Bilddaten eine zuverlässige dreidimensionale Rekonstruktion der Knochenoberfläche ermöglicht.
Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von ultraschallbasierten Bilddaten von knöchernen Strukturen, insbesondere zur 3D-Rekonstruktion von Knochenoberflächen, einen Flüssigkeitsbehälter auf, in den die zu untersuchende Extremität eintauchbar ist, und weist zumindest einen im Flüssigkeitsbehälter angeordneten und auf die Extremität ausgerichteten Ultraschallkopf auf, wobei der Flüssigkeitsbehälter mitsamt dem Ultraschall köpf um die eingetauchte Extremität verschwenkbar ist.
Zunächst ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass eine Ultraschalluntersuchung des Körperteils ermöglicht wird, falls das zu untersuchende Körperteil in eine Flüssigkeit getaucht wird, welche keine wesentliche Attenuation von Ultraschallwellen bewirkt. Der Ultraschall köpf ist dadurch vom Körperteil entfernt, wodurch insbesondere auf eine verletzte Extremität kein Druckschmerz ausgeübt werden kann.
Der Flüssigkeitsbehälter lässt sich in besonders geeigneter Weise mit Wasser, Gel oder einer anderen Flüssigkeit befüllen, welche die vorgenannten Eigenschaften aufweist.
Während der Verschwenkbewegung des Flüssigkeitsbehälters und des darin angeordneten und ggf. positionierbaren/adjustierbaren Ultraschallkopfes ist die Position und die Lage des Ultraschallkopfes im Bezug auf die zu untersuchende Extremität stets genau bekannt bzw. bestimmbar.
Da die Bestimmung der Position und der Lage des Schallkopfes innerhalb des Flüssigkeitsbehälters aufgrund der Anordnung des Ultraschallkopfes im Flüssigkeitsbehälter und der damit hergestellten mechanischen Verbindung stets möglich ist, ist eine Positionsbestimmung des Ultraschallkopfes selbst dann weitgehend problemlos, falls dieser in Bezug auf den Flüssigkeitsbehälter zusätzlich mehrere translatorische sowie rotatorische Freiheitsgrade aufweist.
Erfindungsgemäß ist damit eine höchstmögliche Genauigkeit der Positionsbestimmung (Tracking) des Ultraschallkopfes erreicht.
Wie bereits erwähnt, ist die Etablierung einer exakten Relation zwischen Bilddaten, welche durch den Ultraschallkopf aufgenommen werden, und der genauen Position des Ultraschallkopfes, in der die jeweiligen Bilddaten gewonnen werden, eine Grundvoraussetzung für eine zuverlässige dreidimensionale Rekonstruktion der Knochenoberfläche mittels Ultraschalldaten. Erfindungsgemäß kann demnach auf störanfällige und unzuverlässige optische oder magnetische Trackingsysteme für die Positionsbestimmung des Schallkopfes verzichtet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Knochenoberflächenerkennung mit Sequenzen von B-Mode-Ultraschallbildern ermöglicht. Dazu lassen sich von der in Flüssigkeit eingetauchten Extremität in bestimmten zeitlichen und/oder räumlichen abgestimmten Schritten verschiedene Scans mit einem oder mehreren Ultraschallköpfen aufnehmen. Dabei sind erfindungsgemäß für jeden einzelnen Scan die genauen Positionsdaten des Schallkopfes bekannt. Die Diagnostik einer Knochenfraktur wird z. B. an distalen Bereichen der Extremitäten valide und reproduzierbar möglich. Es lassen sich jedoch auch proximale Bereiche mit guten Ergebnissen scannen. Ionisierende Strahlen werden dabei nicht mehr benötigt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch die anatomische dreidimensionale Messung der Achsen von Extremitäten möglich. Diese können auch ohne vorhergegangene Fraktur bei den Extremitäten detektiert und vermessen werden. Da eine Fraktur auch mit Achsfehlstellungen einhergehen kann, kann eine Fraktur einer Extremität evtl. auch indirekt detektiert und vermessen werden.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein handelsüblicher Ultraschallkopf zum Einsatz kommen, wodurch die Vorrichtung preisgünstig bereitstellbar ist.
Zur Akquisition von Bilddaten von Extremitäten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kompakt ausgebildet sein und daher überall (auch mobil) zum Einsatz kommen.
