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Dokumentenidentifikation DE102005031118A1 11.01.2007
Titel Verfahren und Einrichtung zur Ausrichtung eines Fokuspunktes einer Ultraschallstoßwelle auf ein Ziel in einem Patienten
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Buchholtz, Gerhard, 91054 Erlangen, DE;
Fehre, Jens, 91353 Hausen, DE;
Granz, Bernd, Dr., 90522 Oberasbach, DE;
Hoheisel, Martin, Dr., 91056 Erlangen, DE;
Kruft, Werner, 91056 Erlangen, DE;
Lanski, Markus, 90408 Nürnberg, DE;
Mahler, Matthias, 91058 Erlangen, DE;
Meinert, Christian, 91080 Marloffstein, DE;
Mertelmeier, Thomas, Dr., 91058 Erlangen, DE;
Nanke, Ralf, Dr., 91058 Erlangen, DE;
Rattner, Manfred, 91091 Großenseebach, DE
DE-Anmeldedatum 04.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005031118
Offenlegungstag 11.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.01.2007
IPC-Hauptklasse A61B 17/225(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse A61B 5/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61B 19/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61B 8/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A61B 6/12(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Ausrichtung eines Fokuspunktes (40) einer Ultraschallstoßwelle (38) auf ein Ziel (12) in einem Patienten (2), weist folgende Schritte auf: Zu einem ersten Zeitpunkt werden mit einer Relativposition (56) des Ziels (12) bezüglich mindestens eines Markers (50, 52a, b) korrelierte Daten (26) gespeichert, aus den Daten (26) wird die Relativposition (56) ermittelt, zu einem zweiten Zeitpunkt wird eine Absolutposition (51, 53a, b) des Markers (50, 52a, b) in einem dem Fokuspunkt (40) zugeordneten Gerätebezugssystem (48) ermittelt, aus der Absolutposition (51, 53a, b) des Markers (50, 52a, b) und der Relativposition (56) des Ziels (12) wird eine Absolutposition (58) des Ziels (12) im Gerätebezugssystem (48) ermittelt, der Fokuspunkt (40) wird auf die Absolutposition (58) des Ziels (12) ausgerichtet.
Eine Einrichtung zur Ausrichtung eines Fokuspunktes (40) einer Ultraschallstoßwelle (38) auf ein Ziel (12) in einem Patienten (2), enthält eine Speichereinrichtung (28) für mit einer Relativposition (56) des Ziels (12) bezüglich mindestens eines Markers (50, 52a, b) korrelierte Daten (26), eine erste Auswerteeinheit (24) zur Ermittlung der Relativposition (56), eine Ortungseinrichtung (30) zur Ermittlung einer Absolutposition (51, 52a, b) des Markers (50, 52a, b) in einem dem Fokuspunkt (40) zugeordneten Gerätebezugssystem (48), eine zweite Auswerteeinheit (30) zur Ermittlung einer Absolutposition (58) des Ziels (12) im Gerätebezugssystem (48) aus der ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ausrichtung eines Fokuspunktes einer Ultraschallstoßwelle auf ein Ziel in einem Patienten.

Die Beaufschlagung von Patienten mit Ultraschallstoßwellen zur z.B. Schmerztherapie oder Steinzerstörung ist gängige und bekannte medizinische Praxis. Patienten sind in der Regel lebende Menschen oder Tiere. Die Ultraschallstoßwellen werden von einem Stoßwellenkopf erzeugt und in den Patienten eingestrahlt, wobei die Stoßwellen an einem Fokuspunkt der Ultraschallstoßwelle maximal gebündelt ist. Um den Behandlungserfolg zu maximieren und Nebenwirkungen zu minimieren, ist es wichtig, den Fokuspunkt exakt auf ein Ziel im Patienten auszurichten, nämlich den zu behandelnden Ort. Ziel kann deshalb z.B. ein zu zerstörendes Konkrement oder eine bestimmte Stelle eines Organs oder im Gewebe des Patienten sein.

