WO2014008613A1 - Verfahren zur herstellung eines graphischen 3d computermodells mindestens einer anatomischen struktur in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen status - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines graphischen 3d computermodells mindestens einer anatomischen struktur in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen status Download PDF

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WO2014008613A1
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graphical
computer model
computer
medical
anatomical structures
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PCT/CH2012/000165
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Lukas Kamer
Christoph Nötzli
Balazs ERDÖHELYI
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Ao Technology Ag
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    • A61B90/37—Surgical systems with images on a monitor during operation
    • A61B2090/376—Surgical systems with images on a monitor during operation using X-rays, e.g. fluoroscopy

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a graphical three-dimensional (3D) computer model of at least one anatomical structure in a selectable pre-, intra- or post-operative status according to the preamble of patent claim 1.
  • bone fragments are anatomically repositioned and stably fixed with the appropriate osteosynthesis technique in the correct position.
  • problems can result from an unrecognized misplacement of bone fragments and implants during surgery or secondary dislocation in the postoperative course. To avoid so is a faulty osteosynthesis by anatomically incorrect repositioning of bone fragments, incorrect surgical technique, unsuitable implant choice and / or their positioning.
  • Bone fractures and osseous deformities are routinely assessed using various radiographic imaging techniques before, during, and after surgery. Most are conventional radiographs, i. planar projection photographs. Particularly complex interventions are evaluated for diagnostic purposes with tomographic slice imaging, preferably by means of computer tomography (CT). This is done by analyzing their slice images or their three-dimensional computer models preferably preoperatively, in particular questions intra- or postoperatively.
  • CT computer tomography
  • This known method involves generating 3D representations of bone and bone fragments based on a CT-scanned digital fractured bone dataset and a patient's contralateral healthy bone, using the 3D representation of the mirrored contralateral healthy bone as a reference model for the relative position of the 3D Representation of the reduced bone fragments serves. Subsequently, the 3D representations of the proximal and distal bone fragment are brought into agreement with the 3D representation of the reference model by means of a three-dimensional image registration and the configurations of the markers or anatomical landmarks on the proximal and distal bone fragments are extracted and transferred to the reference model.
  • the relative positions of the markers or anatomical landmarks of the proximal and distal bone fragments transmitted to the reference model then allow to create a digital reference dataset useful for real reduction of bone fragments during surgery.
  • two medical in-situ images are detected preoperatively by means of a C-Arm Fluroscope.
  • the three-dimensional positions of the markers or anatomical landmarks of the proximal and distal bone fragment relative to a local coordinate system are subsequently calculated, and therefrom the relative in-situ positions of the markers or anatomical landmarks of the proximal and distal bone fragments.
  • a set of alignment parameters is determined.
  • osteosynthesis consisting of bone fragments and implants better preoperatively, to plan and better monitor intraoperatively as well as postoperatively, in the sense of a spatial, ie 3Dmonitoring of the osteosynthesisconstructor the entire course of therapy.
  • the invention is therefore based on the object, a method for producing a 3D graphic computer model, which comprises at least the surgically treated, respectively treated anatomical structures to provide in a selectable pre-, intra- or post-operative status, which for the control or monitoring a planned procedure such as is useful for orthopedic surgery.
  • Other procedures such as the insertion of a dental implant or neurosurgical procedures, can be monitored in the same way.
  • the invention achieves the stated object with a method for producing a graphic 3D computer model having the features of claim 1.
  • the advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that thanks to the inventive method initially generated 3D computer models of anatomical structures, such as bone by repeated registrations on the various imaging methods such as conventional preoperative X-ray images, intraoperative planar 2D C-arm, or 3D spatial C-arm images, or postoperative X-ray images are now always spatially over the entire course of therapy for presentation.
  • a spatial representation, once and preferably generated by means of a CT preoperatively is advantageous for various reasons: it generates a spatial representation of the region to be treated at the beginning of the therapy. This spatial information can thus be used for diagnostics and therapy planning. Furthermore, more time is available for preoperative processing and analysis than, for example, during surgery.
  • Medical 3D image data set a medical 3D image data set of an anatomical structure of a patient to be treated, for example the region with fracture or with bone deformity, is preferably recorded by means of a CT.
  • CT three-dimensional layer imaging techniques
  • Cone Beam Computed Tomography also called digital volume tomography
  • magnetic resonance tomography 3D laser scanning
  • Medical 2D image dataset A medical 2D image dataset is understood to be a digital dataset which comprises the digital data of one or more digitized planar X-ray images of a patient's anatomical structure to be treated.
  • Graphical 3D computer model under a graphical 3D computer model, an image that can be displayed on the screen and defined by a digital data record understood virtual model of objects, such as anatomical structures, temporary aids (eg, surgical instruments and tools) and implants.
  • the first 3D graphical computer model may include a plurality of extractable 3D graphical submodels for separate anatomical structures, eg, bone fragments, one or more implants, and / or one or more surgical instruments.
  • the second graphical 2D or 3D computer model may include a plurality of extractable 3D graphical submodels for separate anatomical structures, eg, bone fragments, one or more implants, and / or one or more surgical instruments.
  • Implant implants are understood to mean all solid or artificially or fully inserted or used in the human or animal body, which can be imaged by conventional X-ray images, CT or Magnetic Resonance Imaging (MRI) and limited in their shape, e.g. orthopedic implants, dental implants, pacemakers or stents.
  • MRI Magnetic Resonance Imaging
  • Image registration is understood in the following to mean superimposition of two or more 2D images of anatomical structures to be treated and / or of the implants used, the 2D images being compared precisely with the 3D anatomical computer model of the anatomical structures and / or implants to be treated Matched and are each defined by a digital record.
  • one or more digitized medical images of the second medical 2D or 3D image data set of the anatomical structures to be treated and / or of the implants with the first 3D graphic computer model are registered by image registration, so that an updated, ie.
  • Position of the first graphical 3D computer model adapted to the pre-, intra- or postoperative position of the anatomical structures and / or implants to be treated can be displayed on the screen of a computer.
  • step B) additionally comprises the sub-step:
  • the graphic 3D submodel of the implant may be obtained from a database, such as e.g. a CAD database into the first graphical 3D computer model.
  • step B) additionally comprises the sub-step:
  • the graphical 3D submodel of the surgical instrument can also be obtained from a database, such as a database. a CAD database into the first graphical 3D computer model.
  • the preoperative first medical 3D image data record recorded in step A) comprises a plurality of anatomical structures
  • the first graphical 3D computer model comprises a graphical 3D submodule for each anatomical structure and preferably for each implant and / or surgical instrument.
  • the anatomical structures to be treated such as e.g. Bone or bone fragments individually detectable graphical 3D submodels can be integrated into the first graphical 3D computer model, so that an individual analysis of certain anatomical structures is made possible.
  • the first 3D graphical computer model may include individually detectable 3D graphical submodels of implants and surgical instruments.
  • the second graphical 2D or 3D computer model additionally comprises representations of one or more implants.
  • the second graphical 2D or 3D computer model additionally comprises representations of one or more surgical instruments.
  • the second graphical 2D or 3D computer model for the anatomical structures and for each implant, and preferably also for each surgical instrument each comprises a graphical 2D or 3D submodel.
  • the second graphical 2D or 3D computer model forms the reference model with which the first 3D graphical computer model is matched in performing the image registration.
  • the second graphical 2D or 3D computer model is used as a reference model and thus defines a target model with which the first graphical 3D computer model (object model or source model) is matched.
  • the recording of the second medical 2D or 3D image data set may include one or more digitized medical images, which are each taken at a predetermined angle of the image plane of the C-arm X-ray machine to the gravity vector, so that the positions of the anatomical structures to be treated and thus the position of the first graphical 3D computer model are defined in a fixed coordinate system with respect to the operating room.
  • the recording (in a pre-, intra- or post-operative status) of a second medical 2D or 3D image data record in step C) comprises the acquisition of one or more digitized medical images by means of a computer-assisted medical imaging method.
  • the inclusion of two or more digitized medical images taken at an angle relative to one another enables the generation of a 3D computer model.
  • different fragments / sections of a long tubular bone can also be imaged in each one of the digitized medical images, so that intraoperatively used C-arm X-ray devices with a relatively small image section can be used to record the second medical 2D or 3D image data set.
  • the method is characterized by the fact that at most only one X-ray image is sufficient and the known standard to the expert accounts "in two levels" omitted. Further advantages of the method are thus a reduced radiation exposure and effort. Consequently, in fracture repair and correction osteotomies entire Osteosynthesekonstrukt consisting of bone fragments, residual bone from possible bone and the implants used spatially assessed over the entire course of therapy.
  • a 3D computer model of the anatomical structure such as the fracture or osteotomy, becomes visible, depicting the bone fragments spatially before, during or after surgery, depending on the stage of therapy. Only 3D imaging is necessary once. Once implant material becomes radiologically visible, its position can also be spatially determined and displayed by referencing its 3D computer models to the 3D computer models of the anatomical structures, such as the bone fragments.
  • generating the first graphical 3D computer model comprises automatic or manual identification and localization of anatomical landmarks, lines and / or regions of the anatomical structures to be treated.
  • generating the first 3D graphic computer model comprises automatic or manual identification and localization of landmarks, lines, and / or regions of each implant, and preferably each surgical instrument.
  • the generation of the second graphical 2D or 3D computer model comprises an automatic or manual re-identification and re-localization of the anatomical landmarks, lines and / or regions of the anatomical structures to be treated identified and localized in the first graphical 3D computer model.
  • the second graphical 2D or 3D computer model comprises a single digitized medical image with the re-identified and re-located anatomical landmarks.
  • the image registration can thus be carried out with a feature-based registration method.
  • feature-based registration methods a certain, as a rule, relatively small number of features, eg, of anatomical landmarks, are extracted from the images. This happens either manually or automatically.
  • the selected anatomical features are preferably distributed over the entire image as possible and not only focus on a single region.
  • the image registration then takes place in that the selected features, eg the selected anatomical landmarks on the object model, ie on the first graphical 3D computer model, are matched with the same anatomical landmarks on the reference, respectively target model, ie on the second graphical 2D or 3D computer model.
  • areas in the image which stand out clearly from surrounding areas can also be used as features as regions features or lines, respectively edges, which are present as lines themselves or as contours of regions. Lines can, for example, also be represented and extracted by their endpoints.
  • the generation of the second graphical 2D or 3D computer model comprises an automatic or manual re-identification and re-localization of the landmarks, lines and / or regions of each implant and of each surgical instrument identified and located in the first graphical 3D computer model.
  • the one or more graphical 3D submodels of the anatomical structures of the first 3D graphic computer model are registered with the one or more 3D graphical submodels of the anatomical structures of the second 3D graphic computer model and then the one or more 3D graphical submodels of the implants and / or surgical instruments of the first graphical 3D computer model with one or more graphic 3D submodels of the anatomical structures of the previously registered 3D graphical submodels of the anatomical structures of the first 3D graphical computer model and thereby the relative positions between the 3D graphical submodels of the implants and / or surgical instruments and the graphical Considers 3D submodels of the anatomical structures in the second graphical 2D or 3D computer model; or
  • step B) additionally comprises the sub-step:
  • first of all a 3D submodel of the first graphical 3D computer model can be created, which includes the anatomical structures and serves as the initial graphic computer model for the planning and execution of the virtual surgical treatment. Further 3D submodels can subsequently be used for planned therapy steps, such as The reduction of bone fragments to the conclusion of the therapy is created and integrated into the first graphical 3D computer model.
  • the first graphical 3D computer model comprises a graphic 3D submodel of the anatomical structures to be treated in the form of a digital data record using the first medical 3D image data record recorded in step A).
  • the computer-aided planning comprises the integration of at least one further graphic 3D submodel of an implant into the first graphical 3D computer model.
