Bei
operativen Eingriffen an einem Patienten erfolgt die Steuerung von
chirurgischen Instrumenten wie z.B. Laparoskope, Endoskope, Nadeln,
usw. oft über
verschiedene bildunterstützte
Methoden.
So
werden im einfachsten Fall reine bildgestützte Positionierungen von medizinischen
Instrumenten durchgeführt,
d.h. die Instrumentenpositionierung erfolgt direkt auf Sicht, wird
also im Bild durchgeführt
und verfolgt. Beispiele dafür
sind die Nadelführungen
z.B. für
Biopsien oder HF-Ablationen mittels Ultraschall, CT-Fluoroskopie
oder Röntgen-Fluoroskopie.
Diese Verfahren zeichnen sich durch Realtime-Fähigkeit aus und sind in bestimmten Anwendungsbereichen
heute Standards.
Eine
andere weit verbreitete Methode ist die Anwendung der chirurgischen
Navigation basierend auf prä-operativen
Bildern. In diesem Fall wird die Positionierung der Instrumente
unter Zuhilfenahme von Navigationssystemen auf Basis von Bilddaten durchgeführt, die
vor der eigentlichen Operation vom Patienten aufgenommen wurden.
Diese Bilddaten basieren in der Regel auf CT oder MR-Bildern, zunehmend
werden aber auch SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography)
oder PET Bilder (Positron Emission Tomography) genutzt. Einsatzfall für die auf
prä-operativen
Bildern beruhende Operationsmethode ist die Robotik in der Orthopädie oder die
Neurochirurgie. Beispielhaft für
einen robotergestützten
operativen Eingriff sind Operationen am Knie und an der Hüfte zu nennen.
Derartige Eingriffe werden im Stand der Technik ausschließlich un ter
Verwendung von CT-Röntgenbildern
durchgeführt,
die vor dem operativen Eingriff vom zu operierenden Bereich aufgenommen
werden.
Andere
Eingriffe, in denen es zu Lageveränderungen kommt oder kommen
kann erfordern jedoch laufend Kontrollbilder während des Eingriffs, um eine
sichere Positionierung der medizinischen Instrumente und damit eine
sichere Durchführung
der Operation zu gewährleisten.
In diesem Fall werden Navigation und Bildgebung während des
Eingriffs kombiniert, indem während
der Operation bei Bedarf neue Bilder des Patienten aufgenommen (z.B.
nach Knochenreponierung, nach Gewebeentnahmen und nach Lageveränderungen)
und der Navigation zur Verfügung
gestellt werden, so dass diese immer auf aktuelle Bilddaten aufsetzen
kann. Der Einsatz einer derartigen medizinischen Methode zur Unterstützung operativer
Eingriffe an einem Patienten ist insbesondere auch dann vorgesehen,
wenn dem Chirurgen der Blick auf das patientenseitige Ende eines
von ihm geführten,
in den Körper
des Patienten eingedrungenen medizinischen Instrumentes verwehrt
ist und/oder die Übereinstimmung
zwischen einer im vorher aufgenommenen Bild dargestellten Lage und Form
eines Körperteils
bzw. Organs und der tatsächlichen
Lage und Form des Körperteils
bzw. Organs bei der Operation nicht gegeben ist. Diese auftretenden
Unterschiede sind vor allem dadurch bedingt, dass entweder die Lage
des Patienten bei der Operation auf einer Patientenliege nicht genau
der Lage des Patienten bei der prä-operativen Bildaufnahme entspricht,
oder dass beispielsweise durch natürliche Bewegungen (z.B. Herzschlag,
Atmung, Peristaltik) Deformationen von Körperteilen, Deformationen von Organen
oder Veränderungen
von Organlagen auftreten.