Da das Ziel innerhalb des Patienten liegt, ist die genaue Ausrichtung des Fokuspunktes auf das Ziel rein optisch von außen nicht möglich und daher problematisch. Die Zielortung wird heute zu Beginn oder im Verlauf der entsprechenden Behandlung des Patienten durch Röntgen- oder Ultraschall bewerkstelligt. Bei der Verwendung von Röntgen wird der Patient mit einer Röntgendosis belastet. Dies ist jedoch wegen der schädlichen Nebenwirkungen von Röntgenstrahlen generell zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren. Bei der Verwendung von Ultraschall reicht oft die Ortsgenauigkeit der Ortung des Ziels nicht aus.

Ein entsprechendes kombiniertes Stoßwellensystem mit Röntgenortung ist z.B. aus der EP 0 402 584 bekannt. Das Röntgengerät muss mit dem Ultraschallstoßwellensystem derart, z.B. mechanisch oder durch eine 3D-Referenzierung gekoppelt sein, daß diese in Koordinatensystemen arbeiten, deren Lage zueinander bekannt ist. Hierzu ist entweder eine feste mechanische Kopplung oder ein aufwendiges 3D-Ortungs- bzw. Navigationssystem notwendig. Insbesondere Röntgensysteme sind überdies meist voluminös und so im Verlauf der Stoßwellenbehandlung hinderlich, da sie die Zugänglichkeit zum Patienten für medizinisches Personal stark einschränken. Ähnliches gilt für ein kombiniertes Stoßwellensystem mit Ultraschallortung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung zur Ausrichtung eines Fokuspunktes einer Ultraschallstoßwelle auf ein Ziel anzugeben.

Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass in der Regel bereits im Vorfeld einer Ultraschallstoßwellenbehandlung, also z.B. einige Wochen vorher, das zu behandelnde Ziel mit Hilfe eines Durchleuchtungsverfahrens diagnostiziert wurde. Aus den zu diesem Zeitpunkt gewonnenen Daten ist in der Regel auch eine Lokalisierung des Ziels im Patienten mit einer Genauigkeit möglich, die zur Ausrichtung des Fokuspunktes auf das Ziel ausreicht. Diagnostische Verfahren sind hierbei z.B. durch bildgebende Systeme wie Röntgen, Ultraschall oder MRT realisiert. Bei bekannt unveränderter Lage des Ziels im Patienten ist somit eine weitere Ortung des Ziels unmittelbar vor oder während der eigentlichen Behandlung überflüssig.

Zur späteren Wiederauffindung des Ziels ist dabei lediglich ein Marker nötig, der bei der ersten Lokalisierung des Ziels verfügbar war und dessen Relativposition zum Ziel sich bis zur eigentlichen Behandlung bekanntermaßen nicht geändert hat. Da bei der Diagnose nicht nur das Ziel, sondern andere patientenspezifische Merkmale mit erfasst und dokumentiert werden, stehen entsprechende Marker meist zur Verfügung. Z.B. kann aus den bei der Diagnose erstellten Röntgenbildern der Abstand des Ziels zur Hautoberfläche des Patienten, zu einer Knochenstruktur oder einem äußerlichen Körpermerkmal des Patienten ermittelt werden.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Ausrichtung eines Fokuspunktes einer Ultraschallstoßwelle auf ein Ziel in einem Patienten, mit folgenden Schritten: Zu einem ersten Zeitpunkt werden mit einer Relativposition des Ziels bezüglich mindestens eines Markers korrelierte Daten gespeichert, aus den Daten wird die Relativposition ermittelt, zu einem zweiten Zeitpunkt wird eine Absolutposition des Markers in eine dem Fokuspunkt zugeordneten Gerätebezugssystem ermittelt, aus der Absolutposition des Markers und der Relativposition des Ziels wird eine Absolutposition des Ziels im Gerätebezugssystem ermittelt, der Fokuspunkt wird auf die Absolutposition des Ziels ausgerichtet.

Die Erfassung der Relativposition von Ziel zu Marker muss somit nur ein einziges Mal und nur zum ersten Zeitpunkt stattfinden. Diese Relativposition wird in Form der mit dieser korrelierten Daten gespeichert und steht somit für die spätere Auswertung zur Verfügung. Zu keinem weiteren Zeitpunkt, auch nicht zum zweiten Zeitpunkt, muss somit Information über die Relativposition neu erfasst werden.

