CH712867A1

CH712867A1 - Portable immobilization and fixation device with calibration unit for x-ray stereomicrographs.

Info

Publication number: CH712867A1
Application number: CH01121/16A
Authority: CH
Inventors: Schwägli Tobias
Original assignee: Medivation Ag
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2016-08-30
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine röntgen-transparente Vorrichtung, welche am Patienten temporär angebracht werden kann und welche eine Fixierung der Vorrichung relativ zu einer oder mehreren Knochenstrukturen sowie die Immobilisierung von Gelenken ermöglicht. Über eine in der Vorrichtung integrierte oder angebrachte Kalibriereinheit mit röntgen-opaken Elementen können Röntgenstereometrieaufnahmen der fixierten und immobiliserten knöchernen Strukturen gemacht werden, welche eine 3D-Vermessung und 3D-Rekonstruktion ermöglichen. Durch die anziehbare/tragbare Ausführung der Erfindung ermöglicht diese eine flexiblere Röntgenaufnahme, wobei der Patient in verschiedenen Stellungen zu der Röntgenquelle aufgenommen werden kann. Im Gegensatz zu bereits beschriebenen Verfahren ist dies ein grosser Vorteil, da ansonsten der Patient an der Kalibriervorrichtung fixiert werden muss und ggf. auch die Röntgenquelle für die Aufnahmen verschoben werden muss. Zudem sind durch das tragbare Design auch Aufnahmen in einem oder mehreren belasteten Zuständen möglich, z.B. kann für das Kniegelenk eine Aufnahme der Gesamtbeinachse im Belastungszustand aufgenommen werden.The invention describes an X-ray-transparent device, which can be temporarily attached to the patient and which allows a fixation of Vorrichung relative to one or more bone structures and the immobilization of joints. X-ray stereomicrographs of the fixed and immobilized bony structures, which enable a 3D measurement and 3D reconstruction, can be made via a calibration unit with X-ray-opaque elements integrated or mounted in the device. By the attractable / portable embodiment of the invention, this allows a more flexible X-ray image, wherein the patient can be recorded in different positions to the X-ray source. In contrast to the method already described, this is a great advantage, since otherwise the patient has to be fixed to the calibration device and possibly also the X-ray source has to be moved for the recordings. In addition, the portable design also allows shooting in one or more loaded states, e.g. For the knee joint, a recording of the total bone axis in the loaded state can be recorded.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine am zu untersuchenden Körperteil tragbare röntgentransparente Immobilisierung-/Fixierungsvorrichtung welche einen Kalibrierkörper mit röntgen-opaken Elementen in einer festen Position zu den innen liegenden Knochenstrukturen positioniert. Durch diese fixe Position zu den Knochenstrukturen und Abbildung in zwei oder mehr konventionelle Röntgenaufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen kann eine Röntgenstereometrie-Analyse der aufgenommenen Bilddaten erfolgen.Description: The invention relates to an X-ray transparent immobilization / fixation device which can be worn on the body part to be examined and which positions a calibration body with X-ray opaque elements in a fixed position with respect to the internal bone structures. This fixed position to the bone structures and imaging in two or more conventional X-ray images from different directions enables an X-ray stereometric analysis of the recorded image data.

[0002] Ziel der Erfindung ist die Fixierung und Immobilisierung der betroffenen Knochen, resp. des Gelenkes in Relation zu der Kalibriereinheit während der erforderlichen mindestens zwei Röntgenaufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen. Die an der Vorrichtung angebrachte oder integrierte Kalibriereinheit mit röntgen-opaken Elementen erlaubt eine Bestimmung der Abbildungsparameter der Röntgenprojektionen. Durch die räumliche Rekonstruktion über mindestens zwei solcher Röntgenaufnahmen können Knochenstrukturen stereoskopisch vermessen werden sowie mittels statistischen Knochenmodellen ein individuelles 3D Modell des zu behandelnden Patienten berechnet werden.The aim of the invention is the fixation and immobilization of the affected bones, respectively. of the joint in relation to the calibration unit during the required at least two x-ray exposures from different directions. The calibration unit with X-ray opaque elements attached or integrated on the device allows the imaging parameters of the X-ray projections to be determined. The spatial reconstruction using at least two such x-ray images allows stereoscopic measurements of bone structures and an individual 3D model of the patient to be treated can be calculated using statistical bone models.