Der Verzicht auf den Einsatz von ionisierenden Strahlen hat neben den gesundheitlichen auch einen vorteilhaften ökonomischen Effekt, so müssen weniger Röntgenaufnahmen erstellt werden, was neben der direkten Kosteneinsparung auch einen geringeren logistischen Aufwand (Geräteaufstellung, Energieversorgung, Wartung, Personalschulung, Bildarchivierung etc.) bedeutet. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei Schwangeren eingesetzt werden, so dass auch hier eine weiterführende Gerätediagnostik möglich wird, falls der Verdacht auf das Vorliegen einer Fraktur besteht. Die Vorrichtung kann beliebig oft am Menschen angewandt werden, weil eben die Verwendung von ionisierenden Strahlen entfällt. Deshalb kann sie bspw. auch zur mehrmaligen Therapiekontrolle von Repositionsmanövern bei dislozierten Frakturen verwendet werden.
Im Ergebnis ist eine Vorrichtung zur Gewinnung von Bilddaten von knöchernen Strukturen realisiert, welche den Einsatz einer Ultraschallvorrichtung zur Akquisition von Bilddaten erlaubt, wobei gleichzeitig die Qualität der mit der Vorrichtung gewinnbaren Bilddaten eine zuverlässige dreidimensionale Rekonstruktion der Knochenoberfläche ermöglicht.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform fällt die Drehachse des Flüssigkeitsbehälters mit der Mittelachse der Extremität zusammen. Damit bleibt der Abstand des im Flüssigkeitsbehälter angeordneten Ultraschallkopfes von der zu untersuchenden Extremität während der Verschwenkbewegung im Wesentlichen konstant. Des Weiteren ist so die Gewinnung besonders aufschlussreicher Bilddaten zur Beurteilung einer etwaigen Fraktur ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann der Flüssigkeitsbehälter bis zu einer vollständigen Kreisbahn um die Extremität herum verschwenkbar sein. So können einerseits Bilddaten der gesamten Knochenoberfläche gewonnen werden. Andererseits lässt sich der Ultraschallkopf dabei in jede denkbare Position bewegen und kann jeden beliebigen Aufnahmewinkel in Bezug auf die Extremität einnehmen, so dass optimale Bilddaten gewinnbar sind.
Zur Ermöglichung einer Verschwenkbarkeit des Flüssigkeitsbehälters kann dieser auf einem Drehtisch angeordnet sein. Die Winkellage des Drehtisches lässt sich dabei sehr genau bestimmen, so dass die Verschwenklage des Flüssigkeitsbehälters stets mit größtmöglicher Genauigkeit bekannt ist. Des Weiteren kann der Drehtisch antreibbar ausgestaltet und mit einer geeigneten Steuerungseinheit verbunden sein. So kann der Drehtisch als Stellglied fungieren und den Flüssigkeitsbehälter nach Wahl des Bedieners oder automatisiert in eine genau festlegbare Verschwenklage bringen. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist der Ultraschallkopf innerhalb des Flüssigkeitsbehälters positionierbar und/oder adjustierbar. Dabei kann insbesondere die Höhe des Ultraschallkopfes und/oder der Abstand des Ultraschallkopfes und/oder dessen RotationsVWinkellage zu der zu untersuchenden Extremität verstellbar sein. Durch eine innerhalb des Flüssigkeitsbehälters realisierte Höhenverstellbarkeit, welche insbesondere mit einer Linearführung erreichbar ist, lassen sich Orte vermuteter Knochenfrakturen besonders genau anfahren und größere Bereiche des zu untersuchenden Knochens beurteilen. Des Weiteren kann der Ultraschallkopf näher an das Körperteil heranrückbar oder von diesem entfernbar sein, so dass auch diesbezüglich die Akquisition optimaler Bilddaten ermöglicht ist.