Die eigentliche Ortung des Ziels in Relation zum Marker, also die Ermittlung der Relativposition kann zu einem beliebigen Zeitpunkt aus den Daten geschehen, muss also auch nicht zum ersten Zeitpunkt stattfinden. Die Relativposition des Ziels bezüglich des Markers ist dann bekannt und muss, solange sich Marker und Ziel relativ zueinander nicht bewegen, nicht nochmals neu ermittelt werden.

Zum zweiten Zeitpunkt reicht es deshalb aus, lediglich die Absolutposition des Markers bezüglich des Fokuspunktes zu bestimmen, diese mit der bis dahin ermittelten Relativposition zu verknüpfen, woraus durch z.B. Koordinatentransformation einfach und unaufwendig auch die Absolutposition des Ziels bezüglich des Fokuspunktes ermittelbar ist. Da nun Fokuspunkt und Absolutposition des Ziels im entsprechenden Gerätebezugssystem bekannt sind, kann der Fokuspunkt auf die Absolutposition des Ziels und damit auf das Ziel selbst ausgerichtet werden.

Als Daten kommen alle Datenstrukturen in Frage, die hieraus eine Ermittlung der Relativposition von Ziel und Marker zulassen, wie z.B. Bilddaten oder Koordinatendaten. Als Marker kann jeder beliebige Marker benutzt werden, welcher eine eindeutige Rekonstruktion der Relativposition des Ziels bezüglich des Markers ermöglicht. Hierbei ist unwesentlich, ob dies durch einen einzigen oder einen Satz von Markern bewerkstelligt wird. Der Marker muss also lediglich eine Koordinatenzuordnung zwischen Relativ- und Absolutposition des Ziels ermöglichen.

Insbesondere wenn der Marker so gewählt ist, dass dessen Absolutposition zum zweiten Zeitpunkt ohne Einsatz eines Röntgengerätes ermittelbar ist, entfällt für den Patienten zum zweiten Zeitpunkt die Belastung durch Röntgenstrahlung. Eine Röntgenologische Gewinnung der die Relativposition wiederspiegelnden Daten im Inneren des Patienten ist somit nur ein einziges Mal, nämlich zu ersten Zeitpunkt nötig.

Somit entfällt dann auch generell die Notwendigkeit einer Röntgenvorrichtung zum zweiten Zeitpunkt, weshalb damit die Ausrichtung des Fokuspunktes auf das Ziel ohne Röntgengerät möglich ist. Dies bedeutet eine erhebliche Einsparung an Geräteaufwand sowie eine deutliche Verbesserung der Zugänglichkeit zum Patienten zum zweiten Zeitpunkt.

Selbst wenn der oder die Marker eine Röntgenortung zum zweiten Zeitpunkt erfordern, kann hier bei z.B. kontrastreichen künstlichen Markern mit einer sehr geringen Röntgendosis gearbeitet werden, die jedoch die Ortung des Ziels selbst nicht zuließe.

Beispielsweise im Falle einer Lithotripsie eines im Patienten befindlichen Steines als Ziel entspricht somit der erste Zeitpunkt dem Zeitpunkt der Diagnose des Steins, bei der sich der Patient z.B. in einem Magnetresonanztomographen befindet. Aufgrund der Diagnose wird dann die eigentliche Lithotripsie angeordnet, welche zu einem späteren, nämlich dem zweiten Zeitpunkt statt findet. Die Lithotripsie zum zweiten Zeitpunkt kann dann ohne Einsatz eines Röntgengerätes statt finden, da lediglich der Marker zu orten ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit einem 3D-bildgebenden Verfahren als Daten, mit anderen Worten Bilddaten, ein 3D-Patientenbild aufgenommen werden und die Relativposition des Ziels bezüglich des Markers im 3D-Patientenbild ermittelt werden. Als erster Zeitpunkt ist in diesem Zusammenhang üblicherweise die Aufnahme des 3D-Patientenbildes maßgeblich. Im 3D-Patientenbild ist nämlich die auch zu einem späteren Zeitpunkt ermittelbare Relativposition implizit festgehalten bzw. gespeichert. So kann z.B. die Relativposition des Ziels bezüglich des Markers auch in einem 3D-Patientenbild ermittelt werden, welches ursprünglich zu einem anderen Zweck aufgenommen wurde und folglich zum Zeitpunkt der Aufnahme keinerlei Ermittlung von Relativpositionen durchgeführt wurde.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich im zweiten Zeitpunkt kein aufwendiges 3D-bildgebendes Verfahren und damit keine hierzu geeignete aufwendige Apparatur zu benutzen, bleibt somit unverändert erhalten. So könnte beispielsweise in einer MRT-Aufnahme eines Patienten zur Lokalisierung eines ersten Konkrements ein weiteres, zuerst unentdecktes Konkrement später entdeckt werden. Zur Lokalisierung des zweiten Konkrements ist dann keine weitere Röntgendurchleuchtung des Patienten notwendig, da alle hierzu nötigen Daten dem 3D-Bild entnommen werden können.