[0003] Der Vorteil der hier beschriebenen Erfindung liegt in der tragbaren Ausführung so dass die Einheit vom Patienten während der Röntgenaufnahmen getragen werden kann und dem Patienten erlaubt verschiedene Stellungen einzunehmen. Somit lassen sich die Röntgenaufnahmen durch verschiedene Positionierungen, resp. Stellungen des Patienten bewerkstelligen ohne dass die Röntgenquelle zwingend verstellt werden muss. Durch die tragbare Ausführung kann der Patient z.B. für die Aufnahme des Kniegelenks normal im Stehen aufgenommen werden so dass der Belastungszustand des Gelenkes erfasst werden kann, was für die Beurteilung der Ganzbeinachse von grossem Vorteil ist. Grundsätzlich ermöglicht ein tragbares Design eine vereinfachte und bessere Aufnahmesituation, zudem lassen sich für gewisse Aufnahmesituationen mehrere Einheiten am Patienten anbringen, z.B. kann am Becken, resp. Oberschenkel jeweils ein einzelne Vorrichtung angebracht werden was eine Rekonstruktion der einzelnen Knochen des betroffenen Gelenkes erlaubt.The advantage of the invention described here lies in the portable design so that the unit can be worn by the patient during the x-rays and allows the patient to take different positions. Thus, the x-rays can be different positions, respectively. Position the patient without the need to adjust the X-ray source. Due to the portable design, the patient can e.g. to record the knee joint normally while standing so that the load condition of the joint can be recorded, which is of great advantage for the assessment of the whole leg axis. In principle, a portable design enables a simplified and better admission situation, in addition, several units can be attached to the patient for certain admission situations, e.g. can at the basin, respectively. A single device can be attached to each thigh, which allows reconstruction of the individual bones of the affected joint.

[0004] Das grundsätzliche Konzept der Röntgenstereometrie und Rekonstruktion von 3D Modellen anhand von kalibrierten Röntgenaufnahmen kann als Stand der Technik betrachtet werden. Die Röntgenstereophotogrammetrie (RSA) wurde bereits 1974 von Göran Selvic eingeführt zur Untersuchung der Migration von Implantaten.The basic concept of x-ray stereometry and reconstruction of 3D models on the basis of calibrated x-ray images can be considered as prior art. X-ray stereo photogrammetry (RSA) was introduced by Göran Selvic in 1974 to investigate the migration of implants.

[0005] Die Immobilisierung von Gelenken mittels verschiedener Formen von Manschetten und Orthesen kann als bekannt betrachtet werden. Die meisten Orthesen sind röntgen-transparent gebaut damit sie bei Röntgenaufnahmen nicht abgenommen werden müssen. Die Funktion von Orthesen unterscheidet sich wesentlich zu der hier beschriebenen Vorrichtung: Die Orthese wird vom Patienten meist für eine längerfristige Zeit getragen und dient der Ruhigstellung oder Einschränkung der Bewegung eines Gelenkes, wobei sich das Gelenk nach wie vor in geringem Umfang bewegen lässt. Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht die fixierte Stellung der Kalibriereinheit zu den knöchernen Strukturen sowie eine kurzzeitige totale Immobilisierung der betroffenen Gelenke während der Zeitdauer (einige Minuten) der Röntgenaufnahmen.[0005] The immobilization of joints by means of various forms of cuffs and orthoses can be regarded as known. Most orthoses are X-ray transparent so that they do not have to be removed for X-rays. The function of orthoses differs significantly from the device described here: The orthosis is usually worn by the patient for a longer period of time and serves to immobilize or restrict the movement of a joint, whereby the joint can still be moved to a small extent. The invention described here enables the calibration unit to be in a fixed position relative to the bony structures and a brief total immobilization of the affected joints during the period (a few minutes) of the X-ray images.

[0006] Weiter gibt es Vorrichtungen für die Aufnahme von CT und MRT Aufnahmen welche den Patienten in einer definierten Position festhalten um eine Bewegung während der Aufnahme zu vermeiden. Mit diesen Vorrichtungen wird der Patient aber relativ zum bildgebenden Gerät (meist zum Tisch) fixiert, siehe z.B. US 5 454 993 A oder WO 2012 076 199 A1. Im Gegensatz dazu ist die beschriebene Erfindung eine durch den Patienten tragbare Fixierung und Immobilisierung mit einer integrierten oder angebrachten Kalibriereinheit für die Aufnahme mittels eines konventionellen Röntgengerätes.There are also devices for the recording of CT and MRI recordings which hold the patient in a defined position to avoid movement during the recording. With these devices, the patient is fixed relative to the imaging device (usually to the table), see e.g. US 5 454 993 A or WO 2012 076 199 A1. In contrast to this, the described invention is a fixation and immobilization that can be carried by the patient with an integrated or attached calibration unit for the recording by means of a conventional X-ray device.