  • the position of implants and / or temporary aids such as guide wires, surgical tools or instruments in each therapy step to the conclusion of the therapy can be spatially determined and displayed. This is achieved by positional alignment of corresponding 3D computer models of the implants and / or the temporary aids, which are archived and retrievable in the computer, with, firstly, the now properly positioned 3D computer models of the anatomical structures (As described above) and secondly with the visible on the X-ray images positions of the implants and / or temporary aids.
  • the 3D computer models of the implants and / or temporary aids thus come through repeated registrations on the various imaging methods such as conventional preoperative X-ray images, intraoperative plan 2D C-arm, or 3D spatial C-arm images, or postoperative X-ray images always spatially over the entire course of therapy Presentation.
  • the computer-assisted planning comprises the integration of at least one further graphical 3D submodel of a temporary auxiliary device, preferably a surgical instrument, into the first 3D graphical computer model.
  • the computer-assisted planning comprises an assessment of the biomechanical stability of the virtually surgically treated anatomical structures by means of a computer simulation, preferably by means of a finite element computer analysis.
  • a computer simulation preferably by means of a finite element computer analysis.
  • biomechanical stability e.g. an osteosynthesis by computer simulation and re-evaluated at each therapy step.
  • the treatment plan can then be continued or modified as needed.
  • the first graphical 3D computer model comprises at least one graphical 3D submodule of at least one intermediate result of the anatomical structures that are virtually treated according to computer-based planning.
  • the first 3D graphic computer model comprises as a submodel an execution plan which preferably defines the exact sequence of the surgical procedure and contains corresponding control specifications.
  • the method can be used to monitor surgical treatments.
  • step C) of the method first takes place in a preoperative status, so that it is possible to monitor the at least one object prior to the surgical treatment.
  • the step C) of the method may be performed in at least one intraoperative status, so that a monitoring of the at least one object is made possible during the surgical treatment.
  • the step C) can also be carried out in at least one post-operative status, so that it is possible to monitor the at least one object after the surgical treatment.
  • the inventive method for quality assurance of surgical treatments is used.
  • Another component and advantage of the method is that all data generated over the entire course of therapy can be integrated into a quality management system and thus analyzed. This in turn can have a positive effect on the type, choice and implementation of the therapy; e.g. standardize the therapy procedures according to relevant parameters.
  • the method can be used for the treatment of bone fractures, for the treatment of osseous malpositions and in dental implantology.
  • Fig. 1 is a flow diagram of an embodiment of the inventive method
  • FIG. 2 is a flow chart of another embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. and 3 is a flowchart of an embodiment of generating a first graphical 3D computer model according to the embodiment of the inventive method according to FIG. 2.
  • the method according to the invention can be used for all anatomical structures which can be detected three-dimensionally by a computer-aided medical imaging method. Also, all at least partially by a computer-aided medical imaging method geometrically clearly detectable implants and intraoperatively useable surgical instruments can be used.
  • FIGS. 1 and 2 differ only in that in the embodiment according to FIG. 1, a first graphical 3D computer model 1 of anatomical structures to be treated is created on the basis of a preoperative medical first 3D image data set 10, while in the FIG Embodiment according to FIG. 2, a graphic 3D computer model created analogously to the embodiment according to FIG. 1 is used as a graphical 3D submodel and generating the first graphical 3D computer model 1 additionally computer-aided planning and execution of a virtual surgical treatment of the anatomical structures to be treated using this 3D submodel includes.
  • the embodiment of the method according to FIG. 1 can be used in particular if, for example, in emergency situations such as serious accidents, for reasons of time, no computer-aided planning of the operation is carried out.
  • all pre-, intra- or postoperatively necessary image registrations for the monitoring of the entire course of therapy can be carried out using the embodiment according to FIG. 1 or the embodiment according to FIG.
  • the embodiment of the method illustrated in FIG. 1 essentially comprises the steps:
  • Step 00 3D imaging before surgery
  • a preoperative medical first 3D image data set 10 of anatomical structures of a patient to be treated is recorded by means of a computer-assisted medical imaging method.
  • the method involves obtaining adequate image information of the surgical field prior to surgery.
  • This provides for generating a preoperative first medical 3D image data set of an anatomical structure of a patient to be treated, for example the region with fracture or with osseous malposition, preferably by means of a CT.
  • CT three-dimensional layer imaging techniques
  • Cone Beam Computed Tomography also called digital volume tomography
  • magnetic resonance tomography or 3D laser scanning
  • Step 101 Generation of a first graphical 3D computer model 1 of the anatomical structures to be treated in the form of a digital data record using the first medical 3D image data set 10 recorded in step 100.
  • an identification, localization and representation of the anatomical structures is performed prior to the operation ,
  • the anatomical structures to be treated such as bone fragments in fractures or bone segments in osseous misalignments identified with appropriate computer software, located and in the form of a first graphical 3D Computer models 1 stored so that they can be displayed as a 3D bone fragments, on a screen.
  • This can be achieved by methods of identification, ie the recognition of anatomical-geometric patterns of the anatomical structures eg the bone fragments; their localization, ie the definition of their spatial position; and their representation, ie their adequate spatial representation done as a 3D computer model. This also includes techniques of image segmentation.
  • Step 101 For example, in the case of corrective osteotomies, in this step 101, two or more virtual bone fragments are already identified and localized according to the osteotomy planning, whereby a prospective cutting line is used to separate the bone fragments.
  • Step 101 is performed automatically and / or manually on a computer prior to the operation, wherein the preoperative first medical 3D image data set 10 recorded in step 100 and computer software and methods for processing this 3D image data set, ie for identification, localization and spatial representation of 3D anatomical structures, such as bone fragments used in fractures.
  • a processed digital data set is obtained, which enables a graphical 3D representation of the anatomical structures, eg of the individual bone fragments.
  • the first graphical 3D computer model 1 of the anatomical structures to be treated obtained in step 101 can now be obtained by image registration with a second graphical 2D or 3D computer model 2 which comprises one or more digitized medical images of a second or further medical pre-, intra- or postoperative 2D or 3D image data set 20 can be generated, matched in terms of its spatial position.
  • a second graphical 2D or 3D computer model 2 which comprises one or more digitized medical images of a second or further medical pre-, intra- or postoperative 2D or 3D image data set 20 can be generated, matched in terms of its spatial position.
  • the first graphical 3D computer model 1 can be used for positional representation of the anatomical structures to be treated preoperatively in the operating room directly before the operation, intraoperatively, after completion of the operation and / or postoperatively for follow-up.
  • the steps 102 to 104 described below are executed in each case.
  • the generation of the first graphic 3D computer model 1 carried out in step 201 can additionally take place computer-aided planning and execution of a virtual surgical treatment of the anatomical structures to be treated using the first medical 3D image data set 10 recorded in step 200.
  • the image registration of the first graphic 3D computer model 1 according to one of the embodiments according to FIG. 1 or according to FIG. 2 can be carried out with one or more digitized medical images of a second or further medical procedure recorded pre-, intra- or postoperatively 2D or 3D image data set 20 are executed.
  • Step 102 Before the image registration of the first graphic 3D computer model 1 according to one of the embodiments according to FIG. 1 or according to FIG. 2 with a second graphic 2D or 3D computer model 2, the recording takes place - in the desired pre-, intra- or postoperative status.
  • a second medical 2D or 3D image data set 20 comprising one or more digitized medical images 21 of the anatomical structures to be treated and / or of the implants by means of a computer-assisted medical imaging method.
  • Step 103 Thereafter, a second graphical 2D or 3D computer model 2 of the anatomical structures to be treated is generated in the form of a digital data set using the second medical 2D or 3D image data set 20 recorded in step 102.
  • the one or more digitized medical images For example, by means of a pre-, intra- or postoperative X-ray imaging of the anatomical structures to be treated are the same anatomical landmarks (anatomical landmarks) of the anatomical structures, eg of bone fragments and bone contours of the fracture zone and the healthy bone surface including articular surface, bone gray levels and / or geometric Bone patterns on the one or more digitized medical images, or directly in the second graphical 2D or 3D computer model 2, are re-identified and re-localized to subsequently receive the first 3D graphical computer model treating anatomical structures, such as the bone fragments with the second graphical 2D or 3D computer model 2 of the pre-, intra- or postoperative situation to register.
  • anatomical landmarks
  • intra- or postoperative imaging techniques are the conventional planar X-ray or X-ray images in two planes, or in the operating room immediately before surgery generated X-ray images, which were preferably generated by means of a 2D or 3D image recording method using a C-arm X-ray machine.
  • Step 104 Next, the image registration of the first graphic 3D computer model 1 is performed with the second graphic 2D or 3D computer model 2. Consequently, a new representation is created on which the first graphic 3D computer model 1 of the anatomical structures to be treated, e.g. the bone fragment is visible in position according to the current imaging. Possible positional shifts of the anatomical structures e.g. The bone fragments from the time of acquisition of computed tomography (CT) are therefore updated and thus compensated.
  • CT computed tomography
  • the embodiment of the method illustrated in FIG. 2 differs from the embodiment illustrated in FIG. 1 only in that the generation of the first graphic 3D computer model 1 is a computer-aided planning and execution of a virtual surgical treatment of the anatomical structures to be treated under the possible use of Implants and also may include surgical instruments.
  • FIG. 2 The embodiment of the method illustrated in FIG. 2 is described by way of example at an osteosynthesis or a corrective osteotomy and essentially comprises the steps:
  • Step 200 3D imaging before surgery:
  • the recording of a preoperative medical first 3D image data set 10 of anatomical structures of a patient to be treated is carried out by means of a computer-assisted medical imaging method.
  • Step 201 Subsequently, the first graphical 3D computer model 1 of the anatomical structures to be treated is generated in the form of a digital data set, wherein the generation of the first graphical 3D computer model 1 is a computer-aided planning and execution of a virtual surgical treatment of the anatomical structures to be treated using the first medical 3D image data set 10 recorded in step 100. Analogous to FIG. 1, in this step, an identification, localization and representation of the anatomical structures before the operation takes place first.
  • the 3D preoperative planning on the computer is shown in detail in FIG. 3, wherein the 3D preoperative planning on the computer can comprise all or only part of the steps 2011 to 2021 illustrated in FIG.
  • the preoperative planning of surgical treatment on the computer is now also carried out using the appropriate software.
  • anatomically correct virtual reduction of the 3D bone fragments in bone fractures is a central task (step 2012).
  • the anatomical reduction of the 3D bone fragments also allows the visualization and analysis of a residual bone defect, if any.
  • the computer virtually spatially fixes the osteotomy (step 2011) and then moves the 3D bone fragments to the planned position (step 2012).
  • the above-defined 3D bone fragments are constantly redrawn or registered according to the planned position of the osteotomy.
  • the fracture or the osteotomy can be analyzed virtually (step 2013). For example, it is possible to calculate the shape, size and degree of dislocation of the bone fragments and the residual defect or defect, as well as the resulting overlap of the bone fragments (important in osteotomies or bone grafting).
  • Known fracture classifications 4 e.g. the classification AO COIAC, respectively Müller AO classification, which are stored on databases and retrievable, can be used.
  • step 2016 virtual osteosynthesis
  • step 2016 is planned for both fractures and osseous malocclusions by selecting computer models of temporary tools, such as surgical instruments, and definitive implants such as plates, intramedullary nails, screws, guidewires, of appropriate size and positioned in the first graphical 3D computer model as graphic 3D submodels.
  • the planning of autologous or alloplastic material eg, bone graft, or cement
  • an execution plan is defined and integrated as a submodel in the first graphical 3D computer model 1, which defines the exact sequence of the surgical procedure and contains corresponding control specifications.
  • control specification includes a virtual graphical 3D computer model of the intermediate result, which can be compared to the real intermediate result during the operation.
  • the osteosynthesis created in virtual surgery planning consisting of bone fragments and implant can be virtually biomechanically tested (step 2018), e.g. using a finite element analysis.
  • the input used is the pre-operative medical first 3D image data record 10 recorded in step 200, on the basis of which 3D graphic submodels of the bone fragments or of the entire region can be created in the case of osseous misalignments prior to planning.