Alternativ oder zusätzlich können innerhalb des Flüssigkeitsbehälters mehrere Ultraschallköpfe vorgesehen sein. Der gleichzeitige Einsatz mehrerer Ultraschallköpfe ist besonders bevorzugt. So lassen sich gleichzeitig aus mehreren Positionen bzw. Aufnahmewinkeln Bilddaten der Knochenstruktur gewinnen. Dazu kann beispielsweise ein Ultraschall köpf in Längsrichtung und ein Ultraschallkopf in Querrichtung positioniert sein. Anhand der Qualität der von den verschiedenen Ultraschallköpfen gewonnenen Bilddaten kann manuell oder sogar automatisch eine Auswahl desjenigen Ultraschallkopfes erfolgen, der derzeit die geeignetsten Bilddaten liefert. Durch die Verwendung mehrerer Ultraschallköpfe werden Geschwindigkeit, Genauigkeit, Robustheit und Darstellbarkeit verbessert.
In einer weiteren, besonders zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Ultraschallkopf in Bezug auf die Extremität zusammen mit der übergelagerten Verschwenkbarkeit des Flüssigkeitsbehälters mit insgesamt sechs Freiheitsgraden positionier- und adjustierbar. Mit anderen Worten wird innerhalb dieser Ausgestaltung mit drei translatorischen sowie drei rotatorischen Freiheitsgraden des Ultraschall köpf es bzw. mehrerer Ultraschall köpfe eine beliebige Anordenbarkeit des Ultraschallkopfes erreicht, und zwar sowohl was die Position als auch die RotationsVWinkellage des Ultraschallkopfes betrifft. Diese umfassende Positionierbarkeit trägt der Erfahrung Rechnung, dass allein die translatorische Positionierung des Ultraschallkopfes im Bereich des interessierenden Körperabschnitts oft nicht ausreicht, um Bilddaten geeigneter Qualität zu gewinnen, sondern dass hierzu regelmäßig auch die Winkellage des Ultraschallkopfes in Bezug auf die Extremität variiert werden muss. Sofern man die aus der Robotertechnik bekannte Definition von Freiheitsgraden heranzieht, wo durch überlagerte Bewegungsmöglichkeiten mehr als sechs Freiheitsgrade erreichbar sind, lässt sich im Rahmen der oben beschriebenen Ausführungsform auch eine Vorrichtung bereitstellen, welche definitionsgemäß einen Ultraschallkopf mit mehr als sechs Freiheitsgraden aufweist. Entscheidend ist jedoch, dass innerhalb dieser Ausführungsform die oben dargelegte beliebige Anordenbarkeit des Ultraschallkopfes erreicht ist.
Die Vorrichtung kann so ausgestaltet sein, dass der Ultraschall köpf innerhalb des Flüssigkeitsbehälters manuell positionierbar und/oder adjustierbar ist. Es ist möglich, dass der Ultraschallkopf der Knochenoberflächennormalen folgen kann.
Im Hinblick auf eine möglichst rasche und fehlerfreie Akquisition von Bilddaten ist jedoch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der Mittel zur automatischen Positionierung und/oder Adjustierung vorgesehen sind. Dabei kann es sich insbesondere um einen Elektro-, Stell- oder Servomotor, einen entsprechend angetriebenen Seilzug oder ein solches Gestänge handeln. Im Hinblick auf eine Translation oder Rotation des Ultraschallkopfes in verschiedenen Freiheitsgraden können dazu mehrere unabhängige Stellglieder vorgesehen sein. Diese können von einer Steuerungseinheit angesteuert und kann deren augenblickliche Position abgefragt werden.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Ultraschallkopf innerhalb des Flüssigkeitsbehälters an einem Verstellbügel angeordnet, ggf. wobei der Verstellbügel Montagepositionen für weitere Ultraschallköpfe aufweist. Der Verstellbügel kann dabei die zu untersuchende Extremität im Wesentlichen in Form eines Kreisbogens umgeben. Die Länge des Bügels kann dabei bspw. ca. 1/4 des Kreisumfangs aufweisen. Auf einem Verstellbügel in Form eines Kreisbogenabschnitts lassen sich mehrere benachbarte Ultraschallköpfe anordnen. Des Weiteren lassen sich auf einem Verstellbügel sämtliche bereits beschriebene Positionier- und Adjustiermöglichkeiten für den Ultraschallkopf realisieren. Die Vorrichtung kann einen Linearschallkopf, insbesondere einen im Bereich von 5-9 MHz arbeitenden Linearschallkopf, aufweisen. Ein solcher Linearschallkopf kann dabei als Bilddaten eine Echointensität detektieren, welche im B-Mode in eine Helligkeit eines Bildsignals umsetzbar ist. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere sector-array- oder phased-array-Ultraschallköpfe oder andere Ultraschallköpfe vorgesehen sein.