[0007] Die Aufnahme von stereoskopischen Röntgenaufnahmen über eine extern positionierte oder angebrachte Kalibriereinheit mit röntgen-opaken Elementen ist in folgenden Patenschriften beschrieben: WO 2015 063 286 A1, WO 2011 146 703, US 8 055 046 B2, US 7 672 709 B2. In diesen Patentenschriften wird nicht näher auf die Fixierung und Immobilisierung der Kalibriereinheit eingegangen oder die Immobilisierung ist über eine knochenfeste Verbindung oder eine Referenz bei einer intra-operativen Bildgebung mittels C-Arm garantiert.The recording of stereoscopic x-rays via an externally positioned or attached calibration unit with x-ray-opaque elements is described in the following patents: WO 2015 063 286 A1, WO 2011 146 703, US 8 055 046 B2, US 7 672 709 B2. These patents do not go into more detail on the fixation and immobilization of the calibration unit, or the immobilization is guaranteed via a bone-tight connection or a reference for intra-operative imaging using a C-arm.

[0008] Eine von aussen angebrachte Immobilisierung des Kniegelenks über eine gepolsterte Aufnahme wird in der Patentschrift von Cook beschrieben (US 8644909 B2). Diese Patentschrift beschreibt aber nur einen einfachen Kanal zur Immobilisierung des Kniegelenkes. Diese Vorrichtung ist weder tragbar noch erlaubt sie eine einfache Handhabung in der Radiologie, es sind nur Aufnahmen in liegender Position möglich. Zudem muss für die Aufnahmen die Position der Röntgenquelle verändert werden was nur bis einem gewissen Grad möglich ist und die Aufnahmequalität beeinträchtigt. Für die Bewertung zum Beispiel der Beinachse beim deformierten Kniegelenk wird aber eine Position in belastetem Zustand bevorzugt. Die hier beschriebene tragbare Vorrichtung erlaubt eine Aufnahme des Patienten in verschiedenen Stellungen, auch stehend im Belastungszustand.An externally attached immobilization of the knee joint via a padded receptacle is described in the Cook patent (US 8644909 B2). However, this patent describes only a simple channel for immobilizing the knee joint. This device is neither portable nor allows easy handling in radiology, only exposures in a lying position are possible. In addition, the position of the X-ray source must be changed for the recordings, which is only possible to a certain extent and affects the recording quality. For the evaluation of the leg axis for the deformed knee joint, for example, a position in the loaded state is preferred. The portable device described here allows the patient to be picked up in various positions, even when standing under load.

[0009] Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, welches in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es werden folgende Figuren dargestellt:The invention will be explained in more detail using exemplary embodiments, which is illustrated in the drawings. The following figures are shown:

Fig. 1: Die Fixierungs- und Immobilisierungsvorrichtung (1) gewährleistet den räumlichen Bezug zwischen Kalibriereinheit (2) mit den röntgen-opaken Kugeln (3) und Knochen (4,5) und immobilisiert das Gelenk (7) während den zwei oder mehr Aufnahmen. Über die Abbildung der Kugeln der Kalibriereinheit (10) in den Röntgenbildern (8) kann eine Stereometrieauswertung und 3D-Rekonstruktion der abgebildeten Knochenstrukturen (9) erfolgen.Fig. 1: The fixation and immobilization device (1) ensures the spatial relationship between the calibration unit (2) with the X-ray opaque balls (3) and bone (4,5) and immobilizes the joint (7) during the two or more exposures , Stereometric analysis and 3D reconstruction of the imaged bone structures (9) can be carried out by imaging the balls of the calibration unit (10) in the X-ray images (8).

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Fig. 2: Immobilisierungsvorrichtung (Manschette) in geöffnetem (10) und angebrachten Zustand (11) für das Kniegelenk und extern angebrachter Kalibriereinheit (12). Die Manschette verfügt über Klettverschlüsse (13) und Gurte (14) zur Fixierung der Manschette am Bein. In die Manschette eingearbeitet sind hinten am Bein verlaufende röntgen-transparente fester Stäbe (15) die die Immobilisierung des Kniegelenks unterstützen. Mittels der durch die Pumpe (19) aufblasbaren innen angebrachten und mit Schaumstoffkugeln gefüllten Kissen (16 hier aussen dargestellt) kann eine ausreichende Fixierung und Immobilisierung des Kniegelenkes erreicht werden. Die Kalibriervorrichtung (12) kann mittels Klettverschlüssen (20) in einer festen Position vorne angebracht werden. Die Manschette und Kalibriereinheit verfügen über eine Aussparung (17,18) für die Patella um die korrekte Positionierung zum Kniegelenk mittels Antastung kontrollieren zu können.Fig. 2: Immobilization device (cuff) in the open (10) and attached state (11) for the knee joint and externally attached calibration unit (12). The cuff has Velcro fasteners (13) and straps (14) to fix the cuff to the leg. Integrated into the cuff are x-ray-transparent solid rods (15) at the back of the leg, which support the immobilization of the knee joint. A sufficient fixation and immobilization of the knee joint can be achieved by means of the cushions (16 shown here on the outside), which are inflated on the inside by the pump (19) and filled with foam balls. The calibration device (12) can be attached in a fixed position at the front by means of Velcro fasteners (20). The cuff and calibration unit have a recess (17, 18) for the patella in order to be able to check the correct positioning to the knee joint by means of probing.