Das
Navigationssystem dient also der präzisen Bestimmung der Ortskoordinaten,
d.h. der Lage und Orientierung des Instrumentes im Raum bzw. an einem
Operationssitus, dessen Abbild möglichst
exakt in ein mit dem Bilderfassungssystem gewonnenes Bild eingeblendet
werden soll. Als Aufnahmesensoren der Positionsbestimmungsvorrichtung
des Navigationssystems werden vielfach Kamerasysteme (z.B. mittels
CCD Kameras (charged coupled devices) verwendet, allerdings sind
auch andere Sensoren denkbar die auf elektromagnetischer Grundlage
arbeiten. Ultraschallbasierte Verfahren, obwohl generell denkbar,
spielen allerdings wegen ihrer Nachteile in Bezug auf Reflektionen
oder Temperaturabhängigkeit
heute kaum eine Rolle mehr. Die Navigationssysteme, insbesondere
die Positionsbestimmungsvorrichtung mit ihrer Aufnahmesensorik sind
i. d. R. im Operationssaal frei positionierbar. In jedem Fall ist
die Positionsbestimmungsvorrichtung jedoch getrennt von der Bilderfassungsvorrichtung
aufgebaut. Dies muss allerdings vielfach als Nachteil empfunden
werden, da gerade zwischen der Bilderfassungsvorrichtung und den
Positionsbestimmungsvorrichtung eine enge Verknüpfung herrscht. Um nämlich einen
derartigen navigationsgeführten
Eingriff zu ermöglichen,
ist es erforderlich, eine mathematische Beziehung in Form einer
Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem der Bildinformation
vom Patienten bzw. dem Koordinatensystem des rekonstruierten Volumens
des Patienten und dem Koordinatensystem der die medizinischen Instrumente
aufnehmenden Sensorik der Positionsbestimmungsvorrichtung herzustellen.
Aus
der
DE 199 17 867 ist
eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Koordinatentransformation
für navigationsgeführte Eingriffe
für ein
C-Bogen Röntgengerät bekannt.
Die bekannte Vorrichtung umfasst einen Adapter mit von einem Navigationssystem
erfassbaren Markern sowie eine Referenzstruktur mit röntgenpositiven
Marken. Anhand der Referenzstruktur und des Adapters kann eine Koordinatentransformation
zwischen einem dem Navigationssystem zugeordneten Koordinatensystem
und einem dem Röntgenbild
zugeordneten Koordinatensystem hergestellt werden. Als Marker werden
bisweilen an dem Patienten künstlich
angeordnete Kennzeichnungen (künstliche
Marker) oder auch anatomisch bedingte Merkzeichen wie beispielsweise
markante Knochenstrukturen benutzt. Die Marker müssen dabei i. d. R. einzeln
und in der richtigen Reihenfolge mit dem Instrument angefahren werden,
um die Koordinatentransformation zwischen beiden Koordinatensystemen
ermitteln zu können.
Ein
Verfahren zur markerlosen Registrierung für navigationsgeführte Eingriffe
stellt die
DE 102 10 287 bereit.
Danach werden einem sog. Röntgenkalibrierphantom
und einer Halterung des Röntgengerätes Koordinatensysteme
zugewiesen. Mit Aufnahmen und Auswertungen von 2-D Projektionen
des Röntgenkalibrierphantoms
können
dann Koordinatentransformationen zwischen den beiden Koordinatensystemen
hergestellt werden.
In
beiden vorgenannten Schriften sind die Positionsbestimmungsvorrichtung
des Navigationssystems und die Bilderfassungsvorrichtung voneinander
getrennt, die bildgebenden Röntgengeräte sind
ortsveränderlich.
Jede Relativbewegung zwischen Navigationssystem und Röntgengerät zieht entweder
eine neue Kalibrierung nach sich oder wird durch die Verwendung
von Referenzmarkern, die z.B. am OP-Tisch angebracht sind, berücksichtigt.
Frei
positionierbare Positionsbestimmungsvorrichtungen also im Wesentlichen
die Sensoren für Navigationssysteme
sind im Operationssaal i. d. R. in einiger Entfernung zum Operationsbereich
angebracht. Dies hat den Nachteil, dass das sensitive Volumen also
der aufgenommene Bereich verhältnismäßig groß ist, was
wiederum Nachteile in der Auflösung
der Sensoren nach sich zieht. Des Weiteren müssen andere durch die Positionsbestimmungsvorrichtung
zu erfassende Komponenten, wie beispielsweise Marker entsprechend
groß ausgelegt
werden, um sicher erfasst zu werden. In einigen Fällen kann es
auch zu Abdeckungen von Sensoren beispielsweise durch das handelnde
Operationsteam selbst kommen, zumindest aber zur gewissen Einschränkung ihrer
Bewegungsfreiheit.