  • the following software tools can be used to plan and execute a virtual surgical procedure:
  • the output (output) is a first graphic 3D computer model 1 which generates the virtual surgically treated anatomical structures with the implants and / or surgical instruments according to computer-based planning, one or more graphic 3D submodels of one or more intermediate results of the computer-based planning treated anatomical structures and the computer-based planning of the osteosynthesis for the treatment of fractures, or for the correction of bony deformities may include.
  • Step 202 recording - in the desired pre-, intra- or postoperative status - a second medical 2D or 3D image data set 20 comprising one or more digitized medical images 21 of the anatomical structures, implants and surgical instruments to be treated by means of a computer-aided medical imaging Method analogous to FIG. 1.
  • Step 203 Generate a second graphical 2D or 3D computer model 2 of the anatomical structures to be treated and / or the implants in the form of a digital data set using the second medical 2D or 3D image data set 20 recorded in step 202 analogous to FIG or the plurality of digitized medical images 21, for example by means of a pre-, intra- or postoperative X-ray imaging of the anatomical structures to be treated with the implant and / or surgical instruments have been generated, anatomical landmarks (anatomical landmarks) of the anatomical structures, eg of bone fragments and Bone contours of the fracture zone and healthy bone surface including articular surface, bone gray levels and / or geometric bone patterns are re-identified and re-localized on the one or more digitized medical images 21 or directly in the second 2D or 3D graphical computer model 2 in order subsequently to register the first graphic 3D computer model 1 with the second graphical 2D or 3D computer model 2.
  • anatomical landmarks anatomical landmarks of the anatomical
  • planar radiographs or x-ray images in two planes, or in the operating room immediately before surgery, generated x-ray images serve as preoperative imaging techniques preferably generated by means of a 2D or 3D image recording method using a C-arm X-ray machine.
  • Step 204 Subsequently, the image registration of the first graphic 3D computer model 1 is carried out with the second graphic 2D or 3D computer model 2.
  • a new graphical representation is created on which the first graphic 3D computer model 1 of FIG to be treated anatomical structures, eg the bone fragment is visible in position according to the current imaging. Possible positional shifts of the anatomical structures e.g. The bone fragments from the time of acquisition of computed tomography (CT) are therefore updated and thus compensated.
  • CT computed tomography
  • implants and / or surgical instruments are radiologically visible, or by other imaging, their position may be determined by referencing their 3D graphical submodels to the one or more of the 3D graphical submodels of the anatomical structures, such as the 3D model.
  • the bone fragments are spatially determined and displayed.
  • the entire planned implant can be visualized, including the position and its insertion direction and end position.
  • a prospective spatial position determination of the temporary aids and / or of the definitive implant thus takes place preoperatively.
  • the various components can be displayed or hidden on the computer as required.
  • the embodiments of the method according to the invention described in FIGS. 1 to 3 can subsequently be used for the three-dimensional (3D) monitoring of a surgical treatment.
  • the 3D monitoring may include one or more of the following steps:
  • a second medical 2D or 3D image data set 20 for example a preoperative X-ray imaging of the anatomical structures to be treated is recorded.
  • Anatomical landmarks of bone fragments and bone contours of the fracture zone and healthy bone surface including articular surface, bone gray values, and geometric bone patterns are re -identified and re-localized on the preoperative X-ray image to deliver the first 3D graphical computer model 1 of the bone fragments to the second graphical 2D or 3D computer model 2 to register.
  • Preoperative imaging techniques are conventional plane x-ray or x-ray radiographs in two planes, or x-ray images generated in the operating room just prior to surgery, preferably generated by 2D C-arm or 3D C-arm.
  • a new representation thus results on which the first graphical 3D computer model 1 of the anatomical structures, e.g. the bone fragments are visible in position according to the current imaging. Any positional shifts in the bone fragments from the point in time CT acquisition are therefore updated and thus compensated.
  • the various components can be displayed or hidden on the computer as required.
  • a new X-ray image control but now intraoperatively during surgery, preferably a 2D or 3D C-arm image control.
  • re-image registration is performed as described in step 204 above: anatomical landmarks of bone fragments and bone contours of the fracture zone and healthy bone surface including articular surface, bone gray levels, and geometric bone patterns are re-identified on the intraoperative X-ray image and re-localized to the first 3D graphic To register computer model 1 of the bone fragments.
  • Intraoperatively therefore, the The current position of the 3D bone fragments can be spatially determined or monitored. Fixing an implant to the bone at the beginning of surgery may improve or facilitate the registration process. This can be useful, in particular, in the case of corrective osteotomies, since fewer anatomical landmarks are available here which can be identified analogously in preoperative 3D imaging.
  • implants and / or surgical instruments become visible during the operation on a further intraoperative X-ray image control, their spatial position can also be determined by registering them with the already spatially defined graphical 3D computer model 1 of the bone fragments and corresponding positioning of graphical 3D submodels of the implants and / or surgical instruments.
  • the 3D operation planning according to step 201 can be included again, i.
  • the planned and instantaneous osteosynthesis including the position of implants and / or surgical instruments and their insertion direction and end position, can be visualized, analyzed and virtually biomechanically tested.
  • the first graphical 3D computer model 1 of the bone fragments as well as the graphic 3D submodels of the implants can be re-identified and re-localized after the osteosynthesis. It can thus be determined in the postoperative X-ray checks whether or when a spatial change in position of the bone fragments or implants has taken place; especially if a postoperative change has occurred. Again, the position of the first 3D graphical computer model 1 of the bone fragments and the implants can be compared to the pre- or intraoperatively created 3D graphic computer models 1.
  • the computerized preoperative planning can be displayed and the current situation can be simulated eg by means of Finite Element Analysis to test the biomechanical stability of the current osteosynthesis. In further follow-up checks, a re-evaluation takes place, ie it is decided based on the results shown whether the therapy should be completed or whether new diagnostic or therapeutic steps should be initiated.
  • FIGS. 1 to 3 the inventive method shown in FIGS. 1 to 3 is shown in a further example of applications in dental implantology.
  • the course of therapy in the case of insertion of one or more dental implants can be monitored as follows over the course of therapy: 3D imaging of the operating area and the adjacent region, for example the adjacent teeth and / or the alveolar ridge, ie recording of a preoperative medical first 3D image data set 10 and Generate the first graphical 3D computer model 1 or a submodel thereof (steps 100 and 101 Fig. 1 or steps 200 and 201 in Fig. 2).
  • the 3D imaging advantageously takes place by means of an optical 3D scanning method, for example by means of laser scanning. This may be done alone or in addition to preoperative CT or digital volume tomography.
  • the monitoring of the individual therapeutic steps is now carried out by the operation area before, and then during the operation together with the Surgical instruments such as pilot drills or dental implants, as well as immediately after surgery or after incorporation of the prosthetic work (ie, a crown, or bridge) by means of optical laser scanning including the adjacent region are detected, and these generated in different Therapiestadien 3D imaging are registered.
  • the 3D images described in the foregoing form a second and further graphical 3D computer models 2 which were generated on the basis of a second and further medical 3D image data sets 20 (steps 102 and 103 in FIG. 1 or steps 202 and 203 in FIG. 2). and registered with the first 3D graphic computer model 1 (step 104 in FIG. 1 or step 204 in FIG. 2).
  • This registration should preferably take place on non-operated structures, for example on anatomical structures such as teeth or alveolar ridge.
  • the registration allows the determination of the spatial position of the implants and surgical instruments.
  • steps of 3D preoperative planning may be included in the therapy.
  • the result of the therapy for example the entire dental prosthetic restoration, can be compared with the virtual planning or re-evaluated in any phase.
  • laser scanning is a 3D imaging method that does not generate X-rays. This can be used as soon as surfaces of the surgical region as well as implants, surgical instruments, but also fracture segments and osteotomies become sufficiently visible and thus detectable. It is advantageous to no additional X-ray exposure of the patient in the course of therapy. Another advantage is the very detailed reproduction of surfaces such as those of the teeth or implants.
  • conventional dental X-ray images for monitoring over the course of therapy can be used for the field of dental implantology.
  • the X-ray exposure is present, it is low. If the implants or surgical instruments are not sufficiently directly visible, because they are located in the bone and / or under the mucous membrane, and thus can not be detected directly or insufficiently by laser scanning, then temporary implants with known geometry, such as an implant, can be placed on the implants or surgical instruments Healing cap, to be screwed on. If now the operated region with a clearly visible healing cap per inserted implant is scanned, then in the consequence -
  • the corresponding computer template of the healing cap including the attached computer template of the inserted implant or surgical instrument in the registration and thus their position can be clearly determined.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines graphischen 3D Computermodells von anatomischen Strukturen in einem wählbaren prä-, intra- oder postoperativen Status mit den Schritten: A) Aufnehmen eines präoperativen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes (10) von zu behandelnden anatomischen Strukturen eines Patienten mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens; B) Generieren eines ersten graphischen 3D Computermodells (1) der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt A) aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes (10); C) Aufnehmen - in einem prä-, intra- oder postoperativen Status - eines zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes (20) der zu behandelnden anatomischen Strukturen mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens; D) Generieren eines zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells (2) der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt C) aufgenommenen zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes (20); und E) Ausführen einer Bildregistrierung des ersten graphischen 3D Computermodells (1) mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell (2).

Description

Verfahren zur Herstellung eines graphischen 3D Computermodells mindestens einer anatomischen Struktur in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen Status
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines graphischen dreidimensionalen (3D) Computermodells mindestens einer anatomischen Struktur in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen Status gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der chirurgischen Versorgung von Knochenfrakturen und bei der Korrektur von ossären Fehlstellungen werden Knochenfragmente anatomisch repositioniert und mit geeigneter Osteosynthesetechnik an korrekter Lage stabil fixiert. Probleme können sich aber durch eine unerkannte Fehllage von Knochenfragmenten und Implantaten während der Operation, bzw. durch deren sekundäre Dislokation im postoperativen Verlauf ergeben. Zu vermeiden ist also eine fehlerhafte Osteosynthese durch anatomisch inkorrekte Repositionierung von Knochenfragmenten, fehlerhafte Operationstechnik, ungeeignete Implantatwahl und/oder deren Positionierung.
Knochenfrakturen und ossäre Fehlstellungen werden routinemässig mittels verschiedenen radiologischen Bildgebungsverfahren vor, während, als auch nach der Operation beurteilt bzw. geplant. Meist handelt es sich um konventionelle Röntgenaufnahmen, d.h. planare Projektionsaufnahmen. Besonders komplexe Eingriffe werden zu diagnostischen Zwecken mit einer tomographischen Schichtbildgebung, vorzugsweise mittels Computer Tomographie (CT) beurteilt. Dies erfolgt durch Analyse deren Schichtbilder oder deren dreidimensionalen Computermodellen vorzugweise präoperativ, bei besonderen Fragestellungen auch intra- oder postoperativ.