Die Absolutposition des Markers kann mit einem optischen Abtastverfahren am Patienten ermittelt werden. Dies können z.B. optische Laserverfahren zur Abtastung der Körperoberfläche des Patienten oder die Benutzung einer optischen Kamera mit Bildauswertung sein. Derartige Systeme sind kommerziell erhältlich, relativ preisgünstig und unaufwendig und für den Patienten völlig unschädlich. Als Marker eignen sich hierfür sämtliche, durch optische Verfahren erkennbaren Marker am Patienten.

Die Absolutposition kann mit einem Ultraschallverfahren am Patienten ermittelt werden. Hiermit sind auch Marker möglich, welche sich im Körperinneren des Patienten befinden und genau genug durch Ultraschall ortbar sind. Auch durch Ultraschallbildgebung wird der Patient in keiner Weise gefährdet.

Als Marker kann ein dem Patienten eigenes Körpermerkmal benutzt werden. Entsprechende Körpermerkmale, welche für das Ziel gegenüber diesem zumindest für die Zeitspanne zwischen erstem und zweitem Zeitpunkt ortsinvariant sind, stehen in einem Patienten normalerweise zur Verfügung. Entsprechende Körpermerkmale wären z.B. Warzen, Narben oder charakteristische Knochenstrukturen wie Wirbel oder Rippen. Derartige Marker müssen nicht extra am Patienten angebracht werden, behindern diesen nicht im Alltag, können nicht verrutschen oder verloren gehen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können auch am Patienten von außen zugängliche Marker verwendet werden. Während die oben erwähnten Knochenstrukturen, wie z.B. Rippen oder Wirbel oft nur durch Ultraschallortung im Inneren des Patienten zum zweiten Zeitpunkt aufgefunden werden können, können außen zugängliche Marker wie Narben, Muttermale oder ähnliches z.B. durch mechanische Fühler oder optische Systeme, wie oben erwähnt, geortet werden. In diesem Zusammenhang bieten am Patienten angebrachte, z.B. auf dessen Haut aufgeklebte künstliche Marker wiederum den Vorteilen der Zugänglichkeit von außen. Auch können derartige Marker eine wesentliche genauere Ermittlung von Relativ- und Absolutpositionen gemäß obigem Verfahren ermöglichen. Die Genauigkeit anatomischer Marker kann wegen ihrer oft unklaren geometrischen Struktur für bestimmte Anwendungen eventuell nicht ausreichen, da sie keine z.B. millimetergenau ortbaren charakteristischen Punkte aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen einer Stoßwellenlithotripsie ausgeführt werden, wobei der erste Zeitpunkt vor und der zweite Zeitpunkt während der Durchführung der Stoßwellenlithotripsie gewählt wird. Insbesondere bei der Stoßwellenlithotripsie ist ein Zugang zum Patienten während der Durchführung derselben oft durch das zur Ortung notwendige Röntgengerät stark eingeschränkt. Durch die Verlagerung des ersten Zeitpunktes vor die eigentliche Stoßwellenlithotripsie wird während deren Ausführung kein Röntgengerät mehr benötigt, was den Zugang zum Patienten erheblich verbessert.

