DE102004022803A1

DE102004022803A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Navigation einer Röntegendiagnostikeinrichtung

Info

Publication number: DE102004022803A1
Application number: DE200410022803
Authority: DE
Original assignee: Ziehm Imaging GmbH
Current assignee: Ziehm Imaging GmbH
Priority date: 2004-05-08
Filing date: 2004-05-08
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2024-05-09
Also published as: DE102004022803B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dazu ist vorgesehen, den Punkt des Interesses (Point of Interest POI) und die gewünschte neue Richtung des Zentralstrahls mittels eines röntgenpositiven Zeigers zu markieren und eine Röntgenaufnahme des Röntgenzeigers anzufertigen. Ein Bildverarbeitungsrechner errechnet aus der Röntgenprojektion des Röntgenzeigers dessen Lage im Raum und berechnet die Verstellwege der einzelnen Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung und stellt gegebenenfalls mittels Stellmotoren die Röntgendiagnostikeinrichtung auf die gewünschte Aufnahmegeometrie ein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der deutschen Patentschrift DE282233 ist ein Verfahren zur Darstellung und Dokumentation von Aufnahmegeometrien für Röntgenuntersuchungen bekannt, bei dem von dem die Röntgenaufnahmen veranlassenden Arzt die Richtung des Zentralstrahls mit Hilfe von Fähnchen an einer Puppe markiert werden. Die mit den Fähnchen versehene Puppe dient dem Einrichter der Röntgendiagnostikeinrichtung als Vorlage für die Einstellung der Aufnahmegeometrie.
Aus der PCT-Anmeldung WO0150959A1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem motorisch verstellbaren C-Bogen bekannt, bei dem die Bedienperson der Röntgendiagnostikeinrichtung die Bewegung des C-Bogens mit Hilfe eines Joysticks steuert. Bei einem Einsatz in der Chirurgie muß sich der Joystick im sterilen Bereich befinden. Die Navigation des C-Bogens mit Hilfe eines Joysticks setzt seitens der Bedienperson ein Vorstellungsvermögen von der Kinematik des C-Bogens voraus. Die Verstellung des C-Bogens mit Hilfe eines Joysticks erlaubt es beispielsweise, daß der Operateur selbst die Bedienung des C-Bogens vornimmt. Dieser kann den C-Bogen nur dann verantwortungsvoll führen, wenn er ein Vorstellungsvermögen von der Kinematik des C-Bogens besitzt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Verstellung des Zentralstrahls um etwa 90 Grad gegenüber der aktuellen Stellung erreicht werden soll.
Aus dem Dokument DE69231553T2 ist eine drahtlose Fernbedienung für eine Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt.
Das Dokument DE69503814T2 betrifft einen Markierungsstift für einen Chirurgen, wobei an dem Markierungsstift videoerkennbare Marken aufgebracht sind, die eine Ortung des Markierungsstiftes mit Hilfe eines Videosystems ermöglichen.
In einer Operationssituation mit einer chirurgischen Röntgendiagnostikeinrichtung ist es für den Patienten, den Operateur und den Kostenträger vorteilhaft, wenn eine vom Operateur gewünschte Aufnahmegeometrie schnell und zuverlässig eingestellt wird, ohne daß der Operateur seine Arbeitsposition verändern muß. Dabei soll die Strahlenbelastung für Arzt und Patient nicht unnötig erhöht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Navigation deiner Röntgendiagnostikeinrichtung und eine Vorrichtung für das Verfahren zu schaffen, bei der ein Operateur ohne seine Arbeitsposition verändern zu müssen, den Wunsch nach einer bestimmten Aufnahmegeometrie Kind tut und die Röntgendiagnostikeinrichtung die Erkennung des Wunsches, nachfolgend "Bedienerwunsch" genannt, und die Umsetzung des Bedienerwunsches automatisch vornimmt.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Operateur – nachfolgend auch als "Bediener" bezeichnet – mit einem röntgenpositiven Zeiger – nachfolgend als "Röntgenzeiger" bezeichnet – im Operationsfeld auf den Punkt des Interesses (Point of Interest "POI") zeigt und durch die Richtung des Zeigers die gewünschte Richtung des Zentralstrahls der Röntgendiagnostikeinrichtung festlegt. Der Bediener veranlaßt weiter die Röntgendiagnostikeinrichtung, eine Röntgenaufnahme zu machen und mittels eines geeigneten Bildbearbeitungsprogrammes die Lage des POI und die Richtung des Zentralstrahls im Koordinatensystem des Röntgenstrahlenenpfängers zu bestimmen. Der Steuerrechner der Röntgendiagnostikeinrichtung errechnet für jede Verstellachse des C-Bogens den Verstellweg beziehungsweise den Verstellwinkel und führt dies Verstellung auf einen bestimmten Steuerbefehl hin selbsttätig aus.
Die nächste Röntgenaufnahme, bei der sich der Röntgenzeiger nicht mehr im Operationsfeld befindet, wird mit der vom Operateur gewünschten Aufnahmegeometrie aufgenommen.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Abbildungen näher erläutert.