In
der
DE 199 51 503 wird
ein medizinisches System mit einem Bildgebungs- und einem Navigationssystem
beschrieben, welches bewusst Gebrauch von einem verfahrbaren C-Bogen
Röntgengerät macht.
Dieses ist bei Bedarf einfach und schnell zum Zweck der notwendigen
Bildaufnahmen für
einen navigationsgeführten Eingriff
an einen Patienten heranzufahren und kann falls nicht mehr erforderlich
wieder entfernt werden. Das Navigationssystem selbst mit seinen
Positionsbestimmungsvorrichtungen ist wie vorgenannt separate im
Operationssaal angeordnet.
Die
vorgenannten Nachteile hinsichtlich Kalibrierung von bildgebender
Hardware und der Navigationshardware bleiben auch hier bestehen.
Die
Erfindung geht deshalb von der Aufgabe aus, eine weiterentwickelte
Vorrichtung anzugeben, welche auf einfache Art und Weise eine Verknüpfung von
bildgebenden Komponenten und Positionsbestimmungskomponenten, der
Navigationshardware, bereitstellt.
Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein medizinisches Gerät
zur Aufnahme von Bildern von mindestens einem Bereich des Körpers eines
Patienten mittels einer Bilderfassungsvorrichtung, bei dem mindestens
eine Positionsbestimmungsvorrichtung, welche zur Bestimmung der
Position mindestens eines medizinischen Instrumentes innerhalb eines
Operationsbereiches dient, am medizinischen Gerät angeordnet ist.
Die
Positionsbestimmungsvorrichtung besteht im wesentlichen aus mindestens
einem Sensor, welcher geeignet ist, die Bestimmung der Position mindestens
eines medizinischen Instrumentes vorzunehmen und seine Lageänderung
im Raum zu erfassen und einer weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu
stellen. Mit der Anordnung der Positionsbestimmungsvorrichtung an
dem medizinischen Gerät
und damit der festen Verbindung der Positionsbestimmungsvorrichtung
mit dem medizinischen Gerät
entfällt
das zusätzliche
Auf-, Umbauen bzw. Ausrichten der Positionsbestimmungsvorrichtung.
Aufgrund der festen Verbindung unterliegen die Positionsbestimmungsvorrichtung
des Navigationssystems und die Bilderfassungsvorrichtung auch keiner
unkontrollierten Relativbewegung zueinander mehr. Damit kann die
einmal durchgeführte
Koordinatentransformation zwischen dem Koordinatensystem der Positionsbestimmungsvorrichtung
und dem Koordinatensystem des Bilderfassungssystems beibehalten
werden, auf eine sich wiederholende Kalibrierprozedur nach einer örtlichen
Veränderung
des medizinischen Gerätes kann
gänzlich
verzichtet werden. Dabei ist die Positionsbestimmungsvorrichtung
derart am medizinischen Gerät
angebracht, dass ihre Sensorik einen freien Kontakt, einen freien
Erfassungsbereich auf den Operationsbereich hat. In der Regel wird
dies schon dadurch erreicht, dass eine freie, uneingeschränkte – also nicht
durch andere, für
den Sensor untransparente Gegenstände verdeckte oder abgedeckte – Sicht
auf den Ort der Intervention ermöglicht wird.