Fig. 3: Fixierung für die zur Stereometrievermessung benötigten Röntgenaufnahmen des Hüftgelenkes mittels eines zweiteiligen Designs. Es wird eine Fixierungsvorrichtung (21) mit Kalibriereinheit (22) an den Beckenknochen (28), vorzugsweise mit Gurten fixiert (26). Um den Oberschenkel (29) wird eine zweite Vorrichtung (23) mit einer zweiten Kalibriereinheit (24) mit Gurten (27) fixiert. Die beiden Vorrichtungen können über ein Scharniergelenk (25) verbunden sein, welches die Bewegung im Hüftgelenk hier auf z.B. auf ein Flexions/Extensionsbewegung einschränkt, dadurch können die rekonstruierten 3D Modelle des Beckens (28) und des Oberschenkels (29) räumlich zueinander zugeordnet werden.Fig. 3: Fixation for the x-rays of the hip joint required for stereometric measurement by means of a two-part design. A fixation device (21) with a calibration unit (22) is fixed to the pelvic bone (28), preferably with straps (26). A second device (23) with a second calibration unit (24) with belts (27) is fixed around the thigh (29). The two devices can be connected via a hinge joint (25), which here the movement in the hip joint to e.g. restricted to a flexion / extension movement, so the reconstructed 3D models of the pelvis (28) and the thigh (29) can be spatially assigned to each other.

Fig. 4: Ausrichtungshilfen als Linienmarkierungen (31,33) an der Vorrichtung um eine korrekte Aufnahme zu gewährleisten. Die Linien (31) werden für die frontale Aufnahmerichtung (32) des Kniegelenkes verwendet, die Röntgenquelle wir zentral senkrecht auf das dargestellte Kreuz gerichtet um eine optimale Aufnahme zu erreichen. Die zweite Aufnahme wird mit einem um 60 Grad gedrehten Bein gemacht, dafür wir das Bein so ausgerichtet, dass die Linienmarkierungen (33) zur Röntgenquelle (34) ausgerichtet sind.Fig. 4: Alignment aids as line markings (31, 33) on the device to ensure correct recording. The lines (31) are used for the frontal exposure direction (32) of the knee joint, the X-ray source is directed centrally perpendicular to the cross shown in order to achieve an optimal exposure. The second picture is taken with a leg rotated by 60 degrees, for which the leg is aligned so that the line markings (33) are aligned with the X-ray source (34).

[0010] Die in Fig. 1 dargestellte und beschriebene Ausführung der Erfindung zeigt eine tragbare Immobilisierungsvorrichtung am Kniegelenk eines Patienten die über eine Kalibriervorrichtung für die Röntgenstereometrieaufnahme verfügt. In der gezeigten Ausführung ist die Kalibriereinheit mit den röntgen-opaken Elementen an der Fixierungs- und Immobilisierungeinheit angebracht, z.B. mittels Klettverschluss oder eines anderen geeigneten Verfahrens. In einer anderen Ausführung kann die Kalibriereinheit direkt in die Fixierungs- und Immobilisierungeinrichtung integriert sein. Die Grösse und räumliche Anordnung der röntgen-opaken Elemente in der Kalibriervorrichtung kann je nach Andwendungsgebietvarrieren und kann für unterschiedliche Aufnahmesituationen angepasst sein, vorzugsweise liegt die Kalibriervorrichtung möglichst eng am Patienten an damit diese bei den Aufnahmen nicht stört oder anstossen kann. Eine weitere Möglichkeit ist eine nur zum Teil starre oder ganz flexible Kalibriereinheit welche durch die Fixierung und Immobilisierung erst eine feste geometrische Form einnimmt. Die röntgenopaken Elemente der Kalibriereinheit sind normalerweise Kugel (z.B. Stahl, Blei) in einem Durchmesser von 1-30 mm. Es können aber auch andere Elemente wie Stäbe, Ringe, Ellipsen, Helixstrukturen oder Plättchen zum Einsatz kommen welche ein Rekonstruktion der Abbildungsparameter (perspektivische Projektion) sowie eine Entzerrung der aufgenommenen Bilder zulassen.The embodiment of the invention shown and described in FIG. 1 shows a portable immobilization device on the knee joint of a patient which has a calibration device for X-ray stereometric imaging. In the embodiment shown, the calibration unit with the x-ray opaque elements is attached to the fixation and immobilization unit, e.g. by means of Velcro or another suitable method. In another embodiment, the calibration unit can be integrated directly into the fixation and immobilization device. The size and spatial arrangement of the X-ray opaque elements in the calibration device can vary depending on the area of application and can be adapted for different recording situations, preferably the calibration device is as close as possible to the patient so that it does not interfere with or trigger the pictures. Another possibility is an only partially rigid or completely flexible calibration unit which takes on a fixed geometric shape due to the fixation and immobilization. The radiopaque elements of the calibration unit are usually spheres (e.g. steel, lead) with a diameter of 1-30 mm. However, other elements such as rods, rings, ellipses, helix structures or platelets can also be used, which allow a reconstruction of the imaging parameters (perspective projection) and an equalization of the recorded images.