Die Knochenfragmente und die Osteosynthese können aber bisher im klinischen Routinebetrieb nicht über den gesamten Therapieverlauf räumlich schlüssig beurteilt werden. Hierzu wären dreidimensionale Bildgebungen wie CTs in allen Therapieschritten notwendig. Wie erwähnt ist dies zwar technisch möglich, doch Kosten, strahlenhygienische Gründe, Generierung von Artefakten, personeller, organisatorischer und technischer Aufwand sprechen bisher klar gegen eine routinemässige räumliche Beurteilung der Osteosynthese in allen Therapiestadien. Aus der US-A 2011/0082367 REGAZZONI ist ein Verfahren zur Reposition von Fragmenten eines frakturierten Knochens bekannt. Dieses bekannte Verfahren umfasst das Generieren von 3D Repräsentationen von Knochen und Knochenfragmenten auf der Basis eines mittels CT erfassten digitalen Datensatzes eines frakturierten Knochens sowie des kontralateralen gesunden Knochens eines Patienten, wobei die 3D Repräsentation des gespiegelten kontralateralen gesunden Knochens als Referenzmodell für die relative Position der 3D Repräsentation der reponierten Knochenfragmente dient. Anschliessend werden die 3D Repräsentationen des proximalen und distalen Knochenfragments mittels je einer dreidimensionalen Bildregistrierung mit der 3D Repräsentation des Referenzmodells zur Übereinstimmung gebracht und die Konfigurationen der Marker oder anatomischen Merkpunkte (anatomical landmarks) am proximalen und am distalen Knochenfragment extrahiert und auf das Referenzmodell übertragen. Die relativen Positionen der auf das Referenzmodell übertragenen Marker oder anatomischen Merkpunkte des proximalen und distalen Knochenfragments gestatten dann, einen für die reale Reposition der Knochenfragmente während der Operation verwendbaren digitalen Referenzdatensatz zur erstellen. Von dem proximalen und distalen Knochenfragment des dem auf dem Operationstisch positionierten Patienten werden präoperativ mittels eines C-Arm Fluroskops je zwei medizinische in-situ Bilder erfasst. Aus den je zwei medizinischen Bildern werden nachfolgend die dreidimensionalen Positionen der Marker oder anatomischen Merkpunkte des proximalen und distalen Knochenfragments relativ zu einem lokalen Koordinatensystem berechnet und daraus die relativen in-situ Positionen der Marker oder anatomischen Merkpunkte des proximalen und distalen Knochenfragments. Zuletzt wird durch Vergleichen der relativen in-situ Positionen der Marker oder anatomischen Merkpunkte mit dem digitalen Referenzdatensatz ein Satz von Ausrichtparametern ermittelt.
Bei diesem bekannten Verfahren ist keine Bildregistrierung der präoperativ erfassten medizinischen in-situ Bilder mit der zur Planung verwendeten 3D Repräsentation des Knochens oder der Knochenfragmente erforderlich. Da eine solche Bildregistrierung nicht vorgenommen wird, können allerdings während der Planung erfasste Operationsschritte, Implantate und chirurgische Instrumente nicht auf die in-situ Situation übertragen werden. Die adäquate anatomische Reposition von Knochenfragmenten samt stabiler Osteosynthese ist ein chirurgischer Leitgedanke bei der Frakturversorgung und bei Korrekturosteotomien. Speziell in schwierigen Situationen wie Trümmerfrakturen mit Gelenkbeteiligung oder komplexen Korrekturosteotomien ist dies jedoch nicht einfach zu erreichen. Fehler können prinzipiell intraoperativ entstehen oder erst im postoperativen Verlauf manifest werden. Eine mögliche Fehlerquelle ist, dass die Knochenreposition zwar stabil aber nicht anatomisch korrekt durchgeführt wurde; dies jedoch während der Operation nicht erkannt wurde. Ferner kann die Anatomie zwar zweckmässig wieder hergestellt sein, jedoch kommen Implantate unerkannt in einer Fehlposition, z.B. im Gelenkspalt, zu liegen. Eine biomechanisch insuffiziente Osteosynthese mit Verlagerung von Knochendefekten und/oder Osteosynthese zeigt sich gewöhnlich erst im postoperativen Verlauf.
Sowohl bei einer Frakturversorgung als auch bei ossären Fehlstellungen besteht somit ein Bedarf die Osteosynthese bestehend aus Knochenfragmenten und Implantaten besser präoperativ darzustellen, zu planen und intra- als auch post-operativ besser zu monitorisieren, dies im Sinne einer räumlichen, also 3D Monitorisierung des Osteosynthesekontruktes über den gesamten Therapieverlauf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines graphischen 3D Computermodells, welches mindestens die chirurgisch zu behandelnden, respektive behandelten anatomischen Strukturen umfasst, in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen Status zu schaffen, welches für die Kontrolle oder Monitorisierung eines geplanten Eingriffs, wie einer orthopädischen Operation verwendbar ist. Andere Eingriffe wie zum Beispiel die Insertion eines Zahnimplantates oder etwa neurochirurgische Eingriffe können auf gleiche Weise monitorisiert werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines graphischen 3D Computermodells, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass dank des erfindungsgemässen Verfahrens initial generierte 3D Computermodelle von anatomischen Strukturen, wie z.B. Knochen durch wiederholte Registrierungen auf den verschiedenen Bildgebungsverfahren wie konventionellen präoperativen Röntgenbildern, intraoperativen planaren 2D C-Bogen-, oder räumlichen 3D C- Bogenbildem, oder postoperativen Röntgenbildern nun immer räumlich über den gesamten Therapieverlauf zur Darstellung kommen. Eine räumliche Darstellung, einmalig und vorzugsweise mittels einer CT präoperativ generiert, ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft: Sie generiert eine räumliche Darstellung der zu behandelnden Region zu Beginn der Therapie. Diese räumlichen Informationen können somit für die Diagnostik und Therapieplanung genutzt werden. Ferner steht präoperativ mehr Zeit für deren Bearbeitung und Analyse zur Verfügung als z.B. während der Operation. Auch sind andere Bildgebungen, generiert mittels intraoperativen 2D oder 3D C-Bogen, aus zeitlichen und/oder technischen Gründen weniger oder gar ungeeignet, 3D Computermodelle von anatomischen Strukturen wie Knochen zu generieren. Dasselbe gilt auch für konventionelle prä- und postoperative Röntgenbilder, bei denen die massstäbliche Darstellung von 3D Computermodellen von anatomischen Strukturen wie Knochenfragmenten nicht möglich ist; jedenfalls nicht ohne erheblichen Zusatzaufwand. Diese Röntgenbilder stellen planare Summationsbilder dar, generiert aus nur einer Projektionsrichtung. Vorteilhaft ist aber deren hohe Bildauflösung.
Definitionen:
Medizinischer 3D Bilddatensatz: ein medizinischer 3D Bilddatensatz einer zu behandelnden anatomischen Struktur eines Patienten, beispielsweise der Region mit Fraktur bzw. mit ossärer Fehlstellung wird vorzugsweise mittels einer CT aufgenommen. Alternativ oder in Ergänzung können auch andere dreidimensionale schichtbildgebende Verfahren wie Cone Beam Computed Tomography (auch Digitale Volumen Tomographie genannt), Magnet Resonanz Tomographie oder auch 3D Laserscanning zum Einsatz kommen.
Medizinischer 2D Bilddatensatz: unter einem medizinischen 2D Bilddatensatz wird ein digitaler Datensatz verstanden, welcher die digitalen Daten eines oder mehrerer digitalisierter planarer Röntgenbilder einer zu behandelnden anatomischen Struktur eines Patienten umfasst.
Graphisches 3D Computermodell: unter einem graphischen 3D Computermodell wird ein auf dem Bildschirm abbildbares und durch einen digitalen Datensatz definiertes virtuelles Modell von Objekten, wie anatomischen Strukturen, temporäre Hilfsmittel (z.B. chirurgische Instrumente und Werkzeuge) und Implantate verstanden. Das erste graphische 3D Computermodell kann mehrere extrahierbare graphische 3D Submodelle für separate anatomische Strukturen, z.B. Knochenfragmente, eines oder mehrere Implantate und/oder eines oder mehrere chirurgische Instrumente umfassen. Ebenso kann das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell mehrere extrahierbare graphische 3D Submodelle für separate anatomische Strukturen, z.B. Knochenfragmente, eines oder mehrere Implantate und/oder eines oder mehrere chirurgische Instrumente umfassen.
Implantat: unter Implantat werden alle künstlich in den menschlichen oder tierischen Körper vollständig oder teilweise einzusetzenden oder eingesetzten festen Mittel verstanden, welche sich durch konventionelle Röntgenbilder, CT oder Magnetic Resonance Imaging (MRI) abbilden lassen und in ihrer Form nur beschränkt variabel sind, z.B. orthopädische Implantate, Dentalimplantate, Herzschrittmacher oder Stents.
Bildregistrierung: unter "Bildregistrierung" wird im nachfolgenden ein Überlagern zweier oder mehrerer 2D Abbildungen von zu behandelnden anatomischen Strukturen und/oder der verwendeten Implantate verstanden, wobei die 2D Abbildungen mit einem graphischen 3D Computermodell der zu behandelnden anatomischen Strukturen und/oder der Implantate exakt zur Übereinstimmung gebracht werden und jeweils durch einen digitalen Datensatz definiert sind.
Im erfindungsgemässen Verfahren werden durch Bildregistrierung ein oder mehrere digitalisierte medizinische Bilder des zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes der zu behandelnden anatomischen Strukturen und/oder der Implantate mit dem ersten graphischen 3D Computermodell registriert, so dass eine aktualisierte, d.h. an die prä-, intra- oder postoperative Position der zu behandelnden anatomischen Strukturen und/oder Implantate angepasste Position des ersten graphischen 3D Computermodells am Bildschirm eines Computers darstellbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können wie folgt kommentiert werden: In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt B) zusätzlich den Teilschritt:
B1) Einführen eines digitalen graphischen 3D Submodells, welches ein Implantat repräsentiert, in das erste graphische 3D Computermodell.
Das graphische 3D Submodell des Implantates kann aus einer Datenbank, wie z.B. einer CAD-Datenbank in das erste graphische 3D Computermodell kopiert werden.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt B) zusätzlich den Teilschritt:
B2) Einführen eines digitalen graphischen 3D Submodells, welches ein chirurgisches Instrument repräsentiert, in das erste graphische 3D Computermodell. Das graphische 3D Submodell des chirurgischen Instruments kann ebenfalls aus einer Datenbank, wie z.B. einer CAD-Datenbank in das erste graphische 3D Computermodell kopiert werden.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst der unter Schritt A) aufgenommene präoperative erste medizinische 3D Bilddatensatz mehrere anatomische Strukturen und das erste graphische 3D Computermodell umfasst für jede anatomische Struktur und vorzugsweise für jedes Implantat und/oder jedes chirurgische Instrument, je ein graphisches 3D Submodell. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass für die zu behandelnden anatomischen Strukturen, wie z.B. Knochen oder Knochenfragmente individuell erfassbare graphische 3D Submodelle in das erste graphische 3D Computermodell integriert sein können, so dass eine individuelle Analyse von bestimmten anatomischen Strukturen ermöglicht wird. Ferner kann das erste graphische 3D Computermodell individuell erfassbare graphische 3D Submodelle von Implantaten und chirurgischen Instrumenten umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell zusätzlich Repräsentationen eines oder mehrerer Implantate.
In wiederum einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens umfasst das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell zusätzlich Repräsentationen eines oder mehrerer chirurgischer Instrumente. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell für die anatomischen Strukturen und für jedes Implantat, und vorzugsweise auch für jedes chirurgische Instrument, je ein graphisches 2D oder 3D Submodell.