In 1 ist eine mobile Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem mehrfach verstellbaren C-Bogen dargestellt. Auf einem Gerätewagen 1, der mittels Rollen 14, 15 auf dem Fußboden verfahrbar ist, ist eine mehrfach verstellbare Halterung 5 angeordnet, die einen vorzugsweise kreisbogenförmigen C-Bogen 6 trägt, wobei dieser längs seines Umfanges an der Halterung 5 beweglich gelagert ist. Der C-Bogen 6 weist an seinen Enden einen Röntgenstrahlenempfänger 7 und diesem gegenüber liegend eine Röntgenstrahlenquelle 8 auf. Durch den Fokuspunkt 9 und den Mittelpunkt 12 des Strahleneintrittsfensters 11 des Röntgenstrahlenempfängers 7 ist die Richtung des Zentralstrahls 10 festgelegt.
Zur eindeutigen Beschreibung der Aufnahmegeometrie im Punkt des Interesses (POI) 18 muß zusätzlich zu der Richtung des Zentralstrahls 10 der Abstand des POI 18 vom Fokuspunkt 8 bekannt sein. In 1 ist im Bereich des Untersuchungsobjektes 19 und des Strahlenkegels 101 ein Röntgenzeiger 30 schematisch dargestellt. Der Wagen 1 trägt eine Säule 2, die mittels eines Pendellagers 21 mit einer Horizontalführung 3 verbunden ist. Die Horizontalführung 3 ist mittels der Säule 2 höhenverstellbar und um die Pendelachse 20 drehbar gelagert. Die Horizontalführung 3 trägt an der dem C-Bogen 6 zugewandten Seite ein Kipplager 4, in dem die Halterung 5 um die Kippachse 40 drehbar gelagert ist. Die Pendelachse 20 ist vorzugsweise vertikal und die Kippachse 40 vorzugsweise horizontal im Raum angeordnet.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es erforderlich, daß alle Verstellmöglichkeiten der Röntgendiagnostikeinrichtung in den Verstellachsen durch geeignete Sensoren, wie Drehgeber oder Wegmeßsensoren erfaßt werden. Die Erfassung der Verstellung erfolgt in der Regel relativ zu einem Bezugspunkt oder einer Bezugsrichtung. Die Bezugspunkte und Bezugsrichtungen können gerätefest oder ortsfest bezüglich eines mit dem Fußboden 16 verbundenen Koordinatensystems sein. Die Bewegung des Gerätewagens 1 auf dem Fußboden 16 kann mittels geeigneter Sensoren an den Rädern oder aber durch auf dem Fußboden abrollende Rollkugeln 22, 23 erfolgen, wobei Rollweg und Rollrichtung der Rollkugeln durch geeignete Sensoren erfaßt werden. Es ist für die Erfindung unerheblich, ob die Verstellachsen nur mit Meßwertaufnehmern für die Verstellwege ausgerüstet sind oder ob die Verstellachsen auch motorisch gesteuert werden. Entscheidend für die Erfindung ist, daß bezüglich einer Referenzlage des Fokuspunktes 9 und einer Referenzrichtung des Zentralstrahls 10 ein gewünschter neuer Fokuspunkt 92 und ein gewünschter neuer Zentralstrahl 102 durch gezielte Verstellung der Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung reproduzierbar angefahren werden kann. Dabei ist es unerheblich, ob die Verstellung automatisch und motorisch erfolgt oder ob einer Bedienperson Vorgaben über manuell vorzunehmende Verstellvorgänge gemacht werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine in 1 dargestellte mobile Röntgendiagnostikeinrichtung beschränkt; bei der Röntgendiagnostikeinrichtung kann es sich auch um eine stationäre Anlage mit einem Deckenstativ oder einem Standfuß handeln.
In 2 ist ein erfindungsgemäßer Röntgenzeiger 30 schematisch in einem Schnitt durch die Achse des Richtungsanzeigers 34 und in 3 als Schnitt in der ebene AA' aus 2 dargestellt. Der Röntgenzeiger 30 enthält definierte röntgenpositive Strukturen 31, 31', die in der Röntgendiagnostikeinrichtung erkannt und vermessen werden. Im Beispiel der 2 und 3 besteht die röntgenpositive Struktur 31 aus einem dünnen Stab und die Struktur 31' aus einem dünnen Ring, beide aus röntgenstrahlenabsorbierenden Material. Als Materialien kommen beispielsweise Blei- oder Edelstahldrähte zur Anwendung. Die röntgenpositive Struktur 31, 31' ist vorzugsweise mit einer Hülle 32 ummantelt, an der ferner ein Handgriff 33 und ein Richtungsanzeiger 34 angeordnet sind. Da der Röntgenzeiger 30 im sterilen Operationsbereich eingesetzt wird, ist vorgesehen, den Röntgenzeiger sterilisierbar auszuführen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die röntgenpositiven Strukturen mit einem sterilisierbaren Kunststoff umgeben. Aus dem gleichen Kunststoff sind der Handgriff 33 und der Richtungsanzeiger 34 angeformt. Die Herstellung der Hülle 32 mit dem Handgriff 33 und dem Richtungsanzeiger 34 kann beispielsweise durch Gießen oder Umspritzen der röntgenpositiven Struktur 31, 31' erfolgen.
Der Röntgenzeiger in 2 ist auf den Punkt des Interesses (POI) 18 innerhalb des Untersuchungsobjektes 19 ausgerichtet, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Ende 35 der röntgenpositiven Struktur 31 einen Abstand "a" vom POI aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung umfaßt folgende Verfahrensschritte:

1. Positionieren des Röntgenzeigers 30 durch den Operateur im Bereich des Untersuchungsobjektes 19 derart, daß die Spitze 36 des Röntgenzeigers 30 mit dem POI 18 zusammenfällt und daß die Zeigerachse 38 der gewünschten Richtung des neuen Zentralstrahls 102 entspricht
2. Auslösen einer Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes 19 zusammen mit dem Röntgenzeiger 30
3. Auswertung des Röntgenbildes in einem Bildverarbeitungsrechner, wobei aus der Darstellung des Röntgenzeigers 30 im Röntgenbild und aus der bekannten Form und Größe der röntgenpositiven Strukturen 31, 31' die Lage des neuen Zentralstrahls 102 und des neuen Fokuspunktes 92 bezüglich beispielsweise eines mit der Röntgenstrahlenquelle 9 verbundenen Koordinatensystems errechnet werden.
4. Berechnung der Verstellwege der einzelnen Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung und Ausgabe auf einem Display für eine Bedienperson oder Umsetzung der Übergabe der berechneten Verstellwege an eine Achsensteuerung, die die physische Verstellung der Achsen vornimmt.

Die nächste Röntgenaufnahme nach Abschluß von Verfahrensschritt 4 weist eine Aufnahmegeometrie auf, die als Fokuspunkt den neuen Fokuspunkt 92 und als Zentralstrahl den neuen Zentralstrahl 102 enthält. Würde beispielsweise der Röntgenzeiger 30 aus 2 bei Verfahrensschritt 1 positioniert werden und auch nach Verfahrensschritt 4 unverändert positioniert sein, so würde der Röntgenzeiger auf der Röntgenaufnahme nach Abschluß von Verfahrensschritt 4 in der in 3 dargestellten Weise auf dem Röntgenbild dargestellt werden.
Die Auslösung von Röntgenaufnahmen oder der Start der Röntgenbildauswertung oder der C-Bogenverstellung kann durch geeignete Eingabemittel durch den Operateur selbst erfolgen oder wahlweise durch eine weitere Bedienperson erfolgen.
Es ist vorgesehen, im Handgriff 33 des Röntgenzeigers 30 eine Funkeinrichtung unterzubringen, die mit der Steuerung der Röntgendiagnostikeinrichtung zusammenwirkt und die Auslösung von verschiedenen Verfahrensschritten erlaubt.
Verzeichnis der Abbildungen:
1: Röntgendiagnostikeinrichtung
2: schematische Darstellung eines Röntgenzeigers
3: Schnitt AA' des Röntgenzeigers aus 2

