DE20022188U1

DE20022188U1 - Computertomographie-Vorrichtung mit einem Positionsmeßsystem

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Publication number: DE20022188U1
Application number: DE20022188U
Authority: DE
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: All-Of-Innovation De GmbH
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2010-03-02
Also published as: WO2000054657A1; US6442230B1; JP2002538874A

Description

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BESCHREIBUNG

Computertomographie-Vorrichtung mit einem Positionsmeßsystem

Die Erfindung betrifft eine Computertomographie-Vorrichtung, die aufweist: - ein Portal, das mit einer Untersuchungsöffnung versehen ist, - ein Positionsmeßsystem zur Messung der Position des Portals.

Eine Computertomographie-Vorrichtung dieser Art wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 98202074.5 beschrieben, die einen Teil des Stands der Technik auf der Grundlage des Artikels 54(3)EPC bildet.

Der zu untersuchende Patient ist auf einem Untersuchungstisch untergebracht. Während der Untersuchung wird der Patient auf dem Untersuchungstisch teilweise in die Untersuchungsöffnung der Computertomographie-Vorrichtung bewegt. Die Computertomographie-Vorrichtung weist eine Röntgenquelle zur Bestrahlung des zu untersuchenden Patienten mittels Röntgenstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen auf. Die Computertomographie- Vorrichtung weist auch einen Röntgendetektor zur Detektion der Röntgenstrahlen, die den Patienten durchquert haben, aus unterschiedlichen Richtungen auf. Die Röntgenquelle bestrahlt dann den Patienten aus unterschiedlichen Richtungen und die Röntgendetektor nimmt Dichteprofile des Patienten für die verschiedenen Richtungen auf. Eine Rekonstruktionseinheit gewinnt Scheibenbilder des Patienten aus den Dichteprofilen.

Während der Untersuchung führt der Arzt ein chirurgisches oder EingrifFsinstrument, wie eine Biopsienadel in den Körper des Patienten ein. Das chirurgische Instrument ist mit Sendeelementen, wie Dioden versehen, die Licht oder Infrarotstrahlung emittieren (LEDs oder IREDs). Die zitierte europäische Patentanmeldung beschreibt eine Computertomographie-Vorrichtung, die ein Positionsmeßsystem mit einer Kameraeinheit aufweist, die an einem Mast angebracht ist. Das Positionsmeßsystem umfasst die Kameraeinheit und einen Computer. Der Computer ist mit der Kameraeinheit verbunden, so dass die Kameraeinheit den Computer mit Bildsignalen versorgen kann. Die Kameraeinheit nimmt Bilder der Sendeelemente am chirurgischen Instrument aus unterschiedlichen

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Richtungen auf, und ein Computer berechnet die Position des chirurgischen Instruments relativ zur Kameraeinheit aus diesen Bildern. Ferner sind Sendeelemente, zum Beispiel wiederum LEDs oder IREDs, ebenfalls am Portal der Computertomographie-Vorrichtung vorgesehen. Die Kameraeinheit nimmt auch Bilder der Sendeelemente am Portal auf, und der Computer berechnet die Position des Portals relativ zur Kameraeinheit aus diesen Bildern. Die Position des Portals steht direkt mit der Position des Querschnitts des Patienten in Beziehung, von dem ein Scheibenbild in der relevanten Position des Portals gebildet wird. Es ist herausgefunden worden, dass die Beziehung zwischen den durch die Kameraeinheit gemessenen Portalpositionen und der Position des Querschnitts des Patienten, der im Scheibenbild abgebildet wird, genau kalibriert werden kann. Die Transformation von Positionen im Querschnitt in entsprechende Positionen im Scheibenbild können aus der kalibrierten Beziehung zwischen der Position des Portals und der Position des Querschnitts des Patienten abgeleitet werden, der in dieser Position des Portals abgebildet wird. Auf der Grundlage der durch die Kameraeinheit gemessenen Positionen von einerseits dem chirurgischen Instrument und andererseits der ebenfalls durch die Kameraeinheit gemessenen Position des Portals und der daraus abgeleiteten Position des Querschnitt des Patienten, der im Scheibenbild wiedergegeben wird, ist es möglich, unter Verwendung der Transformation auch die entsprechende Position des chirurgischen Instruments in der Wiedergabe des Scheibenbildes wiederzugeben. Der Arzt, zum Beispiel ein Chirurg oder einen Eingriff durchführender Radiologe, kann folglich das chirurgische Instrument innerhalb des Körpers des Patienten im Bild verfolgen, ohne eine direkte Sicht auf das Instrument zu haben.