In nochmals einer anderen Ausführungsform des Verfahrens bildet das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell bei der Ausführung der Bildregistrierung das Referenzmodell, mit welchem das erste graphische 3D Computermodell in Übereinstimmung gebracht wird. Das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell wird als Referenzmodell benützt und definiert somit ein Zielmodell, mit welchem das erste graphische 3D Computermodell (Objektmodell oder Quellmodell) in Übereinstimmung gebracht wird. Die Aufnahme des zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes kann eines oder mehrere digitalisierte medizinische Bilder umfassen, welche je in einem vorbestimmten Winkel der Bildebene des C-Arm Röntgengerätes zum Schwerkraftvektor aufgenommen werden, so dass die Positionen der zu behandelnden anatomischen Strukturen und damit die Position des ersten graphischen 3D Computermodells in einem bezüglich des Operationsraums festen Koordinatensystem definiert sind.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufnehmen (in einem prä-, intra- oder post-operativen Status) eines zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes unter Schritt C) die Aufnahme eines oder mehrerer digitalisierter medizinischer Bilder mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens. Die Aufnahme von zwei oder mehreren unter einem Winkel relativ zueinander aufgenommenen digitalisierten medizinischen Bildern ermöglicht das Generieren eines 3D Computermodells. Andererseits können auch unterschiedliche Fragmente/Abschnitte eines langen Röhrenknochens in je einem der digitalisierten medizinischen Bilder abgebildet werden, so dass intraoperativ eingesetzte C-Arm Röntgengeräte mit einem relativ kleinen Bildausschnitt zur Aufnahme des zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes verwendet werden können. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass allenfalls nur eine Röntgenaufnahme ausreicht und die dem Fachmann bekannten standardmässigen Aufnahmen "in zwei Ebenen" entfallen. Weitere Vorteile des Verfahrens sind somit eine reduzierte Strahlenexposition und Aufwand. Bei Frakturversorgungen und bei Korrekturosteotomien kann folglich das gesamte Osteosynthesekonstrukt bestehend aus Knochenfragmenten, aus möglichem Knochen restdefekt und den verwendeten Implantaten über den gesamten Therapieverlauf räumlich beurteilt werden. Auf dem Computerbildschirm wird ein 3D Computermodell der anatomischen Struktur wie der Fraktur bzw. Osteotomie sichtbar, das je nach Therapiestadium räumlich die Knochenfragmente vor, während oder nach Operation in Verlaufskontrollen darstellt. Dabei ist nur einmal eine 3D Bildgebung notwendig. Sobald Implantatmaterial radiologisch sichtbar wird, kann auch dessen Position räumlich bestimmt und dargestellt werden durch Referenzieren deren 3D Computermodelle mit den 3D Computermodellen der anatomischen Strukturen wie zum Beispiel der Knochenfragmente.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells eine automatische oder manuelle Identifikation und Lokalisierung von anatomischen Merkpunkten, Linien und/oder Regionen der zu behandelnden anatomischen Strukturen.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells eine automatische oder manuelle Identifikation und Lokalisierung von Merkpunkten, Linien und/oder Regionen jedes Implantats und vorzugsweise jedes chirurgischen Instruments.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Generieren des zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells eine automatische oder manuelle Re- identifikation und Re-Iokalisierung der im ersten graphischen 3D Computermodell identifizierten und lokalisierten anatomischen Merkpunkte, Linien und/oder Regionen der zu behandelnden anatomischen Strukturen. Im einfachsten Fall umfasst das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell daher ein einzelnes digitalisiertes medizinisches Bild mit den re-identifizierten und re-lokalisierten anatomischen Merkpunkten. Die Bildregistrierung kann somit mit einem merkmalsbasierten Registrierungsverfahren ausgeführt werden. Bei merkmalsbasierten Registrierungsverfahren wird aus den Bildern eine bestimmte, in der Regel relativ kleine Anzahl von Merkmalen, z.B. von anatomischen Merkpunkten extrahiert. Dies geschieht entweder manuell oder automatisch. Die gewählten anatomischen Merkmale liegen vorzugsweise möglichst über das ganze Bild verteilt und konzentrieren sich nicht nur auf eine einzelne Region. Die Bildregistrierung erfolgt dann dadurch, dass die gewählten Merkmale, z.B. die gewählten anatomischen Merkpunkte am Objektmodell, d.h. am ersten graphischen 3D Computermodell mit denselben anatomischen Merkpunkten am Referenz-, respektive Zielmodell, d.h. am zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell in Übereinstimmung gebracht werden. Neben anatomischen Merkpunkten können auch Flächen im Bild, die sich von umgebenden Flächen deutlich abheben, als Regionenmerkmale oder Linien, respektive Kanten, welche als Linien selbst oder als Konturen von Regionen vorhanden sind, als Merkmale verwendet werden. Linien können, z.B. auch durch ihre Endpunkte repräsentiert und extrahiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Generieren des zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells eine automatische oder manuelle Re- identifikation und Re-Iokalisierung der im ersten graphischen 3D Computermodell identifizierten und lokalisierten Merkpunkte, Linien und/oder Regionen jedes Implantats und jedes chirurgischen Instruments.
Die Registrierung der graphischen 3D Submodelle der Implantate und/oder chirurgischen Instrumenten kann nun auf zwei Arten erfolgen:
1) zuerst werden das oder die graphischen 3D Submodelle der anatomischen Strukturen des ersten graphischen 3D Computermodells mit dem oder den graphischen 3D Submodellen der anatomischen Strukturen des zweiten graphischen 3D Computermodells registriert und anschliessend werden das oder die graphischen 3D Submodelle der Implantate und/oder chirurgischen Instrumente des ersten graphischen 3D Computermodells mit einem oder mehreren graphischen 3D Submodellen der anatomischen Strukturen der vorgängig registrierten graphischen 3D Submodelle der anatomischen Strukturen des ersten graphischen 3D Computermodells registriert und dabei die relativen Positionen zwischen den graphischen 3D Submodellen der Implantate und/oder chirurgischen Instrumenten und den graphischen 3D Submodellen der anatomischen Strukturen im zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell berücksichtigt; oder
2) zuerst werden das oder die graphischen 3D Submodelle der anatomischen Strukturen des ersten graphischen 3D Computermodells mit dem oder den graphischen 3D Submodellen der anatomischen Strukturen des zweiten graphischen 3D Computermodells registriert und anschliessend werden das oder die graphischen 3D Submodelle der Implantate und/oder chirurgischen Instrumente des ersten graphischen 3D Computermodells mit dem oder den graphischen 3D Submodellen der Implantate und/oder chirurgischen Instrumente des zweiten graphischen 3D Computermodells registriert.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt B) zusätzlich den Teilschritt:
computergestütztes Planen und Ausführen einer virtuellen chirurgischen Behandlung der zu behandelnden anatomischen Strukturen unter Verwendung des unter Schritt A) aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes.
Auf der Basis des ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes der zu behandelnden anatomischen Strukturen kann zuerst ein 3D Submodell des ersten graphischen 3D Computermodells erstellt werden, welches die anatomischen Strukturen umfasst und für die Planung und Ausführung der virtuellen chirurgischen Behandlung als graphisches Ausgangscomputermodell dient. Weitere 3D Submodelle können in der Folge für geplante Therapieschritte, wie z.B. die Reposition von Knochenfragmenten bis zum Therapieabschluss erstellt und in das erste graphische 3D Computermodell integriert werden.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das erste graphische 3D Computermodell ein graphisches 3D Submodell der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt A) aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst die computergestützte Planung die Integration mindestens eines weiteren graphischen 3D Submodells eines Implantates in das erste graphische 3D Computermodell. Somit kann auch die Position von Implantaten und/oder temporären Hilfsmitteln, wie z.B. Führungsdrähte, chirurgische Werkzeuge oder Instrumente in jedem Therapieschritt bis zum Therapieabschluss räumlich bestimmt und dargestellt werden. Dies wird erreicht durch Positionsabgleich von entsprechenden 3D Computermodellen der Implantate und/oder der temporären Hilfsmittel, die im Computer archiviert und abrufbar sind, mit erstens den nun lagegerecht positionierten 3D Computermodellen der anatomischen Strukturen (wie oben beschrieben) und zweitens mit den auf den Röntgenbildern sichtbaren Positionen der Implantate und/oder temporären Hilfsmittel. Die 3D Computermodelle der Implantate und/oder temporären Hilfsmittel kommen somit durch wiederholte Registrierungen auf den verschiedenen Bildgebungsverfahren wie konventionellen präoperativen Röntgenbildern, intraoperativen planen 2D C-Bogen-, oder räumlichen 3D C-Bogenbildern, oder postoperativen Röntgenbildern nun immer räumlich über den gesamten Therapieverlauf zur Darstellung.
In wiederum einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst die computergestützte Planung die Integration mindestens eines weiteren graphischen 3D Submodells eines temporären Hilfsmittels, vorzugsweise eines chirurgischen Instrumentes in das erste graphische 3D Computermodell umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst die computergestützte Planung eine Beurteilung der biomechanischen Stabilität der virtuell chirurgisch behandelten anatomischen Strukturen mittels einer Computersimulation, vorzugsweise mittels einer Finiten Elemente Computeranalyse. Durch computergestützte Analyse und Planung der Operation, d.h. der Re-Position der anatomischen Strukturen kann die Art und Lage der temporären und definitiven Implantate am Computer räumlich dargestellt, virtuell geplant und die biomechanische Stabilität, z.B. einer Osteosynthese mittels Computersimulation beurteilt und bei jedem Therapieschritt re-evaluiert werden. Situativ kann dann der Therapieplan fortgesetzt oder bei Bedarf modifiziert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das erste graphische 3D Computermodell mindestens ein graphisches 3D Submodell mindestens eines Zwischenresultats der gemäss der computerbasierten Planung virtuell behandelten anatomischen Strukturen.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst das erste graphische 3D Computermodell als Submodell einen Ausführungsplan, der vorzugsweise die genaue Abfolge des chirurgischen Eingriffes definiert und entsprechende Kontrollvorgaben beinhaltet. Das Verfahren kann zur Monitorisierung von chirurgischen Behandlungen verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt der Schritt C) des Verfahrens zuerst in einem präoperativen Status, so dass eine Monitorisierung des mindestens einen Objekts vor der chirurgischen Behandlung ermöglicht wird. Der Schritt C) des Verfahrens kann in mindestens einem intraoperativen Status erfolgen, so dass eine Monitorisierung des mindestens einen Objekts während der chirurgischen Behandlung ermöglicht wird. Ferner kann der Schritt C) auch in mindestens einem postoperativen Status ausgeführt werden, so dass eine Monitorisierung des mindestens einen Objekts nach der chirurgischen Behandlung ermöglicht wird.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Qualitätssicherung von chirurgischen Behandlungen verwendet. Ein weiterer Bestandteil und Vorteil des Verfahrens ist, dass alle Daten, die über den gesamten Therapieverlauf generiert werden in ein Qualitätsmanagementsystem integriert werden und somit analysiert werden können. Dieses kann sich wiederum auf die Art, Wahl und Durchführung der Therapie positiv auswirken; z.B. die Therapieverfahren nach massgeblichen Parametern standardisieren.
Das Verfahren kann zur Behandlung von Knochenfrakturen, zur Behandlung von ossären Fehlstellungen und in der Zahnimplantologie verwendet werden.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Fliessbild einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens;
Fig. 2 ein Fliessbild einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens; und Fig. 3 ein Fliessbild einer Ausführungsform des Generierens eines ersten graphischen 3D Computermodells gemäss der Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nach Fig. 2.
Grundsätzlich kann das erfindungsgemässe Verfahren für alle anatomischen Strukturen angewendet werden, welche durch ein computergestütztes medizinisches bildgebendes Verfahren dreidimensional erfassbar sind. Auch können alle zumindest teilweise durch ein computergestütztes medizinisches bildgebendes Verfahren geometrisch eindeutig erfassbaren Implantate und intraoperativ verwendbare chirurgische Instrumente eingesetzt werden.