In einer weiteren zweckdienlichen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens weist die Vorrichtung zusätzlich eine Steuerungseinheit für die Positionierung und/oder Adjustierung des Ultraschallkopfes und/oder für die Verschwenkung des Flüssigkeitsbehälters auf. So kann eine Steuerungseinheit in geeigneter und bereits beschriebener Weise auf Bedieneingaben oder vollautomatisch eine Positionierung und Adjustierung eines Ultraschallkopfes oder mehrerer Ultraschallköpfe vornehmen. So lässt sich eine Positionierung/Adjustierung des Ultraschall köpf es oder der Ultraschallköpfe mit bis zu sechs Freiheitsgraden (oder, je nach Definition, mit mehr als sechs Freiheitsgraden) ohne manuellen Eingriff in den Flüssigkeitsbehälter vornehmen oder sogar vollautomatisch durchführen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit eine Ausrichtung des Ultraschallkopfes anhand der Qualität der augenblicklich gewonnenen Bilddaten vornehmen, unter Umständen im Zusammenspiel mit einer weiter unten beschriebenen Bildbearbeitungseinheit. So vermag die Steuerungseinheit eigenständig die derzeit optimale Position des Ultraschallkopfes zu bestimmen und diesen in die geeignete Position zu überführen. Sind mehrere Ultraschallköpfe vorgesehen, kann eine Steuerungseinheit eine automatische Auswahl desjenigen Schallkopfes vornehmen, der derzeit die besten Bilddaten liefert, so dass diese Daten zur Rekonstruktion der Knochenoberfläche verwendet werden können.
Zur Steuerung (Synchronisierung) und Beurteilung von Bilddaten mehrerer Ultraschallköpfe kann eine geeignete Software-Architektur implementiert sein. Das Koordinatensystem kann dabei im Tracking-Navigationssystem festlegbar sein.
Eine Anbindung an verschiedene andere Messsysteme, beispielsweise mechanische, optische und elektromagnetische Messsysteme, ist darüber hinaus herstellbar. Innerhalb der Software-Architektur kann ein lernfähiges Expertensystem implementiert sein, welches neugewonnenes Wissen auf eine Wissensbasis abbilden kann. Die Vorrichtung kann damit lernfähig ausgestaltet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zusätzlich eine Bildbearbeitungseinheit auf. Innerhalb der Bildbearbeitungseinheit können die Bilddaten so vorverarbeitbar sein (Bildrestauration), dass die Ränder von Regionen hervorgehoben werden, bspw. indem eine Kantenverstärkung in Kombination mit einer Konnektivitätsanalyse genutzt wird.
Innerhalb der Bildbearbeitungseinheit kann eine geeignete Modellanpassung vorgenommen werden. Innerhalb eines Datenmanagements kann eine Datensuppression sowie eine Transparenz-Darstellung fester Objekte mittels Interaction Modality umgesetzt sein.
In der Bildbearbeitungseinheit kann eine Segmentierung und Klassifikation durchführbar sein, um Artefakte zu unterdrücken. Solche Segmentierungs- und Klassifikationsmethoden können statistische Informationen über die Geometrie der zu rekonstruierenden Ränder, ihre lokalen Zusammenhangskomponenten sowie die Physik der Ultraschallbildgebung nutzen.
Die aufgenommenen Bilder können so aufarbeitbar sein, dass ein vollständiges Bild der Knochenoberfläche erzeugbar und analysierbar werden kann. Des Weiteren können innerhalb der Bildbearbeitungseinheit 3D-Fragmente in 3D-Oberflächen rekonstruierbar sein. Dazu müssen Datensätze interpolierbar (rekonstruierbar) sein, um verlorene Informationen wieder herzustellen. Daraufhin können die 3D-Daten mit bestimmten Algorithmen gerändert (Oberflächen werden erzeugt) und zur weiteren Analyse darstellbar sein.
Innerhalb der Bildbearbeitungseinheit kann auch eine Bildanalyse zur automatischen Frakturerkennung implementiert sein. Zur Einrichtung und Prüfung der Steuerungs- und/oder der Bildbearbeitungseinheit kann eine Kalibrierbarkeit der Vorrichtung mittels geeigneter Kalibrierkörper, im Wesentlichen z. B. zylinderförmiger Kalibrierkörper, gegeben sein.