[0011] Fig. 2 zeigt eine Ausprägung einer Vorrichtung für die Fixierung und Immobilisierung des Kniegelenkes mittels einer dafür optimierten Manschette.Fig. 2 shows an embodiment of a device for the fixation and immobilization of the knee joint by means of an optimized cuff.

[0012] Die Manschette kann über die Klettverschlüsse und verstellbare Verschlussbänder am Knie des Patienten zuerst leicht fixiert werden. Die Öffnung bei der Patella (Kniescheibe) hilft für das korrekte Anbringen der Vorrichtung. Vorzugsweise ist eine solche Öffnung über einer prominenten Knochenstruktur angebracht um die korrekte Positionierung zu überprüfen. Über einen Pumpmechanismus können innenliegende Kissen der Manschette aufgeblasen werden so dass die Manschette eine genügende Fixierung und Immobilisierung gewährleistet. Die Kissen sind in der bevorzugen Ausführung mit kleinen Kugeln gefüllt was eine gute Formanpassung, Stabilität, sowie Tragekomfort gewährleistet. In anderen Ausführungen können eine solche Fixierung anstatt über die aufblasbaren Kissen über einen Vakuummechanismus (ähnlich einer Vakuummatratze oder Vakuumorthese erfolgen). Zudem sind weitere Ausführungen denkbar um eine möglich gute Fixierung sowie Immobilisierung zu ermöglichen, wie z.b. die Fixierung über einen oder mehrere elastische oder starre Gurte durch welche die Fixierung des Kalibrierkörpers erreicht werden kann. Weitere Ausführungen von Fixierungen und Immobilisierungen können geformte Schalen sein welche an die entsprechende Anatomie angelegt und mit Gurten und Bändern fixiert werden. Diese Schalen können entweder anatomisch geformt und falls erforderlich in verschiedenen Grössen vorliegen um eine gute Anpassung an verschiedene Patienten zu ermöglichen. Im Weiteren ist es möglich über einen Abformungsprozess die individuelle Anatomie des Patienten abzubilden und die Fixierung und Immobilisierungvorrichtung z.T. oder als ganzen nach der Anatomie zu formen. Eine solche Anpassung könnte auch über eine Digitalisierung der Patientenoberfläche erfolgen (Oberflächenscan) wobei dann die Vorrichtung oder einzelne Teile davon zum Beispiel mittels generativen Verfahren (3D-Druck) hergestellt werden könnte, wobei auch andere Rapid-Prototyping Verfahren zur Herstellung möglich sind. Als weitere Ausführung wäre ein Design denkbar bei welchen die Vorrichtung mit einem sich leicht expandierenden Schaum ausgefüllt wird um die Fixierung und Immobilisierung zu erreichen. Dabei kann der Schaum leicht flexibel bleiben oder auch komplett aushärten. Vorzugsweise ist der Schaum einfach von der Haut des Patienten entfernbar nach der Anwendung oder es kommt eine Folie, resp. Abdeckung zum Einsatz damit der Schaum einfach entfernbar ist. In einer weiteren Ausführung wäre denkbar das die Vorrichtung mit integrierter Kalibriereinheit direkt temporär auf die HautThe cuff can first be easily fixed using the Velcro fasteners and adjustable fastening straps on the patient's knee. The opening on the patella (kneecap) helps to attach the device correctly. Such an opening is preferably made over a prominent bone structure in order to check the correct positioning. Internal cushions of the cuff can be inflated by means of a pump mechanism, so that the cuff ensures sufficient fixation and immobilization. In the preferred version, the cushions are filled with small balls, which ensures good shape adaptation, stability and comfort. In other versions, such a fixation can be carried out via a vacuum mechanism (similar to a vacuum mattress or vacuum orthosis) instead of via the inflatable cushions. In addition, other versions are conceivable to enable a good fixation and immobilization, such as the fixation via one or more elastic or rigid belts through which the calibration body can be fixed. Further designs of fixations and immobilizations can be shaped shells which are placed on the corresponding anatomy and fixed with belts and bands. These shells can either be anatomically shaped and, if necessary, available in different sizes to enable them to be adapted to different patients. Furthermore, it is possible to depict the individual anatomy of the patient via an impression process and the fixation and immobilization device partly. or as a whole according to the anatomy. Such an adaptation could also be carried out by digitizing the patient surface (surface scan), in which case the device or individual parts thereof could be produced, for example, by means of generative processes (3D printing), whereby other rapid prototyping processes are also possible for production. As a further embodiment, a design would be conceivable in which the device is filled with a slightly expanding foam in order to achieve fixation and immobilization. The foam can easily remain flexible or harden completely. Preferably, the foam can be easily removed from the patient's skin after use or a film, or. Cover for use so that the foam can be easily removed. In a further embodiment it would be conceivable for the device with an integrated calibration unit to be temporarily applied directly to the skin