Beispiel 1 :
Im nachfolgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren beispielhaft an einer chirurgischen Versorgung von Knochenfrakturen und einer Korrektur von ossären Fehlstellungen beschrieben.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich lediglich darin, dass in der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ein erstes graphisches 3D Computermodell 1 von zu behandelnden anatomischen Strukturen auf der Basis eines präoperativen medizinischen ersten 3D Bilddatensatzes 10 erstellt wird, während in der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ein analog zur Ausführungsform gemäss Fig. 1 erstelltes graphisches 3D Computermodell als graphisches 3D Submodell verwendet wird und das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells 1 zusätzlich ein computergestütztes Planen und Ausführen einer virtuellen chirurgischen Behandlung der zu behandelnden anatomischen Strukturen unter Verwendung dieses 3D Submodells umfasst. Die Ausführungsform des Verfahrens gemäss Fig. 1 kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn z.B. in Notfällen wie bei schweren Unfällen aus Zeitgründen keine computergestützte Planung der Operation ausgeführt wird. Zudem können in der Ausführungsform des Verfahrens gemäss Fig. 2 für eine Monitorisierung des gesamten Therapieverlaufs alle prä-, intra- oder postoperativ notwendigen Bildregistrierungen unter Verwendung der Ausführungsform gemäss Fig. 1 oder der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ausgeführt werden. Die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des Verfahrens umfasst im Wesentlichen die Schritte:
Schritt 00: 3D Bildgebung vor Operation
Zuerst erfolgt das Aufnehmen eines präoperativen medizinischen ersten 3D Bilddatensatzes 10 von zu behandelnden anatomischen Strukturen eines Patienten mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens. Das Verfahren beinhaltet, adäquate Bildinformationen des Operationsgebietes vor der Operation zu beschaffen. Dieses sieht vor, einen präoperativen ersten medizinischen 3D Bilddatensatz einer zu behandelnden anatomischen Struktur eines Patienten, beispielsweise der Region mit Fraktur bzw. mit ossärer Fehlstellung zu generieren, vorzugsweise mittels einer CT. Alternativ oder in Ergänzung können auch andere dreidimensionale schichtbildgebende Verfahren wie Cone Beam Computed Tomography (auch Digitale Volumen Tomographie genannt), Magnet Resonanz Tomographie oder 3D Laserscanning zum Einsatz kommen. Als Ausgabe (Output) wird der präoperative erste medizinische 3D Bilddatensatz 10 in Form eines digitalisierten 3D Bilddatensatzes erhalten, beispielsweise eines Datensatzes im DICOM Format (Digital Imaging and Communication in Medicine).
Schritt 101 : Generieren eines ersten graphischen 3D Computermodells 1 der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt 100 aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes 10. Insbesondere erfolgt in diesem Schritt eine Identifizierung, Lokalisierung und Darstellung der anatomischen Strukturen vor der Operation.
Unter Verwendung des präoperativen medizinischen ersten 3D Bilddatensatzes 10, welcher, vorzugweise mittels einer präoperativen CT erstellt wurde, werden die zu behandelnden anatomischen Strukturen, wie z.B. Knochenfragmente bei Frakturen oder Knochensegmente bei ossären Fehlstellungen mit entsprechender Computersoftware identifiziert, lokalisiert und in Form eines ersten graphischen 3D Computermodells 1 gespeichert, so dass diese z.B. als 3D Knochenfragmente, an einem Bildschirm dargestellt werden können. Dies kann durch Methoden der Identifikation, d.h. dem Erkennen von anatomisch-geometrischen Mustern der anatomischen Strukturen z.B. der Knochenfragmente; deren Lokalisation, d.h. der Definition deren räumlichen Lage; und deren Darstellung, d.h. deren adäquate räumlichen Darstellung als 3D Computermodell geschehen. Dies schliesst auch Techniken der Bildsegmentierung ein. Beispielsweise bei Korrekturosteotomien werden in diesem Schritt 101 bereits zwei oder mehrere virtuelle Knochenfragmente entsprechend der Osteotomieplanung identifiziert und lokalisiert, wobei zur Trennung der Knochenfragmente eine prospektive Schnittlinie herangezogen wird. Der Schritt 101 wird vor der Operation automatisch und/oder manuell an einem Computer ausgeführt, wobei als Eingabe (Input) der im Schritt 100 aufgenommene präoperative erste medizinische 3D Bilddatensatz 10 und Computersoftware und -methoden zur Prozessierung dieses 3D Bilddatensatzes, d.h. zur Identifikation, Lokalisation und räumlichen Darstellung der 3D anatomischen Strukturen, wie z.B. Knochenfragmente bei Frakturen verwendet werden. Als Ausgabe (Output) wird ein prozessierter digitaler Datensatz erhalten, welcher eine graphische 3D Darstellung der anatomischen Strukturen, z.B. der einzelnen Knochenfragmente ermöglicht.
Das unter Schritt 101 erhaltene erste graphische 3D Computermodell 1 der zu behandelnden anatomischen Strukturen kann nun durch Bildregistrierung mit einem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2, welches aus einem oder mehreren digitalisierten medizinischen Bildern eines prä-, intra- oder postoperativ aufgenommenen zweiten oder weiteren medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatz 20 generiert werden kann, bezüglich seiner räumlichen Position in Übereinstimmung gebracht werden. Damit kann das erste graphische 3D Computermodell 1 über dem gesamten Therapieverlauf, in der aktualisierten, d.h. in der tatsächlichen prä-, intra- oder postoperativen Position der zu behandelnden anatomischen Strukturen am Bildschirm eines Computers dargestellt werden. Innerhalb einer Monitorisierung einer chirurgischen Behandlung kann daher das erste graphische 3D Computermodell 1 zur lagegerechten Darstellung der zu behandelnden anatomischen Strukturen präoperativ im Operationsraum direkt vor der Operation, intraoperativ, nach Abschluss der Operation und/oder postoperativ zur Verlaufskontrolle verwendet werden. Dazu werden jeweils die nachfolgend beschriebenen Schritte 102 bis 104 ausgeführt.
Alternativ kann - wie untenstehend unter Figur 2 beschrieben - die im Schritt 201 ausgeführte Generierung des ersten graphischen 3D Computermodells 1 zusätzlich ein computergestütztes Planen und Ausführen einer virtuellen chirurgischen Behandlung der zu behandelnden anatomischen Strukturen unter Verwendung des unter Schritt 200 aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes 10 umfassen. Zur Monitorisierung einer chirurgischen Behandlung kann in diesem Fall die Bildregistrierung des ersten graphischen 3D Computermodells 1 gemäss einer der Ausführungsformen nach Fig. 1 oder nach Fig. 2 mit einem oder mehreren digitalisierten medizinischen Bildern eines prä-, intra- oder postoperativ aufgenommenen zweiten oder weiteren medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatz 20 ausgeführt werden.
Schritt 102: Vor der Bildregistrierung des ersten graphischen 3D Computermodells 1 gemäss einer der Ausführungsformen nach Fig. 1 oder nach Fig. 2 mit einem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2 erfolgt das Aufnehmen - in dem gewünschten prä-, intra- oder postoperativen Status - eines ein oder mehrere digitalisierte medizinische Bilder 21 umfassenden zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes 20 der zu behandelnden anatomischen Strukturen und/oder der Implantate mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens.
Schritt 103: Danach erfolgt das Generieren eines zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells 2 der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt 102 aufgenommenen zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes 20. Nachdem das eine oder die mehreren digitalisierten medizinischen Bilder, z.B. mittels einer prä-, intra- oder postoperativen Röntgenbildgebung der zu behandelnden anatomischen Strukturen aufgenommen wurden, werden dieselben anatomische Merkpunkte (anatomical landmarks) der anatomischen Strukturen, z.B. von Knochenfragmenten und Knochenkonturen der Frakturzone und der gesunden Knochenoberfläche einschliesslich Gelenkfläche, Knochengrauwerte und/oder geometrische Knochenmuster auf dem einen oder den mehreren digitalisierten medizinischen Bildern oder direkt in dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2 re-identifiziert und re-lokalisiert, um nachfolgend das erste graphische 3D Computermodell 1 der zu behandelnden anatomischen Strukturen, z.B. der Knochenfragmente mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2 der prä-, intra- oder postoperativen Situation zu registrieren. Als prä-, intra- oder postoperative Bildgebungstechniken dienen die konventionelle planare Röntgenaufnahme bzw. Röntgenaufnahmen in zwei Ebenen, oder im Operationssaal unmittelbar vor Operation generierte Röntgenbilder, die vorzugsweise mittels eines 2D oder 3D Bildaufnahmeverfahrens unter Verwendung eines C-Bogen Röntgengeräts generiert wurden.
Schritt 104: Anschliessend erfolgt das Ausführen der Bildregistrierung des ersten graphischen 3D Computermodells 1 mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2. Es entsteht folglich eine neue Darstellung auf dem das erste graphische 3D Computermodell 1 der zu behandelnden anatomischen Strukturen, z.B. der Knochenfragmente positionsgerecht gemäss der aktuellen Bildgebung sichtbar ist. Allfällige Lageverschiebungen der anatomischen Strukturen z.B. der Knochenfragmente ab Zeitpunkt der Aufnahme der Computertomographie (CT) werden demnach aktualisiert und somit kompensiert.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Verfahrens unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nur darin, dass das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells 1 ein computergestütztes Planen und Ausführen einer virtuellen chirurgischen Behandlung der zu behandelnden anatomischen Strukturen unter einer allfälligen Verwendung von Implantaten und auch von chirurgischen Instrumenten umfassen kann.
Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Verfahrens wird beispielhaft an einer Osteosynthese oder einer Korrekturosteotomie beschrieben und umfasst im Wesentlichen die Schritte:
Schritt 200: 3D Bildgebung vor Operation:
Zuerst erfolgt analog zur Ausführungsform gemäss Fig. 1 die Aufnahme eines präoperativen medizinischen ersten 3D Bilddatensatzes 10 von zu behandelnden anatomischen Strukturen eines Patienten mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens.
Schritt 201 : Anschliessend wird das erste graphische 3D Computermodell 1 der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes generiert, wobei das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells 1 ein computergestütztes Planen und Ausführen einer virtuellen chirurgischen Behandlung der zu behandelnden anatomischen Strukturen unter Verwendung des unter Schritt 100 aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes 10 umfasst. Analog zu Fig. 1 erfolgt in diesem Schritt zuerst eine Identifizierung, Lokalisierung und Darstellung der anatomischen Strukturen vor der Operation.
Die 3D präoperative Planung am Computer ist in Fig. 3 detailliert dargestellt, wobei die 3D präoperative Planung am Computer alle oder nur einen Teil der in Fig. 3 dargestellten Schritte 2011 bis 2021 umfassen kann. Unterstützend zur klinischen Untersuchung des Patienten, Studium der klinischen Unterlagen einschliesslich Beurteilung der Bildgebung erfolgt jetzt zusätzlich die präoperative Planung der chirurgischen Behandlung am Computer mittels entsprechender Software: Hierbei ist beispielsweise anatomisch korrekte virtuelle Reposition der 3D Knochenfragmente bei Knochenfrakturen eine zentrale Aufgabe (Schritt 2012). Die anatomische Reposition der 3D Knochenfragmente erlaubt auch die Darstellung und Analyse eines Knochenrestdefektes, falls vorhanden. Bei ossären Fehlstellungen wird hingegen am Computer virtuell die Osteotomie räumlich festgelegt (Schritt 2011) und dann die 3D Knochenfragmente in die geplante Position verschoben (Schritt 2012). Dazu werden die oben festgelegten 3D Knochenfragmente gemäss der geplanten Position der Osteotomie dauernd neu dargestellt, bzw. registriert.
Als weiteres Merkmal dieser 3D präoperativen Planung am Computer kann die Fraktur bzw. die Osteotomie virtuell analysiert werden (Schritt 2013). So können etwa Form, Grösse und Dislokationsgrad der Knochenfragmente und Restdefekt bzw. geschaffener Defekt, sowie entstehende Überschneidungen der Knochenfragmente (wichtig bei Osteotomien oder Knochentransplantation) berechnet werden. Dabei können auch bekannte Frakturklassifikationen 4, z.B. die Klassifikation AO COIAC, respektive Müller AO Klassifikation, welche auf Datenbanken gespeichert und abrufbar sind, verwendet werden.