Die
Sensoren der Positionsbestimmungsvorrichtung können sowohl auf optischen,
magnetischen, ultraschallbasierten, funkbasierten, oder infrarotbasierten
Sensorverfahren basieren. Besonders vorteilhaft können auch
Mischformen dieser Verfahren angewendet werden, die in der Kombination
die Genauigkeit der Positionsbestimmung der medizinischen Instrumente
erhöhen
und die Fehleranfälligkeit durch
ggf. redundante Systeme verbessern. So ist es möglich einige optische Sensoren,
welche i. d. R CCD-Kameras sind, einzusetzen und diese durch Sensoren
zu ergänzen,
die beispielsweise einem magnetischer Positionsbestimmungsverfahren
unterliegen. Denkbar wäre
es auch optische Systeme durch Systeme zu ergänzen, die auf Basis von Messungen
der Reflektionen, ausgelöst
durch die medizinischen Instrumente, arbeiten. Mit der Integration
der Positionsbestimmungsvorrichtung in das medizinische Gerät werden
diese zwangsläufig
näher zum
eigentlichen Operationsbereich positioniert sein, als es bei den
herkömmlichen
getrennten Systemen der Fall ist und es ergeben sich damit neue
Möglichkeiten des
Einsatzes von positionsbestimmender Sensorik. So können sich
aus dieser Anordnung heraus auch andere Positionsbestimmungsverfahren
ergeben, die heute wegen des höheren
Abstandes zwischen Operationsbereich und der Positionsbestimmungsvorrichtung
noch nicht genutzt werden (z.B. Infrarot). Wegen des geringeren
Abstandes zum Operationsfeld kann die Positionsbestimmungsvorrichtung
natürlich
auch sehr viel kleiner, leistungsreduzierter und damit i. d. R.
auch kostengünstiger
ausgelegt werden. Durch die Integration der Positionsbestimmungvorrichtung
in das medizinische Gerät
kann auf zusätzliche
Navigationshardware im Operationssaal verzichtet werden. Die Positionsbestimmungsvorrichtung
ist näher
am Operationsfeld positioniert, damit wird die Sichtbarkeit der
medizinischen Instrumente der Navigationshardware gegenüber deutlich verbessert.
Das operierende Team wird sich freier bewegen können, ohne selbst durch ihre
Körper
die Sichtbarkeit der medizinischen Instrumente maßgeblich
einzuschränken.
In
einer bevorzugten Variante weist eine Positionsbestimmungsvorrichtung
mindestens zwei Sensoren auf, die einen sich überlappenden Erfassungsbereich
im Operationsfeld abdecken. In diesem Fall kann vorteilhaft aus
einer Positionsbestimmungsvorrichtung heraus bereits eine stereoskopische
Erfassung des medizinischen Instrumentes sichergestellt und damit
die Lageänderung
des medizinischen Gerätes
im Raum erfasst werden, um diese in Bilddatensätzen des Patienten vom Operationsbereich
einzublenden.
In
einer weiteren Variante überlagert
sich der Erfassungsbereich der Sensoren der Positionsbestimmungsvorrichtung
mit dem Aufnahmebereich der Bilderfassungsvorrichtung im Operationsbereich. Wie
eingangs erwähnt
werden Navigationsverfahren oft zur Navigation medizinischer Instrumente
in prä-operativ
aufgenommenen Bilddatensätzen
des Patienten eingesetzt. In dieser Variante wird nun ein zusätzlicher
Abgleich mit 2D oder 3D Bilddatensätzen ermöglicht, die mit der Bilderfassungsvorrichtung des
medizinischen Gerätes
selbst und/oder während der
Intervention aufgenommen worden sind. Auf diese Weise lassen sich
leicht weitere Aufnahmen zur Qualitätskontrolle der Intervention
aufnehmen und mit ggf. pore-operativen Bilddatensätzen und
der Lage des medizinischen Geräts
abgleichen.
Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich, wenn das medizinische
Gerät über wenigstens
eine Messeinrichtung ver fügt, über die
eine hinreichend genaue Lageänderung
der Bilderfassungsvorrichtung oder Positionsbestimmungsvorrichtung
oder von Bilderfassungsvorrichtung und Positionserfassungsvorrichtung
im Raum erfassbar ist. Dies ist insbesondere dort vorteilhaft, wo
sich durch die gewählte,
fixe Anordnung der Positionsbestimmungsvorrichtung durch den bestimmungsgemäßen Einsatz
der Bilderfassungsvorrichtung des medizinischen Gerätes (z.B.