CH 712 867 A1 geklebt werden kann und damit eine Fixierung und ggf. Immobilisierung erreicht werden kann. Dies wäre insbesondere möglich wenn die Kalibriereinheit nach der Anatomie des Patienten geformt ist, wie es schon beschrieben wurde.CH 712 867 A1 can be glued and thus fixation and possibly immobilization can be achieved. This would be possible in particular if the calibration unit is shaped according to the patient's anatomy, as has already been described.

[0013] Fig 2. zeigt eine zweiteilige Ausführung der Manschette für das Hüftgelenk, hier wird der Oberschenkelknochen sowie der Beckenknochen über einzelne Fixierungsvorrichtungen mit eigenen Kalibrierkörpern gehalten. Die beiden Vorrichtungen können unabhängig voneinander sein oder eine Bewegung des Gelenks zulassen, wobei die Bewegung des Gelenkes über die Verbindung eingeschränkt werden kann (z.B. Scharniergelenk, Kugelgelenk). Zweiteilige Ausführungen kommen vorzugsweise an den grösseren Gelenken wie Hüfte, Knie, Ellbogen, Schulter zum Einsatz, sind grundsätzlich aber auch für kleinere Gelenke oder mit mehr als zwei Elementen denkbar. Eine zweiteilige Ausführung ist auch von Vorteil falls das Gelenk in zwei oder mehr Stellungen aufgenommen werden soll. Manchmal ist auch durch das Aufnahmeverfahren erforderlich, dass das zu untersuchende Gelenk in zwei Stellungen gebracht wird weil z.B. nur ein einem gebeugten Zustand das Gelenk gut beurteilt werden kann. Zum Beispiel könnte beim Knie eine Aufnahme von vorne in Extension gemacht werden und die seitliche Aufnahme in Flexion. Dadurch wäre auch eine komplette Rekonstruktion der Knochengeometrie möglich wobei damit auch zwei klinisch relevante Aufnahmen vorliegen. Wenn die zwei Vorrichtungen über ein definiertes Gelenk, z.B. Scharniergelenk verbunden sind kann die Stellung der Knochen zueinander besser rekonstruiert werden. Ohne diese Information ist eine Rekonstruktion der beiden beteiligten Knochen in ein gemeinsames Koordinatensystem schwierig.Fig. 2 shows a two-part design of the cuff for the hip joint, here the thigh bone and the pelvic bone are held using individual fixation devices with their own calibration bodies. The two devices can be independent of one another or allow movement of the joint, whereby the movement of the joint can be restricted via the connection (e.g. hinge joint, ball joint). Two-part designs are preferably used on the larger joints such as the hips, knees, elbows and shoulders, but are in principle also conceivable for smaller joints or with more than two elements. A two-part version is also advantageous if the joint is to be accommodated in two or more positions. Sometimes the admission procedure also requires that the joint to be examined is brought into two positions because e.g. only in a flexed condition the joint can be assessed well. For example, the knee could be taken from the front in extension and the side shot in flexion. This would also enable a complete reconstruction of the bone geometry, whereby two clinically relevant images are also available. If the two devices have a defined joint, e.g. The position of the bones relative to one another can be better reconstructed by means of a hinge joint. Without this information, it is difficult to reconstruct the two bones involved into a common coordinate system.