Die in der zitierten europäischen Patentanmeldung beschriebene Computertomograph ie-Vorrichtung ist mit einem Positionsmeßsystem mit einer Kameraeinheit versehen, die an einem Mast angebracht ist. Der Mast ist mit dem Untersuchungstisch verbunden. Es ist ein Nachteil der beschriebenen Computertomographie- Vorrichtung, dass der Mast die Zugänglichkeit des Patienten während der Untersuchung stören könnte. Überdies kann es vorkommen, dass der Arzt während der Untersuchung zwischen der Kameraeinheit und dem Portal steht, so dass das Licht oder die Infrarotstrahlung, die durch die Sendeelemente am Portal emittiert wird, durch den Arzt abgefangen wird. Die Bestimmung der Position des Portals durch die Kameraeinheit könnte so unbeabsichtigt unterbrochen werden.

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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Computertomographie-Vorrichtung bereitzustellen, die mit einem Positionsmeßsystem versehen ist und in der die Kameraeinheit des Positionsmeßsystems die Ausführung der Untersuchung praktisch nicht stört.

Diese Aufgabe wird mittels einer Computertomographie-Vorrichtung gemäß der Erfindung gelöst, in der die Kameraeinheit an einem Aufhängepunkt aufgehängt ist, der über der Untersuchungsöffnung angeordnet ist.

Die Kameraeinheit ist an einem Aufhängepunkt aufgehängt, der über der Untersuchungsöffnung angeordnet ist, d.h. der Aufhängepunkt ist auf einem Niveau über dem Boden des Raums angeordnet, in dem die Computertomographie-Vorrichtung untergebracht ist, das höher als das Niveau der Untersuchungsöffnung über dem Boden ist. Dies wird zum Beispiel erreicht, indem der Aufhängepunkt über dem Portal angeordnet wird, d.h. auf einer größeren Höhe über dem Boden. Die Kameraeinheit selbst kann in verschiedenen Positionen angeordnet werden, zum Beispiel wird die Kameraeinheit auf einem Niveau angeordnet, das höher als jenes des Portals ist, oder auf einem Niveau, das höher als jenes der Untersuchungsöffnung ist, oder auf einem Niveau, das höher als die Mitte oder höher als die Unterseite der Untersuchungsöffnung ist. Da die Kameraeinheit an einem Aufhängepunkt über der Untersuchungsöffnung der Computertomographie- Vorrichtung aufgehängt ist, zum Beispiel an der Decke des Untersuchungsraums, in dem die Computertomographie-Vorrichtung installiert ist, kann auf den Mast verzichtet werden. Aufgrund des Fehlens des Mastes wird die Zugänglichkeit des Patienten während der Untersuchung verbessert. Da die Kameraeinheit über der Computertomographie-Vorrichtung aufgehängt ist, wird die (unbeabsichtigte) Blockierung der Sichtlinie zwischen der Kameraeinheit und dem Portal, wichtigerweise der Sendeelemente am Portal durch den Arzt während der Behandlung vermieden.

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden im folgenden auf der Grundlage der in den abhängigen Ansprüchen definierten Ausführungsformen beschrieben.

Die meisten kommerziell erhältlichen Kameraeinheiten, die zur Verwendung in Verbindung mit einer Computertomographie-Vorrichtung geeignet sind, um die Positionen

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des chirurgischen Instruments und des Portals zu messen, weisen einen Empfindlichkeitsbereich auf, der vergleichsweise klein ist; der Empfindlichkeitsbereich kostengünstiger Kameraeinheiten beträgt annährend ein Kubikmeter. Der Empfindlichkeitsbereich der Kameraeinheit ist so zu verstehen, dass er einen Teil des Raums bedeutet, in dem die Kameraeinheit Bilder der Strahlerelemente aufnimmt, die ausreichend genau sind, um eine Gewinnung von zuverlässigen Ergebnissen hinsichtlich der Positionen dieser Strahlerelemente zu ermöglichen. Allgemein gesagt, ist die Untersuchungsöffnung der Computertomographie-Vorrichtung mehr oder weniger als ein zylindrischer Tunnel geformt. Der Tunnel weist zum Beispiel eine Breite von zwischen 40 cm und 90 cm auf, und weist auch eine Länge von annährend 40 cm bis 90 cm auf. Es ist herausgefunden worden, dass wenn die Kameraeinheit über der Untersuchungsöffnung und vor einem der Tunneleingänge aufgehängt ist, praktisch das gesamte Innere des Tunnels im Empfindlichkeitsbereich der Kameraeinheit bleiben wird. Dies ermöglicht die Verwendung einer vergleichsweise kostengünstigen Kameraeinheit, wobei nichtsdestoweniger genaue Ergebnisse hinsichtlich der Position des chirurgischen Instruments erhalten werden. Es ist auch herausgefunden worden, dass der Öffnungswinkel der Kameraeinheit ohne weiteres auf die Operationszone eingestellt werden kann, in dem das chirurgische Instrument bewegt wird. Der Öffnungswinkel der Kameraeinheit liegt im Bereich von Richtungen, aus denen die Kameraeinheit genau Bilder der Sendeelemente am Portal und am chirurgischen Instrument aufnehmen kann.