Justierung auf den Operationsbereich, 3-D Aufnahmen durch verschiedene
Aufnahmewinkel) dennoch eine Bewegung der Koordinatensysteme zueinander
ergibt. In einigen Fällen sind
Messeinrichtungen zur Messung von Verschiebung oder Verdrehung ohnehin
in herkömmlichen medizinischen
Geräten
zur Aufnahme von Bildern eines Patienten integriert (z.B. Drehauslenkung
eines C-Bogenröntgengerätes). In
diesen Fällen
kann unter Umständen
auf diese Werte zurückgegriffen
werden.
In
der weiteren Ausgestaltung kann nunmehr also diese Relativbewegung,
die durch geeignete und allgemein bekannte Aufnehmer messbar gemacht
worden ist von der Messeinrichtung als Ausgangssignal bereitgestellt
werden. Dieses Signal kann dann als Eingangssignal einer rechnerischen Korrektureinrichtung
dienen, welches als Parameter einer Koordinatentransformation in
die Nachführung der
Koordinaten einfließt.
Damit kann zu jeder Zeit eine Korrelation zwischen der Lageänderung
der bildgebenden und/oder Positionsbestimmungskomponenten hergestellt
werden, ohne eine Neukalibrierung des Gesamtsystems durchführen zu
müssen. Es
ist allgemein bekannt, dass es beim Gebrauch von bildgebenden medizinischen
Geräten
durch Drehung der Aufnahmeeinrichtung beispielsweise eines C-Bogen-Röntgengerätes zu geometrischen
Verformungen in Abhängigkeit
der Stellung der Aufnahmeeinrichtung (z.B. C-Bogens) kommen kann.
Solche Verformungen können
Auslenkungen von bis zu einigen cm hervorrufen und werden unter
diesen Umständen
zu einem Fehler bei der Koordinatentransformation führen. Untersuchungen
haben aber auch gezeigt, dass diese Verformungen oft reproduzierbar sind.
Im Wissen um die Lageänderung
der Bilderfassungsvorrichtung und/oder der Positionsbestimmungsvorrichtung
lassen sich deterministisch weitere lageabhängige Parameter für die Korrektureinrichtung
finden, die in dem vorgenannte Rechenmodell der Koordinatentransformation
berücksichtigt
werden. Intensive Untersuchungen zum Thema Verformungen, insbesondere
an C-Bogen-Geräten
haben ebenfalls gezeigt, dass solche Verformungen, die nicht reproduzierbar
sind, zwar auftreten, ihr Einfluss jedoch i. d. R. so klein ist,
dass diese tolerierbare, weil nur in engen Grenzen auftretende,
Fehler hervorrufen. Dennoch sind auch solche nicht reproduzierbaren
Verformungen erkennbar, indem beispielsweise verformungsfreie Referenzbilder,
aufgenommen mit festen optischen Markern mit den Bildern im bestimmungsgemäßen Betrieb
verglichen werden. Aus diesem Soll/Ist-Vergleich insbesondere im
Hinblick auf die Lageverschiebung der optischen Marker lassen sich
dann entweder Korrekturgrößen für die Koordinatentransformation
ermitteln oder nur Fehlermeldungen ableiten.
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist wenigstens eine Positionserfassungsvorrichtung fest mit der
Bilderfassungsvorrichtung verbunden. Vorteil einer solchen Ausgestaltungsvariante
ist, dass sich mit einer Nachjustierung der Bilderfassungsvorrichtung
beispielsweise auf den Operationsbereich keine Relativbewegung zwischen
Bilderfassungsvorrichtung und Positionserfassungsvorrichtung mehr
ergibt. Dies kann vorteilhaft die Notwendigkeit von Messeinrichtungen
auf solche Messeinrichtungen einschränken, bei denen es durch die Anordnung
der Positionsbestimmungsvorrichtung und durch den bestimmungsgemäßen Gebrauch
des medizinischen Gerätes
zwangsläufig
zur Verschiebung der Koordinatensysteme von Positionsbestimmungs-
und Bilderfassungsvorrichtung kommt.
In
einer weiteren vorteilhaften Variante ist das medizinische Gerät ein Röntgengerät. Es bietet den
Vorteil, dass es i. d. R. um eine Patientenliege verfahrbar oder
beliebig positionierbar ist und somit bei Bedarf für eine Operation
herangezogen werden kann. Die Platzverhältnisse des Operationsteams werden
dabei nur unwesentlich eingeschränkt.