Dann wird die virtuelle Osteosynthese (Schritt 2016) sowohl bei Frakturen als auch ossären Fehlstellungen geplant, indem im Computer archivierte 3D Computermodelle 5 von temporären Hilfsmitteln, z.B. von chirurgischen Instrumenten, und definitiven Implantaten wie Platten, Marknägel, Schrauben, Führungsdrähte, in passender Grösse ausgewählt und im ersten graphischen 3D Computermodell als graphische 3D Submodelle positioniert werden. Bei Knochendefekten kann zusätzlich die Planung von autologem oder alloplastischem Material (z.B. Knochentransplantat, oder -zement) samt Menge miteinbezogen werden, indem der Defekt virtuell mit entsprechenden virtuellen Füllkörpem wiederhergestellt wird, welche dem Volumen bzw. den mechanischen Eigenschaften des Knochens entsprechen. Als weiteres Merkmal des Schritts 201 wird ein Ausführungsplan (Schritt 2017) festgelegt und als Submodell in das erste graphische 3D Computermodell 1 integriert, der die genaue Abfolge des chirurgischen Eingriffes definiert und entsprechende Kontrollvorgaben beinhaltet. So wird die Reihenfolge der Reposition der Knochenfragmente bzw. Osteotomien festgelegt, als auch die Abfolge und Gebrauch der temporären Hilfsmittel und der definitiven Implantate. Zur Kontrollvorgabe gehört ein virtuelles graphisches 3D Computermodel des Zwischenresultates, das während der Operation mit dem realen Zwischenresultat verglichen werden kann.
Als weiteres Merkmal des Schritts 201 kann die in der virtuellen Operationsplanung geschaffene Osteosynthese bestehend aus Knochenfragmenten und Implantat virtuell biomechanisch getestet werden (Schritt 2018), z.B. mittels einer Finiten Element Analyse.
Als Eingabe (Input) wird der unter Schritt 200 aufgenommene präoperative medizinische erste 3D Bilddatensatz 10 verwendet, wobei auf dessen Basis vor der Planung graphische 3D Submodelle der Knochenfragmente bzw. der gesamten Region bei ossären Fehlstellungen erstellt werden können. Für die Planung und Ausführung einer virtuellen chirurgischen Behandlung können folgende Softwaretools eingesetzt werden:
1. Softwaretool zur Generierung von virtuellen Osteotomien, insbesondere bei ossären Fehlstellungen;
2. Softwaretool zur virtuellen Re-Positionierung der 3D Knochenfragmente;
3. Archivierte 3D Computertemplates von temporären Hilfsmitteln und definitiven Implantaten wie Platten, Schrauben, Marknagel, Kirschner Drähte;
4. Softwaretool zur Analyse der Bestandteile (wie Anzahl, Grösse, Geometrie der Knochenfragmente und Implantate) und der Planungsvorgänge (z.B. Dislokationsgrad, Osteotom iewinkel) während der Planung;
5. Softwaretool für die Erstellung eines primären Ausführungsplans und von Alternativen; und 6. Softwaretool zur Analyse der biomechanischen Eigenschaften der Osteosynthese.
Als Ausgabe (Output) wird ein erstes graphisches 3D Computermodell 1 erstellt, welches die gemäss der computerbasierten Planung virtuell chirurgisch behandelten anatomischen Strukturen mit den Implantaten und/oder chirurgischen Instrumenten, ein oder mehrere graphische 3D Submodelle eines oder mehrerer Zwischenresultate der gemäss der computerbasierten Planung virtuell behandelten anatomischen Strukturen und die computerbasierte Planung der Osteosynthese zur Versorgung von Frakturen, bzw. zur Korrektur von ossären Fehlstellungen umfassen kann.
Schritt 202: Aufnehmen - in dem gewünschten prä-, intra- oder postoperativen Status - eines ein oder mehrere digitalisierte medizinische Bilder 21 umfassenden zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes 20 der zu behandelnden anatomischen Strukturen, der Implantate und der chirurgischen Instrumente mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens analog zu Fig. 1.
Schritt 203: Generieren eines zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells 2 der zu behandelnden anatomischen Strukturen und/oder der Implantate in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt 202 aufgenommenen zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes 20 analog zu Fig. 1. Nachdem das eine oder die mehreren digitalisierten medizinischen Bilder 21 , z.B. mittels einer prä-, intra- oder postoperativen Röntgenbildgebung der zu behandelnden anatomischen Strukturen mit dem Implantat und/oder chirurgischen Instrumenten generiert wurden, werden anatomische Merkpunkte (anatomical landmarks) der anatomischen Strukturen, z.B. von Knochenfragmenten und Knochenkonturen der Frakturzone und der gesunden Knochenoberfläche einschliesslich Gelenkfläche, Knochengrauwerte und/oder geometrische Knochenmuster auf dem einen oder den mehreren digitalisierten medizinischen Bilder 21 oder direkt in dem zweiten 2D oder 3D graphischen Computermodell 2 re-identifiziert und re-lokalisiert, um nachfolgend das erste graphische 3D Computermodell 1 mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2 zu registrieren. Als präoperative Bildgebungstechniken dienen die konventionelle planare Röntgenaufnahme bzw. Röntgenaufnahmen in zwei Ebenen, oder im Operationssaal unmittelbar vor Operation generierte Röntgenbilder, die vorzugsweise mittels eines 2D oder 3D Bildaufnahmeverfahrens unter Verwendung eines C-Bogen Röntgengeräts generiert wurden.
Schritt 204: Anschliessend erfolgt das Ausführen der Bildregistrierung des ersten graphischen 3D Computermodells 1 mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2. Wie bei einer Bildregistrierung nach der Ausführungsform gemäss Fig. 1 entsteht eine neue graphische Darstellung auf dem das erste graphische 3D Computermodell 1 der zu behandelnden anatomischen Strukturen, z.B. der Knochenfragmente positionsgerecht gemäss der aktuellen Bildgebung sichtbar ist. Allfällige Lageverschiebungen der anatomischen Strukturen z.B. der Knochenfragmente ab Zeitpunkt der Aufnahme der Computertomographie (CT) werden demnach aktualisiert und somit kompensiert. Sobald Implantate und/oder chirurgische Instrumente radiologisch sichtbar sind, oder auch mittels einer anderen Bildgebung, kann deren Position durch Referenzieren deren graphischer 3D Submodelle mit dem oder den graphischen 3D Submodellen der anatomischen Strukturen, wie z.B. der Knochenfragmente räumlich bestimmt und dargestellt werden. Zudem kann das gesamte geplante Implantat einschliesslich Position und dessen Einschubrichtung und Endposition visualisiert werden. Im Schritt 204 erfolgt somit präoperativ auch eine prospektive räumliche Positionsbestimmung der temporären Hilfsmittel und/oder des definitiven Implantats. Nach Registrierung aller beschriebenen Komponenten können nach Bedarf die verschiedenen Komponenten bzw. am Computer dargestellt bzw. ausgeblendet werden.
Die in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens können nachfolgend zur dreidimensionalen (3D) Monitorisierung einer chirurgischen Behandlung eingesetzt werden. Dabei kann die 3D Monitorisierung einen oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Schritte umfassen:
1) Monitorisierung vor der Operation; und/oder
2) Monitorisierung während der Operation; und/oder
3) Monitorisierung bei postoperativen Verlaufskontrollen.
1) Monitorisierung vor der Operation: Zu Beginn wird gemäss Schritt 102 oder 202 ein zweiter medizinischer 2D oder 3D Bilddatensatz 20, z.B. eine präoperative Röntgenbildgebung der zu behandelnden anatomischen Strukturen aufgenommen. Anatomische Landmarken von Knochenfragmenten und Knochenkonturen der Frakturzone und gesunder Knochenoberfläche einschliesslich Gelenkfläche, Knochengrauwerte als auch geometrische Knochenmuster, werden auf dem präoperativen Röntgenbild reidentifiziert und re-lokalisiert, um das erste graphische 3D Computermodell 1 der Knochenfragmente mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell 2 zu registrieren. Als präoperative Bildgebungstechniken dienen die konventionelle plane Röntgenaufnahme bzw. Röntgenaufnahmen in zwei Ebenen, oder im Operationssaal unmittelbar vor Operation generierte auch Röntgenbilder, die vorzugsweise mittels 2D C-Bogen oder 3D C-Bogen generiert wurden.
Es entsteht folglich eine neue Darstellung auf dem das erste graphische 3D Computermodell 1 der anatomischen Strukturen, z.B. der Knochenfragmente positionsgerecht gemäss der aktuellen Bildgebung sichtbar sind. Allfällige Lageverschiebungen der Knochenfragmente ab Zeitpunkt CT Akquisition werden demnach aktualisiert und somit kompensiert.
Es kann nun auch die 3D Operationsplanung mit einbezogen werden, d.h. das gesamte geplante Osteosynthesekonstrukt kann einschliesslich Position von Implantaten und deren Einschubrichtung und Endposition visualisiert werden. Somit erfolgt präoperativ auch eine prospektive räumliche Positionsbestimmung von Implantaten. Nach Registrierung aller beschriebenen Komponenten können nach Bedarf die verschiedenen Komponenten bzw. am Computer dargestellt bzw. ausgeblendet werden.
2) Monitorisierung während der Operation:
Es erfolgt eine erneute Röntgenbildkontrolle, jedoch nun intraoperativ während der Operation, vorzugsweise eine 2D oder 3D C-Bogenbildkontrolle. Ebenso erfolgt eine erneute Bildregistrierung wie unter Schritt 204 oben beschrieben: So werden anatomische Landmarken von Knochenfragmenten und Knochenkonturen der Frakturzone und gesunder Knochenoberfläche einschliesslich Gelenkfläche, Knochengrauwerte als auch geometrisch Knochenmuster auf dem intraoperativen Röntgenbild re-identifiziert und re-lokalisiert, um das erste graphische 3D Computermodell 1 der Knochenfragmente zu registrieren. Intraoperativ kann somit die aktuelle Position der 3D Knochenfragmente räumlich bestimmt bzw. monitorisiert werden. Wird zu Beginn der Operation ein Implantat am Knochen fixiert, so kann dies den Registrierungsvorgang verbessern oder erleichtern. Dies kann insbesondere bei Korrekturosteotomien sinnvoll sein, da hier weniger anatomische Landmarken zur Verfügung stehen, die analog auch in der präoperativen 3D Bildgebung identifizierbar sind.
Bei Korrekturosteotomien kann es sinnvoll sein zunächst nur eine Teilverschiebung durchzuführen um die Position der Knochenfragmente mittels Re-Identifikation und Re- Lokalisation räumlich zu evaluieren. Weitere Massnahmen können dann eingeleitet werden um das Osteotomieergebnis zu verbessern. Erst nach Kontrolle der räumlich korrekten Lage der Knochenfragmente erfolgt die definitive Fixation.
Sobald Implantate und/oder chirurgische Instrumente im Verlauf der Operation auf einer weiteren intraoperativen Röntgenbildkontrolle sichtbar werden, so kann auch deren räumliche Position bestimmt werden durch deren Registrierung mit dem bereits räumlich definierten graphischen 3D Computermodell 1 der Knochenfragmente und entsprechender Positionierung von graphischen 3D Submodellen des Implantate und/oder chirurgischen Instrumente.
Es kann nun wiederum die 3D Operationsplanung gemäss Schritt 201 mit einbezogen werden, d.h. das geplante und momentane Osteosynthese kann einschliesslich Position von Implantaten und/oder chirurgischen Instrumenten und deren Einschubrichtung und Endposition visualisiert, analysiert und virtuell biomechanisch getestet werden.
Weitere Röntgenbildkontrollen mit erneuter Re-Identifikation und Re-Lokalisation während der Operation und der Einbezug von Information der präoperativen Planung und Simulation helfen dem Chirurgen die Operation erfolgreich und dreidimensional dokumentiert fortzusetzen, zu modifizieren und schliesslich mit einer Kontrolle der räumlichen Lage der Osteosynthese abzuschliessen.
3) Monitorisierung bei postoperativen Verlaufskontrollen.