[0014] Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Markierungen auf der Vorrichtung für die korrekte Stellung während der Röntgenaufnahme. Für eine gute 3D Rekonstruktion sollen die einzelnen Aufnahmen der Knochenstrukturen unter eine möglichst grossen Winkel erfolgen (idealerweise 90°). Ein Winkel von 90° ist aber für gewisse Gelenke nicht möglich weil z.B. dann die Struktur von der gegenüberliegenden Seite verdeckt wird oder eine solche Drehung vom Patienten nicht gemacht werden kann. Auch kann die Gefahr bestehen, dass bei zu grosser Drehung die Fixierung und Immobilisierung sich löst. Bei zu kleinem Aufnahmewinkel kann keine genaue 3D Rekonstruktion durchgeführt werden. Aus diesen Gründen weist die Vorrichtung vorzugsweise Markierungen auf über welche die Korrekte Ausrichtung erreicht werden kann. Im Fig. 4 sind auf der Kalibriereinheit Strichmarkierungen aufgebracht welche eine frontale Beinstellung, sowie eine 60° gedrehte Beinstellung anzeigen. In einer weiteren Ausführung wäre es dankbar, dass die Vorrichtung über eine oder mehrere Lichtquellen wie einen Laserpointer oder Projektor verfügt welcher die bevorzugte Richtung für die Aufnahmen anzeigt. Eine weitere Möglichkeit um die Ausrichtung der Vorrichtung zu kontrollieren wären eingebaute oder angebrachte Lage und Beschleunigssensoren durch welche die Lage und Ausrichtung gemessen werden kann. Das Device selber könnte diese Daten auswerten und z.B. über eine einfache LED-Anzeige die korrekte Ausrichtung anzeigen. Denkbar wäre auch ein Display welches die Radiologieassistentin zur korrekten Aufnahme instruiert und die korrekte Ausrichtung bestätigt. Die Sensordaten könnten vom Device auch an ein anderes Gerät wie z.B. Smartphone oder Tablet übermittelt werden wo die Daten ausgewertet und angezeigt werden. Das Tablet/Smartphone könnte zudem zusätzliche Informationen/Anleitungen für die Radiologie bereitstellen für den korrekten Einsatz der Vorrichtung. Die Übertragung der Sensordaten zum Gerät würde vorzugsweise drahtlos erfolgen, z.B. über Bluetooth LE.Fig. 4 shows an example of a markings on the device for the correct position during the X-ray exposure. For a good 3D reconstruction, the individual images of the bone structures should be taken at the largest possible angle (ideally 90 °). An angle of 90 ° is not possible for certain joints because e.g. then the structure is covered from the opposite side or such a rotation cannot be made by the patient. There may also be a risk that the fixation and immobilization will come loose if the rotation is too great. If the angle of view is too small, an exact 3D reconstruction cannot be carried out. For these reasons, the device preferably has markings by means of which the correct alignment can be achieved. In FIG. 4, line markings are applied to the calibration unit, which indicate a front leg position and a leg position rotated by 60 °. In a further embodiment, it would be appreciated that the device has one or more light sources, such as a laser pointer or projector, which indicates the preferred direction for the recordings. Another possibility to control the alignment of the device would be built-in or attached position and acceleration sensors through which the position and orientation can be measured. The device itself could evaluate this data and e.g. Display the correct orientation via a simple LED display. It would also be conceivable to have a display instructing the radiology assistant on the correct recording and confirming the correct alignment. The sensor data could also be transferred from the device to another device, e.g. Smartphone or tablet are transmitted where the data is evaluated and displayed. The tablet / smartphone could also provide additional information / instructions for radiology for the correct use of the device. The transmission of the sensor data to the device would preferably take place wirelessly, e.g. via Bluetooth LE.