Es ist zweckmäßig, dass die Analyse durch die Bedienperson (Arzt) und/oder durch das System unterstützbar ist (z. B. Matching mit anderen Modalitäten, Vergleich der geometrischen Messungen, usw.). Die Beurteilung einer Achsabweichung kann so automatisch und/oder interaktiv ermöglicht werden. Zusätzlich können in der Bildbearbeitungseinheit Matching-Verfahren verwendbar sein, um einen Vergleich mit der Gegenseite oder mit anderen Datensätzen aus anderen Modalitäten zu ermöglichen.
Es versteht sich, dass eine vorgenannte Steuerungseinheit sowie eine vorgenannte Bildbearbeitungseinheit auch innerhalb einer gemeinsamen funktionellen Umgebung implementiert sein können, ohne den erfinderischen Gedanken zu verlassen.
Schließlich wird eine Ausgestaltung vorgeschlagen, welche eine Ausgabeeinheit für Bildsignale, und ggf. eine Anzeigeeinheit zur Darstellung von Bildsignalen aufweist. Eine Ausgabeeinheit für Bildsignale kann dabei so eingerichtet sein, dass in geeigneter Weise - insbesondere in einer Bildbearbeitungseinheit - bearbeitete Bilddaten in einem optisch anzeigbaren Format an eine Anzeigeeinheit weiterleitbar sind. Eine optionale Anzeigeeinheit kann einen Bildschirm, insbesondere einen Flachbildschirm, aufweisen, um die Rekonstruktion der Knochenstruktur auch optisch darstellen zu können. In geeigneter Weise kann ein Anschluss für die Leitung des Ultraschall köpf es, eine Steuerungseinheit, eine Bildbearbeitungseinheit, eine Ausgabeeinheit für Bildsignale, sowie eine Anzeigeeinheit zur Darstellung von Bildsignalen in einem einzigen kompakten Gehäuse integriert sein.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Zeichnung zu verweisen. Sofern dabei - wie auch obenstehend - Schritte eines Verfahrens erläutert werden, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbar ist, werden diese Ausführungen ausdrücklich auch auf die damit einhergehende Ausgestaltung der Vorrichtung bezogen. Des Weiteren werden in Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur eine perspektivische, teils geschnittene und schematische
Vorderansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von Bilddaten von knöchernen Strukturen.
Die einzige Figur zeigt in einer perspektivischen, teils geschnittenen und schematischen Vorderansicht eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von ultraschallbasierten Bilddaten von knöchernen Strukturen, insbesondere zur 3D-Rekonstruktion von Knochenoberflächen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Flüssigkeitsbehälter 1 zur Aufnahme der zu untersuchenden Extremität 2. Der Flüssigkeitsbehälter 1 ist dabei bspw. mit Wasser befüllbar, um eine starke Attenuation von Ultraschallwellen zu verhindern. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zumindest einen im Flüssigkeitsbehälter 1 angeordneten und auf die Extremität 2 ausgerichteten Ultraschallkopf 3.
In erfindungsgemäßer Weise ist der Flüssigkeitsbehälter 1 mitsamt dem Ultraschallkopf 3 um die eingetauchte Extremität 2 verschwenkbar. Hierbei fällt die Drehachse 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 mit der Mittelachse der Extremität 2 zusammen. Die Verschwenkbarkeit des Flüssigkeitsbehälters 1 wird durch den kreisbogenförmigen Doppelpfeil unterhalb des Flüssigkeitsbehälters 1 verdeutlicht. Dabei kann eine Verschwenkbarkeit in einer vollständigen Kreisbahn um die Extremität 2 herum realisiert werden.
Da die Verschwenklage des Flüssigkeitsbehälters 1 und die Positionierung/ Adjustierung des darin angeordneten Ultraschallkopfes 3 jederzeit genau bestimmbar ist, ist so in erfindungsgemäßer Weise ein genaues mechanisches Tracking des Ultraschallkopfes 3 realisiert. Um die Verschwenkbarkeit des Flüssigkeitsbehälters 1 in konstruktiver Hinsicht zu ermöglichen, ist dieser auf einem Drehtisch 5 angeordnet. Der Drehtisch 5 kann als elektrisch ansteuerbares Stellglied ausgestaltet sein. Des Weiteren kann eine automatisierte Abfragbarkeit der augenblicklichen Winkellage des Drehtisches 5 implementiert sein.
Innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 1 ist der Ultraschallkopf 3 an einem Verstellbügel 6 angeordnet. Der Verstellbügel 6 nimmt dabei im Wesentlichen die Form eines Kreisbogens ein, welcher in diesem Beispiel ca. 1/4 des Umfangs eines Kreises beschreibt. Der Verstellbügel 6 weist mehrere Montagepositionen 7 zum Wechsel der Anordnung des Ultraschallkopfes 3, jedoch insbesondere zur Montage weiterer Ultraschallköpfe 3 auf.
Der Ultraschallkopf 3 ist innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 1 positionierbar und adjustierbar. Zur Höheneinstellung ist dabei eine Linearführung 8 realisiert, an welcher der Verstellbügel 6 angeordnet ist. Zusätzlich ist am Verstellbügel 6 eine Abstandsverstellung 9 des Ultraschallkopfes 3 in Relation zu der zu untersuchenden Extremität 2 eingerichtet.
Der Ultraschallkopf 3 kann darüber hinaus mit bis zu drei rotatorischen Freiheitsgraden versehen werden, um jede denkbare Winkel- bzw. Rotationslage gegenüber der zu untersuchenden Extremität 2 einnehmen zu können.
Besonders bevorzugt ist im Ergebnis, dass der Ultraschallkopf 3 in Bezug auf die Extremität 2 zusammen mit der übergelagerten Verschwenkbarkeit des Flüssigkeitsbehälters 1 mit insgesamt sechs Freiheitsgraden (drei translatorischen sowie drei rotatorischen Freiheitsgrade) positionier- und adjustierbar ist.
Bevorzugt sind dabei Mittel zur automatischen Positionierung und/oder Adjustierung des Ultraschallkopfes 3 vorgesehen. Solche Mittel (bspw. ElektroVServomotoren, Stellglieder) sind hier nicht dargestellt. Alternativ kann die Positionierung/ Adjustierung des Ultraschallkopfes 3 manuell vorgenommen werden. Der Ultraschallkopf 3 kann einen Linear-, einen sector-array- oder einen phased- array-Schallkopf oder andere geeignete Ultraschallköpfe aufweisen.
Der Ultraschallkopf 3 ist mit einer Steuerungseinheit 10 verbunden, welche einerseits die Funktion des Ultraschallkopfes 3 sicherstellt. Andererseits kann die Steuerungseinheit 10 die Positionierung und/oder Adjustierung des Ultraschallkopfes 3 und/oder die Verschwenkung des Flüssigkeitsbehälters 1 bzw. die Abfrage der augenblicklichen WinkelVPositionsdaten übernehmen. Dazu kann die Steuerungseinheit 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere auf den Drehtisch 5, die Linearführung 8, die Abstandsverstellung 9 sowie auf etwaige weitere Mittel zur Positionierung/Adjustierung des Schallkopfes 3 zugreifen. Diese DatenVSteuer- verbindungen sind hier nicht dargestellt.
Des Weiteren können innerhalb der Steuerungseinheit 10 vorbeschriebene Software- und Expertensysteme implementiert sein.
Zusätzlich ist eine Bildbearbeitungseinheit 11 vorgesehen, um die gewonnenen Bilddaten in ein Bildsignal mit einer dreidimensionalen Rekonstruktion der Knochenoberfläche aufzubereiten. In der Bildbearbeitungseinheit 11 können verschiedene Softwarearchitekturen in Bezug auf Bildrestauration, Modellanpassung, Segmentierung und Klassifikation, Bildanalyse etc. implementiert sein, wozu auf die vorstehenden detaillierten Ausführungen zu verweisen ist.
Des Weiteren kann die Vorrichtung eine Ausgabeeinheit für Bildsignale und/oder eine Anzeigeeinheit zur Darstellung von Bildsignalen aufweisen, welche hier nicht dargestellt sind.