1: Gerätewagen
2: Säule
3: Horizontalführung
4: Kipplager
5: Halterung
6: C-Bogen
7: Röntgenstrahlenempfänger
8: Röntgenstrahlenquelle
9: Fokuspunkt
10: Zentralstrahl
11: Strahleneintrittsfenster
12: Mittelpunkt
14: Rolle
15: Rolle
16: Fußboden
18: Punkt des Interesses, Point of Interest (POI)
19: Untersuchungsobjekt
20: Pendelachse
21: Pendellager
22: Rollkugel
23: Rollkugel
30: Röntgenzeiger
31, 31': röntgenpositive Struktur
32: Hülle
33: Handgriff
34: Richtungsanzeiger
35: Ende der Struktur 31
36: Spitze des Röntgenzeigers
38: Zeigerachse
40: Kippachse
92: neuer Fokuspunkt
101: Strahlenkegel
102: neuer Zentralstrahl

Claims

Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer verstellbaren Röntgenstrahlenquelle und einem verstellbaren bildgebenden Röntgenstrahlenempfänger, Positionsmeßeinrichtungen an allen Verstellachsen, einem Bildverarbeitungsrechner und einem Röntgenzeiger mit röntgenpositiven Strukturen 31, 31' bestehend aus folgenden Verfahrensschritten: • (1) Positionieren des Röntgenzeigers 30 durch den Operateur im Bereich des Untersuchungsobjektes 19 derart, daß die Spitze 36 des Röntgenzeigers 30 mit dem "Point of Interest" (POI) 18 zusammenfällt und daß die Zeigerachse 38 der gewünschten Richtung des neuen Zentralstrahls 102 entspricht • (2) Auslösen einer Röntgenaufnahme des Untersuchungsobjektes 19 zusammen mit dem Röntgenzeiger 30 • (3) Auswertung des Röntgenbildes in einem Bildverarbeitungsrechner, wobei aus der Darstellung des Röntgenzeigers 30 im Röntgenbild und aus der bekannten Form und Größe der röntgenpositiven Strukturen 31, 31' die Lage des neuen Zentralstrahls 102 und des neuen Fokuspunktes 92 bezüglich eines mit der Röntgenstrahlenquelle 9 verbundenen Koordinatensystems errechnet werden. • (4) Berechnung der Verstellwege der einzelnen Verstellachsen der Röntgendiagnostikeinrichtung und Ausgabe an einen Steuerrechner.
Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner die berechneten Verstellwege an eine Achsensteuerung weiterleitet, die vor der nächsten Röntgenaufnahme die physische Verstellung der Achsen in die gewünschten Positionen vornimmt.
Verfahren zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die errechneten Positionen der zu verstellenden Achsen vom Steuerrechner auf ein Display ausgegeben werden und die Verstellung der Verstellachsen nach diesen Vorgaben durch eine Bedienperson erfolgt.
Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens zur Navigation einer Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenzeiger 30 einen Handgriff 33 und röntgenpositive Strukturen 31, 31' mit einer Zeigerachse 38 aufweist
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Röntgenzeiger 30 eine röntgentransparente Hülle 32 aus einem sterilisierbaren Material aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die röntgenpositiven Strukturen aus Edelstahldraht bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der röntgenpositiven Strukturen 31, 31' eine Schwermetall-Legierung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Inneren des Röntgenzeigers 30 liegende röntgenpositive Struktur 31 ein Ende 35 aufweist, das in Richtung der Zeigerachse von der Hülle in einem vorgegebenen Abstand angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die röntgenpositiven Strukturen 31, 31' nicht spiegelinvariant sind.