Es erfolgen routinemässig postoperative Verlaufskontrollen mit Röntgenkontrollen. Auf diesen können wahlweise das erste graphische 3D Computermodell 1 der Knochenfragmente als auch die graphischen 3D Submodelle der Implantate nach der Osteosynthese re-identifiziert und re-lokalisiert werden. Es kann somit in den postoperativen Röntgenkontrollen festgestellt werden, ob bzw. wann eine räumliche Positionsveränderung der Knochenfragmente oder der Implantate stattgefunden hat; insbesondere ob postoperativ eine Veränderung eingetreten ist. Wiederum kann die Position des ersten graphischen 3D Computermodells 1 der Knochenfragmente und der Implantate mit den prä- oder intraoperativ erstellten graphischen 3D Computermodellen 1 verglichen werden. Es kann die computerisierte präoperative Planung eingeblendet werden und die aktuelle Situation z.B. mittels Finiten Element Analyse simuliert werden, um die biomechanische Stabilität der aktuellen Osteosynthese zu testen. In weiteren Verlaufskontrollen erfolgt eine Re-Evaluation, d.h. es wird basierend auf den dargestellten Ergebnissen entschieden, ob die Therapie abgeschlossen oder ob neue diagnostische oder therapeutische Schritte eingeleitet werden sollten.
Gelingt eine genaue Registrierung auf nur einem planaren Röntgenbild, so kann auf die standardmässige Röntgendokumentation "in zwei Ebnen" verzichtet werden. Somit können die Strahlenexposition und Aufwand reduziert werden.
Die durch die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens und einen oder mehrere der während innerhalb der Monitorisierung durchgeführten Schritte erhaltenen Erkenntnisse und Resultate können in ein Qualitätsmanagement-System von chirurgischen Behandlungen überführt werden.
Beispiel 2:
Im nachfolgenden wird das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemässe Verfahren in einem weiteren Beispiel für Applikationen in der Zahnimplantologie dargestellt. Der Therapieverlauf bei Insertion eines oder mehrerer Zahnimplantate kann über den Therapieverlauf wie folgt monitorisiert werden: Präoperativ erfolgt eine 3D Bildgebung des Operationsgebietes und der benachbarten Region, etwa der benachbarten Zähne und/oder des Kieferkamms, d.h. das Aufnehmen eines präoperativen medizinischen ersten 3D Bilddatensatzes 10 und Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells 1 oder eines Submodells davon (Schritte 100 und 101 Fig. 1 oder Schritte 200 und 201 in Fig. 2). Vorteilhaft erfolgt die 3D Bildgebung mittels eines optischen 3D Scanverfahrens, etwa mittels Laser Scanning. Dieses kann alleinig oder in Ergänzung zur präoperativen CT oder Digitalen Volumentomographie angefertigt werden. Die Monitorisierung der einzelnen Therapieschritte erfolgt nun, indem das Operationsgebiet vor, und dann während der Operation samt den chirurgischen Instrumenten wie Pilotbohrer oder den Zahnimplantaten, als auch unmittelbar nach Operation oder nach Eingliederung der zahnprothetischen Arbeit (d.h. eine Krone, oder Brücke) mittels des optischen Laser Scanning samt der benachbarten Region erfasst werden, und diese in verschiedenen Therapiestadien generierten 3D Bildgebungen registriert werden. Die in den vorangehend beschriebenen 3D Bildgebungen bilden ein zweites und weitere graphische 3D Computermodelle 2, welche auf der Basis eines zweiten und weiterer medizinischen 3D Bilddatensätze 20 generiert wurden (Schritte 102 und 103 in Fig. 1 oder Schritte 202 und 203 in Fig. 2) und mit dem ersten graphischen 3D Computermodell 1 registriert werden (Schritt 104 in Fig. 1 oder Schritt 204 in Fig. 2). Diese Registrierung soll vorzugsweise an nicht operierten Strukturen, etwa an anatomischen Strukturen wie Zähne oder Kieferkamm, erfolgen. Die Registrierung erlaubt die Bestimmung der räumlichen Position der Implantate und chirurgischen Instrumente. Wie beschrieben können Schritte der 3D präoperativen Planung (Schritt 201 in Fig. 2) in die Therapie einbezogen werden. Ebenfalls kann das Resultat der Therapie, etwa die gesamte zahnprothetische Versorgung, mit der virtuellen Planung verglichen bzw. in einer beliebigen Phase re- evaluiert werden.
Vorteilhaft dieser Weiterbildung der Erfindung ist, dass Laser Scanning ein 3D Bildgebungsverfahren ist, das keine Röntgenstrahlen generiert. Dieses kann eingesetzt werden sobald Oberflächen der Operationsregion als auch Implantate, chirurgische Instrumente, aber auch Fraktursegmente und Osteotomien in ausreichendem Masse sichtbar und somit detektierbar werden. Es kommt vorteilhaft zu keiner zusätzlichen Röntgenexposition des Patienten im Therapieverlauf. Von Vorteil ist ferner die sehr detailgetreue Wiedergabe von Oberflächen wie derjenigen der Zähne oder Implantaten.
Alternativ können aber für den Bereich Zahnimplantologie, wie beschrieben, auch konventionelle Zahnröntgenaufnahmen zur Monitorisierung über den Therapieverlauf gebraucht werden. Hier ist die Röntgenexposition zwar vorhanden, jedoch gering. Falls die Implantate oder chirurgischen Instrumente nicht ausreichend direkt ersichtlich, weil im Knochen und oder unter der Schleimhaut befindlich, und somit mittels Laser Scanning nicht oder ungenügend direkt erfasst werden können, so können auf die Implantate oder chirurgischen Instrumente temporäre Körper mit bekannter Geometrie, etwa eine Einheilkappe, aufgeschraubt werden. Wird nun die operierte Region mit einer gut sichtbaren Einheilkappe pro inseriertem Implantat gescannt, so kann in der Folge -
26 das entsprechende Computertemplate der Einheilkappe samt dem daran angebrachten Computertemplate des inseriertem Implantats oder chirurgischen Instrumentes in die Registrierung miteinbezogen und somit deren Position eindeutig bestimmt werden.
Obwohl wie oben beschrieben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorliegen, sind diese so zu verstehen, dass die verschiedenen Merkmale sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination verwendet werden können.
Diese Erfindung ist daher nicht einfach auf die oben erwähnten, besonders bevorzugten Ausführungsformen beschränkt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines graphischen 3D Computermodells mindestens einer anatomischen Struktur in einem wählbaren prä-, intra- oder post-operativen Status mit den Schritten:
A) Aufnehmen eines präoperativen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes (10) mindestens einer zu behandelnden anatomischen Struktur eines Patienten mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens;
B) Generieren eines ersten graphischen 3D Computermodells (1) der zu behandelnden anatomischen Struktur in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt A) aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes (10);
C) Aufnehmen - in einem prä-, intra- oder postoperativen Status - eines zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes (20) der zu behandelnden anatomischen Strukturen mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens;
D) Generieren eines zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells (2) der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt C) aufgenommenen zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes (20); und
E) Ausführen einer Bildregistrierung des ersten graphischen 3D Computermodells (1) mit dem zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodell (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt B) zusätzlich den Teilschritt umfasst:
B1) Einführen eines digitalen graphischen 3D Submodells, welches ein Implantat repräsentiert, in das erste graphische 3D Computermodell (1).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt B) zusätzlich den Teilschritt umfasst: B2) Einführen eines digitalen graphischen 3D Submodells, welches ein chirurgisches Instrument repräsentiert, in das erste graphische 3D Computermodell (1).
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der unter Schritt A) aufgenommene präoperative erste medizinische 3D Bilddatensatz (10) mehrere anatomische Strukturen umfasst und das erste graphische 3D Computermodell (1 ) für jede anatomische Struktur und vorzugsweise für jedes Implantat und/oder jedes chirurgische Instrument, je ein graphisches 3D Submodell umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell (2) zusätzlich Repräsentationen eines oder mehrerer Implantate umfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell (2) zusätzlich Repräsentationen eines oder mehrerer chirurgischer Instrumente umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell (2) für die anatomischen Strukturen und für jedes Implantat, und vorzugsweise auch für jedes chirurgische Instrument, je ein graphisches 2D oder 3D Submodell umfasst.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausführung der Bildregistrierung das zweite graphische 2D oder 3D Computermodell (2) das Referenzmodell bildet, mit welchem das erste graphische 3D Computermodell (1) in Übereinstimmung gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter Schritt C) das Aufnehmen - in einem prä-, intra- oder postoperativen Status - eines zweiten medizinischen 2D oder 3D Bilddatensatzes (20) die Aufnahme eines oder mehrerer digitalisierter medizinischer Bilder mittels eines computergestützten medizinischen bildgebenden Verfahrens umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells (1) eine automatische oder manuelle Identifikation und Lokalisierung von anatomischen Merkpunkten, Linien und/oder Regionen der zu behandelnden anatomischen Strukturen umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Generieren des ersten graphischen 3D Computermodells (1) eine automatische oder manuelle Identifikation und Lokalisierung von Merkpunkten, Linien und/oder Regionen jedes Implantats und vorzugsweise jedes chirurgischen Instruments umfasst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Generieren des zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells (2) eine automatische oder manuelle Re-identifikation und Re-Iokalisierung der im ersten graphischen 3D Computermodell (1) identifizierten und lokalisierten anatomischen Merkpunkte, Linien und/oder Regionen der zu behandelnden anatomischen Strukturen umfasst.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Generieren des zweiten graphischen 2D oder 3D Computermodells (2) eine automatische oder manuelle Re-identifikation und Re-Iokalisierung der im ersten graphischen 3D Computermodell (1) identifizierten und lokalisierten Merkpunkte, Linien und/oder Regionen jedes Implantats und jedes chirurgischen Instruments umfasst.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt B) zusätzlich den Teilschritt umfasst:
computergestütztes Planen und Ausführen einer virtuellen chirurgischen Behandlung der zu behandelnden anatomischen Strukturen unter Verwendung des unter Schritt A) aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes (10).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste graphische 3D Computermodell (1) ein graphisches 3D Submodell der zu behandelnden anatomischen Strukturen in Form eines digitalen Datensatzes unter Verwendung des unter Schritt A) aufgenommenen ersten medizinischen 3D Bilddatensatzes (10) umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die com putergestützte Planung die Integration mindestens eines weiteren graphischen 3D Submodells eines Implantates in das erste graphische 3D Computermodell (1) umfasst.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die computergestützte Planung die Integration mindestens eines weiteren graphischen 3D Submodells eines temporären Hilfsmittels, vorzugsweise eines chirurgischen Instrumentes in das erste graphische 3D Computermodell (1) umfasst.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die computergestützte Planung eine Beurteilung der biomechanischen Stabilität der virtuell chirurgisch behandelten anatomischen Strukturen mittels einer Computersimulation, vorzugsweise mittels einer Finiten Elemente Computeranalyse umfasst.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste graphische 3D Computermodell (1) mindestens ein graphisches 3D Submodell mindestens eines Zwischen resultats der gemäss der computerbasierten Planung virtuell behandelten anatomischen Strukturen umfasst.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste graphische 3D Computermodell (1) als Submodell einen Ausführungsplan (2017) umfasst, der vorzugsweise die genaue Abfolge des chirurgischen Eingriffes definiert und entsprechende Kontrollvorgaben beinhaltet.
21. Verfahren zur Monitorisierung von chirurgischen Behandlungen unter Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt C) in einem präoperativen Status erfolgt, so dass eine Monitorisierung des mindestens einen Objekts vor der chirurgischen Behandlung ermöglicht wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt C) in mindestens einem intraoperativen Status erfolgt, so dass eine Monitorisierung des mindestens einen Objekts während der chirurgischen Behandlung ermöglicht wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt C) in mindestens einem postoperativen Status erfolgt, so dass eine Monitorisierung des mindestens einen Objekts nach der chirurgischen Behandlung ermöglicht wird.
25. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 21 bis 24 zur Qualitätssicherung von chirurgischen Behandlungen.
26. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Behandlung von Knochenfrakturen.
27. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Behandlung von ossären Fehlstellungen.
28. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 in der Zahnimplantologie.
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