Wenn die Sendeelemente am Portal nahe dem Eingang des Tunnels angeordnet sind, können auch die Sendeelemente am Portal innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs der Kameraeinheit gehalten werden, die den Tunnel von oben sieht. Die Sendeelemente werden dann vorzugsweise an der Kante des Tunneleingangs angebracht. Eine Kameraeinheit mit einem vergleichsweise kleinen Empfindlichkeitsbereich von annährend einem Kubikmeter kann folglich eine geeignete Sicht auf die Sendeelemente am Portal als auch auf die Sendeelemente am chirurgischen Instrument halten, selbst wenn das chirurgische Instrument im Körper des Patienten im Tunnel manövriert wird. Im Falle komplexer medizinischer Operationen werden während des Eingriffs neue Scheibenbilder aufgenommen. Der Teil des Körpers des Patienten, der operiert werden soll, muss dann in der tunnelförmigen Untersuchungsöffnung der Computertomographie-Vorrichtung

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bleiben, und das chirurgische Instrument wird auch innerhalb des Tunnels bewegt. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung einer vergleichsweise einfachen, kostengünstigen Kameraeinheit selbst für solche komplexen Operationen. Es ist bemerkenswerterweise möglich, die Sendeelemente am Portal und die Sendeelemente am chirurgischen Instrument in Sicht der Kameraeinheit zu halten, selbst wenn der Teil des zu untersuchenden Patienten und das chirurgisch Instrument weiter im Tunnel der UntersuchungsöfFnung angeordnet sind.

Das Portal der Computertomographie-Vorrichtung ist mehr oder weniger wie ein Ring oder ein Torus geformt. Die tunnelartige UntersuchungsöfFnung ist in der Mitte des Torus ausgespart. Die Röntgenquelle und der Röntgendetektor sind im Portal aufgehängt und können zusammen um dem Patienten rotieren. Um die Dichteprofile des Patienten zu bilden, rotieren die Röntgenquelle und der Röntgendetektor innerhalb des Rings um den Patienten, wobei die Öffnung, die durch den Ring eingeschlossen ist, der Untersuchungsraum ist. Das Portal ist mit Abdeckplatten abgedeckt. Ein Teil der Abdeckplatten erstreckt sich quer zur Achse des Tunnels und bildet die vordere Fläche des Portals. Die Kameraeinheit und die Computertomographie-Vorrichtung sind relativ zueinander in einer solchen Weise angeordnet, dass die vordere Fläche des Portals zur Kameraeinheit weist. Die Sendeelemente für das Portal sind vorzugsweise an der vorderen Fläche angebracht.

Auf den Abdeckplatten der vorderen Fläche gibt es einen adäquaten Raum, um die Sendeelemente selbst und die notwendige elektrische Verdrahtung für die Sendeelemente unterzubringen. Jedoch hat die Kameraeinheit eine gute Sicht auf die Sendeelemente auf der vorderen Fläche; dies ist bemerkenswerterweise so, wenn die Sendeelemente auf der vorderen Fläche an der Kante des Tunneleingangs angeordnet sind, d.h. an der Kante, die durch den Übergang vom Inneren des Tunnels zur Abdeckplatte (Platten) der vorderen Fläche gebildet wird.