[0015] Für gewisse Aufnahmesituationen ist es denkbar die in dieser Erfindung beschriebenen tragbare Vorrichtung mit Hilfsmitteln zu ergänzen damit der Patient die gewünschten Stellungen einfacher einnehmen kann und das Risiko, das sich die Fixierungsvorrichtung während einer Bewegung des Patienten relativ zum Knochen verschiebt vermieden werden. Beispiel eines solchen ergänzenden Hilfsmittels wäre ein Drehtisch, resp. Drehplatte auf die sich der Patient stellen kann. Anstatt dass sich der Patient nun mit der tragbaren Fixierungvorrichtung relativ zu der Röntgenquelle drehen muss kann die Ausrichtung über die Drehplatte erfolgen. Die Drehplatte kann mit einer Vorrichtung/Handgriffen ausgeführt sein damit sich der Patient für die Aufnahmen und beim Drehen festhalten kann. Eine solche Drehplatte könnte insbesondere bei nicht gut mobilisierbaren oder sehr adipösen Patienten zur Anwendung kommen bei einer Immobilisierungsvorrichtung für das Hüftgelenk. In weiteren Ausführungen wäre ein kippbarer Tisch denkbar auf dem der Patient im Liegen verschiedene Positionen zu der Röntgenquelle positioniert werden kann. Eine weitere Ausführung eines solchen Hilfsmittels wäre z.B. eine Fusshalterung welche eine definierte Innen/Aussenrotation des Fusses und damit des Beines zulässt für die Aufzeichnung mit einer Immobilisierungeinheit am Kniegelenk.For certain shooting situations, it is conceivable to supplement the portable device described in this invention with aids so that the patient can take up the desired positions more easily and the risk that the fixation device moves relative to the bone during a movement of the patient can be avoided. An example of such a supplementary tool would be a turntable. Turntable on which the patient can stand. Instead of the patient now having to rotate relative to the x-ray source with the portable fixation device, the alignment can take place via the rotary plate. The turntable can be designed with a device / handles so that the patient can hold on to the pictures and when turning. Such a rotating plate could be used in particular in the case of immobilization or very obese patients in an immobilization device for the hip joint. In further versions, a tiltable table would be conceivable on which the patient can be positioned in different positions to the x-ray source. A further embodiment of such an aid would be e.g. a foot holder which allows a defined inside / outside rotation of the foot and thus the leg for recording with an immobilization unit on the knee joint.

Claims

claims

1. X-ray transparent fixation and immobilization device which can be attached or put on the body part of a patient and which positions a calibration body with X-ray opaque elements in a fixed position in relation to internal bone and joint structures for the acquisition of two or more X-ray images for stereoradiography, 3D measurement and 3D reconstruction of the bony structures.

2. Device according to claim 1, wherein the fixation and immobilization takes place via a cuff or orthosis which encloses the anatomy to be examined and which contains inflatable elements / cushions for fixation in order to achieve good fixation and immobilization, the inflatable elements being filled with foam or balls can to allow better adaptation / shaping.

3. Device according to claim 1 and 2, wherein individual or more stabilizing elements such as rods, rails, plates, shells are attached or embedded in the cuff to ensure immobilization of a joint and to allow better fixation to the bone structure.

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4. The device according to claim 1, wherein the fixation and immobilization takes place via one or more elastic or non-elastic belts which are placed around the corresponding region to which the calibration body can be attached.

5. The device according to claim 1, wherein the fixation and immobilization is achieved by means of a vacuum, so that the cuff is pressed firmly against the corresponding anatomy via the suppressor.

6. The device according to claim 1, wherein the fixation and immobilization is achieved by foaming a structure surrounding the anatomy, the foam ensuring the stability of the fixation through partial or complete curing.

7. The device according to claim 1, wherein the fixation and immobilization takes place via one or more shells shaped according to the external anatomy, wherein the shells can be attached to the patient with corresponding straps or other fixing elements as described in claims 2-7, these patient-specific shells can be produced by means of thermal molding or similar shaping methods or by means of digitization (surface scan) of the corresponding anatomical regions and production using suitable rapid manufacturing processes.

8. The device according to claims 1-8, wherein the calibration unit is separated from the fixation and immobilization device and can be attached to the device in a fixed position by means of Velcro fasteners, snap fasteners, zippers, magnetic fasteners or other comparable connection mechanisms.

9. The device according to claim 1, wherein the device or directly the calibration unit can be glued directly to the skin and thereby sufficient fixation and immobilization can be achieved, the adhesive being easily removable again after the recording.

10. The device according to claims 1-9, wherein the device has suitable recesses, repetitive holes to enable control of the anatomically correct positioning.

11. The device according to claims 1-9, wherein the device, or the integrated or attached calibration unit, contains markings in the form of points, lines, rings or other geometric elements in order to indicate the correct positioning for the x-ray recordings.

12. The device according to claims 1-11, wherein the device has sensors (acceleration, position, image sensors) to monitor the correct positioning of the device, the evaluation and display of the correct positioning directly on the device or on an external device such as a tablet or smartphone.

13. Device according to claims 1-12, wherein the device consists of two or more elements so that each element self-fixation and calibration unit forms a certain bony structure, the elements can be fixed to each other in a fixed position or via a suitable mechanical connection such as a hinge / ball joint can be moved in defined degrees of freedom.

14. Device according to the above claims, wherein the calibration unit contains x-ray opaque elements in a fixed arrangement, which can be automatically recognized in the digitized image data and allow a calculation of the imaging parameters of the x-ray projections.

15. The device according to the above claims, wherein the calibration unit contains one or more opaque X-ray elements in a deformable arrangement, the elements being brought into a fixed position via the fixation and immobilization of the device, thereby enabling the imaging parameters of the X-ray projections to be calculated.

CH 712 867 A1

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