Hinsichtlich der Einrichtung wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch eine Einrichtung zur Ausrichtung eines Fokuspunktes einer Ultraschallstoßwelle auf ein Ziel in einem Patienten mit einer Speichereinrichtung für mit einer Relativposition des Ziels bezüglich mindestens eines Markers korrelierte Daten, mit einer ersten Auswerteeinheit zur Ermittlung der Relativposition, und mit einer Ortungseinrichtung zur Ermittlung einer Absolutposition des Markers in einem dem Fokuspunkt zugeordneten Gerätebezugssystem, und mit einer zweiten Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Absolutposition des Ziels im Gerätebezugssystem aus der Absolutposition des Markers und der Relativposition des Ziels, und mit einer Steuereinrichtung zur Ausrichtung des Fokuspunktes.

Die Vorteile der Einrichtung wurden bereits im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren ausführlich erläutert. Insbesondere ist noch zu erwähnen, dass die Einrichtung zwar erste Auswerteeinheit und Ortungseinrichtungen umfassen muss, diese jedoch an getrennten Orten platziert sein können. Erste Auswerteeinheit und Ortungseinrichtung können jedoch in einem einzigen Gerät integriert sein, wenn beispielsweise Ermittlung der Relativposition des Ziels und der Absolutposition des Markers nahezu gleichzeitig zum zweiten Zeitpunkt durchgeführt werden.

Die Daten können ein 3D-Bilddatensatz des Patienten sein und die erste Auswerteeinrichtung ein 3D-Bildverarbeitungssystem sein.

Besonders dann kann das 3D-Bildverarbeitungssystem auch in der Ortungseinrichtung integriert sein, die dann z.B. das Bildmaterial einer Digitalkamera auswertet, um die Absolutposition des Markers zu ermitteln. Die Ortungseinrichtung kann daher eine optische Abtasteinrichtung sein. Diese hat vor allem gegenüber der mechanischen den Vorteil, berührungsfrei zu arbeiten und keinerlei Einschränkung bezüglich des Zugangs zum Patienten mit sich zu bringen.

Die zweite Ortungseinrichtung kann ein Ultraschallortungssystem, z.B. ein Ultraschall B-Bild Scanner, sein. Natürlich können auch mehrere Ortungseinrichtungen gemeinsam zum Einsatz kommen, wie z.B. ein kombiniertes System aus Abtasteinrichtung und Ultraschallortungssystem.

Die Daten bzw. die Relativposition oder andere bei Verfahren anfallende Daten können auf beliebige Art und Weise transportiert werden, wenn die Datenspeicherung und der Ort der Auswertung voneinander verschieden sind. Z.B. ist die Übertragung per Netzwerk durch ein Krankenhausinformationssystem oder die Verwendung mobiler Datenträger wie CD-ROM oder MO-Disk möglich.

Die Ortungseinrichtung kann eine optische Abtasteinrichtung sein. Ebenso kann die Ortungseinrichtung ein Röntgensystem oder eine Kombination aus entsprechenden Systemen sein.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in schematischen Prinzipskizzen:

1 einen Patienten mit zu zerstörendem Nierenstein in einem Röntgensystem und einer Lithotripsieanlage, jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten,

2 ein mit dem Röntgensystem aus 1 aufgenommenes 3D-Bild eines Körperbereichs des Patienten mit Nierenstein und Markern aus 1,

3 den anhand der Marker aus 1 auf den Nierenstein ausgerichteten Stoßwellenkopf aus 1 in einem Gerätebezugssystem.

1 zeigt einen Patienten 2, ein Röntgensystem 4 und ein Stoßwellensystem 6. Vom Patienten 2 ist in 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich dessen Torso 8 dargestellt. Im Torso 8 befindet sich eine Niere 10 mit Nierenstein 12 und exemplarisch zwei Rippen 14a,b. Eine Warze 16 befindet sich an der Körperoberfläche 44 des Torso 8.

Das Röntgensystem 4 umfasst eine Röntgenquelle 18 und einen Röntgendetektor 20, welche über eine Anlagensteuerung 24 verbunden sind. Die von der Röntgenquelle 18 zum Röntgendetektor 20 ausgesandte Röntgenstrahlung ist durch den Zentralstrahl 22 des Röntgensystems 4 angedeutet.