Überdies ist die Kameraeinheit vorzugsweise durch einen Schwenkarm aufgehängt. Der Schwenkarm weist zwei oder mehrere Abschnitte auf, die relativ zueinander schwenkbar sind. Ein Ende des Schwenkarms ist am Aufhängepunkt befestigt und die Kameraeinheit ist an seinem anderen Ende angebracht. Der Aufhängepunkt ist über dem Eingang des Tunnels im Portal angeordnet; zum Beispiel ist der Aufhängepunkt an der Decke des

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Raums vorgesehen, in dem die Computertomographie-Vorrichtung installiert ist. Da der Schwenkarm mehrere gegenseitig unabhängig schwenkbare Abschnitte aufweist, kann die Kameraeinheit ohne weiteres zu einer gewünschten Position bewegt werden, in der sie eine optimale Sicht auf die Sendeelemente am Portal und vorzusgeweise auch auf die Sendeelemente am chirurgischen Instrument hat, selbst wenn das chirurgische Instrument innerhalb der tunnelförmigen Untersuchungsöffnung bewegt wird. Überdies ermöglicht es der Schwenkarm, dass die Kameraeinheit schnell weggeschwungen werden kann, wenn mehr Platz über dem Körper des zu untersuchenden Patienten benötigt wird, zum Beispiel wenn zusätzliche Geräte zur Behandlung des Patienten hereingebracht werden. 10

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden durch ein nicht einschränkenden Beispiel deutlich und werden unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform erklärt, die im folgenden beschrieben wird und in der beigefügten Zeichnung gezeigt wird.

Die Figur ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Computertomographie-Vorrichtung, die in einem Radiologieraum installiert ist.

Die Figur ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Computertomographie-Vorrichtung, wie sie in einem Radiologieraum installiert ist. Die Computertomographie-Vorrichtung weist ein Portal 1 auf, in dem die Röntgenquelle und der Röntgendetektor aufgehängt sind. Die Röntgenquelle und der Röntgendetektor sind in der Figur nicht sichtbar, da das Portal 1 mit Abdeckplatten 21, 22, 23 bedeckt ist. Das Portal 1 ist wie ein Ring oder ein Torus geformt, der die Untersuchungsöffnung 2 einschließt. Die Untersuchungsöffnung ist wie ein Tunnel geformt, der eine Länge von annährend 60 cm und eine Breite von annährend 60 cm aufweist. Der Patient auf dem Patiententisch 25 wird während der Untersuchung oder Behandlung des Patienten teilweise in den Tunnel 2 bewegt. Die erfindungsgemäße Computertomographie-Vorrichtung ist mit einem Positionsmeßsystem versehen, das die Kameraeinheit 3 mit dem Computer 4 aufweist. Die Kameraeinheit ist an einem Aufhängepunkt 5 aufgehängt, der über und vor dem Portal 1 der Computertomographie-Vorrichtung angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Aufhängepunkt 5, an dem die Kameraeinheit durch den Schwenkarm 10 befestigt ist, über dem Untersuchungstisch 25 angeordnet. Es ist auch möglich, den

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Aufhängepunkt über, d.h. auf einem Niveau anzuordnen, das höher als die Tischoberseite 26, der Boden und benachbart dem Untersuchungstisch 25 ist. Die Kameraeinheit 3 kann durch den Schwenkarm 10 zur gewünschten Position bewegt werden; in dieser Hinsicht ist es nicht sehr wichtig, wo genau der Aufhängepunkt 5 über dem Untersuchungstisch 25 angeordnet ist, solange der Aufhängepunkt 5 auf einem Niveau über dem Boden angeordnet ist, das höher als die Tisch oberfläche 26 ist. Die Kameraeinheit ist in der vorliegenden Ausführungsform mit zwei CCD-Bildsensoren 24 versehen. Die Sendeelemente 6, vorzugsweise LEDs oder IREDs, sind am Portal 1 angebracht. Wie in der Figur gezeigt, sind die Sendeelemente 6 vorzugsweise an der Kante 7 des Eingangs des Tunnels 2 vorgesehen. Besonders geeignete Positionen für die Sendeelemente liegen an den Teilen der Abdeckplatte 22, die die vordere Fläche 8 des Portals bildet.

Diese vordere Fläche 8 wird durch den Teil der Abdeckplatte 22 gebildet, der sich im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Tunnels 2 erstreckt. In der vorliegenden Ausführungsform dienen elektrische Kabel 26 dazu, elektrischen Strom an die Sendeelemente zu liefern und sind am äußeren der Abdeckplatten angeordnet. Offensichtlicherweise kann der elektrische Strom auch an die Sendeelemente 6 durch elektrische Kabel angelegt werden, die hinter den Abdeckplatten 21, 22 des Portals 1 verborgen sind.