Damit bieten Röntgengeräte für die Erfindung
ein ideales Anwendungsbeispiel, da eben diese Ortsveränderlichkeit
genutzt werden kann, ohne dass eine neue Kalibrierung des Navigationssystems
durchgeführt werden
muss. Röntgengeräte können durch
die nachgeschaltete Bildkonstruktion sowohl 2-D als auch 3-D-Bilder
zur Verfügung
stellen und bieten damit ebenso ideale Voraussetzungen für navigationsgeführte Eingriffe.
Vorteilhaft sind Positionsbestimmungsvorrichtungen paarweise an
der Röntgenquelle
und ggf. paarweise zusätzlich
am Röntgendetektor angebracht.
wenn notwendig, können
aber auch mehr als zwei Sensoren an der Röntgenquelle oder am Röntgendetektor
angeordnet sein. In jedem Fall soll ein freier, unabgedeckter Erfassungsbereich,
auf den Operationsbereich möglich
sein. Ferner sollen auch die jeweils paarweise angebrachten Positionsbestimmungsvorrichtungen
z.B. die am Röntgendetektor
in gewisser Entfernung zueinander angeordnet sein, um eine stereoskopische
Aufnahme des Operationsfeldes, insbesondere der medizinischen Instrumente
im Operationsfeld zu gewährleisten.
I. d. R. wird diese Bedingung schon dadurch erfüllt, dass die Positionsbestimmungsvorrichtungen
auf den gegenüberliegenden
Seiten beispielsweise des Röntgendetektors
angeordnet sind. Durch die Lokalisierung der Positionsbestimmungsvorrichtungen,
wie vorgeschlagen z.B. an beiden Seiten des Röntgendetektors und zusätzlich z.B.
an beiden Seiten der Röntgenquelle,
ist sichergestellt, dass bei Drehung des Röntgengerätes um seine Z-Achse eine Überwachung
des Operationsbereiches und der sich darin befindlichen medizinischen
Instrumente zu jeder Zeit gewährleistet
ist.
In
einer weiterführenden
Variante ist das medizinische Gerät ein C-Bogen Gerät und es
befindet sich mindestens eine Positionsbestimmungsvorrichtung versetzt
zur Röntgenquelle
auf einer Haltevorrichtung des C-Bogens. Damit werden zusätzlich zur vorgenannten
Positionsbestimmungsvorrichtung eine oder mehrere weitere Positionsbestimmungsvorrichtungen
so an die Haltevorrichtung des C-Bogen-Gerät angebracht, dass sie einen
zu den anderen Positionsbestimmungsvorrichtung räumlich versetzten Erfassungsbereich
auf den Operationsbereich haben. Diese Anordnung ist vorteilhaft,
weil auf der einen Seite die Sensoren der Positionsbestimmungsvorrichtung
räumlich
sehr nahe dem Operationsbereich sind, auf der anderen Seite Abdeckungen durch
Körperteile
des Operationsteams weitestgehend ausgeschlossen werden können.
In
einer weiteren vorteilhaften Fortbildung der Erfindung wird eine
Positionsbestimmungsvorrichtung im Wesentlichen 90° versetzt
zur Röntgenquelle
angeordnet. Diese Positionsbestimmungsvorrichtung befindet sich
damit in der Nähe
der Rotationsachse des C-Bogens. Eine transversale Verschiebung
der Koordinatensysteme von Positionsbestimmungsvorrichtung und Bilderfassungsvorrichtung
findet damit nicht statt, die reine Drehauslenkung des C-Bogens
kann relativ einfach gemessen werden und der Korrektureinrichtung
zur Koordinatentransformation zugeführt werden. Ferner bilden die
Sensoren dieser Positionsbestimmungsvorrichtung und die Sensoren
der Positionsbestimmungsvorrichtung der Bilderfassungsvorrichtung
damit auch einen nahezu rechtwinkligen Versatz. Durch diesen Winkelversatz
zwischen den Positionsbestimmungsvorrichtungen kann die Genauigkeit
in der Erfassung von Lageänderungen
der medizinischen Instrumente erhöht werden, da eine Lageänderung
in Erfassungsrichtung der Positionsbestimmungskomponente nur mit
minimaler Wegänderung
aufgelöst werden
kann, wird diese durch die andere um 90° versetzte Positionsbestimmungskomponente
dann als eine maximale Wegänderung
wahrgenommen.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist dem medizinischen Gerät
eine Anzeigeeinheit zur bildlichen Darstellung und Mittel zur Einblendung
eines Abbildes des medizinischen Instrumentes in die aufgenommenen
Bilder vom Körper
des Patienten zugeordnet. Als Anzeigeinheit werden ein i. d. R.