Im Zusammenhang mit dem Röntgensystem 4 ist in 1 folgende Situation dargestellt: Der Patient 2 klagt über Schmerz im Bauchraum und sucht deshalb einen nicht dargestellten Arzt auf, welcher am Patienten 2 mit Hilfe des Röntgensystems 4 eine Röntgenuntersuchung durchführt. Das Röntgensystem 4, z.B. ein Röntgen CT System, ist hierbei in der Lage, ein 3D-bildgebendes Verfahren durchzuführen. Zum Zeitpunkt der Röntgendurchleuchtung des Patienten 2 fertigt der Arzt ein 3D-Röntgenbild 26 an, das in 2 detaillierter dargestellt ist.

Das 3D-Röntgenbild 26, dessen Grenzen in 2 als gestrichelter Würfel gezeichnet sind, bildet zwar nicht den gesamten Torso 8 des Patienten 8 ab, jedoch die Niere 10 mit dem Nierenstein 12, Teile der Rippen 14a, b und die Warze 16. Es hat eine Ausdehnung von 10 × 10 × 10cm3 und weist eine Ortsauflösung von unter 1mm auf.

Das vom Patienten 2 aufgenommene 3D-Röntgenbild 26 wird in der Anlagensteuerung 24 gespeichert und vom Arzt betrachtet und bewertet. Dieser diagnostiziert im Patienten 2 den Nierenstein 12 und ordnet eine Nierensteinlithotripsie an, welche zwei Wochen nach der Aufnahme des 3D-Röntgenbildes 26 am Patienten 2 durchzuführen ist. Zu Dokumentationszwecken speichert der Arzt das 3D-Röntgenbild 26 auf einer CD-ROM 28 ab, angedeutet durch einen Pfeil in 1.

Obschon gemeinsam in 1 dargestellt, befindet sich der Patient 2 nicht zur gleichen Zeit am Röntgensystem 4 und im Stoßwellensystem 6; vielmehr befindet sich der Patient erst wie oben erwähnt, zwei Wochen nachdem er das Röntgensystem 4 verlassen hat, im Stoßwellensystem 6. Beide Situationen sind in 1 gemeinsam dargestellt, um auszudrücken, daß die Körperlage des Patienten 2 in beiden Fällen ähnlich ist und sich die Lage der im Torso 8 dargestellten Objekte zwischenzeitlich nicht verändert hat.

Zwei Wochen nach der Aufnahme des 3D-Röntgenbildes 26 sucht der Patient 8 einen nicht dargestellten Arzt auf, um sich einer Ultraschallstoßwellenbehandlung zu unterziehen. Der Patient 2 befindet sich sodann im Stoßwellensystem 6. Im Stoßwellensystem 6 nimmt der Patient in etwa die gleiche Körperlage ein, wie bei der Anfertigung des 3D-Röntgenbildes 26, nämlich z.B. rücklings flach auf einer nicht dargestellten Patientenliege liegend.

Das Stoßwellensystem 6 umfasst eine Anlagensteuerung 30, an die ein Stoßwellenkopf, eine Stereoskopiekamera 34, eine Ultraschallortungseinrichtung 36 und ein 3D-Navigationssystem 46 angeschlossen sind. Nun, zum Zeitpunkt der Lithotripsie, also der Zerstörung des Nierensteins 12 mit Hilfe der von Stoßwellenkopf 32 ausgesandten Ultraschallstoßwellen 38 besteht nun die Aufgabe für den Arzt darin, den Fokuspunkt 40 der Ultraschallstoßwelle 38 exakt auf den Nierenstein 12 auszurichten.

Ein Röntgengerät wird hierzu nicht benutzt. Die Ortung des Nierensteins 12 zum Zeitpunkt der Lithotripsie erfolgt über Ortungseinrichtungen in Form der Stereoskopiekamera 34 und des Ultraschallkopfes 36. Von der Körperoberfläche 44 des Patienten 2 wird, angedeutet durch die Pfeile 42, eine Videoaufnahme mit Hilfe der Stereoskopiekamera 34 erstellt. Zusätzlich wird die Körperoberfläche 44 mit dem Ultraschallkopf 36 abgefahren. Mit anderen Worten werden Bild- und Ultraschalldaten 47 des Patienten 2 erstellt. Diese sind symbolhaft in 3 in Kombination dargestellt.