Es versteht sich, dass mehrere der oder sämtliche vorgenannten datenverarbeitenden oder -weiterleitenden Einrichtungen in eine gemeinsame apparative Umgebung integriert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen. Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
Bezugszeichenliste
1 Flüssigkeitsbehälter
2 Extremität
3 Ultraschallkopf
4 Drehachse (Flüssigkeitsbehälter)
5 Drehtisch
6 Verstellbügel
7 Montageposition
8 Linearführung
9 Abstandsverstellung
10 Steuerungseinheit
11 Bildbearbeitungseinheit
L i s t e v o n V o r v e r ö f f e n 1 1 i c h u n g e n
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2. Gebhard, F., Krivonos, O., Liener, U.C., Keppler, P., Kinzl, L, Hesser, J. Bone extraction from ultrasound images and surface matching with CT. CAOS: Computer Assisted Orthopaedic Surgery, Symposium, Davos, Switzerland, Feb. 2000
3. U.C. Liener, O. Krivonos, R. Männer, J. Hesser, L. Kinzl, F. Gebhard. Ultrasound - A New Tool For Surface Matching In Computer Navigated Surgery. Journal of Military Medicine, 2002 Feb; 167(2): 151-4
4. Foroughi, P., Boctor, E., Swartz, M.J., Taylor, R.H., Fichtinger, G., P6D-2 Ultrasound Bone Segmentation Using Dynamic Programming. IEEE: Ultrasonics Symposium, 28-31 Oct. 2007, pp. 2523-2526
5. D.V. Amin, T. Kanade; A. M. DiGioia, B. Jaramaz, Ultrasound registration of the bone surface for surgical navigation, Computer Aided Surgery, vol. 8, no. 1 , pp 1 - 16, 2003
6. Chen, L., Kim, Y., Moore, CL. Diagnosis and guided reduction of forearm fractures in children using bedside ultrasound. Pediatr Emerg Care. 2007 Aug; 23(8): 528-31.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Gewinnung von ultraschallbasierten Bilddaten von knöchernen Strukturen, insbesondere zur 3D-Rekonstruktion von Knochenoberflächen, mit
- einem Flüssigkeitsbehälter (1 ), in den die zu untersuchende Extremität (2) eintauchbar ist, und
- zumindest einem im Flüssigkeitsbehälter (1 ) angeordneten und auf die Extremität (2) ausgerichteten Ultraschall köpf (3),
wobei der Flüssigkeitsbehälter (1 ) mitsamt dem Ultraschallkopf (3) um die eingetauchte Extremität (2) verschwenkbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (4) des Flüssigkeitsbehälters (1 ) mit der Mittelachse der Extremität (2) zusammenfällt, und/oder dass der Flüssigkeitsbehälter (1) in einer vollständigen Kreisbahn um die Extremität (2) verschwenkbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (1) auf einem Drehtisch (5) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallkopf (3) innerhalb des Flüssigkeitsbehälters (1 ) positionierbar und/oder adjustierbar ist, insbesondere wobei die Höhe des Ultraschall köpf es (3) und/oder der Abstand des Ultraschallkopfes (3) zu der zu untersuchenden Extremität (2) verstellbar ist, und/oder dass mehrere Ultraschallköpfe (3) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallkopf (3) in Bezug auf die Extremität (2) zusammen mit der übergelagerten Verschwenkbarkeit des Flüssigkeitsbehälters (1 ) mit insgesamt sechs Freiheitsgraden positionier- und adjustierbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallkopf (3) innerhalb des Flüssigkeitsbehälters (1 ) manuell positionierbar und/oder adjustierbar ist, oder dass Mittel zur automatischen Positionierung und/oder Adjustierung vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallkopf (3) innerhalb des Flüssigkeitsbehälters (1) an einem Verstellbügel (6) angeordnet ist, ggf. wobei der Verstellbügel (6) Montagepositionen (7) für weitere Ultraschall köpfe (3) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallkopf (3) einen Linearschallkopf, insbesondere einen im Bereich von 5- 9 MHz arbeitenden Linearschallkopf, oder einen sector-array-Schallkopf oder einen phased-array-Schallkopf aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinheit (10) für die Positionierung und/oder Adjustierung des Ultraschallkopfes (3) und/oder für die Verschwenkung des Flüssigkeitsbehälters (1).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Bildbearbeitungseinheit (11 ).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinheit für Bildsignale, und ggf. durch eine Anzeigeeinheit zur Darstellung von Bildsignalen.
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