ein oder mehrere hochauflösende
Monitore verwendet. Die Mittel zur Einblendung des Abbildes des
medizinischen Instrumentes in die aufgenommenen Bilder beinhalten
im wesentlichen Marker, Bild- und Navigationsrechner. Dabei werden
die Anzeigeelemente und die Mittel zur Einblendung im Idealfall
im bzw. am medizinischen Gerät
selbst angeordnet sein, so dass das medizinische Gerät gleichermaßen das
medizinische bildunterstützte
Operationssystem darstellt. Das medizinische Gerät soll in einem anderen Fall die
notwendigen Schnittstellen aufweisen, so dass externe Anzeigeeinheiten
und/oder Bild- bzw.
Navigationsrechner ohne weiteres an das medizinische Gerät anschließbar sind.
Zur
3D-Bildgebung ist ein im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
im Gerätewagen 3 des C-Bogen-Röntgengerätes 1 angeordneter,
in nicht dargestellter Weise mit dem Festkörperdetektor 10 und
der Anzeigeeinheit 11 verbundener Bildrechner 13 vorhanden.
Der Bildrechner 13 rekonstruiert in an sich bekannter Weise
aus 2D-Projektionen die bei einer Verstellung des C-Bogens um die
Z-Achse aufgenommen werden 3D-Bilder von dem darzustellenden Körperteil
des Patienten P. Mit Hilfe des Navigationssystems des medizinischen
Gerätes
im wesentlichen bestehend aus den Positionsbestimmungsvorrichtung 14, 15, 16 und
dem Navigationsrechner 18 können während der Operation des Patienten
P von einem in der Figur nicht dargestellten Chirurgen verwendete
Instrumente 19 als Abbild in die während der Operation angefertigten
und durch den Bildrechner 13 rekonstruierten und auf der
Anzeigeeinheit 11 dargestellten 3D-Bilder vom Körper des
Patienten P eingeblendet werden. Auf diese Weise erhält der Chirurg
eine wirkungsvolle und zuverlässige
Unterstützung
bei dem operativen Eingriff. Dies ist vor allem dann von Vorteil,
wenn dem Chirurgen beispielsweise beim Eindringen des Instrumentes 19 in
das Körpergewebe
des Patienten P der Blick auf das patientenseitige, in das Körpergewebe
eingedrungene Ende des Instrumentes 19 verwehrt ist und
keine Klarheit darüber
besteht, wie weit das Instrument 19 bereits in den Körper des
Patienten P eingedrungen bzw. wie die Lage des Instrumentes 19 relativ
zu einem Organ des Patienten P ist. In einem solchen Fall kann der
Chirurg anhand der Einblendungen des Abbildes des Instrumentes 19 in
ein vom Körper
bzw. einem Körperteil
des Patienten P gewonnenen 3D-Bildes die Lage und Orientierung des
Instrumentes 19 erkennen und das Instrument 19 entsprechend
navigieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Positionsbestimmungsvorrichtungen 14 auf beiden Seiten
des Röntgendetektors 10 angebracht
und mit diesem fest verbunden, so dass ein Verdrehen dieser Positionsbestimmungsvorrichtungen
nicht möglich ist.