Um die entstehenden Bild- und Ultraschalldaten 47 hinsichtlich ihrer Ortsposition einzuordnen, verfolgt das 3D-Navigationssystem 46 die 3D-Ortspositionen von Ultraschallkopf 36 und Stereoskopiekamera 34. Hierzu spannt das Navigationssystem 46 ein im nicht dargestellten Lithotripsiebehandlungsraum ortsfestes Gerätebezugssystem 48 auf, welches in 3 dargestellt ist. Das Navigationssystem 46 ermittelt hierdurch Positionsdaten sämtlicher, von der Stereoskopiekamera 34 sowie vom Ultraschallkopf 36 erfassten bzw. lokalisierten Bild- und Ultraschalldaten 47. Diese repräsentieren wiederum die Warze 16 und die Rippen 14a,b.

Auf diese Weise erfasst die Stereoskopiekamera 34 die Warze 16 bzw. einen Markerpunkt 50 an der Warze 16, nämlich deren erhabenste Stelle. Durch das Navigationssystem 46 sind die Ortskoordinaten des Markerpunktes 50, also deren Absolutposition 51, im Gerätebezugssystem 48 in 3 bekannt. Die Rippen 14a und 14b werden wegen ihrer Lage dicht unterhalb der Körperoberfläche 44 von der Stereoskopiekamera 34 nicht erfasst. Diese werden jedoch wiederum über den Ultraschallkopf 36 geortet, welcher ebenfalls als charakteristische Markerpunkte 52a,b die Enden der Rippen 14a,b lokalisiert. Auch die Lage der Markerpunkte 52a,b, also deren Absolutposition 53a,b ist über das Navigationssystem 46 im Gerätebezugssystem 48 bekannt.

Die Lage des Nierensteins 12 im Gerätebezugssystem 48 ist unbekannt, da der Nierenstein 12 weder durch die Stereoskopiekamera 34 noch durch den Ultraschallkopf 36 direkt erfassbar ist. Der Fokuspunkt 40 der Ultraschallstoßwelle 38 ist zu diesem Zeitpunkt deshalb noch nicht auf den Nierenstein 12 ausgerichtet. Die ist in 1 dargestellt.

Der Arzt lädt deshalb die vom oben erwähnten Röntgenarzt erstellte CD-ROM 28 mit dem 3D-Röntgenbild 26 in die Anlagensteuerung 30. Von der Anlagensteuerung 30 wird das 3D-Röntgenbild 26 folgendermaßen ausgewertet:

Die Anlagensteuerung 24, die zu diesem Zweck über ein integriertes Bildverarbeitungssystem verfügt, sucht die im Gerätebezugssystem bekannten drei Markerpunkte 50, 52a und 52b im 3D-Röntgenbild 26 auf. Im dem 3D-Röntgenbild 26 zugeordneten Bildkoordinatensystem 54 werden diese dann lokalisiert. Dies ist möglich, da sowohl die Warze 16 als auch die Rippen 14a,b im 3D-Röntgenbild 26 festgehalten sind. Im selben Bildkoordinatensystem 54 ist aber auch die Ortsposition des Nieresteins 12 bekannt. Aufgrund der bekannten Koordinatenverhältnisse im Bildkoordinatensystem 54 ist deshalb die Relativposition 56 von Nierenstein 12 zu den Markerpunkten 50, und 52a,b, angedeutet durch einen Pfeil, bekannt. Durch eine entsprechende Koordinatentransformation der Relativposition 56 aus dem Bildkoordinatensystem 54 in das Gerätebezugssystem 48 kann somit, nochmals angedeutet durch einen Pfeil in 3 aus der Position der Markerpunkte 50 und 52a,b indirekt die Absolutposition 58 des Nierensteins 12 im Gerätebezugssystem 48 berechnet werden.

Die Relativposition 56 kann alternativ auch bereits vom oben erwähnten Röntgenarzt in der Anlagensteuerung 24 ermittelt werden und zusammen mit dem 3D-Röntgenbild 26 auf der CD-ROM 28 gespeichert werden.