Die Kameraeinheit 3 ist mit dem Aufhängepunkt 5 durch den Schwenkarm 10 verbunden. Der Schwenkarm weist zum Beispiel zwei Abschnitte 9a, 9b auf, die mit dem Drehpunkt 27 verbunden sind, um relativ zueinander drehbar zu sein. Überdies ist ein Abschnitt 9a des Schwenkarms durch ein Kugelgelenk 29 drehbar mit dem Aufhängepunkt 5 verbunden. Die Kameraeinheit 3 ist mit dem anderen Abschnitt 9b des Schwenkarms in einer solchen Weise verbunden, dass die Kameraeinheit fähig zur Rotation um die Achse der Abschnitts 9b ist. Aufgrund dieser Aufhängung der Kameraeinheit 3 wird die Kameraeinheit 3 während der Eingriffsbehandlung nicht im Weg sein, jedoch nichtsdestoweniger eine geeignete Sicht auf die Sendeelemente 6 am Portal halten.

Die Kameraeinheit ist mit dem Computer 4 durch ein Datenkabel 11 verbunden. Die Bildsignale der Kameraeinheit 3, die die Bilder der Sendeelemente 6 am Portal 1 und der Sendeelemente 31 am chirurgischen Instrument 30 darstellen, werden an den Computer 4

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über das Datenkabel 11 angelegt. Der Computer berechnet die Positionen des Portals und des chirurgischen Instruments auf der Grundlage der Bildsignale der Kameraeinheit. Beruhend auf der im voraus durchgeführten Kalibrierung berechnet der Computer unter Verwendung der berechneten Position des Portals auch die Position des Querschnitts des zu untersuchenden Patienten, der als ein Scheibenbild abgebildet werden soll. Die Ergebnisse dieser Berechnung werden dann an die Bildverarbeitungseinheit 12 angelegt. Das Scheibenbild wird über die Rekonstruktionseinheit, die in einer Computertomographie-Vorrichtung eingeschlossen ist, und indem unter anderem eine inverse Radon-Transformation verwendet wird, aus den durch den Röntgendetektor aufgenommenen Dichteprofilen rekonstruiert. Die Bildinformation des Scheibenbildes wird zum Beispiel in der Form einer Matrix von Helligkeitswerten in einem Bildspeicher 13 gespeichert und wird an die Bildverarbeitungseinheit 12 angelegt. Aus den berechneten Positionen des Querschnitts des Patienten, der im Scheibenbild reproduziert wird, der berechneten Position des chirurgischen Instruments und der Bildinformation des Scheibenbildes, leitet die Bildverarbeitungseinheit ein Bildsignal ab, das das Scheibenbild darstellt, in dem die gegenwärtige Position des chirurgischen Instruments wiedergegeben wird. Die Bildverarbeitungseinheit 12 ist mit dem Monitor 14 verbunden, um den Monitor mit dem durch die Bildverarbeitungseinheit 12 abgeleiteten Bildsignal zu versorgen. Das Scheibenbild des Patienten, das auch die gegenwärtige Position des chirurgischen Instruments 30 zeigt, kann so auf dem Monitor 14 angezeigt werden.

Claims

1. Computertomographie-Vorrichtung, die aufweist:
ein Portal, das mit einer Untersuchungsöffnung versehen ist,
ein Positionsmeßsystem zur Messung der Position des Portals, und in dem das Positionsmeßsystem eine Kameraeinheit aufweist und
die Kameraeinheit an einem Aufhängepunkt aufgehängt ist, der über der Untersuchungsöffnung angeordnet ist.

2. Computertomographie-Vorrichtung nach Anspruch 1,
in der die Untersuchungsöffnung als ein Tunnel geformt ist, und
der Aufhängepunkt über der Untersuchungsöffnung und vor einem Eingang des Tunnels angeordnet ist.

3. Computertomographie-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
in der die Untersuchungsöffnung als ein Tunnel geformt ist, und
Sendeelemente am Portal angebracht sind, um Signale zu emittieren, auf die die Kameraeinheit empfindlich ist, und
in der die Sendeelemente am Portal an der Kante des Tunneleingangs vorgesehen sind.

4. Computertomographie-Vorrichtung nach Anspruch 3,
in der das Portal eine vordere Fläche aufweist, die sich quer zur Achse des Tunnels erstreckt, und
in der die Sendeelemente in einem Gebiet des Überganges zwischen der vorderen Fläche und der Innenwand des Tunnels vorgesehen sind.

5. Computertomographie-Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Kameraeinheit an dem Aufhängepunkt durch einen Schwenkarm befestigt ist, der mehrere gegenseitig schwenkbare Abschnitte aufweist.