Jede der Positionsbestimmungsvorrichtung 14 hat einen freien,
unabgedeckten Aufnahmebereich 20, 21 auf das Operationsfeld
und der medizinischen Instrumente 19. Die Aufnahmebereiche
der Positionsbestimmungsvorrichtungen 20 und 21 überlagern sich
in einem weiten Bereich, zumindest aber im direkten Operationsfeld
des Patienten P. Der Teilbereich dieses Überlappungsbereiches aus Aufnahmebereich 20 und 21,
welcher sich mit dem Aufnahmebereich der Röntgenstrahlung 22 überlappt,
bildet den Aufnahmebereich 23, in dem sich die vorgenannten
Aufnahmebereiche (20, 21, 22) überlagern.
Die Positionsbestimmungsvorrichtung 15 ist in der gleichen
vorgenannten Art und Weise an der Röntgenstrahlquelle 9 angebracht.
Die Aufnahmebereiche dieser Positionsbestimmungsvorrichtung können entweder
anstatt der Aufnahmebereiche (20, 21) oder zusätzlich zu
diesen den überlagerten
Aufnahmebereich 23 bilden.
Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist mindestens eine weitere Positionsbestimmungsvorrichtung 16 fest
mit der Haltevorrichtung 7 verbunden. Im Ausführungsbeispiel
ist die Positionsbestimmungsvorrichtung 16 in der Nähe der Rotationsachse
des C-Bogens angebracht. Jedoch sind auch andere Positionen auf
der Haltevorrichtung 7 möglich. Hinsichtlich ihres Aufnahmebereiches
gelten die vorangestellten Ausführungen
zu den Aufnahmebereichen der Positionsbestimmungsvorrichtungen 14, 15 äquivalent.
In den Positionsbestimmungsvorrichtungen 14, 15 und 16 werden
in der Regel optische Sensoren genutzt, jedoch sind auch andere Sensoren,
basierend auf anderen physikalischen Prinzipien, denkbar. Das Navigationssystem
umfasst neben den Positionsbestimmungsvorrichtungen weiterhin Referenzelemente
oder Marker, welche an Instrumenten oder Objekten angeordnet sind,
die positionserfasst werden sollen und von den Positionsbestimmungsvorrichtungen 14, 15 und 16 aufgenommen
werden. Beispielhaft ist das Referenzelement 17 dargestellt.
Für die
Abdeckung der Funktion und aller sechs Freiheitsgrade (Triangulierung)
werden mindestens drei dieser Referenzelemente benötigt. Vorteilhaft
werden heute passive optische Marker mit infrarotreflektierender
Oberfläche
verwendet, da bei diesen auf zusätzliche
i. d. R. störende
Verkabelung verzichtet werde kann. Ein ebenfalls zum Navigationssystem
gehörender
Navigationsrechner 18 wertet die mit den Positionsbestimmungsvorrichtungen 14, 15 und 16 aufgenommenen Bilder
aus und kann anhand der aufgenommenen Referenzelemente 17 die Positionen,
d. h. die Lagen und Orientierungen der Referenzelemente 17 und
somit der medizinischen Instrumente 19 im Raum ermitteln.
Der Navigationsrechner 18 ist in einer nicht dargestellten
Weise mit dem Bildrechner 13 verbunden. Er stellt dem Bildrechner 13 jeweils
die Daten über
die aktuellen Positionen des medizinischen Instrumentes 19 zur Verfügung, so
dass der Bildrechner 13 jeweils die exakte Lage und Orientierung
des medizinischen Instrumentes 19 relativ zum Operationssitus
ermitteln kann und das Abbild des medizinischen Instrumentes 19 in
ein mit dem C-Bogen-Röntgengerät 1 während der
Operation gewonnenes Bild einblenden kann, welches dann auf der
Anzeigeeinheit 11 ausgegeben wird. In dem Fall, wo sich
durch Lageveränderung der
Bilderfassungsvorrichtung durch Einstellung auf das zu untersuchende
Körperteil
oder während 3D-Aufnahmen
auch eine Lageveränderung
der Bilderfassungsvorrichtung relativ zu den Positionsbestimmungsvorrichtungen
ergeben sind Messeinrichtungen vorgesehen, die die Lageveränderungen
der bildgebenden Komponenten messen. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird über
die Messeinrichtung 24 die Drehung des C-Bogens gemessen.
Diese Lageänderungen
werden den die Koordinatentransformation durchführenden Komponenten zur Verfügung gestellt.