Angedeutet durch den Pfeil 60, wird dann der Fokuspunkt 40 im Gerätebezugssystem 48 aus der in 1 dargestellten Ausgangsposition 62 zur Absolutposition 58 verfahren,.

Der Stoßwellenkopf 32 wird dabei zusätzlich so platziert, dass die Stoßwelle 38 behinderungsfrei, also vorbei an den Rippen 14a,b zum Nierenstein 12 gelangt, und hierbei so wenig Volumen der Niere 10 wie möglich durchdringt. Diese Information entnimmt die Anlagensteuerung 30 ebenfalls dem 3D-Röntgenbild 26 und wählt eine entsprechend optimale Ortsposition und Ausrichtung des Stoßwellenkopfes 32 im Gerätebezugssystem 48.


Anspruch[de]
Verfahren zur Ausrichtung eines Fokuspunktes (40) einer Ultraschallstoßwelle (38) auf ein Ziel (12) in einem Patienten (2), mit folgenden Schritten:

– zu einem ersten Zeitpunkt werden mit einer Relativposition (56) des Ziels (12) bezüglich mindestens eines Markers (50, 52a,b) korrelierte Daten (26) gespeichert,

– aus den Daten (26) wird die Relativposition (56) ermittelt,

– zu einem zweiten Zeitpunkt wird eine Absolutposition (51, 53a,b) des Markers (50, 52a,b) in einem dem Fokuspunkt (40) zugeordneten Gerätebezugssystem (48) ermittelt, aus der Absolutposition (51, 53a,b) des Markers (50, 52a,b) und der Relativposition (56) des Ziels (12) wird eine Absolutposition (58) des Ziels (12) im Gerätebezugssystem (48) ermittelt, der Fokuspunkt (40) wird auf die Absolutposition (58) des Ziels (12) ausgerichtet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit einem 3D-bildgebenden Verfahren als Daten (26) ein 3D-Patientenbild aufgenommen wird und die Relativposition (56) des Ziels (12) bezüglich des Markers (50, 52a,b) im 3D-Patientenbild ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Absolutposition (51, 53a,b) des Markers (50, 52a,b) mit einem optischen Abtastverfahren am Patienten (2) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Absolutposition (51, 53a,b) des Markers (50, 52a,b) mit einem Ultraschallverfahren am Patienten (2) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Marker (50, 52a,b) ein dem Patienten (2) eigenes Körpermerkmal benutzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Marker (50, 52a,b) ein am Patienten (2) außen zugänglicher Marker verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Rahmen einer Stoßwellenlithotripsie ausgeführt wird, wobei der erste Zeitpunkt vor und der zweite Zeitpunkt während der Durchführung der Stoßwellenlithotripsie gewählt wird. Einrichtung zur Ausrichtung eines Fokuspunktes (40) einer Ultraschallstoßwelle (38) auf ein Ziel (12) in einem Patienten (2), mit einer Speichereinrichtung (28) für mit einer Relativposition (56) des Ziels (12) bezüglich mindestens eines Markers (50, 52a,b) korrelierte Daten (26), mit einer ersten Auswerteeinheit (24) zur Ermittlung der Relativposition (56), und mit einer Ortungseinrichtung (30) zur Ermittlung einer Absolutposition (51, 52a,b) des Markers (50, 52a,b) in einem dem Fokuspunkt (40) zugeordneten Gerätebezugssystem (48), und mit einer zweiten Auswerteeinheit (30) zur Ermittlung einer Absolutposition (58) des Ziels (12) im Gerätebezugssystem (48) aus der Absolutposition (51, 52a,b) des Markers (50, 52a,b) und der Relativposition (56) des Ziels (12), und mit einer Steuereinrichtung (30) zur Ausrichtung des Fokuspunktes (40). Einrichtung nach Anspruch 8, bei der die Daten (26) ein 3D-Bilddatensatz des Patienten sind und die erste Auswerteeinheit (24) ein 3D-Bildverarbeitungssystem ist. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die zweite Ortungseinrichtung (30) eine optische Abtasteinrichtung ist. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Ortungseinrichtung (30) ein Ultraschallortungssystem und/oder ein Röntgensystem ist.






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